CN103958243A - 车辆和用于车辆的控制方法 - Google Patents

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Abstract

在包括发动机、电动机、发电机、与电动机和发电机电连接的电池以及设置在电动机和连结到驱动轮的输出轴之间的变速器的车辆中，ECU执行“无电池行驶控制”，在所述无电池行驶控制中，在电池发生故障时，电池与电动机和发电机隔离，通过从发电机产生与加速器踏板操作量(A)对应的转矩来使发电机发电，并且通过利用由发电机产生的电力驱动电动机来使车辆行驶。在无电池行驶控制期间(S20中为“是”)，当车速(V)超过限制车速(Vsh)(S24中为“是”)时，ECU通过对加速器踏板操作量(A)进行滤波处理(S25)来抑制发电机与电动机之间的输入和输出电力的平衡的崩溃。

Description

车辆和用于车辆的控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆和用于该车辆的控制方法，并且更特别地涉及利用发动机和电动机中的至少任何一者的动力而行驶的车辆和用于该车辆的控制方法。
背景技术
近年来，利用发动机和电动机中的至少任何一者的动力而行驶的混合动力车辆被广泛使用。一些混合动力车辆除电动机外还包括发电机。发电机利用发动机的动力而发电。
日本专利申请公报No.2007-196733(JP2007-196733A)记载了一种用于在包括发动机、电动机和发电机的混合动力车辆中执行在储存用于驱动电动机的电力的电池发生故障时使电池与包括电动机和发电机的电气系统隔离且然后利用发电机使用发动机的动力产生的电力驱动电动机的控制(在下文中，也称为“无电池行驶控制”)的技术。此外，日本专利申请公报No.2008-72868(JP2008-72868A)、日本专利申请公报No.2007-137373(JP2007-137373A)和日本专利申请公报No.2009-45946(JP2009-45946A)也记载了相关技术。
顺便说一下，在混合动力车辆上装设有用于驱动电动机的逆变器。用于逆变器的主要控制方法包括脉宽调制(在下文中，也称为“PWM”)控制方法和矩形波电压控制(在下文中，也简称为“矩形控制”)方法。矩形控制具有比PWM控制大的电压变换调制系数(与输出电压和输入电压的比例对应的值)并且能够提高电动机输出，但它具有不良的控制精度(控制响应)并且因此逆变器输出电压趋于不稳定。因此，一般而言，矩形控制仅用于高车速范围内，且通常使用PWM控制。
另一方面，在无电池行驶控制期间，电池无法被用作电力缓冲器，并且需要精确地保持电动机与发电机之间的输入电力和输出电力的平衡。然而，当在无电池行驶控制期间车速处在高车速范围内时，用于逆变器的控制方法从PWM控制切换为具有不良的控制精度的矩形控制。这样一来，在发生要求驱动力的急剧变化时输入电力和输出电力的平衡崩溃(丧失)，并且施加至电动机的电压(逆变器输出电压)可能不稳定。
发明内容
本发明提供了一种抑制在无电池行驶控制期间对电动机施加不稳定电压的车辆及其控制方法。
本发明的第一方面提供了一种通过利用发动机和电动机中的至少一者的动力使连结到驱动轮的输出轴旋转而行驶的车辆。所述车辆包括：发电机，所述发电机利用所述发动机的动力发电；电池，所述电池构造成可连接到所述电动机和所述发电机；和控制器。所述控制器构造成在车速低于阈值的情况下以脉宽调制控制来驱动所述电动机，并且构造成在车速超过所述阈值的情况下以与所述脉宽调制控制相比具有提高的输出但不良的可控制性的矩形控制来驱动所述电动机。在所述电池异常时，所述控制器构造成执行无电池行驶控制，在所述无电池行驶控制中，所述电池与所述电动机和所述发电机隔离，通过从所述发电机产生与加速器操作量和车辆要求转矩中的至少任何一者对应的转矩来使所述发电机发电，并且利用由所述发电机产生的电力来驱动所述电动机。在执行所述无电池行驶控制时，在车速超过与所述阈值对应的限制值的情况下，所述控制器构造成执行限制所述加速器操作量的变化率的第一处理、限制所述车辆要求转矩的变化率的第二处理和限制所述发电机的转矩的第三处理中的至少一者，以由此抑制所述发电机与所述电动机之间的输入电力和输出电力的平衡的崩溃。
此外，在所述车辆中，在所述第一处理中，可通过使所述加速器操作量经由滤波处理而温和地变化来限制所述加速器操作量的变化率。
此外，在所述车辆中，在所述第二处理中，可通过使所述车辆要求转矩经由滤波处理而温和地变化来限制所述车辆要求转矩的变化率。
此外，在所述车辆中，在所述第三处理中，可通过保护(guard)处理将所述发电机的转矩限制成使得所述发电机的转矩不会降低到预定转矩以下。
此外，所述车辆还可包括设置在所述电动机与所述输出轴之间的变速器，并且所述控制器可构造成基于所述变速器的速比而改变所述限制值。
此外，在所述车辆中，所述变速器可形成低速档和速比比所述低速档小的高速档中的任何一者，并且所述控制器可构造成在形成了所述高速档的情况下与在形成了所述低速档的情况下相比增大所述阈值和所述限制值。此外，所述控制器可构造成在执行所述无电池行驶控制时在形成了所述低速档的情况下变速到所述高速档。
此外，所述车辆还可包括行星齿轮单元，所述行星齿轮单元包括：齿圈，所述齿圈连结到所述电动机；太阳齿轮，所述太阳齿轮连结到所述发电机；小齿轮，所述小齿轮与所述太阳齿轮和所述齿圈啮合；和行星架，所述行星架连结到所述发动机并且将所述小齿轮支承成使得所述小齿轮可旋转。
本发明的另一方面提供了一种用于车辆的控制方法，所述车辆通过利用发动机和电动机中的至少一者的动力使连结到驱动轮的输出轴旋转而行驶。所述车辆包括：发电机，所述发电机利用所述发动机的动力发电；电池，所述电池构造成可连接到所述电动机和所述发电机；和控制器，所述控制器构造成控制所述电动机和所述发电机。所述控制方法包括：在车速低于阈值的情况下以脉宽调制控制来驱动所述电动机，并且在车速超过所述阈值的情况下以与所述脉宽调制控制相比具有提高的输出但不良的可控制性的矩形控制来驱动所述电动机；在所述电池异常时，执行无电池行驶控制，在所述无电池行驶控制中，所述电池与所述电动机和所述发电机隔离，通过从所述发电机产生与加速器操作量和车辆要求转矩中的至少任何一者对应的转矩来使所述发电机发电，并且利用由所述发电机产生的电力来驱动所述电动机；以及在执行所述无电池行驶控制时，在车速超过与所述阈值对应的限制值的情况下，执行限制所述加速器操作量的变化率的第一处理、限制所述车辆要求转矩的变化率的第二处理和限制所述发电机的转矩的第三处理中的至少一者，以由此抑制所述发电机与所述电动机之间的输入电力和输出电力的平衡的崩溃。
根据上述车辆和用于该车辆的控制方法，能抑制在无电池行驶控制期间对电动机施加不稳定的电压。
附图说明
下面将参照附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是根据本发明第一实施例的车辆的总体框图；
图2示出在图1中示出的动力分割机构和变速器的共线图；
图3是用于执行对图1所示的第一MG和第二MG的驱动控制的电气系统的线路图；
图4是示意性地示出第二MG的控制模式的视图；
图5是在示出车速与车辆的驱动转矩之间的关系的图中示出车辆操作点与第二MG的控制模式之间的对应关系的视图；
图6是示出根据本发明第一实施例的图1所示的ECU的处理程序的流程图；
图7是ECU的功能框图；
图8是示出本发明的第一实施例中的ECU的处理程序的流程图；
图9是示出根据本发明第二实施例的ECU的处理程序的流程图；
图10是根据本发明第三实施例的ECU的功能框图；以及
图11是示出根据本发明第三实施例的ECU的处理程序的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图说明本发明的实施例。在以下说明中，同样的标号表示相同的构件。它们的名称和功能也相同。因此，不重复其详细说明。图1是根据第一实施例的车辆1的总体框图。车辆1包括发动机100、第一电动发电机(MG)200、动力分割机构300、第二MG400、变速器500、传动轴(输出轴)560、电力/功率控制单元(PCU)600、电池700、系统主继电器(SMR)710和电子控制单元(ECU)1000。
发动机100是通过燃烧燃料而输出动力的内燃发动机。发动机100的动力输入到动力分割机构300。
动力分割机构300将从发动机100输入的动力分割成通往输出轴560的动力和通往第一MG200的动力。
动力分割机构300是包括太阳齿轮(S)310、齿圈(R)320、小齿轮(P)340和行星架(C)的行星齿轮机构。小齿轮(P)340与太阳齿轮(S)310和齿圈(R)320啮合。行星架(C)330将小齿轮(P)340保持成使得小齿轮(P)340可旋转(自转)和可绕转(公转)。
行星架(C)330连结到发动机100的曲轴。太阳齿轮(S)310连结到第一MG200的转子。齿圈(R)320连结到输出轴560。
第一MG200和第二MG400均为交流旋转电机且既用作电力电动机(电动机)又用作电力发电机(发电机)。第二MG400的动力输入到变速器500。
变速器500改变第二MG400的转速且然后将旋转传递到输出轴560。变速器500由一组拉维娜(Ravigneaux)式行星齿轮机构形成。亦即，变速器500包括第一太阳齿轮(S1)510、第二太阳齿轮(S2)520、第一小齿轮(P1)531、第二小齿轮(P2)532、齿圈(R1)540和行星架(C1)550。第一小齿轮(P1)531与第一太阳齿轮(S1)510啮合。第二小齿轮(P2)与第一小齿轮(P1)531和第二太阳齿轮(S2)520啮合。齿圈(R1)540与第二小齿轮(P2)532啮合。行星架(C1)550将小齿轮531和532保持成使得各小齿轮531和532可自转和可公转。因此，第一太阳齿轮(S1)510和齿圈(R1)540连同小齿轮531和532一起构成与双小齿轮型行星齿轮机构对应的机构，并且第二太阳齿轮(S2)520和齿圈(R1)540连同第二小齿轮(P2)532一起构成与单小齿轮型行星齿轮机构对应的机构。
行星架(C1)550连结到输出轴560。第二太阳齿轮(S)520连结到第二MG400的转子。
此外，变速器500包括B1制动器561和B2制动器562。B1制动器561选择性地固定第一太阳齿轮(S1)510。B2制动器562选择性地固定齿圈(R1)540。
B1制动器561由固定在变速器500的壳体侧的摩擦材料与固定在第一太阳齿轮(S1)510侧的摩擦材料之间的摩擦力产生接合力。B2制动器562由固定在变速器500的壳体侧的摩擦材料与固定在齿圈(R1)540侧的摩擦材料之间的摩擦力产生接合力。这些制动器561和562连接到基于来自ECU1000的控制信号而输出液压压力的变速用液压回路(未示出)，且均通过从该变速用液压回路输出的液压压力而接合或释放。
在通过使B1制动器561接合而使第一太阳齿轮(S1)510固定且通过使B2制动器562释放而不使齿圈(R1)540固定的情况下，变速器500的档位为高速档Hi。另一方面，在通过使B2制动器562接合而使齿圈(R1)540固定且通过使B1制动器561释放而使第一太阳齿轮(S1)510固定的情况下，变速器500的档位为速比比高速档Hi大的低速档Lo。注意，速比是变速器500的输入轴转速(等于第二MG转速Nm2)与变速器500的输出轴转速(等于输出轴560的转速Np)的比率。
输出轴560利用经由动力分割机构300传递的发动机100的动力和经由变速器500传递的第二MG400的动力中的至少任何一者旋转。输出轴560的旋转力经由减速齿轮传递到左右驱动轮82。这样一来，使车辆1行驶。
图2示出动力分割机构300的共线图和变速器500的共线图。当动力分割机构300如上所述构成时，太阳齿轮(S)310的转速(等于第一MG转速Nm1)、行星架(C)330的转速(等于发动机转速Ne)和齿圈(R)320的转速具有由在动力分割机构300的共线图上连接的线示出的关系(这样的关系：在任何两个转速被确定的情况下，其余一个转速也被确定)。
此外，当变速器500如上所述构成时，第一太阳齿轮(S1)510的转速、齿圈(R1)540的转速、行星架(C1)550的转速和第二太阳齿轮(S2)520的转速(等于第二MG转速Nm2)具有由在变速器500的共线图上连接的线示出的关系(这样的关系：在任何两个转速被确定的情况下，其余的转速也被确定)。
由于变速器500的行星架(C1)550连接到输出轴560，故行星架(C1)550的转速与输出轴560的转速(亦即，车速V)一致。此外，由于动力分割机构300的齿圈(R)320也连接到输出轴560，故齿圈(R)320的转速也与输出轴560的转速(亦即，车速V)一致。
在低速档Lo，B2制动器562接合且结果使齿圈(R1)540固定，因此齿圈(R1)540的转速变成0。此外，在高速档Hi，B1制动器561接合且结果使第一太阳齿轮(S1)510固定，因此第一太阳齿轮(S1)510的转速变成0。因此，在第二MG转速Nm2相同的情况下，如图2所示，由于高速档Hi的共线(点划线)与低速档Lo的共线(实线)之间的关系，形成了高速档Hi时的车速V比形成了低速档Lo时的车速V高。相反，在车速V相同的情况下，如图2所示，由于高速档Hi的共线(双点划线)与低速档Lo的共线(实线)之间的关系，形成了高速档Hi时的第二MG转速Nm2比形成了低速档Lo时的第二MG转速Nm2低。
返回参照图1，PCU600将从电池700供给的高电压直流电力变换为交流电力且然后将该交流电力输出到第一MG200和/或第二MG400。这样一来，第一MG200和/或第二MG400被驱动。此外，PCU600将由第一MG200和/或第二MG400产生的交流电力变换为直流电力且然后将该直流电力输出到电池700。这样一来，电池700被充电。
电池700是储存用于驱动第一MG200和/或第二MG400的高电压(例如，约200V)直流电力的二次电池。电池700典型地构造成包含镍金属氢化物或锂离子。注意，代替电池700，可采用大电容电容器。
SMR710是用于切换与包括电池700和PCU600的电气系统的连接状态的继电器。
发动机转速传感器10、输出轴转速传感器15、旋转变压器21和22、加速器位置传感器31等连接到ECU1000。发动机转速传感器10检测发动机转速Ne(发动机100的转速)。输出轴转速传感器15检测输出轴560的转速Np作为车速V。旋转变压器21和22分别检测第一MG转速Nm1(第一MG200的转速)和第二MG转速Nm2(第二MG400的转速)。加速器位置传感器31检测加速器踏板操作量A(使用者对加速器踏板的操作量)。这些传感器将检测结果输出到ECU1000。
ECU1000结合有中央处理单元(CPU)和存储器，并且基于存储在存储器中的信息和来自传感器的信息而执行预定的算术处理。ECU1000基于算术处理的结果而控制装设在车辆1上的各种装置。
图3是用于执行对第一MG200和第二MG400的驱动控制的电气系统的线路图。该电气系统由第一MG200、第二MG400、PCU600、电池700、SMR710和ECU1000构成。
当SMR710处于断开状态时，电池700与电气系统隔离。当SMR710处于接通状态时，电池700连接到电气系统。SMR710响应于来自ECU1000的控制信号而被控制(接通或断开)。例如，当使用者进行开始驱动车辆以要求电气系统起动的操作时，ECU1000使SMR710接通。
PCU600包括变换器610以及逆变器620和630。变换器610具有由电抗器和两个开关元件构成的一般的升压斩波电路。各开关元件上连接有反向并联二极管。
逆变器620和630与变换器610彼此并联连接。逆变器620连接在变换器610与第一MG200之间。逆变器620包括U相臂、V相臂和W相臂。U相臂、V相臂和W相臂互相并联连接。U相臂、V相臂和W相臂均包括两个串联连接的开关元件(上臂和下臂)。为各开关元件设置有反向并联二极管。
逆变器630连接在变换器610和第二MG400之间。逆变器630及逆变器620具有一般的三相逆变器构型。亦即，逆变器630包括用于三相(U相、V相和W相)的三对上臂和下臂以及分别用于各臂的反向并联二极管。
电压传感器180检测变换器610与逆变器620和630之间的电力线54上的直流电压(在下文中，也称为“系统电压VH”)。电压传感器180检测出的结果输出到ECU1000。
变换器610执行系统电压VH与电池700的电压Vb之间的双向直流电压变换。当从电池700放电的电力供给到第一MG200或第二MG400时，变换器610使电压升压。另一方面，当使用由第一MG200或第二MG400产生的电力对电池700充电时，变换器610使电压降压。
逆变器620通过接通或切断开关元件来将系统电压VH变换为交流电压。变换后的交流电压供给到第一MG200。此外，逆变器620将由第一MG200产生的交流电力变换为直流电力。
类似地，逆变器630将系统电压VH变换成交流电压并且将该交流电压供给到第二MG400。此外，逆变器630将由第二MG400产生的交流电力变换为直流电力。
这样，将变换器610与逆变器620和630电连接的电力线54被分别形成为由逆变器620和630共享的正极总线和负极总线。电力线54与第一MG200和第二MG400两者电连接，因此允许由第一MG200和第二MG400中的一者产生的电力在另一者被消耗。
因此，在SMR710处于接通状态且电池700连接到电气系统的状态下，使用由第一MG200和第二MG400中的任何一者产生的电力对电池700充电或通过第一MG200和第二MG400中的任何一者短缺电力而使电池700放电。另一方面，在SMR710处于断开状态且电池700与电气系统隔离的状态下，电池700不能被用作电力缓冲器，因此需要保持第一MG200与第二MG400之间的输入和输出电力的平衡。
ECU1000通过分别控制逆变器620和630的开关操作而执行对第一MG200和第二MG400的驱动控制。具体地，ECU1000基于加速器踏板操作量A和车速V而设定第一MG转矩指令值T1com和第二MG转矩指令值T2com，并且将开关控制信号输出到逆变器620和630，以使得第一MG200的实际转矩和第二MG400的实际转矩分别与第一MG转矩指令值T1com和第二MG转矩指令值T2com一致。
图4是示意性地示出第二MG400的控制模式(亦即，逆变器630的控制模式)的视图。在根据第一实施例的车辆1中，逆变器630的控制模式切换为PWM控制模式和矩形控制模式中的任一种。
在PWM控制模式下，执行正弦PWM控制和过调制PWM控制中的任何一者。正弦PWM控制被用作一般的PWM控制方法，并且根据正弦电压指令值与载波(载波信号)之间的电压比较而控制各相臂中的开关元件的开/关状态。结果，在一定期间内从逆变器630输出到第二MG400的线间电压(在下文中，还简称为“逆变器输出电压”)的基本(波)成分形成伪正弦波。众所周知，在正弦PWM控制中，基本成分的振幅仅可提高逆变器输入电压的约0.61倍(调制系数仅可提高到0.61)。
在载波的振幅歪曲而减小之后，过调制PWM控制将执行与上述正弦PWM控制相同的PWM控制。结果，能使调制系数提高到0.61至0.78的范围。因此，在执行PWM控制的范围内，在车速较低的情况下执行正弦PWM控制，并且在车速较高的情况下执行过调制PWM控制。
另一方面，在矩形控制模式下，执行矩形控制。在矩形控制中，一旦在所设定的期间内便进行开关操作。结果，所设定的期间内的逆变器输出电压是一次脉冲的矩形电压。这样一来，矩形控制的控制精度(控制响应)不良，但与PWM控制相比能使调制系数提高到0.78，因此能提高电动机输出。
考虑这些控制模式的特性之间的差别，ECU1000基于由车辆驱动转矩(输出轴560的驱动转矩)和车速V(与输出轴560的转速Np对应，亦即，与第二MG转速Nm2对应)决定的车辆操作点所属的区域而选择控制模式。
图5是示出车辆操作点与第二MG400(逆变器630)的控制模式之间的对应关系的曲线图。示意性地，选择具有较高可控制性的PWM控制模式以减小相对于控制边界线L的低转速侧区域A1内的转矩变动，并且选择矩形控制模式以提高在相对于控制边界线L的高转速侧区域A2内第二MG400的输出。
在第一实施例中，控制边界线L被设定为形成了高速档Hi时与形成了低速档Lo时之间的差值。亦即，如上述图2中所示，在车速V相同的情况下，第二MG转速Nm2在形成了高速档Hi时比在形成了低速档Lo时低。考虑到这一点，ECU1000将形成了高速档Hi时的控制边界线L2设定成使得控制边界线L2被设定在比形成了低速档Lo时的控制边界线L1高的车速侧。这样一来，在形成了高速档Hi时比在形成了低速档Lo时更难切换到矩形控制模式。
接下来，将说明无电池行驶控制。当由于电池700中发生异常而禁止充电或放电时，ECU1000执行故障安全控制，在所述故障安全控制中使车辆1在SMR710被设定为断开状态且电池700与电气系统隔离的状态下行驶。该故障安全控制就是“无电池行驶控制”。
在无电池行驶控制期间，电池700不能被用作电力缓冲器，因此需要保持第一MG200与第二MG400之间的输入和输出电力的平衡。亦即，在以无电池行驶控制来行驶的状态下，需要利用由第一MG200产生的电力来驱动第二MG400，并且需要执行控制以使得第一MG200的发电量等于第二MG400的耗电量。
图6是示出在无电池行驶控制期间ECU1000的处理程序的流程图。在S10中，ECU1000基于加速器踏板操作量A和车速V而计算出车辆要求转矩Treq。例如，ECU1000预先存储规定加速器踏板操作量A、车速V和车辆要求转矩Treq之间的对应关系的脉谱图，并且利用该脉谱图计算与实际加速器踏板操作量A和实际车速V对应的车辆要求转矩Treq。
在S11中，ECU1000由车辆要求转矩Treq计算发动机要求功率Pereq。更具体地，ECU1000计算车辆要求转矩Treq和输出轴转速Np的乘积(等于车辆要求功率)作为发动机要求功率Pereq。
在S12中，ECU1000计算满足发动机要求功率Pereq的发动机转速目标值Nereq和发动机转矩目标值Tereq。例如，ECU1000预先设定由发动机转速Ne和发动机转矩Te决定的最佳发动机操作线，并且利用该最佳发动机操作线计算满足发动机要求功率Pereq的发动机转速目标值Nereq和发动机转矩目标值Tereq。
在S13中，ECU1000由发动机要求功率Pereq和发动机转速目标值Nereq计算作为发动机转矩Te的反作用力的第一MG转矩目标值T1req。当动力分割机构300的行星齿轮传动比为“ρ”时，在第一MG转矩T1与发动机转矩Te之间基于力学关系由T1＝ρ/(1+ρ)×Te表示的关系式成立。发动机转矩Te是通过将发动机功率Pe除以发动机转速Ne而获得的值，因此ECU1000利用以下数学式(1)计算第一MG转矩目标值T1req。
T1req＝ρ/(1+ρ)×Tereq＝ρ/(1+ρ)×(Pereq/Nereq)(1)
注意，在无电池行驶控制期间，为了将第一MG200设定在发电状态，将第一MG转矩目标值T1req设定为负值(T1req＜0)。随着第一MG转矩目标值T1req减小，通过第一MG200的发电产生的转矩(在下文中，也称为“第一MG200的负转矩”)增大，因此第一MG200的发电量增大。
在S14中，ECU1000将第二MG转矩目标值T2req计算成使得第一MG目标功率(等于第一MG200的发电量的目标值)等于第二MG目标功率(等于第二MG400的耗电量的目标值)。具体地，ECU1000利用以下数学式(2)计算第二MG转矩目标值T2req。
T2req＝(T1req×Nm1)/Nm2(2)
在S15中，ECU1000将计算出的发动机转矩目标值Tereq、第一MG转矩目标值T1req和第二MG转矩目标值T2req分别设定为发动机转矩指令值Tecom、第一MG转矩指令值T1com和第二MG转矩指令值T2com。
这样，在无电池行驶控制期间，为了保持第一MG200与第二MG400之间的输入和输出电力的平衡，转矩指令值被设定成使得第一MG200的发电量等于第二MG400的耗电量。然而，如果第二MG400的控制模式切换为具有相对不良的可控制性的矩形控制模式，则第二MG转矩T2的控制精度恶化，并且结果，第一MG200的发电量可能与第二MG400的耗电量不一致，并且逆变器输出电压可能变得不稳定。
特别地，逆变器输出电压变得不稳定的状况是车辆要求功率急剧变化的模式，典型地为加速器开启状态(加速器踏板操作量A＞0)和加速器关闭状态(加速器踏板操作量A＝0)反复的模式。当加速器被设定在开启状态时，第一MG200的负转矩的绝对值增大以使第一MG200的发电量(等于第二MG400的输出功率)增加。发动机转矩Te增大以防止发动机转速Ne由于第一MG200的负转矩的绝对值的增大而降低；然而，实际上，发动机转速Ne由于对发动机100的控制的延迟而暂时降低。在发动机转速Ne暂时降低的状态下，第一MG转速Nm1也暂时降低(参照图2所示的共线图)。因此，第一MG200的发电量降低，因此需要使第二MG400的输出功率降低与第一MG200的发电量的降低对应的量，以保持输入和输出电力的平衡；然而，在具有相对不良的可控制性的矩形控制模式中，发生第二MG400的输出功率的降低的延迟且然后系统电压VH降低，并且结果，逆变器输出电压降低。因此，如果在高车速下加速器开启状态和加速器关闭状态反复，则逆变器输出电压的降低反复，并且结果，逆变器输出电压变得不稳定。在当系统电压VH变得低于或等于预定值时执行将逆变器620和630设定为关断状态(停止状态)的故障安全操作的车辆中，可能由于系统电压VH的降低而无法继续车辆行驶。
于是，在第一实施例中，在无电池行驶控制期间在高车速时，执行使逆变器输出电压稳定的处理(具体地，后述的对加速器踏板操作量A进行滤波处理的处理)。这样一来，可抑制第一MG200与第二MG400之间的输入和输出电力的平衡的崩溃。因此，即使控制模式切换为矩形控制，也能使逆变器输出电压稳定。这一点是第一实施例的最为特征的部分。
图7是使逆变器输出电压稳定时ECU1000的功能框图。图7所示的功能框可用硬件实现或者可用软件实现。
ECU1000包括第一判定单元1010、第二判定单元1020、滤波处理单元1030和限制车速切换单元1040。
第一判定单元1010判定无电池行驶控制是否正被执行。限制车速切换单元1040基于变速器500中形成的档位(变速器500的速比)而切换限制车速Vsh。限制车速Vsh用在由第二判定单元1020所做的判定中。限制车速切换单元1040在形成了低速档Lo时将限制车速Vsh设定为“Vsh1”，并且在形成了速比比低速档Lo小的高速档Hi时将限制车速Vsh设定为“Vsh2”。在第一实施例中，形成了低速档Lo时的限制车速Vsh1被设定为形成了低速档Lo时控制边界线L1的最低速侧值。此外，形成了高速档Hi时的限制车速Vsh2被设定为形成了高速档Hi时控制边界线L2的最低速侧值(参见图5)。
注意，根据第一实施例的车辆1包括变速器500，因此限制车速切换单元1040的功能有效；然而，在不包括变速器的车辆中，不需要限制车速切换单元1040的功能(基于是形成了低速档Lo还是高速档Hi而切换限制车速Vsh的功能)。
第二判定单元1020判定车速V是否超过限制车速切换单元1040中设定的限制车速Vsh。
当在无电池行驶控制期间车速V超过限制车速Vsh时，滤波处理单元1030对加速器踏板操作量A进行滤波处理(平滑处理)。具体地，滤波处理单元1030对加速器位置传感器31检测出的实际加速器踏板操作量A进行滤波处理。经滤波处理的加速器踏板操作量A被用作计算无电池行驶控制期间的车辆要求转矩Treq(图6中S10的处理)的参数。
这里，例如，可使用一次滞后处理、二次滞后处理、移动平均处理等作为“滤波处理”。对于任何一种处理，经滤波处理的加速器踏板操作量A比实际加速器踏板操作量A更温和地变化。通过以此方式经由滤波处理温和地改变加速器踏板操作量A(限制加速器踏板操作量A的变化率)，抑制了第一MG转矩目标值T1req的急剧变化(亦即，第一MG200的发电量的急剧变化)。因此，排除了逆变器输出电压变得不稳定的机会，因此使得电压稳定。
另一方面，当正在执行无电池行驶控制但车速V低于限制车速Vsh时(亦即，当不是执行矩形控制而是执行PWM控制时)，滤波处理单元1030不对加速器踏板操作量A进行滤波处理。这样一来，在PWM控制期间维持了动力性能。注意，当无电池行驶控制未在执行时，滤波处理单元1030也不对加速器踏板操作量A进行滤波处理。
图8是示出用于实现上述功能的ECU1000的处理程序的流程图。在S20中，ECU1000判定是否正在执行无电池行驶控制。在S21中，ECU1000判定变速器500中形成的档位是否为低速档Lo。
当形成了低速档Lo(S21中为“是”)时，ECU1000在S22中将限制车速Vsh设定为“Vsh1”(参见图5)，并且然后使处理转入S24。另一方面，当形成了高速档Hi(S21中为“否”)时，ECU1000在S23中将限制车速Vsh为“Vsh2”(参见图5)，并且然后使处理转入S24。注意，如上所述，在不包括变速器的车辆中，不需要S21至S23的功能。
在S24中，ECU1000判定车速V是否超过限制车速Vsh。当车速V超过限制车速Vsh(S24中为“是”)时，ECU1000如上所述在S25中对加速器踏板操作量A进行滤波处理。
另一方面，当车速V低于限制车速Vsh(S24中为“否”)时，ECU1000结束处理而不对加速器踏板操作量A进行滤波处理。
如上所述，在第一实施例中，在执行无电池行驶控制时，当车速V超过限制车速Vsh时，通过对加速器踏板操作量A进行滤波处理来抑制第一MG200与第二MG400之间的输入和输出电力的平衡的崩溃。因此，即使控制模式切换为矩形控制，也能使逆变器输出电压稳定。
此外，在第一实施例中，当车速V低于限制车速Vsh时，能通过不对加速器踏板操作量A进行滤波处理来确保PWM控制期间的动力性能。因此，能实现在PWM控制期间维持动力性能和在矩形控制期间使电压稳定两者。
注意，在第一实施例中，基于车速V进行滤波处理；作为替代，更直接地，可基于“正在执行矩形控制”的条件而进行滤波处理。亦即，在图8的S24中，代替判定“车速V是否超过限制车速Vsh”，可判定“是否正在执行矩形控制”。
当在可控制性不良且逆变器输出电压趋于不稳定的“正在执行矩形控制”的条件下进行滤波处理时，能更直接地防止在矩形控制期间输入和输出电力的平衡的崩溃。
另一方面，如第一实施例的情况下一样，通过基于车速V而进行滤波处理，除在矩形控制期间外，即使在过调制PWM控制期间也能确保电压稳定。亦即，在车速V增大的情况下，控制模式以正弦PWM控制、过调制PWM控制和矩形控制的次序朝具有不良可控制性的控制模式逐渐切换，并且即使是过调制PWM控制与正弦PWM控制相比也具有逆变器输出电压(系统电压VH)的不良的稳定可控制性。因此，通过基于车速V而进行滤波处理，能通过在两个区域内都进行滤波处理，不仅在矩形控制区域内而且在过调制PWM控制区域内实现电压稳定。在第一实施例中，“加速踏板操作量A”被设定为滤波处理对象。
与此相比，在第二实施例中，“车辆要求转矩Treq”被设定为滤波处理对象。其它结构、功能和处理与上述第一实施例相同，因而在此不重复详细说明。图9是示出根据第二实施例的ECU1000的处理程序的流程图。注意，在图9所示的步骤之中，被赋予与上述图8所示的步骤相同的步骤标号的步骤已进行了描述并且在此不重复详细说明。
当车速V超过限制车速Vsh(S24中为“是”)时，ECU1000在S30中对车辆要求转矩Treq进行滤波处理(平滑处理)。具体地，ECU1000对在上述图6中的S10的处理中计算出的“车辆要求转矩Treq”进行滤波处理。这样一来，经滤波处理的车辆要求转矩Treq比滤波处理前的车辆要求转矩Treq更温和地变化。经滤波处理的车辆要求转矩Treq被用作计算无电池行驶控制期间的发动机要求功率Pereq(图6中的S11的处理)的参数。通过以此方式经由滤波处理而温和地改变车辆要求转矩Treq(限制车辆要求转矩Treq的变化率)，抑制了第一MG转矩目标值T1req的急剧变化(亦即，第一MG200的发电量的急剧变化)。因此，排除了逆变器输出电压变得不稳定的机会，因此使得电压稳定。
另一方面，当车速V低于限制车速Vsh(S24中为“否”)时，ECU1000结束处理而不对车辆要求转矩Treq进行滤波处理。这样一来，在PWM控制期间维持了动力性能。
如上所述，在本实施例中，通过与上述第一实施例的情况下一样对“车辆要求转矩Treq”进行滤波处理，能使矩形控制期间的逆变器输出电压稳定。
注意，在第二实施例中也与上述第一实施例的情况下一样，在不包括变速器的车辆中，不需要图9中的S21至S23的功能。
此外，在第二实施例中也与上述第一实施例的情况下一样，基于车速V而进行滤波处理；作为替代，更直接地，可在“正在执行矩形控制”的条件下进行滤波处理。在第一和第二实施例中，通过经由滤波处理温和地改变加速器踏板操作量A或车辆要求转矩Treq而实现矩形控制期间的电压稳定性。
与此相比，在本发明的第三实施例中，通过限制第一MG转矩T1而实现电压稳定性。其它结构与上述第一和第二实施例的结构相同，因而在此不重复详细说明。
图10是根据第三实施例的ECU1000A的功能框图。ECU1000A包括第一判定单元1010、第二判定单元1020、保护处理单元1030A和限制车速切换单元1040。注意，上文已经在图7中说明了第一判定单元1010、第二判定单元1020和限制车速切换单元1040的功能，因而在此不重复详细说明。
当在无电池行驶控制期间车速V超过限制车速Vsh时，保护处理单元1030A执行对第一MG转矩T1的保护处理。具体地，保护处理单元1030A执行控制以使得无电池行驶控制期间的第一MG转矩目标值T1req(<0)不会降低到预定的下限转矩Tmin(<0)以下，以抑制无电池行驶控制期间第一MG200的负转矩(通过第一MG200的发电产生的转矩)的绝对值的增大。这样一来，抑制了第一MG200的负转矩的绝对值的增大且抑制了发动机转速Ne的暂时降低，因此也抑制了第一MG200的发电量的暂时降低。因此，即使在矩形控制中发生第二MG400的输出功率的降低的延迟，也能抑制系统电压VH的降低，从而排除了逆变器输出电压变得不稳定的机会，并且实现电压稳定性。
另一方面，当正在执行无电池行驶控制但车速V低于限制车速Vsh时(亦即，当不是执行矩形控制而是执行PWM控制时)，保护处理单元1030A不执行对第一MG转矩T1的保护处理。这样一来，在PWM控制期间维持了动力性能。注意，当无电池行驶控制未在执行时，保护处理单元1030A也不执行对第一MG转矩T1的保护处理。
图11是示出用于实现上述功能的ECU1000A的处理程序的流程图。注意，在图11所示的步骤之中，被赋予与上述图8所示的步骤相同的步骤标号的步骤已进行了描述并且在此不重复详细说明。
当车速V超过限制车速Vsh(S24中为“是”)时，ECU1000A在S40中执行上述对第一MG转矩T1的保护处理。
另一方面，当车速V低于限制车速Vsh(S24中为“否”)时，ECU1000A结束处理而不执行对第一MG转矩T1的保护处理。
如上所述，在第三实施例中，通过执行对第一MG转矩T1的保护处理，与上述第一和第二实施例的情况下一样，能使矩形控制期间的逆变器输出电压稳定。
注意，与上述第一和第二实施例的情况下一样，在不包括变速器的车辆中，不需要图11中的S21至S23的功能。
此外，在第三实施例中也与上述第一和第二实施例的情况下一样，基于车速V而执行对第一MG转矩T1的保护处理；作为替代，更直接地，可在“正在执行矩形控制”的条件下执行对第一MG转矩T1的保护处理。
此外，能根据需要合并第一至第三实施例。上述实施例在所有方面都是例述性的而不是限制性的。本发明的范围并不由以上说明而是由所附权利要求指定，且意图涵盖与所附权利要求的范围等同的含义和范围内的所有变型。

Claims (9)

1.一种通过利用发动机和电动机中的至少一者的动力使连结到驱动轮的输出轴旋转而行驶的车辆，包括：
发电机，所述发电机利用所述发动机的动力发电；
电池，所述电池构造成可连接到所述电动机和所述发电机；和
控制器，所述控制器构造成在车速低于阈值的情况下以脉宽调制控制来驱动所述电动机，并且构造成在车速超过所述阈值的情况下以与所述脉宽调制相比具有提高的输出但不良的可控制性的矩形控制来驱动所述电动机，其中
在所述电池异常时，所述控制器构造成执行无电池行驶控制，在所述无电池行驶控制中，所述电池与所述电动机和所述发电机隔离，通过从所述发电机产生与加速器操作量和车辆要求转矩中的至少任何一者对应的转矩来使所述发电机发电，并且利用由所述发电机产生的电力来驱动所述电动机，并且
在执行所述无电池行驶控制时，在车速超过与所述阈值对应的限制值的情况下，所述控制器构造成执行限制所述加速器操作量的变化率的第一处理、限制所述车辆要求转矩的变化率的第二处理和限制所述发电机的转矩的第三处理中的至少一者，以由此抑制所述发电机与所述电动机之间的输入电力和输出电力的平衡的崩溃。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中
在所述第一处理中，通过使所述加速器操作量经由滤波处理而温和地变化来限制所述加速器操作量的变化率。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中
在所述第二处理中，通过使所述车辆要求转矩经由滤波处理而温和地变化来限制所述车辆要求转矩的变化率。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中
在所述第三处理中，通过保护处理将所述发电机的转矩限制成使得所述发电机的转矩不会降低到预定转矩以下。
5.根据权利要求1所述的车辆，还包括：
设置在所述电动机与所述输出轴之间的变速器，其中
所述控制器构造成基于所述变速器的速比而改变所述限制值。
6.根据权利要求5所述的车辆，其中
所述变速器形成低速档和速比比所述低速档小的高速档中的任何一者，并且
所述控制器构造成在形成了所述高速档的情况下与在形成了所述低速档的情况下相比增大所述阈值和所述限制值。
7.根据权利要求6所述的车辆，其中
所述控制器构造成在执行所述无电池行驶控制时在形成了所述低速档的情况下变速到所述高速档。
8.根据权利要求1所述的车辆，还包括：
行星齿轮单元，所述行星齿轮单元包括：齿圈，所述齿圈连结到所述电动机；太阳齿轮，所述太阳齿轮连结到所述发电机；小齿轮，所述小齿轮与所述太阳齿轮和所述齿圈啮合；和行星架，所述行星架连结到所述发动机并且将所述小齿轮支承成使得所述小齿轮可旋转。
9.一种用于车辆的控制方法，所述车辆通过利用发动机和电动机中的至少一者的动力使连结到驱动轮的输出轴旋转而行驶，其中所述车辆包括：发电机，所述发电机利用所述发动机的动力发电；电池，所述电池构造成可连接到所述电动机和所述发电机；和控制器，所述控制器构造成控制所述电动机和所述发电机，所述控制方法包括：
在车速低于阈值的情况下以脉宽调制控制来驱动所述电动机，并且在车速超过所述阈值的情况下以与所述脉宽调制控制相比具有提高的输出但不良的可控制性的矩形控制来驱动所述电动机；
在所述电池异常时，执行无电池行驶控制，在所述无电池行驶控制中，所述电池与所述电动机和所述发电机隔离，通过从所述发电机产生与加速器操作量和车辆要求转矩中的至少任何一者对应的转矩来使所述发电机发电，并且利用由所述发电机产生的电力来驱动所述电动机；以及
在执行所述无电池行驶控制时，在车速超过与所述阈值对应的限制值的情况下，执行限制所述加速器操作量的变化率的第一处理、限制所述车辆要求转矩的变化率的第二处理和限制所述发电机的转矩的第三处理中的至少一者，以由此抑制所述发电机与所述电动机之间的输入电力和输出电力的平衡的崩溃。
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