JP7181714B2 - 車両駆動システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機とインバータとを備えた車両駆動システムに適用される制御装置に関する。

近年、電気自動車（ＥＶ車両）の航続距離を延長して、その利便性の向上させる目的で、各コンポーネントでの電力の低損失化を図る技術開発が行われている。その低損失化を図る技術として、インバータの矩形波制御がある。その矩形波制御では、ＰＷＭ制御と比べて、インバータのスイッチング回数が減ることでスイッチング損失が減る。また、キャリア由来の電流リップルの周波数および大きさが小さくなるため、回転電機での鉄損も低減する。そのため、矩形波制御を行う期間を拡大することが、航続距離を延長するための手段の一つである。

特開２０１０－２２０４３１号公報

矩形波制御を行う期間を拡大する技術として、例えば特許文献１に記載のものがある。これは電圧を上昇させる昇圧コンバータの制御（ＰＡＭ制御）を行うことで、矩形波制御を行うことができる期間を拡大している。これによれば、インバータでのスイッチング損失は下がる。しかし、昇圧コンバータでの損失が生じる。また、電圧を上昇させることにより、昇圧コンバータのリアクトルでの損失が増大する。特に、高出力域で、このような損失の増大が顕著となる。

また、それ以外の技術としては、強め界磁制御を行うことで、矩形波制御を行う領域を拡大する技術がある。これによっても、インバータでのスイッチング損失は下がる。しかし、低トルク域では電流実効値が上がるため、回転電機での導通損とインバータでの導通損が増大してしまうというデメリットがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回転電機とインバータとを備えた車両駆動システムにおいて、電力の低損失化を図ることを目的とする。

本発明の制御装置は、回転電機と、前記回転電機と直流電源との間の電力伝達を行うインバータと、前記回転電機の動力を車両の駆動輪に伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構に設けられた変速機と、を備える車両駆動システムに適用される。

制御装置は、前記車両の走行速度又はその相関値である第１マップパラメータ、及び前記駆動輪の駆動トルク又はその相関値である第２マップパラメータを取得する取得部と、取得された前記第１マップパラメータ及び前記第２マップパラメータ、並びに前記第１マップパラメータ及び前記第２マップパラメータと関係付けられて所定情報が規定されたマップに基づいて、前記インバータの制御モードを過変調制御又は矩形波制御にできる前記変速機の変速比があると判定した場合には、現在の前記変速比が前記過変調制御又は前記矩形波制御にできる変速比となるように前記変速機を制御し、かつ、現在の前記制御モードが前記過変調制御又は前記矩形波制御になるように前記インバータを制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、制御モードが過変調制御又は矩形波制御になる変速比がある場合には、過変調制御又は矩形波制御になるように変速比を制御するため、過変調制御又は矩形波制御を行う期間が拡大される。そのため、インバータのスイッチング損失が低減する。また、電流リップルの周波数及び大きさが小さくなることで、回転電機での鉄損も低減する。以上、本発明によれば、車両駆動システムの低損失化を図ることができる。

第１実施形態の制御装置等を示す概略図 制御装置による変速制御を示すフローチャート 車両を一定の駆動トルク指令値で加速させた際のマップを示す図 車両を一定の駆動トルク指令値で減速させた際のマップを示す図 車両を一定の駆動トルク指令値で減速させた際の各値の変化を示す図 第１実施形態のマップと従来のマップとを示す図 第１実施形態の効果を示すグラフ 第２実施形態での変速制御を示すフローチャート 車両を一定の駆動トルク指令値で減速させた際のマップを示す図 第３実施形態のマップを示す図 第４実施形態のマップを示す図 第５実施形態での変速制御を示すフローチャート 車両を一定の駆動トルク指令値で加速させた際のマップを示す図 第６実施形態のマップを示す図

次に本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。但し、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できる。

［第１実施形態］
図１に示すように、本実施形態の制御装置９１は、電気自動車、ハイブリッド自動車又は燃料電池自動車等、回転電機を車両の走行動力源とする車両駆動システム９０に適用される。車両駆動システム９０は、バッテリ１０（直流電源）と、インバータ２０と、回転電機３０と、動力伝達機構と、駆動輪５０とを備える。

インバータ２０は、バッテリ１０から供給される直流電流を交流電流に変換して回転電機３０に伝達する。回転電機３０は、ステータ巻線と、ステータ巻線により回転駆動されるロータとを備えている。回転電機３０の回転速度Ｎ（ロータの回転速度Ｎ）は、回転速度センサ３２により計測される。

動力伝達機構は、回転電機３０のロータと共に回転する第１軸３９と、車両の駆動輪５０と共に回転する第２軸４１と、第１軸３９と第２軸４１との間に設けられた変速機４０とを有する。変速機４０は、第１軸３９と第２軸４１との間で変速比を変更する。詳しくは、本実施形態の変速機４０は、２段切換の自動変速機であり、第１変速比ρＬと、第１変速比ρＬよりも変速比の低い第２変速比ρＨ（＜ρＬ）とに切り替える。回転電機３０のロータ及び第１軸３９の回転速度をＮとし、第２軸４１及び駆動輪５０の回転速度をＮｔとし、変速機４０の変速比をρとする場合、本実施形態では、「Ｎ＝ρ×Ｎｔ」の関係が成り立つ。このため、駆動輪５０の回転速度Ｎｔが同じならば、変速比ρが第１変速比ρＬとされている場合の回転電機３０のロータの回転速度Ｎは、変速比ρが第２変速比ρＨとされている場合のロータの回転速度Ｎよりも高くなる。また、本実施形態では、第１，第２変速比ρＬ，ρＨが１よりも大きい値とされている。つまり、変速機４０は、ロータの回転速度Ｎを減速して駆動輪５０に伝える。第２変速比ρＨは、従来の変速比一定の車両駆動システムの変速比と同程度であり、第１変速比ρＬは、従来の変速比一定の車両駆動システムの変速比よりも高い。

次に、制御装置９１について説明する。制御装置９１は、駆動力算出部１５と、インバータ制御部２５と、変速機制御部４５とを備える。駆動力算出部１５は、アクセル１４の開度から駆動輪５０の駆動トルク指令値Ｔを算出する。

インバータ制御部２５は、駆動力算出部１５から駆動トルク指令値Ｔを取得し、回転速度センサ３２から回転電機３０の回転速度Ｎを取得すると共に、それらの値に基づきインバータ２０を制御する。インバータ制御部２５は、ＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）、過変調制御又は矩形波制御のいずれかを選択して実行する。なお、本実施形態では、上記のいずれの制御を選択した場合においても、最大トルク制御を行う。最大トルク制御とは、同一電流に対して回転電機の出力トルクが最大となるように電流位相を調整する制御である。

ＰＷＭ制御は、回転電機３０のステータ巻線に印加される各相電圧のピーク値がバッテリ１０の出力電圧以下になる場合、ステータ巻線に印加される各相電圧がＰＷＭ電圧波形となるように正弦波ＰＷＭ制御によりインバータ２０の上，下アームスイッチを駆動する制御である。

過変調制御は、ステータ巻線に印加される各相電圧のピーク値がバッテリ１０の出力電圧を上回る場合、ＰＷＭ制御によるＰＷＭ波形電圧よりも電圧利用率ｍの高いＰＷＭ電圧波形となるように上，下アームスイッチを駆動する制御である。

矩形波制御は、回転電機３０の１電気角周期において、上，下アームスイッチをそれぞれ１回ずつオン駆動する制御である。

変速機制御部４５は、取得部４６と決定部４７と変速比制御部４８とを備える。取得部４６は、車速センサ５２から車速Ｖ（車両の走行速度）を取得し、駆動力算出部１５から駆動トルク指令値Ｔを取得する。

決定部４７は、車速Ｖと駆動トルク指令値Ｔとから電圧利用率ｍを求めるマップＭを有する。電圧利用率ｍは、下式（ｅｑ１）で表される。ここで、Ｖｄはｄ軸電圧であり、Ｖｑはｑ軸電圧であり、Ｖｄｃはバッテリ１０の電圧である。なお、マップＭは、例えば、制御装置９１の備えるメモリ等の記憶部に記憶されている。

本実施形態において、マップＭは、図３に示すように、車速Ｖ及び駆動トルク指令値Ｔと関係付けられて電圧利用率ｍが規定された情報である。図３では、横軸が車速Ｖであり、縦軸が駆動トルク指令値Ｔであり、紙面直交方向軸が電圧利用率ｍである。マップＭは、変速機４０の変速比を変えると縦横比が変わることで変形する。詳しくは、第１変速比ρＬから第２変速比ρＨにシフトアップすると、縦方向にはρＨ／ρＬ倍になるように圧縮され、横方向にはρＬ／ρＨ倍に拡張される。他方、第２変速比ρＨから第１変速比ρＬにシフトダウンすると、縦方向にはρＬ／ρＨ倍に拡張され、横方向にはρＨ／ρＬ倍になるように圧縮される。

以下では、第１変速比ρＬでのマップＭを「第１マップＭ１」といい、第２変速比ρＨでのマップＭを「第２マップＭ２」という。図３（ａ）の実線及び図３（ｂ）の破線が第１マップＭ１を示し、図３（ｂ）の実線及び図３（ａ）の破線が第２マップＭ２を示す。各マップＭ１，Ｍ２内には、ＰＷＭ制御領域Ｍａと、過変調制御領域Ｍｂと、矩形波制御領域Ｍｃとがある。車速Ｖと駆動トルク指令値Ｔとから求められる動作点Ｐ（Ｖ，Ｔ）がＰＷＭ制御領域Ｍａ内に存在する場合、電圧利用率ｍは第１規定値未満の値になるとともに、制御モードとしてＰＷＭ制御が選ばれる。本実施形態において、第１規定値は０．６１３である。また、動作点Ｐ（Ｖ，Ｔ）が過変調制御領域Ｍｂ内に存在する場合、電圧利用率ｍは第１規定値以上第２規定値未満の値になるとともに、制御モードとして過変調制御が選ばれる。本実施形態において、第２規定値は０．７８である。また、動作点Ｐ（Ｖ，Ｔ）が矩形波制御領域Ｍｃ内に存在する場合、電圧利用率ｍは第２規定値になるとともに、制御モードとして矩形波制御が選ばれる。

詳しくは、決定部４７は、利用率算出部４７ａと、モード決定部４７ｂとを備える。利用率算出部４７ａは、車速Ｖ及び駆動トルク指令値Ｔ並びにマップＭに基づいて、電圧利用率ｍを算出する。モード決定部４７ｂは、電圧利用率ｍが０．６１３未満の値になるときにＰＷＭ制御を選択し、電圧利用率ｍが０．６１３以上０．７８未満の値になるときに過変調制御を選択し、電圧利用率ｍが０．７８になるときに矩形波制御を選択する。

図１に示す変速比制御部４８は、制御モードを過変調制御又は矩形波制御にできる変速比がある場合には、過変調制御又は矩形波制御になるように変速機４０の変速比を制御する。

次に、図２を用いて、本発明の制御装置９１による変速制御を説明する。

まず、取得部４６は、駆動力算出部１５から駆動トルク指令値Ｔを取得すると共に、車速センサ５２から車速Ｖを取得する（Ｓ１０１）。次に利用率算出部４７ａは、取得された駆動トルク指令値Ｔ及び車速Ｖ、並びにマップＭから電圧利用率ｍを算出する（Ｓ１０２）。

次に、モード決定部４７ｂは、制御モードを過変調制御又は矩形波制御にできる変速比があるか否かを判定する（Ｓ１０３）。詳しくは、モード決定部４７ｂは、電圧利用率ｍを０．６１３～０．７８となる変速比があると判定した場合は、過変調制御又は矩形波制御を選択するため、Ｓ１０４に移行する。一方、電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８となる変速比がないと判定した場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、Ｓ１０８で、現在の変速比を維持したまま、インバータ２０の制御モードをＰＷＭ制御とする。

他方、条件を満たす変速比がある場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、変速比制御部４８は、条件を満たす変速比が複数あるか否か判定する（Ｓ１０４）。条件を満たす変速比が複数ない場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、変速比制御部４８は、第１，第２変速比ρＬ，ρＨのうち、条件を満たす唯一の変速比を選択する（Ｓ１０５）。他方、条件を満たす変速比が複数ある場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、変速比制御部４８は、第１，第２変速比ρＬ，ρＨの中で現在の変速比に最も近い変速比を選択する（Ｓ１０６）。

次に、Ｓ１０７において、変速機制御部４５は、Ｓ１０５又はＳ１０６で選択した変速比となるように、変速機４０を制御し、かつ、インバータ制御部２５は、現在の制御モードが、Ｓ１０５又はＳ１０６で選択した変速比に対応する制御モードとなるようにインバータ２０を制御する。この際、インバータ制御部２５は、回転電機３０から駆動輪５０に印加される駆動トルクが変速比の変更前後で変化するのを抑制するように、インバータ２０を制御する。具体的には、第１変速比ρＬから第２変速比ρＨにシフトアップさせる際には、回転電機３０の回転速度ＮをρＨ／ρＬ倍になるように下げると共に、回転電機３０の駆動トルクをρＬ／ρＨ倍に上げるように、インバータ２０を制御する。また、第２変速比ρＨから第１変速比ρＬにシフトダウンさせる際には、回転電機３０の回転速度ＮをρＬ／ρＨ倍に上げると共に、回転電機３０の駆動トルクをρＨ／ρＬ倍になるように下げるように、インバータ２０を制御する。これにより、変速比の変更前後で駆動トルクが略同一になるようにする。

次に、具体例として、図２，図３を参照しつつ、駆動トルク指令値Ｔを一定に保ったまま車両を加速させていく場合を説明する。Ｖ＝０の初期状態では、変速機４０の変速比として第１変速比ρＬが選択される。その状態から車両が加速していっても、図３（ａ）に示すように、車速Ｖと駆動トルク指令値Ｔとから求められる動作点Ｐ（Ｖ，Ｔ）が第１マップＭ１のＰＷＭ制御領域Ｍ１ａ内にある期間ｔ１は、第１変速比ρＬが選択され続ける。これは、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比がない（Ｓ１０３：ＮＯ）と判定され、Ｓ１０８の処理が実行されるためである。

その後、動作点Ｐが第１マップＭ１の過変調制御領域Ｍ１ｂに入ってから、第２マップＭ２の過変調制御領域Ｍ２ｂに入る手前までの期間ｔ２においても、第１変速比ρＬが維持される。これは、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比がある（Ｓ１０３：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０４でその変速比が複数ない（Ｓ１０４：ＮＯ）と判定され、Ｓ１０６でその唯一の変速比として、現在の変速比である第１変速比ρＬが選択されるためである。

その後、動作点Ｐが第２マップＭ２の過変調制御領域Ｍ２ｂに入ってから第１マップＭ１の矩形波制御領域Ｍ１ｃを出るまでの期間ｔ３においても、第１変速比ρＬが維持される。これは、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比がある（Ｓ１０３：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０４でその変速比が複数ある（Ｓ１０４：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０６で現在の変速比に最も近い変速比として現在の変速比である第１変速比ρＬが選択されるためである。

その後、図３（ｂ）に示すように、動作点Ｐが第１マップＭ１の矩形波制御領域Ｍ１ｃを出た時点（期間ｔ４に入った時点）で、変速機４０の変速比が第２変速比ρＨにシフトアップする。これは、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比がある（Ｓ１０３：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０４でその変速比が複数ない（Ｓ１０４：ＮＯ）と判定され、Ｓ１０５でその唯一の変速比として第２変速比ρＨが選択されるためである。このシフトアップの際、インバータ制御部２５は、回転電機３０の回転速度ＮをρＨ／ρＬ倍になるように下げると共に、回転電機３０の駆動トルクをρＬ／ρＨ倍に上げるように、インバータ２０を制御する。

次に、反対に、駆動トルク指令値Ｔを一定に保ったまま車両を減速させていく場合を、図２，図４を参照しつつ説明する。図４（ａ）に示すように、動作点Ｐが第２マップＭ２の過変調制御領域Ｍ２ｂ又は矩形波制御領域Ｍ２ｃ内にあり、かつ、第１マップＭ１の矩形波制御領域Ｍ１ｃの外にある期間ｔ４’では、上記の期間ｔ４と同様に、第２変速比ρＨが選択され続ける。

その後、動作点Ｐが第１マップＭ１の矩形波制御領域Ｍ１ｃに入ってから第２マップＭ２の過変調制御領域Ｍ２ｂを出るまでの間ｔ３’も、第２変速比ρＨが選択され続ける。これは、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比はある（Ｓ１０３：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０４でその変速比は複数ある（Ｓ１０４：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０６で現在の変速比に最も近い変速比として、現在の変速比である第２変速比ρＨが選択されるからである。

そして、動作点Ｐが第２マップＭ２のＰＷＭ制御領域Ｍ２ａに入った時点（ｔ２に入った時点）で、第１変速比ρＬにシフトダウンする。これは、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比はある（Ｓ１０３：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０４でその変速比は複数ない（Ｓ１０４：ＮＯ）と判定され、Ｓ１０５でその唯一の変速比として第１変速比ρＬが選択されるからである。このシフトダウンの際、インバータ制御部２５は、回転電機３０の回転速度ＮをρＬ／ρＨ倍に上げると共に駆動トルクをρＨ／ρＬ倍になるように下げるように、インバータ２０を制御する。その後の期間ｔ２’及びｔ１’は、減速しても、上記ｔ２又はｔ１と同様に第１変速比ρＬが選択され続ける。

このように、加速時には図３に示す上記ｔ３とｔ４との間でシフトアップし、減速時には図４に示す上記ｔ３’とｔ２’との間でシフトダウンするので、ｔ３とｔ４との間を跨いで車速Ｖが行き来した場合や、ｔ３’とｔ２’との間を跨いで車速Ｖが行き来した場合にも、シフトアップとシフトダウンとが連続して繰り返されてしまうことがない。

なお、図５は、図４に示すように駆動トルク指令値Ｔを一定に保ったまま減速していった際の各値の変化を示すグラフである。詳しくは、図５（ａ）は、車速Ｖと経過時間との関係を示すグラフである。図５（ｂ）は、駆動輪５０に印加される駆動トルクと経過時間との関係を示すグラフである。図５（ｃ）は、電圧利用率ｍと経過時間との関係を示すグラフである。図５（ｄ）は、変速比ρと経過時間との関係を示すグラフである。図５（ｅ）は、回転電機３０の回転速度Ｎと経過時間との関係を示すグラフである。図５（ｆ）は、回転電機３０のトルクと経過時間との関係を示すグラフである。

本実施形態によれば、図３等に示す第２マップＭ２では、変速比一定の従来と同程度の過変調制御領域Ｍｂ（Ｍ２ｂ）及び矩形波制御領域Ｍｃ（Ｍ２ｃ）となるが、第１マップＭ１では、変速比一定の従来よりも低速側に過変調制御領域Ｍｂ（Ｍ１ｂ）及び矩形波制御領域Ｍｃ（Ｍ１ｃ）が形成される。そのため、第２マップＭ２と第１マップＭ１とを含めると過変調制御領域Ｍ１ｂ，Ｍ２ｂ及び矩形波制御領域Ｍ１ｃ，Ｍ２ｃが拡大する。それにより、従来ではＰＷＭ制御が行われていた期間（ｔ２，ｔ２‘等）でも、過変調制御又は矩形波制御が行われることとなる。そのため、その期間（ｔ２，ｔ２‘等）では、従来に比べてスイッチング回数が減ることで、インバータ２０のスイッチング損失が低減する。また、上記の期間（ｔ２，ｔ２’等）では、従来に比べて電流リップルの周波数及び大きさが小さくなることで、回転電機３０での鉄損も低減する。以上、本実施形態によれば、車両駆動システムの低損失化を図ることができる。

図６は、本実施形態の第２マップＭ２と従来のマップＭ’とを示している。本実施形態では、第２変速比ρＨが従来の変速比と同程度であり、低速時に第１変速比ρＬに切り替えて第１マップＭ１を使用するので、第２変速比ρＨと第１変速比ρＬとの比だけ、最高トルクを下げること、すなわち、最高トルクをρＨ／ρＬ倍にまで下げることができる。そのため、積厚（回転電機３０の軸方向長さ）も従来のρＨ／ρＬ倍にまで小さくすることができ、回転電機３０の体格及びコストを低減できる。また、体格がそのままでよいのであれば、磁束をρＨ／ρＬ倍にまで小さくすること、すなわち、表面磁束が少ない磁石を用いることができるので、回転電機３０を低コスト化できる。

図７は、本実施形態の効果を示すグラフである。本実施形態では、変速機４０を設けることで、従来にはない変速機４０での損失が発生するが、それ以上に、回転電機３０での損失（鉄損）とインバータ２０での損失（スイッチング損失）との合計が低減されることにより、全体での損失が低減される。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態のものと同一の又は対応する部材、ステップ等は同一の符号を付して、第１実施形態と異なる点のみを説明する。

第２実施形態では、図８に示すように、Ｓ１０６で現在の変速比に最も近い変速比を選択するのではなく、電圧利用率ｍが最も高くなる変速比を選択する点で相違する。

具体例として、図８，図９を参照しつつ、駆動トルク指令値Ｔを一定に保ったまま車両を減速させていった場合を説明する。点Ｐが第２マップＭ２の過変調制御領域Ｍ２ｂ又は矩形波制御領域Ｍ２ｃ内にあり、かつ、第１マップＭ１の矩形波制御領域Ｍ１ｃの外にある間ｔ４’は、第１実施形態と同様に、第２変速比ρＨが選択される。

その後、点Ｐが第１マップＭ１の矩形波制御領域Ｍ１ｃに入った時点（期間ｔ３’に入った時点）で、第１変速比ρＬにシフトダウンする。これは、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比はある（Ｓ１０６：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０４でその変速比は複数ある（Ｓ１０４：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０６で最も電圧利用率ｍが高い変速比として第１変速比ρＬが選択されるからである。その後は、第１変速比ρＬが選択され続ける。なお、シフトアップのタイミングについては、第１実施形態の場合と同様である。

本実施形態によれば、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが最も高くなる変速比を選択することで、電力の低損失化をより図ることができる。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態について、図１０を参照しつつ説明する。本実施形態では、第１実施形態のものと同一の又は対応する部材等は同一の符号を付して、第１実施形態と異なる点のみを説明する。変速機４０は、変速比を３段階で切り替える多段階変速機である。そのため、第１，第２変速比ρＬ，ρＨに対応する第１，第２マップＭ１，Ｍ２に加え、第３変速比に対応する第３マップＭ３を有する。本実施形態によれば、過変調制御又は矩形波制御を行う期間をより拡大することができる。なお、本実施形態では、変速比を３段階で切り替えるが、むろん、４段階以上で切り替えるものであってもよい。

［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態について、図１１を参照しつつ説明する。第４実施形態では、第１実施形態のものと同一の又は対応する部材等は同一の符号を付して、第１実施形態と異なる点のみを説明する。変速機４０は、変速比を連続して切り替える無段階変速機である。そのため、マップＭは連続的に縦横比が変更される。本実施形態では、変速比を所定間隔ごとに変更した各状態でのマップＭを用いて、第１実施形態と同様の制御を行う。本実施形態によっても、第３実施形態と同様、過変調制御又は矩形波制御を行う期間をより拡大することができる。

［第５実施形態］
次に本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態のものと同一の又は対応する部材、ステップ等は同一の符号を付して、第１実施形態と異なる点のみを説明する。

本実施形態では、図１２に示すように、Ｓ１０１で取得部４６は、回転電機３０のトルク指令値Ｔｍと回転電機３０の回転速度Ｎを取得する点で相違する。また、図１３に示すように、マップＭは、回転電機３０の回転速度Ｎ及びトルク指令値Ｔｍと関係付けられて電圧利用率ｍが規定された情報である点で相違する。詳しくは、マップＭは、横軸が回転電機３０の回転速度Ｎであり、縦軸が回転電機３０のトルク指令値Ｔｍである。本実施形態では、変速比が変わってもマップＭは変形しない。

動作点については、第１動作点Ｐ１と第２動作点Ｐ２とがある点で相違する。詳しくは、第１動作点Ｐ１は、第１変速比ρＬにした場合の回転電機３０の回転速度Ｎ及びトルク指令値Ｔｍを示している。また、第２動作点Ｐ２は、第２変速比ρＨにした場合の回転電機３０の回転速度Ｎ及びトルク指令値Ｔｍを示している。マップＭ内における第１動作点Ｐ１の座標を（Ｎ１，Ｔｍ１）とし、マップＭ内における第２動作点Ｐ２の座標を（Ｎ２，Ｔｍ２）とした場合、Ｎ２／Ｎ１＝ρＨ／ρＬであり、Ｔｍ２／Ｔｍ１＝ρＬ／ρＨである。これは、第１変速比ρ１から第２変速比ρ２へシフトアップする際、インバータ制御部２５は、回転電機３０の回転速度ＮをρＨ／ρＬ倍になるように下げるようにインバータ２０を制御すると共に、回転電機３０のトルク指令値ＴｍをρＬ／ρＨ倍に上げるためである。

次に、具体例として、図１２，図１３を参照しつつ、駆動トルクを一定に保ったまま車両を加速させていく場合を説明する。なお、図１３（ａ）では、第１変速比ρ１が選択された状態での第１動作点Ｐ１の軌跡を実線の矢印で示し、同状態での第２動作点Ｐ２の軌跡を破線の矢印で示している。また、図１３（ｂ）では、第２変速比ρ２が選択された状態での第１動作点Ｐ１の軌跡を破線の矢印で示し、同状態での第２動作点Ｐ２の軌跡を実線の矢印で示している。

Ｖ＝０の初期状態では、変速機４０の変速比として第１変速比ρＬが選択される。その状態から車両が加速していっても、図１３（ａ）に示すように、第１動作点Ｐ１がＰＷＭ制御領域Ｍａ内にある期間ｔ１は、第１変速比ρＬが選択され続ける。これは、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比がない（Ｓ１０３：ＮＯ）と判定され、Ｓ１０８の処理が実行されるためである。

その後、第１動作点Ｐ１が過変調制御領域Ｍｂに入ってから、第２動作点Ｐ２が過変調制御領域Ｍｂに入る手前までの期間ｔ２においても、第１変速比ρＬが維持される。これは、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比がある（Ｓ１０３：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０４でその変速比が複数ない（Ｓ１０４：ＮＯ）と判定され、Ｓ１０６でその唯一の変速比として、現在の変速比である第１変速比ρＬが選択されるためである。

その後、第２動作点Ｐ２が過変調制御領域Ｍｂに入ってから第１動作点Ｐ１が矩形波制御領域Ｍｃを出るまでの期間ｔ３においても、第１変速比ρＬが維持される。これは、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比がある（Ｓ１０３：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０４でその変速比が複数ある（Ｓ１０４：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０６で現在の変速比に最も近い変速比として現在の変速比である第１変速比ρＬが選択されるためである。

その後、図１３（ｂ）に示すように、第１動作点Ｐが矩形波制御領域Ｍｃを出た時点（期間ｔ４に入った時点）で、変速機４０の変速比が第２変速比ρＨにシフトアップする。これは、Ｓ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比がある（Ｓ１０３：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０４でその変速比が複数ない（Ｓ１０４：ＮＯ）と判定され、Ｓ１０５でその唯一の変速比として第２変速比ρＨが選択されるためである。

このシフトアップの際、インバータ制御部２５は、回転電機３０の回転速度ＮをρＨ／ρＬ倍になるように下げるようにインバータ２０を制御することにより、回転電機３０の回転速度Ｎを、第１動作点Ｐ１での回転速度から第２動作点Ｐ２での回転速度にまで低下させる。また、インバータ制御部２５は、回転電機３０のトルク指令値ＴｍをρＬ／ρＨ倍に上げることにより、回転電機３０のトルク指令値Ｔｍを、第１動作点Ｐ１でのトルク指令値から第２動作点Ｐ２でのトルク指令値に上げる。

本実施形態によれば、マップＭを変形させることなく、一のマップＭで本発明を実施することができる。

［第６実施形態］
次に本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態のものと同一の又は対応する部材、ステップ等は同一の符号を付して、第１実施形態と異なる点のみを説明する。

図１４は、本実施形態のマップＭを示している。本実施形態では、矩形波制御を行うときには、より高回転域まで当該制御を行うことができるように、すなわち、マップＭにおいて、車速Ｖがより高速になる範囲まで矩形波制御領域Ｍｃが広がるように、弱め界磁制御を行う。弱め界磁制御とは、最大トルク制御に比べて回転電機３０の界磁磁束を弱めるように電流位相を調整する制御である。その弱め界磁制御では、回転電機３０の逆起電圧を弱めるためにｄ軸に電流を流す。そのため、最大トルク制御よりも多くの電流を消費しトルク出力が小さくなる。そのため、実現可能な駆動トルク指令値Ｔの上限も小さくなる。それにより、矩形波制御領域Ｍｃにおける最高トルクラインＴmaxが、車速Ｖが高速になる側ほど第１実施形態に比べて小さくなる。そのため、第１マップＭ１における車速Ｖが最も高速になる側の端部よりも駆動トルク指令値Ｔが高い側に、第１マップＭ１内には含まれず、第２マップＭ２内にのみ含まれる領域Ｒが形成される。その領域Ｒ内に動作点Ｐがあるときは、変速比ρとして、第２変速比ρ２のみが選択可能となる。

そのため、例えば、第１マップＭ１の矩形波制御領域Ｍ１ｃ内に動作点Ｐがあり、変速比ρとして第１変速比ρ１が選ばれている状態において、駆動トルク指令値Ｔが上がることにより、動作点Ｐが領域Ｒ内に移動した場合には、変速比ρが第１変速比ρ１から第２変速比ρ２に切り替わる。これは、図２に示すＳ１０３で電圧利用率ｍが０．６１３～０．７８の条件を満たす変速比がある（Ｓ１０３：ＹＥＳ）と判定され、Ｓ１０４でその変速比が複数ない（Ｓ１０４：ＮＯ）と判定され、Ｓ１０５でその唯一の変速比として第２変速比ρＨが選択されるためである。また、これと同じフローにより、変速比ρとして第２変速比ρ２が選ばれている状態において、動作点Ｐが領域Ｒ内に維持される場合にも、変速比ρとして第２変速比ρ２が選択され続ける。

本実施形態によれば、弱め界磁制御を行うことにより、車速Ｖがより高速になる範囲にまで矩形波制御領域Ｍｃを広げることができる。なお、本実施形態では、矩形波制御を行うときにのみ、弱め界磁制御を行っているが、過変調制御を行うときにも、弱め界磁制御を行うようにしてもよい。

［その他の実施形態］
本実施形態は、例えば、次のように変更して実施できる。マップＭの横軸を、車速Ｖに代えてその相関値にすることもできる。この相関値としては、例えば、駆動輪５０の回転速度を用いることができる。また、マップＭの縦軸を、駆動トルク指令値Ｔに代えてその相関値にすることもできる。この相関値としては、例えば、駆動輪５０の駆動力を用いることができる。

また、車速Ｖ、駆動トルク指令値Ｔ等に基づいて電圧利用率等を算出し、算出した電圧利用率等に基づいて制御モードを決定するのに代えて、車速Ｖ、駆動トルク指令値Ｔ等に基づいて制御モードを直接決定することもできる。具体的には、例えば、車速Ｖ及び駆動トルク指令値Ｔと関係付けられてＰＷＭ制御、過変調制御及び矩形波制御の各制御モードが規定された情報を所定情報とする。そして、それら所定情報に基づき制御モードを決定することもできる。

また、マップＭに基づいて電圧利用率ｍを求める代わりに、その他の所定情報を求めるようにすることもできる。その所定情報としては、例えば、回転電機３０の各相の巻線の印加電圧に含まれる基本波成分の実効値をバッテリ１０の電圧で規格化した電圧規格値が挙げられる。

１０…バッテリ、２０…インバータ、２５…インバータ制御部、３０…回転電機、４０…変速機、４６…取得部、４７…決定部、４８…変速比制御部、５０…駆動輪、９０…車両駆動システム、９１…制御装置、Ｍ…マップ。

Claims (5)

1. 回転電機（３０）と、前記回転電機と直流電源（１０）との間の電力伝達を行うインバータ（２０）と、前記回転電機の動力を車両の駆動輪（５０）に伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構に設けられた変速機（４０）と、を備える車両駆動システムに適用される制御装置（９１）において、
   前記車両の走行速度（Ｖ）又はその相関値である第１マップパラメータ、及び前記駆動輪の駆動トルク（Ｔ）又はその相関値である第２マップパラメータを取得する取得部（４６）と、
   制御部（２５，４７，４８）と、
   を備え、
   前記回転電機の各相の巻線の印加電圧に含まれる基本波成分の実効値を前記直流電源の電圧で規格化した値を電圧規格値とし、
   前記制御部は、
   取得された前記第１マップパラメータ及び前記第２マップパラメータ、並びに前記第１マップパラメータ及び前記第２マップパラメータと関係付けられて前記電圧規格値が規定されたマップ（Ｍ）に基づいて、前記インバータの制御モードを過変調制御又は矩形波制御にできる前記変速機の変速比があるか否かを判定し、
   前記制御モードを前記過変調制御又は前記矩形波制御にできる前記変速機の変速比があると判定した場合には、現在の前記変速比が前記過変調制御又は前記矩形波制御にできる変速比となるように前記変速機を制御し、かつ、現在の前記制御モードが前記過変調制御又は前記矩形波制御になるように前記インバータを制御し、
   前記制御モードを前記過変調制御又は前記矩形波制御にできる前記変速機の変速比がないと判定した場合には、現在の前記変速比を維持するように前記変速機を制御し、かつ、現在の前記制御モードがＰＷＭ制御になるように前記インバータを制御する制御装置。
2. 前記制御モードが前記過変調制御又は前記矩形波制御とされる場合に前記電圧規格値が取り得る範囲を設定範囲とし、
   前記制御部は、
   取得された前記第１マップパラメータ及び前記第２マップパラメータ、並びに前記マップに基づいて、前記電圧規格値を算出し、
   算出した前記電圧規格値が前記設定範囲内になる場合には、前記制御モードを前記過変調制御又は前記矩形波制御にできる前記変速比があると判定し、
   算出した前記電圧規格値が前記設定範囲を下回る場合には、前記制御モードを前記過変調制御又は前記矩形波制御にできる前記変速比がないと判定する請求項１記載の制御装置。
3. 前記制御部は、前記制御モードを前記過変調制御又は前記矩形波制御にできる前記変速比の候補が複数存在すると判定した場合には、複数の前記変速比の候補の中から、現在の前記変速比に最も近い変速比を選択し、現在の前記変速比が選択した変速比になるように前記変速機を制御し、かつ、現在の前記制御モードが、前記過変調制御及び前記矩形波制御のうち選択した変速比に対応する制御モードとなるように前記インバータを制御する請求項１又は２記載の制御装置。
4. 回転電機（３０）と、前記回転電機と直流電源（１０）との間の電力伝達を行うインバータ（２０）と、前記回転電機の動力を車両の駆動輪（５０）に伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構に設けられた変速機（４０）と、を備える車両駆動システムに適用される制御装置（９１）において、
   前記車両の走行速度（Ｖ）又はその相関値である第１マップパラメータ、及び前記駆動輪の駆動トルク（Ｔ）又はその相関値である第２マップパラメータを取得する取得部（４６）と、
   制御部（２５，４７，４８）と、
   を備え、
   前記回転電機の各相の巻線の印加電圧に含まれる基本波成分の実効値を前記直流電源の電圧で規格化した値を電圧規格値とし、
   前記インバータの制御モードが過変調制御又は矩形波制御とされる場合に前記電圧規格値が取り得る範囲を設定範囲とし、
   前記制御部は、
   取得された前記第１マップパラメータ及び前記第２マップパラメータ、並びに前記第１マップパラメータ及び前記第２マップパラメータと関係付けられて前記電圧規格値が規定されたマップ（Ｍ）に基づいて、前記電圧規格値を算出し、
   算出した前記電圧規格値が前記設定範囲内になる場合には、前記制御モードを前記過変調制御又は前記矩形波制御にできる前記変速機の変速比があると判定し、現在の前記変速比が前記過変調制御又は前記矩形波制御にできる変速比となるように前記変速機を制御し、かつ、現在の前記制御モードが前記過変調制御又は前記矩形波制御になるように前記インバータを制御し、
   前記制御部は、前記制御モードを前記過変調制御又は前記矩形波制御にできる前記変速比が複数存在すると判定した場合には、複数の前記変速比の中から、前記電圧規格値が最も高くなる変速比を選択し、現在の前記変速比が選択した変速比になるように前記変速機を制御し、かつ、現在の前記制御モードが、前記過変調制御及び前記矩形波制御のうち選択した変速比に対応する制御モードとなるように前記インバータを制御する制御装置。
5. 前記制御部は、前記駆動輪に印加されるトルクが前記変速比の変更前後で変化するのを抑制するように、前記インバータを制御する請求項１～４のいずれか１項に記載の制御装置。

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