JP2010252591A - 電圧変換装置制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータを備える電圧変換装置制御システムにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を迅速に適切な値に制御することを目的とする。
【解決手段】デューティ比決定部４８は、各モータジェネレータの回転速度測定値、各モータジェネレータに対するトルク指令値、コンバータ出力電圧測定値Ｖｍ、および電池電圧測定値Ｖｂに基づくフィードバック制御およびフィードフォワード制御によって、基本デューティ比を求める。また、デューティ比決定部４８は、各モータジェネレータへの供給電力に基づいてデューティ比調整値を求める。さらに、デューティ比決定部４８は、基本デューティ比とデューティ比調整値とを合成してＤＣ／ＤＣコンバータ１４制御用のデューティ比Ｄを求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータを備える電圧変換装置制御システムに関する。

モータの駆動力を用いて走行するハイブリッド自動車、電気自動車等が広く用いられている。このような電力駆動車両では、モータに電力を供給するための電池、電池の出力電圧を昇圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ、昇圧後の電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧をモータに印加するインバータ等が用いられる。特許文献１および２には、モータの制御に関する技術について記載されている。

特開２００５−３３３７１５号公報 特開２００７−２９５７０１号公報

ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、車両に搭載されたコントロールユニットによって制御される。コントロールユニットは、走行状態および運転操作に応じて目標電圧値を求め、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が目標電圧値に近づくよう、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

電力駆動車両等に搭載される従来の電圧変換装置制御システムでは、電池電圧およびＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を測定し、各測定値を用いてＤＣ／ＤＣコンバータの制御を行っていた。しかし、これらの測定値のみでは制御変数の種類が十分ではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を目標電圧値に迅速に近づけることが困難となるという問題があった。

本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータを備える電圧変換装置制御システムにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を迅速に適切な値に制御することを目的とする。

本発明は、入力された電圧をスイッチング素子のスイッチング制御に基づいて昇圧し、昇圧後の電圧をモータ駆動回路に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング制御を行う制御部と、を備える電圧変換装置制御システムにおいて、モータに対するトルク指令値および当該モータの回転速度測定値に基づいて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧目標値を求める電圧指令演算手段を備え、前記出力電圧目標値と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧測定値との差異と、前記出力電圧目標値および前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧測定値に基づいたデューティ比と、の演算値に基づく基本デューティ比を求める基本デューティ比決定部と、前記モータに供給される電力に基づいて、前記基本デューティ比に対する調整量を求めるデューティ比調整量決定部と、前記基本デューティ比と前記調整量とを合成した値に基づいて制御用デューティ比を求め、当該制御用デューティ比を前記制御部に与えるデューティ比合成部と、を備え、前記制御部は、前記デューティ比合成部から与えられた制御用デューティ比に基づいて前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング制御を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る電圧変換装置制御システムにおいては、前記デューティ比調整量決定部は、前記モータに供給される電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧測定値で除した入力電流値を求める入力電流値推定手段と、前記入力電流値の時間変化量を求める変化量決定手段と、前記変化量決定手段によって求められた時間変化量に基づいて前記調整量を求める調整量決定手段と、を備えることが好適である。

また、本発明に係る電圧変換装置制御システムにおいては、前記デューティ比調整量決定部は、前記モータに供給される電力の時間変化量を求める変化量決定手段と、前記変化量決定手段によって求められた時間変化量に基づいて前記調整量を求める調整量決定手段と、を備えることが好適である。

また、本発明に係る電圧変換装置制御システムにおいては、前記調整量決定手段は、前記時間変化量が、０を含む所定の範囲内の値であるときに、前記調整量を０とすることが好適である。

また、本発明に係る電圧変換装置制御システムにおいては、前記変化量決定手段は、時間変化量を求める対象とする値にローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを備えることが好適である。

また、本発明に係る電圧変換装置制御システムにおいては、前記基本デューティ比決定部は、前記出力電圧目標値と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧測定値との差異に基づいて、フィードバック制御量を求める制御量演算手段と、求められたフィードバック制御量の大きさを所定範囲内に制限する制御量リミッタと、を備え、前記制御量リミッタによる処理後のフィードバック制御量と、前記出力電圧目標値および前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧測定値に基づいたデューティ比と、の演算値に基づいて前記基本デューティ比を求めることが好適である。

また、本発明に係る電圧変換装置制御システムにおいては、前記デューティ比調整量決定部は、求められる前記調整量の大きさを所定範囲内に制限する調整量リミッタを備えることが好適である。

また、本発明に係る電圧変換装置制御システムにおいては、前記デューティ比合成部は、求められる前記制御用デューティ比の大きさを所定範囲内に制限するデューティリミッタを備えることが好適である。

本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータを備える電圧変換装置制御システムにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を迅速に適切な値に制御することができる。

本発明の実施形態に係る電圧変換装置制御システムの構成を示す図である。 デューティ比決定部の構成を示す図である。 不感帯域作成器の特性を示す図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータの制御についてのシミュレーション結果を示す図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータの制御についてのシミュレーション結果を示す図である。 第１の応用例に係るデューティ比決定部の構成を示す図である。 第２の応用例に係るデューティ比決定部の構成を示す図である。 第３の応用例に係るデューティ比決定部の構成を示す図である。 第４の応用例に係るデューティ比決定部の構成を示す図である。

図１に本発明の実施形態に係る電圧変換装置制御システム１０の構成を示す。電圧変換装置制御システム１０は、エンジンおよびモータジェネレータを用いて走行するハイブリッド車両等に搭載される。ここでは、電圧変換装置制御システムを自動車に搭載した実施形態を示すが、本発明は、モータ駆動用の電圧変換装置を制御するその他のシステムに用いることができる。

電圧変換装置制御システム１０は、電池１２、電池１２の出力電圧を昇圧し、昇圧電圧を第１インバータ３８および第２インバータ４２に出力すると共に、インバータ側の電圧を降圧し、降圧電圧を電池１２に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４と第１モータジェネレータ４０との間で直流交流変換を行う第１インバータ３８、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４と第２モータジェネレータ４４との間で直流交流変換を行う第２インバータ４２、第１インバータ３８に接続される第１モータジェネレータ４０、第２インバータ４２に接続される第２モータジェネレータ４４、運転操作部５０およびコントロールユニット４６を備える。第１モータジェネレータ４０および第２モータジェネレータ４４を除く構成部は、第１モータジェネレータ４０および第２モータジェネレータ４４に対する電力制御システムを構成する。

電池１２の正極には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の電池側正極端子１６が接続される。電池１２の負極には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の電池側負極端子１８が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、電池側正極端子１６と電池側負極端子１８との間の電圧を昇圧し、昇圧後の電圧をインバータ側正極端子３４とインバータ側負極端子３６との間に出力する。また、インバータ側正極端子３４とインバータ側負極端子３６との間の電圧を降圧し、降圧後の電圧を電池側正極端子１６と電池側負極端子１８との間に出力する。

電池側正極端子１６と電池側負極端子１８との間には、入力コンデンサ２０が接続される。また、電池側正極端子１６にはインダクタ２２の一端が接続される。インダクタ２２の他端は、上側ＩＧＢＴ２４と下側ＩＧＢＴ２６との接続節点に接続される。

ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のスイッチング素子としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた例を示しているが、スイッチング素子としては、サイリスタ、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等のその他の半導体素子を用いることができる。

上側ＩＧＢＴ２４のエミッタ端子は、下側ＩＧＢＴ２６のコレクタ端子に接続される。下側ＩＧＢＴ２６のエミッタ端子は、電池側負極端子１８に接続される。上側ＩＧＢＴ２４のコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子側がアノード端子となるようフリーホイールダイオード２８が接続される。下側ＩＧＢＴ２６のコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子側がアノード端子となるようフリーホイールダイオード３０が接続される。

上側ＩＧＢＴ２４のコレクタ端子と下側ＩＧＢＴ２６のエミッタ端子との間には出力コンデンサ３２が接続される。上側ＩＧＢＴ２４のコレクタ端子は、インバータ側正極端子３４に接続され、下側ＩＧＢＴ２６のエミッタ端子は、電池側負極端子１８およびインバータ側負極端子３６に接続される。

コントロールユニット４６は、次のような原理に基づき、上側ＩＧＢＴ２４および下側ＩＧＢＴ２６のスイッチング制御を行い、電圧の昇降圧制御を行う。

上側ＩＧＢＴ２４をオフにし、下側ＩＧＢＴ２６をオンにすると、インダクタ２２を介して電池１２の正極から下側ＩＧＢＴ２６のコレクタ端子に電流が流入する。この状態において下側ＩＧＢＴ２６をオフとするとインダクタ２２に流れる電流が遮断され、インダクタ２２に誘導起電力が発生する。

電池１２の出力電圧に誘導起電力を加えた電圧が、出力コンデンサ３２の端子間電圧より大きい場合には、フリーホイールダイオード２８が導通する。これによって、出力コンデンサ３２が充電される。したがって、電池１２の出力電圧よりも大きい電圧によって出力コンデンサ３２を充電することができ、出力コンデンサ３２の端子間電圧をインバータ側正極端子３４およびインバータ側負極端子３６から出力することができる。

電池１２の出力電圧に誘導起電力を加えた電圧が、出力コンデンサ３２の端子間電圧より小さい場合には、フリーホイールダイオード２８が遮断状態となる。このとき、上側ＩＧＢＴ２４をオンにすることにより、出力コンデンサ３２から上側ＩＧＢＴ２４、インダクタ２２を介して電池１２の正極へと至る電流が流れる。これによって、出力コンデンサ３２に蓄積されている電荷を放電し、インバータ側正極端子３４とインバータ側負極端子３６との間の電圧を下げると共に、電池１２を充電することができる。

電池１２の出力電圧に誘導起電力を加えた電圧が、出力コンデンサ３２の端子間電圧と等しいときは、上側ＩＧＢＴ２４およびフリーホイールダイオード２８のいずれにも電流は流れず、出力コンデンサ３２の端子間電圧は維持され、インバータ側正極端子３４とインバータ側負極端子３６との間の電圧も維持される。

このような回路動作によれば、電池１２の出力電圧にインダクタ２２の誘導起電力を加えた電圧に近づくようインバータ側の電圧を調整することができる。インダクタ２２の誘導起電力は、下側ＩＧＢＴ２６をオフにする直前においてインダクタ２２に流れる電流の大きさに基づいて定まる。この電流は、下側ＩＧＢＴ２６をオンにする時間を長くすることで大きくすることができ、下側ＩＧＢＴ２６をオンにする時間を短くすることで小さくすることができる。また、上記のように、インバータ側電圧の大小に関わらずインバータ側電圧を調整するためには、下側ＩＧＢＴ２６のオフ時に上側ＩＧＢＴ２４をオンにする必要がある。そこで、コントロールユニット４６は、上側ＩＧＢＴ２４と下側ＩＧＢＴ２６を交互にオンオフ制御することで、インバータ側電圧を調整する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の制御を演算によって行うため、コントロールユニット４６で用いる変数としてデューティ比を定義する。デューティ比は、制御周期に対する上側ＩＧＢＴ２４のオン時間の比である。制御周期は、上側ＩＧＢＴ２４のオン時間と、下側ＩＧＢＴ２６のオン時間と、上側ＩＧＢＴ２４および下側ＩＧＢＴ２６の両者がオフになる２回のデッドタイムとを加算した時間である。例えば、上側ＩＧＢＴ２４がオン、下側ＩＧＢＴ２６がオフとなる時間がｔ１だけ続いた後にデッドタイムが時間ｔ２だけ続き、その後、上側ＩＧＢＴ２４がオフ、下側ＩＧＢＴ２６がオンとなる時間がｔ３だけ続いた後に、デッドタイムが時間ｔ４だけ続く場合には、制御周期はｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４となる。また、デューティ比はｔ１／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４）となる。コントロールユニット４６は、演算によって求められたデューティ比を以てＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御する。制御周期一定の条件の下、デューティ比を小さくすることは下側ＩＧＢＴ２６のオン時間を長くすることに相当し、インバータ側電圧を大きくすることに相当する。一方、デューティ比を大きくすることは、下側ＩＧＢＴ２６のオン時間を短くすることに相当し、インバータ側電圧を小さくすることに相当する。

第１インバータ３８および第２インバータ４２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のインバータ側正極端子３４およびインバータ側負極端子３６に接続される。第１インバータ３８には第１モータジェネレータ４０が接続され、第２インバータ４２には第２モータジェネレータ４４が接続される。第１インバータ３８および第２インバータ４２は、コントロールユニット４６の制御に基づいて交流直流変換を行う。

第１インバータ３８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の直流出力電圧を交流電圧に変換し、交流電圧を第１モータジェネレータ４０に出力する。また、第１モータジェネレータ４０の接続端子の交流電圧を直流電圧に変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４に出力する。

第１インバータ３８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４側の電圧と第１モータジェネレータ４０側の交流電圧との大小関係に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から第１モータジェネレータ４０に電力を供給し、または、第１モータジェネレータ４０からＤＣ／ＤＣコンバータ１４に電力を供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から第１モータジェネレータ４０に電力を供給することで、第１モータジェネレータ４０は加速トルクを発生する。また、第１モータジェネレータ４０からＤＣ／ＤＣコンバータ１４に電力を供給することで第１モータジェネレータ４０は回生制動トルクを発生する。

第２インバータ４２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の直流出力電圧を交流電圧に変換し、交流電圧を第２モータジェネレータ４４に出力する。また、第２モータジェネレータ４４の接続端子の交流電圧を直流電圧に変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４に出力する。

第２インバータ４２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４側の電圧と第２モータジェネレータ４４側の交流電圧との大小関係に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から第２モータジェネレータ４４に電力を供給し、または、第２モータジェネレータ４４からＤＣ／ＤＣコンバータ１４に電力を供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から第２モータジェネレータ４４に電力を供給することで、第２モータジェネレータ４４は加速トルクを発生する。第２モータジェネレータ４４からＤＣ／ＤＣコンバータ１４に電力を供給することで第２モータジェネレータ４４は回生制動トルクを発生する。

第１モータジェネレータ４０は、エンジンの始動およびエンジン駆動力による発電を行う。また、第２モータジェネレータ４４は、車両の加速および回生制動を行う。

次に、コントロールユニット４６によるＤＣ／ＤＣコンバータ１４の制御について説明する。コントロールユニット４６は、運転操作部５０における運転操作および車両の走行状態に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１４のデューティ比を求めるデューティ比決定部４８を備える。図２にデューティ比決定部４８の構成を示す。各構成部は、プロセッサに対するプログラミングによって実現することができる。

運転操作部５０は、アクセルペダル、ブレーキペダル等を含み、運転操作に応じた運転操作情報をコントロールユニット４６に出力する。第１回転速度センサ６０は、第１モータジェネレータ４０の回転速度を検出し、第１回転速度測定値Ｎ１をコントロールユニット４６に出力する。第２回転速度センサ６２は、第２モータジェネレータ４４の回転速度を検出し、第２回転速度測定値Ｎ２をコントロールユニット４６に出力する。

コントロールユニット４６は、運転操作情報、第１回転速度測定値Ｎ１および第２回転速度測定値Ｎ２等に基づいて、第１モータジェネレータ４０に対する第１トルク指令値Ｔ１および第２モータジェネレータ４４に対する第２トルク指令値Ｔ２を求める。第１回転速度測定値Ｎ１、第２回転速度測定値Ｎ２、第１トルク指令値、および第２トルク指令値Ｔ２は、デューティ比決定部４８に入力される。

電圧指令演算部６４は、第１回転速度測定値Ｎ１、第２回転速度測定値Ｎ２、第１トルク指令値Ｔ１、および第２トルク指令値Ｔ２に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のインバータ側電圧の目標値を電圧目標値として求め、電圧フィードフォワード制御器６６および加算器６８に出力する。

電池電圧センサ５２は、電池１２の出力電圧を測定し、測定結果を電池電圧測定値Ｖｂとしてコントロールユニット４６に出力する。電池電圧測定値Ｖｂはデューティ比決定部４８に入力される。電圧フィードフォワード制御器６６は、電池電圧測定値Ｖｂを電圧目標値で除算したフィードフォワードデューティ比を求め、加算器７２に出力する。

出力電圧センサ５４は、インバータ側正極端子３４とインバータ側負極端子３６との間の電圧を測定し、測定結果をコンバータ電圧測定値Ｖｍとしてコントロールユニット４６に出力する。コンバータ電圧測定値Ｖｍはデューティ比決定部４８に入力される。

加算器７４は、電圧目標値と、極性を反転したコンバータ電圧測定値Ｖｍとを加算し、加算結果を制御入力値として電圧フィードバック制御器７０に出力する。制御入力値は、電圧目標値からコンバータ電圧測定値Ｖｍを減算した値を示す。

電圧フィードバック制御器７０は、制御入力値を用いた比例積分制御に基づいて、デューティ比制御値を求め、デューティ比制御値を加算器７２に出力する。なお、電圧フィードバック制御器７０が用いる制御法としては、比例積分制御の他、比例制御、比例積分微分制御等を用いてもよい。

加算器７２は、フィードフォワードデューティ比と、極性を反転したデューティ比制御値とを加算し、加算結果を基本デューティ比として加算器８４に出力する。基本デューティ比は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のインバータ側電圧を目標電圧値に近づけるデューティ比として用いることができる。したがって、コントロールユニット４６は、基本デューティ比で規定されるタイミングで上側ＩＧＢＴ２４および下側ＩＧＢＴ２６をスイッチング制御してもよい。しかし、基本デューティ比に基づく制御では次のような問題が生じることがある。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のインバータ側電圧は、第１モータジェネレータ４０および第２モータジェネレータ４４に対するトルク指令値およびこれらの回転速度のみならず、様々な物理量に依存する。一方、基本デューティ比は、第１モータジェネレータ４０および第２モータジェネレータ４４に対するトルク指令値およびこれらの回転速度に基づいて求められたＤＣ／ＤＣコンバータ１４の電圧目標値と、コンバータ電圧測定値Ｖｍとの差異、および電池電圧測定値Ｖｂを当該電圧目標値で除算したフィードフォワードデューティ比による演算に基づいて求められた値である。したがって、基本デューティ比に基づいた制御を行うと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のインバータ側電圧の迅速な制御が困難となるという問題、インバータ側電圧が電圧目標値を超えるという問題が生じることがある。そこで、本実施形態に係る電圧変換装置制御システム１０では、次に説明するように、各モータジェネレータに供給される電力に基づいて基本デューティ比を調整する。

電流センサ５６は、第１インバータ３８と第１モータジェネレータ４０とを接続する各相の導線に流れる電流を測定し、測定結果をコントロールユニット４６に出力する。電流センサ５８は、第２インバータ４２と第２モータジェネレータ４４とを接続する各相の導線に流れる電流を測定し、測定結果をコントロールユニット４６に出力する。

コントロールユニット４６は、第１インバータ３８に対する交流電圧出力指令値と、電流センサ５６の測定値とに基づいて、第１モータジェネレータ供給電力値Ｐ１を求める。さらに、第２インバータ４２に対する交流電圧出力指令値と、電流センサ５８の測定値とに基づいて、第２モータジェネレータ供給電力値Ｐ２を求める。

デューティ比決定部４８の加算器７４には、第１モータジェネレータ供給電力値Ｐ１および第２モータジェネレータ供給電力値Ｐ２が入力される。加算器７４は、これらの電力値を加算し、加算結果をモータジェネレータ供給電力値としてコンバータ入力電流推定器７６に出力する。

コンバータ入力電流推定器７６は、モータジェネレータ供給電力を電池電圧測定値Ｖｂで除算したコンバータ入力電流推定値を求め、微分器７８に出力する。コンバータ入力電流推定値は、電池１２の正極からＤＣ／ＤＣコンバータ１４へと流れる電流の推定値である。

微分器７８は、コンバータ入力電流推定値に対し微分演算を施し、演算結果をコンバータ入力電流微分値として不感帯域作成器８０に出力する。微分器７８が行う微分演算は、時間微分を数学上厳密に求めるものでなくてもよく、一定時間における変化量を求める演算であればよい。

不感帯域作成器８０は図３に示す特性を有する。横軸はコンバータ入力電流微分値を示し、縦軸は出力値を示す。不感帯域作成器８０は、コンバータ入力電流微分値が−Ｔｈ未満であるときは、コンバータ入力電流微分値の増加に対し線形に増加する一次関数に従った出力値を求める。また、不感帯域作成器８０は、コンバータ入力電流微分値が−Ｔｈ以上ＴＨ以下であるときに出力値を０とする。さらに、不感帯域作成器８０は、コンバータ入力電流微分値がＴｈを超えるときは、コンバータ入力電流微分値の増加に対し線形に増加する一次関数に従った出力値を求める。

不感帯域作成器８０は、コンバータ入力電流微分値に基づき求められた出力値をゲイン乗算器８２に出力する。ゲイン乗算器８２は、不感帯域作成器８０の出力値に所定の正の比例定数を乗じた値をデューティ比調整値として求め、デューティ比調整値を加算器８４に出力する。

加算器８４は、基本デューティ比と極性を反転したデューティ比調整値とを加算した値を調整後デューティ比として求め、デューティリミッタ８６に出力する。デューティリミッタ８６は、調整後デューティ比が所定の上限値を超えるときは、その値を上限値に置き換えたものをデューティ比Ｄとして出力する。一方、調整後デューティ比が所定の上限値以下であるときは、その値をそのままデューティ比Ｄとして出力する。コントロールユニット４６は、このようにして求められたデューティ比ＤでＤＣ／ＤＣコンバータ１４の制御を行う。

デューティ比決定部４８は、このような処理に基づいて、所定のデューティ比更新周期でデューティ比Ｄを求める。コントロールユニット４６は、デューティ比更新周期間隔で求められるデューティ比Ｄに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御する。

このような構成によれば、コンバータ入力電流推定値の微分値に基づいてデューティ比調整値が求められ、デューティ比調整値によって基本デューティ比を調整したデューティ比Ｄが求められる。これによって次のような効果を得ることができる。

車両の走行環境が変化する等によって、各モータジェネレータの負荷が急激に変動した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のインバータ側電圧が急激に変化することがある。例えば、車両が悪路を走行しているときに一時的に車輪が空転した場合には、車輪を駆動する第２モータジェネレータ４４が軽負荷となって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のインバータ側電圧が急激に増加することがある。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のインバータ側電圧が電圧目標値から増加した場合、電池１２の正極からＤＣ／ＤＣコンバータ１４へと流れる電流は減少する。これによって、コンバータ入力電流微分値は負の値となる。このとき、コンバータ入力電流微分値が不感帯域外であるときには、負の値を有ずるデューティ比調整値が求められる。これによって、基本デューティ比よりも大きい値が調整後デューティ比として求められる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のデューティ比を大きくすることは、上側ＩＧＢＴ２４のオン時間を長くし、下側ＩＧＢＴ２６のオン時間を短くすることに相当する。これによって、出力コンデンサ３２の端子間電圧低下を促すことができ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のインバータ側電圧を迅速に電圧目標値に近づけることができる。

一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のインバータ側電圧が、電圧目標値から低下した場合、電池１２の正極からＤＣ／ＤＣコンバータ１４へと流れる電流は増加する。これによって、コンバータ入力電流微分値は正の値となる。このとき、コンバータ入力電流微分値が不感帯域外であるときには、正の値を有ずるデューティ比調整値が求められる。これによって、基本デューティ比よりも小さい値が調整後デューティ比として求められる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のデューティ比を小さくすることは、上側ＩＧＢＴ２４のオン時間を短くし、下側ＩＧＢＴ２６のオン時間を長くすることに相当する。これによって、出力コンデンサ３２の端子間電圧増加を促すことができ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のインバータ側電圧を迅速に電圧目標値に近づけることができる。

また、デューティ比決定部４８が不感帯域作成器８０を備えることにより次のような効果を得ることができる。幹線道路走行中においては、各モータジェネレータの負荷変動は小さい。このとき、コンバータ入力電流推定値の微分値を調整後デューティ比に寄与させると、制御に用いるデューティ比Ｄが適切な範囲を超え、インバータ側電圧の適切な制御の妨げとなることがある。そこで、不感帯域作成器８０によって、コンバータ入力電流推定値の微分値が不感帯域内にあるときは、デューティ比調整値を０とすることにより、各モータジェネレータの負荷変動が小さい場合におけるデューティ比Ｄを適切な値とすることができる。

さらに、デューティ比決定部４８がデューティリミッタ８６を備えることにより、次のような効果を得ることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の制御に用いるデューティ比が所定の範囲を超えると、電圧指令演算部６４に与えられる第１回転速度測定値Ｎ１、第２回転速度測定値Ｎ２、第１トルク指令値Ｔ１、または第２トルク指令値Ｔ２が正帰還となることがある。このとき、調整後デューティ比が制御に用いることが可能な範囲を超えてしまい、制御が破綻することが想定される。そこで、デューティリミッタ８６によって、デューティ比Ｄが上限値を超えないようにすることで、このような制御破綻を回避することができる。

図４ＡにＤＣ／ＤＣコンバータ１４の制御についてのシミュレーション結果を示す。図４Ａ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）は、それぞれ、インバータ側正極端子３４とインバータ側負極端子３６との間の電圧、電池１２の正極からインダクタ２２に流れる電流、第１モータジェネレータ４０および第２モータジェネレータ４４に供給される電力、およびデューティ比を示す。簡単のため図４Ａでは、それぞれ、インバータ側電圧、インダクタ電流、モータジェネレータ電力、デューティ比と表記している。各特性の横軸は時間を示す。横軸のスケールは一目盛りで５ｍｓｅｃである。各特性の縦軸は、シミュレーションのための規格値であり、実際の値は各縦軸の値に所定の比例定数を乗じたものとなる。

図４Ａ（ａ）に示すようにインバータ側電圧が増加すると、インダクタ２２から上側ＩＧＢＴ２４を介して出力コンデンサ３２に流れる充電電流が減少する。これによって、図４（ｂ）および（ｃ）に示すようにインダクタ電流およびモータジェネレータ電力は減少する。図４Ａ（ｄ）の時間波形ＤＡは、加算器７２から出力される基本デューティ比を示し、時間波形ＤＢはゲイン乗算器８２から出力されるデューティ比調整値を示す。また、時間波形Ｄは最終的に求められるデューティ比Ｄを示す。

モータジェネレータ電力の減少に伴いデューティ比調整値ＤＢは負の値となる。これによって、デューティ比Ｄは基本デューティ比ＤＡよりも大きくなる。したがって、基本デューティ比ＤＡをそのまま用いる場合に比して、上側ＩＧＢＴ２４のオン時間を長くし、下側ＩＧＢＴ２６のオン時間を短くする制御が行われるため、インバータ側電圧の増加を抑制することができる。

図４Ｂは、図２の構成においてデューティ比調整値を求める構成部を取り除き、基本デューティ比をＤＣ／ＤＣコンバータ１４の制御に用いた場合についてのシミュレーション結果である。図４Ｂ（ａ）〜（ｄ）の縦軸の値の定義は、それぞれ、図４Ａ（ａ）〜（ｄ）の縦軸の値の定義と同様である。図４Ａ（ａ）と図４Ｂ（ａ）との比較から、基本デューティ比をデューティ比調整値によって調整することで、インバータ側電圧が増加した後、インバータ側電圧がさらに増加することを回避できることが明らかである。

次に、応用例に係るデューティ比決定部について説明する。図５は第１の応用例に係るデューティ比決定部８８の構成を示す。図２の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。

デューティ比決定部８８は、微分器７８にローパスフィルタ９０を前置した点が図２のデューティ比決定部４８と異なる。電圧変換装置制御システム１０では、各モータジェネレータの設計条件や制御条件によっては、モータジェネレータ供給電力値にリップル成分が生じる。例えば、モータジェネレータの界磁巻線のインダクタンスが小さい場合や、コントロールユニット４６で求められるモータジェネレータ制御用のｄｑ軸電圧のリップル成分が大きい場合等である。モータジェネレータ供給電力値にリップル成分が生じることに伴い、コンバータ入力電流推定値にリップル成分が生じる。このリップル成分をデューティ比調整値の演算に寄与させると、適切な制御の妨げとなる場合がある。

そこで、デューティ比決定部８８では、微分器７８の前段にローパスフィルタ９０を設ける。これによって、微分器７８に入力されるコンバータ入力電流推定値のリップル成分を除去することができ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を適切に制御することができる。

図６は、第２の応用例に係るデューティ比決定部９２の構成を示す。図２の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。

デューティ比決定部９２は、ゲイン乗算器８２の後にリミッタ９４を設けた点が図のデューティ比決定部４８と異なる。車両の走行環境が変化する等によって、モータジェネレータ供給電力値が急激に変化した場合、ゲイン乗算器８２から出力されるデューティ比調整値の絶対値が大きくなることがある。この場合、このデューティ比調整値をそのまま調整後デューティ比に寄与させると、インバータ側電圧の適切な制御の妨げとなることがある。

そこで、デューティ比決定部９２では、ゲイン乗算器８２の後段にリミッタ９４を設ける。リミッタ９４は、ゲイン乗算器８２から出力されたデューティ比調整値が所定の下限値を下回るときは、その値を下限値に置き換え、置き換え後の値を新たなデューティ比調整値として加算器８４に出力する。また、リミッタ９４は、ゲイン乗算器８２から出力されたデューティ比調整値が所定の上限値を上回るときは、その値を上限値に置き換え、置き換え後の値を新たなデューティ比調整値として加算器８４に出力する。さらに、リミッタ９４は、ゲイン乗算器８２から出力されたデューティ比調整値が所定の下限値以上、上限値以下であるときは、その値をそのままデューティ比調整値として加算器８４に出力する。これによって、適切な範囲内の調整後デューティ比を求めることができ、インバータ側電圧を適切に制御することができる。

図７は、第３の応用例に係るデューティ比決定部９６の構成を示す。図２の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。

デューティ比決定部９６は、電圧フィードバック制御器７０の後にリミッタ９８を設けた点が図２のデューティ比決定部４８と異なる。デューティ比更新周期を短くした設計とする場合や、インダクタ２２のインダクタンス値を小さくした設計とする場合には、電圧フィードバック制御器７０がデューティ比制御値を求める際の比例定数を大きく設定することが多い。この場合、電圧フィードバック制御器７０によって求められたデューティ比制御値をそのまま用いると、インバータ側電圧の適切な制御の妨げとなることがある。

そこで、デューティ比決定部９６では、電圧フィードバック制御器７０の後にリミッタ９８を設ける。電圧フィードバック制御器７０から出力されたデューティ比制御値が所定の下限値を下回るときは、その値を下限値に置き換え、置き換え後の値を新たなデューティ比制御値として加算器７２に出力する。また、リミッタ９８は、電圧フィードバック制御器７０から出力されたデューティ比制御値が所定の上限値を上回るときは、その値を上限値に置き換え、置き換え後の値を新たなデューティ比制御値として加算器７２に出力する。さらに、リミッタ９８は、電圧フィードバック制御器７０から出力されたデューティ比制御値が所定の下限値以上、上限値以下であるときは、その値をそのままデューティ比制御値として加算器７２に出力する。これによって、適切な範囲内の調整後デューティ比を求めることができ、インバータ側電圧を適切に制御することができる。

図８は、第４の応用例に係るデューティ比決定部１００の構成を示す。図２の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。

デューティ比決定部１００は、コンバータ入力電流推定器７６を用いず、モータジェネレータ電力供給値の微分値に基づいてデューティ比調整値を求める点がデューティ比決定部４８と異なる。電池１２の出力電圧の時間変化は、モータジェネレータ電力供給値の時間変化に対し緩やかである場合が多い。そして、デューティ比決定部４８において用いるコンバータ入力電流推定値は、モータジェネレータ電力供給値を電池電圧測定値Ｖｂで除算した値である。したがって、モータジェネレータ電力供給値とコンバータ入力電流推定値は、近似した時間変化を示すことが多い。

そこで、デューティ比決定部１００では、加算器７４は、モータジェネレータ電力供給値を微分器７８に出力する。このような構成によれば、モータジェネレータ電力供給値を電池電圧測定値Ｖｂで除算する必要がなくなる。これによって、デューティ比調整値を求める処理を単純化することができる。

なお、デューティ比決定部１００に、第１〜第３の応用例を任意に組み合わせてもよい。すなわち、加算器７４と微分器７８との間に図５のローパスフィルタ９０を設けてもよい。また、ゲイン乗算器８２と加算器８４との間に図６のリミッタ９４を設けてもよい。さらに、電圧フィードバック制御器７０と加算器７２との間に図７のリミッタ９８を設けてもよい。

上記では、２台のモータジェネレータを備える電圧変換装置制御システムについて説明した。このようなシステムの他、１台のモータジェネレータを備えるシステム、３台以上のモータジェネレータを備えるシステムを構成することができる。この場合、各モータジェネレータへの電力供給値を上記実施形態と同様の構成および処理によって求める。そして、電力供給値の加算合計値に基づいてデューティ比調整値を求める構成とすればよい。これによって、総てのモータジェネレータに対する電力供給値に基づいてデューティ比調整値を求めることができ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４制御用の適切なデューティ比Ｄを求めることができる。

１０ 電圧変換装置制御システム、１２ 電池、１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１６ 電池側正極端子、１８ 電池側負極端子、２０ 入力コンデンサ、２２ インダクタ、２４ 上側ＩＧＢＴ、２６ 下側ＩＧＢＴ、２８，３０ フリーホイールダイオード、３２ 出力コンデンサ、３４ インバータ側正極端子、３６ インバータ側負極端子、３８ 第１インバータ、４０ 第１モータジェネレータ、４２ 第２インバータ、４４ 第２モータジェネレータ、４６ コントロールユニット、４８，８８，９２，９６，１００ デューティ比決定部、５０ 運転操作部、５２ 電池電圧センサ、５４ 出力電圧センサ、５６，５８ 電流センサ、６０ 第１回転速度センサ、６２ 第２回転速度センサ、６４ 電圧指令演算部、６６ 電圧フィードフォワード制御器、６８，７２，７４，８４ 加算器、７０ 電圧フィードバック制御器、７６ コンバータ入力電流推定器、７８ 微分器、８０ 不感帯域作成器、８２ ゲイン乗算器、８６ デューティリミッタ、９０ ローパスフィルタ，９４，９８ リミッタ。

Claims (8)

1. 入力された電圧をスイッチング素子のスイッチング制御に基づいて昇圧し、昇圧後の電圧をモータ駆動回路に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング制御を行う制御部と、
   を備える電圧変換装置制御システムにおいて、
   モータに対するトルク指令値および当該モータの回転速度測定値に基づいて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧目標値を求める電圧指令演算手段を備え、前記出力電圧目標値と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧測定値との差異と、前記出力電圧目標値および前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧測定値に基づいたデューティ比と、の演算値に基づく基本デューティ比を求める基本デューティ比決定部と、
   前記モータに供給される電力に基づいて、前記基本デューティ比に対する調整量を求めるデューティ比調整量決定部と、
   前記基本デューティ比と前記調整量とを合成した値に基づいて制御用デューティ比を求め、当該制御用デューティ比を前記制御部に与えるデューティ比合成部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記デューティ比合成部から与えられた制御用デューティ比に基づいて前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング制御を行うことを特徴とする電圧変換装置制御システム。
2. 請求項１に記載の電圧変換装置制御システムにおいて、
   前記デューティ比調整量決定部は、
   前記モータに供給される電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧測定値で除した入力電流値を求める入力電流値推定手段と、
   前記入力電流値の時間変化量を求める変化量決定手段と、
   前記変化量決定手段によって求められた時間変化量に基づいて前記調整量を求める調整量決定手段と、
   を備えることを特徴とする電圧変換装置制御システム。
3. 請求項１に記載の電圧変換装置制御システムにおいて、
   前記デューティ比調整量決定部は、
   前記モータに供給される電力の時間変化量を求める変化量決定手段と、
   前記変化量決定手段によって求められた時間変化量に基づいて前記調整量を求める調整量決定手段と、
   を備えることを特徴とする電圧変換装置制御システム。
4. 請求項２または請求項３に記載の電圧変換装置制御システムにおいて、
   前記調整量決定手段は、
   前記時間変化量が、０を含む所定の範囲内の値であるときに、前記調整量を０とすることを特徴とする電圧変換装置制御システム。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電圧変換装置制御システムにおいて、
   前記変化量決定手段は、
   時間変化量を求める対象とする値にローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを備えることを特徴とする電圧変換装置制御システム
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電圧変換装置制御システムにおいて、
   前記基本デューティ比決定部は、
   前記出力電圧目標値と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧測定値との差異に基づいて、フィードバック制御量を求める制御量演算手段と、
   求められたフィードバック制御量の大きさを所定範囲内に制限する制御量リミッタと、
   を備え、
   前記制御量リミッタによる処理後のフィードバック制御量と、前記出力電圧目標値および前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧測定値に基づいたデューティ比と、の演算値に基づいて前記基本デューティ比を求めることを特徴とする電圧変換装置制御システム。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電圧変換装置制御システムにおいて、
   前記デューティ比調整量決定部は、
   求められる前記調整量の大きさを所定範囲内に制限する調整量リミッタを備えることを特徴とする電圧変換装置制御システム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電圧変換装置制御システムにおいて、
   前記デューティ比合成部は、
   求められる前記制御用デューティ比の大きさを所定範囲内に制限するデューティリミッタを備えることを特徴とする電圧変換装置制御システム。

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