JP5332740B2 - モータ駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動制御装置に係り、特に、過変調制御により駆動されるモータから発生する高周波騒音を抑制することができるモータ駆動制御装置に関する。

従来、走行用動力源として、ガソリン等を燃料として動力を出力するエンジンと、バッテリ等の電源装置からの電力により駆動されて動力を出力する電動機とを備えたハイブリッド自動車が知られている。一般に、上記電動機には、三相同期型交流モータが用いられる。この三相同期型モータは、電源装置から供給される直流電圧をインバータによって三相交流電圧に変換して印加されることによって駆動される。

また、上記ハイブリッド自動車では、エンジンから出力される動力の全部または一部の供給を受けて発電を行う発電機を備えている場合があり、この発電機にも三相同期型交流モータが用いられる。上記発電機によって発電された電力は、上記蓄電装置に充電されるか、または、上記電動機を駆動するための電力として使用される。以下、上記電動機および発電機に用いられる三相同期型交流モータを、適宜に「モータ」とだけいうこととする。

上記モータの駆動制御方式として、正弦波ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御、過変調制御および矩形波制御が知られており、モータに要求される出力トルクや回転数等に応じて上記いずれかの制御方式が選択的に設定される。

上記正弦波ＰＷＭ制御や過変調制御を実行する際に、インバータに内包される電力用スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ等）をオン・オフさせるＰＷＭ信号は、図１１Ａに示すように、周期的に変動する例えば三角波状のキャリア（搬送波）１と正弦波状の電圧指令２との電圧比較によって生成される。

このように生成されたＰＷＭ信号によって作動制御されるインバータで変換された三相交流電圧がモータに印加されて駆動されるとき、モータからキャリア周波数ｆの一次、二次等の整数次の高周波音が発生することがある。図１０はその様子を概略的に示したもので、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相に対応する３本の電力用配線４を介してインバータ３からモータ５へ三相交流電圧が印加されるとき、特に、モータ駆動電圧入力部であるモータ５の入力端子部６付近から高周波音７が発生する現象が見られた。

上記のようなキャリア周波数ｆに起因する高周波音は、自動車に乗っているユーザにとって耳障りな騒音として感じられることがある。とりわけ、エンジン音、モータ音、タイヤが路面上を転がることに伴って発生する音等を含めた車両走行時に発生する音のレベルが比較的小さくなって車内の静粛性が高くなる低速時や停車時に、上記モータから発生する高周波音を騒音として感じ易くなる。

上述したキャリア周波数ｆに起因する高周波騒音の問題を解消するため、図１１Ｂに示すように、人間が聴き取れる音域である可聴域周波数帯（例えば上限約５ｋＨｚ）を超える高周波数帯域のものにキャリア１の周波数ｆを変更または切り換えるよう制御することが行われている。

例えば、特許文献１には、空調機の負荷状態に応じてインバータ制御に用いるキャリア周波数を変更する技術が開示されており、軽負荷時には高キャリア周波数に変更してキャリア音を小さくすることが記載されている。

特開２００２−２７２１２６号公報

しかし、上記ハイブリッド自動車においては、キャリアに起因する高周波騒音を抑制するために、モータの負荷に応じてキャリア周波数を任意に設定できない状況があり得る。例えば、モータの駆動方式の１つである過変調制御は、正弦波ＰＷＭ制御に比べると制御応答性が劣るが、なるべく正弦波ＰＷＭ制御に近い良好な制御応答性を実現するには、図１２に示すように、電圧指令２の電気周期（または制御周期）とキャリア１を構成する三角波の整数倍（ここでは８倍を例示）とが同期する制御（以下、これを単に「同期制御」という。）とすることが必要とされる。

そのため、モータが過変調制御状態にあるとき、高周波騒音抑制のためにキャリア周波数を可聴域帯超えの高周波数のものに任意に設定することはできない。これに対し、正弦波ＰＷＭ制御は、電圧指令とキャリアとが同期していない非同期制御でも良好な制御応答性が損なわれることがなく、また、矩形波制御は、制御応答性が過変調制御よりも劣るものの、インバータ制御にキャリアを用いないためキャリア周波数に起因する高周波騒音の問題は生じない。

本発明の目的は、過変調制御により駆動されるモータから発生する高周波騒音を抑制することができるモータ駆動制御装置を提供することにある。

本発明に係るモータ駆動制御装置は、電源装置から受け取る直流電圧を昇圧可能なコンバータと、コンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して交流モータに駆動電圧として印加するインバータと、コンバータおよびインバータを作動制御して前記交流モータを正弦波ＰＷＭ制御、過変調制御および矩形波制御のいずれかの駆動方式で選択的に駆動制御可能な制御部と、を備えるモータ駆動制御装置であって、制御部は、前記モータ駆動制御装置が搭載された車両の速度が所定の閾値より低い低速走行時または停車時に、コンバータによる昇圧が禁止されているか、または、前記コンバータの昇圧について最大昇圧電圧より低い昇圧上限値が設定されているか否かを判定するコンバータ動作判定部と、コンバータ動作判定部によって昇圧禁止または昇圧上限値設定ありと判定されたとき交流モータの駆動方式が過変調制御であるか否かを判定するモータ駆動方式判定部と、モータ駆動方式判定部によって交流モータが過変調制御で駆動されていると判定されたとき、前記昇圧禁止の場合にはコンバータによる昇圧動作を開始して交流モータの駆動方式を過変調制御から正弦波ＰＷＭ制御に移行させ、前記昇圧上限値設定ありの場合には前記コンバータの昇圧動作を停止して前記交流モータの駆動方式を過変調制御から矩形波制御に移行させるモータ駆動方式切換部と、を含むことを特徴とする。

本発明に係るモータ駆動制御装置において、制御部は、インバータに含まれるスイッチング素子の作動を制御するＰＷＭ信号を生成するために用いられるキャリアの周波数を可聴域周波数帯のものと可聴域超えの周波数帯のものとに切り換えるキャリア周波数切換部をさらに含み、制御部では、コンバータ動作判定部によって前記コンバータによる昇圧が禁止されていると判定されたときに、モータ駆動方式切換部がコンバータによる昇圧禁止解除および昇圧動作を開始して交流モータの駆動方式を過変調制御から正弦波ＰＷＭ制御に移行させるとともに、キャリア周波数切換部がキャリアの周波数を可聴域超えの高周波数のものに切り換えてもよい。

また、本発明に係るモータ駆動制御装置において、制御部は、車両のシフトポジションがニュートラルであるか否かを判定するシフトポジション判定部を更に含み、シフトポジション判定部によってシフトポジションがニュートラルであると判定されたときにコンバータの昇圧禁止解除および昇圧動作の開始、ならびに正弦波ＰＷＭ制御への移行を実行してもよい。

また、本発明に係るモータ駆動制御装置において、制御部は、シフトポジションがニュートラルであって車速またはモータ回転数が閾値以下であるときに、コンバータの昇圧禁止解除および昇圧動作の開始、ならびに前記正弦波ＰＷＭ制御への移行を実行してもよい。

本発明に係るモータ駆動制御装置によれば、コンバータによる昇圧が禁止または制限されているか否かの判定結果に応じて、交流モータの駆動方式を過変調制御から正弦波ＰＷＭ制御または矩形波制御に移行させる制御を実行する。これにより、非同期制御が可能な正弦波ＰＷＭ制御に移行した場合にはキャリア周波数を可聴域超の高周波数に任意に設定することができ、また、矩形波制御に移行した場合にはインバータ制御にキャリアが用いられないことから、いずれの場合もキャリア周波数に起因する高周波騒音を抑制または解消することができる。

本発明の一実施形態であるモータ駆動制御装置を適用したハイブリッド自動車の概略構成図である。 図１のモータ駆動制御装置を構成するコンバータ、インバータおよびモータＥＣＵを示す図である。 モータＥＣＵにおいて参照される、モータの回転数とトルクとの関係を規定する第１のマップを示す図である。 正弦波ＰＷＭ制御、過変調制御および矩形波制御のそれぞれについて電圧波形と変調率とを示す図表である。 モータＥＣＵにおいて参照される、モータの回転数とトルクとの関係を規定する第２のマップである。 モータＥＣＵにおいて実行される、過変調制御から正弦波ＰＷＭ制御にモータ駆動方式を切り換える処理手順を示すフローチャートである。 図６に示す処理手順の変形例を示すフローチャートである。 モータＥＣＵにおいて実行される、過変調制御から矩形波制御にモータ駆動方式を切り換える処理手順を示すフローチャートである。 図８に示す処理で適用されるマップを示す図である。 モータから高周波音が発生している様子を模式的に示す図である。 比較的低周波数のキャリアと電圧指令の各波形を示す図である。 比較的高周波数のキャリアと電圧指令の各波形を示す図である。 過変調制御における同期制御を説明するための図である。

以下に、本発明に係る実施の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。

図１は、本発明の一実施形態であるモータ駆動制御装置を含むハイブリッド自動車１０の概略構成を示す図である。図１において、動力伝達系は実線で、電力ラインは一点鎖線で、信号ラインは点線でそれぞれ示されている。ハイブリッド自動車１０は、走行用の動力を出力可能なエンジン１２と、２つの３相交流同期型モータジェネレータ（以下、単に「モータ」という。）ＭＧ１，ＭＧ２と、動力分配統合機構１４とを備える。

エンジン１２は、ガソリンや軽油等を燃料とする内燃機関である。エンジン１２は、エンジン用ＥＣＵ(Electronic Control Unit)（以下、「エンジンＥＣＵ」という。）１６と電気的に接続されており、エンジンＥＣＵ１６からの制御信号を受けて燃料噴射、点火、吸引空気量等が調節されることで作動制御されるようになっている。エンジン１２の回転数Ｎｅは、エンジン１２からの動力を出力する出力軸１３に近接して設けられた回転位置センサ１１による検出値に基づいてエンジンＥＣＵ１６において算出される。

動力分配統合機構１４は、中心部に配置されるサンギヤ１８と、サンギヤ１８と同心上に配置され円環内周部に内歯を有するリングギヤ２０と、サンギヤ１８とリングギヤ２０の両方にそれぞれ噛合する複数のプラネタリギヤ２２とを含んで構成される遊星歯車機構からなっている。複数のプラネタリギヤ２２は、キャリア２６の端部にそれぞれ回転可能に取り付けられている。

動力分配統合機構１４において、キャリア２６にはトルク衝撃緩和用のダンパ２４を介してエンジン１２の出力軸１３が連結され、サンギヤ１８にはモータＭＧ１のロータ２９に接続される回転軸３０が連結され、リングギヤ２０にはリングギヤ軸３２を介して減速機３４が連結されている。これにより、動力分配統合機構１４では、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア２６から入力されるエンジン１２からの動力がサンギヤ１８側とリングギヤ２０側とにそのギヤ比に応じて分配され、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア２６から入力されるエンジン１２の動力とサンギヤ１８から入力されるＭＧ１からの動力が統合されてリングギヤ２０からリングギヤ軸３２を介して所定減速比のギヤ列を含む減速機３４へ入力されるようになっている。

モータＭＧ２のロータ３６に接続される回転軸３８もまた減速機３４に接続されており、モータＭＧ２が電動機として機能するときにはモータＭＧ２からの動力が減速機３４へ入力されるようになっている。

リングギヤ軸３２およびＭＧ２の回転軸３８の少なくとも一方から入力される動力は、減速機３４を介して車軸４０へ伝達され、これにより車輪４２が回転駆動される。一方、回生制動時に車輪４２および車軸４０から減速機３４を介して回転軸３８に動力が入力されるとき、ＭＧ２は発電機として機能する。ここで、回生制動時は、運転者がブレーキ操作を行って車両速度を減速した場合に限らず、運転者がアクセルペダルの踏み込みを解除して車両加速を中止した場合や、車両が下り坂を重力作用によって走行している場合等を含む。

モータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ対応するインバータ４４，４６に電気的にそれぞれ接続され、各インバータ４４，４６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」という。）４８を介して電源装置としてのバッテリ５０に電気的に接続されている。バッテリ５０は、リチウムイオン電池等の二次電池や、化学反応を伴わずに蓄電可能なキャパシタが好適に用いられる。

モータＭＧ１，ＭＧ２が電動機として機能するとき、コンバータ４８にはバッテリ５０から平滑コンデンサ５２を介してバッテリ電圧である直流電圧Ｖｂが供給される。コンバータ４８は、入力電圧Ｖｂを所定値Ｖｃにまで昇圧して出力する機能を有する。また、コンバータ４８は、規格により最大昇圧可能電圧が決められており、例えば２００Ｖのバッテリ電圧Ｖｂを最大６００Ｖまで昇圧することが可能である。ただし、後述するように車両走行モードとしてエコモードが選択されたときには、コンバータ４８はその昇圧動作が禁止され、バッテリ電圧Ｖｂがそのまま不作動のコンバータ４８から出力されることになる。

コンバータ４８から出力される直流電圧Ｖｃは、平滑コンデンサ５４を介してインバータ４４，４６に入力される。各インバータ４４，４６は、入力された直流電圧Ｖｃを三相交流電圧に変換して、モータＭＧ１，ＭＧ２に印加し、これにより各モータＭＧ１，ＭＧ２が電動機として回転駆動されるようになっている。上記のようにコンバータ出力電圧Ｖｃはインバータ入力電圧であり、以下これをシステム電圧ＶＨということがある。

また、モータＭＧ１は、動力分配統合機構１４を介してエンジン１２に連結されていることから、電動機として駆動してエンジン始動時のセルモータとしても用いることができ、さらには、電動機として駆動してトルク制御を行うことによりエンジン１２の回転数Ｎｅを変速するための変速機として用いることもできる。

一方、モータＭＧ１，ＭＧ２が発電機として機能するとき、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力される三相交流電圧をインバータ４４，４６で直流変換した後、コンバータ４８で降圧してバッテリ５０に充電する。また、インバータ４４，４６は、コンバータ４８に接続される電力ライン５６および接地ライン５８を共通にしていることから、モータＭＧ１，ＭＧ２のうち一方のモータで発電した電力をコンバータ４８を介さずに他方のモータに供給して回転駆動させることもできる。

インバータ４４，４６は、制御部としてのモータ用ＥＣＵ（以下、「モータＥＣＵ」という。）６０にそれぞれ電気的に接続されており、モータＥＣＵ６０から送信される制御信号に基づいて作動制御される。また、モータＭＧ１，ＭＧ２には、各ロータ２９，３６の回転角を検出する回転角センサ３１，３７が設けられている。回転角センサ３１，３７は、例えばレゾルバ等によって好適に構成される。各回転角センサ３１，３７による検出値は、モータＥＣＵ６０に入力されて各モータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２の算出等に用いられる。

モータＥＣＵ６０は、後述する制御プログラムを実行するＣＰＵ、制御プログラムや制御用マップ等を格納するＲＯＭ、各種検出値を随時に記憶および読み出し可能なＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータで構成されることができる。上記ＲＯＭに記憶されるマップには、通常走行モード時に参照される第１のマップ（図３参照）と、燃費重視走行モードであるエコモード時に参照される第２のマップ（図５参照）とが含まれる。

上記エコモードは、運転席の近傍であって運転者が操作しやすい位置に設けられたエコスイッチが運転者によりオン操作されることによって手動で選択されるよう構成されてもよいし、あるいは、車両の運転状態を統括的に監視するハイブリッド用ＥＣＵ６６（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という。）６６がモータＭＧ２の動力のみで走行するいわゆるＥＶ走行時に車速やモータＭＧ２へのトルク要求が安定している場合に自動的に選択されるよう構成されてもよい。

バッテリ５０には、充電状態または残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）を検出するためのＳＯＣセンサ６２が設けられている。ＳＯＣセンサ６２は、バッテリ５０の充放電電流を検出する電流センサで構成されることができる。ＳＯＣセンサ６２による検出値は、バッテリ用ＥＣＵ（以下、「バッテリＥＣＵ」という。）６４に入力される。また、バッテリＥＣＵ６４には、電圧センサで検出されるバッテリ電圧Ｖｂや、図示しない温度センサによって検出されるバッテリ温度等が入力されるようになっている。バッテリＥＣＵ６４は、ＳＯＣセンサ６２により検出される充放電電流の積算値に基づいてバッテリ残容量ＳＯＣが適正範囲に維持されるように監視しており、バッテリ残容量ＳＯＣに応じて充電制限信号や放電制限信号をハイブリッド用ＥＣＵ６６へ出力する。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジンＥＣＵ１６、モータＥＣＵ６０およびバッテリＥＣＵ６４と電気的にそれぞれ接続されており、エンジン１２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を統括的に作動制御すると共にバッテリ５０を管理する機能を有する。ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジンＥＣＵ１６との間で、必要に応じてエンジン制御信号を送信し、必要に応じてエンジン作動状態に関するデータ（例えばエンジン回転数Ｎｅ等）を受信する。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、モータＥＣＵ６０との間で、必要に応じて要求トルク指令Ｔｒ＊を送信し、必要に応じてモータ作動状態に関するデータ（例えばモータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、モータ電流等）を受信する。さらに、ハイブリッドＥＣＵ６６は、バッテリＥＣＵ６４からバッテリ残容量ＳＯＣ、バッテリ電圧、バッテリ温度、充放電制限信号等のバッテリ管理に必要なデータを受信する。

ハイブリッドＥＣＵ６６には、また、車速センサ６８、アクセル開度センサ７０およびシフトポジションセンサ７１が電気的に接続されており、ハイブリッド車１０の走行速度である車速Ｓｖと、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度情報Ａｃと、シフトレバーが操作されているシフトポジション情報Ｒがそれぞれ入力される。

図２は、本実施形態のモータ駆動制御装置１００を構成するコンバータ４８、インバータ４４,４６およびモータＥＣＵ６０をより詳細に示す図である。モータＭＧ１用のインバータ４４は、モータＭＧ２用のインバータ４６と同一構成を有するため、ここではインバータ４６についてのみ説明することとする。

コンバータ４８は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２を介してバッテリ５０に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、モータＥＣＵ６０からのスイッチング信号を受けてオン・オフ制御される。

コンバータ４８は、リアクトルＬと、電力用スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」という）Ｅ１，Ｅ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２は、電力ライン５６および接地ライン５８間に直列に接続される。スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２としては、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ、または電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。ダイオードＤ１，Ｄ２は、各スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２に対して、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにそれぞれ並列接続されている。リアクトルＬは、一端がスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２間の接続ライン７４に接続され、他端がシステムメインリレーＳＭＲ１を介してバッテリ５０の正極に接続されている。スイッチング素子Ｅ１,Ｅ２は、モータＥＣＵ６０からのスイッチング信号Ｓ１,Ｓ２を受けてオン・オフ制御される。

コンバータ４８とインバータ４６との間に配置される平滑コンデンサ５４の端子間電圧すなわちシステム電圧ＶＨは、電圧センサ５５によって検出されてモータＥＣＵ６０へ入力されるようになっている。

インバータ４６は、電力ライン５６および接地ライン５８との間に互いに並列に設けられる、Ｕ相アーム７８、Ｖ相アーム８０、およびＷ相アーム８２を含む。各相アーム７８〜８２は、電力ライン５６および接地ライン５８間に直列接続された２つのスイッチング素子と、各スイッチング素子に対して逆並列にそれぞれ接続された２つのダイオードとからそれぞれ構成される。詳細には、Ｕ相アーム７８はスイッチング素子Ｅ３，Ｅ４およびダイオードＤ３，Ｄ４からなり、Ｖ相アーム８０はスイッチング素子Ｅ５，Ｅ６およびダイオードＤ５，Ｄ６からなり、Ｗ相アーム８２はスイッチング素子Ｅ７，Ｅ８およびダイオードＤ７，Ｄ８からなっている。各スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８には、例えばＩＧＢＴ等を好適に用いることができる。スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８は、モータＥＣＵ６０からのスイッチング信号Ｓ３〜Ｓ８を受けてオン・オフ制御される。

各相アーム７８，８０，８２の中間点は、モータＭＧ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相（以下、単に「三相」という）の各相コイルの各一端にそれぞれ接続されている。各相コイルの各他端は、モータＭＧ２内の中性点Ｎに共通接続されている。また、Ｕ相およびＶ相の各コイルに流れる電流は、電流センサ８４によってそれぞれ検出されてモータＥＣＵ６０へ入力されるようになっている。なお、Ｗ相コイルに流れる電流は、三相電流の総和がゼロになる関係から算出されることができる。

次に、図３〜５を参照して、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動方式と、通常走行モードとエコモードでのマップの切り換えについて説明する。図３は、通常走行モードにモータＥＣＵ６０において参照される第１のマップを示す。図４は、典型的な３つのモータ駆動方式である正弦波ＰＷＭ制御、過変調制御および矩形波制御のそれぞれについて電圧波形と変調率とを概略的に示す。図５は、エコモード時にモータＥＣＵ６０において参照される第２のマップを示す。

モータＥＣＵ６０は、通常走行モード時には第１のマップを参照することにより、入力されるトルク指令Ｔｒ＊に応じて正弦波ＰＷＭ制御、過変調制御および矩形波制御のいずれかの駆動方式でモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する。

正弦波ＰＷＭ制御は、交流モータにおいて最も一般的に用いられるＰＷＭ制御であり、図３に示すように低回転域から中回転域にかけて適用される。この制御では、図４に示すように、インバータ４４，４６の各相アーム７８−８２におけるスイッチング素子Ｅ３−Ｅ８のオン・オフ制御を、正弦波状の電圧指令と代表的には三角波であるキャリア（搬送波）との電圧比較にしたがって生成されるＰＷＭ信号Ｓ３−Ｓ８によって行う。その結果、モータＭＧ１，ＭＧ２に印加される交流電圧の基本波成分が正弦波となり、トルク変動が少なく滑らかな出力が得られる駆動方式であって制御応答性が良好である。ただし、変調率（システム電圧ＶＨに対する基本波成分の振幅の割合、以下に同じ。）を０から最大０．６１までしか高めることができず、他の駆動方式に比べるとモータ出力は小さくなる。

また、正弦波ＰＷＭ制御では、電圧指令の振幅がキャリアの振幅を超えることがなくきめ細かいＰＷＭ信号の生成が可能であるため、モータの電気周期または制御周期とキャリアの周波数とが必ずしも同期しなくても制御性を悪化させることがないことから、キャリア周波数を可聴域帯の周波数のものから可聴域帯を超える高周波数のものに任意に設定または切り換えることができる。

一方、矩形波制御は、弱め界磁制御の下で、図４に示すように上記１電気周期内でデューティ比５０％の１つの矩形波パルスだけをモータに印加するようインバータ４４，４６のスイッチング素子Ｅ３−Ｅ８がオン・オフ制御される。これにより、上記変調率を０．７８（一定）に高めることができ、図３に示すように高出力・高回転域での制御に適用される。また、矩形波制御では、上記スイッチング信号Ｓ３−Ｓ８の生成にキャリアを用いないため、キャリア周波数に起因する高周波騒音がモータから発生するという問題は発生しない。

一方、過変調制御は、図３,４に示すように、正弦波ＰＷＭ制御と矩形波制御との間の中回転域から高回転域にかけて適用され、変調率が０．６１〜０．７８の間で可変である。この過変調制御は、正弦波状の電圧指令とキャリアとの電圧比較にしたがってインバータ４４，４６のスイッチング素子Ｅ３−Ｅ８用のＰＷＭ信号Ｓ３−Ｓ８が生成されるため過変調ＰＷＭ制御とも称されるが、電圧指令の振幅がキャリアの振幅を超えることでＰＷＭ信号Ｓ３−Ｓ８にデューティ比が比較的大きな矩形波パルスが含まれてしまい、これにより正弦波ＰＷＭ制御に比べてトルク変動か大きく制御応答性に劣るものになる。そのため、過変調制御においてもなるべく正弦波ＰＷＭ制御に近い良好な制御応答性を実現するには、上記モータの電気周期とキャリアの周波数とを同期させる同期制御とすることが必要とされる。

第１のマップを参照してモータ駆動方式が選択される通常走行モード時において、コンバータ４６による昇圧値は、モータの駆動方式およびその変調率に応じて必要となるシステム電圧目標値ＶＨ＊となるようスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２のスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２がモータＥＣＵ６０で生成されて出力される。この場合のシステム電圧目標値ＶＨ＊は、バッテリ電圧Ｖｂ（例えば２００Ｖ）以上であってコンバータ最大昇圧電圧Ｖｃｍａｘ（例えば６００Ｖ）以下となる。

ただし、上述したようにエコモードが選択されると、モータＥＣＵ６０は、ＥＣＯ信号の入力を受けてコンバータ４８による昇圧動作を禁止する。これにより、コンバータ４８による昇圧動作が禁止され、システム電圧ＶＨはバッテリ電圧Ｖｂと等しくなる。このようにコンバータ４８による昇圧動作を禁止することで、コンバータ４８におけるリアクトル損失やスイッチング損失が発生するのを無くすことができ、エネルギー効率の向上、ひいては燃費の向上を図ることができる。

エコモードが選択されると、モータＥＣＵ６０では、図５に示す第２のマップを参照してモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動方式が設定される。図５中に示される点線は、図３に示す第１のマップの外形線を示す。第２のマップは、コンバータ４８の昇圧が禁止されてバッテリ電圧Ｖｂがシステム電圧ＶＨとして適用されるため、第１のマップに比べると全体的に低トルク側および低回転域側に縮小したマップになっている。そのため、「Ｘ」で示す同じ運転ポイントＡであっても、第１のマップでは正弦波ＰＷＭ制御が適用されるのに対し、第２のマップでは過変調制御が適用されることになる。

このようにエコモードが選択されてコンバータ４８の昇圧が禁止されている状況下においてモータＭＧ１，ＭＧ２が過変調制御で駆動されている場合、モータＭＧ１，ＭＧ２からキャリア周波数ｆの一次、二次等の整数次の高周波音が発生することがある。このキャリア周波数ｆに起因する高周波音は、自動車に乗っているユーザにとって耳障りな騒音として感じられることがある。とりわけ、モータ音やタイヤが路面上を転がることに伴って発生する音等を含めた車両走行時に発生する音のレベルが比較的小さくなって車内の静粛性が高くなる低速時（例えば１０ｋｍ／ｈ以下）に、走行用動力を出力するモータＭＧ２から発生する高周波音を騒音として感じ易くなる。

そこで、本実施形態のモータ駆動制御装置１００では、所定の閾値Ｓｖｔｈ以下の低速時におけるキャリア周波数に起因する高周波騒音を解消するため、図６のフローチャートに示すような制御をモータＥＣＵ６０において実行する。

まず、コンバータ４８による昇圧が禁止されているか否かについて判定する（ステップＳ１０：コンバータ動作判定部）。この判定は、モータＥＣＵ６０にＥＣＯ信号が入力されているか否か、すなわちエコモードが選択されているか否かで行うことができる。

ここにおいて、コンバータ４８の昇圧が禁止されていない、すなわち通常走行モードが選択されている判定されると、そのまま処理を終了する。一方、コンバータ４８の昇圧が禁止されていると判定された場合、続いて、モータの駆動方式が過変調制御であるか否かについて判定する（ステップＳ１２：モータ駆動方式判定部）。この判定は、現在のモータ運転ポイントが第２のマップでどの制御方式の領域に位置するかに基づいて行われる。

ここにおいて、モータ駆動方式が過変調制御以外、すなわち正弦波ＰＷＭ制御または課変調制御であると判定されると、そのまま処理を終了する。一方、過変調制御であると判定された場合、モータＭＧ２の駆動方式選択のために参照するマップを第２のマップから第１のマップに一旦切り換えると共に、コンバータ４８の昇圧禁止を一旦解除して昇圧動作を開始させ、モータ駆動方式を過変調制御から正弦波ＰＷＭ制御に移行させる（ステップＳ１４：モータ駆動方式切換部）。そして、キャリア周波数を可聴域帯のものから可聴域を超える高周波数のものに切り換えて（ステップＳ１６：モータ駆動方式切換部）、処理を終了する。

このように本実施形態のモータ駆動制御装置１００によれば、エコモード設定によりコンバータ４８による昇圧が禁止されている状態でモータＭＧ２の駆動方式が過変調制御であると判定された場合に、コンバータ４８による昇圧禁止を一旦解除して昇圧動作を開始するとともに参照マップをエコモード時の第２のマップから通常走行モード時の第１のマップに一旦切り換えてモータＭＧ２の駆動方式を過変調制御から正弦波ＰＷＭ制御に移行させる制御を実行する。これにより、非同期制御が可能な正弦波ＰＷＭ制御ではキャリア周波数を可聴域超の高周波数に任意に設定することができるので、キャリア周波数に起因する高周波騒音を抑制または解消することができる。

なお、車速が上記所定閾値Ｓｖｔｈ又はこれよりも大きい閾値以上になったときに、切換前のエコモード時の状態に戻す、すなわち、参照マップを第２のマップに切り換えると共にコンバータ４８による昇圧を禁止し、キャリア周波数を元に戻すという制御を行ってもよい。

次に、図７のフローチャートを参照して上述した制御の変形例について説明する。この変形例は、シフトポジションがニュートラルポジションにあって、かつ、エンジンが暖機運転等のために作動しているエンジン回転数を制御するためにモータＭＧ１が駆動される場合に適用され、このときエコモードが設定されていることによりモータＭＧ１の駆動方式を選択する際に参照されるマップも第２のマップとなっている。

なお、ハイブリッド自動車１０において、走行中にシフトレバーが例えばドライブポジションからニュートラルポジションに操作さたとき、インバータ４６がシャットダウンされることで走行用動力を出力するモータＭＧ２は無負荷回転状態となるため、このときキャリア周波数に起因する高周波音がモータＭＧ２から発生することはない。

図７に示す処理手順において図６と異なるところは、上記ステップＳ１２と上記ステップＳ１４との間に、シフトポジションがニュートラルポジションであるか否かを判定するステップが加わっている点だけである。

すなわち、コンバータ４８が昇圧禁止状態でモータＭＧ１の駆動方式が過変調制御であると判定されたとき（ステップＳ１０およびＳ１２でいずれもＹＥＳ）、シフトポジションがニュートラルポジションであるか否かが判定される（ステップＳ１８：シフトポジション判定部）。この判定は、シフトポジションセンサ７１からハイブリッドＥＣＵ６６に入力されるシフトポジション信号Ｒに基づいて行われる。

ここにおいて、シフトポジションがニュートラルポジションではないと判定されると、そのまま処理を終了する。一方、シフトポジションがニュートラルポジションであると判定されると、上記と同様に、参照マップを第２のマップから第１のマップに一旦切り換えると共にコンバータ４８の昇圧禁止解除および昇圧動作開始を実行し（ステップＳ１４）、キャリア周波数を可聴域帯のものから可聴域を超える高周波数のものに切り換える（ステップＳ１６）。

このように図７に示す制御によれば、エンジン音、モータ音、タイヤが路面上を転がることに伴って発生する音等を含めた車両走行時に発生する音のレベルが比較的小さくなって車内の静粛性が高くなる停車時や停車状態に近い低速時に、キャリア周波数に起因する高周波騒音がモータＭＧ１から発生するのを抑制または解消することができる。

なお、図６，７を参照して説明した制御の例では、車速が所定閾値Ｓｖｔｈ以下であるときに実行するものと説明したが、これに限定されず、モータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２が所定閾値Ｎｍｔｈ以下になったときに実行するようにしてもよい。

次に、図８，９を参照して、本実施形態のモータ駆動制御装置１００における別の制御例について説明する。図８は上記別の制御例を示すフローチャートであり、図９は上記別の制御例において第２のマップ（図５参照）から切り換えられる第３のマップを示す図である。

ここで、図９中に示す点線は、エコモード時に参照される第２のマップの外形線である。ここで説明する制御例におけるエコモードは、上述したようにコンバータ４８の昇圧を禁止してシステム電圧ＶＨをバッテリ電圧Ｖｂとするのとは異なり、エコモードが選択されるとコンバータ４８の昇圧上限値Ｖｃｌｉｍ（例えば３００Ｖ）が設定され、コンバータ４８はバッテリ電圧Ｖｂから昇圧上限値Ｖｃｌｉｍまでの昇圧動作が許容されるものとする。

また、図９に示す第３のマップは、コンバータ４８による昇圧を停止してシステム電圧ＶＨをバッテリ電圧Ｖｂ（例えば２００Ｖ）としたときのマップであり、昇圧上限値Ｖｃｌｉｍが設定されるエコモード時に参照される第２のマップと比べて低トルク側および低回転域側へ縮小しており、「Ｘ」で示す同じ運転ポイントＡでも第２のマップでは過変調制御が適用されるのに対して第３のマップでは矩形波制御が適用されることが分かる。

図８を参照すると、まず、コンバータ４８による昇圧が制限されているか否かが判定される（ステップＳ２０：コンバータ動作判定部）。ここでは、エコモードが選択されて昇圧上限値Ｖｃｌｉｍが設定されているか否かが判定されることになる。

ここにおいて、コンバータ４８による昇圧が制限されていない、すなわちエコモードが選択されていないと判定されると、そのまま処理を終了する。一方、コンバータ４８による昇圧が制限されていると判定されると、続いてモータの駆動方式が過変調制御であるか否かが判定される（ステップＳ２２：モータ駆動方式判定部）。この判定は、現在のモータ運転ポイントが第２のマップでどの制御方式の領域に位置するかに基づいて行われる。

ここにおいて、モータの駆動方式が過変調以外、すなわち正弦波ＰＷＭ制御または矩形波制御であると判定されると、そのまま処理を終了する。一方、モータの駆動方式が過変調制御であると判定されると、参照マップを第２のマップから第３のマップに切り換えると共にコンバータ４８による昇圧を停止してモータ駆動方式を過変調制御から矩形波制御に移行し（ステップＳ２４：モータ駆動方式切換部）、その処理を終了する。

上述した別の制御例によれば、エコモードが選択されることでコンバータ４８による昇圧が制限されており、かつ、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動方式を過変調制御であると判定されたときに、モータ駆動方式を過変調制御から矩形波制御に移行させる制御を実行する。このようにインバータ制御にキャリアを用いない矩形波制御に移行させることで、キャリア周波数に起因する高周波騒音がモータＭＧ１，ＭＧ２から発生するのを解消することができる。

なお、図８，９を参照して説明した別の制御例においても、車速またはモータ回転数が所定の閾値以下になったときに処理を実行してもよいし、また、図７に示す処理と同様にシフトポジションがニュートラルポジションである場合に過変調制御から矩形波制御に切り換えるようにしてもよい。

１０ ハイブリッド自動車、１１ 回転位置センサ、１２ エンジン、１３ 出力軸、１４ 動力分配統合機構、１６ エジンＥＣＵ、１８ サンギヤ、２０ リングギヤ、２２ プラネタリギヤ、２４ ダンパ、２６ キャリア、２９ ロータ、３０ 回転軸、３１，３７ 回転角センサ、３２ リングギヤ軸、３４ 減速機、３６ ロータ、３８ 回転軸、４０ 車軸、４２ 車輪、４４，４６ インバータ、４８ コンバータ、５０ バッテリ、５２，５４ 平滑コンデンサ、５５ 電圧センサ、５６ 電力ライン、５８ 接地ライン、６０ モータＥＣＵ、６２ ＳＯＣセンサ、６４ バッテリＥＣＵ、６６ ハイブリッドＥＣＵ、６８ 車速センサ、７０ アクセル開度センサ、７１ シフトポジションセンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ 三相同期型交流モータ。

Claims (4)

1. 電源装置から受け取る直流電圧を昇圧可能なコンバータと、コンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して交流モータに駆動電圧として印加するインバータと、前記コンバータおよびインバータを作動制御して前記交流モータを正弦波ＰＷＭ制御、過変調制御および矩形波制御のいずれかの駆動方式で選択的に駆動制御可能な制御部と、を備えるモータ駆動制御装置であって、
   前記制御部は、前記モータ駆動制御装置が搭載された車両の速度が所定の閾値より低い低速走行時または停車時に、前記コンバータによる昇圧が禁止されているか、または、前記コンバータの昇圧について最大昇圧電圧より低い昇圧上限値が設定されているか否かを判定するコンバータ動作判定部と、前記コンバータ動作判定部によって昇圧禁止または昇圧上限値設定ありと判定されたとき前記交流モータの駆動方式が過変調制御であるか否かを判定するモータ駆動方式判定部と、前記モータ駆動方式判定部によって前記交流モータが過変調制御で駆動されていると判定されたとき、前記昇圧禁止の場合には前記コンバータによる昇圧動作を開始して前記交流モータの駆動方式を過変調制御から正弦波ＰＷＭ制御に移行させ、前記昇圧上限値設定ありの場合には前記コンバータの昇圧動作を停止して前記交流モータの駆動方式を過変調制御から矩形波制御に移行させるモータ駆動方式切換部と、を含むことを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記制御部は、前記インバータに含まれるスイッチング素子の作動を制御するＰＷＭ信号を生成するために用いられるキャリアの周波数を可聴域周波数帯のものと可聴域超えの周波数帯のものとに切り換えるキャリア周波数切換部をさらに含み、
   前記制御部では、前記コンバータ動作判定部によって前記コンバータによる昇圧が禁止されていると判定されたときに、前記モータ駆動方式切換部が前記コンバータによる昇圧禁止解除および昇圧動作を開始して前記交流モータの駆動方式を過変調制御から正弦波ＰＷＭ制御に移行させるとともに、前記キャリア周波数切換部が前記キャリアの周波数を可聴域超えの高周波数のものに切り換えることを特徴とするモータ駆動制御装置。
3. 請求項２に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記制御部は、前記車両のシフトポジションがニュートラルであるか否かを判定するシフトポジション判定部を更に含み、前記シフトポジション判定部によってシフトポジションがニュートラルであると判定されたときに前記コンバータの昇圧禁止解除および昇圧動作の開始、ならびに前記正弦波ＰＷＭ制御への移行を実行することを特徴とするモータ駆動制御装置。
4. 請求項３に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記制御部は、シフトポジションがニュートラルであって車速またはモータ回転数が閾値以下であるときに、前記コンバータの昇圧禁止解除および昇圧動作の開始、ならびに前記正弦波ＰＷＭ制御への移行を実行することを特徴とするモータ駆動制御装置。
   

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