特開 2024-174716 車載用制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024174716

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】車載用制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

H02P27/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092698

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】前田 英樹

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505BB05

5H505EE55

5H505FF07

5H505GG08

5H505HA03

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ26

5H505LL01

5H505LL22

5H505LL24

(57)【要約】

【課題】モータ電流に重畳するノイズをより適正に除去する
【解決手段】電動車は、バッテリと、モータと、モータを駆動するインバータと、バッテリからの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧回路と、昇圧回路のリアクトルに流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流センサとモータに流れる三相のモータ電流を検出するモータ電流センサとをユニット化した電流センサユニットと、電流センサユニットにより検出されたリアクトル電流とモータ電流とに基づいて昇圧回路とインバータとを制御する車載用制御装置と、を備える。車載用制御装置は、モータの回転数が所定回転数未満のときにはモータの回転数が所定回転数以上のときに比してモータ電流の入力の際に用いるノイズフィルタの時定数を大きくする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリと、モータと、前記モータを駆動するインバータと、前記バッテリからの電力を昇圧して前記インバータに供給する昇圧回路と、前記昇圧回路のリアクトルに流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流センサと前記モータに流れる三相のモータ電流を検出するモータ電流センサとをユニット化した電流センサユニットと、前記電流センサユニットにより検出されたリアクトル電流とモータ電流とに基づいて前記昇圧回路と前記インバータとを制御する車載用制御装置と、を備える電動車における前記車載用制御装置であって、
前記モータの回転数が所定回転数未満のときには前記モータの回転数が前記所定回転数以上のときに比して前記モータ電流の入力の際に用いるノイズフィルタの時定数を大きくする、
ことを特徴とする車載用制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車載用制御装置に関し、詳しくは、リアクトル電流とモータ電流とに基づいて昇圧回路とインバータとを制御する車載用制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の車載用制御装置としては、並列接続された２つのコンバータを制御する制御部が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この制御部では、２つのコンバータのそれぞれのリアクトルに対する冷却性能が良好な順にコンバータを選択して駆動している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１０６７５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

バッテリと昇圧回路とインバータとモータとを備える電動車に搭載される制御装置では、昇圧回路のリアクトルに流れるリアクトル電流とモータに流れる三相のモータ電流とを用いて昇圧回路とインバータとを制御している。リアクトル電流を検出する電流センサや三相のモータ電流を検出する電流センサは製造の効率化などのためにユニット化されて制御装置に接続される。こうした制御装置では、昇圧回路のスイッチングノイズがリアクトル電流の検出信号線に重畳・伝導することによってモータ電流の検出信号線に重畳するため、モータ電流の取り込みに対してノイズ除去フィルタを用いている。しかし、モータ回転数が低いときには、ノイズを除去することができない場合が生じる。

【0005】

本開示の車載用制御装置は、モータ電流に重畳するノイズをより適正に除去することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の車載用制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本開示の車載用制御装置は、
バッテリと、モータと、前記モータを駆動するインバータと、前記バッテリからの電力を昇圧して前記インバータに供給する昇圧回路と、前記昇圧回路のリアクトルに流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流センサと前記モータに流れる三相のモータ電流を検出するモータ電流センサとをユニット化した電流センサユニットと、前記電流センサユニットにより検出されたリアクトル電流とモータ電流とに基づいて前記昇圧回路と前記インバータとを制御する車載用制御装置と、を備える電動車における前記車載用制御装置であって、
前記モータの回転数が所定回転数未満のときには前記モータの回転数が前記所定回転数以上のときに比して前記モータ電流の入力の際に用いるノイズフィルタの時定数を大きくする、
ことを特徴とする。

【0008】

この本開示の車載用制御装置では、バッテリと、モータと、モータを駆動するインバータと、バッテリからの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧回路と、を備える電動車に搭載される。車両用制御装置は、昇圧回路のリアクトルに流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流センサとモータに流れる三相のモータ電流を検出するモータ電流センサとをユニット化した電流センサユニットに接続されており、電流センサユニットにより検出されたリアクトル電流とモータ電流とに基づいて昇圧回路とインバータとを制御する。そして、モータの回転数が所定回転数未満のときにはモータの回転数が所定回転数以上のときに比してモータ電流の入力の際に用いるノイズフィルタの時定数を大きくする。モータの回転数が低いときには、昇圧回路のスイッチング周波数も低くなるため、ノイズフィルタの時定数を大きくすることにより昇圧回路のスイッチングに起因してモータ電流の検出信号線に重畳するノイズをより効果的に除去することができる。これにより、モータ電流に重畳するノイズをより適正に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態としての車載用制御装置を搭載する電動車２０の構成の概略を示す構成図である。

【図2】モータ用電子制御ユニット５０により実行されるノイズフィルタ時定数設定処理の一例を示すフローチャートである。

【図3】第１マップや第２マップとして用いるモータの回転数Ｎｍとノイズフィルタの時定数との関係を示すマップの一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、本開示を実施するための形態（実施形態）について説明する。図１は、本開示の一実施形態としての車載用制御装置を搭載する電動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施形態の電動車２０は、図示するように、バッテリ２２と、システムメインリレー（ＳＭＲ）２４と、昇圧コンバータ２６と、コンデンサ２８と、インバータ（ＩＮＶ）３０と、モータＭＧ１と、モータＭＧ２と、電流センサユニット４０と、モータ用電子制御ユニット（ＭＧＥＣＵ）５０とを備える。

【0011】

バッテリ２２は、例えば定格電圧が数百Ｖ程度の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おり、低電圧側電力ラインを介して昇圧コンバータ２６に接続されている。システムメインリレー２４は、バッテリ２２と昇圧コンバータ２６とを接続する低電圧側電力ラインに取り付けられている。

【0012】

昇圧コンバータ２６は、インバータ３０に接続された高電圧側電力ラインと低電圧側電力ラインとに接続されており、２つのスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と、２つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のそれぞれに並列に接続された２つのダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとを有する。トランジスタＴｒ１は、高電圧側電力ラインの正極側ラインに接続されている。トランジスタＴｒ２は、トランジスタＴｒ１と、高電圧側電力ラインおよび低電圧側電力ラインの負極側ラインと、に接続されている。リアクトルＬは、２つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の接続点と、低電圧側電力ラインの正極側ラインと、に接続されている。昇圧コンバータ２６は、モータ用電子制御ユニット５０によって、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ラインの電力を昇圧して高電圧側電力ラインに供給したり、高電圧側電力ラインの電力を降圧して低電圧側電力ラインに供給したりする。高電圧側電力ラインの正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ２８が取り付けられている。

【0013】

インバータ３０は、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動に用いられると共に高電圧側電力ラインを介して昇圧コンバータ２６に接続されている。このインバータ３０は、２つのモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する２つのインバータ回路により構成されている。２つのインバータ回路は、６つのスイッチング素子（トランジスタ）と、６つのスイッチング素子のそれぞれに並列に接続された６つのダイオードとを有する周知のインバータ回路として好悪制されている。

【0014】

モータＭＧ１，ＭＧ２は、例えば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ＭＧ２の回転子は、図示しない駆動輪にデファレンシャルギヤを介して連結された駆動軸に接続されている。モータＭＧ１は、電動車２０がエンジンを搭載しない電気自動車の場合にはモータＭＧ２が接続された駆動軸とは異なる駆動軸に接続されていたあり、電動車２０がエンジンを搭載するハイブリッド自動車の場合にはエンジンに接続されていたり、同様に電動車２０がハイブリッド自動車の場合にはエンジンの出力軸と駆動軸とに接続されたプラネタリギヤのサンギヤに接続されていたりする。

【0015】

電流センサユニット４０は、リアクトルＬの電流（リアクトル電流）ＩＬを検出するリアクトル電流センサ４２と、モータＭＧ１に流れる三相の電流（第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗ）を検出する３つのセンサまたは２つのセンサからなる第１モータ電流センサ４４と、モータＭＧ２に流れる三相の電流（第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗ）を検出する３つのセンサまたは２つのセンサからなる第２モータ電流センサ４６とを有し、１つのアッシー（ＡＳＳＹ）として構成され、モータ用電子制御ユニット５０に取り付けられている。

【0016】

モータ用電子制御ユニット５０は、モータＭＧ１用を駆動制御するためのＭＧ１用マイクロコンピュータ５２と、モータＭＧ２用を駆動制御するためのＭＧ２用マイクロコンピュータ５４と、を備える。ＭＧ１用マイクロコンピュータ５２は、電流センサユニット４０からリアクトル電流ＩＬや第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗを入力し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とリアクトル電流ＩＬと高電圧側電力ラインの電圧と第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗとに基づいてモータＭＧ１をフィードバック制御するためのインバータ３０のモータＭＧ１用のインバータ回路のスイッチング素子のスイッチングを制御する。ＭＧ１用マイクロコンピュータ５２の第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗの入力回路にはノイズを除去するソフト的なノイズフィルタが取り付けられている。ＭＧ１用マイクロコンピュータ５２は、モータＭＧ１に取り付けられた図示しない回転位置センサからの回転位置を入力し、この回転位置に基づいてモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を演算している。ＭＧ２用マイクロコンピュータ５４は、電流センサユニット４０からリアクトル電流ＩＬや第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗを入力し、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とリアクトル電流ＩＬと高電圧側電力ラインの電圧と第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗとに基づいてモータＭＧ２をフィードバック制御するためのインバータ３０のモータＭＧ２用のインバータ回路のスイッチング素子のスイッチングを制御する。ＭＧ２用マイクロコンピュータ５４は、モータＭＧ２に取り付けられた図示しない回転位置センサからの回転位置を入力し、この回転位置に基づいてモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を演算している。

【0017】

次に、こうして構成された実施形態の電動車２０の動作、特に昇圧コンバータ２６のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のスイッチングに起因して第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗや第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗの信号線に生じるノイズを除去する動作について説明する。昇圧コンバータ２６のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のスイッチングに起因するノイズは、リアクトル電流ＩＬの信号線に重畳し伝導する。リアクトル電流センサ４２と第１モータ電流センサ４４と第２モータ電流センサ４６は電流センサユニット４０として１つのアッシーとされてモータ用電子制御ユニット５０に取り付けられるため、リアクトル電流ＩＬの信号線は第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗや第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗの信号線に近接する。このため、リアクトル電流ＩＬの信号線に重畳した昇圧コンバータ２６のスイッチングに起因するノイズは第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗや第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗの信号線にも重畳する。図２は、昇圧コンバータ２６のスイッチングに起因して第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗや第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗの信号線に重畳したノイズを除去するノイズフィルタの時定数を設定するためにモータ用電子制御ユニット５０により実行されるノイズフィルタ時定数設定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は所定時間毎に繰り返し実行される。

【0018】

ノイズフィルタ時定数設定処理が実行されると、モータ用電子制御ユニット５０は、まず、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。この処理は、ＭＧ１用マイクロコンピュータ５２やＭＧ２用マイクロコンピュータ５４により演算されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を入力する処理となる。

【0019】

次に、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の各々のノイズフィルタの時定数τ１，τ２を設定する（ステップＳ１１０）。モータＭＧ１用の時定数τ１は、実施形態では、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とノイズフィルタの時定数τ１との関係を予め実験や機械学習などにより定めて第１マップとして記憶しておき、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が与えられると第１マップから対応する時定数τ１を導出することにより設定するものとした。また、モータＭＧ２用の時定数τ２は、同様に、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とノイズフィルタの時定数τ２との関係を予め実験や機械学習などにより定めて第２マップとして記憶しておき、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が与えられると第２マップから対応する時定数τ２を導出することにより設定するものとした。図３に、第１マップや第２マップとして用いるモータの回転数Ｎｍとノイズフィルタの時定数τとの関係を示すマップの一例を示す。図中、太実線はモータ回転数Ｎｍとノイズフィルタの時定数τとの関係を示し、一点鎖線は昇圧コンバータ２６のスイッチングに起因するノイズを除去するに必要なノイズフィルタの時定数との関係を示し、破線はモータの回転数Ｎｍに拘わらないノイズフィルタの時定数を示し、細実線はモータの回転数Ｎｍとモータトルクの最大値と関係を示す。ノイズフィルタの時定数τは、図中の一点鎖線より大きい（図中上側）ものであればよいから、図中の太実線のようにモータの回転数Ｎｍが低い領域では高い領域に比して大きな時定数τとすることにより、昇圧コンバータ２６のスイッチングに起因して第１モータ電流１ｕｖｗや第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗの検出信号線に重畳するノイズをより適正に除去することができる。実施形態では、図中の太実線を第１マップや第２マップとして用いている。

【0020】

こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２の各々のノイズフィルタの時定数τ１，τ２を設定すると、設定した時定数をモータＭＧ１用のノイズフィルタとモータＭＧ２用のノイズフィルタに適用して（ステップＳ１２０）、本処理を終了する。

【0021】

以上説明した実施形態の電動車２０のモータ用電子制御ユニット５０では、第１モータ電流１ｕｖｗや第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗの信号線に重畳した昇圧コンバータ２６のスイッチングに起因するノイズを除去するノイズフィルタの時定数τ１，τ２を、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２が低い領域では高い領域に比して大きな値とする。これにより、昇圧コンバータ２６のスイッチングに起因して第１モータ電流１ｕｖｗや第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗの検出信号線に重畳するノイズをより適正に除去することができる。

【0022】

実施形態の電動車２０では、モータ用電子制御ユニット５０がノイズフィルタ時定数設定処理を実行するものとしたが、モータ用電子制御ユニット５０のＭＧ１用マイクロコンピュータ５２とＭＧ２用マイクロコンピュータ５４とが各々にノイズフィルタ時定数設定処理を実行するものとしてもよい。

【0023】

実施形態の電動車２０では、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とノイズフィルタの時定数τ１，τ２との関係として、図３の太実線に示すように、モータ回転数Ｎｍが小さいほど時定数τが直線的に大きくなる関係を用いた。しかし。図３の一点鎖線のり大きければよいから、モータ回転数Ｎｍが小さいほど時定数τが階段状に大きくなる関係としてもよい。この場合、段数は１段でも構わない。

【0024】

実施形態の電動車２０では、モータＭＧ１とモータＭＧ２の２つのモータを備えるものとしたが、単一のモータのみを備えるものとしてもよいし、３つ以上のモータを備えるものとしてもよい。

【0025】

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、
バッテリ２２が「バッテリ」に相当し、モータＭＧ１，ＭＧ２が「モータ」に相当し、インバータ３０が「インバータ」に相当し、昇圧コンバータ２６が「昇圧回路」に相当し、リアクトル電流センサ４２が「リアクトル電流センサ」に相当し、第１モータ電流センサ４４と第２モータ電流センサ４６とが「モータ電流センサ」に相当し、電流センサユニット４０が「電流センサユニット」に相当し、モータ用電子制御ユニット５０が「車載用制御装置」に相当する。

【0026】

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。

【0027】

以上、本開示を実施形態を用いて説明したが、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。

【産業上の利用可能性】

【0028】

本開示は、車載用制御装置の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0029】

２０ 電動車、２２ バッテリ、２４ システムメインリレー、２６ 昇圧コンバータ、２８ コンデンサ、３０ インバータ、４０ 電流センサユニット、４２ リアクトル電流センサ、４４ 第１モータ電流センサ、４６ 第１モータ電流センサ、５０ モータ用電子制御ユニット、５２ ＭＧ１用マイクロコンピュータ、５４ ＭＧ２用マイクロコンピュータ、Ｌ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｔｒ１，Ｔｒ２ トランジスタ。

【図1】

【図2】

【図3】