JP2015112949A - ハイブリッド車両のモータ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ハイブリッド車両においてコンバータ昇圧制限中にモータ走行モードが選択されたとき、モータの矩形波制御による騒音の発生を抑制する。【解決手段】内燃機関およびモータを動力源として搭載したハイブリッド車両のモータ制御装置であって、電源装置から供給される電圧を昇圧可能なコンバータと、コンバータの出力電圧を交流電圧に変換してモータに印加するインバータと、インバータを制御することによりモータを複数の制御モードで切り替えて駆動させる制御部とを備える。制御部は、コンバータの出力電圧に昇圧制限がかかっている状態でモータ動力のみで走行する走行モードが選択されたとき、モータが矩形波制御モードまたは過変調ＰＷＭ制御モードで駆動されている場合にコンバータの出力電圧を昇圧制限値よりも高くしてモータが正弦波ＰＷＭ制御モードで駆動されるようインバータを制御する。【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関およびモータを動力源として搭載したハイブリッド車両のモータ制御装置に関する。
従来、内燃機関およびモータを走行用動力源として搭載したハイブリッド車両において、モータの制御モードを正弦波ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御モード、過変調ＰＷＭ制御モード、および、矩形波制御モード等を含む複数の制御モード間で切り替えて駆動制御することが行われている。
例えば、特開２００７−３０６６５８号公報（以下、特許文献１という）には、バッテリから供給される直流電圧を昇圧コンバータで昇圧してインバータに入力し、インバータで交流電圧に変換してモータに印加することによってモータを駆動するモータ駆動システムが開示されている。このモータ駆動システムでは、モータの同じ動作点について、昇圧コンバータによる昇圧電圧を低くすることによってモータの制御モードを正弦波ＰＷＭ制御モードから矩形波制御に切り替えることができ、その結果、システム効率の向上ひいては車両の燃費向上を図ることが記載されている。
特開２００７−３０６６５８号公報
モータを矩形波制御モードで駆動する場合、正弦波ＰＷＭ制御モードの場合に比べて、モータに流れる電流に高次の高調波成分が多く重畳されることから高調波成分による電流リプルが発生しやく、そのため車両走行時に高周波音の騒音が大きくなることがある。
したがって、上記特許文献１に記載されるように昇圧コンバータによる昇圧電圧を下げてモータを矩形波制御モードで駆動するとき、例えば、ドライバーが静音走行を求めてスイッチ等を操作してモータ走行モードを選択した場合に、矩形波制御モードによる高周波の騒音の発生を回避することができないという問題がある。
本発明の目的は、ハイブリッド車両においてコンバータが昇圧制限された状態でモータ走行モードが選択されたとき、モータの矩形波制御による騒音の発生を抑制することである。
本発明は、内燃機関およびモータを動力源として搭載したハイブリッド車両のモータ制御装置であって、電源から供給される電圧を昇圧可能なコンバータと、コンバータの出力電圧を交流電圧に変換してモータに印加するインバータと、前記インバータを制御して前記モータを複数の制御モードで駆動させる制御部とを備え、前記制御部は、前記コンバータの出力電圧に昇圧制限がかかっている状態でモータ動力のみで走行する走行モードが選択されたとき、前記モータが矩形波制御モードまたは過変調ＰＷＭ制御モードで駆動されている場合に前記コンバータの出力電圧を昇圧制限値よりも高くするとともに、前記モータが正弦波ＰＷＭ制御モードで駆動されるよう前記インバータを制御するものである。
この構成によれば、コンバータによる昇圧に余裕がある状態であってモータ走行モードが選択されたとき、コンバータのコンバータ出力電圧（すなわちインバータ入力電圧）を昇圧制限値よりも高くし、モータの制御モードを矩形波制御モードまたは過変調ＰＷＭから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える。これにより、モータ電流のリプル発生を抑制して高周波騒音を抑えることができる。
本発明に係るモータ制御装置において、車両速度が所定の閾値未満のとき前記コンバータの出力電圧を昇圧制限値よりも高くすることが好ましい。この構成によれば、タイヤノイズが小さくなるために車室内および車外に対する車両の静粛性がより高くなる低速走行時における高周波騒音を抑えることができる。
また、本発明に係るモータ制御装置において、前記制御部は、前記モータが正弦波ＰＷＭ制御モードで駆動可能な下限電圧となるよう前記コンバータの出力電圧を設定してもよい。この構成によれば、コンバータの昇圧損失による燃費の悪化を最小限に抑えることができる。
さらに、本発明に係るモータ制御装置において、前記制御部は、前記正弦波ＰＷＭ制御モードで用いるキャリア周波数を前記モータの回転数が低くなるほど低周波数となるよう切替可能であり、前記キャリア周波数が所定の高キャリア領域に属する場合に、前記コンバータの出力電圧を昇圧制限値よりも高くして正弦波ＰＷＭ制御モードによる制御を実行してもよい。
インバータで用いるキャリア周波数が低いためにスイッチング周期が長くなっているときに、インバータ入力電圧を高くすると、スイッチング制御周期中の電流変化がキャリア周波数の高いときに比べて大きくなり、その結果、電流リプルが大きくなって騒音を増大させることになる。したがって、この構成によれば、キャリア周波数が比較的高い領域に属するときに昇圧電圧を昇圧制限値よりも高くして正弦波ＰＷＭ制御への移行を実行することで、騒音の増大を抑制することができる。
本発明によれば、ハイブリッド車両においてコンバータが昇圧制限されている状態でモータ走行モードが選択されたときの、モータの矩形波制御による騒音の発生を抑制することができる。
モータ制御装置を含むハイブリッド車両の概略構成を示す図である。 図１の制御部がインバータを制御する際の制御モードについて示した図である。 図１の制御部がどのように制御モードを設定するかを示す図である。 コンバータによる昇圧電圧と図３の制御モードとの関係を説明するための図である。 負荷に対する昇圧電圧を決定するマップを示した図である。 図１の制御部の構成を示す機能ブロック図である。 制御部において実行される昇圧制限処理を示すフローチャートである。 制御部において実行される昇圧制限解除処理の一例を示すフローチャートである。 制御部において実行される昇圧制限解除処理の別の例を示すフローチャートである。 制御部において実行される昇圧制限解除処理の更に別の例を示すフローチャートである。
以下に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
また、下記では、内燃機関と１台のモータとを搭載したハイブリッド車両を例に説明するが、これに限定されるものではなく、複数基のモータ（またはモータジェネレータ）を搭載したハイブリッド車両に適用されてもよい。この場合、少なくとも１基のモータが主として発動機として使用され、少なくとも１基の別のモータが主として発電機として使用されてもよい。
図１は、本発明の実施形態であるモータ制御装置１０を含むハイブリッド車両１００の全体構成図である。図１に示すように、ハイブリッド車両１００は、エンジンＥと、直流電源Ｂと、電圧センサ１１，１７と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、電流センサ１５と、モータＭと、モータ制御装置１０とを備える。このモータ制御装置１０は、コンバータ２０と、インバータ３０と、制御部４０とから構成されている。
エンジンＥは、車両の走行用動力を出力する内燃機関である。エンジンＥの出力軸は、トランスミッション５２および車軸５４を介して駆動輪５６に連結されている。これにより、ハイブリッド車両１００は、エンジンＥの出力を駆動輪５６に伝達して走行することができる。
モータＭは、車両の走行用動力を出力するための駆動用電動機である。モータＭは、エンジンＥによって駆動される発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。また、モータＭは、エンジンＥに対して電動機として動作し、エンジン始動を行ない得るように構成されてもよい。さらに、モータＭおよびインバータ３０の組が複数設けられ、共通のコンバータ２０に対して並列接続されてもよい。
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池からなる電源装置である。電源装置として、二次電池以外にキャパシタ等の蓄電装置が用いられてもよいし、燃料電池が二次電池と併せて用いられてもよい。直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂは電圧センサ１１によって検出され、その検出値が制御部４０へ送信されるように構成されている。
システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極端子および電力線１２の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源Ｂの負極端子およびアース線１３の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御部４０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。
コンバータ２０は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。電力用スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線１４およびアース線１３の間に直列に接続される。
電力用スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御部４０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。また、ダイオードＤ１，Ｄ２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対して逆並列でそれぞれ接続されている。
リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電力線１２の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ２は、電力線１４およびアース線１３の間に接続される。
インバータ３０は、電力線１４およびアース線１３の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム３２と、Ｖ相アーム３４と、Ｗ相アーム３６とからなる。各相アームは、電力線１４およびアース線１３の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。例えば、Ｕ相アーム３２は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４からなり、Ｖ相アーム３４は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６からなり、Ｗ相アーム３６は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８からなる。また、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対して、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン・オフは、制御部４０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８によって制御される。
各相アームの中間点は、モータＭの各相コイルの各相端に接続されている。モータＭは、３相の永久磁石型同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相アーム３２〜３６のスイッチング素子の中間点と接続されている。
コンバータ２０は、昇圧動作時には、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧して又はそのままインバータ３０へ供給することができる。以下において、コンバータ２０の出力電圧を、インバータ入力電圧またはシステム電圧ＶＨとも称する。コンバータ２０では、制御部４０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、上アームのスイッチング素子Ｑ１のオン期間と下アームのスイッチング素子Ｑ２のオン期間とが交互に設けられ、昇圧比はこれらのオン期間の比に応じたものとなる。
コンバータ２０は、降圧動作時には、平滑コンデンサＣ２を介してインバータ３０から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。より具体的には、制御部４０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティ比に応じたものとなる。
平滑コンデンサＣ２は、コンバータ２０からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ３０へ供給する。電圧センサ１７は、平滑コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、システム電圧ＶＨを検出し、その検出値を制御部４０へ出力する。
インバータ３０は、車両の力行時には、モータＭのトルク指令値が正（Ｔｑｃｏｍ＞０）の場合には、平滑コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御部４０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答した、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータＭを駆動する。また、インバータ３０は、モータＭのトルク指令値が零の場合（Ｔｑｃｏｍ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるようにモータＭを駆動する。これにより、モータＭは、トルク指令値Ｔｑｃｏｍによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
さらに、車両の回生制動時には、モータＭのトルク指令値Ｔｑｃｏｍは負に設定される（Ｔｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ３０は、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、モータＭが発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）を平滑コンデンサＣ２を介してコンバータ２０へ供給する。なお、回生制動には、フットブレーキを操作しないものの走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることだけでなく、ドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の制動を含む。
電流センサ１５は、モータＭに流れるモータ電流を検出し、その検出したモータ電流を制御部４０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ１５は２相分のモータ電流（例えば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。
回転角センサ（レゾルバ）１６は、モータＭのロータ回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御部４０へ送出する。制御部４０では、回転角θに基づきモータＭの回転数Ｎおよびハイブリッド車両１００の車速Ｖを算出することができる。
制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含むマイクロコンピュータによって構成することができる。ＲＯＭは、後述するコンバータ２０およびインバータ３０の制御プログラムや、制御に必要なデータを予め記憶している。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行する機能を有する。また、ＲＡＭは、ＲＯＭから読み出された制御プログラムや制御に必要なデータを一時的に記憶する機能を有する。
制御部４０は、外部に設けられた電子制御ユニットから入力されたトルク指令値Ｔｑｃｏｍ、電圧センサ１１によって検出されたバッテリ電圧Ｖｂ、電圧センサ１７によって検出されたシステム電圧ＶＨおよび電流センサ１５からのモータ電流ｉｖ，ｉｗ、回転角センサ１６からの回転角θに基づいて、コンバータ２０およびインバータ３０の動作を制御する。すなわち、コンバータ２０およびインバータ３０を上記のように制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ８を生成して、コンバータ２０およびインバータ３０へ出力する。
コンバータ２０の昇圧動作時には、制御部４０は、電圧センサ１７によって検出されるコンバータ出力電圧であるシステム電圧ＶＨをフィードバック制御してシステム電圧指令値ＶＨ♯となるようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。
また、制御部４０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、モータＭで発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ３０へ出力する。これにより、インバータ３０は、モータＭで発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ２０へ供給する。このとき、制御部４０は、車両が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ３０から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、コンバータ２０へ出力する。これにより、モータＭが発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。
また、制御部４０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。
制御部４０には、エコスイッチ６２およびＥＶスイッチ６４が接続されている。エコスイッチ６２は、ドライバーが車両の動作性よりも燃費を優先したいときに操作される入力スイッチである。また、ＥＶスイッチ６４は、所定の速度以下でドライバーによってオン操作されることにより、エンジンＥを停止した状態でモータＭの動力のみで走行する走行モードを選択するための入力スイッチである。各スイッチ６２，６４は、車両のドライバー等が操作しやすい運転席近傍に設置される。なお、これらのスイッチ６２，６４は、押しボタン型、回転型、レバー型、タッチパネル型、音声認識型などの各種のスイッチで構成することができる。
次に、制御部４０によって制御される、インバータ３０における電力変換について図２を参照して説明する。図２は、制御部４０がインバータ３０を制御する際の制御モードについて示す図である。
本実施形態のモータ制御装置１０では、インバータ３０における電力変換について、正弦波ＰＷＭ制御モード、過変調ＰＷＭ制御モード、および、矩形波制御モードの３つの制御モードを切り替えて使用する。
正弦波ＰＷＭ制御モードは、一般的なＰＷＭ制御として用いられるものであり、各相アームにおけるスイッチング素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令値とキャリア波（代表的には、三角波）との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティ比が制御される。これにより、従来周知のように、一般的な正弦波ＰＷＭ制御モードでは、インバータ入力電圧であるシステム電圧ＶＨに対する基本波成分振幅の比である変調度Ｋを０．６１まで高めることができる。ただし、２相変調方式または３次高調波重畳制御による正弦波ＰＷＭ制御の場合には、変調度Ｋを０．７程度まで高めることができる。
一方、矩形波制御モードでは、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が１：１の矩形波１パルス分を交流モータ印加する。これにより、変調度Ｋは０．７８まで高められる。矩形波制御モードでは、変調度Ｋが０．７８で一定となる。
過変調ＰＷＭ制御モードは、キャリア波の振幅を縮小するように歪ませた上で上記正弦波ＰＷＭ制御モードと同様のＰＷＭ制御を行なうものである。この結果、基本波成分の振幅を拡大させることができ、変調度Ｋを０．６１〜０．７８の範囲まで高めることができる。
上述したように変調度ＫはモータＭの線間電圧振幅をシステム電圧ＶＨ（またはシステム電圧指令値ＶＨ＊）で除した値として得ることができ、また、システム電圧ＶＨはコンバータ２０の制御によって変更可能である。したがって、制御部４０は、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を調整して昇圧後のシステム電圧ＶＨを変更することによって変調度Ｋを増減させ、これによりモータ制御モードを設定することが可能である。
具体的には、上述したように変調度０．６１まで（Ｋ≦０．６１）は正弦波ＰＷＭ制御モードを選択し、変調度Ｋは０．６１〜０．７８（すなわち０．６１＜Ｋ＜０．７８）では過変調ＰＷＭ制御モードを選択し、変調度Ｋ０．７８以上（Ｋ≧０．７８）では矩形波制御モードを選択することができる。
図３は、図１の制御部４０がどのように制御モードを設定するかを示す図である。図３に示されるように、低回転数域Ａ１ではトルク変動を小さくするために正弦波ＰＷＭ制御モードが用いられ、中回転数域Ａ２では過変調ＰＷＭ制御モードが用いられ、高回転数域Ａ３では矩形波制御モードが用いられる。このような回転数およびトルクの関係で示されるマップがシステム電圧ＶＨごとに対応して制御部４０のＲＯＭに記憶されている。そして、図２に示した制御モードのいずれを用いるかは、その時点のシステム電圧ＶＨに対応したマップを参照して上述したとおり実現可能な変調度の範囲内で決定される。
図４は、コンバータ２０による昇圧電圧と図３の制御モードとの関係を説明するための図である。
図４において実線で表されるマップＭ１は、コンバータ２０による昇圧電圧がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８の耐圧性能等を考慮して設定されたシステム電圧最大値ＶＨｍａｘまで昇圧が許容される通常モードで参照されるマップである。通常モードでのシステム電圧最大値ＶＨｍａｘは、例えば６００ボルトに設定される。
これに対し、マップＭ２は、コンバータ２０による昇圧電圧ＶＨがシステム電圧最大値ＶＨｍａｘより低い昇圧制限値ＶＨｌｉｍ以下に制限された昇圧制限モードで参照されるマップである。昇圧制限値ＶＨｌｉｍは、例えば４００ボルトに設定される。
図４に示されるように、モータＭの動作点について回転数とトルクが同じ領域であっても、コンバータ２０の出力電圧ＶＨが制限されているか否かによって適用される制御モードが異なってくる。例えば、１０・１５モード燃費の測定において多く用いられる領域Ｙは、通常モードでは領域Ａ１に正弦波ＰＷＭ制御モードが適用されるが、昇圧制限モードでは領域Ｂ３に属し矩形波制御モードが適用されることになる。
図５は、負荷に対する昇圧電圧を決定するマップを示した図である。横軸の負荷は、例えば一定回転のもとではモータＭのトルクと回転数の積に比例する。マップＭ１が選択される通常モードでは、図５中に実線で示されるように、コンバータ２０による昇圧電圧ＶＨがシステム電圧最大値ＶＨｍａｘまで許容される。
これに対し、マップＭ２が選択される昇圧制限モード（またはエコモード）では、図５中に一点鎖線で示されるように、昇圧電圧ＶＨが通常モードよりも低く制限される。具体的には、昇圧開始の負荷が通常モードではＰ１であるのに対し、昇圧制限モードではＰ２（＞Ｐ１）となって昇圧開始閾値が大きくなる。また、昇圧制限値ＶＨｌｉｍは上述したようにシステム電圧最大値ＶＨｍａｘよりも低く制限される。つまり、コンバータ２０が昇圧制限された状態では、通常モード時に比べてコンバータ２０による昇圧があまり行われない。
昇圧制限モードから通常モードに切り替えられた場合、負荷がＰ１より大きい領域では昇圧電圧ＶＨが従前よりも高く設定され、負荷がＰ３より大きい領域域では昇圧電圧ＶＨは昇圧制限値ＶＨｌｉｍよりも高く設定されることになる。なお、図６中ではＰ３＜Ｐ２の関係で示されているが、これとは逆にＰ３＞Ｐ２の関係であってもよい。
このようにコンバータ２０に昇圧制限をかけることによって、コンバータ２０でのスイッチング損失を抑制するとともに、矩形波制御モードを積極的に用いることでインバータ３０でのスイッチング損失を抑制して、車両の燃費向上を図ることができる。
図６は、本実施形態のモータ制御装置１０の制御部４０を示す機能ブロック図である。制御部４０は、制御モード設定部４１、ＰＷＭ制御ブロック４２、矩形波制御ブロック４３、燃費優先指示取得部４４、昇圧制限設定部４５、ＥＶ走行指示取得部４６、車両状態判定部４７、および、変調度比較設定部４８を含む。これらの各部４１〜４８は、制御部４０によって実行されるソフトウェアによって実現することができる。ただし、これに限定されるものではなく、その一部がハードウェアによって実現されてもよい。なお、図６中に破線枠で示されるキャリア周波数設定部４９については後述する。
制御モード設定部４１は、上述したように、変調度Ｋに応じてモータＭの制御モードを正弦波ＰＷＭ制御、過変調ＰＷＭ制御、矩形波制御のいずれかを選択して設定する機能を有する。
ＰＷＭ制御ブロック４２は、モータＭが正弦波ＰＷＭ制御モードおよび過変調ＰＷＭ制御モードで駆動されるようにインバータ３０の動作を制御する機能を有する。具体的には、モータ電流をフィードバック制御することにより、外部から入力されるトルク指令Ｔｑｃｏｍに応じたトルクがモータＭで出力されるように、インバータ３０の各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対するスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成する。なお、過変調ＰＷＭ制御モード時には、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８の生成に用いるキャリア波が、正弦波ＰＷＭ制御モード時の一般的なものから切り替えられる。
矩形波制御ブロック４３は、モータＭが矩形波制御モードで駆動されるようにインバータ３０の動作を制御する機能を有する。具体的には、モータ電流に基づいて推定されるトルクをフィードバック制御することで、外部から入力されるトルク指令Ｔｑｃｏｍに応じたトルクがモータＭで出力されるように、インバータ３０の各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対するスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成する。
燃費優先指示取得部４４は、エコスイッチ６２（図１参照）がオン操作されたことを検出する機能を有する。また、昇圧制限設定部４５は、上記燃費優先指示取得部４４の検出結果に基づきコンバータ２０による昇圧電圧ＶＨを制限する機能を有する。具体的には、燃費優先指示取得部４４および昇圧制限設定部４５は、図７に示す処理を実行することにより、コンバータ２０の昇圧電圧ＶＨの上限値を昇圧最大値ＶＨｍａｘより低い昇圧制限値ＶＨｌｉｍに制限する。
図７に示すように、まず、ステップＳ１０において、エコスイッチ６２がオンされたか否かを判定する。この判定は燃費優先指示取得部４４の機能として実行される。この判定は、エコスイッチ６２がオン操作されたときに制御部４０に入力される信号Ｓ９の有無によって行われる。ここでエコスイッチ６２がオン操作されたと判定されないとき（Ｓ１０でＮＯ）、ステップＳ１２において、モータＭの制御モードを決定するマップとしてマップＭ１（図４参照）が選択され、コンバータ２０の昇圧電圧マップとして通常モード（図５参照）が設定される。すなわち、コンバータ２０の昇圧制限が解除された状態となる。
他方、上記ステップＳ１０においてエコスイッチ６２がオン操作されたと判定されると（Ｓ１０でＹＥＳ）、モータＭの制御モードを決定するマップとしてマップＭ２（図４参照）が選択され、コンバータ２０の昇圧電圧マップとして昇圧制限モード（図５参照）が設定される。すなわち、コンバータ２０が昇圧制限された状態となる。コンバータ２０が昇圧制限中であることは、例えば発光や表示などによってドライバーに報知される。
ＥＶ走行指示取得部４６は、ＥＶスイッチ６４（図１参照）がオン操作されたことを検出する機能を有する。この検出は、ＥＶスイッチ６４がオン操作されたときに制御部４０に入力される信号Ｓ１０に基づいて行われる。ＥＶスイッチ６４がオン状態にあることは、例えば発光や表示などによってドライバーに報知される。制御部４０は、上記信号Ｓ１０を受信すると、モータＭの動作点が所定のトルクおよぎ回転数を下回る領域であることを条件に、上述したようなモータＭの動力のみで走行するモータ走行モードに移行する。
車両状態判定部４７は、ハイブリッド車両１００がどのような状態にあるかを判定する機能を有する。具体的には、例えば、モータＭの回転数Ｎから車速Ｖを算出し、この車速
Ｖに基づいて車両が所定の低速状態にあるか否かを判定することができる。
変調度比較設定部４８は、モータＭの線間電圧振幅と制御部４０に入力されるシステム電圧指令値ＶＨ♯とに基づいて変調度Ｋを算出し、この変調度Ｋを所定の閾値Ｋｔｈと比較する機能を有する。これにより、モータＭの制御モードが矩形波制御モードまたは過変調ＰＷＭ制御モードで駆動されているか否かを判定することができる。
上述したように本実施形態のモータ制御装置１０を搭載したハイブリッド車両１００では、燃費を重視するドライバーがエコスイッチ６２をオン操作すると、コンバータ２０に昇圧制限をかけてスイッチング損失を抑制することにより燃費の向上を図っている。また、例えば深夜に住宅街を走行する等の状況下で騒音の発生を気にするドライバーがＥＶスイッチ６４をオン操作すると、エンジンＥを運転停止してモータ走行モードに移行する。これにより、ハイブリッド車両１００からエンジンＥの作動音が発生しなくなるため、静音状態での走行が可能になる。
特に、コンバータ３０の昇圧制限中であって比較的低速走行時にモータ走行モードが選択されたとき、エンジンＥが停止しているため作動音が無く且つ車室内に聴こえるタイヤノイズも小さくなるため、矩形波制御モード時に発生する高周波の騒音がより顕著に感じられるようになる。
このように車両の静粛性が高くなる状況下でモータＭが矩形波制御モードで駆動されると、正弦波ＰＷＭ制御モードの場合に比べて、モータＭに流れる電流に高次の高調波成分が多く重畳されることから高調波成分による電流リプルが発生しやく、そのため車両走行時の高周波の騒音が大きくなることがある。そうすると、ドライバーが静音走行を求めてＥＶスイッチ６４をオン操作してモータ走行モードを選択しても、モータＭが矩形波制御モードで駆動されることで高周波騒音が発生してしまう可能性がある。特に、比較的低速走行時にモータ走行モードが選択されたとき、エンジンＥが停止しているため作動音が無く且つ車室内に聴こえるタイヤノイズも小さくなるため、矩形波制御モード時に発生する高周波騒音がより顕著に感じられるようになる。
したがって、本実施形態のモータ制御装置１０では、コンバータ２０が昇圧制限されている状態でモータ走行モードが選択されたとき、モータＭの矩形波制御による騒音の発生を抑制するために以下のような昇圧制限解除を実行する。
図８は、制御部４０において実行される昇圧制限解除処理の一例を示すフローチャートである。図８に示す処理は、マップＭ２が選択されてコンバータ２０が昇圧制限されているときに、所定時間ごとに実行される。
図８を参照すると、まず、ステップＳ２０において、ＥＶスイッチ６４がオンされているか否か判定する。この判定は、上記ＥＶ走行指示取得部４６の機能として実行される。ここで否定判定されると、そのまま処理を終了する。つまり、コンバータ２０の昇圧制限状態が継続される。
他方、上記ステップＳ２０において肯定判定されると、続くステップＳ２２において、車速Ｖが所定の閾値Ｖｔｈ未満であるか否かが判定される。この判定は、上記車両状態判定部４７の機能として実行される。上記閾値Ｖｔｈは、例えば３０ｋｍ／ｈに設定される。この判定で否定判定されると、そのまま処理を終了する。つまり、この場合、コンバータ２０の昇圧制限解除は行わない。これは、モータＭが矩形波制御されて高調波騒音が発生しても、タイヤノイズ等に紛れるためにそれほど気にならない状態であると想定されるからである。
他方、上記ステップＳ２２において肯定判定されると、続くステップＳ２４において、変調度Ｋが例えば０．７より大きいか否かが判定される。この判定は、上記変調度比較設定部４８の機能として実行される。ここで変調度Ｋの比較対象となる閾値を０．７に設定しているのは、モータＭが矩形波制御（すなわちＫ≧０．７８）で駆動される状態を確実に判定するためである。ただし、上記閾値は０．７に限定されるものではなく、０．６１を超えて０．７８以下の数値に適宜に設定されてもよいが、０．７８に近い数値に設定すると昇圧制限の設定および解除がハンチングすることが起こり得るため、ある程度の余裕代をもって設定されるのが好ましい。
上記ステップＳ２４において肯定判定されたとき（すなわちモータＭが過変調ＰＷＭ制御モードまたは矩形波制御モードで駆動されているとき）、続くステップＳ２６で通常モードのマップＭ１を選択してコンバータ２０の昇圧制限を解除する。これにより、コンバータ２０による昇圧電圧ＶＨは、通常モード時よりも高く設定される。この場合、通常モード移行時の昇圧電圧ＶＨが昇圧制限値ＶＨｌｉｍ以下になるとき（図５中の負荷Ｐ１−Ｐ３間）には、少なくとも昇圧制限値ＶＨｌｉｍよりも高く設定され、例えばＶＨｍａｘに設定されてもよい。
このように本実施形態のモータ制御装置１０によれば、コンバータ２０による昇圧に余裕がある状態であってモータ走行モードが選択されたとき、コンバータ２０の昇圧制限を解除してコンバータ出力電圧ＶＨを昇圧制限値ＶＨｌｉｍよりも高くし、モータＭの制御モードを矩形波制御モードまたは過変調ＰＷＭから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える。これにより、モータ電流のリプル発生を抑制して高周波騒音を抑えることができる。
次に、図９を参照して、制御部４０において実行される昇圧制限解除処理の別の例について説明する。こここでは、図８を参照して説明した昇圧制限解除とは相違する点だけを主として説明する。
図９を参照すると、ステップＳ２０〜Ｓ２６は図８に示す昇圧制限解除と同じである。そして、最後のステップＳ２８において、モータＭが正弦波ＰＷＭ制御モードで駆動可能な下限電圧となるようコンバータ出力電圧であるシステム電圧ＶＨを設定する。具体的には、昇圧電圧ＶＨをできるだけ低く抑えながら正弦波ＰＷＭ制御モードとなる目標変調度Ｋｔａｇ（例えば、０．６）を設定し、実際の変調度Ｋが目標変調度Ｋｔａｇと一致するようにコンバータ２０に対するスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を調整する。これにより、矩形波制御の回避によるスイッチング損失の増大による燃料悪化を最小限に留めることができる。
次に、図６および図１０を参照して、制御部４０において実行される昇圧制限解除処理の更に別の例について説明する。こここでは、図１０については図８および図９を参照して説明した昇圧制限解除と相違する点だけを主として説明する。
図６を参照すると、制御部４０は、キャリア周波数設定部４９を含む。キャリア周波数設定部４９は、モータＭの回転数Ｎに応じて、インバータ３０でのＰＷＭ制御に用いられるキャリア波の周波数Ｆを変更する機能を有する。具体的には、モータＭの回転数Ｎが低くなるほどキャリア周波数Ｆが低周波数となるように切り替え可能である。例えば、キャリア周波数の切り替えは、モータ回転数Ｎの所定の区切りに応じて複数段階で行うように構成されている。
続いて、図１０を参照すると、ステップＳ２０〜Ｓ２６の処理は図８に示す昇圧制限解除と同じであり、ステップＳ２０〜Ｓ２８は図９に示す昇圧制限解除と同じである。したがって、相違する点はステップＳ２５だけである。なお、図１０中、ステップＳ２８は省略されてもよいため、破線枠で示した。
ステップＳ２４で変調度Ｋが０．７より大きいと判定されると、続くステップＳ２５において、キャリア周波数Ｆが高キャリア領域か否か判定される。ここで、昇圧制限されている状態での高キャリア領域とは、図４中の領域Ｚで示されるように、モータＭの動作点が高回転域の過変調ＰＷＭ制御領域Ｂ２および矩形波制御領域Ｂ３に属していることを意味する。
インバータ３０で用いるキャリア周波数Ｆが比較的低く設定されているときは、スイッチング周期が長くなっている。そのため、低キャリア領域で昇圧制限を解除してシステム電圧ＶＨを高くすると、スイッチング制御周期中の電流変化がキャリア周波数Ｆの高いときに比べて大きくなり、その結果、電流リプルが大きくなって騒音を増大させることになる。
そこで、図１０に示す昇圧制限解除では、キャリア周波数Ｆが比較的高い領域に属するときに昇圧制限の解除および正弦波ＰＷＭ制御への移行を実行することとした。すなわち、ステップＳ２５でキャリア周波数Ｆが低キャリア領域であるために否定判定されると、昇圧制限解除を行うことなくそのまま処理を終了する。
他方、ステップＳ２５において肯定判定されると、続くステップＳ２６においてマップＭ１の選択および昇圧制限の解除を実行する。これにより、モータＭの制御モードが正弦波ＰＷＭ制御モードに移行した後の騒音の増大を抑制することができる。
なお、本発明に係るモータ制御装置は、上述した実施形態および変形例の構成に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載される事項およびその均等な範囲において種々の改良が可能である。
上記においては、コンバータの出力電圧に昇圧制限がかかっている状態でモータ動力のみで走行する走行モードが選択されたとき、車速が所定の閾値未満になった場合にコンバータの昇圧制限を解除すると説明したが、これに限定されるものではない。例えば、インバータやモータから発せられる騒音をマイク等で集音し、その騒音に含まれる高周波音が所定レベル以上になったときにコンバータの昇圧制限解除を行ってもよい。
１０ モータ制御装置、１１，１７ 電圧センサ、１２，１４ 電力線、１３ アース線、１５ 電流センサ、１６ 回転角センサ、２０ コンバータ、３０ インバータ、３２ Ｕ相アーム、３４ Ｖ相アーム、３６ Ｗ相アーム、４０ 制御部、４１ 制御モード設定部、４２ ＰＷＭ制御ブロック、４３ 矩形波制御ブロック、４４ 燃費優先指示取得部、４５ 昇圧制限設定部、４６ ＥＶ走行指示取得部、４７ 車両状態判定部、４８ 変調度比較設定部、４９ キャリア周波数設定部、、５２ トランスミッション、５４ 車軸、５６ 駆動輪、６２ エコスイッチ、６４ ＥＶスイッチ、１００ ハイブリッド車両、Ｂ 直流電源、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｅ エンジン、Ｋ 変調度、Ｋｔａｇ 目標変調度、Ｋｔｈ 変調度閾値、Ｌ１ リアクトル、Ｍ モータ、Ｍ１，Ｍ２ マップ、Ｎ 回転数、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、θ ロータ回転角。

Claims (4)

  1. 内燃機関およびモータを動力源として搭載したハイブリッド車両のモータ制御装置であって、
    電源装置から供給される電圧を昇圧可能なコンバータと、
    前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換してモータに印加するインバータと、
    前記インバータを制御することにより前記モータを複数の制御モードで切り替えて駆動させる制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記コンバータの出力電圧に昇圧制限がかかっている状態でモータ動力のみで走行する走行モードが選択されたとき、前記モータが矩形波制御モードまたは過変調ＰＷＭ制御モードで駆動されている場合に前記コンバータの出力電圧を昇圧制限値よりも高くするとともに、前記モータが正弦波ＰＷＭ制御モードで駆動されるよう前記インバータを制御する、
    ハイブリッド車両のモータ制御装置。
  2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    車両速度が所定の閾値未満のとき前記コンバータの出力電圧を昇圧制限値よりも高くすることを特徴とする、ハイブリッド車両のモータ制御装置。
  3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両のモータ制御装置において、
    前記制御部は、前記モータが正弦波ＰＷＭ制御モードで駆動可能な下限電圧となるよう前記コンバータの出力電圧を設定することを特徴とする、ハイブリッド車両のモータ制御装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両のモータ制御装置において、
    前記制御部は、前記正弦波ＰＷＭ制御モードで用いるキャリア周波数を前記モータの回転数が低くなるほど低周波数となるよう切替可能であり、前記キャリア周波数が所定の高キャリア領域に属する場合に、前記昇圧コンバータの出力電圧を昇圧制限値よりも高くすること及び正弦波ＰＷＭ制御モードによる制御を実行することを特徴とする、ハイブリッド車両のモータ制御装置。
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