CN107031614A - 混合动力车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合动力车辆。使用由电角度估计单元计算出的估计电角度，PWM控制单元控制具有旋转变压器的异常的电动发电机(MG2)的输出。电角度估计单元将从被机械地联接到MG2的发动机和正常的电动发电机的转速估计出的MG2的转速变换成估计旋转角速度。估计电角度是通过以所计算和估计的电角度误差来修正前一控制周期中的估计电角度和从估计旋转角速度获得的前一控制周期与当前控制周期之间的估计电角度改变量的总和来计算。电角度误差是从用于逆变器的控制指令和电流传感器所检测到的实际电流值来估计。

Description

混合动力车辆
本非临时申请基于2015年11月5日在日本专利局提交的第2015-217563号日本专利申请，其全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种混合动力车辆，并且更明确地说，涉及在被提供给用于驱动车辆的电动发电机的旋转角传感器中出现异常时的控制。
背景技术
作为用于混合动力车辆的动力系构造的一个实施例，第2007-244126号日本专利特开等描述一种构造，其中发动机、第一电动发电机(MG1)和第二电动发电机(MG2)由行星齿轮装置联接。
第2007-244126号日本专利特开描述在被提供给第一电动发电机和第二电动发电机中的一个电动发电机的旋转变压器变得无法使用时的跛行回家行驶。例如，当第二电动发电机(MG2)的旋转变压器变得无法使用时，被构造成控制具有旋转变压器的异常的第二电动发电机(MG2)的逆变器的驱动停止，并且从发动机与正常的第一电动发电机(MG1)提供的原动力被输入到动力分配装置(行星齿轮机构)，由此实现跛行回家行驶。
此外，第2007-244126号日本专利特开描述当被提供给第一电动发电机(MG1)的旋转变压器变得无法使用时，被构造成控制具有旋转变压器的异常的第一电动发电机(MG1)的逆变器的驱动停止，并且使用正常的第二电动发电机(MG2)的输出来执行跛行回家行驶。
发明内容
然而，在第2007-244126号日本专利特开中描述的跛行回家行驶中，具有旋转变压器的异常的一个电动发电机的逆变器被关机，并且转矩输出被禁止，并且由此车辆的行驶继续。因此，可出现以下问题。
首先，在第二电动发电机(MG2)的旋转变压器中出现异常时的跛行回家行驶中，正常的第一电动发电机(MG1)连续输出涉及发电的负转矩并且因此获得车辆驱动力，而电力未被具有旋转变压器的异常的第二电动发电机(MG2)消耗。因此，促进蓄电装置的充电，并且因此受到关切的是，行驶距离取决于蓄电装置的充电裕度而受到限制。此外，也无法从第二电动发电机(MG2)生成用于再生制动的转矩(负转矩)，并且因此，还受到关切的是，行驶的继续受机械制动器(例如，摩擦制动器)的过载限制。
另一方面，在第一电动发电机(MG1)的旋转变压器中出现异常时的跛行回家行驶中，正常的第二电动发电机(MG2)连续输出正转矩并且由此获得车辆驱动力，而具有旋转变压器的异常的第一电动发电机(MG1)无法输出转矩，并且因此，使用发动机输出进行的发电无法被执行。因此，促进蓄电装置的放电，并且因此受到关切的是，行驶距离取决于蓄电装置的放电裕度而受到限制。
已作出本发明以解决前述问题，并且本发明的目标是在被构造成使得第一电动发电机和第二电动发电机以及发动机由行星齿轮装置机械联接的混合动力车辆中，当在被提供给一个电动发电机的旋转角传感器中出现异常时，增大行驶距离。
根据一个实施例的混合动力车辆包含：发动机；第一电动发电机和第二电动发电机，第一电动发电机和第二电动发电机每个均包含设有永磁体的转子；输出轴；行星齿轮装置；第一电流传感器和第二电流传感器；第一旋转角传感器和第二旋转角传感器；旋转检测传感器，该旋转检测传感器被提供给发动机的曲轴；第一逆变器和第二逆变器；蓄电装置；以及控制装置。输出轴被机械地连接到驱动轮。行星齿轮装置机械地联接发动机的曲轴、第一电动发电机的转子和输出轴。第二电动发电机的转子机械连接到输出轴。第一旋转角传感器和第二旋转角传感器被分别提供给第一电动发电机和第二电动发电机。第一电流传感器和第二电流传感器被分别提供给第一电动发电机和第二电动发电机。第一逆变器和第二逆变器被构造成分别控制第一电动发电机的输出和第二电动发电机的输出。蓄电装置被构造成通过第一逆变器和第二逆变器而将电力传输给第一电动发电机和第二电动发电机以及从第一电动发电机和第二电动发电机接收电力。控制装置被构造成在车辆的行驶期间在第一旋转角传感器和第二旋转角传感器中的一个旋转角传感器中出现异常并且另一个旋转角传感器正常的行驶模式中，控制第一电动发电机和第二电动发电机中的与所述一个旋转角传感器对应的一个电动发电机的输出。控制装置被构造成，在车辆的行驶期间：(i)基于行星齿轮装置中的齿轮比、旋转角传感器的检测值以及另一个旋转角传感器的检测值，来周期性计算所述一个电动发电机的估计旋转角速度；(ii)通过将从估计旋转角速度计算出的估计旋转角改变量积分，来周期性地计算估计电角度；并且(iii)通过使用估计电角度，来周期性地生成第一逆变器和第二逆变器中与所述一个电动发电机对应的一个逆变器的控制指令。估计电角度在每一周期中是通过利用电角度误差修正前一周期中的估计电角度和前一周期与当前周期之间的估计旋转角改变量的总和来计算，其中电角度误差是从所述一个逆变器的控制指令以及第一电流传感器和第二电流传感器中的被提供给所述一个电动发电机的一个电流传感器所检测到的电流值来计算和估计。
通过此构造，在被构造成使得第一电动发电机和第二电动发电机以及发动机由行星齿轮装置联接的混合动力车辆中，能够当在被提供给一个电动发电机的旋转角传感器中出现异常时，增大行驶距离。
本发明的上述和其它目标、特征、方面和优点将结合附图从具体实施方式变得更清楚。
附图说明
图1是示意性地示出根据本实施例的混合动力车辆的整体构造的框图。
图2是用于描述根据本实施例的混合动力车辆的电系统的构造的电路框图。
图3是在EV行驶期间的行星齿轮机构中的列线图。
图4是在HV行驶期间的行星齿轮机构中的列线图。
图5是用于描述PWM控制的基本操作的概念波形图。
图6是用于描述每一电动发电机上的输出控制的构造的功能框图。
图7是用于描述在根据本实施例的混合动力车辆中在具有旋转变压器的异常的电动发电机上的输出控制(少旋转变压器式控制)的构造的功能框图。
图8是用于描述图7所示的电角度估计单元所进行的控制处理的流程图。
图9是用于描述电角度估计误差的计算的原理的概念图。
图10是用于详细描述图8中的估计电角度估计误差的处理的流程图。
图11是用于描述根据第一实施例的变型的在旋转变压器异常时控制车辆的行驶的处理的流程图。
图12是用于描述根据第二实施例的混合动力车辆中的ECU的分散式布置构造的功能框图。
图13是用于描述根据第三实施例的少旋转变压器式控制中的电角度估计单元所进行的控制处理的流程图。
图14是用于描述根据第三实施例的对应于少旋转变压器式控制的ECU的分散式布置构造的功能框图。
具体实施方式
将在下文参照附图来详细描述本发明的实施例，其中相同或对应部分由相同附图标记表示，并且其描述原则上将不进行重复。
第一实施例
(混合动力车辆的构造)
图1是示意性地示出根据本实施例的混合动力车辆的整体构造的框图。
参照图1，车辆1包含发动机100、电动发电机10和20、行星齿轮机构30、驱动轮50、连接到驱动轮50的输出轴60、形成“蓄电装置”的电池150、系统主继电器(SMR)160、电力控制单元(PCU)200和电子控制单元(ECU)300。
如下文详细地描述，车辆1可在电动车辆行驶(EV行驶)与混合动力车辆行驶(HV行驶)之间切换车辆1的行驶模式，其中在EV行驶期间，发动机100停止并且仅电动发电机20的原动力被使用，并且在HV行驶期间，发动机100被致动并且发动机100与电动发电机20两者的原动力被使用。
发动机100是将燃料燃烧的热能变化为机械能的内燃机。根据从ECU 300提供的控制信号，发动机100生成用于使车辆1行驶的原动力作为曲轴110的旋转力而。曲轴110连接到行星齿轮机构30。
发动机100设有用于检测曲轴110的旋转位置(曲柄角)的旋转检测传感器410。指示旋转检测传感器410的检测结果的信号被输出到ECU 300。基于旋转检测传感器410所检测到的旋转位置的改变速度，可检测作为发动机100的转速的发动机转速Ne。
电动发电机10和20中的每一个例如由三相AC永磁同步马达形成。即，电动发电机10(第一电动发电机MG1)的转子11和电动发电机20(第二电动发电机MG2)的转子21中的每一个转子具有永磁体。
当发动机100启动时，电动发电机10通过使用电池150的电力而使发动机100的曲轴110旋转。电动发电机10还可通过使用发动机100的原动力而生成电力。电动发电机10所生成的AC电力被PCU 200变换为DC电力，并且DC电力被充电到电池150中。电动发电机10所生成的AC电力还可被供应到电动发电机20。
电动发电机20的转子21机械连接到输出轴60。在图1的实例中，电动发电机20的转子21直接联接到输出轴60。然而，转子21可经由变速器(减速齿轮)而机械连接到输出轴60。
电动发电机20通过使用从齿轮150供应的电力和电动发电机10所生成的电力中的至少一种电力来使输出轴60旋转。电动发电机20还可通过再生制动而生成电力。电动发电机20所生成的AC电力被PCU 200变换为DC电力，并且DC电力被充电到电池150中。
车辆1进一步设有充当机械制动器的制动装置55。例如，制动装置55被构造成响应于从ECU 300提供的控制指令，使用通过液压等将制动片(未示出)压在盘状制动盘56上而生成的摩擦力来防止驱动轮50的旋转。如上所述，在车辆1中，对应于制动器踏板(未示出)的用户操作的制动力是通过电动发电机20的再生制动力和制动装置55的机械制动力的组合来确保。
电动发电机10设有旋转变压器421。旋转变压器421检测电动发电机10的旋转角θ1，并且将指示检测结果的信号输出到ECU 300。基于旋转变压器421的所检测到的旋转角度的改变速度，可检测电动发电机10的转速(MG1转速)Nm1。
类似地，电动发电机20设有旋转变压器422。旋转变压器422检测电动发电机20的旋转角θ2，并且将指示检测结果的信号输出到ECU 300。基于旋转变压器422的所检测到的旋转角度θ2的改变速度，可检测电动发电机20的转速(MG2转速)Nm2。
行星齿轮机构30包含作为旋转元件的太阳齿轮S、环形齿轮R、齿轮架CA和小齿轮P。太阳齿轮S联接到电动发电机10的转子11。环形齿轮R联接到输出轴60。小齿轮P与太阳齿轮S和环形齿轮R接合。齿轮架CA联接到发动机100的曲轴110，并且保持小齿轮P以使得小齿轮P可自转和转动。因此，发动机100的曲轴110、电动发电机10的转子11以及连接到电动发电机20的转子21的输出轴60由行星齿轮机构30机械联接。因此，车辆1被构造成能够在发动机100、电动发电机10和输出轴60(电动发电机20)之间传输转矩。明确地说，已知的是，当确定输入到三个轴(即，由行星齿轮机构30联接的曲轴110、电动发电机10的转子11和输出轴60(电动发电机20的转子21))中的任何两个的原动力(或转速)以及从所述三个轴中的任何两个输出的原动力(或转速)时，输入到剩余一个轴以及从剩余一个轴输出的原动力(或转速)基于输入到另外两个轴以及从另外两个轴输出的原动力来确定。
电池150被示出为被构造成可再充电的“蓄电装置”的典型实例。电池150通常由例如镍金属氢化物二次电池或锂离子二次电池等二次电池形成。例如双电层电容器等电容器也可用作蓄电装置。电池150的电压(下文也称为“电池电压”)VB例如是约200V的高压。
SMR 160被插入到电池150与PCU 200之间的电力线中并且连接到该电力线。根据从ECU 300提供的控制信号，SMR 160在电池150与PCU 200之间的传导状态与中断状态之间执行切换。
PCU 200将电池150中所存储的DC电力的电压升压，将升压电压变换为AC电压，并将AC电压供应到电动发电机10和电动发电机20。此外，PCU 200将电动发电机10和电动发电机20所生成的AC电力变换为DC电力，并将DC电力供应到电池150。即，电池150可通过PCU200而在电动发电机10和20之间接收和传输(输入和输出)电力。将参照图2来详细描述PCU200的构造。
车辆1还包含加速器踏板传感器511、制动器踏板传感器512、车速传感器513和电力开关514。加速器踏板传感器511检测加速器踏板(未示出)的驾驶员操作的量Acc。当未操作加速器踏板时，Acc＝0。制动器踏板传感器512检测制动器踏板(未示出)的驾驶员操作的量Brk。车速传感器513检测车辆1的速度，即，车速SP。加速器踏板传感器511、制动器踏板传感器512和车速传感器513所检测到的值被输入到ECU 300。
当驾驶员提供开始或结束车辆的驱动的指令时，操作电力开关514。当由用户操作电力开关514时，信号PWR被输入到ECU 300，并且因此，根据信号PWR，ECU 300可检测已操作电力开关514。
例如，当在驾驶员踩踏制动器踏板的情况下在驱动停止状态中操作电力开关514时，ECU 300使车辆1进入“开启就绪状态”。在开启就绪状态中，SMR 160接通，电池150和PCU200进入传导，并且车辆1变成准备好响应于加速器踏板的操作而行驶。
另一方面，当驾驶员在开启就绪状态中操作电力开关514时，车辆1转变到驱动停止状态(关断就绪状态)。在关断就绪状态中，SMR 160切断，在电池150与PCU 200之间实现电中断，并且车辆1进入不能行驶状态。
ECU 300被构造成包含中央处理单元(CPU)、存储器、输入与输出缓冲器等(全部都未示出)。基于从存储器和装置提供的信号以及存储器中所存储的映射和程序，ECU 300控制装置以使得车辆1在期望行驶状态中行驶。各种类型的控制不限于软件的处理，并且还可通过专用硬件(电子电路)的处理来执行。在第一实施例中，描述假设ECU 300是单个元件。ECU 300对应于“控制装置”的一个实例。
(电系统的构造)
图2是用于描述车辆1的电系统的构造的电路框图。
参照图2，PCU 200包含电容器C1、变换器210、电容器C2、逆变器221和222、电压传感器230以及电流传感器241和242。
电池150设有监控单元440。监控单元440检测电池电压VB、输入到电池150和从电池150输出的电流(电池电流)IB以及电池150的温度(电池温度)TB，并且将指示这些检测结果的信号输出到ECU 300。电容器C1并联连接到电池150。电容器C1使电池电压VB平滑，并且将平滑后的电池电压VB供应到变换器210。
根据从ECU 300提供的控制信号，变换器210将电池电压VB升压，并且将升压电压供应到电力线PL和NL。此外，根据从ECU 300提供的控制信号，变换器210将从逆变器221和逆变器222中的一个或两个逆变器供应的电力线PL和NL的DC电压降压，并且对电池150充电。
更具体来说，变换器210由所谓的升压斩波器形成，并且包含电抗器L1、开关元件Q1和Q2以及二极管D1和D2。开关元件Q1和D2以及下文所述的开关元件Q3到Q14中的每一个例如是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。开关元件Q1和Q2彼此串联连接在电力线PL和电力线NL之间。二极管D1和D2分别反并联连接在开关元件Q1和Q2的集电极与发射极之间。
电容器C2连接在电力线PL与电力线NL之间。电容器C2使从变换器210供应的DC电压平滑，并且将平滑后的DC电压供应到逆变器221和222。
电压变换器230检测跨越电容器C2的电压，即，连接变换器210与逆变器221的电力线PL与NL之间的电压(下文也称为“系统电压”)VH，并且将指示检测结果的信号输出到ECU300。
当供应系统电压VH时，逆变器221根据从ECU 300提供的控制信号将DC电压变换为AC电压，并且驱动电动发电机10。因此，电动发电机10由逆变器221控制以根据转矩指令值来生成转矩。
逆变器221包含U相臂1U、V相臂1V和W相臂1W。相臂彼此并联连接在电力线PL与电力线NL之间。U相臂1U具有彼此串联连接的开关元件Q3和Q4。V相臂1V具有彼此串联连接的开关元件Q5和Q6。W相臂1W具有彼此串联连接的开关元件Q7和Q8。二极管D3到D8分别反并联连接在开关元件Q3到Q8的集电极与发射极之间。
每一相臂的中间点连接到电动发电机10的每一相线圈。即，电动发电机10的U相线圈、V相线圈和W相线圈中的每一个线圈的一端共同连接到中性点。U相线圈的另一端连接到开关元件Q3和Q4的中间点。V相线圈的另一端连接到开关元件Q5和Q6的中间点。W相线圈的另一端连接到开关元件Q7和Q8的中间点。
逆变器222包含相臂2U到2W、开关元件Q9到Q14以及二极管D9到D14。因为逆变器222的构造基本上与逆变器221的构造相同，所以描述将不进行重复。电动发电机20也由逆变器222控制以根据转矩指令值来生成转矩。
除旋转变压器421之外，电动发电机10还设有电流传感器241。类似地，除旋转变压器422之外，电动发电机20还设有电流传感器242。电流传感器241检测流经电动发电机10的三相电流(马达电流MCRT1)。电流传感器242检测流经电动发电机20的三相电流(马达电流MCRT2)。这些传感器中的每一个传感器将指示检测结果的信号输出到ECU 300。
ECU 300将车辆1整体控制，以便实现对应于驾驶员操作的行驶。具体来说，基于加速器踏板操作量Acc、制动器踏板操作量Brk和车速SP，ECU 300计算车辆的行驶所要求的驱动力(驱动转矩)。此外，ECU 300确定发动机100以及电动发电机10和20之间的最佳输出分配，以使此驱动转矩作用在输出轴60上，并且根据所确定的输出分配而生成用于电动发电机10和20的运行指令以及用于发动机100的运行指令。用于发动机100的运行指令包含用于发动机100的停止指令和致动指令。
当操作制动器踏板时，生成用于电动发电机10和20、发动机100以及制动装置55的运行指令，以使得由制动装置55所生成的制动转矩与由电动发电机20通过再生制动而生成的制动转矩之间的分配被协同控制以使对应于制动器踏板操作量Brk的制动转矩作用在输出轴60上。通常，当操作制动器踏板时，将停止指令提供给发动机100，并且将负转矩运行指令提供给电动发电机20。
用于发动机100的运行指令(在致动时)包含目标发动机转速Ne*和目标发动机转矩Te*。根据基于前述输出分配而设定的发动机100的所要求动力，将目标发动机转速Ne*和目标发动机转矩Te*设定在发动机100的高效率运行区中。ECU 300控制用于调整燃料喷射、点火正时、气门正时等的致动器(未示出)，以使得发动机100被根据运行指令(目标发动机转速Ne*和目标发动机转矩Te*)驱动。
电动发电机10和20的运行指令包含发动机10的转矩指令值Tqcom1以及发动机20的转矩指令值Tqcom2。根据运行指令，ECU 300控制变换器210以及逆变器221和222，并且由此控制电动发电机10和20的输出。
ECU 300设定变换器210的输出电压的目标值(下文称为“目标系统电压”)VH*，并且控制变换器210的开关元件Q1和Q2的开启和关断，以使得系统电压VH遵循目标系统电压VH*。例如，用于控制开关元件Q1和Q2的开启和关断的控制信号PWMC通过脉宽调制(PWM)控制来生成。目标系统电压VH*被设定为可取决于电动发电机10和20的运行状态(转速和/或转矩)而变化。
此外，基于旋转变压器421和422以及电流传感器241和242的输出等，ECU 300控制逆变器221和222，以使得电动发电机10和20根据运行指令(转矩指令值Tqcom1和Tqcom2)而运行。
具体来说，为了控制电动发电机10的输出，ECU 300基于系统电压VH、旋转角θ1(电角度)、马达电流MCRT1和转矩指令值Tqcom1而生成用于允许开关元件Q3到Q8中的每一个执行开关操作的PWM型控制信号PWM1，并将控制信号PWM1输出到逆变器221。另一方面，当电动发电机10停止时，ECU 300可生成用于开关元件Q3到Q8中的每一个的栅极阻断的栅极阻断信号SDN1，并且使逆变器221进入关机状态中。
类似地，为了控制电动发电机20的输出，ECU 300基于系统电压VH、旋转角θ2(电角度)、马达电流MCRT2和转矩指令值Tqcom2而生成用于允许开关元件Q9到Q14中的每一个执行开关操作的PWM型控制信号PWM2，并将控制信号PWM2输出到逆变器222。另一方面，当电动发电机20停止时，ECU 300可生成用于开关元件Q9到Q14中的每一个的栅极阻断的栅极阻断信号SDN2，并且使逆变器222进入关机状态中。如上所述，用于通过ECU 300来控制逆变器221的方法与用于通过ECU 300来控制逆变器222的方法相同。
基于从监控单元440提供的电池电压VB、电池电流IB和电池温度TB，ECU 300计算电池150的荷电状态(SOC)、放电电力上限值WOUT(WOUT≥0并且WOUT＝0意味放电的禁止)以及充电电力上限值WIN(WIN≤0并且WIN＝0意味充电的禁止)。为了保护电池150，上文所述的转矩指令值Tqcom1和Tqcom2需要被设定成使得输入到电动发电机10和20以及从电动发电机10和20输出的电力的总和(转矩和转速的乘积)落入WIN到WOUT的范围内。
(在行驶控制中对电动发电机的输出控制)
ECU 300视需要使车辆1在上述EV行驶与上述HV行驶之间切换行驶模式的同时行驶。例如，EV行驶被选择以防止发动机100在车辆的驱动关闭时并且在低速行驶时在低效率区中运行。
图3示出在EV行驶期间的行星齿轮机构30中的列线图。
参照图3，在分别作为由行星齿轮机构30机械联接的电动发电机10、发动机100和电动发电机20的转速的MG1转速Nm1、发动机转速Ne和MG2转速Nm2之间，使用齿轮比ρ而满足以下方程式(1)所指示的关系。因此，在列线图上连接MG1转速Nm1、发动机转速Ne和MG2转速Nm2。
ρ·Nm1＝Ne·(1+ρ)-Nm2·Gr…(1)
在方程式(1)中，Gr表示MG2转速Nm2与输出轴60的转速之间的齿轮比。在电动发电机20的转子轴不通过变速器而联接到输出轴60的本实施例中，基于假设Gr＝1来分析方程式(1)。
在EV行驶期间，发动机100处于停止状态中，并且车辆1的驱动力由电动发电机20的转矩(MG2转矩)Tm生成。在EV行驶期间，电动发电机10的转矩(MG1转矩)Tg是零，并且电动发电机10旋转而遵循电动发电机20的旋转。
通过将Ne＝0代入上述方程式(1)而获得电动发电机10的转速(MG1转速Nm1)。即，Nm1＝-(1/ρ)·Nm2，并且当车辆1向前移动(Nm2＞0)时，电动发电机10在负方向上旋转，如图3所示。
另一方面，当发动机100需要被致动以便符合驾驶员的加速要求(加速器踏板的操作)并且以便对电池150充电时，ECU 300执行从EV行驶到HV行驶的切换。图4是在HV行驶期间的行星齿轮机构30中的列线图。
参照图4，在HV行驶期间，MG1转速Nm1、发动机转速Ne和MG2转速Nm2也根据上述方程式(1)所指示的关系而在列线图上连接。从图3和图4，应理解，当确定三个轴(即，联接到行星齿轮机构30的发动机100的曲轴110、电动发电机10和20的转子轴)中的任何两个轴的转速时，根据齿轮比来确定剩余一个轴的转速。
在HV行驶期间，发动机100被致动，并且发动机转速Ne和发动机转矩Te根据目标发动机转速Ne*和目标发动机转矩Te*而受到控制。
电动发电机10的转矩(MG1转矩)和转速Nm1受到控制，以使得发动机100根据目标发动机转速Ne*和目标发动机转矩Te*而运行。例如，基于目标发动机转速Ne*和输出轴60的当前转速(MG2转速Nm2)，可使用通过修改方程式(1)而获得的以下方程式(2)来确定目标MG1转速Nm1*：
Nm1*＝(Ne*·(1+ρ)-Nm2)/ρ…(2)
此外，可将转矩指令值Tqcom1设定为根据目标MG1转速Nm1*与MG1转速Nm1之间的差来增大和减小MG1转矩Tg。
在正常向前行驶期间，MG1转矩Tg被设定为负转矩(Tg＜0)，并且电动发电机10生成电力，如图4所示。因此，当根据转矩指令值Tqcom1来控制MG1转矩Tg时，将在车辆向前移动方向上作用的直接转矩Tep(＝-Tg/ρ)传输到输出轴60。直接转矩Tep对应于当发动机100在电动发电机10接收反作用力的同时在目标发动机转速Ne*和目标发动机转矩Te*下运行时传输到输出轴60的转矩。
MG2转矩Tm进一步作用在输出轴60上。即，在HV行驶期间，生成MG2转矩Tm用于补偿直接转矩Tep相对于车辆1所要求的驱动转矩的过量或不足，并且因此实现平稳行驶控制。
如上所述，在车辆1中，电动发电机10和20的输出转矩(Tg和Tm)需要受到控制以遵循根据行驶控制设定的转矩指令值Tqcom1和Tqcom2。
(对电动发电机的正常输出控制)
将脉宽调制(PWM)控制描述为在根据本实施例的混合动力车辆中对电动发电机的输出控制。
图5是用于描述PWM控制的基本操作的概念波形图。
参照图5，在PWM控制中，基于载波160与相电压指令170之间的电压比较来控制逆变器221和222的相应相中的开关元件的开启和关断。因此，充当伪正弦电压的脉宽调制电压180被施加到电动发电机10和20的相应相。载波160可由具有指定频率的三角波或锯齿波形成。如下所述，相电压指令170被按以下计算作为用于电动发电机10和20的相电压，以根据转矩指令值Tqcom1和Tqcom2来输出转矩。脉宽调制电压180的脉高对应于系统电压VH。
图6是用于描述对电动发电机10和20的输出控制的构造的功能框图。图6所示的PWM控制的控制构造共同应用到电动发电机10和20。在下文描述中，将电动发电机10和20的转矩指令值Tqcom1和Tqcom2统一表示为“转矩指令值Tqcom”。此外，将电动发电机10和20的旋转角θ1和θ2统一表示为“电角度θ”。
参照图6，PWM控制单元500包含电流指令生成单元510、坐标变换单元520和550、电压指令生成单元540以及PWM调制单元560。图6等所示的功能框图中的每一功能框可由具有对应于ECU 300内的框的功能的电子电路(硬件)实施，或可由根据预先存储的程序来执行软件处理的ECU 300实施。PWM控制单元500周期性地执行控制计算。在下文描述中，将从前一控制周期到当前控制周期经过的时间定义为Δt。即，Δt对应于PWM控制的控制周期。此控制周期Δt可以是恒定值，或者可以是可取决于MG1转速Nm1和MG2转速Nm2的改变等而变化。
基于预先创建的表等，电流指令生成单元510根据转矩指令值Tqcom而生成d轴线电流指令值Idcom和q轴线电流指令值Iqcom。电流振幅由√(Idcom2+Iqcom2)确定，并且电流相由Idcom与Iqcom之间的比确定。
坐标变换单元520利用电角度θ通过坐标变换(dq变换)而计算d轴线电流Id和q轴线电流Iq。具体来说，坐标变换单元520根据以下方程式(3)而将电流传感器241(242)所检测到的三相电流iu、iv和iw变换为d轴线电流Id和q轴线电流Iq：
三相电流iu、iv和iw的瞬时值的总和是零(iu+iv+iw＝0)。因此，通过将电流传感器241(242)布置在两相中，可通过计算而获得剩余一个相的电流。
相对于d轴线电流指令值的偏差ΔId(ΔId＝Idcom-Id)以及相对于q轴线电流指令值的ΔIq(ΔIq＝Iqcom-Iq)被输入到电压指令生成单元540。电压指令生成单元540以指定增益执行d轴线电流偏差ΔId和q轴线电流偏差ΔIq中的每一个电流偏差的比例积分(PI)计算以获得电流控制偏差，并且d轴线电压指令值Vd*和q轴线电压指令值Vq*是基于此电流控制偏差而生成。
已知的是，d-q轴线平面中的电压方程式是由以下方程式(4)提供。电压指令生成单元540中的电压指令值Vd*和Vq*的计算是基于电压方程式中的Id、Iq和Vd、Vq之间的关系来执行。
在方程式(4)中，Vd表示d轴线电压，Vq表示q轴线电压，并且Ra、Ld和Lq表示电动发电机10(20)的电路恒定参数。具体来说，Ra表示一个相的电阻值，Ld表示d轴线电感，Lq表示q轴线电感，并且表示由转子11(21)的永磁体生成的磁通量。此外，ω表示电动发电机10(20)的旋转角速度。
坐标变换单元550利用电角度θ通过坐标变换(dq逆变换)而计算U相、V相和W相的电压指令Vu、Vv和Vw。具体来说，坐标变换单元550根据以下方程式(5)而将从电压指令生成单元540提供的d轴线电压指令值Vd*和q轴线电压指令值Vq*变换为电压指令Vu、Vv和Vw。
根据载波160(图5)与从坐标变换单元550提供的相应相的电压指令Vu、Vv和Vw之间的电压比较，PWM调制单元560生成用于控制逆变器221(222)的开启和关断的控制信号PWM1(PWM2)。相应相的电压指令Vu、Vv和Vw对应于图5中的相电压指令170。
因此，形成逆变器221(222)的相应相中的上臂元件和下臂元件的开关元件Q3到Q8(Q9到Q14)的开启和关断根据控制信号PWM1(PWM2)而受到控制。因此，对应于电压指令Vu、Vv和Vw的伪正弦电压(图6中的脉宽调制电压180)被施加到电动发电机10(20)的每一相。
PWM调制中的载波160的振幅对应于系统电压VH。然而，如果相应相的电压指令Vu、Vv和Vw的振幅被归一化为通过将基于Vd*和Vq*的原始振幅值除以系统电压VH而获得的振幅，那么PWM调制单元560中所使用的载波160的振幅可以是固定的。
(当旋转变压器异常时对电动发电机的输出控制)
如上所述，对各自包含设有永磁体的转子的电动发电机10和20的输出控制要求电角度θ。在图6所示的正常时间(当旋转变压器正常时)控制中，坐标变换单元520和550进行的方程式(3)和(5)中的坐标变换所要求的电角度θ是从旋转变压器421(422)的检测值获得。
因此，在图6所示的控制构造中，当在旋转变压器421和422中的一个旋转变压器中出现异常时，无法检测电角度θ，并且因此，无法在具有旋转变压器的异常的一个电动发电机中执行输出控制。在第一实施例中，将描述在电动发电机20的旋转变压器422中出现异常而电动发电机10的旋转变压器421可正常检测电角度θ时的控制。
根据第2007-244126号日本专利特开，当如上所述在旋转变压器中出现异常时，对应于具有旋转变压器的异常的电动发电机(MG2)的逆变器被关机以停止从此电动发电机输出的转矩，并且跛行回家行驶是使用发动机100以及不具有旋转变压器的异常的电动发电机(MG1)的输出来执行。
在第2007-244126号日本专利特开中所述的跛行回家行驶中，基于在图5所示的列线图中Tm＝0的假设，车辆1仅使用直接转矩Tep来行驶。然而，在车辆的此行驶期间，电动发电机10(MG1)连续输出负转矩，并且因此，电动发电机10的发电被连续执行。因此，当电池150的SOC上升到上限时，电动发电机10(MG1)的转矩输出必须被停止，并且因此，车辆的行驶无法继续。即，第2007-244126号日本专利特开中所描述的跛脚回家行驶在确保行驶距离方面导致顾虑。
图7是用于描述在根据本实施例的混合动力车辆中对具有旋转变压器的异常的电动发电机的输出控制的构造的功能框图。
在第一实施例中，旋转变压器421可正常检测电角度θ的电动发电机10的输出根据图6所示的控制构造而受到控制。相比之下，图7所示的输出控制应用到具有旋转变压器的异常的电动发电机20。下文中，根据图7的对电动发电机的输出控制将被称为“少旋转变压器式控制”。
参照图7，与图6所示的PWM控制单元500相比，用于少旋转变压器式控制的PWM控制单元500#还包含用于估计具有旋转变压器的异常的电动发电机(此处，电动发电机20)的电角度的电角度估计单元600。类似于图6所示的PWM控制单元500，PWM控制单元500#周期性地执行计算(控制周期Δt)。在下文描述中，图7所示的PWM控制单元500#中的控制周期也将被表示为Δt。
电角度估计单元600使用发动机转速Ne和MG1旋转角度Nm1、电压指令值Vd*和Vq*以及电流传感器242所检测到的电流值(三相电流)，来计算电动发电机20的估计电角度θe。
通过利用从电角度估计单元600提供的估计电角度θe(代替旋转变压器422所检测到的电角度θ2)的坐标变换(方程式(3))，坐标变换单元520基于电流传感器242所检测到的三相电流iu、iw和iv来计算d轴线电流Id和q轴线电流Iq。
类似地，通过利用从电角度估计单元600提供的估计电角度θe的坐标变换(方程式(5))，坐标变换单元550基于从电压指令生成单元540提供的电压指令值Vd*和Vq*来计算电压指令Vu、Vv和Vw。
因为图7所示的PWM控制单元500#的剩余构造和功能与图6所示的PWM控制单元500的构造和功能相同，所以详细描述将不进行重复。即，在具有旋转变压器的异常的电动发电机中，使用由电角度估计单元600计算出的估计电角度θe而不使用旋转变压器的检测值来执行dq变换(坐标变换单元520)和dq逆变换(坐标变换单元550)。
接着，将详细描述通过电角度估计单元600来计算估计电角度θe的方法。
图8是用于描述由电角度估计单元600进行的控制处理的流程图。
参照图8，在步骤S100中，电角度估计单元600(ECU 300)使用从旋转检测传感器410和旋转变压器421的检测值获得的发动机转速Ne和MG1转速Nm1来计算MG2转速Nm2的估计值(估计MG2转速Nme2)。
根据图4所示的列线图和方程式(1)，步骤S100中用于计算估计MG2转速Nme2的方程式可以是通过在Gr＝1的前提下修改方程式(1)而获得的以下方程式(6)：
Nme2＝Ne·(1+ρ)-Nm1·ρ…(6)。
在步骤S110中，电角度估计单元600(ECU 300)将步骤S100中所获得的估计MG2转速Nme2变换为旋转角速度ω。基于旋转角速度ω与PWM控制的控制周期Δt的乘积，可获得前一控制周期与当前控制周期之间的电角度改变量(ω·Δt)。
电角度估计单元600可通过基于估计MG2转速Nme2依序将前一控制周期与当前控制周期之间的电角度改变量(ω·Δt)积分而计算每一控制周期中的估计电角度θe。例如，在第i(i是自然数)控制周期中，可基于前一控制周期中的估计电角度θe(i-1)以及第(i-1)周期与第i周期之间的电角度改变量ω·Δt的总和来计算当前控制周期中的估计电角度θe(i)。
另一方面，当在少旋转变压器式控制的开始时的估计电角度θe的初始值具有误差时，仅凭前一控制周期与当前控制周期之间的电角度改变量(ω·Δt)的积分导致电动发电机的输出转矩的误差。因此，在根据本实施例的少旋转变压器式控制中，在每一控制周期中执行计算电角度估计误差Δθ的处理以便提高估计电角度θe的准确性。
具体来说，在步骤S120中，电角度估计单元600(ECU 300)使用PWM控制对逆变器222的控制指令以及基于电流传感器242的检测值的实际电流值，来计算前一控制周期中的估计电角度θ(i-1)的估计误差Δθ。
图9是用于描述步骤S120中的电角度估计误差Δθ的计算的原理的概念图。
参照图9，d-q轴线平面上的电流向量对应于通过根据上述方程式(3)来变换三相电流iu、iv和iw而获得的d轴线电流Id和q轴线电流Iq的向量总和。此时的电角度θ是由对应于永磁体的北极的d轴线与U相的AC绕组之间形成的角度定义。
图9中的d'轴线和q'轴线表示当前估计电角度θe的计算所依据的d轴线和q轴线。d'轴线和q'轴线相对于实际d轴线和实际q轴线具有误差Δθ。在图8中的步骤S120期间，执行此电角度估计误差Δθ的计算和估计。
再次参照图7，使用包含电角度估计误差Δθ的估计电角度θe来执行基于电流反馈的从电压指令值Vd*和Vq*到三相电压指令Vu、Vv和Vw的变换。此外，通过基于电压指令值Vd*和Vq*的电压指令Vu、Vv和Vw的施加而生成的电流(即，根据逆变器222的控制指令而实际上生成的电流)具有对应于实际电角度(θe-Δθ)的值。即，通过变换实际三相电流值而获得的d轴线电流和q轴线电流也包含电角度估计误差Δθ。
因此，在将根据电压方程式(方程式(4))和实际生成的d轴线电流Id_s和q轴线电流Iq_s基于电压指令值Vd*和Vq*生成的d轴线电流Id与q轴线电流Iq之间满足对应于因旋转所致的角度Δθ的线性变换的以下方程式(7)的关系：
类似地，在对应于电压指令值Vd*和Vq*和实际作用在电动发电机20的d轴线电压Vd和q轴线电压Vq的理论值Vd_t与Vq_t之间满足以下方程式(8)的关系：
图10是用于详细描述图8中的步骤S120中的估计电角度估计误差Δθ的处理的流程图。
参照图10，图8所示的步骤S120具有步骤S122到S128。
在步骤S122中，通过利用前一周期中的估计电角度θe(i-1)的坐标变换(方程式(3))，电角度估计单元600(ECU 300)从电流传感器242所检测到的当前控制周期中的三相电流(iu、iv和iw)基于传感器检测值计算d轴线电流Id_s和q轴线电流Iq_s。
在步骤S124中，电角度估计单元600(ECU 300)将前一周期(即，第(i-1)周期)中的电压指令值Vd*和Vq*设定为电压指令值的理论值Vd_t和Vq_t。此外，在步骤S125中，根据基于传感器检测值的Id_s和Iq_s以及电压指令值的理论值Vd_t and Vq_t，来计算用于获得电角度估计误差Δθ的系数参数ka到kd。
现在，将描述系数参数ka到kd。
在电压方程式(方程式(4))的左侧，可将从方程式(8)获得的Vd＝cosΔθ·Vd_t-sinΔθ·Vq_t和Vq＝sinΔθ·Vd_t+cosΔθ·Vq_t代入d轴线电压Vd和q轴线电压Vq。
类似地，在电压方程式(方程式(4))的右侧，可将从方程式(7)获得的Id＝cosΔθ·Id_s-sinΔθ·Iq_s和Iq＝sinΔθ·Id_s+cosΔθ·Iq_s代入d轴线电压Id和q轴线电压Iq。
由于上文所述的代入，可将电压方程式重写为其中cosΔθ和sinΔθ是变量的以下方程式(9)：
在方程式(9)中，通过其中基于传感器检测值的Id_s和Iq_s以及电压指令值的理论值Vd_t和Vq_t是变量的以下方程式(10)到(13)来指示充当cosΔθ和sinΔθ的系数的ka到kd：
应理解，当Δθ＝0时，即，当方程式(9)中Id＝Id_s且Iq＝Iq_s以及Vd＝Vd_t且Vq＝Vq_t时，基于与电压方程式(方程式(4))的比较，ka＝0且kd＝ω·φ(ka和kd充当cosΔθ的系数)。此外，当θ＝0时，sinΔθ＝0，并且因此，kb·sinΔθ＝kc·sinΔθ＝0。
在步骤S125中，电角度估计单元600(ECU 300)将步骤S122和S124中所获得的Id_s和Iq_s以及Vd_t和Vq_t代入到方程式(10)到(13)中，并且因此，计算系数参数ka到kd。预先获得电压方程式中的电路恒定参数Ra、Ld和Lq，并且在步骤S110(图8)中获得旋转角速度ω。
此外，在步骤S126中，电角度估计单元600(ECU 300)将步骤S125中所获得的系数参数ka到kd代入到通过修改方程式(9)的联立方程式而获得的以下方程式(14)中，并且由此计算sinΔθ和cosΔθ：
接着，在步骤S128中，电角度估计单元600(ECU 300)基于步骤S126中所计算出的sinΔθ和/或cosΔθ来计算电角度估计误差Δθ。
再次参照图8，处理进行到步骤S130，并且电角度估计单元600(ECU 300)计算当前控制周期(即，第i控制周期)中的估计电角度θe(i)。具体来说，将步骤S110中所获得的基于旋转角度ω的前一控制周期与当前控制周期之间的电角度改变量(ω·Δt)与前一控制周期中的估计电角度θe(i-1)相加，并且此外，通过步骤S130中所计算出的电角度估计误差Δθ来进行修正，以由此计算估计电角度θe(i)(θe(i)＝θe(i-1)+ω·Δt-Δθ)。
可通过直接将电角度估计误差Δθ反映在如上所述的每一控制周期的估计电角度θe中而通过电角度估计误差Δθ进行修正，或可通过将电角度估计误差Δθ作为由低通滤波器等平滑的学习值反映在θe中而通过电角度估计误差Δθ进行修正。在每一状况下，随着估计电角度θe与实际电角度之间的误差变小，Δθ收敛到零。
此外，在步骤S140中，ECU 300通过使用通过步骤S100到S130中的处理而获得(即，由电角度估计单元600获得)的估计电角度θe来执行对具有旋转变压器的异常的电动发电机20的转矩控制。具体来说，通过控制计算来生成逆变器222的控制信号PWM2，在该控制计算中，估计电角度θe用于图7中的坐标变换单元520到550中的根据方程式(3)和(5)的dq变换和dq逆变换。
因此，通过根据图7所示的功能框图的少旋转变压器式控制，电动发电机20的输出可由逆变器222控制。因此，即使在电动发电机20的旋转变压器中出现故障并且无法获得电角度的检测值时，也可根据转矩指令值Tqcom2来控制电动发电机20的输出。在图7所示的控制构造中，即使在转矩指令值Tqcom2被设定为零转矩或负转矩时，也可控制电动发电机20的输出。因此，即使在旋转变压器422中出现异常时，也可通过应用少旋转变压器式控制而输出用于电动发电机20的再生制动的转矩。
如上所述，根据本实施例的混合动力车辆，通过将少旋转变压器式控制应用到具有旋转变压器的异常的电动发电机，即使在旋转变压器异常时，也可在车辆的行驶期间，从该电动发电机输出转矩。在根据少旋转变压器式控制的车辆的行驶期间，与正常行驶(当没有出现旋转变压器的异常时)相比，车辆驱动力(输出轴的驱动转矩)的上限值优选受到限制。
因此，当在电动发电机20的旋转变压器中出现异常时，除电动发电机10和发动机100的直接转矩Tep之外，可通过包含电角度的估计的少旋转变压器式控制而在车辆的行驶期间连续输出MG2转矩Tm。与正常行驶(当旋转变压器正常时)相比，在旋转变压器异常时，车辆的行驶期间的MG2转矩Tm的上限值优选受到限制。然而，即使在此限制下，车辆1也可在电动发电机20的电力消耗的情况下行驶。此外，可使用电动发电机20的再生制动，并且因此也可防止制动装置55的过载。
因此，与第2007-244126号日本专利特开所述的在从电动发电机20输出的转矩停止(即，没有电力消耗并且没有电力再生)的情况下行驶的状况相比，可增大当在电动发电机20的旋转变压器中出现异常时的车辆的行驶的行驶距离。
第一实施例的变型
在第一实施例所述的少旋转变压器式控制中，针对每一控制周期通过电角度估计误差Δθ进行修正，并且因此，在此状态下，Δθ最终收敛到零，并且电动发电机的输出可受到控制。另一方面的，当在少旋转变压器式控制的开始时的估计电角度θe的初始值具有误差时，有可能在电角度估计误差Δθ收敛到零之前，无法准确地控制电动发电机的转矩。
因此，在第一实施例的变型中，将描述通过少旋转变压器式控制来控制车辆的行驶以抑制转矩误差的处理。也在第一实施例的变型中，将描述在电动发电机20的旋转变压器422中出现异常而电动发电机10的旋转变压器421可正常检测电角度θ的状况。
图11是用于描述根据第一实施例的变型的在旋转变压器异常时控制车辆的行驶的处理的流程图。图11所示的流程图中的控制处理由ECU 300在开启就绪状态中重复执行。
参照图11，在步骤S200中，ECU 300判定是否正在电动发电机20的旋转变压器中出现异常(MG2旋转变压器异常)。可例如基于诊断代码等的输出来进行步骤S200中的判定。
如果没有发生MG2旋转变压器异常(步骤S200中为“否”)，那么ECU 300在步骤S210中执行正常行驶。在正常行驶期间，根据图6所示的控制构造使用基于旋转变压器422的检测值的电角度θ来控制电动发电机20的输出。
另一方面，如果正在发生MG2旋转变压器异常(S200中为“是”)，ECU 300根据以下控制处理来执行车辆的行驶。首先，在步骤S220中，ECU 300判定是否初始值标记FLG＝1。初始值标记FLG在转变到开启就绪状态时具有默认值“0”。当电角度估计误差Δθ收敛到零并且估计电角度θe的初始值固定时，初始值标记FLG从“0”改变到“1”。
如果FLG＝0，即，θe的初始值不固定(S220中为“否”)，那么在步骤S230中，ECU 300开始对具有旋转变压器的异常的电动发电机的输出控制(少旋转变压器式控制)。即，即使在电动发电机20的旋转变压器中出现异常时，也致动逆变器222并且准备好开始开关元件Q9到Q14(图2)的开关控制。因此，电动发电机20的输出转矩根据图7所示的构造而受到控制。
在步骤S240中，ECU 300根据测试模型来执行对电动发电机20的少旋转变压器式控制。例如，在测试模型中，电动发电机20的转矩指令值Tqcom2被设定为零或非常小的值。转矩指令值Tqcom2在测试模型中可以是恒定的或变化的。根据转矩指令值Tqcom2的设定，确定测试模型中电动发电机20的输出转矩的范围的上限值(当Tqcom2恒定时，此恒定值对于上限值)。在此状态中，根据图7所示的少旋转变压器式控制来执行利用通过电角度估计单元600所计算出的估计电角度θe进行的PWM控制。即，在根据测试模型的PWM控制期间，电角度估计误差Δθ被根据图10所示的流程图针对每一周期而更新。
在执行根据测试模型的少旋转变压器式控制期间(S240)，ECU300在步骤S250中判定电角度估计误差Δθ是否已收敛到零并且估计电角度θe的初始值是否已固定。例如，当电角度估计误差Δθ的绝对值小于指定值ε(|Δθ|＜ε)的状态继续持续一定时间段时，可在步骤S250中作出“是”的判定。可替代地，当根据测试模型的少旋转变压器式控制继续持续指定时间段时，可在步骤S250中作出“是”的判定。在步骤S250中作出“是”的判定并且估计电角度θe的初始值固定之前(S250中为“否”)，重复执行步骤S240中的根据测试模型的少旋转变压器式控制。
如果估计电角度θe的初始值固定(S250中为“是”)，那么处理进行到步骤S260，并且ECU 300将初始值标记FLG设定为“1”。因此，在后续处理中，当在步骤S220中作出“是”的判定时，跳过步骤S240到S260中的处理。
在估计电角度θe的初始值固定之后，在步骤S300中，ECU 300根据基于车辆状况而设定的转矩指令值Tqcom2使用少旋转变压器式控制(图7)来通过从电动发电机20输出的转矩来执行车辆的行驶。即，不同于步骤S240，在步骤S300中的少旋转变压器式控制期间，根据基于车辆状况(例如，加速器踏板操作量Acc和车速SP)而设定的转矩指令值Tqcom2来控制电动发电机20的输出，并且因此车辆1行驶。如上所述，在根据少旋转变压器式控制的车辆的行驶期间(S300)，与步骤S210中的正常行驶相比，车辆驱动力(输出轴的驱动转矩Tp)的上限值优选受到限制。
转矩指令值Tqcom2优选受到限制，以使得步骤S300中的少旋转变压器式控制期间的电动发电机20的输出转矩的范围的上限值小于步骤S210中的正常行驶(当旋转变压器正常时)期间的上限值。类似地，转矩指令值Tqcom2被设定成使得根据测试模型的少旋转变压器式控制(S240)期间的电动发电机20的输出转矩的范围的上限值也小于步骤S300中的少旋转变压器式控制期间的上限值。相比之下，在步骤S300中的少旋转变压器式控制期间，与根据测试模型的少旋转变压器式控制(S240)期间的输出转矩相比，转矩指令值Tqcom2可被设定在较高转矩区中。
如上所述，根据第一实施例的变型的混合动力车辆，可抑制少旋转变压器式控制的开始时的电动发电机20的转矩误差，并且可执行旋转变压器异常时的车辆的行驶。因此，可避免因转矩误差所致的车辆驱动力的误差的出现，并且可平稳地执行旋转变压器异常时的车辆的行驶。
第二实施例
在第二实施例中，将描述图1所示的ECU 300以划分的方式针对行驶控制功能、电动发电机控制功能和发动机控制功能中的每一个控制功能而布置时的少旋转变压器式控制。类似于第一实施例，在第二实施例中，也将描述在电动发电机20的旋转变压器422中出现异常而电动发电机10的旋转变压器421可正常检测电角度θ时的控制。
图12是用于描述根据第二实施例的混合动力车辆中的ECU的分散式布置构造的功能框图。
参照图12，在根据第二实施例的混合动力车辆中，ECU 300被划分为用于执行对车辆1的集成控制和行驶控制的HV-ECU 310、用于控制电动发电机10和20的MG-ECU 320以及用于控制发动机100的发动机ECU 300。此外，MG-ECU 320具有用于控制电动发电机10的MG1-CPU(中央处理单元)321以及用于控制电动发电机20的输出的MG2-CPU 322。即，在图12所示的构造中，HV-ECU 310、MG1-CPU 321、MG2-CPU 322和ECU 330对应于“多个处理单元”。
HV-ECU 310基于车辆状况(车速SP、加速器踏板操作量Acc和制动器踏板操作量Brk)来计算车辆的行驶所要求的驱动转矩Tp。此外，基于使驱动转矩Tp作用在输出轴60(图1)上所要求的驱动功率以及控制电池150的SOC所要求的功率(充电和放电要求功率)的总和来计算作为整体的车辆1的要求功率(总要求功率Ptl)。
此外，HV-ECU 310基于总要求功率Ptl而在HV行驶与EV行驶之间作出选择。例如，当总要求功率Ptl等于或大于指定阈值时，选择HV行驶并提供致动发动机100的指令。另一方面，当总要求功率Ptl小于指定阈值时，选择EV行驶并提供停止发动机100的指令。
在HV行驶时，HV-ECU 310根据总要求功率Ptl而设定发动机100的运行指令(目标马达转速Ne*和目标马达转矩Te*)。基于从HV-ECU 310提供的运行指令，发动机ECU 330控制发动机100的一组致动器。由旋转检测传感器410所检测到的发动机转速Ne用于发动机ECU 330对发动机100的控制。
此外，在HV行驶时，HV-ECU 310基于发动机100的运行指令(目标马达转速Ne*和目标马达转矩Te*)根据图4所示的列线图来设定电动发电机10的目标转速(目标MG1转速Nm1*)。
MG2-CPU 322从HV-ECU 310接收驱动转矩Tp、目标MG1转速Nm1*以及电池150的放电功率上限值WOUT和充电功率上限值WIN。
MG2-CPU 322根据从HV-ECU 310传输的驱动转矩Tp和目标转速Nm1*来计算电动发电机10的转矩指令值Tqcom1。此外，电动发电机20的转矩指令值Tqcom2是基于转矩指令值Tqcom1根据直接转矩Tep和驱动转矩Tp的过量或不足而设定。如上所述，在旋转变压器异常时的车辆的行驶(图11中的S300)期间，与正常行驶(图11中的S210)相比，转矩指令值Tqcom2的上限值优选被限制在较低转矩侧上。因此，与正常行驶(当旋转变压器正常时)相比，车辆驱动力(输出轴的驱动转矩Tp)在HV-ECU 310中受到限制。
如上所述，在图12所示的ECU的分散式布置构造中，转矩指令值Tqcom1和Tqcom2被设定在MG-ECU 320(此处，MG2-CPU 322)而不是HV-ECU 310中。当电动发电机10和20的转速由于车辆1的滑动或抓地的发生而突然改变时，基于旋转变压器421和422的检测值，MG-ECU320可比HV-ECU 310更快地领会MG1转速Nm1和MG2转速Nm2的改变。
因此，在图12所示的分散式布置构造中，转矩指令值Tqcom1和Tqcom2可被适当地设定，以使得输入到电动发电机10和20以及从电动发电机10和20输出的电力的总和根据MG1转速Nm1和MG2转速Nm2的突然改变而不超过电池150的WIN到WOUT的范围。
转矩指令值Tqcom1从MG2-CPU 322传输到MG1-CPU 321。电流传感器241的检测值以及旋转变压器421的检测值被输入到MG1-CPU 321。
MG1-CPU 321生成逆变器221的控制信号PWM1，以使得电动发电机10的输出转矩根据转矩指令值Tqcom1而受到控制。使用基于旋转变压器421的检测值的电角度θ1，根据图6所示的由电流传感器241所检测到的电流反馈的控制构造来生成控制信号PWM1。
电流传感器242的检测值以及旋转变压器422的检测值被进一步输入到MG2-CPU322。MG2-CPU 322生成逆变器222的控制信号PWM2，以使得电动发电机20的输出转矩根据所计算出的转矩指令值Tqcom2而受到控制。当旋转变压器422正常时，根据图6所示的控制构造使用基于旋转变压器422的检测值的电角度θ2来执行控制信号PWM2。
另一方面，当旋转变压器422异常时，电动发电机20的输出通过图7所示的少旋转变压器式控制而受到控制，而不使用旋转变压器422的检测值。在少旋转变压器式控制期间，具有旋转变压器的异常的电动发电机(电动发电机20)的电角度被估计。此时，MG2转速NM2需要根据图4所示的列线图通过使用方程式(6)从发动机转速Ne和MG1转速Nm1来计算和估计，如第一实施例所述。
为了准确地估计MG2转速Nm2，重要的是，发动机转速Ne和MG1转速Nm1应具有相同正时的值。相比之下，当在图8中的步骤S100中的计算中，从旋转检测传感器410的检测值获得的发动机转速Ne的正时不同于从旋转变压器421的检测值获得的MG1转速Nm1的正时时，在估计MG2转速NMe2中出现误差。因此，估计电角度θe与实际电角度θ之间的误差可能变大，并且因此，电动发电机20的输出转矩的误差可能变大。
因此，在根据第二实施例的混合动力车辆中的ECU的分散式布置构造中，旋转检测传感器410的检测值被输入到不直接涉及控制发动机100的MG1-CPU 321中。使用旋转变压器421和旋转检测传感器410的检测值，MG1-CPU 321计算MG2转速的估计所要求的发动机转速Ne和MG2转速Nm1。
由MG1-CPU 321所计算出的发动机转速Ne和MG1转速Nm1被传输到MG2-CPU 322。使用从MG1-CPU 321提供的发动机转速Ne和MG1转速Nm1，MG2-CPU 322根据方程式(6)来计算估计MG2转速Nme2。即，MG1-CPU 321对应于“第一处理单元”。
此外，使用所计算的估计MG2转速Nme2，MG2-CPU 322执行第一实施例所述的少旋转变压器式控制，并且由此生成逆变器222的控制信号PWM2。因此，电动发电机20的输出可根据转矩指令值Tqcom2而受到控制。
现在，作为对比实例，考虑旋转检测传感器410的检测值仅被输入到发动机ECU330并且发动机ECU 330所计算出的发动机转速Ne被输入到MG2-CPU 322的构造，如图12中的虚线所示。在此构造中，使用由发动机ECU 330所计算出的发动机转速Ne和由MG1-CPU321所计算出的MG1转速Nm1，在MG2-CPU 312中根据方程式(6)来执行MG2转速Nm2的计算和估计。因此，由于发动机转速Ne与MG1转速Nm1之间的正时的不同，可能在估计MG2转速Nme2与估计电角度θe中出现误差。
相比之下，在第二实施例中，用于电角度的估计的MG2转速是使用基于输入到公用处理单元(CPU)的旋转变压器421和旋转检测传感器410的检测值而计算出的发动机转速Ne和MG1转速Nm1来估计的。因此，可提高MG2转速的估计的准确性，并且因此，可抑制少旋转变压器式控制中的电角度估计误差。因此，当旋转变压器异常时，可在车辆的行驶期间准确地控制电动发电机20的输出。
第三实施例
在第一实施例和第二实施例中，已描述当在电动发电机10和20中的电动发电机20的旋转变压器中出现异常时的车辆的少旋转变压器式控制和行驶。然而，第一实施例所述的少旋转变压器式控制也可类似地应用到在电动发电机10(MG1)的旋转变压器中出现异常的状况。因此，在第三实施例中，将描述当在电动发电机10的旋转变压器中出现异常时的车辆的少旋转变压器式控制和行驶。
即，在第三实施例中，电动发电机20的输出是根据图6所示的控制构造来控制，而图7所示的少旋转变压器式控制被应用到电动发电机10以控制电动发电机10的输出转矩。
图13示出用于描述根据第三实施例的少旋转变压器式控制中的电角度估计单元(图7)所进行的控制处理的流程图。
比较图13与图8，在第三实施例中，电角度估计单元600(ECU 300)执行步骤S100#和S110#中的处理，而不是图8的步骤S100和S110中的处理。在步骤S100#中，使用从旋转检测传感器410和旋转变压器422的检测值获得的发动机转速Ne和MG2转速Nm2，根据通过在Gr＝1的前提下修改方程式(1)而获得的以下方程式(15)来计算MG1转速Nm1的估计值(估计MG1转速Nme1)：
Nme1＝(Ne·(1+ρ)-Nm2)/ρ…(15)。
类似地，在步骤S110#中，将步骤S100#中所获得的估计MG1转速Nme1变换为旋转角速度ω。
因为后续步骤S120到S140与图7中的步骤相同，所以详细描述将不进行重复。因此，可根据基于估计MG1转速Nme1的旋转角速度ω针对每一控制周期计算电动发电机10的估计电角度θe。此时，基于图10所示的电角度估计误差Δθ的计算来进行修正，并且还可类似于第一实施例中的电动发电机20的电角度来估计电动发电机10的电角度。
因此，即使在电动发电机10的旋转变压器中出现异常时，也可通过应用包含根据图7所示的构造的电角度的估计的少旋转变压器式控制，来根据转矩指令值Tqcom1控制电动发电机10的输出。在此状况下，也可将转矩指令值Tqcom1设定为正值(Tqcom1＞0)、负值(Tqcom1＜0)或零转矩。
如第2007-244126号日本专利特开所述，在逆变器221关机的情况下，可通过EV行驶(图3)来实施在电动发电机10的旋转变压器中出现异常时的车辆的行驶。然而，当继续EV行驶时，行驶距离受电池150的放电裕度(SOC)限制。
相比之下，在第三实施例中，应用少旋转变压器式控制来允许从电动发电机10输出转矩。因此，响应于电池150的SOC的降低，可将行驶模式转变到利用发动机100的致动的HV行驶(图4)，并且因此，可继续车辆的行驶。具体来说，可控制电动发电机10的输出转矩，以使得响应于SOC的降低，转矩指令值Tqcom1被设定为Tqcom1＞0，并且发动机100被起动，并且在发动机100的启动之后，转矩指令值Tqcom1被设定为Tqcom1＜0，并且电动发电机10通过使用发动机100的输出来生成电力。因此，与第2007-244126号日本专利特开所述的在从电动发电机10输出的转矩停止(即，没有发电)的情况下继续行驶的状况相比，可增大当在电动发电机10的旋转变压器中出现异常时的车辆的行驶的行驶距离。
在将少旋转变压器式控制应用到电动发电机10的状况下，类似于第一实施例的变型(图11)，电动发电机10的输出转矩的范围(上限值)也可在电角度估计误差Δθ变小(在S250中的“否”的判定期间)之前受测试模型限制(S240)。例如，在输出用于启动发动机100的起动转矩之前，可使用测试模型使电角度估计误差Δθ收敛。
此外，第二实施例所述的ECU的分散式布置构造也可应用到根据第三实施例的少旋转变压器式控制。
图14是用于描述根据第三实施例的对应于少旋转变压器式控制的ECU的分散式布置构造的功能框图。
同样，在图14中，被划分为HV-ECU 310、MG-ECU 320(MG1-CPU 321和MG2-CPU 322)以及发动机ECU 330的ECU 300的布置以及ECU和CPU中的信号与信息的输入与输出关系与图12中的相同，并且因此，详细描述将不进行重复。即，对电动发电机10的输出控制(少旋转变压器式控制)由MG1-CPU 321根据从MG2-CPU 322提供的转矩指令值Tqcom1来执行。
在根据第三实施例的少旋转变压器式控制中，MG1转速的估计所要求的发动机转速Ne和MG2转速Nm2由MG2-CPU 322使用旋转变压器422和旋转检测传感器410的检测值来计算。MG2-CPU 322所计算出的发动机转速Ne和MG2转速Nm2接着被传输到MG1-CPU 321。
使用从MG2-CPU 322提供的发动机转速Ne和MG2转速Nm2，MG1-CPU 321根据方程式(15)来计算估计MG1转速Nme1。即，在第三实施例中，MG2-CPU 322对应于“第一处理单元”。
此外，MG1-CPU 321使用所计算的估计MG1转速Nme1来执行少旋转变压器式控制(图7)，并且因此生成逆变器221的控制信号PWM1。因此，电动发电机10的输出可根据转矩指令值Tqcom1而受到控制。
因此，也在第三实施例中，通过应用图14中的ECU的分散式布置，基于输入到公用处理单元(CPU)的旋转变压器422和旋转检测传感器410的检测值来计算发动机转速Ne和MG2转速Nm2，并且基于所计算的发动机转速Ne和MG2转速Nm2来估计用于电角度的估计的MG1转速。因此，可提高MG1转速的估计的准确性，并且因此，可抑制少旋转变压器式控制中的电角度估计误差。因此，当旋转变压器异常时，可在车辆的行驶期间准确地控制电动发电机10的输出。
虽然已在上文描述本发明的实施例，但本文所公开的实施例在每一方面都是说明性且非限制性的。本发明的范围由权利要求书界定，且旨在包含与权利要求书的术语等同的含义和范围内的所有变型。

Claims (3)

1.一种混合动力车辆，包括：
发动机；
第一电动发电机和第二电动发电机，所述第一电动发电机和所述第二电动发电机每个均包含设有永磁体的转子；
输出轴，所述输出轴被机械地连接到所述第二电动发电机的转子和驱动轮；
行星齿轮装置，所述行星齿轮装置机械地联接所述发动机的曲轴、所述第一电动发电机的转子和所述输出轴；
第一旋转角传感器和第二旋转角传感器，所述第一旋转角传感器和所述第二旋转角传感器被分别提供给所述第一电动发电机和所述第二电动发电机；
第一电流传感器和第二电流传感器，所述第一电流传感器和所述第二电流传感器被分别提供给所述第一电动发电机和所述第二电动发电机；
旋转检测传感器，所述旋转检测传感器被提供给所述曲轴；
第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器和所述第二逆变器被构造成分别控制所述第一电动发电机的输出和所述第二电动发电机的输出；
蓄电装置，所述蓄电装置被构造成通过所述第一逆变器和所述第二逆变器将电力传输给所述第一电动发电机和所述第二电动发电机以及从所述第一电动发电机和所述第二电动发电机接收电力；以及
控制装置，所述控制装置被构造成，在所述车辆的行驶期间在所述第一旋转角传感器和所述第二旋转角传感器中的一个旋转角传感器中出现异常并且另一个旋转角传感器正常的行驶模式中，控制所述第一电动发电机和所述第二电动发电机中的与所述一个旋转角传感器对应的一个电动发电机的输出，
所述控制装置被构造成，在所述车辆的行驶期间：
(i)基于所述行星齿轮装置中的齿轮比、所述旋转检测传感器的检测值以及所述另一个旋转角传感器的检测值，来周期性计算所述一个电动发电机的估计旋转角速度；
(ii)通过将从所述估计旋转角速度计算出的估计旋转角改变量积分，来周期性地计算估计电角度；并且
(iii)通过使用所述估计电角度，来周期性地生成用于所述第一逆变器和所述第二逆变器中的与所述一个电动发电机对应的一个逆变器的控制指令，
所述估计电角度在每一周期中通过利用电角度误差修正前一周期中的所述估计电角度和所述前一周期与当前周期之间的所述估计旋转角改变量的总和来计算，所述电角度误差是从用于所述一个逆变器的所述控制指令以及由所述第一电流传感器和所述第二电流传感器中的被提供给所述一个电动发电机的一个电流传感器检测到的电流值来计算和估计。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中：
在所述车辆的所述行驶模式期间，在从对所述一个电动发电机的输出控制开始起所述电角度误差的绝对值大于指定值期间，所述控制装置将所述一个电动发电机的输出转矩的上限值设定成与所述电角度误差的绝对值变成小于所述指定值之后的所述上限值相比在较低转矩侧上。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆，其中：
所述控制装置包含多个处理单元，
所述多个处理单元中的第一处理单元接收所述旋转检测传感器和所述另一个旋转角传感器的输出，并且计算所述发动机的转速以及与所述另一个旋转角传感器对应的所述另一个电动发电机的转速，并且所述一个电动发电机的所述估计旋转角速度在所述多个处理单元中的任一个处理单元中通过使用所述齿轮比以及由所述第一处理单元计算出的所述发动机的转速和所述另一个电动发电机的转速来计算。
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