(57)【要約】【課題】サージによるモータの絶縁破壊を防止する。【解決手段】制御手段（ＨＶＥＣＵ３０，モータＥＣＵ２８）は、モータＭＧ１，ＭＧ２の動作点が、インバータ１２，１４をＰＷＭ過変調制御方式で制御する。また、モータＭＧ１，ＭＧ２が所定回転数以上かつ所定トルク以下で規定される高サージ領域に入る場合に、前記変速機の変速比を変更することで、車速を維持しつつモータ回転数を変更して、前記動作点を前記高サージ領域外に変更する高サージ領域回避制御を行う。【選択図】図１
2016086560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
バッテリからの電力を変換して前記モータを駆動するインバータと、
前記モータの回転出力を可変の変速比で変速する変速機と、
前記インバータを制御してモータの駆動を制御するとともに前記変速機の変速段の変更を制御する制御手段と、
を含み、
前記制御手段は、前記モータの動作点が、前記インバータをＰＷＭ過変調制御方式で制御するとともに、所定回転数以上かつ所定トルク以下で規定される高サージ領域に入る場合に、前記変速機の変速比を変更することで、車速を維持しつつモータ回転数を変更して、前記動作点を前記高サージ領域外に変更する高サージ領域回避制御を行う、
電動車両。
【請求項２】
請求項１に記載の電動車両であって、
前記制御手段は、モータ温度または気圧またはインバータ入力電圧に応じて前記高サージ領域の範囲を変更する、
電動車両。
【請求項３】
請求項１に記載の電動車両であって、
前記制御手段は、車速の変動が少ない、定常走行時に、前記高サージ領域回避制御を行う条件を緩和する、
電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＰＷＭ駆動されるモータを搭載する電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの駆動力で走行する電動車両があり、電動車両にはエンジンを搭載しない電気自動車（ＥＶ）、モータおよびエンジンの両方を搭載するハイブリッド車両（ＨＶ）がある。
【０００３】
このような電動車両では、通常バッテリを搭載し、バッテリからの電力をインバータで所望の交流電流に変換してモータを駆動する。この場合、モータの出力トルクは、アクセル踏み込み量などに応じた車両の要求トルクに応じたものに制御する必要がある。そこで、通常の場合には、ＰＷＭ制御信号によってインバータのスイッチングを制御することで、車両の要求トルクに応じたモータ出力トルクを得ている。
【０００４】
ここで、モータのＰＷＭ制御は、通常駆動波形が正弦波となる正弦波制御を行うが、モータ出力が大きく変調率が高くなった場合には、過変調制御、矩形波制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０８２８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ＰＷＭ制御で、過変調制御を行うと、駆動波形は正弦波ではなくなり、駆動波形に乱れが生じる。高速走行時において、モータ回転数が高い状態で低トルク出力の場合に、細い電流パルスが生じ、サージが大きくなる。特に、低トルク出力の場合には、電流量が少ないため、モータ電流の乱れによりモータ電流が複数回零クロスし、サージが非常に大きくなりやすい。
【０００７】
サージが非常に大きいと、モータの耐圧をそれだけ大きくしなければならず、モータの体格が大きくなってしまう。そこで、大きなサージの発生を抑制することが望まれる。
【０００８】
ここで、特許文献１には、過変調制御の際のノイズの発生を防ぐために、変速比を制御することが示されている。しかしながら、この特許文献１では、過変調制御全体を避けるように変速制御しているため、ユーザの意図しない変速制御が頻発し、ユーザにおいて違和感を感じやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、モータと、バッテリからの電力を変換して前記モータを駆動するインバータと、前記モータの回転出力を可変の変速比で変速する変速機と、前記インバータを制御してモータの駆動を制御するとともに前記変速機の変速段の変更を制御する制御手段と、を含み、前記制御手段は、前記モータの動作点が、前記インバータをＰＷＭ過変調制御方式で制御するとともに、所定回転数以上かつ所定トルク以下で規定される高サージ領域に入る場合に、前記変速機の変速比を変更することで、車速を維持しつつモータ回転数を変更して、前記動作点を前記高サージ領域外に変更する高サージ領域回避制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、前記制御手段は、モータ温度または気圧またはインバータ入力電圧に応じて前記高サージ領域の範囲を変更することが好適である。
【００１１】
また、前記制御手段は、車速の変動が少ない、定常走行時に、前記高サージ領域回避制御を行う条件を緩和することが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、モータの動作点がサージが発生しやすい領域に入る場合に、これを回避するよう変速比を制御する高サージ領域回避制御を行う。これによって、大きなサージの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る電動車両の要部構成を示す図である。
【図２】ＰＷＭ制御の制御方式の選択について示す図である。
【図３】変速におけるプラネタリギアの回転数の状態を示す図である。
【図４】高サージ領域回避処理を示すフローチャートである。
【図５】気圧、温度と耐圧の関係を示す図である。
【図６】耐圧に応じた高サージ領域の設定を示すフローチャートである。
【図７】通常時の変速と、モータジェネレータの動作状態を示す図である。
【図８】低気圧、高温時の変速と、モータジェネレータの動作状態を示す図である。
【図９】変速におけるプラネタリギアの回転数の状態を示す図である。
【図１０】変速タイミングの設定を示すフローチャートである。
【図１１】定常走行時の高サージ領域回避処理を示すフローチャートである。
【図１２】定常走行時の高サージ領域回避処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１は、実施形態に係る電動車両の要部構成を示す図である。バッテリ１０からの直流電力はインバータ１２，１４に供給される。バッテリ１０からの電力を昇圧コンバータで昇圧してからインバータ１２，１４に供給することも好適である。
【００１６】
インバータ１２は、ＩＧＢＴなどのトランジスタと、トランジスタの逆方向電流を流すダイオードが並列接続された素子を２つ直列接続したレグを３本有し、各レグの中間点から３つの出力（３相交流出力）を得る。
【００１７】
インバータ１２には、モータジェネレータＭＧ１が接続され、インバータ１４には、モータジェネレータＭＧ２が接続されている。モータジェネレータＭＧ１の出力軸は動力伝達要素であるプラネタリギア１６のサンギアＳに接続されており、モータジェネレータＭＧ２の出力軸はプラネタリギア１６のリングギアＲに接続されている。また、プラネタリギア１６のキャリアＣには、エンジン２０の出力軸が接続されている。
【００１８】
プラネタリギア１６のリングギアＲには、モータジェネレータＭＧ２の出力軸が接続されると共に、変速機１８を介し駆動軸２２が接続されている。そして、駆動軸２２の駆動力がディファレンシャルギア２４を介し車輪２６に伝達される。
【００１９】
変速機１８は、例えば複数段の変速段を有し、モータジェネレータＭＧ２およびリングギアの回転数と駆動軸２２の回転数の比（変速比）をコントールする。
【００２０】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転位相情報はモータＥＣＵ２８に供給される。このモータＥＣＵ２８には、ＨＶＥＣＵ３０が接続されており、モータＥＣＵ２８はＨＶＥＣＵ３０から供給されるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルク指令、および回転位相情報に基づいて、ＰＷＭ制御信号を生成し、インバータ１２，１４のスイッチングを制御して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動を制御する。なお、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、ジェネレータとしても機能させるモータである。
【００２１】
エンジン２０には、エンジンＥＣＵ３２が接続されており、エンジンＥＣＵ３２がＨＶＥＣＵ３０からの指令に基づいて、燃料供給量などを制御して、エンジン２０の駆動を制御する。
【００２２】
また、バッテリの充電状態ＳＯＣなどがバッテリＥＣＵ３４に供給されており、バッテリの状態を管理する。バッテリＥＣＵ３４には、ＨＶＥＣＵ３０が接続されており、ＨＶＥＣＵ３０はバッテリ１０の充電状態に応じて、エンジン２０、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動を制御して、バッテリ１０の充放電電流を制御する。
【００２３】
変速機１８の出力軸である駆動軸２２の回転数が回転数センサ３６で検出され、回転数がＨＶＥＣＵ３０に供給される。なお、駆動軸２２の回転数は、車輪２６の回転数、車速と対応する。
【００２４】
ＨＶＥＣＵ３０には、アクセルセンサにより検出したアクセル踏み込み量、ブレーキセンサにより検出したブレーキ踏み込み量、イグニッションスイッチの状態情報、シフト位置情報、などが供給されている。ＨＶＥＣＵ３０は、供給されてくる各種情報に基づき、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルク指令、エンジン２０の出力トルク指令を生成し、これをモータＥＣＵ２８，エンジンＥＣＵ３２に供給し、モータＥＣＵ２８，エンジンＥＣＵ３２がモータジェネレータＭＥＧ１，ＭＧ２、エンジン２０の駆動を制御する。従って、ＨＶＥＣＵ３０，モータＥＣＵ２８がモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御する制御手段として機能する。
【００２５】
ここで、モータＥＣＵ２８によるインバータ１２，１４の制御は、ＰＷＭ制御としている。例えば、所定の周波数の三角波のキャリアと、電圧指令との比較によって、ＰＷＭ制御信号を生成し、これによって、インバータ１２，１４のトランジスタのスイッチングを制御する。
【００２６】
このＰＷＭ制御には、正弦波制御と、過変調制御と、矩形波制御がある。図２には、これら制御の選択について示してある。図２の縦軸は出力トルクで、横軸が回転数である。太実線で示してある外側を囲う線が最大トルクを示している。低回転数領域では基本的に正弦波制御が行える。これは変調率が比較的低いからである。回転数が高くなると、逆起電圧が高くなり、変調率が高くなって正弦波制御が行えず、過変調制御となる。さらに、回転数が高くなると、要求される出力を得るために矩形波制御が行われる。
【００２７】
そして、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転は、過変調制御の領域において、高回転数、低出力トルクでの運転になる場合がある。例えば、高速の定速運転時などには、モータジェネレータＭＧ２がこのような状態となる。
【００２８】
このような領域では、低トルクであり、モータ電流は小さく、また零クロス近辺では、パルス幅が非常に小さくなる。さらに、１つのレグの上下素子の同時オンを防止するためにデッドタイムをおいているため、パルスが発生しない場合も生じ、モータ電流が乱れ、零クロスを複数回繰り返してしまう場合も生じる。ＰＷＭ制御においては、上素子がオンの場合には、モータ入力端の電圧はインバータ入力電圧となり、従って幅の短いパルスに応じて大きなサージ電圧が発生しやすい。図２においては、このような大きなサージが発生しやすい領域を高サージ領域として示した。なお、高サージ領域の中でも、矩形波制御に近い側において、サージ電圧がより高くなりやすい。
【００２９】
このような高サージ領域では、モータの耐圧が低いと絶縁破壊を起こす危険がある。そこで、本実施形態では、高サージ領域に入りそうになった場合に、これを回避する手段を講じている。
【００３０】
＜変速比の変更＞
図３には、プラネタリギア１６における、３つのギアの回転数と、変速段について記載してある。図において黒丸で記載したのは変速機１８の変速段が低段の場合である。
【００３１】
ここで、変速機１８の変速段を高段側に変更（シフトアップ）すると、同一の車速を維持してリングギアおよびモータジェネレータＭＧ２の回転数が変速段の変更に応じて低くなる。例えば、高段が変速比１、低段が変速比が１．５であれば、同一車速の場合にリングギアの回転数は１／１．５になる。エンジン回転数を変更しなければ、モータジェネレータＭＧ１の回転数もモータジェネレータＭＧ２の回転数の変化に応じて一意に変化することになる。なお、エンジン２０の運転は、そのときのエンジン２０の出力パワー指令などによって決定されるので、エンジン回転数が対応するキャリアＣの回転数は変更しない。このため、変速によって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数が変化する。
【００３２】
このようにして、変速機１８の変速比を小さくなる側（高段にシフトアップ）に変更することで、モータジェネレータＭＧ２の回転数を減少することができ、従ってモータジェネレータＭＧ２が高サージ領域に入ることを回避することが可能になる。
【００３３】
もちろん、この動作点の変更は、出力パワーを維持した状態で行い、これによって、変速によるドライバビリティの変化が小さくなるようにするとよい。
【００３４】
図４には、ＨＶＥＣＵ３０における、上述の処理のフローチャートが示されている。過変調制御か否かを判定し（Ｓ１１）、ＹＥＳであれば、モータジェネレータＭＧ２が高回転数かを判定し（Ｓ１２）、ＹＥＳであれば、モータジェネレータＭＧ２が低出力トルクか否かを判定し（Ｓ１３）、ＹＥＳであればモータジェネレータＭＧ２の動作点が高サージ領域にあると判定する（Ｓ１４）。そこで、変速機１８におけるシフトアップを実行し、車速を維持しつつ、モータジェネレータＭＧ２の回転数を下げ、高サージ領域に入らないようにする（Ｓ１５）。なお、Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３において、ＮＯの場合にはそのまま処理を終了する。このような処理によって、モータジェネレータＭＧ２の動作点が高サージ領域に入ることを防止することができる。
【００３５】
＜気圧＞
図５には、気圧、温度と、モータ耐圧の関係を示してある。気圧が低いと、放電しやすくなるため、気圧が低いほど耐圧は小さくなる。また、温度が高いほど耐圧は低くなる。すなわち、温度が低くなると、気圧と耐圧の関係が耐圧が低い側にシフトする。
【００３６】
従って、気圧、温度に応じて、高サージ領域の範囲を変更することが好ましい。すなわち、低気圧、高温になるに従って、サージ電圧が比較的低くても、絶縁破壊の危険が高くなる。そこで、高サージ領域を広げるとよい。どの程度の範囲とするかは、実験などでサージ電圧を計測し、モータジェネレータの仕様（耐圧）と比較して決定するとよい。
【００３７】
図６には、ＨＶＥＣＵ３０における、高サージ領域の設定のためのフローチャートが示してある。気圧を取得し（Ｓ２１）、温度を取得し（Ｓ２２）、これらに基づいて、モータの耐圧を計算する（Ｓ２３）。そして、計算された耐圧に応じて高サージ領域を設定する（Ｓ２４）。このようにして、高サージ領域と判定する条件を緩和する。なお、温度は制御対象とするモータジェネレータの温度を計測するとよい。モータジェネレータに直接温度計を取り付けてもよいし、近傍に取り付けてもよい。冷媒を循環していれば、冷媒温度を検出してもよい。
【００３８】
＜変速比の変化タイミングの変更＞
上述の例では、高サージ領域では、絶縁破壊が起こる危険があるため、これを避ける制御について記載した。図７，８では、通常時であって、高サージ領域において絶縁破壊の危険が少ない場合の処理について説明する。なお、図７，８では、一例として変速段が１ｓｔ〜４ｔｈの４段である場合を示している。
【００３９】
図７は、通常時における、（Ａ）アクセル開度と変速比の関係、（Ｂ）モータジェネレータＭＧ１のトルク：回転数の関係を示す図である。
【００４０】
このように、高サージ領域も含め、所定の回転数、トルクの範囲の全体を利用して、モータジェネレータＭＧ１の動作点を設定する。なお、トルクがマイナス側が発電、プラス側が力行であり、回転数のプラス側とマイナス側で回転方向が反対になっている。
【００４１】
図８は、高温時や、低気圧時における、（Ａ）アクセル開度と変速比の関係、（Ｂ）モータジェネレータＭＧ１のトルク：回転数の関係を示す図である。
【００４２】
このように、比較的早めにシフトアップすることによって、高回転数での運転を回避し、高サージ領域における運転を避けることができる。
【００４３】
例えば、図９に示すように、変速機１８の変速段を低段から高段にシフトアップすることによって、車速を維持しつつ、リングギアの回転数が低くなる。キャリア（エンジン）回転数は変更ないため、サンギア、すなわちモータジェネレータＭＧ１の回転数が低くなる。なお、リングギア、キャリアの回転数によって、モータジェネレータＭＧ１の回転数が決定されるが、エンジン２０を停止し、キャリアを固定（回転数０）に設定した場合には、モータジェネレータＭＧ１は、逆回転の状態であり、早めのシフトアップによって回転数を低下することができる。エンジン回転数、車速などに応じて、高サージ領域を回避するための変速比を求めることは可能であり、求められた結果に応じてモータジェネレータＭＧ１の回転数を制御することが好適である。一般的には図８のようにシフトアップを早めに行うことで、モータジェネレータＭＧ１の回転数を制限することができる。
【００４４】
図１０には、ＨＶＥＣＵ３０における、変速タイミング変更のためのフローチャートが示してある。気圧を取得し（Ｓ３１）、温度を取得し（Ｓ３２）、これらに基づいて、モータの耐圧を計算し、これに基づき変速タイミングを計算する（Ｓ３３）。そして、計算された変速タイミングを設定する（Ｓ３４）。
【００４５】
この実施形態によっても、変速比を変更することで、高サージ領域に入ることを防止している。
【００４６】
＜定速走行時の処理＞
サージ電圧が、耐圧を超えると絶縁破壊を起こす危険が高いが、絶縁破壊は絶縁材料の変質などによってより起きやすくなる。そこで、高いサージ電圧が印加される回数が多くなればそれだけ絶縁破壊が生じやすい。
【００４７】
平坦路における定速走行時など、回転数変化、出力トルク変化が少ない場合には、モータジェネレータの動作点がほぼ同じ領域に留まる可能性が高い。そこで、車速の変化が少ない場合には、高サージ領域を回避する処理を行い、車速変化が大きい場合には、回避する処理を行わないことが考えられる。車速変化が小さいとの判定は、オートクルーズモードになっていることや、所定期間（例えば、１分間）の車速の変化が５％以内、などの条件とすればよい。また、定速走行時に、上述したように、高サージ領域を広げることも好適である。
【００４８】
＜定常走行時の処理＞
また、車速だけでなく、出力トルクの変化も小さな状態（定常走行時と呼ぶ）においては、動作点がほぼ同じ領域となる確率がより高い。そこで、この定常走行状態を検出したときに、高サージ領域を回避する処理を行い、車速、出力トルクの変化が大きい場合には、回避する処理を行わないこともできる。定常走行中は、所定期間（例えば、１分間）の車速および出力トルクの変化が５％以内、などの条件とすればよい。また、定常走行時に、高サージ領域を広げることも好適である。
【００４９】
図１１には、ＨＶＥＣＵ３０における、定常走行時にのみ高サージ領域回避処理を行うフローチャートを示す。
【００５０】
まず、定常走行かを判定する（Ｓ４１）。Ｓ４１の判定でＹＥＳの場合には、過変調制御か否かを判定し（Ｓ４２）、ＹＥＳであれば、モータジェネレータＭＧ２が高回転数かを判定し（Ｓ４３）、ＹＥＳであれば、モータジェネレータＭＧ２が低出力トルクか否かを判定し（Ｓ４４）、ＹＥＳであればモータジェネレータＭＧ２の動作点が高サージ領域にあると判定する（Ｓ４５）。そこで、変速機１８におけるシフトアップを実行し、車速を維持しつつ、モータジェネレータＭＧ２の回転数を下げ、高サージ領域に入らないようにする（Ｓ４６）。なお、Ｓ４１，Ｓ４２，Ｓ４３，Ｓ４４において、ＮＯの場合にはそのまま処理を終了する。
【００５１】
この処理によって、定常走行時のみに、高サージ領域を回避する処理を行い、通常時には回避処理を行わない。何度も高サージ領域に入ることを回避すればよい場合には、このような処理が好適である。耐圧はモータジェネレータによって異なるため、比較的耐圧の大きなモータジェネレータを用いている場合には、このような処理が好適である。
【００５２】
図１２には、定常走行時において、高サージ領域を広げる場合の処理を示す。すなわち、Ｓ４１において、ＹＥＳの場合には、高回転数と見なす閾値と、低出力トルクと見なす閾値を計算し（Ｓ５０）、高回転数と見なす閾値を低く、低出力トルクと見なす閾値を高く設定する。そして、Ｓ４２以下では、設定された閾値を用いて、高サージ領域であるかを判定し、回避処理を行う。
【００５３】
このような処理によって、定常走行時において、高サージ領域にあると判定しやすくして（条件を緩和し）、回避制御の頻度を上げ、モータジェネレータの絶縁破壊を効果的に防止する。
【符号の説明】
【００５４】
１０  バッテリ、１２，１４  インバータ、１６  プラネタリギア、１８  変速機、２０  エンジン、２２  駆動軸、２４  ディファレンシャルギア、２６  車輪、２８  モータＥＣＵ、３０  ＨＶＥＣＵ、３２  エンジンＥＣＵ、３４  バッテリＥＣＵ、３６  回転数センサ。
【図１】
2016086560.tif 000003
【図２】
2016086560.tif 000004
【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】
2016086560.tif 000009
【図８】
2016086560.tif 000010
【図９】
2016086560.tif 000011
【図１０】
2016086560.tif 000012
【図１１】
2016086560.tif 000013
【図１２】
2016086560.tif 000014