JP6015707B2

JP6015707B2 - ハイブリッド車両の動力制御システム

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Publication number: JP6015707B2
Application number: JP2014096834A
Authority: JP
Inventors: 亮次佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2034-05-08
Also published as: JP2015214188A; US20150321573A1; US9290106B2; DE102015107117A1; CN105083038B; CN105083038A

Description

本発明は、ハイブリッド車両の動力制御システムに係り、特にコンバータのスイッチング制御におけるキャリア周波数の制御に関する。

電動機及びエンジンを搭載して、電動機及びエンジンの少なくとも一方を駆動源として走行するハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両は、二次電池であるバッテリの直流電圧をコンバータによって昇圧してインバータに供給し、インバータで交流電力に変換して電動機に供給する場合がある。

特許文献１には、バッテリの暖機要求がある場合に、バッテリの暖機要求がない場合に比べて、コンバータのスイッチング制御に用いられるキャリア周波数を低くして、コンバータのリアクトルを流れる電流脈動であるリップル電流を大きくし、リアクトルに接続されたバッテリの暖機を促進することが記載されている。

特開２０１０−２５９２１７号公報

特許文献１に記載された構成ではバッテリの暖機時にコンバータのスイッチング制御のキャリア周波数が低くなることにより、リップル電流の振幅が増大することに起因して、バッテリ、コンバータなどを含む回路において電磁音を含む騒音が大きくなる場合がある。これによって、車両の乗員が不快感を生じる場合がある。特に、エンジンを停止して電動機を駆動源として車両が走行するＥＶ走行の場合、乗員の聞こえる音からエンジン騒音がなくなり、その分、リップル電流に基づく騒音が聞こえやすくなるので、乗員の不快感が増大する場合がある。

本発明の目的は、バッテリの暖機要求がある場合にバッテリの昇温を促進でき、かつ、乗員の不快感の増大を抑制できるハイブリッド車両の動力制御システムを提供することである。

本発明に係るハイブリッド車両の動力制御システムは、バッテリと、スイッチング素子のスイッチングにより前記バッテリの直流電圧を別の大きさの直流電圧に変換して出力するコンバータと、前記コンバータの出力を電動機駆動電流に変換するインバータと、前記インバータからの電動機駆動電流によって駆動される電動機と、前記バッテリの暖機要求がある場合において、前記スイッチング素子のスイッチング制御におけるキャリア周波数である第１キャリア周波数及び第２キャリア周波数を、前記バッテリの暖機要求がない場合のキャリア周波数である通常キャリア周波数に比べて低くする制御装置と、エンジンと、を備え、前記電動機及び前記エンジンの少なくとも一方を駆動源として走行するハイブリッド車両の動力制御システムであって、前記第１キャリア周波数は、前記暖機要求がある場合における前記エンジンを運転しているときのキャリア周波数であり、前記第２キャリア周波数は、前記暖機要求がある場合における前記エンジンを運転停止しているときのキャリア周波数であり、前記制御装置は、前記第１キャリア周波数を前記第２キャリア周波数に比べて低くする。

本発明に係るハイブリッド車両の動力制御システムによれば、バッテリの暖機要求がある場合にバッテリの昇温を促進でき、かつ、乗員の不快感の増大を抑制できる。

本発明の実施形態の動力制御システムを搭載したハイブリッド車両の概略構成を示す図である。本発明の実施形態において、コンバータのスイッチング制御方法を示すフローチャートである。図２のキャリア周波数設定における設定方法を示すフローチャートである。本発明の実施形態において、バッテリを昇温する場合において、バッテリ温度、コンバータのキャリア周波数、エンジン運転指令、エンジン回転速度及び加速要求の有無の時間変化の１例を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、電動機として、電動機の機能と発電機の機能とを持つモータジェネレータの場合を説明するが、電動機は発電機の機能がないものとしてもよい。また、以下ではコンバータとして昇降圧機能を有する昇降圧コンバータを用いる場合を説明するが、単に昇圧のみの機能を有する構成を用いてもよい。以下では、図１の構成と同様の構成には同一の符号を付して説明する。

図１は、実施形態の動力制御システム１２を搭載するハイブリッド車両１０の概略構成を示している。ハイブリッド車両１０は、動力制御システム１２と、減速機１４と、駆動軸１６に連結された駆動輪（例えば前輪）１８とを備える。動力制御システム１２は、エンジン２０と、第１モータジェネレータ２２と、第２モータジェネレータ２４と、動力分割機構２５と、ＰＣＵ２６と、バッテリ２８と、制御装置であるＥＣＵ３２とを含む。ハイブリッド車両１０は、エンジン２０及び第２モータジェネレータ２４の少なくとも一方を駆動源として走行する。以下では、第１モータジェネレータ２２は第１ＭＧ２２と記載し、第２モータジェネレータ２４は第２ＭＧ２４と記載する。

エンジン２０は、ＥＣＵ３２からの制御信号Ｓｉ１により、燃料供給などが制御されて、駆動が制御される。エンジン２０には、クランク軸の回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ３４が取り付けられる。本明細書において、「回転数」とは単位時間当たり、例えば毎分の回転数を意味する。

第１ＭＧ２２は、バッテリ２８に接続され、基本的にエンジン２０により駆動され発電する発電機能を有する３相同期発電機である。第１ＭＧ２２は、エンジン２０を始動するモータ機能も有する。第１ＭＧ２２が発電機として用いられる場合、エンジン２０からのトルクの少なくとも一部が、後述する動力分割機構２５を介して第１ＭＧ２２の回転軸に伝達される。第１ＭＧ２２で発生した電力は、ＰＣＵ２６を介してバッテリ２８に供給され、バッテリ２８が充電される。第１ＭＧ２２には、第１ＭＧ２２の回転軸の回転角度または回転数Ｎｗ１を検出する第１回転センサ３６が取り付けられる。

第２ＭＧ２４は、バッテリ２８に接続され、基本的に走行モータとして用いられ、バッテリ２８から供給される電力で駆動される３相同期モータである。第２ＭＧ２４の駆動によって、駆動輪１８が駆動され車両の駆動力が発生する。第２ＭＧ２４は、車両減速時に回生制動を行う際の電力回生用の発電機としての機能も有する。第２ＭＧ２４で発生した電力も、ＰＣＵ２６を介してバッテリ２８に供給され、バッテリ２８が充電される。第２ＭＧ２４には、第２ＭＧ２４の回転軸の回転角度または回転数Ｎｗ２を検出する第２回転センサ３８が取り付けられる。第１ＭＧ及び第２ＭＧとして、誘導モータ、または別の電動モータを用いてもよい。

エンジン回転数センサ３４、第１回転センサ３６、及び第２回転センサ３８の検出値Ｎｅ、Ｎｗ１、Ｎｗ２を表す信号はＥＣＵ３２に送信される。ＥＣＵ３２は、回転角度の検出値を受け取った場合に回転数Ｎｗ１，Ｎｗ２を算出する。

動力分割機構２５は遊星歯車機構により形成される。例えば、遊星歯車機構は、サンギヤと、複数のピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含み、サンギヤは、第１ＭＧ２２の中空の回転軸の端部に連結される。複数のピニオンギヤは、リングギヤとサンギヤとの両方に噛合され、キャリアを介してエンジン２０の駆動軸に接続される。各ピニオンギヤは、キャリアの端部にキャリアの中心軸を回転中心とする公転と自転とを可能に連結される。リングギヤは、出力軸４０に接続され、出力軸４０は第２ＭＧ２４の回転軸に連結される。出力軸４０は、図示しない別の遊星歯車機構を含む減速機構を介して第２ＭＧ２４の回転軸に連結してもよい。出力軸４０は、減速機１４を介して駆動輪１８に連結された駆動軸１６に接続される。動力分割機構２５は、エンジン２０からの動力を、出力軸４０への経路と、第１ＭＧ２２への経路とに分割する。

ＰＣＵ２６は、第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４とバッテリ２８との間に接続される。ＰＣＵ２６は、第１インバータ４２及び第２インバータ４４と、ＤＣ／ＤＣコンバータであるコンバータ４６とを含む。コンバータ４６は、ＥＣＵ３２からの制御信号Ｓｉ２により制御され、各インバータ４２，４４は、ＥＣＵ３２からの制御信号Ｓｉ３により制御される。コンバータ４６は、上アーム及び下アームに接続された２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対し逆方向電流を流すように並列に接続された２個のダイオードＤ１，Ｄ２と、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間に一端が接続されたリアクトルＬとを含む。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２として、ＩＧＢＴなどのトランジスタが用いられる。コンバータ４６は、バッテリ２８と各インバータ４２，４４との間に接続される。コンバータ４６は、ＥＣＵ３２によって昇圧指令で制御される場合に、バッテリ２８から入力された直流電圧ＶＬをスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングにより昇圧することで別の大きさの直流電圧に変換して、各インバータ４２，４４に昇圧された直流電圧ＶＨを出力する機能を有する。コンバータ４６は、ＥＣＵ３２によって降圧指令で制御される場合に、出力側（電圧ＶＨ側）の直流電圧を降圧して、バッテリ２８に直流電圧ＶＬを出力する機能も有する。これによって、バッテリ２８が充電される。

第１インバータ４２は、コンバータ４６から入力された直流電圧ＶＨを交流電圧に変換して第１ＭＧ２２に出力し、第１ＭＧ２２を駆動する。この場合、第１インバータ４２はコンバータ４６の出力電流を第１ＭＧ２２の駆動電流に変換する。第１ＭＧ２２は、第１インバータ４２からの駆動電流によって駆動される。第１インバータ４２は、第１ＭＧ２２がエンジン２０の駆動に伴って発電した場合に、その発電により得られた交流電圧を直流電圧に変換し、直流電圧をコンバータ４６に出力する機能も有する。

第２インバータ４４は、コンバータ４６から入力された直流電圧ＶＨを交流電圧に変換して第２ＭＧ２４に供給し、第２ＭＧ２４を駆動する。この場合、第２インバータ４４はコンバータ４６の出力電流を第２ＭＧ２４の駆動電流に変換する。第２ＭＧ２４は、第２インバータ４４からの駆動電流によって駆動される。第２インバータ４４は、ハイブリッド車両１０の回生制動時に、第２ＭＧ２４により発電した交流電圧を直流電圧に変換し、直流電圧をコンバータ４６に出力する機能も有する。

第１インバータ４２及び第２インバータ４４は、それぞれＵ，Ｖ，Ｗの各相の上アーム、下アームのそれぞれに設けられるスイッチング素子を含み、各スイッチング素子のスイッチングがＥＣＵ３２からの制御信号Ｓｉ２により制御される。第１インバータ４２の３相の上アーム及び下アームの間と第１ＭＧ２２の各相の入力端子とは動力線で接続され、２相、または３相の動力線に、モータ電流を検出する図示しない第１モータ電流センサが取り付けられる。第２インバータ４４と第２ＭＧ２４とを接続する２相、または３相の動力線にも、同様に図示しない第２モータ電流センサが取り付けられる。各モータ電流センサの検出値を表す信号はＥＣＵ３２に送信される。

バッテリ２８は、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池または他の形式の二次電池である。バッテリ２８とコンバータ４６との間に図示しないシステムリレーが設けられ、システムリレーは、ＥＣＵ３２によりオンオフ動作が制御される。コンバータ４６とバッテリ２８との間、及び、コンバータ４６と各インバータ４２，４４との間に、平滑化用のコンデンサをそれぞれ接続してもよい。バッテリ温度センサ４８は、バッテリ２８の温度ＴＢを検出し、検出温度ＴＢを表す信号をＥＣＵ３２に送信する。図示しないバッテリ電流センサ及びバッテリ電圧センサがバッテリ２８の出力電流及び出力電圧をそれぞれ検出するために設けられ、バッテリ電流センサ及びバッテリ電圧センサの検出値を表す信号がＥＣＵ３２に送信される。

電圧センサ５０は、コンバータ４６の低圧側電圧ＶＬを検出し、電圧ＶＬを表す信号をＥＣＵ３２に送信する。電圧センサ５２は、コンバータ４６の高圧側電圧ＶＨを検出し、高圧側電圧ＶＨを表す信号をＥＣＵ３２に送信する。

アクセル位置センサ５４は、アクセルペダルのアクセル位置ＡＰを検出し、アクセル位置ＡＰを表す信号をＥＣＵ３２に送信する。駆動輪回転センサ５６は、駆動輪１８の回転角度または回転数Ｈｓを検出し、検出値Ｈｓを表す信号をＥＣＵ３２に送信する。ＥＣＵ３２は、検出値Ｈｓに基づいて推定車速を算出する。ＥＣＵ３２は、第２ＭＧ２４の回転角度または回転数Ｎｗ２の検出値に基づいて推定車速を算出してもよい。ＥＣＵ３２は、従動輪（例えば後輪）の回転角度または回転数Ｖｓを検出する図示しない回転センサの検出値を用いて、車速を算出してもよい。

ＥＣＵ３２は、ＣＰＵ、メモリを有するマイクロコンピュータを含む。図示の例では、ＥＣＵ３２として１つのＥＣＵ３２のみを図示しているが、ＥＣＵ３２は適宜複数の構成要素に分割して、互いに信号ケーブルで接続する構成としてもよい。ＥＣＵ３２は、バッテリ暖機要求部６０、エンジン運転判定部６２、加速要求判定部６４、キャリア周波数設定部６６、コンバータ制御部６８を有する。コンバータ制御部６８は、キャリア周波数設定部６６で設定された設定周波数に基づいてコンバータ４６のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。ＥＣＵ３２は、各インバータ４２，４４の動作も制御する。バッテリ暖機要求部６０、エンジン運転判定部６２、加速要求判定部６４、及びキャリア周波数設定部６６は後で説明する。

ＥＣＵ３２は、走行駆動制御時に、アクセル位置ＡＰ、または車速及びアクセル位置ＡＰに基づいて、車両目標トルクＴｒ＊とエンジン目標出力Ｐｅ＊とを算出し、予め設定されたマップから、エンジン２０の目標回転数Ｎｅ＊及び目標トルクＴｅ＊を算出する。ＥＣＵ３２は、目標回転数Ｎｅ＊と第２ＭＧ２４の回転数Ｎｗ２及び第１ＭＧ２２の回転数Ｎｗ１とから、第１ＭＧ２２の目標回転数Ｎｗ１＊及び目標トルクＴｒ１＊と、第２ＭＧ２４の目標トルクＴｒ２＊とを算出する。このような目標回転数Ｎｅ＊、目標トルクＴｅ＊、目標回転数Ｎｗ１＊、目標トルクＴｒ１＊及び目標トルクＴｒ２＊は、アクセル位置ＡＰまたはアクセル位置ＡＰと車速とに基づいて、図示しない記憶部に予め記憶させたマップから算出してもよい。

ＥＣＵ３２は、算出されたエンジン２０の目標回転数Ｎｅ＊及び目標トルクＴｅ＊が得られるように、制御信号Ｓｉ１でエンジン２０を制御する。ＥＣＵ３２は、算出された第１ＭＧ２２の目標回転数Ｎｗ１＊及び目標トルクＴｒ１＊と、第２ＭＧ２４の目標トルクＴｒ２＊とが得られるように、コンバータ制御部６８及びＥＣＵ３２の図示しないインバータ制御部によって、制御信号Ｓｉ２、Ｓｉ３でコンバータ４６及び各インバータ４２，４４を制御する。

この場合、ＥＣＵ３２は、目標トルクＴｒ１＊、Ｔｒ２＊と目標回転数Ｎｗ１＊、回転数Ｎｗ２とに基づいて各インバータ４２，４４の入力電圧であり、コンバータ４６の出力電圧である目標電圧ＶＨ＊を算出する。例えば、目標電圧ＶＨ＊は、インバータ４２，４４のそれぞれで要求される電圧の高い方の電圧としてもよい。コンバータ４６は、電圧検出値ＶＨを目標電圧ＶＨ＊に合致させるように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングを制御する。この場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の一方のスイッチング素子Ｑ１（またはＱ２）がオンであれば他方のスイッチング素子Ｑ２（またはＱ１）がオフとなり、それが両方でオフとなるデッドタイムを介して、交互にオンオフ関係が逆になるように繰り返される。この場合、後述の図２を用いて説明するように、ＥＣＵ３２は、搬送波の周波数であるキャリア周波数及びデューティ比に基づいて制御信号を生成し、制御信号によってスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動する。コンバータ４６では下アームのスイッチング素子Ｑ２のオンデューティを大きくすることで電圧ＶＨが大きくなり、上アームのスイッチング素子Ｑ１のオンデューティを大きくすることで電圧ＶＨが小さくなる。

ＥＣＵ３２は、図示しないバッテリ電流センサ及びバッテリ電圧センサの一方または両方からの検出値に基づいてバッテリ２８の充電量であるＳＯＣ（State Of Charge）を算出する。ＳＯＣの算出値は、ＥＶモード及びＨＶモードの切替の制御に用いられる。

ＥＣＵ３２は、ＥＶ走行モードであるＥＶモードとＨＶモードとの間でモード切替を行いながら車両を走行させるように、エンジン２０、第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４を制御する。「ＥＶモード」は、エンジン停止状態で、第２ＭＧ２４を駆動し、第２ＭＧ２４を駆動源として車両走行を行うモードである。「ＨＶモード」は、少なくともエンジン２０を駆動させて車両を駆動し走行させるモードである。この場合、エンジン２０の駆動によって第１ＭＧ２２が発電する。ＥＶモードとＨＶモードとの切替は、予め設定した所定条件が成立したか否かに応じて行われる。例えば、ＥＶモードの実行中にＳＯＣの算出値が所定下限値以下になることでＨＶモードへの切り替えが行われる。ＨＶモードの実行中では、運転者がＥＶ走行指示部７０を操作し、ＥＶモードが選択された場合に所定のＥＶモード前提条件を満たすことを条件として、ＥＶモードに切り替えられる。ＨＶモードの実行中において、ＳＯＣの算出値が所定上限値以上になった場合にもＥＶモードに切り替えられる。ＥＶ走行指示部７０は、例えばＥＶモードを指示する押しボタンまたはスイッチであり、ユーザにオン操作された場合に、その操作を表す信号をＥＣＵ３２に送信する。

また、ＥＣＵ３２は、バッテリ暖機要求がある場合に、コンバータ４６のキャリア周波数を、バッテリ暖機要求がない場合のキャリア周波数ＦＡに比べて低い周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４のいずれか１つに設定する。具体的には、バッテリ暖機要求部６０は、所定のバッテリ暖機要求条件が成立した場合に、バッテリ暖機要求を発生する。例えば、バッテリ温度ＴＢが予め設定された所定温度Ｔ０未満であり（ＴＢ＜Ｔ０）、かつ、予め設定された所定のバッテリ暖機前提条件が成立した場合に、バッテリ暖機要求部６０はバッテリ暖機要求を発生する。「バッテリ暖機前提条件」は、例えばバッテリ２８のＳＯＣが所定下限値以上であり、バッテリ電圧ＶＬが所定範囲内であり、各インバータ４２，４４の温度を検出する図示しない温度センサの検出温度が所定温度以下である場合に成立し、それ以外の場合に不成立とする。

エンジン運転判定部６２は、エンジン２０が「運転されているとき」及び「運転停止されているとき」のいずれであるかを判定する。この判定では、ＥＣＵ３２に送信されたエンジン回転数センサ３４の検出値Ｎｅを用いてエンジン回転数Ｎｅが０であれば運転停止されているときと判定し、それ以外で運転されているときと判定する。

加速要求判定部６４は、ハイブリッド車両１０の予め設定された「加速要求」があるか否かを判定する。例えば、ハイブリッド車両１０では、第２ＭＧ２４の回転数Ｎｗ２で車速が定まるので、加速要求判定部６４は、単位時間Δｔ当たりの第２ＭＧの回転数Ｎｗ２の増大分ΔＮｗ２が予め設定した所定値Ｋ以上の場合（ΔＮｗ２／Δｔ≧Ｋ）に、加速要求ありと判定し、それ以外の場合に加速要求なしと判定する。別例として、アクセル位置センサ５４の検出値から単位時間Δｔ当たりのアクセルペダルの踏み込み量が所定値以上の場合に加速要求ありと判定し、それ以外の場合に加速要求なしと判定してもよい。また、別例として、駆動輪回転センサ５６の検出値から算出された車速、または車速センサの検出値を用いて、単位時間Δｔ当たりの車速の増大分が所定値以上の場合に加速要求ありと判定し、それ以外の場合に加速要求なしと判定してもよい。

キャリア周波数設定部６６は、現在のバッテリ２８の暖機要求の有無と、エンジン運転状態と、加速要求の有無とに基づいて、コンバータ４６のキャリア周波数を設定する。具体的には、キャリア周波数設定部６６は、バッテリ２８の暖機要求がある場合におけるキャリア周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を、バッテリ２８の暖機要求がない場合のキャリア周波数である通常周波数ＦＡに比べて低くする（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４＜ＦＡ）。通常周波数ＦＡは、車両運転開始後、もしバッテリ２８の暖機が一回のみ行われるのであれば、バッテリ暖機完了後のキャリア周波数となる。

また、キャリア周波数設定部６６は、バッテリ２８の暖機要求がある場合、エンジン２０を運転しているときのキャリア周波数Ｆ１，Ｆ２を、エンジン２０を運転停止しているときのキャリア周波数Ｆ３，Ｆ４に比べて低くする（Ｆ１，Ｆ２＜Ｆ３，Ｆ４）。これによって、後述のように、バッテリ２８の暖機要求がある場合にバッテリ２８の昇温を促進でき、かつ、車両の乗員の不快感の増大を抑制できる。

さらに、キャリア周波数設定部６６は、バッテリ２８の暖機要求がありエンジン２０を運転しているときに、車両の加速要求がある場合のキャリア周波数Ｆ１を加速要求がない場合のキャリア周波数Ｆ２に比べて低くする（Ｆ１＜Ｆ２）。また、キャリア周波数設定部６６は、バッテリ２８の暖機要求がありエンジン２０を運転停止しているときに、車両の加速要求がある場合のキャリア周波数Ｆ３を加速要求がない場合のキャリア周波数Ｆ４に比べて低くする（Ｆ３＜Ｆ４）。

コンバータ制御部６８は、設定されたキャリア周波数と、検出電圧ＶＨ及び目標電圧ＶＨ＊に基づいて、コンバータ４６のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングを制御する。

図２は、本実施形態の動力制御システム１２を用いて走行駆動制御時におけるコンバータ制御方法を示すフローチャートであり、図３は、図２のキャリア周波数設定における設定方法を示すフローチャートである。

ＥＣＵ３２は、ステップＳ１０で、キャリア周波数に初期値として通常周波数ＦＡを設定する。次いで、ステップＳ１２でＥＣＵ３２に、検出電圧ＶＨ及び目標電圧ＶＨ＊が入力される。以下、ステップＳは単にＳと記載する。Ｓ１４では、キャリア周波数設定部６６によりキャリア周波数が設定される。キャリア周波数の設定については、後で図３を用いて説明する。

Ｓ１４でキャリア周波数が設定されると、Ｓ１６で検出電圧ＶＨ及び目標電圧ＶＨ＊からコンバータ４６のスイッチング制御に用いられるデューティ比が設定され、デューティ比及びキャリア周波数から制御信号が生成される（Ｓ１８）。そしてＳ２０で制御信号に基づいてコンバータ制御部６８がコンバータ４６に制御信号を出力し、コンバータ４６のスイッチングを制御し、所定の制御周期ごとにＳ１２に戻って処理が繰り返される。

次に図３を用いてキャリア周波数の設定方法を説明する。キャリア周波数設定では、第１、第２、第３、第４低周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と、通常周波数ＦＡとの合計５種類のキャリア周波数の中から、いずれか１つのキャリア周波数を設定する。キャリア周波数はＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，ＦＡの順に高くなるように設定される（Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ４＜ＦＡ）。通常周波数ＦＡは、例えば人の可聴周波領域から外れる周波数、例えば２０ｋＨｚ以上である。第１、第２、第３、第４低周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、例えば可聴周波領域内の周波数、例えば１５ｋＨｚ以下である。通常周波数ＦＡは、可聴周波領域内で例えば１０ｋＨｚとし、第１、第２、第３、第４低周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は１０ｋＨｚよりも低い周波数としてもよい。

まず、キャリア周波数設定部６６は、バッテリ暖機要求部６０でバッテリ暖機要求が発生しているか否かを判定することで、バッテリ暖機要求があるか否かを判定する（Ｓ３０）。

Ｓ３０でバッテリ暖機要求がないと判定された場合、Ｓ３２でキャリア周波数に通常周波数ＦＡを設定する。一方、Ｓ３０でバッテリ暖機要求がある場合、Ｓ３４でキャリア周波数設定部６６は、エンジン運転判定部６２を用いてエンジン２０を運転しているときか、または運転停止しているときかを判定する。Ｓ３４で運転しているときと判定されると、キャリア周波数設定部６６はＳ３６で加速要求判定部６４を用いて車両の加速要求があるか否かを判定する。Ｓ３６で加速要求があると判定された場合、キャリア周波数を５種類のキャリア周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，ＦＡの中で最小の第１低周波数Ｆ１に設定し（Ｓ３８）、加速要求がない場合にはキャリア周波数を第１低周波数Ｆ１よりも高い第２低周波数Ｆ２に設定する（Ｆ２＞Ｆ１）（Ｓ４０）。例えば現在までのキャリア周波数が通常周波数ＦＡである場合、Ｓ３８またはＳ４０でキャリア周波数が第１低周波数Ｆ１または第２低周波数Ｆ２に変更される。

一方、Ｓ３４でエンジン２０を運転停止しているときと判定されると、Ｓ４２でキャリア周波数設定部６６は、加速要求判定部６４を用いて加速要求があるか否かを判定し、加速要求がある場合、キャリア周波数を第２低周波数Ｆ２よりも高い第３低周波数Ｆ３に設定する（Ｆ３＞Ｆ２）（Ｓ４４）。また、Ｓ４２で加速要求がないと判定された場合にはキャリア周波数設定部６６は、キャリア周波数を第３低周波数Ｆ３よりも高い第４低周波数Ｆ４を設定する（Ｆ４＞Ｆ３）（Ｓ４６）。

Ｓ３８，Ｓ４０，Ｓ４４，Ｓ４６，Ｓ３２でキャリア周波数が設定されると、図２のＳ１４に戻ってＳ１４からＳ２０の処理を行ってコンバータ４６のスイッチングが制御される。

図４は、実施形態において、バッテリ２８を昇温する場合において、バッテリ温度ＴＢ、コンバータ４６のキャリア周波数、エンジン運転指令、エンジン回転速度及び加速要求の有無の時間変化の１例を示している。時間ｔ１からｔ３でエンジン２０が運転される「ＨＶモード」が実行され、時間ｔ３からｔ５でエンジン２０の運転が停止され、第２ＭＧ２４で車両が走行する「ＥＶモード」が実行される。まず、運転開始の初期状態では通常周波数ＦＡが設定されるが、バッテリ温度ＴＢが所定温度Ｔ０よりも低い場合、バッテリ暖機前提条件が成立することで「バッテリ暖機要求」が発生する。また、運転者がアクセルペダルを操作することでエンジン運転指令が発生してエンジン回転速度が上昇し、車両が発進して車両の加速要求があると判定されると、時間ｔ１でキャリア周波数は第１低周波数Ｆ１に設定される。

その後、時間ｔ２でアクセルペダルの操作量が一定に維持されるなどにより、車両の加速要求がないと判定されるとキャリア周波数は、第１低周波数Ｆ１よりも高い第２低周波数Ｆ２に変更される。次いで、時間ｔ３でエンジン２０の運転が停止され、ＥＶ走行が行われるとキャリア周波数はさらに高い第４低周波数Ｆ４に変更される。そして時間ｔ４でＥＶ走行で加速要求があると判定されると、キャリア周波数は第４低周波数Ｆ４よりも低い第３低周波数Ｆ３に変更される。このようにキャリア周波数が通常周波数ＦＡよりも低周波数になることで後述のようにバッテリ２８が昇温され、バッテリ温度ＴＢが徐々に高くなる。そして時間ｔ５でバッテリ温度ＴＢが所定温度Ｔ０以上となり、バッテリ暖機要求がなくなることでキャリア周波数が通常周波数ＦＡに変更され、通常周波数ＦＡを用いた車両の通常運転制御が行われる。

上記の動力制御システム１２によれば、バッテリ２８の暖機要求がある場合に、キャリア周波数が、バッテリ２８の暖機要求がない場合の通常周波数ＦＡに比べて低くなるので、リアクトルＬを流れる電流（リアクトル電流）において、キャリア周波数に従うリップル電流が発生し、そのリップル電流の振幅が増大する。そのリップル電流は、バッテリ２８の入出力電流であるバッテリ電流にも生じて、バッテリ２８の内部抵抗の発熱量が大きくなることでバッテリ２８が昇温する。これによって、キャリア周波数を通常周波数ＦＡから低い周波数に変更することでバッテリ２８を昇温でき、キャリア周波数が低くなるほど昇温を促進できる。

一方、キャリア周波数が低い場合にはリップル電流の振幅の増大に基づいて電磁音を含む騒音がバッテリ２８、コンバータ４６などを含む回路で大きくなり、キャリア周波数が可聴周波領域内にある場合、低周波数になるほど、聞こえる人の割合が相対的に多くなる。本実施形態は、このような事情を考慮して、バッテリ２８の暖機要求がある場合にエンジン２０を運転しているときのキャリア周波数Ｆ１，Ｆ２を、エンジン２０を運転停止しているときの第３、第４低周波数Ｆ３，Ｆ４よりも低く設定する。このため、リップル電流に基づく騒音が低周波数となることによりそれ自体で聞こえやすくなっても、エンジン２０の騒音があるので、車両に起因する全騒音のうち、リップル電流の増大に基づく騒音の割合が相対的に小さくなり車両の乗員にとって不快な騒音とはなりにくい。

一方、エンジン運転停止では車両に起因する全騒音のうち、リップル電流に基づく騒音の割合が大きくなるが、その騒音が高周波数となるので、車両の乗員にとって不快な騒音とはなりにくい。例えば第３、第４低周波数Ｆ３，Ｆ４を可聴周波領域内でも比較的高い１０〜１５ｋＨｚの範囲とすることで、聞こえない人の割合が低い周波数の場合よりも大きくなり、不快な騒音とはなりにくい。この結果、バッテリ２８の暖機要求がある場合にバッテリ２８の昇温を促進でき、かつ、車両の乗員の不快感の増大を抑制できる。

また、エンジン２０を運転しているとき、または運転しているときで車両の加速中にキャリア周波数がより低くなるので、バッテリ２８の昇温を促進でき、しかも加速で車速が高くなることによってロードノイズが増大するので、キャリア周波数が低くなることによるリップル電流に基づく騒音が、車両の乗員に不快な騒音とはなりにくい。しかも、エンジン２０を運転しているときの加速であれば、エンジン回転数が増大してエンジン音に基づく騒音も大きくなるので、車両に起因する全騒音のうち、リップル電流の増大に基づく騒音の割合がより相対的に小さくなる。このため、より効率的にバッテリ２８の昇温を促進できる。上記ではエンジン２０を運転しているときと、運転停止しているときとの両方で、加速要求の有無でキャリア周波数を変えているが、エンジン２０を運転しているときと運転停止しているときとの一方のみで、加速要求の有無でキャリア周波数を変えてもよい。

なお、上記では、加速要求の有無に応じてキャリア周波数を変更しているが、加速要求の有無によってはキャリア周波数を変更しない構成としてもよい。この場合、バッテリ暖機要求がありエンジン２０を運転しているときでキャリア周波数に通常周波数ＦＡよりも低い第１低周波数Ｆ１が設定され、エンジン２０を運転停止しているときでキャリア周波数に第１低周波数Ｆ１Ａよりも高いが、通常周波数よりも低い第２低周波数Ｆ２Ａ（Ｆ２Ａ＞Ｆ１Ａ）が設定される。

また、上記の図４では、キャリア周波数を変更する場合に、その変更が瞬時に行われるように示している。一方、キャリア周波数の変更が行われる場合に増加側及び低下側のそれぞれで徐々に変更されるよう、その変更が完了するまで所定の制御周期でキャリア周波数が一定の所定増加分または所定減少分で徐々に加算または減少され、それぞれの制御周期でコンバータ４６の制御が行われる構成としてもよい。この場合、例えば、図４のキャリア周波数が一点鎖線Ｐ１で示すように、周波数ＦＡから周波数Ｆ１に徐々に変更され、一点鎖線Ｐ２で示すように周波数Ｆ３から周波数ＦＡに徐々に変更される。他の周波数の間での変更も、図示を省略するが同様である。

また、ＥＣＵ３２は、バッテリ２８の暖機要求がある場合に第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４の運転を停止し、エンジン２０が無負荷運転されるように制御し、コンバータ４６のスイッチングを通常周波数ＦＡよりも低いキャリア周波数によって制御してもよい。これによればバッテリ２８の暖機時に第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４が発電することがなく、バッテリ２８に過大な電力が充電されることを効率的に抑制できる。

１０ハイブリッド車両、１２動力制御システム、１４減速機、１６駆動軸、１８駆動輪、２０エンジン、２２第１モータジェネレータ（第１ＭＧ）、２４第２モータジェネレータ（第２ＭＧ）、２５動力分割機構、２６ＰＣＵ、２８バッテリ、３２ＥＣＵ、３４エンジン回転数センサ、３６第１回転センサ、３８第２回転センサ、４０出力軸、４２第１インバータ、４４第２インバータ、４６コンバータ、４８バッテリ温度センサ、５０、５２電圧センサ、５４アクセル位置センサ、５６駆動輪回転センサ、６０バッテリ暖機要求部、６２エンジン運転判定部、６４加速要求判定部、６６キャリア周波数設定部、６８コンバータ制御部、７０ＥＶ走行指示部。

Claims

バッテリと、
スイッチング素子のスイッチングにより前記バッテリの直流電圧を別の大きさの直流電圧に変換して出力するコンバータと、
前記コンバータの出力を電動機駆動電流に変換するインバータと、
前記インバータからの電動機駆動電流によって駆動される電動機と、
前記バッテリの暖機要求がある場合において、前記スイッチング素子のスイッチング制御におけるキャリア周波数である第１キャリア周波数及び第２キャリア周波数を、前記バッテリの暖機要求がない場合のキャリア周波数である通常キャリア周波数に比べて低くする制御装置と、
エンジンと、を備え、
前記電動機及び前記エンジンの少なくとも一方を駆動源として走行するハイブリッド車両の動力制御システムであって、
前記第１キャリア周波数は、前記暖機要求がある場合における前記エンジンを運転しているときのキャリア周波数であり、
前記第２キャリア周波数は、前記暖機要求がある場合における前記エンジンを運転停止しているときのキャリア周波数であり、
前記制御装置は、前記第１キャリア周波数を前記第２キャリア周波数に比べて低くする、ハイブリッド車両の動力制御システム。
請求項１に記載のハイブリッド車両の動力制御システムにおいて、
前記制御装置は、前記暖機要求があり前記エンジンを運転しているときに、車両の予め設定された加速要求がある場合における前記第１キャリア周波数である第１低周波数を、前記暖機要求があり前記エンジンを運転しているときにおける前記加速要求がない場合の前記第１キャリア周波数である第２低周波数に比べて低くする、ハイブリッド車両の動力制御システム。
請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の動力制御システムにおいて、
前記制御装置は、前記暖機要求があり前記エンジンを運転停止しているときに、車両の予め設定された加速要求がある場合における前記第２キャリア周波数である第３低周波数を、前記暖機要求があり前記エンジンを運転停止しているときにおける前記加速要求がない場合の前記第２キャリア周波数である第４周波数に比べて低くする、ハイブリッド車両の動力制御システム。