JP2009196485A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両の引きずり損失の測定の際に、車速に対する引きずり損失を線形に近づける。
【解決手段】ハイブリッド車両１０の制御部５０は、シャシ台６１における引きずり損失測定の際に、車速に応じたドライブシャフト３２の回転数が所定の回転数よりも高い場合には、第２モータジェネレータ２２への電流を遮断するシャットダウン運転モードから第２モータジェネレータ２２で発生する逆起電力と同等の電力を第２モータジェネレータ２２に供給して第２モータジェネレータ２２に流れる電流を略ゼロとするゼロ電流運転モードに変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両のモータジェネレータの運転に関する。

ハイブリッド車両は、エンジンとモータの２種類の動力源を組み合わせて走行するもので、エンジンで発電機を駆動し、発電した電力によってモータが車輪を駆動するシリーズハイブリッドシステムを搭載したものと、エンジンとモータが車輪を駆動する方式で、二つの駆動力を状況に応じて使うことができるパラレルハイブリッドシステムを搭載したものと、この双方の特徴を組み合わせたシリーズ・パラレルハイブリッドシステムを搭載したものがある。このようなハイブリッド車両は、モータ又はモータジェネレータを駆動するために充電、放電の可能な二次電池を備えており、要求動力が小さいときや始動の際など車速が低いときには、二次電池の電力を用いてモータ又はモータジェネレータのみで車両を駆動する場合が多い。モータジェネレータの回転数は、インバータ等により自在に制御することができるため、ハイブリッド車両では車両駆動軸とモータジェネレータの出力軸との間には従来のエンジン車のようなクラッチが設けられていない場合が多い。

このように、車両駆動軸とモータジェネレータとの間にクラッチがない場合、車両が高速走行状態となると、車両駆動軸の回転数の上昇に伴ってモータジェネレータの回転数も上昇してしまう。一方、車両のシフトポジションがニュートラルの場合には、インバータを遮断して電流がモータジェネレータに流れないようにするシャットダウン制御が行われる。ところが、車両が高速走行状態において、インバータのシャットダウン制御によってインバータとモータジェネレータとを遮断すると、高速回転しているモータジェネレータによって高圧の逆起電力が発生することがある。このような高い逆起電力が発生するとモータジェネレータのコイルの温度の上昇等によってモータジェネレータの寿命を縮めてしまう原因となる。

そこで、シフトポジションがニュートラルで、モータジェネレータの回転数が所定の回転数以上になった場合には、モータジェネレータの制御をシャットダウン制御からモータの出力トルクがゼロとなるようにモータジェネレータに電流を流すゼロトルク制御に変更する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ハイブリッド車両では、シフトポジションがニュートラルの場合でもエンジンをリーン限界または燃焼限界で運転することがある。限界点近傍でエンジンを運転した場合にはエンジンにトルク変動が生じ、そのトルク変動によって車両駆動軸に接続されているモータジェネレータに動力が伝達される場合がある。シフトポジションがニュートラルの場合に車両駆動軸に動力が伝達されてしまうと運転者の意図と異なる動きとなるため、運転者に不快感を与える場合があった。このため、エンジンのトルク変動に合わせて車両駆動軸に接続されているモータジェネレータにトルク反力を出力させるようにして、シフトポジションがニュートラルの場合に車両駆動軸に伝達される動力を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６―２２５４０２号公報 特開２００７―１２５９２０号公報

ところで、車両は、燃費等の走行試験を行う場合が多い。このような試験は精密な測定を行うため、実際に車両を走行させて燃費を測定するのではなく、各種の測定装置が備え付けられたシャシ台の上で車両の車輪を回転させ、その消費燃料や走行抵抗から燃費を算出することが行われている。走行抵抗は、車両の速度に比例する機械的ロスである引きずり損失と、車両の走行速度の２乗に比例する空気抵抗とがあり、引きずり損失はシャシ台の試験によって測定し、空気抵抗については風洞などを使って測定する場合が多い。

従来のガソリン車両のように車両駆動軸とエンジンとの間にクラッチを備える車両では、引きずり損失を測定する場合にクラッチによってエンジンと変速機との間を切り離し、シフトポジションをニュートラルとしてエンジンを除く駆動系の抵抗を測定することができるが、ハイブリッド車両では、車両駆動軸とモータジェネレータとの間にクラッチが無いので、シフトポジションがニュートラルの場合でもモータジェネレータの回転抵抗を含めた引きずり損失を測定することが行われる。この場合、モータジェネレータはシャットダウン制御によりインバータと遮断されるが、モータジェネレータの回転数が所定の回転数よりも高い回転数となった場合には、モータジェネレータに高圧の逆起電力がかかることを防止するためにゼロトルク制御に切り換えられる方法が用いられることがある。

しかし、高速走行状態においてシャットダウン制御からゼロトルク制御に切り換えた際には、それまでマイナスであったモータジェネレータのトルクを急にゼロにするように電流が流れることとなる。このため図４に示すように、モータジェネレータの抵抗が急に低下し、測定している引きずり損失が車速に対して線形から外れてくる場合がある。一方、走行抵抗試験においては、別々に測定された引きずり損失、空気抵抗による損失などを総合して走行抵抗を算出するので、各損失は数式で近似された後、１つの抵抗計算式に統合される。この場合、引きずり損失は線形近似として扱っているため、測定された車速に対する引きずり損失が線形からずれた場合には、全体の走行抵抗計算に誤差が生じ、燃費の計算に誤差が生じてしまうという問題があった。

本発明は、ハイブリッド車両の引きずり損失の測定の際に、車速に対する引きずり損失を線形に近づけることを目的とする。

エンジンとモータジェネレータとが遊星歯車装置を介して接続され、モータジェネレータが車両駆動軸と接続されるハイブリッド駆動機構と、モータジェネレータへの供給電力を増減する制御部と、を含むハイブリッド車両であって、制御部は、シフトポジションをニュートラルとして車速に応じた回転数で外部から車両駆動軸を回転させることによって車速に対するハイブリッド駆動機構の回転損失を測定する際に、車速に応じた車両駆動軸の回転数が所定の回転数よりも高い場合には、モータジェネレータへの電流を遮断するシャットダウン運転モードからモータジェネレータで発生する逆起電力と同等の電力をモータジェネレータに供給してモータジェネレータに流れる電流を略ゼロとするゼロ電流運転モードに変更するモータジェネレータ運転モード変更手段を備えること、を特徴とする。

本発明のハイブリッド車両において、モータジェネレータに供給する電力を調整するインバータと、モータジェネレータに流れる電流を検出する電流センサを備え、シャットダウン運転モードは、インバータの各素子を遮断状態としてモータジェネレータへの電力供給を遮断し、ゼロ電流運転モードは、モータジェネレータに流れる電流を略ゼロとするようにインバータからモータジェネレータへの供給電流を増減させること、としても好適である。

本発明のハイブリッド車両において、制御部は、車速に応じた回転数で外部から車両駆動軸を回転させ、車速に対するハイブリッド駆動機構の回転損失特性を取得するハイブリッド車両用回転損失測定装置からの指令によって、モータジェネレータへの電力供給をシャットダウン運転モードからゼロ電流運転モードに切り換えること、としても好適である。

本発明は、ハイブリッド車両の引きずり損失の測定の際に、車速に対する引きずり損失を線形に近づけることができるという効果を奏する。

以下本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、ハイブリッド車両１０は、エンジン１２と、第１モータジェネレータ１６（発電機）と、第２モータジェネレータ２２（モータ）と、動力分割機構２０および減速ギヤ２６，３０，３１を備えている。エンジン１２の出力は、動力分割機構２０により２分され、その出力の一方は第２モータジェネレータ２２（モータ）と車輪に、他方は第１モータジェネレータ１６（発電機）に伝達され、エンジン１２の動力は機械的なものと電気的なものとの２つの経路によって車輪３４に伝達される。

動力分割機構２０は、遊星歯車（プラネタリーギヤ）によって構成されており、各構成ギヤの比率でエンジン１２のトルクを動力出力軸１９と第１モータジェネレータ１６（発電機）に分割している。歯車機構内部のキャリア２０ｃの回転軸は、回転変動を吸収するダンパ装置１４を介してエンジン１２と連結され、ピニオンギヤ２０ｐを通じて外周のリングギヤ２０ｒおよび内側のサンギヤ２０ｓに動力を伝達する。サンギヤ２０ｓの回転軸２４は第１モータジェネレータ１６（発電機）に連結され、リングギヤ２０ｒは第２モータジェネレータ２２（モータ）の回転子２２ｒに直結され、、回転子２２ｒの回転軸１８は第２モータジェネレータ２２（モータ）と動力出力軸１９に直結している。動力出力軸１９は減速ギヤ２６，３０，３１を介してディファレンシャル３３に駆動力を伝達するように構成され、ディファレンシャル３３は車両駆動軸であるドライブシャフト３２を介して車輪３４に接続されている。このように、第２モータジェネレータ２２（モータ）によるリングギヤ２０ｒの回転が減速ギヤ２６，３０，３１を介しドライブシャフト３２と車輪３４を駆動している構成となっている。ドライブシャフト３２と第２モータジェネレータ２２（モータ）との間にはクラッチは設けられていない。また、ハイブリッド車両１０の車室内には、シフトレバー４７が設けられている。

ハイブリッド車両１０は、充放電可能な二次電池４０の直流電力を各モータジェネレータ１６，２２駆動用の交流電力に変換すると共に、各モータジェネレータ１６，２２の交流の発電電力を二次電池４０に充電するために直流電力に変換する第１、第２インバータ３６，３７と、二次電池４０からの電圧を駆動用電圧に昇圧すると共に発電電圧を二次電池４０への充電電圧に降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ３９と、電流を平滑化するコンデンサ３５，３８とが設けられている。各インバータ３６，３７は互いに２本の接続線で接続され、この２本の接続線の間にコンデンサ３５が設けられている。そして、これら２本の接続線にはＤＣ／ＤＣコンバータ３９が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３９にはコンデンサ３８と二次電池４０が並列に接続されている。

第２インバータ３７と第２モータジェネレータ２２との間の給電ケーブルには第２モータジェネレータ２２への電流を検出する電流センサ４２が設けられている。また、エンジン１２と第１モータジェネレータ１６、第２モータジェネレータ２２にはそれぞれの回転数を検出する回転数センサ４３，４４，４５が取付けられており、第２モータジェネレータ２２の動力出力軸１９には第２モータジェネレータ２２の出力トルクを検出するトルクセンサ４１が取り付けられている。また、車輪３４の回転軸には車輪３４の回転数を取得する回転数センサ４６が設けられている。本実施形態では、車輪３４の回転数とドライブシャフト３２の回転数は同一回転数なので、回転数センサ４６は車輪３４の回転数を検出すると共にドライブシャフト３２の回転数を検出する。

ハイブリッド車両１０は、エンジン１２の出力と各モータジェネレータ１６，２２の回転数、トルクを設定する制御部５０を備えている。制御部５０は内部にＣＰＵとメモリ等の記憶装置とを備えるコンピュータである。そして、エンジン１２、回転数センサ４３，４４，４５，４６、トルクセンサ４１、電流センサ４２、各インバータ３６，３７、ＤＣ／ＤＣコンバータ３９、二次電池４０、シフトレバー４７はそれぞれ制御部５０に接続され、各センサ４１〜４６の検出信号及びシフトレバー４７のポジション信号は制御部５０に入力され、エンジン１２及び第１、第２モータジェネレータ１６，２２は制御部５０の指令によって回転数、トルクの制御が行なわれるよう構成されている。なお、図１の一点鎖線は信号線を示している。

図１に示すように、引きずり損失の測定を行う際には、ハイブリッド車両１０は回転損失測定装置６０の上にセットされる。回転損失測定装置６０は、車両外部から車輪３４を回転させるシャシ台６１と、シャシ台６１を回転駆動するモータ６２と測定装置制御部６４と、シャシ台６１の回転数を取得する回転数センサ６５とを備えている。測定装置制御部６４は内部にＣＰＵとメモリ等の記憶装置とを備えるコンピュータである。シャシ台６１の駆動軸にはトルクセンサ６３が取り付けられ、シャシ台６１の駆動トルクを検出することができるように構成されている。回転損失測定装置６０のモータ６２は測定装置制御部６４に接続され、測定装置制御部６４の指令によって駆動される。また、トルクセンサ６３、回転数センサ６５は測定装置制御部６４に接続され、トルクセンサ６３と回転数センサ６５の検出信号は測定装置制御部６４に入力されるように構成されている。また、ハイブリッド車両１０の制御部５０と測定装置制御部６４はバスライン６６によって接続されている。

以上のように構成されたハイブリッド車両１０の引きずり損失を回転損失測定装置６０によって測定する場合の動作について説明する。引きずり損失の測定に際しては、シフトレバー４７のシフトポジションをニュートラルとしてエンジン１２を起動する。エンジン１２が起動されたら制御部５０は第１、第２インバータ３６，３７のスイッチング素子を遮断状態として第１、第２インバータ３６，３７と第１、第２モータジェネレータ１６，２２とを遮断し、各モータジェネレータ１６，２２の運転モードをシャットダウン運転モードとする。この状態では、エンジン１２及び第１モータジェネレータ１６は回転しているが、車輪３４が停止状態となっているので第２モータジェネレータ２２は回転していない状態となっている。

次に、回転損失測定装置６０の測定装置制御部６４はモータ６２を始動する指令を出力する。この指令によってモータ６２が始動し、シャシ台６１が回転を開始する。シャシ台６１が回転を開始すると、シャシ台６１上にセットされているハイブリッド車両１０の車輪３４が回転する。車輪３４が回転させられると、その回転はドライブシャフト３２、ディファレンシャル３３、各減速ギヤ２６，３０，３１を介して第２モータジェネレータ２２の動力出力軸１９を回転させ、第２モータジェネレータ２２の回転子を回転させる。

図２の線ａに示すように、エンジン１２の回転数と、第１モータジェネレータ１６、第２モータジェネレータ２２の回転数は、共線図上で常に直線上になるように変化する。シャシ台６１の回転数が車速に応じた速度に車輪３４を回転させると、車輪３４の減速ギヤ２６，３０，３１を介して接続されている第２モータジェネレータ２２の回転数が上昇する。引きずり損失を測定する場合は、第１モータジェネレータ１６の回転数は略一定になるように、第２モータジェネレータ２２の回転数が上昇したらその上昇に合わせてエンジン１２の回転数を上昇させていく。そして、測定装置制御部６４はトルクセンサ６３によって取得したシャシ台６１の駆動トルクから引きずり損失のデータを取得して、測定装置制御部６４のメモリにストアしてく。図３に示すように、第２モータジェネレータ２２がシャットダウン運転モードの場合には、引きずり損失は略車速に対して線形の特性を示す。

そして、測定装置制御部６４は引きずり損失を測定しながら次第にシャシ台６１の回転数を上昇させ、車輪３４の回転数を模擬している車速に対応する回転数に上昇させていく。図２の線ｂに示すように、車輪３４の回転数が上昇すると第２モータジェネレータ２２の回転数も上昇するので、第１モータジェネレータ１６の回転数が略一定となるように、エンジン１２の回転数を上昇させていく。シャシ台６１で模擬している車速が所定の車速以上となり、回転数センサ４６によって取得する車輪３４の回転数、或いはドライブシャフト３２の回転数がその速度に対応する所定の回転数になった場合には、制御部５０は第２モータジェネレータ２２の運転モードをシャットダウン運転モードからゼロ電流運転モードに変更する指令を出力する。この所定の車速は、第２モータジェネレータ２２の回転数が例えば、第２モータジェネレータ２２の逆起電力が第２インバータ３７の許容耐圧となる回転数に対応する車速であってもよい。この指令によって、第２インバータ３７の内部のスイッチング素子をスイッチング動作が可能な動作状態とする。そして、第２インバータ３７と第２モータジェネレータ２２との間に設けられた電流センサ４２によって測定する電流信号をフィードバックして、電流値がゼロとなるように第２インバータ３７から第２モータジェネレータ２２への供給電力を増減させる。測定装置制御部６４は、車輪３４が最高車速に相当する回転数となるまでシャシ台６１の回転数を上昇させて引きずり損失のデータを取得した後、車速に対する引きずり損失データから車速に対する引きずり損失を線形近似し、近似式を出力する。

このように第２モータジェネレータ２２に流れる電流をゼロとなるように制御することによって、第２インバータ３７のスイッチング素子にスイッチング動作をさせつつ、シャットダウン運転モードと同様の運転状態を作ることができる。このため、図３に示すように、車速に対する引きずり損失はシャットダウン運転モードの特性直線を延長したような特性を示す。このため、低速走行領域から高速走行領域にかけての車速に対する引きずり損失を略線形の特性として取得することができ、引きずり損失の近似式との誤差を低減することができるという効果を奏する。

以上説明した実施形態では、車輪３４或いはドライブシャフト３２の回転数によってシャットダウン運転モードとゼロ電流運転モードの切り替えを行うこととして説明したが、回転損失測定装置６０のシャシ台６１の回転数センサ６５によって、車輪３４或いはドライブシャフト３２の回転数が所定の速度の回転数に対応する回転数に達した場合、測定装置制御部６４からモード変更指令を出力し、そのモード変更指令によって制御部５０は第２モータジェネレータ２２の運転モードをシャットダウン運転からゼロ電流運転に変更することとしてもよい。この場合も先に説明した実施形態と同様の効果を奏する。

本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の構成を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両のエンジンと第１、第２モータジェネレータの回転数の変化を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の引きずり損失特性を示す図である。 従来技術によるハイブリッド車両の引きずり損失特性を示す図である。

符号の説明

１０ ハイブリッド車両、１２ エンジン、１４ ダンパ装置、１６ 第１モータジェネレータ、１８，２４ 回転軸、１９ 動力出力軸、２０ｃ キャリア、２０ｓ サンギヤ、２０ｐ ピニオンギヤ、２０ｒ リングギヤ、２０ 動力分割機構、２２ 第２モータジェネレータ、２２ｒ 回転子、２６，３０，３１ 減速ギヤ、３２ ドライブシャフト、３３ ディファレンシャル、３４ 車輪、３５，３８ コンデンサ、３６ 第１インバータ、３７ 第２インバータ、３９ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０ 二次電池、４１ トルクセンサ、４２ 電流センサ、４３，４４，４５，４６，６５ 回転数センサ、４７ シフトレバー、５０ 制御部、６０ 回転損失測定装置、６１ シャシ台、６２ モータ、６３ トルクセンサ、６４ 測定装置制御部、６６ バスライン。

Claims (3)

1. エンジンとモータジェネレータとが遊星歯車装置を介して接続され、モータジェネレータが車両駆動軸と接続されるハイブリッド駆動機構と、モータジェネレータへの供給電力を増減する制御部と、を含むハイブリッド車両であって、
   制御部は、
   シフトポジションをニュートラルとして車速に応じた回転数で外部から車両駆動軸を回転させることによって車速に対するハイブリッド駆動機構の回転損失を測定する際に、車速に応じた車両駆動軸の回転数が所定の回転数よりも高い場合には、モータジェネレータへの電流を遮断するシャットダウン運転モードからモータジェネレータで発生する逆起電力と同等の電力をモータジェネレータに供給してモータジェネレータに流れる電流を略ゼロとするゼロ電流運転モードに変更するモータジェネレータ運転モード変更手段を備えること、
   を特徴とするハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
   モータジェネレータに供給する電力を調整するインバータと、
   モータジェネレータに流れる電流を検出する電流センサを備え、
   シャットダウン運転モードは、インバータの各素子を遮断状態としてモータジェネレータへの電力供給を遮断し、ゼロ電流運転モードは、モータジェネレータに流れる電流を略ゼロとするようにインバータからモータジェネレータへの供給電流を増減させること、
   を特徴とするハイブリッド車両。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両であって、
   制御部は、車速に応じた回転数で外部から車両駆動軸を回転させ、車速に対するハイブリッド駆動機構の回転損失特性を取得するハイブリッド車両用回転損失測定装置からの指令によって、モータジェネレータへの電力供給をシャットダウン運転モードからゼロ電流運転モードに切り換えること、
   を特徴とするハイブリッド車両。

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