(57)【要約】【課題】坂道発進時等の極低速かつ大トルクがスイッチング素子に作用する場合においても、騒音の発生を防止しつつスイッチング素子の保護を確実に行うことが可能な四輪駆動電気自動車の発進制御機構の提供を目的とする。【解決手段】前輪を駆動する第１モータ２と、後輪を駆動する第２モータ３と、パーキングロックを設定可能なシフトレバー１２と、スイッチング素子５ｄを有するインバータ５と、第１モータ２の位相と第２モータ３の位相とから坂路であるか否かを判定する坂路判定手段８ｃと、インバータ５を冷媒により冷却する冷却手段７と、坂路でシフトレバー１２がパーキングロックに設定された後に第１モータ２または第２モータ３の何れかに作用するトルクを推定し、シフトレバー１２によりパーキングロックが解除された後に推定されたトルクに対応した冷媒の流量で冷却手段７によりインバータ５の冷却を開始させるインバータ制御手段８とを有する四輪駆動電気自動車の発進制御機構１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪を駆動する第１モータと、
後輪を駆動する第２モータと、
パーキングロックを設定可能なシフトレバーと、
スイッチング素子を有するインバータと、
前記第１モータの位相と前記第２モータの位相とから坂路であるか否かを判定する坂路判定手段と、
前記インバータを冷媒により冷却する冷却手段と、
坂路で前記シフトレバーがパーキングロックに設定された後に前記第１モータまたは前記第２モータの何れかに作用するトルクを推定し、前記シフトレバーによりパーキングロックが解除された後に推定された前記トルクに対応した前記冷媒の流量で前記冷却手段により前記インバータの冷却を開始させるインバータ制御手段と
を有することを特徴とする四輪駆動電気自動車の発進制御機構。
【請求項２】
請求項１記載の四輪駆動電気自動車の発進制御機構において、
前記トルクは前記パーキングロックにより前記各モータのうちロックされたモータに対応した車軸に生じた捩れ量から推定されることを特徴とする四輪駆動電気自動車の発進制御機構。
【請求項３】
請求項１または２記載の四輪駆動電気自動車の発進制御機構において、
坂路が上り坂でパーキングロック解除後の前記シフトレバーがリバース以外に設定されている場合には、前記インバータ制御手段により推定された前記トルクに対応した前記冷媒の流量で前記冷却手段により前記インバータの冷却を開始させることを特徴とする四輪駆動電気自動車の発進制御機構。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一つに記載の四輪駆動電気自動車の発進制御機構において、
坂路が下り坂でパーキングロック解除後の前記シフトレバーがリバースに設定されている場合には、前記インバータ制御手段により推定された前記トルクに対応した前記冷媒の流量で前記冷却手段により前記インバータの冷却を開始させることを特徴とする四輪駆動電気自動車の発進制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四輪駆動電気自動車の発進制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動源として電気モータを搭載した電気自動車やハイブリッド自動車には、電気モータの動力源となる交流電力を電気モータへと供給するインバータが搭載されている。このインバータは駆動用バッテリと電気的に接続されており、バッテリに蓄電されている直流電力を交流電力に変換して電気モータへ供給する。インバータにはＩＧＢＴと呼ばれる高電圧及び大電流に耐え得るトランジスタやサイリスタ等のスイッチング素子が複数内蔵されており、これ等複数の素子が切替制御されることで交流電力が生成される。
【０００３】
インバータは、電気モータの作動中は常に交流電力を生成しているため、内蔵されているスイッチング素子が発熱して高温となる。特に、モータ出力が大きいほどスイッチング素子には大電流が流れるため、インバータはより高温となる。そのため、従来から車両にはインバータを冷却するためのウォータポンプを備えた冷却装置が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２５９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記技術では、急勾配の坂道発進時等の極低速かつ大トルクがスイッチング素子に作用する場合には、スイッチング素子の温度が急激に上昇するためにウォータポンプの冷却性能が追従できず、スイッチング素子の保護を行うことができないという問題点がある。そのため、一般的にはスイッチング周波数を下げてスイッチング素子の発熱を抑える手法が採用されているが、周波数を下げると制御時に発生する電磁音が可聴領域に近付いて騒音の原因となるという問題が生じる。この騒音の問題は、エンジンに比して静寂性の高い電気自動車においては大きな問題である。
本発明は上述の問題点を解決し、坂道発進時等の極低速かつ大トルクがスイッチング素子に作用する場合においても、騒音の発生を防止しつつスイッチング素子の保護を確実に行うことが可能な四輪駆動電気自動車の発進制御機構の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、前輪を駆動する第１モータと、後輪を駆動する第２モータと、パーキングロックを設定可能なシフトレバーと、スイッチング素子を有するインバータと、前記第１モータの位相と前記第２モータの位相とから坂路であるか否かを判定する坂路判定手段と、前記インバータを冷媒により冷却する冷却手段と、坂路で前記シフトレバーがパーキングロックに設定された後に前記第１モータまたは前記第２モータの何れかに作用するトルクを推定し、前記シフトレバーによりパーキングロックが解除された後に推定された前記トルクに対応した前記冷媒の流量で前記冷却手段により前記インバータの冷却を開始させるインバータ制御手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の四輪駆動電気自動車の発進制御機構において、さらに前記トルクは前記パーキングロックにより前記各モータのうちロックされたモータに対応した車軸に生じた捩れ量から推定されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の四輪駆動電気自動車の発進制御機構において、さらに坂路が上り坂でパーキングロック解除後の前記シフトレバーがリバース以外に設定されている場合には、前記インバータ制御手段により推定された前記トルクに対応した前記冷媒の流量で前記冷却手段により前記インバータの冷却を開始させることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１から３までの何れか一つに記載の四輪駆動電気自動車の発進制御機構において、さらに坂路が下り坂でパーキングロック解除後の前記シフトレバーがリバースに設定されている場合には、前記インバータ制御手段により推定された前記トルクに対応した前記冷媒の流量で前記冷却手段により前記インバータの冷却を開始させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、坂道発進時において何れかのモータが極低速かつ大トルク領域に入った場合であっても、何れかのモータの作動前にインバータを十分に冷却することができるのでスイッチング素子の発熱を確実に防止でき、騒音の発生を防止しつつスイッチング素子の保護を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能な四輪駆動電気自動車の発信制御機構のシステムブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に用いられるモータとインバータとを説明する概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いられるインバータ及び冷却手段を説明する概略図である。
【図４】本発明の一実施形態における発進時制御動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態における車軸の捩れ量を説明するための概略図である。
【図６】本発明の一実施形態における（ａ）トルクと傾斜量との関係（ｂ）トルクと電力量との関係（ｃ）トルクと冷媒流量との関係をそれぞれ示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態を適用可能な四輪駆動電気自動車の発進制御機構のシステムブロック図を示している。同図において発進制御機構１は、前輪を駆動する第１モータ２と後輪を駆動する第２モータ３とを有している。第１モータ２の近傍には各モータ２，３に電力を供給するバッテリ４が配設されており、第１モータ２とバッテリ４との間にはバッテリ４に蓄電されている直流電力を交流電力に変換する第１インバータ５が配設されている。
【００１３】
第１モータ２の近傍には第１モータ２の回転位相を検出する回転角センサであるセンサ６が配設されており、第１インバータ５には第１インバータ５を冷却するためのウォータポンプ７が付設されている。第１インバータ５、センサ６、ウォータポンプ７は、それぞれ第１インバータ５を制御するインバータ制御手段としての第１インバータＥＣＵ８に接続されている。第２モータ３の近傍には第２モータ３の回転位相を検出する回転角センサであるセンサ９が配設されており、第２モータ３には第２インバータ１０が接続されている。センサ９、第２インバータ１０はそれぞれ第２インバータ１０を制御する第２インバータＥＣＵ１１に接続されており、第２インバータＥＣＵ１１は第１インバータＥＣＵ８に接続されている。
【００１４】
車両１にはシフトレバー１２が配設されており、このシフトレバーによって車両１は後退するリバース、それぞれ前進するドライブ、セカンド、ロー、さらに停車時にロックを掛けるパーキングの何れかのギヤに設定される。シフトレバー１２には、シフトレバー１２が何れのギヤを占めたかを検知するシフトポジションセンサ１３が接続されており、シフトポジションセンサ１３の検知信号は車両１の全体制御を行う車両ＥＣＵ１４に入力される。車両ＥＣＵ１４は、第１インバータＥＣＵ８に接続されている。
【００１５】
第１インバータＥＣＵ８は、モータ制御部８ａ、ポンプ制御部８ｂ、捩れトルク算出部８ｃを有している。モータ制御部８ａは目標トルク設定部と出力トルク制御部とを有しており、第１モータ２の動作制御を行う。ポンプ制御部８ｂは判定部と作動制御部とを有しており、ウォータポンプ７の動作制御を行う。捩れトルク算出部８ｃは必要トルク算出部と各モータ位相差算出部とを有しており、各モータ２，３の位相差から捩れトルクを算出する。捩れトルク算出部８ｃには、各センサ６，９から各モータ２，３の回転位相がそれぞれ入力される。
【００１６】
図２は、ロータ２ａを有する第１モータ２と第１インバータ５の回路構成を示している。第１インバータ５は電力変換部５ａと電池５ｂとを有しており、電力変換部５ａには平滑コンデンサ５ｃと複数個の高電力のスイッチング素子であるＩＧＢＴ５ｄとが設けられている。このような回路構成では、急勾配路の停車発信時等の極低速かつ大トルクを必要とする走行条件では、ロータ２ａの回転が妨げられて電力が一部のＩＧＢＴ５ｄに集中してＩＧＢＴ５ｄが瞬時に加熱されて破損する虞がある。
【００１７】
上述した不具合の発生を防止するため、図３に示すように第１インバータ５にはラジエータ１５を介して冷却手段としてのウォータポンプ７が付設されており、第１インバータ５を冷却するための水冷配管１６が第１インバータ５の周囲に設けられている。水冷配管１６に冷媒である水を供給するウォータポンプ７の作動は、第１インバータＥＣＵ８に設けられたポンプ制御部８ｂによって行われる。
【００１８】
上述した構成における本発明の一実施形態に係る発信制御機構１の動作を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
先ず、フットブレーキが踏まれた状態でエンジンがオンされると、第１インバータＥＣＵ８は各モータ２，３の基準位相、すなわち平坦な路面上での位相を取得する（ＳＴ０１）。次に第１インバータＥＣＵ８は、シフトポジションセンサ１３からの信号に基づいてシフトレバー１２がパーキングシフト（Ｐシフト）を占めているか否かが判定される（ＳＴ０２）。シフトレバー１２がパーキングシフトを占めていない場合にはステップＳＴ０１に戻る。
【００１９】
シフトレバー１２がパーキングシフトを占めている場合には、第１インバータＥＣＵ８は各センサ６，９からの検知信号に基づいて各モータ２，３の現在の位相を取得する（ＳＴ０３）。次に第１インバータＥＣＵ８は、各モータ２，３の基準位相と現在位相との差を計算し（ＳＴ０４）、各モータ２，３が平坦な路面に対してどの程度傾いた位置を占めているかを把握する。次に第１インバータＥＣＵ８は、各モータ２，３の何れが上位位置を占めているかによって車両が上り坂に停車しているのか、下り坂に停車しているのか、または平坦な路面上に停車しているのかを判断する（ＳＴ０５，ＳＴ０６）。このとき、第１インバータＥＣＵ８の捩れトルク算出部８ｃは、坂路判定手段として機能する。
【００２０】
各モータ２，３の位相差が所定値以内である場合には、第１インバータＥＣＵ８は路面が平坦であるとしてウォータポンプ７の駆動を各モータ２，３の作動前に行うことなく、各モータ２，３の駆動後にウォータポンプ７の駆動を行う通常駆動を行って発進制御を終了する（ＳＴ０７）。ステップＳＴ０６で平坦な路面上に停車していないと判断されると、第１インバータＥＣＵ８は各モータ２，３の位相差から車軸の捩れ量を推定する（ＳＴ０８）。
【００２１】
図５は、車軸の捩れ量を推定する方法を説明する概略図である。図５（ａ）において、符号１７は何れか一方の車輪、本実施形態では前輪を示している。前輪１７には車軸１８が接続されており、車軸１８にはパーキングロックギヤ１９が接続されている。一方のモータ、本実施形態では第１モータ２に接続されているパーキングロックギヤ１９の近傍には、シフトレバー１２がパーキングシフトを占めた際にパーキングロックギヤ１９に対して係合可能なフック２０が配設されている。
【００２２】
図５（ａ）は、車両が坂路で停車してフットブレーキが踏まれた状態を示している。この状態からシフトレバー１２がパーキングシフトに入れられると、図５（ｂ）に示すようにフック２０がパーキングロックギヤ１９に係合して前輪がロックされる。その後、フットブレーキが解除されると、車両が上り坂の場合には後方に、下り坂の場合には前方に少しの距離だけ重力によって移動し、図５（ｃ）に示すように車軸１８に捩れが生じる。このとき、第１モータ２の回転はパーキングロックギヤ１９によって禁止されているが、第２モータ３は回転が禁止されておらず、各モータ２，３の位相には差分が生じている。この差分と車軸１８の捩れ量とは関係性があり、差分に応じた捩れ量がマップとして捩れトルク算出部８ｃに記憶されている。
【００２３】
図６（ａ）は、車両が停止している坂路の傾斜量と捩れ量であるトルクとの関係を示している。図６（ａ）から判るように、坂路の傾斜量が大きいほど発進時における必要トルクが大きくなる。また、ＩＧＢＴ５ｄに流れる電力量とトルクとの関係は、図６（ｂ）に示すようにトルクが大きくなるほど電力量が大きくなる。従って、ＩＧＢＴ５ｄの温度上昇を抑えるために必要なウォータポンプ７の冷媒必要流量は、図６（ｃ）に示すようにトルクが大きくなるほど冷媒必要流量が大きくなる。
【００２４】
ポンプ制御部８ｂには、各モータ２，３の位相差分に応じた捩れ量に対応したウォータポンプ７の冷媒必要流量がマップとして記憶されており、第１インバータＥＣＵ８は推定した捩れ量に応じた冷媒必要流量を選択してそれをウォータポンプ７に入力する（ＳＴ０９）。次に第１インバータＥＣＵ８は、各モータ２，３の位相差から下り坂であるか上り坂であるかを把握し、下り坂の場合にはシフトレバー１２がリバースであるか否かを、また上り坂の場合にはシフトレバー１２がリバース以外であるか否かを判断する（ＳＴ１０）。
【００２５】
ステップＳＴ１０において、下り坂であってシフトレバー１２がリバース以外である場合、及び上り坂であってシフトレバー１２がリバースの場合には本発明の制御は行われず、ステップＳＴ０７に移行して各モータ２，３の駆動後にウォータポンプ７の駆動を行う通常駆動を行って発進制御を終了する。
【００２６】
ステップＳＴ１０において、下り坂であってシフトレバー１２がリバースの場合、及び上り坂であってシフトレバー１２がリバース以外の場合には本発明の発進制御が行われ、第１インバータＥＣＵ８はステップＳＴ０９で入力した冷媒流量でウォータポンプ７を駆動する（ＳＴ１１）。この駆動により、第１モータ２が回転を開始する前に第１インバータ５を十分に冷却することができ、第１モータ２が極低速（例えば１５０ｒ．ｐ．ｍ．以下）かつ大トルクで作動してもＩＧＢＴ５ｄの発熱を確実に防止することができる。
【００２７】
次に第１インバータＥＣＵ８は、第１モータ２の回転数が極低速かつ大トルクの領域を抜けて所定の閾値以上となったか否かを判断する（ＳＴ１２）。所定の閾値以上となっていない場合には、ステップＳＴ０９で設定された冷媒流量でウォータポンプ７の駆動を継続する。所定の閾値以上となった場合には、第１モータ２が通常の速度かつトルク領域に入ったと判断してウォータポンプ７の冷媒流量を通常時の値に戻して通常駆動とし、発進制御を終了する。
【００２８】
上述の構成によれば、シフトレバー１２がパーキングロックに設定された後に第１インバータＥＣＵ８が第１モータ２に作用するトルクを推定し、パーキングロックが解除された後に推定したトルクに対応した冷媒の流量でウォータポンプ７によって第１インバータ５の冷却を開始させる。これにより、坂道発進時において第１モータ２が極低速かつ大トルク領域に入った場合であっても、第１モータ２の作動前に第１インバータ５を十分に冷却することができるのでＩＧＢＴ５ｄの発熱を確実に防止でき、騒音の発生を防止しつつＩＧＢＴ５ｄの保護を確実に行うことができる。
【００２９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば上記実施形態では第１モータ２及びこれに対応した第１インバータ５の保護を目的としたが、第２モータ３及びこれに対応した第２インバータ１０の保護を目的とした構成としてもよい。本発明の実施の形態に記載された効果は本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３０】
１・・・発進制御機構、２・・・第１モータ、３・・・第２モータ、５・・・インバータ（第１インバータ）、５ｄ・・・スイッチング素子（ＩＧＢＴ）、７・・・冷却手段（ウォータポンプ）、８・・・インバータ制御手段（第１インバータＥＣＵ）、８ｃ・・・坂路判定手段（捩れトルク算出部）、１２・・・シフトレバー、１８・・・車軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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