JP4984331B2 - 電気自動車の制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、直流電源とシステム電源ラインとの間に接続されてシステム電源ラインに直流のシステム電圧を発生させる電圧変換手段と、システム電源ラインに接続されて直流電力と交流電力との変換を行う電力変換手段とこの電力変換手段により駆動されるモータジェネレータとからなる少なくとも一つの交流モータシステムとを備えた電気自動車の制御装置に関する発明である。
近年、地球環境問題等の観点から自動車のＣＯ2 排出量を低減する技術として、ハイブリッド電気自動車が注目されている。このハイブリッド電気自動車は、車両の動力源としてエンジン（内燃機関）以外に高電圧の主電池（直流電源）や交流モータが搭載され、更なる燃費向上を目指して交流モータの駆動効率向上や小型化が要求されている。
この要求を満足するために、特許文献１（特開平８−２１４５９２号公報）に記載されているように、直流電源の電圧を昇圧コンバータ（昇圧用チョッパ）で昇圧してシステム電圧を発生させ、この直流のシステム電圧をインバータで交流電圧に変換して交流モータを駆動するようにしたものがある。また、特許文献２（特開２００５−４５８８０号公報）に記載されているように、交流モータの運転状態に応じて交流モータの制御モードを正弦波ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードと過変調ＰＷＭ制御モードとの間で切り替えるようにしたものがある。更に、特許文献３（特開２００７−３０６６５８号公報）に記載されているように、交流モータの制御モードに応じてシステム電圧（昇圧コンバータで昇圧した電圧）の目標値を変更するようにしたものがある。この特許文献３の技術では、システム電圧が目標電圧となるように昇圧コンバータを制御し、交流モータの出力トルクが目標トルクとなるようにインバータを制御して交流モータに印加する交流電圧を調整するようになっている。
また、過電圧の発生を防止するために、特許文献４（特開２００７−１６６８７５号公報）に記載されているように、交流モータの矩形波制御や過変調ＰＷＭ制御の実行時に、正弦波ＰＷＭ制御よりもシステム電圧の目標電圧を低下させるようにしたものがある。
特開平８−２１４５９２号公報
特開２００５−４５８８０号公報
特開２００７−３０６６５８号公報
特開２００７−１６６８７５号公報
ところで、上記特許文献１〜３のように、直流電源の電圧を昇圧コンバータで昇圧したシステム電圧をインバータで交流電圧に変換して、この交流電圧の位相を調節して交流モータの発生トルクを制御するように交流モータを駆動するシステムでは、システム電圧が変動して、交流モータに印加される交流電圧が変動すると、交流モータに流れる電流が変動して、交流モータの出力トルクが変動する。この際、上述した電圧制御とトルク制御を実行するシステムでは、電圧制御によってシステム電圧が目標電圧となるように昇圧コンバータを制御すると共に、トルク制御によって交流モータの出力トルクが目標トルクとなるようにインバータを制御するが、電圧制御によるシステム電圧の変化が交流モータの出力トルクに影響を及ぼし、トルク制御による交流モータの出力トルクの変化（交流電圧の変化）がシステム電圧に影響を及ぼすため、電圧制御とトルク制御が互いに干渉し合って電圧制御やトルク制御の制御性が悪化し、システム電圧変動やトルク変動が発生してしまう可能性がある。
特にシステム電源ラインのシステム電圧が変動して過電圧に至ると、システム電源ラインに接続された電子機器に過電圧が印加されて電子機器が故障してしまう可能性がある。上記特許文献４の技術では、過電圧の発生を防止するために、交流モータの矩形波制御や過変調ＰＷＭ制御では正弦波ＰＷＭ制御よりもシステム電圧の目標電圧を低下させるようにしているが、この場合、交流モータの矩形波制御においてシステム電圧を一律に低下させて制限しまうことになるため、電圧利用率を十分に高めることができず、交流モータの本来の性能を発揮できなくなる可能性がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、システム電圧を目標電圧に制御する電圧制御と、交流モータの出力トルクを目標トルクに制御するように交流モータに印加する交流電圧の位相を調節するトルク制御とが相互に干渉することを防止して、電圧制御やトルク制御の制御性を向上させることができる電気自動車の制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、入出力可能な直流電源とシステム電源ラインとの間に接続されて該システム電源ラインに直流のシステム電圧を発生させる電圧変換手段と、システム電源ラインに接続されて直流電力と交流電力との変換を行う電力変換手段とこの電力変換手段により駆動されるモータジェネレータとからなる少なくとも一つの交流モータシステムとを備え、システム電圧が目標電圧となるように電圧変換手段を制御する電圧制御を電圧制御手段により実行すると共に、交流モータシステムにおけるモータジェネレータの出力トルクが目標トルクとなるように電力変換手段を制御してモータジェネレータに印加する交流電圧の位相を調整するトルク制御をトルク制御手段により実行するシステムにおいて、非干渉制御手段によって電圧制御とトルク制御のうちの一方の制御状態量に基づいて他方の制御状態量を補正して電圧制御とトルク制御が相互に干渉しないように制御する構成としたものである。
この構成では、電圧制御とトルク制御のうちの一方の制御状態量に基づいて他方の制御状態量を補正することで、電圧制御とトルク制御のうちの一方の制御が他方の制御に及ぼす影響を抑制して、電圧制御とトルク制御が相互に干渉することを防止することができる。これにより、電圧制御とトルク制御の制御性を向上させることができ、システム電圧変動やトルク変動を速やかに抑制することが可能となる。
この場合、請求項２のように、電圧制御の制御状態量として、目標電圧とシステム電圧との偏差、該偏差の微分量、該偏差の積分量のうちの少なくとも１つを用いてトルク制御の制御状態量を補正するようにしても良い。目標電圧とシステム電圧との偏差、該偏差の微分量、該偏差の積分量は、いずれも電圧制御によるシステム電圧の変化を精度良く反映した情報となるため、これらの情報を用いてトルク制御の制御状態量を補正すれば、電圧制御によるシステム電圧の変化がモータジェネレータの出力トルクに及ぼす影響を抑制することができる。
更に、請求項３のように、電圧制御の制御状態量と、システム電圧の変化量に対する出力トルクの変化量の関係とに基づいて補正量を演算し、該補正量を用いてトルク制御の制御状態量を補正するようにしても良い。電圧制御の制御状態量と、システム電圧の変化量に対する出力トルクの変化量の関係とを用いれば、電圧制御によるシステム電圧の変化がモータジェネレータの出力トルクに及ぼす影響を抑制するのに必要な補正量を精度良く求めることができ、この補正量を用いてトルク制御の制御状態量を補正することで、電圧制御によるシステム電圧の変化がモータジェネレータの出力トルクに及ぼす影響を効果的に抑制することができる。
また、請求項４のように、トルク制御の制御状態量として、目標トルクと出力トルクとの偏差、該偏差の微分量、該偏差の積分量のうちの少なくとも１つを用いて電圧制御の制御状態量を補正するようにしても良い。目標トルクと出力トルクとの偏差、該偏差の微分量、該偏差の積分量は、いずれもトルク制御による出力トルクの変化を精度良く反映した情報となるため、これらの情報を用いて電圧制御の制御状態量を補正すれば、トルク制御による出力トルクの変化（交流電圧の変化）がシステム電圧に及ぼす影響を抑制することができる。
更に、請求項５のように、トルク制御の制御状態量と、出力トルクの変化量に対するシステム電圧の変化量の関係とに基づいて補正量を演算し、該補正量を用いて電圧制御の制御状態量を補正するようにしても良い。トルク制御の制御状態量と、出力トルクの変化量に対するシステム電圧の変化量の関係とを用いれば、トルク制御による出力トルクの変化がシステム電圧に及ぼす影響を抑制するのに必要な補正量を精度良く求めることができ、この補正量を用いて電圧制御の制御状態量を補正することで、トルク制御による出力トルクの変化がシステム電圧に及ぼす影響を効果的に抑制することができる。
また、請求項６のように、入出力可能な直流電源とシステム電源ラインとの間に接続されて該システム電源ラインに直流のシステム電圧を発生させる電圧変換手段と、システム電源ラインに接続されてシステム電圧の直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と該電力変換手段で駆動されるモータジェネレータと該モータジェネレータの出力トルクが目標トルクとなるように該モータジェネレータに印加する交流電圧の位相を調節してトルク制御を実行するトルク制御手段とから成る複数の交流モータシステムと、システム電圧が目標電圧となるように電圧変換手段を制御する電圧制御を実行する電圧制御手段とを備え、非干渉制御手段によって複数の交流モータシステムにおける各トルク制御の制御状態量に基づき電圧制御の制御状態量を補正して電圧制御とトルク制御が相互に干渉しないように制御するようにしても良い。このようにすれば、複数の交流モータシステムにおける各トルク制御と電圧制御が相互に干渉することを防止することができて、各トルク制御と電圧制御の制御性を向上させることができる。
この場合、請求項７のように、複数の交流モータシステムにおける各トルク制御の制御状態量からシステム電圧の各変化量を予測し、この各予測値に基づき電圧制御の制御状態量を補正して電圧制御とトルク制御が相互に干渉しないように制御すると良い。このようにすれば、各トルク制御による出力トルクの変化がシステム電圧に及ぼす影響を確実に抑制することができる。
２つ以上の交流モータシステムは、全てシステム電源ラインに接続されており、各交流モータシステムのトルク変動（偏差）をシステム電圧の変動に換算し、その総和をシステム電圧制御に反映して非干渉制御とすることで、各交流モータシステムが電動動作或は発電動作に拘らず、またトルク変動量がプラスであろうがマイナスであろうが、精度良くシステム電圧変動やトルク変動の相互干渉を防止で、良好な精度で電圧制御やトルク制御を実行できる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてハイブリッド電気自動車の駆動システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１０と第１及び第２の交流モータ１１，１２（モータジェネレータ）が搭載され、主にエンジン１０と第２の交流モータ１２が車輪１３を駆動する動力源となる。エンジン１０のクランク軸１５の動力は、遊星ギヤ機構１６で二系統に分割される。この遊星ギヤ機構１６は、中心で回転するサンギヤ１７と、このサンギヤ１７の外周を自転しながら公転するプラネタリギヤ１８と、このプラネタリギヤ１８の外周を回転するリングギヤ１９とから構成され、プラネタリギヤ１８には図示しないキャリアを介してエンジン１０のクランク軸１５が連結され、リングギヤ１９には第２の交流モータ１２の回転軸が連結され、サンギヤ１７には、主に発電機として使用する第１の交流モータ１１が連結されている。
まず、図１に基づいてハイブリッド電気自動車の駆動システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１０と第１及び第２の交流モータ１１，１２（モータジェネレータ）が搭載され、主にエンジン１０と第２の交流モータ１２が車輪１３を駆動する動力源となる。エンジン１０のクランク軸１５の動力は、遊星ギヤ機構１６で二系統に分割される。この遊星ギヤ機構１６は、中心で回転するサンギヤ１７と、このサンギヤ１７の外周を自転しながら公転するプラネタリギヤ１８と、このプラネタリギヤ１８の外周を回転するリングギヤ１９とから構成され、プラネタリギヤ１８には図示しないキャリアを介してエンジン１０のクランク軸１５が連結され、リングギヤ１９には第２の交流モータ１２の回転軸が連結され、サンギヤ１７には、主に発電機として使用する第１の交流モータ１１が連結されている。
二次電池等からなる直流電源２０には昇圧コンバータ２１（電圧変換手段）が接続され、この昇圧コンバータ２１は、直流電源２０の直流電圧を昇圧してシステム電源ライン２２とアースライン２３との間に直流のシステム電圧を発生させたり、このシステム電圧を降圧して直流電源２０に電力を戻す機能を持つ。システム電源ライン２２とアースライン２３との間には、システム電圧を平滑化する平滑コンデンサ２４や、システム電圧を検出する電圧センサ２５が接続され、電流センサ２６によってシステム電源ライン２２に流れる電流が検出される。更に、システム電源ライン２２とアースライン２３との間には、電圧制御型の三相の第１及び第２のインバータ２７，２８（電力変換手段）が接続され、第１のインバータ２７で第１の交流モータ１１が駆動される共に、第２のインバータ２８で第２の交流モータ１２が駆動される。
メイン制御装置３１は、車両全体を総合的に制御するコンピュータであり、アクセル操作量（アクセルペダルの操作量）を検出するアクセルセンサ３２、車両の前進運転や後退運転やパーキング或はニュートラルなどのシフト操作を検出するシフトスイッチ３３、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ３４、車速を検出する車速センサ３５等の各種センサやスイッチの出力信号を読み込んで車両の運転状態を検出する。このメイン制御装置３１は、エンジン１０の運転を制御するエンジン制御装置３６と、第１及び第２の交流モータ１１，１２や昇圧コンバータ２１の運転を制御するモータ制御装置３７との間で制御信号やデータ信号を送受信し、各制御装置３６，３７によって車両の運転状態に応じてエンジン１０と第１及び第２の交流モータ１１，１２の運転を制御する。
尚、第１及び第２の交流モータ１１，１２は、インバータ２７，２８で正回転かつ負のトルクあるいは負回転かつ正のトルクで駆動されるときには発電機として機能する。例えば、車両の減速時には減速エネルギにより第２の交流モータ１２で発電した交流電力がインバータ２８で直流電力に変換されて直流電源２０に充電される。通常は、エンジン１０の動力の一部がプラネタリギヤ１８を介して第１の交流モータ１１に伝達されて第１の交流モータ１１で発電することでエンジン１０の動力を引き出し、その発電電力が第２の交流モータ１２に供給されて第２の交流モータ１２が電動機として機能する。また、エンジン１０の動力が遊星ギヤ機構１６で分割されてリングギヤ１９に伝達されるトルクが車両走行に要求されるトルクより大きくなる状態では、第１の交流モータ１１が電動機として機能してエンジン１０の動力を引き出し、この場合、第２の交流モータ１２が発電機として機能して、その発電電力が第１の交流モータ１１に供給される。
次に、図２に基づいて交流モータ１１，１２および昇圧コンバータ２１の制御系について説明する。尚、第２の交流モータ１２、第２のインバータ２８は、それぞれ第１の交流モータ１１、第１のインバータ２７と実質的に同じ構成であるため、第２の交流モータ１２と第２のインバータ２８については説明を省略又は簡略化する。
第１の交流モータ１１は、三相永久磁石式同期モータで、永久磁石が内装されたものであり、ロータの回転位置を検出するロータ回転位置センサ５６が搭載されている。昇圧コンバータ２１は、入力コンデンサ３８とリアクトル３９と、２つのスイッチング素子４０，４１が設けられ、各スイッチング素子４０，４１にそれぞれ還流ダイオード４２，４３が並列に接続されている。また、電圧制御型の三相の第１のインバータ２７は、６つのスイッチング素子４４〜４９（上アームの各相の３つのスイッチング素子４４，４６，４８と下アームの各相の３つのスイッチング素子４５，４７，４９）が設けられ、各スイッチング素子４４〜４９にそれぞれ還流ダイオード５０〜５５が並列に接続されている。
この第１のインバータ２７は、モータ制御装置３７から出力される三相の６アーム電圧指令信号ＵＵ1 ，ＬＵ1 ，ＵＶ1 ，ＬＶ1 ，ＵＷ1 ，ＬＷ1 に基づいて、システム電源ライン２２の直流電圧（昇圧コンバータ２１によって昇圧されたシステム電圧）を三相の交流電圧Ｕ1 ，Ｖ1 ，Ｗ1 に変換して第１の交流モータ１１を駆動する。第１の交流モータ１１のＵ相電流ｉＵ1 とＷ相電流ｉＷ1 が、それぞれ電流センサ５７，５８によって検出される。
その際、モータ制御装置３７は、昇圧制御部５９（電圧制御手段）で、システム電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ* となるように昇圧コンバータ２１を制御する“電圧制御”を実行すると共に、第１のトルク制御部６０（トルク制御手段）で、第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 が目標トルクＴ1*となるように第１のインバータ２７を制御して第１の交流モータ１１に印加する交流電圧を調整する“トルク制御”を実行する。
更に、モータ制御装置３７は、非干渉制御部６２（非干渉制御手段）で、電圧制御の制御状態量（例えば目標電圧ＶＨ* とシステム電圧ＶＨとの偏差ΔＶＨ）に基づいてトルク制御の制御状態量（例えば第１の交流モータ１１に印加する交流電圧の位相φ1 ）を補正すると共に、トルク制御の制御状態量（例えば目標トルクＴ1*と出力トルクＴ1 との偏差ΔＴ1 ）や第１の交流モータ１１の回転速度や第１のインバータ２７の損失に基づいて電圧制御の制御状態量（例えば昇圧コンバータ２１のスイッチング素子４０，４１の通電デューティ比Ｄc ）を補正して、電圧制御とトルク制御が相互に干渉しないようにする“非干渉制御”を実行する。尚、インバータ２７の損失はあらかじめ測定しておき、回転速度とトルクを入力とするマップを検索することで得る。
以下、モータ制御装置３７（昇圧制御部５９、第１のトルク制御部６０、非干渉制御部６２）が実行する電圧制御、トルク制御、非干渉制御について説明する。
［電圧制御］
昇圧制御部５９は、メイン制御装置３１から出力される目標電圧ＶＨ* と、電圧センサ２５で検出したシステム電圧ＶＨとの偏差ΔＶＨを演算し、この偏差ΔＶＨが小さくなるようにＰＩ制御等により昇圧コンバータ２１のスイッチング素子４０，４１の通電デューティ比Ｄc を演算する。この後、通電デューティ比Ｄc に基づいて昇圧駆動信号ＵＣ，ＬＣを演算し、この昇圧駆動信号ＵＣ，ＬＣを昇圧コンバータ２１に出力する。このようにして、システム電圧ＶＨを目標電圧ＶＨ* に一致させるように昇圧コンバータ２１を制御する電圧制御を実行する。
昇圧制御部５９は、メイン制御装置３１から出力される目標電圧ＶＨ* と、電圧センサ２５で検出したシステム電圧ＶＨとの偏差ΔＶＨを演算し、この偏差ΔＶＨが小さくなるようにＰＩ制御等により昇圧コンバータ２１のスイッチング素子４０，４１の通電デューティ比Ｄc を演算する。この後、通電デューティ比Ｄc に基づいて昇圧駆動信号ＵＣ，ＬＣを演算し、この昇圧駆動信号ＵＣ，ＬＣを昇圧コンバータ２１に出力する。このようにして、システム電圧ＶＨを目標電圧ＶＨ* に一致させるように昇圧コンバータ２１を制御する電圧制御を実行する。
［トルク制御］
第１のトルク制御部６０は、メイン制御装置３１から出力される目標トルクＴ1*と、第１の交流モータ１１のＵ相電流ｉＵ1 とＷ相電流ｉＷ1 （電流センサ５７，５８の出力信号）と、第１の交流モータ１１のロータ回転位置θ1 （ロータ回転位置センサ５６の出力信号）とに基づいて矩形波制御方式で三相電圧指令信号ＵＵ1 ，ＵＶ ，ＵＷ1 を次のようにして生成する。
第１のトルク制御部６０は、メイン制御装置３１から出力される目標トルクＴ1*と、第１の交流モータ１１のＵ相電流ｉＵ1 とＷ相電流ｉＷ1 （電流センサ５７，５８の出力信号）と、第１の交流モータ１１のロータ回転位置θ1 （ロータ回転位置センサ５６の出力信号）とに基づいて矩形波制御方式で三相電圧指令信号ＵＵ1 ，ＵＶ ，ＵＷ1 を次のようにして生成する。
まず、第１の交流モータ１１のロータ回転位置θ1 （ロータ回転位置センサ５６の出力信号）に基づいて第１の交流モータ１１の回転速度Ｎ1 を演算すると共に、第１の交流モータ１１のＵ相，Ｗ相の電流ｉＵ1 ，ｉＷ1 （電流センサ５７，５８の出力信号）とロータ回転位置θ1 とに基づいて電流ベクトルｉ1 （ｄ軸電流ｉd1，ｑ軸電流ｉq1）を演算し、次式により第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 を推定する。
Ｔ1 ＝ｐn ×｛ｋe ×ｉq1＋（Ｌd −Ｌq ）×ｉd1×ｉq1｝
ここで、ｐn は極対数、ｋe は逆起定数、Ｌd はｄ軸インダクタンス、Ｌq はｑ軸インダクタンスであり、それぞれ交流モータ１１の機器定数である。
ここで、ｐn は極対数、ｋe は逆起定数、Ｌd はｄ軸インダクタンス、Ｌq はｑ軸インダクタンスであり、それぞれ交流モータ１１の機器定数である。
この後、第１の交流モータ１１の目標トルクＴ1*と出力トルクＴ1 との偏差ΔＴ1 を演算し、この偏差ΔＴ1 が小さくなるようにＰＩ制御等により矩形波電圧の位相φ1 を演算する。尚、三相各相の矩形波電圧はデューティ比が５０％である。
この後、矩形波の位相φ1 と、第１の交流モータ１１のロータ回転位置θ1 及び回転速度Ｎ1 等に基づいて、三相の６アーム電圧指令信号ＵＵ1 ，ＬＵ1 ，ＵＶ1 ，ＬＶ1 ，ＵＷ1 ，ＬＷ1 （矩形波電圧指令信号）を演算し、これらの三相６アーム電圧指令信号ＵＵ1 ，ＬＵ1 ，ＵＶ1 ，ＬＶ1 ，ＵＷ1 ，ＬＷ1 を第１のインバータ２７に出力する。このようにして、第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 を目標トルクＴ1*に一致させるように第１のインバータ２７を制御して第１の交流モータ１１に印加する交流電圧Ｖの位相φ1 を調整するトルク制御を実行する。
図３に示すように、例えば第１の交流モータ１１の目標トルクＴ1*がＴ11* からＴ12* に変化した場合には、第１の交流モータ１１に印加する交流電圧の位相φを変化させて、電圧ベクトルをＶ11からＶ12に変化させることで、電流ベクトルをｉ11からｉ12に変化させて、第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 を目標トルクＴ12* に制御する。尚、ωは電気角速度、Ｌはインダクタンス、Ｒは固定子巻線抵抗、φは鎖交磁束である。
ところで、システム電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ* から変動して、第１の交流モータの電圧ベクトルがＶ12からＶ13に変動すると、電流ベクトルがｉ12からｉ13に変動して、第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 が目標トルクＴ12* から変動する。この際、上述した電圧制御とトルク制御を実行するシステムでは、電圧制御によってシステム電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ* となるように昇圧コンバータ２１を制御すると共に、トルク制御によって第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 が目標トルクＴ12* となるように第１のインバータ２７を制御して第１の交流モータ１１に印加する交流電圧の位相φを調整するが、電圧制御によるシステム電圧ＶＨの変化が第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 に影響を及ぼし、トルク制御による第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 の変化がシステム電圧ＶＨに影響を及ぼすため、電圧制御とトルク制御が互いに干渉し合って電圧制御やトルク制御の制御性が悪化し、システム電圧変動やトルク変動が発生する可能性がある。
この対策として、非干渉制御部６２は、電圧制御とトルク制御が相互に干渉しないようにする非干渉制御を次のようにして実行する。
まず、電圧制御の制御状態量として目標電圧ＶＨ* とシステム電圧ＶＨとの偏差ΔＶＨを演算し、この偏差ΔＶＨに応じたトルク制御補正量をマップ又は数式等を用いて演算する。ここで、トルク制御補正量のマップ又は数式等は、予め設計データや試験データ等を用いてシステム電圧ＶＨの変化量と第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 の変化量との関係に基づいて作成され、電圧制御によるシステム電圧ＶＨの変化が第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 に及ぼす影響を抑制するのに必要なトルク制御補正量が設定されている。
まず、電圧制御の制御状態量として目標電圧ＶＨ* とシステム電圧ＶＨとの偏差ΔＶＨを演算し、この偏差ΔＶＨに応じたトルク制御補正量をマップ又は数式等を用いて演算する。ここで、トルク制御補正量のマップ又は数式等は、予め設計データや試験データ等を用いてシステム電圧ＶＨの変化量と第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 の変化量との関係に基づいて作成され、電圧制御によるシステム電圧ＶＨの変化が第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 に及ぼす影響を抑制するのに必要なトルク制御補正量が設定されている。
尚、電圧制御の制御状態量として目標電圧ＶＨ* とシステム電圧ＶＨとの偏差ΔＶＨの微分量を演算し、この偏差ΔＶＨの微分量に応じたトルク制御補正量を演算するようにしても良い。或は、電圧制御の制御状態量として目標電圧ＶＨ* とシステム電圧ＶＨとの偏差ΔＶＨの積分量を演算し、この偏差ΔＶＨの積分量に応じたトルク制御補正量を演算するようにしても良い。また、目標電圧ＶＨ* とシステム電圧ＶＨとの偏差ΔＶＨ、該偏差ΔＶＨの微分量、該偏差ΔＶＨの積分量のうちの２つ又は３つ（全部）に基づいてトルク制御補正量を演算するようにしても良い。
目標電圧ＶＨ* とシステム電圧ＶＨとの偏差ΔＶＨ、該偏差ΔＶＨの微分量、該偏差ΔＶＨの積分量は、いずれも電圧制御によるシステム電圧ＶＨの変化を精度良く反映した情報となるため、これらの情報と、システム電圧ＶＨの変化量に対する第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 の変化量の関係を用いれば、電圧制御によるシステム電圧ＶＨの変化が第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 に及ぼす影響を抑制するのに必要なトルク制御補正量を精度良く求めることができる。
このようにしてトルク制御補正量を求めた後、トルク制御において第１の交流モータ１１に印加する交流電圧の位相φ1 をトルク制御補正量を用いて補正する。これにより、電圧制御によるシステム電圧ＶＨの変化が第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 に及ぼす影響を抑制する。
更に、トルク制御の制御状態量として第１の交流モータ１１の目標トルクＴ1*と出力トルクＴ1 との偏差ΔＴ1 を演算し、この偏差ΔＴ1 に応じた電圧制御補正量をマップ又は数式等を用いて演算する。ここで、電圧制御補正量のマップ又は数式等は、予め設計データや試験データ等を用いてシステム電圧ＶＨの変化量と第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 の変化量との関係に基づいて作成され、トルク制御による出力トルクＴ1 の変化（交流電圧の変化）がシステム電圧ＶＨに及ぼす影響を抑制するのに必要な電圧制御補正量が設定されている。
尚、トルク制御の制御状態量として第１の交流モータ１１の目標トルクＴ1*と出力トルクＴ1 との偏差ΔＴ1 の微分量を演算し、この偏差ΔＴ1 の微分量に応じた電圧制御補正量を演算するようにしても良い。或は、トルク制御の制御状態量として第１の交流モータ１１の目標トルクＴ1*と出力トルクＴ1 との偏差ΔＴ1 の積分量を演算し、該偏差ΔＴ1 の積分量に応じた電圧制御補正量を演算するようにしても良い。また、第１の交流モータ１１の目標トルクＴ1*と出力トルクＴ1 との偏差ΔＴ1 、該偏差ΔＴ1 の微分量、該偏差ΔＴ1 の積分量のうちの２つ又は３つ（全部）に基づいて電圧制御補正量を演算するようにしても良い。
上記第１の交流モータ１１の目標トルクＴ1*と出力トルクＴ1 との偏差ΔＴ1 、該偏差ΔＴ1 の微分量、該偏差ΔＴ1 の積分量は、いずれもトルク制御による出力トルクＴ1 の変化を精度良く反映した情報となるため、これらの情報と、第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 の変化量に対するシステム電圧ＶＨの変化量の関係を用いれば、トルク制御による出力トルクＴ1 の変化（交流電圧の変化）がシステム電圧ＶＨに及ぼす影響を抑制するのに必要な電圧制御補正量を精度良く求めることができる。
このようにして電圧制御補正量を求めた後、電圧制御において昇圧コンバータ２１のスイッチング素子４０，４１の通電デューティ比Ｄc を電圧制御補正量を用いて補正する。これにより、トルク制御による出力トルクＴ1 の変化（交流電圧の変化）がシステム電圧ＶＨに及ぼす影響を抑制する。
以上説明した本実施例では、非干渉制御部６２で非干渉制御を実行して、電圧制御の制御状態量（例えば、目標電圧ＶＨ* とシステム電圧ＶＨとの偏差ΔＶＨ）に基づいてトルク制御の制御状態量（例えば、第１の交流モータ１１に印加する交流電圧の位相φ1 ）を補正することで、電圧制御によるシステム電圧ＶＨの変化が第１の交流モータ１１の出力トルクＴ1 に及ぼす影響を抑制すると共に、トルク制御の制御状態量（例えば、目標トルクＴ1*と出力トルクＴ1 との偏差ΔＴ1 ）に基づいて電圧制御の制御状態量（例えば、昇圧コンバータ２１のスイッチング素子４０，４１の通電デューティ比Ｄc ）を補正することで、トルク制御による出力トルクＴ1 の変化（交流電圧の変化）がシステム電圧ＶＨに及ぼす影響を抑制するようにしたので、電圧制御とトルク制御が相互に干渉することを防止することができる。これにより、電圧制御とトルク制御の制御性を向上させることができ、システム電圧変動やトルク変動を速やかに抑制することが可能となる。
尚、上記実施例では、昇圧制御部５９による電圧制御と第１のトルク制御部６０による第１の交流モータ１１のトルク制御とが相互に干渉しないようにする非干渉制御を実行するようにしたが、昇圧制御部５９による電圧制御と第２のトルク制御部６１による第２の交流モータ１２のトルク制御とが相互に干渉しないようにする非干渉制御を実行するようにしても良い。
また、第１の交流モータ１１の出力トルクが目標トルクとなるように第１の交流モータ１１に印加する交流電圧の位相を調節するトルク制御と、第２の交流モータ１２の出力トルクが目標トルクとなるように第２の交流モータ１２に印加する交流電圧の位相を調節するトルク制御とを実行するシステムにおいて、各トルク制御の制御状態量に基づき電圧制御の制御状態量を補正して電圧制御とトルク制御が相互に干渉しないように制御するようにしても良い。このようにすれば、各トルク制御と電圧制御が相互に干渉することを防止することができて、各トルク制御と電圧制御の制御性を向上させることができる。
この場合、各トルク制御の制御状態量からシステム電圧の各変化量を予測し、この各予測値に基づき電圧制御の制御状態量を補正して電圧制御とトルク制御が相互に干渉しないように制御すると良い。このようにすれば、各トルク制御による出力トルクの変化がシステム電圧に及ぼす影響を確実に抑制することができる。
２つ以上の交流モータシステムは、全てシステム電源ラインに接続されており、各交流モータシステムのトルク変動（偏差）をシステム電圧の変動に換算し、その総和をシステム電圧制御に反映して非干渉制御とすることで、各交流モータシステムが電動動作或は発電動作に拘らず、またトルク変動量がプラスであろうがマイナスであろうが、精度良くシステム電圧変動やトルク変動の相互干渉を防止で、良好な精度で電圧制御やトルク制御を実行できる。
また、上記実施例では、非干渉制御の際に、電圧制御の制御状態量に基づいてトルク制御の制御状態量を補正する制御と、トルク制御の制御状態量に基づいて電圧制御の制御状態量を補正する制御の両方を実行するようにしたが、電圧制御の制御状態量に基づいてトルク制御の制御状態量を補正する制御と、トルク制御の制御状態量に基づいて電圧制御の制御状態量を補正する制御のうちのいずれか一方のみを実行するようにしても良い。
また、上記実施例では、エンジンの動力を遊星ギヤ機構で分割する所謂スプリットタイプのハイブリッド電気自動車に本発明を適用したが、このスプリットタイプのハイブリッド電気自動車に限定されず、他の方式であるパラレルタイプやシリーズタイプのハイブリッド電気自動車に本発明を適用しても良い。更に、上記実施例では、交流モータとエンジンを動力源とする車両に本発明を適用したが、交流モータのみを動力源とする車両に本発明を適用しても良い。また、インバータと交流モータとからなる交流モータシステムを１つだけ搭載した車両や交流モータシステムを３つ以上搭載した車両に本発明を適用しても良い。
１０…エンジン、１１，１２…交流モータ（モータジェネレータ）、２０…直流電源、２１…昇圧コンバータ（電圧変換手段）、２２…システム電源ライン、２５…電圧センサ、２７，２８…インバータ（電力変換手段）、３１…メイン制御装置、３６…エンジン制御装置、３７…モータ制御装置、５９…昇圧制御部（電圧制御手段）、６０，６１…トルク制御部（トルク制御手段）、６２…非干渉制御部（非干渉制御手段）
Claims (7)
- 入出力可能な直流電源とシステム電源ラインとの間に接続されて該システム電源ラインに直流のシステム電圧を発生させる電圧変換手段と、
前記システム電源ラインに接続されて直流電力と交流電力との変換を行う電力変換手段とこの電力変換手段により駆動されるモータジェネレータとからなる少なくとも一つの交流モータシステムと、
前記システム電圧が目標電圧となるように前記電圧変換手段を制御する電圧制御を実行する電圧制御手段と、
前記交流モータシステムにおける前記モータジェネレータの出力トルクが目標トルクとなるように前記電力変換手段を制御して前記モータジェネレータに印加する交流電圧の位相を調整するトルク制御を実行するトルク制御手段と、
前記電圧制御と前記トルク制御のうちの一方の制御状態量に基づいて他方の制御状態量を補正して前記電圧制御と前記トルク制御が相互に干渉しないように制御する非干渉制御手段と
を備えていることを特徴とする電気自動車の制御装置。 - 前記非干渉制御手段は、前記電圧制御の制御状態量として、前記目標電圧と前記システム電圧との偏差、該偏差の微分量、該偏差の積分量のうちの少なくとも１つを用いて前記トルク制御の制御状態量を補正することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
- 前記非干渉制御手段は、前記電圧制御の制御状態量と、前記システム電圧の変化量に対する前記出力トルクの変化量の関係とに基づいて補正量を演算し、該補正量を用いて前記トルク制御の制御状態量を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気自動車の制御装置。
- 前記非干渉制御手段は、前記トルク制御の制御状態量として、前記目標トルクと前記出力トルクとの偏差、該偏差の微分量、該偏差の積分量のうちの少なくとも１つを用いて前記電圧制御の制御状態量を補正することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
- 前記非干渉制御手段は、前記トルク制御の制御状態量と、前記出力トルクの変化量に対する前記システム電圧の変化量の関係とに基づいて補正量を演算し、該補正量を用いて前記電圧制御の制御状態量を補正することを特徴とする請求項１又は４に記載の電気自動車の制御装置。
- 入出力可能な直流電源とシステム電源ラインとの間に接続されて該システム電源ラインに直流のシステム電圧を発生させる電圧変換手段と、
前記システム電源ラインに接続されて前記システム電圧の直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と該電力変換手段で駆動されるモータジェネレータと該モータジェネレータの出力トルクが目標トルクとなるように該モータジェネレータに印加する交流電圧の位相を調節してトルク制御を実行するトルク制御手段とから成る複数の交流モータシステムと、
前記システム電圧が目標電圧となるように前記電圧変換手段を制御する電圧制御を実行する電圧制御手段と、
前記複数の交流モータシステムにおける各トルク制御の制御状態量に基づき前記電圧制御の制御状態量を補正して前記電圧制御と前記トルク制御が相互に干渉しないように制御する非干渉制御手段と
を備えていることを特徴とする電気自動車の制御装置。 - 前記非干渉制御手段は、前記複数の交流モータシステムにおける各トルク制御の制御状態量から前記システム電圧の各変化量を予測し、この各予測値に基づき前記電圧制御の制御状態量を補正して前記電圧制御と前記トルク制御が相互に干渉しないように制御することを特徴とする請求項６に記載の電気自動車の制御装置。
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