WO2013008328A1

WO2013008328A1 - 車両の駆動装置

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Publication number: WO2013008328A1
Application number: PCT/JP2011/066064
Authority: WO
Inventors: 啓介森崎
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Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2013-01-17
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Abstract

　車両の駆動装置は、高圧バッテリ（Ｂ１）と、高圧バッテリ（Ｂ１）の電圧を高圧バッテリ（Ｂ１）の電圧以上所定の上限電圧までの範囲の電圧に変換することが可能な電圧コンバータ（１２）と、電圧コンバータ（１２）から電源電圧が供給されるインバータ（２２）と、インバータ（２２）によって駆動される走行用モータ（ＭＧ２）と、電圧コンバータ（１２）およびインバータ（２２）を制御する制御装置（３０）とを備える。制御装置（３０）は、車両の使用される環境または使用負荷に基づいて電圧コンバータ（１２）の上限電圧を所定の上限電圧よりもさらに制限するか否かを決定する。制御装置（３０）は、電圧コンバータ（１２）の上限電圧を所定の上限電圧よりもさらに制限する場合には、運転者のアクセルペダル操作に基づく要求トルクに制限をかけてインバータ（２２）を駆動する。

Description

車両の駆動装置

　この発明は、車両の駆動装置に関し、特に蓄電装置を昇圧可能な電圧コンバータを備えた車両の駆動装置に関する。

　電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動用モータを搭載する車両には、バッテリの電圧を電圧コンバータで昇圧してモータ駆動用のインバータに供給するように構成されたものがある。

　モータは、高速回転するとそれに伴い逆起電力も増加するので、その逆起電力がバッテリ電圧を超える場合に良好な制御性を保つために、インバータに供給する電源電圧を電圧コンバータによって昇圧して逆起電力よりも高くしている。

　特開２０１０－２３９７９１号公報（特許文献１）は、このような電圧コンバータを有する車両において、電動機を駆動する駆動回路に作用させる電圧を電動機の温度と大気圧とに基づいてより適正なものとすることが開示されている。

　この車両では、モータ温度が所定温度（１００℃）未満のときにはモータの定格電圧を制限電圧に設定し、モータ温度が所定温度以上のときには大気圧が小さい（標高が高い）ほど小さくなる傾向の電圧を制限電圧に設定し、設定した制限電圧を用いてインバータに供給すべき目標電圧を設定して電圧コンバータを制御する。これにより、モータ温度が低くモータで絶縁破壊が生じるおそれが小さいときにはインバータに作用する電圧を不要に制限してモータから出力可能なトルクが不要に制限されるのを抑制することができ、モータ温度が高くモータを保護する必要があるときには大気圧に基づく制限電圧によってインバータに作用する電圧に制限を課してモータを保護することができる。

特開２０１０－２３９７９１号公報特開２００８－２８４９０８号公報特開２００４－３５０４２２号公報特開２００７－２９５７０３号公報特開２００４－１０４９３７号公報

　上記特開２０１０－２３９７９１号公報に記載された車両では、モータ温度と大気圧に基づいて昇圧電圧を制限することで、モータから出力可能な駆動力を不要に制限することなく、モータで絶縁破壊が生じることを防止している。

　ところで、電気自動車等のモータ制御は、ＰＷＭ制御モード、過変調ＰＷＭ制御モード、矩形波制御モードの３つのモードが適時選択されて実行されている。モータの回転速度が変化すると、これらのモードの選択切替が実行される。

　しかしながら、昇圧電圧を制限している間は、昇圧電圧を制限していない時に比べて、モード切替点が、低回転で実行されるようになる。制御モードの切替時には過渡的な部分での制御性が低下するが、低回転領域ではそれが顕著になり、モータの制御モードの切替に伴うショックが感じられる場合がある。

　この発明の目的は、モータの制御モードの切替に伴うショックが低減された車両の駆動装置を提供することである。

　この発明は、要約すると、車両の駆動装置であって、蓄電装置と、蓄電装置の電圧を蓄電装置の電圧以上所定の上限電圧までの範囲の電圧に変換することが可能な電圧コンバータと、電圧コンバータから電源電圧が供給されるインバータと、インバータによって駆動される走行用モータと、電圧コンバータおよびインバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、車両の使用される環境または使用負荷に基づいて電圧コンバータの上限電圧を所定の上限電圧よりもさらに制限するか否かを決定し、制御装置は、電圧コンバータの上限電圧を所定の上限電圧よりもさらに制限する場合には、運転者のアクセルペダル操作に基づく要求トルクに制限をかけてインバータを駆動する。

　好ましくは、制御装置は、正弦波ＰＷＭ制御モードと過変調ＰＷＭ制御モードとを含む複数の制御モードのうちから１つの制御モードを選択してインバータを制御する。制御装置は、制御モードの選択の切替時のトルクショックが低減されるように要求トルクの制限を実行する。

　好ましくは、制御装置は、大気圧またはモータ温度に関連する温度に基づいて電圧コンバータの上限電圧を所定の上限電圧よりもさらに制限するか否かを決定する。

　好ましくは、制御装置は、大気圧に基づいて決定される第１の上限電圧、モータを冷却する冷却水温度に基づいて決定される第２の上限電圧、車両負荷に基づいて決定される第３の上限電圧のうちの最小となる電圧を電圧コンバータの上限電圧として選択する。

　この発明は、他の局面では、車両の駆動方法である。車両は、蓄電装置と、蓄電装置の電圧を蓄電装置の電圧以上所定の上限電圧までの範囲の電圧に変換することが可能な電圧コンバータと、電圧コンバータから電源電圧が供給されるインバータと、インバータによって駆動される走行用モータと、電圧コンバータおよびインバータを制御する制御装置とを含む。駆動方法は、車両の使用される環境または使用負荷に基づいて電圧コンバータの上限電圧を所定の上限電圧よりもさらに制限するか否かを決定するステップと、電圧コンバータの上限電圧を所定の上限電圧よりもさらに制限する場合には、運転者のアクセルペダル操作に基づく要求トルクに制限をかけてインバータを駆動するステップとを備える。

　本発明によれば、大気圧等の使用環境にともない昇圧電圧を変化させることで、モータ性能の発揮とモータの保護とのバランスを図りつつ、さらにモータの制御モードの切替時のショックが低減され、乗り心地が向上する。

本発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。制御装置３０の構成の一例を説明するための図である。ある昇圧電圧において、モータジェネレータＭＧ１またはＭＧ２の制御モードがどのように決定されているかを示した図である。昇圧電圧の変化と制御モードの切替が発生する回転速度の変化を説明するための図である。図２のＭＧ－ＥＣＵ３４が実行する電圧コンバータの制御を説明するためのフローチャートである。図２のＰＭ－ＥＣＵ３２が実行する電圧コンバータの制御を説明するためのフローチャートである。大気圧ＰＡとシステム電圧ＶＨとの関係を示すマップの一例を示した図である。冷却水温度ＴＷとシステム電圧ＶＨとの関係を示すマップの一例を示した図である。車両走行負荷ＬＤとシステム電圧ＶＨとの関係を示すマップの一例を示した図である。図６のステップＳ２７におけるモータトルクの制限について説明するための図である。制御モードの切替時のトルクの大きさとトルクショックの関係を説明するための波形図である。制御モードの切替が発生する際のトルクの大きさについて説明するための図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

　図１は、本発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。
　図１を参照して、車両１００は、バッテリユニット４０と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、車輪２と、制御装置３０とを含む。

　動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合され、これらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、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。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１の回転シャフトを中空にし、その中をエンジン４の動力シャフトを貫通させることでモータジェネレータＭＧ２、動力分割機構３、モータジェネレータＭＧ１、エンジン４を直線上に配置することができる。

　なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は車輪２に図示しない減速ギヤや差動ギヤによって結合されている。また動力分割機構３の内部に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み込んでもよい。

　バッテリユニット４０は、高圧バッテリＢ１と、高圧バッテリＢ１の負極に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＧと、高圧バッテリＢ１の正極に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＢとを含む。システムメインリレーＳＭＲＧ，ＳＭＲＢは、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。

　高圧バッテリＢ１としては、ニッケル水素、リチウムイオン等の二次電池や燃料電池などを用いることができる。

　バッテリユニット４０は、さらに、サービスカバーを開くと高電圧を遮断するサービスプラグＳＰと、サービスプラグＳＰと直列に高圧バッテリＢ１に接続されるフューズＦと、高圧バッテリＢ１の端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０と、高圧バッテリＢ１に流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。

　車両１００は、さらに、正極母線ＰＬ１と負極母線ＳＬ間に接続される平滑コンデンサＣ１と、平滑コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬを検知して制御装置３０に対して出力する電圧センサ２１と、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する電圧コンバータ１２と、電圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する平滑コンデンサＣ２と、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧（システム電圧ＶＨ）を検知して制御装置３０に出力する電圧センサ１３と、電圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力するインバータ１４とを含む。

　電圧コンバータ１２は、一方端が正極母線ＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬ間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

　リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

　インバータ１４は、電圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジン４を始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される機械的動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を電圧コンバータ１２に戻す。このとき電圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

　インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７は、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬとの間に並列に接続される。

　Ｕ相アーム１５は、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

　Ｖ相アーム１６は、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

　Ｗ相アーム１７は、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

　モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

　電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

　車両１００は、さらに、電圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続されるインバータ２２を含む。

　インバータ２２は車輪２を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して電圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を電圧コンバータ１２に戻す。このとき電圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。インバータ２２の内部の構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

　レゾルバ２６，２７は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のモータ回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２をそれぞれ検出し、その検出したモータ回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を制御装置３０へ送出する。なお、これらレゾルバについては、モータ回転速度を制御装置３０にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。

　車両１００は、さらに、ヘッドランプ等の補機類５２と、１２Ｖの補機バッテリＢ２と、正極母線ＰＬ１と補機バッテリＢ２および補機類５２との間に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ５０とを含む。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、制御装置３０から与えられる降圧指示ＰＷＤ２に応じて、正極母線ＰＬ２の電圧を降圧して補機バッテリＢ２への充電や補機類５２への電力供給を行なうことが可能である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、制御装置３０から与えられる昇圧指示ＰＷＵ２に応じて、補機バッテリＢ２の電圧を昇圧して正極母線ＰＬ２に対して供給することも可能である。

　制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。

　そして制御装置３０は、電圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ１，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤ１および動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。

　また制御装置３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ２，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤ２を出力する。

　さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して、電圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して電圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

　同様に制御装置３０は、インバータ２２に対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して電圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。

　図２は、制御装置３０の構成の一例を説明するための図である。図２を参照して、制御装置３０は、３つのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）すなわち、ＰＭ－ＥＣＵ３２と、ＭＧ－ＥＣＵ３４と、ＥＦＩ－ＥＣＵ３６とを含んで構成される。なお、制御装置３０は、１つのＥＣＵであってもよいし、３つ以外の他の数に分割されたＥＣＵで実現されてもよい。

　ＰＭ－ＥＣＵ３２は、運転者のアクセルペダル操作に基づくアクセル開度Ａｃｃとシフトポジションと各種センサの出力とをもとに算出した運転者の出力要求と、電池監視ユニットのセンサから送信される信号ＶＢ，ＩＢ等に基づいて算出した高圧バッテリＢ１の充電状態ＳＯＣに基づき、運転状態に応じた合計出力を求め、ＭＧ－ＥＣＵ３４とＥＦＩ－ＥＣＵ３６の各々に要求信号を出力する。

　ＰＭ－ＥＣＵ３２は、算出した合計出力とエンジン回転速度ＮＥに基づき、必要なエンジントルクを得るために、ＥＦＩ－ＥＣＵ３６へ目標エンジン回転速度ＮＥ＊およびパワー要求値ＰＥ＊を送信する。この信号をもとにＥＦＩ－ＥＣＵ３６は、燃料噴射制御、点火時期制御などエンジンの制御を行なう。

　また、ＰＭ－ＥＣＵ３２は、運転状態に応じたモータジェネレータＭＧ２による走行や駆動力補助に必要な出力に基づき、ＭＧ－ＥＣＵ３４にモータ出力要求（ＴＲ２＊，ＭＲ２＊）を送信する。このモータ出力要求と電流値ＭＣＲＴ２とに基づいてＭＧ－ＥＣＵ３４は、モータジェネレータＭＧ２を制御する信号ＰＷＭＩ２，ＰＷＭＣ２を出力する。

　また、ＰＭ－ＥＣＵ３２は、目標エンジン回転速度ＮＥ＊と実際のエンジン回転速度ＮＥに基づき、ＭＧ－ＥＣＵ３４にモータジェネレータＭＧ１への要求発電量を示す信号（ＴＲ１＊，ＭＲ１＊）を送信する。この要求発電量と電流値ＭＣＲＴ１とに基づいてＭＧ－ＥＣＵ３４は、モータジェネレータＭＧ１の発電量を制御する信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＣ１を出力する。

　また、ＭＧ－ＥＣＵ３４は、大気圧センサ３８の出力する大気圧ＰＡおよび水温センサ３９が出力する冷却水温度ＴＷとモータ回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を受けてこれらに基づいて電圧コンバータ１２を制御する信号ＰＷＵ１，ＰＷＤ１，ＣＳＤＮを出力する。

　さらに、ＰＭ－ＥＣＵ３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力要求電圧を算出しＭＧ－ＥＣＵ３４に出力する。ＭＧ－ＥＣＵ３４は、これに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ５０を制御する信号ＰＷＵ２，ＰＷＤ２を出力する。

　なお、ＰＭ－ＥＣＵ３２は、運転者によって指定される走行モード（エコノミーモード、パワーモードなど）を示す信号ＭＯＤＥに基づいて、エンジンへの出力要求負荷を変化させている。

　ところで、図１に示すような直流電圧をインバータによって交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のような交流モータを駆動制御するモータ駆動システムでは、一般的には交流モータを高効率に駆動するためにベクトル制御に基づく正弦波ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御に従ってモータ電流が制御されることが多い。

　しかしながら、正弦波ＰＷＭ制御モードでは、インバータの出力電圧の基本波成分を十分に高めることができず電圧利用率に限界があるため、回転速度の高い領域で高出力を得ることが難しいという問題点がある。この点を考慮して、正弦波ＰＷＭ制御モードよりも基本波成分が大きい電圧を出力可能な変調方式の採用が提案されている。

　たとえば、高回転域での出力向上のために矩形波電圧を交流モータに印加して、この交流モータを回転駆動する制御構成（以下、「矩形波電圧制御モード」とも称する）において、トルク指令値と実際のトルクとの偏差に基づいてこの矩形波電圧の位相を制御することによって交流電動機のトルク制御を行なうことが提案されている。

　また、上記矩形波電圧制御モードと正弦波ＰＷＭ制御モードの中間的な電圧波形を利用する「過変調ＰＷＭ制御モード」をさらに採用することも提案されている。本実施の形態における車両駆動装置では、正弦波ＰＷＭ制御、過変調ＰＷＭ制御および矩形波電圧制御の３制御モードを、変調率によって適切に切換えて使用する。

　正弦波ＰＷＭ制御モードは、一般的なＰＷＭ制御として用いられるものであり、各相アームにおけるスイッチング素子のオン／オフを、正弦波状の電圧指令値と搬送波（代表的には三角波）との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティ比が制御される。周知のように、正弦波ＰＷＭ制御モードでは、インバータ直流入力電圧に対するこの基本波成分の実効値の比率（変調率）を０．６１倍までしか高めることができない。

　一方、矩形波電圧制御モードでは、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が１：１の矩形波１パルス分を交流モータに印加する。これにより、変調率は０．７８まで高められる。

　過変調ＰＷＭ制御モードは、搬送波の振幅を縮小するようにを歪ませた上で上記正弦波ＰＷＭ制御モードと同様のＰＷＭ制御を行なうものである。この結果、基本波成分を歪ませることができ、変調率を０．６１～０．７８の範囲まで高めることができる。

　交流モータでは、回転速度や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなり、その必要電圧が高くなる。電圧コンバータ１２による昇圧電圧すなわち、システム電圧ＶＨは、このモータ必要電圧（誘起電圧）よりも高く設定する必要がある。その一方で、電圧コンバータ１２による昇圧電圧すなわち、システム電圧ＶＨには限界値（ＶＨ最大電圧）が存在する。

　したがって、モータ必要電圧（誘起電圧）がシステム電圧ＶＨの最大値（ＶＨ最大電圧）より低い領域では、正弦波ＰＷＭ制御モードまたは過変調ＰＷＭ制御モードによる最大トルク制御が適用されて、ベクトル制御に従ったモータ電流制御によって出力トルクがトルク指令値に制御される。

　その一方で、モータ必要電圧（誘起電圧）がシステム電圧ＶＨの最大値（ＶＨ最大電圧）に達すると、システム電圧ＶＨを維持した上で弱め界磁制御に従った矩形波電圧制御モードが適用される。矩形波電圧制御モードでは、基本波成分の振幅が固定されるため、電力演算あるいはベクトル制御で用いるｄｑ軸電流値によって求められるトルク実績値とトルク指令値との偏差に基づく、矩形波パルスの電圧位相制御によってトルク制御が実行される。

　図３は、ある昇圧電圧において、モータジェネレータＭＧ１またはＭＧ２の制御モードがどのように決定されているかを示した図である。

　図３に示されるように、低回転速度域Ａ１ではトルク変動を小さくするために正弦波ＰＷＭ制御モードが用いられ、中回転速度域Ａ２では過変調ＰＷＭ制御モードが適用され、高回転速度域Ａ３では矩形波電圧制御モードが適用される。特に、過変調ＰＷＭ制御モードおよび矩形波電圧制御モードの適用により、中回転および高回転域における交流モータの出力向上が実現される。このように、制御モードのいずれを用いるかについては、実現可能な変調率の範囲内で決定される。

　図３の平面上において、トルクまたは回転速度が変化したときにそれに対応する動作点が領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の境界を超える場合には、制御モードの切替が発生する。

　図４は、昇圧電圧の変化と制御モードの切替が発生する回転速度の変化を説明するための図である。

　図４を参照して、システム電圧ＶＨが制限されていない状態（ＶＨ＝Ｖ２）トルクＴＱ１が要求されている場合には、回転速度Ｎ２となる点Ｐ２において正弦波ＰＷＭモードと過変調ＰＷＭモードとの間で制御モード切替が発生する。

　これに対して、システム電圧ＶＨが制限されている状態（ＶＨ＝Ｖ１、但しＶ１＜Ｖ２）の場合には、同じトルクＴＱ１が要求されている場合には、回転速度Ｎ１となる点Ｐ１において正弦波ＰＷＭモードと過変調ＰＷＭモードとの間で制御モード切替が発生する。

　つまり、大気圧や温度に応じて部品保護のためにシステム電圧ＶＨを制限しなければならない場合には、低回転速度でモータの制御モードを切替える必要がある。

　低回転速度Ｎ１ではモータの制御性が低下しているので、高回転速度Ｎ２で制御モードを切替えるよりもトルクショックが大きくなってしまう。

　そこで、本実施の形態では、ＰＭ－ＥＣＵ３２は、システム電圧ＶＨを制限しなければならない場合にモータトルク要求値が所定値よりも大きくなったときにモータトルクを制限することによって、トルクショックを軽減させる。以下に、ＭＧ－ＥＣＵ３４とＰＭ－ＥＣＵ３２の制御を順に説明することによって、トルクショックの軽減について説明する。

　図５は、図２のＭＧ－ＥＣＵ３４が実行する電圧コンバータの制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに所定のメインルーチンから呼び出されて実行される。

　図１、図２および図５を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ１において、ＭＧ－ＥＣＵ３４は、モータジェネレータＭＧ１の回転速度ＭＲＮ１＊と、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１＊とを取得する。

　そしてステップＳ２において、ＭＧ－ＥＣＵ３４は、予め定められた電圧指令マップを回転速度ＭＲＮ１＊およびトルクＴＲ１＊で検索して昇圧電圧候補ＶＨ１を決定する。

　続いてステップＳ３において、ＭＧ－ＥＣＵ３４は、モータジェネレータＭＧ２の回転速度ＭＲＮ２＊と、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２＊とを取得する。

　そしてステップＳ４において、ＭＧ－ＥＣＵ３４は、所定の電圧指令マップを回転速度ＭＲＮ２＊とトルク指令値ＴＲ２＊で検索して、昇圧電圧候補ＶＨ２を決定する。

　そしてステップＳ５において、ＭＧ－ＥＣＵ３４は、昇圧電圧候補ＶＨ１，ＶＨ２のうちの高い方を選択してシステム電圧ＶＨの指令値の最終候補を決定する。

　さらにステップＳ６においてＭＧ－ＥＣＵ３４は、システム電圧ＶＨの指令値の最終候補値がＰＭ－ＥＣＵ３２に指定された昇圧電圧上限値ＶＨＧを超えているときには上限値ＶＨＧでガードを行なう。

　そしてステップＳ７において、ＭＧ－ＥＣＵ３４は、変調率に基づいてモータジェネレータＭＧ１の制御モードを決定する。またステップＳ８において、ＭＧ－ＥＣＵ３４は、同様に変調率に基づいてモータジェネレータＭＧ２の制御モードを決定する。この変調率は、図３の平面において動作点が移動することに対応して変化する。

　ステップＳ１～Ｓ６において昇圧電圧の目標値が決定され、ステップＳ７、ステップＳ８で制御モードが決定されると、ステップＳ９においてＭＧ－ＥＣＵ３４は、目標とするシステム電圧ＶＨを発生するように、ＭＧ－ＥＣＵ３４は電圧コンバータ１２を制御して昇圧を実行する。

　その後ステップＳ１０において制御はメインルーチンに移される。
　図６は、図２のＰＭ－ＥＣＵ３２が実行する電圧コンバータの制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに所定のメインルーチンから呼び出されて実行される。

　図２、図６を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ２１において、ＰＭ－ＥＣＵ３２は、大気圧ＰＡに基づいて、電圧コンバータ１２のシステム電圧ＶＨの上限値ＶＨＰを決定する。

　図７は、大気圧ＰＡとシステム電圧ＶＨとの関係を示すマップの一例を示した図である。たとえば図７のようなマップを参照してＰＭ－ＥＣＵ３２は大気圧センサ３８で計測された大気圧ＰＡに対応する上限値ＶＨＰを決定する。大気圧が低いと放電しやすくなるため、システム電圧ＶＨも低く設定する。また大気圧が所定値以上に高くなると、上限値は他の要因で決定されるため上限値ＶＨＰは一定値となる。

　再び図６を参照して、ステップＳ２１の後のステップＳ２２において、ＰＭ－ＥＣＵ３２は、冷却水温度ＴＷに基づいて、電圧コンバータ１２の出力するシステム電圧ＶＨの上限値ＶＨＴを決定する。

　図８は、冷却水温度ＴＷとシステム電圧ＶＨとの関係を示すマップの一例を示した図である。たとえば図８のようなマップを参照して、ＰＭ－ＥＣＵ３２は水温センサ３９で計測された冷却水温度ＴＷに対応する上限値ＶＨＴを決定する。冷却水温度が低い場合にはモータの温度も低い。モータの温度が低ければシステム電圧ＶＨも低く設定する。また冷却水温度が所定値以上に高くなると、上限値は他の要因で決定されるため上限値ＶＨＴは一定値となる。

　再び図６を参照して、ステップＳ２２の後のステップＳ２３において、ＰＭ－ＥＣＵ３２は、車両走行負荷ＬＤに基づいて、電圧コンバータ１２の出力するシステム電圧ＶＨの上限値ＶＨＬを決定する。

　図９は、車両走行負荷ＬＤとシステム電圧ＶＨとの関係を示すマップの一例を示した図である。たとえば図９のようなマップを参照してＰＭ－ＥＣＵ３２は車両走行負荷ＬＤに対応する上限値ＶＨＬを決定する。車両走行負荷ＬＤは、たとえば、低燃費走行が重視されるエコノミー走行モードでは低く設定され、車両の加速性能が重視されるパワー走行モードでは高く設定される。このような走行モードは、運転者がエコモードスイッチのようなスイッチで選択してもよいし、また市街地走行のような場合には軽負荷に設定し、山道走行のような場合には高負荷を許容するように車両の制御装置自体が選択してもよい。

　軽負荷走行では、電圧コンバータ１２のスイッチング損失を減らすため電圧コンバータ１２は上アーム（図１のＩＧＢＴ素子Ｑ１）をオン状態に固定し、下アーム（図１のＩＧＢＴ素子Ｑ２）をオフ状態に固定するような非昇圧走行動作を行なう。

　再び図６を参照して、ステップＳ２３の後のステップＳ２４において、ＰＭ－ＥＣＵ３２は、システム電圧ＶＨの上限値を、ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３で算出した上限値ＶＨＰ，ＶＨＴ，ＶＨＬのうちの最小値に決定する。そして、ステップＳ２５では、ＰＭ－ＥＣＵ３２は、ステップＳ２４で決定したシステム電圧ＶＨの上限値が標準的な上限値より低いか、すなわちモータ部品保護のためにシステム電圧ＶＨの上限値が通常よりも低く設定されているか否かを判断する。

　ステップＳ２５においてシステム電圧ＶＨの上限値が標準的な上限値より低いと判断された場合には、ステップＳ２６に処理が進み、そのように判断されなかった場合にはステップＳ２８に処理が進む。

　ステップＳ２６では、その時のアクセルペダルの操作等に基づいて決定されるモータトルク要求値が所定値よりも大きいか否かが判断される。そしてステップＳ２６においてモータトルク要求値が所定値よりも大きいと判断された場合にはステップＳ２７に処理が進み、そのように判断されなかった場合にはステップＳ２８に処理が進む。

　ステップＳ２７では、ＰＭ－ＥＣＵ３２は、モータトルクを制限する。たとえばモータジェネレータＭＧ２のトルクを制限する代わりに、エンジンにその分のトルクを余分に出力させる。一方、ステップＳ２８では、モータトルクを通常通りに要求することにし、特に制限しない。

　図１０は、図６のステップＳ２７におけるモータトルクの制限について説明するための図である。図６のステップＳ２７では、図１０に示すような予め設定されたマップや数式等によって、そのときのシステム電圧ＶＨに対応してトルクＴＱが決定される。そしてステップＳ２６のモータトルク要求値が図１０の関係に基づいて決定されたトルクＴＱを超えていればトルクＴＱにモータトルク要求値が制限される。

　ステップＳ２７またはステップＳ２８の処理が終了すると、ステップＳ２９に処理が進み制御はメインルーチンに戻される。

　図１１は、制御モードの切替時のトルクの大きさとトルクショックの関係を説明するための波形図である。

　図１２は、制御モードの切替が発生する際のトルクの大きさについて説明するための図である。

　図１１を参照して、時刻ｔ１において過変調ＰＷＭモードから正弦波ＰＷＭモードへの制御モードの切替が発生したとする（または正弦波ＰＷＭモードから過変調ＰＷＭモードへの制御モードの切替が発生したとする）。

　切替発生時のトルクがトルクＴＱ１であれば切替に伴い発生するトルク変動はΔＴＱ１となる。しかし、トルクがトルクＴＱ２に下がると、トルク変動はΔＴＱ２となり、トルクＴＱ１の場合のトルク変動ΔＴＱ１よりも小さくなる。

　図１２の領域Ａ４，Ａ５の領域では制御モード切替時のトルク変動が大きく乗員に違和感を与える。しかし、トルクを小さくして領域Ａ４，Ａ５よりトルクがゼロに近づいた場合には乗員が違和感を覚えなくなる。この境界値がステップＳ２６の判定しきい値である所定値に相当する。

　したがって、力行時、図６のステップＳ２６においてモータトルク要求値の大きさが所定値よりも大きいと判断された場合には、たとえばモータトルク要求値が図１２のＴＱ１であった場合にはステップＳ２７において図１２のＴＱ２にモータトルクが制限され、トルクショックが軽減される。

　また、回生時、図６のステップＳ２６においてモータトルク要求値の大きさが所定値よりも大きいと判断された場合には、たとえばモータトルク要求値が図１２の－ＴＱ１であった場合にはステップＳ２７において図１２の－ＴＱ２にモータトルクが制限され、トルクショックが軽減される。

　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請求の範囲によって示され、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。

　２　車輪、３　動力分割機構、４　エンジン、１０，１３，２１　電圧センサ、１１，２４　電流センサ、１２　電圧コンバータ、１４，２２　インバータ、２６，２７　レゾルバ、３０　制御装置、３８　大気圧センサ、３９　水温センサ、４０　バッテリユニット、５０　ＤＣ／ＤＣコンバータ、５２　補機類、１００　車両、Ｂ１　高圧バッテリ、Ｂ２　補機バッテリ、Ｃ１，Ｃ２　平滑コンデンサ、Ｄ１～Ｄ８　ダイオード、Ｆ　フューズ、Ｌ１　リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２　モータジェネレータ、ＭＲＮ１，ＭＲＮ２，Ｎ１，Ｎ２　回転速度、ＰＬ１，ＰＬ２　正極母線、Ｑ１～Ｑ８　素子、ＳＬ　負極母線、ＳＭＲＢ，ＳＭＲＧ　システムメインリレー、ＳＰ　サービスプラグ。

Claims

　蓄電装置（Ｂ１）と、
　前記蓄電装置（Ｂ１）の電圧を前記蓄電装置（Ｂ１）の電圧以上所定の上限電圧までの範囲の電圧に変換することが可能な電圧コンバータ（１２）と、
　前記電圧コンバータ（１２）から電源電圧が供給されるインバータ（２２）と、
　前記インバータ（２２）によって駆動される走行用モータ（ＭＧ２）と、
　前記電圧コンバータ（１２）および前記インバータ（２２）を制御する制御装置（３０）とを備え、
　前記制御装置（３０）は、車両の使用される環境または使用負荷に基づいて前記電圧コンバータ（１２）の上限電圧を前記所定の上限電圧よりもさらに制限するか否かを決定し、
　前記制御装置（３０）は、前記電圧コンバータ（１２）の上限電圧を前記所定の上限電圧よりもさらに制限する場合には、運転者のアクセルペダル操作に基づく要求トルクに制限をかけて前記インバータ（２２）を駆動する、車両の駆動装置。
　前記制御装置（３０）は、正弦波ＰＷＭ制御モードと過変調ＰＷＭ制御モードとを含む複数の制御モードのうちから１つの制御モードを選択して前記インバータを制御し、
　前記制御装置（３０）は、前記制御モードの選択の切替時のトルクショックが低減されるように前記要求トルクの制限を実行する、請求項１に記載の車両の駆動装置。
　前記制御装置（３０）は、大気圧またはモータ温度に関連する温度に基づいて前記電圧コンバータの上限電圧を前記所定の上限電圧よりもさらに制限するか否かを決定する、請求項１に記載の車両の駆動装置。
　前記制御装置（３０）は、大気圧に基づいて決定される第１の上限電圧、モータを冷却する冷却水温度に基づいて決定される第２の上限電圧、車両負荷に基づいて決定される第３の上限電圧のうちの最小となる電圧を前記電圧コンバータの上限電圧として選択する、請求項１に記載の車両の駆動装置。
　車両の駆動方法であって、
　前記車両は、
　蓄電装置と、
　前記蓄電装置の電圧を前記蓄電装置の電圧以上所定の上限電圧までの範囲の電圧に変換することが可能な電圧コンバータ（１２）と、
　前記電圧コンバータ（１２）から電源電圧が供給されるインバータ（２２）と、
　前記インバータ（２２）によって駆動される走行用モータと、
　前記電圧コンバータ（１２）および前記インバータを制御する制御装置（３０）とを含み、
　前記駆動方法は、
　車両の使用される環境または使用負荷に基づいて前記電圧コンバータ（１２）の上限電圧を前記所定の上限電圧よりもさらに制限するか否かを決定するステップと、
　前記電圧コンバータ（１２）の上限電圧を前記所定の上限電圧よりもさらに制限する場合には、運転者のアクセルペダル操作に基づく要求トルクに制限をかけて前記インバータ（２２）を駆動するステップとを備える、車両の駆動方法。