JP2007223452A - ハイブリッド車両のモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの駆動方式を最適に選択して、スイッチング損失の低減ならびに運転効率の低下防止の双方を満足させることを課題とする。
【解決手段】主駆動輪がエンジン１で得られた動力で駆動されるハイブリッド車両の従駆動輪を駆動する交流用のモータ３の回転速度、モータ温度、ならびにモータ３に要求される要求トルクに基づいて、ＰＷＭ駆動方式または矩形波駆動方式を選択し、選択した駆動方式でモータ３を回転駆動して構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、前後輪の一方を内燃機関（エンジン）で回転駆動するハイブリッド車両の前後輪の他方を選択的に回転駆動する電動機（モータ）を制御するハイブリッド車両のモータ制御装置に関する。

従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献に記載された技術では、直流電力を交流電力に変換する電圧駆動型ＰＷＭインバータで得られた電力を交流用のモータに供給制御してモータを駆動制御している。

ここで用いられている電圧駆動型ＰＷＭインバータは、搬送波直流電流をパルス幅変調により交流電流に変換してモータに出力し、パルス幅変調による周波数可変制御により交流電流の周波数を可変としてモータの回転速度を制御している。また、電圧駆動型ＰＷＭインバータは、ＰＷＭ搬送波のパルス幅をデューティ制御で変えることにより駆動電圧を連続的に変化させて、モータの駆動電流（トルク）を制御している。

このようにしてハイブリッド車両に搭載された交流用のモータを駆動制御する際には、スイッチング損失（スイッチングによるモータの温度上昇）を低減する観点から、モータの駆動制御方式として公知のＰＷＭ駆動方式と矩形波駆動方式とを切り替えてモータを駆動制御していた。この駆動方式の切り替えは、従来ではモータの回転速度に基づいて行われていた。
特開２００３−１８００９５

上述したように、ハイブリッド車両に搭載された交流用のモータを駆動制御する際に、モータの回転速度に基づいてＰＷＭ駆動方式または矩形波駆動方式を選択して制御方式を切り替える手法にあっては、必ずしも最適に切り替えを行うことができなかった。

すなわち、ハイブリッド車両に搭載されたモータにおいては、モータの回転速度に応じてモータ温度が上昇するとは限らず、車両の走行条件等によりモータ温度が上昇しないにもかかわらずモータの回転数が上昇しただけで駆動方式が切り替えられるおそれがあった。このような場合には、運転効率が悪化するといった不具合を招くおそれがあった。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータの駆動方式を最適に選択して、スイッチング損失の低減ならびに運転効率の低下防止の双方を満足させるハイブリッド車両のモータ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、エンジンで主駆動輪が駆動され、交流用のモータで得られた回転駆動力がクラッチを介して従駆動輪に選択的に伝達されて前記従駆動輪が選択的に駆動されるハイブリッド車両のモータ制御装置において、前記エンジンで得られた動力で回転駆動されて直流電力を発電する発電機と、前記発電機で得られた直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータと、前記モータの温度を計測するモータ温度センサ、もしくは前記インバータの温度を計測するインバータ温度センサと、前記モータの回転速度を得る回転速度検出手段と、前記モータ温度センサで計測されたモータ温度もしくは前記インバータ温度センサで計測されたインバータ温度、前記回転速度検出手段で得られたモータ回転速度、ならびに前記モータに要求される要求トルクに基づいて、ＰＷＭ駆動方式または矩形波駆動方式を選択し、選択した駆動方式で前記モータを回転駆動するモータ制御手段とを有することを特徴とする。

上記特徴の請求項１記載の発明によれば、最適な駆動方式でモータを駆動することが可能となり、モータのスイッチング損失を低減できるとともに運転効率を向上させることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のハイブリッド車両のモータ制御装置において、前記モータ制御手段は、ＰＷＭ駆動方式が選択された場合に、前記モータ温度センサで計測されたモータ温度もしくは前記インバータ温度センサで計測されたインバータ温度、前記回転速度検出手段で得られたモータ回転速度、ならびに前記モータに要求される要求トルクに基づいて、ＰＷＭ駆動方式における搬送波周波数を可変設定することを特徴とする。

上記特徴の請求項２記載の発明によれば、ＰＷＭ駆動方式での搬送周波数を最適化することが可能となり、ＰＷＭ駆動方式でモータを回転駆動した際に、モータのスイッチング損失を低減できるとともに運転効率を向上させることができる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のハイブリッド車両のモータ制御装置において、前記モータ制御手段は、予め用意されたマップに基づいて前記モータの駆動方式を選択し、またはＰＷＭ駆動方式の搬送波周波数を設定することを特徴とする。

上記特徴の請求項３記載の発明によれば、容易に駆動方式ならびに搬送波周波数を決定することが可能となる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の構成を示す図である。図１に示す実施例１のハイブリッド車両は、内燃機関のエンジン１で前後輪の一方の主駆動輪２が回転駆動され、交流用のモータ３で前後輪の他方の従駆動輪４が選択的に回転駆動される。すなわち、エンジン１で得られた動力はエンジン側クラッチ５、変速機６ならびにデファレンシャルギア７を介して主駆動輪２側の車軸に伝達され、車軸に取り付けられた主駆動輪２が回転駆動される。一方、モータ３で得られた回転駆動力は回転数センサ８、吸収部材９、モータ側クラッチ１０ならびにデファレンシャルギア１１を介して従駆動輪４側の車軸に選択的に伝達され、車軸に取り付けられた従駆動輪４が選択的に回転駆動される。したがって、モータ側クラッチ１０が締結状態にあっては車両は四輪駆動される一方、モータ側クラッチ１０が非締結状態にあっては車両は二輪駆動される。

回転数センサ８は、モータ３の回転数を計測し、計測した回転数を後述するモータコントロールユニット１３ならびに車両コントロールユニット１５に与え、モータ３の回転速度（ωｍ）を算出する際に用いられる。吸収部材９は、例えばスプリング等から構成されて、モータ側クラッチ１０の締結時に締結衝撃を緩和する。

エンジン１には、ベルト等を介して発電機１２が連結されている。この発電機１２は、エンジン１で得られた動力で回転駆動され、車両コントロールユニット１５の制御の下に所望の直流電力を発電する。モータ３には、モータ３の温度を計測する温度センサ（図示せず）が設けられ、この温度センサで計測されたモータ温度はモータコントロールユニット１３ならびに車両コントロールユニット１５に与えられる。

モータコントロールユニット１３は、発電機１２で得られた直流電力をモータ３に供給される交流電力に変換するインバータからなるドライブユニット１４を含み、回転数センサ８で計測されたモータ回転数、温度センサで計測されたモータ温度、ならびにモータ３に要求される要求トルク（τ）を入力し、これらの値ならびに車両コントロールユニット１５の制御の下にモータ３を駆動制御する。なお、ドライブユニット１４のインバータに温度センサを設置し、モータ温度に代えてドライブユニット１４のインバータの温度を用いるようにしてもよい。

モータ３に要求される要求トルクは、アクセルペダルの踏み込み量やスロットル開度に応じて求められた車両全体としてのトルクからエンジン１側に要求されるトルクを差し引いた値として算出される。

車両コントロールユニット１５は、本ハイブリッド車両の運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。車両コントロールユニット１５は、回転数センサ８、モータ３の温度センサならびに本ハイブリッド車両の運転に必要な情報を収集するセンサ（図示せず）からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、モータ側クラッチ１０、発電機１２、モータコントロールユニット１３を含む本ハイブリッド車両の構成要素に指令を送り、以下に説明する本実施例の特徴的なモータ制御動作を含む本ハイブリッド車両の運転／停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。

次に、図２のフローチャートを参照して、モータ３の駆動方式の選択制御動作について説明する。

図２において、先ずモータ３の回転数等に基づいてモータ３が回転駆動されているか否かを判別する（ステップＳ２０）。判別の結果、モータ３が回転駆動されている場合には、モータ３に設けられた温度センサで計測されたモータ３のモータ温度を取得する（ステップＳ２１）。続いて、回転数センサ８で計測されたモータ３の回転数を取得し（ステップＳ２２）、取得したモータ３の回転数に基づいてモータ３のモータ回転速度を車両コントロールユニット１５で算出する。さらに、上述したようにアクセルペダルの踏み込み量やスロットル開度を取得して、取得した情報に基づいて車両コントロールユニット１５で要求トルクを算出する（ステップＳ２３）。

その後、モータ温度、モータ回転速度ならびにモータ３に要求される要求トルクに基づいて、モータ３を駆動制御する駆動方式として、前述した公知のＰＷＭ駆動方式もしくは矩形波駆動方式を選択する際の駆動方式選択マップを参照する（ステップＳ２４）。

この駆動方式選択マップは、モータ温度、モータ回転速度ならびにモータ３の要求トルクをパラメータとしてこれらのパラメータと駆動方式との関係を実験やシミュレーション等で取得したデータに基づいてモータ３のスイッチング損失ならびに運転効率が最適となるように作成される。作成されたマップは車両コントロールユニット１５の記憶装置に記憶される。

駆動方式選択マップは、例えば図３に示すように表される。図３において、ａ１，ａ２，ａ３で囲まれて形成される境界面Ａの下部かつｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４で囲まれて形成される境界面Ｂの図面左側の領域、ならびに境界面Ａの上部の領域にモータ温度、モータ回転速度ならびに要求トルクがある場合にはＰＷＭ駆動方式が選択される一方、境界面Ａの下部かつ境界面Ｂの図面右側の領域に上記各パラメータがある場合には矩形波駆動方式が選択される。

図３において、例えば上記各パラメータの関係が点ｃ１にある状態では、モータ温度ｔ１、モータ回転速度ωｍ１、要求トルクτ１となり、これらの関係は矩形波駆動方式を選択する領域となり、矩形波駆動方式が選択されてモータ３が回転駆動される。このような状態からモータ温度ｔ１ならびにモータ回転速度ωｍ１は変わらずに要求トルクだけがτ１からτ２に増加することにより各パラメータの関係が点ｃ１から点ｃ２に推移した場合には、モータ温度ｔ１、モータ回転速度ωｍ１、要求トルクτ２の関係は図３に示すマップではＰＷＭ駆動方式を選択する領域になるので、ＰＷＭ駆動方式が選択される。

一方、例えば上記各パラメータの関係が点ｄ１にある状態では、モータ温度ｔ２、モータ回転速度ωｍ２、要求トルクτ３となり、これらの関係はＰＷＭ駆動方式を選択する領域となり、ＰＷＭ駆動方式が選択されてモータ３が回転駆動される。このような状態からモータ温度ｔ２は変わらずにモータ回転速度がωｍ２からωｍ３に増加し、かつ要求トルクがτ３からτ４に増加することにより各パラメータの関係が点ｄ１から点ｄ２に推移した場合には、モータ回転速度ならびに要求トルクが上昇しているにもかかわらずモータ温度は変わらず、モータ温度ｔ２、モータ回転速度ωｍ３、要求トルクτ４の関係は図３に示すマップではＰＷＭ駆動方式を選択する領域になるので、モータ３の駆動方式は変わらずにモータ３は推移前のＰＷＭ駆動方式で引き続き回転駆動される。

このように、モータ３の回転速度や要求トルクが増加しても、それに対応してモータ温度が上昇しない場合には、モータ３の駆動方式が切り替えられることはなく、運転効率が悪化するといった不具合を招くおそれは回避される。

このような駆動方式選択マップを参照してモータ３の駆動方式が選択され（ステップＳ２５）、その後選択された駆動方式がＰＷＭ駆動方式であるか否かを判別する（ステップＳ２６）。判別の結果、選択された駆動方式がＰＷＭ駆動方式である場合には、ＰＷＭ制御方式における前述した搬送波の周波数を算出するために、搬送波周波数設定マップを参照する（ステップＳ２７）。

この搬送波周波数設定マップは、モータ温度、モータ回転速度ならびにモータ３の要求トルクをパラメータとしてこれらのパラメータと駆動方式との関係を実験やシミュレーション等で取得したデータに基づいてモータ３のスイッチング損失ならびに運転効率が最適となるように作成される。作成されたマップは車両コントロールユニット１５の記憶装置に記憶される。

搬送波周波数設定マップは、例えば図４に示すように表される。図４において、上記各パラメータが周波数面Ａにある場合には同一の搬送波周波数ｆａが選択され、同様に上記各パラメータが周波数面Ｂにある場合には同一の搬送波周波数ｆｂが選択され、上記各パラメータが周波数面Ｃにある場合には同一の搬送波周波数ｆｃが選択される。搬送周波数の高低は、搬送波周波数ｆａ＞搬送波周波数ｆｂ＞搬送波周波数ｆｃの関係にある。なお、各パラメータが上記各周波数面Ａ，Ｂ、Ｃにない場合には、一般的に用いられている補間演算を用いて算出する。

このような搬送周波数設定マップを参照して搬送周波数を設定し（ステップＳ２８）、設定された搬送周波数のＰＷＭ駆動方式でモータ３を回転駆動する。

一方、先の処理ステップＳ２６の判別結果において、矩形波駆動方式が選択された場合には、モータ３の駆動方式を選択された矩形波駆動方式として設定しモータ３を回転駆動する（ステップＳ２９）。

このように、上記実施例１においては、モータの要求トルクとモータ回転速度に加えてモータ温度に基づいて駆動方式を選択することで、最適な駆動方式でモータ３を駆動することが可能となり、モータ３のスイッチング損失を低減できるとともに運転効率を向上させることができる。また、ＰＷＭ駆動方式でモータ３を回転駆動する場合には、モータ３の要求トルクとモータ回転速度に加えてモータ温度に基づいて搬送周波数を変えることで、ＰＷＭ駆動方式での搬送周波数を最適化することが可能となり、ＰＷＭ駆動方式でモータ３を回転駆動した際に、モータ３のスイッチング損失を低減できるとともに運転効率を向上させることができる。さらに、予め用意されたマップを用いて駆動方式ならびに搬送波周波数を決定することで、容易に駆動方式ならびに搬送波周波数を決定することが可能となる。

さらに、上記実施例から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。

（イ）エンジンで主駆動輪が駆動され、交流用のモータで得られた回転駆動力がクラッチを介して従駆動輪に選択的に伝達されて前記従駆動輪が選択的に駆動されるハイブリッド車両のモータ制御装置において、
前記エンジンで得られた動力で回転駆動されて直流電力を発電する発電機と、
前記発電機で得られた直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータと、
前記インバータの温度を計測するインバータ温度センサと、
前記モータの回転速度を得る回転速度検出手段と、
前記インバータ温度センサで計測されたインバータ温度、前記回転速度検出手段で得られたモータ回転速度、ならびに前記モータに要求される要求トルクに基づいて、ＰＷＭ駆動方式または矩形波駆動方式を選択し、選択した駆動方式で前記モータを回転駆動するモータ制御手段と
を有することを特徴とするハイブリッド車両のモータ制御装置。

上記（イ）項に記載の構成によれば、最適な駆動方式でモータを駆動することが可能となり、モータのスイッチング損失を低減できるとともに運転効率を向上させることができる。

（ロ）上記（イ）項に記載のハイブリッド車両のモータ制御装置において、前記モータ制御手段は、ＰＷＭ駆動方式が選択された場合に、前記インバータ温度センサで計測されたインバータ温度、前記回転速度検出手段で得られたモータ回転速度、ならびに前記モータに要求される要求トルクに基づいて、ＰＷＭ駆動方式における搬送波周波数を可変設定
することを特徴とする。

上記（ロ）項に記載の構成によれば、ＰＷＭ駆動方式での搬送周波数を最適化することが可能となり、ＰＷＭ駆動方式でモータを回転駆動した際に、モータのスイッチング損失を低減できるとともに運転効率を向上させることができる。

本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の構成を示す図である。 本発明の実施例１に係るモータ制御の動作を示すフローチャートである。 駆動方式選択マップを示す図である。 搬送波周波数設定マップを示す図である。

符号の説明

１…エンジン
２…主駆動輪
３…モータ
４…従駆動輪
５…エンジン側クラッチ
６…変速機
７，１１…デファレンシャルギア
８…回転数センサ
９…吸収部材
１０…モータ側クラッチ
１２…発電機
１３…モータコントロールユニット
１４…ドライブユニット
１５…車両コントロールユニット

Claims (3)

1. エンジンで主駆動輪が駆動され、交流用のモータで得られた回転駆動力がクラッチを介して従駆動輪に選択的に伝達されて前記従駆動輪が選択的に駆動されるハイブリッド車両のモータ制御装置において、
   前記エンジンで得られた動力で回転駆動されて直流電力を発電する発電機と、
   前記発電機で得られた直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータと、
   前記モータの温度を計測するモータ温度センサと、
   前記モータの回転速度を得る回転速度検出手段と、
   前記モータ温度センサで計測されたモータ温度、前記回転速度検出手段で得られたモータ回転速度、ならびに前記モータに要求される要求トルクに基づいて、ＰＷＭ駆動方式または矩形波駆動方式を選択し、選択した駆動方式で前記モータを回転駆動するモータ制御手段と
   を有することを特徴とするハイブリッド車両のモータ制御装置。
2. 前記モータ制御手段は、ＰＷＭ駆動方式が選択された場合に、前記モータ温度センサで計測されたモータ温度もしくは前記インバータ温度センサで計測されたインバータ温度、前記回転速度検出手段で得られたモータ回転速度、ならびに前記モータに要求される要求トルクに基づいて、ＰＷＭ駆動方式における搬送波周波数を可変設定する
   することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両のモータ制御装置。
3. 前記モータ制御手段は、予め用意されたマップに基づいて前記モータの駆動方式を選択し、またはＰＷＭ駆動方式の搬送波周波数を設定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両のモータ制御装置。

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