JP6493349B2 - 車両制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動機を備える車両を制御する車両制御装置の技術分野に関する。
三相交流電動機を駆動するための制御方法の一例として、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御が挙げられる。ＰＷＭ制御では、三相交流電動機に供給される相電流を所望値と一致させるという観点から設定された相電圧指令信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて電力変換器が制御される。
三相交流電動機の駆動時には、電力変換器に入力される直流電圧のリプル（いわゆる、脈動成分）が大きくなることがある。このリプルを低減する方法として、例えば特許文献１では、相電圧指令信号に３次高調波信号を重畳すると共に、３次高調波信号の振幅ずれ及び位相ずれを小さくするように補正するという技術が提案されている。
他方、三相交流電動機の駆動時には、回転数が極端に低い状況において、電力変換器のスイッチング素子の発熱が大きくなり故障の原因となることがある。スイッチング素子の発熱を低減する方法として、例えば特許文献２では、相電圧指令信号の中心値をオフセット補正して、スイッチング素子における損失を低減させるという技術が提案されている。
特開２００９−１７１７６８号公報 特開２０１６−０５４５９４号公報
本願発明者の研究するところによれば、上記特許文献２に記載の補正処理（即ち、相電圧指令信号の中心値のオフセット補正）を行うと、電力変換器の直流電圧側に発生するリプルが増加することが判明している。これは、相電圧指令信号をずらすことにより、三相全てのスイッチング素子がオフとなるゼロベクトル期間が長くなることに起因している。
増加してしまったリプルを低減させるために、特許文献１に記載の補正処理（即ち、３次高調波信号の振幅ずれ及び位相ずれに対する補正）を採用することも考えられるが、信号の中心値のオフセット補正を行った状態では、補正の効果は十分に得られず、リプルを低減することはできない。即ち、信号の中心値をオフセット補正することで増加してしまったリプルは、３次高調波信号の振幅ずれ及び位相ずれに対する補正によっては低減することができない。
この結果、相電圧指令信号の中心値のオフセット補正によって直流電圧におけるリプルが増加してしまうと、そのリプルを低減することが難しく、例えば耐圧超過やモータ制御が不安定になる等の不具合が発生してしまうという技術的問題点が生ずる。
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、車両の動力源である交流モータを好適に制御することが可能な車両制御装置を提供することを課題とする。
＜１＞
本発明に係る第１の車両制御装置は、動力源としての交流モータと、直流電圧を交流電圧に変換して前記交流モータに供給するインバータとを備える車両を制御する車両制御装置であって、前記インバータの電圧を制御する電圧指令信号に３次高調波信号を重畳することで変調信号を生成する変調手段と、前記変調信号の中心値を、前記インバータにおける損失が小さくなるように補正する第１補正処理を実行可能な第１補正手段と、前記変調信号の変調率が所定値以上となる場合に、前記電圧指令信号に対する前記３次高調波信号の振幅ずれ及び位相ずれを小さくするように補正する第２補正処理を実行可能な第２補正手段と、前記交流モータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合において、（ｉ）前記直流電圧が第１所定電圧以上である場合には前記第１補正処理を実行するように前記第１補正手段を制御し、（ｉｉ）前記直流電圧が前記第１所定電圧未満である場合には前記第２補正処理を実行するように前記第２補正手段を制御する制御手段とを備える。
本発明に係る第１の車両制御装置によれば、交流モータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合には、インバータの直流電圧に応じて第１補正処理（即ち、変調信号の中心値を補正する処理）、又は第２補正処理（即ち、３次高調波信号の振幅ずれ及び位相ずれを補正する処理）が選択的に実行される。第１補正処理は、インバータにおける発熱を抑制するという効果を有しているが、直流電圧に発生するリプルが増加してしまうおそれがある。一方で、第２補正処理は、直流電圧に発生するリプルを抑制するという効果を有しているが、第１補正処理を行った状態でのリプルを抑制することはできない。
ここで特に、交流モータの極低回転であって直流電圧が比較的高い状態では、インバータにおける発熱は発生し易く、直流電圧のリプルは発生し難くなる。このため、直流電圧が第１所定電圧以上である場合に第１補正処理を実行するようにすれば、インバータにおける発熱を効果的に抑制しつつ、第１補正処理に起因するリプルの発生も小さく抑えることができる。一方で、交流モータの極低回転であって直流電圧が比較的高い状態では、インバータにおける発熱は発生し難く、直流電圧のリプルは発生し易くなる。このため、直流電圧が第１所定電圧未満である場合に第２補正処理を実行するようにすれば、リプルの発生を効果的に抑制することができる。
＜２＞
本発明に係る第１の車両制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記インバータの冷却水の温度又は前記インバータに含まれる素子の温度が第１所定温度以上である場合には、前記直流電圧が前記第１所定電圧以上であるか否かによらず、前記第１補正処理を実行するように前記第１補正手段を制御する。
この態様によれば、インバータの冷却水の温度又はインバータに含まれる素子の温度が第１所定温度よりも高い状態では、直流電圧の大きさによらず、インバータにおける発熱を抑制する効果がある第１補正処理が優先的に実行される。よって、インバータの発熱に起因する故障等を好適に回避することが可能である。
＜３＞
本発明に係る第２の車両制御装置は、動力源としての交流モータと、直流電圧を交流電圧に変換して前記交流モータに供給するインバータとを備える車両を制御する車両制御装置であって、前記インバータの電圧を制御する電圧指令信号に３次高調波信号を重畳することで変調信号を生成する変調手段と、前記変調信号の中心値を、前記インバータにおける損失が小さくなるように補正する第１補正処理を実行可能な第１補正手段と、前記変調信号の変調率が所定値以上となる場合に、前記電圧指令信号に対する前記３次高調波信号の振幅ずれ及び位相ずれを小さくするように補正する第２補正処理を実行可能な第２補正手段と、前記交流モータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合において、（ｉ）前記インバータの冷却水の温度又は前記インバータに含まれる素子の温度が第２所定温度以上である場合には、前記第１補正処理を実行するように前記第１補正手段を制御し、（ｉｉ）前記インバータの冷却水の温度及び前記インバータに含まれる素子の温度が前記第２所定温度未満である場合には、前記第２補正処理を実行するように前記第２補正手段を制御する制御手段とを備える。
本発明に係る第２の車両制御装置によれば、交流モータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合には、インバータの冷却水の温度又はインバータに含まれる素子の温度に応じて、第１補正処理又は第２補正処理が選択的に実行される。
ここで特に、インバータの温度が高くなると、例えばインバータに含まれる素子が故障して正常な動作を行えなくなるおそれがある。このため、インバータの冷却水の温度又はインバータに含まれる素子の温度が第２所定温度以上である場合に第１補正処理を実行するようにすれば、インバータにおける発熱を確実に抑制することができる。一方で、インバータの温度が低い場合には、インバータが故障してしまう可能性は低く、第１補正処理を行うメリットは小さい。このため、インバータの冷却水の温度又はインバータに含まれる素子の温度が第２所定温度未満である場合に第２補正処理を実行するようにすれば、直流電圧におけるリプルの発生を好適に抑制することが可能である。
＜４＞
本発明に係る第２の車両制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記インバータの冷却水の温度又は前記インバータに含まれる素子の温度が前記第２所定温度以上である場合に、前記直流電圧を第２所定電圧以上に維持した状態で、前記第１補正処理を実行するように前記第１補正手段を制御する。
この態様によれば、直流電圧が第２所定電圧以上に維持された状態で、第１補正処理が実行されるため、直流電圧におけるリプルの発生を好適に抑制することができる。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
車両の構成を示すブロック図である。 ＥＣＵの構成（特に、インバータの動作を制御するための構成）を示すブロック図である。 ＰＷＭセンター補正の一例を示すタイムチャートである。 過変調領域における電圧指令の振幅ずれ及び位相ずれを示すタイムチャートである。 ＰＷＭセンター補正及び３次高調波補正を実施する領域の一例を示すマップである。 ＰＷＭセンター補正前におけるインバータの各種パラメータを示すタイムチャートである。 ＰＷＭセンター補正後におけるインバータの各種パラメータを示すタイムチャートである。 ＰＷＭセンター補正を実施しない場合の３次高調波補正によるリプルの低減効果を示すタイムチャートである。 ＰＷＭセンター補正を実施する場合の３次高調波補正によるリプルの低減効果を示すタイムチャートである。 第１実施形態に係る車両制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。 システム電圧とリプル及び素子発熱との関係を示す概念図である。 第２実施形態に係る車両制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。 第３実施形態に係る車両制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。
以下、車両制御装置の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る車両制御装置について、図１から図１１を参照して説明する。
＜車両の構成＞
まず、図１を参照しながら、車両制御装置が搭載される車両の構成について説明する。図１は、車両の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、電動車両である車両１は、直流電源１０と、平滑コンデンサＣ１と、コンバータ２０と、平滑コンデンサＣ２と、インバータ３０と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００と、冷却器２００と、モータジェネレータＭＧとを備えている。
直流電源１０は、充電可能な蓄電装置である。直流電源１０の一例として、例えば、二次電池（例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等）や、キャパシタ（例えば、電気二重相キャパシタや大容量のコンデンサ等）が挙げられる。
平滑コンデンサＣ１は、直流電源１０の正極線と直流電源１０の負極線との間に接続された電圧平滑用のコンデンサである。平滑コンデンサＣ１は、正極線と負極線との間の端子間電圧ＶＬの変動を平滑化するためのコンデンサである。
コンバータ２０は、リアクトルＬ１と、整流ダイオードＤ１が接続されたスイッチング素子Ｑ１と、整流ダイオードＤ２が接続されたスイッチング素子Ｑ２を備えている。コンバータ２０では、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１及びＱ２が相補的かつ交互にオンオフするように制御される。
コンバータ２０は、昇圧動作時において、直流電源１０から供給された直流電圧ＶＬを直流電圧ＶＨ（インバータ３０への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する）に昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１及び整流ダイオードＤ１を介して供給することにより行われる。
また、コンバータ２０は、降圧動作時には、直流電圧ＶＨを直流電圧ＶＬに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２及び整流ダイオードＤ２を介して供給することにより行われる。
これらの昇圧動作及び降圧動作における電圧変換比（即ち、ＶＨ及びＶＬの比）は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオン期間比（即ち、デューティ比）により制御される。なお、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２をオン及びオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝ＶＬ（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。
平滑コンデンサＣ２は、コンバータ２０とインバータ３０との間に配置された電圧平滑用のコンデンサである。平滑コンデンサＣ２は、システム電圧ＶＨの変動を平滑化するためのコンデンサである。
インバータ３０は、コンバータ２０から供給される直流電力（直流電圧）を交流電力（三相交流電圧）に変換する。インバータ３０は、直流電力を交流電力に変換するために、ｐ側スイッチング素子Ｑｕｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｕｎを含むＵ相アーム、ｐ側スイッチング素子Ｑｖｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｖｎを含むＶ相アーム、並びにｐ側スイッチング素子Ｑｗｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｗｎを含むＷ相アームを備えている。インバータ３０が備える各アームは、正極線と負極線との間に並列に接続されている。ｐ側スイッチング素子Ｑｕｐ、Ｑｖｐ及びＱｗｐには、整流用ダイオードＤｕｐ、Ｄｖｐ及びＤｗｐが夫々接続されている。ｎ側スイッチング素子Ｑｕｎ、Ｑｖｎ及びＱｗｎについても同様に、整流用ダイオードＤｕｎ、Ｄｖｎ及びＤｗｎが夫々接続されている。インバータ３０の各スイッチング素子Ｑｕｐ〜Ｑｗｎは、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によってスイッチングのオンオフが制御される。
ｐ側スイッチング素子Ｑｕｐ、Ｑｖｐ及びＱｗｐ、並びにｎ側スイッチング素子Ｑｕｎ、Ｑｖｎ及びＱｗｎには、各スイッチング素子の温度を検出するための素子温センサＳｕｐ、Ｓｖｐ及びＳｗｐ、並びにＳｕｎ、Ｓｖｎ及びＳｗｎが設けられている。素子温センサＳｕｐからＳｗｎの各々で検出された各スイッチング素子の温度は、ＥＣＵ１００に出力される構成となっている。
インバータ３０における各相アームの上側アーム（つまり、各ｐ側スイッチング素子）と下側アーム（つまり、各ｎ側スイッチング素子）との中間点は、夫々モータジェネレータＭＧの各相コイルに接続されている。その結果、インバータ３０による変換動作の結果生成される交流電力（三相交流電圧）が、モータジェネレータＭＧに供給される。
モータジェネレータＭＧは、「交流モータ」の一具体例であり、三相交流電動発電機として構成されている。モータジェネレータＭＧは、車両１が走行するために必要なトルクを発生するように駆動する。モータジェネレータＭＧが発生したトルクは、当該モータジェネレータＭＧの回転軸に機械的に連結された駆動軸を介して、駆動輪に伝達される。なお、モータジェネレータＭＧは、車両１の制動時等に電力回生（発電）を行ってもよい。
ＥＣＵ１００は、車両１の動作を制御するための電子制御ユニットである。本実施形態に係るＥＣＵ１００は、「車両制御装置」の一具体例であり、インバータ３０の動作を制御するためのインバータ制御動作を行う。なお、ＥＣＵ１００の具体的な構成及びインバータ３０の制御動作については、後に詳述する。
冷却器２００は、水冷方式の冷却装置であり、コンバータ２０のスイッチング素子Ｑ１及びＱ２、平滑コンデンサＣ２、インバータ３０の各スイッチング素子が、その内部に収納されている。冷却器２００は、冷却水によって、内部に収納された各素子の発熱による故障を防止する。なお、冷却器に冷却水を導入する部分には、冷却水の温度を検出するための水温センサＳ１が設けられている。水温センサＳ１で検出された冷却水の温度は、ＥＣＵ１００に出力される構成となっている。
＜ＥＣＵの構成＞
次に、図２を参照しながら、ＥＣＵ１００の構成（特に、インバータ３０の動作を制御するための構成）について説明する。図２は、ＥＣＵ１００の構成（特に、インバータ３０の動作を制御するための構成）を示すブロック図である。
図２に示すように、ＥＣＵ１００は、その内部に実現される論理的な又は物理的な処理ブロックとして、指令信号生成部１１０と、信号補正部１２０と、制御信号出力部１３０とを備えて構成されている。信号補正部１２０は、３次高調波重畳部１２１、ＰＷＭセンター補正部１２２、３次高調波補正部１２３、及び補正処理決定部１２４を備えている。
指令信号生成部１１０は、モータジェネレータＭＧに要求される駆動力に応じて、三相電圧指令信号（即ち、Ｕ相電圧指令信号Ｖｕ、Ｖ相電圧指令信号Ｖｖ及びＷ相電圧指令信号Ｖｗ）を生成する。指令信号生成部１１０で生成された三相電圧指令信号は、信号補正部１２０に出力される構成となっている。
信号補正部１２０は、指令信号生成部１１０で生成された三相電圧指令信号に所定の補正処理を施した後、制御信号出力部１３０に出力する。
３次高調波重畳部１２１は、「変調手段」の一具体例であり、三相電圧指令信号に３次高調波信号Ｖｈを加算して三相変調信号（以下、単に「変調信号」と称することがある）を生成する。具体的には、３次高調波重畳部１２１は、Ｕ相電圧指令信号Ｖｕに対して、３次高調波信号Ｖｈを加算して、Ｕ相変調信号Ｖｍｕ（＝Ｖｕ＋Ｖｈ）を生成する。３次高調波重畳部１２１は同様に、Ｖ相変調信号Ｖｍｖ（＝Ｖｖ＋Ｖｈ）、Ｗ相変調信号Ｖｍｗ（＝Ｖｗ＋Ｖｈ）を生成する。
ＰＷＭセンター補正部１２２は、「第１補正手段」の一具体例であり、３次高調波重畳部１２１において生成された三相変調信号（即ち、Ｕ相変調信号Ｖｍｕ、Ｖ相変調信号Ｖｍｖ及びＷ相変調信号Ｖｍｗ）に対して、ＰＷＭセンター補正処理を実行する。ＰＷＭセンター補正処理の具体的な処理内容やその効果については、後に詳述する。なお、ＰＷＭセンター補正処理は、「第１補正処理」の一具体例である。
３次高調波補正部１２３は、「第２補正手段」の一具体例であり、３次高調波重畳部１２１において加算される３次高調波信号Ｖｈを補正する（以下、この処理を「３次高調波補正処理」と称する）。３次高調波補正処理の具体的な処理内容やその効果については、後に詳述する。なお、３次高調波補正処理は、「第２補正処理」の一具体例である。
補正処理決定部１２４は、「制御手段」の一具体例であり、所定の条件に応じて、ＰＷＭセンター補正部１２２によるＰＷＭセンター補正処理と、３次高調波補正部１２３による３次高調波補正処理を選択的に実行させる。即ち、ＰＷＭセンター補正処理及び３次高調波補正処理は、両方同時に実行されるものではなく、状況に応じていずれか一方が実行されるものである。
制御信号出力部１３０は、信号補正部から出力された信号（即ち、ＰＷＭセンター補正処理又は３次高調波補正処理が実行された三相変調信号）に基づいて、インバータ３０の各スイッチング素子Ｑｕｐ〜Ｑｗｎのスイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ３０に出力する。具体的には、制御信号出力部１３０は、補正後の三相変調信号と、キャリア信号ＣＲとの大小関係に基づいて、Ｕ相ＰＷＭ信号Ｇｕｐ及びＧｕｎ、Ｖ相ＰＷＭ信号Ｇｖｐ及びＧｖｎ、並びにＷ相ＰＷＭ信号Ｇｗｐ及びＧｗｎを夫々生成して出力する。
＜ＰＷＭセンター補正処理＞
次に、図３を参照しながら、ＰＷＭセンター補正処理について説明する。図３は、ＰＷＭセンター補正の一例を示すタイムチャートである。なお、ＰＷＭセンター補正処理は既存の技術であるため、ここでは詳細な原理等の説明を省略している。
図３に示すように、一般的なＰＷＭ制御（即ち、ＰＷＭセンター補正処理を行わない制御）においては、三相変調信号（即ち、Ｕ相変調信号Ｖｍｕ、Ｖ相変調信号Ｖｍｖ及びＷ相変調信号Ｖｍｗ）は、その中央値（以下、適宜「ＰＷＭセンター」と称する）が、キャリア信号ＣＲの中央値（ＣＥＮ０）になるように生成される。
一方、ＰＷＭセンター補正処理では、例えばキャリア信号の周波数及びモータ電流に基づいて決定される補正値ΔＣＥＮを用いて、ＰＷＭセンターが補正される。具体的には、ＰＷＭセンター補正処理では、三相変調信号に補正値ΔＣＥＮが加算されることで、三相変調信号がオフセット補正される。
図３において、曲線ｋ１１〜ｋ１３は、ＰＷＭセンター補正処理を行った場合の三相変調信号を夫々示しており、曲線ｋ１４〜ｋ１６は、ＰＷＭセンター補正処理を行わない場合の三相変調信号を夫々示している。ＰＷＭセンター補正処理を行った場合の三相変調信号を示す曲線ｋ１１〜ｋ１３は、補正値ΔＣＥＮの加算によって、ＰＷＭセンターがＣＥＮ０よりも低いＣＥＮ１に変更されている。
ＰＷＭ信号は、三相変調信号がキャリア信号ＣＲよりも大きい場合に、ｐ側スイッチング素子がオン、ｎ側スイッチング素子がオフとなるように生成されるため、ＰＷＭセンターが小さくなるように変更されると、ＰＷＭセンターを変更しない場合と比べて、各相のｐ側スイッチング素子がオンとなる時間が短くなる。この結果、ｐ側スイッチング素子のオン損失が低減される。従って、ＰＷＭセンター補正処理によれば、特定のスイッチング素子又は相に電流が集中して流れるのを抑制でき、発熱に起因するスイッチング素子の故障を好適に防止することが可能である。
＜３次高調波補正処理＞
次に、図４を参照しながら、３次高調波補正処理について説明する。図４は、過変調領域における電圧指令の振幅ずれ及び位相ずれを示すタイムチャートである。なお、３次高調波補正処理は既存の技術であるため、ここでは詳細な原理等の説明を省略している。
図４に示すように、三相電圧指令信号に３次高調波信号Ｖｈを重畳する制御を行う場合、過変調領域において、キャリア信号ＣＲに対する変調信号の振幅及び位相のずれが発生する。このようなずれは、三相電圧指令信号の各々に対して、振幅及び位相が異なる３次高調波信号Ｖｈを重畳しているために発生する。このため、３次高調波補正処理では、３次高調波信号Ｖｈの振幅及び位相を補正することで、上述したずれの低減を図っている。
３次高調波補正処理では、まず変調信号の変調率が所定値以上であるか否かが判定される。なお、「所定値」は、変調信号が過変調領域であるか否かを判定するための閾値として予め設定されるものであり、例えば重畳する３次高調波Ｖｈの振幅及び位相に基づいて決定することができる。
変調率が所定値以上であると判定された場合には、３次高調波Ｖｈの振幅の補正及び位相の補正が実行される。なお、位相の補正値（言い換えれば、加算値）としては、例えばスイッチングパターンをＦＦＴして得られる位相差を使用することができる。或いは、予め試験やシミュレーション等によって決定した値を使用してもよい。３次高調波補正処理によれば、３次高調波を重畳することによって生ずる変調信号のずれを抑制できるため、指令通りの電圧出力を実現することが可能である。
＜補正処理によって発生する問題点＞
次に、図５から図９を参照しながら、上述したＰＷＭセンター補正処理及び３次高調波補正処理を行うことによって発生し得る問題点について説明する。図５は、ＰＷＭセンター補正及び３次高調波補正を実施する領域の一例を示すマップである。図６は、ＰＷＭセンター補正前におけるインバータの各種パラメータを示すタイムチャートであり、図７は、ＰＷＭセンター補正後におけるインバータの各種パラメータを示すタイムチャートである。図８は、ＰＷＭセンター補正を実施しない場合の３次高調波補正によるリプルの低減効果を示すタイムチャートであり、図９は、ＰＷＭセンター補正を実施する場合の３次高調波補正によるリプルの低減効果を示すタイムチャートである。
図５に示すように、ＰＷＭセンター補正処理及び３次高調波補正処理は、モータジェネレータＭＧの動作点によって切替えることができる。なお、図中の「ＰＷＭ」はＰＷＭ制御を行う領域、「ＶＰＨ」は矩形波制御を行う領域であるが、ＰＷＭセンター補正処理が行われる領域（ＰＷＭセンター補正実施領域）は、ＰＷＭ制御を行う領域のモータ回転数が所定の回転数よりも小さくなる領域であり、３次高調波補正処理が行われる領域（３次高調波補正実施領域）は、ＰＷＭ制御を行う領域のモータ回転数が所定の回転数以上となる領域である。
なお、ここでの「所定の回転数」は、インバータ３０における各スイッチング素子に発熱による不具合が生じ得る程度に、モータジェネレータＭＧの回転数が低いか否かを判定するための閾値である。インバータ３０における各スイッチング素子は、モータジェネレータＭＧの回転数が低いほど発熱が大きくなり、ゼロ回転となるときに最も発熱が大きくなる。このため、所定の回転数は、モータジェネレータＭＧの回転数と各スイッチング素子における発熱との関係を用いて予め設定することができる。
しかしながら、本願発明者の研究するところによれば、上述したようにモータジェネレータＭＧの動作点だけに基づいて補正処理を切替えると、ＰＷＭセンター補正実施領域において、新たな不都合が生じることが判明している。
図６及び図７に示すように、三相変調信号よりもキャリア信号が大きくなる部分が、インバータ３０における３相（即ち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）全てがオフとなるゼロベクトル期間となる。このゼロベクトル期間は、ＰＷＭセンター補正処理の実行により、三相変調信号のＰＷＭセンターが低く変更されると、補正前と比べて長くなる。すると、システム電圧ＶＨが上昇する期間が長くなり、結果的にシステム電圧ＶＨに発生するリプルが大きくなってしまう。即ち、ＰＷＭセンター補正処理には、素子の発熱を抑制するという効果がある一方で、システム電圧ＶＨのリプルを増大させてしまうという問題点がある。
図８及び図９に示すように、ＰＷＭセンター補正処理を行っていない状態で３次高調波補正処理を実施すると、３次高調波信号Ｖｈの振幅ずれ及び位相ずれが解消されるため、システム電圧ＶＨのリプルは小さくなる。しかしながら、ＰＷＭセンター補正処理を行っている状態で３次高調波補正処理を実施しても、システムＶＨのリプルを低減することはできない。つまり、ＰＷＭセンター補正処理を行うことによって増大したリプルについては、３次高調波補正処理を実施しても小さくすることはできない。
従って、ＰＷＭセンター補正処理を実施すると、状況によってはシステム電圧ＶＨのリプルが大きく増大し、正常にモータジェネレータＭＧを制御できなくなってしまうおそれがある。このような問題点を解消するために、本実施形態に係る車両制御装置は、図５で示したＰＷＭセンター補正実施領域において、ＰＷＭセンター補正処理及び３次高調波補正処理を状況に応じて切換えて実行する。
＜動作説明＞
次に、図１０を参照しながら、本実施形態に係る車両制御装置（ＥＣＵ１００）の動作について説明する。図１０は、第１実施形態に係る車両制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。なお、以下では、ＥＣＵ１００が実行する各種処理のうち、ＰＷＭセンター補正処理と３次高調波補正処理とを切替えるための判定処理について詳細に説明し、その他の処理については説明を省略している。
図１０に示すように、本実施形態に係る車両制御装置の動作時には、まず補正処理決定部１２４が、システム電圧ＶＨの値が閾値α（例えば、４５０Ｖ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。なお、ここでの閾値αは、「第１所定電圧」の一具体例であり、ＰＷＭセンター補正処理によるリプルの増加が、許容できない程に大きくなってしまうか否かを判定するために予め設定されている。ＰＷＭセンター補正処理によって発生するリプルは、システム電圧ＶＨが高くなるほど小さくなる。このため、どの程度の大きさのリプルまでを許容するかを予め決めておけば、そこから閾値αを決定することができる。
システム電圧ＶＨが閾値α以上であると判定された場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、補正処理決定部１２４は、ＰＷＭセンター補正処理を実行するようにＰＷＭセンター補正部１２２に指令を出す。この結果、ＰＷＭセンター補正部１２２は、ＰＷＭセンター補正処理を実行する（ステップＳ１０２）。この場合には、ＰＷＭセンター補正処理が行われた変調信号に基づいて、ＰＷＭ信号が生成される。
一方、システム電圧ＶＨが閾値α未満であると判定された場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、補正処理決定部１２４は、３次高調波補正を実行するように３次高調波補正部１２３に指令を出す。この結果、３次高調波補正部１２３は、３次高調波補正処理を実行する（ステップＳ１０３）。この場合には、３次高調波補正処理が行われた変調信号に基づいて、ＰＷＭ信号が生成される。
以上のように、本実施形態に係る車両制御装置では、システム電圧ＶＨが閾値α以上であるか否かによって変調信号に対する補正処理が選択される。なお、このような一連の処理は、ステップＳ１０２又はステップＳ１０３の処理が終了してから所定期間経過後に、再び実行されるようにしてもよい。
＜実施形態の効果＞
次に、図１１を参照しながら、上述した動作によって得られる技術的効果について、詳細に説明する。図１１は、システム電圧ＶＨとリプル及び素子発熱との関係を示す概念図である。
図１１に示すように、システム電圧ＶＨが閾値α以上となる場合には、システム電圧ＶＨに発生するリプルが相対的に小さくなる一方で、インバータ３０におけるスイッチング素子の損失（発熱）が相対的に大きくなる。このため、システム電圧ＶＨが閾値α以上である場合にＰＷＭセンター補正処理を実行するようにすれば、インバータ３０におけるスイッチング素子の発熱を抑制でき、発熱に起因する故障を防止することができる。また、システム電圧ＶＨにリプルが発生し難いため、ＰＷＭセンター補正処理を行ったとしても、リプルの発生は十分に小さく抑えられる。
一方、システム電圧ＶＨが閾値α未満となる場合には、システム電圧ＶＨに発生するリプルが相対的に大きくなる一方で、インバータ３０におけるスイッチング素子の損失が相対的に小さくなる。このため、システム電圧ＶＨが閾値α未満である場合に３次高調波補正処理を実行するようにすれば、システム電圧ＶＨのリプルが低減され、モータジェネレータＭＧを正確に制御することが可能となる。また、スイッチング素子における発熱も比較的小さいため、発熱を抑制するＰＷＭセンター補正処理を行わずとも、発熱に起因する故障が発生する可能性は低い。
以上のように、システム電圧ＶＨの高低によって補正処理を使い分ければ、ＰＷＭセンター補正処理及び３次高調波補正処理の夫々の特性を活かして、好適にモータジェネレータＭＧを駆動することが可能となる。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る車両制御装置について、図１２を参照して説明する。図１２は、第２実施形態に係る車両制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。
なお、第２実施形態は、上述した第１実施形態と比べて一部の動作が異なるのみであり、装置構成や他の動作については概ね同様である。このため、以下では既に説明した第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略するものとする。
＜動作説明＞
図１２に示すように、第２実施形態に係る車両制御装置の動作時には、まず補正処理決定部１２４が、水温センサＳ１で検出された冷却水の水温、又は素子温センサＳｕｐ〜Ｓｗｎで検出されたスイッチング素子の素子温が、閾値β（例えば、３０℃）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。なお、ここでの閾値βは、「第１所定温度」の一具体例であり、インバータ３０における各スイッチング素子の温度が、発熱による故障が発生し得る程度に高いか否かを判断するための閾値であり、例えば素子の耐熱仕様等に応じて予め設定されている。
水温または素子温が閾値β以上であると判定された場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、補正処理決定部１２４は、ＰＷＭセンター補正処理を実行するようにＰＷＭセンター補正部１２２に指令を出す。この結果、ＰＷＭセンター補正部１２２は、ＰＷＭセンター補正処理を実行する（ステップＳ２０２）。この場合には、ＰＷＭセンター補正処理が行われた変調信号に基づいて、ＰＷＭ信号が生成される。
一方、水温及び素子温が閾値β未満であると判定された場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、第１実施形態と同様に、システム電圧ＶＨが閾値α以上であるか否かが判定され（ステップＳ１０１）、ＰＷＭセンター補正処理（ステップＳ１０２）又は３次高調波補正処理（ステップＳ１０３）が選択的に実行される。
＜実施形態の効果＞
水温又は素子温が閾値β以上である場合には、スイッチング素子が故障する可能性があるため、発熱を抑制するためのＰＷＭセンター補正処理が実行されることが好ましい。しかしながら、第１実施形態のようにシステム電圧ＶＨだけから判断すると、実際のスイッチング素子の温度が考慮されず、結果的に発熱を抑制すべき状況においてもＰＷＭセンター補正処理が実行されず、３次高調波補正処理が実行されてしまう可能性がある。
このため第２実施形態では、まず水温又は素子温によって実際のスイッチング素子の温度を推定し、水温又は素子温が閾値β以上である場合には、システム電圧ＶＨによらず、発熱を抑制するためのＰＷＭセンター補正処理を実行する。つまり、スイッチング素子の温度に応じて、ＰＷＭセンター補正処理が優先的に実行されるため、スイッチング素子の発熱による故障を好適に防止することが可能である。
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る車両制御装置について、図１３を参照して説明する。図１３は、第３実施形態に係る車両制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。
なお、第３実施形態は、上述した第１及び第２実施形態と比べて一部の動作が異なるのみであり、装置構成や他の動作については概ね同様である。このため、以下では既に説明した第１及び第２実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略するものとする。
＜動作説明＞
図１３に示すように、第３実施形態に係る車両制御装置の動作時には、まず補正処理決定部１２４が、水温センサＳ１で検出された冷却水の水温、又は素子温センサＳｕｐ〜Ｓｗｎで検出されたスイッチング素子の素子温が、閾値β２（例えば、３０℃）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。なお、ここでの閾値β２は、「第２所定温度」の一具体例であり、第２実施形態のβと同様に、インバータ３０における各スイッチング素子の温度が、発熱による故障が発生し得る程度に高いか否かを判断するための閾値であり、例えば素子の耐熱仕様等に応じて予め設定されている。
水温または素子温が閾値β２以上であると判定された場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、補正処理決定部１２４は、ＰＷＭセンター補正処理を実行するようにＰＷＭセンター補正部１２２に指令を出す。この結果、ＰＷＭセンター補正部１２２は、ＰＷＭセンター補正処理を実行する（ステップＳ３０２）。この場合には、ＰＷＭセンター補正処理が行われた変調信号に基づいて、ＰＷＭ信号が生成される。
また、ＰＷＭセンター補正処理が実行される場合には、システム電圧ＶＨが所定電圧α２（例えば、４５０Ｖ）以上となるように指令が出力される（ステップＳ３０３）。このため、システム電圧ＶＨが所定電圧α２よりも低い場合には、システム電圧ＶＨが所定電圧α２よりも高くなるよう制御され、システム電圧ＶＨが所定電圧α２よりもすでに高い場合には、その後、所定電圧α２よりも低くならないように高い状態で維持される。なお、ここでの所定電圧α２は、「第２所定電圧」の一具体例であり、第１実施形態の閾値αと同様に、ＰＷＭセンター補正処理によるリプルの増加が、許容できない程に大きくなってしまうか否かを判定するために予め設定されている。
一方、水温及び素子温が閾値β２未満であると判定された場合（ステップＳ３０１：ＮＯ）、補正処理決定部１２４は、３次高調波補正を実行するように３次高調波補正部１２３に指令を出す。この結果、３次高調波補正部１２３は、３次高調波補正処理を実行する（ステップＳ３０４）。この場合には、３次高調波補正処理が行われた変調信号に基づいて、ＰＷＭ信号が生成される。
＜実施形態の効果＞
水温又は素子温が閾値β２以上である場合には、スイッチング素子が故障する可能性がある。このため第３実施形態では、水温又は素子温が閾値β２以上である場合に、発熱を抑制するためのＰＷＭセンター補正処理を実行する。よって、スイッチング素子の発熱に起因する故障を好適に防止することが可能である。一方で、水温又は素子温が閾値β２未満である場合には、発熱による故障の可能性は低いと判断できるため、ＰＷＭセンター補正処理ではなく３次高調波補正処理を実行する。これにより、システム電圧ＶＨのリプルが低減され、モータジェネレータＭＧを正確に制御することが可能となる。
また、第３実施形態では、第１及び第２実施形態のようにシステム電圧ＶＨが閾値α以上であるか否かを判定していないため、ＰＷＭセンター補正処理を実行することによって、システム電圧ＶＨのリプルが大きく増加してしまうおそれがある。このため、ＰＷＭセンター補正処理を行う場合には、システム電圧ＶＨが所定電圧α２よりも高くなるように制御され、システム電圧ＶＨが低いことに起因するリプルの増加が防止される。
以上、第１から第３実施形態に係る車両制御装置によれば、システム電圧ＶＨ、冷却水の水温、又はスイッチング素子の温度に応じて、適切な補正処理が選択的に実行される。この結果、スイッチング素子の発熱による故障を防止しつつ、好適にモータジェネレータＭＧを動作させることが可能となる。
なお、上述の説明では、車両１が単一のモータジェネレータＭＧを備える例を用いて説明を進めている。しかしながら、車両１は、複数のモータジェネレータＭＧを備えていてもよい。この場合、車両１は、モータジェネレータＭＧ毎に対応するインバータ３０を備えていることが好ましい。また、この場合、ＥＣＵ１００は、インバータ３０毎に独立して上述したインバータ制御動作を行ってもよい。或いは、車両１は、モータジェネレータＭＧに加えてエンジンを更に備えていてもよい。つまり、車両１は、ハイブリッド車両であってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
１ 車両制御装置
１０ 直流電源
２０ コンバータ
３０ インバータ
１００ ＥＣＵ
２００ 冷却器
Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ
Ｌ１ リアクトル
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
ＭＧ モータジェネレータ
Ｑｕｐ、Ｑｖｐ、Ｑｗｐ ｐ側スイッチング素子
Ｑｕｎ、Ｑｖｎ、Ｑｗｎ ｎ側スイッチング素子
Ｄｕｐ、Ｄｕｎ、Ｄｖｐ、Ｄｖｎ、Ｄｗｐ、Ｄｗｎ 整流用ダイオード
Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎ 素子温センサ
Ｓ１ 水温センサ
ＶＨ システム電圧

Claims (4)

  1. 動力源としての交流モータと、直流電圧を交流電圧に変換して前記交流モータに供給するインバータとを備える車両を制御する車両制御装置であって、
    前記インバータの電圧を制御する電圧指令信号に３次高調波信号を重畳することで変調信号を生成する変調手段と、
    前記変調信号の中心値を、前記インバータにおける損失が小さくなるように補正する第１補正処理を実行可能な第１補正手段と、
    前記変調信号の変調率が所定値以上となる場合に、前記電圧指令信号に対する前記３次高調波信号の振幅ずれ及び位相ずれを小さくするように補正する第２補正処理を実行可能な第２補正手段と、
    前記交流モータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合において、（ｉ）前記直流電圧が第１所定電圧以上である場合には前記第１補正処理を実行するように前記第１補正手段を制御し、（ｉｉ）前記直流電圧が前記第１所定電圧未満である場合には前記第２補正処理を実行するように前記第２補正手段を制御する制御手段と
    を備えることを特徴とする車両制御装置。
  2. 前記制御手段は、前記インバータの冷却水の温度又は前記インバータに含まれる素子の温度が第１所定温度以上である場合には、前記直流電圧が前記第１所定電圧以上であるか否かによらず、前記第１補正処理を実行するように前記第１補正手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
  3. 動力源としての交流モータと、直流電圧を交流電圧に変換して前記交流モータに供給するインバータとを備える車両を制御する車両制御装置であって、
    前記インバータの電圧を制御する電圧指令信号に３次高調波信号を重畳することで変調信号を生成する変調手段と、
    前記変調信号の中心値を、前記インバータにおける損失が小さくなるように補正する第１補正処理を実行可能な第１補正手段と、
    前記変調信号の変調率が所定値以上となる場合に、前記電圧指令信号に対する前記３次高調波信号の振幅ずれ及び位相ずれを小さくするように補正する第２補正処理を実行可能な第２補正手段と、
    前記交流モータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合において、（ｉ）前記インバータの冷却水の温度又は前記インバータに含まれる素子の温度が第２所定温度以上である場合には、前記第１補正処理を実行するように前記第１補正手段を制御し、（ｉｉ）前記インバータの冷却水の温度及び前記インバータに含まれる素子の温度が前記第２所定温度未満である場合には、前記第２補正処理を実行するように前記第２補正手段を制御する制御手段と
    を備えることを特徴とする車両制御装置。
  4. 前記制御手段は、前記インバータの冷却水の温度又は前記インバータに含まれる素子の温度が前記第２所定温度以上である場合に、前記直流電圧を第２所定電圧以上に維持した状態で、前記第１補正処理を実行するように前記第１補正手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
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