JP2012239276A - 車両の駆動システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機のロック時にインバータ素子の温度が低減され、かつ運転者の快適満足性を向上させた車両の駆動システムおよびその制御方法を提供する。
【解決手段】車両の駆動システムは、電動機（モータジェネレータＭＧ２）と、電動機を駆動するインバータ１４と、インバータ１４に対して周期的にトルク指令値を出力することによって電動機を制御する制御装置３０とを含む。制御装置３０は、現在のトルク指令値が高トルク領域に属するか、高トルク領域よりも低い領域である低トルク領域に属するかによって、トルク変化率を異ならせて次回のトルク指令値を決定する。制御装置３０は、インバータの素子温度に関連する温度Ｔに基づいて高トルク領域と低トルク領域の境界値を決定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の駆動システムおよびその制御方法に関し、特に電動機とインバータとを搭載する車両の駆動システムおよびその制御方法に関する。

特開平１１−２１５６８７号公報（特許文献１）は、登坂時にモータがロック状態に陥ってもロック状態から容易に脱出し得るとともにスイッチング素子の破損を防止し得る電気自動車の過負荷防止装置を開示する。

電気自動車が登坂時に停止状態からゆっくりと発進しようとするとモータのロック状態が長くなる。モータのロック状態が長くなるとスイッチング素子を保護するためにモータの出力が制限される。このため、更にアクセルを踏み込んでもモータの出力制限によりなかなか発進できないという問題がある。

特開平１１−２１５６８７号公報 特開平１１−１２２７０３号公報 特開平１１−０５５８０３号公報

特開平１１−２１５６８７号公報に開示された技術では、モータがロック状態にあると判定された場合には、インバータ回路のスイッチング素子の接合温度最大値に対応する制限トルクを演算し、この制限トルクから変位トルクを減算して、リミットトルクを変位トルクずつ低減し、これにより位相領域を変化させ、ロック状態を解除している。

しかし、インバータ素子温度低減、および運転者の快適満足性の点においてさらに改善する余地がある。

この発明の目的は、電動機のロック時にインバータ素子の温度が低減され、かつ運転者の快適満足性を向上させた車両の駆動システムおよびその制御方法を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の駆動システムであって、電動機と、電動機を駆動するインバータと、インバータに対して周期的にトルク指令値を出力することによって電動機を制御する制御装置とを含む。制御装置は、現在のトルク指令値が高トルク領域に属するか、高トルク領域よりも低い領域である低トルク領域に属するかによって、トルク変化率を異ならせて次回のトルク指令値を決定する。制御装置は、インバータの素子温度に関連する温度に基づいて高トルク領域と低トルク領域の境界値を決定する。

好ましくは、制御装置は、インバータの素子温度に関連する温度が上昇すると高トルク領域と低トルク領域の境界値を低下させる。

より好ましくは、制御装置は、低トルク領域でのトルク指令値の下降時の変化率を高トルク領域でのトルク指令値の下降時の変化率よりも緩やかに設定して次回のトルク指令値を決定する。

より好ましくは、制御装置は、高トルク領域でのトルク指令値の上昇時の変化率を低トルク領域でのトルク指令値の上昇時の変化率よりも緩やかに設定して次回のトルク指令値を決定する。

好ましくは、制御装置は、現在のトルク指令値の大きさが連続許容値より大きく、かつ電動機の回転数が所定数より大きく、かつ電動機に流れる電流が所定値よりも大きい場合に、電動機に対する現在のトルク指令値が高トルク領域に属するか低トルク領域に属するかによって、トルク変化率を異ならせて次回のトルク指令値を決定する。

この発明は、他の局面では、電動機と、電動機を駆動するインバータとを含む車両の駆動システムの制御方法であって、インバータの素子温度に関連する温度に基づいて高トルク領域と高トルク領域よりも低い領域である低トルク領域の境界値を決定するステップと、電動機に対する現在のトルク指令値が、高トルク領域に属するか低トルク領域に属するかを判断するステップと、現在のトルク指令値が属する領域に基づいてトルク変化率を異ならせて次回のトルク指令値を決定するステップとを含む。

本発明によれば、電動機のロック時にインバータ素子の温度が低減されることによりインバータ素子の保護が強化され、かつ運転者の快適満足性が向上する。

本発明の実施の形態に係る車両１００の主たる構成を示す図である。 三相のコイルに流れる電流について説明するための波形図である。 ロータ位置が図２のＦ１に有るときに各コイルに流れる電流を示した図である。 素子温度の変化について説明するための図である。 モータロック時の保護処理を説明するためのフローチャートである。 ロック判定時にトルク制限が行なわれる様子を説明するための動作波形図である。 トルク指令の下降レートを２段階に切り替えることによってインターバル時間を増やすことを説明するための図である。 車輪ロック時のトルク指令値の変化の例を示した波形図である。 トルク指令値の上昇レート、下降レートの変化を説明するための波形図である。 素子温度が上昇した場合の、トルク指令値の変曲点の変化を説明するための波形図である。 トルク指令の上昇および下降速度を２段階に切り替える変曲点を温度に応じて変更する処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両１００の主たる構成を示す図である。なお車両１００は、モータとエンジンとを車両の駆動に併用するハイブリッド自動車であるが、本発明は、モータで車輪を駆動する電気自動車、燃料電池自動車等に対しても適用することができる。

図１を参照して、車両１００は、バッテリＢと、昇圧コンバータ１２と、平滑用コンデンサＣ１、Ｃ２と、電圧センサ１３，２１と、負荷回路２３と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、車輪２と、制御装置３０とを含む。

車両１００は、さらに、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、バッテリＢの端子間の電圧ＶＢを検出する電圧センサ１０と、バッテリＢに流れる電流ＩＢを検出する電流センサ１１とを含む。バッテリＢとしては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池を用いることができる。

コンデンサＣ１は、図示しないシステムメインリレーが導通しているときにバッテリＢに接続され、バッテリＢの端子間電圧を平滑化する。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間に接続される。また、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間には、負荷回路である図示しない電動エアコンが接続されている。

電圧センサ２１は、コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬを検知して制御装置３０に対して出力する。昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する。

負荷回路２３は、インバータ１４および２２を含む。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されて、これらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としては図示しないサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。

なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤおよび差動ギヤによって車輪２に結合されている。また動力分割機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。また、この減速機の減速比を切り替え可能に構成しても良い。

昇圧コンバータ１２は、一方端が電源ラインＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの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。

インバータ１４は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬに接続されている。インバータ１４は、車輪２を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。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ＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ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、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子（インバータ素子、スイッチング素子ともいう）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、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続された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、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続された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。

各相のアームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２の各相のコイルの一端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルＵＬ，ＶＬ，ＷＬ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ＵＬ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ＶＬ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ＷＬの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

なお、以上のＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ８に代えてパワーＭＯＳＦＥＴ等の他の電力スイッチング素子を用いても良い。

インバータ１４は、ＩＧＢＴ素子の温度を検出する温度センサ１８をさらに含む。温度センサ１８は、ＩＧＢＴ素子の温度またはＩＧＢＴ素子の温度に関連する温度（冷却水温度、ケース温度など）Ｔを制御装置３０に出力する。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。電流センサ２４は、Ｕ相コイルＵＬに流れる電流を検出するセンサ２４Ｕと、Ｖ相コイルＶＬに流れる電流を検出するセンサ２４Ｖとを含む。Ｗ相コイルＷＬに流れる電流はセンサ２４Ｕ，２４Ｖの出力から計算により求めることができる。このため、Ｗ相コイルＷＬには電流センサは設けられていない。

インバータ２２は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４を始動させるために、モータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ２２は、エンジン４から伝達される動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ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。

なお、インバータ２２の内部の構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

電流センサ２５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。電流センサ２５は、
Ｕ相コイルに流れる電流を検出するセンサ２５Ｕと、Ｖ相コイルに流れる電流を検出するセンサ２５Ｖとを含む。Ｗ相コイルに流れる電流はセンサ２５Ｕ，２５Ｖの出力から計算により求めることができる。このため、Ｗ相コイルＷＬには電流センサは設けられていない。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動指示ＩＧＯＮおよび温度Ｔを受ける。そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示ＰＷＵ，降圧指示ＰＷＤおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。

モータ回転数ＭＲＮ１は、回転センサ４６で検出される。モータ回転数ＭＲＮ２は、回転センサ４４で検出される。回転センサ４４，４６としては、ロータの回転速度と絶対位置が検出可能なレゾルバを用いることができる。

さらに、制御装置３０は、インバータ２２に対して、駆動指示ＰＷＭＩ１と回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。駆動指示ＰＷＭＩ１は、昇圧コンバータ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させる指示である。また、回生指示ＰＷＭＣ１は、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昇圧コンバータ１２側に戻すための指示である。

同様に制御装置３０は、インバータ１４に対して、駆動指示ＰＷＭＩ２と回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。駆動指示ＰＷＭＩ２は、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に直流電圧を変換させる指示である。また回生指示ＰＷＭＣ２は、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昇圧コンバータ１２側に戻すための指示である。

図２は、三相のコイルに流れる電流について説明するための波形図である。
図３は、ロータ位置が図２のＦ１に有るときに各コイルに流れる電流を示した図である。

図２、図３を参照して、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルには１２０°ずつ位相がずれた電流が流される。そして、ロータ位置が図２のＦ１に有るときには、図３に示すようにＵ相コイルＵＬに流れる電流をｉｕとすると、Ｖ相コイルＶＬに流れる電流ｉｖ、Ｗ相コイルＷＬに流れる電流ｉｗは、ともに−０．５ｉｕとなる。

熱損失は一般に電流値の２乗に比例するので、Ｕ相コイルに電流を流すインバータ素子の発熱量はＷ相コイルに電流を流すインバータ素子の発熱量の４倍になる。

一定以上の速度で車両が走行している場合には、ロータ位置は図２のＦ１〜Ｆ６まで順に回転するので１相のコイルに電流が集中することはない。しかし、縁石や車止めなどの障害物に車輪が当接しているときにアクセルペダルを踏込んでいる場合（ロック状態）や、上り坂の途中で渋滞等のため停止している際にブレーキを踏まずにアクセルペダルの加減で停止状態を維持させるような場合には、たとえばロータ位置が図２のＦ１に固定された状態で電流が流れ続ける。すると、１相のコイルに電流を流すインバータ素子が他のインバータ素子よりも多く発熱する状態となってしまう。

図４は、素子温度の変化について説明するための図である。
図３のようにＵ相コイルに多くの電流が集中する状態が継続すると、図４に示すように電流集中状態となったインバータ素子の初期温度がＴ０とするとＷ相コイルに電流を流す素子の昇温幅ΔＴｗに対してＵ相コイルに電流を流す素子の昇温幅ΔＴｕは大きくなっている。このような状態が続くことは好ましくない。

しかし、ロックすることを前提としてモータやインバータ素子を設計すると、耐熱性を過剰に求めることになり、製造コストが高くなってしまう。そこで、トルク指令値に対して連続許容トルクを設定する。連続許容トルクは、連続して要求してもモータやインバータ素子が耐えられるトルク指令値である。

モータが適度に回転していれば、各相に流れる電流は周期的に増減するので瞬間的なトルク指令値が連続許容トルクを超えることについては問題ない。しかし、モータがロック判定条件を満たした状態が所定の判定時間継続するとＵ，Ｖ，Ｗのいずれかの相に電流が集中するのでインバータ素子が過熱するおそれがある。そこで、モータがロック状態となったときのために、ロック判定を行い、ロック判定がＯＮ状態の間はトルク指令値を連続許容トルクより低くなるように制限する。なお、制限した瞬間にトルクが不連続に変化すると不快な振動等の原因になるので、制限後のトルク指令はあまり急激に変化しない下降速度（下降レート）で連続許容トルクより低いトルクまで減少させる。

本実施の形態では、トルク指令を制限により減少させる際の下降速度を途中で変化させる。この下降速度の変化を説明するために、モータロック時の保護処理と、下降速度の切換処理について説明する。

図５は、モータロック時の保護処理を説明するためのフローチャートである。図５のフローチャートは、所定のメインルーチンから呼び出され、実行される。

図６は、ロック判定時にトルク制限が行なわれる様子を説明するための動作波形図である。

図５、図６を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ１においてトルク指令値が連続許容トルク以上であるか否かが判断される。トルク指令値≧連続許容トルクが成立した場合にはステップＳ２に処理が進み、成立しなければステップＳ７に処理が進む。

ステップＳ２では、モータ回転数が判定しきい値より低いか否かが判断される。モータ回転数＜判定しきい値が成立すればステップＳ３に処理が進み、成立しなければステップＳ７に処理が進む。

ステップＳ３では、モータ電流が判定しきい値より大きいか否かが判断される。モータ電流は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか１つでも判定しきい値より大きければ電流集中が発生しているのでインバータ素子を保護する必要がある。ステップＳ３において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのモータ電流＞判定しきい値が成立した場合にはステップＳ４に処理が進み、成立しなければステップＳ７に処理が進む。

ステップＳ４では、ステップＳ１〜Ｓ３に示した３条件の同時成立が一定時間以上であるか否かが判断される。この一定時間は、図７では電流集中判定時間として示されている。短時間であれば、連続許容トルクを超えるトルク指令が与えられてもインバータ素子が過熱することはないが、一定時間を超えるとインバータ素子を保護するため電流を下げる必要がある。

ステップＳ４において、３条件の同時成立が一定時間以上であるという条件が成立した場合には、ステップＳ５に処理が進み、成立しない場合にはステップＳ７に処理が進む。

ステップＳ５では、ロック判定＝ＯＮ、すなわちモータがロックしていると判断される。一方ステップＳ７では、ロック判定＝ＯＦＦ、すなわちモータのロックが解除されたと判断される。

ステップＳ５においてロック判定＝ＯＮに設定された場合には、ステップＳ６に処理が進み、トルク指令値を制限する処理が行なわれる。図７のロック判定＝ＯＮ期間の開始とともに、トルク指令値は、トルク要求が大きくても制限され、一定のトルク下降レートで減少する。すると電流が低減し、ロック判定＝ＯＦＦに変化する。すると再びトルク要求に基づいてトルク指令値が元通りに増加されていく。以降は、同様にトルク指令値の増減とインバータ出力電流の増減が繰返される。

このとき、繰り返しロック時のインターバル時間は、素子の冷却期間になる。したがって、インターバルが長いほうが素子保護の観点からは有利である。

図７は、トルク指令の下降レートを２段階に切り替えることによってインターバル時間を増やすことを説明するための図である。

図７に示すように、トルク指令値がしきい値Ｔｒｆより大きい領域では、下降レートをＦ１に設定し、トルク指令値がしきい値Ｔｒｆより小さい領域では、下降レートをＦ２に設定する。下降レートＦ１よりも下降レートＦ２のほうがゆっくりとした下降レートとなる。

下降レートＦ２の部分を設けることにより、繰返しロック時のインターバル時間が長くなるので、素子の冷却時間が確保され、インバータ素子を保護する点で有利である。また、高トルク領域では、モータ回転数を上げて早くロックを解除したいので電流やトルク指令値を高めにする。

このときロックが解除されモータが回転すればよいが、ロック解除できなかったとしても、下降レートを早くするので電流が速やかに減少するため、ある値以上の大電流を素子に流し続ける時間を短くすることができる。ここでロック解除できなかったときとは、例えば坂道や段差など進行方向と逆向きの反力が車両に作用し、出力トルクと反力が釣り合っている状況が想定される。このときに高トルク領域において下降レートを早くすれば、出力トルクが早く小さくなり反力が勝り、反力による加速度によってわずかに車両が後退する。これによってモータに回転が生じるので、ロック判定がＯＦＦとなりトルク指令値の制限が解除される可能性もある。

本実施の形態では、図７に示したようにトルク下降レートを低トルク領域で下げるように制御し、これに加えて、トルク上昇レートもトルク領域によって変化させる。すなわち、トルク上昇時およびトルク下降時にそれぞれ上昇レート、下降レートに変曲点を持たせる。そして、この変曲点を決めるトルクしきい値をインバータの素子温度またはこれに関連する温度の変化に応じて変化させる。

図８は、車輪ロック時のトルク指令値の変化の例を示した波形図である。
図８に示すように、トルク指令値のトルク上昇レートは、トルクしきい値Ｔｒｒを境界として変化している。またトルク下降レートは、トルクしきい値Ｔｒｆを境界として変化している。そして、このトルクしきい値Ｔｒｒ，Ｔｒｆは、インバータの素子温度またはこれに関連する温度の変化に応じて変化する。

図９は、トルク指令値の上昇レート、下降レートの変化を説明するための波形図である。

図９を参照して、インバータの素子温度Ｔが温度Ｔ１よりも低い場合、トルク指令値のトルク上昇レートは、トルクしきい値Ｔｒｒ１を境界として上昇レートＲ２から上昇レートＲ１に変化している。上昇レートＲ２の方が上昇レートＲ１よりも上昇速度が速い。つまりトルクしきい値Ｔｒｒ１を境界として、早い上昇レートＲ２からゆっくりとした上昇レートＲ１に変化している。

また、インバータの素子温度Ｔが温度Ｔ２よりも低い場合、トルク指令値のトルク下降レートは、トルクしきい値Ｔｒｆ１を境界として下降レートＦ１から下降レートＦ２に変化している。下降レートＦ１の方が下降レートＦ２よりも下降速度が速い。つまりトルクしきい値Ｔｒｆ１を境界として、早い下降レートＦ１からゆっくりとした下降レートＦ２に変化している。

図１０は、素子温度が上昇した場合の、トルク指令値の変曲点の変化を説明するための波形図である。

図９、図１０を参照して、素子温度Ｔが温度Ｔ１（または温度Ｔ２）よりも低い状態から、高い状態に変化した場合について説明する。

図９で説明したトルクしきい値Ｔｒｒ１は図１０ではトルクしきい値Ｔｒｒ２に低下している。また、図９で説明したトルクしきい値Ｔｒｆ１は図１０ではトルクしきい値Ｔｒｆ２に低下している。このように、温度が上昇すると、変曲点が下げられるようにトルクしきい値が変更される。

このように、モータロック時にトルク指令値が下降する場合にトルク指令値が高い領域では早い下降レートとし、トルク指令値が低い領域では遅い下降レートとした。これにより、トルク制限とトルク制限の解除とが繰返されるような場合に繰返しのインターバルが長くなり、大電流が流れる時間が減るので、インバータ素子温度が低減され、車両の走行性能を向上させることができる。

さらに、高トルク領域のトルク出力パターンをそれより低い領域でのトルク出力パターンと変えることでユーザに車両の限界点を知らせ、早期のロック状態の解除を促すことができる。

図１１は、トルク指令の上昇および下降速度を２段階に切り替える変曲点を温度に応じて変更する処理を説明するためのフローチャートである。図１１のフローチャートは、メインルーチンから呼び出され実行される。

図１１を参照して、このフローチャートの処理は、図５でステップＳ１〜Ｓ３において判定されたロック判定のための３条件が成立した時に、処理が開始される。図８においてインバータ出力電流が電流集中判定しきい値を超えた時点で上記３条件が成立する。ただし、まだこの時点では電流集中判定時間が経過していないのでロック判定はＯＮにならず、トルク指令の制限は行なわれていないのでトルク指令値は上昇している。

まず処理が開始されるとステップＳ３１において、運転者からのトルク要求値とトルク指令値の制限の有無からトルク指令値を仮決定する。そしてステップＳ３２において、トルク指令値が増加するのか否かを判断する。たとえば、トルク要求値自体が前回のトルク指令値よりも増加した場合はトルク指令値が増加すると判断されるが、トルク要求値が同じであってトルク指令値より大きくかつ図５のステップＳ８においてトルク指令値の制限を解除したような場合（図８ではロック判定がＯＮとなった後ＯＦＦになった時点）もこのような場合に含まれる。

ステップＳ３２においてトルク指令値が増加すると判断されなかった場合には、ステップＳ４２に処理が進み、一方、ステップＳ３２においてトルク指令値が増加すると判断された場合には、ステップＳ３３に処理が進む。

ステップＳ３３では、インバータのスイッチング素子の温度がしきい値Ｔ１より大きいか否かが判断される。しきい値Ｔ１は、トルク指令値が増加しているときの変曲点の位置を決定するしきい値である。

ステップＳ３３において、素子温度＞Ｔ１が成立しない場合には、ステップＳ３４に処理が進みトルクしきい値ＴｒｒはＴｒｒ１に設定される。一方、ステップＳ３３において、素子温度＞Ｔ１が成立した場合には、ステップＳ３５に処理が進みトルクしきい値ＴｒｒはＴｒｒ２に設定される。なお、Ｔｒｒ２はＴｒｒ１より小さいしきい値である。このように設定することによって、図９、図１０で説明したように変曲点の位置が素子温度に基づいて変化する。

ステップＳ３４またはステップＳ３５においてトルク指令が増加している時のトルクしきい値Ｔｒｒが設定された後には、ステップＳ３６に処理が進む。ステップＳ３６では、前回のトルク指令値がしきい値Ｔｒｒよりも小さいか否かが判断される。

図９、図１０に示すように、ステップＳ３６においては、しきい値Ｔｒｒを境に上昇レートを早い上昇レートＲ２にするかゆっくりした上昇レートＲ１にするかを決定する。

再び図１１を参照して、ステップＳ３６において、前回トルク指令値＜しきい値Ｔｒｒが成立した場合にはステップＳ３８に処理が進み、上昇レートはＲ２に設定される。一方、ステップＳ３６において、前回トルク指令値＜しきい値Ｔｒｒが成立しなかった場合にはステップＳ３７に処理が進み、上昇レートはＲ１に設定される。ここで、Ｒ１＜Ｒ２であり、Ｒ１の方がＲ２よりもゆっくりした上昇レートである。

一方、ステップＳ３２からステップＳ４２に処理が進んだ場合には、トルク指令値が減少するのか否かが判断される。たとえば、トルク要求値自体が前回のトルク指令値よりも減少した場合はトルク指令値が減少すると判断されるが、図５のステップＳ６においてトルク指令値を制限するような場合もトルク指令値が減少すると判断される。

ステップＳ４２においてトルク指令値が減少すると判断されなかった場合には、ステップＳ５０に処理が進み制御はメインルーチンに戻される。一方、ステップＳ４２においてトルク指令値が減少すると判断された場合には、ステップＳ４３に処理が進む。

ステップＳ４３では、インバータのスイッチング素子の温度がしきい値Ｔ２より大きいか否かが判断される。しきい値Ｔ２は、トルク指令値が減少しているときの変曲点の位置を決定するしきい値である。

ステップＳ４３において、素子温度＞Ｔ２が成立しない場合には、ステップＳ４４に処理が進みトルクしきい値ＴｒｆはＴｒｆ１に設定される。一方、ステップＳ４３において、素子温度＞Ｔ２が成立した場合には、ステップＳ４５に処理が進みトルクしきい値ＴｒｆはＴｒｆ２に設定される。なお、Ｔｒｆ２はＴｒｆ１より小さいしきい値である。このように設定することによって、図９、図１０で説明したように変曲点の位置が素子温度に基づいて変化する。

ステップＳ４４またはステップＳ４５においてトルク指令が減少している時のトルクしきい値Ｔｒｆが設定された後には、ステップＳ４６に処理が進む。

ステップＳ４６では、前回のトルク指令値がしきい値Ｔｒｆよりも大きいか否かが判断される。これにより、図９、図１０で説明したように、下降レートを早い下降レートＦ１にするかゆっくりした下降レートＦ２にするかを決定する。ステップＳ４６において、前回トルク指令値＞しきい値Ｔｒｆが成立した場合にはステップＳ４８に処理が進み、下降レートはＦ１に設定される。一方、ステップＳ４６において、前回トルク指令値＞しきい値Ｔｒｆが成立しなかった場合にはステップＳ４７に処理が進み、下降レートはＦ２に設定される。ここで、Ｆ１の絶対値＞Ｆ２の絶対値であり、Ｆ２の方がＦ１よりもゆっくりした下降レートを示す。

ステップＳ３７もしくはステップＳ３８において上昇レートが設定されたか、またはステップＳ４７もしくはステップＳ４８において下降レートが設定された後には、ステップＳ４９において今回のトルク指令値が決定される。なお、トルク指令値は、制御装置３０に搭載されたＣＰＵの処理サイクルによって繰り返し設定が行なわれている。自然数をｎとして、前回のトルク指令値が第ｎ回目に設定されたトルク指令値であれば、今回のトルク指令値は第ｎ＋１回目に設定されたトルク指令値である。そして、設定間隔はたとえば１０ｍｓｅｃごとなど等間隔であってもよいし、等間隔でなくてもよい。

ステップＳ４９において今回のトルク指令値が決定されると、ステップＳ５０に処理が進み、制御はメインルーチンに戻される。

以上説明したように、本実施の形態では、モータロック時にトルク指令値が上昇する場合にトルク指令値が低い領域では早い上昇レートとし、トルク指令値が高い領域では遅い上昇レートとした。これにより、大電流が流れる時間が減るのでインバータ素子温度を低減させることができる。また、高トルク領域のトルク出力パターンを変えることで、ユーザに車両限界点を知らせ、早期のロック状態の解除を促すことができる。

さらに、高トルク領域の下降レートを早くすることで、モータ回転数を早く上げて早くロックを解除させる。このため高トルク領域のトルクを出せる時間が長くなる。また登坂性能を向上させることができる。

そして、低トルク領域での下降レートを緩やかにすることで、低トルクからのトルク制限を行なう際のショックを低減できる。

さらに同じく低トルク領域の下降レートを緩くすることで、ロックが解除され再びトルクが上昇した際のショックが低減される。

また、トルク制限とトルク制限の解除とが繰返されるような場合に繰り返しのインターバルが長くなるので、インバータ素子温度が低減され、車両の走行性能を向上させることができる。また高トルク領域において早くトルクを減少させるので、反力によって車輪が回転することも期待できる。

さらに、変曲点の位置を素子温度に応じて変更した。具体的には、素子温度上昇に伴い変曲点の位置を下げたので、インバータ素子の電流が軽減され、さらなる素子温度の上昇を抑えることができる。

最後に、再び図１等を参照して本実施の形態について総括する。車両の駆動システムは、電動機（モータジェネレータＭＧ２）と、電動機を駆動するインバータ１４と、インバータ１４に対して周期的にトルク指令値を出力することによって電動機を制御する制御装置３０とを含む。制御装置３０は、現在のトルク指令値が高トルク領域に属するか、高トルク領域よりも低い領域である低トルク領域に属するかによって、トルク変化率を異ならせて次回のトルク指令値を決定する。制御装置３０は、インバータの素子温度に関連する温度に基づいて高トルク領域と低トルク領域の境界値を決定する。

好ましくは、図９、図１０に示したように、制御装置３０は、インバータの素子温度に関連する温度Ｔが上昇すると高トルク領域と低トルク領域の境界値（トルクしきい値ＴｒｒまたはＴｒｆ）を低下させる。

より好ましくは、図９、図１０に示したように、制御装置３０は、低トルク領域でのトルク指令値の下降時の変化率Ｆ２を高トルク領域でのトルク指令値の下降時の変化率Ｆ１よりも緩やかに設定して次回のトルク指令値を決定する。

より好ましくは、図９、図１０に示したように、制御装置３０は、高トルク領域でのトルク指令値の上昇時の変化率Ｒ１を低トルク領域でのトルク指令値の上昇時の変化率Ｒ２よりも緩やかに設定して次回のトルク指令値を決定する。

好ましくは、制御装置３０は、現在のトルク指令値の大きさが連続許容値より大きく、かつ電動機の回転数が所定数より大きく、かつ電動機に流れる電流が所定値よりも大きい場合に、図１１のステップＳ３６，Ｓ４６に示すように、電動機に対する現在のトルク指令値が高トルク領域に属するか低トルク領域に属するかによって、トルク変化率を異ならせて次回のトルク指令値を決定する。

なお、本実施の形態においては、上昇レート、下降レートを２段階に切り替える例を示したが、さらに変曲点を増やして多段階に変更してもよく、連続的に変更してもよい。

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。

２ 車輪、３ 動力分割機構、４ エンジン、１０，１３，２１ 電圧センサ、１１，２４Ｕ，２４Ｖ，２５Ｕ，２５Ｖ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、２３ 負荷回路、３０ 制御装置、４４，４６ 回転センサ、１００ 車両、Ｂ バッテリ、Ｃ１ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、ＳＬ 接地ライン、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ コイル。

Claims (6)

1. 電動機と、
   前記電動機を駆動するインバータと、
   前記インバータに対して周期的にトルク指令値を出力することによって前記電動機を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、現在の前記トルク指令値が高トルク領域に属するか、前記高トルク領域よりも低い領域である低トルク領域に属するかによって、トルク変化率を異ならせて次回の前記トルク指令値を決定し、
   前記制御装置は、前記インバータの素子温度に関連する温度に基づいて前記高トルク領域と前記低トルク領域の境界値を決定する、車両の駆動システム。
2. 前記制御装置は、前記インバータの素子温度に関連する温度が上昇すると前記高トルク領域と前記低トルク領域の境界値を低下させる、請求項１に記載の車両の駆動システム。
3. 前記制御装置は、前記低トルク領域での前記トルク指令値の下降時の変化率を前記高トルク領域での前記トルク指令値の下降時の変化率よりも緩やかに設定して次回の前記トルク指令値を決定する、請求項２に記載の車両の駆動システム。
4. 前記制御装置は、前記高トルク領域での前記トルク指令値の上昇時の変化率を前記低トルク領域での前記トルク指令値の上昇時の変化率よりも緩やかに設定して次回の前記トルク指令値を決定する、請求項２または３に記載の車両の駆動システム。
5. 前記制御装置は、現在の前記トルク指令値の大きさが連続許容値より大きく、かつ前記電動機の回転数が所定数より大きく、かつ前記電動機に流れる電流が所定値よりも大きい場合に、前記電動機に対する現在の前記トルク指令値が前記高トルク領域に属するか前記低トルク領域に属するかによって、前記トルク変化率を異ならせて次回の前記トルク指令値を決定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の駆動システム。
6. 電動機と、前記電動機を駆動するインバータとを含む車両の駆動システムの制御方法であって、
   前記インバータの素子温度に関連する温度に基づいて高トルク領域と前記高トルク領域よりも低い領域である低トルク領域の境界値を決定するステップと、
   前記電動機に対する現在のトルク指令値が、前記高トルク領域に属するか前記低トルク領域に属するかを判断するステップと、
   現在の前記トルク指令値が属する領域に基づいてトルク変化率を異ならせて次回の前記トルク指令値を決定するステップとを備える、車両の駆動システムの制御方法。

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