JP5614189B2

JP5614189B2 - 車両用回転電機の駆動制御装置

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Publication number: JP5614189B2
Application number: JP2010203876A
Authority: JP
Inventors: 花田　秀人; 秀人花田; 林　和仁; 和仁林; 清隆松原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2030-09-13
Also published as: JP2012060840A

Description

本発明は、車両用回転電機の駆動制御装置に係り、特に、正弦波電流制御と過変調電流制御とを用いる車両用回転電機の駆動制御装置に関する。

一般的に、ハイブリッド車両等の電動車両に搭載される回転電機は、永久磁石からなるロータと、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイルを含むステータとから構成される三相同期型である。そして、ハイブリッド車両には、インバータを介して回転電機の駆動を制御する駆動制御装置が設けられている。

回転電機をインバータによって駆動する制御方法としては、正弦波電流制御および過変調電流制御が挙げられ、変調率に応じて制御モードを切り替える方式が適用されている。ここで、変調率とは、インバータに入力される電圧に対する回転電機に印加される電圧の比を意味する。正弦波電流制御および過変調電流制御は、いずれも、要求トルクに応じた電圧指令と、搬送波（以下、キャリアとする）とを比較することでインバータのスイッチング制御信号を生成して回転電機の出力を制御する制御モードである。但し、正弦波電流制御は、電圧指令がキャリアの振幅以下の範囲で行われ、変調率が０．６１までの低回転領域で用いられるのに対し、過変調電流制御は、電圧指令の振幅がキャリアのピーク値を超える範囲で行われ、変調率を０．７８まで高めることができる。なお、正弦波電流制御モードでは、キャリアの周波数を変更することが可能であるが、過変調電流制御モードでは、回転電機の電気周期、即ち、回転電機の回転数に対応してキャリアの周波数が決定されているため、その周波数を任意に変更することができない。

正弦波電流制御と過変調電流制御とを用いる電動車両において、車両が停車又は低速走行しているときに回転電機が駆動すると、路面からのロードノイズ等がない又は小さいため、キャリアに起因する騒音が聞こえ易くなるという課題が指摘されている。キャリアに起因する騒音としては、キャリア自体に起因して発生する騒音や回転電機に供給される電流（以下、相電流又は基本波と称する）のリプルに起因して発生する騒音が挙げられる。また、正弦波電流制御と過変調電流制御とが切り替わるときには、キャリアの周波数が高周波数から低周波数に変更されるので、騒音の音質が大きく変化して特に不快な騒音が発生する。

このような状況に鑑みて、電気回路、特にキャリアに起因して発生するノイズ音量を制御する制御装置が特許文献１に開示されている。特許文献１には、車両の運転状態に応じて変化する騒音の音量が増加又は減少したことに対応して、電気回路に起因して発生するノイズの音量を増加又は減少させるように、キャリア周波数を変動させることが記載されている。例えば、エンジンの回転数が低下してエンジンから発生する騒音の音量が小さくなると、キャリア周波数を上昇させて、電気回路に起因して発生するノイズの音量が小さくなるように電気回路を制御する。

特開２００４‐４８８４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された制御装置は、回転電機の制御モードを考慮しておらず、制御モードが過変調電流制御モードであるときには対応することができない。即ち、過変調電流制御モードでは、回転電機の電気周期に対応してキャリアの周波数が決定されているため、キャリアの周波数を任意に変更することができず、キャリアに起因する騒音を低減することができない。

本発明の目的は、車両が停車又は低速走行しているときにおいて、特に過変調電流制御のキャリアに起因する騒音を十分に低減することが可能な車両用回転電機の駆動制御装置を提供することである。

本発明に係る車両用回転電機の制御装置は、正弦波電流制御と過変調電流制御とを用いる車両用回転電機の駆動制御装置において、各電流値で最大トルクが得られる最高効率動作点を結んだ最適制御ラインに従って、ｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を生成する手段と、前記各電流指令値により定まる電圧指令値に基づいて変調率を演算し、当該変調率に応じて前記正弦波電流制御又は前記過変調電流制御を選択する手段と、車速が予め定められた所定速度以下であるか否かを判定する車速判定手段と、動作点が前記過変調電流制御の領域内であるか否かを判定する動作点判定手段と、車速が所定速度以下であり且つ動作点が前記過変調電流制御の領域内であると判定されたときに、前記ｑ軸電流指令値を前記最適制御ラインに従った通常の制御レベルに維持しながら前記ｄ軸電流指令値を前記通常の制御レベルよりも増加させて前記過変調電流制御から前記正弦波電流制御に切り替える弱め界磁制御手段とを備えることを特徴とする。

上記構成によれば、車速が所定速度以下であり且つ動作点が過変調電流制御領域内であると判定されたとき、即ち、実験やシミュレーションにより予め特定されたキャリアに起因する騒音が問題となる状況で、弱め界磁電流を流すことにより、回転電機の駆動に必要な電圧（以下、線間電圧又は制御電圧とする）を減少させて変調率を下げ、制御モードを過変調電流制御から正弦波電流制御に切り替えることができる。

ここで、弱め界磁制御とは、ｄ軸電流を通常の制御よりも増加させて、電流位相を進角側に進める制御を意味し、弱め界磁電流とは、弱め界磁制御を行っているときのｄ軸電流を意味する。なお、通常の制御では、各電流値について出力トルクが最大となる電流位相が存在するため、各電流値で最大トルクが得られる最高効率動作点を結んだ最適制御ラインに従ってｑ軸電流およびｄ軸電流の指令値が決定されている。ゆえに、弱め界磁制御では電流の利用効率が低下するので、弱め界磁制御の実施条件をキャリアに起因する騒音が問題となる状況に制限する。

上記弱め界磁制御により、制御モードを過変調電流制御から正弦波電流制御に切り替えることで、キャリアに起因する騒音を無くす又は低減することができる。これは、過変調電流制御では、可聴域の周波数を有するキャリアが使用されるが、正弦波電流制御では、可聴域よりも高い周波数を有するキャリアが一般的に使用されるからである。また、正弦波電流制御において、可聴域の周波数を有するキャリアが使用されている場合であっても、正弦波電流制御ではキャリア周波数を任意に変更することが可能であるから、例えば、可聴域よりも高い周波数に変更することができる。また、キャリア周波数を変更しない場合であっても、弱め界磁制御により制御電圧が減少してインバータのスイッチング素子のＯＮ時間が減少し電流ピーク値が減少するので、相電流のリプルを小さくすることができ、騒音レベルを大幅に低減することができる。

また、本発明に係る車両用回転電機の制御装置において、前記動作点判定手段は、さらに、動作点が前記正弦波電流制御の領域のうち前記過変調電流制御の領域に隣接する特定実施領域内であるか否かを判定し、前記弱め界磁制御手段は、車速が前記所定速度以下であり且つ動作点が前記特定実施領域内であると判定されたときに、前記ｑ軸電流を前記最適制御ラインに従った通常の制御レベルに維持しながら前記ｄ軸電流指令値を前記通常の制御レベルよりも増加させて動作点を前記特定実施領域外の正弦波電流制御領域に移行させる構成とすることができる。

上記構成によれば、車速が所定速度以下であるときには、制御モードが過変調電流制御に切り替わり易い正弦波電流制御領域の特定実施領域においても弱め界磁制御を実行することで、動作点を過変調制御領域から離れる特定実施領域外に移行させ、過変調電流制御への切り替わりに伴う騒音レベルの増大を防止することができる。

本発明に係る車両用回転電機の駆動制御装置によれば、燃費性能を維持しながら、ロードノイズがない又は小さい状況である車両の停車時又は低速走行時において、キャリアに起因する騒音を十分に低減することが可能になる。

本発明の実施形態である駆動制御装置の全体構成を示すブロック図である。第１モータジェネレータの回転数および出力トルクの関係を示すＴ‐Ｎ制御マップにおいて、騒音抑制制御の実施領域を示す図である。第１モータジェネレータの電流位相および出力トルクの関係を示す図である。第１モータジェネレータに印加されるｑ軸電圧およびｄ軸電圧の関係を示す図である。図１に示す駆動制御装置において、騒音抑制制御の手順を示すフローチャートである。第１モータジェネレータに供給される基本波の波形を示す図である。図５に示す騒音抑制制御の変形例である。

図面を用いて、本発明に係る車両用回転電機の駆動制御装置の実施形態につき、以下詳細に説明する。

なお、以下では、車両用回転電機の駆動制御装置の制御対象として、ハイブリッド車両１０（以下、ＨＶ車両１０とする）に搭載される回転電機を例示して説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、例えば、エンジンを持たない電気自動車の回転電機等にも適用することができる。また、ＨＶ車両１０は、走行状況に応じて電動機とエンジンとを使い分けるシリーズ・パラレル・ハイブリッド方式として説明するが、シリーズ方式やパラレル方式であってもよい。

また、以下では、ＨＶ車両１０の停車時又は低車速時において発電機である第１モータジェネレータ１１が駆動される状況を例示して説明するが、ＨＶ車両１０の低車速時において電動機である第２モータジェネレータが駆動する状況についても同様の騒音抑制制御を実行することができる。即ち、図１では、第１モータジェネレータ１１のみを示しているが、第２モータジェネレータについても同じ構成図が適用できる。

図１に示すように、ＨＶ車両１０は、シリーズ・パラレル・ハイブリッド方式を採用する車両であって、第１モータジェネレータ１１と、図示しない第２モータジェネレータ、ハイブリッドバッテリ１２（以下、ＨＶバッテリ１２とする）と、第１モータジェネレータ１１を駆動させるインバータ１３と、ＨＶバッテリ１２とインバータ１３との間で直流電圧の昇圧および降圧を行うコンバータ１４と、図示しないエンジン等とを備える。また、ＨＶ車両１０は、車両の駆動力を統合的に制御する図示しないハイブリッドコントロールコンピュータ（以下、ＨＶＣＣとする）、第１モータジェネレータ１１および第２モータジェネレータの駆動を制御する駆動制御装置２０等の制御装置を備える。

第１モータジェネレータ１１は、その回転軸がエンジンの出力軸と連結されており、エンジンによって駆動される発電機である。第１モータジェネレータ１１および第２モータジェネレータは、上記のように、永久磁石からなるロータと、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイルを含むステータとから構成される三相同期型回転電機である。第１モータジェネレータ１１により発電された電力は、ＨＶバッテリ１２に充電され、或いは第２モータジェネレータに直接供給される。なお、第２モータジェネレータは、車両を駆動させる電動機であると共に、減速時に駆動輪の回転エネルギーを利用して回生発電する機能を有している。

ＨＶバッテリ１２は、第１モータジェネレータ１１で発電された電力および第２モータジェネレータで回生発電された電力を蓄電する装置であって、蓄電した電力を第２モータジェネレータに供給するニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池である。ＨＶバッテリ１２には、効率的な使用、劣化防止等の観点から、所定の充電率を上下限値とする充電率（以下、ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ：ＳＯＣとする）の管理幅が設定されている。なお、ＨＶバッテリ１２のＳＯＣ制御は、電池電圧等の情報（ＳＯＣ情報）に基づいて、ＨＶＣＣが、第１モータジェネレータ１１、第２モータジェネレータ、およびエンジンを統合的に制御して行われる。

インバータ１３は、第１モータジェネレータ１１を駆動させるための電気回路であって、第１モータジェネレータ１１で発電された交流電流を半導体スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ操作により直流電流に変換してＨＶバッテリ１２に充電する機能を有する。また、インバータ１３は、要求される発電量に応じた発電機トルクを発生させるために、ＨＶバッテリ１２の直流電流を交流電流に変換して第１モータジェネレータ１１に供給する機能を有する。詳しくは後述するように、インバータ１３は、ＰＷＭ信号生成部２４で生成されるスイッチング制御信号に従って、スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせる。

コンバータ１４は、第１モータジェネレータ１１により発電されインバータ１３で直流に変換された電圧をＨＶバッテリ１２に充電するために降圧する機能を有する。また、ＨＶバッテリ１２の電圧を昇圧し、インバータ１３を介して第１モータジェネレータ１１に供給する機能を有する。

エンジンは、ＨＶ車両１０を駆動させる内燃機関であり、第１モータジェネレータ１１を駆動させる機能も有する。ＨＶ車両１０は、低車速時等には、第２モータジェネレータのみによるＥＶ走行、或いは第２モータジェネレータとエンジンとを併用した走行を行い、ある程度車速が上がるとエンジンによる走行に切り替える。そして、エンジンの動力は、例えば、２経路に別けられ、一方で駆動輪を駆動し、他方で第１モータジェネレータ１１を駆動して発電を行う。また、停車時においてもエンジンにより第１モータジェネレータ１１が駆動されて発電（所謂Ｐチャージ）が行われる。

また、ハイブリッド車両１０には、第１モータジェネレータ１１のロータ回転角を測定するための回転センサ１５、第１モータジェネレータ１１のＶ相、Ｗ相に流れる相電流Ｉｖ，Ｉｗを検出するための電流センサ１６、および車速を測定する図示しない車速センサ等の各種センサが設置されている。

ＨＶＣＣは、アクセル開度、シフトポジション、および各種センサからの信号を取得して算出した運転者の出力要求と、ＳＯＣ情報とに基づいて、運転状況に応じた車両のトータル出力を求めて各電子制御ユニット（以下、ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ：ＥＣＵとする）に要求信号を出力することで車両の駆動力を制御する。

駆動制御装置２０は、ＨＶＣＣからの出力要求に従って第１モータジェネレータ１１および第２モータジェネレータの制御を実行するＥＣＵである。駆動制御装置２０は、ＨＶＣＣからの出力要求であるトルク指令値に従って、インバータ１３のスイッチング動作を制御するスイッチング制御信号を生成し、インバータ１３を介して第１モータジェネレータ１１を制御するために、電流指令生成部２１と、ＰＩ演算部２２と、第１座標変換部２３と、信号生成部２４と、第２座標変換部２５と、回転数演算部２６とを備える。なお、駆動制御装置２０による制御方法としては、正弦波電流制御および過変調電流制御が用いられる。

ここで、正弦波電流制御および過変調電流制御とは、上記のように、要求トルクに応じた電圧指令と、キャリアとを比較することでインバータ１３のスイッチング制御信号を生成する方式であり、パルス幅変調制御（以下、ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ制御とする）と称される。一般的に、前者が正弦波ＰＷＭ制御又は単にＰＷＭ制御（以下、ＰＷＭ制御とする）、後者が過変調ＰＷＭ制御又は過変調制御（以下、過変調制御とする）と称される。なお、電流指令生成部２１で使用されるＴ−Ｎ制御マップ（図２参照）において、低回転域はＰＷＭ制御が、高回転域では過変調制御がそれぞれ用いられる。そして、いずれの制御モードを適用するかは、変調率に応じて決定される。

さらに、駆動制御装置２０は、ＰＷＭ制御および過変調制御のキャリアに起因する騒音が問題となる状況か否かを判断して、当該騒音レベルを低減するための騒音抑制制御を実行する騒音抑制制御部３０を備えている。

電流指令生成部２１は、予め作成されたテーブル等に従って、モータジェネレータ１１に対するトルク指令値−Ｔ^*と、第１モータジェネレータ１１の回転数Ｎｍとに応じて、電流指令値Ｉｄ^*およびＩｑ^*を生成する。予め作成されたテーブルとしては、各電流値について第１モータジェネレータの回転数および出力トルクの関係を示すＴ‐Ｎ制御マップ（図２参照）が挙げられる。なお、トルク指令値は、電動機トルクの場合が正の値、発電機トルクの場合が負の値で示される。

第１モータジェネレータ１１の回転数Ｎｍは、回転数演算部２６によって回転センサ１５で検出されたロータ回転角θに基づいて算出される。また、第２座標変換部２５では、ロータ回転角θを用いた座標変換（３相→２相）により、回転センサ１５で検出された電流Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑが算出される。

ＰＩ演算部２２は、制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*を生成する機能を有する。具体的に、ＰＩ演算部２２には、電流指令生成部２１で生成されたｄ軸電流指令値Ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値Ｉｑ^*と、第２座標変換部２５によって算出されたｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑとの偏差ΔＩｄ（ΔＩｄ＝Ｉｄ^*−Ｉｄ），ΔＩｑ（ΔＩｑ＝Ｉｑ^*−Ｉｑ）が入力される。そして、ＰＩ演算部２２は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄおよびｑ軸電流偏差ΔＩｑのそれぞれについて、所定ゲインによるＰＩ演算（比例積分演算）を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*を生成する。

第１座標変換部２３は、第１モータジェネレータ１１のロータ回転角θを用いた座標変換（２相→３相）を行って、ＰＩ演算部２２で生成されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する機能を有する。

ＰＷＭ信号生成部２４は、各電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと所定周波数のキャリアとの比較に基づいて、例えば、インバータ１３の６つのスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせるためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成する。そして、インバータ１３が、ＰＷＭ信号生成部２４で生成されたスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６に従ってスイッチングされることにより、第１モータジェネレータ１１に対してトルク指令値−Ｔ^*に従った発電機トルクを出力するための交流電圧が印加される。

また、ＰＷＭ信号生成部２４は、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、インバータ１３の入力電圧であるシステム電圧ＶＨとに基づいて変調率を演算し、演算した変調率に応じてＰＷＭ制御又は過変調制御を選択する。例えば、変調率が０．６１以下であるときには、ＰＷＭ制御モードが選択され、変調率が０．６１を超えるときには、過変調制御モードが選択される。そして、ＰＷＭ信号生成部２４は、制御モードに応じてキャリアの周波数を設定し、上記のように、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成する。具体的に、ＰＷＭ制御モードでは、所定の高周波数に設定されたキャリアが使用され、過変調制御モードでは、第１モータジェネレータ１１の電気周期に依存して周波数が変動する。

なお、上記各演算部の構成は一例であって、例えば、ＰＷＭ信号生成部２４によって変調率を演算せず、別途変調率演算部が設けられてもよい。また、騒音抑制制御部３０は、上記各演算部とは別のＥＣＵ、例えば、ＨＶＣＣの一部として構成されていてもよい。

次に、図２〜図４も適宜参照しながら、騒音抑制制御部３０の構成について説明する。

なお、ここで例示する実施形態では、ＰＷＭ制御モードおよび過変調制御モードのいずれにおいても可聴域の周波数を有するキャリアが使用されるものとして説明する。なお、ＰＷＭ制御モードでは、過変調制御モードよりも高周波数で騒音レベルの低いキャリアが使用される。

騒音抑制制御部３０は、上記のように、キャリアに起因する騒音が問題となる状況か否かを判断して、当該騒音レベルを低減させる機能を有する。この機能を実現するために、騒音抑制制御部３０は、車速判定モジュール３１と、動作点判定モジュール３２と、弱め界磁制御モジュール３３と、キャリア周波数変更モジュール３４とを有する。なお、車速判定モジュール３１および動作点判定モジュール３２が、ＨＶ車両１０の状況に基づき騒音を低減するための制御を実行するか否かを判断するモジュールであり、弱め界磁制御モジュール３３およびキャリア周波数変更モジュール３４が、キャリアに起因する騒音を低減するための制御を実行するモジュールである。

車速判定モジュール３１は、車速センサから車速を取得して、車速が予め定められた所定速度以下であるか否かを判定する機能を有する。ここで、所定速度とは、ロードノイズが小さくなりキャリアに起因する騒音が聞こえ易くなる速度であって、実験やシミュレーションによって予め定められる。例えば、所定速度は、１０〜３０ｋｍ／ｈの低速度に設定され、ＨＶ車両１０が停車している０ｋｍ／ｈも含まれる。車速判定モジュール３１は、車速が予め定められた所定速度以下であると判定したときに、弱め界磁制御の実施要求信号を弱め界磁制御モジュール３３に出力する。

動作点判定モジュール３２は、現在の動作点が過変調制御領域内であるか否かを判定する機能を有する。ここで、過変調制御領域とは、過変調制御が選択される変調率の領域（範囲）を意味し、「現在の動作点が過変調制御領域内である」とは、「現在の制御モードが過変調制御モードである」と同義である。さらに、動作点判定モジュール３２は、ＰＷＭ制御が選択される変調率の領域であるＰＷＭ制御領域のうち過変調制御領域に隣接する特定実施領域であるか否かを判定する機能を有する。特定実施領域とは、制御モードが過変調制御モードに切り替わり易い領域であって、実験やシミュレーションによって予め定められる。動作点判定モジュール３２は、動作点が過変調制御領域内又は特定実施領域内であると判定したときに、弱め界磁制御の実施要求信号を弱め界磁制御モジュール３３に出力する。

なお、Ｔ−Ｎマップ上において、騒音抑制制御の実施領域である過変調制御領域および特定実施領域を示したものが図２である。図２に示すように、騒音抑制制御の実施領域は、高回転領域および高トルク領域である。

弱め界磁制御モジュール３３は、車速判定モジュール３１および動作点判定モジュール３２から実施要求信号を取得したことを条件として弱め界磁電流を流し、キャリアに起因する騒音を低減するための弱め界磁制御を実行する機能を有する。即ち、弱め界磁制御モジュール３３は、車速が所定速度以下であり且つ動作点が過変調制御領域又は特定実施領域であると判定されたときに、弱め界磁電流を流すための制御信号をｄ軸電流指令値Ｉｄ^*に対して出力する。そして、動作点を過変調制御領域および特定実施領域から特定実施領域外のＰＷＭ制御領域に移行させる。即ち、弱め界磁制御モジュール３３は、動作点を特定実施領域外のＰＷＭ制御領域に移行させるために必要なｄ軸電流の増加分を、電流指令生成部２１で生成されたｄ軸電流指令値Ｉｄ^*に加算する。なお、弱め界磁電流とは、上記のように、弱め界磁制御を行っているときのｄ軸電流を意味し、弱め界磁制御では通常の制御よりも大きなｄ軸電流が付与される。

ここで、弱め界磁制御モジュール３３による弱め界磁制御について、図３および図４を用いて詳述する。なお、図３および図４は、弱め界磁制御の有無において、電流位相および出力トルクの関係、ｑ軸電圧およびｄ軸電圧の関係をそれぞれ示す図である。

図３（ａ）に示すように、各電流値について出力トルクが最大となる電流位相が存在する。弱め界磁制御が実行されない通常の制御では、各電流値で最大トルクが得られる最高効率動作点を結んだ最適制御ラインに従って、電流指令生成部２１によりｑ軸電流指令値Ｉｑ^*およびｄ軸電流指令値Ｉｄ^*を生成される。一方、弱め界磁制御モジュール３３による弱め界磁制御が実行されるときには、電流指令生成部２１により最適制御ラインに基づくｑ軸電流指令値Ｉｑ^*およびｄ軸電流指令値Ｉｄ^*が生成されるところまでは同じであるが、生成されたｄ軸電流指令値Ｉｄ^*に対して弱め界磁制御によるｄ軸電流の増加分が付与されることで、図３（ｂ）に実線で示すように、電流位相が最適制御ラインから進角側にずれた騒音抑制制御ラインとなる。この騒音抑制制御ラインは、弱め界磁電流が増加するほど進角側にシフトする。ゆえに、騒音レベルが大きい場合には弱め界磁電流が大きくなるので、例えば、動作点が特定実施領域のときよりも過変調制御領域のときの方が騒音抑制制御ラインは進角側にシフトすることになる。

また、弱め界磁制御モジュール３３による弱め界磁において、トルクに寄与する電流成分であるｑ軸電流は、最適制御ラインに従った通常の制御（以下、最適制御とも称する）の電流レベルに維持される。即ち、図３（ｂ）に示すように、要求トルクがＴであるときに弱め界磁制御が実施されたときには、電流動作点が最適制御ライン上のＰ０から同トルクＴにおける騒音抑制制御ライン上のＰ１に設定される。

なお、図４に示すように、弱め界磁制御モジュール３３による弱め界磁制御が実行されると、線間電圧は最適制御時の電圧Ｖ０からＶ１に減少する。これは、弱め界磁制御によりｄ軸電流Ｉｄが増加することにより、ｄ軸電圧ＶｄはＶｄ０からＶｄ１に増加するが、ｑ軸電圧ＶｑはＶｑ０からＶｄ１に減少するためである。したがって、弱め界磁制御モジュール３３は、弱め界磁制御で線間電圧を減少させることにより、変調率を低下させることができ、動作点を過変調制御領域又は特定実施領域から特定実施領域外のＰＷＭ制御領域に移行させる。また、詳しくは後述するように、線間電圧の減少により相電流のリプルを小さくすることができる。

また、弱め界磁制御モジュール３３は、弱め界磁制御を実行して、動作点判定モジュール３２により動作点が過変調制御領域内および特定実施領域内でないと判定されたときであっても、直ぐに弱め界磁制御を終了せず、例えば、所定時間が経過するまで弱め界磁電流を継続して流す構成とすることが好ましい。また、後述の変形例のように、車速判定モジュール３１から実施要求信号が継続しているときには、そのときの弱め界磁電流を継続して供給する構成とすることも好ましい。

キャリア周波数変更モジュール３４は、弱め界磁制御モジュール３３による弱め界磁制御により動作点が過変調制御領域からＰＷＭ制御領域に移行したときに、キャリア周波数を変更する機能を有する。キャリア周波数は、例えば、可聴域よりも高い周波数に変更される。キャリア周波数変更モジュール３４によるキャリア周波数の変更は、特定実施領域においても実施することができ、弱め界磁制御モジュール３３による弱め界磁制御よりも先にキャリア周波数を変更することもできる。

上記構成を備える駆動制御装置２０の作用効果、即ち、駆動制御装置２０による騒音抑制制御について図５のフローチャートを用いて説明する。

図５に示すように、まず、車速が所定速度以下であるか否かを判定する（Ｓ１０）。この手順は、車速判定モジュール３１の機能によって実行される。車速判定モジュール３１は、車速センサから車速を取得して、予め定められた所定速度と比較する。比較の結果、車速が所定速度以下であると判定したときには、弱め界磁制御モジュール３３に対して弱め界磁制御の実施要求信号を出力する。例えば、所定速度は、２０ｋｍ／ｈ以下等、ロードノイズが小さくなりキャリアに起因する騒音が聞こえ易くなる速度に設定される。

次に、第１モータジェネレータ１１が駆動されているか否かを判定する（Ｓ１１）。そして、第１モータジェネレータ１１の駆動時において、インバータ１３による第１モータジェネレータ１１の過変調制御モード又はＰＷＭ制御モードにおける動作点が、過変調制御領域内又は特定実施領域内であるか否かを判定する（Ｓ１２）。この手順は、動作点判定モジュール３２の機能によって実行される。動作点判定モジュール３２は、例えば、特定実施領域を規定する変調率の閾値を有し、当該閾値とＰＷＭ信号生成部２４から取得する変調率とを比較する。比較の結果、動作点が過変調制御領域又は特定実施領域であると判定したときには、弱め界磁制御モジュール３３に対して弱め界磁制御の実施要求信号を出力する。

そして、車速判定モジュール３１および動作点判定モジュール３２から実施要求信号を取得した弱め界磁制御モジュール３３によって弱め界磁制御が実行される（Ｓ２３）。弱め界磁制御モジュール３３による弱め界磁制御は、上記のように、騒音レベルに応じた弱め界磁電流を流すための制御信号、即ち、ｄ軸電流を増加させる制御信号をｄ軸電流指令値Ｉｄ^*に対して出力することで実行される。このとき、ｑ軸電流指令値は、最適制御のレベルに維持される。

なお、ＰＩ演算部２２には、電流指令生成部２１で生成されたｄ軸電流指令値Ｉｄ^*に、弱め界磁制御モジュール３３により付与されるｄ軸電流の増加分を加算した指令値と、第２座標変換部２５によって算出されたｄ軸電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄ（ΔＩｄ＝Ｉｄ^*＋ｄ軸電流の増加分−Ｉｄ）が入力される。そして、ＰＩ演算部２２は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄに応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*を生成する。

そして、Ｓ１２と同様に、動作点が過変調制御領域又は特定実施領域であるか否かを判定する（Ｓ１４）。上記のように、弱め界磁制御を行うことによって、線間電圧が減少するので、動作点は変調率が低い特定実施領域外のＰＷＭ制御領域の方向にシフトする。即ち、動作点が特定実施領域外のＰＷＭ制御領域にシフトするまで、Ｓ１３の弱め界磁制御と、Ｓ１４の判定とが繰り返される。

最後に、動作点が特定実施領域外のＰＷＭ制御領域となったときに、キャリア周波数を変更して、例えば、可聴域よりも高い周波数に設定する（Ｓ１５）。上記のように、ＰＷＭ制御領域では、キャリア周波数を任意に変更することができるので、キャリア周波数を可聴域よりも高くすることでキャリア自体に起因する音を聞こえなくすることができる。また、相電流のリプルの周波数もキャリア周波数と概ね同一であるから、キャリア周波数を可聴域よりも高くすることでリプルに起因する音も聞こえなくなる。

ここで、図６を用いて、弱め界磁制御によるリプル電流の変化について説明する。

図６（ａ）は、弱め界磁制御を行う前の基本波（相電流）の波形を、図６（ｂ）は、弱め界磁制御を行った後の基本波の波形をそれぞれ示している。上記のように、弱め界磁制御により線間電圧が減少し、スイッチング素子のＯＮ時間が短くなる。電流の大きさは、ＯＮ時間に比例するため、ＯＮ時間が短くなるとピーク電流が減少するため、弱め界磁制御を行った後ではリプル電流が小さくなる。このように、リプル電流が小さくなると、キャリア周波数が可聴域であっても騒音レベルは大幅に低減される。

以上のように、駆動制御装置２０は、キャリアに起因する騒音を低減する騒音抑制制御部３０として、車速判定モジュール３１と、動作点判定モジュール３２と、弱め界磁制御モジュール３３と、キャリア周波数変更モジュール３４とを有するので、停車時又は低車速時のキャリアに起因する騒音が問題となる状況において、弱め界磁電流を流して線間電圧を減少させることにより、動作点を過変調制御領域および過変調制御領域に隣接する特定実施領域から特定実施領域外のＰＷＭ制御領域にシフトさせることができる。動作点を特定実施領域外のＰＷＭ制御領域にシフトさせることにより、動作点が再び過変調制御領域に移行して騒音レベルが増大することを防止できると共に、キャリアの周波数を可聴域よりも高い周波数に変更することができる。また、線間電圧の減少によりリプル電流が小さくなる等、騒音レベルを大幅に低減することができる。

なお、上記では、騒音抑制制御部３０は、キャリア周波数変更モジュール３４を有するものとして説明したが、ＰＷＭ制御で使用されるキャリアの周波数が可聴域よりも高い周波数に設定される場合にはキャリア周波数変更モジュール３４を有さない構成とすることができる。また、動作点判定モジュール３２は、動作点が過変調制御領域内であるか否かについてのみ判定する構成とすることもできる。

また、弱め界磁制御モジュール３３は、弱め界磁制御を実行して、動作点判定モジュール３２により動作点が過変調制御領域でないと判定されたときであっても、車速判定モジュール３１から実施要求信号が継続しているときには、そのときの弱め界磁電流を継続供給する構成とすることができる。そして、車速判定モジュール３１からの実施要求信号の停止により弱め界磁制御を終了する。

上記変形例による騒音抑制制御の手順は、例えば、図７のフローチャートに示す手順となる。図７のＳ２０〜Ｓ２４の手順は、弱め界磁制御の実施領域を過変調制御領域のみとする点を除き、図５のＳ１０〜Ｓ１４と同様であるが、Ｓ２５およびＳ２６の手順が上記実施形態と異なる。

変形例によれば、Ｓ２４において、動作点が過変調制御領域ではないと判定されたとき、即ち、動作点がＰＷＭ制御領域にシフトしたときに、直ぐに又は所定時間経過後に弱め界磁電流の供給を停止するのではなく、車速が所定速度を超えるまで、動作点がＰＷＭ制御領域にシフトした時点の電流レベルで弱め界磁電流の供給を継続する（Ｓ２５，Ｓ２６）。車速が所定速度を超えたときには、弱め界磁制御を終了して、通常の最適制御を復旧する。このような手順を実行することで、車速が停車又は低車速状況を継続している場合において、再び動作点が過変調制御領域に戻って騒音レベルが増大することを防止することができる。

１０ハイブリッド車両、１１第１モータジェネレータ、１２ハイブリッドバッテリ、１３インバータ、１４コンバータ、１５回転センサ、１６電流センサ、２０回転電機の駆動制御装置、２１電流指令生成部、２２ＰＩ演算部、２３第１座標変換部、２４信号生成部、２５第２座標変換部、２６回転数演算部、３０騒音抑制制御部、３１車速判定モジュール、３２動作点判定モジュール、３３弱め界磁制御モジュール、３４キャリア周波数変更モジュール。

Claims

正弦波電流制御と過変調電流制御とを用いる車両用回転電機の駆動制御装置において、
各電流値で最大トルクが得られる最高効率動作点を結んだ最適制御ラインに従って、ｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を生成する手段と、
前記各電流指令値により定まる電圧指令値に基づいて変調率を演算し、当該変調率に応じて前記正弦波電流制御又は前記過変調電流制御を選択する手段と、
車速が予め定められた所定速度以下であるか否かを判定する車速判定手段と、
動作点が前記過変調電流制御の領域内であるか否かを判定する動作点判定手段と、
車速が所定速度以下であり且つ動作点が前記過変調電流制御の領域内であると判定されたときに、前記ｑ軸電流指令値を前記最適制御ラインに従った通常の制御レベルに維持しながら前記ｄ軸電流指令値を前記通常の制御レベルよりも増加させて前記過変調電流制御から前記正弦波電流制御に切り替える弱め界磁制御手段と、
を備えることを特徴とする車両用回転電機の制御装置。
請求項１に記載の車両用回転電機の制御装置において、
前記動作点判定手段は、さらに、動作点が前記正弦波電流制御の領域のうち前記過変調電流制御の領域に隣接する特定実施領域内であるか否かを判定し、
前記弱め界磁制御手段は、車速が前記所定速度以下であり且つ動作点が前記特定実施領域内であると判定されたときに、前記ｑ軸電流を前記最適制御ラインに従った通常の制御レベルに維持しながら前記ｄ軸電流指令値を前記通常の制御レベルよりも増加させて動作点を前記特定実施領域外の正弦波電流制御領域に移行させることを特徴とする車両用回転電機の制御装置。