车载用电机控制装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种车载用电机控制装置，能够在车辆碰撞时，缩短到执行故障防护处理为止的时间。电机控制装置(1)内的控制电路(15)取得由加速度传感器(8)检测到的加速度(G)，在加速度为规定值以上的情况下，判断为发生了车辆的碰撞，执行车辆碰撞时的切换处理。控制电路将电机的控制模式从利用矩形波驱动的电压相位控制立即切换至基于正弦波PWM控制的电流矢量控制。在从电流检测器(14a、14b、14c)读入各电流值并检测到过电流的情况下，执行故障防护处理并将逆变器(13)的MOS－FET(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)关断。CPU通过断开电源继电器(11)来停止对逆变器的电力供给，使电动机的旋转停止。
【专利说明】车载用电机控制装置
[0001]本发明主张于2013年7月15日提出的日本专利申请号2013-147162的优先权，该日本专利申请包括说明书、附图以及摘要，在此引用其全部内容作为参考。
【技术领域】
[0002]本发明涉及车载用电机控制装置。
【背景技术】
[0003]以往，存在如下的电动车辆:搭载二次电池、电容器等蓄电装置，使用由该蓄电装置所积蓄的电力产生的驱动力来驱动行驶用电机的电动机，由此进行行驶。该电动车辆例如是混合动力车、电动车。该电动车辆使用基于指令值来判别电动机的旋转状态是否适当，以驱动电动机的电机控制装置。
[0004]如日本特开2009 - 254119号公报所示，该电机控制装置为了在车辆碰撞时执行故障防护处理，例如包括如下装置作为检测车辆碰撞的装置:基于电动机的各相电流或者相电压，判别在电动机是否发生了基于碰撞的异常，并在判别为发生了异常的情况下执行停止电动机的驱动的处理。另外，如日本特开平6 - 245323号公报所示，公开有在通过由加速度传感器检测到较大的加速度而检测出了车辆的碰撞时，切断对发动机计算机以及发电机控制器的电力供给，使发动机的驱动以及对发电机的励磁电流的供给停止。
[0005]在搭载了上述那样的电机控制装置的电动车辆中，存在使用作为大容量的蓄电机构的高电压的行驶用电池，来向电机控制装置直接供给电力的情况。在该电动车辆的车辆行驶中发生了碰撞的情况下，为了避免发生因高电压引起的驾驶员触电的危险、或者因电动机的发热引起的火灾等，需要立即切断对电机控制装置的电力供给而停止电动机的驱动，另外，还需要停止发动机的驱动以及对发电机的励磁电流的供给。为了停止电动机的驱动，基于电流传感器等的电机控制系统内的信息，将电机的控制模式从利用为了扩大高转速下的驱动区域而使用的矩形波驱动(单脉冲控制)的电压相位控制，切换至基于低转速区域内的正弦波脉冲宽度调制控制(以下，简称为正弦波PWM控制)的电流矢量控制。但是，在上述控制模式的切换方法中，切换时间依赖于电机常量地变长，且电流传感器的响应、检测电流的判断费时，所以存在碰撞时短时间内无法转移至故障防护处理的可能性。
【发明内容】
[0006]本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的之一是提供一种在车辆碰撞时，能够缩短到执行故障防护处理为止的时间的车载用电机控制装置。
[0007]本发明的一方式的车载用电机控制装置具备:电机驱动电路，其包括多个开关元件，基于指令值对电动机供给驱动电流；电源电路，其与驱动上述电动机的高电压的直流电源连接并对上述电机驱动电路供给电力；和控制电路，其控制上述电机驱动电路。
[0008]而且，上述控制电路具有对上述电动机进行驱动控制的多个控制模式，并且具备利用设置于车辆的加速度传感器的值来检测上述车辆的碰撞的碰撞检测装置、和切换上述控制模式的控制模式切换装置，上述控制模式切换装置根据上述车辆的碰撞检测，立即切换上述控制模式。
[0009]根据上述结构，在使用高压电源且将电动机作为动力源进行行驶驱动的电动车辆中，在利用设置于车辆的加速度传感器的值而检测到车辆的碰撞时立即切换电机控制装置的控制模式，所以能够不依赖于电流传感器的响应，在短时间执行过电流检测时的故障防护处理。由此，能够缩短从车辆碰撞检测到电动机停止为止的控制时间。
[0010]本发明的不同方式根据上述方式的车载用电机控制装置，其中，
[0011]上述控制电路当在切换上述控制模式后基于上述电动机的各相电流检测、电源电流检测以及平滑电容器电流检测中的任意一方而检测到过电流时，在使上述电机驱动电路内的上述开关元件的动作停止后，使对上述直流电源与上述电机驱动电路之间的连接进行切断、接通的电源继电器切断上述直流电源与上述电机驱动电路之间的连接，以使得对上述电机的电力供给停止。
[0012]根据上述结构，能够在如上述那样切换控制模式后，即刻对应于在电动机以及电机控制装置的过电流检测，停止电动机的驱动，所以能够缩短从车辆碰撞检测到电动机的停止为止的控制时间。
[0013]本发明的又一不同方式根据上述方式的车载用电机控制装置，其中，
[0014]上述控制电路在碰撞检测时将上述控制模式从电压相位控制切换至电流矢量控制。
[0015]根据上述结构，在当车辆碰撞检测时控制电路正在执行利用矩形波驱动(单脉冲控制)的电压相位控制的情况下，立即切换至基于正弦波PWM控制的电流矢量控制，所以能够缩短在高转速区域的电动机驱动时从车辆碰撞检测到电动机停止为止的控制时间。
[0016]根据这些本发明的方式，能够提供一种能够在车辆碰撞时预先使控制模式切换且缩短到执行故障防护处理为止的时间的车载用电机控制装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明上述的和其它的特点和优点得以进一步明确，对相同要素赋予相同附图标记。其中:
[0018]图1是表示搭载了本发明的实施方式所涉及的车载用电机控制装置的车辆的主要部分的模块结构的图。
[0019]图2是表示图1的车载用电机控制装置的电路结构的图。
[0020]图3是表示图2的控制电路的结构的框图。
[0021]图4是表示由控制电路执行的车辆碰撞时的处理顺序的控制流程图。
【具体实施方式】
[0022]以下，基于附图对本发明的实施方式所涉及的车载用电机控制装置进行说明。
[0023]图1是表示搭载了本发明的实施方式所涉及的车载用电机控制装置的车辆的主要部分的结构的框图。图1所示的车载用电机控制装置(以下，称为电机控制装置)I是具备作为电机驱动电路的逆变器13、电源电路17以及控制电路15的装置。该车辆具有汽油发动机(以下，称为发动机)5和电动机10作为行驶用动力源，并且这些与作为发电机的发电机(generator) 3经由动力分配机构16连接。该动力分配机构16的输出轴经由减速器2连接到驱动轮4。由此采用串并联混合动力方式，该方式设基于发动机5和电动机10的传递到驱动轮4的驱动力的比率为可变。
[0024]作为行驶用的电动机10，例如使用3相的无刷电机。该电动机10使用具备使永磁铁埋入固定在转子铁芯的埋入磁铁型转子的IPM电机、具备使永磁铁固定在转子铁芯的表面的表面磁铁型转子的SPM电机等永磁铁式同步电机。IPM电机尤其被用作谋求高转矩的行驶用主机电机。
[0025]发电机3和电动机10经由逆变器13以及电源电路17与作为主电池而设置的高电压(例如，300V等)的高压电池(直流电源)6电连接。在此，高压电池6作为对混合动力车、电动车的行驶用电机的电动机10供给电力的高电压行驶用电池而被连接。电源电路17还同样地电连接有低电压(例如，12V)的低压电池7作为辅助电池。该低压电池7电连接有以电动动力转向装置的促动器为代表的各种辅助设备类(各种灯、电子设备类等)，并且作为这些的电力供给源而被使用。如图2所示，电机控制装置I根据作为电机驱动电路的逆变器13的规格，将从高压电池6接受的直流电压以电源电路17内的DC/DC转换器18进一步升压到高电压(例如500V等)，或者不升压保持不变，来对逆变器13供给。
[0026]发动机5的动作被发动机控制装置(发动机ECU)9控制，通过处于电机控制装置I内的控制电路15来控制逆变器13的状态，由此对发电机3和电动机10的发电量、消耗电力进行调整。电机控制装置I连接有处于电机控制装置I的外部、设置于车辆上并检测车辆所涉及的横方向的加速度G的加速度传感器8。加速度传感器的设置场所例如为车体，所使用的加速度传感器的类型例如为静电型、压电型、电阻型等。而且，控制电路15基于加速度传感器8的输出信号，在短时间(例如，数msec左右)检测加速度G。
[0027]电机控制装置I从高压电池6接受电力的供给并对电动机10进行驱动控制。控制电路15基于检测到的电机旋转角以及电机相电流来计算电流指令值，并将生成的各控制信号向逆变器13输出。电动机10若被电机控制装置I旋转驱动，贝1J产生电机转矩。
[0028]图2是表示图1的电机控制装置I的电路结构的图。图2所示的电机控制电路具备电源电路17、控制电路15以及逆变器13。该电机控制电路设置于电机控制装置I的内部，与作为高压电源的高压电池6以及电动机10连接。此外，成为控制电路15的电源的控制电压(例如12V)由作为低压电源的低压电池7供给。低压电池7的电压例如为12V，作为与高压电池6不同的辅助电池而被搭载。或者低压电源也可以从高压电池6经由DC/DC转换器等来被供给。
[0029]在图2中，电动机10是具有未图示的3相的绕组(U相绕组、V相绕组以及W相绕组)的3相无刷电机。电源电路17由电源继电器11、DC/DC转换器18以及平滑电容器12构成。电源继电器11是配置在电机控制装置I的输入部并对是否将平滑电容器12以及逆变器13连接到高压电池6进行切换的电源开关。电源继电器11在电动机10动作时为接通状态(导通状态)，在停止时为断开状态(非导通状态)。
[0030]平滑电容器12设置于电源线19与接地线20之间。平滑电容器12积蓄电荷，并在从高压电池6流到逆变器13的电流不足时将积蓄的电荷放电。这样，平滑电容器12吸收电流纹波，作为将逆变器13的电源的电流和电压平滑化的电容器发挥作用。另外，在本实施方式的电机控制装置I中，在电源继电器11成为断开状态后，平滑电容器12所积蓄的电荷通过使未图示的开关接通而经过放电电阻进行放电。该开关例如使用MOS — FET(金属氧化膜半导体型一场效应晶体管)等。
[0031]另外，设置有未图示的由MOS —FET和限制电阻构成的冲击防止电路，防止在电源继电器11刚接通之后冲击电流流动，并且在MOS - FET为截止状态时经由限制电阻对平滑电容器12进行充电。而且，在电源电路17设置有电源电流检测器14b以及平滑电容器电流检测器14c作为电流传感器，来用作检测元件的恶化、装置的异常的检测器。
[0032]逆变器13包括6个MOS — FET即Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6作为开关元件。将这6个MOS - FET即Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6每2个串联连接而形成的3个电路并联设置于电源线19与接地线20之间。2个MOS — FET各自的连接点与电动机10的U相绕组、V相绕组以及W相绕组的一端直接连接。而且，电动机10的3相的绕组的另一端与共用的连接点(中性点)连接。
[0033]控制电路15控制逆变器13所包含的6个MOS — FET即Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6。更具体地说，向控制电路15输入电机相电流以及电机旋转角，控制电路15基于这些数据，决定应对电动机10供给的3相的驱动电流(U相电流、V相电流以及W相电流)的目标值(目标电流)，输出用于使通过相电流检测器14a检测出的电流(各相电流值)与目标电流一致的PWM信号。从控制电路15输出的各相的PWM信号被分别供给至逆变器13所包含的6个MOS — FET 即 Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6 的栅极端子。
[0034]另外，向控制电路15输入设置于车辆的加速度传感器8 (参照图1)所检测到的加速度G的信号，根据该加速度G的值来检测车辆的碰撞。高压电池6是用于驱动混合动力车、电动车的行驶用电机的高电压(例如300V等)的行驶用电池，例如使用镍氢电池、锂离子电池等。
[0035]在以上的结构中，平常时，高电压被从高压电池6连接至逆变器13。若在发生了车辆碰撞的情况下，控制电路15根据从加速度传感器8输出的加速度G的值识别到车辆碰撞，则通过电源继电器11的切断来停止电力供给，停止电动机10的旋转。此外，碰撞时的加速度G与通常的急起步时、急加速时的加速度相比远大得多，所以根据来自加速度传感器8的信号能够容易地区别。
[0036]图3是表示图2的控制电路15的结构的框图。如图3所示，控制电路15由如下装置构成:加速度判别部(碰撞检测装置)21，其根据从加速度传感器8输入的加速度G来判别碰撞；控制模式切换装置24，其基于加速度G的值，来对利用矩形波驱动(单脉冲控制)的电压相位控制部22、以及基于正弦波PWM控制的电流矢量控制部23这2个控制部进行切换，换句话说对控制模式进行切换。另外，向控制电路15输入加速度G、和来自相电流检测器14a、电源电流检测器14b以及平滑电容器电流检测器14c的各检测电流值，而输出电源继电器11的接通断开信号。上述控制电路15通过在低、中转速区域使用电流矢量控制，在高转速区域使用电压相位控制，来扩大电机的驱动区域。由于在电压相位控制中电压恒定，所以通过控制矩形波的相位来控制转矩。
[0037]如上所述，控制电路15对应于来自加速度传感器8的加速度G地选定电压相位控制或者电流矢量控制中的哪个控制模式，基于计算出的电流指令值向逆变器13输出各控制信号。控制电路15在从低转速到中转速且大转矩的区域进行电流矢量控制，在高转速且小转矩的区域进行矩形波控制。而且，电动机10的输出转矩在低、中转速区域侧推移至几乎恒定，在高转速区域侧通过电压相位控制，能够直到高转速为止使该转矩边逐渐减少边输出。对于电压相位控制与电流矢量控制的区域的边界而言，所要求的输出转矩越大，越靠低转速侧。
[0038]接下来，图4是表示由控制电路15执行的车辆碰撞时的处理顺序的流程图。在本实施方式中，控制电路15执行图4的流程图所示的步骤S401?步骤S407的各处理。此外，以下所示的流程图中的处理按每规定时间间隔执行。
[0039]如图4所示，首先，电机控制装置I的控制电路15读入由加速度传感器8检测到的加速度G (步骤S401)。
[0040]接下来，判断检测到的加速度G是否为规定值以上(步骤S402)。在加速度G为规定值以上(步骤S402:是)的情况下，判断为发生了车辆的碰撞，向步骤S403转移，执行车辆碰撞时的切换处理。在加速度G小于规定值(步骤S402:否)的情况下，跳过处理流程，结束车辆碰撞时的处理顺序。
[0041]接着，CPU判别控制模式是否为电压相位控制(单脉冲控制)(步骤S403)，在为电压相位控制(步骤S403:是)的情况下，将控制模式从电压相位控制切换至基于正弦波PWM控制的电流矢量控制(步骤S404)。在不为电压相位控制(步骤S403:否)的情况下，向步骤S405转移。然后，CPU从相电流检测器14a、电源电流检测器14b以及平滑电容器电流检测器14c读入各电流值，并判断是否检测到过电流(步骤S405)。
[0042]在检测到过电流(步骤S405:是)的情况下，CPU执行故障防护处理(在本实施方式中，将MOS - FET关断)(步骤S406)。在故障防护处理中，将逆变器13的MOS — FET即Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6关断。在没有检测到过电流(步骤S405:否)的情况下，跳过处理流程，结束车辆碰撞时的处理顺序处理。此时，由于未执行故障防护处理，所以在碰撞检测后也能够进行利用电动机10的驱动的车辆的退避行驶。
[0043]接着，CPU断开电源继电器11，停止向逆变器13的电力供给(步骤S407)，结束车辆碰撞时的处理。由此，使电动机10的旋转停止。
[0044]接下来，对如上述那样构成的本实施方式所涉及的电机控制装置I的作用以及效果进行说明。
[0045]根据上述结构，在使用高电压的高压电池6并将电动机10作为动力源进行行驶驱动的电动车辆中，当根据设置于车辆的加速度传感器8的值(加速度G)检测到车辆的碰撞时，切换电机控制装置I的控制模式。此时，在当车辆碰撞检测时执行中的控制模式为在高转速(小转矩)区域的利用矩形波驱动(单脉冲控制)的电压相位控制的情况下，电机控制装置I的控制电路15立即切换至在低、中转速(大转矩)区域的基于正弦波PWM控制的电流矢量控制，并将基于计算出的电流指令值而生成的各控制信号向逆变器13输出。
[0046]另外，在切换至电流矢量控制后在各相电流检测器14a、电源电流检测器14b以及平滑电容器电流检测器14c的任意一个中检测到过电流的情况下，使作为逆变器13内的开关元件的MOS - FET即Q1、Q2、Q3、Q4，Q5、Q6的动作立即停止，并且切断对高压电池6与逆变器13之间的连接进行切断、接通的电源继电器11使电力供给停止，从而使电动机10的旋转停止。
[0047]由此，在车辆碰撞时能够不依赖于电机控制系统内的信息(例如，因电机时间常数而引起的电流传感器的响应等)，而根据加速度传感器8的加速度G来检测碰撞并立即切换至电流矢量控制，并且在碰撞检测后的过电流检测时也能够即刻进行对应而缩短直至开始执行故障防护处理(MOS - FET的关断)为止的时间。其结果是能够缩短从车辆的碰撞检测到电动机10停止为止的控制时间。此外，在未检测到过电流的情况下，在碰撞检测后也能够进行基于电动机10的车辆的退避行驶。
[0048]如上所述，根据本发明的实施方式，能够提供一种能够在车辆碰撞时预先使控制模式切换且缩短到执行故障防护处理为止的时间的车载用电机控制装置。
[0049]以上，对本发明所涉及的实施方式进行了说明，但本发明也能够以其他方式实施。
[0050]在上述实施方式中，根据设置于车辆的加速度传感器8来检测碰撞。但并不局限于此，在其他实施方式中，可以根据气囊的动作等来检测碰撞，也可以使用基于其他碰撞检测信号的方法。另外，也可以通过与碰撞检测并行地检测到高压电池6的电源电压的供给停止，来切换控制模式。
[0051 ] 在上述实施方式中，对在碰撞检测时立即切换至电流矢量控制、执行过电流检测的故障防护处理的情况进行了说明。但并不局限于此，在过电流检测以外的故障时(例如，控制电路故障等)也立即预先切换控制模式，由此能够缩短从碰撞检测到执行故障防护处理为止的时间。
[0052]在上述实施方式中，对电源继电器11使用通常的机械式继电器来进行接通断开控制。但并不局限于此，在其他实施方式中，也可以使用能够双向切断的半导体开关(例如，使用了多个MOS - FET的开关)而使之进行接通断开动作。
[0053]在上述实施方式中，示出了在对混合动力车等电动车辆所使用的行驶用的电动机10进行驱动的电机控制装置I中，在车辆碰撞时将控制模式立即从利用矩形波驱动的电压相位控制(单脉冲控制)切换至基于正弦波PWM控制的电流矢量控制，缩短从碰撞检测到故障防护处理为止的时间的情况。但并不局限于此，在其他实施方式，也可以应用于使用电动机的其他装置(例如，车辆用后轮驱动装置、电动油泵装置等)。
【权利要求】
1.一种车载用电机控制装置，具备: 电机驱动电路，其包括多个开关元件，基于指令值对电动机供给驱动电流； 电源电路，其与驱动所述电动机的高电压的直流电源连接并对所述电机驱动电路供给电力； 控制电路，其控制所述电机驱动电路，其中， 所述控制电路具有对所述电动机进行驱动控制的多个控制模式，并且具备基于设置于车辆的传感器的信号来检测所述车辆的碰撞的碰撞检测装置、和切换所述控制模式的控制模式切换装置， 所述控制模式切换装置根据所述车辆的碰撞检测，立即切换所述控制模式。
2.根据权利要求1所述的车载用电机控制装置，其中， 所述控制电路当在切换所述控制模式后基于所述电动机的各相电流检测、电源电流检测以及平滑电容器电流检测中的任意一方而检测到过电流时，在使所述电机驱动电路内的所述开关元件的动作停止后，使对所述直流电源与所述电机驱动电路之间的连接进行切断、接通的电源继电器切断所述直流电源与所述电机驱动电路之间的连接，以使得对所述电机的电力供给停止。
3.根据权利要求1或2所述的车载用电机控制装置，其中， 所述控制电路在碰撞检测时将所述控制模式从电压相位控制切换至电流矢量控制。
4.根据权利要求1所述的车载用电机控制装置，其中， 设置于所述车辆的传感器是加速度传感器。
5.根据权利要求1所述的车载用电机控制装置，其中， 设置于所述车辆的传感器是气囊。
6.根据权利要求2所述的车载用电机控制装置，其中， 所述电源继电器使用机械式继电器。
7.根据权利要求2所述的车载用电机控制装置，其中， 所述电源继电器使用能够双向切断的半导体开关。
8.根据权利要求1所述的车载用电机控制装置，其中， 所述电动机是电动车辆所使用的行驶用的电动机。
【文档编号】B60L15/00GK104290602SQ201410328852
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2013年7月15日
【发明者】柳拓也 申请人:株式会社捷太格特