JP2015095978A - Vehicular electromagnetic noise control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の電磁音制御装置に関し、特に車外の歩行者等に対して接近音を出力する技術に関する。 The present invention relates to a vehicle electromagnetic sound control device, and more particularly to a technique for outputting an approaching sound to a pedestrian outside the vehicle.
従来から、ハイブリッド車両(HV)や電気自動車(EV)等の電動車両において、回転電機及びインバータから電磁音を接近音として発生させる技術が提案されている。 Conventionally, in electric vehicles such as a hybrid vehicle (HV) and an electric vehicle (EV), a technique for generating electromagnetic noise as an approaching sound from a rotating electric machine and an inverter has been proposed.
下記の特許文献1には、電動走行している最中に車速Vが閾値Vref未満のときには、車速Vが閾値Vref以上のときに比べて昇圧コンバータの高電圧側の目標電圧VHが高くなるように、かつ、車速Vが大きいほど昇圧コンバータの高電圧側の目標電圧VHが高くなるように設定することで、歩行者等に車両の接近を車速Vに応じた接近音を用いて知らせる技術が開示されている。 In Patent Document 1 below, when the vehicle speed V is less than the threshold value Vref during electric driving, the target voltage VH on the high voltage side of the boost converter is higher than when the vehicle speed V is equal to or higher than the threshold value Vref. In addition, by setting the target voltage VH on the high voltage side of the boost converter to be higher as the vehicle speed V is larger, there is a technology for notifying a pedestrian or the like of the approach of the vehicle using an approach sound corresponding to the vehicle speed V. It is disclosed.
また、特許文献2には、インバータのキャリア周波数を変化させることにより、電動機から発生する電磁音の音量及び音程を制御できることが開示されている。 Patent Document 2 discloses that the volume and pitch of electromagnetic sound generated from an electric motor can be controlled by changing the carrier frequency of the inverter.
車速Vが閾値Vref未満の低速走行時において昇圧コンバータの高電圧側の目標電圧VHを高くすることで電磁音を増大することが可能であり、さらに、インバータのキャリア周波数を低くすることによって電磁音を増大することが可能であるが、インバータのキャリア周波数を低くするとインバータの制御周期が長くなり、回転電機の相コイルに流れる電流に含まれるリプル成分が大きくなるため、その分だけ回転電機を適切に制御できる範囲が制限されてしまう。 It is possible to increase the electromagnetic noise by increasing the target voltage VH on the high voltage side of the boost converter when the vehicle speed V is lower than the threshold value Vref, and further reduce the electromagnetic frequency by lowering the carrier frequency of the inverter. However, if the carrier frequency of the inverter is lowered, the control cycle of the inverter becomes longer and the ripple component contained in the current flowing in the phase coil of the rotating electrical machine becomes larger. The range that can be controlled is limited.
本発明の目的は、低速走行時において回転電機の制御性を低下させることなく電磁音をより効果的に発生し得る制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a control device that can generate electromagnetic noise more effectively without reducing the controllability of a rotating electrical machine during low-speed traveling.
本発明は、DC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータに接続されたインバータと、前記インバータに接続された回転電機を備える車両の電磁音制御装置であって、車速が所定の閾値未満の低速域であって、相対的に低速の第1の低速域である場合に、前記DC/DCコンバータの高圧側電圧がシステム上限電圧まで昇圧するように前記DC/DCコンバータを制御するとともにPWM制御モードで前記インバータを制御し、車速が前記第1の低速域よりも相対的に高速の第2の低速域である場合に、前記DC/DCコンバータの高圧側電圧が過変調制御モード可能な電圧まで昇圧するように前記DC/DCコンバータを制御するとともに過変調制御モードで前記インバータを制御する制御部を備えることを特徴とする。 The present invention relates to an electromagnetic sound control device for a vehicle comprising a DC / DC converter, an inverter connected to the DC / DC converter, and a rotating electrical machine connected to the inverter, wherein the vehicle speed is lower than a predetermined threshold value. The DC / DC converter is controlled so that the high-voltage side voltage of the DC / DC converter is boosted to the system upper limit voltage in the first low-speed range that is a relatively low speed, and the PWM control mode And when the vehicle speed is a second low speed range relatively higher than the first low speed range, the high voltage side voltage of the DC / DC converter reaches a voltage capable of overmodulation control mode. A control unit that controls the DC / DC converter so as to boost the voltage and controls the inverter in an overmodulation control mode is provided.
本発明において、低速域のうち相対的に低速の第1低速域である場合にDC/DCコンバータの高圧側電圧をシステム上限まで昇圧してインバータをPWM制御することで電流のリプル成分を大きくして電磁音を増大でき、適宜、PWM制御のキャリア周波数を低下させて電磁音をさらに増大できる。但し、PWM制御において低キャリア周波数を設定できる回転数には上限があり、車速が高速になると回転電機の制御性が低下してしまう。そこで、同じ低速域であっても、第1低速域よりも相対的に高速な第2低速域では、インバータをPWM制御モードではなく過変調制御モードで制御することで、回転電機の制御性を低下させることなく、過変調による電流のリプル成分増大を利用して電磁音を増大できる。 In the present invention, the current ripple component is increased by boosting the high-voltage side voltage of the DC / DC converter to the system upper limit and performing PWM control of the inverter when the first low-speed range is a relatively low-speed range. The electromagnetic noise can be increased, and the electromagnetic noise can be further increased by appropriately reducing the carrier frequency of the PWM control. However, there is an upper limit to the number of rotations at which a low carrier frequency can be set in PWM control, and the controllability of the rotating electrical machine is reduced when the vehicle speed is increased. Therefore, even in the same low speed range, in the second low speed range, which is relatively faster than the first low speed range, the inverter is controlled not in the PWM control mode but in the overmodulation control mode, thereby improving the controllability of the rotating electrical machine. Without lowering, the electromagnetic noise can be increased by utilizing the increase of the ripple component of the current due to overmodulation.
本発明によれば、低速走行時において回転電機の制御性を低下させることなく電磁音を発生することができる。これにより、車外の歩行者等に対し、効果的に接近音を生じさせることができる。 According to the present invention, electromagnetic noise can be generated without lowering the controllability of the rotating electrical machine during low-speed traveling. Thereby, an approaching sound can be effectively generated for a pedestrian or the like outside the vehicle.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態における電磁音制御装置を搭載する車両の制御システムを示す。制御システム10は、図示しないエンジンと、主に走行用モータとして使用される回転電機であるモータジェネレータMG2との一方または両方を主駆動源として使用するハイブリッド車両に搭載される。
FIG. 1 shows a vehicle control system equipped with an electromagnetic sound control apparatus according to this embodiment. The
制御システム10は、モータジェネレータMG2と、バッテリ12と、バッテリ12に接続されたDC/DCコンバータ14と、DC/DCコンバータ14に接続された平滑コンデンサC1,C2と、DC/DCコンバータ14の昇圧側とモータジェネレータMG2との間に接続されたインバータ16と、制御部18とを備える。
モータジェネレータMG2は、U相、V相、W相の3相型回転電機であり、バッテリ12から電力が供給される場合にモータとして機能し、車両の制動時には発電機として機能する。発電された電力は、インバータ16を介してバッテリ12に供給される。
Motor generator MG2 is a U-phase, V-phase, and W-phase three-phase rotating electric machine that functions as a motor when electric power is supplied from
DC/DCコンバータ14は、リアクトル20と、互いに直列接続された2つのスイッチング素子Saを含む。2つのスイッチング素子Saの間にリアクトル20の一端が接続され、リアクトル20の他端がシステムリレーSR及びヒューズFを介してバッテリ12の正極側に接続される。システムリレーSRは、第1リレーR1と、第2リレーR2を含み、第2リレーR2は、第1リレーR1に並列接続され、抵抗RWが直列に接続される。制御部18は、第1リレーR1及び第2リレーR2の一方をオンし、他方をオフするように制御することで、バッテリ12とDC/DCコンバータ14とを電気的に接続可能とする。
The DC /
DC/DCコンバータ14の各スイッチング素子Saに逆並列にダイオードDaが接続され、2つのスイッチング素子Saの片側のスイッチング素子Saにバッテリ12の負極側が接続される。リアクトル20の他端とバッテリ12の負極側との間に平滑コンデンサC1が接続される。2つのスイッチング素子Saの両端間とインバータ16との間に第2平滑コンデンサC2が接続される。
A diode Da is connected in antiparallel to each switching element Sa of the DC /
DC/DCコンバータ14は、制御部18によりスイッチング素子Saのスイッチングが制御され、バッテリ12の出力側電圧である低圧側電圧VLを昇圧した高圧側電圧VHをインバータ16に供給する。DC/DCコンバータ14の低圧側電圧VL及び高圧側電圧VHは、それぞれ低圧センサ22、高圧センサ24で検出される。
In the DC /
インバータ16は、互いに並列接続されたU相、V相、W相に対応する3本のアームAu、Av、Awを含み、各相のアームは互いに直列接続された2つのスイッチング素子Swを含む。各スイッチング素子Swには逆並列にダイオードDiが接続される。各スイッチング素子Swは、制御部18によりスイッチング制御され、DC/DCコンバータ14の高圧側から供給された直流電圧を3相交流電圧に変換してモータジェネレータMG2に出力する。車両の制動時には、モータジェネレータMG2からインバータ16に出力された3相交流電圧を直流電圧に変換し、DC/DCコンバータ14で降圧してバッテリ12に供給する。
The
モータジェネレータMG2の各相のステータコイル26u、26v、26wとインバータ16とを接続する動力線を流れる電流は、電流センサ28で検出される。
The current flowing through the power line that connects the
制御部18は、単一または複数の車載用コンピュータで構成され、機能ブロックとして、PWM制御部と、過変調制御部と、矩形波制御部と、変調度切替部を備える。PWM制御部は、モータジェネレータMG2をPWM制御モードで制御する。過変調制御部は、モータジェネレータMG2を過変調制御モードで制御する。矩形波制御部は、モータジェネレータMG2を矩形波制御モードで制御する。変調度切替部は、基本制御として、PWM制御モードと、過変調制御モードと、矩形波制御モードとを変調度で切り替える。変調度は、システム電圧でありインバータ16の入力電圧であるDC/DCコンバータ14の高圧側電圧VHに対する、トルク指令値等から決定されるモータジェネレータMG2の必要印加電圧である線間電圧の実効値Jの比(J/VH)である。変調度が予め設定された第1比率である0.61以下ではPWM制御モードでインバータ16を制御し、変調度が0.61を上回り予め設定された第2比率である0.78未満のときには過変調制御モードでインバータ16を制御し、変調度が0.78以上のときには矩形波制御モードでインバータ16を制御する。
The
PWM制御モードに加え、過変調制御モードや矩形波制御モードを用いるのは、正弦波PWM制御では変調度0.61が最大であり、それ以上の変調度とするためには、PWMキャリアの振幅よりも大きな振幅の電圧指令を用いる過変調制御や、モータ電圧指令を矩形波とする矩形波制御が必要となるからである。従来においては、低速から中速域においては、PWM制御モードで問題ないためPWM制御モードを採用し、中速域において出力を向上するために過変調制御モードに切り替え、高速域において出力を向上するために矩形波制御モードに切り替えている。 The overmodulation control mode and the rectangular wave control mode are used in addition to the PWM control mode. The sine wave PWM control has a maximum modulation degree of 0.61. In order to obtain a modulation degree higher than that, the amplitude of the PWM carrier is used. This is because over-modulation control using a voltage command having a larger amplitude and rectangular wave control using a motor voltage command as a rectangular wave are required. Conventionally, since there is no problem in the PWM control mode from the low speed to the medium speed range, the PWM control mode is adopted, the mode is switched to the overmodulation control mode to improve the output in the medium speed range, and the output is improved in the high speed range. Therefore, it is switched to the rectangular wave control mode.
このように、制御部18は、低速域ではインバータ16をPWM制御モードで制御するが、制御部18は、この際に、車外の歩行者等に対して接近音を生じるために電磁音を増大させるべく、PWM制御モードにおいてDC/DCコンバータ14の高圧側電圧VHを増大させてモータジェネレータMG2の相コイルに流れる電流に含まれるリプル成分を増大させて電磁音を大きくする。また、キャリア周波数を低く設定することでリプル成分を増大させることもできる。但し、キャリア周波数を低く設定できる回転数には上限があり、例えばキャリア周波数=0.75kHzのときに信号1周期に制御回数6回を担保しようとすると4極対モータジェネレータでは1875rpmまでしか制御できなくなる。すなわち、モータジェネレータMG2の制御性を低下させることなく、PWM制御モードにおいてキャリア周波数を低く設定して電磁音を増大し得る回転数、つまり低速域は限られてしまう。
As described above, the
そこで、本実施形態における制御部18は、モータジェネレータMG2の制御性を低下させることなく低速域において電磁音を生じさせるべく、低速域をさらに第1及び第2の2つの速度域に区分し、相対的により低い第1低速域ではキャリア周波数を低くし、高圧側電圧VHをシステム上限電圧まで昇圧したPWM制御モードでインバータ16を制御するとともに、低速域でも相対的により高い第2低速域ではPWM制御ではなく、過変調制御モードに切り替えて電磁音を増大させる。低速域を例えば車速が10km/h未満であるとすると、第1低車速域を5km/h未満とし、第2低車速域を5km/h以上10km/h未満とすることができる。
Therefore, the
本実施形態では、第1低速域ではシステム上限電圧まで昇圧した電圧とキャリア周波数による電流リプル成分で電磁音を生じさせ、低キャリア周波数ではモータジェネレータMG2の制御性が低下する第2低速域では過変調による電流リプル成分により電磁音を生じさせるといえる。第2低速域では過変調制御モードで制御するため、低キャリア周波数による回転電機の制御性低下が回避され、電磁音発生と回転電機制御性とが両立し得る。 In the present embodiment, electromagnetic noise is generated by a current ripple component generated by the voltage boosted to the system upper limit voltage and the carrier frequency in the first low speed range, and excessive in the second low speed range where the controllability of the motor generator MG2 is reduced at the low carrier frequency. It can be said that electromagnetic noise is generated by the current ripple component due to the modulation. Since the control is performed in the overmodulation control mode in the second low speed range, a decrease in controllability of the rotating electrical machine due to a low carrier frequency can be avoided, and electromagnetic sound generation and rotating electrical machine controllability can be compatible.
図2に、本実施形態における処理フローチャートを示す。 FIG. 2 shows a processing flowchart in the present embodiment.
まず、制御部18は、車速が低速域であるか否かを判定する(S101)。この判定は、車速が所定の閾値未満であるか否かを判定することで実行され、閾値は例えば10km/hに設定される。
First, the
車速が10km/h未満であって低速域と判定された場合、制御部18は、次に車速が第1低速域であるか第2低速域であるかを判定する(S102)。この判定は、車速が所定の閾値未満であるか否かを判定することで実行され、閾値は例えば5km/hに設定される。
When it is determined that the vehicle speed is less than 10 km / h and the vehicle is in the low speed range, the
車速が5km/h未満である場合、第1低速域と判定され、制御部18は、DC/DCコンバータ14のスイッチング素子Saを制御して高圧側電圧VHをシステム上限電圧まで高くし、キャリア周波数を例えば5kHzから0.75kHzと低くしてインバータ16をPWM制御モードで制御する(S103)。
When the vehicle speed is less than 5 km / h, it is determined as the first low speed range, and the
また、車速が10km/h未満であっても5km/h以上の場合、第2低速域と判定され、制御部18は、DC/DCコンバータ14のスイッチング素子Saを制御して高圧側電圧VHを昇圧(過変調制御モードで駆動可能な程度まで昇圧)しつつ、制御モードを過変調制御モードに切り替えてインバータ16を制御する(S104)。
Further, even if the vehicle speed is less than 10 km / h, if it is 5 km / h or more, it is determined as the second low speed range, and the
他方、車速が低車速域でない場合、制御部18は、S102〜S104の制御を行わず、通常の制御を実行する。通常の制御とは、回転数とトルクで与えられるモータジェネレータMG2の動作点の状態に応じて、PWM制御モード/過変調制御モード/矩形波制御モードを切り替えるものである。すなわち、速度とトルクとを次第に上げていくにつれ、正弦波PWM制御モードから過変調制御モードへ、過変調制御モードから矩形波制御モードへと制御モードを切り替える。
On the other hand, when the vehicle speed is not in the low vehicle speed range, the
本実施形態では、低速域においてPWM制御モードのみでインバータ16を制御するのではなく、低速域においても電磁音を発生させるために過変調制御モードに移行している点に留意されたい。
It should be noted that in the present embodiment, the
このように、本実施形態では、低速域において、高圧側電圧VHをシステム上限電圧まで高めるとともにキャリア周波数を低下させたPWM制御モードと、過変調制御モードとを併用することで電磁音を発生させ、車外の歩行者等に対する接近音としているが、状況によってはこのような低速域における電磁音の発生が不必要である場合も想定し得る。例えば、歩行者等がほとんどおらず、周囲の状況が周知である自宅近傍を低速で走行する場合等である。 As described above, in the present embodiment, in the low speed region, electromagnetic noise is generated by using the PWM control mode in which the high-voltage side voltage VH is increased to the system upper limit voltage and the carrier frequency is decreased, and the overmodulation control mode. However, depending on the situation, the generation of electromagnetic noise in such a low speed range may be unnecessary. For example, when there are few pedestrians or the like and the vehicle is traveling at a low speed in the vicinity of a home where the surrounding situation is well known.
そこで、車載のナビゲーションシステム等と連動し、予め設定された位置、施設、エリア等を走行する場合には、図2に示す制御を非実行とすることも好適である。 Therefore, in the case of traveling in a preset position, facility, area or the like in conjunction with an in-vehicle navigation system or the like, it is also preferable that the control shown in FIG. 2 is not executed.
図3に、この場合の制御フローチャートを示す。 FIG. 3 shows a control flowchart in this case.
まず、制御部18は、車載のナビゲーションシステム等と連動して、車両が所定エリア内に位置するか否かを判定する(S201)。ナビゲーションシステムは、所定エリア内に位置することを検知した場合に検知信号を制御部18に送信し、制御部18は、この検知信号に基づいて所定エリア内か否かを判定する。所定エリアのデータは予めナビゲーションシステムのメモリに登録される。所定エリアは例えば自宅近傍である。
First, the
車両が所定エリア内でない場合、制御部18は、図2に示す制御、つまり電磁音発生制御を実行する(S202)。また、車両が所定エリア内である場合、制御部18は、電磁音発生制御を禁止して非実行とする(S203)。これにより、接近音を生じさせる必要のないエリアにおいても、不必要に接近音を発生させてしまう事態を防止できる。ここで、S203の非実行は、具体的には、高圧側電圧VHをシステム上限まで昇圧せず、かつ、キャリア周波数を低下させることなくPWM制御モードでインバータ16を制御することを意味する。
When the vehicle is not within the predetermined area, the
図3では、所定エリア内では電磁音の発生を禁止しているが、これとは逆に、所定エリア内において電磁音を発生させる処理としてもよい。この場合、所定エリアとして、歩行者等が多い交差点や分岐路、幼稚園や学校近傍、見通しの悪いエリア等を登録しておくのが好適である。 In FIG. 3, the generation of electromagnetic sound is prohibited in the predetermined area, but conversely, the process may be to generate electromagnetic sound in the predetermined area. In this case, it is preferable to register, as the predetermined area, an intersection or a branch road with many pedestrians, a kindergarten or school neighborhood, an area with poor visibility, and the like.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible.
例えば、本実施形態では、低速域を判定する閾値として10km/h、第1低速域か第2低速域かを判定する閾値として5km/hとしているが、これは例示であって他の任意の速度を用いることができる。また、これらの閾値は必ずしも固定である必要はなく、走行エリアによって適応的に変化させることも可能であろう。例えば、図3では、車両が所定エリア内を走行する場合に電磁音発生を禁止しているが、当該所定エリア内を走行している場合に低速域であるか否かを判定するための閾値を10km/hから5km/hに下方変更することで、その分だけ低速域と判定される車速Vの範囲が狭まるため、電磁音発生処理が禁止される車速域が拡大する。このことは、逆に、低速域であるか否かを判定するための閾値を10km/hから上方変更することで、電磁音発生処理が実行される車速域が拡大することも意味するものである。 For example, in the present embodiment, 10 km / h is used as a threshold value for determining the low speed range, and 5 km / h is set as a threshold value for determining whether the first low speed range or the second low speed range is used. Speed can be used. Moreover, these threshold values do not necessarily have to be fixed, and may be changed adaptively depending on the travel area. For example, in FIG. 3, the generation of electromagnetic noise is prohibited when the vehicle travels within a predetermined area, but a threshold for determining whether the vehicle is in a low speed region when traveling within the predetermined area. Is reduced downward from 10 km / h to 5 km / h, the range of the vehicle speed V determined to be the low speed range is narrowed accordingly, so that the vehicle speed range where the electromagnetic noise generation process is prohibited is expanded. On the contrary, this means that the vehicle speed range in which the electromagnetic sound generation processing is executed is expanded by changing the threshold value for determining whether or not the vehicle is in the low speed range upward from 10 km / h. is there.
10 制御システム、12 バッテリ、14 DC/DCコンバータ、16 インバータ、18 制御部。
10 control system, 12 battery, 14 DC / DC converter, 16 inverter, 18 control unit.
Claims (1)
前記DC/DCコンバータに接続されたインバータと、
前記インバータに接続された回転電機と、
を備える車両の電磁音制御装置であって、
車速が所定の閾値未満の低速域であって、相対的に低速の第1の低速域である場合に、前記DC/DCコンバータの高圧側電圧がシステム上限電圧まで昇圧するように前記DC/DCコンバータを制御するとともにPWM制御モードで前記インバータを制御し、車速が前記第1の低速域よりも相対的に高速の第2の低速域である場合に、前記DC/DCコンバータの高圧側電圧が過変調制御モード可能な電圧まで昇圧するように前記DC/DCコンバータを制御するとともに過変調制御モードで前記インバータを制御する制御部
を備えることを特徴とする車両の電磁音制御装置。 A DC / DC converter;
An inverter connected to the DC / DC converter;
A rotating electrical machine connected to the inverter;
An electromagnetic sound control device for a vehicle comprising:
When the vehicle speed is a low speed range lower than a predetermined threshold and the first low speed range is a relatively low speed, the DC / DC is set so that the high-voltage side voltage of the DC / DC converter is boosted to the system upper limit voltage. When the inverter is controlled in the PWM control mode while the converter is controlled, and the vehicle speed is a second low speed range relatively higher than the first low speed range, the high voltage side voltage of the DC / DC converter is An electromagnetic noise control apparatus for a vehicle, comprising: a control unit that controls the DC / DC converter so as to boost the voltage to a voltage capable of overmodulation control mode and controls the inverter in the overmodulation control mode.
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