JP2009196533A - 回転電機制御システム及び当該回転電機制御システムを備えた車両駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＢＳ作動時にＡＭＤ制御を実施可能なトルクを回転電機が発生可能で、ＡＭＤ制御時に昇圧回路の出力側の電圧変動を抑制可能な回転電機制御システムを提供する。
【解決手段】回転電機制御システムは、直流電源と、車両を駆動するための回転電機と、直流電源と回転電機との間に介在される周波数変換部と、直流電源と周波数変換部との間に介在され、回転電機の目標トルクに応じて設定される昇圧指令値に基づいて直流電源の出力を昇圧する電圧変換部と、周波数変換部及び電圧変換部を制御し、車両のアンチロック・ブレーキ・システムの作動時に、アクティブ・モータ・ダンピング制御を行う制御部とを備える。制御部は、アクティブ・モータ・ダンピング制御の実行時には、昇圧指令値を目標トルクに拘わらず一定のＡＭＤ時昇圧指令値ＶＦに設定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、駆動源に回転電機を含む車両の当該回転電機を制御する回転電機制御システムに関する。また、本発明は、当該回転電機制御システムを備えた車両駆動システムに関する。

近年、化石燃料の消費による環境負荷を軽減する試みが広く実施されている。産業界においても、内燃機関により駆動される自動車と比べて環境負荷が小さい自動車が提案されている。回転電機である電気モータにより駆動される電気自動車や、内燃機関及び電気モータにより駆動されるハイブリッド自動車は、その一例である。電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される電気モータには、広い速度範囲（回転数範囲）に亘って、乗用駆動に適した良好なトルクを発揮することが期待されている。

回転電機（モータやジェネレータ）としての電気モータは、磁界と電流とによって力（トルク）を発生させる原理に基づいて動作する。しかし、電気モータが回転中には、磁界の中で力が作用することにもなり、いわゆる逆起電力が生じることになる。逆起電力は、トルクを発生させる電流の流れを妨げる方向に生じるため、電気モータを回転させるために磁界の中を流れる電流が減少し、力（トルク）が低下する。電気モータの回転数が上がるに従って、逆起電力も増加するため、回転数がある値に達すると、逆起電力により生じる電流が駆動電流に達してしまい、電気モータが制御できなくなる。そこで、磁界を発生させている界磁の力を弱め、逆起電力の発生を抑制する「弱め界磁制御」が行われる。但し、弱め界磁制御を行うと、界磁の力を弱めるために、磁界の強さも低下し、得られる最大トルクは低下することになる。下記に出典を示す特許文献１では、損失の増加による効率の低下が指摘されている。

この課題に対し、特許文献１において、電気モータに駆動電力を供給するバッテリの電圧を昇圧して、弱め界磁制御に移行する回転数をより高い回転数へと移行させる技術が提案されている。この技術によれば、トルクと回転数とにより設定される電気モータの目標動作点の位置に応じて、昇圧回路（コンバータ）によりバッテリの電圧を昇圧させる。これによって、弱め界磁制御を行う領域を高出力側（高回転数側）へと移行させることが可能となる。特許文献１に記載された例では、複数段階の昇圧電圧値を設定することによって、段階的に、弱め界磁制御を行わない通常界磁制御（一般的には最大トルク制御）の領域が拡大されている。

一方、駆動方式に関係なく、自動車の急制動時において、車輪がロックされることによって、却って制動距離が長くなったり、操舵性が損なわれたりする場合がある。これに対して、アンチロック・ブレーキ・システム（ABS : anti-lock brake system）が搭載された自動車も増加している。ＡＢＳの作動中は、車輪のロック状態とアンロック状態とが短いサイクルで繰り返されるため、急激なサイクル振動が発生する。このサイクル振動が大きく反映される電気モータの慣性と組み合わされると、トランス・アクスル（trans-axle）などの駆動系にたわみを生じさせ、損傷を生じさせる可能性がある。

これに対して、下記に出典を示す特許文献２には、ＡＢＳ作動中に電気モータの慣性による駆動系のたわみに起因して生じる駆動系の振動を電気モータの制御により能動的に減衰させるアクティブ・モータ・ダンピング（AMD : active motor damping）という技術が提案されている。ＡＭＤは、電気モータの速度と平均車輪速度との差、電気モータの角加速度、車輪の角加速度の平均、電気モータの角加速度と車輪の平均角加速度との差や、これらの因数の組合せの少なくとも１つに比例するモータトルクを発生させることによって達成される。

特開平１０−６６３８３号公報（第３〜１２段落、図１、２等） 特開２００６−５１９２９号公報（第４〜５頁）

ところで、電気モータの効率を向上させるために特許文献１に記載されたようなコンバータ（昇圧回路）を用いたモータ制御と、特許文献２に記載されたＡＭＤ制御とが併用される場合がある。上述したように、コンバータによる昇圧電圧の値は、要求される目標動作点において過不足なく最大トルク制御が可能なように設定される。ＡＭＤ制御においては、ＡＢＳ作動時の激しい振動を能動的に減衰させるためのトルクを発生させるために、目標動作点が激しく変動するのに伴い、昇圧電圧も激しく変動させる必要がある。しかしながら、昇圧指令値を変更し、実際にコンバータが追従するにはタイムラグが生じる。従って、昇圧電圧が高い側から低い側に変動する際に不必要に高い電圧が印加されたり、逆に昇圧電圧が低い側から高い側に変動する際に電圧不足が生じたりする場合がある。

また、ハイブリッド自動車には、特許文献２の図１に例示されるように、複数の電気モータを有し、少なくとも１つの電気モータを内燃機関が発生するエネルギーでバッテリを充電することが可能な発電機として用いることができるスプリット方式が採用されるものもある。この場合には、車輪の回転により発電機として機能する電気モータから回生電力がバッテリ側に供給される。この際、コンバータは回生回路あるいは必要に応じて降圧回路として機能する。このようなスプリット方式のハイブリッド自動車にＡＭＤ制御が適用され、電気モータの動作が力行と回生との間で頻繁に切り替わる際には、コンバータも昇圧動作と回生動作との間で頻繁に切り替わることになる。よく知られたように、コンバータには、昇圧動作時に中核となるスイッチング素子と、回生動作時に中核となるスイッチング素子とが、昇圧後の出力のプラス側とマイナス側（多くの場合グラウンド）との間に直列接続されている。コンバータが昇圧動作から回生動作に切り替わる際には、スイッチング素子の直列回路が共にオン状態となって、コンバータの出力のプラス側とマイナス側とが短絡しないように、両スイッチング素子が遷移時間を含めて共にオフ状態となるデッドタイムが設定される。このデットタイムの期間には、バッテリへの電力回生が行えないため、コンバータの出力側に並列接続された平滑コンデンサに発電されたエネルギーが蓄えられる。発電量が多い場合、コンバータの出力側の電位が上昇し、平滑コンデンサや、コンバータ、コンバータの後段に接続される交流変換用のインバータなど、制御回路の許容電圧を超える場合がある。

本発明は、昇圧回路を備えた回転電機制御システムに関する上記課題に鑑みて創案されたもので、ＡＢＳ作動時にＡＭＤ制御を実施可能なトルクを回転電機が発生可能であり、ＡＭＤ制御時に昇圧回路の出力側の電圧変動を抑制可能な回転電機制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機制御システムの特徴構成は、
直流電源と、
車両を駆動するための回転電機と、
前記直流電源と前記回転電機との間に介在され、前記回転電機が力行する際に前記直流電源の出力を交流に変換し、前記回転電機が回生する際に前記回転電機からの出力を直流に変換する周波数変換部と、
前記直流電源と前記周波数変換部との間に介在され、前記回転電機の目標トルクに応じて設定される昇圧指令値に基づいて前記直流電源の出力を昇圧する電圧変換部と、
前記周波数変換部及び前記電圧変換部を制御し、車両のアンチロック・ブレーキ・システムの作動時に発生する前記車両の駆動系の振動を抑制させる方向のトルクを前記回転電機に発生させるアクティブ・モータ・ダンピング制御を行う制御部と、を備えた回転電機制御システムであって、
前記制御部が、前記アクティブ・モータ・ダンピング制御の実行時には、前記昇圧指令値を前記目標トルクに拘わらず一定のＡＭＤ時昇圧指令値に設定する点にある。

この特徴構成によれば、アクティブ・モータ・ダンピング制御の実行時には、昇圧指令値が目標トルクに拘わらず一定のＡＭＤ時昇圧指令値に設定される。従って、回転電機のトルクと回転数とに応じて定められる目標トルクが、アクティブ・モータ・ダンピング制御により短時間で切り替わっても、当該目標トルクを実現させるための昇圧指令値は変動することなく一定の値となる。従って、電圧変換部の出力は、変動する昇圧指令値に追従して変化することがなくなる。その結果、電圧変換部の出力が昇圧指令値に追従する際に生じるタイムラグがなくなり、電圧変換部の出力側における実際の電圧が昇圧指令値に対して過大となったり、過小となったりするという不整合が抑制される。つまり、アクティブ・モータ・ダンピング制御時に昇圧回路の出力側の電圧変動を抑制可能な回転電機制御システムを提供することが可能となる。

また、本発明に係る回転電機制御システムの前記ＡＭＤ時昇圧指令値は、前記アクティブ・モータ・ダンピング制御を実施する前記回転電機の最大回転数以内の全域において、前記回転電機が前記アクティブ・モータ・ダンピング制御のための所定のＡＭＤ時最大トルクを正負両方向に出力可能な値に設定されると好適である。

ＡＭＤ時昇圧指令値がこのように設定されると、回転電機はアンチロック・ブレーキ・システムの作動時にアクティブ・モータ・ダンピング制御を実施可能なトルクを、不足なく出力することができる。

また、本発明に係る回転電機制御システムの前記ＡＭＤ時昇圧指令値は、前記電圧変換部及び周波数変換部の許容電圧と前記ＡＭＤ時昇圧指令値との差が、前記回転電機が前記アクティブ・モータ・ダンピング制御される際に前記周波数変換部の直流側に生じる電圧変動の振幅値よりも大きくなるように設定されると好適である。

上述したように電圧変換部の出力の電圧は、電圧変換部及び周波数変換部の許容電圧を超える可能性がある。電圧変換部及び周波数変換部の許容電圧と、ＡＭＤ時昇圧指令値との差は、昇圧指令値に基づいて電圧変換部により適切に昇圧された場合には、当該許容電圧と電圧変換部の出力電圧との差にほぼ等しい。この差が、回転電機がアクティブ・モータ・ダンピング制御される際に周波数変換部の直流側に生じる電圧変動の振幅値（振幅中心から一方の波高までの値）よりも大きければ、周波数変換部の直流側（電圧変換部の出力側）の電圧は、当該許容電圧を超えない。従って、ＡＭＤ制御時に昇圧回路の出力側の過電圧を抑制可能な回転電機制御システムを提供することが可能となる。

また、本発明に係る回転電機制御システムの前記ＡＭＤ時昇圧指令値は、前記目標トルクに応じて設定される前記昇圧指令値の最大値よりも低い値に設定されると好適である。

昇圧電圧指令値が最大値の場合には、電圧変換部の出力と、電圧変換部及び周波数変換部の許容電圧との差が最も小さくなる。この状態で、電圧変換部の出力側に電圧変動が生じると、許容電圧を超える可能性がある。しかし、ＡＭＤ時昇圧指令値が目標トルクに応じて設定される通常時の昇圧指令値の最大値よりも低い値に設定されると、電圧変換部の出力と、当該許容電圧との差が広がるため、電圧変動によって当該許容電圧を超える可能性が抑制される。

また、本発明に係る回転電機制御システムは、前記制御部が、前記車両の駆動系の共通軸において換算した、車輪の速度と回転電機の回転速度との差分に基づいて、前記アクティブ・モータ・ダンピング制御の実施時に前記回転電機に発生させる前記目標トルクとして、当該差分を縮小する方向へのトルクを演算すると好適である。

この構成によれば、車輪の速度と回転電機の回転速度との差分を縮小する方向へのトルクが目標トルクとして演算される。これにより、車両の駆動系の振動を好適に抑制することができる。

本発明に係る車両駆動システムは、上述した本発明に係る回転電機制御システムを備えるとともに、
前記回転電機として、第１回転電機と第２回転電機とを備え、
前記第１回転電機および前記第２回転電機以外の駆動源から発生される駆動力を分配する動力分配機構を備え、前記動力分配機構により分配された一方の駆動力が車輪に、他方の駆動力が前記第１回転電機に伝達されるとともに、前記第２回転電機により発生される駆動力が前記車輪に伝達される構成を採ることができる。

この構成の車両駆動システムは、一対の回転電機と、当該一対の回転電機以外の駆動源（例えばエンジン）とを備えた、いわゆるスプリット形態の動力分配を行うハイブリッド車両を実現することができる。そして、当該ハイブリッド車両は、一対の回転電機の運転を、それら回転電機に要求される回転数及びトルクを満たす形態で実現し、さらに、単一の電圧変換部により、一対の回転電機のそれぞれで必要となる電圧を得る形態のシステムを容易に実現できる。

本発明の車両駆動システムは、
前記動力分配機構が、回転速度の順に、第１回転要素、第２回転要素および第３回転要素を有する遊星歯車機構を含んで構成され、
前記第１回転電機が前記第１回転要素に接続され、前記回転電機以外の駆動源が前記第２回転要素に接続され、前記第２回転電機及び前記第３回転要素が車輪に接続されている構成であると好適である。

この構造を採用することで、単一の遊星歯車機構を使用して、スプリット形態の動力分配を行うハイブリッド車両を容易に実現できる。

以下、本発明に係る回転電機制御システムの一実施形態について図面を参照しながら説明する。当該回転電機制御システムは、車両駆動システムに組み込まれて、当該車両駆動システムに備えられる回転電機の運転制御の用を果すものである。図１は、車両駆動システム２００の駆動系の構成を模式的に示すブロック図であり、図２は、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２を制御するために設けられる回転電機駆動装置Ｉｎを主とする回転電機制御系の構成を模式的に示すブロック図である。図３は、車輪Ｗ及びブレーキ３０を中心とする車両駆動システム２００の駆動系の構成を模式的に示すブロック図である。

図１及び図３に示すように、車両には内燃機関であるエンジンＥと、一対の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２とが備えられている。この車両駆動システム２００は、いわゆるハイブリッドシステムであり、エンジンＥと車輪Ｗとの間に、ハイブリッド駆動装置１を備えて構成されている。エンジンＥとしては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の公知の各種の内燃機関を用いることができる。後述するように、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２は、それぞれモータ（電動機）又はジェネレータ（発電機）として作動する。従って、以下の説明において、特に何れかの回転電機を特定する必要がない場合、符号ＭＧ１、ＭＧ２を省略することがある。車両は、エンジンＥ若しくはモータとして働く回転電機から駆動力を得て走行可能である。また、エンジンＥにより発生される駆動力の少なくとも一部は、ジェネレータとして働く回転電機において電力に変換され、バッテリＢの充電、あるいはモータとして働く回転電機の駆動の用に供される。さらに、制動時には、制動力を利用して回転電機により発電し、バッテリＢに電力を回生することも可能である。

ハイブリッド駆動装置１の入力軸Ｉは、エンジンＥのクランクシャフト等の出力回転軸に接続されている。なお、入力軸ＩがエンジンＥの出力回転軸との間にダンパやクラッチ等を介して接続された構成としても好適である。ハイブリッド駆動装置１の出力は、ディファレンシャル装置Ｄ等を介して車輪Ｗに伝達される。さらに、入力軸Ｉは動力分配機構Ｐ１のキャリアｃａに連結されており、車輪Ｗにディファレンシャル装置Ｄを介して接続される中間軸Ｍはリングギヤｒに連結されている。

第１回転電機ＭＧ１は、ステータＳｔ１と、このステータＳｔ１の径方向内側に回転自在に支持されたロータＲｏ１と、を有している。この第１回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１は、動力分配機構Ｐ１のサンギヤｓと一体回転するように連結されている。また、第２回転電機ＭＧ２は、ステータＳｔ２と、このステータＳｔ２の径方向内側に回転自在に支持されたロータＲｏ２とを有している。この第２回転電機ＭＧ２のロータＲｏ２は、出力ギヤＯと一体回転するように連結され、ディファレンシャル装置Ｄの入力側に接続されている。

第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、図１に示すように、回転電機駆動装置（インバータ装置）Ｉｎを介してバッテリＢに電気的に接続されている。第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、それぞれ電力の供給を受けて動力を発生するモータ（電動機）としての機能と、動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ（発電機）としての機能とを果すことが可能に構成されている。

本実施形態における構成例では、第１回転電機ＭＧ１は、主に動力分配機構Ｐ１のサンギヤｓを介して入力された駆動力により発電を行うジェネレータとして機能し、バッテリＢを充電し、或いは第２回転電機ＭＧ２を駆動するための電力を供給する。ただし、車両の高速走行時等には第１回転電機ＭＧ１がモータとして機能する場合もある。一方、第２回転電機ＭＧ２は、主に車両の走行用の駆動力を補助するモータとして機能する。また、車両の減速時等には、第２回転電機ＭＧ２は、車両の慣性力を電気エネルギーとして回生するジェネレータとして機能する。このような第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２の運転は、ＴＣＵ（trans-axle control unit）１０（図２参照）により制御される。ＴＣＵ１０は、本発明の制御部として機能し、後述するように電圧変換部４及び周波数変換部５を含む回転電機駆動装置Ｉｎを介して、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２を制御する。

図１に示すように、動力分配機構Ｐ１は、入力軸Ｉと同軸状に配置されたシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。すなわち、動力分配機構Ｐ１は、複数のピニオンギヤを支持するキャリアｃａと、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤｓ及びリングギヤｒとを回転要素として有している。第１回転要素としてのサンギヤｓは、第１回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１と一体回転するように接続される。第２回転要素としてのキャリアｃａは、エンジンＥの出力回転軸に接続された入力軸Ｉと一体回転するように接続されている。第３回転要素としてのリングギヤｒは、中間軸Ｍと一体回転するように接続されており、リングギヤｒは、中間軸Ｍを介してディファレンシャル装置Ｄに接続される。

図１に示す構成においては、第１回転電機ＭＧ１が第１回転要素としてのサンギヤｓに接続され、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２以外の駆動源であるエンジンＥが第２回転要素としてのキャリアｃａに接続されている。そして、第２回転電機ＭＧ２及び第３回転要素としてのリングギヤｒは、ディファレンシャル装置Ｄを経て車輪Ｗに接続されている（図３参照）。しかし、駆動系の構成は、この構成に限定されるものではない。第２回転電機ＭＧ２は、ディファレンシャル装置Ｄに直接接続される形態でもよいし、第３回転要素又はその他の駆動伝達要素に接続され、それらの回転要素や駆動伝達要素を介してディファレンシャル装置Ｄに接続される形態でもよい。

図２は、回転電機駆動装置Ｉｎを中核とする回転電機制御系の構成を模式的に示すブロック図である。この回転電機制御系は、バッテリＢと各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２と、両者の間に介装される回転電機駆動装置Ｉｎとを備えて構成されている。また、回転電機駆動装置Ｉｎは、バッテリＢ側から、電圧変換部（コンバータ）４、周波数変換部（インバータ）５を備えている。図２に示すように、本実施形態では周波数変換部５として、一対の回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に対して、それぞれ周波数変換部５１と５２とが個別に設けられている。周波数変換部５と各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２との間には、回転電機を流れる電流を計測するための電流センサ１３が備えられている。尚、本例では、３相全ての電流を計測する構成を示しているが、３相は平衡状態にあり瞬時値の総和は零であるので２相のみの電流を計測して、ＴＣＵ１０において残りの一相の電流を演算により求めてもよい。尚、バッテリＢは、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２へ電力の供給が可能なものであるとともに、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２から電力の供給を受けて蓄電可能なものである。

電圧変換部４は、リアクトル４ａ、フィルタコンデンサ４ｂ、上下一対のスイッチング素子４ｃ，４ｄ、放電用抵抗器４ｅ、平滑コンデンサ４ｆを有して構成されている。スイッチング素子４ｃ、４ｄとしては、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）や、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）を適用すると好適である。本実施形態では、ＩＧＢＴを用いて構成される場合を例として説明する。

電圧変換部４の上段のスイッチング素子４ｃのソースは下段のスイッチング素子４ｄのドレインに接続されるとともに、リアクトル４ａを介してバッテリＢのプラス側に接続されている。上段のスイッチング素子４ｃのドレインは、周波数変換部５の入力プラス側に接続される。下段のスイッチング素子４ｄのソースはバッテリＢのマイナス側（グラウンド）に接続される。周波数変換部５の入力マイナス側もグラウンドであるので、下段のスイッチング素子４ｄのソースは周波数変換部５の入力マイナス側と接続される。

上段のスイッチング素子４ｃ及び下段のスイッチチング素子４ｄのゲートは、ドライバ回路７（７Ｃ）を介してＴＣＵ１０に接続される。スイッチング素子４ｃ、４ｄは、ＴＣＵ１０により制御され、バッテリＢからの電圧を昇圧して周波数変換部５に供給する。ＴＣＵ１０は、回転電機の目標トルクに応じて設定される昇圧指令値に基づいて、スイッチング素子４ｃ、４ｄを制御する。具体的には、ＴＣＵ１０は、上段のスイッチング素子４ｃをオフ状態にし、下段のスイッチング素子４ｄを例えばＰＷＭ制御することによってオン／オフを切り替えて、バッテリＢの電圧を昇圧して出力する。一方、回転電機が回生運転する場合には、電圧変換部４は、回転電機により発電された電力をバッテリＢへ回生する。例えば、ＴＣＵ１０は、下段のスイッチング素子４ｄをオフ状態にし、上段のスイッチング素子４ｃをオン状態に制御することによって、電圧変換部４を介して電力を回生させる。尚、回転電機により発電された電力を降圧してバッテリＢに回生させる場合には、上段のスイッチング素子４ｃがＰＷＭ制御されてもよい。

周波数変換部５は、ブリッジ回路により構成されている。周波数変換部５の入力プラス側と入力マイナス側との間に２つのスイッチング素子が直列に接続され、この直列回路が３回線並列接続される。つまり、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のステータコイルＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに一組の直列回路が対応したブリッジ回路が構成される。図２において、
符号８ａは、Ｕ相の上段側スイッチング素子であり、
符号８ｂは、Ｖ相の上段側スイッチング素子であり、
符号８ｃは、Ｗ相の上段側スイッチング素子であり、
符号８ｄは、Ｕ相の下段側スイッチング素子であり、
符号８ｅは、Ｖ相の下段側スイッチング素子であり、
符号８ｆは、Ｗ相の下段側スイッチング素子である。尚、周波数変換部５のスイッチング素子８ａ〜８ｆについても、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴを適用すると好適である。本実施形態では、ＩＧＢＴを用いる場合を例示している。

図２に示すように、各相の上段側スイッチング素子８ａ、８ｂ、８ｃのドレインは電圧変換部４の出力プラス側（周波数変換部５の入力プラス側）に接続され、ソースは各相の下段側スイッチング素子８ｄ、８ｅ、８ｆのドレインに接続されている。また、各相の下段側スイッチング素子８ｄ、８ｅ、８ｆのソースは、電圧変換部４の出力マイナス側（周波数変換部５の入力マイナス側）、即ち、バッテリＢのマイナス側（グラウンド）に接続されている。各スイッチング素子８ａ〜８ｆのゲートは、ドライバ回路７（７Ａ、７Ｂ）を介してＴＣＵ１０に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。

対となる各相のスイッチング素子（８ａ，８ｄ），（８ｂ，８ｅ），（８ｃ，８ｆ）による直列回路の中間点（スイッチング素子の接続点）９ｕ、９ｖ、９ｗは、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線にそれぞれ接続されている。各巻線へ供給される駆動電流は、電流センサ１３によって検出される。電流センサ１３による検出値は、ＴＣＵ１０が受け取り、フィードバック制御に用いられる。

また、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２には、回転検出部の一部として機能するレゾルバなどの回転検出センサ１１、１２が備えられており、ロータ７０ｒの回転角（機械角）を検出する。回転検出センサ１１、１２は、ロータ７０ｒの極数（極対数）に応じて設定されており、ロータ７０ｒの回転角を電気角θに変換し、電気角θに応じた信号を出力することも可能である。ＴＣＵ１０は、この回転角に基づいて回転電機ＭＧ１及びＭＧ２の回転数（角速度ω）や、周波数変換部５の各スイッチング素子８ａ〜８ｆの制御タイミングを演算する。

ＴＣＵ１０は、これらスイッチング素子８ａ〜８ｆを、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２に対する目標トルク及び回転数に基づいてＰＷＭ制御することで、各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に三相の交流駆動電流を供給する。これにより、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、目標回転数、目標トルクに応じて力行する。回転電機ＭＧ１及びＭＧ２が発電機として働き、回転電機側から電力を受ける場合は、ＴＣＵ１０は、所定周波数の交流を直流に変換するように周波数変換部５を制御する。

本実施形態においては、車両は、図３に示すような二輪駆動構成である。車輪Ｗ１、Ｗ２は駆動輪であり、車輪Ｗ３、Ｗ４は非駆動輪である。図３に示すように、各車輪Ｗ１〜Ｗ４には、ブレーキ３０（３２、３４、３６、３８）のような機械式摩擦ブレーキが備えられる。これら、機械式のブレーキ３０は、油圧、気体、電気などにより作動する。本実施形態のようなハイブリッド駆動システムが搭載された車両の場合、回生制動と摩擦制動とを適当な比率で作用させるために、制動が電子制御されると好適である。

本実施形態において、制動システムは、車両の制動時に車輪のロックを抑制して、操舵性を保つと共に最適な制動距離に制御するアンチロック・ブレーキ・システム（ABS : anti-lock brake system）を備えている。具体的には、図３に示すように、ＡＢＳコントローラ６０が備えられ、当該ＡＢＳコントローラ６０が車輪Ｗの初期ロックを検出して、ブレーキ３０の車輪への作用を変化させる。

乗員により、ブレーキペダル２０が操作されると、その操作力は、ブレーキブースタ（不図示）を介してマスタシリンダ（ＭＣ）２２、ＡＢＳコントローラ６０に伝達される。各車輪Ｗには、回転センサ４０（４２、４４、４６、４８）が備えられており、各車輪の回転速度及び回転方向が検出される。ＡＢＳコントローラ６０は、これら回転センサ４０の検出結果に基づいて、車輪Ｗの初期ロック状態など、アンチロック・ブレーキ制御の作動の必要性を判断し、アンチロック・ブレーキ制御を実行する。尚、回転センサ４０の検出結果は、ＡＢＳコントローラ６０を介して、あるいは直接にＴＣＵ１０にも伝達される。

アンチロック・ブレーキ制御が実施される直前は、車両は走行中であり、車輪は回転している。制動時には、車輪の回転が急激に減速されるため、反動で駆動系、即ちトランス・アクスルが動くことになる。アンチロック・ブレーキ制御の際には、ブレーキ３０による車輪の係止・開放が繰り返されるため、トランス・アクスルが振動する。また、図１を利用して説明したように、特に第２回転電機ＭＧ２は車両の走行用の駆動力を補助するモータとして機能しているため、車輪と同期して回転している。この状態から車輪が急減速されても、回転電機ＭＧ２のロータＲｏ２は慣性力により回転しようとするため、駆動系の軸にねじれが生じ、やはりトランス・アクスルを振動させる要因となる。

そこで、アンチロック・ブレーキ制御の実行時に、トランス・アクスルの振動方向とは逆方向のカウンタ・トルクを回転電機ＭＧ２に出力させて、トランス・アクスルの振動を減衰させるアクティブ・モータ・ダンピング（ＡＭＤ）制御がＴＣＵ１０により実行される。ＡＭＤ制御に当たり、ＴＣＵ１０は、回転センサ４０から検出信号を取得する。この検出信号は、ＴＣＵ１０が直接回転センサ４０から受け取ってもよいし、ＡＢＳコントローラ６０を介して受け取ってもよい。ＴＣＵ１０は、例えば左右の車輪Ｗの平均回転速度から、車輪速度を演算する。

また、ＴＣＵ１０は、回転電機の回転検出センサ１１、１２から検出信号を取得し、回転電機の回転数を演算する。本実施形態のＡＭＤ制御においては、第２回転電機ＭＧ２にカウンタ・トルクを発生させるので、回転検出センサ１２の検出結果に基づいて、第２回転電機ＭＧ２の回転数が演算される。ここで、車輪速度と、回転電機の回転数とは、両者を直接比較することが可能なように、共通軸換算での速度情報である換算速度として演算される。例えば、第２回転電機ＭＧ２の回転数に駆動系のギヤ比なども考慮して、換算速度が演算される。

次に、ＴＣＵ１０は、共通軸換算での、車輪速度と回転電機の換算速度との差分を求める。この差分が、カウンタ・トルクの基となる。ＴＣＵ１０は、求められた差分に、所定のトルク・ゲイン、例えば５Ｎｍ／ｒｐｍなどのトルク・ゲインを乗じてカウンタ・トルクの目標値である目標トルクを演算する。尚、車輪速度と回転電機の換算速度との差分は、例えば±１００ｒｐｍなど、所定の範囲内に収められる。当該範囲を逸脱するような大きな差分が生じている場合には、それぞれ最大値又は最小値に制限される。また、目標トルクは、例えば±１００Ｎｍなど、所定の範囲内に収められる。演算の結果、当該範囲を逸脱するような大きなトルクが算出される場合には、それぞれ最大値又は最小値に制限される。これらの制限は、差分が大きすぎるような場合に非現実的なカウンタ・トルクが目標トルクとして算出されることを防ぐためである。

図４は、第２回転電機ＭＧ２の回転速度と、トルクとの相関図である。上述したように、回転電機駆動装置Ｉｎは、電圧変換部４を備えており、バッテリＢの直流電圧を昇圧可能である。即ち、回転電機に駆動電力を供給するバッテリＢの電圧を昇圧して、弱め界磁制御に移行する回転数をより高い回転数へと移行させる。本実施形態では、バッテリＢの電圧を低い方からＶ４、Ｖ３、Ｖ２、Ｖ１に昇圧する。図４には、回転速度とトルクとの相関関係と昇圧指令値との関係を示している。図中、Ｖ４のラインは、電圧変換部４により昇圧後の電圧をＶ４にする必要が生じる境界を示している。即ち、昇圧指令値として、Ｖ４が設定される境界を示している。同様に、Ｖ３、Ｖ２、Ｖ１のラインは、電圧変換部４により昇圧後の電圧をそれぞれＶ３、Ｖ２、Ｖ１にする必要が生じる境界を示している。Ｔ_V1のラインは、昇圧後の電圧がＶ１の場合に、弱め界磁制御を含めて第２回転電機ＭＧ２が出力可能なトルク領域を示している。

図４において、Ｔ_AMDで指示されるラインは、ＡＭＤ制御時の目標トルクの推移を示している。ＡＭＤ制御の初期にはトランス・アクスルの振動も大きく、大きなカウンタ・トルクが必要とされる。その後、次第にＡＭＤ制御の効果によってトランス・アクスルの振動が減衰し、カウンタ・トルクの要求値も小さくなる。Ｔ_AMDのライン上に矢印で示すように、ＡＭＤ制御時の目標トルクは、次第に小さくなる。

図５は、昇圧指令値の推移を模式的に示すタイミングチャートである。図４及び図５（ａ）から明らかなように、ＡＭＤ制御時の目標トルクは短時間の間に大きく変動するので、電圧変換部４への昇圧指令値の境界を頻繁に越えることになる。昇圧指令値の変動により電圧変換部４の出力電圧は、電圧変換部４の回路遅延を含んで追従する。ＡＭＤ制御時の目標トルクの変化は高速であるため、昇圧指令値に対して昇圧後の実電圧が過大・過小となる場合がある。そして、昇圧後の実電圧が過大となる場合には、回転電機駆動装置Ｉｎの許容電圧Ｖｍａｘを超えてしまう可能性がある。

回転電機駆動装置Ｉｎの許容電圧Ｖｍａｘとは、例えば電圧変換部４のスイッチング素子４ｃ及び４ｄの耐圧、特に上段のスイッチング素子４ｃの耐圧、周波数変換部５のスイッチング素子８ａ〜８ｆ、特に上段側スイッチング素子８ａ〜８ｃの耐圧、電圧変換部４の出力側の平滑コンデンサ４ｆの耐圧などである。また、回転電機駆動装置Ｉｎは、通常配線基板や、配線基板が格納されたユニットとして構成されるが、これら基板やユニットにおける絶縁距離により規定される最大電圧も許容電圧となる。

尚、図５においては、昇圧指令値を太い実線で示し、過大・過小となる昇圧後の実電圧の変動要素を点線で模式的に示している。図５（ｂ）に示すように、実電圧が過大となる場合に、許容電圧Ｖｍａｘを超えてしまう場合がある。

また、ＡＭＤ制御時の目標トルクは、正負のトルクの間においても変動するため、第２回転電機ＭＧ２は、短時間の間に力行と回生とを頻繁に繰り返すことになる。図２に示す構成の電圧変換部４の場合、バッテリＢの電圧を昇圧する際には、スイッチング素子４ｃが常時オフ状態に制御され、昇圧指令値に応じてスイッチング素子４ｄが例えばＰＷＭによりスイッチング制御される。一方、周波数変換部５の側から、バッテリＢへ電力が回生される際には、スイッチング素子４ｄが常時オフ状態に制御され、スイッチング素子４ｃが必要に応じてスイッチング制御される。

ここで、スイッチング素子４ｃ及び４ｄが同時にオン状態となると、周波数変換部５の入力プラス側とマイナス側とが短絡する。従って、電圧変換部４が昇圧から回生、あるいは回生から昇圧へと、その動作モードを切り替える際には、スイッチング素子４ｃ及び４ｄが共にオフ状態となるデッドタイムが設けられる。このデットタイムの期間には、バッテリＢへの電力回生が行えないため、平滑コンデンサ４ｆに回転電機が発電した電力が蓄えられることになる。この際、発電される電力が大きいと、上述したように回転電機駆動装置Ｉｎの許容電圧Ｖｍａｘを超える場合がある。

そこで、本発明では、図５（ｂ）に示すように、ＴＣＵ１０が、ＡＭＤ制御の実行時に、昇圧指令値を目標トルクに拘わらず一定のＡＭＤ時昇圧指令値ＶＦに設定する。ＡＭＤ時昇圧指令値ＶＦは、昇圧指令値の最大値よりも低い値であると好適である。従来と同様の大きさの過大電圧が生じた場合であっても、回転電機駆動装置Ｉｎの許容電圧Ｖｍａｘを超えないようにすることができる。具体的には、ＡＭＤ時昇圧指令値ＶＦは、回転電機駆動装置Ｉｎ（電圧変換部４及び周波数変換部５）の許容電圧Ｖｍａｘと、ＡＭＤ時昇圧指令値との差に基づいて定められると好適である。回転電機駆動装置Ｉｎの許容電圧とＡＭＤ時昇圧指令値との差は、電圧変換部４により適切に昇圧された場合には、許容電圧Ｖｍａｘと電圧変換部４の出力電圧との差にほぼ等しい。この差が、回転電機がＡＭＤ制御される際に周波数変換部５の直流側に生じる電圧変動の振幅値よりも大きければ、電圧変換部４の出力側の電圧は回転電機駆動装置Ｉｎの許容電圧Ｖｍａｘを超えない。従って、回転電機駆動装置Ｉｎの許容電圧ＶｍａｘとＡＭＤ時昇圧指令値ＶＦとの差が、周波数変換部５の直流側に生じる電圧変動の振幅値よりも大きくなるようにＡＭＤ時昇圧指令値ＶＦが設定されると好適である。

また、ＡＭＤ時昇圧指令値ＶＦは、ＡＭＤ制御が実施される際の回転電機の最大回転数以内の全域において、回転電機が正負両方向に所定のＡＭＤ時最大トルクを出力可能な値に設定される。ここで、回転電機が第２回転電機ＭＧ２の場合を例として、図４に基づいて具体的に説明する。「ＡＭＤ制御が実施される際の回転電機の最大回転数」は、図４における「回転数Ｓ」に相当する。従って、「最大回転数以内の全域」は、図４において、回転数Ｓ以下の領域に相当する。「正負両方向に所定のＡＭＤ時最大トルク」は、図４における「±Ｔ１のトルク」に相当する。従って、回転数Ｓにおいて±Ｔ１のトルクを発生可能なトルク領域Ｔ_VFに対応する昇圧指令値が、ＡＭＤ時昇圧指令値ＶＦとなる。

図６は、昇圧指令値を設定する手順を示すフローチャートである。ＴＣＵ１０は、回転電機の回転数及び目標トルクに基づいて、通常制御時（通常走行時）の昇圧指令値ＶＮを取得する（＃１）。本例においては、図４に示したようなＶ１〜Ｖ４の複数段階の昇圧指令値の内の１つが通常制御時の昇圧指令値として取得される。ここで、ＴＣＵ１０は、自ら当該回転数及び当該目標トルクを変数として演算を実行して、昇圧指令値ＶＮを取得してもよいし、メモリなどの記憶媒体に格納されたテーブルから、当該回転数及び当該目標トルクを引数として昇圧指令値を読み出すことによって取得してもよい。また、昇圧指令値は複数段階にすることなく、回転電機の回転数と目標トルクに対して徐々に変化するように設定することもできる。

次に、ＴＣＵ１０は、ＡＭＤ制御が作動中であるか否かを判定する（＃２）。ＡＭＤ制御が作動中である場合には、ステップ＃１で取得した通常制御時の昇圧指令値ＶＮは使用せず、一定値であるＡＭＤ時昇圧指令値ＶＦを昇圧指令値として設定する（＃３）。一方、ステップ＃２において、ＡＭＤ制御が作動中でないと判定された場合、即ち、車両が通常走行中であれば、ステップ＃１で取得した昇圧指令値ＶＮを昇圧指令値として設定する（＃４）。

尚、本実施形態においては、回転電機として、第１回転電機ＭＧ１と第２回転電機ＭＧ２とを備えている。そして、第１回転電機ＭＧ１と第２回転電機ＭＧ２とは、ともにモータ及びジェネレータとして動作可能であり、それぞれの動作に適した通常制御時の昇圧指令値ＶＮが設定される。上記説明においては、理解を容易にするために、主として第２回転電機ＭＧ２のトルクと回転数とに基づいて通常制御時の昇圧指令値ＶＮを取得する例を示した。しかし、常に、第２回転電機ＭＧ２の昇圧指令値が第１回転電機ＭＧ１の昇圧指令値を上回るとは限らない。従って、ＴＣＵ１０が、第１回転電機ＭＧ１のトルク及び回転数に基づいて取得される通常制御時の昇圧指令値と、第２回転電機ＭＧ２のトルク及び回転数に基づいて取得される通常制御時の昇圧指令値との内、大きい方の値を通常制御時の昇圧指令値ＶＮとして取得すると好適である。

〔別実施形態〕
（１） 図６に基づいて説明した上記実施形態では、ステップ＃２においてＡＭＤ制御が作動中であるか否かを判定する前に、ステップ＃１において、回転数及び目標トルクに基づいて通常制御時の昇圧指令値ＶＮを取得する例を示した。しかし、ＴＣＵ１０は、一連の処理のはじめにＡＭＤ制御が作動中であるか否かを判定してもよい。即ち、ＡＭＤ制御が作動中であれば、昇圧指令値を一定値であるＡＭＤ時昇圧指令値ＶＦに設定し、非作動中であれば、回転数及び目標トルクに基づいて通常制御時の昇圧指令値ＶＮを取得し、これを昇圧指令値として設定するようにしてもよい。

（２） 上記の実施形態にあっては、車両が駆動源として回転電機と、この回転電機以外の駆動源（エンジン）を備えたハイブリッド車両である例を示した。しかし、本願の対象は、電圧変換部を有する回転電機駆動装置により駆動制御される回転電機を備えたシステムを対象とする。従って、駆動源が回転電機のみであってもよく、回転電機を駆動源とする電気車両にも本発明を適用することができる。

（３） 上記の実施形態にあっては、ハイブリッド車両に一対の回転電機を備え、一方の回転電機がモータとして、他方の回転電機がジェネレータとして働く例を示した。しかし、本発明は、単一の回転電機を備え、この回転電機がモータ及びジェネレータとして働くモードを備えた、任意のハイブリッド車両にも適用することができる。

本発明は、駆動源に回転電機を含む電気自動車、ハイブリッド車両に適用することができる。

車両駆動システムの駆動系の構成を模式的に示すブロック図 回転電機制御系の構成を模式的に示すブロック図 車両駆動システムの駆動系の構成を模式的に示すブロック図 回転電機の速度とトルクとの相関図 昇圧指令値の推移を模式的に示すタイミングチャート 昇圧指令値を設定する手順を示すフローチャート

符号の説明

４：電圧変換部
５：周波数変換部
１０：ＴＣＵ（制御部）
Ｂ：バッテリ（直流電源）
Ｅ：エンジン
Ｉｎ：回転電機駆動装置
ＭＧ１：第１回転電機
ＭＧ２：第２回転電機
Ｐ１：動力分配機構
Ｗ：車輪
ＶＮ：通常時昇圧指令値
ＶＦ：ＡＭＤ時昇圧指令値

Claims (7)

1. 直流電源と、
   車両を駆動するための回転電機と、
   前記直流電源と前記回転電機との間に介在され、前記回転電機が力行する際に前記直流電源の出力を交流に変換し、前記回転電機が回生する際に前記回転電機からの出力を直流に変換する周波数変換部と、
   前記直流電源と前記周波数変換部との間に介在され、前記回転電機の目標トルクに応じて設定される昇圧指令値に基づいて前記直流電源の出力を昇圧する電圧変換部と、
   前記周波数変換部及び前記電圧変換部を制御し、車両のアンチロック・ブレーキ・システムの作動時に発生する前記車両の駆動系の振動を抑制させる方向のトルクを前記回転電機に発生させるアクティブ・モータ・ダンピング制御を行う制御部と、を備えた回転電機制御システムであって、
   前記制御部は、前記アクティブ・モータ・ダンピング制御の実行時には、前記昇圧指令値を前記目標トルクに拘わらず一定のＡＭＤ時昇圧指令値に設定する回転電機制御システム。
2. 前記ＡＭＤ時昇圧指令値は、前記アクティブ・モータ・ダンピング制御を実施する前記回転電機の最大回転数以内の全域において、前記回転電機が前記アクティブ・モータ・ダンピング制御のための所定のＡＭＤ時最大トルクを正負両方向に出力可能な値に設定される請求項１に記載の回転電機制御システム。
3. 前記ＡＭＤ時昇圧指令値は、前記電圧変換部及び周波数変換部の許容電圧と前記ＡＭＤ時昇圧指令値との差が、前記回転電機が前記アクティブ・モータ・ダンピング制御される際に前記周波数変換部の直流側に生じる電圧変動の振幅値よりも大きくなるように設定される請求項１又は２に記載の回転電機制御システム。
4. 前記ＡＭＤ時昇圧指令値は、前記目標トルクに応じて設定される前記昇圧指令値の最大値よりも低い値に設定される請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機制御システム。
5. 前記制御部は、前記車両の駆動系の共通軸において換算した、車輪の速度と回転電機の回転速度との差分に基づいて、前記アクティブ・モータ・ダンピング制御の実施時に前記回転電機に発生させる前記目標トルクとして、当該差分を縮小する方向へのトルクを演算する請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機制御システム。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の回転電機制御システムを備えるとともに、
   前記回転電機として、第１回転電機と第２回転電機とを備え、
   前記第１回転電機および前記第２回転電機以外の駆動源から発生される駆動力を分配する動力分配機構を備え、前記動力分配機構により分配された一方の駆動力が車輪に、他方の駆動力が前記第１回転電機に伝達されるとともに、前記第２回転電機により発生される駆動力が前記車輪に伝達される車両駆動システム。
7. 前記動力分配機構が、回転速度の順に、第１回転要素、第２回転要素および第３回転要素を有する遊星歯車機構を含んで構成され、
   前記第１回転電機が前記第１回転要素に接続され、前記回転電機以外の駆動源が前記第２回転要素に接続され、前記第２回転電機及び前記第３回転要素が車輪に接続されている請求項６に記載の車両駆動システム。

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