JP2010006296A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において、燃費向上を図りながらバッテリの残容量が適正範囲の下限を大きく割れてしまう事態を回避する。
【解決手段】エンジン１２と発電機ＭＧ１とバッテリ５０と走行用電動機ＭＧ２とを備えるハイブリッド車両１０であって、バッテリ５０の電圧を昇圧して電動機ＭＧ２へ供給するコンバータ４８と、コンバータ４８の昇圧動作に関して第１のモードと第２のモードとを選択するためのエコスイッチ７２と、エコスイッチ７２によって第２のモードが選択されたときにコンバータ７２による昇圧後の電圧上限値を第１のモードにおける第１の上限値から該第１の上限値よりも低い第２の上限値に変更すると共に、バッテリ５０の残容量が閾値以下になったときにコンバータ４８による昇圧後の電圧上限値を第２の上限値から第１の上限値へ切り換えるハイブリッドＥＣＵ６６とを更に備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力源としてエンジンとモータとを有するハイブリッド車両に関する。

近年、環境にやさしい自動車としてハイブリッド車が普及してきている。ハイブリッド車は、車輪を駆動するための動力源として、ガソリンまたは軽油等を燃料とするエンジンに加えて、バッテリまたは発電機から供給される電力によって駆動されるモータを併せ持っている。

このようなハイブリッド車では、バッテリから供給される直流電圧を電圧変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、適宜に「コンバータ」とだけいう。）で昇圧してインバータへ供給し、インバータで交流電圧に変換して交流同期型モータに印加されるようになっているものがある。

また、バッテリの残容量が所定の適正範囲に維持されるように、エンジンの動力や車両の制動力によって発電機により発電される電力や、車両の走行用モータで消費される電力を制御している。

このようなハイブリッド車は、動力源として走行用モータを併せ持っていることで、エンジンのみを動力源とする自動車に比べて低燃費走行を可能にしているが、モータやエンジンの作動効率を高める等によって更なる低燃費化または省エネルギー化が望まれる。そのために、ユーザである運転者が自動車の動力性能よりも燃費を優先させたい場合にオン操作することで、自動車の制御部に低燃費走行指示を与えるスイッチ等が設けられることが提案されている。このようなスイッチは、「エコモードスイッチ」あるいは単に「エコスイッチ」と呼ばれることがある。

例えば、特許文献１には、エコスイッチを備えた電気自動車において、ユーザの操作によりエコスイッチがオンされるとコンバータの昇圧動作を停止させ、これによりコンバータにおけるスイッチング損失を無くして低燃費化を可能にすることが記載されている。

特開２００７−１５９２１４号公報

ハイブリッド車では、燃費またはエネルギー効率を最適化するためにエンジン、走行用モータ、および発電用モータが所定の条件を満たすようにバランスしながら作動制御されている。そのため、上記特許文献１の電気自動車のように、エコスイッチをオンすることによってコンバータの昇圧動作を停止させると、走行用モータおよび発電用モータの仕事量が制限され、特に発電用モータの仕事量の制限は発電量の低下を招き、バッテリの残容量やユーザ操作による車両の運転状態によっては、バッテリ充電のためのエンジン間欠運転の頻度が高くなることで却って燃費が悪化したりバッテリの残容量が適正範囲の下限を大きく割れてしまうことが考えられる。

本発明の目的は、燃費向上を図りながらバッテリの残容量が適正範囲の下限を大きく割れてしまう事態を回避できるハイブリッド車両を提供することにある。

本発明は、エンジンと、エンジンからの動力を受けて発電可能な発電機と、発電機により発電された電力を蓄えるバッテリと、バッテリ及び発電機から供給される電力を受けて走行用の動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド車両であって、バッテリの電圧を昇圧して電動機へ供給する電圧変換器と、電圧変換器の昇圧動作に関して第１のモードと第２のモードとを選択するための選択手段と、選択手段によって第２のモードが選択されたときに電圧変換器による昇圧後の電圧上限値を第１のモードにおける第１の上限値から該第１の上限値よりも低い第２の上限値に変更すると共に、バッテリの残容量が閾値以下になったときに電圧変換器による昇圧後の電圧上限値を第２の上限値から第１の上限値へ切り換える制御手段とを更に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、制御手段は、ユーザによる車両に対する要求パワーが第２のモードで出力可能な最大車両パワーを上回る状態が所定時間継続したとき、電圧変換器による昇圧後の電圧上限値を第２の上限値から第１の上限値へ切り換えてもよい。

また、本発明のハイブリッド車両において、制御手段は、選択手段によって第２のモードが選択されたとき、電圧変換器による昇圧後の電圧上限値の切り換えを実行すると共に、エンジン動作点の変更、電動機への入力電圧を生成するために用いる搬送波の周波数低減、および、エアコンを含む補機類の省エネ作動の少なくとも１つの制御を実行し、バッテリの残容量が閾値以下になったときには第２のモードで実行中の制御のうち電圧変換器による昇圧後の電圧上限値を第２の上限値から第１の上限値へ復帰させる制御のみを実行してもよい。

さらに、本発明のハイブリッド車両において、直流・交流変換機能を有する発電機用インバータおよび電動機用インバータを更に含み、各インバータは共通の電圧変換器に接続されてもよい。

本発明に係るハイブリッド車両によれば、第２のモードが選択されたときに電圧変換器による昇圧後の電圧上限値を第１の上限値から第２の上限値へと低く抑えることで電圧変換器における電力ロスを低減して燃費向上を可能にすると共に、バッテリの残容量が閾値以下になったときに電圧変換器における昇圧制限を解除することで発電機による十分な発電量を確保してバッテリの適正容量範囲の下限を大きく割れてしまう事態を回避できる。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、本発明の一実施形態であるハイブリッド車両１０の概略構成図である。図１において、動力伝達系は実線で、電力ラインは一点鎖線で、信号ラインは点線でそれぞれ示されている。ハイブリッド車両１０は、走行用の動力を出力可能なエンジン１２と、２つの３相交流同期型モータジェネレータ（以下、単に「モータ」という。）ＭＧ１，ＭＧ２と、動力分配統合機構１４とを備える。

エンジン１２は、ガソリンや軽油等を燃料として動力を発生する内燃機関である。エンジン１２は、エンジン制御用ＥＣＵ(Electronic Control Unit)（以下、「エンジンＥＣＵ」という。）１６と電気的に接続されており、エンジンＥＣＵ１６からの制御信号を受けて燃料噴射、点火、スロットル等が調節されることで作動制御されるようになっている。エンジン１２の回転数Ｎｅは、エンジン１２の出力軸１３に近接して設けられた回転位置センサ１１から出力される検出値を受けてエンジンＥＣＵ１６において算出される。

動力分配統合機構１４は、中心部に配置されるサンギヤ１８と、サンギヤ１８と同心上外側に配置され円環内周部に内歯を有するリングギヤ２０と、サンギヤ１８とリングギヤ２０の両方に噛合する複数のキャリア２２とを含んで構成される遊星歯車機構からなっている。

動力分配統合機構１４において、複数のキャリア２２を回転可能に支持するキャリア支持部材２６にはエンジン１２の出力軸１３にダンパ２４を介して接続されるキャリア軸２８が連結され、サンギヤ１８にはモータＭＧ１のロータ２９に接続される回転軸３０が連結され、リングギヤ２０にはリングギヤ軸３２を介して減速機３４が連結されている。これにより、動力分配統合機構１４では、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア軸２８から入力されるエンジン１２の動力がサンギヤ１８側とリングギヤ２０側とにそのギヤ比に応じて分配され、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア軸２８から入力されるエンジン１２の動力とサンギヤ１８から入力されるモータＭＧ１の動力とが統合されてリングギヤ２０からリングギヤ軸３２を介して所定減速比のギヤ列を含む減速機３４へ入力されるようになっている。

モータＭＧ２のロータ３６に接続される回転軸３８もまた減速機３４に接続されており、モータＭＧ２が電動機として機能するときにはモータＭＧ２からの動力が減速機３４へ入力されるようになっている。

リングギヤ軸３２およびＭＧ２の回転軸３８の少なくとも一方から入力される動力は、減速機３４を介して車軸４０へ伝達され、これにより車輪４２が回転駆動される。一方、回生制動時に車輪４２および車軸４０から減速機３４を介して回転軸３８に動力が入力されるとき、ＭＧ２は発電機として機能する。ここで、回生制動時は、運転者がブレーキ操作を行って車両速度を減速した場合に限らず、運転者がアクセルペダルの踏み込みを解除して車両加速を中止した場合や、車両が下り坂を重力作用によって走行している場合等を含む。

モータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ対応するインバータ４４，４６に電気的に接続されている。各インバータ４４，４６は、共通の電圧変換器であるコンバータ４８に電気的に並列に接続されると共に、コンバータ４８を介してバッテリ５０に電気的に接続されている。バッテリ５０には、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池が好適に用いられるが、これに限定されず、例えばキャパシタが用いられてもよい。

モータＭＧ１，ＭＧ２が電動機として機能するとき、バッテリ５０から平滑コンデンサ５２を介して供給される直流電圧Ｖｂをコンバータ４８で出力電圧Ｖｃに昇圧してから、平滑コンデンサ５４を介してインバータ４４，４６へ入力し（コンバータ出力電圧Ｖｃはインバータ入力電圧であるシステム電圧ＶＨに相当する。以下に同じ。）、インバータ４４，４６で交流変換してモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される。

逆に、モータＭＧ１，ＭＧ２が発電機として機能するとき、ＭＧ１，ＭＧ２から出力される交流電圧をインバータ４４，４６で直流変換した後、コンバータ４８で降圧してバッテリ５０に充電する。また、インバータ４４，４６は、コンバータ４８に接続される電力ライン５６および接地ライン５８を共通にしていることから、モータＭＧ１，ＭＧ２のうち一方のモータで発電した電力をコンバータを介することなく他方のモータに供給して回転駆動させることもできる。

インバータ４４，４６は、モータ用ＥＣＵ（以下、「モータＥＣＵ」という。）６０にそれぞれ電気的に接続されており、モータＥＣＵ６０から送信される制御信号に基づいて作動制御される。また、モータＭＧ１，ＭＧ２には、ロータ２９，３６の回転角を検出する回転角センサ３１，３７が設けられている。各回転角センサ３１，３７による検出値は、モータＥＣＵ６０に入力されて各モータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を算出するために用いられる。さらに、モータＥＣＵ６０には、各モータＭＧ１，ＭＧ２用にそれぞれ設けられる図示しない電流センサによって検出されるモータ電流が入力される。

バッテリ５０には、電流センサ、電圧センサ、温度センサ等のバッテリ状態検出センサ６２が設置され、このセンサ６２による各検出値すなわちバッテリ電流Ｉｂ、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ温度Ｔｂ等がバッテリ用ＥＣＵ（以下、「バッテリＥＣＵ」という。）６４に入力される。バッテリＥＣＵ６４は、これらの検出値に基づいてバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）を推定し、バッテリ残容量が適正範囲、例えば定格容量の６０％を中心とする４０％〜８０％の範囲に維持されるように監視しており、適正範囲上限近傍では入力制限信号を、適正範囲下限近傍では出力制限および充電要求の信号を後述するハイブリッド用ＥＣＵへ出力する。

エンジンＥＣＵ１６、モータＥＣＵ６０およびバッテリＥＣＵ６４は、ハイブリッドＥＣＵ（制御手段）６６に電気的に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６６は、制御プログラムを実行するＣＰＵ、制御プログラムや制御用マップ等を格納するＲＯＭ、各種検出値を一時的に記憶して随時に読み出し可能なＲＡＭ等から構成されており、エンジン１２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を統括的に作動制御すると共にバッテリ５０を管理する機能を有する。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジンＥＣＵ１６との間で、必要に応じてエンジン制御信号を送信し、必要に応じてエンジン作動状態に関するデータ（例えばエンジン回転数Ｎｅ等）を受信する。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、モータＥＣＵ６０との間で、必要に応じてモータ制御信号を送信し、必要に応じてモータ作動状態に関するデータ（例えばモータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、モータ電流等）を受信する。さらに、ハイブリッドＥＣＵ６６は、バッテリＥＣＵ６４からバッテリ残容量、バッテリ電圧、バッテリ温度、入出力制限信号等のバッテリ管理に必要なデータを受信する。

ハイブリッドＥＣＵ６６には、また、車速センサ６８およびアクセル開度センサ７０が電気的に接続されており、ハイブリッド車両１０の走行速度である車速Ｓｖと、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃとがそれぞれ入力される。

さらに、ハイブリッドＥＣＵ６６には、エコスイッチ（選択手段）７２が電気的に接続されている。エコスイッチ７２は、ユーザである運転者が操作しやすい位置に設けられており、押圧操作、回転操作または軽くタッチ操作等することで、エコスイッチ・オン信号ＥｏｎがハイブリッドＥＣＵ６６へ入力される。エコスイッチ７２がオン操作されると、エコスイッチオフ時の通常モード（第１のモード）から通常モードよりも低燃費走行が可能なエコモード（第２のモード）への移行が選択されるようになっている。

次に、モータＭＧ１，ＭＧ２を電動機として機能させる際のモータＥＣＵ６０における電圧制御について図２を参照して説明する。図２はモータＥＣＵ６０の機能ブロック図であるが、モータＭＧ１，ＭＧ２をいずれも電動機として用いる場合の電圧制御は同様に行われるため、ここでは主として走行用動力を出力するモータＭＧ２の制御について説明する。

モータＥＣＵ６０は、モータＭＧ２の制御方式を選択する制御方式選択部１０６と、制御方式選択部１０６からのコンバータ出力電圧指令Ｖｃ＊を受けてコンバータ４８内の２
つの電力用スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ等）をオン・オフ制御するためのスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２を生成してコンバータ４８へ出力するコンバータ制御部１０４と、制御方式選択部１０６からトルク指令Ｔ＊を受けてインバータ４６内のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相アームにそれぞれ２つずつ（計６つ）設けられている電力用スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ等）をオン・オフ制御するためのスイッチング信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ４６へ出力するＰＷＭ制御ブロック１００および矩形波制御ブロック１０２を含む。

一般に、交流モータの制御方式として、正弦波ＰＷＭ制御、過変調ＰＷＭ制御、矩形波制御の３つの制御方式が知られている。

正弦波ＰＷＭ制御方式は、一般的なＰＷＭ制御として用いられるものであり、３相交流モータであるモータＭＧ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相コイル用にインバータ４６内の各相アームにそれぞれ設けられるスイッチング素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令値と搬送波（一般に三角波）との電圧比較にしたがって制御する。この結果、インバータ４６内の各相アームにおいて、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でモータ入力電圧が正弦波となるようにデューティ比が制御される。正弦波ＰＷＭ制御方式では、比較的低回転域であっても滑らかな回転が得られるものの、コンバータ出力電圧Ｖｃに相当するシステム電圧ＶＨに対するモータ入力電圧の基本波成分の比である変調率（または電圧利用率）を最大で０．６１までしか高めることができないことが周知である。

一方、矩形波制御方式では、インバータ４６内の各相アームにおいて、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との比が、上記一定期間内で１対１の矩形波１パルス分をモータＭＧ２に印加する。これにより、変調率を０．７８まで高めることができ、比較的高回転域での出力を向上させることができる。また、弱め界磁電流を減少させることができるため、モータＭＧ２での銅損の発生を抑えてエネルギー効率を向上させることができる。さらに、インバータ４６でのスイッチング回数を少なくすることができるため、スイッチング損失も抑えることができるという利点もある。ただし、正弦波ＰＷＭ制御に比べると、外乱による影響を受け易く、制御応答性があまり良くないという特性がある。

過変調ＰＷＭ制御方式は、正弦波ＰＷＭ制御と矩形波制御との間の中間的なＰＷＭ制御方式であって、搬送波の振幅を縮小するように歪ませたうえで上記正弦波ＰＷＭ制御方式と同様のＰＷＭ制御を行うことで、電圧増加方向にシフトさせた略正弦波状に歪んだモータ入力電圧を生成することができ、これにより変調率を０．６１〜０．７８の範囲に高めることができる。

モータＭＧ２では、回転数や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなり、それに伴って必要電圧も高くなる。コンバータ４８による昇圧電圧Ｖｃすなわちシステム電圧ＶＨは、このモータ必要電圧よりも高く設定する必要がある。その一方で、コンバータ４８によって昇圧可能な電圧値には上限（すなわちシステム電圧最大値）が存在する。

したがって、モータ必要電圧がシステム電圧ＶＨの最大値、例えば６５０Ｖより低い領域では、正弦波ＰＷＭ制御方式または過変調ＰＷＭ制御方式による最大トルク制御が適用されて、ベクトル制御にしたがったモータ電流制御によって出力トルクがトルク指令Ｔ＊に合致するよう制御される。

一方、モータ必要電圧がシステム電圧最大値を超えると、システム電圧ＶＨを最大値に維持した上で弱め界磁制御にしたがって矩形波制御方式が適用される。この場合、モータ入力電圧の振幅が固定されるため、トルク推定値とトルク指令値との偏差に基づく矩形波パルスの電圧位相制御によってトルク制御が行われる。

図３に、正弦波ＰＷＭ制御および過変調ＰＷＭ制御の最大トルク制御を実行するためのモータＥＣＵ６０のＰＷＭ制御ブロック１００の機能ブロック例を示す。ＰＷＭ制御ブロック１００は、電流指令生成部７４、電圧指令生成部７６、２相３相変換部７８、スイッチング信号生成部８０、３相２相変換部８４、および回転数演算部８６を含む。

電流指令生成部７４は、ハイブリッドＥＣＵ６６からモータＥＣＵ６０へ入力されるトルク指令Ｔ＊およびモータ回転数Ｎｍ２を受けて、予め設定されているマップまたはテーブルからトルク指令Ｔ＊およびモータ回転数Ｎｍ２に対応するｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出して電圧指令生成部７６へ出力する。

電圧指令生成部７６は、ｄ軸実電流ｉｄおよびｑ軸実電流ｉｑをｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊にそれぞれ一致させるためのｄ軸およびｑ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、下記数１式のＰＩ演算により算出して２相３相変換部７８へ出力する。ここでのｄ軸実電流ｉｄおよびｑ軸実電流ｉｑは、３相２相変換部８４において、モータＭＧ２の各相電流を検出する電流センサ８２により検出された３相の各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをモータ回転角θに基づいて変換したものを用いる。なお、各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの総和は零になることから、３相電流のうち２つの相の電流を検出して残る１つの相の電流は演算によって算出されてもよい。
（数１）
Ｖｄ＊＝Ｇｐｄ（Ｉｄ＊−ｉｄ）＋Ｇｉｄ（Ｉｄ＊−ｉｄ）ｄｔ
Ｖｑ＊＝Ｇｐｑ（Ｉｑ＊−ｉｑ）＋Ｇｉｑ（Ｉｑ＊−ｉｑ）ｄｔ
ここで、Ｋｐｄ，Ｋｐｑはｄ軸およびｑ軸電流制御の比例ゲイン、Ｋｉｄ，Ｋｉｑはｄ軸およびｑ軸電流制御の積分ゲインである。

２相３相変換部７８は、モータＭＧ２のロータ３６の回転角θに基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を３相の各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換してスイッチング信号生成部８０へ出力する。なお、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊から３相の各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗへの変換には、システム電圧ＶＨも反映される。

スイッチング信号生成部８０は、３相の各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと所定の搬送波との比較に基づいて、スイッチング信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ４６へ出力する。これにより、インバータ４６の各スイッチング素子がスイッチング制御されることで、モータＭＧ２に対してトルク指令Ｔ＊に応じたトルクを出力するための交流電圧が印加される。なお、上述したように、過変調ＰＷＭ制御時には、スイッチング信号生成部８０において用いられる搬送波が、正弦波ＰＷＭ制御時の一般的なものから振幅を縮小するよう歪ませたものに切り替えられる。

続いて、図４を参照して矩形波制御ブロック１０２について説明する。矩形波制御ブロック１０２は、３相２相変換部９４、トルク推定部９６、電圧位相演算部８８、矩形波発生部９０、およびスイッチング信号生成部９２を含む。

３相２相変換部９４は、電流センサ８２により検出される３相の各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをモータ回転角θに基づいてｄ軸実電流ｉｄおよびｑ軸実電流ｉｑに変換してトルク推定部９６へ出力する。トルク推定部９６は、予め設定されているマップまたはテーブルからｄ軸実電流ｉｄおよびｑ軸実電流ｉｑに基づいてトルク推定値Ｔを表引き演算して電圧位相演算部８８へ出力する。

電圧位相演算部８８は、トルク指令Ｔ＊からトルク推定値Ｔを減算することによって求められるトルク偏差ΔＴに、所定ゲインによるＰＩ演算を行って制御偏差を求め、この制御偏差に応じて矩形波電圧の位相γを設定し、矩形波発生部７８へ出力する。具体的には、トルク指令Ｔ＊が正（Ｔ＊＞０）の場合、トルク不足時には電圧位相を進める一方で、トルク過剰時には電圧位相を遅らせるとともに、トルク指令Ｔ＊が負（Ｔ＊＜０）の場合、トルク不足時には電圧位相を遅らせる一方で、トルク過剰時には電圧位相を進める。

矩形波発生部９０は、入力された電圧位相γにしたがって、各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（矩形波パルス）を生成し、スイッチング信号生成部９２へ出力する。スイッチング信号生成部９２は、各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗにしたがってスイッチング信号Ｓ３〜Ｓ８を生成し、インバータ４６へ出力する。これにより、インバータ４６がスイッチング信号Ｓ３〜Ｓ８にしたがったスイッチング動作を行うことで、電圧位相γにしたがった矩形波パルスがモータＭＧ２の各相電圧として印加される。このように、矩形波制御方式時には、トルクのフィードバック制御によりモータトルク制御を行うことができる。

なお、矩形波制御ブロック１０２におけるスイッチング信号生成部９２は、ＰＷＭ制御ブロック１００のスイッチング信号生成部８０によって兼用されることができる。

図５は、モータＥＣＵ６０の制御方式選択部１０６において予め記憶されているマップを示す。このマップは、モータＭＧ２に関してトルクと回転数に基づいて規定されるものであり、制御方式選択部１０６はこのマップを適用してモータ制御方式を選択する。

図５に示すマップにおいて、実線は正弦波ＰＷＭ制御におけるモータＭＧ２の回転数と最大出力トルクとの関係を示し、この実線で囲まれるハッチング領域Ａ１内の運転ポイントではモータＭＧ２に関して正弦波ＰＷＭ制御が実行される。この場合の正弦波ＰＷＭ制御における変調率Ｋは最大値０．６１で一定になるようシステム電圧ＶＨ（すなわちコンバータ４８による昇圧比）が制御される。ただし、コンバータ４８による昇圧には上限があるため、システム電圧ＶＨが最大値で変調率Ｋが０．６１＜Ｋ＜０．７８となる実線および点線間の高回転領域が過変調ＰＷＭ制御領域Ａ２となり、システム電圧ＶＨが最大値で変調率Ｋ＝０．７８となる点線および一点鎖線間の更なる高回転領域が矩形波制御領域Ａ３になる。

次に、図６および図７を参照して、上記ハイブリッド車両１０におけるエコモード制御について説明する。図６は、エコスイッチ７２（図１参照）がオンされていない状態のときの通常モードと、エコスイッチ７２がオン操作されることで選択されるエコモードとについて、車速Ｓｖと車両パワーとの関係をそれぞれ示すマップである。図６に示される実線は、通常モードおよびエコモードで出力可能な最大車両パワーをそれぞれ表している。また、図７は、エコスイッチ７２がオン操作されたときにハイブリッドＥＣＵ６６において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。

運転者が車両の動力性能よりも燃費を優先させた走行を希望するとき、運転者はエコスイッチ７２をオン操作することでエコモードが選択される。これにより、図６に示すように、車両が出力可能な最大パワーは、通常モードに比較して低減される。

より詳細には、エコスイッチ７２がオン操作されると、ハイブリッドＥＣＵ６６にエコスイッチオン信号Ｅｏｎが入力される。これを受けてハイブリッドＥＣＵ６６は、図７のステップＳ１０のエコモード制御を実行する。このエコモード制御には、エンジン１２の上限回転数の低減によるエンジン動作点の変更、コンバータ４８の昇圧上限値を第１の上限値である例えば６５０ボルトから第２の上限値である例えば５００ボルトに低減して昇圧制限をかける、インバータ４６においてモータ入力電圧生成のために電圧指令との対比に用いる搬送波の周波数を低減させる、エアコン等の補機類をエコモード作動（例えばエアコン用コンプレッサの間欠運転）させる等の制御を実行する。

このようなエコモード制御では、エンジン上限回転数の低減により燃料消費が抑えられ、コンバータ４８の昇圧上限値を低く抑えることでコンバータ４８におけるスイッチング損失が低下し、上記搬送波の周波数低減によってインバータ４６におけるスイッチング損失が低下し、補機類のエコモード作動によって消費電力が抑えられる。その結果、通常モードに比べて低燃費走行が可能になり、エネルギー効率が向上する。

しかし、上記エコモードでは走行用モータＭＧ２および発電用モータＭＧ１の回転数が制限され、特に発電用モータＭＧ１の回転数制限は発電量の低下を招き、バッテリ５０の残容量やユーザ操作による車両の運転状態によっては、バッテリ充電のためのエンジン間欠運転の頻度が高くなることで却って燃費が悪化したりバッテリ５０の残容量が適正範囲の下限である４０％を大きく割り込んでしまうことが考えられる。

具体的には、ユーザである運転者がアクセルペダルを大きく踏み込むことによって、図６においてエコモードで出力可能な最大車両パワーを上回る車両パワーが継続的に要求されると、発電用モータＭＧ１による発電量以上の電力がモータＭＧ２駆動のためにバッテリ５０から引き出されてバッテリ残容量が大きく低下し、バッテリ容量の適正範囲下限を大きく割れてしまう場合がある。バッテリ５０の残容量が適正範囲下限よりも大きく低下すると、バッテリ５０がダメージを受けて短寿命化することになる。

そこで、このような事態を防止すべく、図７に示すエコモード処理ルーチンにおいて次のような処理を実行する。ステップＳ１２において、残容量ＳＯＣが閾値である例えば４０％を上回っているか否かを判定する。そして、残容量ＳＯＣが４０％以下であると判定されると(ステップＳ１２でＮＯ)、コンバータ４８における昇圧上限値５００ボルトを通常モード時と同様の６５０ボルトに切り換えて昇圧制限を解除する（ステップＳ１８）。これにより、発電機であるモータＭＧ１の回転数制限も解除されるので十分な発電量を確保でき、その結果、バッテリ５０への充電が可能になってバッテリ残容量を適正範囲に復帰させることができる。

一方、バッテリ残容量ＳＯＣが４０％を上回っていると判定されると(ステップＳ１２でＹＥＳ)、続いて、車両要求パワーＰｖ＊が車両出力可能パワーＰｖよりも大きい状態が所定時間継続しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。ここでの「所定時間」は例えば数秒間程度であることが好ましく、運転者によるアクセルペダルの瞬間的な踏み込みを排除することを意図したものである。

上記車両要求パワーＰｖ＊は、予めＲＯＭに記憶されているマップを参照してアクセル開度Ａｃおよび車速Ｓｖに基づいて設定される。この車両要求パワーＰｖ＊が図６に示すエコモードで出力可能な最大車両パワーを超える状態が所定時間継続していると判定されると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、上記と同様にコンバータ４８の昇圧制限を解除する（ステップＳ１８）。一方、車両要求パワーＰｖ＊がエコモードで出力可能な最大車両パワーを超える状態が所定時間継続していると判定されない場合(ステップＳ１４でＮＯ)、コンバータ４８の昇圧制限が維持される(ステップＳ１６)。

そして、エコスイッチ７２がオフ操作されたか否かを判定し（ステップＳ２０）、オフされていなければ上記ステップＳ１２へ戻り（ステップＳ２０でＮＯ）、一方、オフされていれば（ステップＳ２０でＹＥＳ）エコモード制御終了、すなわち通常モードに復帰させて(ステップＳ２２)、処理を終了する。

このように本実施形態のハイブリッド車両１０では、エコモードの選択により燃費向上を図ると共に、バッテリ残量が適正範囲の下限４０％以下になると直ちにコンバータ４８の昇圧制限を解除することで、バッテリ残容量が適正範囲の下限を大きく割れしてしまう事態を回避できる。

なお、上記ハイブリッド車両１０では、バッテリ残容量が４０％以下になったときにエコモード制御のうちコンバータ４８の昇圧制限だけを解除するようにしたが、コンバータ４８の昇圧制限解除に加えて、他のエコモード制御事項のうちバッテリ充電への関わりが大きい制御事項、例えばエンジン１２の回転数制限の解除を併せて行ってもよい。

また、上記ハイブリッド車両１０では、ユーザによるエコスイッチ７２のオン操作によってエコモードが選択されるようにしているが、ハイブリッド車両１０を統括制御するハイブリッドＥＣＵ６６が運転状態に応じて、例えばほぼ一定速度での安定走行状態が所定時間以上継続しているとき、通常モードからエコモードに自動的に切り換える制御を実行してもよい。この場合は、ハイブリッドＥＣＵ６６が選択手段としても機能する。

さらに、上記ハイブリッド車両１０では、エコスイッチ７２が選択手段であって通常モードが第１のモード、エコモードが第２のモードであるとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、燃費よりも車両駆動性能を優先させたいときにオン操作するパワースイッチを選択手段とし、パワースイッチがオフ状態のとき第２のモードとしての通常モードが選択され、パワースイッチがオンされると第１のモードとしてのパワーモードが選択されるようにして、本発明を適用することも可能である。

さらにまた、上記ハイブリッド車両１０は、エンジン１２の動力で車輪および発電機の両方を駆動可能な所謂シリーズ／パラレルハイブリッド方式を例に説明したが、本発明は、エンジンの動力を発電機の駆動のみに用いる所謂シリーズハイブリッド方式の車両にも適用可能である。

本発明の一実施形態であるハイブリッド車両の概略構成図である。 モータＥＣＵの機能ブロック図である。 モータＥＣＵに含まれるＰＷＭ制御ブロックの機能ブロック図である。 モータＥＣＵに含まれる矩形波制御ブロックの機能ブロック図である。 走行用モータのトルクと回転数との関係を表したマップを示す図である。 通常モードおよびエコモードの車速と車両パワーの関係を示すマップである。 エコモード選択時にハイブリッドＥＣＵで実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ハイブリッド車両、１１ 回転位置センサ、１２ エンジン、１３ 出力軸、１４ 動力分配統合機構、１６ エンジン制御用ＥＣＵ、１８ サンギヤ、２０ リングギヤ、２２ キャリア、２４ ダンパ、２６ キャリア支持部材、２８ キャリア軸、２９，３６ ロータ、３０ 回転軸、３１，３７ 回転角センサ、３２ リングギヤ軸、３４ 減速機、３８ 回転軸、４０ 車軸、４２ 車輪、４４，４６ インバータ、４８ コンバータ、５０ バッテリ、５２ 平滑コンデンサ、５４ 平滑コンデンサ、５６ 電力ライン、５８ 接地ライン、６０ モータ用ＥＣＵ、６２ バッテリ状態検出センサ、６４ バッテリＥＣＵ、６６ ハイブリッド用ＥＣＵ、６８ 車速センサ、７０ アクセル開度センサ、７２ エコスイッチ、７４ 電流指令生成部、７６ 電圧指令生成部、７８ 矩形波発生部、８０，９２ スイッチング信号生成部、８２ 電流センサ、８４ ３相２相変換部、８６ 回転数演算部、８８ 電圧位相演算部、９０ 矩形波発生部、９４ ３相２相変換部、９６ トルク推定部、１００ ＰＷＭ制御ブロック、１０２ 矩形波制御ブロック、１０４ コンバータ制御部、１０６ 制御方式選択部、ＭＧ１ 発電用モータ、ＭＧ２ 走行用モータ。

Claims (4)

1. エンジンと、エンジンからの動力を受けて発電可能な発電機と、発電機により発電された電力を蓄えるバッテリと、バッテリ及び発電機から供給される電力を受けて走行用の動力を出力可能な電動機と、を備えるハイブリッド車両であって、
   バッテリの電圧を昇圧して電動機へ供給する電圧変換器と、
   電圧変換器の昇圧動作に関して第１のモードと第２のモードとを選択するための選択手段と、
   選択手段によって第２のモードが選択されたときに電圧変換器による昇圧後の電圧上限値を第１のモードにおける第１の上限値から該第１の上限値よりも低い第２の上限値に変更すると共に、バッテリの残容量が閾値以下になったときに電圧変換器による昇圧後の電圧上限値を第２の上限値から第１の上限値へ切り換える制御手段と、
   を更に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において、
   制御手段は、ユーザによる車両に対する要求パワーが第２のモードで出力可能な最大車両パワーを上回る状態が所定時間継続したとき、電圧変換器による昇圧後の電圧上限値を第２の上限値から第１の上限値へ切り換え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において、
   制御手段は、選択手段によって第２のモードが選択されたとき、電圧変換器による昇圧後の電圧上限値の切り換えを実行すると共に、エンジン動作点の変更、電動機への入力電圧を生成するために用いる搬送波の周波数低減、および、エアコンを含む補機類の省エネ作動の少なくとも１つの制御を実行し、バッテリの残容量が閾値以下になったときには第２のモードで実行中の制御のうち電圧変換器による昇圧後の電圧上限値を第２の上限値から第１の上限値へ復帰させる制御のみを実行することを特徴とするハイブリッド車両。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１に記載のハイブリッド車両において、
   直流・交流変換機能を有する発電機用インバータおよび電動機用インバータを更に含み、各インバータは共通の電圧変換器に接続されていることを特徴とするハイブリッド車両。

Images