JP2001069607A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

ハイブリッド車両の制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ系の故障が発生した場合に、モータの
回生によって発生する電圧から周辺部品を保護しつつ走
行できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。 【解決手段】 モータ制御装置５は、電流センサ１３、
１５、１７、電圧センサ１４、１６の故障、モータ２の
故障（巻き線の断線）等のモータ系の故障を検出する
と、オン状態であったメインコンタクタ１１をオフし、
パワードライブユニット７とバッテリ３を電気的に切断
することによりモータ２の制御を停止する。また、同時
にエンジン制御装置４にモータ系故障の信号を出力す
る。エンジン制御装置４は、モータ制御装置５によって
モータ系の故障が検出され、メインコンタクタ１１がオ
フ状態であった場合に、エンジン回転数が常に５５００
ｒｐｍ以下になるようエンジン１を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パラレル式のハイ
ブリッド車両の制御装置に係り、特に、モータ制御に係
る部品の故障発生時において、エンジン回転数の制限制
御を行うハイブリッド車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、大気中への排気ガスの排出を抑え
るために、電気自動車の開発が進められている。ところ
が、電気エネルギーによるモータのみを利用して、自動
車を走行させる電気自動車は、電気エネルギーを蓄えて
おくバッテリーの容量により航続距離が制限されてしま
う。逆に、十分な航続距離を得ようとすれば、膨大な量
のバッテリーが必要となり、自動車の走行性能を著しく
悪化させてしまう。そこで、エンジンと上述のモータと
を併用することにより、モータの電源であるバッテリを
小型化して、航続距離と走行性能とを両立させたハイブ
リッド車両の開発が進められている。
【０００３】このハイブリッド車両の一種であるパラレ
ル式のハイブリッド車両は、運転状態に応じて、モータ
による駆動とエンジンによる駆動とを併合して走行を行
うことにより、走行性能を維持しつつ、排気ガスの排出
量を低減させ、かつ燃費をも向上させている。
【０００４】すなわち、パラレル式のハイブリッド車両
は、発進時、及び加速時において、モータがエンジンを
アシストする等、エンジンを効率の良い領域だけで駆動
するようにモータを制御し、燃費を向上させている。加
えて、車両の制動時においては、モータを発電機として
動作させ、駆動輪の運動エネルギーを電力としてバッテ
リに充電することで、更に燃費を向上させている。
【０００５】上述したモータを制御するために、モータ
を制御するための制御装置や、制御装置からの信号を送
信する信号線や、またモータ、バッテリ間の電圧や電流
などを検知し、制御装置へそれらの値を送信するセンサ
などが必要となる。また、更に、上述した制御装置は、
ＣＰＵ（中央演算装置）およびメモリにより構成され、
制御装置の機能を実現するためのプログラムを実行する
ことによりその機能を実現させている。このようなモー
タに係る全ての部品、装置、及びソフトウェア等は、モ
ータ系と呼ばれ、モータを駆動するのに不可欠なもので
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したハ
イブリッド車両において、走行中に上述したようなモー
タ系に異常が発生し、モータを正常に制御することがで
きない状態となった場合には、速やかにモータの駆動を
停止し、エンジンのみの駆動に切り換える必要がある。
またこの場合、モータの回生によって発生する電圧か
ら、モータの周辺部品を保護する必要がある。
【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、モータ系の故障が生じた場合に、モータの回生
によって発生する電圧からモータの周辺部品を保護しつ
つ走行を続けることができるハイブリッド車両の制御装
置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、車両の推進力を出力する
エンジン（１）と、エンジンの出力を補助するモータ
（２）と、前記モータの回生によって発生する電力によ
って充電される蓄電装置（実施の形態ではバッテリ３）
と、前記モータと前記蓄電装置の間に接続されるコンタ
クタ（実施の形態では、プリチャージコンタクタ１０及
びメインコンタクタ１１）と、前記モータと前記コンタ
クタとの間に設けられるインバータ（実施の形態ではパ
ワードライブユニット７）とを具備するハイブリッド車
両の制御装置（実施の形態では、エンジン制御装置及び
モータ制御装置）であって、前記モータ制御に係る部品
（実施の形態では、モータ２、電流センサ１３、１５、
１７、電圧センサ１４、１６等が挙げられる）の故障発
生時において、前記コンタクタをオフし、更に、前記エ
ンジンの回転数を前記モータの回生によって発生する電
圧が前記インバータの耐電圧以下となる回転数（実施の
形態では、エンジン回転数≦５５００ｒｐｍ）に制限す
ることを特徴とする。
【０００９】これにより、モータ系に異常が発生した場
合には、コンタクタをオフすることによりモータの駆動
を中止し、エンジンの駆動のみによる走行とする。ま
た、エンジン回転数を、前記モータの回生によって発生
する電圧が該電圧の印加される部品の耐電圧以下となる
回転数（例えばエンジン回転数≦５５００ｒｐｍ）に制
限することにより、モータの回生によって生じる電圧に
より、この電圧が印加される周辺部品を保護することが
できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
ハイブリッド車両の制御装置を図面を参照して説明す
る。図１は、この発明の一実施形態によるハイブリッド
車両の一種であるパラレルハイブリッド車の全体構成を
示すブロック図である。この図において、符号１は燃料
の燃焼エネルギーで作動するエンジンであり、符号２は
エンジンと併用して用いられ電気エネルギーで作動する
モータである。エンジン１及びモータ２の両方の駆動力
は、オートマチックトランスミッションあるいはマニュ
アルトランスミッションよりなるトランスミッション
（図示せず）を介して駆動輪（図示せず）に伝達され
る。
【００１１】また、ハイブリッド車両の減速時には、駆
動輪からモータ２に駆動力が伝達され、モータ２は発電
機として機能する。モータ２は、車体の運動エネルギー
を電気エネルギーとして回収し、別途説明を行うバッテ
リ３の充電等を行う。なお、駆動用のモータ２とは別
に、バッテリ３の充電用の発電機を備える構成としても
よい。
【００１２】ここで、バッテリ３は、例えば、複数のセ
ルを直列に接続したモジュールを１単位として、更に複
数個のモジュールを直列に接続して、高圧系のバッテリ
として構成される。符号１９は、エンジン始動専用のス
タータである。
【００１３】符号４はエンジン制御装置であり、エンジ
ン回転数、車速等を所定期間毎にモニタしており、これ
らの結果からモータ回生や、アシスト、減速などのモー
ドを判断する。また、エンジン制御装置４は、同時に前
述したモードに対応して、アシスト／回生量の決定を行
い、これらモードやアシスト／回生量に関する情報等を
モータ制御装置５に出力する。モータ制御装置５は、上
述したような情報をエンジン制御装置４から受け取る
と、この指示通りにモータ２を駆動／回生させるパワー
ドライブユニット７等の制御を行う。
【００１４】符号６はバッテリ制御装置であり、バッテ
リ３のＳＯＣ（残容量）の算出を行う。また、バッテリ
制御装置６は、バッテリ３の保護のために、バッテリ３
の温度が所定値以下となるようにバッテリ３の近傍に設
置されたファン２０の制御等も行う。なお、エンジン制
御装置４、モータ制御装置５、バッテリ制御装置６は、
シーケンサあるいはＣＰＵ（中央演算装置）およびメモ
リにより構成され、制御装置の機能を実現するためのプ
ログラムを実行することによりその機能を実現させる。
【００１５】符号７はパワードライブユニットであり、
スイッチング素子が２つ直列接続されたものが３つ並列
接続されて構成されている。このパワードライブユニッ
ト７内部のスイッチング素子は、モータ制御装置５によ
ってオン、オフされ、これによりバッテリ３からパワー
ドライブユニット７に供給されている高圧系のＤＣ分が
三相線を介してモータ２に供給される。
【００１６】また、符号９は各種補機類を駆動するため
の１２Ｖバッテリであり、この１２Ｖバッテリ９はバッ
テリ３にコンバータ８を介して接続されている。コンバ
ータ８は、バッテリ３からの電圧を降圧して１２Ｖバッ
テリ９に供給する。符号１０はプリチャージコンタク
タ、符号１１はメインコンタクタであり、バッテリ３と
パワードライブユニット７は、これらのコンタクタを介
して接続される。プリチャージコンタクタ１０、及びメ
インコンタクタ１１はモータ制御装置５によってオン、
オフ制御が行われる。
【００１７】符号１２はモータ２の位置及び回転数を計
算するセンサであり、符号１３は三相線に流れている電
流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する電流センサである。これ
らセンサ１２，１３の検出値は、検出値はモータ制御装
置５に入力される。符号１４はパワードライブユニット
７入力部の電圧Ｖｐｄｕを検出する電圧センサであり、
符号１５は、パワードライブユニット７に入力される電
流Ｉｐｄｕを検出する電流センサである。符号１６は、
バッテリ３側の電圧Ｖｂａｔｔを検出する電圧センサで
ある。上述した各電圧および電流センサ（１４〜１６）
によって検出された電圧値及び電流値はモータ制御装置
５へ入力される。
【００１８】符号１７は、コンタクタを介してバッテリ
３側を流れる電流Ｉｂａｔｔを検出するバッテリ３側の
電流センサであり、検出された電流値はバッテリ制御装
置６に入力される。このように、各センサ１６、１７
は、コンタクタ１０、１１を介して、バッテリ３側の電
圧Ｖｂａｔｔ及び電流Ｉｂａｔｔを、各センサ１４、１
５は、コンタクタを介してパワードライブユニット７側
の電圧Ｖｐｄｕ及び電流Ｉｐｄｕを検出している。ま
た、電流センサ１５で検出される電流Ｉｐｄｕは、コン
バータ８に流れている電流分を差し引いた値となる。
【００１９】次に上述した構成からなるハイブリッド車
両の制御装置の動作を簡単に説明する。先ず、バッテリ
制御装置６がバッテリ３側における電流Ｉｂａｔｔ、電
圧Ｖｂａｔｔ等の値より残容量を算出し、その値をモー
タ制御装置５へ出力する。モータ制御装置５は、受け取
った残容量をエンジン制御装置４へ出力する。エンジン
制御装置４は、残容量、エンジン回転数、スロットル開
度、エンジントルク、モータの実トルク等によりモード
（アシスト、回生、始動、減速等）と、モータ２におけ
る必要電力を決定し、モードと要求電力をモータ制御装
置５へ出力する。
【００２０】モータ制御装置５は、エンジン制御装置４
からモード及び要求電力を受け取ると、アシスト及び減
速時において、パワードライブユニット７の入力側の電
力（図１の電圧センサ１４、及び電流センサ１５側）
が、エンジン制御装置５から受け取った要求電力になる
ようにフィードバックを行い、トルクを算出する。一
方、モータ制御装置５は、クルーズ時において、バッテ
リ３の電力値（図１の電圧センサ１６、及び電流センサ
１７側）が要求電力になるようにフィードバックを行い
トルクを算出する。このようにトルクが算出されると、
モータ制御装置５は算出したトルクに従ってパワードラ
イブユニット７を制御する。また、モータ制御装置５
は、始動時において、パワードライブユニット７を制御
することにより、モータ２によるエンジン始動制御を行
う。
【００２１】次に、モータ制御装置５はパワードライブ
ユニット７から、実トルクを受け取ると、実トルクをエ
ンジン制御装置４へ出力する。エンジン制御装置４、モ
ータ制御装置５、バッテリ制御装置６は、上述した処理
を所定のタイミングで随時行うことにより、エンジン
１、モータ２、バッテリ３の制御を行い、ハイブリッド
車両を駆動させる。
【００２２】次に、上述した車両においてモータ系に故
障が発生した場合について説明する。なお、モータ系と
は、モータ及びモータの制御に係る部品を指し、これは
モータの制御に不可欠な部品である。具体的には、パワ
ードライブユニット７や、電圧センサ１４、１６、電流
センサ１３、１５、１７、また、モータ２とパワードラ
イブユニット７をつなぐ三相線、及びモータ２等が挙げ
られる。このようなモータ系に故障が発生した場合は、
次のように検出される。
【００２３】上述した、モータ２及びパワードライブユ
ニット７間の三相線の断線等は次のように検出される。
通常、この三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、ピーク値とし
て同じ電流値を示すが、１本が断線すると、各相のピー
ク電流が異なる値となる。そこで、所定の間隔で電流セ
ンサ１３から送信される三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのピ
ーク値が異なった値となった場合に、モータ制御装置５
は三相線の断線と判断し、モータ系故障発生の信号をエ
ンジン制御装置５へ出力する。
【００２４】また、通常これらの三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、
Ｉｗの各相の和はゼロになるが、電流センサ１３が故障
した場合には、電流センサ１３によって検知される三相
電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの各相の和がゼロにならない。従
って、電流センサ１３の故障においては、電流センサ１
３から送信されるこれらの三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの
各相の和がゼロでなかった場合に、モータ制御装置５は
電流センサ１３の故障と判断し、モータ系故障発生の信
号をエンジン制御装置４へ出力する。
【００２５】また、電圧センサ１４、１６の故障検出
は、電圧センサ１４によって検知されるパワードライブ
ユニット７側の電圧Ｖｐｄｕと、電圧センサ１６によっ
て検知される電圧Ｖｂａｔｔの値が、ほぼ同等ではなか
った場合に、モータ制御装置５は電圧センサの故障と判
断する。
【００２６】また、電流センサ１５、及び１７の故障も
同様に、電流センサ１５によって検知されるパワードラ
イブユニット７側の電流Ｉｐｄｕと、電流センサ１７に
よって検知される電流Ｉｂａｔｔの値が、コンバータ８
に流れる電流を考慮して同等ではなかった場合に、モー
タ制御装置５は電流センサの故障と判断する。また、パ
ワードライブユニット７とバッテリ３間を接続し、電力
を送電している送電線の切断においても、電圧、電流セ
ンサ１４〜１７の値をモニタすることで、故障を検出で
きる。
【００２７】上述したように、モータ制御装置５は、電
流センサ、電圧センサから送信される電圧や電流値を常
時モニタしており、これらの値に異常を検出すると、モ
ータ系の故障と判断し、エンジン制御装置４にモータ系
故障の信号を出力する。
【００２８】次に、上述したようなモータ系の故障が発
生し、モータ２の通常制御ができなくなった場合に、モ
ータ制御装置５及び、エンジン制御装置４が行う処理に
ついて図２、及び図３を参照して説明する。先ず、モー
タ系に故障が発生したときにモータ制御装置４が行う処
理について図２を参照して説明する。
【００２９】先ず、ステップＳＡ１において、モータ制
御装置５は常時、上述した電圧センサ、電流センサから
送信される電圧、及び電流をモニタしており、これらの
値に異常があった場合、オン状態であったメインコンタ
クタ１１をオフすることで、パワードライブユニット７
とバッテリ３とを電気的に切り離し、（ステップＳＡ
２）、モータの制御を停止する（ステップＳＡ３）。な
お、モータ制御装置５は、ステップＳＡ１において、モ
ータ系の故障を検出した時には、上述した処理を行うと
ともに、エンジン制御装置４に、モータ系故障発生の信
号を出力する。
【００３０】一方、ステップＳＡ１で、モータ系の故障
が検出されなかった場合は、通常のモータ制御を行う。
即ち、エンジン制御装置５から要求トルクを受け取りこ
れに対応して、パワードライバユニット７を制御する。
上述したように、モータ制御装置５はモータ系の故障を
検出すると、メインコンタクタ１１をオフし、これによ
りモータ２の制御、即ちパワードライブユニット７の制
御を中止する。
【００３１】しかし、メインコンタクタ１１をオフし、
パワードライブユニット７の制御を中止しても、モータ
２はエンジン１の回転数と同じ回転数で回転し続け、回
生によってこの回転数に応じた電圧を発生している。
【００３２】このように、メインコンタクタ１１がオフ
されている状態で、即ち、バッテリ３とパワードライブ
ユニット７が非接続の状態で、モータ２によって回生が
続けられると、パワードライブユニット７には耐電圧を
超える電圧が印加されることとなる。この結果、パワー
ドライブユニット７は破壊ないしは、耐久寿命を短縮し
てしまう。そこで、モータ２の回転数を、モータ２の回
生により発生する電圧をパワードライブユニット７の耐
電圧以下に制限し、パワードライブユニット７の破壊な
いしは耐久寿命の短縮を防ぐことが必要となる。
【００３３】以下、エンジン制御装置４が行うエンジン
回転数の制御について図３を参照して説明する。まず、
ステップＳＢ１で、モータ制御装置５によってモータ系
の故障が検出されているかを判断する。即ち、故障発生
によりメインコンタクタ１１がオフ状態であるかを判断
する。そして、モータ制御装置５によってモータ系の故
障が検出されていた場合（メインコンタクタ１１がオフ
状態であった場合）は、ステップＳＢ２に進み、上限エ
ンジン回転数を５５００ｒｐｍに設定する。
【００３４】一方、ステップＳＢ１で、モータ系の故障
が検出されていなかった場合は、ステップＳＢ３に進
み、上限エンジン回転数を７０００ｒｐｍに設定する。
次に、ステップＳＢ２または、ステップＳＢ３において
上限エンジン回転数が設定されると、ステップＳＢ４に
おいて、現在のエンジン回転数が、上述した上限エンジ
ン回転数以下か否かを判断する。そして、現在のエンジ
ン回転数が上述した上限エンジン回転数を上回っていた
場合には、ステップＳＢ５においてエンジンへの燃料供
給を停止するフューエルカット（Ｆｕｅｌ−Ｃｕｔ）を
行い、エンジン回転数を低下させる。これにより、モー
タ回転数も同様に低下し、モータ２の回生によって発生
される電圧を低下させる。
【００３５】このように、エンジン制御装置４は、所定
時間ごとにエンジン回転数をモニタし、モータ系の異常
が検出されている場合は、上限エンジン回転数を５５０
０ｒｐｍに設定し、エンジン回転数をこの上限エンジン
回転数以下になるよう制限する制御を行う。
【００３６】なお、本実施形態におけるモータ２はエン
ジン回転数が１０００ｒｐｍで６０Ｖ発電する能力を有
している。従って、エンジン回転数５５００ｒｐｍで回
生される電圧は、（５５００／１０００）＊６０＝３３
０Ｖであり、本実施形態ではパワードライブユニット７
に３３０Ｖ以上の電圧が印加されないようモータ２の回
生を制御していることとなる。なお、３３０Ｖはパワー
ドライブユニット７の耐電圧以下の値とする。
【００３７】このように、エンジン回転数を制限するこ
とにより、モータ２の回生によって発生される電圧によ
り、パワードライブユニット７の破壊、ないしは寿命が
短縮されることを防止することができる。なお、図３の
ステップＳＢ３における上限エンジン回転数＝７０００
ｒｐｍとは、エンジン１を保護するために設定された値
であり、車両が通常の走行を行っているときには、上限
エンジン回転数は、この値に設定されている。
【００３８】次に、図４に走行中、モータ系に故障が発
生した時のエンジン回転数の推移を示す。この図におい
て、縦軸はエンジン回転数を示し、横軸は時間を示して
いる。また、下部に示したフラグとは、エンジン回転数
制限を要求するフラグであり、コンタクタ１０、１１が
オフ状態である場合に“１”を示し、これによりエンジ
ン回転数を制限する制御をエンジン制御装置４に対して
要求する（時刻Ｔ１以降）。
【００３９】図４の時間Ｔ１において、モータ制御装置
５によってモータ系の故障が検出されたとする。モータ
制御装置５は、モータ系の故障を検出すると、図２に示
したフローチャートに従って、メインコンタクタ１１を
オフする制御を行う。また、エンジン制御装置は、モー
タ制御装置５によって、メインコンタクタ１１がオフさ
れることによるエンジン回転数の制限を開始する。これ
により、上限エンジン回転数が５５００ｒｐｍと設定さ
れるため、Ｔ１後のエンジン回転数は図３に示すような
推移となる。
【００４０】なお、Ｔ１においてメインコンタクタ１１
がオフされるため、フラグは“１”を示し、これにより
エンジン回転数を制限する制御をエンジン制御装置４に
対して要求する。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるハイ
ブリッド車両の制御装置によれば、モータ系の故障発生
時において、スイッチング手段をオフし、更に、エンジ
ンの回転数をモータの回生によって発生する電圧によっ
て、周辺部品が破壊されない回転数に制限する。
【００４２】これにより、モータ系に異常が発生した場
合には、コンタクタをオフすることによりモータの駆動
を中止し、エンジンのみの駆動に切り換える。また、エ
ンジン回転数を、モータの回生によって発生する電圧に
よって、周辺部品が破壊されない回転数に制限すること
により、モータの回生によって生じる電圧による周辺部
品の耐電圧破壊及び耐久寿命の短縮を防止することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施形態によるハイブリッド車
両の一種であるパラレルハイブリッド車両の全体構成を
示すブロック図である。
【図２】 同実施形態におけるモータ制御装置５の動作
を説明するためのフローチャートである。
【図３】 同実施形態におけるエンジン制御装置４の動
作を説明するためのフローチャートである。
【図４】 エンジン回転数の推移を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン ２ モータ ３ バッテリ（蓄電装置） ４ エンジン制御装置（制御装置） ５ モータ制御装置（制御装置） ６ バッテリ制御装置 ７ パワードライブユニット（インバータ） ８ コンバータ ９ １２Ｖバッテリ １０ プリチャージコンタクタ（スイッチング手段） １１ メインコンタクタ（スイッチング手段） １３、１５、１７ 電流センサ １４、１６、２１ 電圧センサ １９ エンジン始動専用のスタータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H115 PA08 PA12 PA15 PC06 PG04 PI16 PI22 PI29 PO02 PO06 PO17 PU08 PU23 PU24 PU25 PV02 PV07 PV09 QE01 QE09 QE10 QI04 QN03 QN08 QN09 RE02 SE04 SE05 SE06 TB01 TE02 TE03 TE05 TI02 TI10 TO05 TO12 TO13 TO30 TR04 TR05 TR06 TR20 TU05 TU12 TU20 TW01

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両の推進力を出力するエンジンと、 エンジンの出力を補助するモータと、 前記モータの回生によって発生する電力によって充電さ
    れる蓄電装置と、 前記モータと前記蓄電装置の間に接続されるコンタクタ
    と、 前記モータと前記コンタクタとの間に設けられるインバ
    ータと、 を具備するハイブリッド車両の制御装置であって、 前記モータ制御に係る部品の故障発生時において、前記
    コンタクタをオフし、更に、前記エンジンの回転数を、
    前記モータの回生によって発生する電圧が前記インバー
    タの耐電圧以下となる回転数に制限することを特徴とす
    るハイブリッド車両の制御装置。
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