(57)【要約】【課題】コンバータを含む構成の電動機駆動制御システムにおいて、コンバータの出力電圧の安定性およびシステムの効率向上を両立する。【解決手段】コンバータ１５は、バッテリＢからの電圧を昇圧比が１．０以上の直流電圧ＶＨに変換して電力線７へ出力する。コンバータ１５の電圧指令値は、コンバータ１５の昇圧比が１．０近傍となる所定の電圧範囲内を避けて設定される。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の現在の動作状態におけるシステムのトータル損失の推定値が最小となる直流電圧ＶＨである最適電圧が上記電圧範囲外である場合には、コンバータ１５の電圧指令値は最適電圧に従って設定される。最適電圧が上記電圧範囲内である場合には、昇圧比１．０となる直流電圧、および、上記電圧範囲よりも高電圧側の所定電圧のうちの、トータル損失の推定値が低くなる方に、コンバータ１５の電圧指令値が設定される。【選択図】図１
2017070048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置と、
電圧指令値に従って、前記蓄電装置の電圧を、昇圧比が１．０以上の直流電圧に変換して直流電源配線に出力するコンバータと、
電動機が動作指令に従って作動するように、複数のスイッチング素子により前記直流電源配線の前記直流電圧と前記電動機を駆動する交流電圧との間で電力変換を行なうインバータと、
前記コンバータの前記電圧指令値を設定するための電圧設定手段とを備え、
前記電圧設定手段は、
前記昇圧比が１．０よりも大きく、かつ、所定値よりも小さい所定電圧範囲内に前記電圧指令値を設定することを禁止するための電圧範囲制限手段と、
予め設定された損失特性に基づき、前記電動機の現在の動作状態において、前記蓄電装置、前記コンバータ、前記インバータ、および、前記電動機での電力損失を含むトータル電力損失の推定値が最小となる前記直流電圧である最適電圧を求めるための損失推定手段と、
前記最適電圧が前記所定電圧範囲外である場合に、前記電圧指令値を前記最適電圧に設定する第１の設定手段と、
前記最適電圧が前記所定電圧範囲内である場合において、前記昇圧比を１．０としたときの前記トータル電力損失の推定値が、前記直流電圧を前記所定電圧範囲よりも高電圧側の所定電圧としたときの前記トータル電力損失の推定値よりも高いときに、前記電圧指令値を前記所定電圧に設定する第２の設定手段と、
前記最適電圧が前記所定電圧範囲内である場合において、前記昇圧比を１．０としたときの前記トータル電力損失の推定値が、前記直流電圧を前記所定電圧としたときの前記トータル電力損失の推定値よりも低いときに、前記昇圧比が１．０となるように前記電圧指令値を設定する第３の設定手段とを含む、電動機駆動制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機駆動制御システムに関し、より特定的には直流電圧を可変制御可能なコンバータを含んで構成される電動機駆動制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電動機を駆動する電動機駆動制御システムの一形式として、コンバータによって可変制御された直流電圧を、インバータによって交流電動機を駆動制御する交流電圧に変換する構成が、特開２００７−３２５３５１号公報（特許文献１）等に開示されている。
【０００３】
特許文献１の電動機駆動制御システムでは、バッテリ、コンバータ、インバータおよびモータジェネレータでの電力損失の総和が最小となるように、コンバータの出力電圧指令値を設定するための制御が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２５３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された、昇圧チョッパ回路で構成されたコンバータでは、上アームおよび下アームのスイッチング素子のオンオフ制御によって、電圧変換比（昇圧比）が制御される。しかしながら、昇圧チョッパ回路では、昇圧比が１．０に近い領域では出力電圧の制御性が低下することにより、出力電圧が変動することが懸念される。
【０００６】
電動機駆動制御システムでは、電動機の出力変動につながるため、コンバータの出力電圧変動を防止することが重要である。したがって、昇圧比が１．０に近い所定の電圧領域では、出力電圧の安定性を優先して、上アームのスイッチング素子をオン固定する、上アームオン制御が適用されることがある。
【０００７】
このため、特許文献１に記載された制御によって設定されたコンバータの電圧指令値が、上記電圧領域内であるときに、単純に上アームオン制御を適用すると、出力電圧の安定性は確保される一方で、システムの効率が低下することが懸念される。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、コンバータを含む構成の電動機駆動制御システムにおいて、コンバータの出力電圧の安定性およびシステムの効率向上を両立するように、コンバータを制御することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある局面では、電動機駆動制御システムは、蓄電装置と、コンバータと、インバータと、コンバータの電圧指令値を設定するための電圧設定手段とを備える。コンバータは、電圧指令値に従って、蓄電装置の電圧を、昇圧比が１．０以上の直流電圧に変換して直流電源配線に出力する。インバータは、電動機が動作指令に従って作動するように、複数のスイッチング素子により直流電源配線の直流電圧と電動機を駆動する交流電圧との間で電力変換を行なう。電圧設定手段は、電圧範囲制限手段と、損失推定手段と、第１から第３の設定手段を含む。電圧範囲制限手段は、昇圧比が１．０よりも大きく、かつ、所定値よりも小さい所定電圧範囲内に電圧指令値を設定することを禁止する。損失推定手段は、予め設定された損失特性に基づき、電動機の現在の動作状態において、蓄電装置、コンバータ、インバータ、および、電動機での電力損失を含むトータル電力損失の推定値が最小となる直流電圧である最適電圧を求める。第１の設定手段は、最適電圧が所定電圧範囲外である場合に、電圧指令値を最適電圧に設定する。第２の設定手段は、最適電圧が所定電圧範囲内である場合において、昇圧比を１．０としたときのトータル電力損失の推定値が、直流電圧を所定電圧範囲よりも高電圧側の所定電圧としたときのトータル電力損失の推定値よりも高いときに、電圧指令値を所定電圧に設定する。第３の設定手段は、最適電圧が所定電圧範囲内である場合において、昇圧比を１．０としたときのトータル電力損失の推定値が、直流電圧を所定電圧としたときのトータル電力損失の推定値よりも低いときに、昇圧比が１．０となるように電圧指令値を設定する。
【００１０】
上記電動機駆動制御システムによれば、電圧範囲制限手段によって昇圧比が低い電圧領域に電圧指令値が設定されることを回避できるので、当該電圧領域において直流電圧（システム電圧ＶＨ）の制御性が低下することに起因して電動機のトルク変動が生じることを防止できる。さらに、電圧範囲制限手段によってトータル損失の推定値が最小となる最適電圧に直流電圧（システム電圧ＶＨ）を制御できない場合には、昇圧比が１．０となるとき（上アームオン制御）および、直流電圧をコンバータによって所定電圧に制御するときのうちのトータル損失が低くなる一方に、直流電圧を制御することができる。これにより、コンバータから出力される直流電圧（システム電圧ＶＨ）の安定性と、電動機駆動制御システムの効率向上とを両立することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、コンバータを含む構成の電動機駆動制御システムにおいて、コンバータの出力電圧の安定性およびシステムの効率向上を両立するように、コンバータを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態による電動機駆動制御システムの適用例として示されるハイブリッド車両の構成を説明するブロック図である。
【図２】図１に示されたエンジンおよびモータジェネレータの動作指令値の設定を説明するため機能ブロック図である。
【図３】コンバータの電圧指令値の設定を説明するため機能ブロック図である。
【図４】図１に示されたインバータおよびコンバータの制御を説明するため機能ブロック図である。
【図５】図３に示された損失推定部の構成をさらに説明する機能ブロック図である。
【図６】図１に示されたコンバータに上アームオン制御が適用される電圧領域を説明するための概念図である。
【図７】図１に示されたコンバータの電圧指令値を設定するための制御処理を説明するフローチャートである。
【図８】図７のＳ１３０により電圧指令値が設定されるケースでのトータル損失の特性を示す概念図である。
【図９】図７のＳ１７０により電圧指令値が設定されるケースでのトータル損失の特性を示す概念図である。
【図１０】図７のＳ１８０により電圧指令値が設定されるケースでのトータル損失の特性を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施の形態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返さないものとする。
【００１４】
（システム構成）
図１は、本発明の実施の形態による電動機駆動制御システムの適用例として示されるハイブリッド車両１００の構成を説明するブロック図である。
【００１５】
図１を参照して、ハイブリッド車両１００は、制御装置５０と、エンジン１１０と、動力分割機構１２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、減速機１３０と、駆動軸１４０および車輪（駆動輪）１５０とを備える。
【００１６】
エンジン１１０は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。エンジン１１０には、エンジン回転数を検出する回転数センサ１１２が設けられる。回転数センサ１１２の出力は、制御装置５０へ送出される。
【００１７】
動力分割機構１２０は、エンジン１１０の発生する動力を、駆動軸１４０への経路とモータジェネレータＭＧ１への経路とに分割可能に構成される。動力分割機構１２０としては、サンギヤ、プラネタリギヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。たとえば、遊星歯車機構では、モータジェネレータＭＧ１のロータがサンギヤに接続され、エンジン１１０の出力軸がプラネタリギヤに接続され、かつ、出力軸１２５がリングギヤに接続される。モータジェネレータＭＧ２の回転軸とも接続された出力軸１２５は、減速機１３０を介して駆動輪１５０を回転駆動するための駆動軸１４０に接続される。なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組込んでもよい。
【００１８】
モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１１０によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン１１０の始動を行なう電動機として動作するものとして、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。
【００１９】
同様に、モータジェネレータＭＧ２は、出力軸１２５および減速機１３０を介して、駆動軸１４０へ出力が伝達される車両駆動力発生用としてハイブリッド車両１００に組込まれる。さらに、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪１５０の回転方向と反対方向の出力トルクを発生することによって回生発電を行なうように電動機および発電機への機能を併せ持つように構成される。
【００２０】
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するための構成について説明する。
【００２１】
ハイブリッド車両１００は、走行用バッテリＢと、平滑コンデンサＣ０，Ｃ１と、コンバータ１５と、インバータ２０，３０とをさらに備える。
【００２２】
走行用バッテリＢは、「蓄電装置」に対応し、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池によって構成される。あるいは、走行用バッテリＢに代えて、電気二重層キャパシタ等を「蓄電装置」として適用することも可能である。
【００２３】
走行用バッテリＢが出力するバッテリ電圧ＶＢは電圧センサ１０によって検知され、走行用バッテリＢに入出力されるバッテリ電流ＩＢは電流センサ１１によって検知される。さらに、走行用バッテリＢには、温度センサ１２が設けられる。電圧センサ１０、電流センサ１１および温度センサ１２によって検出された、バッテリ電圧ＶＢ、バッテリ電流ＩＢおよびバッテリ温度ＴＢは、制御装置５０へ出力される。
【００２４】
平滑コンデンサＣ１は、低圧側の電力線５および高圧側の電力線６の間に接続される。なお、走行用バッテリＢの正極端子および電力線６の間、ならびに、走行用バッテリＢの負極端子および電力線５の間には、車両運転時にオンされ、車両運転停止時にオフされるリレー（図示せず）が設けられる。
【００２５】
コンバータ１５は、リアクトルＬ１と、スイッチング制御される電力用半導体素子（以下、「スイッチング素子」と称する）Ｑ１，Ｑ２とを含む。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電力線６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、高電圧側の電力線７および電力線５（低圧側）の間に接続される。
【００２６】
スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線７および電力線５の間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオンオフは、制御装置５０からの制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。
【００２７】
インバータ２０および３０の直流電圧側は、共通の電力線５および電力線７を介して、コンバータ１５と接続される。電力線５および７の間の直流電圧ＶＨを、以下では、「システム電圧ＶＨ」とも称する。システム電圧ＶＨは、コンバータ１５の出力電圧に相当する。すなわち、電力線７は「直流電源配線」に対応する。
【００２８】
インバータ２０は、電力線７および電力線５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム２２と、Ｖ相アーム２４と、Ｗ相アーム２６とから成る。各相アームは、電力線７および電力線５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム２２は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム２４は、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム２６は、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６から成る。また、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対して、逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフは、制御装置５０からの制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６によって制御される。
【００２９】
モータジェネレータＭＧ１は、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１と、図示しない回転子とを含む。Ｕ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１の一端は、中性点Ｎ１で互いに接続され、その他端は、インバータ２０のＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６とそれぞれ接続される。インバータ２０は、制御装置５０からの制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフ制御（スイッチング制御）により、コンバータ１５の出力側およびモータジェネレータＭＧ１の間での双方向の電力変換を行なう。
【００３０】
具体的には、インバータ２０は、制御装置５０によるスイッチング制御に従って、電力線７から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力することができる。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、エンジン１１０の出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置５０によるスイッチング制御に従って直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電力線７へ出力することもできる。
【００３１】
インバータ３０は、インバータ２０と同様に構成されて、制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６によってオンオフ制御されるスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６および、逆並列ダイオードＤ２１〜Ｄ２６を含んで構成される。
【００３２】
モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に構成されて、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２と、図示しない回転子とを含む。モータジェネレータＭＧ１と同様に、Ｕ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２の一端は、中性点Ｎ２で互いに接続され、その他端は、インバータ３０のＵ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６とそれぞれ接続される。
【００３３】
インバータ３０は、制御装置５０からの制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のオンオフ制御（スイッチング制御）により、コンバータ１５の出力側およびモータジェネレータＭＧ２の間で双方向の電力変換を行なう。
【００３４】
具体的には、インバータ３０は、制御装置５０によるスイッチング制御に従って、電力線７上の直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力することができる。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３０は、車両の回生制動時、駆動輪１５０からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を制御装置５０によるスイッチング制御に従って直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンバータ１５へ出力することができる。
【００３５】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々には電流センサ２７および回転角センサ（レゾルバ）２８が設けられる。回転角センサ２８は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の図示しない回転子の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置５０へ送出する。制御装置５０では、回転角θに基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を算出することができる。なお、本発明の実施の形態では、「回転数」との文言は、特に説明がない限り単位時間当たり（代表的には毎分当たり）の回転数をいうものとする。
【００３６】
電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０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５０へ出力する。
【００３７】
これらのセンサによって検出された、システム電圧ＶＨ、モータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ（１）およびロータ回転角θ（１）、ならびに、モータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ（２）およびロータ回転角θ（２）は、制御装置５０へ入力される。
【００３８】
さらに、制御装置５０には、ドライバによるアクセルペダル（図示せず）の操作量の検出値であるアクセル操作量Ａｃｃ、ブレーキペダル（図示せず）の操作量の検出値であるブレーキ操作量Ｂｒｋ、および、図示しない車速センサの検出値である車速ＳＰが入力される。
【００３９】
また、制御装置５０には、走行用バッテリＢに関する、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）や充放電制限を示す入力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ等の情報が入力される。これにより、制御装置５０は、走行用バッテリＢの過充電あるいは過放電が発生しないように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２での消費電力および発電電力（回生電力）を必要に応じて制限する機能を有する。
【００４０】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）で構成される制御装置５０は、マイクロコンピュータ（図示せず）、ＲＡＭ（Random  Access Memory)５１およびＲＯＭ（Read  Only  Memory）５２を含んで構成される。制御装置５０は、ハイブリッド車両１００がドライバ操作に応じて走行するように、各機器を制御する。制御装置５０の機能の詳細については、後程説明する。
【００４１】
また、本実施の形態では、単一の制御装置（ＥＣＵ）５０によってインバータ制御におけるスイッチング周波数を切換える機構について説明したが、複数の制御装置（ＥＣＵ）の協調動作によって同様の制御構成を実現することも可能である。
【００４２】
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御におけるコンバータ１５およびインバータ２０，３０の動作について説明する。
【００４３】
コンバータ１５において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフは、制御装置５０からの制御信号Ｓ１，Ｓ２に従って制御される。同様に、インバータ２０におけるスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフ、および、インバータ３０におけるスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のオンオフは、制御装置５０からの制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６およびＳ２１〜Ｓ２６によってそれぞれ制御される。
【００４４】
コンバータ１５の入力側には、平滑コンデンサＣ０によって平滑化された電圧ＶＢが入力される。コンバータ１５は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフ制御によって、入力側の電圧ＶＢと出力側のシステム電圧ＶＨとの間で双方向の直流電圧変換を実行するように構成されている。
【００４５】
コンバータ１５による昇圧比（ＶＨ／ＶＢ）は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比に応じて、１．０以上に制御される。基本的には、スイッチング素子Ｑ２を各スイッチング周期内でオンオフするように制御することにより、昇圧比＞１．０に制御される。すなわち、コンバータ１５は、昇圧機能を有し、電圧ＶＢよりも高い直流電圧ＶＨによって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動できる。下アーム素子（スイッチング素子Ｑ２）のオン期間比が高くなる程、昇圧比は大きくなる。
【００４６】
特に、上アーム素子（スイッチング素子Ｑ１）を下アーム素子（スイッチング素子Ｑ２）と相補的に各スイッチング周期内でオンオフすることにより、バッテリＢの充電（ＭＧ１，ＭＧ２の回生）および放電（ＭＧ１，ＭＧ２の力行）のいずれにも対応して、システム電圧ＶＨを制御することができる。
【００４７】
なお、上アーム素子（スイッチング素子Ｑ１）をオンに固定し、下アーム素子（スイッチング素子Ｑ２）をオフに固定した、「上アームオン制御」を実行することにより、ＶＨ＝ＶＢ（昇圧比＝１．０）として、双方向の通電経路を確保した状態で、昇圧機能をオフすることも可能である。
【００４８】
平滑コンデンサＣ０は、コンバータ１５からの直流電圧（システム電圧）を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２０，３０へ供給する。トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）の設定については、後程詳細に説明する。
【００４９】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）に従って制御される。インバータ３０は、制御装置５０からの制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のオンオフ動作（スイッチング動作）により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）に従ったトルクが出力されるように、モータジェネレータＭＧ２を駆動する。
【００５０】
また、インバータ２０は、上記のインバータ３０の動作と同様に、制御装置５０からの制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に従ったスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフ制御により、モータジェネレータＭＧ１がトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）に従ったトルクが出力されるように電力変換を行なう。
【００５１】
次に、制御装置５０によるハイブリッド車両１００の走行制御について、図２〜図４を用いて説明する。なお、図２をはじめとする各機能ブロック図に示された各ブロックによる機能は、制御装置５０の所定プログラムの実行によるソフトウェア処理および／または内蔵された専用の電子回路によるハードウェア処理によって実現されるものとする。
【００５２】
図２は、エンジン１１０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作指令の設定を説明するための機能ブロック図である。
【００５３】
図２を参照して、動作指令生成部３００は、ドライバ操作に応じた走行が実行されるように、エンジン１１０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の指令値を生成する。
【００５４】
具体的には、動作指令生成部３００は、アクセル操作量Ａｃｃ、ブレーキ操作量Ｂｒｋおよび車速ＳＰに基づいて、車両走行に必要な駆動トルクを算出する。ドライバによるブレーキ操作によって制動トルクが必要な場合には、駆動トルクが負の値に設定される。
【００５５】
動作指令生成部３００は、当該駆動トルクを駆動軸１４０に作用させるための、エンジン１１０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間の最適な出力配分を決定し、決定された出力配分に従って、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作指令およびエンジン１１０の動作指令を生成する。
【００５６】
エンジン１１０の運転指令は、たとえば、目標エンジン回転数Ｎｅ＊および目標エンジントルクＴｅ＊を含む。エンジン制御部３５０は、動作指令生成部３００からの目標エンジン回転数Ｎｅ＊および目標エンジントルクＴｅ＊に従って、エンジン１１０のアクチュエータ群（燃料噴射弁、点火プラグ、吸気バルブ、排気バルブ等）を制御する。これにより、エンジン１１０の回転数およびトルクは、目標エンジン回転数Ｎｅ＊および目標エンジントルクＴｅ＊に従って制御される。
【００５７】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作指令は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令Ｔｑｃｏｍ（１）およびモータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）を含む。
【００５８】
図３は、コンバータ１５の電圧指令値ＶＨ＊の設定を説明するため機能ブロック図である。
【００５９】
図３を参照して、ＶＨ指令生成部４００は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）に基づいて、電圧指令値ＶＨ＊を設定する。電圧指令値ＶＨ＊の設定においては、特許文献１と同様の損失推定部５００の参照によって、システム全体の損失を抑制するように、電圧指令値ＶＨ＊が設定される。電圧指令値ＶＨ＊の設定の詳細については後ほど説明する。
【００６０】
図４は、コンバータ１５およびインバータ２０，３０の制御を説明するための機能ブロック図である。
【００６１】
図４を参照して、コンバータ制御部４１０は、システム電圧ＶＨが電圧指令値ＶＨ＊に従って制御されるように、コンバータ１５の制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。たとえば、コンバータ制御部４１０は、電圧指令値ＶＨ＊および電圧ＶＢ（入力電圧）の比である理論昇圧比に従うフィードフォワード制御と、電圧指令値ＶＨ＊に対するシステム電圧ＶＨの偏差ΔＶＨ（ΔＶＨ＝ＶＨ＊−ＶＨ）に基づくフィードバック制御との組み合わせによって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を演算する。さらに、演算されたデューティ比に従ってスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオンオフされるように、制御信号Ｓ１，Ｓ２は生成される。
【００６２】
ＭＧ制御部４２０は、電流センサ２７により検出されたモータ電流ＭＣＲＴ（１），ＭＣＲＴ（２）と、回転角センサ２８により検出されたロータ回転角θ（１），θ（２）とシステム電圧ＶＨとに基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクを制御する。具体的には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクがトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）に従って制御されるように、インバータ２０，３０を構成するスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６のオンオフ制御するための、制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１，Ｓ２６が生成される。
【００６３】
たとえば、モータ電流ＭＣＲＴ（１），ＭＣＲＴ（２）およびロータ回転角θ（１），θ（２）から算出されるｄ軸電流およびｑ軸電流のフィードバック制御により、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクは制御される。特許文献１にも記載されるように、電流フィードバック制御は、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）に従った、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６によって実現できる。あるいは、特許文献１にも記載された矩形波電圧制御によってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクを制御するように、制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１，Ｓ２６が生成することも可能である。
【００６４】
このように、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力が制御されることにより、ハイブリッド車両１００では、モータジェネレータＭＧ２での電力消費による車両駆動力の発生、モータジェネレータＭＧ１での発電による走行用バッテリＢの充電電力またはモータジェネレータＭＧ２の消費電力の発生、およびモータジェネレータＭＧ２での回生制動動作（発電）による走行用バッテリＢの充電電力の発生を、ドライバ操作および車両の運転状態に応じて適宜に実行できる。
【００６５】
（電圧指令値の設定）
図３に示したＶＨ指令生成部４００による、電圧指令値ＶＨ＊の設定について、さらに詳細に説明する。
【００６６】
図５は、図３に示された損失推定部５００の構成を説明するブロック図である。
図５を参照して、損失推定部５００は、バッテリ損失推定部５５０と、コンバータ損失推定部５６０と、インバータ損失推定部５７０およびＭＧ損失推定部５８０とを含む。
【００６７】
バッテリ損失推定部５５０は、予め作成された損失マップ５５５を有する。損失マップ５５５は、入力された、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態（回転数，トルク）、システム電圧ＶＨおよびバッテリ電圧ＶＢにおけるバッテリ損失Ｐｌｂを推定することができる。バッテリ損失Ｐｌｂは、主に内部抵抗でのジュール損失であり、内部抵抗値ｒおよびバッテリ電流ＩＢを用いてＩＢ・ｒ2で示される。
【００６８】
バッテリ電流ＩＢは、平均電流（直流成分）ＩＢａｖｅにリップル電流（交流成分）ΔＩＢｒが重畳されたものとなる。このリップル電流ΔＩＢｒは、システム電圧ＶＨおよびバッテリ電圧ＶＢの電圧差｜ＶＨ−ＶＢ｜に応じて増大する。また、平均電流ＩＢａｖｅとバッテリ電圧ＶＢとの積で示されるバッテリからの入出力電力は、各モータジェネレータＭＧでの消費電力または発電電力の総和に対応する。
【００６９】
したがって、特許文献１と同様に、バッテリ平均電流（直流分）およびリップル電流（交流分）に着目して、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２のトルク×回転数、ならびに、電圧差｜ＶＨ−ＶＢ｜に基づいて、バッテリ損失Ｐｌｂを算出することができる。
【００７０】
コンバータ損失推定部５６０は、予め作成された損失マップ５６５を有する。損失マップ５６５は、入力された、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態（トルク，回転数）と、システム電圧ＶＨおよびバッテリ電圧ＶＢにおけるコンバータ損失Ｐｌｃｖを推定する。コンバータ１５での損失は、主に、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２での損失と、リアクトルＬ１での損失との和となる。いずれも、コンバータ通過電流（すなわちバッテリ電流ＩＢ）が小さいほど、かつシステム電圧ＶＨが低いほど損失が小さくなる。また、リップル電流ΔＩＢｒが増大すると、電流の二乗に依存する損失が増加するので、電圧差｜ＶＨ−Ｖｂ｜がコンバータ損失Ｐｌｃｖを決めるファクタの１つとなる。
【００７１】
したがって、特許文献１と同様に、コンバータ損失Ｐｌｃｖについても、バッテリ平均電流ＩＢａｖｅ、すなわちＭＧ１，ＭＧ２の動作状態（トルク×回転数）と、電圧差｜ＶＨ−ＶＢ｜とに基づいて推定できる。
【００７２】
インバータ損失推定部５７０およびＭＧ損失推定部５８０は、予め作成された損失マップ５７５によって一体的に構成することができる。損失マップ５７５は、入力された、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態（回転数，トルク）およびシステム電圧ＶＨから、インバータ損失およびＭＧ損失の和Ｐｌｍｇ１＋Ｐｌｉｖ１（またはＰｌｍｇ２＋Ｐｌｉｖ２）を推定する。
【００７３】
インバータ２０，３０でのインバータ損失は、主にスイッチング素子でのオン損失およびスイッチング損失であり、スイッチング素子を流れる電流が小さいほど、かつシステム電圧ＶＨが低いほど小さくなる。さらに、特許文献１にも記載された制御方式の切換えを考慮して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態（トルク，回転数）およびシステム電圧から、インバータ２０でのインバータ損失Ｐｌｉｖ１または、インバータ３０でのインバータ損失Ｐｌｉｖ２を推定することができる。
【００７４】
一方で、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２でのＭＧ損失は、各相コイル巻線に流れる電流によって発生する銅損と、鉄心部の磁束変化によって発生する鉄損の和となる。このため、各相コイル巻線を流れる電流が小さいほどＭＧ損失も小さくなる。したがって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２でのＭＧ損失Ｐｍｇ１，Ｐｍｇ２については、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態（回転数およびトルク）に基づいて推定することができる。
【００７５】
したがって、特許文献１と同様に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態（回転数，トルク）およびシステム電圧ＶＨの入力に対して、インバータ損失およびＭＧ損失の和Ｐｌｍｇ１＋Ｐｌｉｖ１およびＰｌｍｇ２＋Ｐｌｉｖ２を推定するように、一体化された損失マップ５７５を予め作成することができる。
【００７６】
加算部５９０は、バッテリ損失推定部５５０からのバッテリ損失Ｐｌｂと、コンバータ損失推定部５６０からのコンバータ損失Ｐｌｃｖと、インバータ損失推定部５７０およびＭＧ損失推定部５８０からのインバータ損失およびＭＧ損失の和Ｐｌｍｇ１＋Ｐｌｉｖ１およびＰｌｍｇ２＋Ｐｌｉｖ２とを加算して、電動機駆動制御システム全体での電力損失の総和Ｐｌｓ（以下、トータル損失Ｐｌｓとも称する）を算出する。
【００７７】
図６は、コンバータ１５に上アームオン制御が適用される電圧領域を説明するための概念図である。
【００７８】
図６を参照して、コンバータ１５では、昇圧比（ＶＨ／ＶＢ）が１．０近傍である電圧領域では、デューティ比の変化に対する昇圧比の変化率が小さくなるため、システム電圧ＶＨの制御性が低下する。したがって、ＶＨ／ＶＢが１．０近傍である、所定の電圧領域ＡＲ１については、コンバータ１５のデューティ比制御を禁止して、上アームオン制御によってシステム電圧ＶＨを安定させる。
【００７９】
たとえば、電圧領域ＡＲ１（以下、上アームオン領域ＡＲ１とも称する）は、ＶＢ≦ＶＨ≦ＶＨ＋Ｖα（Ｖα：所定値）で規定される。すなわち、コンバータ１５の電圧指令値ＶＨ＊は、ＶＢ＜ＶＨ＊≦ＶＢ＋Ｖαの範囲に設定されることはなく、ＶＨ＊＝ＶＢ（上アームオン制御時）または、ＶＨ＋Ｖα＜ＶＨ＊≦ＶＨｍａｘに設定される。ＶＨｍａｘは、システム電圧ＶＨの制御上限値である。
【００８０】
図７は、コンバータ１５の電圧指令値ＶＨ＊を設定するための制御処理を説明するフローチャートである。図７に示されたフローチャートは、制御装置５０（ＶＨ指令生成部４００）によって所定の制御周期毎に実行される。
【００８１】
図７を参照して、制御装置５０は、ステップＳ１００により、今回の制御周期におけるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作点およびバッテリ電圧ＶＢを読込む。たとえば、走行制御によって設定されたトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）、回転角センサ２８の検出値に基づく回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、および、電圧センサ１０の検出値に基づくバッテリ電圧ＶＢが取得される。なお、バッテリ電圧ＶＢについては、定格値に相当する一定値を固定的に用いてもよい。
【００８２】
さらに制御装置５０は、ステップＳ１１０により、ステップＳ１１０で読込まれた動作点における、トータル損失Ｐｌｓが最小となるシステム電圧ＶＨに相当する最適電圧Ｖｏｐｔを算出する。最適電圧Ｖｏｐｔは、特許文献１に記載されるように、図５に示された損失推定部５００を用いて、システム電圧ＶＨについての複数の候補電圧からトータル損失Ｐｌｓの推定値が最小となる電圧を探索することによって実行することができる。このように、ステップＳ１１０では、特許文献１と同様の手法によって、トータル損失を最小とできるシステム電圧ＶＨの最適値（最適電圧Ｖｏｐｔ）を算出することができる。ただし、本実施の形態では、上記以外の任意の手法によって、最適電圧Ｖｏｐｔを算出してもよい。
【００８３】
制御装置５０は、最適電圧Ｖｏｐｔを算出すると（Ｓ１１０）、ステップＳ１２０に処理を進めて、ステップＳ１１０で算出された最適電圧Ｖｏｐｔが、図６に示した上アームオン領域ＡＲ１内であるかどうかを判定する。
【００８４】
制御装置５０は、最適電圧Ｖｏｐｔ（Ｓ１１０）が上アームオン領域ＡＲ１外であるとき（Ｓ１２０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１３０に処理を進めて、ステップＳ１１０で算出した最適電圧Ｖｏｐｔを、そのまま電圧指令値ＶＨ＊に設定する。すなわち、ＶＨ＊＝Ｖｏｐｔに設定される。
【００８５】
図８には、ステップＳ１３０により電圧指令値ＶＨ＊が設定されるケースでのトータル損失の特性が示される。
【００８６】
図８を参照して、当該ケースでは、上アームオン領域ＡＲ１よりも高電圧領域に、トータル損失Ｐｌｓが最小となる最適電圧Ｖｏｐｔが位置する。したがって、ＶＨ＊＝Ｖｏｐｔに設定することによって、コンバータ１５でのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング制御により、トータル損失Ｐｌｓが最小となるようにシステム電圧ＶＨを制御することができる。
【００８７】
再び図７を参照して、制御装置５０は、最適電圧Ｖｏｐｔ（Ｓ１１０）が上アームオン領域ＡＲ１内であるとき（Ｓ１２０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１４０に処理を進めて、上アームオン制御が適用されたＶＨ＝ＶＢのときのトータル損失Ｐｌｓ（ＶＢ）を、損失推定部５００を用いて算出する。
【００８８】
さらに、制御装置５０は、ステップＳ１５０により、システム電圧ＶＨを所定電圧Ｖ１としたときのトータル損失Ｐｌｓ（Ｖ１）を、損失推定部５００を用いて算出する。
【００８９】
再び、図６参照して、所定電圧Ｖ１は、上アームオン領域ＡＲ１の外部の所定電圧である。たとえば、Ｖ１＝ＶＢ＋Ｖα＋Ｖβ（Ｖβ：所定値）に設定される。なお、Ｖβは、システム電圧ＶＨの制御性を考慮した上で、なるべく小さい値とすることが好ましい。所定電圧Ｖ１は、コンバータ１５によるスイッチング制御が可能な下限電圧に相当する。したがって、電圧指令値ＶＨ＊＝Ｖ１に設定されると、コンバータ１５はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフを伴うスイッチング制御によってシステム電圧ＶＨを制御することになる。
【００９０】
さらに、制御装置５０は、ステップＳ１６０により、ステップＳ１４０，Ｓ１５０で算出されたトータル損失Ｐｌｓ（ＶＢ），Ｐｌｓ（Ｖ１）を比較する。そして、制御装置５０は、Ｐｌｓ（ＶＢ）＞Ｐｌｓ（Ｖ１）のときは、ステップＳ１７０により電圧指令値ＶＨ＊を設定する。
【００９１】
図９には、ステップＳ１７０により電圧指令値ＶＨ＊が設定されるケースでのトータル損失の特性が示される。
【００９２】
図９を参照して、当該ケースでは、最適電圧Ｖｏｐｔが上アームオン範囲ＡＲ１内であるので、電圧指令値ＶＨ＊を最適電圧Ｖｏｐｔに設定することができない。一方で、所定電圧Ｖ１でのトータル損失Ｐｌｓ（Ｖ１）と、上アームオン制御適用時のトータル損失Ｐｌｓ（ＶＢ）とを比較すると、ＶＨ＝Ｖ１としたときのトータル損失Ｐｌｓ（Ｖ１）の方が、Ｐｌｓ（ＶＢ）よりも低い。
【００９３】
したがって、図９のケースでは、上アームオン制御を適用するよりも、最適電圧Ｖｏｐｔよりも高い所定電圧Ｖ１にシステム電圧ＶＨを制御した方が、トータル損失Ｐｌｓを低減することができる。この結果、図７に示されるように、ステップＳ１７０では、電圧指令値ＶＨ＊は所定電圧Ｖ１に設定される（ＶＨ＊＝Ｖ１）。
【００９４】
一方で、制御装置５０は、Ｐｌｓ（ＶＢ）≦Ｐｌｓ（Ｖ１）のときは、ステップＳ１８０により電圧指令値ＶＨ＊を設定する。
【００９５】
図１０には、ステップＳ１８０により電圧指令値ＶＨ＊が設定されるケースでのトータル損失の特性が示される。
【００９６】
図１０を参照して、当該ケースにおいても、システム電圧ＶＨを最適電圧Ｖｏｐｔに制御することができない。一方で、コンバータ１５によるスイッチング制御が可能な下限電圧Ｖ１でのトータル損失Ｐｌｓ（Ｖ１）と、上アームオン制御適用時のトータル損失Ｐｌｓ（ＶＢ）とを比較すると、上アームオン制御適用時（ＶＨ＝ＶＢ）のトータル損失Ｐｌｓ（ＶＢ）の方が、Ｐｌｓ（Ｖ１）よりも低い。
【００９７】
したがって、図１０のケースでは、上アームオン制御を適用した方が、コンバータ１５のスイッチング制御によってＶＨ＝Ｖ１に制御するよりも、トータル損失Ｐｌｓを低減することができる。この結果、図７に示されるように、ステップＳ１８０では、上アームオン制御が適用される（ＶＨ＊＝ＶＢ）。
【００９８】
なお、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１１０の処理によって「損失推定手段」の機能が実現され、ステップＳ１２０の処理（特に、ＮＯ判定時の処理）によって「電圧範囲制限手段」の機能が実現される。さらに、ステップＳ１３０の処理によって「第１の設定手段」の機能が実現され、ステップＳ１７０の処理によって「第２の設定手段」の機能が実現され、ステップＳ１８０の処理によって「第３の設定手段」の機能が実現される。
【００９９】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、上アームオン領域ＡＲ１を設けることによって、システム電圧ＶＨの変動によるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク変動を防止することができる。さらに、トータル損失Ｐｌｓが最小となるシステム電圧（最適電圧Ｖｏｐｔ）が上アームオン領域ＡＲ１内に位置するケースにおいても、電動機駆動システムの電力損失が過大とならないように、コンバータ１５の電圧指令値ＶＨ＊を適切に設定することが可能である。これにより、システム電圧ＶＨの安定性と、電動機駆動制御システムの効率向上とを両立することができる。
【０１００】
また、本発明の実施の形態では、ハイブリッド車両に搭載される電動機駆動制御システムについて代表的に例示したが、本発明の適用はこのようなケースに限定されるものではない。すなわち、本発明に従うモータ駆動システムは、電気自動車に代表されるハイブリッド車両以外の電動車両に搭載される電動機駆動制御システムに適用することも可能である。また、直流電圧を可変制御可能なコンバータを含む構成の電動機駆動制御システムであれば、駆動制御されるモータジェネレータ（または、電動機・発電機）の個数や種類また、モータジェネレータ（電動機）により駆動される負荷を限定することなく、本発明の適用が可能である。
【０１０１】
今回開示された実施の形態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特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【０１０２】
５，６，７  電力線、１０，１３  電圧センサ、１１，２７  電流センサ、１２  温度センサ、１５  コンバータ、２０，３０  インバータ、２２，２４，２６，３２，３４，３６  各相アーム（インバータ）、２８  回転角センサ、５０  制御装置、１００  ハイブリッド車両、１１０  エンジン、１１２  回転数センサ（エンジン）、１２０  動力分割機構、１２５  出力軸、１３０  減速機、１４０  駆動軸、１５０  駆動輪、３００  動作指令生成部、３５０  エンジン制御部、４００  ＶＨ指令生成部、４１０  コンバータ制御部、４２０  ＭＧ制御部、５００  損失推定部、５５０  バッテリ損失推定部、５５５，５６５，５７５  損失マップ、５６０  コンバータ損失推定部、５７０  インバータ損失推定部、５８０  ＭＧ損失推定部、５９０  加算部、ＡＲ１  上アームオン領域、Ａｃｃ  アクセル操作量、Ｂ  走行用バッテリ、Ｂｒｋ  ブレーキ操作量、Ｃ０，Ｃ１  平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６  逆並列ダイオード、ＩＢ  バッテリ電流、Ｌ１  リアクトル、ＭＣＲＴ（１），ＭＣＲＴ（２）  モータ電流、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２  中性点、Ｎｅ  目標エンジン回転数、Ｎｍ１，Ｎｍ２  回転数（モータジェネレータ）、Ｐｌｂ  バッテリ損失、Ｐｌｃｖ  コンバータ損失、Ｐｌｉｖ１，Ｐｌｉｖ２  インバータ損失、Ｐｌｓ  トータル損失（電動機駆動制御システム）、Ｐｍｇ１，Ｐｍｇ２  ＭＧ損失、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６  電力用半導体スイッチング素子、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６  制御信号、ＳＰ  車速、ＴＢ  バッテリ温度、Ｔｅ＊  目標エンジントルク、Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）  トルク指令値、Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２  コイル巻線、Ｖ１  所定電圧（コンバータスイッチング制御の下限電圧）、ＶＢ  バッテリ電圧、ＶＨ  直流電圧（システム電圧）、ＶＨ＊  電圧指令値（システム電圧）。
【図１】
2017070048.tif 000003
【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】
2017070048.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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