JP2010241262A - 駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】有段変速機の変速段を変更する際にバッテリへの過大な電力の供給をより確実に抑制する。
【解決手段】変速機の変速段が変更中でないときには第1のキャリア周波数Fhiを用いてPWM信号を設定してモータを駆動するインバータをスイッチング制御し(S110,120,140)、変速機39の変速段が変更されている最中には第1のキャリア周波数Fhiよりも低い第2のキャリア周波数Floを用いてPWM信号を設定してインバータをスイッチング制御するため(S110,130,140)、変速段の変更中はモータの電流の脈動(リプル電流)を大きくして損失を増加させてモータの消費電力が不足するのを防止するから、モータからのパワーが減少した場合であってもバッテリに過大な電力が供給されるのを抑制することができる。
【選択図】図3
【解決手段】変速機の変速段が変更中でないときには第1のキャリア周波数Fhiを用いてPWM信号を設定してモータを駆動するインバータをスイッチング制御し(S110,120,140)、変速機39の変速段が変更されている最中には第1のキャリア周波数Fhiよりも低い第2のキャリア周波数Floを用いてPWM信号を設定してインバータをスイッチング制御するため(S110,130,140)、変速段の変更中はモータの電流の脈動(リプル電流)を大きくして損失を増加させてモータの消費電力が不足するのを防止するから、モータからのパワーが減少した場合であってもバッテリに過大な電力が供給されるのを抑制することができる。
【選択図】図3
Description
本発明は、駆動装置に関する。
従来、この種の駆動装置としては、エンジンと、エンジンのクランクシャフトに接続された3軸式の動力分配統合機構と、動力統合分配機構に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構のリングギヤ軸に接続されたモータMG2と、リングギヤ軸の動力を変速して駆動軸に出力する有段の変速機と、モータMG1およびモータMG2と電力のやり取りが可能なバッテリと、モータMG1およびモータMG2を駆動制御するモータECUと、モータECUと通信可能に接続され装置全体を制御するメインECU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)。この装置では、変速機の変速段を変更する際には、メインECUが、モータECUからモータMG2の回転数を通信により入力し、変更開始から終了までの各時刻におけるモータMG2の回転数の変化率を求め、求めた変化率とモータMG2の回転数とから変速を開始してからの経過時間に対応するモータMG2の予想回転数を設定して、この予想回転数をエンジンやモータMG1,MG2の制御に反映させることにより、モータECUからの通信遅れなどに起因してバッテリが予期しない過大な電力により充電されるのを抑制することができるとしている。
上述した駆動装置では、メインECUとモータECUとの通信遅れを解消して変速機の変速段の変更時にバッテリに過大な電力が供給されるのを抑制することができるものの、予想回転数の精度が十分に得られない場合も考えられ、より確実にバッテリを保護できるものが求められている。
本発明の駆動装置は、有段変速機の変速段を変更する際にバッテリへの過大な電力の供給をより確実に抑制することを主目的とする。
本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の駆動装置は、
エンジンからの動力を用いて発電可能な発電機と、前記発電機を駆動する発電機用インバータと、前記発電機からの電力を用いて駆動用の動力を出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する電動機用インバータと、前記発電機および前記電動機と電力のやり取りが可能なバッテリと、前記電動機からの動力を変速段の変更を伴って変速して駆動軸に出力する有段変速機と、前記発電機用インバータおよび前記電動機用インバータが有するスイッチング素子をPWM方式によりスイッチング制御する制御手段とを備える駆動装置において、
前記制御手段は、前記有段変速機の変速段が変更されていないときには第1のスイッチング周波数をもって前記電動機用インバータのスイッチング制御を行ない、前記有段変速機の変速段が変更されている最中には前記第1のスイッチング周波数よりも低い第2のスイッチング周波数をもって前記電動機用インバータのスイッチング制御を行なう手段である
ことを特徴とする。
エンジンからの動力を用いて発電可能な発電機と、前記発電機を駆動する発電機用インバータと、前記発電機からの電力を用いて駆動用の動力を出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する電動機用インバータと、前記発電機および前記電動機と電力のやり取りが可能なバッテリと、前記電動機からの動力を変速段の変更を伴って変速して駆動軸に出力する有段変速機と、前記発電機用インバータおよび前記電動機用インバータが有するスイッチング素子をPWM方式によりスイッチング制御する制御手段とを備える駆動装置において、
前記制御手段は、前記有段変速機の変速段が変更されていないときには第1のスイッチング周波数をもって前記電動機用インバータのスイッチング制御を行ない、前記有段変速機の変速段が変更されている最中には前記第1のスイッチング周波数よりも低い第2のスイッチング周波数をもって前記電動機用インバータのスイッチング制御を行なう手段である
ことを特徴とする。
この本発明の駆動装置では、有段変速機の変速段が変更されていないときには第1のスイッチング周波数をもって電動機用インバータのスイッチング制御を行ない、有段変速機の変速段が変更されている最中には第1のスイッチング周波数よりも低い第2のスイッチング周波数をもって電動機用インバータのスイッチング制御を行なう。ここで、PWM方式によるスイッチング制御においては周波数が低いほど電動機に印加される電流の脈動(リプル電流)が大きくなるから、スイッチング周波数を低くすることで電動機の損失を増加させることができる。これにより、有段変速機の変速段が変更されている最中に発電機の発電電力に対して電動機の消費電力が不足するのを防止することができる。この結果、有段変速機の変速段を変更するときにバッテリへの過大な電力の供給をより確実に抑制することができる。
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は本発明の一実施例としての駆動装置を搭載したハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2はモータ41,42を含む電気駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン32と、エンジン32を制御するエンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)36と、エンジン32のクランクシャフト34にキャリアが接続されると共に駆動輪26a,26bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸22にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ38と、永久磁石が貼り付けられた回転子と三相コイルが巻回された固定子とからなる同期発電電動機として構成され回転子がプラネタリギヤ38のサンギヤに接続されたモータ41と、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からなる同期発電電動機として構成されたモータ42と、入力軸がモータ42の回転子に接続されると共に図示しない油圧回路からの油圧により駆動してモータ42からの動力をHiギヤまたはLoギヤの変速比による変速を伴って駆動軸22に接続された出力軸に出力する変速機39と、複数のスイッチング素子のオンオフによりモータ41,42を駆動するインバータ43,44と、バッテリ48と、バッテリ48が接続された低圧側とインバータ43,44が接続された高圧側との間で電圧を変換して電力のやり取りが可能な昇圧回路45と、インバータ43,44のスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータ41,42を駆動制御するモータ用電子制御ユニット(モータECU)46と、図示しない各種センサから車両の制御に必要な信号を入力したり変速機39を変速させるための駆動信号を図示しない油圧回路のアクチュエータに出力したりすると共にエンジンECU36やモータECU46と通信して車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)50と、を備える。なお、モータECU46には、モータ41,42を駆動制御するために必要な信号、例えばモータ42の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ42aからの信号などが入力される。ここで、駆動装置としては、モータ41,42やインバータ43,44、バッテリ48、変速機39、モータECU46が該当する。
実施例の駆動装置を搭載したハイブリッド自動車20は、基本的にはハイブリッド用電子制御ユニット50によって実行される以下に説明する駆動制御により走行している。ハイブリッド用電子制御ユニット50では、まず、アクセル開度と車速とに基づいて駆動軸22に出力すべき要求トルクを設定し、要求トルクに駆動軸22の回転数を乗じて走行に要求される走行用パワーを計算し、この走行用パワーとバッテリ48の充電容量の割合(SOC)に応じた充放電要求パワーとの和のパワーをエンジン指令パワーとして設定する。次に、エンジン指令パワーに対してエンジン32の運転ポイントとしての目標回転数と目標トルクとを設定し、エンジン32の回転数が目標回転数に近づくように回転数フィードバック制御によりモータ41から出力すべきトルクとしてのトルク指令を設定する。続いて、モータ41をトルク指令で駆動したときにエンジン32から出力されたトルクのうちプラネタリギヤ38を介して駆動軸22に作用するトルク(直達トルク)を要求トルクから減じて得られるモータ42から出力すべきトルクに対して、モータ41の充放電電力とモータ42の充放電電力との和の電力がバッテリ48を充放電してもよい最大許容電力を超えないよう制限してモータ42のトルク指令に設定する。また、要求トルクと車速とに基づいて、変速機39の変速段の変更要求(LoギヤからHiギヤへの変更またはHiギヤからLoギヤへの変更)があると判定したときには、変速機39が要求されるギヤ状態に変更されるよう変速機39の図示しない油圧回路のアクチュエータに駆動信号を出力して変速処理を行なう。この変速処理において、LoギヤからHiギヤへの変更の際には、例えばモータ42から出力されるパワーが保持されるよう変速前のモータ42のトルク指令にモータ42の回転数を乗じて得られるパワーを変速中のモータ42の回転数で除してトルク指令を設定する。このモータ42の回転数は、回転位置検出センサ42aにより検出された信号に基づいて演算されたものを通信によりモータECU46から入力するものとした。そして、こうして設定したエンジン32の目標回転数と目標トルクとをエンジンECU36に送信すると共にモータ41,42のそれぞれのトルク指令をモータECU46に送信する。目標回転数と目標トルクとを受信したエンジンECU36は、目標回転数と目標トルクとによってエンジン32が運転されるようエンジン32の吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを実行し、モータ41,42のトルク指令を受信したモータECU46は、モータ41,42がトルク指令で駆動されるようインバータ43,44のスイッチング素子をスイッチング制御する。このスイッチング制御は、モータ41,42のそれぞれにおいて、信号波である三相正弦波電圧指令信号と搬送波であるキャリア信号(三角波信号)とを比較し、その大小関係に応じて電圧値がパルス状に変化するPWM信号を生成し、生成したPWM信号に基づいてインバータ43,44をスイッチング制御するPWM方式により行なわれる。このため、インバータ43,44のスイッチングの周波数は、キャリア周波数に依存することになる。
次に、モータ42の駆動制御について説明する。図3は、ハイブリッド用電子制御ユニット50からモータ42のトルク指令を受信したときに、モータECU46により実行されるモータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。モータ制御ルーチンが実行されると、モータECU46は、まず、ハイブリッド用電子制御ユニット50から受信したモータ42のトルク指令値を入力すると共に回転位置検出センサ42aからの信号に基づいて演算したモータ42の回転数などのモータ42の駆動制御に必要なデータを入力し(ステップS100)、変速機39の変速段が変更中であるか否かを判定する(ステップS110)。変更中であるか否かの判定は、上述した変速段の変更要求に基づく変速処理がなされているか否かをハイブリッド用電子制御ユニット50に通信により問い合わせることにより行なうものとした。ステップS110で変速段の変更中ではないと判定したときには、インバータ42のスイッチング素子のスイッチングの周波数となるキャリア周波数Fcを第1の周波数Fhiとなるよう設定する(ステップS120)。本実施例では、例えば、モータ42のトルク指令値と回転数と第1の周波数Fhiとの関係をスイッチング制御に伴う電磁騒音や損失などを考慮して予め求めて図示しないマップとしてモータECU46のROM(図示省略)に記憶しておき、トルク指令値と回転数とが与えられると記憶したマップから対応する第1の周波数Fhiを導出して設定するものとした。こうしてキャリア周波数Fcを設定すると、設定したキャリア周波数Fcに基づいて上述したようにPWM信号を設定して(ステップS140)、本ルーチンを終了する。これにより、第1のキャリア周波数Fhiにより生成されたPWM信号に基づいてインバータ44をスイッチング制御してモータ42を駆動させることができる。
一方、ステップS110で変速中であると判定したときには、キャリア周波数Fcを第1の周波数Fhiよりも低い第2の周波数Floに設定し(ステップS130)、設定したキャリア周波数Fcに基づいてステップS140でPWM信号を設定して、本ルーチンを終了する。なお、第2の周波数Floは、第1の周波数Fhiと同様に予め求めてマップとして記憶しておくものとしてもよいし、第1の周波数Fhiに所定の係数を乗じるものとしてもよい。これにより、変速機39の変速段の変更中においては、変更されていないときよりも低い第2のキャリア周波数Floにより生成されたPWM信号に基づいてインバータ42をスイッチング制御してモータ42を駆動させることができる。キャリア周波数Fcが低いほどモータ42に流れる電流の脈動(リプル電流)は大きくなるため、変速段の変更がされていないときに比してモータ42の損失が増加することになる。ここで、変速機39は2段の変速機として構成されており変速段の変更中にモータ42の回転数が急変しやすく、例えばLoギヤからHiギヤへの変更時に急減することがある。上述したように、ハイブリッド用電子制御ユニット50はモータECU46を経由して入力したモータ42の回転数を用いてトルク指令を設定するため、演算による遅れや通信による遅れなどにより、トルク指令値に基づいて実際にトルクを出力するときのモータ42の回転数がそのトルク指令を設定したときに用いた回転数に比して著しく小さなものとなることがある。その場合、モータ42からのパワーの減少に伴いモータ42で消費される電力が減少するため、モータ41の発電の状態やバッテリ48のSOCの状態によってはモータ41からの電力が充電能力を超えた過剰な電力としてバッテリ48に供給されることになる。本実施例では、変速段の変更中にはキャリア周波数を低くしてモータ42の損失を増加させるため、そのような場合であってもモータ42で消費される電力に不足が生じるのを防止することができ、バッテリ48に過大な電力が供給されるのを抑制することができる。変速機39の変速段が変更中でないときには第1のキャリア周波数Fhiを設定し、変速段が変更されている最中には第1のキャリア周波数Fhiよりも低い第2のキャリア周波数Floを設定するのはこうした理由に基づいている。
以上説明した実施例の駆動装置では、変速機39の変速段が変更中でないときには第1のキャリア周波数Fhiを用いてPWM信号を設定してモータ42を駆動するインバータ44をスイッチング制御し、変速機39の変速段が変更されている最中には第1のキャリア周波数Fhiよりも低い第2のキャリア周波数Floを用いてPWM信号を設定してインバータ44をスイッチング制御するため、変速段の変更中はモータ42の電流の脈動(リプル電流)を大きくして損失を増加させてモータ42の消費電力が不足するのを防止するから、モータ42からのパワーが減少した場合であってもバッテリ48に過大な電力が供給されるのを抑制することができる。
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41が「発電機」に相当し、インバータ43が「発電機用インバータ」に相当し、モータ42が「電動機」に相当し、インバータ44が「電動機用インバータ」に相当し、バッテリ48が「バッテリ」に相当し、変速機39が「有段変速機」に相当し、モータECU46が「制御手段」に相当する。
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、駆動装置の製造産業などに利用可能である。
20 ハイブリッド自動車、22 駆動軸、24 デファレンシャルギヤ、26a,26b 駆動輪、32 エンジン、34 クランクシャフト、36 エンジン用電子制御ユニット、38 プラネタリギヤ、39 変速機、41,42 モータ、42a 回転位置検出センサ、43,44 インバータ、45 昇圧回路、46 モータ用電子制御ユニット、48 バッテリ、50 ハイブリッド用電子制御ユニット。
Claims (1)
- エンジンからの動力を用いて発電可能な発電機と、前記発電機を駆動する発電機用インバータと、前記発電機からの電力を用いて駆動用の動力を出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する電動機用インバータと、前記発電機および前記電動機と電力のやり取りが可能なバッテリと、前記電動機からの動力を変速段の変更を伴って変速して駆動軸に出力する有段変速機と、前記発電機用インバータおよび前記電動機用インバータが有するスイッチング素子をPWM方式によりスイッチング制御する制御手段とを備える駆動装置において、
前記制御手段は、前記有段変速機の変速段が変更されていないときには第1のスイッチング周波数をもって前記電動機用インバータのスイッチング制御を行ない、前記有段変速機の変速段が変更されている最中には前記第1のスイッチング周波数よりも低い第2のスイッチング周波数をもって前記電動機用インバータのスイッチング制御を行なう手段である
ことを特徴とする駆動装置。
Priority Applications (1)
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2009
- 2009-04-06 JP JP2009092072A patent/JP2010241262A/ja active Pending
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