(57)【要約】【課題】車両システム全体を見据えたモータ設計を実現する。【解決手段】車両統合シミュレータ１において、動作点スイープ部２４は、車両に搭載されるモータに関する出力要求値２１に基づいて、モータ動作領域内部の動作点を出力する。パラメータ設定部２３は、モータの構造に関する構造パラメータを設定する。モータ入力作成部２７は、動作点スイープ部２４から出力された動作点に基づいて、モータをモデル化したモータプラントモデル１３ｂへの入力値を作成する。モータ演算部２８は、パラメータ設定部２３で構造パラメータに基づき設定されたモータの電気的特性に関する電気パラメータに基づいて、入力値に対する出力値をモータプラントモデル１３ｂを用いて演算する。補正部３４は、モータ演算部２８で演算された出力値が出力要求値２１に近づくように、構造パラメータを変更する。【選択図】図２
2018182907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータにより実行可能なモータモデルシミュレーションプログラムであって、前記コンピュータを、
車両に搭載されるモータに関する出力要求値に基づいて、モータ動作領域内部の動作点を出力する動作点スイープ部と、
前記モータの構造に関する構造パラメータを設定するパラメータ設定部と、
前記動作点に基づいて、前記モータをモデル化したモータモデルへの入力値を作成するモータ入力作成部と、
前記構造パラメータに基づき設定された前記モータの電気的特性に関する電気パラメータに基づいて、前記入力値に対する出力値を前記モータモデルを用いて演算するモータ演算部と、
前記出力値が前記出力要求値に近づくように、前記構造パラメータを変更する補正部と、として機能させるモータモデルシミュレーションプログラム。
【請求項２】
請求項１に記載のモータモデルシミュレーションプログラムにおいて、
前記モータ入力作成部は、前記モータの過変調領域および省パルスＰＷＭ制御領域の少なくとも一方を含めて前記入力値を作成するモータモデルシミュレーションプログラム。
【請求項３】
請求項２に記載のモータモデルシミュレーションプログラムにおいて、
前記コンピュータを、前記モータの過変調領域における変調率を出力する過変調率スイープ部と、前記モータの省パルスＰＷＭ制御領域におけるＰＷＭ波形を選択する省パルスＰＷＭ波形選択部と、の少なくとも一方としてさらに機能させ、
前記モータ入力作成部は、前記動作点と、前記変調率および前記ＰＷＭ波形の少なくとも一方とに基づいて、前記入力値を作成するモータモデルシミュレーションプログラム。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のモータモデルシミュレーションプログラムにおいて、
前記コンピュータを、前記過変調領域または前記省パルスＰＷＭ制御領域における前記モータの効率向上効果とトルクリプル増加による不利益とのトレードオフ評価を行うトレードオフ評価部としてさらに機能させるモータモデルシミュレーションプログラム。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のモータモデルシミュレーションプログラムにおいて、
前記コンピュータは、前記モータモデルを記憶したデータベースと接続されており、
前記モータ演算部は、前記データベースを参照して前記モータモデルを取得するモータモデルシミュレーションプログラム。
【請求項６】
車両に搭載されるモータに関する出力要求値に基づいて、モータ動作領域内部の動作点を出力する動作点スイープ部と、
前記モータの構造に関する構造パラメータを設定するパラメータ設定部と、
前記動作点に基づいて、前記モータをモデル化したモータモデルへの入力値を作成するモータ入力作成部と、
前記構造パラメータに基づき設定された前記モータの電気的特性に関する電気パラメータに基づいて、前記入力値に対する出力値を前記モータモデルを用いて演算するモータ演算部と、
前記出力値が前記出力要求値に近づくように、前記構造パラメータを変更する補正部と、を備えるモータシミュレータ。
【請求項７】
車両に搭載されるモータをモデル化したモータモデルを生成するモータモデル生成部と、
前記車両を構成する部品をそれぞれモデル化した複数のブロックを有し、前記ブロックは前記モータモデルを少なくとも含む車両全体モデルと、を備え、
前記モータモデル生成部は、
前記モータに関する出力要求値に基づいて、モータ動作領域内部の動作点を出力する動作点スイープ部と、
前記モータの構造に関する構造パラメータを設定するパラメータ設定部と、
前記動作点に基づいて、前記モータモデルへの入力値を作成するモータ入力作成部と、
前記構造パラメータに基づき設定された前記モータの電気的特性に関する電気パラメータに基づいて、前記入力値に対する出力値を前記モータモデルを用いて演算するモータ演算部と、
前記出力値が前記出力要求値に近づくように、前記構造パラメータを変更する補正部と、を備える車両統合シミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータモデルシミュレーションプログラム、モータシミュレータ、および車両統合シミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両システムは数多くの部品の組合せからなる複雑なシステムである。近年、車両に求められる機能は低燃費化や安全性能の強化などますます高度化かつ複雑化している。しかも、市場要求は年々変化するため、開発期間を短縮して顧客ニーズにできるだけ早く対応することが求められる。
【０００３】
上記課題を実現するための一手法として、車両統合シミュレータの利用が進められている。これは、車両全体の挙動をコンピュータなどを用いてシミュレートできるように数式化、あるいはプログラム化しておき、実車によらず計算で車両の性能を見積もることを目的とするものである。以降、数式やプログラムを「モデル」と称し、またモデルを用いてシミュレーション可能な状態とすることを「モデル化」と称す。
【０００４】
車両統合シミュレータを用いれば、これまでは車両を試作することによって性能評価を行っていたところを、計算機上で性能評価を行うことができるようになる。そのため、試作よりも多くの設計案を評価することができるため、より顧客要求にふさわしい設計を選択することができるようになる。また、試作によらなければ評価できない部分以外は試作費用を削減できるため、開発コストの低減が見込める。さらに、一般的に試作より車両統合シミュレータのほうが評価にかかる時間が短いために、開発期間の低減が期待できる。
【０００５】
車両統合シミュレータは通常、MATLAB（登録商標）やSimulink（登録商標）などの制御系CADを用いて実現される。一般にこれらの制御系CADでは、ブロックの組合せにより全体システムを構築する。ブロックは、入力および内部状態から出力を計算するひとまとまりのモデルを指す。ブロックの大きさ（以降「粒度」と記載する）は自由に設定することができるが、一般的には車両を構成する一部品を一ブロックとすることが多い。この場合、部品特性の違いは、各ブロックのパラメータ値を変更することで実現される。部品ごとにブロックを作成しておけば、実際に部品を交換した際、対応する部分のブロックの交換のみで車両統合シミュレータは対処できるため、変更にかかる工数が減少する。また、部品ごとにブロックを作成することで、各部品作成メーカがそれぞれのブロックの設計を並行して行えるため、開発期間が短くなるという利点がある。
【０００６】
これまで車両統合シミュレータは、主に燃費評価や走行性能評価といった用途に利用されてきた。しかし近年では、更なる開発期間短縮の要求を受け、さまざまな特性を有する部品を適用した際の車両特性を計算し、その計算結果を比較して車両に最適な部品を選定するという試みも行われている。特に、今後市場の伸びが期待されている電気自動車やハイブリッド自動車においては、モータの選定が車両性能に直結するため、モータ選定の重要性がますます増加しつつある。
【０００７】
従来のモータシミュレーション技術として、特許文献１に記載の方法が知られている。特許文献１には、コンピュータ上でモータの効率を求める３次元磁界解析において、最適進角値を求めることが可能な進角値のシミュレーション方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１９９５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
最近の電気自動車やハイブリッド自動車では、モータに交流電力を供給するインバータの制御を工夫して、モータの動作領域を拡大したり、電気系の総合効率を向上したりする手法が提案されている。この場合、インバータ制御まで含めて車両システム全体を見据えたモータ設計が望ましいが、特許文献１に開示された従来のシミュレーション方法では、車両システム全体を見据えたモータ設計は困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるモータモデルシミュレーションプログラムは、コンピュータにより実行可能なものであって、前記コンピュータを、車両に搭載されるモータに関する出力要求値に基づいて、モータ動作領域内部の動作点を出力する動作点スイープ部と、前記モータの構造に関する構造パラメータを設定するパラメータ設定部と、前記動作点に基づいて、前記モータをモデル化したモータモデルへの入力値を作成するモータ入力作成部と、前記構造パラメータに基づき設定された前記モータの電気的特性に関する電気パラメータに基づいて、前記入力値に対する出力値を前記モータモデルを用いて演算するモータ演算部と、前記出力値が前記出力要求値に近づくように、前記構造パラメータを変更する補正部と、として機能させる。
本発明によるモータシミュレータは、車両に搭載されるモータに関する出力要求値に基づいて、モータ動作領域内部の動作点を出力する動作点スイープ部と、前記モータの構造に関する構造パラメータを設定するパラメータ設定部と、前記動作点に基づいて、前記モータをモデル化したモータモデルへの入力値を作成するモータ入力作成部と、前記構造パラメータに基づき設定された前記モータの電気的特性に関する電気パラメータに基づいて、前記入力値に対する出力値を前記モータモデルを用いて演算するモータ演算部と、前記出力値が前記出力要求値に近づくように、前記構造パラメータを変更する補正部と、を備える。
本発明による車両統合シミュレータは、車両に搭載されるモータをモデル化したモータモデルを生成するモータモデル生成部と、前記車両を構成する部品をそれぞれモデル化した複数のブロックを有し、前記ブロックは前記モータモデルを少なくとも含む車両全体モデルと、を備え、前記モータモデル生成部は、前記モータに関する出力要求値に基づいて、モータ動作領域内部の動作点を出力する動作点スイープ部と、前記モータの構造に関する構造パラメータを設定するパラメータ設定部と、前記動作点に基づいて、前記モータモデルへの入力値を作成するモータ入力作成部と、前記構造パラメータに基づき設定された前記モータの電気的特性に関する電気パラメータに基づいて、前記入力値に対する出力値を前記モータモデルを用いて演算するモータ演算部と、前記出力値が前記出力要求値に近づくように、前記構造パラメータを変更する補正部と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車両システム全体を見据えたモータ設計を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両統合シミュレータのハードウェア構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る車両統合シミュレータのソフトウェア構成を示す図である。
【図３】モータモデル生成部が行う処理のフローチャートである。
【図４】パラメータ設定処理のフローチャートである。
【図５】パラメータ確認処理のフローチャートである。
【図６】過変調の説明図である。
【図７】ＰＷＭ波形の一例を示す図である。
【図８】過変調を用いたｄ軸電流idおよびｑ軸電流iqの設定方法の説明図である。
【図９】変調率と効率、ペナルティおよび報酬との関係の一例を示す図である。
【図１０】従来手法による動作点決定方法の説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る車両統合シミュレータを用いた場合の動作点決定方法の説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る車両統合シミュレータのソフトウェア構成を示す図である。
【図１３】省パルスＰＷＭ方式におけるＰＷＭ波形選択方法の説明図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る車両統合シミュレータのソフトウェア構成を示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係るモータシミュレータのハードウェア構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（車両統合シミュレータの概要）
初めに、本発明に係る車両統合シミュレータの概要を説明する。本発明に係る車両統合シミュレータは、電気モータにより走行可能な電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両について、実際の車両の走行条件を模擬し、その際の車両の各部品の挙動をシミュレーションにより求めるものである。こうした車両統合シミュレータの使用は、要求特性を満足する部品の選定に好適である。
【００１４】
一般的に電動車両用モータには三相交流モータが用いられることが多く、その駆動制御にはインバータが用いられる。そのため、モータの性能はインバータの動作によっても左右される。本発明に係る車両統合シミュレータは、インバータの動作も考慮して、総合的にモータの電気パラメータを決定するものである。これにより、車両設計者が本シミュレータを用いる場合の使い勝手の改善や省力化に寄与している。
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る車両統合シミュレータのハードウェア構成を示す図である。図１に示す車両統合シミュレータ１は、制御部５０１、記憶部５０２、表示部５０３および操作入力部５０４を備えている。
【００１６】
制御部５０１は、たとえばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成されるコンピュータである。制御部５０１は、記憶部５０２に記憶されている不図示のシミュレーションプログラムを実行することで、車両全体モデル２およびモータモデル生成部３として機能する。なお、車両全体モデル２およびモータモデル生成部３の詳細については、後で図２を参照して説明する。
【００１７】
記憶部５０２は、たとえばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等により構成される不揮発性の記憶装置である。記憶部５０２には、前述のシミュレーションプログラムに加えて、車両全体モデル２およびモータモデル生成部３で利用されるプラントモデル実体データベース４０が記憶されている。なお、プラントモデル実体データベース４０の詳細については、後で図２を参照して説明する。
【００１８】
表示部５０３は、たとえば液晶ディスプレイ等により構成され、車両全体モデル２やモータモデル生成部３で行われたシミュレーション結果を表示して車両設計者等のユーザに提示する。操作入力部５０４は、たとえばキーボードやマウス等により構成され、ユーザからの操作入力を検出して制御部５０１に通知する。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る車両統合シミュレータのソフトウェア構成を示す図である。図２に示すように、本実施形態の車両統合シミュレータ１は、ソフトウェア構成上の機能として、車両全体モデル２、モータモデル生成部３およびプラントモデル実体データベース４０を備えている。
【００２０】
車両全体モデル２は、シミュレーション対象車両を構成する部品をそれぞれモデル化したインバータ制御モデル１１、インバータプラントモデル１２ａ、モータプラントモデル１３ａおよびギアボックスプラントモデル１４を有している。これらのモデルは、インバータ制御装置、インバータ、モータ、ギアボックスの各部品の挙動を導出するものであり、たとえばMATLAB（登録商標）やSimulink（登録商標）などの制御系１次元CADにおけるブロック（計算のひとまとまり）として表現される。ただし、他のモデル表現形式、たとえば数式、表（マップ）形式、Ｃ言語等によって実現されるコンピュータプログラムなどであってもよい。なお、車両全体モデル２は、実際には構成要素が非常に多く複雑であるため、図２では説明の簡素化のために、モータモデル生成部３と関係のある部分のみを抽出して図示している。
【００２１】
インバータ制御モデル１１は、インバータの要求トルクと要求回転数を入力として、インバータの制御信号を作成するブロックである。インバータプラントモデル１２ａは、インバータ制御モデル１１で作成されたインバータの制御信号と、バッテリからインバータに供給される直流電圧やインバータからモータに出力される交流電流を入力として、インバータに流れる直流電流やインバータからモータに印加される交流電圧を計算するブロックである。モータプラントモデル１３ａは、モータに印加される交流電圧とモータ回転数からモータのトルクや交流電流を計算するブロックである。ギアボックスプラントモデル１４は、モータの出力トルクを用いて車軸の出力トルクを計算するブロックである。
【００２２】
図２において、インバータプラントモデル１２ａとモータプラントモデル１３ａは、破線でそれぞれ示されている。インバータプラントモデル１２ａはタグＢを介して、またモータプラントモデル１３ａはタグＡを介して、プラントモデル実体データベース４０に記憶されたインバータプラントモデル１２、モータプラントモデル１３をそれぞれ参照するような構成としている。プラントモデル実体データベース４０に記憶されたこれらのプラントモデルは、インバータとモータをそれぞれモデル化した各プラントモデルの実体を表している。すなわち、プラントモデル実体データベース４０に記憶されたインバータプラントモデル１２およびモータプラントモデル１３とそれぞれ同一の内容が、インバータプラントモデル１２ａおよびモータプラントモデル１３ａとして、車両全体モデル２に反映される。
【００２３】
モータモデル生成部３は、パラメータ設定部２３、動作点スイープ部２４、過変調率スイープ部２５、モータ電流設定部２６、モータ入力作成部２７、モータ演算部２８、トルクリプル演算部２９、インバータ損失演算部３０、総合効率演算部３１、トレードオフ評価部３２、評価結果保管部３３および補正部３４を有している。モータモデル生成部３には、ユーザにより決定された出力要求値２１が入力される。出力要求値２１は、たとえばモータ体格や目標トルク、最高回転数など、車両特性に関係するモータの設計要求値のことである。モータモデル生成部３に入力された出力要求値２１は、補正部３４からの補正値２２と加算されることで補正され、パラメータ設定部２３、動作点スイープ部２４およびインバータ損失演算部３０に入力される。
【００２４】
パラメータ設定部２３は、入力された補正後の出力要求値２１、すなわち出力要求値２１と補正値２２の加算値に基づいて、モータの挙動に関係する物理量または設定値を表すモータのパラメータを設定する。モータのパラメータにはさまざまなものがあるが、以下の説明では、モータのパラメータをその特性に応じて、「構造バラメータ」、「電気パラメータ」、「制御パラメータ」の３つに分類する。構造パラメータは、モータの軸長や内径、磁石の厚さなど、モータの形状や構造に関係するパラメータである。電気パラメータは、バッテリ電圧、ｄ軸インダクタンスやｑ軸インダクタンス、巻線抵抗など、モータの挙動をシミュレートする上で計算に直接用いられる、モータの電気的特性に関係するパラメータである。電気パラメータには、構造パラメータにより決定されるものが含まれる。制御パラメータは、主にモータ演算部２８への入力作成に用いられる、モータの制御条件に関係するパラメータであり、たとえばｑ軸電流、ｄ軸電流、直流電圧などの条件が相当する。また、後述する評価関数の重みや学習係数など、電気パラメータを収束計算させる際の調整パラメータも制御パラメータに含まれる。パラメータ設定部２３は、周知のモータ設計手順に従って構造パラメータと電気パラメータを反復計算により設定（仮決定）すると共に、ユーザに与えられた制御条件に従って制御パラメータを設定し、各パラメータ値をモータ電流設定部２６、モータ演算部２８および補正部３４に出力する。
【００２５】
動作点スイープ部２４は、入力された補正後の出力要求値２１、すなわち出力要求値２１と補正値２２の加算値に基づいて、モータの動作を確認するためのモータ動作領域内部の動作点として、モータに要求される最大回転数と最大トルクの組み合わせを生成する。最大回転数と最大トルクの組み合わせは複数個存在するため、動作点スイープ部２４は、出力要求値２１に応じて複数の動作点を生成し、リスト化してモータ電流設定部２６に出力する。動作点スイープ部２４が出力するリスト化された複数の動作点をまとめて、以下では「動作点リスト」と記載する。
【００２６】
過変調率スイープ部２５は、モータの過変調領域における変調率を生成し、モータ電流設定部２６に出力する。変調率は、「相電圧の基本波成分の振幅÷（直流電圧／２）」として定義される値であり、一般的には、相電圧が正弦波の場合は変調率1以上、正弦波に３次高調波を重畳させた場合は変調率1.15以上の領域を過変調領域と称する。過変調は周知のようにインバータの出力最大電圧を拡大することができる技術であり、この過変調によって電圧を上げれば、モータはより効率が良く、かつ回転数を上げられる効果がある。その反面、過変調を行わない場合と比較して、電流リプルの増大によるノイズやトルク変動の影響を考える必要が出てくる。上記の３次高調波を重畳させた相電圧の場合、変調率1.15から理論上の変調率の最大値1.27までの範囲では、こうした影響が現れてくることが知られている。そのため、過変調率スイープ部２５は、たとえば変調率1.15（３次高調波重畳の場合）から変調率1.27まで少しずつ、たとえば0.01間隔などで変調率を変化させ、モータ電流設定部２６に出力する。
【００２７】
モータ電流設定部２６は、動作点スイープ部２４から出力された動作点と、過変調率スイープ部２５から出力された過変調領域における変調率とに基づいて、モータ制御信号を作成するための重要な物理量であるｄ軸電流idおよびｑ軸電流iqを計算する。具体的には、動作点スイープ部２４が生成した動作点リストから動作点を一つずつ取り出し、その動作点で変調率を変化させながらｄ軸電流idおよびｑ軸電流iqを計算することにより、各動作点での変調率ごとのｄ軸電流idとｑ軸電流iqの値を計算する。このときモータ電流設定部２６は、パラメータ設定部２３で設定された制御パラメータを用いて、周知の計算手法によりｄ軸電流idおよびｑ軸電流iqの計算を行う。
【００２８】
モータ入力作成部２７は、モータ電流設定部２６で計算されたｄ軸電流idおよびｑ軸電流iqの値に基づいてｄ軸電圧Vdおよびｑ軸電圧Vqを計算し、さらに計算したｄ軸電圧Vdおよびｑ軸電圧Vqの値に基づいて２相−３相変換を行うことで、モータに印加される三相電圧Vu,Vv,Vwを計算する。モータ入力作成部２７で計算された三相電圧Vu,Vv,Vwは、モータ演算部２８およびインバータ損失演算部３０に出力される。
【００２９】
モータ電流設定部２６およびモータ入力作成部２７は、以上説明したような処理をそれぞれ行う。これにより、動作点スイープ部２４で設定された動作点と、過変調率スイープ部２５で設定された変調率とに基づいて、モータ演算部２８内のモータプラントモデル１３ｂへの入力値としての三相電圧Vu,Vv,Vwを作成することができる。なお、過変調領域においてモータを使用しない場合は、モータプラントモデル１３ｂへの入力値を作成する際に、過変調率スイープ部２５で設定された変調率を用いる必要はない。
【００３０】
モータ演算部２８は、モータプラントモデル１３ｂを用いて、モータプラントモデル１３ｂへの入力値である三相電圧Vu,Vv,Vwに対する出力値を演算する。この出力値には、たとえばモータに流れる三相電流Iu,Iv,Iwや、モータが出力するトルクなどが含まれる。このときモータ演算部２８は、パラメータ設定部２３で設定（仮決定）された電気パラメータに基づいて、モータプラントモデル１３ｂの演算を行う。モータプラントモデル１３ｂは、車両全体モデル２におけるモータプラントモデル１３ａと同様に、モータに印加される交流電圧とモータ回転数からモータのトルクや交流電流を計算するブロックであり、タグＡを介して、プラントモデル実体データベース４０に記憶されたモータプラントモデル１３を参照するような構成としている。なお、モータプラントモデル１３ｂもモータプラントモデル１３ａと同様に、図２において破線で示されている。
【００３１】
トルクリプル演算部２９は、モータ演算部２８で演算されたトルクに基づいて、モータのトルクリプルを演算する。
【００３２】
インバータ損失演算部３０は、インバータの等価回路モデルであるインバータプラントモデル１２ｂを用いて、インバータ損失を演算する。具体的には、モータ入力作成部２７で計算された三相電圧Vu,Vv,Vwと、モータ演算部２８で演算された三相電流Iu,Iv,Iwと、補正後の出力要求値２１とに基づき、損失＝電圧×電流の式を時々刻々適用して、スイッチング損失を含めたインバータ損失を計算する。インバータプラントモデル１２ｂは、車両全体モデル２におけるインバータプラントモデル１２ａと同様のものであり、タグＢを介して、プラントモデル実体データベース４０に記憶されたインバータプラントモデル１２を参照するような構成としている。なお、インバータプラントモデル１２ｂもインバータプラントモデル１２ａと同様に、図２において破線で示されている。
【００３３】
総合効率演算部３１は、インバータ損失演算部３０で演算されたインバータ損失と、モータ演算部２８においてモータプラントモデル１３ｂから演算される銅損および鉄損とに基づいて、モータの総合効率を演算する。この総合効率は、過変調領域におけるモータの効率向上効果を表している。
【００３４】
トレードオフ評価部３２は、トルクリプル演算部２９で演算されたトルクリプルと、総合効率演算部３１で演算された総合効率とに基づいて、過変調領域におけるモータの効率向上効果とトルクリプル増加による不利益とのトレードオフ評価を行う。トレードオフ評価部３２は、動作点スイープ部２４が生成した動作点リストの各動作点と、過変調率スイープ部２５から出力された各変調率との組み合わせごとに、トレードオフ評価を行う。トレードオフ評価部３２によるトレードオフ評価の結果は、評価結果保管部３３に保管される。なお、トレードオフ評価部３２が行うトレードオフ評価の詳細については、後で説明する。
【００３５】
補正部３４は、評価結果保管部３３に保管されたトレードオフ評価結果に基づいて最適な動作点と変調率を抽出し、出力要求値２１に対する補正値２２を作成する。この補正値２２に基づいてパラメータ設定部２３がパラメータの再設定を行うことで、モータ演算部２８からの出力値が出力要求値２１に近づくように、構造パラメータおよび電気パラメータが変更される。さらに補正部３４は、所定のシミュレーション終了条件を満足したか否かを判断し、満足したと判断した場合には、そのときの電気パラメータの値を電気パラメータ１５ａとして車両全体モデル２に出力する。車両全体モデル２では、この電気パラメータ１５ａに基づいて、モータプラントモデル１３ａの計算が行われる。
【００３６】
プラントモデル実体データベース４０は、前述のように、インバータプラントモデル１２ａ、１２ｂおよびモータプラントモデル１３ａ、１３ｂからそれぞれ参照される実体としてのインバータプラントモデル１２およびモータプラントモデル１３を記憶している。プラントモデル実体データベース４０は、たとえばハッシュテーブル、連想リスト、リレーショナルデータベースなどによって実現可能である。なお、実体としてのインバータプラントモデル１２およびモータプラントモデル１３は、たとえばコンピュータにより実行可能なプログラムによって実現される。また、インバータプラントモデル１２およびモータプラントモデル１３の参照は、たとえばこれらのプログラムを指定するアドレスやポインタによって実現される。具体的には、たとえばモータプラントモデル１３ａは、前述の電気パラメータ１５ａをプログラムの引数として、プラントモデル実体データベース４０に記憶されたモータプラントモデル１３を指し示すアドレスを関数呼び出しするといった手続きで実行可能である。モータ演算部２８においてモータプラントモデル１３ｂを用いた演算を行う場合も同様である。
【００３７】
上記のようにすることで、たとえばプラントモデル実体データベース４０においてモータプラントモデル１３を変更すると、その変更がモータプラントモデル１３ａ、１３ｂにもそれぞれ同時に反映される。そのため、各モデル間での整合性が確保される。したがって、たとえば使用するモータが磁石モータから誘導モータに設計変更されたような場合でも、プラントモデル実体データベース４０内のモータプラントモデル１３の変更のみで、車両統合シミュレータ１の全体を当該設計変更に対処できるという効果がある。
【００３８】
上述のように、本実施形態による車両統合シミュレータ１は、車両全体モデル２に加えて、モータモデル生成部３を有している。モータモデル生成部３は、モータの構造パラメータのみならず過変調といったインバータの制御方式も考慮に入れた上で、モータの電気パラメータを作成するという特徴がある。そのため、必ずしもモータの設計に熟達していない設計者であっても、モータ特性を変化させて車両に適したモータ仕様を試してみることが容易になる。
【００３９】
図３は、車両統合シミュレータ１においてモータモデル生成部３が行う処理のフローチャートである。車両統合シミュレータ１は、制御部５０１において所定のプログラムを実行することで、制御部５０１をモータモデル生成部３として機能させ、図３の処理を実行させることができる。
【００４０】
まずステップＳ１０１において、モータモデル生成部３は、パラメータ設定部２３により制御パラメータを設定する。ここでは、たとえば初期補正値（＝０）、要求トルク差分Δτの初期値、トルク差分変化率α（0<α<1なる定数）および終了条件εの各制御パラメータを設定する。
【００４１】
ステップＳ１０２において、モータモデル生成部３は、パラメータ設定部２３により、構造パラメータおよび電気パラメータの設定を行うためのパラメータ設定処理を実行する。パラメータ設定処理の詳細については、後で図４を参照して説明する。
【００４２】
ステップＳ１０３において、モータモデル生成部３は、ステップＳ１０２で設定した構造パラメータおよび電気パラメータを確認するためのパラメータ確認処理を実行する。パラメータ確認処理の詳細については、後で図５を参照して説明する。
【００４３】
ステップＳ１０４以降の処理は、補正部３４において実施されることで、補正値２２を更新する処理である。ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２で設定した電気パラメータが出力要求値２１の仕様を満足しているか否かを判断する。モータ演算部２８からの出力値と出力要求値２１との差分が所定の範囲内となった場合には、電気パラメータが出力要求値２１の仕様を満足していると判断してステップＳ１０８に進む。一方、そうでない場合はステップＳ１０５に進み、補正値２２に要求トルク差分Δτを加算してステップＳ１０６に進む。
【００４４】
ステップＳ１０４で電気パラメータが出力要求値２１の仕様を満足していると判断した場合、ステップＳ１０８以降では、さらに条件を厳しくして最適な電気パラメータの探索を行う。ステップＳ１０８では、現在の要求トルク差分Δτと終了条件εとを比較し、要求トルク差分Δτが終了条件εよりも小さければ、十分に探索が行われることでシミュレーション終了条件を満足したと判断してステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、得られた電気パラメータの値を電気パラメータ１５ａとして出力する。ステップＳ１１０を実行したら、モータモデル生成部３は図３の処理を終了する。一方、要求トルク差分Δτが終了条件ε以上である場合は、さらに厳しい条件を探索するため、補正値２２から要求トルク差分Δτを減算してステップＳ１０６に進む。
【００４５】
ステップＳ１０６では、探索間隔減少処理として、ステップＳ１０５で補正値２２に加算またはステップＳ１０９で補正値２２から減算した要求トルク差分Δτに対して、トルク差分変化率αを乗算する。ステップＳ１０７では、得られた補正値２２を保存し、ステップＳ１０２に戻る。ここで保存された補正値２２は、続くステップＳ１０２のパラメータ設定処理において呼び出され、構造パラメータの設定に利用される。
【００４６】
図４は、図３のステップＳ１０２で実行されるパラメータ設定処理のフローチャートである。パラメータ設定部２３は、基本的にはモータの単体設計と同じ手順で、図４に示すパラメータ設定処理を実行する。
【００４７】
ステップＳ２０１では、出力要求値２１を設定する。ステップＳ２０２では、図３のステップＳ１０７で保存された補正値２２を呼び出して入力する。ステップＳ２０３では、ステップＳ２０１で設定した出力要求値２１とステップＳ２０２で入力した補正値２２の和を満足するような構造パラメータを計算するモータ構造設計処理を行う。ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で計算した構造パラメータがモータに対する仕様を満足するか否かを判定する。その結果、仕様を満足すると判定した場合はステップＳ２０６に進み、仕様を満足しないと判定した場合はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、ステップＳ２０３で計算した構造パラメータの値を更新する構造パラメータ更新処理を実行し、ステップＳ２０３のモータ構造設計処理を再度行う。一般的にモータの構造設計は反復および収束計算からなり、ステップＳ２０３〜Ｓ２０５の処理は、こうした設計手法を踏襲して構造パラメータを求める処理である。
【００４８】
ステップＳ２０４で構造パラメータが仕様を満足すると判定した場合、ステップＳ２０６では、その構造パラメータを出力する構造パラメータ出力処理を行う。ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６で出力した構造パラメータを用いて電気パラメータを計算する電気パラメータ計算処理を行う。続くステップＳ２０８では、ステップＳ１０７で計算した電気パラメータを出力する電気パラメータ出力処理を行う。ステップＳ２０８を実行したら、パラメータ設定部２３は図４のパラメータ設定処理を終了し、図３のステップＳ１０３に進む。なお、ステップＳ２０６、Ｓ２０８でそれぞれ出力される構造パラメータと電気パラメータの値は、いずれもパラメータ設定処理で仮決定された値であり、ステップＳ１０３のパラメータ確認処理でその妥当性が検証される。
【００４９】
図５は、図のステップＳ１０３で実行されるパラメータ確認処理のフローチャートである。
【００５０】
ステップＳ３０１は、動作点に関する反復処理であり、動作点スイープ部２４で生成した動作点リストの全ての動作点について、下記のステップＳ３０２〜Ｓ３０８の処理をそれぞれ行う。ステップＳ３０２は、過変調率に関する反復処理であり、過変調率スイープ部２５で生成した全ての過変調領域の変調率について、下記のステップＳ３０３〜Ｓ３０７の処理をそれぞれ行う。
【００５１】
ステップＳ３０３では、モータ電流設定部２６により、ｄ軸電流idおよびｑ軸電流iqの設定を行う。ステップＳ３０４では、モータ入力作成部２７により、ステップＳ３０３で設定したｄ軸電流idおよびｑ軸電流iqに基づいて、モータプラントモデル１３ｂに入力される三相電圧Vu,Vv,Vwを作成する。ステップＳ３０５では、インバータ損失演算部３０により、ステップＳ３０４で作成したモータ入力すなわち三相電圧Vu,Vv,Vwに基づいてインバータ損失を演算し、演算結果を出力する。ステップＳ３０６では、モータ演算部２８、トルクリプル演算部２９および総合効率演算部３１により、ステップＳ３０４で作成したモータ入力に対するモータプラントモデル１３ｂの出力値、トルクリプルおよび総合効率をそれぞれ演算する。ステップＳ３０７では、トレードオフ評価部３２により、ステップＳ３０６で演算されたトルクリプルおよび総合効率に基づくトレードオフ評価の計算を行う。
【００５２】
モータモデル生成部３は、以上説明したステップＳ３０３〜Ｓ３０７の一連の処理を、ステップＳ３０２の反復処理の対象として、変調率ごとに繰り返し実行する。その結果、各変調率に対するトレードオフ評価の結果が得られる。
【００５３】
ステップＳ３０２の反復処理を終えたら、ステップＳ３０８では、各変調率に対して得られたトレードオフ評価の結果に基づいて、最適な過変調率を選択する。なお、ステップＳ３０８での最適な過変調率の選択方法については後述する。
【００５４】
モータモデル生成部３は、以上説明したステップＳ３０３〜Ｓ３０８の一連の処理を、ステップＳ３０１の反復処理の対象として、動作点ごとに繰り返し実行する。その結果、各動作点に対して最適な過変調率が選択される。ステップＳ３０１の反復処理を終えたら、モータモデル生成部３は図５のパラメータ確認処理を終了し、図３のステップＳ１０４に進む。
【００５５】
以降では、図６〜図１１を参照して、図５で説明したパラメータ確認処理での考え方について説明する。図６は、過変調の説明図である。インバータは直流電圧をスイッチング素子でON、OFFすることにより、モータに供給する交流電圧を作成する。そのため、通常はインバータから出力される交流電圧の最大値は、直流電圧の最大値以下となる。図６において、符号１０１に示す波形は、最大値が直流電圧と等しくなるときの正弦波波形を示している。本図の縦軸は交流電圧の大きさを表しており、直流電圧と等しくなるときの交流電圧を1.0としている。
【００５６】
インバータから出力される交流電圧の実効値が最大となるのは、交流電圧の波形が符号１０２に示す最大電圧1.0の矩形波波形となるときである。符号１０３に示す波形は、矩形波波形１０２をフーリエ変換し、その基本波成分を示したものである。すなわち、インバータの出力電圧は、この矩形波の基本波成分波形１０３に示す電圧を上限値として、ここまでは上昇させることが可能である。
【００５７】
インバータの制御に用いられるＰＷＭ制御では、電圧の絶対値が1.0を超えた領域ではインバータのスイッチングを行うことが出来ない。このような領域を有する電圧波形を電圧指令として行われるＰＷＭ制御は、過変調ＰＷＭ制御と称される。過変調ＰＷＭ制御では、前述のように電圧を上げられる効果がある。またスイッチング回数が減るため、インバータのスイッチング損失が低減する効果がある。しかしその一方で、パルスを打たない領域では正弦波形状を再現することが出来なくなるため、交流電圧の波形に歪みが生じることとなり、ノイズの増加やトルクリプルの増大という考慮すべき点が出てくる。なお、このとき正弦波に３次高調波を重畳することで、過変調ＰＷＭ制御を行うことなく電圧を上げることも可能ではあるが、矩形波よりは電圧の利用率が低くなる。変調率は一般に「相電圧の基本波成分の振幅÷（直流電圧／２）」として定義され、正弦波の場合は変調率1以上、３次高調波を重畳させた場合には1.15以上の場合が過変調となる。符号１０４に示す波形は、正弦波に３次高調波を重畳した電圧波形である。
【００５８】
図７は、ＰＷＭ波形の一例を示す図である。ここでは簡単のため、電圧指令信号として正弦波を採用する場合を示している。この場合、前述のように変調率1.0以上で過変調となる。図７（ａ）は、過変調なしの場合のＰＷＭ波形の例であり、図７（ｂ）は、過変調ありの場合のＰＷＭ波形の例である。図７（ａ）、図７（ｂ）において、符号１１０に示す波形は、それぞれのＰＷＭ波形を作成するための比較三角波である。また、図７（ａ）の符号１１１ａに示す波形は、過変調なしの場合の電圧指令であり、図７（ｂ）の符号１１１ｂに示す波形は、過変調ありの場合の電圧指令である。比較三角波１１０と電圧指令１１１ａ、１１１ｂとの大小関係をそれぞれ比較し、電圧指令１１１ａ、１１１ｂが比較三角波１１０より大きければ電圧パルスを出力し、小さければ電圧パルスを出力せずに０とすることで、符号１１２ａ、１１２ｂにそれぞれ示すようなＰＷＭ波形が生成される。符号１１２ａに示す波形は、過変調なしの場合のＰＷＭ波形であり、符号１１２ｂに示す波形は、過変調ありの場合のＰＷＭ波形である。ＰＷＭ波形１１２ｂはＰＷＭ波形１１２ａと比較して、スイッチング回数が少ない。そのため、過変調時にはスイッチング損失を減らせることが分かる。
【００５９】
図８は、過変調を用いたｄ軸電流idおよびｑ軸電流iqの設定方法の説明図である。一般的にモータの構造が決定されれば電気パラメータを決定でき、動作点（ω、τ）を実現するｄ軸電流とｑ軸電流の組(id,iq)（以降ｄｑペアと記載）を導出できる。なお、上記動作点（ω、τ）において、ωはモータの回転数、τはモータのトルクを表す。図８において、符号２０１は電流制限円を表しており、これはインバータが流すことが出来る最大電流により決定される。すなわち、インバータは電流制限円２０１内部のｄｑペアを実現できる。符号２０２は電圧制限楕円を表しており、これはモータ回転数ωに応じて変化する。モータ回転数ωが大きくなると、電圧制限楕円２０２は小さくなる性質を持つ。ｄｑペアはこの電圧制限楕円２０２の内部にあることが要求される。
【００６０】
符号２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃおよび２０３ｄはいずれも等トルク線であり、トルクの値に応じてそれぞれ決定される。図８では、等トルク線２０３ａはトルクτ1のときの等トルク線を、等トルク線２０３ｂはトルクτ2のときの等トルク線を、等トルク線２０３ｃはトルク-τ2のときの等トルク線を、等トルク線２０３ｄはトルク-τ1のときの等トルク線をそれぞれ表している。ここで、τ1＞τ2＞0としている。
【００６１】
電動車両では小型高効率という利点から、埋め込み式同期モータが用いられることが多い。このモータでは、動作点（ω、τ）を実現するｄｑペアを一意に決定できないため、何らかの設計基準を設定する。たとえば、id=0、電流最小、力率最大、効率最大などの設計基準がよく用いられる。以下では、設計基準として効率最大を選択した場合の動作例を説明する。
【００６２】
電気パラメータが決定されると、図８において銅損最小線２０４および鉄損最小線２０５と、これらの和を最小とする損失最小線２０６が決定される。効率最大を実現する場合、等トルク線２０３ａ〜２０３ｄと損失最小線２０６の交点が求めるｄｑペアとなる。
【００６３】
たとえば、ある動作点（ω、τ1）を効率最大で実現するｄｑペアが、符号２０７に示す等トルク線２０３ａと損失最小線２０６の交点で表されるとする。この交点すなわちｄｑペア２０７は電流制限円２０１内部に入っているが、回転数ωにおける電圧制限楕円２０２内には入っていない。そのため、効率最大のｄｑペア２０７は実現できないことが分かる。そこで、等トルク線２０３ａ上で電圧制限楕円２０２の内部にある点を探索すると、今度は電流制限円２０１の外に出てしまう。したがって、動作点（ω、τ1）を実現できないことが分かる。このときモータが運転できるｄｑペアは、電流と電圧の制約上、符号２０８に示す交点で表されるものとなり、等トルク線２０３ａから外れてしまう。
【００６４】
上記のような場合、設計上では２通りの方策が考えられる。一つは、モータがトルクをもっと出せるように構造パラメータを変更することであり、もう一つは、過変調を行って電圧を上げることである。一つ目の方策のように、トルク目標値を変えて構造パラメータを変更する方法は、補正部３４において実現可能である。一方、二つ目の方策のように、過変調を行って電圧を上げた場合は、図８に示す電圧制限楕円２０２が拡大され、拡大電圧制限楕円２０９のようになる。その結果、ｄｑペア２０７が拡大電圧制限楕円２０９の内部となるため、動作点（ω、τ1）を効率最大で実現可能となる。
【００６５】
なお、以上説明した方策は、従来手法における過変調の使用方法の例であるが、過変調を用いずに動作可能なｄｑペアに対しても過変調を用いることで、インバータのスイッチング損失の低減を図ることもできる。
【００６６】
たとえば、動作点（ω、τ2）を効率最大で実現するｄｑペアが、符号２１０に示す等トルク線２０３ｂと損失最小線２０６の交点で表されるとする。この交点すなわちｄｑペア２１０は最高効率である損失最小線２０６上にあり、さらに電流制限円２０１と電圧制限楕円２０２双方の内部にあるため、モータ単体では最高効率で運転できる。しかし、過変調にはスイッチング損失低減によるインバータ損失低減効果があるため、総合効率ではｄｑペア２１０よりも効率の高いｄｑペア２１１が存在する可能性がある。このｄｑペア２１１は損失最小線２０６を外れているので、モータ単体としての効率はｄｑペア２１０を採用した場合と比較して劣るものの、総合効率ではｄｑペア２１０と比較して優れているかどうかを確認する価値がある。そこで、変調率を少しずつ変えてモータとインバータの総合損失を計算し、変調率と総合損失の特性を計算する。
【００６７】
ところで、過変調には電圧ひずみに起因するトルクリプルという、車両の特性上で不利な性質（以降「ペナルティ」と記載）がある。そのため、過変調時にはこうしたペナルティの影響を考慮する必要がある。図２のトレードオフ評価部３２は、効率とペナルティにより設定される得失を数値化した得点（以降「報酬」と記載）を最大化するように動作する。報酬の決め方にはさまざまな方法があるが、ここでは簡単のため、報酬＝効率−ペナルティとする。また、ペナルティはトルクリプルの大きさとする。
【００６８】
図９は、変調率と効率、ペナルティおよび報酬との関係の一例を示す図である。変調率を変えていくと、効率、ペナルティ、報酬がそれぞれ図９に示すように図示化できる。トレードオフ評価部３２は、図９において報酬が最大となる変調率を採用する。このことにより、効率向上による利点とトルクリプルによるペナルティのバランスを考慮した変調率の設定が可能となる。なお、ここでは説明の簡単化のため、全動作点において同じ報酬評価式を用いたが、効率とペナルティに適当な重さ係数ｗ（０≦ｗ≦１）を設定し、報酬＝ｗ×報酬−（１−ｗ）×ペナルティとしてもよい。このようにすることで、各動作点において重視すべき特性を反映させることが出来る。
【００６９】
図１０は、従来手法による動作点決定方法の説明図である。図１０では３通りの動作点決定方法を示しており、図１０（ａ）は変調率1.15未満である過変調なしの場合を、図１０（ｂ）は変量率1.21の中間過変調の場合を、図１０（ｃ）は変調率1.27の最大過変調の場合をそれぞれ示している。図１０において、白丸は探索対象の動作点を示し、黒丸は各変調率において採用された動作点を示している。図１０（ａ）では黒丸がないため、過変調なしの場合は採用可能な動作点が存在しないが、図１０（ｂ）、（ｃ）では複数の黒丸がそれぞれ存在しているため、過変調時にはいずれかの動作点を採用可能なことが分かる。
【００７０】
図１０で説明した従来の設計手法では、過変調による電圧拡大効果のみを使用して動作点を決定していた。その結果、過変調は高速領域のみに限定され、必ずしも過変調の必要がない領域、すなわち図１０のハッチング領域においては、過変調を行わない通常の変調率制御が行われていた。
【００７１】
図１１は、本発明の第１の実施形態に係る車両統合シミュレータ１を用いた場合の動作点決定方法の説明図である。図１１での白丸および黒丸の定義と、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した３通りの動作点決定方法における変調率とは、図１０と同じである。本実施形態の車両統合シミュレータ１では、動作点スイープ部２４が設定するモータの全動作点について、過変調によるインバータ損失低減効果が試算される。その結果、従来の設計手法では過変調が必要でない領域においても、過変調を行う領域が出現する場合がある。図１１の例では、モータの回転速度が０かつ高トルクで最大過変調となる動作点が出現することが分かる。これは、主に熱的要求からくるものである。回転速度が０の場合はモータの特定相に電流が集中して流れるため、発熱を低減する要求が他の動作点と比較して大きい。したがって、スイッチング損失を減らせる過変調が有利となる。さらに、回転速度が０のときにはトルクリプルが車両に与える影響が小さくなるので、さらに過変調で動作させることが有利になる。
【００７２】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００７３】
（１）車両統合シミュレータ１において、モータモデル生成部３は、動作点スイープ部２４と、パラメータ設定部２３と、モータ入力作成部２７と、モータ演算部２８と、補正部３４とを備える。動作点スイープ部２４は、車両に搭載されるモータに関する出力要求値２１に基づいて、モータ動作領域内部の動作点を出力する。パラメータ設定部２３は、モータの構造に関する構造パラメータを設定する。モータ入力作成部２７は、動作点スイープ部２４から出力された動作点に基づいて、モータをモデル化したモータプラントモデル１３ｂへの入力値を作成する。モータ演算部２８は、パラメータ設定部２３で構造パラメータに基づき設定されたモータの電気的特性に関する電気パラメータに基づいて、入力値に対する出力値をモータプラントモデル１３ｂを用いて演算する。補正部３４は、モータ演算部２８で演算された出力値が出力要求値２１に近づくように、構造パラメータを変更する。記憶部５０２に記憶されているシミュレーションプログラムは、コンピュータである制御部５０１により実行可能なプログラムであって、制御部５０１をモータモデル生成部３の各部として機能させる。このようにしたので、車両システム全体を見据えたモータ設計を実現できる。
【００７４】
（２）モータ入力作成部２７は、モータの過変調領域を含めてモータプラントモデル１３ｂへの入力値を作成する。具体的には、モータモデル生成部３は、モータの過変調領域における変調率を出力する過変調率スイープ部２５をさらに備える。モータ入力作成部２７は、動作点スイープ部２４から出力された動作点と、過変調率スイープ部２５から出力された変調率とに基づいて、モータプラントモデル１３ｂへの入力値を作成する。このようにしたので、過変調による効率向上効果を利用した高効率のモータを設計することが可能となる。
【００７５】
（３）モータモデル生成部３は、過変調領域におけるモータの効率向上効果とトルクリプル増加による不利益とのトレードオフ評価を行うトレードオフ評価部３２をさらに備える。このようにしたので、過変調領域での効率向上による利点とトルクリプルによるペナルティのバランスを考慮した変調率の設定が可能となる。
【００７６】
（４）車両統合シミュレータ１は、プラントモデル実体データベース４０をさらに備えている。車両統合シミュレータ１の制御部５０１は、このプラントモデル実体データベース４０を含む記憶部５０２と接続されている。モータ演算部２８は、プラントモデル実体データベース４０を参照してモータプラントモデル１３ｂを取得する。このようにしたので、モータの設計変更が行われた場合に、車両統合シミュレータ１の全体を当該設計変更に容易に対応させることができる。
【００７７】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について説明する。前述の第１の実施形態では、モータ電流設定部２６およびモータ入力作成部２７において、過変調を適用してモータプラントモデル１３ｂへの入力値を作成する例を説明した。しかし、過変調と同様の効果が得られる他の手法として、省パルスＰＷＭ方式が存在する。本実施形態では、この省パルスＰＷＭ方式を適用してモータプラントモデル１３ｂへの入力値を作成する例を説明する。
【００７８】
上記の省パルスＰＷＭ方式とは、電圧波形に含まれる高調波成分が少なくなるように、予めパルス数を少なくしたＰＷＭ波形を導出しておき、動作点に応じて適切なＰＷＭ波形を選択するものである。ここで用いられるＰＷＭ波形は、たとえば３次、５次、７次などの奇数次の高調波を消去するように予め決定される。このような電圧波形の調整方法は周知であるため、詳細は省略する。
【００７９】
なお、本実施形態に係る車両統合シミュレータのハードウェア構成は、第１の実施形態で説明した図１のハードウェア構成と同様である。そのため、以下では本実施形態のハードウェア構成の説明を省略する。
【００８０】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る車両統合シミュレータのソフトウェア構成を示す図である。図１２に示すように、本実施形態の車両統合シミュレータ１ａは、ソフトウェア構成上の機能として、車両全体モデル２、モータモデル生成部３ａおよびプラントモデル実体データベース４０を備えている。なお、車両全体モデル２およびプラントモデル実体データベース４０は、図２に示した第１の実施形態とそれぞれ同一のものである。
【００８１】
モータモデル生成部３ａは、図２に示した第１の実施形態におけるモータモデル生成部３のうち、過変調率スイープ部２５を省パルスＰＷＭ波形選択部３５に置き換えたものである。省パルスＰＷＭ波形選択部３５は、モータの省パルスＰＷＭ制御領域におけるＰＷＭ波形を選択し、モータ電流設定部２６に出力する。省パルスＰＷＭ制御領域とは、前述のように電圧波形に含まれる高調波成分が少なくなるようにパルス数を削減したＰＷＭ波形を出力するモータの制御領域であり、過変調領域と同様に、所定の変調率以上の領域がこれに該当する。なお、省パルスＰＷＭ波形選択部３５が省パルスＰＷＭ制御領域において選択するＰＷＭ波形は、変調率や削減対象とする高調波の次数に応じて変化する。
【００８２】
モータモデル生成部３ａにおいて、モータ電流設定部２６は、動作点スイープ部２４から出力された動作点と、省パルスＰＷＭ波形選択部３５から出力された省パルスＰＷＭ制御領域におけるＰＷＭ波形とに基づいて、ｄ軸電流idおよびｑ軸電流iqを計算する。それ以外の各部の動作は、モータモデル生成部３とそれぞれ同様である。また、モータモデル生成部３ａは、図５のパラメータ確認処理において、省パルスＰＷＭ波形選択部３５が選択した全てのＰＷＭ波形に関してステップＳ３０２の反復処理を行う点以外は、第１の実施形態で説明したのと同様の処理を実行する。
【００８３】
図１３は、省パルスＰＷＭ方式におけるＰＷＭ波形選択方法の説明図である。図１３では、省パルスＰＷＭ制御領域において各動作点に対して選択されるＰＷＭ波形の一例を示している。図１３において、動作点を示す各白丸内の数字は、ＰＷＭ波形の種類を表している。具体的には、「１」は省パルスＰＷＭ方式ではない通常のＰＷＭ波形を、「２」、「３」、「４」は省パルスＰＷＭ方式でのＰＷＭ波形を、「５」は矩形波をそれぞれ表している。これらのＰＷＭ波形は、トレードオフ評価部３２による評価結果に基づいて、動作点ごとに適切なものを予め設定しておくことが可能である。
【００８４】
省パルスＰＷＭ方式も過変調と同様に、電圧拡大効果を有しており、矩形波にまで対応可能である。さらに、パルス数を削減した波形を考慮するため、過変調と同様に、インバータスイッチング損失の低減効果がある。本実施形態の車両統合シミュレータ１ａを用いた場合、これらの効果を得られるモータの設計が可能である。
【００８５】
以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００８６】
（１）車両統合シミュレータ１ａにおいて、モータモデル生成部３ａは、第１の実施形態によるモータモデル生成部３と同様に、動作点スイープ部２４と、パラメータ設定部２３と、モータ入力作成部２７と、モータ演算部２８と、補正部３４とを備える。そのため、第１の実施形態と同様に、車両システム全体を見据えたモータ設計を実現できる。
【００８７】
（２）モータ入力作成部２７は、モータの省パルスＰＷＭ制御領域を含めてモータプラントモデル１３ｂへの入力値を作成する。具体的には、モータモデル生成部３ａは、モータの省パルスＰＷＭ制御領域におけるＰＷＭ波形を選択する省パルスＰＷＭ波形選択部３５をさらに備える。モータ入力作成部２７は、動作点スイープ部２４から出力された動作点と、省パルスＰＷＭ波形選択部３５で選択されたＰＷＭ波形とに基づいて、モータプラントモデル１３ｂへの入力値を作成する。このようにしたので、省パルスＰＷＭ方式による効率向上効果を利用した高効率のモータを設計することが可能となる。
【００８８】
（３）モータモデル生成部３ａは、省パルスＰＷＭ制御領域におけるモータの効率向上効果とトルクリプル増加による不利益とのトレードオフ評価を行うトレードオフ評価部３２をさらに備える。このようにしたので、省パルスＰＷＭ制御領域での効率向上による利点とトルクリプルによるペナルティのバランスを考慮した変調率の設定が可能となる。
【００８９】
（４）車両統合シミュレータ１ａは、第１の実施形態による車両統合シミュレータ１と同様にプラントモデル実体データベース４０を備えており、モータ演算部２８は、プラントモデル実体データベース４０を参照してモータプラントモデル１３ｂを取得する。そのため、第１の実施形態と同様に、モータの設計変更が行われた場合に、車両統合シミュレータ１ａの全体を当該設計変更に容易に対応させることができる。
【００９０】
（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態によるモータプラントモデル１３ｂへの入力値の作成方法と、第２の実施形態によるモータプラントモデル１３ｂへの入力値の作成方法とを組み合わせた例を説明する。
【００９１】
なお、本実施形態に係る車両統合シミュレータのハードウェア構成も、前述の第２の実施形態と同じく、第１の実施形態で説明した図１のハードウェア構成と同様である。そのため、以下では本実施形態のハードウェア構成の説明を省略する。
【００９２】
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る車両統合シミュレータのソフトウェア構成を示す図である。図１４に示すように、本実施形態の車両統合シミュレータ１ｂは、ソフトウェア構成上の機能として、車両全体モデル２、モータモデル生成部３ｂおよびプラントモデル実体データベース４０を備えている。なお、車両全体モデル２およびプラントモデル実体データベース４０は、図２に示した第１の実施形態とそれぞれ同一のものである。
【００９３】
モータモデル生成部３ｂは、図２に示した第１の実施形態における過変調率スイープ部２５と、図１２に示した第２の実施形態における省パルスＰＷＭ波形選択部３５との両方を有するものである。モータモデル生成部３ｂにおいて、モータ電流設定部２６は、動作点スイープ部２４から出力された動作点と、過変調率スイープ部２５から出力された過変調領域における変調率と、省パルスＰＷＭ波形選択部３５から出力された省パルスＰＷＭ制御領域におけるＰＷＭ波形とに基づいて、ｄ軸電流idおよびｑ軸電流iqを計算する。ただし、過変調率スイープ部２５からの変調率と省パルスＰＷＭ波形選択部３５からのＰＷＭ波形のうち一方のみを用いてもよい。それ以外の各部の動作は、モータモデル生成部３とそれぞれ同様である。
【００９４】
以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、第１および第２の実施形態でそれぞれ説明したのと同様の作用効果を奏する。
【００９５】
（第４の実施形態）
次に本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、モータシミュレータに適用した場合の例を説明する。
【００９６】
図１５は、本発明の第４の実施形態に係るモータシミュレータのハードウェア構成を示す図である。図１５に示すモータシミュレータ１０は、制御部５０１がモータモデル生成部３としてのみ機能し、車両全体モデル２としては機能しない点以外は、図１に示した第１の実施形態における車両統合シミュレータ１と同様の構成を有している。このモータモデル生成部３は、図２に示したソフトウェア構成により実現されるものである。なお、モータモデル生成部３に替えて、図１２に示したモータモデル生成部３ａや、図１４に示したモータモデル生成部３ｂとしてもよい。
【００９７】
以上説明した本発明の第４の実施形態でも、第１および第２の実施形態でそれぞれ説明したのと同様の作用効果を奏する。
【００９８】
上記第１〜第４の実施形態で説明したように、本発明では、モータの全動作領域に亘って、過変調または省パルスＰＷＭ制御によるモータ特性を考慮することが可能になる。このことにより、インバータの過変調または省パルスＰＷＭ制御によるモータへの影響を考慮しながら、システム全体として最適なモータのパラメータを設定できる。
【００９９】
さらに、本発明では、トレードオフ評価部３２が行うトレードオフ評価により、過変調や省パルスＰＷＭ制御での利点と欠点の双方を考慮することが可能となる。このことにより、車両用途に最適なモータのパラメータを設定できる。
【０１００】
さらに、本発明では、モータ演算部２８がプラントモデル実体データベース４０に記憶されたモータプラントモデル１３を参照することにより、モータプラントモデルを一元管理することが可能になる。これにより、モータプラントモデルの変更が容易になるという効果がある。
【０１０１】
以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【０１０２】
１，１ａ，１ｂ：車両統合シミュレータ、２：車両全体モデル、３，３ａ，３ｂ：モータモデル生成部、１０：モータシミュレータ、１１：インバータ制御モデル、１２，１２ａ，１２ｂ：インバータプラントモデル、１３，１３ａ，１３ｂ：モータプラントモデル、１４：ギアボックスプラントモデル、２１：出力要求値、２２：補正値、２３：パラメータ設定部、２４：動作点スイープ部、２５：過変調率スイープ部、２６：モータ電流設定部、２７：モータ入力作成部、２８：モータ演算部、２９：トルクリプル演算部、３０：インバータ損失演算部、３１：総合効率演算部、３２：トレードオフ評価部、３３：評価結果保管部、３４：補正部、３５：省パルスＰＷＭ波形選択部、４０：プラントモデル実体データベース、５０１：制御部、５０２：記憶部、５０３：表示部、５０４：操作入力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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