(57)【要約】【課題】電力供給経路の短絡故障による異常を検知し、発煙、焼損、絶縁破壊等の二次故障を防止するハイブリッド自動車用の動力制御装置を提供する。【解決手段】保護動作制御部３２は、パワー素子ＵＨ〜ＷＬの保護のためゲート信号遮断スイッチ３５をゲート信号遮断側に切替え、ハイブリッド制御ユニット４からのスイッチング信号を無効としてトランジスタ１８ａ〜１８ｆを非導通動作とする。電動機電流検出器１７からの電動機電流信号は電動機電流算出手段２２によって電流値に変換され、電動機制御演算部２１を経て短絡異常検知手段２９に入力し短絡異常を検知する。短絡異常検知時には内燃機関動作指示手段２７が内燃機関５の出力を制限するよう内燃機関制御ユニット６へ指示を出して異常な電動機電流の導通状態を解除する。【選択図】図７
2007118680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の出力と交流電動機の出力とを動力源とするハイブリッド自動車の動力制御を行う自動車用動力制御装置であって、前記内燃機関の出力を制御する内燃機関制御ユニットと、前記交流電動機と直流電源とに接続されてこれらと共に電力供給経路を形成し、前記直流電源と前記交流電動機の一方から他方へ、スイッチング手段のスイッチング動作により電力変換して電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器のスイッチング動作を制御して前記交流電動機の出力を制御する機能を有し、前記内燃機関制御ユニットと連携して前記ハイブリッド自動車の動力制御のための演算を行うハイブリッド制御ユニットと、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記電力供給経路の短絡故障による異常を検知する短絡異常検知手段と、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記短絡異常検知手段が前記異常を検知したとき前記内燃機関に前記異常に対応した動作をさせるための指示を前記内燃機関制御ユニットに与える内燃機関動作指示手段とを備えたことを特徴とする自動車用動力制御装置。
【請求項２】
前記短絡異常検知手段は、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記交流電動機に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知することを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項３】
前記短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記直流電源に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知することを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項４】
前記電力変換器のスイッチング手段と前記電力供給経路とのうち少なくともいずれか一方の温度を測定する温度検出器を備え、前記短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記温度検出器が検出した前記温度に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知することを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関動作指示手段は、前記電力供給経路の温度に関する情報と前記電力供給経路に流れる電流に関する情報とのうち少なくともいずれか一方に基づいて求められる短絡故障による異常の度合いに適応した動作指示を、前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項６】
前記電流に関する情報は、電流の通流形態と電流値とのうち少なくともいずれか一方に関する情報であることを特徴とする請求項５に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関動作指示手段は、前記ハイブリッド自動車の車両動作状況に適応した動作指示を前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関動作指示手段は、前記交流電動機の回転速度と、前記電力供給経路の温度と、前記電力供給経路に流れる電流と、前記内燃機関の回転速度との相関によって算出される前記異常時の内燃機関出力上限特性に基づき、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を、前記内燃機関制御ユニットに与えることを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関動作指示手段は、前記ハイブリッド自動車の加減速量、加減速頻度、操舵量、操舵頻度、車速のうちの少なくともいずれかを含む車両動作情報と、前記電力供給経路の温度および／または前記電力供給経路に流れる電流により求められる前記異常の度合いとに適合して、前記自動車の走行継続若しくは走行停止を行うように、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を、前記内燃機関制御ユニットに与えることを特徴とする請求項１に記載の自動車用動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と交流電動機を動力源とするハイブリッド自動車の動力制御を行う自動車用動力制御装置に関し、特に、直流電力を交流電力に変換して交流電動機に供給する電力変換器の構成部品の短絡故障による異常を検出し、その異常に応じて動力制御を行うようにした自動車用動力制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関とその制御装置、交流電動機、この交流電動機に交流電力を供給する電力変換器とその制御装置を備え、内燃機関の出力と交流電動機の出力の双方を組み合わせて自動車の動力源とするハイブリッド自動車用動力制御装置が用いられている。電力変換器は、直流電力と交流電力を相互に変換する装置であり、交流電動機の駆動時には、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して交流電動機に供給し交流電動機を駆動する。また、交流電動機の制動時には、交流電動機が発生する交流電力を直流電力に変換して直流電源に供給し交流電動機を回生動作させる。
【０００３】
電力変換器は、例えばＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）等のトランジスタとダイオードから構成された半導体パワー素子（以下、パワー素子と称する）をスイッチング手段として内蔵しており、制御装置から出力されるスイッチング信号によってパワー素子を導通（ＯＮ）、非導通（ＯＦＦ）動作させることにより電力変換を行うよう構成されている。
尚、スイッチング手段としてのパワー素子は、ＩＧＢＴ以外の半導体素子も有り得る事は勿論である。
【０００４】
ハイブリッド自動車に用いられる交流電動機の出力の制御は、一般的にその出力トルク量を制御することで行われる。出力トルク量は交流電動機に流れる電流量と相関を持って変化し、電流量が多いほど出力トルク量は増加する。このことから交流電動機の出力制御は、流れる電流量を制御することで行われる。交流電動機を流れる電流はパワー素子にも流れることから、電流量が多い場合、すなわち出力トルク量が大きい場合は、パワー素子の抵抗成分によって発熱する量も多く、パワー素子の温度上昇度合いは大きくなる。
【０００５】
また、パワー素子の特性として、ゲート部分に与えられるスイッチング信号によるゲート印加電圧が適正な水準に達せずスイッチング素子が非飽和領域で導通動作をすることがあるが、この場合、パワー素子の抵抗成分が大きくなるため、同一の電流量に対しても発熱量が多くなりパワー素子の温度は上昇する。
【０００６】
パワー素子としてＩＧＢＴを使用している場合には、ＩＧＢＴの温度が上昇することによって非導通動作時に遮断可能な電流量が低くなり、ラッチアップを起こして損壊してしまうこととなる。このため、パワー素子を保護する目的から、所定値以上の大電流が流れる場合（ＯＮ；Over  Current）、或いは所定値以上に温度が上昇する場合（ＯＴ；Over  Temperature）、或いは導通（ＯＮ）動作時のゲート印加電圧が所定値以下となる場合(ＵＶ；Under  Voltage)には、外部から導通（ＯＮ）動作指示が与えられている場合であっても、この指示を無効として強制的にスイッチング信号を遮断し、パワー素子を非導通（ＯＦＦ）とする保護動作を働かせるものが多く使用されている。
【０００７】
このスイッチング信号の遮断による保護動作は、１０[ms]程度の所定の期間にわたり継続して実行され、所定期間終了後はスイッチング信号の遮断を止めて保護動作を解除する。また、保護動作実行中であることは保護動作識別信号（ＦＯ；Fault  Output）によって、スイッチング信号の生成源である制御演算装置に通知される。制御演算装置は、保護動作識別信号ＦＯの認識や短時間内の連続的な保護動作識別信号ＦＯの断続発生の認識によって、電動機動作を継続すべきか停止すべきかを判断し、停止すべきと判断した場合にはスイッチング信号を停止し、非導通状態を維持するよう動作する。
【０００８】
即ち、このような従来のハイブリッド自動車用動力制御装置は、電力変換器のパワー素子のスイッチングを停止することで交流電動機の動作を停止し、異常状態の解除、及び車両の危険状況からの回避を行おうとするものであった。
【０００９】
しかしながら、パワー素子が短絡故障した場合には、例えスイッチング信号の遮断、即ちゲート遮断による保護動作、若しくは制御演算装置からのスイッチング信号の停止による非導通（ＯＦＦ）状態の維持を行っても、交流電動機の回転状態によっては多大な電流が流れ続け、交流電動機の異常動作は停止できない。これは、パワー素子の短絡故障によって交流電動機の端子電圧が電力変換器の直流側の電位と等しくなるため、交流電動機の線間に印加される電圧の相毎の平衡性が失われることによって発生する。
【００１０】
また、回転子磁極に永久磁石を用いて界磁磁束を発生するようにした永久磁石式交流電動機にあっては、パワー素子のスイッチングを停止しても、回転子磁極の回転速度に比例する誘起電圧が電機子巻線に発生し発電機として動作するため、交流電動機の回転速度が高いまま維持されると電力供給経路に多大な電流が継続して流れることとなる。
【００１１】
ハイブリッド自動車に多用されるこのような永久磁石式交流電動機は、小型化、軽量化の要求と相俟って比較的容積に対して永久磁石の磁束量が多くなるよう設計されているため、誘起電圧対回転速度の比は高くなる傾向がある。このため、回転速度が上昇し、電力変換器が出力制御可能な上限を超える場合には、回転子の回転角度に対する印加電圧の位相を調整し、電動機端子電圧の増加を抑制する、所謂、弱め磁束制御が行われる。
【００１２】
ここで、何らかの異常発生に対する保護のためにパワー素子の非導通(ＯＦＦ)状態を維持した場合、交流電動機の弱め磁束制御を行わないことになるため、電力変換器、及び交流電動機に定格外の高い電圧が印加され、更にパワー素子が短絡故障した場合は、定格外の多大な電流が電力変換器及び交流電動機に流れ続けることになる。このため、パワー素子や、電力変換器と交流電動機との接続端子、及び交流電動機の電機子巻線等の電力供給経路を形成する構成部品に、それらの電圧耐量、熱耐量を超えた多大な電流が流れ、発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障が発生する可能性が生ずる恐れがある。発煙、焼損、絶縁破壊等の発生は、自動車の安全性に関わる重大な問題であり、それらの発生が生じないようにしなければならない。
【００１３】
そこで従来、そのような問題に対処するため、パワー素子の半導体部分と外部の電流経路とを接続する電極部材に、ヒューズとして働く溶断部位を設け、所定値以上の電流が流れるとその溶断部位が溶断して回路を切断することが提案されている。（例えば、特許文献１参照）
また、この従来技術には、溶断部位を電極部材とは別構造のボンディングワイヤで構成することが例示されている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００５―１７５４３９号公報（第２〜１２頁、図１〜１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に示されるパワー素子を用いた従来の自動車用動力制御装置にあっても、以下のような課題を有している。即ち、
（１）パワー素子の溶断部位が溶断する原理は、溶断部位の抵抗成分による発熱による溶融に基づくものであるため、溶断部位を持たないパワー素子に比べて溶断部位の抵抗値が高く、従って常時不要な損失が発生し、冷却性能とのバランスや、効率に関する特性が悪化する。
（２）   電力供給経路に直列に溶断部位が挿入されており、その溶断部位が誤溶断した場合、自
動車動力制御装置が正常に動作しなくなり、装置の信頼性が低下する。
（３）パワー素子の短絡故障時に確実に溶断部位が溶断するよう溶断電流値を低く設定すると、パワー素子の半導体部分の許容電流よりも溶断電流設定値の方が低くなり得るため、パワー素子全体で見た場合の定格電流容量が低下してしまう。一方、溶断部位の溶断電流値を高く設定すると、パワー素子が既に短絡故障して異常電流が流れていても、確実に溶断する事ができなくなる。
（４）パワー素子の溶断部位をボンディングワイヤで構成し、パワー素子を絶縁用射出成型樹脂でモールドする場合、ボンディング部や、ボンディングワイヤ本体の切断箇所と他の部分との接触部分に、接触不十分が生じて電流の導通が断続的となる可能性があるが、このような場合に、接触不十分な箇所に高電圧によるアークが発生し、モールド部材が発煙したり発火してしまう可能性がある。
【００１６】
上記（４）のボンディングワイヤと絶縁用射出成型樹脂モールドの組み合わせにおける問題は、半導体素子本体の構造にとっても懸念される問題である。従来から、半導体素子の電極と半導体素子周辺に位置して電流経路となる金属板との間を多数のボンディングワイヤにより電気的に接続し、これらを樹脂で一体にモールドして絶縁すると共に固定したパワー素子が提供されている。このように構成されたパワー素子は、耐振動性、耐温度変化特性、放熱性などに関する性能向上に有効に寄与するものの、上記（４）に記載のような問題が発生し得る。また、短絡故障が発生すると故障箇所の抵抗値が下がり、各ボンディングワイヤには均等な電流が流れずに故障箇所周辺のワイヤに集中し偏って流れる。このように、電流が短絡故障箇所に集中して流れると発煙、発火の可能性が高まることとなる。
【００１７】
一方、ボンディングワイヤをボンディングにより半導体に接合する場合のボンディング部の加工時間、加工面積の制約から、パワー素子の更なる小型化、低コスト化を実現するため、ワイヤに替わり金属板を半導体に接合して電気的に接続するダイレクトリードボンディング(ＤＬＢ；Direct  Lead  Bonding)方式のものが提案されている。このダイレクトリードボンディング方式では、上述のワイヤボンディング方式のような通電電流の偏りは発生し難く、また、接合部の接触不十分によるアークも発生しないため、発煙、発火の可能性は低く抑えられる。しかしながら、ダイレクトリードボンディング方式のパワー素子であっても、短絡故障時に電動機回転速度が高いまま維持されると電力供給経路に多大な電流が継続して流れるという問題点は解消されない。
【００１８】
本発明の目的は、以上のような従来の装置における課題を解決するためになされたものであり、直流電源と電力変換器と交流電動機を含む電力供給経路に短絡故障が発生した場合に、定格外の多大な電流が流れ続けてパワー素子や電力変換器と交流電動機の接続端子、電動機巻線等の電力供給経路の構成部品の電圧耐量、電流耐量、熱耐量を超えて発煙、焼損、絶縁破壊などの二次故障が発生するのを防止することができる自動車用動力制御装置を提供することである。
【００１９】
また、本発明の別の目的は、従来装置のようにパワー素子に溶断部分を組み込むことによる損失の増加や、信頼性の低下、冷却性能とのバランスの劣化といった問題を生ずることなく、発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障の発生を防止できる自動車用動力制御装置を提供することである。
【００２０】
更に、本発明の別の目的は、従来のハイブリッド自動車用動力制御装置を構成するハードウェア要素を変更することなく、ソフトウェア要素を変更するのみで、低コストに発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障の発生を防止できる自動車用動力制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明による自動車用動力制御装置は、内燃機関の出力と交流電動機の出力とを動力源とするハイブリッド自動車の動力制御を行う自動車用動力制御装置であって、前記内燃機関の出力を制御する内燃機関制御ユニットと、前記交流電動機と直流電源とに接続されてこれらと共に電力供給経路を形成し、前記直流電源と前記交流電動機の一方から他方へ、スイッチング手段のスイッチング動作により電力変換して電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器のスイッチング動作を制御して前記交流電動機の出力を制御する機能を有し、前記内燃機関制御ユニットと連携して前記ハイブリッド自動車の動力制御のための演算を行うハイブリッド制御ユニットと、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記電力供給経路の短絡故障による異常を検知する短絡異常検知手段と、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記短絡異常検知手段が前記異常を検知したとき前記内燃機関に前記異常に対応した動作をさせるための指示を前記内燃機関制御ユニットに与える内燃機関動作指示手段とを備えたものである。
【００２２】
また本発明による自動車用動力制御装置は、前記短絡異常検知手段を、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記交流電動機に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するよう構成したものである。
【００２３】
また、本発明による自動車用動力制御装置は、前記短絡異常検知手段を、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記直流電源に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するよう構成したものである。
【００２４】
さらに、本発明による自動車用動力制御装置は、前記電力変換器のスイッチング手段と前記電力供給経路とのうち少なくともいずれか一方の温度を測定する温度検出器を備え、前記短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記温度検出器が検出した前記温度に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するよう構成したものである。
【００２５】
また、本発明による自動車用動力制御装置は、前記内燃機関動作指示手段を、前記電力供給経路の温度に関する情報と前記電力供給経路に流れる電流に関する情報とのうち少なくともいずれか一方に基づいて求められる短絡故障による異常の度合いに適応した動作指示を、前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成したものである。
【００２６】
また、本発明による自動車用動力制御装置は、前記電流に関する情報を、前記電流の通流形態と電流値とのうち少なくともいずれか一方に関する情報としたものである。
【００２７】
さらに、本発明による自動車用動力制御装置は、前記内燃機関動作指示手段を、前記ハイブリッド自動車の車両動作状況に適応した動作指示を前記内燃機関制御ユニットへ与えるようよう構成したものである。
【００２８】
また、本発明による自動車用動力制御装置は、前記内燃機関動作指示手段を、前記交流電動機の回転速度と、前記電力供給経路の温度と、前記電力供給経路に流れる電流と、前記内燃機関の回転速度との相関によって算出される前記異常時の内燃機関出力上限特性に基づき、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を、前記内燃機関制御ユニットに与えるよう構成したものである。
【００２９】
また、本発明による自動車用動力制御装置は、前記内燃機関動作指示手段を、前記ハイブリッド自動車の加減速量、加減速頻度、操舵量、操舵頻度、車速のうちの少なくともいずれかを含む車両動作情報と、前記電力供給経路の温度および／または前記電力供給経路に流れる電流により求められる前記異常の度合いとに適合して、前記自動車の走行継続若しくは走行停止を行うように、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を、前記内燃機関制御ユニットに与えるよう構成したものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、交流電動機と直流電源とに接続されてこれらと共に電力供給経路を形成し、前記直流電源と前記交流電動機の一方から他方へ、スイッチング手段のスイッチング動作により電力変換して電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器のスイッチング動作を制御して前記交流電動機の出力を制御する機能を有し、前記内燃機関制御ユニットと連携して前記ハイブリッド自動車の動力制御のための演算を行うハイブリッド制御ユニットと、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記電力供給経路の短絡故障による異常を検知する短絡異常検知手段と、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記短絡異常検知手段が前記異常を検知したとき前記内燃機関に前記異常に対応した動作をさせるための指示を前記内燃機関制御ユニットに与える内燃機関動作指示手段とを備えたので、電力供給経路の短絡故障による異常が生じても、定格外の多大な電流が流れ続けてスイッチング手段や電力変換器と交流電動機の接続端子、電動機巻線等の構成部品の電圧耐量、電流耐量、熱耐量を超えて発煙、焼損、絶縁破壊等の二次故障が発生するのを防止することができる。
【００３１】
さらに、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、短絡異常検知手段は、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記交流電動機に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するように構成されているので、交流電動機の制御にも用いることのできる電動機電流に関する情報に基づいて短絡故障による異常を検出することができ、特別なハードウェア要素を追加することなく、低コストで、且つ高い信頼性を持って、二次故障が発生するのを防止することができる。
【００３２】
また、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記直流電源に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するように構成されているので、交流電動機や直流電源の電力演算にも使用することのできる電源電流の情報に基づいて短絡故障による異常を検知することができ、特別なハードウェア要素を追加することなく、低コストで、且つ高い信頼性を持って、二次故障が発生するのを防止することができる。
【００３３】
また、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、電力変換器のスイッチング手段と前記電力供給経路とのうち少なくともいずれか一方の温度を測定する温度検出器を備え、前記短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記温度検出器が検出した前記温度に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するよう構成しているので、スイッチング手段の過熱保護のための出力制限や交流電動機の制御演算におけるスイッチング手段の電気的特性の補正等に使用可能な温度情報、及び／または、電力供給経路の電子回路特性の補正や電力変換器の冷却装置の故障検知等に使用可能な温度情報に基づいて短絡故障による異常を検知できるため、特別なハードウェア要素を追加することなく、低コストで、且つ高い信頼性をもって、二次故障が発生するのを防止することができる。
【００３４】
さらに、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、電力供給経路の温度に関する情報と前記電力供給経路に流れる電流に関する情報とのうち少なくともいずれか一方に基づいて求められる短絡故障による異常の度合いに適応した動作指示を、前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成したので、二次故障を回避するための緊急度を異常の度合いに応じて段階分けし、夫々の段階に対応して内燃機関制御ユニットへの指示を設定することができ、短絡故障による異常度合いに対する二次故障発生防止の処置方法を木目細かく関連付けて動作することができる。
【００３５】
さらに、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、前記異常の度合いを求めるための前記電流に関する情報を、前記電流の通流形態と電流値とのうち少なくともいずれか一方に関する情報としたので、短絡故障による異常の度合いを確実に判断することができ、短絡故障による異常度合いに対する二次故障発生防止の処置方法をより確実に木目細かく関連付けて動作することができる。
【００３６】
また、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、前記ハイブリッド自動車の車両動作状況に適応した動作指示を前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成したので、運転の安全性を損なわないよう車両走行に関わる他の制御機構の動作との連携を勘案するなどして内燃機関の動力制御を行いつつ、二次故障の発生を回避することができる。
【００３７】
また、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、前記内燃機関動作指示手段を、前記交流電動機の回転速度と、前記電力供給経路の温度と、前記電力供給経路に流れる電流と、前記内燃機関の回転速度との相関によって算出される前記異常時の内燃機関出力上限特性に基づき、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を前記内燃機関制御ユニットに与えるよう構成したので、短絡故障が発生しても内燃機関の回転速度が制限され、定格外の高電圧印加や大電流導通による二次故障の発生を回避することができる。
【００３８】
また、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、前記内燃機関動作指示手段を、前記ハイブリッド自動車の加減速量、加減速頻度、操舵量、操舵頻度、車速のうちの少なくともいずれかを含む車両動作情報と、前記電力供給経路の温度および／または前記電力供給経路に流れる電流により求められる前記異常の度合いとに適合して、前記自動車の走行継続若しくは走行停止を行うように、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を前記内燃機関制御ユニットに与えるよう構成したので、短絡故障による異常が検知された際に電力供給経路の温度あるいは電流量から見積もる短絡故障による異常度合いに対応して二次故障を回避するための緊急度を定めて自動車の走行継続、走行停止の内燃機関動力制御の処置を選択し、また、車両の加減速量、加減速頻度、操舵量、操舵頻度、車速といった車両動作状況から内燃機関動力制御の処置の時間的推移や処置の開始時点を調整することができ、極めて信頼性の高い制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置を含むハイブリッド自動車の構成図である。図１において、電力変換器１は、後述するようにスイッチング手段を備えており、スイッチング手段のスイッチング動作により直流電源３から供給される直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を交流電動機２に供給する。交流電動機２は、電力変換器１から交流電力を供給されることにより電動機として動作し、その出力が自動車を駆動する動力として用いられる。
【００４０】
一方、電力変換器１は、スイッチング手段のスイッチング動作により交流電動機の電機子巻線に発生する交流電力を直流電力に変換し、その変換した直流電力を直流電源３に供給する機能も備えている。この場合、交流電動機２は発電機として動作し、自動車は交流電動機２による回生制動の状態となる。
【００４１】
直流電源３と電力変換器１と交流電動機２とは、直流電源３から電力変換器２を経て交流電動機２へ電力を供給し、或いは交流電動機２から電力変換器１を経て直流電源３へ電力を供給する電力供給経路を形成している。
【００４２】
ハイブリッド制御ユニット４は、ハイブリッド自動車が燃費や排出ガス、乗り心地等に関して適切に動作するよう内燃機関５、交流電動機２の目標動力量を算出し、内燃機関５の動作指示を内燃機関制御ユニット６へ与える。また、ハイブリッド制御ユニット４は、交流電動機２への動作指示を算出し、この算出に基づいて制御演算を行い、電力変換器１のスイッチング手段へスイッチング信号を出力する。
【００４３】
交流電動機２に電力変換器１を介して電力を供給する直流電源３は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、または燃料電池と二次電池或いは電気二重層キャパシタとを組み合わせて構成されたもの、更には、直流電源３とその出力電圧を異なる電圧に変換する昇降圧ＤＣ−ＤＣ変換器とを組み合わせたもの等が用いられる。
【００４４】
交流電動機２の出力である動力と内燃機関５の出力である動力は、共に変速機７に伝達され、交流電動機２と内燃機関５との動力を合算した合計動力が減速ギヤ８へ出力される。減速ギヤ８により減速された合計動力は、差動ギヤ９、ドライブシャフト１０を介して、自動車の駆動輪１１へ伝達され、駆動輪１１の回転によって自動車が前進動作、あるいは後退動作することとなる。
【００４５】
内燃機関５は、内燃機関制御ユニット６による制御演算の結果に従って動作し、変速機７及び、交流電動機２は、ハイブリッド制御ユニット４による制御演算の結果に従って動作する。
【００４６】
次に、本発明による実施の形態１の基礎となる、交流電動機の出力制御に関する基本動作、及び電力供給経路における短絡故障発生時の状態について説明する。
図２は、ハイブリッド自動車用動力制御装置の内、交流電動機２の出力制御に関する構成を示すブロック図であり、交流電力として三相のものを扱う場合を示している。尚、図１に示す符号と同一符号は、図１と同一部分を示す。
【００４７】
図２において、電力変換器１は、三相インバータ１５と、平滑用コンデンサ１６と、Ｕ相の電動機電流検出器１７ａ、Ｖ相の電動機電流検出器１７ｂ、Ｗ相の電動機電流検出器１７ｃを備えている。交流電動機２の固定子に設けられたＵ相巻線、Ｖ相巻線、及びＷ相巻線は、夫々電力変換器１の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されている。交流電動機２には、その回転子の回転角を検出する回転角検出器１２が設けられている。
【００４８】
三相インバータ１５は、トランジスタ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆと、フライホイールダイオード１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆとを、夫々１個づつ逆並列に接続して構成したパワー素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを備えている。これらのパワー素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは、夫々電力変換器１のスイッチング手段を構成している。
【００４９】
また、２単位のパワー素子を直列に接続して構成したアームを３個備えており、夫々のアームにおける２単位のパワー素子の接続点が交流電動機２のＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線に夫々接続されている。三相インバータ１５の夫々のアームの両端は、直流電源３の高電位側の出力端子Ｐ及び低電位側の出力端子Ｎに夫々接続されている。
【００５０】
ハイブリッド制御ユニット４は、ハイブリッド制御演算部２０、電動機制御演算部２１、電動機電流算出手段２２、および回転角度速度算出手段２３を備えている。電動機電流算出手段２２は、Ｕ相電動機電流を検出する電流検出器１７ａ、Ｖ相電動機電流を検出する電流検出器１７ｂ、Ｗ相電動機電流を検出する電流検出器１７ｃからの電動機電流信号に基づいて電動機電流値を算出し、その算出した値を電動機制御演算部２１へ入力する。回転角度速度算出手段２３は、回転角検出器１２からの出力信号に基づいて交流電動機２の回転子の回転角速度を算出し、その算出した値を電動機制御演算部２１へ入力する。
【００５１】
つぎに、このように構成された自動車用動力制御装置の動作を説明する。
先ず、交流電動機２の出力制御に関する基本動作は次の通りである。即ち、ハイブリッド制御演算部２０により交流電動機２の目標動力、即ち目標出力を算出し、電動機制御演算部２１にその算出した目標出力に基づく指示を与える。交流電動機２の出力である動力は、交流電動機２の回転速度と出力トルクの積であるから、電動機制御演算部２１に与えられる指示は予め目標動力を回転速度で除した目標トルクであっても良く、或いは目標動力そのものであっても良い。
【００５２】
また、交流電動機２の実稼動状態を示す情報として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電動機２の電流を検出する電流検出器１７ａ〜１７ｃからの電動機電流信号、および回転角検出器１２からの回転角信号がハイブリッド制御ユニット４へ入力される。各電流検出器１７ａ〜１７ｃからの電動機電流信号は電動機電流算出手段２２により電流値に変換されて電動機制御演算部２１へ入力される。また、回転角度速度算出手段２３は、回転角検出器１２からの回転角信号に基づいて交流電動機２の回転子の回転角度θと、回転角度の単位時間あたりの変化量から回転速度ωeを算出し、算出したそれぞれの値を電動機制御演算部２１へ入力する。尚、電動機電流算出手段２２、および回転角度速度算出手段２３は、いずれも電気量信号を処理する電子部品からなるインタフェース回路を有している。
【００５３】
電動機制御演算部２１は、例えば交流電動機のベクトル制御法といった周知の手法による交流電動機制御のための演算を行う。ベクトル制御法は、周知のように、交流電動機２の電機子巻線に流れる交流電流を、回転磁束と平行な成分と直交する成分に分解し、この分解した夫々の成分が、目標トルクから換算される目標電流値のうち回転磁束と平行な成分の目標電流値と、回転磁束と直交する成分の目標電流値とに、夫々一致するように三相インバータ１５のスイッチングを制御して、交流電動機２の端子に印加する電圧を調整して交流電動機２の出力を制御する手法である。
【００５４】
このベクトル制御法において、回転磁束と同期して回転する直交座標を想定し、回転磁束と平行な座標軸をｄ軸、回転磁束と直交する座標軸をｑ軸と称し、また、電動機電流の内、回転磁束と平行な電流成分をｄ軸電流、回転磁束と直交する電流成分をｑ軸電流と称する。電動機制御演算部２１は、例えば比例積分（ＰＩ）演算等により目標電流と実際の電流を突き合わせたフィードバック制御演算を行い、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑが、夫々ｄ軸目標電流ｉｄ*、ｑ軸目標電流ｉｑ*と一致するようための三相目標電圧Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を算出する。
【００５５】
次に、電動機制御演算部２１は、交流電動機２の各相端子に、三相目標電圧Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に従がう電圧が印加されるよう、夫々のパワー素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬに与えるスイッチング信号を生成する。このスイッチング信号は、夫々のパワー素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの導通、非導通の間隔を制御することにより、三相インバータ１５の出力電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御するものである。
【００５６】
三相インバータ１５は、電動機制御演算部２１からのスイッチング信号によりパルス幅変調制御されて三相目標電圧Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に従がう出力電圧を発生し、その出力電圧を交流電動機２の電機子巻線の各相端子に印加する。交流電動機２は、三相インバータ１５の出力電圧により駆動され、所望の動力制御がなされることとなる。
【００５７】
次に、短絡故障発生時の電力供給経路の状態について説明する。図３は、交流電動機２の内部の電気回路を示す説明図である。
図３において、交流電動機２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線は、夫々、自己インダクタンス５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、電機子抵抗５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、および電圧源（誘起電圧）ｅｕ、ｅｖ、ｅｗの直列接続体で表現される。各相の電機子抵抗５３ａ、５３ｂ、５３ｃの夫々の値はＲａ、自己インダクタンス５２ａ、５２ｂ、５２ｃの夫々の値はＬａで表される。各相の直列接続体の一端は中性点ｃに接続され、他端は夫々各相の電動機端子に接続されている。また、図示していないが各直列接続体間には相互インダクタンスが存在し、Ｕ相・Ｖ相間の相互インダクタンスはＭｕｖ、Ｖ相・Ｗ相間の相互インダクタンスはＭｖｗ、Ｗ相・Ｕ相間の相互インダクタンスはＭｗｕで表される。
【００５８】
ここで、交流電動機２の端子電圧と電機子電流に関して次の方程式が成り立つ。
【数１】
2007118680.tif 000003
【００５９】
電圧源ｅｕ、ｅｖ，ｅｗは誘起電圧であり、電機子鎖交磁束が電機子巻線に流れる電流を横切る事で発生し、次式のように表される。
【数２】
2007118680.tif 000004
ただし、Φａは電機子巻線鎖交磁束数の最大値、ωｅは交流電動機の電気角速度である。
【００６０】
電動機回転速度と誘起電圧の関係を図４に示す。図４において、縦軸は誘起電圧Ｅ、横軸は電動機回転速度Ｎを示す。図４から明らかなように、誘起電圧Ｅは電動機回転速度Ｎに比例する特性を有し、ハイブリッド自動車用として誘起電圧対回転速度の比が高く設計される。動力制御にあたって注意すべき電圧水準として、（１）インバータ制御可能電圧の上限、（２）電力供給経路の耐圧が挙げられる。
【００６１】
電動機回転速度がゼロから高速域に推移していく場合を考えると、電動機回転速度がゼロにおける正常制御時の三相インバータ１５の出力電圧(即ち、電機子巻線端子への印加電圧)は、誘起電圧、電機子反作用磁束による電圧ともゼロであり、電気子抵抗Ｒａによる電圧降下の成分のみとなる。電動機回転速度が上昇していくと、誘起電圧と電機子反作用磁束による電圧が増加するため三相インバータ１５の出力電圧も増加する。
【００６２】
しかし、三相インバータ１５の出力電圧を、直流電源３の出力電圧により定まるインバータ制御可能な電圧の上限値以下に維持しないと交流電動機２の制御が破綻し制御不能となることから、三相インバータ１５の出力電圧と制御可能な電圧の上限値との偏差が少なくなると、三相インバータ１５の出力電圧が所定値以下となるよう弱め磁束制御を行う。
【００６３】
この弱め磁束制御が正常に作用することを前提にすれば、更に回転速度が上がっても正常に制御を続けることができる。しかし、誘起電圧は電動機回転速度に比例して増加するので、電力供給経路の耐圧を超える可能性がある。例えば、図４において、弱め磁束制御Ｆが正常に作用し、インバータ制御可能な電圧上限値Ｅ１以下の動作点（Ａ）で交流電動機２を運転しているときに、何らかの異常によって保護動作が働いてパワー素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬへのスイッチング信号が遮断されたゲート遮断の状態、或いはスイッチング信号の停止を維持する状態になると、弱め磁束制御Ｆが解除されて動作点（Ｂ）に移り、ほぼ誘起電圧に相当する電圧が電力供給経路に印加されることとなる。
【００６４】
この場合、交流電動機２の誘起電圧は電力供給経路の耐圧Ｅ２を超えるため、電力供給経路の構成部品に発煙、焼損、絶縁破壊などの二次故障が発生する可能性が生じる。したがって、誘起電圧が電力供給経路の耐圧Ｅ２以下となる動作点（Ｃ）よりも低い回転速度域の動作点へ速やかに移行することが望ましい。
【００６５】
次に、交流電動機２への電力供給経路の構成要素であるパワー素子が短絡故障し、その短絡故障による異常を検知して、保護動作としてスイッチング信号を遮断するゲート遮断の状態、およびパワー素子の非導通を維持する状態となった場合について説明する。
いま、パワー素子ＵＬのトランジスタ１８ｂが短絡故障を起こしたとすると、その短絡故障による異常を検出して各パワー素子ＵＨ〜ＷＬへのスイッチング信号が遮断され、パワー素子ＵＬ以外の他のパワー素子ＵＨ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは非導通状態となる。
【００６６】
このときの電力供給経路の回路状態は図３に示されるものとなる。即ち、トランジスタ１８ｂ以外のトランジスタ１８ａ、１８ｃ，１８ｄ、１８ｅ、１８ｆが非導通（ＯＦＦ）の状態であり、フライホイールダイオード１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆのみが電流路として有効となる。また、パワー素子ＵＬが短絡故障であるため、交流電動機２のＵ相端子電圧は、直流電源３の低電位Ｎ側の電位と常に等しくなる。その結果、三相インバータ１５と交流電動機２の内部の回路は、図５の（ａ）のように表現することができる。
【００６７】
図５の（ａ）の回路状態では、Ｕ相端子の電位が直流電源３の低電位Ｎとなるので、交流電動機２の電機子巻線の中性点ｃの電位は、上記直流電源３の低電位Ｎを基準として、電機子抵抗Ｒａ、自己インダクタンスＬａ、相互インダクタンスＭｕｖ、Ｍｗｕ、及び誘起電圧ｅｕを回路要素に持つＵ相電機子巻線の両端に表れる電位差によって表され、三相平衡状態である場合に比べて非常に大きく変動する。他方、Ｖ相端子電圧は、その中性点ｃの電位を基準として、この電位にＶ相電機子巻線の両端に表れる電位差を加えた電位となり、同様にＷ相端子電圧は、中性点ｃの電位を基準としてこの電位にＷ相電機子巻線の両端に現れる電位差を加えた電位で表される。
【００６８】
また、Ｖ相端子電圧が直流電源３の高電位Ｐよりも高ければ、パワー素子ＶＨのフライホイールダイオード１９ｃが順バイアスとなって導通し、Ｖ相端子電圧が直流電源３の低電位Ｎよりも低ければパワー素子ＶＬのフライホイールダイオード１９ｄが順バイアスとなって導通する。同様に、Ｗ相端子電圧が直流電源３の高電位Ｐよりも高ければパワー素子ＷＨのフライホイールダイオード１９ｅが順バイアスとなって導通し、Ｗ相端子電圧が直流電源３の低電位Ｎよりも低ければ、パワー素子ＷＬのフライホイールダイオード１９ｆが順バイアスとなり導通する。
【００６９】
尚、以上の説明では、パワー素子ＵＬのトランジスタ１８ｂに短絡故障が生じた場合を述べたが、フライホイールダイオード１９ｂに短絡故障が生じた場合でも上記と同様となる。
【００７０】
また、パワー素子ＵＬとパワー素子ＶＬが短絡故障を起こしたとすると、三相インバータ１５と交流電動機２の内部の回路は、図５の（ｂ）のように表現することができる。この場合、パワー素子ＷＨ、ＷＬの夫々のフライホイールダイオード１９ｅ、１９ｆのみが電流路として有効となる。
【００７１】
その結果、交流電動機２のＵ相端子電位とＶ相端子電位は、直流電源３の低電位Ｎ側の電位と常に等しくなる。このように、Ｕ相端子電位、およびＶ相端子電位が直流電源３の低電位Ｎとなるので、交流電動機２の電機子巻線の中性点ｃの電位は、上記の低電位Ｎを基準として、Ｕ相電機子巻線、およびＶ相電機子巻線の両端に現れる電位差によって表される。Ｗ相端子電圧は、その中性点電位ｃを基準としてＷ相電機子巻線の両端に現れる電位差を加えた値で表される。
【００７２】
この回路状態で、Ｗ相端子電圧が直流電源３の高電位Ｐよりも高ければ、パワー素子ＷＨのフライホイールダイオード１９ｅが順バイアスとなって導通し、Ｗ相端子電圧が直流電源３の低電位Ｎよりも低ければパワー素子ＷＬのフライホイールダイオード１９ｆが順バイアスとなって導通する。
【００７３】
このように、正常状態であれば交流電動機２の三相の平衡性により中性点ｃの電位は、平均的に直流電源３の高電位Ｐ側の電位と低電位Ｎ側の電位の中間の電位となるのに対し、パワー素子の短絡故障によって三相の平衡性が失われ、前述のような電位となって現れることとなる。このため、交流電動機２の端子電圧は相非平衡状態となり、電力変換器１と交流電動機２の電力供給経路には異常な電流が流れることとなる。
【００７４】
以上説明した夫々の場合の電動機電流は、図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示される。これらの図において、縦軸は電動機電流を表し、横軸は時間を表す。
図６の（ａ）は、全てのパワー素子ＵＨ〜ＷＬは短絡故障がなく正常であって、各パワー素子へのスイッチング信号を遮断してゲート遮断状態とし、非導通（ＯＦＦ）状態を維持した場合の電動機電流を示す。この場合、夫々のパワー素子ＵＨ〜ＷＬの内、フライホイールダイオード１９ａ〜１９ｆのみが電流路として有効となり、三相インバータ１５は、三相交流を直流に全波整流するダイオードブリッジとして動作するため、図示のように三相相似の電流波形となる。
【００７５】
図６の（ｂ）は、図６の（ａ）の状態から更に、パワー素子ＵＬのトランジスタ１８ｂが短絡故障した場合の電動機電流の波形を示す。この場合の各相の電動機電流は、振幅が同程度であるが平均値が０[Ａ]ではなくオフセットしたものとなり、電流の最大値から最大値への幅も、図６の（ａ）の場合の全波整流の状態より拡大する。電流の平均値である直流成分は、短絡故障したＵ相の電流がマイナス側に大きくオフセットし、短絡故障していないＶ相、Ｗ相の電流がプラス側にオフセットしている。いずれも電流の振幅、絶対値が増加して電力供給経路に定格外の異常な電流が流れるため、発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障が発生し得る事となる。
【００７６】
図６の（ｃ）は、図６の（ａ）の状態から更に、パワー素子ＵＬのトランジスタ１８ｂと、パワー素子ＶＬのトランジスタ１８ｄが短絡故障した場合に流れる電動機電流の波形を示す。この場合、図６の（ｂ）と同様に、各相の電動機電流は、振幅が同程度であるが平均値が０[Ａ]ではなくオフセットしたものとなり、電流の正の最大値から負の最大値への幅も図６の（ａ）に示す全波整流の状態の場合より拡大する。電流の平均値である直流成分は、短絡故障したＵ相の電流とＶ相の電流とがマイナス側にオフセットし、短絡故障していないＷ相の電流がプラス側にオフセットしている。マイナス側にオフセットしている量は図６の（ｂ）の場合に比べて減少するものの、電流の振幅、絶対値が増加して定格外の異常な電流が流れることとなるため、やはり二次故障が発生し得る事となる。
【００７７】
図６の（ｄ）は、三相インバータ１５の下側アームが全相短絡した場合、即ちパワー素子ＵＬ、ＶＬ、ＷＬのトランジスタ１８ｂ、１８ｄ、１８ｆが短絡故障した場合に流れる電動機電流の波形を示す。この場合、交流電動機２の各相の端子電圧は全て等しく、三相の平衡性が成立するため、流れる電流の振幅は図６の（ａ）、（ｂ）に示す場合と同程度であるものの、電流の平均値である直流成分は零となって安定した電流波形となる。
【００７８】
以上のように、三相インバータ１５のアームが全相短絡する場合を除いて、いずれかのアームに短絡故障が発生した場合には、電動機電流の平均値(直流成分)はオフセットして定格外の異常電流が流れることとなる。このとき、直流電源３の低電位Ｎ側に接続された下側アームで短絡故障が発生した場合は、短絡相の電流の平均値はマイナス側にオフセットし、直流電源３の高電位Ｐ側に接続された上側アームで短絡故障が発生した場合は、短絡相の電流の平均値はプラス側にオフセットする。そして短絡故障が発生していない相の電流の平均値は、全相に流れる電流の総和が０[Ａ]となるようにオフセットする。
【００７９】
尚、説明を省略しているが、上側および下側のアームがそれぞれ一相ずつ短絡故障した場合、或いは上下のいずれかのアームが二相短絡故障し、他方のアームが一相短絡故障した場合であっても、前述の説明と同様の考え方で展開することができる。
【００８０】
これらのことから、電力変換器１における三相インバータ１５を構成するパワー素子がゲート遮断により非導通（ＯＦＦ）状態を維持しているときの電動機電流を観測すれば、パワー素子の短絡故障の発生を検知し、その短絡故障発生の部位を特定することが可能となる。
【００８１】
次に、前述の基本的な動作原理の基づいて構成した本発明の実施の形態１に係る自動車用動力制御装置について説明する。
図７は、本発明の実施の形態１によるハイブリッド自動車用動力制御装置の内、交流電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。図中、図１〜図６と同一の符号を付したものは、同一または相当部分を示している。
【００８２】
図７において、ハイブリッド制御ユニット４に設けられた内燃機関系動作情報伝送手段２４は、内燃機関制御ユニット６から内燃機関５（図１参照）の動作状態を示す動作情報が入力される。また、ハイブリッド制御ユニット４に設けられた車両動作情報算出手段２５は、ハイブリッド自動車のアクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を発生する踏量検出器１０１、ブレーキペダルの踏み込み量に応じた信号を発生するブレーキ踏量検出器１０２、車速に応じた信号を発生する車速検出器１０３、およびハンドルの操舵角に応じた信号を発生する操舵角検出器１０４からの信号が入力され、これらの信号に基づいて車両の動作情報を算出する。
【００８３】
ハイブリッド制御ユニット４に設けられた電動機系動作情報伝送手段２６は、電力変換器１に設けられた電力変換器情報伝送手段３４との間で交流電動機２の動作情報を送受信する。また、ハイブリッド制御演算部２０に設けられた短絡異常検知手段２９は、電動機系動作情報伝送手段２６からの情報に基づいて三相インバータ１５のパワー素子ＵＨ〜ＷＬ等からなる電力供給経路における短絡故障による異常を検出する。
【００８４】
ハイブリッド制御演算部２０に設けられた内燃機関動作指示手段２７は、短絡異常検知手段２９が電力供給経路の短絡事故による異常を検知したときに、後述するようにその検知した異常に対応した動作指示を内燃機関制御ユニット６へ与える。同様に、ハイブリッド制御演算部２０に設けられた電動機動作指示手段２８は、短絡異常検知手段２９が電力供給経路の短絡事故による異常を検知したときに、後述するようにその検知した異常に対応した動作指示を電動機制御演算部２１へ与える。抵抗分圧回路等で構成されたＤＣリンク電圧算出器３３は、平滑用コンデンサ１６の両端に接続され、平滑用コンデンサ１６の両端間の電圧信号を直流リンク電圧値として算出する。
【００８５】
保護動作制御部３２は、直流電源３から電力変換器１を経て交流電動機２へ至る電力供給経路に異常が発生した場合に、これを検出して、ゲート信号遮断スイッチ３５を操作して電動機制御演算部２１からのスイッチング信号を遮断してパワー素子ＵＨ〜ＷＬをゲート遮断の状態としてこれらを保護するよう動作する。このスイッチング信号の遮断による保護動作は、１０[ms]程度の所定の期間にわたり継続して実行され、所定期間終了後はスイッチング信号の遮断を止めて保護動作を解除する。また、保護動作制御部３２は、保護動作実行中であることを保護動作識別信号（ＦＯ；Fault  Output）によって、電力変換器入出力処理手段３１へ通知するよう構成されている。
その他の構成は、図２に示す構成と同様である。
【００８６】
次に、実施の形態１に於ける自動車用動力制御装置の動作を説明する。
ハイブリッド自動車の動力制御が正常に行われている状態では、ハイブリッド制御ユニット４は、内燃機関系動作情報伝送手段２４を介して内燃機関制御ユニット６から内燃機関５の動作状態に関する情報を受け取り、また内燃機関５に対する動作指示を内燃機関系動作情報伝送手段２４を介して内燃機関制御ユニット６に与えて、内燃機関５の動力制御を行っている。
【００８７】
また、ハイブリッド制御ユニット４は、電動機系動作情報伝送手段２６を介して電力変換器１との間で交流電動機２、及び電力変換器１に関する動作情報を受け取り、更に、電動機電流算出手段２２、および回転角度速度算出手段２３を介して電動機電流と交流電動機２の回転角度、回転速度に関する情報を受け取っている。また、ハイブリッド制御ユニット４は、三相インバータ１５内のパワー素子ＵＨ〜ＷＬの各トランジスタ１８ａ〜１８ｆをスイッチング制御するためのスイッチング信号を電力変換器１へ出力して交流電動機２の出力制御を行っている。
【００８８】
ハイブリッド制御ユニット４が電動機系動作情報伝送手段２６を介してＤＣリンク電圧算出器３３から受け取る情報として、平滑用コンデンサ１６の端子間電圧に相当する直流リンク電圧等がある。この直流リンク電圧等に関する情報は、ハイブリッド制御ユニット４へ情報伝送された後、電動機制御演算部２１での電動機制御演算に使用される。尚、これら装置間の情報伝送には、ＣＡＮ（Controller  Area  Network）、ＵＡＲＴ（Universal  Asynchronous  Receiver  and  Transmitter）、ＬＩＮ（Local  Interconnect  Network）といったものに代表されるシリアル通信やアナログ電圧の変調による通信方式等が用いられる。
【００８９】
ここで、直流電源３から電力変換器１を経て交流電動機２へ至る電力供給経路に異常が発生した場合、電力変換器１内の保護動作制御部３２がこれを検出して、電力変換器１内のゲート信号遮断スイッチ３５を切替えてゲート信号を遮断し、ハイブリッド制御ユニット４からのスイッチング信号を無効としてパワー素子ＵＨ〜ＷＬのトランジスタ１８ａ〜１８fを非導通（ＯＦＦ）とする。次いで、保護動作制御部３２は、保護動作実行中であることを保護動作識別信号ＦＯにより電力変換器入出力処理手段３１へ通知する。
【００９０】
保護動作識別信号ＦＯを受けた電力変換器入出力処理手段３１は、電力変換器情報伝送手段３４を介してハイブリッド制御ユニット４へ電力変換器１が保護動作実行中であることを情報伝送して通知する。具体的には、電力変換器入出力処理手段３１は、保護動作制御部３２が保護動作実行中であるという情報を符号化(コーディング)し、所定の通信プロトコルにしたがって通信の出力信号線を制御する。ハイブリッド制御ユニット４内では、電動機系動作情報伝送手段２６が上記所定のプロトコルにて受信したデータを復号化(デコーディング)し、保護動作実行中であることをハイブリッド制御演算部２０へ通知する。
【００９１】
ハイブリッド制御演算部２０に設けられた電動機動作指示手段２８は、電動機系動作情報伝送手段２６からの通知により電力変換器１が保護動作実行中であることを認識し、通常の電動機制御演算にしたがうスイッチング信号の生成を止め、三相インバータ１５内のトランジスタ１８ａ〜１８ｆを非導通（ＯＦＦ）動作状態として維持するよう電動機制御演算部２１へ指示を与える。この指示に基づいて電動機制御演算部２１は、スイッチング信号をトランジスタ１８a〜１８fが非導通(ＯＦＦ)動作となる状態にしてこれを維持する。
【００９２】
電力変換器１内では、保護動作制御部３２が所定期間のゲート遮断動作を解除して、ゲート信号遮断スイッチ３５をスイッチング信号を通過させる側に切替えてハイブリッド制御ユニット４からのスイッチング信号を有効としても、トランジスタ１８ａ〜１８ｆが非導通動作となるよう電動機制御演算部２１によりスイッチング信号を設定しているので、ゲート遮断動作実行中と変わらずトランジスタ１８は非導通動作を指示されたままとなる。
【００９３】
ここで、ハイブリッド制御演算部２０内の短絡異常検知手段２９は、電力供給経路の短絡故障による異常の有無の検知動作を行う。異常の有無の検知は、先に説明した短絡故障による相電流の非平衡による定格外の電動機電流量を検出することで行われる。このため、電動機制御演算部２１が電流検出器１７ａ〜１７ｃにより検出され電動機電流算出手段２２により得られる電動機電流値を短絡異常検知手段２９へ通知する。
【００９４】
短絡異常検知手段２９は、電動機電流算出手段２２から通知された電動機電流値の絶対量が所定の閾値を超過しているか否かを判定して異常を検知する。これを、図８を用いて説明する。図８は、図６の（ｂ）に示すパワー素子ＵＬが短絡故障している場合の電動機電流値の絶対量を示す波形である。図８に示すように、閾値としての異常検知レベルを定め、電動機電流値の絶対量がこの異常検知レベルを超過するか否かを判定すれば、容易に短絡故障の発生による定格外の異常な電流の導通を検出することができる。短絡異常検知手段２９は、電動機電流値の絶対量が異常検知レベルを超過することにより電力供給経路の短絡故障による異常を検知する。
【００９５】
尚、電動機電流を用いた短絡故障による異常の検知する他の方法として、各相の電流値を平均してその値が所定の閾値を超えてオフセットしている現象を捉えて異常を検知することも考えられる。また、前記電動機電流の波形を詳細に観測すれば、短絡故障の発生部位を特定することが可能となるため、特定した短絡故障の発生部位に応じて、短絡故障をしていない相のトランジスタのゲート遮断と非導通状態の維持を解除し、相毎の高電位Ｐ側アーム及び低電位Ｎ側アームが短絡状態とならない限り、短絡故障した相を含む高電位Ｐ側アームまたは低電位Ｎ側アームの電動機端子を短絡して三相短絡状態となるようにトランジスタを導通状態とし、電動機電流の平均値である直流成分をゼロに戻す対策を施すことも可能である。
【００９６】
次に、短絡異常検知手段２９は、電動機電流の大きさ、短絡故障発生部位の構造、短絡故障発生部位がオイル経路、燃料経路などの可燃物や、ブレーキ、操舵機構等に近接しているか等の配置的特徴、発火点が低い材料で形成された部位や発煙範囲が拡大し易い材料で構成された部位等の材料的特徴に応じて、二次故障を回避するための緊急度を段階分けし設定する。
【００９７】
そのため、短絡異常検知手段２９は、構造・配置的特徴や材料的特徴に対して重要性の重み付けをする評価点をテーブル化してメモリに記憶しており、短絡故障発生時の評価点をそのテーブルを参照して算出した上で、評価点の総和を対応する緊急度に対応付けるように構成されている。発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障の発生の可能性は、大電流の導通による発熱に起因することから、緊急度の対応付けは電動機電流の二乗値に対して行うものであり得る。尚、緊急度は、重大な二次故障が発生する可能性に基づいて算出されるものであり、二次故障発生の回避をどれぐらい急がなければならないかの尺度となる。
【００９８】
また、車両動作の情報として、運転者の加速要求度合い、減速要求度合い、車速、操舵量の各情報が、車両動作情報算出手段２５を介してハイブリッド制御演算部２０へ入力される。これは、アクセル踏量検出器１０１からのアクセルペダル踏量信号、ブレーキ踏量検出器１０２からのブレーキペダル踏量信号、車速検出器１０３からの車速信号、舵角検出器１０４からの舵角信号を夫々車両動作情報算出手段２５へ入力し、車両動作情報算出手段２５によりこれらの信号を、加速要求度合い、減速要求度合い、車速、操舵量に変換若しくは算出してハイブリッド制御演算部２０へ入力することにより行われる。
【００９９】
ハイブリッド制御演算部２０は、前述の車両動作の情報を入力し、この車両動作情報を、電力供給経路の短絡故障に起因する二次故障を回避するための内燃機関動力制御の動作指示に反映させる。これは、次の理由等により行われる。即ち、二次故障を回避するためには、内燃機関の出力である動力が所定の範囲内に収まるよう動作指示を与える必要があるが、車両の加減速度が大きい場合は車両の動作点の変化が大きい状況にあるので、内燃機関の動作指示の単位時間当たり変化は小さめに設定するのが良い。
【０１００】
また、車両が高速で旋回中であれば、運転者の意図に反して内燃機関の動力を制限すると車両の挙動が不安定となり危険性が高まることとなるから、旋回が終了した後に内燃機関の動力制限を開始するのが好ましい。また、車両が高速走行中に短絡故障が発生した場合は、瞬時の高電圧印加や大電流の通流によるダメージが大きいことが想定されるため速やかに停車させるよう内燃機関の動作指示を与える必要があるが、車両が中速若しくは低速で走行中に短絡故障が発生した場合は、大電流の通流による電力供給経路の発熱が大きくならない範囲に内燃機関の動力を制限するよう動作指示を与えることで、リンプホーム走行を許可するといった選択をすることができる。
【０１０１】
次に内燃機関動作指示手段２７は、交流電動機の回転速度と、電動機電流量と、内燃機関の回転速度との相関によって算出される短絡異常時の内燃機関出力上限特性に基づき、内燃機関の動作指示を出力する。ここで、内燃機関の動作指示は、内燃機関の出力である動力を調整するパラメータを操作することで行われる。内燃機関の動力調整のためパラメータ操作としては、従来からの周知の内燃機関の制御方法を用いればよい。例えば、動作休止気筒を設定する、或いはスロットルバルブの開度を減らして気筒への流入空気量を減少させ擬似的にアクセルペダル踏量を減らすのと同等とする、或いは燃料噴射量を減らすといった手法がある。ここでは、燃料噴射量による内燃機関動力調整に基づいて説明する。
【０１０２】
短絡故障に起因する発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障を回避するために、電動機に流れる電流量を許容値以下に抑制しなければならない。この許容値は、電力供給経路内の発熱部位における冷却性能や発火点温度等を勘案して設定される。次いで、電流量許容値を対応する誘起電圧値に換算し、更に対応する電動機回転速度に換算する。電流量許容値からこれに相当する誘起電圧への換算は、電力変換器１の電流経路の抵抗成分や電力変換器１と交流電動機２の間の電力供給経路の配線の抵抗成分、交流電動機２内の電機子抵抗Ｒａ、自己インダクタンスＬａ、相互インダクタンスＭｕｖ、Ｍｖｗ、Ｍｗｕ、誘起電圧ｅｕ、ｅｖ、ｅｗからなる電気回路の特性から算出される。
【０１０３】
許容誘起電圧から許容電動機回転速度への換算は、前述の（式２）によって行われる。この換算は図９の（ａ）のように示される。即ち、即ち図９の（ａ）において、電力供給経路におけるパワー素子に短絡故障が発生した時に、交流電動機２の電機子巻線に発生する誘起電圧の動作点が（Ｂ）点となった場合、その誘起電圧が電力供給経路の耐圧を越えているので、速やかに誘起電圧の動作点を（Ｃ）点まで移す必要がある。また、誘起電圧の動作点が（Ｃ）点であっても、短絡故障時の電動機電流許容値相当電圧を越えているので、続いてその動作点を（Ｄ）点まで移さなければならない。（Ｄ）点における電動機回転速度が、上記二次故障を回避するための上限回転速度となる。
【０１０４】
電動機回転速度を（Ｄ）点で示す許容値以下に移すため、内燃機関５の動力を制限して内燃機関５の回転速度を低下させる。交流電動機２の回転速度Ｎｍと内燃機関５の回転速度Ｎｅとの関係は、図９の（ｂ）に図示される。
【０１０５】
即ち図９の（ｂ）において、交流電動機２と内燃機関５の出力軸が所定の減速比でもって直結されている場合は、交流電動機２と内燃機関５の回転速度の比は固定であるから、交流電動機２の回転速度の許容値に対して対応する内燃機関５の回転速度の許容値が、１つの実線で示す関係のみで定まる。また、交流電動機２と内燃機関５の出力軸の間に変速機が介在している場合は、それらの回転速度の比は変速機の変速比により変化するので、交流電動機２の回転速度の許容値に対して対応する内燃機関５の回転速度の許容値は、複数の実線で図示しているように変速範囲に応じて幅を持つこととなる。
【０１０６】
内燃機関動作指示手段２７は、以上の関係に基づいて短絡故障発生時の内燃機関の回転速度が許容値以下となるよう内燃機関の動力を制限するよう動作させるための動作指示を、内燃機関制御ユニット６へ出すが、この時の動作指示として、具体的には内燃機関制御ユニット６へ燃料噴射量の指示を行うこととなる。
【０１０７】
これを図１０によって説明する。図１０は、内燃機関動作指示手段２７が所定の動力量を内燃機関制御ユニット６へ指示している時に電力供給経路に短絡故障が発生したことにより、内燃機関の動力量を抑制して内燃機関５の回転速度を下げていく際の、内燃機関回転速度Ｎｅに対する燃料噴射量Ｑｉの特性線と動作点の時間推移を図示したものである。
【０１０８】
図１０において、電力供給経路に短絡故障が発生しておらず通常の動力制御行っている場合は、特性線ｃ１により現時点での内燃機関回転速度Ｎｅに対する燃料噴射量Ｑｉが定まる。いま、動作点ｔ１で短絡故障が発生すると、内燃機関動作指示手段２７は特性線をｃ２、ｃ３、ｃ４と変えて行き、それぞれ動作点ｔ２、t３、t４と変化していくのに合わせた燃料噴射量を内燃機関制御ユニット６へ指示する。
【０１０９】
車両がいつでも停止可能な速度で走行するよう動作指示する場合は、特性線の遷移をc４で止め、最終的に動作点をt５に落ち着かせる。動作点t５において内燃機関回転速度Ｎｅは、短絡異常時の二次故障回避のための許容値以下に収まりつつ、いつでも停止可能な速度で走行する程度の回転速度となる。また、車両の動作状況から停車すべきと判断された場合は、更に出力を抑制する特性線を辿っていき、最終的にアイドル回転速度での回転保持、あるいは内燃機関停止とする。
【０１１０】
特性線をｃ２、ｃ３、ｃ４へと変えていく変化速度は、先に述べた短絡異常検知手段２９からの異常度合いに対する緊急度、及び、車両の動作状況から算出される動作点変化度合いを勘案して設定する。すなわち、緊急度が高ければより速やかな変化とし、また、車両の加減速度が大きい場合はより緩やかな変化となるよう設定する。また、車両が旋回中であれば旋回が終了するまで特性線の移り変わりを休止する。
【０１１１】
この内燃機関動作指示手段２７からの燃料噴射量の指示は、内燃機関系動作情報伝送手段２４を介して内燃機関制御ユニット６への情報伝送により行われる。具体的には、燃料噴射量指示値は符号化(コーディング)され、所定の通信プロトコルにしたがって通信の出力信号線を制御して伝送される。
【０１１２】
内燃機関制御ユニット６は、この燃料噴射量指示にしたがって内燃機関５の動力制御を行う。よって、内燃機関５の回転速度は二次故障の発生を回避するための回転速度許容値まで低下することとなる。
【０１１３】
以上説明した動作により、本発明の実施の形態１によるハイブリッド自動車用の動力制御システム装置は、電力供給経路の短絡故障の発生による異常を検知すると供に、その異常度合いと車両の動作状況に適応して発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障の発生を防止するよう、内燃機関５の回転速度を低下させて交流電動機２の誘起電圧を減少させることで、短絡故障が発生したことによる大電流の導通を回避するよう動作する。
【０１１４】
本発明の実施の形態１によれば、従来から使用されるハイブリッド自動車用の動力制御システム装置を構成するハードウェア要素を変更することなく、ソフトウェア要素を変更するのみで、低コストに発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障の発生を防止できるというメリットがある。また、パワー素子としてＤＬＢ（Direct  lead  Bonding）方式のものを適用すると、ワイヤボンディング方式のものを用いている場合に懸念されるボンディング部の剥離やワイヤ本体の切断での当該部分の接触不確定によるアークの発生がなく、発煙、焼損に至る可能性が低減されるため好適である。
【０１１５】
尚、本実施の形態１で示した動作、構成要素は、本発明を実現するための一例であって、本発明の範囲内に在る限り、別な動作、構成要素によって実現しても良い。即ち、交流電動機２及び電力変換器１は三相に限定されず、また、トランジスタはＩＧＢＴでなくＭＯＳ−ＦＥＴであっても良い。また、交流電動機と内燃機関の動力は、ギヤや変速機によって結合され単一のドライブシャフトを介して動輪を駆動する方式に限定されず、ベルトやチェーンを介して結合したり、あるいは内燃機関と交流電動機とで別個の動輪を駆動するものであっても良い。
【０１１６】
また、本実施の形態１では、短絡故障の発生部位を特定した上で二次故障発生回避の動作の説明を行わなかったが、詳細に短絡故障発生部位を特定した上で、回避動作を行っても良い。短絡故障による異常度合いの算出や反映方法は、別な情報に基づく別な算出方法や反映方法であって良く、車両動作状況の算出、反映方法についても同様である。また、システム的な動作として不都合が無ければ、異常度合いの算出、内燃機関動作指示への反映、及び車両動作状況の算出、内燃機関動作指示への反映は省略しても良い。
【０１１７】
更に、本実施の形態１では、交流電動機とインバータを一系統ずつ備え、一つの交流電動機の動力を用いる場合の構成に基づいて説明したが、交流電動機とインバータを二系統以上の複数備えており、複数の交流電動機の動力を用いるようにした場合にも適用可能である。各電動機と対応する電力変換回路のインバータを一つの電力供給経路として組み合わせ、それぞれの組み合わせにおいて短絡故障の発生による異常を検知する構成とし、いずれかの電力供給経路で異常を検知すれば、二次故障を回避するよう内燃機関の動力制御を行えば良い。
実施の形態２
【０１１８】
以下、本発明の実施の形態２に係る自動車用動力制御装置について説明する。
図１１は、本発明の実施の形態２におけるハイブリッド自動車用動力制御装置の内、交流電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。図１１において、図７と同一の符号を付したものは、図７に示すものと同一または相当部分を示す。
図１１に示す実施の形態２の自動車用動力制御装置は、電力変換器１内に電源電流検出器３６を備え、また、ハイブリッド制御ユニット４内に電源電流算出手段３７を備える点を除いて、図７の実施の形態１と同様の構成である。
【０１１９】
実施の形態２は、電力変換器１と直流電源３の間に流れる電源電流に基づいて、電力供給経路内における短絡故障の発生による異常を検知する。電力供給経路に短絡故障が発生した場合の、直流電源３と電力変換器１との間に流れる電源電流は、図１２の（ａ）から（ｄ）に示される。図１２の（ａ）から（ｄ）は、横軸が共通の時間軸であり、図６の（ａ）から（ｄ）に示す電動機電流が流れている場合に夫々対応する電源電流の波形である。ここで、直流電源３を充電する方向に流れる極性を正としている。
【０１２０】
図１２の（ａ）は、三相インバータ１５の全てのパワー素子ＵＨ〜ＷＬがゲート遮断されて非導通（ＯＦＦ）を維持している状態となり、パワー素子の内、フライホイールダイオード１９ａ〜ｆのみが電流路として有効となった場合に流れる電源電流の波形であり、図６の（ａ）に示すように、三相交流はフライホイールダイオードによるダイオードブリッジにより全波整流されている。
【０１２１】
図１２の（ｂ）は、図１２の（ａ）の状態から更に、三相インバータ１５の低電位Ｎ側のアーム（下アーム）のパワー素子ＵＬのトランジスタ１８ｂが短絡故障した場合の電動機電流の波形を示す。この場合に直流電源３に電流が流れるのは、短絡故障が発生したＵ相のアームを除く残るＶ相およびＷ相の高電位Ｈ側のアーム（上アーム）のフライホイールダイオード１９ｃ、１９ｅが順バイアスになり、短絡故障が発生した相以外の二相（Ｖ相、Ｗ相）分の電動機電流がマイナス方向に流れている場合であり、通常は０[Ａ]であって交流電動機２の回転子の１回転周期当たり２回ずつ、短周期で正方向に流れる波形となる。
【０１２２】
図１２（ｃ）は、図１２の（ａ）の状態から更に、二相（Ｕ相、Ｖ相）の下アームのが短絡故障した場合に流れる電源電流の波形である。この場合、直流電源３に電流が流れるのは、短絡故障が発生したＵ相およびＶ相の下アームを除く残る一つのＷ相の上アームのフライホイールダイオード１９ｅが順バイアスになり、短絡故障が発生していないＷ相の電動機電流がマイナス方向に流れている場合であり、通常は０[Ａ]であって交流電動機２の回転子の１回転周期当たり１回ずつ短周期で正方向に流れる波形となる。
【０１２３】
図１２の（ｄ）は、三相インバータ１５の下アームが全相短絡した場合の電源電流の波形である。上アームのフライホイールダイオード１９ａ、１９ｃ、１９ｅはいずれも逆バイアスであるから電源電流は流れず０[Ａ]のままである。
【０１２４】
また、上アームのパワー素子ＵＨ、ＶＨ、ＷＨが全て短絡故障した場合の電源電流波形も、前記した下アームの短絡故障の場合と同様に展開することができる。すなわち、上アームが全相短絡した場合、電源電流は流れず０[Ａ]であり、上アームの一相が短絡故障した場合は、通常は電源電流は０[Ａ]であって、回転子の１回転周期当たり２回ずつ短周期で正方向に電源電流が流れる波形となる。上アームの二相が短絡故障した場合は、通常は０[Ａ]であって、回転子の１回転周期当たり１回ずつ短周期で正方向に電源電流が流れる波形となる。
【０１２５】
短絡異常検知手段２９は、このような電源電流の特性に基づいて短絡異常を検知する。まず、電源電流検出器３６により直流電源３と電力変換器１との間に流れる電源電流が検出され、電源電流に応じた電源電流信号が電源電流算出手段３７に入力される。電源電流算出手段３７は、電源電流信号から電源電流の値を算出し、ハイブリッド制御演算部２０内の短絡異常検知手段２９に入力する。短絡異常検知手段２９は、１回転周期にわたって０[Ａ]近傍の閾値に対して電源電流が交差して大小関係が切り替わることや、電源電流が０[Ａ]近傍の閾値より小さい関係が継続して成立していることを監視して短絡故障を検知する。
【０１２６】
尚、電動機回転速度が低く誘起電圧が小さい場合は、交流電動機２の端子電圧が直流電源３の出力電圧よりも低くなるため、電力供給経路に短絡故障が発生していない正常な場合であっても、電源電流は流れず三相インバータ１５の上アームまたは下アームが全相短絡した時と同じ０[Ａ]のままであるが、電動機電流も流れず二次故障発生が回避されるため、短絡故障による異常を誤検知したとしても支障はない。交流電動機の回転速度を低くし誘起電圧を小さくすることは、二次故障回避のための処置に相当する。
【０１２７】
尚、この他の電源電流を用いた短絡異常の検知方法として、電源電流の値をフィルタリングして得られる値が、交流電動機２の回転速度と直流電源３の電圧から求まる予想電源電流値と比べて大きく、所定の閾値を超えることに基づいて判定することも考えられる。即ち、交流電動機２の回転速度から交流電動機２による誘起電圧が求まり、これより交流電動機２の端子電圧と直流電源３の出力電圧からダイオードブリッジによる全波整流時にどの程度の直流電源への充電電流が流れるかが予想できるため、実際の電源電流がこの予想電源電流値と異なっておれば異常発生とみなす事ができる。この場合、電源電流の値のフィルタリングに相当するものとして電源電流検出器３６の設置箇所を平滑用コンデンサ１６と直流電源３の間の直流母線上とすれば、平滑用コンデンサ１６の短絡故障による電源電流の異常も検知できる。
【０１２８】
短絡異常検知手段２９により異常が検知されれば、以降、実施の形態１での動作と同様に、発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障を回避するために、交流電動機２に流れる電流量を許容値以下に抑制すべく内燃機関動作指示手段２７が内燃機関制御ユニット６に指示を発し、この指示にしたがって内燃機関制御ユニット６が内燃機関５の動力を制御することとなる。
実施の形態３
【０１２９】
図１３は、この発明の実施の形態３によるハイブリッド自動車用動力制御装置の内、交流電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。図１３において、図７と同一の符号を付したものは、図７に示すものと同一または相当部分を示す。
図１３は、電力変換器１内にパワー素子ＵＨ〜ＷＬの温度を検出するためのサーマルダイオード３８ａ〜３８ｃ、定電流回路３９ａ〜３９ｃ、パワー素子温度算出手段４０ａ〜４０ｃを備えることを除いて、図７に示す実施の形態１と同様の構成である。
【０１３０】
本実施の形態３は、短絡故障の発生による異常検知をパワー素子ＵＨ〜ＷＬの温度変化によって行うものである。電力供給経路のパワー素子に短絡故障が発生した場合は、図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるように、電力供給経路に定格外の異常な電流が流れる。このため、電力供給経路のパワー素子の抵抗成分での損失によってパワー素子が発熱し、温度は上昇する。
【０１３１】
パワー素子の抵抗成分での損失は、電動機電流量の二乗に比例することから、電流量が大きくなると発熱は著しく増加する。よって、パワー素子の温度が所定の高温閾値を超える場合や、正常動作による定格電流の流通時での発熱と冷却の平衡によって定まる定格運転温度を超え、高い変化率での温度上昇が予想される場合に短絡故障が発生したと判定できる。
【０１３２】
このため、実施の形態３では、次のような動作により短絡異常の検知が行われる。パワー素子の温度の検出機構として、サーマルダイオード３８ａ〜３８ｃが三相インバータ１５内の各アームのパワー素子の近傍に設置されている。サーマルダイオード３８ａ〜３８ｃには定電流回路３９ａ〜３９ｃが接続されており、所定の電流が流される。
【０１３３】
この時、サーマルダイオード３８ａ〜３８ｃのｐｎ接合部の順方向電圧降下Ｖｆは、ｐｎ接合部の温度によって変化する。パワー素子温度算出手段４０ａ〜４０ｃは、それぞれサーマルダイオード３８ａ〜３８ｃの順方向電圧降下Ｖｆを入力し、サーマルダイオード３８ａ〜３８ｃのｐｎ接合部の温度と順方向電圧降下Ｖｆとの関係に基づいて、ｐｎ接合部の温度を略パワー素子ＵＨ〜ＷＬの温度とみなしてパワー素子温度を算出し、電力変換器入出力処理手段３１へ通知する。
【０１３４】
電力変換器入出力処理手段３１は、電力変換器情報伝送手段３４を介してハイブリッド制御ユニット４へパワー素子温度に関する情報を伝送する。ハイブリッド制御ユニット４内の電動機系動作情報伝送手段２６が上記情報を受信し、ハイブリッド制御演算部２０へパワー素子温度を通知する。
【０１３５】
ハイブリッド制御演算部２０内では、短絡異常検知手段２９が電動機系動作情報伝送手段２６からのパワー素子温度を入力し、先に述べた短絡故障の発生と定格外の異常電流の導通、及び、これによる発熱、温度上昇の関係に基づいて、短絡異常を検知する。短絡による異常の度合いは、電力供給経路の温度に関する情報および／または前記電力供給経路に流れる電流に関する情報に基づいて求められる短絡故障による異常の度合いが求められる。異常の度合いを求めるのに用いられる電流の情報は、図６に示す交流電動機２に流れる電流、または図１２に示す直流電源３に流れる電流の通流形態および／または電流値に関する情報である。
【０１３６】
短絡異常検知手段２９により異常が検知されれば、以降、実施の形態１での動作と同様に、発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障を回避するよう内燃機関の動力が制御される。
【０１３７】
尚、本実施の形態３では、サーマルダイオードを使用したパワー素子温度の検出とパワー素子温度による短絡異常検知について説明したが、これ以外の別の手法による温度検出によって短絡異常を検知しても良い。例えば、温度検出素子としてサーミスタを使用しても良いし、パワー素子とは別な電力供給経路上を測温し、この温度によって短絡異常を検知しても良い。また、短絡異常の判定方法は、適宜、説明した以外の別なアルゴリズムによっても実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置を含むハイブリッド自動車の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置を説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、電動機回転速度と誘起電圧の関係を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、短絡故障発生時のインバータと電動機の回路状態を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、短絡故障の有無を説明するための電動機電流の波形図である。
【図７】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、短絡異常の検知方法を説明するための波形図である。
【図９】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、内燃機関の回転速度と電動機の回転速度の関係を説明する説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、内燃機関の動作指示に関する説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による自動車用動力制御装置における、電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による自動車用動力制御装置における、短絡故障の有無を説明するための電源電流の波形図である。
【図１３】本発明の実施の形態３による自動車用動力制御装置における、電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１    電力変換器
２    交流電動機
３    直流電源
４    ハイブリッド制御ユニット
５    内燃機関
６    内燃機関制御ユニット
７    変速機
８    減速ギヤ
９    差動ギヤ
１０    ドライブシャフト
１１    駆動輪
１２    回転角検出器
１５    三相インバータ
１６    平滑用コンデンサ
１７ａ〜１７ｃ    電動機電流検出器
ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ    パワー素子
１８ａ〜１８ｆ    トランジスタ
１９ａ〜１９ｆ    フライホイールダイオード
２０    ハイブリッド制御演算部
２１    電動機制御演算部
２２    電動機電流算出手段
２３    回転角度速度算出手段
２４    内燃機関系動作情報伝送手段
２５    車両動作情報算出手段
２６    電動機系動作情報伝送手段
２７    内燃機関動作指示手段
２８    電動機動作指示手段
２９    短絡異常検知手段
３１    電力変換器入出力処理手段
３２    保護動作制御部
３３    直流リンク電圧算出手段
３４    電力変換器情報伝送手段
３５    ゲート信号遮断スイッチ
３６    電源電流検出器
３７    電源電流算出手段
３８ａ〜３８ｃ    サーマルダイオード
３９ａ〜３９ｃ    定電流回路
４０ａ〜４０ｃ    パワー素子温度算出手段
５１ａ〜５１ｃ    電圧源(誘起電圧)
５２ａ〜５２ｃ    自己インダクタンス
５３ａ〜５３ｃ    電機子抵抗
１０１    アクセル踏量検出器
１０２    ブレーキ踏量検出器
１０３    車速検出器
１０４    舵角検出器
【図１】
2007118680.tif 000005
【図２】
2007118680.tif 000006
【図３】
2007118680.tif 000007
【図４】
2007118680.tif 000008
【図５】
2007118680.tif 000009
【図６】
2007118680.tif 000010
【図７】
2007118680.tif 000011
【図８】
2007118680.tif 000012
【図９】
2007118680.tif 000013
【図１０】
2007118680.tif 000014
【図１１】
2007118680.tif 000015
【図１２】
2007118680.tif 000016
【図１３】
2007118680.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月16日(2006.8.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の出力と交流電動機の出力とを動力源とするハイブリッド自動車の動力制御を行う自動車用動力制御装置であって、前記内燃機関の出力を制御する内燃機関制御ユニットと、前記交流電動機と直流電源とに接続されてこれらと共に電力供給経路を形成し、前記直流電源と前記交流電動機の一方から他方へ、スイッチング手段のスイッチング動作により電力変換して電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器のスイッチング動作を制御して前記交流電動機の出力を制御する機能を有し、前記内燃機関制御ユニットと連携して前記ハイブリッド自動車の動力制御のための演算を行うハイブリッド制御ユニットと、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記電力供給経路の短絡故障による異常を検知する短絡異常検知手段と、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記短絡異常検知手段が前記異常を検知したとき前記内燃機関に前記異常に対応した動作をさせるための指示を前記内燃機関制御ユニットに与える内燃機関動作指示手段とを備え、前記内燃機関動作指示手段は、前記交流電動機の回転速度と、前記電力供給経路に流れる電流と、前記内燃機関の回転速度との相関によって算出される前記異常時の内燃機関出力上限特性に基づき、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を、前記内燃機関制御ユニットに与えることを特徴とする自動車用動力制御装置。
【請求項２】
前記短絡異常検知手段は、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記交流電動機に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知することを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項３】
前記短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記直流電源に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知することを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項４】
前記電力変換器のスイッチング手段と前記電力供給経路とのうち少なくともいずれか一方の温度を測定する温度検出器を備え、前記短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記温度検出器が検出した前記温度に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知することを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関動作指示手段は、前記電力供給経路の温度に関する情報と前記電力供給経路に流れる電流に関する情報とのうち少なくともいずれか一方に基づいて求められる短絡故障による異常の度合いに適応した動作指示を、前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項６】
前記電流に関する情報は、電流の通流形態と電流値とのうち少なくともいずれか一方に関する情報であることを特徴とする請求項５に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関動作指示手段は、前記ハイブリッド自動車の車両動作状況に適応した動作指示を前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関動作指示手段は、前記ハイブリッド自動車の加減速量、加減速頻度、操舵量、操舵頻度、車速のうちの少なくともいずれかを含む車両動作情報と、前記電力供給経路の温度および／または前記電力供給経路に流れる電流により求められる前記異常の度合いとに適合して、前記自動車の走行継続若しくは走行停止を行うように、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を、前記内燃機関制御ユニットに与えることを特徴とする請求項１に記載の自動車用動力制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と交流電動機を動力源とするハイブリッド自動車の動力制御を行う自動車用動力制御装置に関し、特に、直流電力を交流電力に変換して交流電動機に供給する電力変換器の構成部品の短絡故障による異常を検出し、その異常に応じて動力制御を行うようにした自動車用動力制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関とその制御装置、交流電動機、この交流電動機に交流電力を供給する電力変換器とその制御装置を備え、内燃機関の出力と交流電動機の出力の双方を組み合わせて自動車の動力源とするハイブリッド自動車用動力制御装置が用いられている。電力変換器は、直流電力と交流電力を相互に変換する装置であり、交流電動機の駆動時には、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して交流電動機に供給し交流電動機を駆動する。また、交流電動機の制動時には、交流電動機が発生する交流電力を直流電力に変換して直流電源に供給し交流電動機を回生動作させる。
【０００３】
電力変換器は、例えばＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）等のトランジスタとダイオードから構成された半導体パワー素子（以下、パワー素子と称する）をスイッチング手段として内蔵しており、制御装置から出力されるスイッチング信号によってパワー素子を導通（ＯＮ）、非導通（ＯＦＦ）動作させることにより電力変換を行うよう構成されている。
尚、スイッチング手段としてのパワー素子は、ＩＧＢＴ以外の半導体素子も有り得る事は勿論である。
【０００４】
ハイブリッド自動車に用いられる交流電動機の出力の制御は、一般的にその出力トルク量を制御することで行われる。出力トルク量は交流電動機に流れる電流量と相関を持って変化し、電流量が多いほど出力トルク量は増加する。このことから交流電動機の出力制御は、流れる電流量を制御することで行われる。交流電動機を流れる電流はパワー素子にも流れることから、電流量が多い場合、すなわち出力トルク量が大きい場合は、パワー素子の抵抗成分によって発熱する量も多く、パワー素子の温度上昇度合いは大きくなる。
【０００５】
また、パワー素子の特性として、ゲート部分に与えられるスイッチング信号によるゲート印加電圧が適正な水準に達せずスイッチング素子が非飽和領域で導通動作をすることがあるが、この場合、パワー素子の抵抗成分が大きくなるため、同一の電流量に対しても発熱量が多くなりパワー素子の温度は上昇する。
【０００６】
パワー素子としてＩＧＢＴを使用している場合には、ＩＧＢＴの温度が上昇することによって非導通動作時に遮断可能な電流量が低くなり、ラッチアップを起こして損壊してしまうこととなる。このため、パワー素子を保護する目的から、所定値以上の大電流が流れる場合（ＯＮ；Over  Current）、或いは所定値以上に温度が上昇する場合（ＯＴ；Over  Temperature）、或いは導通（ＯＮ）動作時のゲート印加電圧が所定値以下となる場合(ＵＶ；Under  Voltage)には、外部から導通（ＯＮ）動作指示が与えられている場合であっても、この指示を無効として強制的にスイッチング信号を遮断し、パワー素子を非導通（ＯＦＦ）とする保護動作を働かせるものが多く使用されている。
【０００７】
このスイッチング信号の遮断による保護動作は、１０[ms]程度の所定の期間にわたり継続して実行され、所定期間終了後はスイッチング信号の遮断を止めて保護動作を解除する。また、保護動作実行中であることは保護動作識別信号（ＦＯ；Fault  Output）によって、スイッチング信号の生成源である制御演算装置に通知される。制御演算装置は、保護動作識別信号ＦＯの認識や短時間内の連続的な保護動作識別信号ＦＯの断続発生の認識によって、電動機動作を継続すべきか停止すべきかを判断し、停止すべきと判断した場合にはスイッチング信号を停止し、非導通状態を維持するよう動作する。
【０００８】
即ち、このような従来のハイブリッド自動車用動力制御装置は、電力変換器のパワー素子のスイッチングを停止することで交流電動機の動作を停止し、異常状態の解除、及び車両の危険状況からの回避を行おうとするものであった。
【０００９】
しかしながら、パワー素子が短絡故障した場合には、例えスイッチング信号の遮断、即ちゲート遮断による保護動作、若しくは制御演算装置からのスイッチング信号の停止による非導通（ＯＦＦ）状態の維持を行っても、交流電動機の回転状態によっては多大な電流が流れ続け、交流電動機の異常動作は停止できない。これは、パワー素子の短絡故障によって交流電動機の端子電圧が電力変換器の直流側の電位と等しくなるため、交流電動機の線間に印加される電圧の相毎の平衡性が失われることによって発生する。
【００１０】
また、回転子磁極に永久磁石を用いて界磁磁束を発生するようにした永久磁石式交流電動機にあっては、パワー素子のスイッチングを停止しても、回転子磁極の回転速度に比例する誘起電圧が電機子巻線に発生し発電機として動作するため、交流電動機の回転速度が高いまま維持されると電力供給経路に多大な電流が継続して流れることとなる。
【００１１】
ハイブリッド自動車に多用されるこのような永久磁石式交流電動機は、小型化、軽量化の要求と相俟って比較的容積に対して永久磁石の磁束量が多くなるよう設計されているため、誘起電圧対回転速度の比は高くなる傾向がある。このため、回転速度が上昇し、電力変換器が出力制御可能な上限を超える場合には、回転子の回転角度に対する印加電圧の位相を調整し、電動機端子電圧の増加を抑制する、所謂、弱め磁束制御が行われる。
【００１２】
ここで、何らかの異常発生に対する保護のためにパワー素子の非導通(ＯＦＦ)状態を維持した場合、交流電動機の弱め磁束制御を行わないことになるため、電力変換器、及び交流電動機に定格外の高い電圧が印加され、更にパワー素子が短絡故障した場合は、定格外の多大な電流が電力変換器及び交流電動機に流れ続けることになる。このため、パワー素子や、電力変換器と交流電動機との接続端子、及び交流電動機の電機子巻線等の電力供給経路を形成する構成部品に、それらの電圧耐量、熱耐量を超えた多大な電流が流れ、発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障が発生する可能性が生ずる恐れがある。発煙、焼損、絶縁破壊等の発生は、自動車の安全性に関わる重大な問題であり、それらの発生が生じないようにしなければならない。
【００１３】
そこで従来、そのような問題に対処するため、パワー素子の半導体部分と外部の電流経路とを接続する電極部材に、ヒューズとして働く溶断部位を設け、所定値以上の電流が流れるとその溶断部位が溶断して回路を切断することが提案されている。（例えば、特許文献１参照）
また、この従来技術には、溶断部位を電極部材とは別構造のボンディングワイヤで構成することが例示されている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００５―１７５４３９号公報（第２〜１２頁、図１〜１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に示されるパワー素子を用いた従来の自動車用動力制御装置にあっても、以下のような課題を有している。即ち、
（１）パワー素子の溶断部位が溶断する原理は、溶断部位の抵抗成分による発熱による溶融に基づくものであるため、溶断部位を持たないパワー素子に比べて溶断部位の抵抗値が高く、従って常時不要な損失が発生し、冷却性能とのバランスや、効率に関する特性が悪化する。
（２）電力供給経路に直列に溶断部位が挿入されており、その溶断部位が誤溶断した場合、自動車動力制御装置が正常に動作しなくなり、装置の信頼性が低下する。
（３）パワー素子の短絡故障時に確実に溶断部位が溶断するよう溶断電流値を低く設定すると、パワー素子の半導体部分の許容電流よりも溶断電流設定値の方が低くなり得るため、パワー素子全体で見た場合の定格電流容量が低下してしまう。一方、溶断部位の溶断電流値を高く設定すると、パワー素子が既に短絡故障して異常電流が流れていても、確実に溶断する事ができなくなる。
（４）パワー素子の溶断部位をボンディングワイヤで構成し、パワー素子を絶縁用射出成型樹脂でモールドする場合、ボンディング部や、ボンディングワイヤ本体の切断箇所と他の部分との接触部分に、接触不十分が生じて電流の導通が断続的となる可能性があるが、このような場合に、接触不十分な箇所に高電圧によるアークが発生し、モールド部材が発煙したり発火してしまう可能性がある。
【００１６】
上記（４）のボンディングワイヤと絶縁用射出成型樹脂モールドの組み合わせにおける問題は、半導体素子本体の構造にとっても懸念される問題である。従来から、半導体素子の電極と半導体素子周辺に位置して電流経路となる金属板との間を多数のボンディングワイヤにより電気的に接続し、これらを樹脂で一体にモールドして絶縁すると共に固定したパワー素子が提供されている。このように構成されたパワー素子は、耐振動性、耐温度変化特性、放熱性などに関する性能向上に有効に寄与するものの、上記（４）に記載のような問題が発生し得る。また、短絡故障が発生すると故障箇所の抵抗値が下がり、各ボンディングワイヤには均等な電流が流れずに故障箇所周辺のワイヤに集中し偏って流れる。このように、電流が短絡故障箇所に集中して流れると発煙、発火の可能性が高まることとなる。
【００１７】
一方、ボンディングワイヤをボンディングにより半導体に接合する場合のボンディング部の加工時間、加工面積の制約から、パワー素子の更なる小型化、低コスト化を実現するため、ワイヤに替わり金属板を半導体に接合して電気的に接続するダイレクトリードボンディング(ＤＬＢ；Direct  Lead  Bonding)方式のものが提案されている。このダイレクトリードボンディング方式では、上述のワイヤボンディング方式のような通電電流の偏りは発生し難く、また、接合部の接触不十分によるアークも発生しないため、発煙、発火の可能性は低く抑えられる。しかしながら、ダイレクトリードボンディング方式のパワー素子であっても、短絡故障時に電動機回転速度が高いまま維持されると電力供給経路に多大な電流が継続して流れるという問題点は解消されない。
【００１８】
本発明の目的は、以上のような従来の装置における課題を解決するためになされたものであり、直流電源と電力変換器と交流電動機を含む電力供給経路に短絡故障が発生した場合に、定格外の多大な電流が流れ続けてパワー素子や電力変換器と交流電動機の接続端子、電動機巻線等の電力供給経路の構成部品の電圧耐量、電流耐量、熱耐量を超えて発煙、焼損、絶縁破壊などの二次故障が発生するのを防止することができる自動車用動力制御装置を提供することである。
【００１９】
また、本発明の別の目的は、従来装置のようにパワー素子に溶断部分を組み込むことによる損失の増加や、信頼性の低下、冷却性能とのバランスの劣化といった問題を生ずることなく、発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障の発生を防止できる自動車用動力制御装置を提供することである。
【００２０】
更に、本発明の別の目的は、従来のハイブリッド自動車用動力制御装置を構成するハードウェア要素を変更することなく、ソフトウェア要素を変更するのみで、低コストに発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障の発生を防止できる自動車用動力制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明による自動車用動力制御装置は、内燃機関の出力と交流電動機の出力とを動力源とするハイブリッド自動車の動力制御を行う自動車用動力制御装置であって、前記内燃機関の出力を制御する内燃機関制御ユニットと、前記交流電動機と直流電源とに接続されてこれらと共に電力供給経路を形成し、前記直流電源と前記交流電動機の一方から他方へ、スイッチング手段のスイッチング動作により電力変換して電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器のスイッチング動作を制御して前記交流電動機の出力を制御する機能を有し、前記内燃機関制御ユニットと連携して前記ハイブリッド自動車の動力制御のための演算を行うハイブリッド制御ユニットと、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記電力供給経路の短絡故障による異常を検知する短絡異常検知手段と、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記短絡異常検知手段が前記異常を検知したとき前記内燃機関に前記異常に対応した動作をさせるための指示を前記内燃機関制御ユニットに与える内燃機関動作指示手段とを備え、前記内燃機関動作指示手段は、前記交流電動機の回転速度と、前記電力供給経路に流れる電流と、前記内燃機関の回転速度との相関によって算出される前記異常時の内燃機関出力上限特性に基づき、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を、前記内燃機関制御ユニットに与えるようにしたものである。
【００２２】
また本発明による自動車用動力制御装置は、前記短絡異常検知手段を、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記交流電動機に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するよう構成したものである。
【００２３】
また、本発明による自動車用動力制御装置は、前記短絡異常検知手段を、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記直流電源に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するよう構成したものである。
【００２４】
さらに、本発明による自動車用動力制御装置は、前記電力変換器のスイッチング手段と前記電力供給経路とのうち少なくともいずれか一方の温度を測定する温度検出器を備え、前記短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記温度検出器が検出した前記温度に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するよう構成したものである。
【００２５】
また、本発明による自動車用動力制御装置は、前記内燃機関動作指示手段を、前記電力供給経路の温度に関する情報と前記電力供給経路に流れる電流に関する情報とのうち少なくともいずれか一方に基づいて求められる短絡故障による異常の度合いに適応した動作指示を、前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成したものである。
【００２６】
また、本発明による自動車用動力制御装置は、前記電流に関する情報を、前記電流の通流形態と電流値とのうち少なくともいずれか一方に関する情報としたものである。
【００２７】
さらに、本発明による自動車用動力制御装置は、前記内燃機関動作指示手段を、前記ハイブリッド自動車の車両動作状況に適応した動作指示を前記内燃機関制御ユニットへ与えるようよう構成したものである。
【００２８】
また、本発明による自動車用動力制御装置は、前記内燃機関動作指示手段を、前記ハイブリッド自動車の加減速量、加減速頻度、操舵量、操舵頻度、車速のうちの少なくともいずれかを含む車両動作情報と、前記電力供給経路の温度および／または前記電力供給経路に流れる電流により求められる前記異常の度合いとに適合して、前記自動車の走行継続若しくは走行停止を行うように、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を、前記内燃機関制御ユニットに与えるよう構成したものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、内燃機関の出力を制御する内燃機関制御ユニットと、交流電動機と直流電源とに接続されてこれらと共に電力供給経路を形成し、前記直流電源と前記交流電動機の一方から他方へ、スイッチング手段のスイッチング動作により電力変換して電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器のスイッチング動作を制御して前記交流電動機の出力を制御する機能を有し、前記内燃機関制御ユニットと連携して前記ハイブリッド自動車の動力制御のための演算を行うハイブリッド制御ユニットと、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記電力供給経路の短絡故障による異常を検知する短絡異常検知手段と、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記短絡異常検知手段が前記異常を検知したとき前記内燃機関に前記異常に対応した動作をさせるための指示を前記内燃機関制御ユニットに与える内燃機関動作指示手段とを備え、前記内燃機関動作指示手段は、前記交流電動機の回転速度と、前記電力供給経路に流れる電流と、前記内燃機関の回転速度との相関によって算出される前記異常時の内燃機関出力上限特性に基づき、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を、前記内燃機関制御ユニットに与えるようにしたので、電力供給経路の短絡故障による異常が生じても、定格外の多大な電流が流れ続けてスイッチング手段や電力変換器と交流電動機の接続端子、電動機巻線等の構成部品の電圧耐量、電流耐量、熱耐量を超えて発煙、焼損、絶縁破壊等の二次故障が発生するのを防止することができる。
【００３０】
さらに、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、短絡異常検知手段は、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記交流電動機に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するように構成されているので、交流電動機の制御にも用いることのできる電動機電流に関する情報に基づいて短絡故障による異常を検出することができ、特別なハードウェア要素を追加することなく、低コストで、且つ高い信頼性を持って、二次故障が発生するのを防止することができる。
【００３１】
また、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記直流電源に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するように構成されているので、交流電動機や直流電源の電力演算にも使用することのできる電源電流の情報に基づいて短絡故障による異常を検知することができ、特別なハードウェア要素を追加することなく、低コストで、且つ高い信頼性を持って、二次故障が発生するのを防止することができる。
【００３２】
また、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、電力変換器のスイッチング手段と前記電力供給経路とのうち少なくともいずれか一方の温度を測定する温度検出器を備え、前記短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記温度検出器が検出した前記温度に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知するよう構成しているので、スイッチング手段の過熱保護のための出力制限や交流電動機の制御演算におけるスイッチング手段の電気的特性の補正等に使用可能な温度情報、及び／または、電力供給経路の電子回路特性の補正や電力変換器の冷却装置の故障検知等に使用可能な温度情報に基づいて短絡故障による異常を検知できるため、特別なハードウェア要素を追加することなく、低コストで、且つ高い信頼性をもって、二次故障が発生するのを防止することができる。
【００３３】
さらに、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、電力供給経路の温度に関する情報と前記電力供給経路に流れる電流に関する情報とのうち少なくともいずれか一方に基づいて求められる短絡故障による異常の度合いに適応した動作指示を、前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成したので、二次故障を回避するための緊急度を異常の度合いに応じて段階分けし、夫々の段階に対応して内燃機関制御ユニットへの指示を設定することができ、短絡故障による異常度合いに対する二次故障発生防止の処置方法を木目細かく関連付けて動作することができる。
【００３４】
さらに、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、前記異常の度合いを求めるための前記電流に関する情報を、前記電流の通流形態と電流値とのうち少なくともいずれか一方に関する情報としたので、短絡故障による異常の度合いを確実に判断することができ、短絡故障による異常度合いに対する二次故障発生防止の処置方法をより確実に木目細かく関連付けて動作することができる。
【００３５】
また、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、前記ハイブリッド自動車の車両動作状況に適応した動作指示を前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成したので、運転の安全性を損なわないよう車両走行に関わる他の制御機構の動作との連携を勘案するなどして内燃機関の動力制御を行いつつ、二次故障の発生を回避することができる。
【００３６】
また、本発明に係る自動車用動力制御装置によれば、前記内燃機関動作指示手段を、前記ハイブリッド自動車の加減速量、加減速頻度、操舵量、操舵頻度、車速のうちの少なくともいずれかを含む車両動作情報と、前記電力供給経路の温度および／または前記電力供給経路に流れる電流により求められる前記異常の度合いとに適合して、前記自動車の走行継続若しくは走行停止を行うように、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を前記内燃機関制御ユニットに与えるよう構成したので、短絡故障による異常が検知された際に電力供給経路の温度あるいは電流量から見積もる短絡故障による異常度合いに対応して二次故障を回避するための緊急度を定めて自動車の走行継続、走行停止の内燃機関動力制御の処置を選択し、また、車両の加減速量、加減速頻度、操舵量、操舵頻度、車速といった車両動作状況から内燃機関動力制御の処置の時間的推移や処置の開始時点を調整することができ、極めて信頼性の高い制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置を含むハイブリッド自動車の構成図である。図１において、電力変換器１は、後述するようにスイッチング手段を備えており、スイッチング手段のスイッチング動作により直流電源３から供給される直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を交流電動機２に供給する。交流電動機２は、電力変換器１から交流電力を供給されることにより電動機として動作し、その出力が自動車を駆動する動力として用いられる。
【００３８】
一方、電力変換器１は、スイッチング手段のスイッチング動作により交流電動機の電機子巻線に発生する交流電力を直流電力に変換し、その変換した直流電力を直流電源３に供給する機能も備えている。この場合、交流電動機２は発電機として動作し、自動車は交流電動機２による回生制動の状態となる。
【００３９】
直流電源３と電力変換器１と交流電動機２とは、直流電源３から電力変換器２を経て交流電動機２へ電力を供給し、或いは交流電動機２から電力変換器１を経て直流電源３へ電力を供給する電力供給経路を形成している。
【００４０】
ハイブリッド制御ユニット４は、ハイブリッド自動車が燃費や排出ガス、乗り心地等に関して適切に動作するよう内燃機関５、交流電動機２の目標動力量を算出し、内燃機関５の動作指示を内燃機関制御ユニット６へ与える。また、ハイブリッド制御ユニット４は、交流電動機２への動作指示を算出し、この算出に基づいて制御演算を行い、電力変換器１のスイッチング手段へスイッチング信号を出力する。
【００４１】
交流電動機２に電力変換器１を介して電力を供給する直流電源３は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、または燃料電池と二次電池或いは電気二重層キャパシタとを組み合わせて構成されたもの、更には、直流電源３とその出力電圧を異なる電圧に変換する昇降圧ＤＣ−ＤＣ変換器とを組み合わせたもの等が用いられる。
【００４２】
交流電動機２の出力である動力と内燃機関５の出力である動力は、共に変速機７に伝達され、交流電動機２と内燃機関５との動力を合算した合計動力が減速ギヤ８へ出力される。減速ギヤ８により減速された合計動力は、差動ギヤ９、ドライブシャフト１０を介して、自動車の駆動輪１１へ伝達され、駆動輪１１の回転によって自動車が前進動作、あるいは後退動作することとなる。
【００４３】
内燃機関５は、内燃機関制御ユニット６による制御演算の結果に従って動作し、変速機７及び、交流電動機２は、ハイブリッド制御ユニット４による制御演算の結果に従って動作する。
【００４４】
次に、本発明による実施の形態１の基礎となる、交流電動機の出力制御に関する基本動作、及び電力供給経路における短絡故障発生時の状態について説明する。
図２は、ハイブリッド自動車用動力制御装置の内、交流電動機２の出力制御に関する構成を示すブロック図であり、交流電力として三相のものを扱う場合を示している。尚、図１に示す符号と同一符号は、図１と同一部分を示す。
【００４５】
図２において、電力変換器１は、三相インバータ１５と、平滑用コンデンサ１６と、Ｕ相の電動機電流検出器１７ａ、Ｖ相の電動機電流検出器１７ｂ、Ｗ相の電動機電流検出器１７ｃを備えている。交流電動機２の固定子に設けられたＵ相巻線、Ｖ相巻線、及びＷ相巻線は、夫々電力変換器１の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されている。交流電動機２には、その回転子の回転角を検出する回転角検出器１２が設けられている。
【００４６】
三相インバータ１５は、トランジスタ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆと、フライホイールダイオード１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆとを、夫々１個づつ逆並列に接続して構成したパワー素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを備えている。これらのパワー素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは、夫々電力変換器１のスイッチング手段を構成している。
【００４７】
また、２単位のパワー素子を直列に接続して構成したアームを３個備えており、夫々のアームにおける２単位のパワー素子の接続点が交流電動機２のＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線に夫々接続されている。三相インバータ１５の夫々のアームの両端は、直流電源３の高電位側の出力端子Ｐ及び低電位側の出力端子Ｎに夫々接続されている。
【００４８】
ハイブリッド制御ユニット４は、ハイブリッド制御演算部２０、電動機制御演算部２１、電動機電流算出手段２２、および回転角度速度算出手段２３を備えている。電動機電流算出手段２２は、Ｕ相電動機電流を検出する電流検出器１７ａ、Ｖ相電動機電流を検出する電流検出器１７ｂ、Ｗ相電動機電流を検出する電流検出器１７ｃからの電動機電流信号に基づいて電動機電流値を算出し、その算出した値を電動機制御演算部２１へ入力する。回転角度速度算出手段２３は、回転角検出器１２からの出力信号に基づいて交流電動機２の回転子の回転角速度を算出し、その算出した値を電動機制御演算部２１へ入力する。
【００４９】
つぎに、このように構成された自動車用動力制御装置の動作を説明する。
先ず、交流電動機２の出力制御に関する基本動作は次の通りである。即ち、ハイブリッド制御演算部２０により交流電動機２の目標動力、即ち目標出力を算出し、電動機制御演算部２１にその算出した目標出力に基づく指示を与える。交流電動機２の出力である動力は、交流電動機２の回転速度と出力トルクの積であるから、電動機制御演算部２１に与えられる指示は予め目標動力を回転速度で除した目標トルクであっても良く、或いは目標動力そのものであっても良い。
【００５０】
また、交流電動機２の実稼動状態を示す情報として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電動機２の電流を検出する電流検出器１７ａ〜１７ｃからの電動機電流信号、および回転角検出器１２からの回転角信号がハイブリッド制御ユニット４へ入力される。各電流検出器１７ａ〜１７ｃからの電動機電流信号は電動機電流算出手段２２により電流値に変換されて電動機制御演算部２１へ入力される。また、回転角度速度算出手段２３は、回転角検出器１２からの回転角信号に基づいて交流電動機２の回転子の回転角度θと、回転角度の単位時間あたりの変化量から回転速度ωeを算出し、算出したそれぞれの値を電動機制御演算部２１へ入力する。尚、電動機電流算出手段２２、および回転角度速度算出手段２３は、いずれも電気量信号を処理する電子部品からなるインタフェース回路を有している。
【００５１】
電動機制御演算部２１は、例えば交流電動機のベクトル制御法といった周知の手法による交流電動機制御のための演算を行う。ベクトル制御法は、周知のように、交流電動機２の電機子巻線に流れる交流電流を、回転磁束と平行な成分と直交する成分に分解し、この分解した夫々の成分が、目標トルクから換算される目標電流値のうち回転磁束と平行な成分の目標電流値と、回転磁束と直交する成分の目標電流値とに、夫々一致するように三相インバータ１５のスイッチングを制御して、交流電動機２の端子に印加する電圧を調整して交流電動機２の出力を制御する手法である。
【００５２】
このベクトル制御法において、回転磁束と同期して回転する直交座標を想定し、回転磁束と平行な座標軸をｄ軸、回転磁束と直交する座標軸をｑ軸と称し、また、電動機電流の内、回転磁束と平行な電流成分をｄ軸電流、回転磁束と直交する電流成分をｑ軸電流と称する。電動機制御演算部２１は、例えば比例積分（ＰＩ）演算等により目標電流と実際の電流を突き合わせたフィードバック制御演算を行い、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑが、夫々ｄ軸目標電流ｉｄ*、ｑ軸目標電流ｉｑ*と一致するように制御するための三相目標電圧Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を算出する。
【００５３】
次に、電動機制御演算部２１は、交流電動機２の各相端子に、三相目標電圧Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に従がう電圧が印加されるよう、夫々のパワー素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬに与えるスイッチング信号を生成する。このスイッチング信号は、夫々のパワー素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの導通、非導通の間隔を制御することにより、三相インバータ１５の出力電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御するものである。
【００５４】
三相インバータ１５は、電動機制御演算部２１からのスイッチング信号によりパルス幅変調制御されて三相目標電圧Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に従がう出力電圧を発生し、その出力電圧を交流電動機２の電機子巻線の各相端子に印加する。交流電動機２は、三相インバータ１５の出力電圧により駆動され、所望の動力制御がなされることとなる。
【００５５】
次に、短絡故障発生時の電力供給経路の状態について説明する。図３は、交流電動機２の内部の電気回路を示す説明図である。
図３において、交流電動機２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線は、夫々、自己インダクタンス５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、電機子抵抗５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、および電圧源（誘起電圧）ｅｕ、ｅｖ、ｅｗの直列接続体で表現される。各相の電機子抵抗５３ａ、５３ｂ、５３ｃの夫々の値はＲａ、自己インダクタンス５２ａ、５２ｂ、５２ｃの夫々の値はＬａで表される。各相の直列接続体の一端は中性点ｃに接続され、他端は夫々各相の電動機端子に接続されている。また、図示していないが各直列接続体間には相互インダクタンスが存在し、Ｕ相・Ｖ相間の相互インダクタンスはＭｕｖ、Ｖ相・Ｗ相間の相互インダクタンスはＭｖｗ、Ｗ相・Ｕ相間の相互インダクタンスはＭｗｕで表される。
【００５６】
ここで、交流電動機２の端子電圧と電機子電流に関して次の方程式が成り立つ。
【数１】
2007118680.tif 000018
【００５７】
電圧源ｅｕ、ｅｖ，ｅｗは誘起電圧であり、電機子鎖交磁束が電機子巻線に流れる電流を横切る事で発生し、次式のように表される。
【数２】
2007118680.tif 000019
ただし、Φａは電機子巻線鎖交磁束数の最大値、ωｅは交流電動機の電気角速度である。
【００５８】
電動機回転速度と誘起電圧の関係を図４に示す。図４において、縦軸は誘起電圧Ｅ、横軸は電動機回転速度Ｎを示す。図４から明らかなように、誘起電圧Ｅは電動機回転速度Ｎに比例する特性を有し、ハイブリッド自動車用として誘起電圧対回転速度の比が高く設計される。動力制御にあたって注意すべき電圧水準として、（１）インバータ制御可能電圧の上限、（２）電力供給経路の耐圧が挙げられる。
【００５９】
電動機回転速度がゼロから高速域に推移していく場合を考えると、電動機回転速度がゼロにおける正常制御時の三相インバータ１５の出力電圧(即ち、電機子巻線端子への印加電圧)は、誘起電圧、電機子反作用磁束による電圧ともゼロであり、電気子抵抗Ｒａによる電圧降下の成分のみとなる。電動機回転速度が上昇していくと、誘起電圧と電機子反作用磁束による電圧が増加するため三相インバータ１５の出力電圧も増加する。
【００６０】
しかし、三相インバータ１５の出力電圧を、直流電源３の出力電圧により定まるインバータ制御可能な電圧の上限値以下に維持しないと交流電動機２の制御が破綻し制御不能となることから、三相インバータ１５の出力電圧と制御可能な電圧の上限値との偏差が少なくなると、三相インバータ１５の出力電圧が所定値以下となるよう弱め磁束制御を行う。
【００６１】
この弱め磁束制御が正常に作用することを前提にすれば、更に回転速度が上がっても正常に制御を続けることができる。しかし、誘起電圧は電動機回転速度に比例して増加するので、電力供給経路の耐圧を超える可能性がある。例えば、図４において、弱め磁束制御Ｆが正常に作用し、インバータ制御可能な電圧上限値Ｅ１以下の動作点（Ａ）で交流電動機２を運転しているときに、何らかの異常によって保護動作が働いてパワー素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬへのスイッチング信号が遮断されたゲート遮断の状態、或いはスイッチング信号の停止を維持する状態になると、弱め磁束制御Ｆが解除されて動作点（Ｂ）に移り、ほぼ誘起電圧に相当する電圧が電力供給経路に印加されることとなる。
【００６２】
この場合、交流電動機２の誘起電圧は電力供給経路の耐圧Ｅ２を超えるため、電力供給経路の構成部品に発煙、焼損、絶縁破壊などの二次故障が発生する可能性が生じる。したがって、誘起電圧が電力供給経路の耐圧Ｅ２以下となる動作点（Ｃ）よりも低い回転速度域の動作点へ速やかに移行することが望ましい。
【００６３】
次に、交流電動機２への電力供給経路の構成要素であるパワー素子が短絡故障し、その短絡故障による異常を検知して、保護動作としてスイッチング信号を遮断するゲート遮断の状態、およびパワー素子の非導通を維持する状態となった場合について説明する。
いま、パワー素子ＵＬのトランジスタ１８ｂが短絡故障を起こしたとすると、その短絡故障による異常を検出して各パワー素子ＵＨ〜ＷＬへのスイッチング信号が遮断され、パワー素子ＵＬ以外の他のパワー素子ＵＨ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは非導通状態となる。
【００６４】
このときの電力供給経路の回路状態は図３に示されるものとなる。即ち、トランジスタ１８ｂ以外のトランジスタ１８ａ、１８ｃ，１８ｄ、１８ｅ、１８ｆが非導通（ＯＦＦ）の状態であり、フライホイールダイオード１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆのみが電流路として有効となる。また、パワー素子ＵＬが短絡故障であるため、交流電動機２のＵ相端子電圧は、直流電源３の低電位Ｎ側の電位と常に等しくなる。その結果、三相インバータ１５と交流電動機２の内部の回路は、図５の（ａ）のように表現することができる。
【００６５】
図５の（ａ）の回路状態では、Ｕ相端子の電位が直流電源３の低電位Ｎとなるので、交流電動機２の電機子巻線の中性点ｃの電位は、上記直流電源３の低電位Ｎを基準として、電機子抵抗Ｒａ、自己インダクタンスＬａ、相互インダクタンスＭｕｖ、Ｍｗｕ、及び誘起電圧ｅｕを回路要素に持つＵ相電機子巻線の両端に表れる電位差によって表され、三相平衡状態である場合に比べて非常に大きく変動する。他方、Ｖ相端子電圧は、その中性点ｃの電位を基準として、この電位にＶ相電機子巻線の両端に表れる電位差を加えた電位となり、同様にＷ相端子電圧は、中性点ｃの電位を基準としてこの電位にＷ相電機子巻線の両端に現れる電位差を加えた電位で表される。
【００６６】
また、Ｖ相端子電圧が直流電源３の高電位Ｐよりも高ければ、パワー素子ＶＨのフライホイールダイオード１９ｃが順バイアスとなって導通し、Ｖ相端子電圧が直流電源３の低電位Ｎよりも低ければパワー素子ＶＬのフライホイールダイオード１９ｄが順バイアスとなって導通する。同様に、Ｗ相端子電圧が直流電源３の高電位Ｐよりも高ければパワー素子ＷＨのフライホイールダイオード１９ｅが順バイアスとなって導通し、Ｗ相端子電圧が直流電源３の低電位Ｎよりも低ければ、パワー素子ＷＬのフライホイールダイオード１９ｆが順バイアスとなり導通する。
【００６７】
尚、以上の説明では、パワー素子ＵＬのトランジスタ１８ｂに短絡故障が生じた場合を述べたが、フライホイールダイオード１９ｂに短絡故障が生じた場合でも上記と同様となる。
【００６８】
また、パワー素子ＵＬとパワー素子ＶＬが短絡故障を起こしたとすると、三相インバータ１５と交流電動機２の内部の回路は、図５の（ｂ）のように表現することができる。この場合、パワー素子ＷＨ、ＷＬの夫々のフライホイールダイオード１９ｅ、１９ｆのみが電流路として有効となる。
【００６９】
その結果、交流電動機２のＵ相端子電位とＶ相端子電位は、直流電源３の低電位Ｎ側の電位と常に等しくなる。このように、Ｕ相端子電位、およびＶ相端子電位が直流電源３の低電位Ｎとなるので、交流電動機２の電機子巻線の中性点ｃの電位は、上記の低電位Ｎを基準として、Ｕ相電機子巻線、およびＶ相電機子巻線の両端に現れる電位差によって表される。Ｗ相端子電圧は、その中性点電位ｃを基準としてＷ相電機子巻線の両端に現れる電位差を加えた値で表される。
【００７０】
この回路状態で、Ｗ相端子電圧が直流電源３の高電位Ｐよりも高ければ、パワー素子ＷＨのフライホイールダイオード１９ｅが順バイアスとなって導通し、Ｗ相端子電圧が直流電源３の低電位Ｎよりも低ければパワー素子ＷＬのフライホイールダイオード１９ｆが順バイアスとなって導通する。
【００７１】
このように、正常状態であれば交流電動機２の三相の平衡性により中性点ｃの電位は、平均的に直流電源３の高電位Ｐ側の電位と低電位Ｎ側の電位の中間の電位となるのに対し、パワー素子の短絡故障によって三相の平衡性が失われ、前述のような電位となって現れることとなる。このため、交流電動機２の端子電圧は相非平衡状態となり、電力変換器１と交流電動機２の電力供給経路には異常な電流が流れることとなる。
【００７２】
以上説明した夫々の場合の電動機電流は、図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示される。これらの図において、縦軸は電動機電流を表し、横軸は時間を表す。
図６の（ａ）は、全てのパワー素子ＵＨ〜ＷＬは短絡故障がなく正常であって、各パワー素子へのスイッチング信号を遮断してゲート遮断状態とし、非導通（ＯＦＦ）状態を維持した場合の電動機電流を示す。この場合、夫々のパワー素子ＵＨ〜ＷＬの内、フライホイールダイオード１９ａ〜１９ｆのみが電流路として有効となり、三相インバータ１５は、三相交流を直流に全波整流するダイオードブリッジとして動作するため、図示のように三相相似の電流波形となる。
【００７３】
図６の（ｂ）は、図６の（ａ）の状態から更に、パワー素子ＵＬのトランジスタ１８ｂが短絡故障した場合の電動機電流の波形を示す。この場合の各相の電動機電流は、振幅が同程度であるが平均値が０[Ａ]ではなくオフセットしたものとなり、電流の最大値から最大値への幅も、図６の（ａ）の場合の全波整流の状態より拡大する。電流の平均値である直流成分は、短絡故障したＵ相の電流がマイナス側に大きくオフセットし、短絡故障していないＶ相、Ｗ相の電流がプラス側にオフセットしている。いずれも電流の振幅、絶対値が増加して電力供給経路に定格外の異常な電流が流れるため、発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障が発生し得る事となる。
【００７４】
図６の（ｃ）は、図６の（ａ）の状態から更に、パワー素子ＵＬのトランジスタ１８ｂと、パワー素子ＶＬのトランジスタ１８ｄが短絡故障した場合に流れる電動機電流の波形を示す。この場合、図６の（ｂ）と同様に、各相の電動機電流は、振幅が同程度であるが平均値が０[Ａ]ではなくオフセットしたものとなり、電流の正の最大値から負の最大値への幅も図６の（ａ）に示す全波整流の状態の場合より拡大する。電流の平均値である直流成分は、短絡故障したＵ相の電流とＶ相の電流とがマイナス側にオフセットし、短絡故障していないＷ相の電流がプラス側にオフセットしている。マイナス側にオフセットしている量は図６の（ｂ）の場合に比べて減少するものの、電流の振幅、絶対値が増加して定格外の異常な電流が流れることとなるため、やはり二次故障が発生し得る事となる。
【００７５】
図６の（ｄ）は、三相インバータ１５の下側アームが全相短絡した場合、即ちパワー素子ＵＬ、ＶＬ、ＷＬのトランジスタ１８ｂ、１８ｄ、１８ｆが短絡故障した場合に流れる電動機電流の波形を示す。この場合、交流電動機２の各相の端子電圧は全て等しく、三相の平衡性が成立するため、流れる電流の振幅は図６の（ａ）、（ｂ）に示す場合と同程度であるものの、電流の平均値である直流成分は零となって安定した電流波形となる。
【００７６】
以上のように、三相インバータ１５のアームが全相短絡する場合を除いて、いずれかのアームに短絡故障が発生した場合には、電動機電流の平均値(直流成分)はオフセットして定格外の異常電流が流れることとなる。このとき、直流電源３の低電位Ｎ側に接続された下側アームで短絡故障が発生した場合は、短絡相の電流の平均値はマイナス側にオフセットし、直流電源３の高電位Ｐ側に接続された上側アームで短絡故障が発生した場合は、短絡相の電流の平均値はプラス側にオフセットする。そして短絡故障が発生していない相の電流の平均値は、全相に流れる電流の総和が０[Ａ]となるようにオフセットする。
【００７７】
尚、説明を省略しているが、上側および下側のアームがそれぞれ一相ずつ短絡故障した場合、或いは上下のいずれかのアームが二相短絡故障し、他方のアームが一相短絡故障した場合であっても、前述の説明と同様の考え方で展開することができる。
【００７８】
これらのことから、電力変換器１における三相インバータ１５を構成するパワー素子がゲート遮断により非導通（ＯＦＦ）状態を維持しているときの電動機電流を観測すれば、パワー素子の短絡故障の発生を検知し、その短絡故障発生の部位を特定することが可能となる。
【００７９】
次に、前述の基本的な動作原理の基づいて構成した本発明の実施の形態１に係る自動車用動力制御装置について説明する。
図７は、本発明の実施の形態１によるハイブリッド自動車用動力制御装置の内、交流電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。図中、図１〜図６と同一の符号を付したものは、同一または相当部分を示している。
【００８０】
図７において、ハイブリッド制御ユニット４に設けられた内燃機関系動作情報伝送手段２４は、内燃機関制御ユニット６から内燃機関５（図１参照）の動作状態を示す動作情報が入力される。また、ハイブリッド制御ユニット４に設けられた車両動作情報算出手段２５は、ハイブリッド自動車のアクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を発生する踏量検出器１０１、ブレーキペダルの踏み込み量に応じた信号を発生するブレーキ踏量検出器１０２、車速に応じた信号を発生する車速検出器１０３、およびハンドルの操舵角に応じた信号を発生する操舵角検出器１０４からの信号が入力され、これらの信号に基づいて車両の動作情報を算出する。
【００８１】
ハイブリッド制御ユニット４に設けられた電動機系動作情報伝送手段２６は、電力変換器１
に設けられた電力変換器情報伝送手段３４との間で交流電動機２の動作情報を送受信する。また、ハイブリッド制御演算部２０に設けられた短絡異常検知手段２９は、電動機系動作情報伝送手段２６からの情報に基づいて三相インバータ１５のパワー素子ＵＨ〜ＷＬ等からなる電力供給経路における短絡故障による異常を検出する。
【００８２】
ハイブリッド制御演算部２０に設けられた内燃機関動作指示手段２７は、短絡異常検知手段２９が電力供給経路の短絡事故による異常を検知したときに、後述するようにその検知した異常に対応した動作指示を内燃機関制御ユニット６へ与える。同様に、ハイブリッド制御演算部２０に設けられた電動機動作指示手段２８は、短絡異常検知手段２９が電力供給経路の短絡事故による異常を検知したときに、後述するようにその検知した異常に対応した動作指示を電動機制御演算部２１へ与える。抵抗分圧回路等で構成されたＤＣリンク電圧算出器３３は、平滑用コンデンサ１６の両端に接続され、平滑用コンデンサ１６の両端間の電圧信号を直流リンク電圧値として算出する。
【００８３】
保護動作制御部３２は、直流電源３から電力変換器１を経て交流電動機２へ至る電力供給経路に異常が発生した場合に、これを検出して、ゲート信号遮断スイッチ３５を操作して電動機制御演算部２１からのスイッチング信号を遮断してパワー素子ＵＨ〜ＷＬをゲート遮断の状態としてこれらを保護するよう動作する。このスイッチング信号の遮断による保護動作は、１０[ms]程度の所定の期間にわたり継続して実行され、所定期間終了後はスイッチング信号の遮断を止めて保護動作を解除する。また、保護動作制御部３２は、保護動作実行中であることを保護動作識別信号（ＦＯ；Fault  Output）によって、電力変換器入出力処理手段３１へ通知するよう構成されている。
その他の構成は、図２に示す構成と同様である。
【００８４】
次に、実施の形態１に於ける自動車用動力制御装置の動作を説明する。
ハイブリッド自動車の動力制御が正常に行われている状態では、ハイブリッド制御ユニット４は、内燃機関系動作情報伝送手段２４を介して内燃機関制御ユニット６から内燃機関５の動作状態に関する情報を受け取り、また内燃機関５に対する動作指示を内燃機関系動作情報伝送手段２４を介して内燃機関制御ユニット６に与えて、内燃機関５の動力制御を行っている。
【００８５】
また、ハイブリッド制御ユニット４は、電動機系動作情報伝送手段２６を介して電力変換器１との間で交流電動機２、及び電力変換器１に関する動作情報を受け取り、更に、電動機電流算出手段２２、および回転角度速度算出手段２３を介して電動機電流と交流電動機２の回転角度、回転速度に関する情報を受け取っている。また、ハイブリッド制御ユニット４は、三相インバータ１５内のパワー素子ＵＨ〜ＷＬの各トランジスタ１８ａ〜１８ｆをスイッチング制御するためのスイッチング信号を電力変換器１へ出力して交流電動機２の出力制御を行っている。
【００８６】
ハイブリッド制御ユニット４が電動機系動作情報伝送手段２６を介してＤＣリンク電圧算出器３３から受け取る情報として、平滑用コンデンサ１６の端子間電圧に相当する直流リンク電圧等がある。この直流リンク電圧等に関する情報は、ハイブリッド制御ユニット４へ情報伝送された後、電動機制御演算部２１での電動機制御演算に使用される。尚、これら装置間の情報伝送には、ＣＡＮ（Controller  Area  Network）、ＵＡＲＴ（Universal  Asynchronous  Receiver  and  Transmitter）、ＬＩＮ（Local  Interconnect  Network）といったものに代表されるシリアル通信やアナログ電圧の変調による通信方式等が用いられる。
【００８７】
ここで、直流電源３から電力変換器１を経て交流電動機２へ至る電力供給経路に異常が発生した場合、電力変換器１内の保護動作制御部３２がこれを検出して、電力変換器１内のゲート信号遮断スイッチ３５を切替えてゲート信号を遮断し、ハイブリッド制御ユニット４からのスイッチング信号を無効としてパワー素子ＵＨ〜ＷＬのトランジスタ１８ａ〜１８fを非導通（ＯＦＦ）とする。次いで、保護動作制御部３２は、保護動作実行中であることを保護動作識別信号ＦＯにより電力変換器入出力処理手段３１へ通知する。
【００８８】
保護動作識別信号ＦＯを受けた電力変換器入出力処理手段３１は、電力変換器情報伝送手段３４を介してハイブリッド制御ユニット４へ電力変換器１が保護動作実行中であることを情報伝送して通知する。具体的には、電力変換器入出力処理手段３１は、保護動作制御部３２が保護動作実行中であるという情報を符号化(コーディング)し、所定の通信プロトコルにしたがって通信の出力信号線を制御する。ハイブリッド制御ユニット４内では、電動機系動作情報伝送手段２６が上記所定のプロトコルにて受信したデータを復号化(デコーディング)し、保護動作実行中であることをハイブリッド制御演算部２０へ通知する。
【００８９】
ハイブリッド制御演算部２０に設けられた電動機動作指示手段２８は、電動機系動作情報伝送手段２６からの通知により電力変換器１が保護動作実行中であることを認識し、通常の電動機制御演算にしたがうスイッチング信号の生成を止め、三相インバータ１５内のトランジスタ１８ａ〜１８ｆを非導通（ＯＦＦ）動作状態として維持するよう電動機制御演算部２１へ指示を与える。この指示に基づいて電動機制御演算部２１は、スイッチング信号をトランジスタ１８a〜１８fが非導通(ＯＦＦ)動作となる状態にしてこれを維持する。
【００９０】
電力変換器１内では、保護動作制御部３２が所定期間のゲート遮断動作を解除して、ゲート信号遮断スイッチ３５をスイッチング信号を通過させる側に切替えてハイブリッド制御ユニット４からのスイッチング信号を有効としても、トランジスタ１８ａ〜１８ｆが非導通動作となるよう電動機制御演算部２１によりスイッチング信号を設定しているので、ゲート遮断動作実行中と変わらずトランジスタ１８は非導通動作を指示されたままとなる。
【００９１】
ここで、ハイブリッド制御演算部２０内の短絡異常検知手段２９は、電力供給経路の短絡故障による異常の有無の検知動作を行う。異常の有無の検知は、先に説明した短絡故障による相電流の非平衡による定格外の電動機電流量を検出することで行われる。このため、電動機制御演算部２１が電流検出器１７ａ〜１７ｃにより検出され電動機電流算出手段２２により得られる電動機電流値を短絡異常検知手段２９へ通知する。
【００９２】
短絡異常検知手段２９は、電動機電流算出手段２２から通知された電動機電流値の絶対量が所定の閾値を超過しているか否かを判定して異常を検知する。これを、図８を用いて説明する。図８は、図６の（ｂ）に示すパワー素子ＵＬが短絡故障している場合の電動機電流値の絶対量を示す波形である。図８に示すように、閾値としての異常検知レベルを定め、電動機電流値の絶対量がこの異常検知レベルを超過するか否かを判定すれば、容易に短絡故障の発生による定格外の異常な電流の導通を検出することができる。短絡異常検知手段２９は、電動機電流値の絶対量が異常検知レベルを超過することにより電力供給経路の短絡故障による異常を検知する。
【００９３】
尚、電動機電流を用いた短絡故障による異常の検知する他の方法として、各相の電流値を平均してその値が所定の閾値を超えてオフセットしている現象を捉えて異常を検知することも考えられる。また、前記電動機電流の波形を詳細に観測すれば、短絡故障の発生部位を特定することが可能となるため、特定した短絡故障の発生部位に応じて、短絡故障をしていない相のトランジスタのゲート遮断と非導通状態の維持を解除し、相毎の高電位Ｐ側アーム及び低電位Ｎ側アームが短絡状態とならない限り、短絡故障した相を含む高電位Ｐ側アームまたは低電位Ｎ側アームの電動機端子を短絡して三相短絡状態となるようにトランジスタを導通状態とし、電動機電流の平均値である直流成分をゼロに戻す対策を施すことも可能である。
【００９４】
次に、短絡異常検知手段２９は、電動機電流の大きさ、短絡故障発生部位の構造、短絡故障発生部位がオイル経路、燃料経路などの可燃物や、ブレーキ、操舵機構等に近接しているか等の配置的特徴、発火点が低い材料で形成された部位や発煙範囲が拡大し易い材料で構成された部位等の材料的特徴に応じて、二次故障を回避するための緊急度を段階分けし設定する。
【００９５】
そのため、短絡異常検知手段２９は、構造・配置的特徴や材料的特徴に対して重要性の重み付けをする評価点をテーブル化してメモリに記憶しており、短絡故障発生時の評価点をそのテーブルを参照して算出した上で、評価点の総和を対応する緊急度に対応付けるように構成されている。発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障の発生の可能性は、大電流の導通による発熱に起因することから、緊急度の対応付けは電動機電流の二乗値に対して行うものであり得る。尚、緊急度は、重大な二次故障が発生する可能性に基づいて算出されるものであり、二次故障発生の回避をどれぐらい急がなければならないかの尺度となる。
【００９６】
また、車両動作の情報として、運転者の加速要求度合い、減速要求度合い、車速、操舵量の各情報が、車両動作情報算出手段２５を介してハイブリッド制御演算部２０へ入力される。これは、アクセル踏量検出器１０１からのアクセルペダル踏量信号、ブレーキ踏量検出器１０２からのブレーキペダル踏量信号、車速検出器１０３からの車速信号、舵角検出器１０４からの舵角信号を夫々車両動作情報算出手段２５へ入力し、車両動作情報算出手段２５によりこれらの信号を、加速要求度合い、減速要求度合い、車速、操舵量に変換若しくは算出してハイブリッド制御演算部２０へ入力することにより行われる。
【００９７】
ハイブリッド制御演算部２０は、前述の車両動作の情報を入力し、この車両動作情報を、電力供給経路の短絡故障に起因する二次故障を回避するための内燃機関動力制御の動作指示に反映させる。これは、次の理由等により行われる。即ち、二次故障を回避するためには、内燃機関の出力である動力が所定の範囲内に収まるよう動作指示を与える必要があるが、車両の加減速度が大きい場合は車両の動作点の変化が大きい状況にあるので、内燃機関の動作指示の単位時間当たり変化は小さめに設定するのが良い。
【００９８】
また、車両が高速で旋回中であれば、運転者の意図に反して内燃機関の動力を制限すると車両の挙動が不安定となり危険性が高まることとなるから、旋回が終了した後に内燃機関の動力制限を開始するのが好ましい。また、車両が高速走行中に短絡故障が発生した場合は、瞬時の高電圧印加や大電流の通流によるダメージが大きいことが想定されるため速やかに停車させるよう内燃機関の動作指示を与える必要があるが、車両が中速若しくは低速で走行中に短絡故障が発生した場合は、大電流の通流による電力供給経路の発熱が大きくならない範囲に内燃機関の動力を制限するよう動作指示を与えることで、リンプホーム走行を許可するといった選択をすることができる。
【００９９】
次に内燃機関動作指示手段２７は、交流電動機の回転速度と、電動機電流量と、内燃機関の回転速度との相関によって算出される短絡異常時の内燃機関出力上限特性に基づき、内燃機関の動作指示を出力する。ここで、内燃機関の動作指示は、内燃機関の出力である動力を調整するパラメータを操作することで行われる。内燃機関の動力調整のためパラメータ操作としては、従来からの周知の内燃機関の制御方法を用いればよい。例えば、動作休止気筒を設定する、或いはスロットルバルブの開度を減らして気筒への流入空気量を減少させ擬似的にアクセルペダル踏量を減らすのと同等とする、或いは燃料噴射量を減らすといった手法がある。ここでは、燃料噴射量による内燃機関動力調整に基づいて説明する。
【０１００】
短絡故障に起因する発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障を回避するために、電動機に流れる電流量を許容値以下に抑制しなければならない。この許容値は、電力供給経路内の発熱部位における冷却性能や発火点温度等を勘案して設定される。次いで、電流量許容値を対応する誘起電圧値に換算し、更に対応する電動機回転速度に換算する。電流量許容値からこれに相当する誘起電圧への換算は、電力変換器１の電流経路の抵抗成分や電力変換器１と交流電動機２の間の電力供給経路の配線の抵抗成分、交流電動機２内の電機子抵抗Ｒａ、自己インダクタンスＬａ、相互インダクタンスＭｕｖ、Ｍｖｗ、Ｍｗｕ、誘起電圧ｅｕ、ｅｖ、ｅｗからなる電気回路の特性から算出される。
【０１０１】
許容誘起電圧から許容電動機回転速度への換算は、前述の（式２）によって行われる。この換算は図９の（ａ）のように示される。即ち、即ち図９の（ａ）において、電力供給経路におけるパワー素子に短絡故障が発生した時に、交流電動機２の電機子巻線に発生する誘起電圧の動作点が（Ｂ）点となった場合、その誘起電圧が電力供給経路の耐圧を越えているので、速やかに誘起電圧の動作点を（Ｃ）点まで移す必要がある。また、誘起電圧の動作点が（Ｃ）点であっても、短絡故障時の電動機電流許容値相当電圧を越えているので、続いてその動作点を（Ｄ）点まで移さなければならない。（Ｄ）点における電動機回転速度が、上記二次故障を回避するための上限回転速度となる。
【０１０２】
電動機回転速度を（Ｄ）点で示す許容値以下に移すため、内燃機関５の動力を制限して内燃機関５の回転速度を低下させる。交流電動機２の回転速度Ｎｍと内燃機関５の回転速度Ｎｅとの関係は、図９の（ｂ）に図示される。
【０１０３】
即ち図９の（ｂ）において、交流電動機２と内燃機関５の出力軸が所定の減速比でもって直結されている場合は、交流電動機２と内燃機関５の回転速度の比は固定であるから、交流電動機２の回転速度の許容値に対して対応する内燃機関５の回転速度の許容値が、１つの実線で示す関係のみで定まる。また、交流電動機２と内燃機関５の出力軸の間に変速機が介在している場合は、それらの回転速度の比は変速機の変速比により変化するので、交流電動機２の回転速度の許容値に対して対応する内燃機関５の回転速度の許容値は、複数の実線で図示しているように変速範囲に応じて幅を持つこととなる。
【０１０４】
内燃機関動作指示手段２７は、以上の関係に基づいて短絡故障発生時の内燃機関の回転速度が許容値以下となるよう内燃機関の動力を制限するよう動作させるための動作指示を、内燃機関制御ユニット６へ出すが、この時の動作指示として、具体的には内燃機関制御ユニット６へ燃料噴射量の指示を行うこととなる。
【０１０５】
これを図１０によって説明する。図１０は、内燃機関動作指示手段２７が所定の動力量を内燃機関制御ユニット６へ指示している時に電力供給経路に短絡故障が発生したことにより、内燃機関の動力量を抑制して内燃機関５の回転速度を下げていく際の、内燃機関回転速度Ｎｅに対する燃料噴射量Ｑｉの特性線と動作点の時間推移を図示したものである。
【０１０６】
図１０において、電力供給経路に短絡故障が発生しておらず通常の動力制御行っている場合は、特性線ｃ１により現時点での内燃機関回転速度Ｎｅに対する燃料噴射量Ｑｉが定まる。いま、動作点ｔ１で短絡故障が発生すると、内燃機関動作指示手段２７は特性線をｃ２、ｃ３、ｃ４と変えて行き、それぞれ動作点ｔ２、t３、t４と変化していくのに合わせた燃料噴射量を内燃機関制御ユニット６へ指示する。
【０１０７】
車両がいつでも停止可能な速度で走行するよう動作指示する場合は、特性線の遷移をc４で止め、最終的に動作点をt５に落ち着かせる。動作点t５において内燃機関回転速度Ｎｅは、短絡異常時の二次故障回避のための許容値以下に収まりつつ、いつでも停止可能な速度で走行する程度の回転速度となる。また、車両の動作状況から停車すべきと判断された場合は、更に出力を抑制する特性線を辿っていき、最終的にアイドル回転速度での回転保持、あるいは内燃機関停止とする。
【０１０８】
特性線をｃ２、ｃ３、ｃ４へと変えていく変化速度は、先に述べた短絡異常検知手段２９からの異常度合いに対する緊急度、及び、車両の動作状況から算出される動作点変化度合いを勘案して設定する。すなわち、緊急度が高ければより速やかな変化とし、また、車両の加減速度が大きい場合はより緩やかな変化となるよう設定する。また、車両が旋回中であれば旋回が終了するまで特性線の移り変わりを休止する。
【０１０９】
この内燃機関動作指示手段２７からの燃料噴射量の指示は、内燃機関系動作情報伝送手段２４を介して内燃機関制御ユニット６への情報伝送により行われる。具体的には、燃料噴射量指示値は符号化(コーディング)され、所定の通信プロトコルにしたがって通信の出力信号線を制御して伝送される。
【０１１０】
内燃機関制御ユニット６は、この燃料噴射量指示にしたがって内燃機関５の動力制御を行う。よって、内燃機関５の回転速度は二次故障の発生を回避するための回転速度許容値まで低下することとなる。
【０１１１】
以上説明した動作により、本発明の実施の形態１によるハイブリッド自動車用の動力制御システム装置は、電力供給経路の短絡故障の発生による異常を検知すると供に、その異常度合いと車両の動作状況に適応して発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障の発生を防止するよう、内燃機関５の回転速度を低下させて交流電動機２の誘起電圧を減少させることで、短絡故障が発生したことによる大電流の導通を回避するよう動作する。
【０１１２】
本発明の実施の形態１によれば、従来から使用されるハイブリッド自動車用の動力制御システム装置を構成するハードウェア要素を変更することなく、ソフトウェア要素を変更するのみで、低コストに発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障の発生を防止できるというメリットがある。また、パワー素子としてＤＬＢ（Direct  lead  Bonding）方式のものを適用すると、ワイヤボンディング方式のものを用いている場合に懸念されるボンディング部の剥離やワイヤ本体の切断での当該部分の接触不確定によるアークの発生がなく、発煙、焼損に至る可能性が低減されるため好適である。
【０１１３】
尚、本実施の形態１で示した動作、構成要素は、本発明を実現するための一例であって、本発明の範囲内に在る限り、別な動作、構成要素によって実現しても良い。即ち、交流電動機２及び電力変換器１は三相に限定されず、また、トランジスタはＩＧＢＴでなくＭＯＳ−ＦＥＴであっても良い。また、交流電動機と内燃機関の動力は、ギヤや変速機によって結合され単一のドライブシャフトを介して動輪を駆動する方式に限定されず、ベルトやチェーンを介して結合したり、あるいは内燃機関と交流電動機とで別個の動輪を駆動するものであっても良い。
【０１１４】
また、本実施の形態１では、短絡故障の発生部位を特定した上で二次故障発生回避の動作の説明を行わなかったが、詳細に短絡故障発生部位を特定した上で、回避動作を行っても良い。短絡故障による異常度合いの算出や反映方法は、別な情報に基づく別な算出方法や反映方法であって良く、車両動作状況の算出、反映方法についても同様である。また、システム的な動作として不都合が無ければ、異常度合いの算出、内燃機関動作指示への反映、及び車両動作状況の算出、内燃機関動作指示への反映は省略しても良い。
【０１１５】
更に、本実施の形態１では、交流電動機とインバータを一系統ずつ備え、一つの交流電動機の動力を用いる場合の構成に基づいて説明したが、交流電動機とインバータを二系統以上の複数備えており、複数の交流電動機の動力を用いるようにした場合にも適用可能である。各電動機と対応する電力変換回路のインバータを一つの電力供給経路として組み合わせ、それぞれの組み合わせにおいて短絡故障の発生による異常を検知する構成とし、いずれかの電力供給経路で異常を検知すれば、二次故障を回避するよう内燃機関の動力制御を行えば良い。
実施の形態２
【０１１６】
以下、本発明の実施の形態２に係る自動車用動力制御装置について説明する。
図１１は、本発明の実施の形態２におけるハイブリッド自動車用動力制御装置の内、交流電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。図１１において、図７と同一の符号を付したものは、図７に示すものと同一または相当部分を示す。
図１１に示す実施の形態２の自動車用動力制御装置は、電力変換器１内に電源電流検出器３６を備え、また、ハイブリッド制御ユニット４内に電源電流算出手段３７を備える点を除いて、図７の実施の形態１と同様の構成である。
【０１１７】
実施の形態２は、電力変換器１と直流電源３の間に流れる電源電流に基づいて、電力供給経路内における短絡故障の発生による異常を検知する。電力供給経路に短絡故障が発生した場合の、直流電源３と電力変換器１との間に流れる電源電流は、図１２の（ａ）から（ｄ）に示される。図１２の（ａ）から（ｄ）は、横軸が共通の時間軸であり、図６の（ａ）から（ｄ）に示す電動機電流が流れている場合に夫々対応する電源電流の波形である。ここで、直流電源３を充電する方向に流れる極性を正としている。
【０１１８】
図１２の（ａ）は、三相インバータ１５の全てのパワー素子ＵＨ〜ＷＬがゲート遮断されて非導通（ＯＦＦ）を維持している状態となり、パワー素子の内、フライホイールダイオード１９ａ〜ｆのみが電流路として有効となった場合に流れる電源電流の波形であり、図６の（ａ）に示すように、三相交流はフライホイールダイオードによるダイオードブリッジにより全波整流されている。
【０１１９】
図１２の（ｂ）は、図１２の（ａ）の状態から更に、三相インバータ１５の低電位Ｎ側のアーム（下アーム）のパワー素子ＵＬのトランジスタ１８ｂが短絡故障した場合の電動機電流の波形を示す。この場合に直流電源３に電流が流れるのは、短絡故障が発生したＵ相のアームを除く残るＶ相およびＷ相の高電位Ｈ側のアーム（上アーム）のフライホイールダイオード１９ｃ、１９ｅが順バイアスになり、短絡故障が発生した相以外の二相（Ｖ相、Ｗ相）分の電動機電流がマイナス方向に流れている場合であり、通常は０[Ａ]であって交流電動機２の回転子の１回転周期当たり２回ずつ、短周期で正方向に流れる波形となる。
【０１２０】
図１２（ｃ）は、図１２の（ａ）の状態から更に、二相（Ｕ相、Ｖ相）の下アームのが短絡故障した場合に流れる電源電流の波形である。この場合、直流電源３に電流が流れるのは、短絡故障が発生したＵ相およびＶ相の下アームを除く残る一つのＷ相の上アームのフライホイールダイオード１９ｅが順バイアスになり、短絡故障が発生していないＷ相の電動機電流がマイナス方向に流れている場合であり、通常は０[Ａ]であって交流電動機２の回転子の１回転周期当たり１回ずつ短周期で正方向に流れる波形となる。
【０１２１】
図１２の（ｄ）は、三相インバータ１５の下アームが全相短絡した場合の電源電流の波形である。上アームのフライホイールダイオード１９ａ、１９ｃ、１９ｅはいずれも逆バイアスであるから電源電流は流れず０[Ａ]のままである。
【０１２２】
また、上アームのパワー素子ＵＨ、ＶＨ、ＷＨが全て短絡故障した場合の電源電流波形も、前記した下アームの短絡故障の場合と同様に展開することができる。すなわち、上アームが全相短絡した場合、電源電流は流れず０[Ａ]であり、上アームの一相が短絡故障した場合は、通常は電源電流は０[Ａ]であって、回転子の１回転周期当たり２回ずつ短周期で正方向に電源電流が流れる波形となる。上アームの二相が短絡故障した場合は、通常は０[Ａ]であって、回転子の１回転周期当たり１回ずつ短周期で正方向に電源電流が流れる波形となる。
【０１２３】
短絡異常検知手段２９は、このような電源電流の特性に基づいて短絡異常を検知する。まず、電源電流検出器３６により直流電源３と電力変換器１との間に流れる電源電流が検出され、電源電流に応じた電源電流信号が電源電流算出手段３７に入力される。電源電流算出手段３７は、電源電流信号から電源電流の値を算出し、ハイブリッド制御演算部２０内の短絡異常検知手段２９に入力する。短絡異常検知手段２９は、１回転周期にわたって０[Ａ]近傍の閾値に対して電源電流が交差して大小関係が切り替わることや、電源電流が０[Ａ]近傍の閾値より小さい関係が継続して成立していることを監視して短絡故障を検知する。
【０１２４】
尚、電動機回転速度が低く誘起電圧が小さい場合は、交流電動機２の端子電圧が直流電源３の出力電圧よりも低くなるため、電力供給経路に短絡故障が発生していない正常な場合であっても、電源電流は流れず三相インバータ１５の上アームまたは下アームが全相短絡した時と同じ０[Ａ]のままであるが、電動機電流も流れず二次故障発生が回避されるため、短絡故障による異常を誤検知したとしても支障はない。交流電動機の回転速度を低くし誘起電圧を小さくすることは、二次故障回避のための処置に相当する。
【０１２５】
尚、この他の電源電流を用いた短絡異常の検知方法として、電源電流の値をフィルタリングして得られる値が、交流電動機２の回転速度と直流電源３の電圧から求まる予想電源電流値と比べて大きく、所定の閾値を超えることに基づいて判定することも考えられる。即ち、交流電動機２の回転速度から交流電動機２による誘起電圧が求まり、これより交流電動機２の端子電圧と直流電源３の出力電圧からダイオードブリッジによる全波整流時にどの程度の直流電源への充電電流が流れるかが予想できるため、実際の電源電流がこの予想電源電流値と異なっておれば異常発生とみなす事ができる。この場合、電源電流の値のフィルタリングに相当するものとして電源電流検出器３６の設置箇所を平滑用コンデンサ１６と直流電源３の間の直流母線上とすれば、平滑用コンデンサ１６の短絡故障による電源電流の異常も検知できる。
【０１２６】
短絡異常検知手段２９により異常が検知されれば、以降、実施の形態１での動作と同様に、発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障を回避するために、交流電動機２に流れる電流量を許容値以下に抑制すべく内燃機関動作指示手段２７が内燃機関制御ユニット６に指示を発し、この指示にしたがって内燃機関制御ユニット６が内燃機関５の動力を制御することとなる。
実施の形態３
【０１２７】
図１３は、この発明の実施の形態３によるハイブリッド自動車用動力制御装置の内、交流電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。図１３において、図７と同一の符号を付したものは、図７に示すものと同一または相当部分を示す。
図１３は、電力変換器１内にパワー素子ＵＨ〜ＷＬの温度を検出するためのサーマルダイオード３８ａ〜３８ｃ、定電流回路３９ａ〜３９ｃ、パワー素子温度算出手段４０ａ〜４０ｃを備えることを除いて、図７に示す実施の形態１と同様の構成である。
【０１２８】
本実施の形態３は、短絡故障の発生による異常検知をパワー素子ＵＨ〜ＷＬの温度変化によって行うものである。電力供給経路のパワー素子に短絡故障が発生した場合は、図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるように、電力供給経路に定格外の異常な電流が流れる。このため、電力供給経路のパワー素子の抵抗成分での損失によってパワー素子が発熱し、温度は上昇する。
【０１２９】
パワー素子の抵抗成分での損失は、電動機電流量の二乗に比例することから、電流量が大きくなると発熱は著しく増加する。よって、パワー素子の温度が所定の高温閾値を超える場合や、正常動作による定格電流の流通時での発熱と冷却の平衡によって定まる定格運転温度を超え、高い変化率での温度上昇が予想される場合に短絡故障が発生したと判定できる。
【０１３０】
このため、実施の形態３では、次のような動作により短絡異常の検知が行われる。パワー素子の温度の検出機構として、サーマルダイオード３８ａ〜３８ｃが三相インバータ１５内の各アームのパワー素子の近傍に設置されている。サーマルダイオード３８ａ〜３８ｃには定電流回路３９ａ〜３９ｃが接続されており、所定の電流が流される。
【０１３１】
この時、サーマルダイオード３８ａ〜３８ｃのｐｎ接合部の順方向電圧降下Ｖｆは、ｐｎ接合部の温度によって変化する。パワー素子温度算出手段４０ａ〜４０ｃは、それぞれサーマルダイオード３８ａ〜３８ｃの順方向電圧降下Ｖｆを入力し、サーマルダイオード３８ａ〜３８ｃのｐｎ接合部の温度と順方向電圧降下Ｖｆとの関係に基づいて、ｐｎ接合部の温度を略パワー素子ＵＨ〜ＷＬの温度とみなしてパワー素子温度を算出し、電力変換器入出力処理手段３１へ通知する。
【０１３２】
電力変換器入出力処理手段３１は、電力変換器情報伝送手段３４を介してハイブリッド制御ユニット４へパワー素子温度に関する情報を伝送する。ハイブリッド制御ユニット４内の電動機系動作情報伝送手段２６が上記情報を受信し、ハイブリッド制御演算部２０へパワー素子温度を通知する。
【０１３３】
ハイブリッド制御演算部２０内では、短絡異常検知手段２９が電動機系動作情報伝送手段２６からのパワー素子温度を入力し、先に述べた短絡故障の発生と定格外の異常電流の導通、及び、これによる発熱、温度上昇の関係に基づいて、短絡異常を検知する。短絡による異常の度合いは、電力供給経路の温度に関する情報および／または前記電力供給経路に流れる電流に関する情報に基づいて求められる短絡故障による異常の度合いが求められる。異常の度合いを求めるのに用いられる電流の情報は、図６に示す交流電動機２に流れる電流、または図１２に示す直流電源３に流れる電流の通流形態および／または電流値に関する情報である。
【０１３４】
短絡異常検知手段２９により異常が検知されれば、以降、実施の形態１での動作と同様に、発煙、焼損、絶縁破壊など二次故障を回避するよう内燃機関の動力が制御される。
【０１３５】
尚、本実施の形態３では、サーマルダイオードを使用したパワー素子温度の検出とパワー素子温度による短絡異常検知について説明したが、これ以外の別の手法による温度検出によって短絡異常を検知しても良い。例えば、温度検出素子としてサーミスタを使用しても良いし、パワー素子とは別な電力供給経路上を測温し、この温度によって短絡異常を検知しても良い。また、短絡異常の判定方法は、適宜、説明した以外の別なアルゴリズムによっても実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置を含むハイブリッド自動車の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置を説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、電動機回転速度と誘起電圧の関係を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、短絡故障発生時のインバータと電動機の回路状態を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、短絡故障の有無を説明するための電動機電流の波形図である。
【図７】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、短絡異常の検知方法を説明するための波形図である。
【図９】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、内燃機関の回転速度と電動機の回転速度の関係を説明する説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による自動車用動力制御装置における、内燃機関の動作指示に関する説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による自動車用動力制御装置における、電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による自動車用動力制御装置における、短絡故障の有無を説明するための電源電流の波形図である。
【図１３】本発明の実施の形態３による自動車用動力制御装置における、電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１    電力変換器
２    交流電動機
３    直流電源
４    ハイブリッド制御ユニット
５    内燃機関
６    内燃機関制御ユニット
７    変速機
８    減速ギヤ
９    差動ギヤ
１０    ドライブシャフト
１１    駆動輪
１２    回転角検出器
１５    三相インバータ
１６    平滑用コンデンサ
１７ａ〜１７ｃ    電動機電流検出器
ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ    パワー素子
１８ａ〜１８ｆ    トランジスタ
１９ａ〜１９ｆ    フライホイールダイオード
２０    ハイブリッド制御演算部
２１    電動機制御演算部
２２    電動機電流算出手段
２３    回転角度速度算出手段
２４    内燃機関系動作情報伝送手段
２５    車両動作情報算出手段
２６    電動機系動作情報伝送手段
２７    内燃機関動作指示手段
２８    電動機動作指示手段
２９    短絡異常検知手段
３１    電力変換器入出力処理手段
３２    保護動作制御部
３３    直流リンク電圧算出手段
３４    電力変換器情報伝送手段
３５    ゲート信号遮断スイッチ
３６    電源電流検出器
３７    電源電流算出手段
３８ａ〜３８ｃ    サーマルダイオード
３９ａ〜３９ｃ    定電流回路
４０ａ〜４０ｃ    パワー素子温度算出手段
５１ａ〜５１ｃ    電圧源(誘起電圧)
５２ａ〜５２ｃ    自己インダクタンス
５３ａ〜５３ｃ    電機子抵抗
１０１    アクセル踏量検出器
１０２    ブレーキ踏量検出器
１０３    車速検出器
１０４    舵角検出器