JP2022119221A

JP2022119221A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2022119221A
Application number: JP2021016173A
Authority: JP
Inventors: 佳大社本; Yoshihiro Shamoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-08-17

Abstract

【課題】ノイズの影響によってセンサの出力値が急変した場合であっても、モータに供給される駆動電流および駆動電圧において、過電流および過電圧が発生してしまうことを抑制すること。【解決手段】車両の制御装置は、スイッチング制御のための制御信号が、スイッチング素子のスイッチングが所定時間以上行われず、且つ、スイッチング素子が所定時間以上ＯＦＦとなるパルスパターンを有する場合、当該制御信号にＯＦＦ指令を追加する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

下記特許文献１に開示されているモータ制御装置は、レゾルバから出力される回転検出信号にノイズが重畳していることを示す乱れ判断条件が成立しているか否かを判断する。そして、モータ制御装置は、乱れ判断条件が成立していない場合には、当該モータ制御装置に、回転検出信号に基づいて算出されたレゾルバ角に基づいて、切替タイミングが到来したか否かを判断させる回転角度モードに設定する。また、モータ制御装置は、乱れ判断条件が成立している場合には、過去のレゾルバ角に基づいて、次の切替タイミングになるまでのレゾルバ角の変化を推定し、推定結果に基づいて、当該モータ制御装置に、切替タイミングが到来したか否かを判断させる推定時間モードに設定する。

特開２０１８－０８５７９４号公報

しかしながら、従来技術は、センサ（例えば、モータの回転角度センサ）の出力値に基づいて、スイッチング素子をスイッチング制御するための制御信号のスイッチングパターンを決定する場合、センサのノイズの影響によって、センサの出力値が急変し、意図しないスイッチングパターンを含んだ制御信号により、スイッチング制御を行ってしまう虞がある。この場合、モータに供給される電流および電圧において、過電流および過電圧が発生してしまう虞がある。

上述した課題を解決するために、一実施形態に係る車両の制御装置は、スイッチング制御のための制御信号が、スイッチング素子のスイッチングが所定時間以上行われず、且つ、スイッチング素子が所定時間以上ＯＦＦとなるパルスパターンを有する場合、当該制御信号にＯＦＦ指令を追加する。

一実施形態に係る車両の制御装置によれば、ノイズの影響によってセンサの出力値が急変した場合であっても、モータに供給される駆動電流および駆動電圧において、過電流および過電圧が発生してしまうことを抑制することができる。

一実施形態に係る車両の構成を示す図一実施形態に係る制御装置による処理の一例を示すフローチャート一実施形態に係る制御装置による処理のイメージを示す図

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

（車両１０の構成）
図１は、一実施形態に係る車両１０の構成を示す図である。図１に示す車両１０は、例えば、動力源としてエンジン（図示省略）およびモータ１２を備える、いわゆるハイブリッド車両である。

図１に示すように、車両１０は、モータ１２、インバータ１４、バッテリ１６、コンデンサ１７、制御装置１８、駆動軸２１、デファレンシャルギヤ２２、および左右一対の駆動輪２３を備える。

モータ１２は、車両１０の動力源である。モータ１２は、いわゆる三相モータであり、インバータ１４から三相交流電流が供給されることによって出力軸（図示省略）が回転することにより、当該出力軸から、車両１０の走行のための駆動トルクを出力する。モータ１２の出力軸から出力された駆動トルクは、駆動軸２１、デファレンシャルギヤ２２を介して、左右一対の駆動輪２３へ伝達される。

バッテリ１６は、インバータ１４に対して、電力を供給する。バッテリ１６としては、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等が用いられる。なお、バッテリ１６とインバータ１４との間には、バッテリ１６から供給される電圧を平滑化するためのコンデンサ１７が設けられている。

インバータ１４は、バッテリ１６から供給された電力を用いて、制御装置１８からの制御信号（矩形波パルス信号）に応じて、モータ１２へ三相交流電流を供給する。これにより、インバータ１４は、制御装置１８からの制御信号に応じた回転方向および回転速度で、モータ１２の出力軸を回転させることができる。インバータ１４は、モータ１２のＵ相、Ｖ相、およびＷ相の各々に対して、一対のスイッチング素子を備える。具体的には、インバータ１４は、モータ１２のＵ相に対して、一対のスイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１４を備える。また、インバータ１４は、モータ１２のＶ相に対して、一対のスイッチング素子Ｔ１２，Ｔ１５を備える。また、インバータ１４は、モータ１２のＷ相に対して、一対のスイッチング素子Ｔ１３，Ｔ１６を備える。なお、スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６の各々には、ダイオードが並列接続されている。インバータ１４は、制御装置１８から供給される（矩形波パルス信号）によって、各相の一対のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、モータ１２の各相へ供給される駆動電流を制御する。

制御装置１８は、モータ１２の出力軸の回転を制御する。具体的には、制御装置１８は、インバータ１４の各スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６へ、（矩形波パルス信号）を供給することによって、インバータ１４からモータ１２に供給される三相交流電流を制御することで、モータ１２の出力軸の回転を制御する。

制御装置１８は、例えば、車両１０に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御装置１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えて構成されている。制御装置１８の各機能は、例えば、制御装置１８において、ＲＯＭに記憶されているプログラムを、ＣＰＵが実行することによって実現される。

なお、図１に示すように、モータ１２には、出力軸の回転角度を検出する回転角度検出センサ１２Ａが設けられている。回転角度検出センサ１２Ａから出力される回転角度検出信号は、制御装置１８へ入力される。制御装置１８は、入力された回転角度検出信号に基づいて、モータ１２の回転数等を算出したり、インバータ１４に供給される制御信号のパルスパターンを生成したりすることができる。

なお、制御装置１８は、変調率により、パルス幅変調制御と、矩形波制御とを切り替えて行うことができる。パルス幅変調制御は、擬似的な三相交流電圧がモータ１２に供給されるように、インバータ１４の各スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行う。矩形波制御は、矩形波電圧がモータ１２に供給されるように、インバータ１４の各スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行う。

また、制御装置１８は、矩形波制御により各スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行う際に、モータ１２の回転数が第１共振領域より小さい第１所定回転数以上のときには、第１共振領域におけるＬＣ共振（車両１０が備えるＬＣ回路の共振）を抑制するスイッチングパターンの第１スイッチングモードを用いて、各スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なうことができる。第１スイッチングモードは、電気６次変動周波数成分を高周波化して低減することができる、１周期のパルス数が３以上のスイッチングパターンを用いる。例えば、第１スイッチングモードで用いられる好適なスイッチングパターンは、シミュレーション等によって予め求められる。これにより、制御装置１８は、第１共振領域におけるＬＣ共振を抑制することができる。なお、「第１共振領域」は、電気６次変動周波数によってＬＣ共振が生じる領域をモータ１２の回転数に変換したものを意味する。

また、制御装置１８は、矩形波制御により各スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行う際に、モータ１２の回転数が第１所定回転数未満のときには、第１所定回転数より小さい第２共振領域におけるＬＣ共振（車両１０が備えるＬＣ回路の共振）を抑制するスイッチングパターンの第２スイッチングモードを用いて、各スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なうことができる。第２スイッチングモードは、電気６次変動周波数成分および電気１２次変動周波数成分の双方を高周波化して低減することができる、１周期のパルス数が５以上のスイッチングパターンを用いる。例えば、第２スイッチングモードで用いられる好適なスイッチングパターンは、シミュレーション等によって予め求められる。これにより、制御装置１８は、第２共振領域におけるＬＣ共振を抑制することができる。なお、「第２共振領域」は、電気１２次変動周波数によってＬＣ共振が生じる領域をモータ１２の回転数に変換したものを意味する。

また、制御装置１８は、各スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６のスイッチング制御のための制御信号（矩形波パルス信号）が、各スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６のスイッチングが所定時間以上行われず、且つ、各スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６が所定時間以上ＯＦＦとなるパルスパターンを有する場合、当該制御信号にＯＦＦ指令を追加する。

なお、車両１０は、バッテリ１６からインバータ１４へ供給される電圧を昇圧する昇圧コンバータをさらに備えてもよい。

（制御装置１８による処理の一例）
図２は、一実施形態に係る制御装置１８による処理の一例を示すフローチャートである。図２に示す一連の処理は、制御装置１８が、モータ１２の駆動中に、繰り返し実行する処理である。

図２に示すように、制御装置１８は、モータ１２の駆動中に、各スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６に対する追加のスイッチングが必要か否かを判断する（ステップＳ２０１）。具体的には、制御装置１８は、いずれか一のスイッチング素子のスイッチング制御のための制御信号が、当該一のスイッチング素子のスイッチングが所定時間以上行われず、且つ、当該一のスイッチング素子が所定時間以上ＯＦＦとなるパルスパターンを有する場合、「追加のスイッチングが必要」と判断する。

ステップＳ２０１において、「追加のスイッチングが必要ではない」と判断された場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、制御装置１８は、図２に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０１において、「追加のスイッチングが必要」と判断された場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、制御装置１８は、追加のスイッチングを行うモータ１２の回転角度を算出する（ステップＳ２０２）。

そして、制御装置１８は、ステップＳ２０２で算出された回転角度のときに追加のスイッチングが行われるように、一のスイッチング素子のスイッチング制御のための制御信号（矩形波パルス信号）に、ＯＦＦ指令を追加する（ステップＳ２０３）。その後、制御装置１８は、図２に示す一連の処理を終了する。

（制御装置１８による処理のイメージ）
図３は、一実施形態に係る制御装置１８による処理のイメージを示す図である。図３では、いずれか一のスイッチング素子のスイッチング制御のための制御信号（矩形波パルス信号）の一例を示す。図３に示す制御信号は、２つの矩形パルスを含んでいる。各矩形パルスは、立ち上がりがＯＮ指令となり、立ち下がりがＯＦＦ指令となる。なお、図３（ａ）に示す制御信号は、ＯＦＦ指令の追加前の制御信号である。図３（ｂ）に示す制御信号は、ＯＦＦ指令の追加後の制御信号である。

図３（ａ）に示す制御信号は、２つ目の矩形パルスが立ち下がるタイミングＴ１の後、一のスイッチング素子のスイッチングが所定時間以上行われず、且つ、一のスイッチング素子が所定時間以上ＯＦＦとなるパルスパターンを有する。

この場合、制御装置１８は、図３（ｂ）に示すように、２つ目の矩形パルスが立ち下がるタイミングＴ１以降のタイミングＴ２で、一のスイッチング素子のスイッチオフ制御がなされるように、制御信号にＯＦＦ指令を追加する。なお、タイミングＴ２は、制御装置１８によって算出された、追加のスイッチングが必要なモータ１２の回転角度となるタイミングである。

例えば、制御装置１８は、１００μｓ後に追加のスイッチングを行う場合、下記式（１）により、追加スイッチング用加算角度[deg]を算出する。

追加スイッチング用加算角度[deg]＝
モータ回転数[rpm]/60×モータ極対数×360×100×10^-6・・・（１）

そして、制御装置１８は、下記式（２）により、追加スイッチング用回転角度[deg]を算出する。

追加スイッチング用回転角度[deg]＝
スイッチング素子のスイッチオフがなされる回転角度[deg]＋
追加スイッチング用加算角度[deg]・・・（２）

以上説明したように、一実施形態に係る制御装置１８は、一のスイッチング素子のスイッチング制御のための制御信号が、矩形パルスが立ち下がるタイミングＴ１以降で、一のスイッチング素子のスイッチングが所定時間以上行われず、且つ、一のスイッチング素子が所定時間以上ＯＦＦとなるパルスパターンを有する場合、タイミングＴ２で一のスイッチング素子のスイッチオフ制御がなされるように、当該制御信号にＯＦＦ指令を追加する。

これにより、一実施形態に係る制御装置１８は、矩形パルスが立ち下がるタイミングＴ１以降で、ノイズの影響によってセンサの出力値が急変し、意図しないＯＮ指令が発生し、一のスイッチング素子がスイッチオン状態に切り替わってしまった場合であっても、タイミングＴ２に追加されたＯＦＦ指令により、直ちに一のスイッチング素子をスイッチオフ状態に切り替えることができる。

したがって、一実施形態に係る制御装置１８によれば、ノイズの影響によってセンサの出力値が急変した場合であっても、モータ１２に供給される駆動電流および駆動電圧において、過電流および過電圧が発生してしまうことを抑制することができる。

１０車両
１２モータ
１２Ａ回転角度検出センサ
１４インバータ
１６バッテリ
１７コンデンサ
１８制御装置
２１駆動軸
２２デファレンシャルギヤ
２３駆動輪

Claims

モータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータを介して前記モータへ電力を供給するバッテリと
を備える車両に搭載される車両の制御装置であって、
変調率によりパルス幅変調制御と矩形波制御とを切り替えて前記インバータのスイッチング素子をスイッチング制御し、
前記矩形波制御により前記スイッチング制御を行う際に、
前記モータの回転数が第１共振領域より小さい第１所定回転数以上のときには、前記第１共振領域におけるＬＣ共振を抑制するスイッチングパターンの第１スイッチングモードを用いて前記スイッチング制御を行ない、
前記モータの回転数が前記第１所定回転数未満のときには、前記第１所定回転数より小さい第２共振領域におけるＬＣ共振を抑制するスイッチングパターンの第２スイッチングモードを用いて前記スイッチング制御を行ない、
前記スイッチング制御のための制御信号が、前記スイッチング素子のスイッチングが所定時間以上行われず、且つ、前記スイッチング素子が所定時間以上ＯＦＦとなるパルスパターンを有する場合、当該制御信号にＯＦＦ指令を追加する
ことを特徴とする車両の制御装置。