JP6265187B2 - 車両 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に関し、詳しくは、モータと、インバータと、バッテリと、昇圧コンバータと、を備える車両に関する。
従来、この種の車両としては、モータと、インバータと、バッテリと、昇圧コンバータと、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。インバータは、モータを駆動する。昇圧コンバータは、リアクトルとコンデンサとを有し、インバータが接続された第1電力ラインとバッテリが接続された第2電力ラインとに接続されている。この車両では、第1電力ラインの電圧が目標電圧となるようにリアクトルの目標電流を設定し、リアクトルに流れる電流が目標電流となるように昇圧コンバータを制御することにより、第1電力ラインの電圧の変動を抑制し、モータを応答性よく制御している。
国際公開2010/137128号
上述の車両では、モータの電力変動の周波数が、昇圧コンバータのリアクトルとコンデンサとを含む回路に共振が生じる共振周波数帯内の周波数になると、回路に共振が生じて、リアクトル電流の変動が大きくなる。リアクトル電流の変動が大きくなると、インバータが接続された第1電力ラインの電圧の変動が大きくなり、モータのパワーの変動が大きくなってしまう。
本発明の車両は、昇圧コンバータのリアクトルとコンデンサとを含む回路に共振が生じることを抑制することを主目的とする。
本発明の車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の第1の車両は、
モータと、
前記モータを駆動するためのインバータと、
バッテリと、
リアクトルとコンデンサとを有し、前記インバータが接続された第1電力ラインと前記バッテリが接続された第2電力ラインとに接続された昇圧コンバータと、
前記第1電力ラインの電圧が目標電圧となるように前記リアクトルの目標電流を設定し、前記リアクトルに流れるリアクトル電流が前記目標電流となるようにゲインを用いて前記昇圧コンバータを制御する電流制御を実行する制御手段と、
を備える車両であって、
前記制御手段は、前記モータの回転数に基づくモータの電力変動の周波数が、前記電流制御を実行したときに前記昇圧コンバータの前記リアクトルと前記コンデンサとを含む回路に共振が生じる共振周波数帯外の周波数となるように、前記ゲインを設定する、
ことを要旨とする。
この本発明の第1の車両では、第1電力ラインの電圧が目標電圧となるようにリアクトルの目標電流を設定し、リアクトルに流れるリアクトル電流が目標電流となるようにゲインを用いて昇圧コンバータを制御する。そして、モータの回転数に基づくモータの電力変動の周波数が、電流制御を実行したときに昇圧コンバータを含む回路に共振が生じる共振周波数帯外の周波数となるように、ゲインを設定する。これにより、モータの電力変動の周波数が共振周波数帯内の周波数となることが抑制され、昇圧コンバータのリアクトルとコンデンサとを含む回路に共振が生じることを抑制することができる。
こうした本発明の第1の車両において、前記制御手段は、前記モータからトルクが出力されるように矩形波制御モードを含む複数の制御モードで前記インバータを制御し、前記制御モードが前記矩形波制御モードであるときに、前記モータの電力変動の周波数が前記共振周波数帯外となるように、前記ゲインを設定する、ものとしてもよい。インバータの制御モードが矩形波制御モードであるときには、他の制御モードであるときと比較すると、昇圧コンバータのリアクトルとコンデンサとを含む回路に共振が生じたときに、リアクトル電流の変化がより大きくなると考えられる。したがって、インバータの制御モードが矩形波制御モードであるときに、モータの電力変動の周波数が共振周波数帯外となるように、ゲインを設定することにより、より適正な時期に、昇圧コンバータのリアクトルとコンデンサとを含む回路に共振が生じることを抑制することができる。
また、本発明の第1の車両において、前記共振周波数帯は、前記昇圧コンバータを制御するためのキャリア周波数を用いて設定される、ものとしてもよい。共振周波数帯は、キャリア周波数に応じてその周波数帯が高周波数側または低周波数側に移動する。そのため、共振周波数帯をキャリア周波数を用いて設定することにより、より精度よく、モータの電力変動の周波数を共振周波数帯外の周波数にすることができる。これにより、より適正に、昇圧コンバータのリアクトルとコンデンサとを含む回路に共振が生じることを抑制することができる。
本発明の第2の車両は、
モータと、
前記モータを駆動するためのインバータと、
バッテリと、
リアクトルとコンデンサとを有し、前記インバータが接続された第1電力ラインと前記バッテリが接続された第2電力ラインとに接続された昇圧コンバータと、
前記第1電力ラインの電圧が目標電圧となるように前記リアクトルの目標電流を設定し、前記リアクトルに流れるリアクトル電流が前記目標電流となるようにゲインを用いて前記昇圧コンバータを制御する電流制御を実行する制御手段と、
を備える車両であって、
前記制御手段は、前記モータの回転数に基づくモータの電力変動の周波数が、前記電流制御を実行したときに前記昇圧コンバータの前記リアクトルと前記コンデンサとを含む回路に共振が生じる共振周波数帯内の周波数であるときには、前記電流制御を中止して、前記第1電力ラインの電圧が前記目標電圧となるように前記昇圧コンバータを制御する電圧制御を実行する、
ことを要旨とする。
この本発明の第2の車両では、第1電力ラインの電圧が目標電圧となるようにリアクトルの目標電流を設定し、リアクトルに流れるリアクトル電流が目標電流となるようにゲインを用いて昇圧コンバータを制御する電流制御を実行する。そして、モータの回転数に基づくモータの電力変動の周波数が、電流制御を実行したときに昇圧コンバータのリアクトルとコンデンサとを含む回路に共振が生じる共振周波数帯内の周波数であるときには、電流制御を中止して、第1電力ラインの電圧が目標電圧となるように昇圧コンバータを制御する電圧制御を実行する。モータの電力変動の周波数が、共振周波数帯内の周波数であるときに電流制御を実行すると、昇圧コンバータのリアクトルとコンデンサとを含む回路に共振が生じる場合がある。したがって、モータの電力変動の周波数が共振周波数帯内の周波数であるときには、電流制御を中止することにより、昇圧コンバータのリアクトルとコンデンサとを含む回路に共振が生じることを抑制することができる。
こうした本発明の第2の車両において、前記制御手段は、前記モータからトルクが出力されるように矩形波制御モードを含む複数の制御モードで前記インバータを制御し、前記制御モードが前記矩形波制御モードであり且つ前記モータの電力変動の周波数が前記共振周波数帯内の周波数であるときには、前記電流制御を中止して、前記電圧制御を実行する、ものとしてもよい。インバータの制御モードが矩形波制御モードであるときには、他の制御モードであるときと比較すると、昇圧コンバータのリアクトルとコンデンサとを含む回路に共振が生じたときに、リアクトル電流の変化がより大きくなると考えられる。したがって、制御モードが矩形波制御モードであり且つモータの電力変動の周波数が共振周波数帯内の周波数であるときには、電流制御を中止することにより、より適正な時期に、昇圧コンバータのリアクトルとコンデンサとを含む回路に共振が生じることを抑制することができる。
本発明の第1実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 モータMG1,MG2を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。 モータECU40により実行されるゲイン設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 電気1次周波数fm2と昇圧コンバータ55の入力電圧(低圧側電力ライン54bの電圧VL)に対する出力電圧(高圧側電力ライン54aの電圧VH)の電圧比Rv(VH/VL)との関係を示す説明図である。 値G2に設定されたゲインGを用いて電流制御を実行する電気1次周波数fm2の範囲と共振周波数帯との関係を示す説明図である。 値G3に設定されたゲインGを用いて電流制御を実行する電気1次周波数fm2の範囲と共振周波数帯との関係を示す説明図である。 キャリア周波数fcを用いて判定用閾値fth1,fth2を設定する変形例のゲイン設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ゲインGが値G2である場合においてキャリア周波数fcを値fc1,fc2,fc3(fc1<fc2<fc3)と変化させたときの電気1次周波数fmと昇圧コンバータ55の電圧比Rv(VH/VL)との関係を示す説明図である。 第2実施例のハイブリッド自動車20BのモータECU40により実行される昇圧コンバータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の第1実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。図2は、モータMG1,MG2を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。第1実施例のハイブリッド自動車20は、図1に示すように、エンジン22と、プラネタリギヤ30と、モータMG1,MG2と、インバータ41,42と、昇圧コンバータ55と、バッテリ50と、システムメインリレー56と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、HVECUという)70と、を備える。
エンジン22は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により運転制御されている。
エンジンECU24は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートから入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。
・エンジン22のクランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ23からのクランク角θcr
・スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットル開度TH
エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、以下のものを挙げることができる。
・燃料噴射弁への駆動信号
・スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号
・イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号
エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このエンジンECU24は、HVECU70からの制御信号によりエンジン22を運転制御する。また、エンジンECU24は、必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをHVECU70に出力する。エンジンECU24は、クランクポジションセンサ23により検出されたクランク角θcrに基づいて、クランクシャフト26の回転数、即ち、エンジン22の回転数Neを演算している。
プラネタリギヤ30は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ30のサンギヤには、モータMG1の回転子が接続されている。プラネタリギヤ30のリングギヤには、駆動輪38a,38bにデファレンシャルギヤ37を介して連結された駆動軸36とモータMG2の回転子とが接続されている。プラネタリギヤ30のキャリヤには、エンジン22のクランクシャフト26が接続されている。
モータMG1は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを有する同期発電電動機として構成されている。このモータMG1は、上述したように、回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されている。モータMG2は、モータMG1と同様に、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを有する同期発電電動機として構成されている。このモータMG2は、上述したように、回転子が駆動軸36に接続されている。
図1や図2に示すように、インバータ41は、高圧側電力ライン54aに接続されている。このインバータ41は、6つのトランジスタ(スイッチング素子)T11〜T16と、6つのダイオードD11〜D16と、を有する。トランジスタT11〜T16は、それぞれ、高圧側電力ライン54aの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるように、2個ずつペアで配置されている。6つのダイオードD11〜D16は、それぞれ、トランジスタT11〜T16に逆方向に並列接続されている。トランジスタT11〜T16の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータMG1の三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。したがって、インバータ41に電圧が作用しているときに、モータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40によって、対となるトランジスタT11〜T16のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータMG1が回転駆動される。
インバータ42は、インバータ41と同様に、高圧側電力ライン54aに接続されている。また、インバータ42は、インバータ41と同様に、6つのトランジスタ(スイッチング素子)T21〜T26と、6つのダイオードD21〜D26と、を有する。そして、インバータ42に電圧が作用しているときに、モータECU40によって、対となるトランジスタT21〜T26のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータMG2が回転駆動される。
昇圧コンバータ55は、高圧側電力ライン54aと、バッテリ50が接続された低圧側電力ライン54bと、に接続されている。この昇圧コンバータ55は、2つのトランジスタ(スイッチング素子)T31,T32と、2つのダイオードD31,D32と、リアクトルLと、を有する。トランジスタT31は、高圧側電力ライン54aの正極母線に接続されている。トランジスタT32は、トランジスタT31と、高圧側電力ライン54aおよび低圧側電力ライン54bの負極母線と、に接続されている。2つのダイオードD31,D32は、それぞれ、トランジスタT31,T32に逆方向に並列接続されている。リアクトルLは、トランジスタT31,T32同士の接続点Cnと、低圧側電力ライン54bの正極母線と、に接続されている。昇圧コンバータ55は、モータECU40によって、トランジスタT31,T32のオン時間の割合が調節されることにより、低圧側電力ライン54bの電力を昇圧して高圧側電力ライン54aに供給したり、高圧側電力ライン54aの電力を降圧して低圧側電力ライン54bに供給したりする。
高圧側電力ライン54aの正極母線と負極母線とには、高圧側コンデンサ57が接続されている。低圧側電力ライン54bの正極母線と負極母線とには、低圧側コンデンサ58が接続されている。
モータECU40は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。モータECU40には、モータMG1,MG2や昇圧コンバータ55を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。
・モータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの回転位置θm1,θm2
・モータMG1,MG2の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流
・高圧側コンデンサ57の端子間に取り付けられた電圧センサ57aからの高圧側コンデンサ57(高圧側電力ライン54a)の電圧VH
・低圧側コンデンサ58の端子間に取り付けられた電圧センサ58aからの低圧側コンデンサ58(低圧側電力ライン54b)の電圧VL
・昇圧コンバータ55の接続点CnとリアクトルLとの間に取り付けられた電流センサ55aからのリアクトルLの電流IL(リアクトルL側から接続点側に流れるときが正の値)
モータECU40からは、モータMG1,MG2や昇圧コンバータ55を駆動制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、以下のものを挙げることができる。
・インバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜T26へのスイッチング制御信号
・昇圧コンバータ55のトランジスタT31,T32へのスイッチング制御信号
モータECU40は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このモータECU40は、HVECU70からの制御信号によってモータMG1,MG2や昇圧コンバータ55を駆動制御する。また、モータECU40は、必要に応じてモータMG1,MG2や昇圧コンバータ55の駆動状態に関するデータをHVECU70に出力する。なお、モータECU40は、モータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいて、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2を演算している。
バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低圧側電力ライン54bに接続されている。このバッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52により管理されている。
バッテリECU52は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。
・バッテリ50の端子間に設置された電圧センサ51aからの電池電圧Vb
・バッテリ50の出力端子に取り付けられた電流センサ51bからの電池電流Ib
・バッテリ50に取り付けられた温度センサ51cからの電池温度Tb
バッテリECU52は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このバッテリECU52は、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータをHVECU70に出力する。バッテリECU52は、電流センサ51bにより検出された電池電流Ibの積算値に基づいてバッテリ50の蓄電割合SOCを演算している。バッテリ50の蓄電割合SOCは、バッテリ50の全容量に対するバッテリ50から放電可能な電力の容量の割合である。また、バッテリECU52は、演算した蓄電割合SOCと、温度センサ51cにより検出された電池温度Tbと、に基づいてバッテリ50の入出力制限Win,Woutを演算している。バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、バッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である。
システムメインリレー56は、低圧側電力ライン54bの正極母線および負極母線における低圧側コンデンサ58よりもバッテリ50側に設けられている。このシステムメインリレー56は、オンのときには、バッテリ50と昇圧コンバータ55とを接続し、オフのときには、バッテリ50と昇圧コンバータ55との接続を解除する。
HVECU70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。
・イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号
・シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP
・アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc
・ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP
・車速センサ88からの車速V
HVECU70からは、システムメインリレー56への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。HVECU70は、上述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されている。このHVECU70は、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された第1実施例のハイブリッド自動車20では、ハイブリッド走行モード(HV走行モード),電動走行モード(EV走行モード)などの走行モードで走行する。HV走行モードは、エンジン22の運転とモータMG1,MG2の駆動とを伴って走行する走行モードである。EV走行モードは、エンジン22を運転停止すると共にモータMG2を駆動して走行する走行モードである。
HV走行モードでは、HVECU70は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accと車速センサ88からの車速Vとに基づいて、走行に要求される(駆動軸36に出力すべき)要求トルクTr*を設定する。続いて、要求トルクTr*に駆動軸36の回転数Npを乗じて、走行に要求される走行用パワーPdrv*を計算する。ここで、駆動軸36の回転数Npとしては、モータMG2の回転数Nm2,車速Vに換算係数を乗じて得られる回転数などを用いることができる。そして、走行用パワーPdrv*からバッテリ50の充放電要求パワーPb*(バッテリ50から放電するときが正の値)を減じて、車両に要求される要求パワーPe*を計算する。次に、要求パワーPe*がエンジン22から出力されると共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるように、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定する。そして、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*をエンジンECU24に送信すると共に、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信する。エンジンECU24は、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*を受信すると、受信した目標回転数Ne*および目標トルクTe*に基づいてエンジン22が運転されるように、エンジン22の吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御,開閉タイミング制御などを行なう。モータECU40は、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を受信すると、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようにインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このHV走行モードでは、要求パワーPe*が停止用閾値Pstop以下に至ったときなどに、エンジン22の停止条件が成立したと判断し、エンジン22の運転を停止して、EV走行モードに移行する。
EV走行モードでは、HVECU70は、まず、HV走行モードと同様に、要求トルクTr*を設定する。続いて、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定する。そして、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるように、モータMG2のトルク指令Tm2*を設定する。そして、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信する。モータECU40は、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を受信すると、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようにインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このEV走行モードでは、HV走行モードと同様に計算した要求パワーPe*が停止用閾値Pstopよりも大きい始動用閾値Pstart以上に至ったときなどに、エンジン22の始動条件が成立したと判断し、エンジン22を始動して、HV走行モードに移行する。
第1実施例では、モータECU40は、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2とトルク指令Tm1*,Tm2*とに基づいてそれぞれ複数の制御モードから1つの制御モードを選択してインバータ41,42をスイッチング制御する。ここで、インバータ41,42の制御モードは、それぞれ図示しないマップにより、モータの回転数およびトルクが低い領域から順に、三角波比較によるパルス幅変調(PWM)制御による正弦波制御モード,三角波の振幅を超えた振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成して変換した過変調電圧としてのPWM信号でインバータをスイッチングする過変調制御モード,トルク指令に応じた電圧位相の矩形波電圧でインバータをスイッチングする矩形波制御モードが選択される。これは、モータMG1,MG2やインバータ41,42の特性として、矩形波制御方式,過変調制御方式,正弦波制御方式の順で、モータMG1,MG2の出力応答性や制御性がよくなり出力が小さくなりインバータ41,42のスイッチング損失などが大きくなるという特性を踏まえて、低回転数低トルクの領域では、正弦波制御方式でインバータ41,42を制御することによってモータMG1,MG2の出力応答性や制御性を良くし、高回転数高トルク領域では、矩形波制御方式でインバータ41,42を制御することによって大きな出力を可能とすると共にインバータ41,42のスイッチング損失などを低減するためである。
モータECU40は、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*とモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2とに基づいてモータMG1,MG2を駆動するのに必要な目標電圧VH*を設定する。そして、高圧側電力ライン54aの電圧VHが目標電圧VH*となるのに必要なリアクトルLの目標電流ILtagを設定する。そして、リアクトルLに流れる電流ILが目標電流ILtagとなるように次式(1)により昇圧コンバータ55の2つのトランジスタT31,T32の目標デューティ比Dtag*を設定し、設定した目標デューティ比Dtag*とキャリア周波数fcとを用いてトランジスタT31,T32をスイッチング制御する。式(1)は、リアクトルLの電流ILを目標電流ILtagに一致させるためのフィードバック制御における関係式である。式(1)中、右辺第2項の「G」は比例項のゲインGである。こうしたリアクトルLの電流ILを目標電流ILtagに一致させるためのフィードバック制御を「電流制御」と称することがある。
Dtag*=前回Dtag*+G・(ILtag-IL) ・・・(1)
次に、こうして構成された第1実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、電流制御に用いられるゲインGを設定する際の動作について説明する。図3は、モータECU40により実行されるゲイン設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、所定時間毎(例えば、数msec毎)に繰り返して実行される。なお、説明を簡単にするため、ハイブリッド自動車20は、EV走行モードで走行していものとする。
本ルーチンが実行されると、モータECU40は、モータMG2の回転数Nm2を入力する処理を実行する(ステップS100)。モータMG2の回転数Nm2は、モータMG2の回転子の回転位置θm2に基づいて演算したものを入力する。
続いて、インバータ42の制御モードが矩形波制御モードであるか否かを判定する(ステップS110)。インバータ42の制御モードが矩形波制御モードであるか否かを判定するのは、矩形波制御モードであるときには、他の制御モードであるときと比較して、高圧側電力ライン54aの電圧VHの変動に対するモータMG2の出力の変動がより大きくなると考えられるからである。
インバータ42の制御モードが矩形波制御モードでないとき、すなわち、正弦波制御モード,過変調制御モードのいずれかであるときには、ゲインGに値G1を設定して(ステップS120)、本ルーチンを終了する。ここで、値G1としては、その制御モードに用いられるゲインの値として予め定めたものを用いる。こうしてゲインGを設定すると、モータECU40は、値G1に設定されたゲインGを用いて上述した電流制御を実行する。こうした制御により、高圧側電力ライン54aの電圧VHを応答性よく目標電圧VH*としている。
インバータ42の制御モードが矩形波制御モードであるときには、モータMG2の回転数Nm2とモータMG2の極数P2とを用いて次式(2)によりモータMG2の電力変動の周波数の1次成分(電気1次周波数)fm2を計算し(ステップS130)、電気1次周波数fm2が判定用閾値fth1以上判定用閾値fth2以下の範囲内にあるか否かを判定する(ステップS140)。判定用閾値fth1,fth2は、ゲインGを値G2として電流制御を実行したときにおいて、昇圧コンバータ55のリアクトルLとコンデンサCとを含む回路に共振が生じる共振周波数faを含む共振周波数帯の下限周波数famin,上限周波数famaxである。ここで、値G2は、インバータ42の制御モードが矩形波制御モードであるときに基本的に用いられるゲインGの値である。値G2としては、昇圧コンバータ55の制御応答性を比較的高くできる値として予め定めたものを用いる。図4は、電気1次周波数fm2と昇圧コンバータ55の入力電圧(低圧側電力ライン54bの電圧VL)に対する出力電圧(高圧側電力ライン54aの電圧VH)の電圧比Rv(VH/VL)との関係を示す説明図である。図中、ハッチングを施した領域が共振周波数帯である。共振周波数帯は、図示するように、電圧比Rvが比較的大きくなる領域として予め定めた領域であり、第1実施例では、共振周波数faより値α1小さい下限周波数famin(=faーα1)から共振周波数faより値α1大きい上限周波数famax(=fa+α1)の範囲である。したがって、ステップS140の処理は、ゲインGを値G2として電流制御を実行したときにモータMG2の電気1次周波数fm2が共振周波数帯内に入るか否かを判定する処理となる。
fm2=Nm2・P2/2 ・・・(2)
電気1次周波数fm2が判定用閾値fth1より小さいときや判定用閾値fth2より大きいときには(ステップS140)、ゲインGを値G2として電流制御を実行しても電気1次周波数fm2が共振周波数帯に入らないと判断して、ゲインGを値G2に設定して(ステップS150)、本ルーチンを終了する。こうしてゲインGを設定すると、モータECU40は、値G2に設定されたゲインGを用いて上述した電流制御を実行する。図5は、値G2に設定されたゲインGを用いて電流制御を実行する電気1次周波数fm2の範囲と共振周波数帯との関係を示す説明図である。図中、ハッチングを施した領域が共振周波数帯である。このようにゲインGを値G2に設定することにより、電気1次周波数fm2が共振周波数帯内になることが抑制される。これにより、昇圧コンバータ55の共振が抑制され、電圧VHの変動が大きくなることが抑制され、さらには、モータMG2から出力されるパワーの変動が多くなることを抑制できる。
電気1次周波数fm2が判定用閾値fth1以上判定用閾値fth2以下であるときには(ステップS140)、ゲインGを値G2として電流制御を実行すると電気1周波数fm2が共振周波数帯に入ると判断して、ゲインGを値G3に設定して(ステップS160)、本ルーチンを終了する。こうしてゲインGを設定すると、モータECU40は、値G3に設定したゲインGを用いて上述した電流制御を実行する。値G3は、値G3に設定したゲインGを用いて電流制御を実行したときにおいて昇圧コンバータ55の共振周波数帯の上限周波数fbmax(共振周波数fbに所定値α2を加えた周波数)が、上述した下限周波数faminより小さくなる値である。一般に、ゲインGが小さいときには大きいときより共振周波数が小さくなるから、値G3は値G2より小さい値である。図6は、値G3に設定されたゲインGを用いて電流制御を実行する電気1次周波数fm2の範囲と共振周波数帯との関係を示す説明図である。図中、ハッチングを施した領域が共振周波数帯である。共振周波数帯は、図示するように、電圧比Rvが比較的大きくなる領域として予め定めた領域であり、第1実施例では、電気1次周波数が共振周波数fbより値α2小さい下限周波数fbmin(=fbーα2)から共振周波数fbより値α2大きい上限周波数fbmax(=fb+α2)の範囲である。図示するように、ゲインGを値G3に設定すると、電気1次周波数fm2が共振周波数帯内の周波数となることが抑制される。これにより、昇圧コンバータ55の共振を抑制することができ、電圧VHの変動が大きくなることが抑制され、さらには、モータMG2から出力されるパワーの変動が多くなることを抑制できる。一般に、ゲインGの値が大きいときには小さいときに比してモータECU40に対して高い処理性能が求められる。第1実施例では、ゲインGを値G2より小さい値G3に設定することにより、モータECU40に対して更に高い処理性能を求めることなく、昇圧コンバータ55の共振を抑制することができる。
以上説明した第1実施例のハイブリッド自動車20によれば、電気1次周波数fm2が判定用閾値fth1より小さいときや判定用閾値fth2より大きいときには値G2をゲインGに設定し、電気1次周波数fm2が判定用閾値fth1以上判定用閾値fth2以下のときには、値G2より小さく上限周波数fbmaxがゲインGを値G2として電流制御を実行したときの下限周波数faminより小さくなる値G3をゲインGに設定し、こうして設定されたゲインGを用いて昇圧コンバータ55における電流制御を実行する。これにより、昇圧コンバータ55の共振を抑制することができる。
第1実施例のハイブリッド自動車20では、図3に例示したゲイン設定ルーチンのステップS160の処理において、ゲインGを値G2より小さい値G3に設定するものとしたが、ゲインGは、電気1次周波数fm2が共振周波数帯外の周波数となるような値であれば如何なる値としてもよい。例えば、モータECU40の処理性能を更に高くすることを許容する場合には、ゲインGを値G2より大きくするものとしてもよい。この場合、図3に例示したゲイン設定ルーチンのステップS160の処理に代えて、共振周波数帯がモータMG2を許容される最大回転数としたときの電気1次周波数より充分大きくなるようにゲインGを設定するものとしてもよい。
第1実施例のハイブリッド自動車20では、図3に例示したゲイン設定ルーチンのステップS140の処理において、判定用閾値fth1,fth2を、ゲインGを値G2として電流制御を実行したときにおける昇圧コンバータ55の共振周波数帯の下限周波数famin,上限周波数famaxとしている。トランジスタT31,T32をスイッチング制御する際のキャリア周波数fcが、トランジスタT31,T32の温度などに応じて変更される場合には、キャリア周波数fcを用いて判定用閾値fth1,fth2を設定するものとしてもよい。図7は、キャリア周波数fcを用いて判定用閾値fth1,fth2を設定する変形例のゲイン設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、図3に例示したゲイン設定ルーチンのステップS130の処理とステップS140の処理との間でステップS135の処理を実行する点を除いて、図3のゲイン設定ルーチンと同一の処理を実行する。
変形例のゲイン設定ルーチンでは、電気1次周波数fm2を計算すると(ステップS130)、続いて、トランジスタT31,T32をスイッチング制御する際のキャリア周波数fcを用いて判定用閾値fth1,fth2を設定する(ステップS135)。図8は、ゲインGが値G2である場合においてキャリア周波数fcを値fc1〜fc3(fc1<fc2<fc3)と変化させたときの電気1次周波数fmと昇圧コンバータ55の電圧比Rv(VH/VL)との関係を示す説明図である。図中、値fa1〜fa3は、それぞれキャリア周波数fcを値fc1〜fc3としたときの共振周波数を示している。図中、ハッチングを施した領域が共振周波数帯である。図示するように、キャリア周波数fcが高いときには低い場合より、共振周波数が高く、共振周波数帯は高周波数側にある。ステップS135の処理では、キャリア周波数とゲインGを値G2としたときの共振周波数帯の下限周波数,上限周波数との関係を予め定めて図示しないROMに記憶しておき、キャリア周波数が与えれると、与えられたキャリア周波数に対応する下限周波数,上限周波数をそれぞれ判定用閾値fth1,fth2に設定する。変形例のゲイン設定ルーチンでは、こうして設定して判定用閾値fth1,fth2を用いて、ステップS140の処理、すなわち、ゲインGを値G2として電流制御を実行したときにモータMG2の電気1次周波数fm2が共振周波数帯に入るか否かの判定を行なうから、この判定をより精度良く行なうことができる。これにより、より適正に、電気1次周波数fm2が共振周波数帯内の周波数となることを抑制することができ、昇圧コンバータ55の共振を抑制することができる。
第1実施例のハイブリッド自動車20では、図3のゲイン設定ルーチンにおいて、ステップS110の処理を実行し、インバータ42の制御モードが矩形制御モードであるときに、ステップS130〜S160の処理を実行するものとしたが、ステップS110,S120の処理を実行せずに、インバータ42の制御モードに拘わらず、ステップS130〜S160の処理を実行するものとしてもよい。
次に、本発明の第2実施例のハイブリッド自動車20Bについて説明する。第2実施例のハイブリッド自動車20Bは、図1,図2を用いて説明した第1実施例のハイブリッド自動車20と同一のハード構成をしており、昇圧コンバータ55を制御する方法を除いてハイブリッド自動車20と同一の制御が行なわれる。したがって、重複する記載を回避するために、第2実施例のハイブリッド自動車20Bのハード構成などについての説明は省略する。
第1実施例のハイブリッド自動車20では、図3に例示したゲイン設定ルーチンにおいて、電気1次周波数fm2が判定用閾値fth1以上判定用閾値fth2以下であるときには、ゲインGを値G3に設定して、設定したゲインGを用いて電流制御を実行している。昇圧コンバータ55の制御の応答性の低下を許容するならば、電気1次周波数fm2が判定用閾値fth1以上判定用閾値fth2以下であるときには、電流制御の実行を中止してもよい。図9は、第2実施例のハイブリッド自動車20BのモータECU40により実行される昇圧コンバータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、所定時間毎(例えば、数msec毎)に繰り返して実行される。
本ルーチンが実行されると、モータECU40は、図3のゲイン設定ルーチンのステップS100、S110と同様の処理で、回転数Nm2を入力し(ステップS200)、インバータ42の制御モードが矩形波制御モードであるか否かを判定する(ステップS210)。そして、矩形波制御モードであるときには、昇圧コンバータ55における電流制御を実行して(ステップS220)、本ルーチンを終了する。
インバータ42の制御モードが矩形波制御モードであるときには、図3のゲイン設定ルーチンのステップS130、S140と同様の処理で、電気1次周波数fm2を計算して(ステップS230)、計算した電気1次周波数fm2が判定用閾値fth1以上判定用閾値fth2以下であるか否かを判定する(ステップS240)。電気1次周波数fm2が判定用閾値fth1より小さいときや判定用閾値fth2より大きいときには、電流制御を実行して(ステップS250)、本ルーチン終了し、電気1次周波数fm2が判定用閾値fth1以上判定用閾値fth2以下であるときには、電流制御を中止して電圧制御を実行して(ステップS260)、本ルーチンを終了する。ここで、電圧制御とは、高圧側電力ライン54aの電圧VHが目標電圧VH*となるように昇圧コンバータ55の2つのトランジスタT31,T32の目標デューティ比Dtag*を設定し、設定した目標デューティ比Dtag*とキャリア周波数fcとを用いてトランジスタT31,T32をスイッチング制御する制御である。こうした電圧制御は、上述した電流制御より制御応答性が低下するものの、電流制御を行なうことによる昇圧コンバータ55の共振が生じないから、電圧VHの変動が大きくなること、さらには、モータMG2から出力されるパワーの変動が多くなることを抑制することができる。
以上説明した第2実施例のハイブリッド自動車20Bによれば、電気1次周波数fm2が判定用閾値fth1以上判定用閾値fth2以下であるときには、電流制御を中止して、電圧制御を実行することにより、昇圧コンバータ55のリアクトルLとコンデンサCとを含む回路に共振が生じることを抑制することができる。
第2実施例のハイブリッド自動車20Bでは、図9に例示した昇圧コンバータ制御ルーチンのステップS260の処理において、電流制御を中止して、電圧制御を実行している。ステップS260の処理に代えて、ステップS250の処理を実行するときと異なるキャリア周波数fcを用いた電流制御を実行するものとしてもよい。上述したように、キャリア周波数fcに応じて共振周波数および共振周波数帯が変更される。したがって、電気1次周波数fm2が共振周波数帯外の周波数となるようなキャリア周波数fcを選択することにより、昇圧コンバータ55の共振を抑制することができる。この場合、キャリア周波数fcをステップS250の処理を実行する際のキャリア周波数より大きくするとトランジスタT31,T32のスイッチング損失が増加することから、キャリア周波数fcをより小さくするのが望ましい。
第2実施例のハイブリッド自動車20では、図9に例示した昇圧コンバータ制御ルーチンにおいて、ステップS210の処理を実行し、インバータ42の制御モードが矩形制御モードであるときに、ステップS230〜S260の処理を実行するものとしたが、ステップS210,S220の処理を実行せずに、インバータ42の制御モードに拘わらず、ステップS230〜S260の処理を実行するものとしてもよい。
第1,第2実施例のハイブリッド自動車20,20Bでは、図3に例示したゲイン設定ルーチンのステップS130,S140の処理や図9に例示した昇圧コンバータ制御ルーチンのステップS230,S240の処理において、モータMG2の電気1次周波数fm2を計算し、モータMG2の電気1次周波数fm2と判定用閾値fth1,fth2とを比較するものとしたが、モータMG1の電気1次周波数fm1を計算し、モータMG1の電気1次周波数fm1と判定用閾値fth1,fth2とを比較するものとしてもよい。
第1,第2実施例では、本発明をエンジン22とモータMG1,MG2を備えるハイブリッド自動車に適用するものとしたが、モータと、このモータを制御するインバータと、バッテリからの電圧を昇圧する昇圧コンバータと、を備える車両であれば如何なるものに適用して構わない。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータMG2が「モータ」に相当し、インバータ42が「インバータ」に相当し、バッテリ50が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ55が「昇圧コンバータ」に相当し、モータECUが「制御手段」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。
20,20B ハイブリッド自動車、22 エンジン、23 クランクポジションセンサ、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、30 プラネタリギヤ、36 駆動軸、37 デファレンシャルギヤ、38a,38b 駆動輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51a 電圧センサ、51b 電流センサ、51c 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54a 高圧側電力ライン、54b 低圧側電力ライン、55 昇圧コンバータ、55a 電流センサ、56 システムメインリレー、57 高圧側コンデンサ、57a 電圧センサ、58 低圧側コンデンサ、58a 電圧センサ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、Cn 接続点、D11〜D16,D21〜D26,D31,D32 ダイオード、MG1,MG2 モータ、T11〜T16,T21〜T26,T31,T32 トランジスタ。

Claims (5)

  1. モータと、
    前記モータを駆動するためのインバータと、
    バッテリと、
    リアクトルとコンデンサとを有し、前記インバータが接続された第1電力ラインと前記バッテリが接続された第2電力ラインとに接続された昇圧コンバータと、
    前記第1電力ラインの電圧が目標電圧となるように前記リアクトルの目標電流を設定し、前記リアクトルに流れるリアクトル電流が前記目標電流となるようにゲインを用いて前記昇圧コンバータを制御する電流制御を実行する制御手段と、
    を備える車両であって、
    前記制御手段は、前記モータの回転数に基づくモータの電力変動の周波数が、前記電流制御を実行したときに前記昇圧コンバータの前記リアクトルと前記コンデンサとを含む回路に共振が生じる共振周波数帯外の周波数となるように、前記ゲインを設定する、
    車両。
  2. 請求項1記載の車両であって、
    前記制御手段は、
    前記モータからトルクが出力されるように矩形波制御モードを含む複数の制御モードで前記インバータを制御し、
    前記制御モードが前記矩形波制御モードであるときに、前記モータの電力変動の周波数が前記共振周波数帯外となるように、前記ゲインを設定する、
    車両。
  3. 請求項1または2記載の車両であって、
    前記共振周波数帯は、前記昇圧コンバータを制御するためのキャリア周波数を用いて設定される、
    車両。
  4. モータと、
    前記モータを駆動するためのインバータと、
    バッテリと、
    リアクトルとコンデンサとを有し、前記インバータが接続された第1電力ラインと前記バッテリが接続された第2電力ラインとに接続された昇圧コンバータと、
    前記第1電力ラインの電圧が目標電圧となるように前記リアクトルの目標電流を設定し、前記リアクトルに流れるリアクトル電流が前記目標電流となるようにゲインを用いて前記昇圧コンバータを制御する電流制御を実行する制御手段と、
    を備える車両であって、
    前記制御手段は、前記モータの回転数に基づくモータの電力変動の周波数が、前記電流制御を実行したときに前記昇圧コンバータの前記リアクトルと前記コンデンサとを含む回路に共振が生じる共振周波数帯内の周波数であるときには、前記電流制御を中止して、前記第1電力ラインの電圧が前記目標電圧となるように前記昇圧コンバータを制御する電圧制御を実行する、
    車両。
  5. 請求項4記載の車両であって、
    前記制御手段は、
    前記モータからトルクが出力されるように矩形波制御モードを含む複数の制御モードで前記インバータを制御し、
    前記制御モードが前記矩形波制御モードであり且つ前記モータの電力変動の周波数が前記共振周波数帯内の周波数であるときには、前記電流制御を中止して、前記電圧制御を実行する、
    車両。
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