JP7768109B2

JP7768109B2 - 駆動装置

Info

Publication number: JP7768109B2
Application number: JP2022199906A
Authority: JP
Inventors: 将平大井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-12-15
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2025-11-12
Anticipated expiration: 2042-12-15
Also published as: JP2024085452A

Description

本開示は、駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、エンジンと、エンジンに接続されたモータと、６個のスイッチングトランジスタのスイッチングによりモータを駆動するインバータと、インバータに電力ラインを介して接続された直流電源と、エンジンおよびインバータを制御する制御装置と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置では、モータの目標トルクおよび回転数が所定領域外にあるときには、キャリア周波数を低周波数に定め、３相変調モードまたは２相変調モードと定めたキャリア周波数とを用いてＰＷＭ制御によりインバータを制御する。また、モータの目標トルクおよび回転数が所定領域内にあるときには、キャリア周波数を上述の低周波数よりも高い高周波数に定め、２相変調モードと定めたキャリア周波数とを用いてＰＷＭ制御によりインバータを制御する。

特開２００９－１１８５４４号公報

上述の駆動装置では、モータによるエンジンのクランキングを伴ってエンジンを始動するエンジン始動時に、モータの目標トルクおよび回転数が所定領域外となり、キャリア周波数を低周波数に定めると共に３相変調モードを選択する場合がある。この場合、エンジン始動時に、電流リプルによる騒音が大きくなる可能性がある。エンジン始動時には、モータからエンジンをクランキングするための比較的大きなトルクを出力する必要があり、騒音などが顕在化しやすい。

本開示の駆動装置は、エンジン始動時に、電流リプルによる騒音の低減とインバータのスイッチング損失の低減との両立を図ることを主目的とする。

本開示の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示の駆動装置は、
エンジンと、前記エンジンに接続されたモータと、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、前記エンジンと前記インバータとを制御する制御装置と、を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、前記モータによる前記エンジンのクランキングを伴って前記エンジンを始動するエンジン始動時でないときには、３相変調モードと第１キャリア周波数とを用いてパルス幅変調制御により前記インバータを制御し、前記エンジン始動時には、２相変調モードと前記第１キャリア周波数よりも高い第２キャリア周波数とを用いて前記パルス幅変調制御により前記インバータを制御する、
ことを要旨とする。

本開示の駆動装置では、モータによるエンジンのクランキングを伴ってエンジンを始動するエンジン始動時でないときには、３相変調モードと第１キャリア周波数とを用いてパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）によりインバータを制御し、エンジン始動時には、２相変調モードと第１キャリア周波数よりも高い第２キャリア周波数とを用いてパルス幅変調制御によりインバータを制御する。これにより、エンジン始動時に、電流リプルによる騒音の低減とインバータのスイッチング損失の低減との両立を図ることができる。

本開示の駆動装置において、前記制御装置は、前記エンジン始動時には、前記インバータの温度が高いほど低くなるようにおよび／または前記冷却水の温度が高いほど低くなるように前記第２キャリア周波数を設定するものとしてもよい。こうすれば、第２キャリア周波数をより適正に設定することができる。

本開示の駆動装置において、前記制御装置は、前記エンジン始動時でないときに前記モータの動作点が所定領域内のときには、前記２相変調モードと前記第１キャリア周波数よりも高く且つ前記第２キャリア周波数よりも低い第３キャリア周波数とを用いて前記パルス幅変調制御により前記インバータを制御するものとしてもよい。こうすれば、モータの動作点が所定領域内のときに、電流リプルによる騒音の低減とインバータのスイッチング損失の低減との両立を図ることができる。

本実施形態の駆動装置を搭載するハイブリッド車２０の概略構成図である。３相変調モードを用いた場合の各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊とトランジスタＴ１１（Ｕ相の上アーム）のＰＷＭ信号を生成する様子との一例を示す説明図である。２相変調モードを用いた場合の各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊とトランジスタＴ１１のＰＷＭ信号を生成する様子との一例を示す説明図である。モータＥＣＵ３８により実行される設定処理の一例を示すフローチャートである。周波数設定用マップの一例を示す説明図である。変形例の設定処理の一例を示すフローチャートである。

本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の駆動装置を搭載するハイブリッド車２０の概略構成図である。図示するように、ハイブリッド車２０は、エンジン２２と、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、モータ３０と、インバータ３２と、冷却装置３３と、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）３８と、クラッチＫ０と、クラッチＷＳＣと、変速機４０と、蓄電装置としてのバッテリ５０と、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、システムメインリレー５６と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０とを備える。本実施形態では、駆動装置としては、主として、エンジン２２とモータ３０とインバータ３２と冷却装置３３とバッテリ５０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ３８とＨＶＥＣＵ７０とが相当する。

エンジン２２は、例えばガソリンや軽油などの燃料を用いて動力を出力する内燃機関として構成されている。エンジン２２のクランクシャフト２３は、クラッチＫ０を介してモータ３０の回転軸３１に接続されている。

エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。エンジンＥＣＵ２４は、各種センサからの信号を入力ポートを介して入力している。エンジンＥＣＵ２４が入力する信号としては、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２３の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３ａからのエンジン２２のクランク角θｃｒなどを挙げることができる。エンジンＥＣＵ２４は、各種制御信号を出力ポートを介して出力している。エンジンＥＣＵ２４が出力する信号としては、例えば、スロットルバルブへの制御信号や、燃料噴射弁への制御信号、点火プラグへの制御信号などを挙げることができる。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ２３ａからのエンジン２２のクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。

モータ３０は、同期発電電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを有する。モータ３０の回転子が固定された回転軸３１は、クラッチＫ０を介してエンジン２２のクランクシャフト２３に接続されていると共にクラッチＷＳＣを介して変速機４０の入力軸４１に接続されている。

インバータ３２は、モータ３０の駆動に用いられると共に電力ライン５４を介してバッテリ５０に接続されている。インバータ３２は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１～Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１～Ｔ１６のそれぞれに並列に接続された６つのダイオードＤ１１～Ｄ１６とを有する。トランジスタＴ１１～Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン５４の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２つずつペアで配置されている。各ペアの２つのトランジスタの接続点は、それぞれ、モータ３０の対応する相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルに接続されている。したがって、インバータ３２に電圧が作用しているときに、モータＥＣＵ３８によって、対となるトランジスタＴ１１～Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３０が回転駆動される。

冷却装置３３は、インバータ３２を冷却する冷却装置として構成されている。この冷却装置３３は、インバータ３２の冷却流路を含む循環流路３４と、循環流路３４に組み込まれたラジエータ３５と、循環流路３４の冷却水を循環させるウォーターポンプ３６とを備える。

モータＥＣＵ３８は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。モータＥＣＵ３８は、各種センサからの信号を入力ポートを介して入力している。モータＥＣＵ３８が入力する信号としては、例えば、モータ３０の回転子（回転軸３１）の回転位置を検出する回転位置センサ３０ａからのモータ３０の回転子（回転軸３１）の回転位置θｍや、モータ３０の各相の電流を検出する電流センサ３０ｕ，３０ｖからのモータ３０の各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ、インバータ３２に取り付けられた温度センサ３０ｔからのインバータ３２の温度Ｔｉ、冷却装置３３の循環流路３４に取り付けられた温度センサ３７からの冷却装置３３の冷却水温Ｔｗなどを挙げることができる。モータＥＣＵ３８は、各種制御信号を出力ポートを介して出力している。モータＥＣＵ３８から出力する信号としては、例えば、インバータ３２のトランジスタＴ１１～Ｔ１６へのスイッチング制御信号や、ウォーターポンプ３６への制御信号などを挙げることができる。モータＥＣＵ３８は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。モータＥＣＵ３８は、回転位置センサ３０ａからのモータ３０の回転子（回転軸３１）の回転位置θｍに基づいてモータ３０の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。

クラッチＫ０は、例えば油圧駆動の摩擦クラッチとして構成されており、エンジン２２のクランクシャフト２３とモータ３０の回転軸３１との接続およびその解除を行なう。クラッチＷＳＣは、例えば油圧駆動の摩擦クラッチとして構成されており、モータ３０の回転軸３１と変速機４０の入力軸４１との接続およびその解除を行なう。

変速機４０は、例えば６段変速の自動変速機として構成されており、入力軸４１や出力軸４２、複数の遊星歯車、油圧駆動の複数の摩擦係合要素（クラッチやブレーキ）を有する。入力軸４１は、クラッチＷＳＣを介してモータ３０の回転子に接続されており、出力軸４２は、駆動輪４９にデファレンシャルギヤ４８を介して連結されている。変速機４０は、複数の摩擦係合要素を係合状態または解放状態とすることにより、１速～６速の前進段や後進段を形成して入力軸４１と出力軸４２とを接続したり（両者間で動力を伝達したり）、入力軸４１と出力軸４２との接続を解除したりする。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。バッテリ５０は、上述したように、電力ライン５４を介してインバータ３２に接続されている。

バッテリＥＣＵ５２は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。バッテリＥＣＵ５２は、各種センサからの信号を入力ポートを介して入力している。バッテリＥＣＵ５２が入力する信号としては、例えば、バッテリ５０の端子間に取り付けられた電圧センサからのバッテリ５０の電圧Ｖｂや、バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサからのバッテリ５０の電流Ｉｂ（放電するときが正の値）、バッテリ５０に取り付けられた温度センサからのバッテリ５０の温度Ｔｂなどを挙げることができる。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサからのバッテリ５０の電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力量の割合である。

システムメインリレー５６は、電力ライン５４に設けられており、インバータ３２側とバッテリ５０側との接続および接続の解除を行なう。

ＨＶＥＣＵ７０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。ＨＶＥＣＵ７０は、各種センサからの信号を入力ポートを介して入力している。ＨＶＥＣＵ７０が入力する信号としては、例えば、変速機４０の入力軸４１の回転数を検出する回転数センサ４１ａからの入力軸４１の回転数Ｎｉや、変速機４０の出力軸４２の回転数を検出する回転数センサ４２ａからの出力軸４２の回転数Ｎｏを挙げることができる。また、スタートスイッチ８０からのスタート信号や、シフトレバー８１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も挙げることができる。さらに、アクセルペダル８３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や、ブレーキペダル８５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８７からの車速Ｖも挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、各種制御信号を出力ポートを介して出力している。ＨＶＥＣＵ７０が出力する信号としては、例えば、クラッチＫ０への制御信号や、クラッチＷＳＣへの制御信号、変速機４０への制御信号、システムメインリレー５６への制御信号などを挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３８、バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。

本実施形態のハイブリッド車２０では、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ３８との協調制御により、ハイブリッド走行（ＨＶ走行）モードや電動走行（ＥＶ走行）モードで走行するように、エンジン２２とモータ３０（インバータ３２）とクラッチＫ０とクラッチＷＳＣと変速機４０とが制御される。ここで、ＨＶ走行モードは、クラッチＫ０およびクラッチＷＳＣを何れも係合状態としてエンジン２２の回転を伴って走行する走行モードである。ＥＶ走行モードは、クラッチＫ０を解放状態とすると共にクラッチＷＳＣを係合状態としてエンジン２２の回転を伴わずに走行する走行モードである。なお、クラッチＫ０およびクラッチＷＳＣの係合状態には、それぞれ、完全係合状態だけでなく、スリップ係合状態も含まれる。

ＨＶ走行モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて変速機４０の目標変速段Ｓｔ＊を設定し、変速機４０の変速段Ｓｔが目標変速段Ｓｔ＊となるように変速機４０を制御する。また、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて走行に要求される（変速機４０の出力軸４２に要求される）要求トルクＴｏ＊を設定し、設定した要求トルクＴｏ＊と変速機４０の変速段Ｓｔ（ギヤ比Ｇｔ）とに基づいて変速機４０の入力軸４１の要求トルクＴｉ＊を設定する。続いて、要求トルクＴｉ＊が入力軸４１に出力されると共にバッテリ５０が要求充放電パワーＰｂ＊で充放電されるようにエンジン２２の目標トルクＴｅ＊やモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊を設定する。そして、エンジン２２の目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共にモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊をモータＥＣＵ３８に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標トルクＴｅ＊に基づいて運転されるようにエンジン２２の運転制御（吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御など）を行なう。モータＥＣＵ３８は、モータ３０がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３２のトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

ＨＶ走行モードでは、要求トルクＴｉ＊が停止用閾値Ｔｉｒｅｆ１未満に至るなどエンジン２２の停止条件が成立したときに、エンジン２２の運転を停止すると共にクラッチＫ０を解放状態としてＥＶ走行モードに移行する。

ＥＶ走行モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、ＨＶ走行モードと同様に変速機４０を制御する。また、ＨＶＥＣＵ７０は、ＨＶ走行モードと同様に変速機４０の入力軸４１の要求トルクＴｉ＊を設定し、設定した要求トルクＴｉ＊が入力軸４１に出力されるようにモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊を設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊をモータＥＣＵ３８に送信する。モータＥＣＵ３８によるインバータ３２の制御については上述した。

ＥＶ走行モードでは、要求トルクＴｉ＊が停止用閾値Ｔｉｒｅｆ１よりも大きい始動用閾値Ｔｉｒｅｆ２以上に至るなどエンジン２２の始動条件が成立したときに、エンジン２２を始動してＨＶ走行モードに移行する。エンジン２２の始動時には、クラッチＫ０をスリップ係合状態を介して完全係合状態としながらモータ３０からエンジン２２のクランキングトルクを出力してエンジン２２をクランキングすると共に、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始する。クランキングトルクは、例えば、値０から比較的大きなトルクまで増加して保持され、その後に徐々に低下するように設定される。エンジン２２の始動時には、モータ３０からエンジン２２のクランキングトルクと走行用のトルクとの和のトルクを出力することになる。

ここで、モータＥＣＵ３８によるインバータ３２の制御の詳細について説明する。本実施形態では、インバータ３２をパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）により制御するものとした。最初に、モータ３０のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。続いて、モータ３０の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流の総和が値０であるとして、モータ３０の電気角θｅを用いてＵ相、Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相－２相変換）する。そして、ｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊とｄ軸、ｑ軸の電流ｉｄ，Ｉｑとの差分が打ち消されるように電流フィードバック制御によりｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定する。そして、ｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に３相変調モードまたは２相変調モードにより座標変換（２相－３相変換）する。加えて、各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と搬送波（三角波）とを用いてトランジスタＴ１１～Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を用いてトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。図２は、３相変調モードを用いた場合の各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊とトランジスタＴ１１（Ｕ相の上アーム）のＰＷＭ信号を生成する様子との一例を示す説明図である。図３は、２相変調モードを用いた場合の各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊とトランジスタＴ１１のＰＷＭ信号を生成する様子との一例を示す説明図である。図２（ａ）および図３（ａ）は、各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を示し、図２（ｂ）および図３（ｂ）は、トランジスタＴ１１のＰＷＭ信号を生成する様子を示す。

なお、本実施形態では、インバータ３２の温度Ｔｉが閾値Ｔｉｏｔよりも高くなったり冷却装置３３の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｏｔよりも高くなったりすると、インバータ３２の過熱を抑制するために、インバータ３２の保護処理、例えば、モータ３０の駆動制限などが行なわれる。

次に、本実施形態のハイブリッド車２０の動作、特に、インバータ３２の制御に用いる、変調モードＭｄと搬送波の周波数であるキャリア周波数ｆｃとを設定する処理について説明する。図４は、モータＥＣＵ３８により実行される設定処理の一例を示すフローチャートである。この設定処理は、繰り返し実行される。

図４の設定処理が実行されると、モータＥＣＵ３８は、最初に、始動時フラグＦｓを入力する（ステップＳ１００）。ここで、始動時フラグＦｓは、ＨＶＥＣＵ７０により実行される始動時フラグ設定ルーチンにより設定された値が通信により入力される。始動時フラグ設定ルーチンでは、ＨＶＥＣＵ７０は、エンジン２２の始動時には、具体的には、エンジン２２の始動条件が成立してからエンジン２２の始動が完了するまでの間は、始動時フラグＦｓに値１を設定し、エンジン２２の始動時でないときには、始動時フラグＦｓに値０を設定する。

続いて、始動時フラグＦｓの値を調べる（ステップＳ１１０）。始動時フラグＦｓが値０のとき、即ち、エンジン２２の始動時でないときには、変調モードＭｄに３相変調モードを設定し（ステップＳ１２０）、キャリア周波数ｆｃに比較的低い周波数ｆｃ１を設定して（ステップＳ１３０）、本設定処理を終了する。これにより、インバータ３２の良好な制御性と、インバータ３２のトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング損失の低減と、の両立を図っている。

ステップＳ１１０で始動時フラグＦｓが値１のとき、即ち、エンジン２２の始動時には、変調モードＭｄに２相変調モードを設定し（ステップＳ１４０）、エンジン２２の始動開始時（始動時フラグＦが値０から値１に切り替わるとき）のインバータ３２の温度Ｔｉや冷却装置３３の冷却水温Ｔｗである開始時温度Ｔｉｓｔや開始時水温Ｔｗｓｔを入力する（ステップＳ１５０）。ここで、開始時温度Ｔｉｓｔは、エンジン２２の始動開始時に温度センサ３０ｔにより検出されたインバータ３２の温度Ｔｉが入力される。開始時水温Ｔｗｓｔは、エンジン２２の始動開始時に温度センサ３７により検出された冷却装置３３の冷却水温Ｔｗが入力される。

続いて、開始時温度Ｔｉｓｔおよび開始時水温Ｔｗｓｔに基づく周波数ｆｃ２をキャリア周波数ｆｃに設定して（ステップＳ１６０，Ｓ１７０）、本設定処理を終了する。ここで、周波数ｃ２は、周波数ｆｃ１よりもある程度高い範囲内で設定される。キャリア周波数ｆｃを高くすると、バッテリ５０とインバータ３２との間で電力ライン５４を介して流れる電流の電流リプルが小さくなり、バッテリ５０やシステムメインリレー５６などで生じ得る電流リプルによる騒音を低減することができる。ただし、キャリア周波数ｆｃを高くすると、インバータ３２のトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング損失が増加してその発熱量が多くなり、インバータ３２の温度Ｔｉや冷却装置３３の温度Ｔｗが高くなりやすくなる。これを踏まえて、２相変調モードにすることにより、３相変調モードの場合に比して、トランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング損失を低減することができる。この結果、エンジン２２の始動時に、電流リプルによる騒音の低減とトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング損失の低減との両立を図ることができる。エンジン２２の始動時には、モータ３０からエンジン２２のクランキングトルクと走行用のトルクとの和のトルクを出力することになり、モータ３０から比較的大きなトルクを出力する傾向があるため、電流リプルの影響による騒音が顕在化しやすい。したがって、変調モードＭｄを２相変調モードにすると共にキャリア周波数ｆｃを高くするという対処が有効となる。なお、周波数ｆｃ２を可聴域よりも高く設定すれば、電流リプルによる騒音を運転者に感じさせるのをより抑制することができる。

本実施形態では、周波数ｆｃ２は、エンジン２２の始動時にインバータ３２の温度Ｔｉが上述の閾値Ｔｉｏｔよりも高くなったり冷却装置３３の冷却水温Ｔｗが上述の閾値Ｔｗｏｔよりも高くなったりしてインバータ３２の保護処理を作動させることになるのを抑制可能な範囲内で設定される。周波数ｆｃ２は、例えば、開始時温度Ｔｉｓｔおよび開始時水温Ｔｗｓｔを周波数設定用マップに適用して設定することができる。周波数設定用マップは、開始時温度Ｔｉｓｔおよび開始時水温Ｔｗｓｔと周波数ｆｃ２との関係として実験や解析、機械学習などにより予め定められ、モータＥＣＵ３８のＲＯＭやフラッシュメモリに記憶されている。図５は、周波数設定用マップの一例を示す説明図である。図示するように、周波数ｆｃ２は、開始時温度Ｔｉｓｔが閾値Ｔｉｏｔよりもある程度低い閾値Ｔｉｓｔ１以下で且つ開始時水温Ｔｗｓｔが閾値Ｔｗｏｔよりもある程度低い閾値Ｔｗｓｔ１以下の領域では十分に高い値ｆｃ２１が設定され、開始時温度Ｔｉｓｔが閾値Ｔｉｓｔ１よりも高い領域では開始時温度Ｔｉｓｔが高いほど値ｆｃ２１に対して低くなるように設定され、開始時水温Ｔｗｓｔが閾値Ｔｗｓｔ１よりも高い領域では開始時水温Ｔｗｓｔが高いほど値ｆｃ２１に対して低くなるように設定される。キャリア周波数ｆｃが高いほどインバータ３２のトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング損失が増加してインバータ３２の温度Ｔｉや冷却装置３３の温度Ｔｗが高くなりやすくいため、図５のような傾向の周波数ｆｃ２をキャリア周波数ｆｃに設定することにより、エンジン２２の始動時に、インバータ３２の温度Ｔｉが閾値Ｔｉｏｔよりも高くなったり冷却装置３３の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｏｔよりも高くなったりしてインバータ３２の保護処理を作動させることになるのを抑制することができる。言い換えれば、開始時温度Ｔｉｓｔが閾値Ｔｉｓｔ１以下で且つ開始時水温Ｔｗｓｔが閾値Ｔｗｓｔ１以下の領域は、エンジン２２の始動時に、値ｆｃ２１のキャリア周波数ｆｃと２相変調モードとを用いてＰＷＭ制御によりインバータ３２を制御した場合に、インバータ３２の温度Ｔｉが閾値Ｔｉｏｔよりも高くなったり冷却装置３３の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｏｔよりも高くなったりするのを抑制可能な領域であると言える。

以上説明した本実施形態のハイブリッド車２０に搭載される駆動装置では、エンジン２２の始動時でないときには、変調モードＭｄに３相変調モードを設定すると共にキャリア周波数ｆｃに周波数ｆｃ１を設定し、設定した変調モードＭｄおよびキャリア周波数ｆｃを用いてＰＷＭ制御によりインバータ３２のトランジスタＴ１１～Ｔ１２６のスイッチング制御を行なう。エンジン２２の始動時には、変調モードＭｄに２相変調モードを設定すると共にキャリア周波数ｆｃに周波数ｆｃ１よりも高い周波数ｆｃ２を設定し、設定した変調モードＭｄおよびキャリア周波数ｆｃを用いてＰＷＭ制御によりインバータ３２のトランジスタＴ１１～Ｔ１２６のスイッチング制御を行なう。これにより、エンジン２２の始動時に、電流リプルによる騒音の低減とインバータ３２のトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング損失の低減との両立を図ることができる。

しかも、本実施形態のハイブリッド車２０に搭載される駆動装置では、エンジン２２の始動時には、開始時温度Ｔｉｓｔおよび開始時水温Ｔｗｓｔに基づく周波数ｆｃ２をキャリア周波数ｆｃに設定する。これにより、エンジン２２の始動時に、インバータ３２の温度Ｔｉが閾値Ｔｉｏｔよりも高くなったり冷却装置３３の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｏｔよりも高くなったりしてインバータ３２の保護処理を作動させることになるのをより抑制することができる。

上述した実施形態では、エンジン２２の始動時に用いる周波数ｆｃ２は、開始時温度Ｔｉｓｔおよび開始時水温Ｔｗｓｔに基づいて設定するものとした。しかし、周波数ｆｃ２は、周波数ｆｃ１よりも高いものであればよく、例えば、開始時温度Ｔｉｓｔおよび開始時水温Ｔｗｓｔのうちの一方だけに基づいて設定してもよいし、一定値を用いてもよい。また、エンジン２２の始動開始時のインバータ３２の温度Ｔｉである開始時温度Ｔｉｓｔに代えて、エンジン２２の始動開始時の、トランジスタＴ１１～Ｔ１６およびダイオードＤ１１～Ｄ１６の代表温度や、トランジスタＴ１１～Ｔ１６およびダイオードＤ１１～Ｄ１６が取り付けられている基板の温度などを用いてもよい。代表温度は、例えば、トランジスタＴ１１～Ｔ１６およびダイオードＤ１１～Ｄ１６の何れか１つ（特定の素子）の温度や、トランジスタＴ１１～Ｔ１６およびダイオードＤ１１～Ｄ１６の各温度の最大値などを用いることができる。

上述した実施形態では、モータＥＣＵ３８は、図４の設定処理を実行するものとした。しかし、これに代えて、図６の設定処理を実行してもよい。図６の設定処理は、ステップＳ２００～Ｓ２３０の処理を追加した点を除いて、図４の設定処理と同一である。したがって、図６の設定処理のうち図４の設定処理と同一の処理については同一のステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。

図６の設定処理では、モータＥＣＵ３８は、ステップＳ１１０で始動時フラグＦｓが値０のとき、即ち、エンジン２２の始動時でないときには、モータ３０の回転数Ｎｍやトルク指令Ｔｍ＊を入力する（ステップＳ２００）。ここで、モータ３０の回転数Ｎｍは、回転位置センサ３０ａからのモータ３０の回転子（回転軸３１）の回転位置θｍに基づいて演算された値が入力される。モータ３０のトルク指令Ｔｍ＊は、入力軸４１の要求トルクＴｉ＊などに基づいて設定された値が入力される。

続いて、モータ３０の動作点（回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊）が所定領域内であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。ここで、所定領域は、電流リプルによる騒音を運転者に感じさせやすい領域（低減すべき領域）として予め実験や解析・機械学習などにより定められる。ステップＳ２１０でモータ３０の動作点が所定領域外であると判定したときには、上述のステップＳ１２０，Ｓ１３０の処理を実行して、具体的には、変調モードＭｄに３相変調モードを設定すると共にキャリア周波数ｆｃに周波数ｆｃ１を設定して、本設定処理を終了する。

ステップＳ２１０でモータ３０の動作点が所定領域外であると判定したときには、変調モードＭｄに２相変調モードを設定し（ステップＳ２２０）、キャリア周波数ｆｃに周波数ｆｃ１よりも高く且つ周波数ｆｃ２よりも低い周波数ｆｃ３を設定して（ステップＳ２３０）、本設定処理を終了する。モータ３０の動作点が所定領域内のときに、モータ３０の動作点が所定領域外のときに比してキャリア周波数ｆｃを高くすることにより、電流リプルによる騒音を運転者に感じさせるのを抑制することができる。また、このときに、２相変調モードにすることにより、３相変調モードの場合に比して、トランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング損失を低減することができる。

上述した実施形態では、ハイブリッド車２０は、蓄電装置としてバッテリ５０を備えるものとした。しかし、蓄電可能な装置を備えるものであればよく、キャパシタなどを備えるものとしてもよい。

上述した実施形態では、ハイブリッド車２０は、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ３８とバッテリＥＣＵ５２とＨＶＥＣＵ７０とを備えるものとした。しかし、これらのうちの少なくとも２つは、一体に構成されるものとしてもよい。

上述の実施形態では、ハイブリッド車２０は、駆動輪４９に変速機４０、クラッチＷＳＣ、モータ３０、クラッチＫ０を介してエンジン２２を接続し、モータ３０を駆動するインバータ３２に電力ライン５４を介してバッテリ５０を接続した構成とした。しかし、これに限定されない。例えば、シングルピニオンタイプのプラネタリギヤのサンギヤに第１モータ、キャリヤにエンジン、リングギヤに駆動輪に連結された駆動軸をそれぞれ接続し、駆動軸に第２モータを接続し、第１、第２モータをそれぞれ駆動する第１、第２インバータに電力ラインを介してバッテリを接続した構成としてもよい。

上述した実施形態では、ハイブリッド車２０に搭載される駆動装置の形態とした。しかし、車両以外の移動体に搭載される駆動装置の形態としたり、建設設備などに搭載される駆動装置の形態としたりしてもよい。

実施形態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。実施形態では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、モータ３０が「モータ」に相当し、インバータ３２が「インバータ」に相当し、バッテリ５０が「蓄電装置」に相当し、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ３８とＨＶＥＣＵ７０とが「制御装置」に相当する。冷却装置３３が「冷却装置」に相当する。

なお、実施形態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、実施形態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、実施形態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。

以上、本開示を実施するための実施形態について説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示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。

本開示は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

２０ハイブリッド車、２２エンジン、２３クランクシャフト、２４エンジンＥＣＵ、３０モータ、３０ａ回転位置センサ、３０ｔ温度センサ、３０ｕ電流センサ、３１回転軸、３２インバータ、３３冷却装置、３４循環流路、３５ラジエータ、３６ウォーターポンプ、３７温度センサ、３８モータＥＣＵ、４０変速機、４１入力軸、４２出力軸、５０バッテリ、５２バッテリＥＣＵ、５４電力ライン、５６システムメインリレー、７０ＨＶＥＣＵ、Ｄ１１～Ｄ１６ダイオード、Ｔ１１～Ｔ１６トランジスタ。

Claims

エンジンと、前記エンジンに接続されたモータと、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、前記エンジンと前記インバータとを制御する制御装置と、を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、前記モータによる前記エンジンのクランキングを伴って前記エンジンを始動するエンジン始動時でないときには、３相変調モードと第１キャリア周波数とを用いてパルス幅変調制御により前記インバータを制御し、前記エンジン始動時には、２相変調モードと前記第１キャリア周波数よりも高い第２キャリア周波数とを用いて前記パルス幅変調制御により前記インバータを制御する、
駆動装置。
請求項１記載の駆動装置であって、
冷却水を用いて前記インバータを冷却する冷却装置を更に備え、
前記制御装置は、前記エンジン始動時には、前記インバータの温度が高いほど低くなるようにおよび／または前記冷却水の温度が高いほど低くなるように前記第２キャリア周波数を設定する、
駆動装置。
請求項１または２記載の駆動装置であって、
前記制御装置は、前記エンジン始動時でないときに前記モータの動作点が所定領域内のときには、前記２相変調モードと前記第１キャリア周波数よりも高く且つ前記第２キャリア周波数よりも低い第３キャリア周波数とを用いて前記パルス幅変調制御により前記インバータを制御する、
駆動装置。