WO2012008022A1

WO2012008022A1 - 車両の制御装置

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Publication number: WO2012008022A1
Application number: PCT/JP2010/061868
Authority: WO
Inventors: 山田　堅滋; 将圭洲濱
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2012-01-19
Also published as: CN103003090B; US8682520B2; JPWO2012008022A1; EP2594424A4; EP2594424B1; CN103003090A; JP5348324B2; EP2594424A1; US20130144477A1

Abstract

　２つのインバータを備えた車両の制御装置は、検出器による絶縁判定処理中であるか否かを判断し（Ｓ１０）、絶縁判定処理中でない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、２つのインバータにそれぞれ対応するキャリア周波数（ｆａ，ｆｂ）をランダムに変動させるランダム制御を実行する（Ｓ１２）。一方、絶縁判定処理中である場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、制御装置は、ランダム制御を禁止してキャリア周波数（ｆａ，ｆｂ）をそれぞれ基準周波数（ｆａｓ，ｆｂｓ）に固定する（Ｓ１１）。基準周波数（ｆａｓ，ｆｂｓ）は、双方の差Δｆｓが所定値ｆ１よりも大きくなるように予め設定される。

Description

車両の制御装置

　この発明は、車両の制御に関し、より特定的には、複数のインバータをパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下「ＰＷＭ」ともいう）制御する技術に関する。

　従来より、車両走行用のモータをインバータを用いて制御するシステムが採用されている。電気自動車やハイブリッド自動車、燃料電池自動車等の電動車両では、インバータによって走行用のモータの出力トルクを制御することが一般的である。代表的には、モータの出力トルクはＰＷＭ制御によって制御される。このＰＷＭ制御では、搬送波信号（キャリア信号）と電圧指令との電圧比較に基づいてインバータのスイッチング素子をオンオフさせることによって、パルス幅変調電圧をインバータからモータに印加させる。

　このＰＷＭ制御時のスイッチング動作に起因してインバータから騒音が発生する。この問題に関し、たとえば特開２００２－１７１６０６号公報（特許文献１）には、インバータのスイッチング周波数をランダムに切り替えることによって騒音を低減する技術が開示されている。

特開２００２－１７１６０６号公報国際公開第２００７／０２６６０３号パンフレット特開２００５－５７９１８号公報

　しかしながら、複数のインバータを備えた車両において、各インバータのスイッチング周波数間の差が所定値よりも小さくなると、各インバータを含む車両高圧系の絶縁不良を検出するための検出器が絶縁不良を誤検出してしまうおそれがある。

　本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数のインバータを備えた車両において、騒音を低減しつつ、絶縁不良の誤検出を防止することである。

　この発明に係る制御装置は、車両の制御装置である。車両は、電源と、複数のモータと、電源と複数のモータとの間で電力変換を行なう複数のインバータと、電源、複数のモータおよび複数のインバータを結ぶ通電経路を通電経路の外部から絶縁するための絶縁抵抗と、通電経路を介して絶縁抵抗に接続され、判定用信号の電位の変動に基づいて絶縁抵抗が不良であるか否かを判定する判定処理を行なうことによって絶縁抵抗の不良を検出する検出器とを備える。判定用信号の電位は、絶縁抵抗の抵抗値の低下に起因して変動するとともに、複数のインバータの動作周波数間の差が所定値よりも小さい場合に変動する。制御装置は、検出器による判定処理中であるか否かを判断する判断部と、判断部の結果に応じて複数のインバータの動作周波数を制御する制御部とを含む。制御部は、判定処理中でない場合、複数のインバータの動作周波数の各々を任意に変動させるランダム制御を実行し、判定処理中である場合、動作周波数間の差が所定値よりも小さくなることを回避するためにランダム制御による複数のインバータの動作周波数の変動を制限する制限制御を実行する。

　好ましくは、制限制御は、ランダム制御の実行を禁止して、動作周波数間の差が所定値よりも大きくなるように複数のインバータの動作周波数を固定する制御である。

　好ましくは、制限制御は、ランダム制御によって制御されるべき複数のインバータの動作周波数間の差が所定値よりも小さい同期状態でない場合にはランダム制御の実行を維持し、同期状態である場合に動作周波数間の差が所定値よりも大きくなるように複数のインバータの動作周波数をずらす制御である。

　好ましくは、制限制御は、複数のインバータの動作周波数のいずれか１つの動作周波数を任意に変動させ、任意に変動させた１つの動作周波数を基準として他の動作周波数を互いに所定値に応じた値だけずらすように制限しつつ変動させる制御である。

　好ましくは、複数のインバータの動作は、複数のインバータにそれぞれ対応する複数のキャリア信号と複数のインバータにそれぞれ対応する複数の制御指令との比較結果に基づいて制御される。制御部は、複数のキャリア信号を制御することによって複数のインバータの動作周波数を制御する。

　本発明によれば、複数のインバータを備えた車両において、騒音を低減しつつ、絶縁不良の誤検出を防止することができる。

モータ駆動制御システムの全体構成図である。出力電位波Ｖｗの波形図である。キャリア信号、相電圧指令、パルス幅変調電圧の波形図である。制御装置の機能ブロック図である。モータのトルクＴおよび回転速度Ｎと基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓの切替範囲との関係を示すマップである。領域Ａ１～Ａ４、基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓ、キャリア周波数ｆａ，ｆｂの関係を示す図である。キャリア周波数ｆａ，ｆｂ間の周波数差Δｆと出力電位波Ｖｗの極大値の変動幅ΔＶｗとの関係を示す図である。キャリア周波数ｆａ，ｆｂの変動範囲の時間変化を示す図である。制御装置の処理手順を示すフローチャート（その１）である。制御装置の処理手順を示すフローチャート（その２）である。制御装置によるキャリア周波数ｆａ，ｆｂの設定手法を例示した図である。

　以下に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。なお以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰り返さないものとする。

　図１は、本発明の実施例に従う制御装置が適用されるモータ駆動制御システムの全体構成図である。

　図１を参照して、モータ駆動制御システム１は、直流電圧発生部１０♯と、平滑コンデンサＣＮ０と、駆動力発生部２０＃と、制御装置４０とを備える。

　直流電圧発生部１０♯は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣＮ１と、コンバータ１２とを含む。

　直流電源Ｂは、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置である。直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂおよび直流電流Ｉｂは、それぞれ、電圧センサ１０および電流センサ１１によって検出される。

　システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極端子および正極線６の間に接続される。システムリレーＳＲ２は、直流電源Ｂの負極端子および負極線５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置４０からの制御信号によりオンオフされる。

　コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子（以下、「電力用半導体スイッチング素子」を単に「スイッチング素子」と称する）Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、正極線７および負極線５の間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、それぞれ逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の中間点と正極線６との間に接続される。

　スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、制御装置４０からの制御信号Ｓ１およびＳ２によってそれぞれ制御される。コンバータ１２の作動時、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、周期的かつ相補的に（交互に）オンされる。昇圧動作時には、コンバータ１２は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを直流電圧ＶＨ（以下「システム電圧ＶＨ」とも称する）へ昇圧する。一方、降圧動作時には、コンバータ１２は、直流電圧ＶＨを直流電圧Ｖｂに降圧する。

　平滑コンデンサＣＮ０は、正極線７および負極線５の間に接続される。平滑コンデンサＣＮ０は、コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４Ａ，１４Ｂへ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣＮ０の両端の電圧、すなわち、システム電圧ＶＨを検出し、その検出値を制御装置４０へ出力する。

　駆動力発生部２０＃は、インバータ１４Ａ，１４Ｂと、モータＭ１，Ｍ２とを備える。
　モータＭ１，Ｍ２は、たとえば、電動車両（ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車等の電気エネルギによって車両駆動力を発生する自動車をいうものとする）の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための電動機である。モータＭ１，Ｍ２は、どちらも、多相（本実施例では３相）の永久磁石型同期電動機である。モータＭ１の各相コイルの一端は、中性点に共通接続される。さらに、モータＭ１の各相コイルの他端は、それぞれインバータ１４Ａの各相上下アーム１５～１７のスイッチング素子の中間点と接続されている。

　なお、モータＭ１，Ｍ２は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つものでもよく、電動機および発電機の機能を併せ持つものでもよい。さらに、モータＭ１，Ｍ２は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。すなわち、本実施例において、「モータ」は、交流駆動の電動機、発電機および電動発電機（モータジェネレータ）を含むものである。

　インバータ１４Ａ，１４Ｂの入力側は、それぞれ正極線７および負極線５の間に、直流電圧発生部１０♯に対して互いに並列に接続される。インバータ１４Ａ，１４Ｂの出力側は、それぞれモータＭ１，Ｍ２に接続される。なお、インバータ１４Ａ，１４Ｂは基本的に同じ構造を有するため、以下の説明では主にインバータ１４Ａについて説明し、インバータ１４Ｂについての説明は原則として繰り返さない。

　インバータ１４Ａは、Ｕ相上下アーム１５と、Ｖ相上下アーム１６と、Ｗ相上下アーム１７とから成る。各相上下アームは、正極線７および負極線５の間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ３～Ｑ８から構成される。スイッチング素子Ｑ３～Ｑ８に対して、逆並列ダイオードＤ３～Ｄ８がそれぞれ接続されている。各相上下アーム１５～１７のスイッチング素子の中間点には、モータＭ１の各相コイルの他端が接続される。スイッチング素子Ｑ３～Ｑ８のオンオフは、制御装置４０からの制御信号Ｓ３Ａ～Ｓ８Ａによって制御される。

　インバータ１４Ａは、モータＭ１のトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ１が正の場合には、制御信号Ｓ３Ａ～Ｓ８Ａに応答したスイッチング素子Ｑ３～Ｑ８のスイッチング動作により、直流電圧発生部１０♯から供給された直流電力を交流電力に変換してモータＭ１に供給する。これにより、モータＭ１は、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ１に応じたトルクを発生するように駆動される。

　一方、モータ駆動制御システム１が搭載された電動車両の回生制動時には、モータＭ１のトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ１は負に設定される。この場合には、インバータ１４Ａは、制御信号Ｓ３Ａ～Ｓ８Ａに応答したスイッチング動作により、モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンバータ１２へ供給する。

　電流センサ２４は、モータＭ１に流れる電流を検出し、その検出したモータ電流を制御装置４０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２４は２相分の電流を検出するように配置すれば足りる。

　回転角センサ（レゾルバ）２５は、モータＭ１のロータ回転角θ１を検出し、その検出した回転角θ１を制御装置４０へ送出する。制御装置４０では、回転角θ１に基づきモータＭ１の回転速度を算出できる。

　インバータ１４Ｂは、モータＭ２のトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ２に応じた制御装置４０からの制御信号Ｓ３Ｂ～Ｓ８Ｂに基づいて制御される。上述したように、インバータ１４Ｂは、インバータ１４Ａと基本的に同じ構造を有するため、インバータ１４Ｂについての詳細な説明は繰り返さない。

　さらに、モータ駆動制御システム１は、絶縁素子Ｚ１～Ｚ３と、検出器３０とを備える。

　絶縁素子Ｚ１～Ｚ３（以下、これらをまとめて「絶縁素子Ｚ」ともいう）は、直流電源ＢとモータＭ１，Ｍ２との間の通電経路（以下、「車両高圧系」ともいう）を車両高圧系の外部から絶縁するための抵抗素子である。絶縁素子Ｚ１の一端は直流電源Ｂおよびコンバータ１２の間の接続ノードに接続され、他端は車両ボデーに接続される。絶縁素子Ｚ２の一端はインバータ１４ＡおよびモータＭ１の間の接続ノードに接続され、他端は車両ボデーに接続される。絶縁素子Ｚ３の一端はインバータ１４ＢおよびモータＭ２の間の接続ノードに接続され、他端は車両ボデーに接続される。なお、絶縁素子の数および配置はこれに限定されるものではない。

　検出器３０は、車両高圧系を介して絶縁素子Ｚに接続される。検出器３０は、絶縁素子Ｚのインピーダンス（抵抗値）の低下を検出することによって、車両高圧系の絶縁不良（漏電）を検出する。

　検出器３０は、コンデンサＣｄ、抵抗素子Ｒｄ、発振電源３１、フィルタ３２、判定装置３３を備える。コンデンサＣｄ、抵抗素子Ｒｄ、発振電源３１は、車両高圧系と車両ボデーとの間に直列に接続される。

　コンデンサＣｄの一端は車両高圧系（図１では直流電源Ｂの負極とシステムリレーＳＲ２との間の接続ノード）に接続され、他端が抵抗素子Ｒｄの一端に接続される。

　発振電源３１は、抵抗素子Ｒｄの他端と車両ボデーとの間に接続される。発振電源３１は、所定の周波数Ａ（たとえば２．５Ｈｚ程度）で電位Ｖ０（たとえば０ボルト）と電位Ｖ１（たとえば５ボルト）との間で発振するパルス状の電位信号を出力する。

　フィルタ３２は、コンデンサＣｄおよび抵抗素子Ｒｄの間の接続ノードの電位のうち周波数Ａの帯域の電位のみを通過させて判定装置３３に出力する。なお、以下では、フィルタ３２が出力する電位を「出力電位波Ｖｗ」ともいう。

　判定装置３３は、たとえばコンバータ１２の停止時に、出力電位波Ｖｗに基づいて車両高圧系の絶縁不良を検出する。

　図２は、出力電位波Ｖｗの波形図である。絶縁素子Ｚのインピーダンスが正常値（たとえば２ＭΩ）である場合、出力電位波Ｖｗの極大値は、一点鎖線に示すように、発振電源３１が出力するパルス状の電位信号の最大値Ｖ１とほぼ同じ電位となる。絶縁素子Ｚのインピーダンスの低下に応じて、出力電位波Ｖｗの極大値は低下する。そして、絶縁素子Ｚのインピーダンスが所定値（たとえば１５０ｋΩ）よりも低い状態（車両高圧系に絶縁不良が生じるおそれがある状態）であると、実線に示すように、出力電位波Ｖｗの極大値は所定の判定レベルよりも低下する。

　判定装置３３は、車両高圧系の絶縁不良の有無を判定するために、出力電位波Ｖｗの極大値を所定期間（たとえば３秒間）検出する。そして、判定装置３３は、所定期間内に検出された複数の出力電位波Ｖｗの極大値の平均値と図２に示す判定レベル（絶縁不良に相当する値）とを比較し、極大値の平均値が判定レベルよりも低い場合に車両高圧系に絶縁不良が生じていると判定する。以下では、これらの判定処理を「絶縁判定処理」ともいう。判定装置３３は、絶縁判定処理中である場合、絶縁判定処理中であることを表わすフラグＦを制御装置４０に出力する。

　判定装置３３は、絶縁判定処理の結果、車両高圧系に絶縁不良が生じていると判定した場合、漏電信号Ｌを制御装置４０に出力する。

　なお、本実施例では、検出器３０を制御装置４０の外部に設けているが、検出器３０の全部または一部を制御装置４０の内部に設けてもよい。

　制御装置４０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）により構成され、当該メモリに記憶された情報およびプログラムに基づいて所定の演算処理を実行することによって、コンバータ１２およびインバータ１４Ａ，１４Ｂの動作を制御する。

　より具体的には、制御装置４０は、システム電圧ＶＨを電圧指令値に一致させるための制御信号Ｓ１，Ｓ２をＰＷＭ制御によって生成し、コンバータ１２に出力する。

　さらに、制御装置４０は、モータＭ１，Ｍ２のトルクをそれぞれトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ１，Ｔｒｑｃｏｍ２に一致させるための制御信号Ｓ３Ａ～Ｓ８Ａ，Ｓ３Ｂ～Ｓ８ＢをＰＷＭ制御によって生成し、それぞれインバータ１４Ａ，１４Ｂに出力する。

　図３は、インバータ１４ＡのＰＷＭ制御に用いられるキャリア信号ＣＲＡ、相電圧指令１７０Ａ、パルス幅変調電圧１８０Ａの波形図である。図３に示すように、インバータ１４ＡのＰＷＭ制御では、キャリア信号ＣＲＡと相電圧指令１７０Ａとの電圧比較に基づきインバータ１４Ａの各相のスイッチング素子のオンオフを制御することによって、疑似正弦波電圧としてのパルス幅変調電圧１８０ＡをモータＭ１の各相に印加させる。したがって、インバータ１４Ａの単位時間あたりのスイッチング動作の回数（以下、「スイッチング周波数」ともいう）は、キャリア信号ＣＲＡの周波数（以下、「キャリア周波数ｆａ」ともいう）に依存する。

　なお、インバータ１４ＢのＰＷＭ制御に用いられるキャリア信号ＣＲＢ、相電圧指令１７０Ｂ、パルス幅変調電圧１８０Ｂも同様の波形である。したがって、インバータ１４Ｂのスイッチング周波数は、キャリア信号ＣＲＢの周波数（以下、「キャリア周波数ｆｂ」ともいう）に依存する。

　このＰＷＭ制御時のスイッチング動作に起因して、インバータ１４Ａ，１４Ｂにおいて騒音と損失（スイッチング損失）とが発生する。キャリア周波数ｆａ，ｆｂが高いと、騒音は小さいが損失は大きい。一方、キャリア周波数ｆａ，ｆｂが低いと、損失は小さいが騒音は大きい。エネルギ効率の観点からはキャリア周波数ｆａ，ｆｂを損失の少ない低い値に設定することが望ましいが、騒音が増加するという問題がある。

　このような問題に鑑み、制御装置４０は、モータＭ１の動作状態に応じた周波数の範囲をキャリア周波数ｆａ，ｆｂごとに設定し、対応する範囲内でキャリア周波数ｆａ，ｆｂの各々を独立してランダムに変動させることによって、モータＭ１，Ｍ２の制御性を低下させることなく、ＰＷＭ制御時の損失低減と騒音低減とを両立させる。なお、以下の説明では、キャリア周波数ｆａ，ｆｂをそれぞれランダムに変動させることを「ランダム制御」とも記載する。

　図４は、ＰＷＭ制御に関する部分の制御装置４０の機能ブロック図である。図４に示した各機能ブロックは、電子回路等によるハードウェア処理によって実現してもよいし、プログラムの実行等によるソフトウェア処理によって実現してもよい。

　制御装置４０は、ＰＷＭ制御部２００Ａ，２００Ｂと、キャリア制御部３００と、判断部３１０とを含む。

　ＰＷＭ制御部２００Ａは、電流指令生成部２１０Ａと、座標変換部２２０Ａ，２５０Ａと、電圧指令生成部２４０Ａと、ＰＷＭ変調部２６０Ａとを含む。ＰＷＭ制御部２００Ｂは、電流指令生成部２１０Ｂと、座標変換部２２０Ｂ，２５０Ｂと、電圧指令生成部２４０Ｂと、ＰＷＭ変調部２６０Ｂとを含む。ＰＷＭ制御部２００Ｂの各機能は、ＰＷＭ制御部２００Ａの各機能と基本的に同じであるため、以下では、主にＰＷＭ制御部２００Ａについて説明し、ＰＷＭ制御部２００Ｂについての詳細な説明は原則として繰り返さない。

　電流指令生成部２１０Ａは、予め作成されたマップ等に従って、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ１に応じて、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍおよびｑ軸電流指令値Ｉｑｃｏｍを生成する。

　座標変換部２２０Ａは、回転角センサ２５によって検出されるモータＭ１の回転角θ１を用いた座標変換（３相→２相）により、電流センサ２４によって検出されたｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗを基に、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出する。

　電圧指令生成部２４０Ａには、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍとｄ軸電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄ（ΔＩｄ＝Ｉｄｒｅｑ－Ｉｄ）およびｑ軸電流指令値Ｉｑｃｏｍとｑ軸電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑ（ΔＩｑ＝Ｉｑｒｅｑ－Ｉｑ）が入力される。

　電圧指令生成部２４０Ａは、ｄ軸電流偏差ΔＩｄおよびｑ軸電流偏差ΔＩｑのそれぞれについてＰＩ（比例積分）演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じてｄ軸電圧指令値Ｖｄ♯およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ♯を生成する。

　座標変換部２５０Ａは、モータＭ１の回転角θ１を用いた座標変換（２相→３相）によって、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ♯およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ♯をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。

　判断部３１０は、検出器３０からのフラグＦに基づいて絶縁判定処理中であるか否かを判断し、判断結果をキャリア制御部３００に出力する。

　キャリア制御部３００は、キャリア周波数ｆａ，ｆｂを設定し、設定したキャリア周波数ｆａ，ｆｂに従ってキャリア信号ＣＲＡ，ＣＲＢを生成し、それぞれＰＷＭ変調部２６０Ａ，２６０Ｂに出力する。この際、キャリア制御部３００は、判断部３１０の判断結果（絶縁判定処理中であるか否か）に応じて、キャリア周波数ｆａ，ｆｂの設定手法を切り替える。キャリア周波数ｆａ，ｆｂの設定手法については後に詳細に説明する。

　ＰＷＭ変調部２６０Ａは、キャリア信号ＣＲＡと座標変換部２５０Ａからの各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（図２の相電圧指令１７０Ａに相当）との電圧比較に従って、インバータ１４Ａの制御信号Ｓ３Ａ～Ｓ８Ａを生成する。制御信号Ｓ３Ａ～Ｓ８Ａに従って、インバータ１４Ａの各相上下アーム素子のオンオフを制御することによって、モータＭ１の各相に、図２のパルス幅変調電圧１８０Ａに相当する疑似正弦波電圧が印加される。

　以下、キャリア制御部３００によるキャリア周波数ｆａ，ｆｂの設定手法について、絶縁判定処理中でない場合と絶縁判定処理中である場合とに分けてそれぞれ説明する。

　まず、絶縁判定処理中でない場合のキャリア周波数ｆａ，ｆｂの設定手法について説明する。

　キャリア制御部３００は、絶縁判定処理中でない場合、キャリア周波数ｆａ，ｆｂを上述したランダム制御によって設定する。

　以下、ランダム制御について詳細に説明する。まず、キャリア制御部３００は、モータＭ２のトルクＴおよび回転速度Ｎに基づいて、キャリア周波数ｆａの基準周波数ｆａｓおよびキャリア周波数ｆｂの基準周波数ｆｂｓを算出する。

　図５は、モータＭ２のトルクＴおよび回転速度Ｎと基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓの切替範囲との関係を示すマップである。図５に示す回転速度Ｎ１，Ｎ２、トルクＴ１，Ｔ２，Ｔｍａｘ、上限トルクラインは、実験等により予め定められている。なお、モータＭ２のトルクＴと回転速度Ｎとの交点（以下、「モータ動作点」という）は、上限トルクラインを超えない範囲で制御される。

　キャリア制御部３００は、モータ動作点が図５に示す４つの領域Ａ１～Ａ４のいずれの領域に含まれるかによって、基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓの値を切り替える。なお、領域Ａ１～Ａ４の個数および各範囲は、モータＭ２の制御性や過熱防止などの観点から実験等によって予め設定される。

　図６は、図５に示す領域Ａ１～Ａ４、基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓ、キャリア周波数ｆａ，ｆｂの関係を示す図である。キャリア制御部３００は、モータ動作点が領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に含まれる場合、それぞれ基準周波数ｆａｓを所定値ｆａｓ１，ｆａｓ２，ｆａｓ３，ｆａｓ４に設定する。同様に、キャリア制御部３００は、モータ動作点が領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に含まれる場合、それぞれ基準周波数ｆｂｓを所定値ｆｂｓ１，ｆｂｓ２，ｆｂｓ３，ｆｂｓ４に設定する。

　なお、領域Ａ１～Ａ４に対する所定値ｆｓ１～ｆｓ４の値は、モータＭ２の制御性や過熱防止などの観点から予め設定される。本実施例では、基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓが０．７５ｋＨｚ程度の低周波数領域から５ｋＨｚ程度の高周波数領域までの広い領域内で変動する。

　基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓは、領域Ａ１～Ａ４のいずれの領域においても、基準周波数ｆａｓ，ｆａｂ間の周波数差Δｆｓが所定値ｆ１よりも大きくなるように予め設定されている。周波数差Δｆｓを所定値ｆ１よりも大きい値に設定する意義については後述する。

　そして、キャリア制御部３００は、基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓを基準として、キャリア周波数ｆａ，ｆｂをそれぞれ所定幅Ｗ１，Ｗ２に含まれる範囲でランダムに変動させる。

　本実施例では、キャリア制御部３００は、図６に示すように、ｆａｓ－（Ｗ１）／２＜ｆａ＜ｆａｓ＋（Ｗ１）／２の関係式が成り立つ範囲でキャリア周波数ｆａをランダムに変動させるとともに、ｆｂｓ－（Ｗ２）／２＜ｆｂ＜ｆｂｓ＋（Ｗ２）／２の関係式が成り立つ範囲でキャリア周波数ｆｂをランダムに変動させる。なお、ランダムに変動させる具体的な手法としては従来の手法を用いればよい。たとえば、乱数化されたマップ、または、乱数化するための演算を用いればよい。

　このように基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓを基準としてキャリア周波数ｆａ，ｆｂをランダムに変動させることで、特定の高調波成分の発生が抑制されるため、インバータ１４Ａ，１４Ｂで生じる騒音を減少させることができる。そのため、キャリア周波数ｆａ，ｆｂ（基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓ）をスイッチング損失の少ない低周波数領域にも設定することが可能となる。

　以上が絶縁判定処理中でない場合に行なわれるランダム制御についての説明である。
　次に、絶縁判定処理中である場合のキャリア周波数ｆａ，ｆｂの設定手法について説明する。

　キャリア制御部３００は、絶縁判定処理中である場合、キャリア周波数ｆａ，ｆｂ間の周波数差Δｆが所定値ｆ１よりも小さくなることを回避するために、ランダム制御によるキャリア周波数ｆａ，ｆｂの変動を制限する。ランダム制御によるキャリア周波数ｆａ，ｆｂの変動を制限する一手法として、本実施例では、絶縁判定処理中である場合に、ランダム制御を禁止して、キャリア周波数ｆａ，ｆｂをそれぞれ基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓに固定する。この点について以下に説明する。

　上述したように、絶縁判定処理は、出力電位波Ｖｗの極大値が判定レベルよりも低下したか否かに基づいて行なわれる（図２参照）。ところが、出力電位波Ｖｗの変動は、絶縁不良に起因して変動するだけでなく、キャリア周波数ｆａ，ｆｂ間の周波数差Δｆ（インバータ１４Ａのスイッチング周波数とインバータ１４Ｂのスイッチング周波数との差）に起因しても変動する。

　図７は、キャリア周波数ｆａ，ｆｂ間の周波数差Δｆと出力電位波Ｖｗの極大値の変動幅ΔＶｗとの関係を示す図である。図７に示すように、周波数差Δｆが所定値ｆ１よりも大きい状態（以下、「非同期状態」ともいう）である場合、変動幅ΔＶｗは「０」であり出力電位波Ｖｗの極大値は変動しない。一方、周波数差Δｆが所定値ｆ１よりも小さい状態（以下、「同期状態」ともいう）である場合、変動幅ΔＶｗは「０」よりも大きい値となり、出力電位波Ｖｗの極大値は変動する。したがって、同期状態である場合、車両高圧系に絶縁不良が生じていないにも関わらず出力電位波Ｖｗの極大値が判定レベルよりも低下し、車両高圧系の絶縁不良が誤検出されるおそれがある。

　この絶縁不良の誤検出を防止すべく、キャリア制御部３００は、絶縁判定処理中である場合に、ランダム制御を禁止して、キャリア周波数ｆａ，ｆｂをそれぞれ基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓに固定する。

　図８は、キャリア周波数ｆａ，ｆｂの変動範囲の時間変化を示す図である。
　時刻ｔ１以前および時刻ｔ２以降は、フラグＦがオフであり絶縁判定処理中でないため、ランダム制御が行なわれる。その結果、キャリア周波数ｆａは基準周波数ｆａｓを中心として所定幅Ｗ１でランダムに変動するとともに、キャリア周波数ｆｂは基準周波数ｆｂｓを中心として所定幅Ｗ２でランダムに変動する。これにより、低周波数領域を含めた全周波数領域において、ＰＷＭ制御時の損失低減と騒音低減とを両立させることが可能となる。

　時刻ｔ１～ｔ２の期間は、フラグＦがオンであり絶縁判定処理中であるため、ランダム制御が禁止されて、キャリア周波数ｆａ，ｆｂがそれぞれ基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓに固定される。そのため、キャリア周波数ｆａ，ｆｂ間の周波数差Δｆが基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓ間の周波数差Δｆｓとなる。周波数差Δｆｓは、図６にも示したように、所定値ｆ１よりも大きい値となるように予め設定される。これにより、上述した同期状態（周波数差Δｆが所定値ｆ１よりも大きい状態）が回避されるので、周波数差Δｆに起因する出力電位波Ｖｗの極大値の変動が抑制される（図７参照）。そのため、車両高圧系の絶縁不良の誤検出が防止される。基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓ間の周波数差Δｆｓを所定値ｆ１よりも大きい値に設定する意義はこの点にある。

　図９は、上述の機能を実現するための制御装置４０の処理手順を示すフローチャートである。以下に示すフローチャートの各ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）は、上述したようにハードウェア処理によって実現してもよいしソフトウェア処理によって実現してもよい。

　Ｓ１０にて、制御装置４０は、フラグＦに基づいて絶縁判定処理中であるか否かを判断する。

　絶縁判定処理中でない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、制御装置４０は、Ｓ１２にてランダム制御を許可する。すなわち、制御装置４０は、基準周波数ｆａｓを基準としてキャリア周波数ｆａを所定幅Ｗ１に含まれる範囲でランダムに変動させるとともに、基準周波数ｆｂｓを基準としてキャリア周波数ｆｂを所定幅Ｗ２に含まれる範囲でランダムに変動させる。

　一方、絶縁判定処理中である場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、制御装置４０は、Ｓ１１にてランダム制御を禁止してキャリア周波数ｆａ，ｆｂをそれぞれ基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓに固定する。

　以上のように、本実施例に従う制御装置４０は、絶縁判定処理中である場合、ランダム制御を禁止して、キャリア周波数ｆａ，ｆｂをそれぞれ基準周波数ｆａｓ，ｆｂｓに固定する。これにより、同期状態が回避され、キャリア周波数ｆａ，ｆｂ間の周波数差Δｆに起因する出力電位波Ｖｗの極大値の変動が抑制される。そのため、検出器３０による車両高圧系の絶縁不良の誤検出を防止することができる。

　［変形例１］
　上述の実施例では、絶縁不良の誤検出を防止すべく、絶縁判定処理中に同期状態か否かに関わらずランダム制御を一律に禁止してキャリア周波数ｆａ，ｆｂを固定する手法を説明した。この手法を、以下のように変形してもよい。

　図１０は、本変形例１に従う制御装置４０の処理手順を示すフローチャートである。なお、図１０に示したフローチャートの中で、前述の図９に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

　絶縁判定処理中である場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、制御装置４０は、Ｓ２０にて、ランダム制御を続けた場合に同期状態になるか否かを予測する。具体的には、制御装置４０は、ランダム制御によって設定されたキャリア周波数ｆａ，ｆｂの周波数差Δｆが所定値ｆ１よりも小さいか否かを判断する。

　同期状態になると予測しない場合（Ｓ２０にてＮＯ）、制御装置４０は、絶縁判定処理中であっても、処理をＳ１２に移してランダム制御の実行を継続する。

　一方、同期状態になると予測した場合（Ｓ２０にてＹＥＳ）、制御装置４０は、処理をＳ２１に移して、少なくとも同期状態とならないように、キャリア周波数ｆａ，ｆｂのいずれか一方のランダム制御の実行を制限する。たとえば、制御装置４０は、キャリア周波数ｆｂをランダム制御によって変動させ、キャリア周波数ｆａをランダム制御を禁止して基準周波数ｆａｓに設定する。

　以上のように、本変形例１に従う制御装置４０は、絶縁判定処理中に、ランダム制御によって設定されたキャリア周波数ｆａ，ｆｂを用いると同期状態となると予測される場合にはランダム制御を制限する。一方、本変形例１に従う制御装置４０は、同期状態となると予測されない場合には絶縁判定処理中であってもランダム制御の実行を継続する。これにより、絶縁判定処理中にランダム制御を一律に禁止する場合に比べて、ランダム制御をより継続的に実行させることができる。そのため、絶縁不良の誤検出を防止しつつ、ＰＷＭ制御時の損失および騒音をより低減することができる。

　なお、図１０のＳ２１の処理にて、キャリア周波数ｆａ，ｆｂのいずれか一方のキャリア周波数の出力そのものを停止するようにしてもよい。

　また、図１０のＳ２１の処理にて、キャリア周波数ｆａ，ｆｂのいずれか一方のキャリア周波数をランダムに変動させ、ランダムに変動させたキャリア周波数を基準として他方のキャリア周波数を所定値ｆ１だけずらすように設定してもよい。このように設定すれば、キャリア周波数ｆａ，ｆｂが互いに所定値ｆ１だけずれた値で連動して変動することになり各々を独立して変動させることはできないが、少なくとも特定の高調波成分の発生が抑制されるため、インバータ１４Ａ，１４Ｂで生じる騒音を減少させることができる。

　［変形例２］
　上述の実施例および変形例１では、キャリア周波数ｆａ，ｆｂの各々を独立して変動させるランダム制御を実行し、絶縁判定処理中にそのランダム制御を制限する場合について説明した。

　これに対し、本変形例２では、キャリア周波数ｆａ，ｆｂが互いに所定値ｆ１に応じた値だけずらして連動して変動させるランダム制御を、絶縁判定処理中であるか否かに関わらず継続して実行する。

　図１１は、本変形例２に従う制御装置４０によるキャリア周波数ｆａ，ｆｂの設定手法を例示した図である。図１１に示すように、本変形例２に従う制御装置４０は、上述の実施例と同様の手法で基準周波数ｆｂｓを設定し、基準周波数ｆｂｓを基準としてキャリア周波数ｆｂを所定幅Ｗ２に含まれる範囲でランダムに変動させる。

　そして、本変形例２に従う制御装置４０は、ランダムに変動させたキャリア周波数ｆｂに所定値ｆ１に応じたオフセット値ｆ０を加えた値を、キャリア周波数ｆａに設定する。

　このように、キャリア周波数ｆａ，ｆｂを所定値ｆ１に応じた値だけオフセットさせて変動させることによって、キャリア周波数ｆａ，ｆｂの双方を変動させつつ、絶縁不良の誤検出を防止することができる。そのため、絶縁判定処理中においても、キャリア周波数ｆａ，ｆｂの双方を変動させることが可能となり、インバータ１４Ａ，１４Ｂで生じる損失および騒音を低減することができる。

　今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　モータ駆動制御システム、５，６　負極線、７　正極線、１０　電圧センサ、１０＃　直流電圧発生部、１１，２４　電流センサ、１２　コンバータ、１３　電圧センサ、１４Ａ，１４Ｂ　インバータ、１５，１６，１７　上下アーム、２０＃　駆動力発生部、２５　回転角センサ、３０　検出器、３１　発振電源、３２　フィルタ、３３　判定装置、４０　制御装置、２１０Ａ，２１０Ｂ　電流指令生成部、２２０Ａ，２５０Ａ，２２０Ｂ，２５０Ｂ　座標変換部、２４０Ａ，２４０Ｂ　電圧指令生成部、２６０Ａ，２６０Ｂ　変調部、３００　キャリア制御部、３１０　判断部、Ｂ　直流電源、ＣＮ０，ＣＮ１　平滑コンデンサ、Ｃｄ　コンデンサ、Ｄ１～Ｄ８　逆並列ダイオード、Ｌ１　リアクトル、Ｍ１，Ｍ２　モータ、Ｑ１～Ｑ８　スイッチング素子、ＳＲ１，ＳＲ２　システムリレー、Ｒｄ　抵抗素子、Ｚ１～Ｚ３　絶縁素子。

Claims

　車両の制御装置であって、
　前記車両は、
　電源（Ｂ）と、
　複数のモータ（Ｍ１、Ｍ２）と、
　前記電源と前記複数のモータとの間で電力変換を行なう複数のインバータ（１４Ａ，１４Ｂ）と、
　前記電源、前記複数のモータおよび前記複数のインバータを結ぶ通電経路を前記通電経路の外部から絶縁するための絶縁抵抗（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３）と、
　前記通電経路を介して前記絶縁抵抗に接続され、判定用信号の電位の変動に基づいて前記絶縁抵抗が不良であるか否かを判定する判定処理を行なうことによって前記絶縁抵抗の不良を検出する検出器（３０）とを備え、
　前記判定用信号の電位は、前記絶縁抵抗の抵抗値の低下に起因して変動するとともに、前記複数のインバータの動作周波数間の差が所定値よりも小さい場合に変動し、
　前記制御装置は、
　前記検出器による前記判定処理中であるか否かを判断する判断部（３１０）と、
　前記判断部の結果に応じて前記複数のインバータの動作周波数を制御する制御部（２００Ａ、２００Ｂ、３００）とを含み、
　前記制御部は、
　前記判定処理中でない場合、前記複数のインバータの動作周波数の各々を任意に変動させるランダム制御を実行し、
　前記判定処理中である場合、前記動作周波数間の差が前記所定値よりも小さくなることを回避するために前記ランダム制御による前記複数のインバータの動作周波数の変動を制限する制限制御を実行する、車両の制御装置。
　前記制限制御は、前記ランダム制御の実行を禁止して、前記動作周波数間の差が前記所定値よりも大きくなるように前記複数のインバータの動作周波数を固定する制御である、請求の範囲第１項に記載の車両の制御装置。
　前記制限制御は、前記ランダム制御によって制御されるべき前記複数のインバータの動作周波数間の差が前記所定値よりも小さい同期状態でない場合には前記ランダム制御の実行を維持し、前記同期状態である場合に前記動作周波数間の差が前記所定値よりも大きくなるように前記複数のインバータの動作周波数をずらす制御である、請求の範囲第１項に記載の車両の制御装置。
　前記制限制御は、前記複数のインバータの動作周波数のいずれか１つの動作周波数を任意に変動させ、任意に変動させた前記１つの動作周波数を基準として他の前記動作周波数を互いに前記所定値に応じた値だけずらすように制限しつつ変動させる制御である、請求の範囲第１項に記載の車両の制御装置。
　前記複数のインバータの動作は、前記複数のインバータにそれぞれ対応する複数のキャリア信号（ＣＲＡ、ＣＲＢ）と前記複数のインバータにそれぞれ対応する複数の制御指令（１７０Ａ、１７０Ｂ）との比較結果に基づいて制御され、
　前記制御部は、前記複数のキャリア信号を制御することによって前記複数のインバータの動作周波数を制御する、請求の範囲第１項に記載の車両の制御装置。