JP2006194133A - モータ制御装置およびそれを備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 エネルギ効率が改善されたモータ制御装置およびそれを備える車両を提供する。
【解決手段】 制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ２の回転数Ｎｍから求まるモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇの取りうる範囲を算出する。続いて制御装置３０は、エンジン２００の始動に必要な要求トルクＴｄとモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇの取りうる範囲とを用いて、インバータ１４に必要な電圧をマップから検索する。制御装置３０は、検索で求めた必要電圧値を目標値として昇圧ユニット２０に昇圧制御を実行させ、インバータ１４を制御してモータジェネレータＭＧ１にトルクを出力させてエンジンの出力軸を回転させる。これにより、トルク不足を生じることなく過剰な昇圧を抑えてエネルギ効率の改善を図りつつ、エンジンのスムーズなクランキングが実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータ制御装置およびそれを備える車両に関し、より特定的には、エンジンに併用してモータを用いる車両に用いられるモータ制御装置に関する。

近年、環境問題に配慮した電気自動車やエンジンとモータを併用するハイブリッド自動車などが注目を浴びている。

特開平１０−１３６５７０号公報（特許文献１）にはこのような車両に用いられる充電装置が開示されている。

この充電装置においては、バッテリとインバータとの間に昇圧コンバータを配置し、昇圧コンバータによって昇圧した直流電圧をインバータに供給している。
特開平１０−１３６５７０号公報 特開平１１−１１７８４０号公報

上記特開平１０−１３６５７０号公報（特許文献１）には昇圧コンバータにより昇圧を行なう旨については開示されている。しかし、ハイブリッド自動車においてエンジンを停止させた状態でモータのみによって走行する、いわゆるＥＶ走行している場合に加速要求やバッテリ充電状態の低下等が発生しエンジンのクランキングを行なう際の昇圧コンバータの昇圧レベルの制御については具体的に開示されていない。

エンジン始動時は、クランキングを行なうモータに対するトルク要求が急激に大きく立上がる。このためエンジン始動を行なう必要が生ずると、昇圧コンバータは電力不足によるトルク不足を避ける必要がある。そこで、昇圧コンバータは可能な限りの最大の昇圧電圧まで昇圧を実行し、確実にクランキングを行なうようにすることが考えられる。

図７は、エンジンをクランキングさせるモータにとっての必要電圧を説明するための図である。

図７を参照して、縦軸が必要トルクであり、横軸はモータ回転数Ｎｇである。ある必要トルクにおいて回転数Ｎ１でモータを回転させる場合にはインバータが必要とする直流電圧が２００Ｖであり、回転数Ｎ２の場合は必要な直流電圧は３５０Ｖであり、回転数Ｎ３の場合は必要な直流電圧は５００Ｖである。

つまり、要求トルクが等しくても必ずしも最大電圧への昇圧が必要なわけではなく、必要な直流電圧はモータ回転数によって異なる。昇圧コンバータによる不要な昇降圧は、バッテリの過放電および過充電を引き起こす要因でもあり、またエネルギ移動に伴う損失も発生するため、燃費の悪化要因となる。

本発明は、エネルギ効率が改善されたモータ制御装置およびそれを備える車両を提供することを目的とする。

この発明は、要約すると、モータ制御装置であって、電源電圧を可変な昇圧電圧まで昇圧して昇圧電圧を出力する昇圧回路と、昇圧電圧を受けて、エンジンの出力軸にトルクを与える第１のモータを駆動する第１の駆動回路と、車速に対応する昇圧電圧の必要レベルを求め、エンジンの始動指示があった時に必要レベルに応じて昇圧回路の昇圧動作を制御し、かつ第１の駆動回路に第１のモータを駆動させる制御部とを備える。

好ましくは、モータ制御装置は、エンジンと併用され車両の推進力を得るためのトルクを発生させる第２のモータを駆動する第２の駆動回路と、車速を算出するもとになる第２のモータの回転数を検出する車速センサとをさらに備える。

より好ましくは、制御部は、第２のモータの回転数から求まる第１のモータの回転数の取りうる範囲を算出し、エンジンの始動に必要な要求トルクと取りうる範囲とを用いて必要レベルを算出する。

より好ましくは、第１、第２のモータの回転軸およびエンジンの出力軸は歯車で結合され、いずれか２つの軸の回転数が決定されれば他の１つの軸の回転数は定まる。

この発明の他の局面に従うと、車両であって、エンジンと、エンジンの出力軸にトルクを与える第１のモータと、第１のモータを制御するモータ制御装置とを備える。モータ制御装置は、電源電圧を可変な昇圧電圧まで昇圧して昇圧電圧を出力する昇圧回路と、昇圧電圧を受けて、第１のモータを駆動する第１の駆動回路と、車速に対応する昇圧電圧の必要レベルを求め、エンジンの始動指示があった時に必要レベルに応じて昇圧回路の昇圧動作を制御し、かつ第１の駆動回路に第１のモータを駆動させる制御部とを含む。

好ましくは、車両は、エンジンと併用され車両の推進力を得るためのトルクを発生させる第２のモータをさらに備える。モータ制御装置は、第２のモータを駆動する第２の駆動回路と、車速を算出するもとになる第２のモータの回転数を検出する車速センサとをさらに含む。

好ましくは、制御部は、第２のモータの回転数から求まる第１のモータの回転数の取りうる範囲を算出し、エンジンの始動に必要な要求トルクと取りうる範囲とを用いて必要レベルを算出する。

より好ましくは、車両は、第１、第２のモータの回転軸およびエンジンの出力軸が結合される動力分割機構をさらに備える。第１、第２のモータの回転軸およびエンジンの出力軸は、いずれか２つの軸の回転数が決定されれば他の１つの軸の回転数は定まる。

本発明によれば、車速に応じてモータジェネレータに必要な昇圧レベルを求めているため、昇圧回路にエンジン始動の度に常に最大レベルまでの昇圧を行なうことが不要となっている。このため、エネルギ効率を改善しつつ、トルク不足を招くことなくエンジン始動を行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当部品には同一の符号を付してそれらについての説明は繰返さない。

図１は、実施の形態１に係るハイブリッド自動車１の構成を示す概略図である。

図１を参照して、ハイブリッド自動車１は、前輪２０Ｒ，２０Ｌと、後輪２２Ｒ，２２Ｌと、エンジン２００と、プラネタリギヤＰＧと、デファレンシャルギヤＤＧと、ギヤ４，６とを含む。

ハイブリッド自動車１は、さらに、車両後方に配置されるバッテリＢと、バッテリＢの出力する直流電力を昇圧する昇圧ユニット２０と、昇圧ユニット２０との間で直流電力を授受するインバータ１４，１４Ａと、プラネタリギヤＰＧを介してエンジン２００の動力を受けて発電を行なうモータジェネレータＭＧ１と、回転軸がプラネタリギヤＰＧに接続されるモータジェネレータＭＧ２とを含む。インバータ１４，１４ＡはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に接続され交流電力と昇圧回路からの直流電力との変換を行なう。

プラネタリギヤＰＧは第１〜第３の回転軸を有する。第１の回転軸はエンジン２００に接続され第２の回転軸はモータジェネレータＭＧ１に接続され第３の回転軸はモータジェネレータＭＧ２に接続される。

この第３の回転軸にはギヤ４が取付けられ、このギヤ４はギヤ６を駆動することによりデファレンシャルギヤＤＧに動力を伝達する。デファレンシャルギヤＤＧはギヤ６から受ける動力を前輪２０Ｒ，２０Ｌに伝達するとともに、前輪２０Ｒ，２０Ｌの回転力をギヤ６，４を介してプラネタリギヤＰＧの第３の回転軸に伝達する。

プラネタリギヤＰＧはエンジン２００，モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間で動力を分割する役割を果たす。すなわちプラネタリギヤＰＧの３つの回転軸のうちの２つの回転軸の回転が定まれば残る１つの回転軸の回転は自ずと定められる。したがって、エンジン２００を最も効率のよい領域で動作させつつ、モータジェネレータＭＧ１の発電量を制御してモータジェネレータＭＧ２を駆動させることにより車速の制御を行ない、全体としてエネルギ効率のよい自動車を実現している。

直流電源であるバッテリＢは、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池からなり、直流電力を昇圧ユニット２０に供給するとともに、昇圧ユニット２０からの直流電力によって充電される。

昇圧ユニット２０はバッテリＢから受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧された直流電圧をインバータ１４，１４Ａに供給する。インバータ１４，１４Ａは供給された直流電圧を交流電圧に変換してエンジン始動時にはモータジェネレータＭＧ１を駆動制御する。また、エンジン始動後にはモータジェネレータＭＧ１が発電した交流電力はインバータ１４，１４Ａによって直流に変換されて昇圧ユニット２０によってバッテリＢの充電に適切な電圧に変換されバッテリＢが充電される。

また、インバータ１４，１４ＡはモータジェネレータＭＧ２を駆動する。モータジェネレータＭＧ２はエンジン２００を補助して前輪２０Ｒ，２０Ｌを駆動する。制動時には、モータジェネレータＭＧ２は回生運転を行ない、車輪の回転エネルギを電気エネルギに変換する。得られた電気エネルギは、インバータ１４，１４Ａおよび昇圧ユニット２０を経由してバッテリＢに戻される。

昇圧ユニット２０とバッテリＢとの間にはシステムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２が設けられ車両非運転時には高電圧が遮断される。

バッテリＢは、組電池であり、直列に接続された複数の電池ユニットＢ０〜Ｂｎを含む。

ハイブリッド自動車１は、さらに、バッテリＢに取付けられる電圧センサ１０と、電圧センサ１０の出力に応じてエンジン２００、インバータ１４，１４Ａおよび昇圧ユニット２０を制御する制御装置３０とを含む。電圧センサ１０は、バッテリＢの電圧ＶＢを検知して制御装置３０に送信する。

図２は、図１に示したハイブリッド自動車についてインバータおよび昇圧ユニットの詳細な構成を示した回路図である。

図２を参照して、ハイブリッド自動車１は、バッテリＢと、電圧センサ１０と、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１と、昇圧ユニット２０と、インバータ１４と、電流センサ２４と、制御装置３０とを備える。

バッテリＢは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池である。電圧センサ１０は、バッテリＢから出力される直流電圧値ＶＢを検出し、検出した直流電圧値ＶＢを制御装置３０へ出力する。システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。コンデンサＣ１は、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２オン時において、バッテリＢの端子間電圧を平滑化する。

昇圧ユニット２０は、電圧センサ２１と、電流センサ１１と、リアクトルＬ１と、コンバータ１２と、コンデンサＣ２と、電圧センサ１３とを含む。リアクトルＬ１は、一方端がシステムメインリレーＳＲ１を介してバッテリＢの正極と接続される。

電流センサ１１は、バッテリＢとコンバータ１２との間に流れる直流電流を検出し、その検出した電流を直流電流値ＩＢとして制御装置３０へ出力する。

コンバータ１２は、電圧ＶＨを出力するコンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

電圧センサ２１はコンバータ１２の入力側の電圧を電圧値ＶＬとして検知する。電流センサ１１はリアクトルＬ１に流れる電流を電流値ＩＢとして検知する。コンデンサＣ２はコンバータ１２の出力側に接続されコンバータ１２から送られたエネルギを蓄積するとともに、電圧の平滑化を行なう。電圧センサ１３は、コンバータ１２の出力側の電圧すなわちコンデンサＣ２の電極間の電圧を電圧値ＶＨとして検知する。

インバータ１４は、コンバータ１２から昇圧電位を受けてモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、回生制動に伴いモータジェネレータＭＧ１において発電された電力をコンバータ１２に戻す。このときコンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタ
と接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数Ｎｇ、電圧値ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流値ＩＢおよびモータ電流値ＭＣＲＴ１を受ける。そして制御装置３０は、昇圧ユニット２０に対して昇圧指示ＰＷＵ，降圧指示ＰＷＤおよび停止指示ＳＴＰを出力する。さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して、コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１とモータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

次に、昇圧ユニット２０の動作について簡単に説明する。昇圧ユニット２０中のコンバータ１２は、力行運転時にはバッテリＢからの電力をインバータ１４に供給する順方向変換回路としての昇圧回路として動作する。逆に、回生運転時には、コンバータ１２は、バッテリＢにモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を回生する逆方向変換回路としての降圧回路としても動作する。

コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のオンとオフとを行なうことにより、昇圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンの状態においては、バッテリＢの正極からリアクトルＬ１、ＩＧＢＴ素子Ｑ２を経由してバッテリＢの負極に電流が流れる経路が形成される。この電流が流れている間に、リアクトルＬ１にエネルギが蓄積される。

そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフ状態にすると、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギはダイオードＤ１を介してインバータ１４側に流れる。これによりコンデンサＣ２の電極間の電圧が増大する。したがって、インバータ１４に与えられるコンバータ１２の出力電圧は昇圧される。

一方、コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のオンとオフとを行なうことにより降圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオンの状態においては、インバータ１４から回生される電流は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１、リアクトル、バッテリＢへと流れる。

また、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオフの状態においては、リアクトルＬ１、バッテリＢおよびダイオードＤ２からなるループが形成され、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギがバッテリＢに回生される。この逆方向変換においては、インバータ１４が電力を供給する時間よりも、バッテリＢが電力を受ける時間の方が長くなり、インバータ１４における電圧は降圧されてバッテリＢに回生される。昇圧ユニット２０の動作は、以上の力行動作と回生動作とを適切に制御することで行なわれる。

なお、回生制御には、ハイブリッド自動車または電気自動車等を運転するドライバによ
るフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動が含まれる。また、フットブレーキを操作しない場合であっても、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速させたりまたは加速を中止させたりするときが含まれる。

ハイブリッド自動車１は、電流センサ２８およびインバータ１４Ａをさらに備える。

インバータ１４Ａは、ノードＮ１とノードＮ２との間にインバータ１４と並列的に接続され、また共に昇圧ユニット２０に接続される。

インバータ１４Ａは、コンバータ１２から昇圧電位を受けてモータジェネレータＭＧ２を駆動する。また、インバータ１４Ａは、回生制動に伴いモータジェネレータＭＧ２において発電された電力をコンバータ１２に戻す。このときコンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。モータジェネレータＭＧ２の回転数Ｎｍは車速センサ７によって検知されている。

また、ハイブリッド車においては、エンジン２００とモータジェネレータＭＧ１とが動力をやり取りし、あるときはモータジェネレータＭＧ１はエンジンの始動を行ない、またあるときにはモータジェネレータＭＧ１はエンジンの動力を受けて発電を行なうジェネレータとして働く。

インバータ１４Ａは、Ｕ相アーム１５Ａと、Ｖ相アーム１６Ａと、Ｗ相アーム１７Ａとを含む。Ｕ相アーム１５Ａ、Ｖ相アーム１６Ａ、およびＷ相アーム１７Ａは、コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。Ｕ相アーム１５Ａ、Ｖ相アーム１６Ａ、およびＷ相アーム１７Ａの構成は、Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７とそれぞれ同様であるので説明は繰返さない。

インバータ１４ＡのＵ，Ｖ，Ｗ相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルの各一方端にそれぞれ接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、三相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの他方端が中点に共に接続されている。

電流センサ２８は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流値ＭＣＲＴ２を検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数ＭＲＮ１、電圧値ＶＢ，ＶＬおよびＶＨ、電流値ＩＢおよびモータ電流値ＭＣＲＴ１に加えて、さらにモータジェネレータＭＧ２に対応するトルク指令値ＴＲ２、モータ回転数Ｎｍ、およびモータ電流値ＭＣＲＴ２を受ける。

制御装置３０は、これらの受けた入力に応じて、昇圧ユニット２０に対して昇圧指示ＰＷＵ，降圧指示ＰＷＤおよび停止指示ＳＴＰを出力する。

また、制御装置３０は、インバータ１４に対しては、コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４Ａに対しては、コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。

図３は、図２における制御装置３０が実行する制御を説明するためのフローチャートである。

図３を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ１において制御装置３０は車速を取込む。車速はモータジェネレータＭＧ２に取付けられた車速センサ７から出力されるモータジェネレータＭＧ２の回転数Ｎｍから求めることができる。なお車速を求めなくてもモータ回転数Ｎｍを基準に処理を進めてもよい。

続いてステップＳ２において車速からクランキング前後のモータジェネレータＭＧ１の回転数を算出する。

図４は、モータジェネレータＭＧ１の回転数を求める説明をするための図である。

図４においてモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇ、エンジン回転数Ｎｅ、モータジェネレータＭＧ２の回転数Ｎｍの関係が共線図として示されている。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン２００は図１で説明したようにプラネタリギヤＰＧで結合されている。プラネタリギヤのギヤ比が図４に示すように１対ρであるとすると、回転数Ｎｅ，Ｎｇ，Ｎｍの間には次の式（１）で示す関係が成立する。

Ｎｅ＝Ｎｍ×１／（１＋ρ）＋Ｎｇ×ρ／（１＋ρ） …（１）
ここでハイブリッド自動車がエンジン停止状態でモータジェネレータＭＧ２の発生トルクのみにより走行するいわゆるＥＶ走行を行なっていたとする。

この状態ではエンジン回転数はゼロでありこのときのモータジェネレータＭＧ２の回転数ＮｍをＮｍ０とするとモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇは−Ｎｍ０／ρである。

このときバッテリＢの充電状態（ＳＯＣ）が低下したり登り坂にさしかかりトルクが必要になったりしてエンジン２００を始動する必要が生じたとする。エンジン２００を始動するのに必要なエンジン回転数をＮｅｘとすると、エンジン２００を始動する前後で車速はほぼ一定と考えられるので、ＭＧ２の回転数ＮｍはＮｍ０のままであり、エンジン回転数が０からＮｅｘまで増加することになる。このときにモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇは−Ｎｇ０からＮｇｘまで変化することになる。ここでＮｇｘは次の式（２）で表わされる。

Ｎｇｘ＝（１＋１／ρ）×Ｎｅｘ−（１／ρ）×Ｎｍ０ …（２）
以上より図３のステップＳ２におけるクランキング前後のモータジェネレータＭＧ１の回転数が算出されたことになる。

つまり、制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ２の回転数Ｎｍから求まるモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇの取りうる範囲を算出する。

再び図３を参照して、続いてステップＳ３において車速（またはモータジェネレータＭＧ２の回転数Ｎｍ）とエンジン２００の始動に必要な要求トルクＴｄに基づきインバータがモータジェネレータＭＧ１を駆動するのに必要な電圧値をマップから検索する。

図５は図３のステップＳ３における検索を説明するための図である。

図５を参照して、横軸がモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇ、縦軸がトルクを示す。そしてある回転数において必要なトルクを発生させるためにインバータ１４Ａが必要とする電圧値が２００Ｖ，３５０Ｖ，５００Ｖ，６５０Ｖの４段階示されている。

ここで要求トルクＴｄはエンジンを始動させるために必要とされるトルクであり、このトルクはエンジン始動時に不快な振動が発生しないように実験的に求められた固定値である。

図５において、トルクが要求トルクＴｄである直線上を、図４で求めた回転数−Ｎｇ０からＮｇｘの範囲で、モータジェネレータＭＧ１の回転数は変化することになる。したがって、マップ検索の結果昇圧ユニット２０が昇圧しなければいけない昇圧電圧の必要レベルは５００Ｖで十分であり、６５０Ｖは必要ないということがわかる。

つまり、制御装置３０は、エンジン２００の始動に必要な要求トルクＴｄとモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇの取りうる範囲とを用いて、インバータ１４に必要な電圧を算出する。

再び図３を参照して、電圧値がマップから検索されると、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、制御装置３０は、昇圧ユニット２０に昇圧制御を実行させる。昇圧の目標電圧値は、現在のモータジェネレータＭＧ２の駆動に必要である現在の昇圧電圧とマップから検索して求めたＭＧ１のクランキングに必要な電圧値の大きいほうである。例えば、ＳＯＣが低下した場合にエンジンを始動させるときや緩やかな加速（緩加速）を行なう場合にマップで求めたＭＧ１に必要な電圧値の方が大きくなることがある。そして、制御装置３０は、インバータ１４を制御してモータジェネレータＭＧ１にトルクを出力させてエンジンの出力軸を回転させる。これによりエンジンがスムーズに始動を開始する。その後処理はステップＳ５に進みクランキング処理が終了する。

図６は、本発明のモータ制御装置によってクランキングが行なわれた動作を説明するための動作波形図である。

図６を参照して、時刻ｔ１まではＥＶ走行がなされている。このＥＶ走行時に緩やかな加速（緩加速）が要求されたときにエンジンを始動させる必要が生ずる。

時刻ｔ１までは昇圧ユニット２０が発生しているインバータ電圧ＶＨはモータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられる必要電圧でありこの値がＶ０である。図６では、Ｖ０よりもＭＧ１のクランキングに必要な電圧が大きい場合が示されている。

次に時刻ｔ１において、運転者のアクセル操作などに応じてなされたエンジンのクランキング指示に応答して、昇圧ユニット２０は５００Ｖを目標値として昇圧を開始する。そして時刻ｔ２において必要レベルの５００Ｖが達成され以降この値が維持される。

時刻ｔ１〜ｔ４の間では、インバータ１４によってモータジェネレータＭＧ１のトルクを要求トルクＴｄまで一気に立上げられている。

これは、ハイブリッド自動車は、エンジンの回転軸にセルモータより遥かに質量の大きな電動機の回転子が結合される構成上、捻り共振が生じやすくなっており、この捻り共振が起きやすい回転数領域を素早く通り抜ける必要があるからである。

そして時刻ｔ４以降はその回転数領域を通り抜けた後エンジン始動がされるまでの間エンジンの回転を維持するトルクがモータジェネレータＭＧ１からエンジン回転軸に与えられる。

そして時刻ｔ５において、エンジンが始動を完了したことに応じてモータジェネレータＭＧ１のトルクが不要となりトルク抜き制御が行なわれる。

このような制御を行なえば、図６の破線に示したように時刻ｔ３まで昇圧を続け昇圧ユニットの最大能力である６５０Ｖまでクランキングの度に昇圧させるよりも、車両のエネルギ効率が改善され燃費が改善されることになる。

以上説明したように、本実施の形態においては、モータジェネレータＭＧ２のモータの回転数に応じてモータジェネレータＭＧ１に必要な昇圧レベルを求めているため、常に最大レベルまでの昇圧を行なうことが不要となっている。

またモータジェネレータＭＧ２の回転数とモータジェネレータＭＧ１に必要な昇圧レベルとを予め対応付けたマップを作成しておくことによりこれを検索してモータジェネレータＭＧ１に必要な昇圧レベルを求めているため、急激に変化するモータジェネレータＭＧ１の要求トルク（走行中のクランキング時の要求トルク）に対しても、トルク不足を招くことなく昇圧レベルの制御を行なうことができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１に係るハイブリッド自動車１の構成を示す概略図である。 図１に示したハイブリッド自動車についてインバータおよび昇圧ユニットの詳細な構成を示した回路図である。 図２における制御装置３０が実行する制御を説明するためのフローチャートである。 モータジェネレータＭＧ１の回転数を求める説明をするための図である。 図３のステップＳ３における検索を説明するための図である。 本発明のモータ制御装置によってクランキングが行なわれた動作を説明するための動作波形図である。 エンジンをクランキングさせるモータにとっての必要電圧を説明するための図である。

符号の説明

Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｂ０〜Ｂｎ 電池ユニット、１ ハイブリッド自動車、４，６ ギヤ、７ 車速センサ、１０，１３，２１ 電圧センサ、１１，２４，２８ 電流センサ、１２ コンバータ、１４，１４Ａ インバータ、１５，１５Ａ Ｕ相アーム、１６，１６Ａ Ｖ相アーム、１７，１７Ａ Ｗ相アーム、２０Ｒ，２０Ｌ 前輪、２０ 昇圧ユニット、２２Ｒ，２２Ｌ 後輪、３０ 制御装置、２００ エンジン、Ｂ バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＤＧ デファレンシャルギヤ、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＧ プラネタリギヤ、ＳＲ１，ＳＲ２ システムメインリレー。

Claims (8)

1. 電源電圧を可変な昇圧電圧まで昇圧して前記昇圧電圧を出力する昇圧回路と、
   前記昇圧電圧を受けて、エンジンの出力軸にトルクを与える第１のモータを駆動する第１の駆動回路と、
   車速に対応する前記昇圧電圧の必要レベルを求め、前記エンジンの始動指示があった時に前記必要レベルに応じて前記昇圧回路の昇圧動作を制御し、かつ前記第１の駆動回路に前記第１のモータを駆動させる制御部とを備える、モータ制御装置。
2. 前記エンジンと併用され車両の推進力を得るためのトルクを発生させる第２のモータを駆動する第２の駆動回路と、
   前記車速を算出するもとになる前記第２のモータの回転数を検出する車速センサとをさらに備える、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記制御部は、前記第２のモータの回転数から求まる前記第１のモータの回転数の取りうる範囲を算出し、前記エンジンの始動に必要な要求トルクと前記取りうる範囲とを用いて前記必要レベルを算出する、請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記第１、第２のモータの回転軸および前記エンジンの出力軸は歯車で結合され、いずれか２つの軸の回転数が決定されれば他の１つの軸の回転数は定まる、請求項２に記載のモータ制御装置。
5. エンジンと、
   前記エンジンの出力軸にトルクを与える第１のモータと、
   前記第１のモータを制御するモータ制御装置とを備え、
   前記モータ制御装置は、
   電源電圧を可変な昇圧電圧まで昇圧して前記昇圧電圧を出力する昇圧回路と、
   前記昇圧電圧を受けて、前記第１のモータを駆動する第１の駆動回路と、
   車速に対応する前記昇圧電圧の必要レベルを求め、前記エンジンの始動指示があった時に前記必要レベルに応じて前記昇圧回路の昇圧動作を制御し、かつ前記第１の駆動回路に前記第１のモータを駆動させる制御部とを含む、車両。
6. 前記エンジンと併用され前記車両の推進力を得るためのトルクを発生させる第２のモータをさらに備え、
   前記モータ制御装置は、
   前記第２のモータを駆動する第２の駆動回路と、
   前記車速を算出するもとになる前記第２のモータの回転数を検出する車速センサとをさらに含む、請求項５に記載の車両。
7. 前記制御部は、前記第２のモータの回転数から求まる前記第１のモータの回転数の取りうる範囲を算出し、前記エンジンの始動に必要な要求トルクと前記取りうる範囲とを用いて前記必要レベルを算出する、請求項６に記載の車両。
8. 前記第１、第２のモータの回転軸および前記エンジンの出力軸が結合される動力分割機構をさらに備え、
   前記第１、第２のモータの回転軸および前記エンジンの出力軸は、いずれか２つの軸の回転数が決定されれば他の１つの軸の回転数は定まる、請求項６に記載の車両。

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