(57)【要約】【課題】インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子に短絡故障が生じた場合の車両搬送時に、車両内の機器の二次故障を抑制しつつ車両の移動を可能とする。【解決手段】車両１００は、モータジェネレータ１４０と、インバータ１３０と、ＥＣＵ３００とを備える。インバータ１３０は、各々が上下アームを構成する２つのスイッチング素子を有する三相の駆動アーム１３１，１３２，１３３を含み、蓄電装置１１０からの直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１４０を駆動する。ＥＣＵ３００は、車両１００がモータジェネレータ１４０からの駆動力で自走していない場合に、インバータ１３０に一相短絡故障が生じたときには、車速に応じてインバータ１３０のスイッチング状態を変更する。【選択図】図１
2013066326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両であって、
走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、
各々が上下アームを構成する２つのスイッチング素子を有する三相の駆動アームを含み、前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記回転電機を駆動するインバータと、
前記インバータを制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記回転電機が駆動力を発生していないにもかかわらず前記車両が移動している場合に、前記駆動アームのうちの１つの相における一方のスイッチング素子に短絡故障が生じたときには、車速に応じて前記インバータの駆動状態を変更する、車両。
【請求項２】
前記制御装置は、前記車速が基準速度を上回る場合には、前記短絡故障が生じていない相の上下アームのうち、前記短絡故障が生じているスイッチング素子と同じ側のアームを導通状態に設定する、請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記制御装置は、前記車速が基準速度を下回る場合には、全ての駆動アームのスイッチング素子を非導通状態に設定する、請求項２に記載の車両。
【請求項４】
前記制御装置は、前記インバータから出力される故障信号、前記インバータと前記回転電機とを結ぶ電力伝達経路の温度、前記回転電機の温度、および前記回転電機に流れる電流の少なくとも１つに基づいて、前記短絡故障が生じているか否かを判定する、請求項１に記載の車両。
【請求項５】
前記短絡故障が生じている場合に、ユーザへ通知するための警報装置をさらに備える、請求項１に記載の車両。
【請求項６】
蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両の制御方法であって、
前記車両は、
走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、
各々が上下アームを構成する２つのスイッチング素子を有する三相の駆動アームを有し、前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記回転電機を駆動するインバータとを含み、
前記制御方法は、
前記回転電機から駆動力を発生していないにもかかわらず前記車両が移動しているか否かを判定するステップと、
前記駆動アームのうちの１つの相における一方のスイッチング素子に短絡故障が生じているかを判定するステップと、
前記車両が前記回転電機から駆動力を発生せずに移動しており、かつ、前記駆動アームのうちの１つの相に短絡故障が生じている場合に、車速に応じて前記インバータの駆動状態を変更するステップとを備える、車両の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両および車両の制御方法に関し、より特定的には、インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、故障発生時における車両搬送の際のインバータ制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。この車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。
【０００３】
これらの車両においては、一般的に、インバータを用いて蓄電装置からの直流電力をモータジェネレータなどの回転電機を駆動するための交流電力に変換する。そして、回転電機によって発生した駆動力を用いて車両を走行させるとともに、回生制動時などにおいては、駆動輪やエンジンなどからの回転力を電気エネルギに変換して蓄電装置を充電する。
【０００４】
このような車両において、インバータに異常が生じた場合には、他の機器への影響等を防止するために適切な処置を行なうことが必要となる。
【０００５】
特開２００６−０８７１７５号公報（特許文献１）は、電力を用いて走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子の短絡故障が生じた場合には、運転者に対して車両の牽引を禁止する旨の指示を行なうとともに、ブレーキを作動させて車輪の回転を物理的に停止させる構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０８７１７５号公報
【特許文献２】特開２００９−１９５０２６号公報
【特許文献３】特開２００７−２４５９６６号公報
【特許文献４】特開平１０−２５７６０４号公報
【特許文献５】特開２００７−０２８７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子に短絡故障が生じた場合には、一般的には、短絡電流によってインバータおよびその周辺機器のさらなる故障等を防止するために、インバータによるモータジェネレータの駆動が禁止される。その後、故障した車両は、他の車両による牽引等によって搬送されることになるが、モータジェネレータが回転子に永久磁石が埋め込まれた永久磁石型の回転電機である場合には、搬送の際に車輪の回転に伴ってモータジェネレータも回転してしまうと、モータジェネレータに逆起電力が発生する。
【０００８】
そうすると、蓄電装置からの電力を用いて、インバータにより積極的にモータジェネレータを駆動していなくても、スイッチング素子の短絡故障によって、インバータおよびモータジェネレータを含む回路に大きな短絡電流が流れ得る。これによって、回路を構成するインバータ、電流伝達経路およびモータジェネレータが発熱してしまい、これらの機器およびその周辺の機器の損傷や劣化の原因となり得る。
【０００９】
上記の特開２００６−０８７１７５号公報（特許文献１）に開示された構成によれば、このような課題を解決するために、インバータに短絡故障が生じた場合には、車両の牽引が禁止されるとともに、車輪がブレーキによってロックされる。これによって、モータジェネレータの逆起電力の発生が防止できる。
【００１０】
しかしながら、このような状態になると、もはや他の車両での牽引や人力での移動が不可能となり、故障車両を安全な場所へ退避することが容易にできなくなったり、故障車両を搬送するための特殊な装置が必要となったりするといった不具合が生じ得る。
【００１１】
したがって、故障発生時の車両の安全性を保証するためのフェールセーフ機能をより一層充実させるためには、車両内の機器を保護するとともに、故障状態であっても車両を移動できるようにすることが求められる。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子に短絡故障が生じた場合の車両搬送時に、車両内の機器の二次故障を抑制しつつ車両の移動を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による車両は、蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両であって、走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、回転電機を駆動するインバータと、インバータを制御するための制御装置とを備える。インバータは、各々が上下アームを構成する２つのスイッチング素子を有する三相の駆動アームを含み、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して回転電機を駆動する。制御装置は、回転電機が駆動力を発生していないにもかかわらず車両が移動している場合に、駆動アームのうちの１つの相における一方のスイッチング素子に短絡故障が生じたときには、車速に応じてインバータの駆動状態を変更する。
【００１４】
好ましくは、制御装置は、車速が基準速度を上回る場合には、短絡故障が生じていない相の上下アームのうち、短絡故障が生じているスイッチング素子と同じ側のアームを導通状態に設定する。
【００１５】
好ましくは、制御装置は、車速が基準速度を下回る場合には、全ての駆動アームのスイッチング素子を非導通状態に設定する。
【００１６】
好ましくは、制御装置は、インバータから出力される故障信号、インバータと回転電機とを結ぶ電力伝達経路の温度、回転電機の温度、および回転電機に流れる電流の少なくとも１つに基づいて、短絡故障が生じているか否かを判定する。
【００１７】
好ましくは、車両は、短絡故障が生じている場合に、ユーザへ通知するための警報装置をさらに備える。
【００１８】
本発明による車両の制御方法は、蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両についての制御方法である。車両は、走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、各々が上下アームを構成する２つのスイッチング素子を有する三相の駆動アームを有し蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して回転電機を駆動するインバータとを含む。制御方法は、回転電機から駆動力を発生していないにもかかわらず車両が移動しているか否かを判定するステップと、駆動アームのうちの１つの相における一方のスイッチング素子に短絡故障が生じているかを判定するステップと、車両が回転電機から駆動力を発生せずに移動しており、かつ、駆動アームのうちの１つの相に短絡故障が生じている場合に、車速に応じてインバータの駆動状態を変更するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子に短絡故障が生じた場合の車両搬送時に、車両内の機器の二次故障を抑制しつつ車両の移動を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態に従う、車両の全体ブロック図である。
【図２】インバータに短絡故障が発生した場合の問題点を説明するための図である。
【図３】本実施の形態によるインバータ駆動制御の概要を説明するための図である。
【図４】一相短絡状態の場合および三相オン制御の場合における、モータジェネレータに発生する引きずりトルクと車速（モータジェネレータの回転速度）との関係の一例を説明するための図である。
【図５】本実施の形態おいて、ＥＣＵで実行されるインバータ駆動制御を説明するための機能ブロック図である。
【図６】本実施の形態おいて、ＥＣＵで実行されるインバータ駆動制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図７】図６のＳ１００における自走判定処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図８】図６のＳ１２０における一相短絡判定処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図９】警報出力処理の他の実行例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下において、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２２】
［車両の基本構成］
図１は、本発明の実施の形態に従う車両１００の全体ブロック図である。本実施の形態においては、車両１００が電気自動車である構成を例として説明するが、車両１００の構成はこれに限定されるものではなく、蓄電装置からの電力によって走行可能な車両であれば適用可能である。車両１００としては、電気自動車以外にたとえばハイブリッド車両や燃料電池自動車などが含まれる。
【００２３】
図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１０と、システムメインリレー（System  Main  Relay：ＳＭＲ）１１５と、コンバータ１２０と、インバータ１３０と、モータジェネレータ１４０と、動力伝達ギヤ１５０と、駆動輪１６０と、警報装置２００と、制御装置であるＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）３００とを備える。
【００２４】
蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。
【００２５】
蓄電装置１１０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介して、コンバータ１２０のコンバータ１２０に接続される。蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１４０を駆動するための電力をコンバータ１２０へ供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１４０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。
【００２６】
ＳＭＲ１１５に含まれるリレーは、蓄電装置１１０と電力線ＰＬ１，ＮＬ１とにそれぞれ接続される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１によって制御され、蓄電装置１１０とコンバータ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。
【００２７】
コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間に接続される。コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。
【００２８】
コンバータ１２０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１とを含む。
【００２９】
スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１の間に、電力線ＰＬ２から電力線ＮＬ１に向かう方向を順方向として直列に接続される。なお、本実施の形態において、スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を例として説明するが、ＩＧＢＴに代えて、電力用ＭＯＳ（Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いてもよい。
【００３０】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと、電力線ＰＬ１との間に設けられる。すなわち、コンバータ１２０はチョッパ回路を形成する。
【００３１】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて制御され、電力線ＰＬ１，ＮＬ１と、電力線ＰＬ２，ＮＬ１との間で電圧変換動作を行なう。
【００３２】
コンバータ１２０は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１２０は、昇圧動作時には、蓄電装置１１０からの直流電圧を昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１および逆並列ダイオードＤ１を介して、電力線ＰＬ２へ供給することにより行なわれる。
【００３３】
また、コンバータ１２０は、降圧動作時には、インバータ１３０からの直流電圧を降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２および逆並列ダイオードＤ２を介して、電力線ＮＬ１へ供給することにより行なわれる。
【００３４】
これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ比）により制御される。なお、昇圧動作および降圧動作が不要の場合には、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定するように制御信号ＰＷＣを設定することで、電圧変換比＝１．０（デューティ比＝１００％）とすることもできる。
【００３５】
なお、本発明においては、コンバータ１２０は必須ではなく、蓄電装置１１０からの出力電圧がインバータ１３０に直接供給される構成であってもよい。
【００３６】
コンデンサＣ２は、コンバータ１２０とインバータ１３０とを結ぶ電力線ＰＬ２，ＮＬ１の間に接続される。コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。電圧センサ１７０は、コンデンサＣ２にかかる電圧を検出し、その検出値ＶＨをＥＣＵ３００へ出力する。
【００３７】
インバータ１３０は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１を介して、コンバータ１２０に接続される。インバータ１３０は、ＥＣＵ３００からの制御指令ＰＷＩにより制御され、コンバータ１２０から出力される直流電力を、モータジェネレータ１４０を駆動するための交流電力に電力変換する。
【００３８】
インバータ１３０は、Ｕ相アーム１３１と、Ｖ相アーム１３２と、Ｗ相アーム１３３とを含み、これらにより三相ブリッジ回路が形成される。Ｕ相アーム１３１、Ｖ相アーム１３２およびＷ相アーム１３３は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に並列に接続される。
【００３９】
Ｕ相アーム１３１は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはスイッチング素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはスイッチング素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはスイッチング素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはスイッチング素子Ｑ４のエミッタと接続される。
【００４０】
Ｖ相アーム１３２は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはスイッチング素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはスイッチング素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはスイッチング素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはスイッチング素子Ｑ６のエミッタと接続される。
【００４１】
Ｗ相アーム１３３は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８と、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはスイッチング素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはスイッチング素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはスイッチング素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはスイッチング素子Ｑ８のエミッタと接続される。
【００４２】
モータジェネレータ１４０は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータと中性点でＹ結線された三相コイルを有するステータとを備える三相交流電動発電機であり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３つのコイルは、各々一方端が中性点に共に接続される。そして、Ｕ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。
【００４３】
モータジェネレータ１４０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ１５０を介して駆動輪１６０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１４０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１６０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、インバータ１３０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。
【００４４】
また、モータジェネレータ１４０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１４０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１１０を充電することも可能である。
【００４５】
なお、図１においては、モータジェネレータが１つ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータを複数設ける構成としてもよい。たとえば、２つのモータジェネレータを備えるハイブリッド車両の場合には、一方のモータジェネレータを専ら駆動輪１６０を駆動するための電動機として用い、他方のモータジェネレータを専らエンジンにより駆動される発電機として用いるようにしてもよい。
【００４６】
温度センサ１８０は、インバータ１３０とモータジェネレータ１４０との間の電力伝達経路に設けられ、これら電力伝達経路の温度を検出する。そして、温度センサ１８０は、その検出値ＴＷをＥＣＵ３００へ出力する。
【００４７】
温度センサ１８５は、モータジェネレータ１４０の近傍、あるいは、モータジェネレータ１４０の内部に設けられる。温度センサ１８５は、モータジェネレータ１４０の温度を検出し、その検出値ＴＭをＥＣＵ３００へ出力する。なお、モータジェネレータ１４０の温度としては、モータジェネレータ１４０の筐体の温度としてもよいし、固定子に含まれるコイルの温度としてもよい。
【００４８】
電流センサ１９０は、インバータ１３０とモータジェネレータ１４０との間の電力伝達経路に設けられる。モータジェネレータ１４０の各相に流れる電流の合計は基本的にはゼロとなるので、電流センサ１９０は、電力伝達経路の少なくともいずれか２相に設けられればよい。図１においては、たとえば、電流センサ１９０は、Ｕ相およびＶ相の電力伝達経路に設けられ、検出された電流Ｉｕ，ＩｖはＥＣＵ３００に送られる。なお、電流センサ１９０で検出された電流を総称して「ＭＣＲＴ」とも称する。
【００４９】
速度センサ１９５は、駆動輪１６０の付近に設けられる。速度センサ１９５は、駆動輪１６０の回転速度に基づいて車速を検出し、その検出値ＳＰＤをＥＣＵ３００へ出力する。なお、車速ＳＰＤの検出については、速度センサ１９５に代えて、モータジェネレータ１４０の回転角度を検出する回転角センサ（図示せず）を用いてもよく、その場合は、検出された回転角および減速比等から、ＥＣＵ３００において車速ＳＰＤが演算される。
【００５０】
警報装置２００は、異常が生じた場合に、ＥＣＵ３００からの制御信号ＡＬＭに基づいて、運転者へ異常の発生を通知するための装置である。警報装置２００としては、たとえば、ブザーやチャイムなどのように聴覚的に通知するもの、およびランプや液晶表示器などのように視覚的に通知するものなどが含まれる。
【００５１】
ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。ＥＣＵ３００における制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００５２】
なお、図１においては、制御装置として１つのＥＣＵ３００が備えられる構成を例として説明するが、制御装置の構成はこれに限定されない。たとえば、ＥＣＵ３００は、機器ごとや機能ごとに制御装置が設けられる構成としてもよい。
【００５３】
ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０からの電圧ＶＢ，電流ＩＢを受ける。ＥＣＵ３００は、電圧ＶＢ，電流ＩＢに基づいて、蓄電装置の充電状態（State  of  Charge：ＳＯＣ）を演算する。ＥＣＵ３００は、ユーザの操作によるイグニッション信号ＩＧを受ける。
【００５４】
ＥＣＵ３００は、インバータ１３０の故障を示す故障信号ＦＬＴをインバータ１３０から受ける。故障信号ＦＬＴは、たとえば、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のいずれに異常が生じているか否か、およびスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のいずれに異常が生じているか否かなどの情報を含む。
【００５５】
［インバータ短絡故障発生時の問題点］
このような車両１００において、走行中に、たとえばインバータ１３０のＵ相アーム１３１のスイッチング素子Ｑ３が導通状態のままとなってしまう短絡故障が生じた場合に、そのままスイッチング動作を継続して走行を行なうと、Ｕ相の下アームのスイッチング素子Ｑ４が導通状態にされたときに、電力線ＰＬ２およびＮＬ１間が短絡し、電力線ＰＬ２からＮＬ１に向かう方向に大きな短絡電流が流れる。この短絡電流が継続的に流れることにより、故障していないスイッチング素子Ｑ４についても破損してしまったり、電力線ＰＬ２，ＮＬ１などの電力経路が発熱したりするおそれがある。
【００５６】
そのため、上記のようなインバータ１３０の異常が生じた場合には、速やかにインバータ１３０を停止することが望ましい。
【００５７】
しかしながら、インバータ１３０を停止した場合には、車両１００が自力で車両を安全な場所まで移動することができないため、たとえば、他の車両による牽引や人力で移動することが必要となる。
【００５８】
ところが、図１のような構成の車両１００においては、モータジェネレータ１４０の出力軸がクラッチ等によって物理的に切り離されない限りは、車両１００の移動により駆動輪１６０が回転すると、それに伴ってモータジェネレータ１４０も回転し得る。このとき、モータジェネレータ１４０が、上述のような回転子に永久磁石を有する永久磁石型の回転電機である場合には、ロータが回転することによって、各相コイルに誘導電圧が発生する。
【００５９】
そうすると、たとえば、図２に示されるように、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｑ３が短絡故障し、モータジェネレータ１４０のＵ，Ｖ，Ｗ相に発生する電位がそれぞれＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（Ｖｖ＞Ｖｗ＞Ｖｕ）であるような場合には、モータジェネレータ１４０のＶ相端子から、ダイオードＤ５および短絡故障したスイッチング素子Ｑ３を経由してＵ相端子に至る経路で、実線矢印ＡＲ１０のような短絡電流が流れる。また、Ｗ相端子の電位ＶｗがＶ相端子の電位Ｖｖよりも大きい場合（Ｖｗ＞Ｖｖ＞Ｖｕ）には、Ｗ相端子から、ダイオードＤ７および短絡故障したスイッチング素子Ｑ３を経由してＵ相端子に至る経路で、破線矢印ＡＲ２０のような短絡電流が流れる。
【００６０】
モータジェネレータ１４０の逆起電力により発生する誘起電圧は、モータジェネレータ１４０の回転速度に比例するため、他の車両による牽引等によってモータジェネレータ１４０の回転速度が上昇すれば、モータジェネレータ１４０の誘起電圧も高くなり、回路に流れる短絡電流も増大する。短絡電流が過大になると、たとえば、インバータ１３０の構成部品や電力伝達経路が耐熱温度を超過してしまったり、モータジェネレータ１４０のコイルが発熱することによって永久磁石が減磁されて回転電機としての機能が損なわれたりする可能性がある。
【００６１】
そこで、本実施の形態においては、インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子に短絡故障が生じた場合の車両搬送時に、車速に応じてインバータの駆動状態を変更するインバータ駆動制御を実行する。
【００６２】
［インバータ駆動制御の説明］
図３は、本実施の形態によるインバータ駆動制御の概要を説明するための図である。図３を参照して、図２と同様に、インバータ１３０におけるＵ相の上アームのスイッチング素子Ｑ３に短絡故障が発生したものと仮定する。
【００６３】
この状態において、車両１００の移動が行われると、図２で説明したように、実線矢印ＡＲ３０のような短絡電流が流れ得る。
【００６４】
このとき、車両１００の速度（すなわち、モータジェネレータ１４０の回転速度）が低い場合には、モータジェネレータ１４０に発生する誘起電圧が低いため、短絡経路に流れる電流も小さく発熱の度合いも少ない。そのため、矢印ＡＲ３０で示される短絡経路に短絡電流を流し続けたとしても、機器の損傷につながる可能性は小さい。したがって、車速が低い場合には、インバータ１３０がシャットダウンされ、インバータ１３０の全てのスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８が非導通に設定される（ただし、スイッチング素子Ｑ３は短絡故障により導通状態となる）。
【００６５】
一方、車両１００の速度が高い場合には、短絡経路に流れる電流も大きくなり、機器の損傷につながる可能性が大きくなるため、故障が生じているスイッチング素子と同じアーム（図３の場合は上アーム）の各相のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７を導通状態に切換える（以下、「三相オン制御」とも称する。）。これによって、実線矢印ＡＲ３０のように流れている電流の一部が、破線矢印ＡＲ４０のように、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ７を介してモータジェネレータ１４０のＶ相端子へ至る経路に分岐される。
【００６６】
また、図３には示されていないが、Ｗ相端子の電位ＶｗがＶ相端子の電位Ｖｖよりも大きい場合には、図２の矢印ＡＲ２０のようなＶ相端子からダイオードＤ７およびスイッチング素子Ｑ３を介してＵ相端子に至る経路に流れる短絡電流の一部が、Ｖ相のスイッチング素子Ｑ５を介してＶ相端子に至る経路に分岐される。
【００６７】
このように、車速が大きく短絡電流が大きくなる場合には、短絡電流を複数の経路に分散することによって過大な発熱の発生が抑制されるので、インバータ１３０の構成部品や電力伝達経路の発熱が過大となることが防止できる。
【００６８】
一方で、モータジェネレータ１４０においては、短絡電流が流れることによってトルクが発生する。このトルクは、車両を移動させる力に抗する制動トルクとして作用するため、以下ではこの制動トルクを「引きずりトルク」とも称する。この引きずりトルクは、車速（あるいは、モータジェネレータ１４０の回転速度）との間に、図４に示すような関係が成立する。
【００６９】
図４は、一相短絡状態の場合および三相オン制御の場合における、モータジェネレータに発生する引きずりトルクと車速（モータジェネレータの回転速度）との関係の一例を説明するための図である。図４に示す関係は、たとえば図３で示したようなＵ相上アームのスイッチング素子Ｑ３が短絡故障した状態で、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をすべて非導通に設定した場合、およびスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７を導通状態に設定する三相オン制御とした場合の各々について、図３に示す短絡電流が流れたときに生じる引きずりトルクを示したものである。なお、引きずりトルクは、モータジェネレータ１４０の力行制御時に発生するトルクと区別するために負の値で表わされている。
【００７０】
図４において、実線の曲線Ｗ１０は一相短絡状態の場合の引きずりトルクを示しており、破線の曲線Ｗ２０は三相オン制御の場合の引きずりトルクを示している。
【００７１】
図４に示されるように、一相短絡状態の場合には、車速ＳＰＤおよびモータジェネレータの回転速度ＭＲＮが上昇するにつれて、引きずりトルクの絶対値が大きくなることがわかる。これに対して、三相オン制御が実行される場合には、引きずりトルクは、低速度域の所定の速度において極値を有しており、この所定の速度から上昇するにつれて小さくなる傾向を示している。
【００７２】
すなわち、一相短絡状態の場合と三相オン制御の場合とでは、引きずりトルクは互いに異なる特性を有しており、図４中の基準速度Ｖｔｈ（基準回転速度Ｎｔｈ）を境として、大小関係が反転している。これより、基準速度Ｖｔｈより低い速度領域においては一相短絡状態とし、基準速度Ｖｔｈより高い速度領域においては三相オン制御とすることによって引きずりトルクを低くでき、車両搬送時に要する駆動力を小さくすることができる。特に、人力で車両を移動させる場合には、引きずりトルクを小さくすることで移動させやすくなるという利点を有する。
【００７３】
図５は、本実施の形態おいて、ＥＣＵ３００で実行されるインバータ駆動制御を説明するための機能ブロック図である。図５で説明されるブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ３００によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
【００７４】
図１および図５を参照して、ＥＣＵ３００は、短絡判定部３１０と、自走判定部３２０と、警報出力部３３０と、インバータ制御部３４０とを含む。
【００７５】
短絡判定部３１０は、インバータ１３０からの故障信号ＦＬＴ、温度センサ１８０からの電力伝達経路の温度ＴＷ、温度センサ１８５からのモータジェネレータ１４０の温度ＴＭ、および電流センサ１９０からのモータジェネレータ１４０に流れる電流ＭＣＲＴを受ける。
【００７６】
短絡判定部３１０は、これらの情報のいずれか、あるいは任意の組み合わせに基づいて、短絡故障の有無を判定するとともに、短絡故障が発生しているスイッチング素子を判定する。そして、短絡判定部３１０は、判定結果である短絡発生信号ＳＨＴを、警報出力部３３０およびインバータ制御部３４０へ出力する。
【００７７】
自走判定部３２０は、上位ＥＣＵにより設定されるモータジェネレータ１４０についてのトルク指令値ＴＲＱ、および速度センサ１９５からの車速ＳＰＤを受ける。自走判定部３２０は、これらの情報に基づいて、車両１００がモータジェネレータ１４０からの駆動力以外で走行しているか否かを判定する。具体的には、自走判定部３２０は、モータジェネレータ１４０へのトルク指令値ＴＲＱがないにもかかわらず、車速ＳＰＤが発生している場合に、モータジェネレータ１４０からの駆動力以外で走行していると判定する。このような場合としては、たとえば、他の車両により牽引されている場合、人力で移動されている場合、または、下り坂を重力によって下っている場合などがある。また、ハイブリッド車両の場合には、エンジンの駆動力のみで走行している場合も該当する。そして、自走判定部３２０は、判定結果ＲＵＮをインバータ制御部３４０へ出力する。
【００７８】
警報出力部３３０は、短絡判定部３１０からの短絡発生信号ＳＨＴ、および自走判定部３２０からの判定結果ＲＵＮを受ける。
【００７９】
警報出力部３３０は、判定結果ＲＵＮにより自走していないと判定され、かつ、短絡発生信号ＳＨＴにより短絡故障が生じている場合に、警報装置２００に対して制御信号ＡＬＭを出力して、異常の発生を運転者に通知する。あるいは、自走判定部３２０からの判定結果ＲＵＮにかかわらず、短絡故障が生じている場合には異常を通知するようにしてもよい。
【００８０】
インバータ制御部３４０は、短絡判定部３１０からの短絡発生信号ＳＨＴ、自走判定部３２０からの判定結果ＲＵＮ、および速度センサ１９５からの車速ＳＰＤを受ける。
【００８１】
インバータ制御部３４０は、車両１００が牽引等されている場合であって、インバータ１３０に短絡故障が発生しているときに、車速ＳＰＤに応じてインバータ１３０のスイッチング状態を変更する。具体的には、車速ＳＰＤが基準速度を下回る場合には、インバータ１３０を遮断して、すべてのスイッチング素子を非導通状態に設定する一方で、車速ＳＰＤが基準速度を上回る場合には、各相における短絡故障が発生しているアームのスイッチング素子のみを導通状態に設定する。
【００８２】
インバータ制御部３４０は、上記に基づいて制御信号ＰＷＩを生成し、インバータ１３０のスイッチング状態を変更する。
【００８３】
図６は、本実施の形態おいて、ＥＣＵ３００で実行されるインバータ駆動制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図６および後述する図７〜図９に示すフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムが所定周期でメインルーチンから呼び出されて実行されることによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。
【００８４】
図１および図６を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、車両１００が自走しているか否かを判定する。
【００８５】
ここで、Ｓ１００の自走判定処理の詳細が図７に示されるが、ＥＣＵ３００は、Ｓ１０２にて、車両１００のトルク指令値ＴＲＱがゼロであり、すなわちモータジェネレータ１４０による駆動力が発生しておらず、かつ、車速ＳＰＤがゼロでなく車両１００が移動しているという条件が成立しているか否かを判定する。
【００８６】
上記の条件が成立している場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、Ｓ１０４にて自走していない、すなわち、他の車両による牽引、人力による移動等が行なわれているものと判定する。そして、処理が図６のＳ１１０へ進められる。
【００８７】
一方、上記の条件が成立していない場合（Ｓ１０２にてＮＯ）は、モータジェネレータ１４０からの駆動力の発生がある状態、あるいは車両１００が停止している状態であるので、ＥＣＵ３００は、処理を図６のＳ１１０へ進める。
【００８８】
再び図６を参照して、Ｓ１１０にて、ＥＣＵ３００は、Ｓ１００での自走判定処理の結果から車両１００が自走中であるか否かを判定する。
【００８９】
車両１００が自走していない場合（Ｓ１１０にてＮＯ）は、処理がＳ１２０に進められて、ＥＣＵ３００は、次にインバータ１３０に一相短絡故障が生じているか否かを判定する。
【００９０】
Ｓ１２０の一相短絡状態判定処理の詳細が図８に示される。ＥＣＵ３００は、Ｓ１２２において、インバータ１３０からの故障信号ＦＬＴにより一相短絡故障が生じていることが示されているか否か、電力伝達経路であるパワーケーブルの温度ＴＷが所定のしきい値αを上回るほど過熱しているか否か、または、モータジェネレータ１４０の温度ＴＭが所定のしきい値βを上回るほど加熱しているか否かを判定する。また、図８には示されていないが、モータジェネレータ１４０へ流れる電流ＭＣＲＴにより、いずれかの相に大きな電流（短絡電流）が流れているか否かをさらに判定してもよい。
【００９１】
上記の少なくとも１つの条件が成立している場合（Ｓ１２２にてＹＥＳ）は、処理がＳ１２４に進められて、ＥＣＵ３００は、インバータ１３０に一相短絡故障が発生していると判定し、処理を図６のＳ１３０へ進める。
【００９２】
一方、上記の条件のいずれも成立していない場合（Ｓ１２４にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、一相短絡故障が発生していないものと判定して、処理を図６のＳ１３０に進める。
【００９３】
再び図６を参照して、Ｓ１３０にて、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０での一相短絡故障の判定処理の結果からインバータ１３０に一相短絡故障が生じているかを判定する。
【００９４】
一相短絡故障が発生していない場合（Ｓ１３０にてＮＯ）は、牽引等が行なわれても、インバータ１３０内に短絡電流はながれないので、ＥＣＵ３００は処理を終了する。
【００９５】
一相短絡故障が発生している場合（Ｓ１３０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１４０に進められて、車速ＳＰＤが所定の基準速度Ｖｔｈより大きいか否かを判定する。なお、車速ＳＰＤに代えて、モータジェネレータ１４０の回転速度ＭＲＮが基準速度Ｎｔｈより大きいか否かを判定してもよい。
【００９６】
車速ＳＰＤが基準速度Ｖｔｈより大きい場合（Ｓ１４０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、短絡電流が大きくインバータ１３０の構成部品等に損傷のおそれがあり、また、引きずりトルクが大きくなると判断し、処理をＳ１５０に進めて、短絡故障が生じているスイッチング素子と同じ側のスイッチング素子を三相とも導通状態とする三相オン制御を実行するように、インバータ１３０のスイッチング状態を切換える。そして、ＥＣＵ３００は処理をＳ１６０に進める。
【００９７】
車速ＳＰＤが基準速度Ｖｔｈ以下の場合（Ｓ１４０にてＮＯ）は、Ｓ１７０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、インバータ１３０を遮断してすべてのスイッチング素子を非導通状態に切換えて、Ｓ１６０に処理を進める。なお、すでにすべてのスイッチング素子が非導通とされている場合には、その状態が維持される。
【００９８】
Ｓ１６０にて、ＥＣＵ３００は、警報装置２００により警報を出力し、運転者に対して一相短絡が生じていることを通知する。なお、これに加えて、三相オン制御が選択されたか否か、あるいは、電力伝達経路やモータジェネレータ１４０の温度などについても通知するようにしてもよい。
【００９９】
Ｓ１１０にて、車両１００が自走していると判定された場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）は、Ｓ１２０〜Ｓ１６０までの処理がスキップされ、ＥＣＵ３００は処理を終了する。
【０１００】
なお、図６のフローチャートにおいては、自走していない場合に一相短絡故障が発生したときに警報が出力されるようになっているが、図９のように、自走しているか否かの判定にかかわらず、一相短絡故障が発生したことに応じて警報を出力するようにしてもよい。図９におけるステップＳ２００，Ｓ２１０，Ｓ２２０の処理は、図６におけるＳ１２０，Ｓ１３０，Ｓ１６０の処理にそれぞれ対応するので、その説明は繰り返さない。
【０１０１】
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子に短絡故障が生じた場合の車両搬送時に、モータジェネレータの誘導電圧によって生じる短絡電流に起因する車両内の機器を保護しながら、車両を安全な場所まで移動させることが可能となる。これによって、異常発生時の車両の安全性を保証するためのフェールセーフ機能をより確実なものとすることができる。
【０１０２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０３】
１００  車両、１１０  蓄電装置、１１５  ＳＭＲ、１２０  コンバータ、１３０  インバータ、１３１  Ｕ相アーム、１３２  Ｖ相アーム、１３３  Ｗ相アーム、１４０  モータジェネレータ、１５０  動力伝達ギヤ、１６０  駆動輪、１７０  電圧センサ、１８０，１８５  温度センサ、１９０  電流センサ、１９５  速度センサ、２００  警報装置、３００  ＥＣＵ、３１０  短絡判定部、３２０  自走判定部、３３０  警報出力部、３４０  インバータ制御部、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｌ１  リアクトル、ＮＬ１，ＰＬ１，ＰＬ２  電力線、Ｑ１〜Ｑ８  スイッチング素子。
【図１】
2013066326.tif 000003
【図２】
2013066326.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013066326.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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