電動車両
【課題】走行用の駆動力の符号が変化するときに生じ得るトルクショックを抑制する。
【解決手段】駆動軸に出力すべき要求トルクの符号が変化するときに要求トルクを緩変化させる緩変化処理が実行されているときに値１となる緩変化処理フラグＦ０の値を調べ（Ｓ１１０）、フラグＦ０が値１のときには、昇圧コンバータのトランジスタをスイッチングするキャリア周波数ｆｃとして通常用いる周波数ｆｃ１より高い周波数ｆｃ２を設定する（Ｓ１３０）。そして、この周波数ｆｃ２が設定されたキャリア周波数ｆｃで昇圧コンバータのトランジスタのスイッチングを行なう。これにより、昇圧コンバータより昇圧側の電圧を安定させ、昇圧側の電力で駆動するモータの制御性を高くして、緩変化処理を高い精度で行なうことができるようにする。この結果、要求トルクの符号が変化するときに生じ得るギヤのガタによるトルクショックを抑制することができる。
【解決手段】駆動軸に出力すべき要求トルクの符号が変化するときに要求トルクを緩変化させる緩変化処理が実行されているときに値１となる緩変化処理フラグＦ０の値を調べ（Ｓ１１０）、フラグＦ０が値１のときには、昇圧コンバータのトランジスタをスイッチングするキャリア周波数ｆｃとして通常用いる周波数ｆｃ１より高い周波数ｆｃ２を設定する（Ｓ１３０）。そして、この周波数ｆｃ２が設定されたキャリア周波数ｆｃで昇圧コンバータのトランジスタのスイッチングを行なう。これにより、昇圧コンバータより昇圧側の電圧を安定させ、昇圧側の電力で駆動するモータの制御性を高くして、緩変化処理を高い精度で行なうことができるようにする。この結果、要求トルクの符号が変化するときに生じ得るギヤのガタによるトルクショックを抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両に関し、詳しくは、走行用の動力を入出力する電動機と、電動機を駆動するインバータと、充放電可能な二次電池と、二次電池が接続された電池電圧系とインバータが接続された駆動電圧系とに接続されてスイッチング素子をスイッチングすることにより駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧以上に昇圧して駆動電圧系と電池電圧系とで電力の授受を行なう昇圧コンバータと、を備え、走行に要求される走行用駆動力により走行するよう昇圧コンバータとインバータとを制御する電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、スイッチング素子としての２つのＩＧＢＴ素子とリアクトルとからなるコンバータによりバッテリの電圧を昇圧してモータを駆動するインバータに供給する装置において、リアクトルのインダクタンスが低くなるに従ってＩＧＢＴ素子をスイッチングする周波数（キャリア周波数）が高くなるようにキャリア周波数を変更するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、リアクトルのインダクタンスが低くなるに従ってキャリア周波数を高くすることにより、リアクトルの過熱を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０９８８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した装置のように、バッテリの電圧をコンバータで昇圧してモータのインバータに供給する電動車両では、エネルギ効率の向上のために、コンバータのスイッチング素子のスイッチングの周波数(キャリア周波数）を変更することが望まれる。キャリア周波数は、低いほどスイッチング損失が小さくなるため、低くすることによりエネルギ効率を向上させることができるが、キャリア周波数が低いほど昇圧側の電圧の安定性が低くなることから、モータの制御性も低下し、トルクショックを生じさせるおそれがある。減速から加速に切り替わったり加速から減速に切り替わったときには、デファレンシャルギヤなどのギヤ機構におけるトルクの作用方向が変化するため、ギヤのガタによるトルクショックが生じる。これを抑制するために駆動力の符号が変化するときには駆動力の変化を通常よりゆっくりにする緩変化処理が行なわれるが、キャリア周波数が低くてモータの制御性が低下すると、緩変化処理を行なっているにも拘わらず、ギヤのガタによるトルクショックが生じてしまう。
【０００５】
本発明の電動車両は、走行用の駆動力の符号が変化するときに生じ得るトルクショック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】
本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の電動車両は、
走行用の動力を入出力する電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、充放電可能な二次電池と、前記二次電池が接続された電池電圧系と前記インバータが接続された駆動電圧系とに接続されてスイッチング素子をスイッチングすることにより前記駆動電圧系の電圧を前記電池電圧系の電圧以上に昇圧して前記駆動電圧系と前記電池電圧系とで電力の授受を行なう昇圧コンバータと、走行に要求される走行用駆動力により走行するよう前記昇圧コンバータと前記インバータとを制御する制御手段と、を備える電動車両において、
前記制御手段は、前記走行用駆動力の符号が変更するときには、前記昇圧コンバータのスイッチング素子のスイッチングを、前記走行用駆動力の符号が変更されないときに比して大きな周波数を用いて行なう手段である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の電動車両では、走行に要求される走行用駆動力の符号が変更するときには、駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧以上に昇圧して駆動電圧系と電池電圧系とで電力の授受を行なう昇圧コンバータのスイッチング素子のスイッチングを、走行用駆動力の符号が変更されないときに比して大きな周波数を用いて行なう。これにより、走行用駆動力の符号が変更されないときに比して駆動電圧系の電圧の安定性を高くし、インバータによる電動機の制御性を高くすることによって、電動機の制御性の低下に伴って生じ得るギヤのガタによるトルクショックを抑制することができる。即ち、走行用駆動力の符号が変化するときに生じ得るトルクショックを抑制することができるのである。
【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】モータ３２やインバータ３４を中心とした電機駆動系の構成図である。
【図３】電子制御ユニット５０により実行されるキャリア周波数設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。
【図５】変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。
【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、例えば同期発電電動機として構成されて駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して接続された駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２と、モータ３２を駆動するためのインバータ３４と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ３６と、インバータ３４が接続された電力ライン（以下、高電圧系電力ラインという）４２とバッテリ３６が接続された電力ライン（以下、電池電圧系電力ラインという）４４とに接続されて高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬ以上かつ最大許容電圧ＶＨｍａｘ以下の範囲内で調節すると共に高電圧系電力ライン４２と電池電圧系電力ライン４４との間で電力のやりとりを行なう昇圧コンバータ４０と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。ここで、最大許容電圧ＶＨｍａｘは、後述のコンデンサ４６の耐圧以下の電圧として予め定められたものを用いることができる。
【００１２】
モータ３２は、永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されており、回転に伴って逆起電圧を発生する。インバータ３４は、図２のモータ３２やインバータ３４を中心とした電機駆動系の構成図に示すように、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、高電圧系電力ライン４２の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側となるよう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３２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、インバータ３４に電圧が作用している状態でトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合を制御することにより、三相コイルに回転磁界を形成でき、モータ３２を回転駆動することができる。高電圧系電力ライン４２の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】
昇圧コンバータ４０は、図２に示すように、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれ高電圧系電力ライン４２の正極母線と高電圧系電力ライン４２および電池電圧系電力ライン４４の負極母線とに接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと高電圧系電力ライン４２および電池電圧系電力ライン４４の負極母線とにはそれぞれバッテリ３６の正極端子と負極端子とが接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフ制御することにより、電池電圧系電力ライン４４の電力を昇圧して高電圧系電力ライン４２に供給したり、高電圧系電力ライン４２の電力を降圧して電池電圧系電力ライン４４に供給したりすることができる。リアクトルＬと高電圧系電力ライン４２および電池電圧系電力ライン４４の負極母線とには平滑用のコンデンサ４８が接続されている。
【００１４】
電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２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、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６と、図示しない入出力ポートと、を備える。電子制御ユニット５０には、モータ３２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２のロータの回転位置や、モータ３２とインバータ３４との接続ライン（電力ライン）に取り付けられた図示しない電流センサからの相電流，バッテリ３６の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ３６の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ３６に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度，コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからのコンデンサ４６の電圧（高電圧系電力ライン４２の電圧）ＶＨやコンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからのコンデンサ４８の電圧（電池電圧系電力ライン４４の電圧）ＶＬ，イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号，シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル６３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６４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル６５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６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８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。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２のロータの回転位置に基づいてモータ３２の回転数Ｎｍも演算している。
【００１５】
こうして構成された実施例の電気自動車２０は、図示しない駆動制御ルーチンにより駆動制御されている。駆動制御では、アクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ６８からの車速Ｖとに応じて駆動軸２２に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊をモータ３２から出力すべきトルク指令Ｔｍ＊として設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊と回転数Ｎｍとからなる動作点でモータ３２を駆動するのに必要な電圧を高電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊として設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ３２が駆動されるようインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチング制御すると共に高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御する。走行中にアクセオフして減速するときには、ブレーキペダル６５の踏み込み量と車速Ｖとに応じて制動力としての要求トルクＴｒ＊（負の値のトルク）を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊のうちモータ３２の定格値の範囲内で出力可能なトルクをトルク指令Ｔｍ＊として設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊と回転数Ｎｍとからなる動作点でモータ３２を駆動するのに必要な電圧を高電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊として設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ３２が駆動されるようインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチング制御すると共に高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御する。制動力としての要求トルクＴｒ＊のうちモータ３２からの制動トルク出力では不足する制動トルクは、これに相当する制動力が図示しない油圧ブレーキ装置から出力されるよう油圧ブレーキ装置を制御する。そして、車速が小さくなると車両にショックなどを生じさせずに車両をスムーズに停止するために、モータ３２による制動力を油圧ブレーキ装置による制動力に置き換える処理が行なわれる。
【００１６】
また、実施例の電気自動車２０では、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するとき、即ち、加速用のトルクから減速用のトルク（負の値のトルク）に変化するときや逆に減速用のトルクから加速用のトルクに変化するときには、デファレンシャルギヤ２４のギヤのガタによって生じ得るトルクショックを抑制するために、要求トルクＴｒ＊が値０を含む所定トルク範囲内となる間は要求トルクＴｒ＊を緩変化処理により変化させる。具体的には、アクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃやブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキポジションＢＰと車速センサ６８からの車速Ｖとに応じて駆動軸２２に出力すべき目標トルクＴ＊を設定し、目標トルクＴ＊を要求トルクＴｒ＊に設定すると要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときには、要求トルクＴｒ＊が値０を含む所定トルク範囲内となるまでは、単位時間（例えば８ｍｓｅｃなど）毎に、それまでの要求トルクＴｒ＊に通常時に用いるレート値Ｔｒ１だけ目標トルクＴ＊の方向に変化させたトルクを新たな要求トルクＴｒ＊として設定し、要求トルクＴｒ＊が値０を含む所定トルク範囲内のときには、単位時間（例えば８ｍｓｅｃなど）毎に、それまでの要求トルクＴｒ＊に大きなレート値Ｔｒ２だけ目標トルクＴ＊の方向に変化させたトルクを新たな要求トルクＴｒ＊として設定する。このように緩変化処理によって要求トルクＴｒ＊の符号が変化することにより、デファレンシャルギヤ２４のギヤのガタによって生じ得るトルクショックを抑制することができる。
【００１７】
次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときの昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチングの周波数（キャリア周波数）を設定する際の動作について説明する。図３は、電子制御ユニット５０により実行されるキャリア周波数設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは所定時間毎に繰り返し実行される。
【００１８】
キャリア周波数設定処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに実行される緩変化処理が実行されているか否かを示す緩変化処理フラグＦ０を入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。緩変化処理フラグＦ０は、実施例では、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに実行される緩変化処理で実行開始したときに値１が設定され、緩変化処理を終了するときに値０が設定されるものであり、電子制御ユニット５０が緩変化処理を実行したときに電子制御ユニット５０のＲＡＭ５６の所定アドレスに書き込むことによって記憶することができるから、本ルーチンのステップＳ１００ではその所定アドレスから読み込むことによって緩変化処理フラグＦ０を入力することができる。
【００１９】
次に、緩変化処理フラグＦ０の値を調べ（ステップＳ１１０）、緩変化処理フラグＦ０が値０のときには、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに実行される緩変化処理は実行されていないと判断し、通常用いる周波数ｆｃ１を昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチングの周波数（キャリア周波数）ｆｃに設定して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。一方、緩変化処理フラグＦ０が値１のときには、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに実行される緩変化処理が実行されている最中であると判断し、通常用いる周波数ｆｃ１より大きな周波数ｆｃ２をキャリア周波数ｆｃに設定して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。キャリア周波数ｆｃが設定されると、電子制御ユニット５０は、高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２を設定されたキャリア周波数ｆｃを用いてスイッチング制御する。キャリア周波数ｆｃは、低いほどスイッチング損失が小さくなるため、通常用いる周波数ｆｃ１を低くしておくことにより、車両のエネルギ効率を向上させることができる。そして、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに実行される緩変化処理が実行されている最中には、昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチングするキャリア周波数ｆｃとして通常用いる周波数ｆｃ１より高い周波数ｆｃ２を用いて昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチングを行なうことにより、高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを安定させ、モータ３２の制御性を高くして、緩変化処理を高い精度で行なうことができるようにすることができる。この結果、デファレンシャルギヤ２４におけるギヤのガタによるトルクショックを抑制することができる。
【００２０】
以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、駆動軸２２に出力すべき要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに要求トルクＴｒ＊を緩変化させる緩変化処理が実行されているときには、昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチングするキャリア周波数ｆｃとして通常用いる周波数ｆｃ１より高い周波数ｆｃ２を用いて昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチングを行なうことにより、昇圧コンバータ４０より昇圧側の高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを安定させ、モータ３２の制御性を高くして、緩変化処理を高い精度で行なうことができる。この結果、デファレンシャルギヤ２４におけるギヤのガタによるトルクショックを抑制することができる。
【００２１】
実施例では、駆動輪２６ａ，２６ｂに接続された駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２とモータ３２を駆動するためのインバータ３４とを備える電気自動車２０に適用するものしたが、例えば、図４の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、遊星歯車機構１２６を介して駆動軸２２に接続されたエンジン１２２およびモータ１２４と、駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２と、を備えるハイブリッド自動車１２０に適用するものとしてもよいし、図５の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、駆動軸２２にモータ３２を取り付けると共に、モータ３２の回転軸にクラッチ２２９を介してエンジン１２２を接続する構成とし、エンジン１２２からの動力をモータ３２の回転軸を介して駆動軸２２に出力すると共にモータ３２からの動力を駆動軸２２に出力するハイブリッド自動車２２０に適用するものとしてもよい。
【００２２】
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３２が「電動機」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ３６が「二次電池」に相当し、昇圧コンバータ４０が「昇圧コンバータ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。
【００２３】
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。
【００２４】
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】
【００２５】
本発明は、電動車両の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
２０ 電気自動車、２２ 駆動軸、２４ デファレンシャルギヤ、２６ バッテリ、２６ａ，２６ｂ 駆動輪、３２ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、４０ 昇圧コンバータ、４２ 高電圧系電力ライン、４４ 電池電圧系電力ライン、４６ コンデンサ、４６ａ 電圧センサ、４８ コンデンサ、４８ａ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、１２０，２２０ ハイブリッド自動車、１２２ エンジン、１２４ モータ、１２６ 遊星歯車機構、２２９ クラッチ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両に関し、詳しくは、走行用の動力を入出力する電動機と、電動機を駆動するインバータと、充放電可能な二次電池と、二次電池が接続された電池電圧系とインバータが接続された駆動電圧系とに接続されてスイッチング素子をスイッチングすることにより駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧以上に昇圧して駆動電圧系と電池電圧系とで電力の授受を行なう昇圧コンバータと、を備え、走行に要求される走行用駆動力により走行するよう昇圧コンバータとインバータとを制御する電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、スイッチング素子としての２つのＩＧＢＴ素子とリアクトルとからなるコンバータによりバッテリの電圧を昇圧してモータを駆動するインバータに供給する装置において、リアクトルのインダクタンスが低くなるに従ってＩＧＢＴ素子をスイッチングする周波数（キャリア周波数）が高くなるようにキャリア周波数を変更するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、リアクトルのインダクタンスが低くなるに従ってキャリア周波数を高くすることにより、リアクトルの過熱を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０９８８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した装置のように、バッテリの電圧をコンバータで昇圧してモータのインバータに供給する電動車両では、エネルギ効率の向上のために、コンバータのスイッチング素子のスイッチングの周波数(キャリア周波数）を変更することが望まれる。キャリア周波数は、低いほどスイッチング損失が小さくなるため、低くすることによりエネルギ効率を向上させることができるが、キャリア周波数が低いほど昇圧側の電圧の安定性が低くなることから、モータの制御性も低下し、トルクショックを生じさせるおそれがある。減速から加速に切り替わったり加速から減速に切り替わったときには、デファレンシャルギヤなどのギヤ機構におけるトルクの作用方向が変化するため、ギヤのガタによるトルクショックが生じる。これを抑制するために駆動力の符号が変化するときには駆動力の変化を通常よりゆっくりにする緩変化処理が行なわれるが、キャリア周波数が低くてモータの制御性が低下すると、緩変化処理を行なっているにも拘わらず、ギヤのガタによるトルクショックが生じてしまう。
【０００５】
本発明の電動車両は、走行用の駆動力の符号が変化するときに生じ得るトルクショック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】
本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の電動車両は、
走行用の動力を入出力する電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、充放電可能な二次電池と、前記二次電池が接続された電池電圧系と前記インバータが接続された駆動電圧系とに接続されてスイッチング素子をスイッチングすることにより前記駆動電圧系の電圧を前記電池電圧系の電圧以上に昇圧して前記駆動電圧系と前記電池電圧系とで電力の授受を行なう昇圧コンバータと、走行に要求される走行用駆動力により走行するよう前記昇圧コンバータと前記インバータとを制御する制御手段と、を備える電動車両において、
前記制御手段は、前記走行用駆動力の符号が変更するときには、前記昇圧コンバータのスイッチング素子のスイッチングを、前記走行用駆動力の符号が変更されないときに比して大きな周波数を用いて行なう手段である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の電動車両では、走行に要求される走行用駆動力の符号が変更するときには、駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧以上に昇圧して駆動電圧系と電池電圧系とで電力の授受を行なう昇圧コンバータのスイッチング素子のスイッチングを、走行用駆動力の符号が変更されないときに比して大きな周波数を用いて行なう。これにより、走行用駆動力の符号が変更されないときに比して駆動電圧系の電圧の安定性を高くし、インバータによる電動機の制御性を高くすることによって、電動機の制御性の低下に伴って生じ得るギヤのガタによるトルクショックを抑制することができる。即ち、走行用駆動力の符号が変化するときに生じ得るトルクショックを抑制することができるのである。
【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】モータ３２やインバータ３４を中心とした電機駆動系の構成図である。
【図３】電子制御ユニット５０により実行されるキャリア周波数設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。
【図５】変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。
【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、例えば同期発電電動機として構成されて駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して接続された駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２と、モータ３２を駆動するためのインバータ３４と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ３６と、インバータ３４が接続された電力ライン（以下、高電圧系電力ラインという）４２とバッテリ３６が接続された電力ライン（以下、電池電圧系電力ラインという）４４とに接続されて高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬ以上かつ最大許容電圧ＶＨｍａｘ以下の範囲内で調節すると共に高電圧系電力ライン４２と電池電圧系電力ライン４４との間で電力のやりとりを行なう昇圧コンバータ４０と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。ここで、最大許容電圧ＶＨｍａｘは、後述のコンデンサ４６の耐圧以下の電圧として予め定められたものを用いることができる。
【００１２】
モータ３２は、永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されており、回転に伴って逆起電圧を発生する。インバータ３４は、図２のモータ３２やインバータ３４を中心とした電機駆動系の構成図に示すように、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、高電圧系電力ライン４２の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側となるよう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３２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、インバータ３４に電圧が作用している状態でトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合を制御することにより、三相コイルに回転磁界を形成でき、モータ３２を回転駆動することができる。高電圧系電力ライン４２の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】
昇圧コンバータ４０は、図２に示すように、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれ高電圧系電力ライン４２の正極母線と高電圧系電力ライン４２および電池電圧系電力ライン４４の負極母線とに接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと高電圧系電力ライン４２および電池電圧系電力ライン４４の負極母線とにはそれぞれバッテリ３６の正極端子と負極端子とが接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフ制御することにより、電池電圧系電力ライン４４の電力を昇圧して高電圧系電力ライン４２に供給したり、高電圧系電力ライン４２の電力を降圧して電池電圧系電力ライン４４に供給したりすることができる。リアクトルＬと高電圧系電力ライン４２および電池電圧系電力ライン４４の負極母線とには平滑用のコンデンサ４８が接続されている。
【００１４】
電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２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、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６と、図示しない入出力ポートと、を備える。電子制御ユニット５０には、モータ３２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２のロータの回転位置や、モータ３２とインバータ３４との接続ライン（電力ライン）に取り付けられた図示しない電流センサからの相電流，バッテリ３６の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ３６の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ３６に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度，コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからのコンデンサ４６の電圧（高電圧系電力ライン４２の電圧）ＶＨやコンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからのコンデンサ４８の電圧（電池電圧系電力ライン４４の電圧）ＶＬ，イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号，シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル６３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６４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル６５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６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８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。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２のロータの回転位置に基づいてモータ３２の回転数Ｎｍも演算している。
【００１５】
こうして構成された実施例の電気自動車２０は、図示しない駆動制御ルーチンにより駆動制御されている。駆動制御では、アクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ６８からの車速Ｖとに応じて駆動軸２２に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊をモータ３２から出力すべきトルク指令Ｔｍ＊として設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊と回転数Ｎｍとからなる動作点でモータ３２を駆動するのに必要な電圧を高電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊として設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ３２が駆動されるようインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチング制御すると共に高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御する。走行中にアクセオフして減速するときには、ブレーキペダル６５の踏み込み量と車速Ｖとに応じて制動力としての要求トルクＴｒ＊（負の値のトルク）を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊のうちモータ３２の定格値の範囲内で出力可能なトルクをトルク指令Ｔｍ＊として設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊と回転数Ｎｍとからなる動作点でモータ３２を駆動するのに必要な電圧を高電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊として設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ３２が駆動されるようインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチング制御すると共に高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御する。制動力としての要求トルクＴｒ＊のうちモータ３２からの制動トルク出力では不足する制動トルクは、これに相当する制動力が図示しない油圧ブレーキ装置から出力されるよう油圧ブレーキ装置を制御する。そして、車速が小さくなると車両にショックなどを生じさせずに車両をスムーズに停止するために、モータ３２による制動力を油圧ブレーキ装置による制動力に置き換える処理が行なわれる。
【００１６】
また、実施例の電気自動車２０では、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するとき、即ち、加速用のトルクから減速用のトルク（負の値のトルク）に変化するときや逆に減速用のトルクから加速用のトルクに変化するときには、デファレンシャルギヤ２４のギヤのガタによって生じ得るトルクショックを抑制するために、要求トルクＴｒ＊が値０を含む所定トルク範囲内となる間は要求トルクＴｒ＊を緩変化処理により変化させる。具体的には、アクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃやブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキポジションＢＰと車速センサ６８からの車速Ｖとに応じて駆動軸２２に出力すべき目標トルクＴ＊を設定し、目標トルクＴ＊を要求トルクＴｒ＊に設定すると要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときには、要求トルクＴｒ＊が値０を含む所定トルク範囲内となるまでは、単位時間（例えば８ｍｓｅｃなど）毎に、それまでの要求トルクＴｒ＊に通常時に用いるレート値Ｔｒ１だけ目標トルクＴ＊の方向に変化させたトルクを新たな要求トルクＴｒ＊として設定し、要求トルクＴｒ＊が値０を含む所定トルク範囲内のときには、単位時間（例えば８ｍｓｅｃなど）毎に、それまでの要求トルクＴｒ＊に大きなレート値Ｔｒ２だけ目標トルクＴ＊の方向に変化させたトルクを新たな要求トルクＴｒ＊として設定する。このように緩変化処理によって要求トルクＴｒ＊の符号が変化することにより、デファレンシャルギヤ２４のギヤのガタによって生じ得るトルクショックを抑制することができる。
【００１７】
次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときの昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチングの周波数（キャリア周波数）を設定する際の動作について説明する。図３は、電子制御ユニット５０により実行されるキャリア周波数設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは所定時間毎に繰り返し実行される。
【００１８】
キャリア周波数設定処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに実行される緩変化処理が実行されているか否かを示す緩変化処理フラグＦ０を入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。緩変化処理フラグＦ０は、実施例では、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに実行される緩変化処理で実行開始したときに値１が設定され、緩変化処理を終了するときに値０が設定されるものであり、電子制御ユニット５０が緩変化処理を実行したときに電子制御ユニット５０のＲＡＭ５６の所定アドレスに書き込むことによって記憶することができるから、本ルーチンのステップＳ１００ではその所定アドレスから読み込むことによって緩変化処理フラグＦ０を入力することができる。
【００１９】
次に、緩変化処理フラグＦ０の値を調べ（ステップＳ１１０）、緩変化処理フラグＦ０が値０のときには、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに実行される緩変化処理は実行されていないと判断し、通常用いる周波数ｆｃ１を昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチングの周波数（キャリア周波数）ｆｃに設定して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。一方、緩変化処理フラグＦ０が値１のときには、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに実行される緩変化処理が実行されている最中であると判断し、通常用いる周波数ｆｃ１より大きな周波数ｆｃ２をキャリア周波数ｆｃに設定して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。キャリア周波数ｆｃが設定されると、電子制御ユニット５０は、高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２を設定されたキャリア周波数ｆｃを用いてスイッチング制御する。キャリア周波数ｆｃは、低いほどスイッチング損失が小さくなるため、通常用いる周波数ｆｃ１を低くしておくことにより、車両のエネルギ効率を向上させることができる。そして、要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに実行される緩変化処理が実行されている最中には、昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチングするキャリア周波数ｆｃとして通常用いる周波数ｆｃ１より高い周波数ｆｃ２を用いて昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチングを行なうことにより、高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを安定させ、モータ３２の制御性を高くして、緩変化処理を高い精度で行なうことができるようにすることができる。この結果、デファレンシャルギヤ２４におけるギヤのガタによるトルクショックを抑制することができる。
【００２０】
以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、駆動軸２２に出力すべき要求トルクＴｒ＊の符号が変化するときに要求トルクＴｒ＊を緩変化させる緩変化処理が実行されているときには、昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチングするキャリア周波数ｆｃとして通常用いる周波数ｆｃ１より高い周波数ｆｃ２を用いて昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチングを行なうことにより、昇圧コンバータ４０より昇圧側の高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを安定させ、モータ３２の制御性を高くして、緩変化処理を高い精度で行なうことができる。この結果、デファレンシャルギヤ２４におけるギヤのガタによるトルクショックを抑制することができる。
【００２１】
実施例では、駆動輪２６ａ，２６ｂに接続された駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２とモータ３２を駆動するためのインバータ３４とを備える電気自動車２０に適用するものしたが、例えば、図４の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、遊星歯車機構１２６を介して駆動軸２２に接続されたエンジン１２２およびモータ１２４と、駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２と、を備えるハイブリッド自動車１２０に適用するものとしてもよいし、図５の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、駆動軸２２にモータ３２を取り付けると共に、モータ３２の回転軸にクラッチ２２９を介してエンジン１２２を接続する構成とし、エンジン１２２からの動力をモータ３２の回転軸を介して駆動軸２２に出力すると共にモータ３２からの動力を駆動軸２２に出力するハイブリッド自動車２２０に適用するものとしてもよい。
【００２２】
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３２が「電動機」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ３６が「二次電池」に相当し、昇圧コンバータ４０が「昇圧コンバータ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。
【００２３】
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。
【００２４】
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】
【００２５】
本発明は、電動車両の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
２０ 電気自動車、２２ 駆動軸、２４ デファレンシャルギヤ、２６ バッテリ、２６ａ，２６ｂ 駆動輪、３２ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、４０ 昇圧コンバータ、４２ 高電圧系電力ライン、４４ 電池電圧系電力ライン、４６ コンデンサ、４６ａ 電圧センサ、４８ コンデンサ、４８ａ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、１２０，２２０ ハイブリッド自動車、１２２ エンジン、１２４ モータ、１２６ 遊星歯車機構、２２９ クラッチ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用の動力を入出力する電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、充放電可能な二次電池と、前記二次電池が接続された電池電圧系と前記インバータが接続された駆動電圧系とに接続されてスイッチング素子をスイッチングすることにより前記駆動電圧系の電圧を前記電池電圧系の電圧以上に昇圧して前記駆動電圧系と前記電池電圧系とで電力の授受を行なう昇圧コンバータと、走行に要求される走行用駆動力により走行するよう前記昇圧コンバータと前記インバータとを制御する制御手段と、を備える電動車両において、
前記制御手段は、前記走行用駆動力の符号が変更するときには、前記昇圧コンバータのスイッチング素子のスイッチングを、前記走行用駆動力の符号が変更されないときに比して大きな周波数を用いて行なう手段である、
ことを特徴とする電動車両。
【請求項１】
走行用の動力を入出力する電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、充放電可能な二次電池と、前記二次電池が接続された電池電圧系と前記インバータが接続された駆動電圧系とに接続されてスイッチング素子をスイッチングすることにより前記駆動電圧系の電圧を前記電池電圧系の電圧以上に昇圧して前記駆動電圧系と前記電池電圧系とで電力の授受を行なう昇圧コンバータと、走行に要求される走行用駆動力により走行するよう前記昇圧コンバータと前記インバータとを制御する制御手段と、を備える電動車両において、
前記制御手段は、前記走行用駆動力の符号が変更するときには、前記昇圧コンバータのスイッチング素子のスイッチングを、前記走行用駆動力の符号が変更されないときに比して大きな周波数を用いて行なう手段である、
ことを特徴とする電動車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９６０８２（Ｐ２０１２−１９６０８２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５９３７２（Ｐ２０１１−５９３７２）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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