JP2010241262A - 駆動装置 - Google Patents

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

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。

特開２００８−１８４０６４号公報

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。

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。

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る。 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。 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。

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)

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。

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