CN101678826A - 混合动力车辆的控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于解决为了补充由于MG1的转速降低引起的MG1的发电电力的降低而发生从蓄电装置过放电这样的课题。当伴随发动机的转速降低而检测到MG1的转速降低时，进行以下四种工作之一。(1)以使MG1的发电电力增加的方式使MG1的输出转矩变化。(2)以使MG2的消耗电力减少的方式使MG2的输出转矩变化。(3)将MG1的控制模式强制地从矩形波控制变化到PWM控制。(4)使对转换器的直流电压指令值降低。

Description

混合动力车辆的控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力车辆的控制装置及控制方法，更特定地涉及具备发动机以及经由动力分配机构与发动机连接的电动发电机的混合动力车辆的控制。
背景技术
以往以来，提出了搭载有发动机和第一及第二旋转电机(电动发电机)的混合动力车辆。例如，在日本特开平10-238380号公报中，公开了搭载有发动机、连结于发动机并用于决定发动机转速的第一旋转电机(电动发电机)、和用于决定车辆的驱动力的第二旋转电机(电动发电机)的混合动力车辆。
特别地，在日本特开平10-238380号公报中，公开了如下的控制装置：在车辆加速或减速的过渡运行时，通过适当地设定第一和第二电动发电机的转矩指令值，从而提高发动机的响应性。例如，公开了：在发动机的燃料切断等车辆减速时，将对第一电动发电机的转矩指令值向增加侧来校正，并且将对第二电动发电机的转矩指令值向减少侧来校正。
此外，在日本特开2006-320039号公报中，公开了如下的控制构成：在电机驱动系统中，在作为控制对象的交流电机的转速骤变时，根据电机转速的变化比来改变电机施加电压，由此提高电机电流的控制性。
在此，在日本特开平10-238380号公报所公开那样的构成的混合动力车辆中，为了提高燃料经济性，控制第一电动发电机的运行状态，使得发动机转速维持在高效率区域。因此，在控制输出转矩使得第一电动发电机抑制其转速上升的状态下，当执行如燃料切断控制那样的降低发动机输出的发动机控制时，伴随着发动机转速降低时的发动机惯性，可能使第一电动发电机的转速急剧降低。特别地，在高输出的混合动力车辆中，存在伴随发动机功率的增大而发动机惯性也增大的倾向，所以容易发生这样的问题。
另一方面，在混合动力车辆中，成为如下这样的电力收支：将第一和第二电动发电机的合计电力(消耗电力以及/或者发电电力的和)的过度量不足量由电池等蓄电装置的输入输出电力来负担。因此，需要以将上述合计电力变为预定范围内的方式来控制电力收支，使得防止该蓄电装置的过充电和过放电，并且防止在配置在蓄电装置与第一及第二电动发电机之间的电力变换器(变换器(inverter，逆变器)、转换器等)中产生过电流。
然而，由于上述那样的问题，在第一电动发电机的转速发生了急剧降低的情况下，可能无法补偿由第一电动发电机发电产生的发电电力的急剧减少而使电力收支失衡，发生从蓄电装置过放电。
发明内容
本发明是为了解决上述那样的问题而做成的，本发明的目的在于：在具备发动机以及经由动力分配机构而与发动机连接的电动发电机的混合动力车辆中，即使在受到发动机控制的影响而使电动发电机的转速变化这样的状况下，也能够防止发生由于电力收支失衡而引起蓄电装置的过放电、过电流的产生。
在本发明的混合动力车辆的控制装置中，混合动力车辆具备发动机、第一及第二电动发电机、动力分配机构、蓄电装置和电力变换单元。发动机通过燃料的燃烧而工作。动力分配机构，以能够相互地相对旋转的方式连结分别与发动机的输出轴、第一电动发电机的输出轴以及输出部件结合的多个旋转元件，并且伴随由第一电动发电机进行的电力和动力的输入输出而将来自发动机的输出的至少一部分向输出部件输出。第二电动发电机，在从输出部件到驱动轮之间施加动力。电力变换单元，与蓄电装置以及第一和第二电动发电机相连接并进行双向的电力变换。并且，控制装置具备转速检测部、转速降低检测部以及电力收支控制部。转速检测部检测第一电动发电机的转速。转速降低检测部，基于检测出的第一电动发电机的转速和发动机的控制信号，检测伴随发动机的输出转矩降低的第一电动发电机的转速降低。电力收支控制部，在由转速降低检测部检测到第一电动发电机的转速降低时，控制电力变换单元，使得第一和第二电动发电机的输入输出电力的和被限制在预定范围内。
或者，根据本发明的其他的方式，是一种如上所述构成的混合动力车辆的控制方法，该控制方法包括：检测第一电动发电机的转速的步骤；基于检测出的第一电动发电机的转速和发动机的控制信号，检测伴随发动机的输出转矩降低的第一电动发电机的转速降低的步骤；以及在由检测转速降低的步骤检测到第一电动发电机的转速降低时，控制电力变换单元，使得第一与第二电动发电机的输入输出电力的和被限制在预定范围内的控制步骤。
优选的是，动力分配机构被构成为包括行星齿轮机构，该行星齿轮机构具有与发动机的输出轴结合的行星架、与输出部件结合的齿圈和与第一电动发电机的输出轴结合的太阳轮作为多个旋转元件。
根据上述混合动力车辆的控制装置或控制方法，在伴随发动机的输出转矩降低，第一电动发电机的转速降低了预定以上时，能够控制电力变换单元，使得第一与第二电动发电机的电力的和被限制在预定范围内。因此，即使在受到发动机控制的影响而使第一电动发电机的转速降低这样的状况下，也能够防止电动发电机整体的电力收支失衡而蓄电装置的过放电、产生过电流。
此外，优选的是，电力收支控制部，在由转速降低检测部检测到第一电动发电机的转速降低时，以使第一电动发电机发电的发电电力增加的方式使第一电动发电机的输出转矩的绝对值变化。或者，上述控制步骤，在由检测转速降低的步骤检测到第一电动发电机的转速降低时，以使第一电动发电机发电的发电电力增加的方式使第一电动发电机的输出转矩的绝对值变化。
由此，在第一电动发电机的转速降低了预定以上时，通过以使第一电动发电机发电的发电电力增加的方式来使输出转矩变化，从而能够减轻由于第一电动发电机的发电电力急剧降低而引起电动发电机整体的电力收支失衡。
或者，优选的是，电力收支控制部，在由转速降低检测部检测到第一电动发电机的转速降低时，以使由第二电动发电机消耗的消耗电力减少的方式使第二电动发电机的输出转矩的绝对值变化。或者，上述控制步骤，在由检测转速降低的步骤检测到第一电动发电机的转速降低时，以使由第二电动发电机消耗的消耗电力减少的方式使第二电动发电机的输出转矩的绝对值变化。
由此，在第一电动发电机的转速降低了预定以上时，通过以使第二电动发电机消耗的消耗电力减少的方式来使输出转矩变化，从而即使第一电动发电机的发电电力降低，也能够减轻电动发电机整体的电力收支的失衡。
优选的是，蓄电装置被构成为输入输出直流电压，电力变换单元被构成为包括分别设置在蓄电装置与第一和第二电动发电机之间的第一和第二变换器，第一和第二变换器的各个，选择性地适用第一控制模式和第二控制模式，所述第一控制模式以向第一和第二电动发电机中的对应的电动发电机施加矩形波电压的方式进行开关控制，所述第二控制模式按照脉冲宽度调制控制来控制向对应的电动发电机施加的施加电压。并且，电力收支控制部，在由转速降低检测部检测到第一电动发电机的转速降低时，将第一电动发电机的控制模式强制性地设为第二控制模式。或者，上述控制步骤，在由检测转速降低的步骤检测到第一电动发电机的转速降低时，将第一电动发电机的控制模式强制性地设为第二控制模式。
由此，在第一电动发电机的转速降低了预定以上时，因为强制性地由控制响应性高的第二控制模式(脉冲宽度调制控制)来控制第一电动发电机，所以能够抑制由于应用控制响应性相对较低的第一控制模式(矩形波控制模式)，从而由发动机控制的影响引起第一电动发电机的转速的降低，减轻电动发电机整体的电力收支失衡。
或者，优选的是，蓄电装置被构成为输入输出直流电压，电力变换单元被构成为包括：转换器，其被设置在蓄电装置与直流电源布线之间，被构成为能够对直流电压的输出电压进行升压而向直流电源布线输出；和第一及第二变换器，其分别连接在直流电源布线与第一和第二电动发电机之间而进行双向的电力变换。并且，电力收支控制部，在由转速降低检测部检测到第一电动发电机的转速降低时，使对转换器的向直流电源布线的输出电压指令值低于当前值。或者，上述控制步骤，在由检测转速降低的步骤检测到第一电动发电机的转速降低时，使对转换器的向直流电源布线的输出电压指令值低于当前值。
还优选的是，电力收支控制部，与输出电压指令值的降低部分相对应，修正第二电动发电机的转矩指令值，使得与由第一电动发电机发电的发电电力的降低量相对应而使由第二电动发电机消耗的消耗电力减少。或者，控制方法还包括如下步骤：与由上述控制步骤控制的输出电压指令值的降低部分相对应，修正第二电动发电机的转矩指令值，使得与由第一电动发电机发电的发电电力的降低量相对应而使由第二电动发电机消耗的消耗电力减少。
由此，通过降低对控制第一及第二电动发电机的第一及第二变换器的输入直流电压，从而降低由第一及第二电动发电机整体涉及的电力，由此能够减轻电动发电机整体的电力收支失衡。
因此，本发明的主要优点在于：在具备发动机以及经由动力分配机构而与发动机连接的电动发电机的混合动力车辆中，即使在受到发动机控制的影响而使电动发电机的转速变化这样的状况下，也能够防止电力收支失衡而引起蓄电装置的过放电、产生过电流。
附图说明
图1是表示搭载有本发明的控制装置的混合动力车辆的整体构成的概略框图。
图2是对图1的混合动力车辆的动力传动系的详情进行说明的示意图。
图3是表示电动发电机的控制构成的概略框图。
图4是概略地说明各电动发电机的控制模式的图。
图5A和图5B是对混合动力车辆中的MG1过旋转保护控制以及此时的问题点进行说明的列线图及动作波形图。
图6对由本发明实施方式的混合动力车辆的控制装置进行的MG1过旋转保护控制时的电力收支控制构成进行说明的概略框图。
图7是对本实施方式的MG1转速降低时的电力收支控制的第一例进行说明的流程图。
图8是对本实施方式的MG1转速降低时的电力收支控制的第二例进行说明的流程图。
图9是表示电动发电机的输出转矩控制特性的概念图。
图10是对本实施方式的MG1转速降低时的电力收支控制的第三例进行说明的流程图。
图11A和图11B是表示本实施方式的MG1转速降低时的电力收支控制的第三例产生的效果的实验结果的波形图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。对以下图中的相同或相当部分标记相同符号，原则上不重复其说明。
(混合动力车辆的构成)
图1是表示搭载有按照本发明的控制装置的混合动力车辆的整体构成的概略框图。
参照图1，混合动力车辆5具备发动机ENG、电动发电机MG1、MG2、电池10、电力变换单元(PCU：Power Control Unit)20、动力分配机构PSD、减速器RD、前轮70L、70R、后轮80L、80R和电子控制单元(ElectricalControl Unit：ECU)30。本实施方式的控制装置例如由ECU30执行的程序来实现。在图1中，例示将前轮70L、70R作为驱动轮的混合动力车辆5，但也可以代替前轮70L、70R将后轮80L、80R作为驱动轮。或者，也能够除了图1中构成之外还设置后轮80L、80R驱动用的电动发电机，设为4WD构成。
发动机ENG产生的驱动力由动力分配机构PSD分配到两条路径。一方是经由减速器RD来驱动前轮70L、70R的路径。另一方是驱动电动发电机MG1来进行发电的路径。
电动发电机MG1代表性地由三相交流同步电动发电机来构成。电动发电机MG1通过由动力分配机构PSD分配的发动机ENG的驱动力，作为发电机进行发电。由电动发电机MG1发电产生的电力根据车辆的运行状态、电池10的SOC(State Of Charge，充电状态)的状态来分开使用。例如，在通常行驶时、急加速时，由电动发电机MG1发电产生的电力直接成为将电动发电机MG2作为电动机驱动的动力。另一方面，在电池10的SOC低于预先确定的值的情况下，由电动发电机MG1发电产生的电力，通过电力变换单元从交流电力变换为直流电力而储存于电池10。
该电动发电机MG1也作为启动发动机ENG时的启动机来使用。在启动发动机ENG时，电动发电机MG1从电池10接受电力的供给，作为电动机而驱动。并且，电动发电机MG1使发动机ENG起转而启动。
电动发电机MG2代表性地由三相交流同步电动发电机构成。在电动发电机MG2作为电动机而驱动的情况下，由蓄积于电池10的电力和由电动发电机MG1发电产生的电力的至少任一方来驱动。电动发电机MG2的驱动力经由减速器RD被传递到前轮70L、70R。由此，电动发电机MG2辅助发动机ENG使车辆行驶，或者仅由电动发电机MG2的驱动力使车辆行驶。
在车辆的再生制动时，经由减速器RD由前轮70L、70R来驱动电动发电机MG2，电动发电机MG2作为发电机而工作。由此，电动发电机MG2作为将制动能量变换为电能量的再生制动器来发挥作用。由电动发电机MG2发电产生的电力经由电力变换单元20而被蓄积于电池10。
电池10，例如由镍氢或锂离子等二次电池构成。在本发明的实施方式中，电池10作为“蓄电装置”的代表例来表示。也就是说，也能够使用双电层电容器等其他蓄电装置来代替电池10。电池10将直流电压向电力变换单元20供给，并且由来自电力变换单元20的直流电压进行充电。
电力变换单元20，在由电池10供给的直流电力与、驱动控制电机的交流电力和由发电机发电产生的交流电力之间进行双向的电力变换。
混合动力车辆5还具备方向盘40、检测加速踏板位置AP的加速踏板位置传感器44、检测制动踏板位置BP的制动踏板位置传感器46和检测变速位置SP的变速位置传感器48。
ECU30与发动机ENG、电力变换单元20以及电池10电连接。ECU30，基于来自各种传感器的检测信号，综合地控制发动机ENG的运行状态、电动发电机MG1、MG2的驱动状态和电池10的充电状态，使得混合动力车辆5变为所希望的行驶状态。
图2是对图1的混合动力车辆5中的动力传动系的详情进行说明的示意图。
参照图2，混合动力车辆5的动力传动系(混合动力系统)具备电动发电机MG2、连接于电动发电机MG2的输出轴160的减速器RD、发动机ENG、电动发电机MG1和动力分配机构PSD。
动力分配机构PSD，在图2所示例中由行星齿轮机构构成，包括：结合于在曲轴150中贯通轴中心的中空的太阳轮轴的太阳轮151；以能够旋转的方式被支撑在与曲轴150同轴上的齿圈152；配置在太阳轮151与齿圈152之间，自转并且沿太阳轮151的外周公转的小齿轮153；和支撑结合于曲轴150的端部的各小齿轮153的旋转轴的行星齿轮架154。
动力分配机构PSD将结合于太阳轮151的太阳轮轴、结合于齿圈152的齿圈箱155以及结合于行星齿轮架154的曲轴150这三轴作为动力的输入输出轴。并且，当决定了对该三轴之中的任两轴输入输出的动力时，相对于剩余的一轴输入输出的动力基于其他两轴输入输出的动力来决定。
动力取出用的副传动齿轮(counter drive gear)170被设置在齿圈箱155的外侧，与齿圈152一体地进行旋转。副传动齿轮170被连接于动力传递减速齿轮RG。齿圈箱155对应于本发明中的“输出部件”。如此一来，动力分配机构PSD，以伴随由电动发电机MG1输入输出电力和动力而将来自发动机ENG的输出的至少一部分向输出部件输出的方式进行工作。
而且，在副传动齿轮170与动力传递减速齿轮RG之间进行动力的传递。并且，动力传递减速齿轮RG驱动与作为驱动轮的前轮70L、70R连结的差动齿轮DEF。此外，在下坡等时，驱动轮的旋转被传递到差动齿轮DEF，动力传递减速齿轮RG由差动齿轮DEF来驱动。
电动发电机MG1包括：形成旋转磁场的定子131；和配置在定子131内部、埋入有多个永磁体的转子132。定子131包括定子芯133和圈绕于定子芯133的三相线圈134。转子132结合于与动力分配机构PSD的太阳轮151一体地进行旋转的太阳轮轴。定子芯133以将电磁钢板的薄板进行层叠的方式而形成，被固定在未图示的箱体中。
电动发电机MG1，作为通过由埋入转子132的永磁体产生的磁场与由三相线圈134形成的磁场的相互作用来旋转驱动转子132的电动机而进行工作。此外，电动发电机MG1也作为通过由永磁体产生的磁场与转子132的旋转的相互作用来在三相线圈134的两端产生电动势的发电机而进行工作。
电动发电机MG2包括：形成旋转磁场的定子136；和配置在定子136内部、埋入有多个永磁体的转子137。定子136包括定子芯138和圈绕于定子芯138的三相线圈139。
转子137经由减速器RD结合于与动力分配机构PSD的齿圈152一体地进行旋转的齿圈箱155。定子芯138例如以将电磁钢板的薄板进行层叠的方式而形成，被固定在未图示的箱体中。
电动发电机MG2也作为通过由永磁体产生的磁场与转子137的旋转的相互作用来在三相线圈139的两端产生电动势的发电机而进行工作。此外，电动发电机MG2作为通过由永磁体产生的磁场与由三相线圈139形成的磁场的相互作用来旋转驱动转子137的电动机而进行工作。
减速器RD通过作为行星齿轮的旋转元件之一的行星齿轮架166被固定于箱体的结构进行减速。也就是说，减速器RD包括：结合于转子137的输出轴160的太阳轮162；与齿圈152一体地进行旋转的齿圈168；和与齿圈168及太阳轮162啮合并且将太阳轮162的旋转向齿圈168传递的小齿轮164。例如，将齿圈168的齿数设为太阳轮162的齿数的两倍以上，由此能够将减速比设为两倍以上。
如此，电动发电机MG2的旋转力，经由减速器RD，被传递至与齿圈152、168一体地进行旋转的输出部件(齿圈箱)155。也就是说，电动发电机MG2被构成为在从输出部件155到驱动轮之间施加动力。可以省略减速器RD的配置，即不设定减速比，而是连结电动发电机MG2的输出轴160和输出部件155之间。
电力变换单元20包括升压转换器12和变换器(inverter，逆变器)14、22。升压转换器12对来自电池10的直流电压进行电压变换并输出到电源线PL与接地线GL间。此外，升压转换器12以能够双向地进行电压变换的方式而构成，将电源线PL与接地线GL间的直流电压变换为电池10的充电电压。
变换器14、22将电源线PL与接地线GL之间的直流电压变换为交流电压并分别向电动发电机MG2、MG1输出。此外，变换器14、22将由电动发电机MG2、MG1发电产生的交流电压变换为直流电压，输出到电源线PL与接地线GL之间。
(电动发电机的控制构成)
接下来，对电动发电机MG1、MG2的控制构成进行说明。
图3是表示电动发电机MG1、MG2的控制构成的概略框图。
参照图3，电力变换单元20包括电容器C1、C2、升压转换器12、变换器(inverter，逆变器)14、22和电流传感器24、28。
图2所示的ECU30具有HV-ECU32和MG-ECU35，所述HV-ECU32生成电动发电机MG1、MG2的动作指令值即转矩指令值Tqcom1、Tqcom2以及升压转换器12的动作指令值即电压指令值VHref，所述MG-ECU35控制升压转换器12以及变换器14、22，使得升压转换器12的输出电压VH跟随电压指令值VHref、且电动发电机MG1、MG2的输出转矩跟随转矩指令值Tqcom1、Tqcom2。
升压转换器12包括：电抗器L1；IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)元件Q1、Q2；和二极管D1、D2。电抗器L1的一端连接到电池10的电源线，另一端连接在IGBT元件Q1与IGBT元件Q2的中间点、即IGBT元件Q1的发射极与IGBT元件Q2的集电极之间。IGBT元件Q1、Q2串联连接在电源线与地线之间。并且，IGBT元件Q1的集电极连接到电源线，IGBT元件Q2的发射极连接到地线。此外，在各IGBT元件Q1、Q2的集电极-发射极间分别连接有使电流从发射极侧流向集电极侧的二极管D1、D2。
变换器14包括U相上下臂15、V相上下臂16、和W相上下臂17。U相上下臂15、V相上下臂16以及W相上下臂17并联设置在电源线与地线之间。U相上下臂15由串联连接的IGBT元件Q3、Q4构成，V相上下臂16由串联连接的IGBT元件Q5、Q6构成，W相上下臂17由串联连接的IGBT元件Q7、Q8构成。此外，在各IGBT元件Q3～Q8的集电-发射极间分别连接有使电流从发射极侧流向集电极侧的二极管D3～D8。
各相上下臂的中间点连接到电动发电机MG2的各相线圈的各相端。也就是说，U、V、W相的三个线圈的一端共同连接到中性点M1，并且U相线圈的另一端连接到IGBT元件Q3、Q4的中间点，V相线圈的另一端连接到IGBT元件Q5、Q6的中间点，W相线圈的另一端连接到IGBT元件Q7、Q8的中间点。
变换器22包括与变换器14同样的结构。
电压传感器11检测从电池10输出的电池电压Vb，将其检测出的直流电压Vb向MG-ECU35输出。电容器C1将从电池10供给的直流电压Vb平滑化，将该平滑化后的直流电压Vb向升压转换器12供给。
升压转换器12对从电容器C1供给的直流电压Vb进行升压并向电容器C2供给。比较具体而言，升压转换器12，当从MG-ECU35接收到信号PWMC时，与根据信号PWMC使晶体管Q2导通的期间相应地对直流电压Vb进行升压并供给到电容器C2。
此外，升压转换器12，当从MG-ECU35接收到信号PWMC时，对经由电容器C2从变换器14以及/或者变换器22供给的直流电压进行降压并对电池B进行充电。
电容器C2将来自升压转换器12的直流电压平滑化，将该平滑化后的直流电压经由电源线PL和接地线GL向变换器14、22供给。电压传感器13检测电容器C2两端的电压、即升压转换器12的输出电压VH(相当于向变换器14、22输入的输入电压。以下相同)，将其检测出的输出电压VH向MG-ECU35输出。
变换器14，在从电容器C2供给直流电压时，基于来自MG-ECU35的信号PWMI2，将直流电压变换为交流电压来驱动电动发电机MG2。由此，电动发电机MG2被驱动来产生由转矩指令值Tqcom2指定的转矩。
此外，变换器14，在混合动力车辆5再生制动时，基于来自MG-ECU35的信号PWMI2，将电动发电机MG2发电产生的交流电压变换为直流电压，将该变换后的直流电压经由电容器C2向升压转换器12供给。这里所说的再生制动包括：由驾驶混合动力车辆的驾驶者进行脚制动器操作时的伴随再生发电的制动；虽然不操作脚制动器，但通过在行驶中关闭加速踏板来进行再生发电同时使车辆减速(或者中止加速)。
变换器22，在从电容器C2供给直流电压时，基于来自MG-ECU35的信号PWMI1将直流电压变换为交流电压来驱动电动发电机MG1。由此，电动发电机MG1被驱动来产生由转矩指令值Tqcom1指定的转矩。
电流传感器24检测流向电动发电机MG1的电机电流MCRT1，将其检测出的电机电流MCRT1向MG-ECU35输出。电流传感器28检测流向电动发电机MG2的电机电流MCRT2，将其检测出的电机电流MCRT2向MG-ECU35输出。
此外，在电动发电机MG1、MG2上还设有检测转子转角的转角传感器25、29。由转角传感器25检测出的电动发电机MG1的转子转角θ(1)和由转角传感器29检测出的电动发电机MG2的转子转角θ(2)被传递至MG-ECU35和HV-ECU32。
MG-ECU35从电压传感器11接受从电池10输出的直流电压Vb，分别从电流传感器24、28接受电机电流MCRT1、MCRT2，从电压传感器13接受升压转换器12的输出电压VH(即向变换器14、22的输入电压)，从转角传感器25、29接受转子转角θ(1)、θ(2)。而且，从HV-ECU32接受动作指令值，即电压指令值VHref以及转矩指令值Tqcom1、Tqcom2。此外，基于转子转角θ(1)、θ(2)，能够求出MG1转速Nm1(rpm)和MG2转速Nm2(rpm)。
并且，MG-ECU35，基于输出电压VH、电机电流MCRT2以及转矩指令值Tqcom2，生成用于在通过后述的方法由变换器14驱动电动发电机MG2时对变换器14的IGBT元件Q3～Q8进行开关控制的信号PWMI2，将该生成的信号PWMI2向变换器14输出。此外，MG-ECU35，基于输出电压VH、电机电流MCRT1以及转矩指令值Tqcom1，生成用于在通过后述的方法由变换器22驱动电动发电机MG1时对变换器22的IGBT元件进行开关控制的信号PWMI1，将该生成的信号PWMI1向变换器22输出。
而且，MG-ECU35，基于电压指令值VHref和至少直流电压Vb和输出电压VH，生成用于对升压转换器12的IGBT元件Q1、Q2进行开关控制的信号PWMC，并向升压转换器12输出。
图4是概略地说明各电动发电机的控制模式的图。
如图4所示，在本发明的实施方式中，对电动发电机MG1、MG2的控制，即变换器14、22中的电力变换，可以切换三种控制模式来使用。
正弦波PWM控制作为一般的PWM控制来使用，按照正弦波状的电压指令值与载波(代表性的是三角波)的电压比较来控制各相上下臂元件的导通/截止。其结果，对与上臂元件的导通期间对应的高电平期间、和与下臂元件的导通期间对应的低电平期间的集合，控制占空比使得在电角度360°的期间内其基波成分变为正弦波。众所周知，在正弦波PWM控制模式中，只能将其基波成分振幅提高至变换器输入电压的约0.61倍左右。
另一方面，在矩形波电压控制中，在电角度360°的期间内，向交流电动机施加高电平期间与低电平期间的比为1∶1的一个脉冲的矩形波。由此，调制率被提高至0.78。
过调制PWM控制，在扭曲了上述电压指令值的振幅的基础上进行与上述正弦波PWM控制同样的PWM控制。其结果，能够扭曲基波成分，能够将调制率提高至从正弦波PWM控制模式下的最高调制率(约0.61)到0.78的范围。
在电动发电机MG1、MG2中，因为当转速、输出转矩增加时感应电压变高，所以必要的线间电压(电机必要电压)变高。升压转换器12的输出电压VH需要设定得高于该电机必要电压。其另一方面，升压转换器12的输出电压VH存在界限值(VH最大电压)。
因此，在电机必要电压低于VH最大电压的区域中，适用由正弦波PWM控制或者过调制PWM控制进行的PWM控制模式，由按照矢量控制的电机电流的反馈控制将输出转矩控制为转矩指令值Tqcom1、Tqcom2。另一方面，当电机必要电压达到VH最大电压时，将输出电压VH设定为VH最大电压的基础上适用矩形波电压控制模式。在矩形波电压控制中，基波成分的振幅被固定，所以由基于转矩实际值与转矩指令值的偏差的、矩形波电压脉冲的相位控制来执行转矩控制。
(MG1的过旋转保护以及由本实施方式进行的电力收支控制)
在如上所述构成的混合动力车辆中，通过由动力分配机构PSD进行的差动动作，电动发电机MG1的转速、发动机ENG的转速以及输出部件(齿圈箱)155的转速，如图5A的列线图所示，各自的转速以电动发电机MG1和发动机ENG相对于输出部件155的转速差维持一定比率的方式变化。
因此，任何元件的转速的变化对其他元件转速产生影响，特别地，在搭载有惯性大的高输出发动机的混合动力车辆中，在电动发电机MG1高旋转时执行的MG1过旋转保护控制时，可能发生受到发动机转速降低的影响而MG1转速急剧降低的问题。
图5A和图5B是说明MG1过旋转保护控制及此时的问题点的图。在图5A中示出用于说明上述问题点的列线图，在图5B中示出上述问题点发生时的动作波形例。
参照图5A，在通常行驶时，控制电动发电机MG1的转速(以下，也简单称为MG1转速)，使得：对于对应车速而决定的输出部件155的转速，发动机转速变为燃料经济性良好的区域。
此外，在混合动力车辆5的动力传动系中，以电动发电机MG1与MG2的各电力(以正值表示消耗电力，以负值表示发电电力)的合计电力、各部位的损失电力、和电池10的输入输出电力(以正值表示放电电力，以负值表示充电电力)的总和变为0的方式建立电力收支。因此，通过以电动发电机MG1与MG2的合计电力变到预定范围内的方式来限制第一和第二电动发电机的动作(输出转矩等)，从而由例如HV-ECU32(图3)来执行用于防止蓄电装置的过充电和过放电以及电力变换单元20中的过电流的发生的电力收支控制。
在此，如列线图260所示，在MG1转速接近控制上限值N1max的情况下，当通过制动踏板操作等使混合动力车辆5减速时，如列线图270所示，由于输出部件155伴随减速的转速降低，可能MG1转速超过控制上限值N1max而上升至部件保护方面出现问题的区域。
为了防止这样的MG1过旋转，电动发电机MG1以抑制MG1转速上升的方式输出大转矩，除此之外，如列线图280所示，由燃料切断等发动机控制来降低发动机的输出转矩，降低发动机的转速从而降低整体的转速，由此执行使MG1转速降低的MG1过旋转保护控制。在该状态下，因为电动发电机MG1的发电电力也增加，所以通过根据需要增加电动发电机MG2中的消耗电力，从而进行上述电力收支控制。
然而，在高输出发动机等、发动机惯性大的情况下，由于用于从列线图270移向列线图280的MG1过旋转保护控制，当降低发动机转速时，可能会由该减速方向的发动机惯性引起MG1转速急剧降低。此外，因为越是发动机高输出、高转矩，则电动发电机MG1越是在降低MG1转速的方向上产生大输出转矩，所以当上述那样的发动机控制的影响较大时容易发生MG1转速的急剧降低。
其结果，存在由电动发电机MG1发电的发电电力急剧降低，上述电力收支失衡的可能性。而且，因为当伴随MG1转速的急剧降低的差动动作使MG2转速急剧上升时，电动发电机MG2的消耗电力急剧增大，所以电力收支可能进一步失衡。在图5B中，示出在这样的状况下的动作波形例。
参照图5B，伴随MG1转速上升，MG1控制模式从正弦波PWM向过调制PWM、矩形波电压控制变化。并且，可以理解：对MG1转速从矩形波电压控制适用的高旋转区域急速降低进行响应，由于上述的电力收支的失衡会使电池10的输入输出电流即电池电流急增。
如此，在本发明实施方式的混合动力车辆中，在由于发动机的输出转矩降低而进行过旋转保护控制时，由于以MG1转速的急剧降低作为触发而使电力收支失衡，由此来自电池10的输出电流急增，可能引起电池10的过放电或者电力变换单元20中的过电流的产生。
因此，在本发明实施方式的混合动力车辆的控制装置中，在MG1过旋转保护控制时，通过以下这样的电力收支控制的执行而防止电力收支失衡。
图6对由本发明实施方式的混合动力车辆的控制装置进行的MG1过旋转保护控制时的电力收支控制构成进行说明的概略框图。图6所示的各框的功能，由HV-ECU32执行硬件的或软件的处理来实现。
参照图6，MG1转速检测部300，基于由转角传感器25检测出的转子转角θ(1)，检测MG1转速Nm1(rpm)。此外，通过根据电机电流、电压等来推定转子转角θ(1)，由此可以省略转角传感器25。转速降低检测部310，基于由MG1转速检测部300检测出的MG1转速Nm1和发动机控制信号(代表性地是指示燃料切断控制的F/C信号)，在伴随发动机ENG的输出转矩降低而MG1转速Nm1急剧降低时，将检测标志FL设为开启。
检测标志FL，根据MG1转速Nm1在预定的单位时间内降低预定值以上，即MG1转速以预定的减速度以上降低来设为开启。检测发动机ENG的输出转矩降低的信号，并不限定于F/C信号，也能够使用用于发动机控制的其他的控制信号等。
电力收支控制部320，在检测到标志FL开启时，执行电动发电机MG1以及/或者MG2的转矩指令值修正、升压转换器12的电压指令值VHref修正、以及电动发电机MG1的控制模式切换指示之中的至少一个。
图7是对本实施方式的MG1转速降低时的电力收支控制的第一例进行说明的流程图。
参照图7，HV-ECU32，在步骤S100中，基于转角传感器25的输出，检测MG1转速Nm1。也就是说，步骤S100的动作相当于图6的MG1转速检测部300的功能。
进而，HV-ECU32，由步骤S110，判定是否发生了伴随发动机ENG的输出转矩降低的MG1转速Nm1急剧降低。也就是说，步骤S110的处理相当于图6的转速降低检测部310的功能。
HV-ECU32，在MG1的转速正在急剧降低的情况下(S110的“是”判定时)、即在检测标志FL开启时，由步骤S120，在电动发电机MG1发电电力增加的方向上修正MG1的转矩指令值Tqcom1。或者，HV-ECU32，在电动发电机MG2中的消耗电力减少的方向上修正转矩指令值Tqcom2。或者，HV-ECU32，在步骤S120中，执行上述的转矩指令值Tqcom1的修正和转矩指令值Tqcom2的修正这双方。也就是说，步骤S100的动作相当于图6的电力收支控制部320的功能。
由此，因为能够抑制电动发电机MG1、MG2的合计电力急剧地增加(向电力消耗方向变化)，所以即使在MG2转速伴随发动机的输出转矩降低而急剧降低的情况下，也能够减轻电力收支失衡。其结果，能够防止来自电池10的输出电流急增而发生电池10的过放电或者电力变换单元20中产生过电流。
图8是对本实施方式的MG1转速降低时的电力收支控制的第二例进行说明的流程图。
参照图8，HV-ECU32，执行与图7同样的步骤S100和S110，在MG1的转速正在急剧降低的情况下(S110的“是”判定时)，由步骤S130，使升压转换器12的电压指令值VHref低于当前值。
由此，能够使升压转换器12的输出电压VH，即向电动发电机MG1、MG2施加的施加电压的振幅降低，能够使电动发电机MG1、MG2中处理的能量成比例地减少。其结果，因为能够快速地减少来自电池10的输出电流Ib，所以能够防止电池10的过放电或者电力变换单元20中产生过电流。
进而，HV-ECU32，与由步骤S130降低变换器输入电压VH一起，还由步骤S140修正电动发电机MG2的转矩指令值Tqcom2。
参照图9所示的、电动发电机的输出转矩控制特性，进一步进行说明。电动发电机MG1为高旋转，由矩形波电压控制模式来控制，电动发电机MG1的输出转矩与施加电压的电压相位以及升压转换器12的输出电压(变换器输入电压)VH相应地变化。另一方面，电动发电机MG2为低～中旋转，以PWM控制模式运行，即使变换器输入电压VH变化，电动发电机MG2的输出转矩也能够按HV-ECU32的转矩指令进行控制。
当变换器输入电压VH降低时，与变换器22进行的控制无关，电动发电机MG1的输出转矩降低。例如，在图9中，伴随步骤S140中的处理的变换器输入电压VH，电动发电机MG1的输出转矩降低ΔT。与此相伴，电动发电机MG1的发电电力降低ΔT×Nm1×(2π/60)。
因此，与该电动发电机MG1的发电电力的降低量相对应，修正电动发电机MG2的转矩指令值Tqcom2，由此伴随升压转换器12的输出电压VH的降低，能够减少电动发电机MG2的消耗电力。关于转矩指令值Tqcom2的修正量，能够与电压指令值VHref的降低量相对应地算出。例如，修正量ΔTq2能够按照下述式(a)来算出。
ΔTq2＝{C2容量×VH×VHref变化率+ΔT×Nm1×(2π/60)}/{Nm2×(2π/60)}-Tqcom2...(a)
图10是对本实施方式的MG1转速降低时的电力收支控制的第三例进行说明的流程图。
参照图10，HV-ECU32，执行与图7同样的步骤S100和S110，在MG1的转速正在急剧降低的情况下(S110的“是”判定时)，由步骤S150，将控制电动发电机MG1的变换器22的控制模式强制性地设定为PWM控制模式。
从图5A的列线图可以理解：在执行MG1过旋转保护控制的情况下，电动发电机MG1变到高旋转区域。因此，在步骤S110作出“是”判定这样的情况下，电动发电机MG1的控制模式为矩形波电压控制模式。
然而，矩形波电压控制模式，虽然在高旋转区域为了得到高输出而便利，但对于向电动发电机施加的施加电压的电压振幅被固定，仅能够控制电压相位，所以其控制响应性低于能够控制电压振幅和电压相位双方的PWM控制模式。此外，鉴于MG1转速急剧降低的状况，即使将控制模式从矩形波电压控制模式直接向PWM控制模式变化，也不会发生不良影响。
因此，HV-ECU320，在检测出MG1转速急剧降低的情况下，不等待基于电动发电机的动作状态(代表性的是电压、电流)的反馈的通常的控制模式切换判定，而以前馈方式直接将电动发电机MG1的控制模式切换到PWM控制模式。由此，能够快速地适用更高控制响应性的控制模式。
其结果，能够防止由于控制响应延迟的影响使MG1转速的降低变大，使MG1的发电电力进一步降低，从而使电力收支严重失衡。也就是说，能够减轻由于电动发电机MG1的控制延迟而引起MG1转速的急剧降低作为触发的电力收支的失衡，能够防止电池10的过放电或者电力变换单元20中的过电流的产生。
在图11A和图11B中，示出表示图10所示的第三例的电力收支控制的效果的实验结果。
如图11A所示，在不适用第三例的电力收支控制的情况下，在MG1转速从适用矩形波电压控制的高旋转状态急剧降低，MG1控制模式向PWM控制变化时，由于以MG1转速的急剧降低作为触发的电力收支的失衡引起电池电流急增。另一方面，在图11B中，示出在适用第三例的电力收支控制时发生了与图11A的情况同样的MG1转速的急剧降低的情况下的动作波形。从图11B可以理解：在MG1转速急剧降低时，通过以前馈方式将MG1控制模式向PWM控制模式切换，从而抑制电力收支的失衡而回避电池电流的急增。
应该认为，本次所公开的实施方式在所有的方面都是例示而不是限制性的。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求表示，包括与权利要求等同的意思以及范围内的所有的变更。
本发明能够适用于具备发动机、以及经由动力分配机构与发动机连接的电动发电机的混合动力车辆。

Claims (14)

1.一种混合动力车辆的控制装置，所述混合动力车辆具备：通过燃料的燃烧而工作的发动机(ENG)；动力分配机构(PSD)，其以能够相互地相对旋转的方式连结分别与所述发动机的输出轴(150)、第一电动发电机(MG1)的输出轴(132)以及输出部件(155)结合的多个旋转元件(151、152、154)，并且伴随由所述第一电动发电机进行的电力和动力的输入输出而将来自所述发动机的输出的至少一部分向所述输出部件输出；第二电动发电机(MG2)，其在从所述输出部件到驱动轮之间施加动力；以及电力变换单元(20)，其与蓄电装置(10)以及所述第一电动发电机和所述第二电动发电机相连接而进行双向的电力变换，
所述控制装置具备：
转速检测部(300)，其检测所述第一电动发电机的转速(Nm1)；
转速降低检测部(310)，其基于检测出的所述第一电动发电机的转速和所述发动机的控制信号，检测伴随所述发动机的输出转矩降低的所述第一电动发电机的转速降低；以及
电力收支控制部(320)，其用于在由所述转速降低检测部检测到所述第一电动发电机的转速降低时，控制所述电力变换单元，使得所述第一电动发电机与所述第二电动发电机的输入输出电力的和被限制在预定范围内。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆的控制装置，其中，
所述电力收支控制部(320)，在由所述转速降低检测部检测到所述第一电动发电机的转速降低时，以使由所述第一电动发电机(MG1)发电的发电电力增加的方式使所述第一电动发电机的输出转矩的绝对值变化。
3.根据权利要求1所述的混合动力车辆的控制装置，其中，
所述电力收支控制部(320)，在由所述转速降低检测部检测到所述第一电动发电机的转速降低时，以使由所述第二电动发电机(MG2)消耗的消耗电力减少的方式使所述第二电动发电机的输出转矩的绝对值变化。
4.根据权利要求1所述的混合动力车辆的控制装置，其中，
所述蓄电装置(10)输入输出直流电压，
所述电力变换单元(20)包括分别设置在所述蓄电装置与所述第一电动发电机和所述第二电动发电机(MG1、MG2)之间的第一变换器和第二变换器(22、14)，
所述第一变换器和所述第二变换器的各个，选择性地适用第一控制模式和第二控制模式，所述第一控制模式以向所述第一电动发电机和所述第二电动发电机中的对应的电动发电机施加矩形波电压的方式进行开关控制，所述第二控制模式按照脉冲宽度调制控制来控制向所述对应的电动发电机施加的施加电压，
所述电力收支控制部(320)，在由所述转速降低检测部检测到所述第一电动发电机的转速降低时，将所述第一电动发电机的控制模式强制地设为所述第二控制模式。
5.根据权利要求1所述的混合动力车辆的控制装置，其中，
所述蓄电装置(10)输入输出直流电压，
所述电力变换单元包括：
转换器(12)，其被设置在所述蓄电装置与直流电源布线(PL、GL)之间，被构成为能够将所述直流电压的输出电压进行升压而向所述直流电源布线输出；和
第一变换器和第二变换器(22、14)，其分别连接在所述直流电源布线与所述第一电动发电机和所述第二电动发电机(MG1、MG2)之间而进行双向的电力变换，
所述电力收支控制部(320)，在由所述转速降低检测部检测到所述第一电动发电机的转速降低时，使对所述转换器的向所述直流电源布线的输出电压指令值(VHref)低于当前值。
6.根据权利要求5所述的混合动力车辆的控制装置，其中，
所述电力收支控制部(320)，与所述输出电压指令值的降低部分相对应，修正所述第二电动发电机(MG2)的转矩指令值，使得与由所述第一电动发电机(MG1)发电的发电电力的降低量相对应地使由所述第二电动发电机(MG2)消耗的消耗电力减少。
7.根据权利要求1至6的任一项所述的混合动力车辆的控制装置，其中，
所述动力分配机构(PSD)包括行星齿轮机构，该行星齿轮机构具有与所述发动机(ENG)的输出轴(150)结合的行星架(154)、与所述输出部件(155)结合的齿圈(154)和与所述第一电动发电机(MG1)的输出轴(132)结合的太阳轮(151)作为所述多个旋转元件。
8.一种混合动力车辆的控制方法，所述混合动力车辆具备：通过燃料的燃烧而工作的发动机(ENG)；动力分配机构(PSD)，其以能够相互地相对旋转的方式连结分别与所述发动机的输出轴(150)、第一电动发电机(MG1)的输出轴(132)以及输出部件(155)结合的多个旋转元件(151、152、154)，并且伴随由所述第一电动发电机进行的电力和动力的输入输出而将来自所述发动机的输出的至少一部分向所述输出部件输出；第二电动发电机(MG2)，其在从所述输出部件到驱动轮之间施加动力；以及电力变换单元(20)，其与蓄电装置(10)以及所述第一电动发电机和所述第二电动发电机相连接而进行双向的电力变换，
所述控制方法包括：
步骤(S100)，检测所述第一电动发电机的转速(Nm1)；
步骤(S110)，基于检测出的所述第一电动发电机的转速和所述发动机的控制信号，检测伴随所述发动机的输出转矩降低的所述第一电动发电机的转速降低；以及
控制步骤(S120、S130、S150)，在由检测所述转速降低的步骤检测到所述第一电动发电机的转速降低时，控制所述电力变换单元，使得所述第一电动发电机与所述第二电动发电机的输入输出电力的和被限制在预定范围内。
9.根据权利要求8所述的混合动力车辆的控制方法，其中，
所述控制步骤(S120)，在由检测所述转速降低的步骤(S110)检测到所述第一电动发电机的转速降低时，以使由所述第一电动发电机(MG1)发电的发电电力增加的方式，使所述第一电动发电机的输出转矩的绝对值变化。
10.根据权利要求8所述的混合动力车辆的控制方法，其中，
所述控制步骤(S120)，在由检测所述转速降低的步骤(S110)检测到所述第一电动发电机的转速降低时，以使由所述第二电动发电机(MG2)消耗的消耗电力减少的方式，使所述第二电动发电机的输出转矩的绝对值变化。
11.根据权利要求8所述的混合动力车辆的控制方法，其中，
所述蓄电装置(10)输入输出直流电压，
所述电力变换单元(20)包括分别设置在所述蓄电装置与所述第一电动发电机和所述第二电动发电机(MG1、MG2)之间的第一变换器和第二变换器(22、14)，
所述第一变换器和所述第二变换器的各个，选择性地适用第一控制模式和第二控制模式，所述第一控制模式以向所述第一电动发电机和所述第二电动发电机中的对应的电动发电机施加矩形波电压的方式进行开关控制，所述第二控制模式按照脉冲宽度调制控制来控制向所述对应的电动发电机施加的施加电压，
所述控制步骤(S150)，在由检测所述转速降低的步骤(S110)检测到所述第一电动发电机的转速降低时，将所述第一电动发电机的控制模式强制地设为所述第二控制模式。
12.根据权利要求8所述的混合动力车辆的控制方法，其中，
所述蓄电装置(10)输入输出直流电压，
所述电力变换单元包括：
转换器(12)，其被设置在所述蓄电装置与直流电源布线(PL、GL)之间，被构成为能够将所述直流电压的输出电压进行升压而向所述直流电源布线输出；和
第一变换器和第二变换器(22、14)，其分别连接在所述直流电源布线与所述第一电动发电机和所述第二电动发电机(MG1、MG2)之间而进行双向的电力变换，
所述控制步骤(S130)，在由检测所述转速降低的步骤(S110)检测到所述第一电动发电机的转速降低时，使对所述转换器的向所述直流电源布线的输出电压指令值(VHref)低于当前值。
13.根据权利要求12所述的混合动力车辆的控制方法，其中，
还包括如下步骤(S150)：与由所述控制步骤(S130)控制的所述输出电压指令值的降低部分相对应，修正所述第二电动发电机(MG2)的转矩指令值，使得与由所述第一电动发电机(MG1)发电的发电电力的降低量相对应地使由所述第二电动发电机(MG2)消耗的消耗电力减少。
14.根据权利要求8至13的任一项所述的混合动力车辆的控制方法，其中，
所述动力分配机构(PSD)包括行星齿轮机构，该行星齿轮机构具有与所述发动机(ENG)的输出轴(150)结合的行星架(154)、与所述输出部件(155)结合的齿圈(154)和与所述第一电动发电机(MG1)的输出轴(132)结合的太阳轮(151)作为所述多个旋转元件。
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