JP2010115075A - 車両用発電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用発電機制御装置において、所定の充電条件が成立した場合に、発電機に接続されたインバータのスイッチング周波数を常に高くすることなく、乗員に不快な騒音を抑制し、かつ、高い制御性を確保することである。
【解決手段】モータジェネレータ制御装置は、エンジンの駆動により発電する第１モータジェネレータと、第１モータジェネレータ用のインバータ制御部６３とを備える。インバータ制御部６３は、第１モータジェネレータの回転数を検出する回転数検出手段７２と、所定のＰチャージ条件が成立したと判定された場合に、第１モータジェネレータの低回転数領域と高回転数領域とでのキャリア周波数が、第１モータジェネレータの中回転数領域でのキャリア周波数よりも高くなるように、第１モータジェネレータの回転数に応じてキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段７４とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの駆動により発電する発電機と、発電機で発電された電力がインバータを介して供給され、充電される蓄電部と、インバータを制御する制御部と、を備える車両用発電機制御装置に関する。

従来から、エンジンと走行用モータとを、車両の駆動源として備えるハイブリッド車両が考えられ、一部で実用化されている。このようなハイブリッド車両では、走行用モータの電力供給源として、バッテリ、キャパシタ等の蓄電部を備えることが考えられる。

また、走行用モータを備えない、一般的に使用されるエンジン付き車両において、補機等の駆動のために電力供給源として上記のような蓄電部を備えることも行われている。このように蓄電部を備える車両では、外部から蓄電部を充電することも考えられるが、エンジンの駆動により発電機を駆動し、発電機により発電された電力を、インバータを介して蓄電部に供給し、蓄電部を充電する場合がある。

特許文献１には、パラレルシリーズハイブリッドシステムにおいて、エンジンと、バッテリに接続されたインバータと、インバータが含む第１インバータ回路に接続されたモータジェネレータと、インバータが含む第２インバータ回路に接続された電気モータと、制御装置とを備え、制御装置は、モータジェネレータ及び電気モータに発生させるトルクや、モータジェネレータ及び電気モータの回転数に基づいて算出されるキャリア周波数を優先させる第１のモードと、インバータに起因して発生させるノイズの音量及び周波数帯域に基づいて算出されるキャリア周波数を優先させる第２のモードとに分けて、インバータを制御する構成が記載されている。第１インバータ回路は、第２のモードの場合に、エンジン回転数センサにより検知されたエンジンの回転数に応じて算出されるキャリア周波数に、制御回路により予め定められた切り換え条件にしたがって、切り換えられるとされている。エンジン回転数センサからの信号により検知されたエンジン回転数が、予め定められた閾値よりも小さい場合には、モータジェネレータ用の第１インバータ回路のキャリア周波数が高く設定され、検知されたエンジン回転数が閾値よりも小さくない場合には、第１インバータ回路のキャリア周波数が低く設定されるとされている。

また、特許文献２には、エンジンと、モータジェネレータと、インバータと、蓄電装置と、ＥＣＵとを備えるハイブリッド車両において、モータジェネレータが含む３相コイルの端がインバータのアームの接続ノードに接続され、３相コイルの中性点にコネクタが接続され、蓄電装置は、インバータへ電力を供給し、また、インバータによって充電される構成が記載されている。コネクタに接続された商用電源から、中性点に交流電力が与えられると、インバータは交流電力を直流電力に変換して蓄電装置を充電するとされている。ＥＣＵは、インバータを制御するための信号を生成し、生成した信号を駆動回路に出力し、駆動回路は、インバータのトランジスタをオン／オフするための駆動信号を生成するとされている。ＥＣＵが含むキャリア信号生成部は、協調制御部からのモード信号が、動作モードが走行モードであることを示す、非活性化されたモード信号であるとき、キャリア信号のキャリア周波数を走行モード用の周波数に設定し、協調制御部からのモード信号が、動作モードが充放電モードであることを示す、活性化されたモード信号であるとき、キャリア信号のキャリア周波数を、走行モード用のキャリア周波数よりも高い、充放電モード用のキャリア周波数に設定するとされている。

特開２００４−４８８４４号公報 特開２００８−５６５９号公報

特許文献１に記載されたハイブリッドシステムでは、検知されたエンジン回転数が、予め定められた閾値よりも小さい場合に、モータジェネレータ用の第１インバータ回路のキャリア周波数が高く設定され、検知されたエンジン回転数が閾値よりも小さくない場合に、第１インバータ回路のキャリア周波数が低く設定される。このため、エンジン回転数の増大にしたがって、発電機として機能するモータジェネレータの回転数が増大する場合に、モータジェネレータの回転数が高いのにもかかわらずインバータのキャリア周波数が低くなる可能性がある。このような特許文献１に記載のハイブリッドシステムでは、ハイブリッドシステムの制御性を効率よく高くできない可能性がある。例えば、ハイブリッド車両では、シフトレバーを駐車状態に対応するＰレンジに位置させた場合に、走行用モータの駆動を停止させた状態で、運転者がアクセルペダルを踏み込むことによりエンジンの回転数を高くして、エンジンにより発電機を駆動してバッテリ等の蓄電部を充電しようとする、「Ｐチャージ」と呼ばれる状態が生じる場合がある。このようなＰチャージでは、エンジン回転数の増大にしたがって、発電機の回転数も増大するが、発電機の回転数が高いのにもかかわらず発電機と蓄電部との間に設けられたインバータのキャリア周波数が低いと、制御性を効率よく高くすることができない可能性がある。

これに対して、エンジン回転数の変化にかかわらず、常にキャリア周波数を高い一定値に維持することも考えられるが、キャリア周波数が高い状態にある頻度が多くなると、インバータを構成するトランジスタ等のスイッチング素子の耐熱性を高くする必要がある。スイッチング素子の耐熱性を高くすることは、インバータのコストが高くなる要因となるため、コスト低減の面から好ましくない。また、エンジン音が大きい場合には、インバータのスイッチングに基づくノイズが大きい場合に、そのノイズが車両の乗員にとって不快な騒音となることは少ないのに対して、エンジン音が小さい場合には、スイッチングに基づくノイズが大きいと、乗員に不快な騒音となりやすい。

このような事情から本発明者は、所定の充電条件が成立した場合に、発電機に接続されたインバータのスイッチング周波数を常に高くすることなく、乗員に不快な騒音を抑制し、かつ、高い制御性を確保することができる構成を考えるに至った。これに対して、特許文献２には、単に、キャリア信号生成部が、充放電モードを表すモード信号が入力された場合に、走行モードを表すモード信号が入力される場合よりも、キャリア周波数を高くすることが記載されているのに過ぎず、上記のように発電機に接続されたインバータのスイッチング周波数を常に高くすることなく、乗員に不快な騒音を抑制し、かつ、高い制御性を確保することができる構成は、これを示唆する事項を含めて記載されていない。

本発明の目的は、車両用発電機制御装置において、所定の充電条件が成立した場合に、発電機に接続されたインバータのスイッチング周波数を常に高くすることなく、乗員に不快な騒音を抑制し、かつ、高い制御性を確保することである。

本発明に係る車両用発電機制御装置は、エンジンの駆動により発電する発電機と、発電機で発電された電力がインバータを介して供給され、充電される蓄電部と、インバータを制御する制御部と、を備え、インバータは、キャリア周波数で動作するスイッチング素子を含み、制御部は、発電機の回転数を検出する回転数検出手段と、予め設定される所定の特別充電条件が成立した場合に、発電機の低回転数領域と高回転数領域とでのキャリア周波数が、発電機の中回転数領域でのキャリア周波数よりも高くなるように、発電機の回転数に応じてキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段とを含むことを特徴とする車両用発電機制御装置である。

また、本発明に係る車両用発電機制御装置において、好ましくは、変速用シフトレバーが駐停車レンジにあるか否かを検出するシフトレバー位置検出手段を備え、特別充電条件は、制御部が起動され、かつ、変速用シフトレバーが駐停車レンジにあることである。

また、本発明に係る車両用発電機制御装置において、好ましくは、変速用シフトレバーが駐停車レンジにあるか否かを検出するシフトレバー位置検出手段と、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、を備え、特別充電条件は、制御部が起動され、かつ、変速用シフトレバーが駐停車レンジにあり、かつ、アクセル開度が予め設定された所定開度以上であることである。

また、本発明に係る車両用発電機制御装置において、好ましくは、制御部は、発電機の回転数の増大にしたがってキャリア周波数が減少する第１のマップと、発電機の回転数の増大にしたがってキャリア周波数が増大する第２のマップとを表すデータを記憶するマップ記憶手段を含み、キャリア周波数設定手段は、特別充電条件が成立し、かつ、キャリア周波数が予め設定される閾値未満の場合にマップ記憶部から取得した第１のマップにより発電機の回転数に応じてキャリア周波数を設定し、特別充電条件が成立し、かつ、キャリア周波数が閾値以上の場合にマップ記憶部から取得した第２のマップにより発電機の回転数に応じてキャリア周波数を設定することである。

本発明に係る車両用発電機制御装置によれば、制御部は、予め設定される所定の特別充電条件が成立した場合に、発電機の低回転数領域と高回転数領域とでのキャリア周波数が、発電機の中回転数領域でのキャリア周波数よりも高くなるように、発電機の回転数に応じてキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段を含むため、エンジンの回転数の増大にしたがって発電機の回転数が増大する場合等に対応する特別充電条件が成立した場合に、発電機に接続されたインバータのスイッチング周波数を常に高くすることなく、発電機の回転数が高回転数領域にある場合に、キャリア周波数も高くでき、高い制御性を確保することができる。しかも、インバータのスイッチング周波数が高いので、乗員にとって不快な騒音を抑制できる。

また、発電機の回転数が低回転数領域にある場合も、キャリア周波数が高くなる。この場合、エンジン回転数が低くなることにより、エンジンに基づく騒音が低くなり、エンジン以外の騒音が乗員に聞こえやすくなるのにもかかわらず、インバータのスイッチング周波数が可聴音の周波数領域から外れやすくなり、乗員に不快な騒音を抑制できる。しかも、キャリア周波数が高いので、制御性を高くできる。これに対して、発電機の回転数が中回転数領域にある場合には、低回転数領域の場合よりもキャリア周波数が低くなるが、エンジンの回転数が上がるので、インバータのスイッチング周波数が可聴音の周波数領域となっても、乗員にとって不快な騒音とはなり難い。また、発電機の回転数が高回転数領域の場合よりもキャリア周波数が低くなっても、発電機の回転数自体が低くなるので、高い制御性を確保しやすい。この結果、所定の特別充電条件が成立した場合に、発電機に接続されたインバータのスイッチング周波数を常に高くすることなく、かつ、乗員に不快な騒音を抑制し、かつ、高い制御性を確保することができる。

以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図６は、本発明の実施の形態の１例を示している。図１は、本実施の形態の車両用発電機制御装置を含むハイブリッド車両の略構成図である。図２は、図１に示すハイブリッド車両を構成する動力分割機構が遊星歯車機構を備える場合の、Ｐチャージにおけるサンギヤ、キャリア、リングギヤの回転数の関係を表す共線図の１例である。図３は、図１の制御部のうち、第１モータジェネレータ用のインバータ制御部の構成を詳しく示すブロック図である。図４は、本実施の形態で使用する２つのマップの関係を示す図である。図５は、本実施の形態のＰチャージ時におけるインバータ制御方法を説明するためのフローチャートである。図６は、図５において、本実施の形態でＰチャージ時に使用する、第１モータジェネレータの回転数とキャリア周波数との関係を示す図である。

本実施の形態の車両用発電機制御装置を含むハイブリッド車両１０は、車両用発電機制御装置であるモータジェネレータ制御装置１２と、駆動軸１４と、車輪１６とを備える。また、モータジェネレータ制御装置１２は、車両駆動用のエンジン１８と、動力分割機構２０と、エンジン１８の駆動により発電する発電機である第１モータジェネレータ（ＭＧ１）２２と、走行用モータである第２モータジェネレータ（ＭＧ２）２４と、減速機２６とを含む。

なお、ハイブリッド車両１０は、前置エンジン付前輪駆動車であるＦＦ車や、前置エンジン付後輪駆動車であるＦＲ車や、四輪駆動車である４ＷＤ車等とすることができる。なお、本発明に係る車両用発電機制御装置は、本実施の形態の場合と異なり、走行用モータを備えるエンジン付き車両に搭載し、エンジンにより駆動される発電機から蓄電部に充電する場合等に使用することもできる。

動力分割機構２０は、エンジン１８からの動力を、駆動軸１４への経路と、第１モータジェネレータ２２への経路とに分割可能としている。動力分割機構２０は、例えば、遊星歯車機構により構成する。例えば、第１モータジェネレータ２２の回転軸を中空として、この回転軸の端部に遊星歯車機構のサンギヤを接続する。また、第１モータジェネレータ２２の回転軸の内側を挿通したエンジン１８の駆動軸に、遊星歯車機構のプラネタリギヤに接続したキャリアを接続する。また、遊星歯車機構のリングギヤに、出力軸２８を接続し、出力軸２８に直接または図示しない別の遊星歯車機構等の減速機を介して第２モータジェネレータ２４の回転軸を接続する。出力軸２８は、減速機２６を介して車輪１６を駆動するための駆動軸１４に接続する。なお、エンジン１８の駆動軸に図示しないダンパを介して動力分割機構２０を接続することもできる。

第１モータジェネレータ２２は、３相交流モータであり、エンジン１８始動用モータとしても使用可能であるが、第１モータジェネレータ２２をエンジン１８により駆動される発電機として使用する場合には、キャリアから入力されるエンジン１８からのトルクの少なくとも一部を、サンギヤを介して、第１モータジェネレータ２２の回転軸に伝達する。

第２モータジェネレータ２４は、車両駆動力発生用の３相交流モータであり、かつ、発電機、すなわち電力回生用としても使用可能である。

エンジン１８の回転は、動力分割機構２０を介して出力軸２８側と第１モータジェネレータ２２側とに取り出す。第１モータジェネレータ２２の駆動により発生した電力は、蓄電部であるバッテリ３０に充電される。第１モータジェネレータ２２は、回転数を無段階制御可能としている。また、第１モータジェネレータ２２は、発電量を制御することにより、エンジン１８の動作点を、燃費性能を良好にする面から最適にする役目も有する。なお、ハイブリッド車両１０をＦＲ車として構成する場合には、出力軸２８の回転を、プロペラシャフト、ディファレンシャルギヤを介して駆動輪である、後輪に伝達し、後輪を駆動させる。

また、モータジェネレータ制御装置１２は、上記の各モータジェネレータ２２，２４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、蓄電部であるバッテリ３０と、システムリレー３４と、第１コンデンサ３６及び第２コンデンサ３８と、各モータジェネレータ２２，２４に対応して設けられるインバータ４０，４２と、第１、第２各モータジェネレータ２２，２４にそれぞれ対応して設けられる回転角センサ４４及び電流センサ４６とを含む。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、図示しないリアクトルと２個のトランジスタ等のスイッチング素子と２個のダイオードとを含み、第１コンデンサ３６から供給された直流電圧を昇圧して、第２コンデンサ３８に供給可能としている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、制御部４８から信号を送られ、この信号に対応して、スイッチング素子のオン時間に対応して直流電圧を昇圧し、第２コンデンサ３８に供給する機能を有する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、制御部４８からの信号に対応して、第２コンデンサ３８を介して２個のインバータ４０，４２との一方または両方から供給された直流電圧を降圧して直流電圧をバッテリ３０に充電する機能を有する。

バッテリ３０は、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池である。なお、バッテリ３０の代わりに、蓄電部としてキャパシタ等を使用することもできる。また、システムリレー３４は、制御部４８からの信号によりオンまたはオフされる。すなわち、図示しない起動スイッチのオンに対応して、制御部４８が起動され、制御部４８からシステムリレー３４がオンされ、バッテリの直流電圧が第１コンデンサ３６に供給される。また、起動スイッチのオフに対応して、システムリレー３４がオフされ、バッテリ３０と第１コンデンサ３６との接続が遮断される。バッテリ３０が出力するバッテリ電圧Ｖｂは、電圧センサ５０によって検知され、制御部４８に入力される。

第１コンデンサ３６は、バッテリ３０から供給された直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３２に供給する。第２コンデンサ３８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２からの直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧をノードＮ１，Ｎ２を介して各インバータ４０，４２に供給する。

各インバータ４０，４２は、Ｕ、Ｖ，Ｗ各相のアーム５２ｕ，５２ｖ，５２ｗ，５４ｕ，５４ｖ，５４ｗを備える。それぞれのアーム５２ｕ，５２ｖ，５２ｗ，５４ｕ，５４ｖ，５４ｗは、キャリア周波数で動作する、直列接続されたＩＧＢＴ，トランジスタ等の２個ずつのスイッチング素子５６を含み、各アーム５２ｕ，５２ｖ，５２ｗ，５４ｕ，５４ｖ，５４ｗの中点を、対応するモータジェネレータ２２，２４を構成する図示しない３相のコイルの一端にそれぞれに接続している。また、各スイッチング素子５６に、それぞれダイオード５８を逆並列に接続している。２個のインバータ４０，４２はバッテリ３０に対し並列に接続している。

第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０は、第２コンデンサ３８から直流電圧が供給されると、制御部４８からのトルク指令値に対応する信号に基づいて、直流電圧を交流電圧に変換して第１モータジェネレータ２２を駆動する。また、第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０は、エンジン１８により動力分割機構２０を介して第１モータジェネレータ２２が駆動させられた場合に、第１モータジェネレータ２２により発電した交流電圧を制御部４８からの信号に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を、第２コンデンサ３８を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３２に供給する。

一方、第２モータジェネレータ２４用のインバータ４２は、第２コンデンサ３８から直流電圧が供給されると、制御部４８からのトルク指令値に対応する信号に基づいて、直流電圧を交流電圧に変換して第２モータジェネレータ２４を駆動する。また、第２モータジェネレータ２４用のインバータ４２は、ハイブリッド車両１０の回生制動時に、第２モータジェネレータ２４により発電した交流電圧を制御部４８からの信号に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を、第２コンデンサ３８を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３２に供給する。各モータジェネレータ２２，２４の３相コイルの他端は、中性点で互いに接続している。

制御部４８は、ＣＰＵ，メモリ等を有するマイクロコンピュータを含み、例えば、モータＥＣＵと呼ばれるモータコントローラを含むものでもよい。第１モータジェネレータ２２と第２モータジェネレータ２４とに電流センサ４６を設けており、電流センサ４６で検出した、各モータジェネレータ２２，２４の各相のコイルを流れるモータ電流値Ｉ１、Ｉ２を制御部４８に入力する。電流センサ４６は、３相のコイルのそれぞれに設けることなく、２相分のコイルの電流を検出し、制御部４８は、残りの１相分のコイルの電流を２相分のコイルの電流の検出値から算出することもできる。制御部４８には、図示しない電圧センサにより検出したＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧ＶＨ、すなわち各インバータ４０，４２への入力電圧と、図示しない外部ＥＣＵからの各モータジェネレータ２２，２４のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２を入力する。

第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０は、制御部４８からの信号に応答したスイッチング素子５６のオンオフ動作である、スイッチング動作により、トルク指令値ＴＲ１にしたがったトルクが出力されるように、第１モータジェネレータ２２を駆動する。トルク指令値ＴＲ１は、運転状況に応じて、正、０、負のいずれかの所定値に設定される。また、第２モータジェネレータ２４用のインバータ４２は、第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０と同様に、制御部４８からの信号に応じたスイッチング素子５６の制御により、トルク指令値に従ったトルクが出力されるように、第２モータジェネレータ２４を駆動する。

また、各モータジェネレータ２２，２４に対応して設けられた回転角センサ４４は、例えばレゾルバ等であり、第１、第２各モータジェネレータ２２，２４の回転角度θ１，θ２を検出して制御部４８に入力する。制御部４８は、この回転角度θ１，θ２から各モータジェネレータ２２，２４の回転数Ｎ１，Ｎ２、すなわち回転速度を算出することができる。なお、本明細書及び特許請求の範囲の全体で、「回転数」とは、単位時間当たり、例えば毎分当たりの回転数を言う。また、制御部４８には、シフトレバー位置検出手段であるシフトポジションセンサ６０(図２)から、図示しない変速用シフトレバーが駐停車レンジであり、パーキング位置であるＰレンジに位置するか否かを表す信号Ｐｒを入力する。なお、制御部４８に、アクセル開度検出手段であるアクセル開度センサ６２(図２)から、図示しないアクセルペダルの操作量に対応するアクセル開度を表す信号を入力することもできる。

また、車両の走行が停止され、すなわち、第２モータジェネレータ２４の駆動が停止された場合で、制御部４８が起動され、かつ、変速用シフトレバーがＰレンジに位置する場合に、運転者がアクセルペダルを踏み込むことによりエンジン１８の回転数の上昇に応じて第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１を上昇させ、第１モータジェネレータ２２の駆動により発電した電力を、インバータ４０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介して、バッテリ３０に充電させる、「Ｐチャージ」と呼ばれる状態が生じる場合がある。このようなＰチャージでは、第２モータジェネレータ２４の回転が停止される。

図２は、図１に示すハイブリッド車両を構成する動力分割機構が遊星歯車機構を備える場合の、Ｐチャージにおけるサンギヤ、キャリア、リングギヤの回転数の関係を表す共線図の１例である。図２に示すように、サンギヤ、キャリア、リングギヤの回転数は、リングギヤとサンギヤとの歯数の比に対応して、サンギヤとリングギヤとの間にキャリアを配置した状態で直線状に並ぶ関係にある。以下では、図１と同一の要素には同一の符号を付して説明する。図２で（＋）は正方向の回転を、（−）は逆方向の回転を表している。サンギヤに第１モータジェネレータ２２が連結され、キャリアにエンジン１８の駆動軸が連結され、リングギヤに第２モータジェネレータ２４側の出力軸２８が連結される。このように第２モータジェネレータ２４が回転を停止した状態では、エンジン１８の回転数が上昇するのにしたがって、第１モータジェネレータ２２の回転数が上昇し、第１モータジェネレータ２２へのトルク指令値を負トルクとすることにより、第１モータジェネレータ２２が発電機として機能してバッテリ３０が充電される。この場合、第１モータジェネレータ２２のトルク指令値は、例えば、バッテリ３０の充電状態から定まる発電許容電力以下の要求発電電力に対応する負の値に設定される。なお、トルク指令値は、固定値としてもよく、また、エンジン１８の回転数に応じて設定してもよい。このようなＰチャージにおいては、第１モータジェネレータ２２の負トルクの発生により、トルク×回転数に応じた発電電力が発生する。

図３は、制御部のうち、第１モータジェネレータ用のインバータ制御部の構成を詳しく示す図である。制御部４８は、第１モータジェネレータ２２用のインバータ制御部６３と、図示しない第２モータジェネレータ用のインバータ制御部とを含む。図３に示すように、インバータ制御部６３は、電流指令算出手段６４と、ＰＩ演算手段６６と、３相／２相変換手段６８と、２相／３相変換手段７０と、回転数検出手段７２と、キャリア周波数設定手段７４と、ＰＷＭ信号生成手段７６と、ゲート回路７８とを含む。なお、第２モータジェネレータ２４用のインバータ制御部の構成は、回転数検出手段７２がなく、キャリア周波数設定手段が予め一定値に設定したキャリア周波数をＰＷＭ信号生成手段７６に出力する以外は、図３に示す第１モータジェネレータ２２用のインバータ制御部６３の構成と同様である。

電流指令算出手段６４は、予め作成されたテーブル等にしたがって、第１モータジェネレータ２２のトルク指令値ＴＲ１に応じて、ｄ軸、ｑ軸に対応する電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を算出する。３相／２相変換手段６８は、第１モータジェネレータ２２に設けられた回転角センサ４４により検出されたモータジェネレータ２２の回転角度θ１と、電流センサ４６により検出された３相の電流Ｉ１とから、２相の電流であるｄ軸電流算出値Ｉｄ、ｑ軸電流算出値Ｉｑとを算出する。

ＰＩ演算手段６６は、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＊に対する偏差及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＊に対する偏差を算出し、それぞれの偏差について、所定ゲインによるＰＩ演算を行って制御偏差を求め、制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。

２相／３相変換手段７０は、ＰＩ演算手段６６から入力された各電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、モータジェネレータ２２の回転角度θ１を用いて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。なお、電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗへの変換には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の出力電圧ＶＨも反映する。

回転数検出手段７２は、第１モータジェネレータ２２の回転角度θ１が入力され、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１を算出する、すなわち検出する。また、キャリア周波数設定手段７４に、シフトポジションセンサ６０から変速用シフトレバーがパーキング位置であるＰレンジに位置するか否かを表す信号Ｐｒを入力し、回転数検出手段７２から第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１を入力する。なお、より好ましくは、さらにアクセル開度センサ６２からアクセル開度を表す信号Ａｃｃをキャリア周波数設定手段７４に入力することもできる。キャリア周波数設定手段７４は、回転数Ｎ１と、信号Ｐｒとを用いて、第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０のキャリア周波数ｆｃ１を設定する。

また、第２モータジェネレータ２４用のインバータ制御部(図示せず)を構成するキャリア周波数設定手段は、第２モータジェネレータ２４用のインバータ４２のキャリア周波数ｆｃ２を、予め定められた一定値として、予め記憶部に記憶し、キャリア周波数設定手段がこの一定値を読み出すことにより設定する。第１モータジェネレータ２２のＰチャージ時以外の第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０のキャリア周波数ｆｃ１は、予め定められた一定値として、予め記憶部に記憶し、キャリア周波数設定手段７４がこの一定値を読み出すことにより設定する。また、第１モータジェネレータ２２のＰチャージ時に設定する第１モータジェネレータ２２に対応するキャリア周波数ｆｃ１は、後述するマップを用いて第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１に応じて設定する。この設定方法については、後述する。

このようにして各モータジェネレータ２２，２４に対応して設けられるキャリア周波数設定手段７４により設定されたキャリア周波数ｆｃ１，ｆｃ２は、それぞれのＰＷＭ信号生成手段７６に入力され、ＰＷＭ信号生成手段７６は、キャリア周波数ｆｃ１，ｆｃ２と、電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとから各インバータ４０，４２駆動用のＰＷＭ信号を生成する。すなわち、電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに従う信号波と、所定のキャリア周波数ｆｃ１，ｆｃ２の三角波である搬送波とを比較し、搬送波電圧と信号波電圧との大小の比較により、各相のインバータ４０，４２出力電圧としてのかつ、方形波電圧の集合としてのＰＷＭ信号を生成する。このため、キャリア周波数ｆｃ１，ｆｃ２は、インバータ４０，４２を構成する各スイッチング素子５６のスイッチング周波数に相当する。生成されたＰＷＭ信号は、ゲート回路７８に出力され、ゲート回路７８は、電圧を印加するインバータ４０，４２のスイッチング素子５６を選択することにより、スイッチング素子５６のオンオフを制御する。

特に、本実施の形態では、第１モータジェネレータ２２用のインバータ制御部６３を構成するキャリア周波数設定手段７４において、予め設定される所定の特別充電条件であるＰチャージ条件が成立したと判定された場合に、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１に応じて、第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０のキャリア周波数ｆｃ１を設定する。このために、キャリア周波数設定手段７４は、図示しない条件判定手段を含み、条件判定手段は、制御部４８が起動され、かつ、シフトポジションセンサ６０から、変速用シフトレバーがＰレンジに位置することを表す信号Ｐｒが入力された場合にＰチャージ条件が成立と判定し、それ以外の場合はＰチャージ条件不成立と判定する。キャリア周波数設定手段７４は、Ｐチャージ条件成立と判定された場合に、第１モータジェネレータ２２のキャリア周波数ｆｃ１を、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１に応じて設定する。

また、制御部４８は、マップ記憶手段である図示しない記憶部において、２つのキャリア周波数設定用マップＭＡＰ１（Ｎ１），ＭＡＰ２（Ｎ１）を記憶している。図４は、２つのキャリア周波数設定用マップが表す、第１モータジェネレータの回転数とキャリア周波数との関係を示す図である。図４に示すように第１キャリア周波数設定用マップＭＡＰ１（Ｎ１）は、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１の増大にしたがってキャリア周波数ｆｃ１が減少している。第２キャリア周波数設定用マップＭＡＰ２（Ｎ１）は、第１モータジェネレータ２２の回転数の増大にしたがってキャリア周波数ｆｃ１が増大している。本実施の形態では、それぞれのマップＭＡＰ１（Ｎ１），ＭＡＰ２（Ｎ１）で、キャリア周波数ｆｃ１は、第１モータジェネレータ２２の回転数に対し直線的に比例する関係にあり、それぞれのマップＭＡＰ１（Ｎ１），ＭＡＰ２（Ｎ１）を表す直線が第１モータジェネレータ２２の回転数がＫであり、キャリア周波数ｆc１がｆminである点で交差している。

キャリア周波数設定手段７４は、上記のようにＰチャージ条件が成立したと判定された場合に、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１に応じて２つのマップＭＡＰ１（Ｎ１），ＭＡＰ２（Ｎ１）のうち、いずれのマップＭＡＰ１（Ｎ１）（またはＭＡＰ２（Ｎ１））を使用するかを決定し、決定したマップＭＡＰ１（Ｎ１）（またはＭＡＰ２（Ｎ１））と、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１とから、第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０のキャリア周波数ｆｃ１を設定する。この場合、キャリア周波数設定手段７４は、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１が閾値であるＫ未満である場合に、記憶部から取得した第１のマップＭＡＰ１（Ｎ１）により、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１に応じてキャリア周波数ｆｃ１を設定する。これに対して、キャリア周波数設定手段７４は、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１が閾値であるＫ以上である場合に、記憶部から取得した第２のマップＭＡＰ２（Ｎ１）により、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１に応じてキャリア周波数ｆｃ１を設定する。このように構成するため、キャリア周波数設定手段７４では、予め設定される所定のＰチャージ条件が成立されたと判定された場合に、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１がＫからそれぞれ低回転数側と高回転数側とに外れた、低回転数領域Ｒ１と高回転数領域Ｒ２とでのキャリア周波数ｆｃ１が、第１モータジェネレータ２２の回転数ＮｇがＫを含む、中回転数領域Ｒ３でのキャリア周波数ｆｃ１よりも高くなるように、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１に応じてキャリア周波数ｆｃ１が設定される。なお、本実施の形態で、制御部４８は１つとしても、複数の機能に応じて複数の制御部に分割してもよい。

このように構成する本実施の形態のモータジェネレータ制御装置１２は、次のように、Ｐチャージ時に、第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０を制御する。図５は、Ｐチャージ時における第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０の制御方法を説明するためのフローチャートである。図５のステップＳ１で、キャリア周波数設定手段７４は、Ｐチャージ条件成立か否かを判定し、Ｐチャージ条件成立と判定された場合には、ステップＳ２で、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１が、予め設定された閾値Ｋ未満か否かを判定する。第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１が閾値Ｋ未満であると判定されると、ステップＳ３でキャリア周波数設定手段７４は、キャリア周波数ｆｃ１を、第１のマップＭＡＰ１（Ｎ１）と、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１とから決定されるキャリア周波数ｆｃ１に設定する。これに対して、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１が閾値Ｋ未満でない、すなわち、Ｋ以上であると判定された場合には、ステップＳ４に移行し、キャリア周波数設定手段７４は、キャリア周波数ｆｃ１を、第２のマップＭＡＰ２（Ｎ１）と、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１とから決定されるキャリア周波数ｆｃ１に設定する。したがって、キャリア周波数設定手段７４で設定される、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１に対応するキャリア周波数ｆｃ１は、図６に太線ａで示すように、第１モータジェネレータ２２の回転数がＫで谷部となるＶ形となる。

なお、本実施の形態で記憶部に記憶させる第１、第２の各マップＭＡＰ１（Ｎ１），ＭＡＰ２（Ｎ１）は、図４、図６に示すように、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１の増大にしたがってキャリア周波数ｆｃ１が直線的に上昇または減少するものに限定するものではなく、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１の増大にしたがってキャリア周波数ｆｃ１が曲線的に上昇または減少するものとすることもできる。

このようにして設定されたキャリア周波数ｆｃ１は、図３に示すＰＷＭ信号生成手段７６に出力され、ＰＷＭ信号生成手段７６は、２相／３相変換手段７０から出力された３相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、キャリア周波数ｆｃ１とからＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号をゲート回路７８に出力することにより、第１モータジェネレータ２２にトルク指令値に応じた負トルクを発生させる。

なお、図４に示すフローチャートは、第２モータジェネレータ２４用のインバータ４２を制御するための第２のフローチャート、第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０において、Ｐチャージ以外の通常の条件で制御する第３のフローチャート等と、同時に並行して実行させる。このような第２、第３のフローチャートで使用するインバータ４０，４２のキャリア周波数ｆｃ１，ｆｃ２は、図４、図６に示すキャリア周波数ｆminよりも高い、予め設定される一定値とする。

このようなモータジェネレータ制御装置１２によれば、制御部４８は、予め設定される所定のＰチャージ条件が成立した場合に、第１モータジェネレータ２２の低回転数領域Ｒ１と高回転数領域Ｒ２とでの、第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０のキャリア周波数ｆｃ１が、第１モータジェネレータ２２の中回転数領域Ｒ３でのキャリア周波数ｆｃ１よりも高くなるように、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１に応じてキャリア周波数ｆｃ１を設定するキャリア周波数設定手段７４を含む。このため、エンジン１８の回転数の増大にしたがって第１モータジェネレータ２２の回転数が増大する場合であるＰチャージに対応する、Ｐチャージ条件が成立した場合に、第１モータジェネレータ２２に接続されたインバータ４０のスイッチング周波数を常に高くすることなく、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１が高回転数領域Ｒ２にある場合に、キャリア周波数ｆｃ１も高くでき、高い制御性を確保できる。しかも、キャリア周波数ｆｃ１が高いので、インバータ４０のスイッチング周波数が可聴音の周波数領域から外れやすくなり、乗員にとって不快な騒音を抑制できる。

また、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１が低回転数領域Ｒ２にある場合も、第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０のキャリア周波数ｆｃ１が高くなる。この場合、エンジン１８回転数が低くなることにより、エンジン１８に基づく騒音が低くなり、エンジン１８以外の騒音が乗員に聞こえやすくなるのにもかかわらず、インバータ４０のスイッチング周波数が可聴音の周波数領域から外れやすくなり、乗員に不快な騒音を抑制できる。しかも、キャリア周波数ｆｃ１が高いので、制御性を高くできる。

これに対して、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１が中回転数領域Ｒ３にある場合には、低回転数領域Ｒ１の場合よりも第１モータジェネレータ２２用のインバータ４０のキャリア周波数ｆｃ１が低くなる。ただし、エンジン１８の回転数が上がるので、インバータ４０のスイッチング周波数が可聴音の周波数領域となっても、乗員にとって不快な騒音とはなり難い。また、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１が高回転数領域の場合よりもキャリア周波数ｆｃ１が低くなっても、第１モータジェネレータ２２の回転数Ｎ１自体が低くなるので、高い制御性を確保しやすい。この結果、所定のＰチャージ条件が成立した場合に、第１モータジェネレータ２２に接続されたインバータ４０のスイッチング周波数を常に高くすることなく、乗員に不快な騒音を抑制し、かつ、高い制御性を確保できる。

なお、本実施の形態では、Ｐチャージ条件成立か否かを判定するために、制御部４８が起動され、かつ、シフトポジションセンサ６０から、変速用シフトレバーがＰレンジに位置することを表す信号が入力された場合を、Ｐチャージ条件成立としている。ただし、車両用発電機制御装置であるモータジェネレータ制御装置１２が、アクセル開度Ａｃｃを検出するアクセル開度検出手段であるアクセル開度センサ６２を備え、Ｐチャージ条件は、制御部４８が起動され、かつ、変速用シフトレバーがＰレンジにあり、かつ、アクセル開度Ａｃｃが予め設定された（０ではない）所定開度以上である場合とすることもできる。この場合には、アクセルペダルが踏み込まれたことを条件として含んでいるため、より精度よく制御を行える。なお、本発明では、特別充電条件を、上記のようなＰチャージ条件に限定するものではなく、エンジン回転数の上昇に応じて発電機の回転数が上昇する場合等、種々の条件とすることができる。

本発明の実施の形態の１例の車両用発電機制御装置を含むハイブリッド車両の略構成図である。 図１に示すハイブリッド車両を構成する動力分割機構が遊星歯車機構を備える場合の、Ｐチャージにおけるサンギヤ、キャリア、リングギヤの回転数の関係を表す共線図の１例である。 図１の制御部のうち、第１モータジェネレータ用のインバータ制御部の構成を詳しく示すブロック図である。 本発明の実施の形態の１例で使用する２つのマップの関係を示す図である。 本発明の実施の形態の１例のＰチャージ時におけるインバータ制御方法を説明するためのフローチャートである。 図５において、本発明の実施の形態の１例でＰチャージ時に使用する、第１モータジェネレータの回転数とキャリア周波数との関係を示す図である。

符号の説明

１０ ハイブリッド車両、１２ モータジェネレータ制御装置、１４ 駆動軸、１６ 車輪、１８ エンジン、２０ 動力分割機構、２２ 第１モータジェネレータ（ＭＧ１）、２４ 第２モータジェネレータ（ＭＧ２）、２６ 減速機、２８ 出力軸、３０ バッテリ、３２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３４ システムリレー、３６ 第１コンデンサ、３８ 第２コンデンサ、４０，４２ インバータ、４４ 回転角センサ、４６ 電流センサ、４８ 制御部、５０ 電圧センサ、５２ｕ，５２ｖ，５２ｗ アーム、５４ｕ，５４ｖ，５４ｗ アーム、５６ スイッチング素子、５８ ダイオード、６０ シフトポジションセンサ、６２ アクセル開度センサ、６３ インバータ制御部、６４ 電流指令算出手段、６６ ＰＩ演算手段、６８ ３相／２相変換手段、７０ ２相／３相変換手段、７２ 回転数検出手段、７４ キャリア周波数設定手段、７６ ＰＷＭ信号生成手段、７８ ゲート回路。

Claims (4)

1. エンジンの駆動により発電する発電機と、
   発電機で発電された電力がインバータを介して供給され、充電される蓄電部と、
   インバータを制御する制御部と、
   を備え、
   インバータは、キャリア周波数で動作するスイッチング素子を含み、
   制御部は、
   発電機の回転数を検出する回転数検出手段と、
   予め設定される所定の特別充電条件が成立した場合に、発電機の低回転数領域と高回転数領域とでのキャリア周波数が、発電機の中回転数領域でのキャリア周波数よりも高くなるように、発電機の回転数に応じてキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段とを含むことを特徴とする車両用発電機制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用発電機制御装置において、
   変速用シフトレバーが駐停車レンジにあるか否かを検出するシフトレバー位置検出手段を備え、
   特別充電条件は、制御部が起動され、かつ、変速用シフトレバーが駐停車レンジにあることであることを特徴とする車両用発電機制御装置。
3. 請求項１に記載の車両用発電機制御装置において、
   変速用シフトレバーが駐停車レンジにあるか否かを検出するシフトレバー位置検出手段と、
   アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、を備え、
   特別充電条件は、制御部が起動され、かつ、変速用シフトレバーが駐停車レンジにあり、かつ、アクセル開度が予め設定された所定開度以上であることであることを特徴とする車両用発電機制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１に記載の車両用発電機制御装置において、
   制御部は、
   発電機の回転数の増大にしたがってキャリア周波数が減少する第１のマップと、発電機の回転数の増大にしたがってキャリア周波数が増大する第２のマップとを表すデータを記憶するマップ記憶手段を含み、
   キャリア周波数設定手段は、特別充電条件が成立し、かつ、キャリア周波数が予め設定される閾値未満の場合にマップ記憶部から取得した第１のマップにより発電機の回転数に応じてキャリア周波数を設定し、特別充電条件が成立し、かつ、キャリア周波数が閾値以上の場合にマップ記憶部から取得した第２のマップにより発電機の回転数に応じてキャリア周波数を設定することを特徴とする車両用発電機制御装置。

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