(57)【要約】【課題】インバータのスイッチング素子の寿命消費率を上下アームで平準化することができる車両用駆動制御装置を提供する。【解決手段】前輪を駆動するエンジン２と、エンジン２で駆動される発電機７と、当該発電機７の電力がインバータ９を介して供給されて後輪を駆動するモータ４とを備え、４輪駆動状態の停止条件が成立したとき、モータ４に制動力を発生させるモータブレーキ制御を実施する。このとき、インバータ９の上アームのスイッチング素子を一括してオンする短絡方式である第１の３相短絡と、インバータ９の下アームのスイッチング素子を一括してオンする短絡方式である第２の３相短絡とを切り換えて実施する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主駆動輪を駆動する熱機関と、その熱機関で駆動される発電機と、当該発電機の電力がインバータを介して供給されて従駆動輪を駆動する３相交流モータとを備える車両用駆動制御装置において、
所定条件を満足したとき、前記交流モータに制動力を発生させてモータ回転数を目標回転数まで低下するモータブレーキ制御手段を備え、該モータブレーキ制御手段は、前記インバータの上アームのスイッチング素子を一括してオンする短絡方式である第１の３相短絡と、前記インバータの下アームのスイッチング素子を一括してオンする短絡方式である第２の３相短絡とを切り換えて実施することを特徴とする車両用駆動制御装置。
【請求項２】
前記モータブレーキ制御手段は、前記所定条件を満足してからモータ回転数が目標回転数に達するまでの間に、第１の３相短絡と第２の３相短絡とを切り換えて実施することを特徴とする請求項１に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項３】
前記交流モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段を有し、前記モータブレーキ制御手段は、モータ回転数の減少量が所定減少量に達したとき、第１の３相短絡と第２の３相短絡とを切り換えることを特徴とする請求項２に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項４】
前記所定減少量は、現在のモータ回転数と目標回転数との差分に基づいて設定することを特徴とする請求項３に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項５】
前記インバータのスイッチング素子の温度を検出又は推定する温度検出手段を有し、前記モータブレーキ制御手段は、前記インバータのスイッチング素子の温度が所定温度に達したとき、第１の３相短絡と第２の３相短絡とを切り換えることを特徴とする請求項２に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項６】
前記モータブレーキ制御手段は、前記所定条件を満足したとき、第１の３相短絡及び第２の３相短絡の何れかを選択する選択手段を有し、モータ回転数が目標回転数に達するまで、該選択手段で選択された短絡方式で３相短絡を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項７】
前記選択手段は、前回のモータブレーキ制御時に実施した短絡方式とは別の短絡方式を選択することを特徴とする請求項６に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項８】
前記インバータのスイッチング素子の温度を検出又は推定する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出した温度に基づいて、前記インバータの上下アームの寿命消費率を推定する寿命推定手段を有し、前記選択手段は、前記寿命推定手段で推定した寿命消費率が小さい方のアームのスイッチング素子を一括してオンする短絡方式を選択することを特徴とする請求項６に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項９】
前記交流モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、前記モータ回転数検出手段で検出したモータ回転数に基づいて、前記インバータの上下アームの寿命消費率を推定する寿命推定手段を有し、前記選択手段は、前記寿命推定手段で推定した寿命消費率が小さい方のアームのスイッチング素子を一括してオンする短絡方式を選択することを特徴とする請求項６に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１０】
前記温度検出手段は、前記インバータの上下アームの少なくとも一方に設置した温度センサにより構成されていることを特徴とする請求項５又は８に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１１】
前記温度検出手段は、前記インバータの上下アームの中間位置に設置した１つの温度センサにより構成されていることを特徴とする請求項５又は８に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１２】
前記温度検出手段は、前記インバータの上下アームの少なくとも一方の電流を検出する電流センサにより構成されていることを特徴とする請求項５又は８に記載の車両用駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主駆動軸を駆動する熱機関（例えば、内燃機関であるエンジン）で発電機を駆動し、その発電機の出力で交流モータを駆動する車両用駆動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ巻線に短絡が発生した場合など、異常に高い電流がインバータに流れて素子温度が急上昇した場合に、素子過熱を防止する過熱保護装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この過熱保護装置では、温度変化率に応じて温度調整量を決定し、この温度調整量に基づいてインバータ自体の発熱抑制（モータ出力の制限）をしたり、インバータ冷却量（冷却媒体の流動量）を調整したりすることで、素子過熱を防止している。
【特許文献１】特開平１０−２１０７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、３相短絡を行う場合、インバータのスイッチング素子の発熱が上下アームの一方に偏るため、偏った側のスイッチング素子の寿命が一方より早く尽きてしまい、これによりインバータとしての寿命が決まってしまう。上記従来の過熱保護装置にあっては、短絡時の素子過熱を防止するだけであるため、スイッチング素子の寿命消費率の偏りを完全に解消することはできない。
そこで、本発明は、インバータのスイッチング素子の寿命消費率を上下アームで平準化することができる車両用駆動制御装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用駆動制御装置は、モータブレーキ制御手段で交流モータに制動力を発生させ、前記モータブレーキ制御手段は、インバータの上アームのスイッチング素子を一括してオンする短絡方式である第１の３相短絡と、インバータの下アームのスイッチング素子を一括してオンする短絡方式である第２の３相短絡とを切り換えて実施する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、第１の３相短絡と第２の３相短絡とを切り換えて実施するので、インバータのスイッチング素子の寿命消費率を上下アームで平準化することができ、インバータとしての寿命を引き伸ばすことができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を四輪駆動車両に適用した場合の概略構成図である。
この図１に示すように、本実施形態の車両は、左右前輪１Ｌ、１Ｒが、熱機関（内燃機関）であるエンジン２によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪３Ｌ、３Ｒが、モータ４によって駆動可能な従駆動輪である。
【０００７】
前記エンジン２の吸気管路には、例えばメインスロットルバルブとサブスロットルバルブとが介装されている。メインスロットルバルブは、アクセルペダルの踏込み量等に応じてスロットル開度が調整制御される。サブスロットルバルブは、ステップモータ等をアクチュエータとし、そのステップ数に応じた回転角により開度が調整制御される。従って、サブスロットルバルブのスロットル開度をメインスロットルバルブの開度以下等に調整することによって、運転者のアクセルペダルの操作とは独立して、エンジンの出力トルクを減少させることができる。つまり、サブスロットルバルブの開度調整が、エンジン２による前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップを抑制する駆動力制御となる。
【０００８】
上記エンジン２の出力トルクＴｅは、トランスミッション及びデファレンスギヤ５を通じて左右前輪１Ｌ、１Ｒに伝達される。また、エンジン２の出力トルクＴｅの一部は、無端ベルト６を介して発電機７に伝達されることで、発電機７は、エンジン２の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｇで回転する。
上記発電機７は、４ＷＤコントローラ８によって調整される界磁電流Ｉｆｇに応じてエンジン２に対し負荷となり、その負荷トルクに応じた発電をする。この発電機７の発電電力の大きさは、回転数Ｎｇと界磁電流Ｉｆｇとの大きさにより決定される。なお、発電機７の回転数Ｎｇは、エンジン２の回転数Ｎｅからプーリ比に基づき演算することができる。
【０００９】
発電機７が発電した電力は、ジャンクションボックス１０及びインバータ９を介してモータ４に供給可能となっている。前記モータ４の駆動軸は、減速機１１及びクラッチ１２を介して後輪３Ｌ、３Ｒに接続可能となっている。なお、本実施形態のモータ４は交流モータである。また、図中の符号１３はデファレンスギヤを示す。
ジャンクションボックス１０内には、インバータ９と発電機７とを接続・遮断するリレーが設けられている。そして、このリレーが接続されている状態で、発電機７から図示しない整流器を介して供給された直流の電力は、インバータ９内で３相交流に変換されてモータ４を駆動する。
【００１０】
また、ジャンクションボックス１０内には、発電電圧を検出する発電機電圧センサと、インバータ９の入力電流である発電電流を検出する発電機電流センサとが設けられ、これらの検出信号は４ＷＤコントローラ８に出力される。また、モータ４の駆動軸にはモータレゾルバが連結されており、モータ４の磁極位置信号θを出力する。本実施形態では、モータレゾルバがモータ回転数検出手段を構成しており、磁極位置信号θからモータ回転数Ｎｍを求めるものとする。
【００１１】
また、前記クラッチ１２は、例えば湿式多板クラッチであって、４ＷＤコントローラ８からの指令に応じて締結及び開放を行う。なお、本実施形態においては、締結手段としてのクラッチを湿式多板クラッチとしたが、例えばパウダークラッチやポンプ式クラッチであってもよい。
また、各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒには、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲが設けられている。各車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲは、対応する車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として４ＷＤコントローラ８に出力する。
【００１２】
前記４ＷＤコントローラ８は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えて構成され、前記各車輪速度センサ２７ＦＬ〜２７ＲＲで検出される車輪速度信号、ジャンクションボックス１０内の電圧センサ及び電流センサの出力信号、モータ４に連結されたレゾルバの出力信号及びアクセルペダル（不図示）の踏込み量に相当するアクセル開度等が入力される。
【００１３】
そして、この４ＷＤコントローラ８は、４輪の車輪速度信号に基づいて算出される前後輪の車輪速度差とアクセルペダル開度信号とからモータトルク指令値を算出し、このモータトルク指令値に基づいて発電機７の界磁電流を制御する発電制御と、モータトルク指令値とモータ回転速度とに基づいて図２に示す公知のベクトル制御を行い、インバータ９に３相パワー素子のスイッチング制御信号を出力して３相交流電流を制御するモータ制御とを行う。
また、４ＷＤコントローラ８は、公知の前輪トラクションコントロール制御や、４輪駆動状態と判定している間はクラッチ１２を接続状態に制御するクラッチ制御を行う。
【００１４】
図３は、インバータ９の周辺図である。インバータ９は、Ｓｘ１〜Ｓｘ６の６個のスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）から構成されている。ここで、Ｓｘ１〜Ｓｘ３は上アームのスイッチング素子、Ｓｘ４〜Ｓｘ６は下アームのスイッチング素子である。
４ＷＤコントローラ８は、所定条件（４輪駆動状態の停止条件）が成立したとき、インバータ９の上アーム又は下アームのスイッチング素子を一括してオンとする３相短絡を実施することにより、モータ４に制動力を発生させてモータ回転数を目標回転数まで落とすモータブレーキ制御を実行する（モータブレーキ制御手段）。
【００１５】
３相短絡状態では、上アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３を全てオンし、下アームのスイッチング素子Ｓｘ４〜Ｓｘ６を全てオフすることにより、モータ４の３相端子の電流は、全てスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３とこれに付随するダイオードを通って流れる（第１の３相短絡）。また、上アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３を全てオフし、下アームのスイッチング素子Ｓｘ４〜Ｓｘ６を全てオンすることにより、モータ４の３相端子の電流は、全てスイッチング素子Ｓｘ４〜Ｓｘ６とこれに付随するダイオードを通って流れる（第２の３相短絡）。
【００１６】
図４は、４ＷＤコントローラ８で実行するモータブレーキ制御の処理手順を示すフローチャートである。このモータブレーキ制御処理は、４輪駆動状態の停止条件が成立したときに実行される。
先ず、ステップＳ１で、４ＷＤコントローラ８は、モータ界磁電流制御を停止する。具体的には、インバータゲートを停止すると共に、モータ界磁駆動回路のスイッチングを停止する。また、界磁引き抜き回路をＯＮとして、界磁電流の引き抜きを行う。
【００１７】
図５は、界磁引き抜き回路とその周辺回路を示す図である。界磁駆動回路の駆動信号を停止したときの転流経路に抵抗やツェナーダイオードを設け、転流電流になるエネルギーを急速に損失に変換することで界磁電流の引き抜きを行う。
また、図６に示す回路を適用した場合には、界磁駆動回路の駆動信号を停止し、転流経路の損失（転流ダイオード、配線抵抗）で徐々にエネルギーを損失に変換することにより界磁電流の引き抜きを行う。また、Ｈブリッジ構造とし、界磁駆動回路の駆動信号を停止したときに逆電圧を印加し、電流経路のインダクタンス分の誘起電圧を打ち消し、転流電流になるエネルギーを相殺することもできる。
【００１８】
次に、ステップＳ２では、４ＷＤコントローラ８は、モータ界磁電流Ｉｆｍがモータ界磁電流閾値ＩｆｍTH（例えば、０Ａ）より小さいか否かを判定し、Ｉｆｍ＜ＩｆｍTHであるときにはステップＳ３に移行し、Ｉｆｍ≧ＩｆｍTHであるときにはステップＳ２の判定を繰り返す。
ステップＳ３では、４ＷＤコントローラ８は、上アームＯＮで３相短絡を実施する。なお、ここでは、初期値を上アームとしているが、下アームを初期値として設定することもできる。
【００１９】
次に、ステップＳ４では、４ＷＤコントローラ８は、上アームＯＮでの３相短絡を開始してからのモータ回転数Ｎｍの減少量ΔＮｍの演算を開始する。
ステップＳ５では、４ＷＤコントローラ８は、モータ界磁電流Ｉｆｍの通電を行い、目標電流値を３相短絡時の目標電流値Ｉｆｍ１（例えば、１０Ａ）に設定する。
ステップＳ６では、４ＷＤコントローラ８は、現在のモータ回転数Ｎｍが目標回転数であるモータブレーキ制御の停止判定閾値ＮｍTH（例えば、１０００ｒｐｍ）より大きいか否かを判定し、Ｎｍ≦ＮｍTHであるときには、モータブレーキ制御の作動を終了させるものと判断してモータブレーキ制御処理を終了する。一方、Ｎｍ＞ＮｍTHであるときには、ステップＳ７に移行する。
【００２０】
ステップＳ７では、４ＷＤコントローラ８は、モータ回転数減少量ΔＮｍが減少量閾値ΔＮｍTH（例えば、１０００ｒｐｍ）より大きいか否かを判定し、ΔＮｍ＞ΔＮｍTHであるときにはステップＳ８に移行し、ΔＮｍ≦ΔＮｍTHであるときにはステップＳ７の判定を繰り返す。
なお、ここでは、減少量閾値ΔＮｍTHを所定の固定値としているが、現在のモータ回転数と、モータブレーキ制御を停止する目標回転数である停止判定閾値ＮｍTHとの差分から、上下アームの通電回数が均等になるように減少量閾値ΔＮｍTHを算出することもできる。このとき、減少量閾値ΔＮｍTHは５００〜１０００ｒｐｍを目安に設定する。これにより、インバータのスイッチング素子の温度上昇を上下で均等に分担することができ、スイッチング素子の寿命消費率を上下アームで確実に平準化することができる。
【００２１】
ステップＳ８では、４ＷＤコントローラ８は、前記ステップＳ１と同様に、モータ界磁電流制御を停止する。すなわち、インバータゲートを停止すると共に、モータ界磁駆動回路のスイッチングを停止し、界磁引き抜き回路をＯＮとして、界磁電流の引き抜きを行う。
ステップＳ９では、４ＷＤコントローラ８は、モータ界磁電流Ｉｆｍがモータ界磁電流閾値ＩｆｍTHより小さいか否かを判定し、Ｉｆｍ＜ＩｆｍTHであるときにはステップＳ１０に移行し、Ｉｆｍ≧ＩｆｍTHであるときにはステップＳ９の判定を繰り返す。
【００２２】
ステップＳ１０では、４ＷＤコントローラ８は、下アームＯＮで３相短絡を実施する。
ステップＳ１１では、４ＷＤコントローラ８は、下アームＯＮでの３相短絡を開始してからのモータ回転数Ｎｍの減少量ΔＮｍの演算を開始する。
ステップＳ１２では、４ＷＤコントローラ８は、モータ界磁電流Ｉｆｍの通電を行い、目標電流値を３相短絡時の目標電流値Ｉｆｍ１に設定する。
【００２３】
ステップＳ１３では、４ＷＤコントローラ８は、モータ回転数Ｎｍがモータブレーキ制御の停止判定閾値ＮｍTHより大きいか否かを判定し、Ｎｍ≦ＮｍTHであるときには、モータブレーキ制御の作動を終了させるものと判断してモータブレーキ制御処理を終了する。一方、Ｎｍ＞ＮｍTHであるときには、ステップＳ１４に移行する。
ステップＳ１４では、４ＷＤコントローラ８は、モータ回転数減少量ΔＮｍが減少量閾値ΔＮｍTHより大きいか否かを判定し、ΔＮｍ＞ΔＮｍTHであるときには前記ステップＳ１に移行し、ΔＮｍ≦ΔＮｍTHであるときにはステップＳ１４の判定を繰り返す。
【００２４】
次に、本発明における第１の実施形態の動作について、図７に示すタイムチャートをもとに説明する。
今、前輪が加速スリップしていないなどにより、時刻ｔ１で４輪駆動状態の停止条件が成立したものとする。この場合には、４ＷＤコントローラ８は図４に示すモータブレーキ制御処理を実行し、ステップＳ１でモータ界磁駆動回路を停止する。また、界磁引き抜き回路をＯＮとすることにより、モータ界磁電流の引き抜きを行い、その結果、モータ界磁電流Ｉｆｍが徐々に低下する。
【００２５】
そして、時刻ｔ２でモータ界磁電流Ｉｆｍがモータ界磁電流閾値ＩｆｍTHより小さくなると、ステップＳ３で上アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３をオン、下アームのスイッチング素子Ｓｘ４〜Ｓｘ６をオフとして、上アームを通電側とした３相短絡が開始される。このとき、モータ界磁電流の再通電が開始され、３相短絡時のモータブレーキトルク（モータ減速度）に応じたモータ界磁電流を目標電流値Ｉｆｍ１まで引き上げる。
【００２６】
その後、モータ回転数Ｎｍが徐々に減少し、時刻ｔ３で、時刻ｔ２からのモータ回転数減少量ΔＮｍがΔＮｍTHに達すると、ステップＳ７の判定によりステップＳ８に移行して、モータ界磁駆動回路を停止すると共に、モータ界磁電流を引き抜く。このとき、上下アームのスイッチング素子は共にオフ状態となっている。
第１の３相短絡（上アームＯＮ）から第２の３相短絡（下アームＯＮ）、又はその逆の切り換え時には、必ず上下アームＯＦＦの状態を作り出すようにする。これはインバータのパワーモジュールの破損を回避するためである。
【００２７】
モータ界磁電流の引き抜きにより、モータ界磁電流Ｉｆｍが目標電流値Ｉｆｍ１から徐々に低下し、時刻ｔ４でモータ界磁電流閾値ＩｆｍTHより小さくなると、ステップＳ１０で下アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３をオン、上アームのスイッチング素子Ｓｘ４〜Ｓｘ６をオフとして、下アームを通電側とした３相短絡を開始する。
このように、４輪駆動状態の停止条件が成立した場合には、インバータの３相短絡を行うことでモータ４に制動力を発生させる。このとき、３相短絡制御は、上アームＯＮの３相短絡と下アームＯＮの３相短絡とを、モータ回転数の減少量に応じて交互に切り換えて実行するものとし、これを、モータ回転数Ｎｍが停止判定閾値ＮｍTH以下となるまで繰り返し行う。
【００２８】
交流モータ及びインバータで駆動系を構成し、交流モータで後輪を駆動し、後輪と交流モータとの間にクラッチを用いた本システムにおいて、アクセルオフや前輪スリップなし等により４輪駆動状態の停止条件が成立してクラッチＯＦＦした場合、モータ出力軸の負荷が抜けるため、イナーシャによりモータの回転数落ちに遅れが生じる。そのため、４輪駆動状態の停止後もモータ回転に伴う音の発生が継続したり、次回の４輪駆動状態の開始までの時間遅れが生じたりする。
【００２９】
これを解決するために、モータにブレーキトルクを発生させてモータ回転数を落とすことが考えられるが、本システムはバッテリレスシステムのため、通常のＨＥＶのような回生運転が行えない。そのため、３相短絡を実施することでモータに制動力を発生させ、モータ回転数を落とすようにする。
ところで、３相短絡を実施する場合、インバータの上下アームのうち一方をオン、他方をオフとするが、常に一方のアームをオンとする３相短絡を行うと、インバータのスイッチング素子の発熱が上下アームの一方に偏ってしまう。その結果、偏った側のスイッチング素子の寿命がもう一方より早く尽きてしまうため、インバータとしての寿命が縮まってしまう。
【００３０】
これに対して本実施形態では、３相短絡を実施する場合には、上アームＯＮの３相短絡と下アームＯＮの３相短絡とを交互に切り換えて実施するので、インバータのスイッチング素子の寿命消費率が上下アームで平準化され、インバータとしての寿命を引き伸ばすことができる。
また、３相短絡時は、通電アーム側のスイッチング素子がオン状態であり、大きな電流が流れるため、モータブレーキ制御の開始とともに急激な温度上昇が発生する。そのため、常に一方のアームをオンとする３相短絡を行う場合、スイッチング素子の温度上昇に伴う破損を回避するために、モータブレーキ制御開始前のインバータの初期温度を低く設定せざるを得ない。
【００３１】
これに対して本実施形態では、３相短絡を実施する場合には、４輪駆動状態の停止条件が成立してからモータ回転数が目標回転数となるまでの間に、上アームＯＮの３相短絡と下アームＯＮの３相短絡とを交互に切り換えて実施するので、スイッチング素子の温度上昇を上下で分担することができ、１つの素子の温度上昇を抑えることができる。その結果、モータブレーキ制御開始前のインバータの初期温度を高く設定することができ、３相短絡を実施可能な温度範囲を高温側に拡大することができる。
【００３２】
このように、上記第１の実施形態では、インバータの上アームのスイッチング素子を一括してオンする短絡方式である第１の３相短絡と、インバータの下アームのスイッチング素子を一括してオンする短絡方式である第２の３相短絡とを切り換えて実施するので、インバータのスイッチング素子の寿命消費率を上下アームで平準化することができ、インバータとしての寿命を引き伸ばすことができる。
【００３３】
また、４輪駆動状態の停止条件を満足してからモータ回転数が目標回転数に達するまでの間に、第１の３相短絡と第２の３相短絡とを切り換えて実施するので、スイッチング素子の温度上昇を上下で分担することができ、１つの素子の温度上昇を抑えることができる。そのため、モータブレーキ制御開始前のインバータの初期温度を高く設定することができ、３相短絡を実施可能な温度範囲を高温側に拡大することができる。
さらに、交流モータの回転数の減少量が所定減少量に達したとき、第１の３相短絡と第２の３相短絡とを切り換えるので、確実にスイッチング素子の温度上昇を上下で分担することができる。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、スイッチング素子の温度上昇に応じて、上アームＯＮの３相短絡と下アームＯＮの３相短絡とを切り換えるようにしたものである。
図８は、第２の実施形態の４ＷＤコントローラ８で実行されるモータブレーキ制御の処理手順を示すフローチャートであり、図４に示す前述した第１の実施形態のモータブレーキ制御と同一の処理を行う部分には同一符号を付し、処理の異なる部分を中心に説明する。
【００３５】
前記ステップＳ６で４ＷＤコントローラ８がＮｍ＞ＮｍTHであると判定したときには、ステップＳ２１に移行し、このステップＳ２１で、オン状態となっている側のスイッチング素子の温度を測定する。ここで、スイッチング素子の温度は、上下アームに夫々設けた温度検出手段としての温度センサを用いて測定する。
ステップＳ２２では、４ＷＤコントローラ８は、前記ステップＳ２１で測定したスイッチング素子の温度Ｔが所定の温度閾値ＴTH（例えば、１００℃）より高いか否かを判定し、Ｔ＞ＴTHであるときにはステップＳ８に移行し、Ｔ≦ＴTHであるときにはステップＳ２２の処理を繰り返す。
【００３６】
また、前記ステップＳ１３で４ＷＤコントローラ８がＮｍ＞ＮｍTHであると判定したときには、ステップＳ２３に移行し、このステップＳ２３で、オン状態となっている側のスイッチング素子の温度を測定する。ここで、スイッチング素子の温度は、上下アームに夫々設けた温度センサを用いて測定する。
ステップＳ２４では、４ＷＤコントローラ８は、前記ステップＳ２１で測定したスイッチング素子の温度Ｔが所定の温度閾値ＴTHより高いか否かを判定し、Ｔ＞ＴTHであるときにはステップＳ１に移行し、Ｔ≦ＴTHであるときにはステップＳ２４の処理を繰り返す。
【００３７】
次に、本発明における第２の実施形態の動作について、図９に示すタイムチャートをもとに説明する。
今、前輪が加速スリップしていないなどにより、時刻ｔ１で４輪駆動状態の停止条件が成立したものとする。この場合には、４ＷＤコントローラ８は図８に示すモータブレーキ制御処理を実行し、ステップＳ１でモータ界磁駆動回路を停止する。また、界磁引き抜き回路をＯＮとすることにより、モータ界磁電流の引き抜きを行い、その結果、モータ界磁電流Ｉｆｍが徐々に低下する。
【００３８】
そして、時刻ｔ２でモータ界磁電流Ｉｆｍがモータ界磁電流閾値ＩｆｍTHより小さくなると、ステップＳ３で上アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３をオン、下アームのスイッチング素子Ｓｘ４〜Ｓｘ６をオフとして３相短絡が開始される。このとき、モータ界磁電流の再通電が開始され、３相短絡時のモータブレーキトルク（モータ減速度）に応じたモータ界磁電流を目標電流値Ｉｆｍ１まで引き上げる。
【００３９】
その後、上アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３の温度Ｔ１が徐々に上昇し、時刻ｔ３で温度Ｔ１が温度閾値ＴTHに達すると、ステップＳ２２の判定によりステップＳ８に移行して、モータ界磁駆動回路を停止すると共に、モータ界磁電流を引き抜く。これにより、モータ界磁電流Ｉｆｍが目標電流値Ｉｆｍ１から徐々に低下し、時刻ｔ４でモータ界磁電流閾値ＩｆｍTHより小さくなると、ステップＳ１０で下アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３をオン、上アームのスイッチング素子Ｓｘ４〜Ｓｘ６をオフとして３相短絡が開始される。
【００４０】
このように、４輪駆動状態の停止条件が成立した場合には、インバータの３相短絡を行うことでモータ４に制動力を発生させる。このとき、３相短絡制御は、上アームＯＮの３相短絡と下アームＯＮの３相短絡とを、スイッチング素子の温度上昇に応じて交互に切り換えて実行するものとし、これを、モータ回転数Ｎｍが停止判定閾値ＮｍTH以下となるまで繰り返し行う。
【００４１】
したがって、上記第２の実施形態では、インバータのスイッチング素子の温度が所定温度に達したとき、第１の３相短絡と第２の３相短絡とを切り換えるので、スイッチング素子の温度上昇を上下で分担することができ、１つの素子の温度上昇を抑えることができる。そのため、モータブレーキ制御開始前のインバータの初期温度を高く設定することができ、３相短絡を実施可能な温度範囲を高温側に拡大することができる。
また、インバータの上下アームに温度センサを設置するので、上下アームのスイッチング素子の温度を高精度に測定することができる。
【００４２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、前述した第１及び第２の実施形態において、４輪駆動状態の停止条件を満足してからモータ回転数が目標回転数に達するまでの間に第１の３相短絡と第２の３相短絡とを切り換えているのに対し、モータブレーキ制御毎に第１の３相短絡と第２の３相短絡とを切り換えるようにしたものである。
図１０は、第３の実施形態の４ＷＤコントローラ８で実行されるモータブレーキ制御の処理手順を示すフローチャートであり、図４に示す前述した第１の実施形態のモータブレーキ制御と同一の処理を行う部分には同一符号を付し、処理の異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
ステップＳ３１では、４ＷＤコントローラ８は、前回のモータブレーキ制御時に下アームＯＮの３相短絡が行われたか否かを判定し、下アームＯＮの３相短絡であった場合にはステップＳ３２に移行して、上アームＯＮの３相短絡を実施する。
一方、前記ステップＳ３１で、４ＷＤコントローラ８が前回のモータブレーキ制御時に上アームＯＮの３相短絡が行われていたと判定した場合には、ステップＳ３３に移行して下アームＯＮの３相短絡を実施する。
なお、選択アームの初期値として上アーム及び下アームの何れかを予め設定しておくものとする。本実施形態では、初期値を上アームとする。
ステップＳ３４では、４ＷＤコントローラ８は、ステップＳ３２又はステップＳ３３で選択されたアームをメモリに記録する。ここで、記録した選択アームは、イグニッションスイッチオフ後も保持できるものとする。
【００４４】
次に、本発明における第３の実施形態の動作について説明する。
今、前輪が加速スリップしていないなどにより、４輪駆動状態の停止条件が成立したものとする。この場合には、４ＷＤコントローラ８は図１０に示すモータブレーキ制御処理を実行し、ステップＳ１でモータ界磁駆動回路を停止する。また、界磁引き抜き回路をＯＮとすることにより、モータ界磁電流の引き抜きを行い、その結果、モータ界磁電流Ｉｆｍが徐々に低下する。
【００４５】
そして、モータ界磁電流Ｉｆｍがモータ界磁電流閾値ＩｆｍTHより小さくなると、上アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３をオン、下アームのスイッチング素子Ｓｘ４〜Ｓｘ６をオフとして３相短絡が開始される。このとき、モータ界磁電流の再通電が開始され、３相短絡時のモータブレーキトルク（モータ減速度）に応じたモータ界磁電流を目標電流値Ｉｆｍ１まで引き上げる。その後、モータ回転数Ｎｍが停止判定閾値ＮｍTH以下となると、ステップＳ６の判定により３相短絡が終了される。
【００４６】
この状態から４輪駆動状態に移行し、再び４輪駆動状態の停止条件が成立したものとすると、ステップＳ３１でＮＯと判定されてステップＳ３３に移行し、下アームのスイッチング素子Ｓｘ４〜Ｓｘ６をオン、上アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３をオフとする３相短絡が開始される。
このように、４輪駆動状態の停止条件が成立した場合には、インバータの３相短絡を行うことでモータ４に制動力を発生させる。このとき、モータブレーキ制御毎に、通電アームを上下交互に切り換える。
【００４７】
したがって、上記第３の実施形態では、モータブレーキ制御を作動する度に、第１の３相短絡及び第２の３相短絡の何れかを選択し、モータ回転数が目標回転数に達するまで、選択された短絡方式で３相短絡を行うので、インバータのスイッチング素子の寿命消費率を上下アームで平準化することができ、インバータとしての寿命を引き伸ばすことができる。
また、前回のモータブレーキ制御作動時に実施した短絡方式とは別の短絡方式を選択するので、確実にインバータのスイッチング素子の寿命消費率を上下アームで平準化することができる。
【００４８】
次に、本発明における第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態は、前述した第３の実施形態において、通電アームを前回のモータブレーキ制御時の通電アームとは逆になるように選択しているのに対し、インバータのスイッチング素子の寿命に応じて通電アームを選択するようにしたものである。
図１１は、第４の実施形態の４ＷＤコントローラ８で実行されるモータブレーキ制御の処理手順を示すフローチャートであり、図１０に示す前述した第３の実施形態のモータブレーキ制御と同一の処理を行う部分には同一符号を付し、処理の異なる部分を中心に説明する。
【００４９】
ステップＳ４１では、４ＷＤコントローラ８は、後述する寿命消費率算出処理で算出した各アームの寿命消費率を読み込み、前回のモータブレーキ動作後の上アームの寿命消費率より下アームの寿命消費率の方が大きいか否かを判定する。そして、下アームの寿命消費率の方が大きい場合にはステップＳ４２に移行して、上アームＯＮでの３相短絡を実施する。
一方、前記ステップＳ４１で、４ＷＤコントローラ８が上アームの寿命消費率の方が大きいと判定した場合には、ステップＳ４３に移行して下アームＯＮの３相短絡を実施する。
なお、選択アームの初期値として上アーム及び下アームの何れかを予め設定しておくものとする。本実施形態では、初期値を上アームとする。
【００５０】
次に、アームの寿命消費率の算出方法について説明する。
図１２は、アームの寿命消費率の算出手順を示すフローチャートである。この寿命消費率算出処理は、モータブレーキ制御後に実行されるものであり、先ず、ステップＳ５１で、４ＷＤコントローラ８は、モータブレーキ制御前の上下アームのスイッチング素子の温度を読み込んでステップＳ５２に移行する。
【００５１】
ステップＳ５２では、４ＷＤコントローラ８は、モータブレーキ制御後の上下アームのスイッチング素子の温度を読み込んでステップＳ５３に移行する。
ステップＳ５３では、４ＷＤコントローラ８は、モータブレーキ制御前後のスイッチング素子の温度差に基づいて、スイッチング素子の寿命消費率を算出する。ここで、寿命消費率は、予め格納されたスイッチング素子温度上昇に対するスイッチング素子寿命の推定テーブルを用いて算出する。
【００５２】
ステップＳ５４では、４ＷＤコントローラ８は、前回のモータブレーキ制御時に下アームＯＮの３相短絡が行われたか否かを判定し、下アームＯＮの３相短絡が行われたと判定したときにはステップＳ５５に移行し、上アームＯＮの３相短絡が行われたと判定したときにはステップＳ５６に移行する。
ステップＳ５５では、４ＷＤコントローラ８は、下アームの総寿命消費率に前記ステップＳ５３で算出した寿命消費率を加算し、ステップＳ５７に移行する。
【００５３】
また、ステップＳ５６では、４ＷＤコントローラ８は、上アームの総寿命消費率に前記ステップＳ５３で算出した寿命消費率を加算し、ステップＳ５７に移行する。
そして、ステップＳ５７では、４ＷＤコントローラ８は、上下アームの総寿命消費率を夫々メモリに記録してから、寿命消費率算出処理を終了する。
【００５４】
次に、本発明における第４の実施形態の動作について説明する。
今、前輪が加速スリップしていないなどにより、４輪駆動状態の停止条件が成立したものとする。この場合には、４ＷＤコントローラ８は図１１に示すモータブレーキ制御処理を実行し、ステップＳ１でモータ界磁駆動回路を停止する。また、界磁引き抜き回路をＯＮとすることにより、モータ界磁電流の引き抜きを行い、その結果、モータ界磁電流Ｉｆｍが徐々に低下する。
【００５５】
そして、モータ界磁電流Ｉｆｍがモータ界磁電流閾値ＩｆｍTHより小さくなると、上アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３をオン、下アームのスイッチング素子Ｓｘ４〜Ｓｘ６をオフとして３相短絡が開始される。このとき、モータ界磁電流の再通電が開始され、３相短絡時のモータブレーキトルク（モータ減速度）に応じたモータ界磁電流を目標電流値Ｉｆｍ１まで引き上げる。その後、モータ回転数Ｎｍが停止判定閾値ＮｍTH以下となると、ステップＳ６の判定により３相短絡が終了される。
【００５６】
この３相短絡により、上アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３の温度が上昇する。４ＷＤコントローラ８は、図１２のステップＳ５３で、予め格納された推定テーブルを参照し、このスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３の温度変化に対する寿命消費率を算出する。そして、この寿命消費率が上アームの総寿命消費率に加算され、これがメモリに記録される。
【００５７】
この状態から４輪駆動状態に移行し、再び４輪駆動状態の停止条件が成立したものとする。このとき、上アームの寿命消費率が下アームの寿命消費率より大きいものとすると、４ＷＤコントローラ８は、図１１のステップＳ４１でＮＯと判定してステップＳ４３に移行し、下アームのスイッチング素子Ｓｘ４〜Ｓｘ６をオン、上アームのスイッチング素子Ｓｘ１〜Ｓｘ３をオフとする３相短絡が開始される。
【００５８】
このように、４輪駆動状態の停止条件が成立した場合には、インバータの３相短絡を行うことでモータ４に制動力を発生させる。このとき、モータブレーキ制御毎に、通電アームを上下交互に切り換えるものとし、通電アームの選択は上下アームの寿命消費率に基づいて行う。
したがって、上記第４の実施形態では、寿命消費率が小さい方のアームを通電側とする短絡方式を選択するので、常に寿命余裕のある側のアームを３相短絡制御時の通電側とすることができ、確実に上下アームの総寿命消費率を平準化することができる。
【００５９】
なお、上記第４の実施形態においては、温度センサを用いてスイッチング素子の温度を測定し、モータブレーキ制御前後のスイッチング素子の温度変化から寿命消費率を算出する場合について説明したが、上下アームのスイッチング素子に夫々設けた電流センサで通電電流を測定し、電流センサ値をもとにスイッチング素子の温度を推定し、モータブレーキ制御前後のスイッチング素子の温度変化の推定値から寿命消費率を算出することもできる。この場合にも上下アームの寿命消費率を適切に算出することができる。
【００６０】
また、上記第４の実施形態においては、モータブレーキ制御前後のモータ回転数変化から寿命消費率を算出することもできる。この場合にも上下アームの寿命消費率を適切に算出することができると共に、温度センサ等を設ける必要がないため、その分コストを削減することができる。
なお、上記各実施形態においては、スイッチング素子の温度を上下アームに夫々設けた温度センサを用いて測定する場合について説明したが、温度センサを上下のスイッチング素子の中間位置に１つだけ設け、温度センサ値をもとに上下のスイッチング素子の温度を推定することもできる。この場合、温度センサ値に対するスイッチング素子温度の熱特性を予めテーブル化し、通電電流と組み合わせて上下のスイッチング素子の温度を推定すればよい。これにより、上下のスイッチング素子の温度を適切に推定することができると共に、温度センサを１つしか設けないためコストを削減することができる。
【００６１】
また、上下アームのうち一方のみに温度センサを設け、一方は温度センサの実測値をスイッチング素子の温度とし、他方は熱伝達モデルからスイッチング素子の温度を推定することもできる。これにより、上下のスイッチング素子の温度を適切に測定又は推定することができると共に、温度センサを１つしか設けないためコストを削減することができる。
さらに、上下アームのスイッチング素子に夫々設けた電流センサから通電電流を測定し、電流センサ値をもとにスイッチング素子の温度を推定することもできる。この場合、通電電流に対するスイッチング素子の温度上昇値の熱特性を予めテーブル化しておけばよい。これにより、これにより、上下のスイッチング素子の温度を適切に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】モータ制御の詳細を示すブロック図である。
【図３】インバータの周辺図である。
【図４】第１の実施形態におけるモータブレーキ制御処理を示すフローチャートである。
【図５】界磁引き抜き回路を示す図である。
【図６】界磁引き抜き回路の別の例を示す図である。
【図７】第１の実施形態の動作を説明するタイムチャートである。
【図８】第２の実施形態におけるモータブレーキ制御処理を示すフローチャートである。
【図９】第２の実施形態の動作を説明するタイムチャートである。
【図１０】第３の実施形態におけるモータブレーキ制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】第４の実施形態におけるモータブレーキ制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】アームの寿命消費率の算出手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１Ｌ、１Ｒ 前輪
２  エンジン
３Ｌ、３Ｒ  後輪
４  モータ
６  ベルト
７  発電機
８  ４ＷＤコントローラ
９  インバータ
１０ ジャンクションボックス
１１ 減速機
１２ クラッチ
２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ  車輪速センサ
【図１】
2007245966.tif 000003
【図２】
2007245966.tif 000004
【図３】
2007245966.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2007245966.tif 000008
【図７】
2007245966.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007245966.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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