KR20170123245A - 자동차 - Google Patents

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KR20170123245A
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도시히로 야마모토
겐지 야마다
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

자동차는, 모터의 회전수 및 토크 지령으로 이루어지는 목표 동작점이 소정 영역 외인 경우에는, 상기 토크 지령에 의거하는 각 상의 전압 지령과, 반송파 전압의 비교에 의해 상기 복수의 스위칭 소자의 제 1 PWM 신호를 생성하여 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭을 행하는 제 1 PWM 제어를 실행하고, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우에는, 상기 토크 지령에 의거하는 전압의 변조율 및 전압 위상과, 상기 모터의 전기각의 소정 주기의 펄스수에 의거하여 상기 복수의 스위칭 소자의 제 2 PWM 신호를 생성하여 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭을 행하는 제 2 PWM 제어나, 상기 제 1 PWM 제어를 선택하여, 실행한다.

Description

자동차{VEHICLE}
본 발명은, 자동차에 관한 것으로, 상세하게는, 모터와 인버터와 배터리를 구비하는 자동차에 관한 것이다.
이 종류의 자동차로서는, 전동기와, 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 의해 전동기를 구동하는 인버터 회로를 가지는 전력 변환 장치를 구비하는 것에 있어서, 전동기의 전기 1주기의 펄스수와, 전동기의 토크 지령에 의거하는 전압의 변조율 및 전압 위상에 의거하여 복수의 스위칭 소자의 펄스 신호를 생성하고 복수의 스위칭 소자의 스위칭을 행하는 것이 제안되고 있다(예를 들면, 일본국 공개특허 특개2013-162660 참조). 이 자동차에서는, 펄스수와 변조율과 전압 위상에 의거하여 전력 변환 장치 및 전동기의 전력 손실이 최소가 되도록 펄스 신호를 생성함으로써, 전력 변환 장치 및 전동기를 가지는 구동 시스템 전체의 손실의 저감을 도모하고 있다(제 1 방법).
또한, 이 종류의 자동차로서는, 모터와, 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 의해 모터를 구동하는 인버터를 구비하는 것에 있어서, 모터의 토크 지령에 의거하는 각 상의 전압 지령과 반송파 전압의 비교에 의해 복수의 스위칭 소자의 PWM 신호를 생성하여 복수의 스위칭 소자의 스위칭을 행하는 것도 제안되고 있다(예를 들면, 일본국 공개특허 특개2014-75937 참조)(제 2 방법).
그러나, 제 1 방법에서는, 기본적으로, 제 2 방법에 비해, 펄스 신호(PWM 신호)를 생성하는 주기가 길어지고, 전동기(모터)의 응답성(목표 동작점이 변화했을 때의 동작점의 추종성)이 낮아진다. 또한, 전동기의 목표 동작점에 따라서는, 제 1 방법과 제 2 방법 중 어느 것을 이용해도 손실이 그다지 변하지 않는 경우도 있다. 이들로부터, 제 1 방법을 이용하는 것이 반드시 적합하다고는 말할 수 없다. 또한, 손실 등을 고려하면, 제 2 방법을 이용하는 것이 반드시 적합하다고는 말할 수 없다.
본 발명은, 전동기(모터)를 보다 적합하게 구동하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 제 1 태양에 관한 자동차는, 주행용의 모터와, 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 의해 상기 모터를 구동하는 인버터와, 상기 인버터를 개재하여 상기 모터와 전력을 주고받는 배터리와, 상기 모터의 토크 지령에 의거하여 상기 인버터를 제어하는 전자 제어 장치를 구비한다. 상기 전자 제어 장치는, 상기 모터의 회전수 및 토크 지령으로 이루어지는 목표 동작점이 소정 영역 외인 경우에는, 상기 토크 지령에 의거하는 각 상의 전압 지령과, 반송파 전압의 비교에 의해 상기 복수의 스위칭 소자의 제 1 PWM 신호를 생성하여 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭을 행하는 제 1 PWM 제어를 실행하도록 구성되고, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우에는, 상기 토크 지령에 의거하는 전압의 변조율 및 전압 위상과, 상기 모터의 전기각의 소정 주기의 펄스수에 의거하여 상기 복수의 스위칭 소자의 제 2 PWM 신호를 생성하여 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭을 행하는 제 2 PWM 제어나, 상기 제 1 PWM 제어를 선택하여, 실행하도록 구성된다.
제 1 PWM 제어를 실행하는 경우, 제 2 PWM 제어를 실행하는 경우에 비해, 모터의 응답성(목표 동작점이 변화했을 때의 동작점의 추종성)을 높게 할 수 있다. 또한, 제 2 PWM 제어를 실행하는 경우, 변조율과 전압 위상과 펄스수에 의거하여, 모터의 철손(鐵損)을 저감하도록(예를 들면 최소로 하도록) 제 2 PWM 신호를 생성하거나 전압이나 전류의 고조파(특히, 모터의 회전 6차나 회전 12차 등의 저차 고조파)를 저감하도록(예를 들면 최소로 하도록) 제 2 PWM 신호를 생성하거나 함으로써, 제 1 PWM 제어를 실행하는 경우에 비해, 모터의 철손을 저감하거나 고조파를 저감하거나 할 수 있다. 따라서, 상기 태양에 의하면 소정 영역을, 제 2 PWM 제어를 실행하는 것에 의한 효과가 어느 정도 예상되는 영역으로서 정하면, 목표 구동점에 따라서 모터를 보다 적합하게 구동할 수 있다.
상기 태양에 있어서, 상기 전자 제어 장치는, 상기 제 1 PWM 제어를 실행하는 경우에는, 반송파 전압의 반주기 또는 1주기에 상당하는 제 1 간격으로 상기 제 1 PWM 신호를 생성하고, 상기 제 2 PWM 제어를 실행하는 경우에는, 상기 제 1 간격보다도 긴 제 2 간격으로 제 2 PWM 신호를 생성하도록 구성되어도 된다.
상기 태양에 있어서, 상기 전자 제어 장치는, 상기 제 2 PWM 신호를 생성할 때에는, 상기 변조율과 상기 펄스수와 상기 전압 위상에 의거하여 스위칭각을 설정함과 함께 상기 펄스수에 의거하여 스위칭 패턴을 설정하고, 상기 스위칭각과 상기 스위칭 패턴에 의거하여 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 것으로 해도 된다. 여기에서, 「스위칭각」은, 모터의 각 상의 상전압(복수의 스위칭 소자 중 대응되는 상의 스위칭 소자의 온 오프)을 전환하는 각도를 의미한다. 「스위칭 패턴」은, 복수의 스위칭 소자의 온 오프의 조합을 의미한다. 이 경우, 상기 변조율과 상기 펄스수에 의거하여 스위칭 기준각을 설정하고, 상기 스위칭 기준각과 상기 전압 위상에 의거하여 상기 스위칭각을 설정하는 것으로 해도 된다.
상기 태양에 있어서, 상기 전자 제어 장치는, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우에도, 상기 변조율이 소정 변조율 미만인 경우에는, 상기 제 1 PWM 제어를 실행하도록 구성되어도 된다. 발명자는, 목표 동작점이 소정 영역 내인 경우에도, 변조율이 비교적 낮은 경우에는, 제 2 PWM 제어를 실행하는 것에 의한 효과가 비교적 작은 것을 발견했다. 따라서, 제 1 PWM 제어를 실행하고, 모터의 응답성을 높게 함으로써, 모터를 보다 적합하게 구동할 수 있다.
상기 태양에 있어서, 상기 전자 제어 장치는, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우에는, 상기 목표 동작점 및 상기 변조율에 의거하여 상기 펄스수를 설정하도록 구성되어도 된다. 이렇게 하면, 펄스수를 보다 적절한 것으로 하여 제 2 PWM 신호를 보다 적절한 것으로 할 수 있고, 모터를 보다 적합하게 구동할 수 있다.
상기에 있어서, 상기 전자 제어 장치는, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우에는, 상기 목표 동작점 및 상기 변조율에 의거하여, 상기 펄스수를 설정함과 함께 상기 모터의 철손을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입과 고조파를 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입을 포함하는 복수의 타입으로부터 1개를 선택 타입으로 설정하고, 상기 변조율과 상기 전압 위상과 상기 펄스수와 상기 선택 타입에 의거하여 상기 제 2 PWM 신호를 생성하도록 구성되어도 된다. 이렇게 하면, 펄스수 및 타입을 보다 적절한 것으로 하여 제 2 PWM 신호를 보다 적절한 것으로 할 수 있고, 모터를 보다 적합하게 구동할 수 있다.
상기 태양에 있어서, 상기 전자 제어 장치는, 상기 변조율이 비교적 큰 영역에서는, 상기 변조율이 비교적 작은 영역에 비해, 상기 펄스수를 적게 설정하도록 구성되어도 된다.
또한, 상기 태양에 있어서, 상기 전자 제어 장치는, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우라도, 상기 모터와 상기 인버터와 상기 배터리를 가지는 구동 시스템의 상태가 급변했을 때, 및/또는, 상기 구동 시스템의 상태의 급변이 예측되는 경우에는, 상기 제 1 PWM 제어를 실행하도록 구성되어도 된다. 제 2 PWM 제어를 실행하는 경우, 제 1 PWM 제어를 실행하는 경우에 비해 모터의 응답성이 낮아진다. 따라서, 구동 시스템의 상태가 급변했을 때나 구동 시스템의 상태의 급변이 예측되는 경우에는, 목표 동작점이 소정 영역 내인 경우라도 제 1 PWM 제어를 실행하고, 모터의 응답성을 높게 함으로써, 모터를 보다 적합하게 구동할 수 있다.
여기에서, 상기 태양에 있어서, 상기 전자 제어 장치는, 상기 토크 지령, 상기 회전수, 상기 인버터의 전압, 상기 배터리의 전압 중 적어도 1개의 단위 시간당의 변화량이 문턱값보다도 커진 경우에, 상기 구동 시스템의 상태가 급변했다고 판단하고, 상기 제 1 PWM 제어를 실행하도록 구성되어도 된다. 이렇게 하면, 구동 시스템의 상태가 급변했는지 여부를 토크 지령이나 회전수, 인버터의 전압, 배터리의 전압에 의거하여 판정할 수 있다.
또한, 상기 태양에 있어서, 상기 전자 제어 장치는, 주행로가 저(低)μ로인 경우, 상기 구동 시스템의 상태의 급변이 예측된다고 판단하고, 상기 제 1 PWM 제어를 실행하도록 구성되어도 된다. 이렇게 하면, 구동 시스템의 상태의 급변이 예측되는 경우인지 여부를 주행로에 의거하여 판정할 수 있다. 여기에서, 「저μ로」는, 젖은 노면, 눈길, 동결로 등의 구동륜의 공전(空轉)에 의한 슬립이 발생하기 쉬운 주행로를 의미한다.
또한, 상기 전자 제어 장치는, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우에는, 상기 목표 동작점 및 상기 변조율에 의거하여, 상기 펄스수를 설정함과 함께, 상기 모터의 철손을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 상기 모터의 동손(銅損)을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 상기 모터의 토크 리플을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 상기 인버터의 손실을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 상기 모터 및 상기 인버터의 토털 손실을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 전압의 고조파를 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 전류의 고조파를 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입을 포함하는 복수의 타입으로부터 1개를 선택 타입으로서 설정하고, 상기 변조율과 상기 전압 위상과 상기 펄스수와 상기 선택 타입에 의거하여 상기 제 2 PWM 신호를 생성하도록 구성되어도 된다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 특징, 이점, 및 기술적 그리고 산업적 중요성이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기술될 것이며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예로서의 전기 자동차의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다.
도 2는, 실시예의 전자 제어 유닛에 의해 실행되는 실행용 제어 설정 루틴의 일 예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은, 실시예의 전자 제어 유닛에 의해 실행되는 실행용 제어 설정 루틴의 일 예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는, 실시예의 전자 제어 유닛에 의해 실행되는 실행용 제어 설정 루틴의 일 예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는, 모터의 목표 동작점과 제 1, 제 2 PWM 제어의 영역의 관계의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 6은, 에어리어 1∼5 및 변조율 Rm과 실행용 제어 및 펄스 패턴 PP의 관계의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 7은, 펄스 패턴 PP 및 변조율 Rm과 스위칭 번호 1∼N의 스위칭 기준각 θstmp의 관계의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 8은, 펄스 패턴 PP와 스위칭 번호 1∼N의 스위칭 패턴 V의 관계의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 9는, 스위칭 번호 ns가 값 5이고 작성수 Ns가 값 4인 경우의, 스위칭 번호 5∼8과 스위칭각 θs[5]∼θs[8]과 스위칭 패턴 V[5]∼V[8]과 트랜지스터(T11∼T13)의 제 2 PWM 신호의 관계의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 10은, 변형예의 하이브리드 자동차의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다.
다음으로, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 실시예를 이용하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예로서의 전기 자동차(20)의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다. 실시예의 전기 자동차(20)는, 도시하는 바와 같이, 모터(32)와, 인버터(34)와, 배터리(36)와, 승압 컨버터(40)와, 전자 제어 유닛(50)을 구비한다.
모터(32)는, 동기 발전 전동기로서 구성되어 있으며, 영구 자석이 매립된 회전자와, 삼상(三相) 코일이 권회된 고정자를 구비한다. 이 모터(32)의 회전자는, 구동륜(22a, 22b)에 디퍼런셜 기어(24)를 개재하여 연결된 구동축(26)에 접속되어 있다.
인버터(34)는, 모터(32)에 접속됨과 함께 고전압계 전력 라인(42)을 개재하여 승압 컨버터(40)에 접속되어 있다. 이 인버터(34)는, 6개의 트랜지스터(T11∼T16)와, 6개의 다이오드(D11∼D16)를 가진다. 트랜지스터(T11∼T16)는, 각각, 고전압계 전력 라인(42)의 정극 모선과 부극 모선에 대하여, 소스측과 씽크측이 되도록, 2개씩 페어로 배치되어 있다. 6개의 다이오드(D11∼D16)는, 각각, 트랜지스터(T11∼T16)에 반대 방향으로 병렬 접속되어 있다. 트랜지스터(T11∼T16)의 쌍이되는 트랜지스터끼리의 접속점의 각각에는, 모터(32)의 삼상 코일(U상, V상, W상)의 각각이 접속되어 있다. 따라서, 인버터(34)에 전압이 작용하고 있을 때에, 전자 제어 유닛(50)에 의해, 쌍이 되는 트랜지스터(T11∼T16)의 온 시간의 비율이 조절됨으로써, 삼상 코일에 회전 자계가 형성되고, 모터(32)가 회전 구동된다. 이하, 트랜지스터(T11∼T13)를 「상측 아암」, 트랜지스터(T14∼T16)를 「하측 아암」이라고 하는 경우가 있다. 고전압계 전력 라인(42)의 정극 모선과 부극 모선에는, 평활용의 콘덴서(46)가 장착되어 있다.
배터리(36)는, 예를 들면 리튬 이온 이차 전지나 니켈 수소 이차 전지로서 구성되어 있으며, 저전압계 전력 라인(44)을 개재하여 승압 컨버터(40)에 접속되어 있다. 저전압계 전력 라인(44)의 정극 모선과 부극 모선에는, 평활용의 콘덴서(48)가 장착되어 있다.
승압 컨버터(40)는, 고전압계 전력 라인(42)과 저전압계 전력 라인(44)에 접속되어 있다. 이 승압 컨버터(40)는, 2개의 트랜지스터(T31, T32)와, 2개의 다이오드(D31, D32)와, 리액터(L)를 가진다. 트랜지스터(T31)는, 고전압계 전력 라인(42)의 정극 모선에 접속되어 있다. 트랜지스터(T32)는, 트랜지스터(T31)와, 고전압계 전력 라인(42) 및 저전압계 전력 라인(44)의 부극 모선에 접속되어 있다. 2개의 다이오드(D31, D32)는, 각각, 트랜지스터(T31, T32)에 반대 방향으로 병렬 접속되어 있다. 리액터(L)는, 트랜지스터(T31, T32)끼리의 접속점과, 저전압계 전력 라인(44)의 정극 모선에 접속되어 있다. 승압 컨버터(40)는, 전자 제어 유닛(50)에 의해, 트랜지스터(T31, T32)의 온 시간의 비율이 조절됨으로써, 저전압계 전력 라인(44)의 전력을 전압의 승압을 수반하여 고전압계 전력 라인(42)으로 공급하거나, 고전압계 전력 라인(42)의 전력을 전압의 강압을 수반하여 저전압계 전력 라인(44)으로 공급하거나 한다.
전자 제어 유닛(50)은, CPU(52)를 중심으로 하는 마이크로프로세서로 구성되어 있으며, CPU(52)의 외에, 처리 프로그램을 기억하는 ROM(54)이나 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(56), 입출력 포트를 구비한다.
전자 제어 유닛(50)에는, 각종 센서로부터의 신호가 입력 포트를 개재하여 입력되어 있다. 전자 제어 유닛(50)에 입력되는 신호로서는, 예를 들면, 모터(32)의 회전자의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출 센서(예를 들면 리졸버)(32a)로부터의 회전 위치 θm, 모터(32)의 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서(32u, 32v)로부터의 상전류 Iu, Iv를 들 수 있다. 또한, 배터리(36)의 단자간에 장착된 전압 센서(36a)로부터의 전압 VB, 배터리(36)의 출력 단자에 장착된 전류 센서(36b)로부터의 전류 IB도 들 수 있다. 또한, 콘덴서(46)의 단자간에 장착된 전압 센서(46a)로부터의 콘덴서(46)(고전압계 전력 라인(42))의 전압 VH, 콘덴서(48)의 단자간에 장착된 전압 센서(48a)로부터의 콘덴서(48)(저전압계 전력 라인(44))의 전압 VL도 들 수 있다. 게다가, 이그니션 스위치(60)로부터의 이그니션 신호, 시프트 레버(61)의 조작 위치를 검출하는 시프트 포지션 센서(62)로부터의 시프트 포지션 SP, 액셀 페달(63)의 밟음량을 검출하는 액셀 페달 포지션 센서(64)로부터의 액셀 개도 Acc, 브레이크 페달(65)의 밟음량을 검출하는 브레이크 페달 포지션 센서(66)로부터의 브레이크 페달 포지션 BP도 들 수 있다. 또한, 차속 센서(68)로부터의 차속 VS, 저μ로의 주행을 지시하는 저μ로 스위치(69)로부터의 저μ로 스위치 신호도 들 수 있다. 여기에서, 「저μ로」는, 젖은 노면, 눈길, 동결로 등의 구동륜(22a ,22b)의 공전에 의한 슬립이 발생하기 쉬운 주행로를 의미한다.
전자 제어 유닛(50)으로부터는, 각종 제어 신호가 출력 포트를 개재하여 출력되어 있다. 전자 제어 유닛(50)으로부터 출력되는 신호로서는, 예를 들면, 인버터(34)의 트랜지스터(T11∼T16)로의 스위칭 제어 신호, 승압 컨버터(40)의 트랜지스터(T31, T32)로의 스위칭 제어 신호를 들 수 있다.
전자 제어 유닛(50)은, 회전 위치 검출 센서(32a)로부터의 모터(32)의 회전자의 회전 위치 θm에 의거하여 모터(32)의 전기각 θe나 각속도 ωm, 회전수 Nm을 연산하고 있다. 또한, 전자 제어 유닛(50)은, 전류 센서(36b)로부터의 배터리(36)의 전류 IB의 적산값에 의거하여 배터리(36)의 충전량(SOC)을 연산하고 있다. 여기에서, SOC는, 배터리(36)의 전(全)용량에 대한 배터리(36)로부터 방전 가능한 전력의 용량의 비율이다.
이와 같이 구성된 실시예의 전기 자동차(20)에서는, 전자 제어 유닛(50)은, 이하의 주행 제어를 행한다. 주행 제어에서는, 액셀 개도 Acc와 차속 VS에 의거하여 구동축(26)에 요구되는 요구 토크 Td*를 설정하고, 설정한 요구 토크 Td*를 모터(32)의 토크 지령 Tm*로 설정하고, 모터(32)가 토크 지령 Tm*로 구동되도록 인버터(34)의 트랜지스터(T11∼T16)의 스위칭 제어를 행한다. 또한, 모터(32)를 토크 지령 Tm*로 구동할 수 있도록 고전압계 전력 라인(42)의 목표 전압 VH*를 설정하고, 고전압계 전력 라인(42)의 전압 VH가 목표 전압 VH*가 되도록 승압 컨버터(40)의 트랜지스터(T31, T32)의 스위칭 제어를 행한다.
여기서, 인버터(34)의 제어에 대해서 설명한다. 실시예에서는, 인버터(34)의 제어로서, 정현파 PWM(펄스폭 변조) 제어, 과변조 PWM 제어, 구형파 제어 중 어느 것을 실행한다. 정현파 PWM 제어는, 의사적(擬似的)인 삼상 교류 전압이 모터(32)에 인가(공급)되도록 인버터(34)를 제어하는 제어이며, 과변조 제어는, 과변조 전압이 모터(32)에 인가되도록 인버터(34)를 제어하는 제어이며, 구형파 제어는, 구형파 전압이 모터(32)에 인가되도록 인버터(34)를 제어하는 제어이다. 정현파 PWM 제어를 실행하는 경우, 정현파 전압에 의거하는 펄스폭 변조 전압을 의사적인 삼상 교류 전압으로 하는 경우에는, 변조율 Rm은 값 0∼대략 0.61이 되고, 정현파 전압에 3n차(예를 들면 3차) 고조파 전압을 중첩하여 얻어지는 중첩 후 전압에 의거하는 펄스폭 변조 전압을 의사적인 삼상 교류 전압으로 하는 경우에는, 변조율 Rm은 값 0∼대략 0.71이 된다. 변조율 Rm은, 인버터(34)의 입력 전압(고전압계 전력 라인(42)의 전압 VH)에 대한 출력 전압(모터(32)의 인가 전압)의 실효값의 비율이다. 실시예에서는, 정현파 PWM 제어를 실행할 수 있는 변조율 Rm의 영역을 크게 하기 위해, 중첩 후 전압에 의거하는 펄스폭 변조 전압을 의사적인 삼상 교류 전압으로 하는 것으로 했다. 또한, 구형파 제어를 실행하는 경우, 변조율 Rm은 대략 0.78이 된다. 실시예에서는, 이들을 근거로 하여, 변조율 Rm에 의거하여, 정현파 PWM 제어, 과변조 PWM 제어, 구형파 제어 중 어느 것을 실행하는 것으로 했다. 이하, 정현파 PWM 제어에 대해서 설명한다.
정현파 PWM 제어로서, 실시예에서는, 제 1 PWM 제어 또는 제 2 PWM 제어를 실행한다. 제 1 PWM 제어는, 모터(32)의 각 상의 전압 지령 Vu*，Vv*，Vw*와 반송파 전압(삼각파 전압)의 비교에 의해 트랜지스터(T11∼T16)의 제 1 PWM 신호를 생성하여 트랜지스터(T11∼T16)의 스위칭을 행하는 제어이다. 제 2 PWM 제어는, 전압의 변조율 Rm 및 전압 위상 θp와 소정 주기(예를 들면, 모터(32)의 전기각 θe의 반주기나 1주기 등)의 펄스수 Np에 의거하여 트랜지스터(T11∼T16)의 제 2 PWM 신호를 생성하고 트랜지스터(T11∼T16)의 스위칭을 행하는 제어이다. 또한, 제 1 PWM 제어를 실행하는 경우에는, 반송파 전압(주파수가 3㎑∼5㎑ 정도의 삼각파 전압)의 반주기나 1주기 등에 상당하는 간격 Δt1로 제 1 PWM 신호를 생성하고, 제 2 PWM 제어를 실행하는 경우에는, 간격 Δt1보다도 긴 간격 Δt2로 제 2 PWM 신호를 생성하는 것으로 했다.
제 1 PWM 제어를 실행하는 경우, 제 2 PWM 제어를 실행하는 경우에 비해, PWM 신호의 생성 주기를 짧게 할 수 있기 때문에, 모터(32)의 응답성(목표 동작점이 변화했을 때의 동작점의 추종성)을 높게 할 수 있다. 또한, 제 2 PWM 제어를 실행하는 경우, 모터(32)의 철손을 저감하도록(예를 들면 최소로 하도록) 제 2 PWM 신호를 생성하거나 전압이나 전류의 고조파(특히, 모터(32)의 회전 6차나 회전 12차 등의 저차 고조파)를 저감하도록(예를 들면 최소로 하도록) 제 2 PWM 신호를 생성하거나 함으로써, 제 1 PWM 제어를 실행하는 경우에 비해, 모터(32)의 철손을 저감하거나 고조파를 저감하거나 할 수 있다.
과변조 제어는, 실시예에서는, 제 1 PWM 제어와 동일하게 행하는 것으로 했다. 과변조 제어나 구형파 제어에 대해서는 본 발명의 중핵을 이루지 않는 점에서, 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 이와 같이 구성된 실시예의 전기 자동차(20)의 동작, 특히, 정현파 PWM 제어를 실행할 때에 제 1 PWM 제어 또는 제 2 PWM 제어를 실행용 제어로 설정할 때의 동작에 대해서 설명한다. 도 2∼도 4는, 실시예의 전자 제어 유닛(50)에 의해 실행되는 실행용 제어 설정 루틴의 일 예를 나타내는 플로우 차트이다. 이 루틴은, 전술의 간격 Δt1(제 1 PWM 신호의 생성 주기)과 동일 또는 그것보다도 짧은 간격으로 반복 실행된다.
실행용 제어 설정 루틴이 실행되면, 전자 제어 유닛(50)의 CPU(52)는, 우선, 모터(32)의 상전류 Iu, Iv나 전기각 θe, 회전수 Nm, 토크 지령 Tm*，고전압계 전력 라인(42)의 전압 VH, 배터리(36)의 전압 VB, 저μ로 스위치 신호 등의 데이터를 입력한다(단계 S100). 여기에서, 모터(32)의 상전류 Iu, Iv는, 전류 센서(32u, 32v)에 의해 검출된 값을 입력하는 것으로 했다. 모터(32)의 전기각 θe나 회전수 Nm은, 회전 위치 검출 센서(32a)에 의해 검출된 모터(32)의 회전자의 회전 위치 θm에 의거하여 연산된 값을 입력하는 것으로 했다. 모터(32)의 토크 지령 Tm*는, 전술의 구동 제어에 의해 설정된 값을 입력하는 것으로 했다. 고전압계 전력 라인(42)의 전압 VH는, 전압 센서(46a)에 의해 검출된 값을 입력하는 것으로 했다. 배터리(36)의 전압 VB는, 전압 센서(36a)에 의해 검출된 값을 입력하는 것으로 했다. 저μ로 스위치 신호는, 저μ로 스위치(69)로부터의 신호(온 또는 오프)를 입력하는 것으로 했다.
이와 같이 데이터를 입력하면, 모터(32)의 토크 지령 Tm*에 의거하여 d축, q축의 전류 지령 Id*，Iq*를 설정한다(단계 S110). 계속해서, 모터(32)의 각 상(U상, V상, W상)으로 흐르는 전류의 총합이 값 0인 것으로 하고, 모터(32)의 전기각 θe를 이용하여, U상, V상의 상전류 Iu, Iv를 d축, q축의 전류 Id, Iq로 좌표 변환(3상-2상 변환)한다(단계 S112). 그리고, d축, q축의 전류 지령 Id*，Iq*와 d축, q축의 전류 Id, Iq의 차분 ΔId, ΔIq에 의거하는 피드백 항과, d축, q축의 각 축 상호 간섭하는 항을 캔슬하기 위한 피드 포워드 항의 합에 의해 d축, q축의 전압 지령 Vd*，Vq*를 설정한다(단계 S114).
이와 같이 d축, q축의 전압 지령 Vd*，Vq*를 설정하면, 설정한 d축, q축의 전압 지령 Vd*，Vq*를 이용하여 전압의 변조율 Rm 및 전압 위상 θp를 설정한다 (단계 S116). 여기에서, 변조율 Rm은, d축의 전압 지령 Vd*의 제곱과 q축의 전압 지령 Vq*의 제곱의 합의 제곱근으로서 계산되는 전압 지령 절대값 Vdq를 고전압계 전력 라인(42)의 전압 VH로 나누어서 얻을 수 있다. 전압 위상 θp는, d축, q축의 전압 지령 Vd*，Vq*를 성분으로 하는 벡터의 q축에 대한 각도로서 얻을 수 있다.
계속해서, 제 1 PWM 신호의 생성 타이밍인지 여부를 판정한다(단계 S120). 이 판정은, 전회에 제 1 PWM 신호를 생성하고 나서 전술의 간격 Δt1에 상당하는 시간이 경과했는지 여부에 의해 행할 수 있다. 그리고, 제 1 PWM 신호의 생성 타이밍이라고 판정된 경우에는, 제 1 PWM 신호의 생성 처리를 실행하고(단계 S122, S124), 제 1 PWM 신호의 생성 타이밍이 아니라고 판정된 경우에는, 제 1 PWM 신호의 생성 처리를 실행하지 않는다.
제 1 PWM 신호의 생성 처리에서는, 모터(32)의 전기각 θe를 이용하여 d축, q축의 전압 지령 Vd*，Vq*를 각 상의 전압 지령 Vu*，Vv*，Vw*로 좌표 변환(2상-3상 변환)하고(단계 S122), 좌표 변환 후의 각 상의 전압 지령 Vu*，Vv*，Vw*와 반송파 전압의 비교에 의해 트랜지스터(T11∼T16)의 제 1 PWM 신호를 생성한다(단계 S124).
다음으로, 모터(32)의 회전수 Nm 및 토크 지령 Tm*로 이루어지는 목표 동작점이 제 1, 제 2 PWM 제어의 영역 중 어느 것에 속하는지를 판정한다(단계 S130, S132). 여기에서, 제 1, 제 2 PWM 제어의 영역은, 실시예에서는, 모터(32)의 각 목표 동작점에 대하여 제 1, 제 2 PWM 제어를 실행한 실험 결과나 해석 결과에 의거하여 제 2 PWM 제어를 실행하는 것에 의한 효과가 어느 정도 예상되는(변조율 Rm에 따라서는 예상되는) 영역에 대해서는 제 2 PWM 제어의 영역으로서 정하고, 그 효과가 그다지 예상되지 않는(어느 변조율 Rm에서도 예상되지 않는) 영역에 대해서는 모터(32)의 응답성을 향상시키기 위해 제 1 PWM 제어의 영역으로서 정하는 것으로 했다. 도 5는, 모터(32)의 목표 동작점과 제 1, 제 2 PWM 제어의 영역의 관계의 일 예를 나타내는 설명도이다. 도 5의 예에서는, 이하와 같이, 제 1, 제 2 PWM 제어의 영역으로 정하는 것으로 했다.
제 1 PWM 제어의 영역으로서는, 모터(32)의 회전수 Nm이 1000rpm 미만이거나 9000rpm 이상의 영역, 모터(32)의 회전수 Nm이 1000rpm∼9000rpm이고 토크 지령 Tm*가 －10Nm∼10Nm이거나 －100Nm 미만의 영역, 모터(32)의 회전수 Nm이 6000rpm∼9000rpm이고 토크 지령 Tm*가 150Nm 이상의 영역으로 정하는 것으로 했다.
제 2 PWM 제어의 영역으로서는, 모터(32)의 회전수 Nm이 1000rpm∼6000rpm이고 토크 지령 Tm*가 10Nm 이상이거나 －100Nm∼－10Nm의 영역, 모터(32)의 회전수 Nm이 6000rpm∼9000rpm이고 토크 지령 Tm*가 10Nm∼150Nm이거나 －100Nm∼－10Nm의 영역으로 정하는 것으로 했다. 제 2 PWM 제어의 영역에 대해서는, 이하와 같이, 에어리어 1∼5를 정하는 것으로 했다.
에어리어 1로서는, 모터(32)의 회전수 Nm이 1000rpm∼3500rpm이고 토크 지령 Tm*가 10Nm 이상이거나 －100Nm∼－10Nm의 영역으로 정하는 것으로 했다. 에어리어 2로서는, 모터(32)의 회전수 Nm이 3500rpm∼6000rpm이고 토크 지령 Tm*가 10Nm∼150Nm이거나 －100Nm∼－10Nm의 영역으로 정하는 것으로 했다. 에어리어 3으로서는, 모터(32)의 회전수 Nm이 3500rpm∼6000rpm이고 토크 지령 Tm*가 150Nm이상의 영역으로 정하는 것으로 했다. 에어리어 4로서는, 모터(32)의 회전수 Nm이 6000rpm∼9000rpm이고 토크 지령 Tm*가 10Nm∼100Nm이거나 －50Nm∼－10Nm의 영역으로 정하는 것으로 했다. 에어리어 5로서는, 모터(32)의 회전수 Nm이 6000rpm∼9000rpm이고 토크 지령 Tm*가 100Nm∼150Nm이거나 －100Nm∼－50Nm의 영역으로 정하는 것으로 했다.
또한, 도 5에 있어서, 모터(32)의 회전수 Nm이나 토크 지령 Tm*에 대한 각 값, 제 1 PWM 제어의 영역과 제 2 PWM 제어의 영역의 구분, 제 2 PWM 제어의 영역에 있어서의 에어리어의 구분(에어리어의 수를 포함한다)에 대해서는, 예시한 것 뿐이며, 모터(32)나 인버터(34) 등의 사양에 따라서 적절하게 설정할 수 있다.
단계 S130, S132에서 모터(32)의 목표 동작점이 제 1 PWM 제어의 영역에 속한다고 판정된 경우에는, 제 1 PWM 제어를 실행용 제어로 설정하여(단계 S140), 본 루틴을 종료한다. 이 경우, 제 1 PWM 신호를 이용하여 인버터(34)의 트랜지스터(T11∼T16)의 스위칭을 행한다. 이에 따라, 모터(32)의 응답성을 높게 할 수 있다.
단계 S130, S132에서 모터(32)의 목표 동작점이 제 2 PWM 제어의 영역(에어리어 1∼5)에 속한다고 판정된 경우에는, 에어리어 1∼5 중 속하는 에어리어와 변조율 Rm에 의거하여, 제 1, 제 2 PWM 제어 중 어느 것을 실행용 제어로 설정함과 함께 제 2 PWM 제어를 실행용 제어로 설정한 경우에는 펄스 패턴 PP를 설정한다 (단계 S150). 여기에서, 펄스 패턴 PP는, 제 2 PWM 제어에 있어서의 펄스 타입 PT와 펄스수 Np의 조합이다. 실시예에서는, 펄스 타입 PT로서, 모터(32)의 철손을 저감하도록(예를 들면 최소로 하도록) 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입(제 2 PWMa)과, 전압이나 전류의 고조파(특히, 저차 고조파)를 저감하도록(예를 들면 최소로 하도록) 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입(제 2 PWMb)을 이용하는 것으로 했다.
실행용 제어 및 펄스 패턴 PP는, 실시예에서는, 에어리어 1∼5 및 변조율 Rm과 실행용 제어 및 펄스 패턴 PP의 관계를 미리 정하여 맵으로서 ROM(54)에 기억해 두고, 에어리어 및 변조율 Rm이 주어지면, 이 맵에 적용하여, 실행용 제어 및 펄스 패턴 PP를 설정하는 것으로 했다. 에어리어 1∼5 및 변조율 Rm과 실행용 제어 및 펄스 패턴 PP의 관계의 일 예를 도 6에 나타낸다. 또한, 도 6에서는, 참고를 위해, 구형파 제어나 과변조 제어의 영역(변조율 Rm이 대략 0.71∼0.78의 영역)에 대해서도 도시했다.
도시하는 바와 같이, 에어리어 1∼5 중 어느 것이라도, 변조율 Rm이 0.20 미만의 영역에서는 제 1 PWM 제어를 실행용 제어로 설정하고, 변조율 Rm이 0.20∼대략 0.71의 영역에서는 제 2 PWM 제어를 실행용 제어로 설정하는 것으로 했다. 이것은, 발명자가, 변조율 Rm이 소정 변조율 Rmref(도 6의 예에서는 0.20) 미만의 영역에서는, 제 2 PWM 제어를 실행하는 것에 의한 효과가 비교적 작은 것을 발견했기 때문이다. 또한, 변조율 Rm이 0.20∼대략 0.71의 영역에 있어서, 에어리어 1, 2, 4, 5에서는 펄스 타입 PT로서 제 2 PWMa를 선택하고, 에어리어 3에서는 펄스 타입 PT로서 제 2 PWMb를 선택하는 것으로 했다. 또한, 변조율 Rm이 0.20∼대략 0.71의 영역에 있어서, 변조율 Rm이 클수록 펄스수 Np를 적게 하는 것으로 했다. 이것은, 펄스수 Np가 적을수록 리풀 전류가 커져 모터(32)의 손실이 커지기 쉬운 점과, 펄스수 Np가 많을수록 트랜지스터(T11∼T16)의 스위칭 횟수가 많아져 인버터(34)의 손실이 커지기 쉬운 점을 근거로 하여 변조율 Rm에 따라서 모터(32) 및 인버터(34)의 토털 손실이 작아지도록(예를 들면 최소가 되도록) 정한 것이다. 실시예에서는, 변조율 Rm이 비교적 큰 영역에서는, 변조율 Rm이 비교적 작은 영역에 비해, 펄스수 Np가 비교적 작은 경우에 모터(32)의 손실이 커지기 어렵고 모터(32) 및 인버터(34)의 토털 손실이 커지기 어려운 점을 근거로 하여, 펄스수 Np를 비교적 적게 하는 것으로 했다.
또한, 도 6에 있어서, 펄스수 Np의 경계 등에 대해서는, 예시한 것뿐이며, 모터(32)나 인버터(34) 등의 사양에 따라서 적절하게 설정할 수 있다.
다음으로, 실행용 제어가 제 1 PWM 제어인지 제 2 PWM 제어인지를 판정하고(단계 S160), 실행용 제어가 제 1 PWM 제어라고 판정된 경우에는, 그대로 본 루틴을 종료한다. 이 경우, 제 1 PWM 제어의 제 1 PWM 신호를 이용하여 인버터(34)의 트랜지스터(T11∼T16)의 스위칭을 행한다. 이와 같이, 모터(32)의 목표 동작점이 제 2 PWM 제어의 영역에 속하는 경우라도, 변조율 Rm이 소정 변조율 Rmref 미만인 경우(제 2 PWM 제어를 실행하는 것에 의한 효과가 비교적 작은 경우)에는, 제 1 PWM 제어를 실행하고, 모터(32)의 응답성을 높게 함으로써, 모터(32)를 보다 적합하게 구동할 수 있다.
단계 S160에서 실행용 제어가 제 2 PWM 제어라고 판정된 경우에는, 제 2 PWM 신호의 생성 타이밍인지 여부를 판정한다(단계 S170). 이 판정은, 전회에 제 1 PWM 신호를 생성하고 나서 간격 Δt2에 상당하는 시간이 경과했는지 여부에 따라 행할 수 있다. 또한, 간격 Δt2는, 예를 들면, 전회의 전기각(전회 θe)과 각 속도(전회 ωm)와 후술의 스위칭각(전회 θs[ns＋Ns－1])에 의거하여 식 (1)에 의해 계산되는 값 등으로 할 수 있다. 그리고, 제 2 PWM 신호의 생성 타이밍이라고 판정된 경우에는, 제 2 PWM 신호의 생성 처리를 실행하고(단계 S172∼S182), 제 2 PWM 신호의 생성 타이밍이 아니라고 판정된 경우에는, 제 2 PWM 신호의 생성 처리를 실행하지 않는다.
Δt2＝(전회 θs[ns＋Ns－1]－전회 θe)/전회 ωm …(1)
제 2 PWM 신호의 생성 처리에서는, 우선, 모터(32)의 회전수 Nm에 의거하여 작성수 Ns를 설정한다(단계 S172). 여기에서, 작성수 Ns는, 후술의 스위칭 기준각 θstmp나 스위칭각 θs, 스위칭 패턴 V를 몇개 작성(설정)할지를 나타내는 값이다. 이 작성수 Ns는, 실시예에서는, 모터(32)의 회전수 Nm이 큰 경우에는 작은 경우에 비해 많아지도록, 상세하게는, 모터(32)의 회전수 Nm이 클수록 많아지도록 설정하는 것으로 했다. 이것은, 간격 Δt2를 소정 범위 내의 시간으로 했을 때에, 모터(32)의 회전수 Nm이 큰 경우에는 작은 경우에 비해, 간격 Δt2의 사이의 스위칭 횟수를 많게 할 수 있기 때문이다. 또한, 이 작성수 Ns는, 일정값을 이용하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 간격 Δt2는, 모터(32)의 회전수 Nm(각 속도ωm)이 큰 경우에는 작은 경우에 비해 짧아진다.
계속해서, 모터(32)의 전기각 θe에 의거하여 스위칭 번호 ns를 작성(설정)한다(단계 S174). 여기에서, 스위칭 번호 ns는, 후술의 스위칭 기준각 θstmp나 스위칭각 θs, 스위칭 패턴 V의 설정에 이용하는 번호이며, 값 1∼값 N의 범위 내에서 작성된다. 값 N은, 모터(32)의 전기각 θe의 1주기에 있어서의 스위칭 기준각 θstmp나 스위칭각 θs, 스위칭 패턴 V의 개수이며, 펄스 패턴 PP의 펄스수 Np와 값 2(각 펄스의 상승 및 하강)와 값 3(U상, V상, W상)의 곱이 된다.
그리고, 펄스 패턴 PP와 변조율 Rm과 스위칭 번호 ns와 작성수 Ns에 의거하여, 스위칭 번호 ns∼(ns＋Ns－1)의 스위칭 기준각 θstmp[ns]∼θstmp[ns＋Ns－1]을 작성(설정)한다(단계 S176). 여기에서, 스위칭 기준각 θstmp는, 스위칭각 θs의 기준 각도이다. 스위칭각 θs는, 모터(32)의 각 상의 상전압(트랜지스터(T11∼T16) 중 대응되는 상의 트랜지스터의 온 오프, 예를 들면 U상에 대해서는 트랜지스터(T11, T14)의 온 오프)을 전환하는 각도이다. 스위칭 기준각 θstmp[ns]∼θstmp[ns＋Ns－1]은, 실시예에서는, 펄스 패턴 PP 및 변조율 Rm과 스위칭 번호 1∼N의 스위칭 기준각 θstmp의 관계를 미리 정하여 맵으로서 ROM(54)에 기억해 두고, 펄스 패턴 PP와 변조율 Rm과 스위칭 번호 ns와 작성수 Ns가 주어지면, 이 맵에 적용하여, 스위칭 번호 ns∼(ns＋Ns－1)의 스위칭 기준각 θstmp[ns]∼θstmp[ns＋Ns－1]을 도출하여 설정하는 것으로 했다. 펄스 패턴 PP 및 변조율 Rm과 스위칭 번호 1∼N의 스위칭 기준각 θstmp의 관계의 일 예를 도 7에 나타낸다. 도 7에서는, 스위칭 기준각 θstmp의 각 값을 값 θ[PP, Rm, n](n:1∼N)으로 도시했다. 도 7에 있어서, 펄스 패턴 PP가 패턴 P1이고 변조율 Rm이 값 R1이고 스위칭 번호 ns가 값 5이고 작성수 Ns가 값 4인 경우에는, 스위칭 번호 5∼8의 값 θ[P1, R1, 5]∼θ [P1, R1, 8]을 스위칭 기준각 θstmp[5]∼θstmp[8]로 설정한다.
이와 같이 스위칭 기준각 θstmp[ns]∼θstmp[ns＋Ns－1]을 설정하면, 설정한 스위칭 기준각 θstmp[ns]∼θstmp[ns＋Ns－1]의 각각에 전압 위상 θp을 더하여, 스위칭각 θs[ns]∼θs[ns＋Ns－1]을 설정한다(단계 S178).
계속해서, 펄스 패턴 PP와 스위칭 번호 ns와 작성수 Ns에 의거하여, 스위칭 번호 ns∼(ns＋Ns－1)의 스위칭 패턴 V[ns]∼V[ns＋Ns－1]을 설정한다(단계 S180). 여기에서, 스위칭 패턴 V는, 트랜지스터(T11∼T13)의 온 오프의 조합을 나타내는 패턴이며, 패턴 V0∼V7을 이용하는 것으로 했다. 또한, 트랜지스터(T11∼T16)의 온 오프의 조합이 아닌 트랜지스터(T11∼T13)의 온 오프의 조합을 이용하는 것은, 통상, 트랜지스터(T11∼T16) 중 대응되는 상측 아암과 하측 아암을 동시에 온으로 하는 일은 없으며, 트랜지스터(T14∼T16)의 온 오프의 조합을 생략해도 지장이 없기 때문이다. 패턴 V0∼V7은 이하와 같다.
패턴 V0: 트랜지스터(T11∼T13)의 전부가 오프
패턴 V1: 트랜지스터(T11, T12)가 오프이고 트랜지스터(T13)가 온
패턴 V2: 트랜지스터(T11, T13)가 오프이고 트랜지스터(T12)가 온
패턴 V3: 트랜지스터(T11)가 오프이고 트랜지스터(T12, T13)가 온
패턴 V4: 트랜지스터(T11)가 온이고 트랜지스터(T12, T13)가 오프
패턴 V5: 트랜지스터(T11, T13)가 온이고 트랜지스터(T12)가 오프
패턴 V6: 트랜지스터(T11, T12)가 온이고 트랜지스터(T13)가 오프
패턴 V7: 트랜지스터(T11∼T13)가 전부 온
스위칭 패턴 V[ns]∼V[ns＋Ns－1]은, 실시예에서는, 펄스 패턴 PP와 스위칭 번호 1∼N의 스위칭 패턴 V의 관계를 미리 정하여 맵으로서 ROM(54)에 기억해 두고, 펄스 패턴 PP와 스위칭 번호 ns와 작성수 Ns가 주어지면, 이 맵에 적용하고, 스위칭 번호 ns∼(ns＋Ns－1)의 스위칭 패턴 V[ns]∼V[ns＋Ns－1]을 도출하여 설정하는 것으로 했다. 펄스 패턴 PP와 스위칭 번호 1∼N의 스위칭 패턴 V의 관계의 일 예를 도 8에 나타낸다. 도 8에서는, 스위칭각 θs의 각 값을 값 θ[PP, n](n:1∼N)으로 도시했다. 도 8에 있어서, 펄스 패턴 PP가 패턴 P1에서 스위칭 번호 ns가 값 5이고 작성수 Ns가 값 4인 경우에는, 스위칭 번호 5∼8의 스위칭 패턴 V[P1, 5]∼V[P1, 8]을 스위칭 패턴 V[5]∼V[8]로 설정한다.
이와 같이 스위칭 번호 ns∼(ns＋Ns－1)의 스위칭각 θs[ns]∼θs[ns＋Ns－1] 및 스위칭 패턴 V[ns]∼V[ns＋Ns－1]을 설정하면, 설정한 스위칭각 θs[ns]∼θs[ns＋Ns－1] 및 스위칭 패턴 V[ns]∼V[ns＋Ns－1]에 의거하여, 트랜지스터(T11∼T16)의 제 2 PWM 신호를 생성한다(단계 S182). 스위칭 번호 ns가 값 5이고 작성수 Ns가 값 4인 경우의, 스위칭 번호 5∼8과 스위칭각 θs[5]∼θs[8]과 스위칭 패턴 V[5]∼V[8]과 트랜지스터(T11∼T13)의 제 2 PWM 신호의 관계의 일 예를 도 9에 나타낸다.
다음으로, 모터(32)의 토크 지령 Tm*，모터(32)의 회전수 Nm, 고전압계 전력 라인(42)의 전압 VH, 배터리(36)의 전압 VB의 단위 시간당의 변화량 ΔTm*，ΔNm, ΔVH, ΔVB를 계산한다(단계 S190). 계속해서, 변화량 ΔTm*의 절대값을 문턱값 ΔTmref와 비교하고(단계 S200), 변화량 ΔNm의 절대값을 문턱값 ΔNmref와 비교하고(단계 S202), 변화량 ΔVH의 절대값을 문턱값 ΔVHref와 비교하고(단계 S204), 변화량 ΔVB의 절대값을 문턱값 ΔVBref와 비교하고(단계 S206), 주행로가 저μ로인지 여부를 판정한다(단계 S210).
여기에서, 문턱값 ΔTmref, ΔNmref, ΔVHref, ΔVBref는, 각각, 모터(32)의 토크 지령 Tm*，모터(32)의 회전수 Nm, 고전압계 전력 라인(42)의 전압 VH, 배터리(36)의 전압 VB가 급변했는지 여부를 판정하기 위해 이용되는 문턱값이다. 주행로가 저μ로인지 여부의 판정은, 저μ로 스위치(89)로부터의 저μ로 스위치 신호가 온인지 여부를 조사하거나, 구동축(26)의 회전 가속도에 의거하여 추정한 주행로의 마찰 계수를 문턱값과 비교하거나, 구동륜(22a ,22b)의 회전 가속도에 의거하여 추정한 주행로의 마찰 계수를 문턱값과 비교하거나 함으로써 행할 수 있다. 단계 S200∼S206의 처리는, 모터(32)와 인버터(34)와 배터리(36)와 승압 컨버터(40)를 가지는 구동 시스템의 상태가 급변했는지 여부를 판정하는 처리이며, 단계 S210의 처리는, 구동 시스템의 상태의 급변이 예측되는지 여부를 판정하는 처리이다.
단계 S200∼S206에서 변화량 ΔTm*의 절대값이 문턱값 ΔTmref 미만이고 또한 변화량 ΔNm의 절대값이 문턱값 ΔNmref 미만이고 또한 변화량 ΔVH의 절대값이 문턱값 ΔVHref 미만이고 또한 변화량 ΔVB의 절대값이 문턱값 ΔVBref 미만이고, 또한, 단계 S210에서 주행로가 저μ로가 아니라고 판정된 경우에는, 구동 시스템의 상태는 급변하고 있지 않다고 판단함과 함께 구동 시스템의 상태의 급변도 예측되지 않는다고 판단하여, 그대로 본 루틴을 종료한다. 지금, 단계 S160에서 실행용 제어가 제 2 PWM 제어라고 판정된 경우를 생각하고 있기 때문에, 제 2 PWM 신호를 이용하여 인버터(34)의 트랜지스터(T11∼T16)의 스위칭을 행한다. 이에 따라, 펄스 타입 PT(제 2 PWMa 또는 제 2 PWMb) 및 펄스수 Np로 이루어지는 펄스 패턴 PP에 따라서, 모터(32)의 철손을 저감하거나 전압이나 전류의 고조파를 저감하거나 할 수 있다. 이 결과, 모터(32)를 보다 적합하게 구동할 수 있다.
단계 S200에서 변화량 ΔTm*의 절대값이 문턱값 ΔTmref 이상인 경우, 단계 S202에서 변화량 ΔNm의 절대값이 문턱값 ΔNmref 이상인 경우, 단계 S204에서 변화량 ΔVH의 절대값이 문턱값 ΔVHref 이상인 경우, 단계 S206에서 변화량 ΔVB의 절대값이 문턱값 ΔVBref 이상인 경우에는, 구동 시스템의 상태가 급변했다고 판단하고, 제 1 PWM 제어를 실행용 제어로 재설정하여(단계 S220), 본 루틴을 종료한다. 또한, 단계 S210에서 주행로가 저μ로라고 판정된 경우에는, 구동 시스템의 상태의 급변이 예측된다고 판단하고, 제 1 PWM 제어를 실행용 제어로 재설정하여(단계 S220), 본 루틴을 종료한다. 전술한 바와 같이, 제 2 PWM 제어를 실행하는 경우, 제 1 PWM 제어를 실행하는 경우에 비해 모터(32)의 응답성이 낮아진다. 실시예에서는, 이것을 고려하여, 구동 시스템의 상태가 급변했을 때나 구동 시스템의 상태의 급변이 예측되는 경우에는, 제 1 PWM 제어를 실행하는 것으로 했다. 이에 따라, 모터(32)의 응답성을 높게 할 수 있고, 모터(32)를 보다 적합하게 구동할 수 있다.
이상 설명한 실시예의 전기 자동차(20)에서는, 정현파 PWM 제어를 실행할 때에 있어서, 모터(32)의 목표 동작점(회전수 Nm 및 토크 지령 Tm*)이 제 1 PWM 제어의 영역에 속하는 경우에는, 제 1 PWM 제어를 실행하고, 모터(32)의 목표 동작점이 제 2 PWM 제어의 영역에 속하는 경우에는, 기본적으로는, 제 2 PWM 제어를 실행한다. 이에 따라, 제 1 PWM 제어를 실행하는 경우에는, 모터(32)의 응답성을 높게 할 수 있고, 제 2 PWM 제어를 실행하는 경우에는, 모터(32)의 철손을 저감하거나 전압이나 전류의 고조파를 저감하거나 할 수 있다. 또한, 제 2 PWM 제어를 실행하는 것에 의한 효과가 어느 정도 예상되는 영역에 대해서는 제 2 PWM 제어의 영역으로서 정하고, 그 효과가 그다지 예상되지 않는 영역에 대해서는 모터(32)의 응답성의 향상을 위해 제 1 PWM 제어의 영역으로서 정하기 때문에, 목표 구동점에 따라서 모터를 보다 적합하게 구동할 수 있다.
또한, 실시예의 전기 자동차(20)에서는, 정현파 PWM 제어를 실행할 때에 있어서, 모터(32)의 목표 동작점이 제 2 PWM 제어의 영역에 속하는 경우라도, 변조율 Rm이 소정 변조율 Rmref 미만인 경우에는, 제 1 PWM 제어를 실행한다. 이에 따라, 제 2 PWM 제어를 실행하는 것에 의한 효과가 비교적 작은 경우에, 모터(32)의 응답성을 높게 할 수 있고, 모터(32)를 보다 적합하게 구동할 수 있다.
또한, 실시예의 전기 자동차(20)에서는, 정현파 PWM 제어를 실행할 때에 있어서, 모터(32)의 목표 동작점이 제 2 PWM 제어의 영역에 속하는 경우라도, 구동 시스템의 상태가 급변했을 때나 구동 시스템의 상태의 급변이 예측되는 경우에는, 제 1 PWM 제어를 실행한다. 제 2 PWM 제어를 실행하는 경우, 제 1 PWM 제어를 실행하는 경우에 비해 모터(32)의 응답성이 낮아지기 때문에, 제 1 PWM 제어를 실행하여 모터(32)의 응답성을 높게 함으로써, 모터(32)를 보다 적합하게 구동할 수 있다.
실시예의 전기 자동차(20)에서는, 정현파 PWM 제어를 실행할 때에 있어서, 도 3의 단계 S130, S132에서 모터(32)의 목표 동작점이 제 2 PWM 제어의 영역에 속하는 경우에, 단계 S150에서, 변조율 Rm이 소정 변조율 Rmref 이상인 경우에는 제 2 PWM 제어를 실행용 제어로 설정하고, 변조율 Rm이 소정 변조율 Rmref 미만인 경우에는, 제 1 PWM 제어를 실행용 제어로 설정하는 것으로 했다. 그러나, 단계 S150에서 변조율 Rm이 소정 변조율 Rmref 이상인지 미만인지에 관계 없이 제 2 PWM 제어를 실행용 제어로 설정하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 변조율 Rm이 소정 변조율 Rmref 미만인 영역에 대해서도, 에어리어(모터(32)의 목표 동작점)와 변조율 Rm에 의거하여 펄스 패턴 PP를 설정하면 된다.
실시예의 전기 자동차(20)에서는, 정현파 PWM 제어를 실행할 때에 있어서, 도 3의 단계 S150에서 제 2 PWM 제어를 실행용 제어로 설정한 경우에는, 단계 S200∼S206에서, 모터(32)의 토크 지령 Tm*，모터(32)의 회전수 Nm, 고전압계 전력 라인(42)의 전압 VH, 배터리(36)의 전압 VB의 단위 시간당의 변화량 ΔTm*，ΔNm, ΔVH, ΔVB를 이용하여 구동 시스템의 상태가 급변했는지 여부를 판정하는 것으로 했다. 그러나, 모터(32)의 토크 지령 Tm*，모터(32)의 회전수 Nm, 고전압계 전력 라인(42)의 전압 VH, 배터리(36)의 전압 VB의 단위 시간당의 변화량 ΔTm*，ΔNm, ΔVH, ΔVB의 일부를 이용하여 구동 시스템의 상태가 급변했는지 여부를 판정하는 것 으로 해도 된다. 또한, 이들 이외의 파라미터, 예를 들면, 모터(32)의 요구 파워 Pm*(＝Tm*·Nm), 모터(32)의 상전류 Iu, Iv의 실효값, 승압 컨버터(40)의 리액터(L)로 흐르는 전류 IL, 저전압계 전력 라인(44)의 전압 VL 등의 단위 시간당의 변화량을 이용하여 구동 시스템의 상태가 급변했는지 여부를 판정하는 것으로 해도 된다.
실시예의 전기 자동차(20)에서는, 정현파 PWM 제어를 실행할 때에 있어서, 도 3의 단계 S150에서 제 2 PWM 제어를 실행용 제어로 설정한 경우에는, 단계 S200∼S206에서 구동 시스템의 상태가 급변했는지 여부를 판정함과 함께 단계 S210에서 구동 시스템의 상태의 급변이 예측되는지 여부를 판정하는 것으로 했다. 그러나, 구동 시스템의 상태가 급변했는지 여부에 대해서는 판정하지만, 구동 시스템의 상태의 급변이 예측되는지 여부에 대해서는 판정하지 않는 것으로 해도 된다. 또한, 구동 시스템의 상태의 급변이 예측되는지 여부에 대해서는 판정하지만, 구동 시스템의 상태가 급변했는지 여부에 대해서는 판정하지 않는 것으로 해도 된다. 또한, 구동 시스템의 상태가 급변했는지 여부에 대해서도 구동 시스템의 상태의 급변이 예측되는지 여부에 대해서도 판정하지 않는 것으로 해도 된다.
실시예의 전기 자동차(20)에서는, 제 2 PWM 신호를 생성할 때에 이용하는 펄스 패턴 PP의 펄스 타입 PT로서, 모터(32)의 철손을 저감하도록 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입(제 2 PWMa)과, 전압이나 전류의 고조파를 저감하도록 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입(제 2 PWMb)의 2개의 타입을 이용하는 것으로 했다. 그러나, 펄스 타입 PT로서, 3개 이상의 펄스 타입 PT를 이용하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 예를 들면, 모터(32)의 철손을 저감하도록 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 모터(32)의 동손을 저감하도록 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 모터(32)의 토크 리플을 저감하도록 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 인버터(34)의 손실을 저감하도록 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 모터(32) 및 인버터(34)의 토털 손실을 저감하도록 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 전압의 고조파를 저감하도록 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입, 전류의 고조파를 저감하도록 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입 등을 이용하는 것으로 해도 된다. 또한, 펄스 타입 PT로서, 1개의 타입만을 이용하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 펄스 패턴 PP로서는, 펄스수 Np만을 따른 패턴을 설정하면 된다.
실시예의 전기 자동차(20)에서는, 제 2 PWM 신호를 생성할 때에는, 펄스 패턴 PP(펄스 타입 PT 및 펄스수 Np)와 변조율 Rm에 의거하여 스위칭 기준각 θstmp를 설정하고, 이 스위칭 기준각 θstmp를 전압 위상 θp를 이용하여 보정하고 스위칭각 θs를 설정하는 것으로 했다. 그러나, 펄스 패턴 PP와 변조율 Rm과 전압 위상 θp에 의거하여 스위칭각 θs를 직접 설정하는 것으로 해도 된다.
실시예의 전기 자동차(20)에서는, 배터리(36)와 인버터(34)의 사이에 승압 컨버터(40)를 설치하는 것으로 했지만, 승압 컨버터(40)를 설치하지 않는 것으로 해도 된다.
실시예의 전기 자동차(20)에서는, 모터(32)와 인버터(34)와 배터리(36)를 구비하는 구성으로 했다. 그러나, 도 10의 변형예의 하이브리드 자동차(120)에 나타내는 바와 같이, 모터(32)와 인버터(34)에 더하여, 엔진(122)과 플래너테리 기어(124)와 모터(132)와 인버터(134)를 구비하는 구성으로 해도 된다. 여기에서, 플래너테리 기어(124)의 선 기어에는 모터(132)가 접속되고, 캐리어에는 엔진(122)이 접속되고, 링 기어에는 구동축(26) 및 모터(32)가 접속되어 있다. 인버터(134)는, 모터(132)에 접속됨과 함께 고전압계 전력 라인(42)에 접속되어 있다.
실시예에 있어서, 모터(32)가 「모터」로서 기능하고, 인버터(34)가 「인버터」로서 기능하고, 배터리(36)가 「배터리」로서 기능하고, 전자 제어 유닛(50)이 「전자 제어 장치」로서 기능한다.
이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 실시예를 이용하여 설명했지만, 실시예는 본 발명의 구체적인 일 예에 지나지 않는 것이다. 본 발명은 이러한 실시예에 하등 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서, 여러가지 형태로 실시할 수 있음은 물론이다.
본 발명은, 자동차의 제조 산업 등에 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 자동차는,
    주행용의 모터(32)와;
    복수의 스위칭 소자의 스위칭에 의해 상기 모터를 구동하는 인버터(34)와;
    상기 인버터를 개재하여 상기 모터와 전력을 주고받는 배터리(36)와;
    상기 모터의 토크 지령에 의거하여 상기 인버터를 제어하는 전자 제어 장치(50)를 구비하고,
    상기 전자 제어 장치는,
    상기 모터의 회전수 및 토크 지령으로 이루어지는 목표 동작점이 소정 영역 외인 경우에는, 상기 토크 지령에 의거하는 각 상의 전압 지령과, 반송파 전압의 비교에 의해 상기 복수의 스위칭 소자의 제 1 PWM 신호를 생성하여 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭을 행하는 제 1 PWM 제어를 실행하도록 구성되고,
    상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우에는, 상기 토크 지령에 의거하는 전압의 변조율 및 전압 위상과, 상기 모터의 전기각의 소정 주기의 펄스수에 의거하여 상기 복수의 스위칭 소자의 제 2 PWM 신호를 생성하여 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭을 행하는 제 2 PWM 제어나, 상기 제 1 PWM 제어를 선택하여, 실행하도록 구성되는 자동차.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치는, 상기 제 2 PWM 신호를 생성할 때에는, 상기 변조율과 상기 펄스수와 상기 전압 위상에 의거하여 스위칭각을 설정함과 함께 상기 펄스수에 의거하여 스위칭 패턴을 설정하고, 상기 스위칭각과 상기 스위칭 패턴에 의거하여 상기 제 2 PWM 신호를 생성하도록 구성되는 자동차.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치는, 상기 제 1 PWM 제어를 실행하는 경우에는, 반송파 전압의 반주기 또는 1주기에 상당하는 제 1 간격으로 상기 제 1 PWM 신호를 생성하고, 상기 제 2 PWM 제어를 실행하는 경우에는, 상기 제 1 간격보다도 긴 제 2 간격으로 제 2 PWM 신호를 생성하도록 구성되는 자동차.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치는, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우, 상기 변조율이 소정 변조율 미만인 경우에는, 상기 제 1 PWM 제어를 실행하도록 구성되는 자동차.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치는, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우에는, 상기 목표 동작점 및 상기 변조율에 의거하여 상기 펄스수를 설정하도록 구성되는 자동차.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치는, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우에는, 상기 목표 동작점 및 상기 변조율에 의거하여, 상기 펄스수를 설정함과 함께 상기 모터의 철손을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입과 고조파를 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입을 포함하는 복수의 타입으로부터 1개를 선택 타입으로 설정하고, 상기 변조율과 상기 전압 위상과 상기 펄스수와 상기 선택 타입에 의거하여 상기 제 2 PWM 신호를 생성하도록 구성되는 자동차.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치는, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우, 상기 모터와 상기 인버터와 상기 배터리를 가지는 구동 시스템의 상태가 급변했을 때, 또는, 상기 구동 시스템의 상태의 급변이 예측되는 경우에는, 상기 제 1 PWM 제어를 실행하도록 구성되는 자동차.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치는, 상기 토크 지령, 상기 회전수, 상기 인버터의 전압, 상기 배터리의 전압 중 적어도 1개의 단위 시간당의 변화량이 문턱값보다도 커진 경우에, 상기 구동 시스템의 상태가 급변했다고 판단하고, 상기 제 1 PWM 제어를 실행하도록 구성되는 자동차.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치는, 주행로가 저μ로인 경우, 상기 구동 시스템의 상태의 급변이 예측된다고 판단하고, 상기 제 1 PWM 제어를 실행하도록 구성되는 자동차.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치는, 상기 목표 동작점이 상기 소정 영역 내인 경우에는, 상기 목표 동작점 및 상기 변조율에 의거하여, 상기 펄스수를 설정함과 함께,
    상기 모터의 철손을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입,
    상기 모터의 동손을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입,
    상기 모터의 토크 리플을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입,
    상기 인버터의 손실을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입,
    상기 모터 및 상기 인버터의 토털 손실을 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입,
    전압의 고조파를 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입,
    전류의 고조파를 저감하도록 상기 제 2 PWM 신호를 생성하는 타입,
    을 포함하는 복수의 타입으로부터 1개를 선택 타입으로서 설정하고, 상기 변조율과 상기 전압 위상과 상기 펄스수와 상기 선택 타입에 의거하여 상기 제 2 PWM 신호를 생성하도록 구성되는 자동차.
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