JP2014183673A

JP2014183673A - インバータの制御装置

Info

Publication number: JP2014183673A
Application number: JP2013057489A
Authority: JP
Inventors: Tsubasa Nakamitsu; 翼中満
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-09-29

Abstract

【課題】運転者の乗り心地の向上を図る。
【解決手段】インバータをパルス幅変調制御によって制御する際のキャリア周波数ｆｃを、基準周波数ｆｃｓｅｔから徐々に上昇させてその後に基準周波数に低下させる（戻す）という所定時間Ｔのサイクルによって繰り返し変化させる。これにより、キャリア周波数ｆｃを固定するものに比してインバータのスイッチングによるノイズのピークレベルを低減することができる効果と、時間マスキング効果（所定時間Ｔのうち、キャリア周波数ｆｃが基準周波数ｆｃｓｅｔの間については運転者に音が聞こえる可能性があるが、それ以外の間（図中「マスキング領域」）については運転者に音が聞こえなくする（聞こえにくくする）ことができる効果）と、により、インバータのスイッチングによるノイズを運転者に聞こえにくくすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、インバータの制御装置に関し、詳しくは、車載され、走行用のモータを駆動するためのインバータをパルス幅変調制御によって制御するインバータの制御装置に関する。

従来、車載されて走行用のモータを駆動するためのインバータを制御するインバータの制御装置として、インバータのＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を、モータの電気角が電気角周期の１／４周期進む毎に、高周波数範囲内からランダムに抽出した高周波数の設定と低周波数範囲内からランダムに抽出した低周波数の設定とを交互に切り替えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この制御装置では、こうした制御により、モータの電気信号（変調波）の山や谷に対して高周波数の設定期間と低周波数の設定期間とを同期間割り当てて特定のトランジスタに熱集中が生じるのを抑制すると共に、ノイズの発生を低減している。

特開２０１２−１３００９９号公報

上述のインバータの制御装置では、キャリア周波数を変化させることにより、キャリア周波数を固定するものに比して、インバータのスイッチングによるノイズのピークレベルを低減することができるが、車載されることを考えると、運転者の乗り心地の向上を図るために、こうしたノイズを運転者により感じさせにくくするのが好ましい。

本発明のインバータの制御装置は、運転者の乗り心地の向上を図ることを主目的とする。

本発明のインバータの制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のインバータの制御装置は、
車載され、走行用のモータを駆動するためのインバータをパルス幅変調制御によって制御するインバータの制御装置であって、
前記パルス幅変調制御に用いるキャリア周波数を、基準周波数から徐々に上昇させてその後に該基準周波数に低下させるという所定時間のサイクルによって繰り返し変化させる、
ことを特徴とする。

この本発明のインバータの制御装置では、パルス幅変調制御に用いるキャリア周波数を、基準周波数から徐々に上昇させてその後に基準周波数に低下させるという所定時間のサイクルによって繰り返し変化させる。一般に、音のレベルは周波数が高いほど低くなる。また、時間マスキング効果により、ある音が鳴った後の一定時間（例えば１００ｍｓｅｃ程度）はその音よりレベルの低い音は聞こえなくなる（聞こえにくくなる）。したがって、所定時間を時間マスキング効果が有効な時間範囲（例えば１００ｍｓｅｃ）で設定して、そのサイクルでキャリア周波数を変化させる（基準周波数から徐々に高くする）ことにより、キャリア周波数を固定するものに比してインバータのスイッチングによるノイズのピークレベルを低減することができる効果と時間マスキング効果とにより、インバータのスイッチングによるノイズを運転者に聞こえにくくすることができる。この結果、運転者の乗り心地の向上を図ることができる。

本発明の一実施例としてのインバータの制御装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。変調波の周波数としてのキャリア周波数ｆｃの時間変化の様子の一例を示す説明図である。

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インバータの制御装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して接続された駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２と、モータ３２を駆動するためのインバータ３４と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ３４を介してモータ３２と電力をやりとりするバッテリ３６と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。なお、実施例では、電子制御ユニット５０が「インバータの制御装置」に該当する。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６と、図示しない入出力ポートと、を備える。電子制御ユニット５０には、モータ３２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２のロータの回転位置θｍや、モータ３２の三相コイルの各相に流れる相電流を検出する電流センサからの相電流，バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３７ａからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３７ｂからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ３６に取り付けられた温度センサ３７ｃからの電池温度Ｔｂ，イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）６０からのイグニッション信号，シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａにより検出されたモータ３２のロータの回転位置θｍに基づいてモータ３２のロータの電気角θｅや回転角速度ωｍ，回転数Ｎｍを演算したり、電流センサ３７ｂにより検出されたバッテリ３６の充放電電流Ｉｂに基づいてそのときのバッテリ３６から放電可能な電力量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ３６を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに応じて駆動軸２２に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し、バッテリ３６の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔをモータ３２の回転数Ｎｍで除してモータ３２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを設定し、要求トルクＴｒ＊をトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで制限してモータ３２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊を設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ３２が駆動されるようインバータ３４のスイッチング素子をスイッチング制御する。インバータ３４の制御は、実施例では、変調波（搬送波）とモータ３２の電圧指令との比較によってインバータ３４のスイッチング素子のオン時間の割合を調節するパルス幅変調制御によって行なうものとした。

図２は、変調波の周波数としてのキャリア周波数ｆｃの時間変化の様子の一例を示す説明図である。キャリア周波数ｆｃは、実施例では、基準周波数ｆｃｓｅｔから徐々に上昇させてその後に基準周波数に低下させる（戻す）という所定時間Ｔ（例えば、１００ｍｓｅｃなど）のサイクルによって繰り返し変化させるものとした。ここで、基準周波数ｆｃｓｅｔは、図示しない音圧レベル検出装置によって周囲の音の周波数とレベルとを検出し、検出した音が予め定められたキャリア周波数の設定範囲（例えば、１ｋＨｚ〜数ｋＨｚ程度）内の周波数で且つ閾値レベル以上の音圧レベルのときにはその検出した周波数付近の周波数を設定し、検出した音がキャリア周波数の設定範囲外の周波数のときや閾値レベル未満の音圧レベルのときには予め定められた周波数（例えば１ｋＨｚなど）を用いるものとした。また、キャリア周波数ｆｃの増加は、例えば、１ｋＨｚ，１．０１ｋＨｚ，１．０３ｋＨｚ・・・などとするものとした。

このようにキャリア周波数ｆｃを変化させるのは以下の理由による。一般に、音のレベルは周波数が高いほど低くなる。また、突然大きな音がしたときには、その前後の音が聞こえなくなる（聞こえにくくなる）。これは、いわゆる時間（継時）マスキングと呼ばれるものであり、先行の音がマスクされる逆向マスキングでは約２０ｍｓｅｃまでの音がマスキングされ、後続の音がマスクされる順向マスキングでは約１００ｍｓｅｃまでの音がマスキングされると言われている。実施例では、これらを考慮して、キャリア周波数ｆｃを、基準周波数ｆｃｓｅｔから徐々に上昇させてその後に基準周波数に低下させる（戻す）という所定時間Ｔのサイクルによって繰り返し変化させるものとした。これにより、キャリア周波数ｆｃを固定するものに比してインバータ３４のスイッチングによるノイズのピークレベルを低減することができる効果と、時間マスキング効果（所定時間Ｔのうち、キャリア周波数ｆｃが基準周波数ｆｃｓｅｔの間については運転者に音が聞こえる可能性があるが、それ以外の間（図中「マスキング領域」）については運転者に音が聞こえなくする（聞こえにくくする）ことができる効果）と、により、インバータ３４のスイッチングによるノイズを運転者に聞こえにくくすることができる。この結果、運転者の乗り心地の向上を図ることができる。また、実施例では、音圧レベル検出装置によって検出した音がキャリア周波数の設定範囲内の周波数で且つ閾値レベル以上の音圧レベルのときにはその検出した周波数付近の周波数を基準周波数ｆｃｓｅｔに設定するから、このときには、周囲の音により、時間マスキング効果を生じさせることができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０が備えるインバータの制御装置によれば、インバータ３４をパルス幅変調制御によって制御する際のキャリア周波数ｆｃを、基準周波数ｆｃｓｅｔから徐々に上昇させてその後に基準周波数に低下させる（戻す）という所定時間Ｔのサイクルによって繰り返し変化させるから、キャリア周波数ｆｃを固定するものに比してインバータ３４のスイッチングによるノイズのピークレベルを低減することができる効果と時間マスキング効果とにより、インバータ３４のスイッチングによるノイズを運転者に聞こえにくくすることができる。この結果、運転者の乗り心地の向上を図ることができる。

実施例では、駆動輪２６ａ，２６ｂに接続された駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２と、モータ３２と電力をやりとりするバッテリ３６と、を備える電気自動車２０に適用するものとしたが、これに加えて、駆動軸２２に動力を出力可能なエンジンを備えるハイブリッド自動車に適用するものとしてもよい。

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３２が「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、インバータ３４をパルス幅変調制御によって制御する際のキャリア周波数ｆｃを、基準周波数ｆｃｓｅｔから徐々に上昇させてその後に基準周波数に低下させる（戻す）という所定時間Ｔのサイクルによって繰り返し変化させる電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。

なお、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は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

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、インバータの制御装置に利用可能である。

２０電気自動車、２２駆動軸、２４デファレンシャルギヤ、２６ａ、２６ｂ駆動輪、３２モータ、３２ａ回転位置検出センサ、３４インバータ、３６バッテリ、３７ａ電圧センサ、３７ｂ電流センサ、３７ｃ温度センサ、５０電子制御ユニット、５２ＣＰＵ、５４ＲＯＭ、５６ＲＡＭ、６０イグニッションスイッチ、６１シフトレバー、６２シフトポジションセンサ、６３アクセルペダル、６４アクセルペダルポジションセンサ、６５ブレーキペダル、６６ブレーキペダルポジションセンサ、６８車速センサ。

Claims

車載され、走行用のモータを駆動するためのインバータをパルス幅変調制御によって制御するインバータの制御装置であって、
前記パルス幅変調制御に用いるキャリア周波数を、基準周波数から徐々に上昇させてその後に該基準周波数に低下させるという所定時間のサイクルによって繰り返し変化させる、
ことを特徴とするインバータの制御装置。