JP6907506B2

JP6907506B2 - 自動車

Info

Publication number: JP6907506B2
Application number: JP2016214431A
Authority: JP
Inventors: 伸太郎辻井; 勇人馬場; 弘嗣大畠
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2016-11-01
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2036-11-01
Also published as: JP2018070033A

Description

本発明は、自動車に関し、詳しくは、電動機と蓄電装置とインバータと制御装置とを備える駆動装置を搭載する自動車に関する。

従来、この種の駆動装置を搭載する自動車としては、駆動輪を駆動する電動機を非駆動状態に制御する際には、インバータをシャットダウン制御し、電動機の逆起電圧がバッテリの端子間電圧を超えると、シャットダウン制御を行わず、弱め界磁制御を行なうものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、弱め界磁制御を行なうことにより、電動機を駆動しないときには、電動機が発電機として機能しないようにし、車両にブレーキが作用しないようにしている。

特開２０００−２５３５１２号公報

電動機の逆起電圧は、電動機の回転速度と逆起電圧定数との積として算出されるため、逆起電圧定数を予め求めておけば、電動機の回転速度を検出することにより逆起電圧を推定することができる。しかし、逆起電圧定数は、電動機のロータ（磁石）の温度により変化するため、電動機の回転速度のみに基づいてその逆起電圧を推定すると、電動機の逆起電圧がバッテリの端子間電圧を超えているにも拘わらず端子間電圧を超えていないと誤判定する場合が生じる。この場合、シャットダウン制御を行なわれて、電動機が発電し、車両にブレーキが作用してしまう。逆起電圧定数が変化することを考慮して予め逆起電圧定数にマージンを含めることも考えられるが、シャットダウン制御を実行可能な領域が狭くなり、弱め界磁制御が行なわれる結果、効率が悪化してしまう。

本発明の駆動装置は、逆起電圧をより正確に推定してシャットダウン制御とゼロトルク制御との切り替えをより適切に行なうことを主目的とする。

本発明の自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の自動車は、
ロータとステータとを有し該ロータの回転に伴って逆起電圧を発生する電動機と、蓄電装置と、前記蓄電装置側と前記電動機側とに接続されてスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動するインバータと、を備える駆動装置を搭載する自動車であって、
前記電動機の駆動が不要な場合、前記電動機の逆起電圧が前記インバータより前記蓄電装置側の電圧である蓄電装置側電圧よりも大きいときに、前記電動機からの出力トルクが値０となるよう該電動機の電圧指令を設定して前記インバータを制御するゼロトルク制御を実行し、前記ゼロトルク制御が実行されている最中に前記電動機の電圧指令が前記蓄電装置側電圧以下となったときに、前記インバータをシャットダウンするシャットダウン制御へ移行する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記ゼロトルク制御を実行しているときには、前記電動機の電圧指令と該電動機の回転速度とに基づいて該電動機の逆起電圧定数を推定し、前記シャットダウン制御を実行しているときには、前記シャットダウン制御への移行前に前記ゼロトルク制御において推定した移行前の逆起電圧定数と前記電動機のステータの温度とに基づいて現在の逆起電圧定数を推定し、前記現在の逆起電圧定数と前記電動機の回転速度とに基づいて該電動機の逆起電圧を推定するものであり、
前記現在の逆起電圧定数は、前記電動機のステータの温度が低いほど前記移行前の逆起電圧定数から大きく上昇するように推定される、
ことを要旨とする。

この本発明の自動車では、電動機の駆動が不要なときには、電動機の逆起電圧が蓄電装置側電圧よりも大きいときに、電動機からの出力トルクが値０となるよう電動機の電圧指令を設定してインバータを制御するゼロトルク制御を実行する。ゼロトルク制御が実行されている最中に電動機の電圧指令が蓄電装置側電圧以下となったときに、インバータをシャットダウンするシャットダウン制御へ移行する。ゼロトルク制御を実行しているときには、電動機の電圧指令は逆起電圧と一致するため、電動機の電圧指令が蓄電装置側電圧以下のときにシャットダウン制御へ移行することにより、効率を向上させることができる。そして、ゼロトルク制御を実行しているときには、電動機の電圧指令と電動機の回転速度とに基づいて電動機の逆起電圧定数を推定する。シャットダウン制御を実行しているときには、シャットダウン制御への移行前にゼロトルク制御において推定した逆起電圧定数と電動機の回転速度と電動機のステータの温度とに基づいてステータの温度が低いほど早く上昇するように電動機の逆起電圧を推定する。ここで、シャットダウン制御を実行しているときには、電圧指令に基づいて逆起電圧を推定できず、逆起電圧定数と電動機の回転速度とに基づいて逆起電圧を推定することができる。しかし、逆起電圧定数は、電動機のロータの温度変化によって変化するため、逆起電圧定数を一定値とすると、逆起電圧定数と電動機の回転速度とに基づいて推定される逆起電圧は必ずしも正確なものとはならない。一方、ロータの温度は、ゼロトルク制御からシャットダウン制御へ移行されると、ロータ周囲（ステータ）の温度に徐々に近づくと考えられる。このため、シャットダウン制御を実行しているときには、シャットダウン制御への移行前にゼロトルク制御において推定された逆起電圧定数と電動機の回転速度と電動機のステータの温度とに基づいてステータの温度が低いほど早く上昇するように電動機の逆起電圧を推定することで、より正確に逆起電圧を推定することができる。この結果、ゼロトルク制御とシャットダウン制御との切り替えを適切に行なうことができる。

こうした本発明の自動車において、前記制御装置は、前記シャットダウン制御を実行しているときには、前記シャットダウン制御への移行前に前記ゼロトルク制御において推定された逆起電圧定数からマージンを含めた最悪値へ向かって時間の経過と共に徐々に上昇し且つ前記電動機のステータの温度が低いほど早く上昇するように逆起電圧定数を推定し、該推定した逆起電圧定数と前記電動機の回転速度とに基づいて該電動機の逆起電圧を推定するものとしてもよい。

或いは、本発明の自動車において、前記制御装置は、前記シャットダウン制御の実行中には、前記電動機のステータの温度が低いほど大きくなるように目標値を設定し、前記シャットダウン制御への移行前に前記ゼロトルク制御において推定された逆起電圧定数から前記設定した目標値へ向かって時間の経過と共に徐々に上昇し且つ前記電動機のステータの温度が低いほど早く上昇するように逆起電圧定数を推定し、該推定した逆起電圧定数と前記電動機の回転速度とに基づいて該電動機の逆起電圧を推定するものとしてもよい。

本発明の一実施例としての駆動装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。モータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ４１，４２を中心とした電機駆動系の構成図である。モータＭＧ１，ＭＧ２を制御する制御ブロックを示すブロック図である。ゼロトルク指令時モータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。逆起電圧定数設定用マップの一例を示す説明図である。シャットダウン制御領域が変化する様子を示す説明図である。変形例の逆起電圧定数設定用マップを示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、モータＭＧ１，ＭＧ２を含む電気駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、冷却装置９０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４によって運転制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している

プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１のロータが接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、ダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

モータＭＧ１は、永久磁石が埋め込まれたロータと、三相コイルが巻回されたステータと、を有する同期発電電動機として構成されている。このモータＭＧ１は、上述したように、ロータがプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、モータＭＧ１と同様の同期発電電動機として構成されている。このモータＭＧ２は、ロータが駆動軸３６に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、本実施例では、エンジンコンパートメント内に配置されている。

インバータ４１は、高電圧系電力ライン５４に接続されている。このインバータ４１は、図２に示すように、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を備える。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、高電圧系電力ライン５４の正極母線と負極母線とに対して、ソース側とシンク側になるように、２個ずつペアで配置されている。６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれ、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータＭＧ１の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ４１に電圧が作用しているときに、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータＭＧ１が回転駆動される。なお、高電圧系電力ライン５４の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ５７が接続されている。

インバータ４２は、インバータ４１と同様に、６つのトランジスタＴ２１〜Ｔ２６と、６つのダイオードＤ２１〜Ｄ２６と、を備える。そして、インバータ４２に電圧が作用しているときに、モータＥＣＵ４０によって、対となるトランジスタＴ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータＭＧ２が回転駆動される。

昇圧回路５５は、インバータ４１，４２が接続された高電圧系電力ライン５４と、システムメインリレー５６を介してバッテリ５０が接続された低電圧系電力ライン５９と、に接続されている。この昇圧回路５５は、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２と、２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬ１と、を備える。トランジスタＴ３１は、高電圧系電力ライン５４の正極母線に接続されている。トランジスタＴ３２は、トランジスタＴ３１と、高電圧系電力ライン５４および低電圧系電力ライン５９の負極母線と、に接続されている。２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２は、それぞれ、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続されている。リアクトルＬ１は、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点Ｃｎ１と、低電圧系電力ライン５９の正極母線と、に接続されている。昇圧回路５５は、モータＥＣＵ４０によって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧系電力ライン５９の電力を昇圧して高電圧系電力ライン５４に供給したり、高電圧系電力ライン５４の電力を降圧して低電圧系電力ライン５９に供給したりする。なお、低電圧系電力ライン５９の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ５８が接続されている。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０に入力される信号としては、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置θｍ１，θｍ２や、モータＭＧ１の各相に流れる電流を検出する電流センサ４５Ｖ，４５Ｗ，４６Ｖ，４６Ｗからの相電流、モータＭＧ１のステータに取り付けられた温度センサ４７からのステータ温度Ｔｓｔ、コンデンサ５７の端子間に取り付けられた電圧センサ５７ａからのコンデンサ５７の電圧（高電圧系電力ライン５４の電圧、以下、高電圧系電圧という）ＶＨ、コンデンサ５８の端子間に取り付けられた電圧センサ５８ａからのコンデンサ５８の電圧（低電圧系電力ライン５９の電圧、以下、低電圧系電圧という）ＶＬなどを挙げることができる。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６へのスイッチング制御信号、昇圧回路５５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２のロータの回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。

冷却装置９０は、車両前方に設置されて外気との熱交換により冷却オイルを冷却するオイルクーラ９６と、オイルクーラ９６とモータＭＧ１，ＭＧ２とインバータ４１，４２とを接続する循環路９２と、循環路９２内の冷却オイルを循環させるポンプ９４と、を備える。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池として構成されており、上述したように、システムメインリレー５６を介して低電圧系電力ライン５９に接続されている。バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理される。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの電池電圧Ｖｂや、バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂ、バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂなどを挙げることができる。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。このバッテリＥＣＵ５２は、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、電池電流Ｉｂの積算値に基づいて、蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対する放電可能な電力の容量の割合である。また、バッテリＥＣＵ５２は、蓄電割合ＳＣＯと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０が充放電可能な電力の最大値である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔも演算している。

ＨＶＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ７６、時間を計測するタイマ７８、入出力ポート、通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、例えば、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号やシフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８８からの車速Ｖ、エンジンコンパートメント内に配置された外気温センサ８９からの外気温、循環路９２に設けられた油温センサ９８からのオイル温度などを挙げることができる。また、ＨＶＥＣＵ７０には、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。各種制御信号としては、例えば、システムメインリレー５６への駆動信号やポンプ９４への駆動信号などを挙げることができる。

ここで、実施例の駆動装置としては、モータＭＧ１と、インバータ４１と、バッテリ５０と、電子制御ユニット７０と、が相当する。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、走行モードとして、エンジン２２の運転を伴って走行するハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）と、エンジン２２の運転を停止して走行する電動走行モード（ＥＶ走行モード）とを有している。

ＨＶ走行モードで走行するときには、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行に要求される要求トルクＴｒ＊を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｒ（例えば、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２や車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算する。次に、計算した走行用パワーＰｄｒｖ＊からバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づくバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０を充電するときは負の値）を減じてエンジン要求パワーＰｅ＊を設定する。続いて、エンジン要求パワーＰｅ＊を効率よくエンジン２２から出力することができるエンジン２２の動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）とエンジン要求パワーＰｅ＊とに基づいてエンジン２２の運転ポイントとしての目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する。そして、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊で運転すると共にバッテリ４０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定し、目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅをエンジンＥＣＵ２４に送信し、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによってエンジン２２が運転されるようエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行なう。モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６をスイッチング制御すると共に高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ２１，Ｔ２２をスイッチング制御する。このＨＶ走行モードでは、エンジン要求パワーＰｅ＊が停止用閾値Ｐｓｔｏｐ未満に至ったときなどのエンジン停止条件が成立すると、エンジン２２の運転を停止してＥＶ走行モードでの走行に移行する。

ここで、モータＭＧ１の駆動制御は、モータＥＣＵ４０に含まれる図３の制御ブロックによって行なわれる。図３に示すように、モータＭＧ１の駆動制御は、まず、トルク指令Ｔｍ１＊に基づいて電流指令生成器６１によりｄｑ軸座標系（永久磁石の磁束方向をｄ軸としその直交方向をｑ軸とした座標系）におけるｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を生成する。電流指令生成器６１は、トルク指令に対応する電流指令の関係を予め定めた電流指令テーブルを用いてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を生成する。次に、モータＭＧ１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相にそれぞれ流れる電流の総和が値０であるとして、モータＭＧ１の制御用回転角θを用いて座標変換器６６により電流センサ４５Ｖ，４５ＷからのＶ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑに変換する（三相二相変換）。モータＭＧ１の制御用回転角θには、回転位置センサ４３により検出される回転角θｍ１を用いることができる。続いて、設定したｄ軸電流指令Ｉｄ＊，ｑ軸電流指令Ｉｑ＊と電流フィードバックのためのｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑとの差分ΔＩｄ，ΔＩｑを減算器６２ｄ，６２ｑにより演算する。そして、演算した差分ΔＩｄ，ΔＩｑに基づいて電圧指令変換器６３ｄ，６３ｑによりｄ軸電圧指令Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を生成する。ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を生成すると、上述したモータＭＧ１の制御用回転角θを用いて座標変換器６４によりｄ軸電圧指令Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する（二相三相変換）。そして、相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいてＰＷＭ変換器６５によりパルス幅変調信号を生成し、生成したパルス幅変調制御信号に基づいてインバータ４１のトランジスタをスイッチングすることによって直流電力を三相交流電力としてモータＭＧ１に印加する。なお、モータＭＧ２についても図３と同様の制御ブロックを用いて駆動制御することができるため、図示およびその説明を省略する。

ＥＶ走行モードで走行するときには、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０（ゼロトルク指令）を設定すると共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信する。モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は値０（ゼロトルク指令）であるから、モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１からトルクが出力されないようにインバータ４１を制御する。このＥＶ走行モードでは、ＨＶ走行モードによる走行時と同様に計算したエンジン要求パワーＰｅ＊が始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ以上に至ったときなどエンジン２２の始動条件が成立したときに、エンジン２２を始動してＨＶ走行モードでの走行に移行する。

エンジン２２とモータＭＧ１と駆動軸３６とはそれぞれプラネタリギヤ３０のキャリアとサンギヤとリングギヤとに接続されているため、ＥＶ走行モードの移行によってエンジン２２の運転が停止されると、モータＭＧ１は、駆動軸３６の回転数Ｎｒとプラネタリギヤ３０のギヤ比ρに応じた回転数（Ｎｒ／ρ）で回転し、回転数に応じた逆起電圧が発生する。

次に、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が値０（ゼロトルク指令）のとき（ＥＶ走行モードで走行するとき）のモータＭＧ１の動作について説明する。図４は、実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行されるゼロトルク指令時モータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が値０のときに所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

ゼロトルク指令時モータ制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０のＣＰＵは、まず、高電圧系電圧ＶＨやステータ温度Ｔｓｔ、モータ回転速度ωｍ１を入力する（ステップＳ１００）。ここで、高電圧系電圧ＶＨとステータ温度Ｔｓｔは、電圧センサ５７ａと温度センサ４７によりそれぞれ検出されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。モータ回転速度ωｍ１は、回転位置検出センサ４３により検出されたモータＭＧ１の回転位置θｍ１に基づいて演算される回転数Ｎｍ１に換算係数（２π／６０）を乗じたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。

次に、ゼロトルク制御を実行中か或いはシャットダウン制御を実行中かを判定する（ステップＳ１１０）。ゼロトルク制御は、モータＭＧ１からトルクが出力されないようトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチングする制御であり、シャットダウン制御は、全てのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をシャットダウン（ゲート遮断）する制御である。

ゼロトルク制御は、具体的には、モータＭＧ１のｄ軸およびｑ軸に電流が流れないよう値０のｄｑ軸電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を用いてｄｑ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定し、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊に基づき生成される制御信号によりインバータ４１（トランジスタＴ１１〜Ｔ１６）をスイッチングすることにより行なう。ここで、ｄｑ軸座標系におけるモータの電圧方程式は、次式（１）により示すことができる。式（１）中、Ｒはコイルの抵抗値を示し、Ｌｄはｄ軸インダクタンスを示し、Ｌｑはｑ軸インダクタンスを示し、ωはモータの電気角速度を示し、Φは永久磁石の鎖交磁束を示す。

ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを値０とすると、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑは式（２）で示される。ωΦは逆起電圧であるから、ｄ軸電流指令Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑが値０となるようにインバータをスイッチングすることにより、ｑ軸電圧Ｖｑが逆起電圧ωΦと一致する。即ち、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊を値０としてゼロトルク制御を実行すると、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊はモータの逆起電圧ωΦと一致する。

ステップＳ１１０でゼロトルク制御を実行中であると判定すると、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を入力し（ステップＳ１２０）、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊が高電圧系電圧ＶＨ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。上述したように、ゼロトルク制御において、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊を値０とすると、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊は逆起電圧と一致する。このため、ステップＳ１２０の判定は、モータＭＧ１の逆起電圧が高電圧系電圧ＶＨ以下であるか否かを判定するものに相当する。ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊が高電圧系電圧ＶＨ以下でない、即ち高電圧系電圧ＶＨよりも大きいと判定すると、ゼロトルク制御を継続して本ルーチンを終了する。モータＭＧ１の逆起電圧が高電圧系電圧ＶＨよりも大きいときにインバータ４１をシャットダウン（ゲート遮断）すると、逆起電圧に基づく電流が高電圧系電力ライン５４に流れ、モータＭＧ１が発電機として機能し、モータＭＧ１から制動力が出力される。これを防止するために、モータＭＧ１の逆起電圧が高電圧系電圧ＶＨよりも大きいときには、ゼロトルク制御を実行するものとした。但し、ゼロトルク制御は、式（２）に示したように、ｑ軸に電圧が作用するようインバータ４１をスイッチングするため、シャットダウン制御に比して効率は悪化する。

ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊が高電圧系電圧ＶＨ以下であると判定すると、入力したｑ軸電圧指令Ｖｑ＊とモータ回転速度ωｍ１とに基づいて次式（３）により逆起電圧定数Ｋｅを算出し（ステップＳ１４０）、算出した逆起電圧定数Ｋｅを移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０としてＲＡＭ７６に記憶する（ステップＳ１５０）。上述したように、ゼロトルク制御において、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊を値０とすると、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊は逆起電圧と一致するから、式（３）のＫｅは、モータＭＧ１の逆起電圧をモータ回転速度ωｍ１で除したものに相当する。

Ke=Vq*/ωm1 (3)

そして、インバータ４１のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をシャットダウン（ゲート遮断）するシャットダウン制御へ移行し（ステップＳ１６０）、タイマ７８の計測を開始して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。

シャットダウン制御へ移行すると、次に、ゼロトルク指令時モータ制御ルーチンが実行された場合に、ステップＳ１１０において、ゼロトルク制御でなく、シャットダウン制御を実行中であると判定する。この場合、まず、移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０を推定する（ステップＳ１８０）。移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０は、シャットダウン制御への移行直前におけるモータＭＧ１のロータ温度を示すものであり、移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０に基づいて推定される。移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０は、シャットダウン制御への移行直前にゼロトルク制御において推定された逆起電圧定数を示すものである。ここで、逆起電圧定数は、上述した式（２）および（３）からわかるように、ロータに用いられる永久磁石の鎖交磁束と等価であり、永久磁石の鎖交磁束は永久磁石の温度と相関関係を有しているため、移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０に基づいてシャットダウン制御への移行直前におけるロータ温度（移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０）を推定することができる。具体的には、移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０と移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０との関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０が与えられると、マップから対応する移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０を導出するものとした。

移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０を推定すると、移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０とステータ温度Ｔｓｔとシャットダウン制御へ移行されてからの経過時間であるタイマ７８の計測値ｔとに基づいて現在の逆起電圧定数Ｋｅを推定し（ステップＳ１９０）、推定した逆起電圧定数Ｋｅとモータ回転速度ωｍ１との積によりモータＭＧ１の逆起電圧Ｖｂｅを算出する（ステップＳ２００）。ここで、シャットダウン制御を実行しているときの逆起電圧定数Ｋｅは、図５に例示する逆起電圧定数設定用マップを用いて推定される。具体的には、移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０から時間（計測値ｔ）の経過と共に最悪値に向かって上昇し且つステータ温度Ｔｓｔが低いほど上昇レートが大きくなるように逆起電圧定数Ｋｅを推定することにより行なわれる。ここで、最悪値とは、ロータ（永久磁石）の温度が想定される使用温度範囲の下限温度となったときの逆起電圧定数であり、実験などにより予め求められた値が用いられる。こうして逆起電圧Ｖｂｅを算出すると、算出した逆起電圧Ｖｂｅが高電圧系電圧ＶＨよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２１０）。逆起電圧定数Ｖｂｅが高電圧系電圧ＶＨよりも大きくない、即ち高電圧系電圧ＶＨ以下であると判定すると、シャットダウン制御を維持したまま本ルーチンを終了する。一方、逆起電圧定数Ｖｂｅが高電圧系電圧ＶＨよりも大きいと判定すると、ゼロトルク制御へ移行し（ステップＳ２２０）、タイマ７８の計測を終了すると共にその計測値ｔをリセットして（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。

ここで、シャットダウン制御を実行しているときには、ｄ軸電圧指令Ｖｑ＊によって逆起電圧Ｖｂｅを推定できないため、逆起電圧定数ＫｅとモータＭＧ１の回転速度ωｍ１とから逆起電圧Ｖｂｅを算出する必要がある。このとき、逆起電圧定数Ｋｅとして、予め定めた一定値を用いることが考えられる。しかし、上述したように、逆起電圧定数Ｋｅはロータ（永久磁石）の温度変化によって変化するため、逆起電圧定数Ｋｅを一定値とすると、逆起電圧Ｖｂｅを正確に算出することができない。この結果、実際には逆起電圧Ｖｂｅが高電圧系電圧ＶＨを超えているにも拘わらず、逆起電圧Ｖｂｅが高電圧系電圧ＶＨ以下と誤判定される場合が生じる。この場合、シャットダウン制御が実行されるため、モータＭＧ１が発電機として機能し、モータＭＧ１から制動力が出力されてしまう。一方で、逆起電圧定数に大きなマージンを含めるものとすると、モータＭＧ１が発電機として機能するのを防止できるが、シャットダウン制御の実行領域が狭くなり、効率が悪化してしまう。ここで、シャットダウン制御（ゲート遮断）が実行されると、モータＭＧ１のロータ温度が時間の経過と共に徐々にロータ周囲の温度（ステータ温度Ｔｓｔ）に近づくと考えられる。そこで、本実施例では、移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０とステータ温度Ｔｓｔとタイマ７８の計測値ｔとに基づいて逆起電圧定数Ｋｅを推定し、推定した逆起電圧定数Ｋｅと回転速度ωｍ１との積により逆起電圧Ｖｂｅを算出する。これにより、逆起電圧Ｖｂｅをより正確に算出することができ、逆起電圧Ｖｂｅと高電圧系電圧ＶＨとを比較する際の誤判定を抑制することができる。また、逆起電圧定数を一定値（最悪値）とするものに比して、シャットダウン制御の実行領域を広げることができるため、効率を向上させることができる。なお、本実施例では、逆起電圧定数Ｋｅは、ステータ温度Ｔｓｔに拘わらず最終的には最悪値に収束するように推定されるため、最終的には比較的大きなマージンを含むことになる。しかし、ステータ温度Ｔｓｔが高いときには低いときに比して、逆起電圧定数Ｋｅが最悪値に収束するまでの上昇が遅くなるため、逆起電圧定数Ｋｅに基づいて算出される逆起電圧Ｖｂｅの上昇が遅くなる。したがって、過渡的にはシャットダウン制御の実行領域を広げることができるため、効率を高めることができる。

図６は、シャットダウン制御領域が変化する様子を示す説明図である。なお、図６では、シャットダウン制御領域は、モータ回転速度ωｍ１が閾値（ＶＨ／Ｋｅ）以下となる領域である。本実施例では、シャットダウン制御を実行しているときには、逆起電圧定数Ｋｅは最悪値に向かって時間の経過と共に徐々に上昇する。このため、閾値（ＶＨ／Ｋｅ）は、シャットダウン制御への移行直前に推定された逆起電圧の推定値に基づく値から最悪値に基づく値へ向かって時間の経過と共に徐々に小さくなっていく。そして、ステータ温度Ｔｓｔが高いほど閾値（ＶＨ／Ｋｅ）の移動が遅くなるため、その分、シャットダウン制御の実行領域が広がるから、効率を高めることができる。一方、ステータ温度Ｔｓｔが低いときには閾値（ＶＨ／Ｋｅ）の移動が速くなるため、シャットダウン制御の実行領域が狭くなるものの、モータＭＧ１が発電機として機能するのを防止することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ１にゼロトルク指令がなされたときに、逆起電圧Ｖｂｅが高電圧系電圧ＶＨより大きいときにはモータＭＧ１のｄｑ軸に電流が流れないようにｄｑ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定してインバータ４１をスイッチングするゼロトルク制御を実行する。ゼロトルク制御を実行している最中にｑ軸電圧指令Ｖｑ＊が高電圧系電圧ＶＨ以下となったときには、シャットダウン制御へ移行する。ゼロトルク制御を実行しているときには、モータＭＧ１のｑ軸電圧指令Ｖｑ＊は逆起電圧と一致するため、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊が高電圧系電圧ＶＨ以下のときにシャットダウン制御へ移行することにより、効率を高めることができる。ゼロトルク制御を実行しているときには、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊をモータ回転速度ωｍ１で除した値により移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０を推定し、シャットダウン制御を実行しているときには、ゼロトルク制御において推定した移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０から移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０を推定し、移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０とステータ温度Ｔｓｔとシャットダウン制御へ移行してからの経過時間ｔとに基づいて逆起電圧定数Ｋｅを推定して逆起電圧Ｖｂｅを算出する。逆起電圧定数Ｋｅの推定は、移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０から時間の経過と共に上昇し且つモータＭＧ１のステータ温度Ｔｓｔが低いほど上昇レートが大きくなるように行なう。逆起電圧定数ＫｅはモータＭＧ１のロータの温度変化によって変化し、ロータ温度はシャットダウン制御の実行中にロータ周囲の温度（ステータ温度Ｔｓｔ）に時間の経過と共に徐々に近づくと考えられる。このため、シャットダウン制御へ移行した後は、移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０から求められる移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０とステータ温度Ｔｓｔとタイマ７８の計測値ｔによってロータの温度変化を予測することで、シャットダウン制御においても逆起電圧Ｖｂｅを正確に算出することが可能となる。これにより、ゼロトルク制御とシャットダウン制御との切り替えを適切に行なうことができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１のステータに設けられた温度センサ４７によりシャットダウン制御中のモータＭＧ１のロータ温度を推定するためのステータ温度Ｔｓｔを検出するものとした。しかし、モータＭＧ１が設けられたエンジンコンパートメント内に配置された外気温センサ８９からの外気温に基づいてモータＭＧ１のステータ温度を推定するものとしてもよい。また、モータＭＧ１を冷却する冷却オイルの温度を検出する油温センサ９８からの油温に基づいてモータＭＧ１のステータ温度を推定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、シャットダウン制御を実行しているときには、シャットダウン制御への移行直前にゼロトルク制御において推定された移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０から時間の経過と共に最悪値に向かって徐々に上昇し且つモータＭＧ１のステータ温度Ｔｓｔが低いほど上昇レートが大きくなるように逆起電圧定数Ｋｅを推定するものとした。しかし、図７の逆起電圧定数設定用マップに示すように、モータＭＧ１のステータ温度Ｔｓｔが低いほど大きくなるように逆起電圧定数の目標値を設定し、移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０から時間の経過と共に設定した目標値に向かって徐々に上昇し且つステータ温度Ｔｓｔが低いほど大きな上昇レートで上昇するように逆起電圧定数Ｋｅを推定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１のゼロトルク制御において、ｄｑ軸電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を値０としたときのｑ軸電圧指令Ｖｑ＊をモータＭＧ１の逆起電圧として推定した。しかし、回転位置センサ４３にオフセット誤差が含まれる場合（永久磁石の磁束方向がｄ軸に対して所定角αズレている場合）、ｄ軸電流およびｑ軸電流を値０としても、次式（４）に示すように、ｑ軸電圧Ｖｑは、逆起電圧ωΦに所定角αの余弦を乗じた値となり、逆起電圧ωΦと一致しない。このため、式（４）から求まる次式（５）を用いて逆起電圧ωΦを算出してもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、シャットダウン制御を実行しているときには、移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０から移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０を推定し、移行直前ロータ温度Ｔｒｏ０とステータ温度Ｔｓｔと経過時間ｔとに基づいて逆起電圧定数Ｋｅを推定し、推定した逆起電圧定数Ｋｅとモータ回転速度ωｍ１とに基づいて逆起電圧Ｖｂｅを算出した。しかし、移行直前逆起電圧定数Ｋｅ０とステータ温度Ｔｓｔとモータ回転速度ωｍ１とシャットダウン制御へ移行してからの経過時間ｔとに基づいて直接に逆起電圧定数Ｖｂｅを算出してもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、昇圧回路５５を備えるものとしたが、昇圧回路５５を備えないものとしてもよい。

実施例では、本発明を、エンジン２２とモータＭＧ１とプラネタリギヤ３０とモータＭＧ２とバッテリ５０とを備えるハイブリッド自動車２０において、モータ運転モードにより走行する場合のモータＭＧ１の制御に適用した。しかし、本発明を、前輪に接続された前輪用モータと、後輪に接続された後輪用モータとを備える自動車において、走行に大きな駆動力が要求されたときや低μ路を走行するときなどの所定条件が成立したときに前輪用モータおよび後輪用モータの両方を駆動し、所定条件が成立していないときに一方のモータ（前輪用モータ）のみを駆動するものとした場合の他方のモータ（後輪用モータ）の制御に適用してもよい。また、本発明を、走行用のモータを備える自動車において、走行中にシフトレバーがニュートラルポジションに操作されたときのモータの制御に適用するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータＭＧ１が「電動機」に相当し、バッテリ５０が「蓄電装置」に相当し、インバータ４１が「インバータ」に相当し、図４のゼロトルク指令時モータ制御ルーチンを実行するＨＶＥＣＵ７０が「制御装置」に相当し、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊が「電圧指令」に相当し、高電圧系電圧ＶＨが「蓄電装置側電圧」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、駆動装置や車両の製造産業などに利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４エンジンＥＣＵ、２６クランクシャフト、２８ダンパ、３０プラネタリギヤ、３６駆動軸、３８デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ駆動輪、４０モータＥＣＵ、４１，４２インバータ、４３，４４回転位置検出センサ、４５Ｖ，４５Ｗ，４６Ｖ，４６Ｗ電流センサ、４７温度センサ、５０バッテリ、５１ａ電圧センサ、５１ｂ電流センサ、５２バッテリＥＣＵ、５４高電圧系電力ライン、５５昇圧回路、５６システムメインリレー、５７，５８コンデンサ、５７ａ，５８ａ電圧センサ、５９低電圧系電力ライン、６１電流指令生成器、６２ｄ，６２ｑ減算器、６３ｄ，６３ｑ電圧指令変換器、６４座標変換器、６５ＰＷＭ変換器、６６座標変換器、７０ＨＶＥＣＵ、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、７８タイマ、８０イグニッションスイッチ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ、８９外気温センサ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ、Ｄ１１〜Ｄ１６ダイオード、Ｌ１リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１，Ｔ２２トランジスタ。

Claims

ロータとステータとを有し該ロータの回転に伴って逆起電圧を発生する電動機と、蓄電装置と、前記蓄電装置側と前記電動機側とに接続されてスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動するインバータと、を備える駆動装置を搭載する自動車であって、
前記電動機の駆動が不要な場合、前記電動機の逆起電圧が前記インバータより前記蓄電装置側の電圧である蓄電装置側電圧よりも大きいときに、前記電動機からの出力トルクが値０となるよう該電動機の電圧指令を設定して前記インバータを制御するゼロトルク制御を実行し、前記ゼロトルク制御が実行されている最中に前記電動機の電圧指令が前記蓄電装置側電圧以下となったときに、前記インバータをシャットダウンするシャットダウン制御へ移行する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記ゼロトルク制御を実行しているときには、前記電動機の電圧指令と該電動機の回転速度とに基づいて該電動機の逆起電圧定数を推定し、前記シャットダウン制御を実行しているときには、前記シャットダウン制御への移行前に前記ゼロトルク制御において推定した移行前の逆起電圧定数と前記電動機のステータの温度とに基づいて現在の逆起電圧定数を推定し、前記現在の逆起電圧定数と前記電動機の回転速度とに基づいて該電動機の逆起電圧を推定するものであり、
前記現在の逆起電圧定数は、前記電動機のステータの温度が低いほど前記移行前の逆起電圧定数から大きく上昇するように推定される、
自動車。