JP2014011844A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音を低減する状態と大きなトルクを得る状態とを、走行状況で使い分ける。
【解決手段】ハイブリッド自動車１００は、電動モータ９、回転角センサ９ｂ、バッテリ１２、インバータ１３およびＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９を備える。ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９が備えるＣＰＵは、回転角センサ９ｂが検出した電動モータ９の回転数が所定回転数以上の際は運転者の要求に従う要求トルクを出力し、電動モータ９の回転数が所定回転数未満の際は要求トルクよりも小さい制限トルクを出力するようにインバータの出力を制御することとし、さらに制限トルクの出力が所定時間以上継続した際には電動モータ９の回転数に関わらず、スイッチング周波数を一定周波数より低い周波数にすると共に要求トルクを出力するように切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータによって得た交流電流によって電動モータを動作させて駆動力を得る電動車両に関する。

電動車両に駆動源として搭載される電動モータは、バッテリが出力する直流電流をインバータにて直流−交流変換して得た交流電流の供給を受けて動作する。

インバータは、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）などのスイッチング素子のスイッチング動作によって直流−交流変換を行うが、ＩＧＢＴの温度はスイッチング損失により上昇する。この温度上昇は、スイッチング周波数が大きいほど、モータ回転数が低いほど、あるいは負荷が高いほどに大きくなる。

パワー素子の温度の上昇に伴ってパワー素子のスイッチング周波数を小さくする技術が、例えば特許文献１などにより知られている。

しかし、スイッチング周波数を小さくすると、スイッチング周波数が可聴領域に入ることで、スイッチング動作に伴って騒音が生じる。

一方で特許文献２には、車両の走行抵抗が高抵抗状態にあると判定され、かつインバータの温度が所定値よりも高い条件および電動モータの温度が所定値よりも高い条件の少なくとも一方が成立する場合にトルクを制限する技術が開示されている。この技術を用いれば、低速高負荷領域でのインバータの出力電流の最大値が制限されることになり、上記のような騒音を小さくすることができる場合がある。

特開平５−１１５１０６号公報 特開２００７−２０２２２２号公報

しかしながら、特許文献２の技術をスイッチング動作に伴う騒音の低減のために利用した場合、車両の走行抵抗が高抵抗状態であるときには大きなトルクが必要とされるのに反してトルクを制限するのであるから、走行感覚に関して乗員に違和感を与えてしまう恐れがある。

本発明は、インバータのスイッチング動作に伴う騒音を低減する状態と大きなトルクを得る状態とを、走行状況に応じて使い分けることを可能とすることを目的とする。

請求項１に記載の電動車両は、車輪を駆動する電動モータと、バッテリから供給される直流電力をスイッチング素子のスイッチング周波数を一定周波数に設定して前記電動モータを駆動する交流電流に変換するインバータと、前記電動モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、前記電動モータの回転数が所定回転数以上の際は運転者の要求に従う要求トルクを出力し、前記電動モータの回転数が前記所定回転数未満の際は前記要求トルクより小さい制限トルクを出力するように前記インバータの出力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記制限トルクの出力が所定時間以上継続した際には前記電動モータの回転数に関わらず、前記スイッチング周波数を前記一定周波数より低い周波数にすると共に前記要求トルクを出力するように切り替える。

請求項２に記載の電動車両では、請求項１に記載の電動車両に加えて、前記車両のアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を有し、前記制限トルクの出力継続時間に関わらずアクセル開度が所定開度以上となった際には、前記スイッチング周波数を前記一定周波数より低い周波数にすると共に前記要求トルクを出力するように切り替える。

請求項３に記載の電動車両は、請求項２に記載の電動車両に加えて、前記車両の車輪が接している路面の傾斜角を検出する傾斜角検出手段を有し、前記制限トルクの出力継続時間に関わらず前記傾斜角が所定角度以上の際には、前記スイッチング周波数を前記一定周波数より低い周波数にすると共に前記要求トルクを出力するように切り替える。

本発明によれば、インバータのスイッチング動作に伴う騒音を低減する状態と大きなトルクを得る状態とを、走行状況に応じて使い分けることを可能となる。

ハイブリッド自動車の構成を示す図。 図１中のＰＨＥＶ−ＥＣＵのブロック図。 最大値テーブルに記述される設定値とモータ回転数との関係の一例を示す図。 周波数テーブルの記述内容を模式的に示す図。 インバータ制御処理のフローチャート。 図１中の電動モータの回転数および出力トルクとインバータのスイッチング周波数との変化の一例を示す図。 図１中の電動モータの回転数および出力トルクとインバータのスイッチング周波数との変化の一例を示す図。

本発明の一実施形態に係る電動車両を、図１〜７を用いて説明する。

本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお本実施形態は、電動車両の一例としてのハイブリッド自動車１００に関するものとする。

図１はハイブリッド自動車１００の構成を示す図である。なお、ハイブリッド自動車１００は既存の別のハイブリッド自動車が備えるのと同様な多数の要素を備えるが、図１においてはそれらの要素のうちの一部の要素のみを示している。

ハイブリッド自動車１００は、本体１、前輪２ａ，２ｂ、後輪３ａ，３ｂ、車軸４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ、伝達機構６，７、内燃機関８、電動モータ９，１０、発電機１１、バッテリ１２、インバータ１３，１４，１５、コンタクタ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、外部給電プラグ１８、充電装置１９、ドライバユニット２０、アクチュエータ２１、パワースイッチ２２、車速センサ２３、アクセル開度センサ２４、ピッチ角センサ２５、ＯＳＳ−ＥＣＵ（one-touch start system-electric control unit）２６、ＥＴＡＣＳ−ＥＣＵ（electric time and alarm control system-electric control unit）２７、エンジン−ＥＣＵ（electric control unit）２８およびＰＨＥＶ−ＥＣＵ（plug-in hybrid electric vehicle-electric control unit）２９を含む。

本体１は、車台および車体などを含み、他の各要素を支持するとともに、乗員が搭乗するための空間を形成する。

前輪２ａ，２ｂは、車軸４ａ，４ｂの端部にそれぞれ固定されている。

後輪３ａ，３ｂは、車軸５ａ，５ｂの端部にそれぞれ固定されている。

前輪２ａ，２ｂおよび後輪３ａ，３ｂは、それぞれ接地して本体１を支持するとともに、回転して本体１を移動させる。

車軸４ａ，４ｂは、本体１と前輪２ａ，２ｂとの相対的な位置関係を所定の状態に維持するとともに、伝達機構６から伝達される回転力を前輪２ａ，２ｂへと伝達する。

車軸５ａ，５ｂは、本体１と後輪３ａ，３ｂとの相対的な位置関係を所定の状態に維持するとともに、伝達機構７から伝達される回転力を後輪３ａ，３ｂへと伝達する。

伝達機構６は、車軸４ａ，４ｂを個別に回転可能に支持する。伝達機構６には、内燃機関８、電動モータ９および発電機１１のそれぞれの回転軸８ａ，９ａ，１１ａが個別に接続されている。伝達機構６は、ディファレンシャルギアを含む各種のギア、シャフトおよびクラッチなどを周知のように組み合わせて構成され、回転軸８ａと車軸４ａ、４ｂとを接続する状態、回転軸８ａと回転軸１１ａとを接続する状態、回転軸８ａの回転力を車軸４ａ，４ｂおよび回転軸１１ａに分配して伝達する状態、回転軸９ａと車軸４ａ，４ｂとを接続する状態、回転軸１１ａと車軸４ａ，４ｂとを接続する状態、車軸４ａ，４ｂを自由に回転させる状態、あるいは車軸４ａ，４ｂをロックする状態を選択的に形成する。なお、車軸４ａ，４ｂのロックは例えば、伝達機構６が備えるパーキングロック機構により、伝達機構６が備えるシャフトの回転を機械的にロックすることにより行う。

伝達機構７は、車軸５ａ，５ｂを個別に回転可能に支持する。伝達機構７には、電動モータ１０の回転軸１０ａが接続されている。伝達機構７は、ディファレンシャルギアを含む各種のギア、シャフトおよびクラッチなどを周知のように組み合わせて構成され、回転軸１０ａと車軸５ａ，５ｂとを接続する状態および車軸５ａ，５ｂを自由に回転させる状態を選択的に形成する。

内燃機関８は、燃料を利用して回転力を発生し、回転軸８ａを回転する。内燃機関８は、典型的には燃料としてガソリンを使用するものであるが、軽油などの別の燃料油やＬＰＧ（liquefied petroleum gas）などのガスのようなガソリン以外の燃料を利用するものでも良い。伝達機構６が回転軸８ａと車軸４ａ，４ｂとを接続するとき、内燃機関８は前輪２ａ，２ｂを回転させる。

電動モータ９，１０は、電気エネルギを利用して回転力を発生し、回転軸９ａ，１０ａを回転する。伝達機構６が回転軸９ａと車軸４ａ，４ｂとを接続するとき、電動モータ９は前輪２ａ，２ｂを回転させる。伝達機構７が回転軸１０ａと車軸５ａ，５ｂとを接続するとき、電動モータ１０は後輪３ａ，３ｂを回転させる。電動モータ９，１０には回転角センサ９ｂ，１０ｂが取り付けられている。回転角センサ９ｂ，１０ｂは、電動モータ９，１０の回転数を検出する。つまり回転角センサ９ｂ，１０ｂは、モータ回転数検出手段の一例である。

発電機１１は、回転軸１１ａの回転を利用して電磁誘導により発電する。伝達機構６が回転軸８ａと回転軸１１ａとを接続するとき、発電機１１は内燃機関８が発生した回転力を利用して発電する。伝達機構６が車軸４ａ，４ｂと発電機１１とを接続するとき、発電機１１は車軸４ａ，４ｂの回転力を利用して発電する。

バッテリ（電池）１２は、直流電流を発生する。

インバータ１３，１４は、バッテリ１２が出力する直流電流を交流電流に変換する。インバータ１３，１４は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を有した周知の構成のものであって良い。インバータ１３は、交流電流を電動モータ９に印加することにより、電動モータ９に電気エネルギを供給する。インバータ１４は、交流電流を電動モータ１０に供給することにより、電動モータ１０を動作させる。インバータ１３，１４は、ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９の制御の下に、スイッチング素子のスイッチング周波数や、出力する電流の電流値（出力電流値）および周波数（出力周波数）を変更する。インバータ１３，１４は、本体１のフロント側およびリア側にそれぞれ配置される。一例としては、インバータ１３は本体１のフロント側に形成されたエンジンルーム内に配置され、インバータ１４は本体１のリア側のフロア下に配置される。

インバータ１５は、発電機１１が発生する交流電流を直流電流に変換する。インバータ１５が得た直流電流は、バッテリ１２へと供給される。

コンタクタ１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、バッテリ１２の正極とインバータ１３，１４，１５との間に介挿されている。コンタクタ１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９の制御の下にバッテリ１２の正極とインバータ１３，１４，１５との電気的接続をオン／オフする。

コンタクタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、バッテリ１２の負極とインバータ１４，１５，１６との間に介挿されている。コンタクタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９の制御の下にバッテリ１２の負極とインバータ１４，１５，１６との電気的接続をオン／オフする。

外部給電プラグ１８は、外部電源からの電力供給を受けるためのケーブルが必要に応じて接続できる。外部給電プラグ１８は、ケーブルが接続されているときには、当該ケーブルと充電装置１９とを電気的に接続する。

充電装置１９は、外部給電プラグ１８に接続されたケーブルを介して外部電源から供給される電力によりバッテリ１２を充電する。

ドライバユニット２０は、ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９の制御の下にアクチュエータ２１を駆動する。

アクチュエータ２１は、伝達機構６のパーキングロック機構の状態を機械的に変化させる。

パワースイッチ２２は、ハイブリッド自動車１００の起動および停止を指示するためにユーザにより操作されるスイッチである。

車速センサ２３は、ハイブリッド自動車１００の走行速度を、例えば車軸５ｂの回転速度に基づいて検出する。

アクセル開度センサ２４は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量としてアクセル開度を検出する。

ピッチ角センサ２５は、本体１のピッチ角を検出する。

ＯＳＳ−ＥＣＵ２６は、ユーザがパワースイッチ２２を操作した際に、認証通信を行った後に、各部の電源制御などを実施する。

ＥＴＡＣＳ−ＥＣＵ２７は、ハイブリッド自動車１００に搭載されていて図１では図示を省略している各種の電装品を制御する。ＥＴＡＣＳ−ＥＣＵ２７の制御対象となる電装品は、例えばヘッドライト、ドアミラー、ワイパー、ドアロック機構、室内照明器具およびセキュリティアラームなどである。ＥＴＡＣＳ−ＥＣＵ２７は、ＯＳＳ−ＥＣＵ２６、エンジン−ＥＣＵ２８およびＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９と適宜に通信して必要な情報を取得しながら、予め定められた動作を実現するべく各種の電装品を制御する。一例としてＥＴＡＣＳ−ＥＣＵ２７は、車速が規定値以上になった際にドアミラーが格納状態であるならば、ドアミラーを自動的に展開する。

エンジン−ＥＣＵ２８は、内燃機関８の動作を制御する。エンジン−ＥＣＵ２８は、ＥＴＡＣＳ−ＥＣＵ２７およびＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９と適宜に通信して各種の制御に必要な情報を取得する。

ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９は、制御装置の一例であり、ハイブリッド自動車１００の走行に係わる各種の制御処理を行う。例えばＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９は、ハイブリッド自動車１００の走行状況に応じて、伝達機構６，７の状態を制御する。またＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９は、インバータ１３，１４およびコンタクタ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃの状態を制御する。一例としてＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９は、ＥＶ（electric vehicle）モードの力行状態においては、伝達機構６を電動モータ９の回転軸９ａと車軸４ａ，４ｂとを接続する状態に、また伝達機構７を電動モータ１０の回転軸１０ａと車軸５ａ，５ｂとを接続する状態にするとともに、コンタクタ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃをいずれもオンとしておく。そして当該状態においてＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９は、アクセル開度センサ２４が検出したアクセル開度に応じて、要求される走行出力を算出し、この走行出力を得るべく電動モータ９，１０を動作させるようにインバータ１３，１４の出力を制御する。ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９はこのほか、既存の別のハイブリッド自動車で実現されているような各種の動作状態を必要に応じて形成するように伝達機構６，７、インバータ１３，１４およびコンタクタ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃの状態を制御する。ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９は、ＥＴＡＣＳ−ＥＣＵ２７およびエンジン−ＥＣＵ２８と適宜に通信して各種の制御に必要な情報を取得する。

図２はＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９のブロック図である。なお、図２において図１に示されるのと同一の部分には同一の符号を付している。

ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９は、ＣＰＵ（central processing unit）２９ａ、ＲＯＭ（read-only memory）２９ｂ、ＲＡＭ（random-access memory）２９ｃ、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）２９ｄ、インタフェースユニット（Ｉ／Ｆユニット）２９ｅおよび通信ユニット２９ｆを含む。そしてこれらの各要素は、バス２９ｇにそれぞれ接続されている。

ＣＰＵ２９ａは、ＲＯＭ２９ｂおよびＲＡＭ２９ｃに記憶されたオペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムに基づいて、ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９の制御対象となる各要素の動作を制御するための情報処理を行う。

ＲＯＭ２９ｂは、上記のオペレーティングシステムを記憶する。ＲＯＭ２９ｂは、上記のアプリケーションプログラムを記憶する場合もある。またＲＯＭ２９ｂは、ＣＰＵ２９ａが各種の処理を行う上で参照するデータを記憶する場合もある。

ＲＡＭ２９ｃは、ＣＰＵ２９ａが各種の処理を行う上で一時的に使用するデータを記憶しておく、いわゆるワークエリアとして利用される。

ＥＥＰＲＯＭ２９ｄは、ＣＰＵ２９ａが各種の処理を行う上で使用するデータや、ＣＰＵ２９ａでの処理によって生成されたデータを保存する。ＥＥＰＲＯＭ２９ｄに記憶されるデータには、各種のデータテーブルを含む。データテーブルの１つは、電動モータ９の出力トルクについての電動モータ９の回転数毎の最大値を記述した最大値テーブルである。データテーブルの別の１つは、インバータ１３のスイッチングについての電動モータ９の回転数毎の周波数を記述した周波数テーブルである。

図３は最大値テーブルに記述される最大値とモータ回転数との関係の一例を示す図である。

図３に示す実線が電動モータ９の出力トルクの最大値と回転数との関係を示す。出力トルクの最大値と回転数との関係は、ハイブリッド自動車１００の設計者などにより任意に定められて良い。

図４は周波数テーブルの記述内容を模式的に示す図である。

図４において、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…はモータ回転数に関しての閾値であり、０＜Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３…という関係に定められる。Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３…は周波数の値であり、Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３…という関係に定められる。つまり周波数テーブルは、モータ回転数の可変範囲をいくつかに分割した回転数領域のそれぞれに関連付けて定めた周波数の値を記述している。閾値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…および周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３…は、電動モータ９およびインバータ１３の動作特性等を考慮して周知のように定められる。なお、周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、いずれも高周波数領域に属する。高周波数領域とは、スイッチング動作による振動が騒音にはならない領域として定める。高周波数領域を実際にどのような領域として定めるかは、インバータ１３の特性などにより異なるので、ハイブリッド自動車１００の設計者などにより適宜に定められて良い。

ＲＯＭ２９ｂ、ＲＡＭ２９ｃまたはＥＥＰＲＯＭ２９ｄに記憶されるアプリケーションプログラムには、後述するインバータ制御処理に関して記述した制御プログラムを含む。この制御プログラムがＲＡＭ２９ｃまたはＥＥＰＲＯＭ２９ｄに記憶される場合、ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９、ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９を含んだユニット、あるいはハイブリッド自動車１００の譲渡は、一般的に上記の制御プログラムがＲＡＭ２９ｃまたはＥＥＰＲＯＭ２９ｄに記憶された状態にて行われる。しかし、ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９、ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９を含んだユニット、あるいはハイブリッド自動車１００が上記の制御プログラムがＲＡＭ２９ｃまたはＥＥＰＲＯＭ２９ｄに記憶されない状態で譲渡されるとともに、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリなどのようなリムーバブルな記録媒体に記録して、あるいはネットワークを介して上記の制御プログラムが譲渡され、この制御プログラムが上記の別途に譲渡されたＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９、ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９を含んだユニット、あるいはハイブリッド自動車１００のＲＡＭ２９ｃまたはＥＥＰＲＯＭ２９ｄに書き込まれても良い。

インタフェースユニット２９ｅは、ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９の制御対象となる各要素を物理的に接続する。すなわち、バッテリ１２、インバータ１３，１４、コンタクタ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、ドライバユニット２０、車速センサ２３、アクセル開度センサ２４およびピッチ角センサ２５は、インタフェースユニット２９ｅに接続される。インタフェースユニット２９ｅは、接続された各要素とＣＰＵ２９ａとの間でのデータの授受をインタフェースする。

通信ユニット２９ｆは、ＯＳＳ−ＥＣＵ２６、ＥＴＡＣＳ−ＥＣＵ２７およびエンジン−ＥＣＵ２８と通信する。

次に以上のように構成されたハイブリッド自動車１００の動作について説明する。なお、ハイブリッド自動車１００は既存の別のハイブリッド自動車が備えるのと同様な様々な機能を備えるが、それらの機能に関する動作は既存の別のハイブリッド自動車と同様であるので、その詳細な説明は省略する。そして以下においては、インバータ１３の制御に関して詳細に説明する。

図５はインバータ制御処理のフローチャートである。

ＣＰＵ２９ａは、図５に示すインバータ制御処理を一定の時間間隔で繰り返し実行する。インバータ制御処理を実行する時間間隔は、ハイブリッド自動車１００の設計者などにより任意に定められて良い。なおＣＰＵ２９ａは、インバータ１３を制御対象としてこのインバータ制御処理を行う。

ステップＳａ１においてＣＰＵ２９ａは、車速センサ２３が検出した車速が０であるか否かを確認するとともに、電動モータ９の出力トルクが０であるか否かを確認する。そして車速および出力トルクがいずれも０である場合、すなわち、ハイブリッド自動車１００が停止している状態にある場合には、ＣＰＵ２９ａはステップＳａ１でＹＥＳと判定し、ステップＳａ２へと進む。

ステップＳａ２においてＣＰＵ２９ａは、ＲＡＭ２８ｃに設定したフラグをオフとする。かくしてフラグは、ハイブリッド自動車１００が停止しているときにオフ状態である。そしてＣＰＵ２９ａは、その他の処理を行うことなしに、つまりインバータ１３の実質的な制御を行うことなしに、インバータ制御処理を終了する。

一方、車速および出力トルクのいずれか一方でも０ではない場合には、ＣＰＵ２９ａはステップＳａ１でＮＯと判定し、ステップＳａ３へと進む。

ステップＳａ３においてＣＰＵ２９ａは、フラグがオンであるか否かを確認する。そしてフラグがオフであるためにＮＯと判定した場合にＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ４へ進む。

ステップＳａ４においてＣＰＵ２９ａは、計時を開始する。この計時は、ＣＰＵ２９ａが別ルーチンの処理により行っても良いし、図示しない計時回路を設けて、その計時回路の処理によって行っても良い。さて、ここではフラグがオフであるから、インバータ制御処理を前回行ったときにはハイブリッド自動車１００は停止していたことになる。この状態から、今回はＣＰＵ２９ａがステップＳａ１でＮＯと判定したのであるから、ステップＳａ４へとＣＰＵ２９ａが進む状況は、ハイブリッド自動車１００を発進させる状況であることになる。かくしてここで開始する計時では、ハイブリッド自動車１００を発進させた時点からの経過時間を計時することとなる。

ステップＳａ５においてＣＰＵ２９ａは、フラグをオンに変更する。かくしてフラグは、ハイブリッド自動車１００が走行状態にあるときにオンとなる。そしてこののちにＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ６へ進む。

なお、フラグが既にオンであるためにステップＳａ３でＹＥＳと判定した場合にＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ４およびステップＳａ５をパスしてステップＳａ６へ進む。

ステップＳａ６においてＣＰＵ２９ａは、回転角センサ９ｂが検出したモータ回転数（以下、検出回転数と称する）が規定回転数Ｎ１未満であるか否かを確認する。規定回転数Ｎ１は、図３に示すように定めた最大トルクを得るための交流電流を、図４に示すように定めたスイッチング周波数でのスイッチング動作によって得る場合におけるスイッチング素子の発熱量を考慮して、ハイブリッド自動車１００の設計者などにより適宜に定められて良い。規定回転数Ｎ１は例えば、車速が３ｋｍ／ｈ未満であるときの電動モータ９の回転数とする。

ハイブリッド自動車１００が例えば３ｋｍ／ｈ以上の車速で走行している状態にあっては、検出回転数が規定回転数Ｎ１以上となるため、ＣＰＵ２９ａはステップＳａ６でＮＯと判定することとなり、この場合にＣＰＵ２９ａはステップＳａ７へ進む。

ステップＳａ７においてＣＰＵ２９ａは、検出回転数に最大値テーブルで関連付けられた最大値よりも所要トルクが小さいか否かを確認する。そしてＣＰＵ２９ａは、所要トルクが最大値未満であるためにＹＥＳと判定したならばステップＳａ８に進み、所要トルクが最大値以上であるためにＮＯと判定したならばステップＳａ９へ進む。

ステップＳａ８においてＣＰＵ２９ａは、所要トルクをそのまま出力トルクとして決定する。これに対してステップＳａ９においてＣＰＵ２９ａは、最大値を出力トルクとして決定する。そしてステップＳａ８およびステップＳａ９のいずれを行った場合も、ＣＰＵ２９ａはステップＳａ１０へ進む。

ステップＳａ１０においてＣＰＵ２９ａは、周波数テーブルにて検出回転数に関連付けられた周波数をスイッチング周波数として決定する。

ステップＳａ１１においてＣＰＵ２９ａは、検出回転数、車速センサ２３が検出した車速、あるいはアクセル開度センサ２４が検出したアクセル開度などに基づいて、電動モータ９についての所要回転数を判定し、さらに電動モータ９の回転数を上記の所要回転数とするために電動モータ９に供給するべき交流電流の周波数として出力周波数を判定する。またＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ８またはステップＳａ９で決定した出力トルクを電動モータ９で得るために電動モータ９へと供給すべき電流値として出力電流値を判定する。これらの判定には、例えば既存のハイブリッド自動車で行われている処理をそのまま利用できる。

ステップＳａ１２においてＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ１０で決定したスイッチング周波数と、ステップＳａ１１で判定した出力周波数および出力電流値とをインバータ１３に設定する。そうするとインバータ１３は、この設定されたスイッチング周波数でのスイッチング動作を伴って、設定された出力周波数、かつ出力電流値の交流電流を出力するようになる。そして、この交流電流が電動モータ９に供給されることによって電動モータ９が動作する。ＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ１４を終えたならば、今回のインバータ制御処理を終了する。

このようにハイブリッド自動車１００が３ｋｍ／ｈ以上の車速で走行している状態にあっては、電動モータ９が検出回転数に応じて定められた最大値までのトルクを出力することを許容する。そしてインバータ１３におけるスイッチング周波数としては、高周波数領域に属する周波数を選択する。

ハイブリッド自動車１００が加速する場合、モータ回転数が増加する。しかし、検出回転数がＮ１となるまでは、ステップＳａ６でＣＰＵ２９ａはＹＥＳと判定することになる。かくしてこのような状況でインバータ制御処理を開始した場合にＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ６からステップＳａ１３へと進む。

ステップＳａ１３においてＣＰＵ２９ａは、経過時間が規定時間以上であるか否かを確認する。そして、経過時間が規定時間未満であるためにＮＯと判定したならばＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ１３からステップＳａ１４へ進む。

ステップＳａ１４においてＣＰＵ２９ａは、電動モータ９の所要トルクが予め定めた制限値未満であるか否かを確認する。なお制限値は、最大値テーブルにて規定回転数Ｎ１よりも小さなモータ回転数に関連付けられた最大値よりも小さな値として定める。具体的には、規定回転数Ｎ１よりも小さなモータ回転数に関連付けられた最大値が図３に示すようなＴ２であるとするならば、制限値は例えば図３に示すＴ１として定める。制限値は、ハイブリッド自動車１００の設計者などにより適宜に定められて良い。そしてＣＰＵ２９ａは、所要トルクが制限値未満であるためにＹＥＳと判定したならばステップＳａ８へ進み、所要トルクが制限値以上であるためにＮＯと判定したならばステップＳａ１５へ進む。

ステップＳａ８においてＣＰＵ２９ａは、前述したように所要トルクをそのまま出力トルクとして決定する。これに対してステップＳａ１５においてＣＰＵ２９ａは、制限値を出力トルクとして決定する。そしてステップＳａ８およびステップＳａ１５のいずれを行った場合も、ＣＰＵ２９ａはステップＳａ１０へ進む。

そしてこの後にＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ１０乃至ステップＳａ１２を、前述と同様にして実行する。ただし、ステップＳａ１１においてＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ８またはステップＳａ１５で決定した出力トルクを電動モータ９で得るために電動モータ９へと供給すべき電流値として出力電流値を判定する。

このようにハイブリッド自動車１００が走行を開始してから規定時間が経過しておらず、かつ車速が３ｋｍ／ｈに到達していない状態にあっては、電動モータ９の出力トルクを、検出回転数に応じて定められた最大値よりも低い制限値までに制限する。ただしインバータ１３におけるスイッチング周波数としては、高周波数領域に属する周波数を選択する。つまりこの状態においては、出力周波数が低下していることにより増大するスイッチング素子の発熱を、出力電流値を制限することによって抑制する。

さて、ハイブリッド自動車１００が上り坂に位置しているなどの事情によりハイブリッド自動車１００の走行抵抗が大きい状況などでは、制限状態ではトルクが不足してハイブリッド自動車１００が十分に加速せず、乗員に加速のもたつきを感じさせてしまう恐れがある。

ハイブリッド自動車１００が走行を開始してから規定時間が経過しても、車速が３ｋｍ／ｈに到達していない状態にあっては、ＣＰＵ２９ａはステップＳａ６でＹＥＳと判定し、かつステップＳａ１３でもＹＥＳと判定することになる。かくしてこのような状況でインバータ制御処理を開始した場合にＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ１３からステップＳａ１６へと進む。

ステップＳａ１６においてＣＰＵ２９ａは、電動モータ９の所要トルクが検出回転数に最大値テーブルで関連付けられた最大値未満であるか否かを確認する。そしてＣＰＵ２９ａは、所要トルクが最大値未満であるためにＹＥＳと判定したならばステップＳａ１７へ進み、所要トルクが最大値以上であるためにＮＯと判定したならばステップＳａ１８へ進む。

ステップＳａ１７においてＣＰＵ２９ａは、所要トルクをそのまま出力トルクとして決定する。これに対してステップＳａ１８においてＣＰＵ２９ａは、最大値を出力トルクとして決定する。そしてステップＳａ１７およびステップＳａ１８のいずれを行った場合も、ＣＰＵ２９ａはステップＳａ１９へ進む。

ステップＳａ１９においてＣＰＵ２９ａは、予め定めた周波数Ｆ０をスイッチング周波数として決定する。周波数Ｆ０は、低周波数領域に属する。低周波数領域とは、高周波数量域よりも低い周波数の領域であり、スイッチング動作による振動が騒音になる恐れがある領域である。つまり周波数Ｆ０は、周波数Ｆ１よりも低い周波数として定める。なお、周波数Ｆ０を上記の条件のなかで実際にどのような値とするかは、ハイブリッド自動車１００の設計者などにより適宜に定められて良い。

そしてこの後にＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ１１およびステップＳａ１２を、前述と同様にして実行する。ただし、ステップＳａ１１においてＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ１７またはステップＳａ１８で決定した出力トルクを電動モータ９で得るために電動モータ９へと供給すべき電流値として出力電流値を判定する。また、ステップＳａ１２においてＣＰＵ２９ａは、ステップＳａ１９で決定したスイッチング周波数をインバータ１３に設定する。

このようにハイブリッド自動車１００が走行を開始してから規定時間が経過しても、車速が３ｋｍ／ｈに到達しない状況では、電動モータ９が検出回転数に応じて定められた最大値までのトルクを出力することを許容することにより、トルク不足により十分な加速が得られない状況が長時間にわたり継続することを防止する。ただし、出力周波数が低いことにより増大しているスイッチング素子の発熱を、出力電流値を制限することによって抑制することができなくなるので、スイッチング周波数を低周波数領域まで低下することによってスイッチング素子の発熱を抑制する。この結果、インバータ１３のスイッチング動作に伴う騒音が発生するようになるものの、電動モータ９の出力トルクを増大してハイブリッド自動車１００を十分に加速できるようになる。

以上のようにインバータ制御処理を実行することによりＣＰＵ２９ａは制御手段として機能する。

図６はモータ回転数および出力トルクの経時変化と選択するスイッチング周波数が属する周波数領域との関係の一例を比較して示す図である。なお図６においては、モータ回転数および出力トルクの経時変化の傾向を大まかに表しており、モータ回転数と出力トルクとの関係を正確に表してはいない。

図６は、出力トルクを制限値までに制限した状態（以下、制限状態と称する）でハイブリッド自動車１００が十分に加速するケースである。このケースでは、規定時間が経過するよりも前の時点Ｔａにおいてモータ回転数がＮ１以上になったことに応じて、出力トルクが増加されている。そしてこの場合には、スイッチング周波数としては常に高周波数領域に属する周波数を選択する。

図７はモータ回転数および出力トルクの経時変化と選択するスイッチング周波数が属する周波数領域との関係の一例を比較して示す図である。なお図７においては、モータ回転数および出力トルクの経時変化の傾向を大まかに表しており、モータ回転数と出力トルクとの関係を正確に表してはいない。

図７は、制限状態ではハイブリッド自動車１００が十分に加速しないケースである。このケースでは、モータ回転数がＮ１以上になるよりも前に時点Ｔｂにて規定時間が経過したことに応じて、出力トルクが増加されている。そしてこの場合には、時点Ｔｂからモータ回転数がＮ１以上になる時点Ｔｃまでの間は、スイッチング周波数としては低周波数領域に属する周波数Ｆ０を選択する。

かくしてハイブリッド自動車１００は、停止状態からの発進時には、電動モータ９の回転数が低いためにインバータ１３の出力周波数が低いことによるスイッチング素子の発熱の増大を、インバータ１３の出力電流値を制限することによって抑制する。しかし、ハイブリッド自動車１００が発進してから規定時間が経過しても車速が規定速度に到達しないならば、インバータ１３が出力電流値の制限を解除して電動モータ９の出力トルクの増大を可能としつつ、インバータ１３の出力周波数が低いことによるスイッチング素子の発熱の増大を、スイッチング周波数を低下することによって抑制する。かくして、騒音を低減する状態と大きなトルクを得る状態とを、走行状況に応じて使い分けることが可能である。

なお、騒音を低減する状態と大きなトルクを得る状態とを切り換える適正なタイミングは、騒音の抑制と加速とのいずれを重視するかによって変化するものであり、その設定は本願に欠くことのできない事項ではない。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

ＣＰＵ２９ａはインバータ１４の制御も行うが、この制御にも上記のインバータ制御処理を適用しても良いし、あるいは従来より行われているような制御処理を適用しても良い。また、インバータ１４の制御に上記のインバータ制御処理を適用し、インバータ１３の制御には従来より行われているような制御処理を適用しても良い。インバータ１３，１４の双方の制御として上記のインバータ制御処理を適用する場合は、最大値テーブルおよび周波数テーブルを両制御処理に共通に利用しても良いし、別々の最大値テーブルおよび周波数テーブルを容易しておき、これを両制御処理で個別に利用しても良い。別々の最大値テーブルおよび周波数テーブルを用意する場合、これらは同一の記憶デバイスに記憶されても良いし、別々の記憶デバイスに記憶されても良い。なお、最大値テーブルおよび周波数テーブルを両制御処理に共通に利用する場合や、別々の最大値テーブルおよび周波数テーブルを同一の記憶デバイスに記憶する場合には、最大値テーブルおよび周波数テーブルを記憶する記憶デバイスが第１および第２の記憶デバイスの双方に相当する。

ただし、インバータ１３，１４の一方の制御として従来より行われているような制御処理を適用することとし、その制御処理はスイッチング周波数として常に高周波数領域に属する周波数を選択するものであるとするならば、インバータ１３の制御に上記のインバータ制御処理を適用することが好ましい。インバータ１３，１４がエンジンルーム内およびフロア下にそれぞれ配置される場合には、インバータ１３における騒音のほうがインバータ１４における騒音よりも乗員に聞こえにくいためである。

また、インバータ１３，１４の双方の制御として上記のインバータ制御処理を適用する場合は、それらのインバータ制御処理どうしで規定時間を同一としても良いし、異ならせても良い。規定時間を異ならせる場合には、インバータ１３についてのインバータ制御処理における規定時間を、インバータ１４についてのインバータ制御処理における規定時間よりも短くすることが好ましい。このようにすることで、インバータ１３の制限状態よりもインバータ１４の制限状態が遅く解除されることとなり、上記のように乗員に聞こえやすいインバータ１４の騒音の発生を抑えることができる。

最大値テーブルに記述された最大値での出力トルクの制限は行わなくても良い。

ＣＰＵ２９ａは、継続時間が規定時間に至らなくても、アクセル開度センサ２４が検出したアクセル開度が所定開度以上となった際には、出力トルクの制限値までの制限を解除するとともに、スイッチング周波数を周波数Ｆ０にしても良い。

ＣＰＵ２９ａは、継続時間が規定時間に至らなくても、ピッチ角センサが検出したピッチ角が所定角度以上となった際には、出力トルクの制限値までの制限を解除するとともに、スイッチング周波数を周波数Ｆ０にしても良い。

加速の優先度がそれぞれ異なる複数の動作モードとそれぞれ長さが異なる複数の規定時間とを定めておき、ユーザが選択した動作モードに関連付けられた規定時間を適用することとすれば、ユーザが加速を優先する度合いに応じて、騒音を低減する状態と大きなトルクを得る状態とを切り換えるタイミングを変更することが可能であり、ユーザの好みに適応することが可能となる。

モータ回転数が規定回転数Ｎ１以上から規定回転数Ｎ１未満まで低下したものの、車速が０にならないままで加速に転じた時点からも経過時間の計時を開始しても良い。

内燃機関８を備えない電気自動車や、電動二輪車および電動アシスト自転車などの他の種類の電動車両においても同様な実施が可能である。

この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

１…本体、２ａ，２ｂ…前輪、３ａ，３ｂ…後輪、４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ…車軸、６，７…伝達機構、８…内燃機関、９，１０…電動モータ、９ｂ，１０ｂ…回転角センサ、１１…発電機、８ａ，９ａ，１０ａ，１１ａ…回転軸、１２…バッテリ、１３，１４，１５…インバータ、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ…コンタクタ、１８…外部給電プラグ、１９…充電装置、２０…ドライバユニット、２１…アクチュエータ、２２…パワースイッチ、２３…車速センサ、２４…アクセル開度センサ、２５…ピッチ角センサ、２６…ＯＳＳ−ＥＣＵ、２７…ＥＴＡＣＳ−ＥＣＵ、２８…エンジン−ＥＣＵ、２９…ＰＨＥＶ−ＥＣＵ２９、２９ａ…ＣＰＵ、２９ｂ…ＲＯＭ、２９ｃ…ＲＡＭ、２９ｄ…ＥＥＰＲＯＭ、２９ｅ…インタフェースユニット、２９ｆ…通信ユニット、２９ｇ…バス、１００…ハイブリッド自動車。

Claims (3)

1. 車輪を駆動する電動モータと、
   バッテリから供給される直流電力をスイッチング素子のスイッチング周波数を一定周波数に設定して前記電動モータを駆動する交流電流に変換するインバータと、
   前記電動モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
   前記電動モータの回転数が所定回転数以上の際は運転者の要求に従う要求トルクを出力し、前記電動モータの回転数が前記所定回転数未満の際は前記要求トルクより小さい制限トルクを出力するように前記インバータの出力を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記制限トルクの出力が所定時間以上継続した際には前記電動モータの回転数に関わらず、前記スイッチング周波数を前記一定周波数より低い周波数にすると共に前記要求トルクを出力するように切り替えることを特徴とする電動車両。
2. 前記車両のアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を有し、
   前記制限トルクの出力継続時間に関わらずアクセル開度が所定開度以上となった際には、前記スイッチング周波数を前記一定周波数より低い周波数にすると共に前記要求トルクを出力するように切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
3. 前記車両の車輪が接している路面の傾斜角を検出する傾斜角検出手段を有し、
   前記制限トルクの出力継続時間に関わらず前記傾斜角が所定角度以上の際には、前記スイッチング周波数を前記一定周波数より低い周波数にすると共に前記要求トルクを出力するように切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動車両。

Images