ハイブリッド自動車
【課題】発電機用インバータのスイッチングに伴うノイズの変化により運転者に違和感を与えるのを抑制する。
【解決手段】第１モータは車速Ｖに同期せずに回転する構成であり、車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０より大きいときには（Ｓ１５０）、第１モータの回転数Ｎｍ１に同期して変更されるキャリア周波数を用いたＰＷＭ制御方式でインバータをスイッチングする同期キャリアＰＷＭ制御方式によって第１モータが駆動されるようインバータを制御する（Ｓ１７０）。また、車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０以下のときには、予め固定されたキャリア周波数を用いたＰＷＭ制御方式でインバータをスイッチングする固定キャリアＰＷＭ制御方式によって第１モータが駆動されるようインバータを制御する（Ｓ１６０）。
【解決手段】第１モータは車速Ｖに同期せずに回転する構成であり、車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０より大きいときには（Ｓ１５０）、第１モータの回転数Ｎｍ１に同期して変更されるキャリア周波数を用いたＰＷＭ制御方式でインバータをスイッチングする同期キャリアＰＷＭ制御方式によって第１モータが駆動されるようインバータを制御する（Ｓ１７０）。また、車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０以下のときには、予め固定されたキャリア周波数を用いたＰＷＭ制御方式でインバータをスイッチングする固定キャリアＰＷＭ制御方式によって第１モータが駆動されるようインバータを制御する（Ｓ１６０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、複数のスイッチング素子を有し電動機を駆動する電動機用インバータと、電動機用インバータを介して電動機に接続された二次電池と、を備えるハイブリッド自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のハイブリッド自動車や電気自動車が備えるモータを駆動するためのインバータの制御装置として、モータに印加すべき正弦波状の電圧指令の１周期を三角波であるキャリアの数周期分などと定めることで、モータの回転数に同期して変更されるキャリア周波数を用いたパルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式である同期ＰＷＭ制御方式や、モータの回転に同期しないキャリアを用いたＰＷＭ制御方式である非同期ＰＷＭ制御方式によって、モータを駆動するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このインバータの制御装置では、モータで発生させるトルクがしきい値よりも大きい場合には同期ＰＷＭ制御を行なうことにより、比較的小さいキャリア周波数でも制御性を良好なものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−５７２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したインバータの制御装置が採用する同期ＰＷＭ制御方式は、車速に同期せずに回転するモータ用のインバータの制御に採用すると、運転者に違和感を与える場合がある。車両の加速や減速に応じて通常想定される傾向でインバータのスイッチングに伴うノイズが変化する場合はよいが、例えば、車速が上昇しているにも拘わらずインバータからのノイズの周波数が低くなると、運転者に違和感を与える場合が生じる。
【０００５】
本発明のハイブリッド自動車は、内燃機関の出力軸と発電機の回転軸と駆動軸との３軸にそれぞれキャリアとサンギヤとリングギヤとが接続された遊星歯車機構を備えるものにおいて、発電機用インバータのスイッチングに伴うノイズの変化により運転者に違和感を与えるのを抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のハイブリッド自動車は、
内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、複数のスイッチング素子を有し前記電動機を駆動する電動機用インバータと、前記電動機用インバータを介して前記電動機に接続された二次電池と、を備えるハイブリッド自動車において、
動力を入出力可能な発電機と、
複数のスイッチング素子を有し、前記バッテリと前記発電機とに接続されて前記発電機を駆動する発電機用インバータと、
前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と前記駆動軸との３軸にそれぞれキャリアとサンギヤとリングギヤとが接続された遊星歯車機構と、
前記発電機の回転数に同期して変更されるキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で前記発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする同期キャリアＰＷＭ制御方式および予め固定されたキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で前記発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする固定キャリアＰＷＭ制御方式を含む複数の制御方式のいずれかによって前記発電機が駆動されると共に、前記電動機用インバータの複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機が駆動され、走行に要求される駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記発電機用インバータと前記電動機用インバータとを制御する制御手段と、
を備え
前記制御手段は、車速の所定時間あたりの変化量である車速変化量と前記発電機の回転数の前記所定時間あたりの変化量である発電機回転数変化量との両方が正の値または負の値である同期変化時には、前記同期キャリアＰＷＭ制御方式によって前記発電機が駆動されるよう前記発電機用インバータを制御し、前記同期変化時でないときには、前記固定キャリアＰＷＭ制御方式によって前記発電機が駆動されるよう前記発電機用インバータを制御する手段である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明のハイブリッド自動車では、発電機は車速に同期せずに回転する構成であり、車速の所定時間あたりの変化量である車速変化量と発電機の回転数の所定時間あたりの変化量である発電機回転数変化量との両方が正の値または負の値である同期変化時には、発電機の回転数に同期して変更されるキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする同期キャリアＰＷＭ制御方式によって発電機が駆動されるよう発電機用インバータを制御する。また、同期変化時でないときには、予め固定されたキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする固定キャリアＰＷＭ制御方式によって発電機が駆動されるよう発電機用インバータを制御する。これにより、車速と発電機の回転数とのうち一方が増加して他方が減少するときには、発電機用インバータのキャリア周波数が変更されずに固定されるから、発電機用インバータのスイッチングに伴うノイズの変化により運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】インバータ４１，４２の構成の概略を示す構成図である。
【図３】エンジン２２からパワーを出力している状態で走行しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図４】モータＥＣＵ４０により実行されるインバータ制御方式選択ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図５】車速Ｖが上昇すると共に正回転領域でモータＭＧ１が回転上昇しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図６】車速Ｖが上昇すると共に正回転領域でモータＭＧ１が回転低下しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図７】車速Ｖが上昇すると共に負回転領域でモータＭＧ１が回転上昇しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図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ハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、インバータ４１，４２の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とする内燃機関として構成されたエンジン２２と、エンジン２２のクランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号などエンジン２２の状態を検出する各種センサからの信号を入力してエンジン２２を運転するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪６３ａ，６３ｂにデファレンシャルギヤ６２を介して連結された駆動軸３２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３２に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの信号などモータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ４１，４２の状態を検出する各種センサからの信号を入力すると共にインバータ４１，４２のスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、例えばリチウムイオン電池などの二次電池として構成されてインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ５０と、バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。なお、エンジンＥＣＵ２４は、図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいてクランクシャフト２６の回転数即ちエンジン２２の回転数Ｎｅを演算しており、モータＥＣＵ４０は、図示しない回転位置検出センサからの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算しており、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために図示しない電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）を演算すると共に、演算した残容量（ＳＯＣ）とバッテリ５０の温度とに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。
【００１２】
インバータ４１，４２は、図２に示すように、それぞれ、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６とにより構成されている。なお、インバータ４１，４２が共用する正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ４６が接続されている。
【００１３】
ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，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８４からのアクセル開度Ａｃｃ，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８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００１４】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、基本的には、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ８８からの車速Ｖとに応じて走行のために駆動軸３２に要求される要求トルクＴｒ＊を設定し、要求トルクＴｒ＊に駆動軸３２の回転数（例えば、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２や車速Ｖに換算係数ｋを乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算する。続いて、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて設定されるバッテリ５０を充放電するのに必要なパワーとしての充放電要求パワーＰｂ＊と走行用パワーＰｄｒｖ＊と損失Ｌｏｓｓとの和としてエンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊を計算する。そして、要求パワーＰｅ＊をエンジン２２を始動したり停止したりするための始動停止閾値と比較し、エンジン２２の運転を停止しているときに要求パワーＰｅ＊が始動停止閾値以上となったときにはエンジン２２を始動し、エンジン２２を運転しているときに要求パワーＰｅ＊が始動停止閾値未満となったときにはエンジン２２の運転を停止する。
【００１５】
エンジン２２の運転を継続しているときやエンジン２２を始動した後は、要求パワーＰｅ＊を効率よくエンジン２２から出力することができるエンジン２２の回転数とトルクとの関係としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）を用いてエンジン２２の目標回転数と目標トルクとを設定し、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータＭＧ１から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。次に、要求トルクＴｒ＊からモータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３２に作用するトルクを減じて得られるトルクをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する。図３にエンジン２２からパワーを出力している状態で走行しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤの回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリアの回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に等しいリングギヤ３２の回転数Ｎｒ（駆動軸３２の回転数）を示す。また、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１からトルクＴｍ１を出力したときに駆動軸３２に作用するトルク（−Ｔｍ１／ρ）と、モータＭＧ２からトルクＴｍ２を出力したときに駆動軸３２に作用するトルクとを示す。この共線図から分かるように、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊は、基本的には、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を用いて、駆動軸３２に要求される要求トルクＴｒ＊からトルク（−Ｔｍ１＊／ρ）を減じて得られるトルクとして設定される。そして、設定したエンジン２２の目標回転数と目標トルクとについてはエンジンＥＣＵ２４に送信し、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信する。目標回転数と目標トルクとを受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数と目標トルクとによってエンジン２２が運転されるようエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを実行し、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６をスイッチング制御する。これにより、アクセル開度Ａｃｃに対応する走行用パワーＰｄｒｖ＊を駆動軸３２に出力して要求トルクＴｒ＊により走行することができる。
【００１６】
一方、エンジン２２の運転停止を継続しているときやエンジン２２の運転を停止した後は、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定し、設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子をスイッチング制御する。これにより、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの動力のみを用いて要求トルクＴｒ＊により走行することができる。実施例のハイブリッド自動車２０は、こうした制御により、エンジン２２の間欠運転を伴ってバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でバッテリ５０を充放電しながらアクセル開度Ａｃｃに対応する走行用パワーＰｄｒｖ＊を駆動軸３２に出力して要求トルクＴｒ＊により走行する。
【００１７】
ここで、インバータ４１，４２のスイッチング制御について説明する。実施例では、モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊とに基づいてそれぞれ複数の制御モードから１つの制御モードを選択してインバータ４１，４２をスイッチング制御する。ここで、インバータ４１，４２の制御モードは、それぞれ図示しないマップにより、モータの回転数およびトルクが低い領域から順に、三角波比較によるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御における三角波の振幅以下の振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成して変換した擬似的三相交流電圧としてのＰＷＭ信号でインバータをスイッチングする正弦波制御モード，三角波の振幅を超えた振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成して変換した過変調電圧としてのＰＷＭ信号でインバータをスイッチングする過変調制御モード，トルク指令に応じた電圧位相の矩形波電圧でインバータをスイッチングする矩形波制御モードが選択されるように予め定められている。さらに、インバータ４１，４２の正弦波制御モードには、それぞれ、モータの回転数に同期（比例）してキャリアとしての三角波の周波数（キャリア周波数）を変更させる方式である同期キャリアＰＷＭ制御方式や、予め固定されたキャリア周波数を用いる方式である固定キャリアＰＷＭ制御方式などがある。実施例の同期キャリアＰＷＭ制御方式では、インバータを良好に制御可能な範囲内で予め定められた比較的少ない数周期分の三角波形が正弦波状の出力電圧指令値の１周期に丁度含まれるようにキャリア周波数を定めるものとし、これにより、インバータによるモータの制御性を良好にすると共にインバータのスイッチング損失を小さくすることができる。
【００１８】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にモータＭＧ１を駆動するためのインバータ４１の制御方式を選択する際の動作について説明する。図４は、モータＥＣＵ４０により実行されるインバータ制御方式選択ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、インバータ４１の制御モードとして正弦波制御モードが選択されたときに所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。なお、モータＭＧ２を駆動するためのインバータ４２の制御モードとして正弦波制御モードが選択されたときには、実施例では、同期キャリアＰＷＭ制御方式が選択されるものとした。
【００１９】
インバータ制御方式設定ルーチンが実行されると、モータＥＣＵ４０の図示しないＣＰＵは、まず、予め定められた所定時間ｔｓ前の車速Ｖと所定時間ｔｓ前のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とを入力してそれぞれ車速Ｖｓと回転数Ｎｍ１ｓとに設定する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、所定時間ｔｓは、実施例では、車両の走行に応じて車速センサ８８からの車速ＶとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とがそれぞれ増加しているか又は減少しているかを判断するのに必要な時間として予め実験や解析により定められたものを用いるものとした。また、所定時間ｔｓ前の車速Ｖは、所定時間ｔｓ前に車速センサ８８により検出されたものをハイブリッド用電子制御ユニット７０から通信により入力して図示しないＲＡＭに記憶したものを入力するものとし、所定時間ｔｓ前のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１は、所定時間ｔｓ前に回転位置検出センサからの信号に基づいて演算されて図示しないＲＡＭに記憶したものを入力するものとした。なお、インバータ４１の制御モードとして正弦波制御モードが選択されて最初に本ルーチンが実行されたときには、所定時間ｔｓが経過するのを待って所定時間ｔｓ前の車速Ｖと回転数Ｎｍ１とを入力するものとした。
【００２０】
こうして車速Ｖｓと回転数Ｎｍ１ｓとを設定すると、現在の車速ＶとモータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１とを入力し（ステップＳ１１０）、入力した回転数Ｎｍ１と設定した回転数Ｎｍ１ｓとが同符号であるか否か、即ち共に正の値または共に負の値であるか否かを判定し（ステップＳ１２０）、回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号でないときには、固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択して（ステップＳ１６０）、インバータ制御方式選択ルーチンを終了する。回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号でないときに固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択する理由については、後述する。こうして固定キャリアＰＷＭ制御方式が選択されると、予め固定されたキャリア周波数を用いたインバータ４１の制御によってトルク指令Ｔｍ１＊に相当するトルクが出力されるようモータＭＧ１が駆動される。
【００２１】
ステップＳ１２０でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号であるときには、入力した車速Ｖの絶対値から設定した車速Ｖｓの絶対値を減じたものを車速変化量ΔＶとして設定すると共に（ステップＳ１３０）、入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の絶対値から設定した回転数Ｎｍ１ｓの絶対値を減じたものを回転数変化量ΔＮｍ１として設定する（ステップＳ１４０）。続いて、設定した車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０より大きいか否かを判定し（ステップＳ１５０）、この積が値０以下のときには、固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択し（ステップＳ１６０）、この積が値０より大きいときには、同期キャリアＰＷＭ制御方式を選択して（ステップＳ１７０）、インバータ制御方式選択ルーチンを終了する。こうして同期キャリアＰＷＭ制御方式が選択されると、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１に比例するキャリア周波数を用いたインバータ４１の制御によってトルク指令Ｔｍ１＊に相当するトルクが出力されるようモータＭＧ１が駆動される。こうして同期キャリアＰＷＭ制御方式を用いることにより、インバータ４１によるモータＭＧ１の制御性を良好にすると共にインバータ４１のスイッチング損失を小さくすることができる。
【００２２】
ここで、ステップＳ１５０で車速変化量ΔＶとモータＭＧ１の回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０より大きいときに同期キャリアＰＷＭ制御方式を選択し、この積が値０以下のときに固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択する理由について説明する。図５に車速Ｖが上昇すると共に正回転領域でモータＭＧ１が回転上昇しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図の一例を示し、図６に車速Ｖが上昇すると共に正回転領域でモータＭＧ１が回転低下しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図の一例を示し、図７に車速Ｖが上昇すると共に負回転領域でモータＭＧ１が回転上昇しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図の一例を示す。図５に示すように、車速変化量ΔＶが値０より大きく且つ正回転領域で回転数変化量ΔＮｍ１が値０より大きいときには、同期キャリアＰＷＭ制御方式を用いると、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の上昇に応じてインバータ４１のキャリア周波数が高くなるために、インバータ４１のスイッチングにより生じるノイズ（電磁音）は車速Ｖの上昇に応じて高周波数側に変化するノイズとなる。こうしたノイズの変化は、モータＭＧ２用のインバータ４２を同期キャリアＰＷＭ制御方式によって制御する場合に車速Ｖの変化に応じて生じるインバータ４２からのノイズの変化と同様であり、運転者に違和感を与えにくい。これに対し、図６に示すように、車速変化量ΔＶが値０より大きく且つ正回転領域で回転数変化量ΔＮｍ１が値０より小さいときには、同期キャリアＰＷＭ制御方式を用いると、インバータ４１のスイッチングにより生じるノイズは車速Ｖの上昇に反して低周波数側に変化するノイズとなるため、運転者に違和感を与えやすい。このため、実施例では、車速Ｖの変化に反してインバータ４１からのノイズが変化することのないように、車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との両方が正の値また負の値のときに同期キャリアＰＷＭ制御方式を選択し、そうでないときに固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択するのである。したがって、ステップＳ１５０の判定は、車速Ｖの変化の方向がモータＭＧ１の回転変化の方向と同じであるか否かを判定するためのものであるということができる。なお、図７に示すように、車速変化量ΔＶが値０より大きく且つ負回転領域で回転数変化量ΔＮｍ１が値０より大きいときは、図５の例と同様に、インバータ４１からのノイズは車速Ｖの上昇に応じて高周波数側に変化するノイズとなるとき、即ち車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との両方が正の値となるときであるため、同期キャリアＰＷＭ制御方式が用いられる。
【００２３】
さらに、ステップＳ１２０でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号でないときに固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択する理由について説明する。これらの符号が異なるときは、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が値０をまたいで変化するときであり、インバータ４１の制御方式として同期キャリアＰＷＭ制御方式を用いると、車速Ｖの変化に反してインバータ４１からのノイズが変化する場合が生じる。こうした場合が生じるのを抑制するため、実施例では、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号でないときには、車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との関係に拘わらず、固定キャリアＰＷＭ制御方式を用いるものとした。
【００２４】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ１は図３等の共線図から分かるように車速Ｖに同期せずに回転する構成であり、車速Ｖの所定時間ｔｓあたりの変化量である車速変化量ΔＶとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の所定時間ｔｓあたりの変化量である回転数変化量ΔＮｍ１との両方が正の値または負の値であるとき（車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０より大きいとき）には、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１に同期して変更されるキャリア周波数を用いたＰＷＭ制御方式でインバータ４１をスイッチングする同期キャリアＰＷＭ制御方式によってモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１を制御するから、インバータ４１の制御性を良好なものとする範囲内でインバータ４１のスイッチングの頻度を少なくすることができ、インバータ４１のスイッチング損失を抑制することができる。また、車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０以下のときには、予め固定されたキャリア周波数を用いたＰＷＭ制御方式でインバータ４１をスイッチングする固定キャリアＰＷＭ制御方式によってモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１を制御するから、車速ＶとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とのうち一方が増加して他方が減少するときには、インバータ４１のキャリア周波数が変更されずに固定され、インバータ４１のスイッチングに伴うノイズの変化により運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。
【００２５】
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、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ４２が「電動機用インバータ」に相当し、バッテリ５０が「二次電池」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、インバータ４１が「発電機用インバータ」に相当し、プラネタリギヤ３０が「遊星歯車機構」に相当し、駆動軸３２に要求される要求トルクＴｒ＊に応じた要求パワーＰｅ＊を出力する運転ポイントとしてエンジン２２の目標回転数と目標トルクを設定すると共にエンジン２２が目標回転数で回転するようモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定し且つ駆動軸３２に要求トルクＴｒ＊が出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定して各設定値を送信するハイブリッド用電子制御ユニット７０と、目標回転数と目標トルクとでエンジン２２を運転するエンジンＥＣＵ２４と、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊でモータＭＧ１，ＭＧ２が駆動されるよう正弦波制御モードでインバータ４１，４２を制御する際にインバータ４２については同期キャリアＰＷＭ制御方式によってモータＭＧ２が駆動されると共にインバータ４１については図４のインバータ制御方式選択ルーチンを実行して回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号であり車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０より大きいときには同期キャリアＰＷＭ制御方式によってモータＭＧ１が駆動されそうでないときには固定キャリアＰＷＭ制御方式によってモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１，４２を制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。
【００２６】
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。
【００２７】
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】
【００２８】
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３２ 駆動軸、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４６ コンデンサ、５０ バッテリ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８２ シフトポジションセンサ、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６ トランジスタ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、複数のスイッチング素子を有し電動機を駆動する電動機用インバータと、電動機用インバータを介して電動機に接続された二次電池と、を備えるハイブリッド自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のハイブリッド自動車や電気自動車が備えるモータを駆動するためのインバータの制御装置として、モータに印加すべき正弦波状の電圧指令の１周期を三角波であるキャリアの数周期分などと定めることで、モータの回転数に同期して変更されるキャリア周波数を用いたパルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式である同期ＰＷＭ制御方式や、モータの回転に同期しないキャリアを用いたＰＷＭ制御方式である非同期ＰＷＭ制御方式によって、モータを駆動するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このインバータの制御装置では、モータで発生させるトルクがしきい値よりも大きい場合には同期ＰＷＭ制御を行なうことにより、比較的小さいキャリア周波数でも制御性を良好なものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−５７２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したインバータの制御装置が採用する同期ＰＷＭ制御方式は、車速に同期せずに回転するモータ用のインバータの制御に採用すると、運転者に違和感を与える場合がある。車両の加速や減速に応じて通常想定される傾向でインバータのスイッチングに伴うノイズが変化する場合はよいが、例えば、車速が上昇しているにも拘わらずインバータからのノイズの周波数が低くなると、運転者に違和感を与える場合が生じる。
【０００５】
本発明のハイブリッド自動車は、内燃機関の出力軸と発電機の回転軸と駆動軸との３軸にそれぞれキャリアとサンギヤとリングギヤとが接続された遊星歯車機構を備えるものにおいて、発電機用インバータのスイッチングに伴うノイズの変化により運転者に違和感を与えるのを抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のハイブリッド自動車は、
内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、複数のスイッチング素子を有し前記電動機を駆動する電動機用インバータと、前記電動機用インバータを介して前記電動機に接続された二次電池と、を備えるハイブリッド自動車において、
動力を入出力可能な発電機と、
複数のスイッチング素子を有し、前記バッテリと前記発電機とに接続されて前記発電機を駆動する発電機用インバータと、
前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と前記駆動軸との３軸にそれぞれキャリアとサンギヤとリングギヤとが接続された遊星歯車機構と、
前記発電機の回転数に同期して変更されるキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で前記発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする同期キャリアＰＷＭ制御方式および予め固定されたキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で前記発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする固定キャリアＰＷＭ制御方式を含む複数の制御方式のいずれかによって前記発電機が駆動されると共に、前記電動機用インバータの複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機が駆動され、走行に要求される駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記発電機用インバータと前記電動機用インバータとを制御する制御手段と、
を備え
前記制御手段は、車速の所定時間あたりの変化量である車速変化量と前記発電機の回転数の前記所定時間あたりの変化量である発電機回転数変化量との両方が正の値または負の値である同期変化時には、前記同期キャリアＰＷＭ制御方式によって前記発電機が駆動されるよう前記発電機用インバータを制御し、前記同期変化時でないときには、前記固定キャリアＰＷＭ制御方式によって前記発電機が駆動されるよう前記発電機用インバータを制御する手段である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明のハイブリッド自動車では、発電機は車速に同期せずに回転する構成であり、車速の所定時間あたりの変化量である車速変化量と発電機の回転数の所定時間あたりの変化量である発電機回転数変化量との両方が正の値または負の値である同期変化時には、発電機の回転数に同期して変更されるキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする同期キャリアＰＷＭ制御方式によって発電機が駆動されるよう発電機用インバータを制御する。また、同期変化時でないときには、予め固定されたキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする固定キャリアＰＷＭ制御方式によって発電機が駆動されるよう発電機用インバータを制御する。これにより、車速と発電機の回転数とのうち一方が増加して他方が減少するときには、発電機用インバータのキャリア周波数が変更されずに固定されるから、発電機用インバータのスイッチングに伴うノイズの変化により運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】インバータ４１，４２の構成の概略を示す構成図である。
【図３】エンジン２２からパワーを出力している状態で走行しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図４】モータＥＣＵ４０により実行されるインバータ制御方式選択ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図５】車速Ｖが上昇すると共に正回転領域でモータＭＧ１が回転上昇しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図６】車速Ｖが上昇すると共に正回転領域でモータＭＧ１が回転低下しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図７】車速Ｖが上昇すると共に負回転領域でモータＭＧ１が回転上昇しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図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ハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、インバータ４１，４２の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とする内燃機関として構成されたエンジン２２と、エンジン２２のクランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号などエンジン２２の状態を検出する各種センサからの信号を入力してエンジン２２を運転するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪６３ａ，６３ｂにデファレンシャルギヤ６２を介して連結された駆動軸３２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３２に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの信号などモータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ４１，４２の状態を検出する各種センサからの信号を入力すると共にインバータ４１，４２のスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、例えばリチウムイオン電池などの二次電池として構成されてインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ５０と、バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。なお、エンジンＥＣＵ２４は、図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいてクランクシャフト２６の回転数即ちエンジン２２の回転数Ｎｅを演算しており、モータＥＣＵ４０は、図示しない回転位置検出センサからの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算しており、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために図示しない電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）を演算すると共に、演算した残容量（ＳＯＣ）とバッテリ５０の温度とに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。
【００１２】
インバータ４１，４２は、図２に示すように、それぞれ、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６とにより構成されている。なお、インバータ４１，４２が共用する正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ４６が接続されている。
【００１３】
ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，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８４からのアクセル開度Ａｃｃ，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８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００１４】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、基本的には、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ８８からの車速Ｖとに応じて走行のために駆動軸３２に要求される要求トルクＴｒ＊を設定し、要求トルクＴｒ＊に駆動軸３２の回転数（例えば、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２や車速Ｖに換算係数ｋを乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算する。続いて、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて設定されるバッテリ５０を充放電するのに必要なパワーとしての充放電要求パワーＰｂ＊と走行用パワーＰｄｒｖ＊と損失Ｌｏｓｓとの和としてエンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊を計算する。そして、要求パワーＰｅ＊をエンジン２２を始動したり停止したりするための始動停止閾値と比較し、エンジン２２の運転を停止しているときに要求パワーＰｅ＊が始動停止閾値以上となったときにはエンジン２２を始動し、エンジン２２を運転しているときに要求パワーＰｅ＊が始動停止閾値未満となったときにはエンジン２２の運転を停止する。
【００１５】
エンジン２２の運転を継続しているときやエンジン２２を始動した後は、要求パワーＰｅ＊を効率よくエンジン２２から出力することができるエンジン２２の回転数とトルクとの関係としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）を用いてエンジン２２の目標回転数と目標トルクとを設定し、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータＭＧ１から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。次に、要求トルクＴｒ＊からモータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３２に作用するトルクを減じて得られるトルクをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する。図３にエンジン２２からパワーを出力している状態で走行しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤの回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリアの回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に等しいリングギヤ３２の回転数Ｎｒ（駆動軸３２の回転数）を示す。また、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１からトルクＴｍ１を出力したときに駆動軸３２に作用するトルク（−Ｔｍ１／ρ）と、モータＭＧ２からトルクＴｍ２を出力したときに駆動軸３２に作用するトルクとを示す。この共線図から分かるように、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊は、基本的には、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を用いて、駆動軸３２に要求される要求トルクＴｒ＊からトルク（−Ｔｍ１＊／ρ）を減じて得られるトルクとして設定される。そして、設定したエンジン２２の目標回転数と目標トルクとについてはエンジンＥＣＵ２４に送信し、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信する。目標回転数と目標トルクとを受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数と目標トルクとによってエンジン２２が運転されるようエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを実行し、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６をスイッチング制御する。これにより、アクセル開度Ａｃｃに対応する走行用パワーＰｄｒｖ＊を駆動軸３２に出力して要求トルクＴｒ＊により走行することができる。
【００１６】
一方、エンジン２２の運転停止を継続しているときやエンジン２２の運転を停止した後は、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定し、設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子をスイッチング制御する。これにより、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの動力のみを用いて要求トルクＴｒ＊により走行することができる。実施例のハイブリッド自動車２０は、こうした制御により、エンジン２２の間欠運転を伴ってバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でバッテリ５０を充放電しながらアクセル開度Ａｃｃに対応する走行用パワーＰｄｒｖ＊を駆動軸３２に出力して要求トルクＴｒ＊により走行する。
【００１７】
ここで、インバータ４１，４２のスイッチング制御について説明する。実施例では、モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊とに基づいてそれぞれ複数の制御モードから１つの制御モードを選択してインバータ４１，４２をスイッチング制御する。ここで、インバータ４１，４２の制御モードは、それぞれ図示しないマップにより、モータの回転数およびトルクが低い領域から順に、三角波比較によるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御における三角波の振幅以下の振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成して変換した擬似的三相交流電圧としてのＰＷＭ信号でインバータをスイッチングする正弦波制御モード，三角波の振幅を超えた振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成して変換した過変調電圧としてのＰＷＭ信号でインバータをスイッチングする過変調制御モード，トルク指令に応じた電圧位相の矩形波電圧でインバータをスイッチングする矩形波制御モードが選択されるように予め定められている。さらに、インバータ４１，４２の正弦波制御モードには、それぞれ、モータの回転数に同期（比例）してキャリアとしての三角波の周波数（キャリア周波数）を変更させる方式である同期キャリアＰＷＭ制御方式や、予め固定されたキャリア周波数を用いる方式である固定キャリアＰＷＭ制御方式などがある。実施例の同期キャリアＰＷＭ制御方式では、インバータを良好に制御可能な範囲内で予め定められた比較的少ない数周期分の三角波形が正弦波状の出力電圧指令値の１周期に丁度含まれるようにキャリア周波数を定めるものとし、これにより、インバータによるモータの制御性を良好にすると共にインバータのスイッチング損失を小さくすることができる。
【００１８】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にモータＭＧ１を駆動するためのインバータ４１の制御方式を選択する際の動作について説明する。図４は、モータＥＣＵ４０により実行されるインバータ制御方式選択ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、インバータ４１の制御モードとして正弦波制御モードが選択されたときに所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。なお、モータＭＧ２を駆動するためのインバータ４２の制御モードとして正弦波制御モードが選択されたときには、実施例では、同期キャリアＰＷＭ制御方式が選択されるものとした。
【００１９】
インバータ制御方式設定ルーチンが実行されると、モータＥＣＵ４０の図示しないＣＰＵは、まず、予め定められた所定時間ｔｓ前の車速Ｖと所定時間ｔｓ前のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とを入力してそれぞれ車速Ｖｓと回転数Ｎｍ１ｓとに設定する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、所定時間ｔｓは、実施例では、車両の走行に応じて車速センサ８８からの車速ＶとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とがそれぞれ増加しているか又は減少しているかを判断するのに必要な時間として予め実験や解析により定められたものを用いるものとした。また、所定時間ｔｓ前の車速Ｖは、所定時間ｔｓ前に車速センサ８８により検出されたものをハイブリッド用電子制御ユニット７０から通信により入力して図示しないＲＡＭに記憶したものを入力するものとし、所定時間ｔｓ前のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１は、所定時間ｔｓ前に回転位置検出センサからの信号に基づいて演算されて図示しないＲＡＭに記憶したものを入力するものとした。なお、インバータ４１の制御モードとして正弦波制御モードが選択されて最初に本ルーチンが実行されたときには、所定時間ｔｓが経過するのを待って所定時間ｔｓ前の車速Ｖと回転数Ｎｍ１とを入力するものとした。
【００２０】
こうして車速Ｖｓと回転数Ｎｍ１ｓとを設定すると、現在の車速ＶとモータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１とを入力し（ステップＳ１１０）、入力した回転数Ｎｍ１と設定した回転数Ｎｍ１ｓとが同符号であるか否か、即ち共に正の値または共に負の値であるか否かを判定し（ステップＳ１２０）、回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号でないときには、固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択して（ステップＳ１６０）、インバータ制御方式選択ルーチンを終了する。回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号でないときに固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択する理由については、後述する。こうして固定キャリアＰＷＭ制御方式が選択されると、予め固定されたキャリア周波数を用いたインバータ４１の制御によってトルク指令Ｔｍ１＊に相当するトルクが出力されるようモータＭＧ１が駆動される。
【００２１】
ステップＳ１２０でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号であるときには、入力した車速Ｖの絶対値から設定した車速Ｖｓの絶対値を減じたものを車速変化量ΔＶとして設定すると共に（ステップＳ１３０）、入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の絶対値から設定した回転数Ｎｍ１ｓの絶対値を減じたものを回転数変化量ΔＮｍ１として設定する（ステップＳ１４０）。続いて、設定した車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０より大きいか否かを判定し（ステップＳ１５０）、この積が値０以下のときには、固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択し（ステップＳ１６０）、この積が値０より大きいときには、同期キャリアＰＷＭ制御方式を選択して（ステップＳ１７０）、インバータ制御方式選択ルーチンを終了する。こうして同期キャリアＰＷＭ制御方式が選択されると、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１に比例するキャリア周波数を用いたインバータ４１の制御によってトルク指令Ｔｍ１＊に相当するトルクが出力されるようモータＭＧ１が駆動される。こうして同期キャリアＰＷＭ制御方式を用いることにより、インバータ４１によるモータＭＧ１の制御性を良好にすると共にインバータ４１のスイッチング損失を小さくすることができる。
【００２２】
ここで、ステップＳ１５０で車速変化量ΔＶとモータＭＧ１の回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０より大きいときに同期キャリアＰＷＭ制御方式を選択し、この積が値０以下のときに固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択する理由について説明する。図５に車速Ｖが上昇すると共に正回転領域でモータＭＧ１が回転上昇しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図の一例を示し、図６に車速Ｖが上昇すると共に正回転領域でモータＭＧ１が回転低下しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図の一例を示し、図７に車速Ｖが上昇すると共に負回転領域でモータＭＧ１が回転上昇しているときのプラネタリギヤ３０の回転要素の回転数が変化する様子を示す共線図の一例を示す。図５に示すように、車速変化量ΔＶが値０より大きく且つ正回転領域で回転数変化量ΔＮｍ１が値０より大きいときには、同期キャリアＰＷＭ制御方式を用いると、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の上昇に応じてインバータ４１のキャリア周波数が高くなるために、インバータ４１のスイッチングにより生じるノイズ（電磁音）は車速Ｖの上昇に応じて高周波数側に変化するノイズとなる。こうしたノイズの変化は、モータＭＧ２用のインバータ４２を同期キャリアＰＷＭ制御方式によって制御する場合に車速Ｖの変化に応じて生じるインバータ４２からのノイズの変化と同様であり、運転者に違和感を与えにくい。これに対し、図６に示すように、車速変化量ΔＶが値０より大きく且つ正回転領域で回転数変化量ΔＮｍ１が値０より小さいときには、同期キャリアＰＷＭ制御方式を用いると、インバータ４１のスイッチングにより生じるノイズは車速Ｖの上昇に反して低周波数側に変化するノイズとなるため、運転者に違和感を与えやすい。このため、実施例では、車速Ｖの変化に反してインバータ４１からのノイズが変化することのないように、車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との両方が正の値また負の値のときに同期キャリアＰＷＭ制御方式を選択し、そうでないときに固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択するのである。したがって、ステップＳ１５０の判定は、車速Ｖの変化の方向がモータＭＧ１の回転変化の方向と同じであるか否かを判定するためのものであるということができる。なお、図７に示すように、車速変化量ΔＶが値０より大きく且つ負回転領域で回転数変化量ΔＮｍ１が値０より大きいときは、図５の例と同様に、インバータ４１からのノイズは車速Ｖの上昇に応じて高周波数側に変化するノイズとなるとき、即ち車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との両方が正の値となるときであるため、同期キャリアＰＷＭ制御方式が用いられる。
【００２３】
さらに、ステップＳ１２０でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号でないときに固定キャリアＰＷＭ制御方式を選択する理由について説明する。これらの符号が異なるときは、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が値０をまたいで変化するときであり、インバータ４１の制御方式として同期キャリアＰＷＭ制御方式を用いると、車速Ｖの変化に反してインバータ４１からのノイズが変化する場合が生じる。こうした場合が生じるのを抑制するため、実施例では、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号でないときには、車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との関係に拘わらず、固定キャリアＰＷＭ制御方式を用いるものとした。
【００２４】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ１は図３等の共線図から分かるように車速Ｖに同期せずに回転する構成であり、車速Ｖの所定時間ｔｓあたりの変化量である車速変化量ΔＶとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の所定時間ｔｓあたりの変化量である回転数変化量ΔＮｍ１との両方が正の値または負の値であるとき（車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０より大きいとき）には、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１に同期して変更されるキャリア周波数を用いたＰＷＭ制御方式でインバータ４１をスイッチングする同期キャリアＰＷＭ制御方式によってモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１を制御するから、インバータ４１の制御性を良好なものとする範囲内でインバータ４１のスイッチングの頻度を少なくすることができ、インバータ４１のスイッチング損失を抑制することができる。また、車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０以下のときには、予め固定されたキャリア周波数を用いたＰＷＭ制御方式でインバータ４１をスイッチングする固定キャリアＰＷＭ制御方式によってモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１を制御するから、車速ＶとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とのうち一方が増加して他方が減少するときには、インバータ４１のキャリア周波数が変更されずに固定され、インバータ４１のスイッチングに伴うノイズの変化により運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。
【００２５】
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、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ４２が「電動機用インバータ」に相当し、バッテリ５０が「二次電池」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、インバータ４１が「発電機用インバータ」に相当し、プラネタリギヤ３０が「遊星歯車機構」に相当し、駆動軸３２に要求される要求トルクＴｒ＊に応じた要求パワーＰｅ＊を出力する運転ポイントとしてエンジン２２の目標回転数と目標トルクを設定すると共にエンジン２２が目標回転数で回転するようモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定し且つ駆動軸３２に要求トルクＴｒ＊が出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定して各設定値を送信するハイブリッド用電子制御ユニット７０と、目標回転数と目標トルクとでエンジン２２を運転するエンジンＥＣＵ２４と、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊でモータＭＧ１，ＭＧ２が駆動されるよう正弦波制御モードでインバータ４１，４２を制御する際にインバータ４２については同期キャリアＰＷＭ制御方式によってモータＭＧ２が駆動されると共にインバータ４１については図４のインバータ制御方式選択ルーチンを実行して回転数Ｎｍ１と回転数Ｎｍ１ｓとが同符号であり車速変化量ΔＶと回転数変化量ΔＮｍ１との積が値０より大きいときには同期キャリアＰＷＭ制御方式によってモータＭＧ１が駆動されそうでないときには固定キャリアＰＷＭ制御方式によってモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１，４２を制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。
【００２６】
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。
【００２７】
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】
【００２８】
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３２ 駆動軸、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４６ コンデンサ、５０ バッテリ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８２ シフトポジションセンサ、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６ トランジスタ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、複数のスイッチング素子を有し前記電動機を駆動する電動機用インバータと、前記電動機用インバータを介して前記電動機に接続された二次電池と、を備えるハイブリッド自動車において、
動力を入出力可能な発電機と、
複数のスイッチング素子を有し、前記バッテリと前記発電機とに接続されて前記発電機を駆動する発電機用インバータと、
前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と前記駆動軸との３軸にそれぞれキャリアとサンギヤとリングギヤとが接続された遊星歯車機構と、
前記発電機の回転数に同期して変更されるキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で前記発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする同期キャリアＰＷＭ制御方式および予め固定されたキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で前記発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする固定キャリアＰＷＭ制御方式を含む複数の制御方式のいずれかによって前記発電機が駆動されると共に、前記電動機用インバータの複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機が駆動され、走行に要求される駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記発電機用インバータと前記電動機用インバータとを制御する制御手段と、
を備え
前記制御手段は、車速の所定時間あたりの変化量である車速変化量と前記発電機の回転数の前記所定時間あたりの変化量である発電機回転数変化量との両方が正の値または負の値である同期変化時には、前記同期キャリアＰＷＭ制御方式によって前記発電機が駆動されるよう前記発電機用インバータを制御し、前記同期変化時でないときには、前記固定キャリアＰＷＭ制御方式によって前記発電機が駆動されるよう前記発電機用インバータを制御する手段である、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項１】
内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、複数のスイッチング素子を有し前記電動機を駆動する電動機用インバータと、前記電動機用インバータを介して前記電動機に接続された二次電池と、を備えるハイブリッド自動車において、
動力を入出力可能な発電機と、
複数のスイッチング素子を有し、前記バッテリと前記発電機とに接続されて前記発電機を駆動する発電機用インバータと、
前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と前記駆動軸との３軸にそれぞれキャリアとサンギヤとリングギヤとが接続された遊星歯車機構と、
前記発電機の回転数に同期して変更されるキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で前記発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする同期キャリアＰＷＭ制御方式および予め固定されたキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御方式で前記発電機用インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする固定キャリアＰＷＭ制御方式を含む複数の制御方式のいずれかによって前記発電機が駆動されると共に、前記電動機用インバータの複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機が駆動され、走行に要求される駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記発電機用インバータと前記電動機用インバータとを制御する制御手段と、
を備え
前記制御手段は、車速の所定時間あたりの変化量である車速変化量と前記発電機の回転数の前記所定時間あたりの変化量である発電機回転数変化量との両方が正の値または負の値である同期変化時には、前記同期キャリアＰＷＭ制御方式によって前記発電機が駆動されるよう前記発電機用インバータを制御し、前記同期変化時でないときには、前記固定キャリアＰＷＭ制御方式によって前記発電機が駆動されるよう前記発電機用インバータを制御する手段である、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１６２１１３（Ｐ２０１２−１６２１１３Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０９１（Ｐ２０１１−２２０９１）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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