(57)【要約】【課題】インバータのデッドタイムによるモータに印加される電圧の低下をより適正に補償する。【解決手段】モータの各相に印加すべき制御用相電圧の振幅に比してパルス幅変調制御におけるキャリア信号の振幅が大きい過変調のときには、モータの各相に印加する電圧に対するモータの各相に印加される電流である電圧電流位相差と、モータの制御用相電圧の周期におけるパルス幅変調制御の三角波電圧の数である同期数と、補正電圧と、の関係を予め定めたマップに対して電圧電流位相差と同期数とを適用して補正電圧を設定し、モータの目標トルクに基づくモータの各相に印加すべき制御用電圧に補正電圧を加えてモータの相電圧指令を設定する。【選択図】図３
2010233376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用の動力を出力可能な電動機と、前記電動機を駆動可能なインバータと、前記インバータを介して前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、前記電動機から出力すべき目標トルクに基づいて設定された前記電動機の各相に印加すべき制御用相電圧に前記インバータのスイッチング素子の短絡を防止するためのデッドタイムに応じた補正電圧を加えて目標相電圧を設定すると共に該設定した目標相電圧がパルス幅変調制御によって前記電動機の各相に印加されるよう前記インバータをスイッチング制御する制御手段と、を備える自動車であって、
前記制御手段は、前記目標相電圧の振幅が前記パルス幅変調制御におけるキャリア信号の振幅より大きい過変調のときには、前記電動機の各相に印加する相電圧と該電動機の各相に印加される相電流との位相差である電圧電流位相差が第１の位相差未満の領域では該電圧電流位相差が大きくなるほど所定の電圧に向かって大きくなる傾向で前記電圧電流位相差が前記第１の位相差以上で該第１の位相差より大きい第２の位相差未満の領域では該電圧電流位相差に拘わらず前記所定の電圧で前記電圧電流位相差が前記第２の位相差以上の領域では前記電圧電流位相差が大きくなるほど前記所定の電圧から大きくなる傾向を有し、且つ前記制御用相電圧の周期に対する前記パルス幅変調制御におけるキャリア周波数の比である制御値が大きいほど前記第１の位相差および前記所定の電圧が大きく前記第２の位相差が小さくなるよう予め定められたマップに対して前記電圧電流位相差と前記制御値とを適用して導出された電圧を前記補正電圧とする手段である、
ことを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の自動車に搭載される電動機の駆動装置としては、電動機に目標電圧が印加されるようパルス幅変調制御を用いてインバータをスイッチング制御するものにおいて、スイッチング素子のアーム短絡を防止するためのターンオフ時間（デッドタイム）を考慮して電動機の目標電圧を設定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置では、パルス幅変調制御のキャリア周期に対するデッドタイムの比をインバータに作用している電圧に乗じてデッドタイムによる電動機に印加される電圧低下を算出すると共に算出した電圧低下を振幅とする正弦波の補正電圧を用いて電動機の目標電圧を設定することにより、補正電圧による電流リプルを少なくすることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０８６０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の電動機の駆動装置では、電動機の目標電圧がパルス幅変調制御におけるキャリア信号の振幅より大きい過変調のときには、デッドタイムによる電圧低下を補償する補正電圧を適正に設定することができない場合がある。パルス幅変調制御が過変調でないときにはキャリア周期毎にインバータのスイッチング素子がオンオフなされるのに対して、パルス幅変調制御が過変調のときにはキャリア周期中にインバータのスイッチング素子がオンオフされない期間が生じるため、デッドタイムの影響が異なる。
【０００５】
本発明の自動車は、電動機を駆動するインバータのパルス幅変調制御が過変調のときにインバータのデッドタイムによる電動機に印加される電圧の低下をより適正に補償することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明の自動車は、
走行用の動力を出力可能な電動機と、前記電動機を駆動可能なインバータと、前記インバータを介して前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、前記電動機から出力すべき目標トルクに基づいて設定された前記電動機の各相に印加すべき制御用相電圧に前記インバータのスイッチング素子の短絡を防止するためのデッドタイムに応じた補正電圧を加えて目標相電圧を設定すると共に該設定した目標相電圧がパルス幅変調制御によって前記電動機の各相に印加されるよう前記インバータをスイッチング制御する制御手段と、を備える自動車であって、
前記制御手段は、前記目標相電圧の振幅が前記パルス幅変調制御におけるキャリア信号の振幅より大きい過変調のときには、前記電動機の各相に印加する相電圧と該電動機の各相に印加される相電流との位相差である電圧電流位相差が第１の位相差未満の領域では該電圧電流位相差が大きくなるほど所定の電圧に向かって大きくなる傾向で前記電圧電流位相差が前記第１の位相差以上で該第１の位相差より大きい第２の位相差未満の領域では該電圧電流位相差に拘わらず前記所定の電圧で前記電圧電流位相差が前記第２の位相差以上の領域では前記電圧電流位相差が大きくなるほど前記所定の電圧から大きくなる傾向を有し、且つ前記制御用相電圧の周期に対する前記パルス幅変調制御におけるキャリア周波数の比である制御値が大きいほど前記第１の位相差および前記所定の電圧が大きく前記第２の位相差が小さくなるよう予め定められたマップに対して前記電圧電流位相差と前記制御値とを適用して導出された電圧を前記補正電圧とする手段である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の自動車では、目標相電圧の振幅がパルス幅変調制御におけるキャリア信号より大きい過変調のときには、電動機の各相に印加する相電圧と電動機の各相に印加される相電流との位相差である電圧電流位相差が第１の位相差未満の領域では電圧電流位相差が大きくなるほど所定の電圧に向かって大きくなる傾向で電圧電流位相差が第１の位相差以上で第１の位相差より大きい第２の位相差未満の領域では電圧電流位相差に拘わらず所定の電圧で電圧電流位相差が第２の位相差以上の領域では電圧電流位相差が大きくなるほど所定の電圧から大きくなる傾向を有し、制御用相電圧の周期に対するパルス幅変調制御におけるキャリア周波数の比である制御値が大きいほど第１の位相差および所定の電圧が大きく第２の位相差が小さくなるよう予め定められたマップに対して電圧電流位相差と制御値とを適用して導出された電圧をインバータのスイッチング素子の短絡を防止するためのデッドタイムに応じた補正電圧とし、この補正電圧を用いて電動機の目標相電圧を設定すると共に設定した目標相電圧がパルス幅変調制御によって電動機の各相に印加されるようインバータをスイッチング制御する。このように、パルス幅変調制御が過変調のときには、電圧電流位相差と制御値とを予め定めたマップに適用してインバータのデッドタイムに応じた補正電圧を導出して設定することにより、インバータのデッドタイムによる電動機に印加される電圧の低下をより適正に補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】電子制御ユニット５０によって所定時間毎に実行される補正電圧設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】補正電圧設定用マップの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、駆動輪２８ａ，２８ｂにデファレンシャルギヤ２６を介して回転子が接続されたモータ２２と、モータ２２を駆動するためのインバータ２４と、インバータ２４を介してモータ２２と電力をやりとりするバッテリ３０と、モータ２２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のＵ相，Ｖ相に流れる相電流を検出する電流センサ２２ｕ，２２ｖからの相電流やシフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジション，アクセルペダル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５４からのアクセル開度，ブレーキペダル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５６からのブレーキポジション，車速センサ５８からの車速を入力してインバータ２４など車両全体を制御する電子制御ユニット５０と、を備える。
【００１２】
インバータ２４は、６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６と、トランジスタＴ１〜Ｔ６に逆方向に並列接続された６個のダイオードＤ１〜Ｄ６と、により構成されている。各６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６は、バッテリ３０の正極が接続された正極母線とバッテリ３０の負極が接続された負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータ２２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、対をなすトランジスタＴ１〜Ｔ６のオン時間の割合を制御することによりモータ２２を駆動することができる。
【００１３】
実施例の電気自動車２０は、基本的には、電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。電子制御ユニット５０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じてモータ２２から出力すべき目標トルクを設定し、設定した目標トルクとモータ２２の回転子に取り付けられた図示しないセンサにより検出されたモータ２２の回転数とに基づいてインバータ２４を制御する制御モードを設定する。インバータ２４の制御は、実施例では、モータ２２の相電圧指令と三角波電圧（キャリア信号）との比較によりトランジスタＴ１〜Ｔ６のオン時間の割合を設定するパルス幅変調制御により行なわれ、制御モードは、パルス幅変調制御におけるキャリア信号の振幅以下の振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成する正弦波制御モードと、パルス幅変調制御におけるキャリア信号の振幅を越えた振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成する過変調制御モードとがあり、目標トルクやモータ２２の回転数が小さいときには正弦波制御モードが設定され、目標トルクやモータ２２の回転数が大きいときには過変調制御モードが設定される。続いて、モータ２２の目標トルクに基づいてモータ２２のｄ軸，ｑ軸に印加すべき目標電流を設定すると共に、ｄ軸，ｑ軸に流れる電流が目標電流となるようにするためのフィードバック制御によりｄ軸，ｑ軸に印加すべき目標電圧を設定し、設定した目標電圧を２相−３相変換してモータ２２の三相コイルの各相に印加すべき制御用相電圧を設定する。ここで、ｄ軸はモータ２２のロータの永久磁石により形成される磁束の方向であり、ｑ軸はｄ軸に対してモータ２２を正回転させる方向に電気角をπ／２だけ進角させた方向である。そして、インバータ２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のオンオフを切り替える際に対となるトランジスタが共にオンとなるのを防止するためのデッドタイム（対となるトランジスタを共にオフとする時間）ｔｄに応じた補正電圧Ｖｄｅａｄを制御用相電圧に加えてモータ２２の各相の相電圧指令を設定し、制御モードに応じたパルス幅変調制御によりモータ２２の各相に相電圧指令が印加されるようインバータ２４をスイッチング制御する。こうした制御により、モータ２２から目標トルクを出力して走行することができる。なお、デッドタイムｔｄは、インバータ２４の特性などに基づいて予め定められた時間が用いられる。
【００１４】
次に、実施例の電気自動車２０の駆動制御におけるデッドタイムｔｄに応じた補正電圧Ｖｄｅａｄを設定する処理について説明する。図２は、電子制御ユニット５０によって所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎など）に実行される補正電圧設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。補正電圧設定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、駆動制御において設定されたインバータ２４の制御モードを判定し（ステップＳ１００）、制御モードが正弦波制御モードのときには、通常時補正電圧設定処理を実行して（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。通常時補正電圧設定処理では、インバータ２４に作用している電圧（バッテリ３０の電圧）Ｖｉとデッドタイムｔｄとパルス幅変調制御における三角波電圧の周期（キャリア周期）ｔｃとモータ２２のｄ軸，ｑ軸に印加されている電流Ｉｄ，Ｉｑとに基づいて次式（１）により補正電圧Ｖｄｅａｄを演算する。ここで、パルス幅変調制御におけるキャリア周期ｔｃは、本ルーチンと並行して実行される図示しないキャリア信号設定処理においてモータ２２の目標トルクや回転数が大きいほど小さくなる傾向に設定される。また、モータ２２のｄ軸，ｑ軸に印加されている電流Ｉｄ，Ｉｑは、電流センサ２２ｕ，２２ｖからの相電流を各相に印加される相電流の和が値０であるものとして３相−２相変換することにより演算される。式（１）は、キャリア周期ｔｃ毎にインバータ２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のオンオフが切り替えられるときのデッドタイムｔｄによるモータ２２の三相コイルの各相に印加される電圧の低下を補償するための関係式であり、式（１）中、モータ２２のｄ軸，ｑ軸に印加されている電流Ｉｄ，Ｉｑを含む分数部分は、モータ２２の三相コイルの各相に印加する電圧に対する各相に印加される電流の位相差である電圧電流位相差に相当する値となる。正弦波制御モードのときには、こうして設定された補正電圧Ｖｄｅａｄを用いて上述の駆動制御を実行することにより、デッドタイムｔｄによって生じる各相に印加される電圧の低下を補償してモータ２２から目標トルクにより近いトルクを出力することができる。
【００１５】
【数１】
2010233376.tif 000003
【００１６】
一方、制御モードが過変調制御モードのときには、過変調時補正電圧設定処理を実行して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。過変調時補正電圧設定処理では、モータ２２の三相コイルの各相に印加する電圧に対する各相に印加される電流の位相差である電圧電流位相差と、モータ２２の制御用相電圧の周期におけるパルス幅変調制御の三角波電圧の三角波の数である同期数と、に基づいて補正電圧Ｖｄｅａｄを設定する。ここで、電圧電流位相差は、モータ２２の相電圧指令と電流センサ２２ｕ，２２ｖからの相電流とに基づいて演算することができ、例えば、相電圧指令の所定の一相における正負が反転する時刻と検出された相電流の正負が反転する時刻との差を相電圧指令の周期で除すことにより演算することができる。また、モータ２２の制御用相電圧の周期は、制御用相電圧が値０より大きくなる時間や値０より小さくなる時間を計測したり、モータ２２の回転数に基づいて演算することができる。制御モードが過変調制御モードのときの補正電圧Ｖｄｅａｄは、具体的には、電圧電流位相差と同期数と補正電圧Ｖｄｅａｄとの関係を予め定めて補正電圧設定用マップとして電子制御ユニット５０の図示しない記憶領域に記憶しておき、電圧電流位相差と同期数とが与えられると記憶したマップから対応する補正電圧Ｖｄｅａｄを導出して設定するものとした。図３に補正電圧設定用マップの一例を示す。図中、実線は同期数が比較的小さいときの補正電圧Ｖｄｅａｄを示し、一点鎖線は同期数が比較的大きいときの補正電圧Ｖｄｅａｄを示す。補正電圧Ｖｄｅａｄは、図示するように、電圧電流位相差が第１の位相差θＬ未満の領域では、電圧電流位相差が大きいほど所定の電圧Ｖｄに向かって大きくなる傾向に設定され、電圧電流位相差が第１の位相差θＬ以上で第１の位相差θＬより大きい第２の位相差θＨ未満の領域では電圧電流位相差に拘わらず所定の電圧Ｖｄが設定され、電圧電流位相差が第２の位相差θＨ以上の領域では電圧電流位相差が大きいほど所定の電圧Ｖｄから大きくなる傾向に設定される。また、同期数が大きいとき（図中、一点鎖線）には同期数が小さいとき（図中、実線）に比して第１の位相差θＬおよび所定の電圧Ｖｄが大きくなると共に（図中、θＬ２＞θＬ１，Ｖｄ２＞Ｖｄ１）、第２の位相差θＨが小さくなる傾向がある（図中、θＨ２＜θＨ１）。こうしたマップは、電圧電流位相差や同期数毎にモータ２２の各相に印加した電圧に対する電流を検出する実験などにより予め定めることができる。
【００１７】
いま、制御モードが正弦波制御モードのときを考えると、モータ２２の相電圧指令の振幅はパルス幅変調制御におけるキャリア信号の振幅より小さく、キャリア周期ｔｃ毎にインバータ２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のオンオフが切り替えられる。一方、制御モードが過変調制御モードのときを考えると、モータ２２の相電圧指令の振幅はパルス幅変調制御におけるキャリア信号の振幅より大きく、キャリア周期ｔｃ中にインバータ２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のオンオフが切り替えられない期間が生じる。したがって、過変調制御モードのときには、所定の期間においてはデッドタイムの影響がなくなり、正弦波制御モードのときと同様には補正電圧Ｖｄｅａｄを演算することができない。このため、実施例では、過変調制御モードのときには、電圧電流位相差と同期数と補正電圧Ｖｄｅａｄとの関係を予め定めたマップに対して電圧電流位相差と同期数とを適用して補正電圧Ｖｄｅａｄを導出して設定するものとした。これにより、過変調制御モードのときにもデッドタイムｔｄによるモータ２２に印加される電圧の低下をより適正に補償することができ、モータ２２から目標トルクにより近いトルクを出力することができる。また、これにより、制御モードが正弦波制御モードから過変調制御モードに変更されたときにモータ２２の相電圧指令が大きく変化してモータ２２の各相に印加される電流に乱れが生じるのを抑制したりモータ２２から出力されるトルクが急変したりするのを抑制することができる。
【００１８】
以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、過変調モードが設定されているときには、モータ２２の各相に印加する電圧に対するモータ２２の各相に印加される電流である電圧電流位相差と、モータ２２の制御用相電圧の周期におけるパルス幅変調制御の三角波電圧の三角波の数である同期数と、補正電圧Ｖｄｅａｄと、の関係を予め定めたマップに対して電圧電流位相差と同期数とを適用して補正電圧Ｖｄｅａｄを設定するから、過変調モードのときにインバータ２４のデッドタイムｔｄによるモータ２２に印加される電圧の低下をより適正に補償することができる。
【００１９】
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２２が「電動機」に相当し、インバータ２４が「インバータ」に相当し、バッテリ３０が「バッテリ」に相当し、過変調モードが設定されているときには、モータ２２の各相に印加する電圧に対するモータ２２の各相に印加される電流である電圧電流位相差が第１の位相差θＬ未満の領域では電圧電流位相差が大きいほど補正電圧は所定の電圧Ｖｄに向かって大きくなる傾向で電圧電流位相差が第１の位相差θＬ以上で第２の位相差θＨ未満の領域では電圧電流位相差に拘わらず所定の電圧Ｖｄで電圧電流位相差が第２の位相差ＶＨ以上の領域では電圧電流位相差が大きいほど所定の電圧Ｖｄから大きくなる傾向を有しモータ２２の制御用相電圧の周期におけるパルス幅変調制御の三角波電圧の三角波の数である同期数が大きいときには同期数が小さいときに比して第１の位相差ＶＬおよび所定の電圧Ｖｄが大きくなると共に第２の位相差ＶＨが小さくなる傾向に予め定められたマップに対して電圧電流位相差と同期数とを適用して補正電圧Ｖｄｅａｄを設定する処理と、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じてモータ２２から出力すべき目標トルクを設定すると共に設定した目標トルクとモータ２２の回転数とに基づいてインバータ２４を制御する制御モードを設定し、モータ２２の目標トルクに基づいてモータ２２のｄ軸，ｑ軸に印加すべき目標電流を設定すると共にｄ軸，ｑ軸に流れる電流が目標電流となるようにするためのフィードバック制御によりｄ軸，ｑ軸に印加すべき目標電圧を設定し、設定した目標電圧を２相−３相変換したモータ２２の三相コイルの各相に印加すべき制御用相電圧に補正電圧Ｖｄｅａｄを加えてモータ２２の各相の相電圧指令を設定して制御モードに応じたパルス幅変調制御によりモータ２２の各相に相電圧指令が印加されるようインバータ２４をスイッチング制御する処理とを実行する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、自動車の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２３】
２０  電気自動車、２２  モータ、２２ｕ，２２ｖ  電流センサ、２４  インバータ、２６  デファレンシャルギヤ、２８ａ，２８ｂ  駆動輪、３０  バッテリ、５０  電子制御ユニット、５２  シフトポジションセンサ、５４  アクセルペダルポジションセンサ、５６  ブレーキペダルポジションセンサ、５８  車速センサ、Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード、Ｔ１〜Ｔ６  トランジスタ。
【図１】
2010233376.tif 000004
【図２】
2010233376.tif 000005
【図３】
2010233376.tif 000006