JP2010098882A - 車両制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両制御システムにおいて、蓄電装置のＷｏｕｔ，Ｗｉｎに応じてシステム電圧を適切に設定し、さらなる燃費向上を図ることである。
【解決手段】エンジン１２と第１の回転電機２０、第２の回転電機２２、蓄電装置１４を含む車両制御システム１０における制御部４０は、蓄電装置１４のＷｏｕｔ，Ｗｉｎ状態を取得するＷｏｕｔ／Ｗｉｎ取得モジュール４２と、取得されたＷｏｕｔ，Ｗｉｎの範囲の中で、複数の回転電機の間でその電力の割合を分配する電力割合分配モジュール４４と、システム電圧Ｖｍの上限を制限するシステム電圧制限モジュール４６と、コンバータ１６、インバータ１８の作動を制御して第１の回転電機２０、第２の回転電機２２の駆動を制御する駆動制御モジュール４８を含んで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は車両制御システムに係り、特に、蓄電装置と回転電機とを含む車両の制御システムに関する。

蓄電装置と回転電機とを搭載する車両においては、蓄電装置のＷｏｕｔと呼ばれる放電可能電力と、Ｗｉｎと呼ばれる充電可能電力を考慮しながら回転電機を駆動するコンバータ、インバータ等の電源回路の作動が制御される。

例えば、特許文献１には、動力出力装置として、モータ−ＥＣＵは、Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの中にバッテリの入出力電力が入るようにトルク指令を更新することが開示されている。これによって、ＨＶ−ＥＣＵとモータ−ＥＣＵの間の通信遅れがあっても、バッテリの過大な電力による充放電を抑止することができる、と述べられている。

また、特許文献２には、電源装置において、コンバータとインバータとの間に設けられる平滑コンデンサに対する充放電電力がモータ・ジェネレータの動作電圧の変化によって変化し、これがコンバータの電力制限を超える原因となることが指摘されている。ここではモータ・ジェネレータの力行動作時に、モータ・ジェネレータの動作電圧の上昇に応じた平滑コンデンサの蓄積電力変化量と、モータ・ジェネレータの消費電力との和が、コンバータの出力制限電力を超えないように、トルク指令値を本来の要求トルクよりも小さくすることが開示されている。

また、特許文献３には、複数の蓄電装置についての昇温制御方法として、蓄電装置の温度に応じてその電圧が上下限値を超えるときは、蓄電装置に接続されるコンバータのデューティ指令値を補正することが開示されている。

また、特許文献４には、特許文献３と同様の内容で、ここでは、複数の蓄電装置のＷｉｎ，Ｗｏｕｔのそれぞれの和である充電許容電力合計値、放電許容電力合計値と電力実績値との比較を行い、電力実績値が少なくともいずれかの許容電力合計値より小さいときは、一方のコンバータを所定の目標電圧値となるように制御し、他方のコンバータを所定の目標電流値となるように制御することが開示されている。

特許文献５には、入出力制御装置として、ハイブリッド車のように充放電電流が激しく変動する場合に、バッテリの最大入出力電力を推定する従来技術では、電池電圧の変化の速度を考慮していないので、バッテリの容量に余裕を見る必要があることを指摘している。そしてここでは、電池電圧と、電池電圧の変化速度に基いてバッテリの入出力制限値を設定することが開示されている。

再表２００６／００６２９３号公報 特開２００５−２１０７７９号公報 特開２００８−６１４８７号公報 特開２００７−２９５７８２号公報 特開２００６−１６６５５９号公報

上記のように、蓄電装置と回転電機とを搭載する車両においては、蓄電装置のＷｏｕｔ，Ｗｉｎを考慮しながら駆動制御等が行われる。このような車両にも高出力化が要求されてくる。このとき、モータトルクを増大するには電流を増大する必要があり、これに対応するにはコンバータ、インバータの電流容量を大きくすることになり、大型化につながる。そこで、パワー＝トルク×回転数の関係を利用し、トルクの増大に代えて回転数を増大させて高出力に対応することが行われる。

このように回転電機の高出力のために高回転化が図られると、インバータの正極母線と負極母線との間の電圧であるシステム電圧が回転電機の運転状態に依存することが強くなる。特に、車両に発電機用回転電機と駆動用回転電機とが搭載される場合に、エンジンの回転数に依存する発電機用回転電機の運転状態よりも、上記のように高出力のために高回転化が図られる駆動用回転電機の作動条件の方にシステム電圧の依存性が高くなる。したがって、回転電機の運転状態に応じてシステム電圧を制御することが例えば燃費向上のためにも好ましい。

蓄電装置を用いるシステムでは、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎを考慮した駆動制御を行うことが好ましいが、上記従来技術では、コンバータの入出力制限、蓄電装置の温度特性等に対してＷｏｕｔ，Ｗｉｎを考慮しているが、システム電圧についてＷｏｕｔ，Ｗｉｎを考慮することが述べられていない。このように、システム電圧を制御する際にＷｏｕｔ，Ｗｉｎを考慮することが行われていないために、回転電機の運転状態から見ると、必要以上に高いシステム電圧にコンバータが昇圧していることが生じ得る。したがって、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎを考慮して、回転電機の運転状態からシステム電圧を設定することで、燃費向上を図る余地がある。

本発明の目的は、回転電機のさらなる燃費向上を図ることができる車両制御システムを提供することである。他の目的は、蓄電装置のＷｏｕｔ，Ｗｉｎに応じてシステム電圧を適切に設定することを可能にする車両制御システムを提供することである。以下の手段は、上記目的の少なくとも１つに貢献する。

本発明に係る車両制御システムは、回転電機と、蓄電装置と、蓄電装置の電圧に対してコンバータによって昇降圧されたシステム電圧で作動し、回転電機に接続されるインバータと、蓄電装置の放電可能電力または充電可能電力に応じてシステム電圧の上限を制限する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る車両制御システムは、複数の回転電機と、蓄電装置と、蓄電装置の電圧に対してコンバータによって昇降圧されたシステム電圧で作動し、複数の回転電機のそれぞれに接続される複数のインバータと、蓄電装置の放電可能電力または充電可能電力に応じてシステム電圧の上限を制限する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る車両制御システムにおいて、制御部は、蓄電装置の放電可能電力と充電可能電力の範囲の中で、複数の回転電機の電力の割合を分配して、システム電圧の上限を制限することが好ましい。

また、本発明に係る車両制御システムにおいて、制御部は、複数の回転電機の中で力行している回転電機の必要電力に応じてシステム電圧の上限を制限することが好ましい。

また、本発明に係る車両制御システムにおいて、制御部は、蓄電装置の温度に応じてシステム電圧の上限を制限することが好ましい。

また、本発明に係る車両制御システムにおいて、制御部は、システム電圧の上限制限に際してシステム電圧を変更する場合に、予め設定された変化率を付与してシステム電圧を変更することが好ましい。

また、本発明に係る車両制御システムにおいて、複数の回転電機は、駆動用回転電機と発電用回転電機であり、制御部は、発電用回転電機のシステム損失よりも駆動用回転電機のシステム損失が大きくなったときに、システム電圧の上限制限を解除することが好ましい。

また、本発明に係る車両制御システムにおいて、インバータの駆動制御を正弦波制御モードと過変調制御モードと矩形波制御モードとの間で制御モード切替を行う手段を含み、駆動用回転電機は、矩形波制御モードにおいて弱め界磁制御を行っていることが好ましい。

上記構成の少なくとも１つにより、車両制御システムは、蓄電装置の放電可能電力であるＷｏｕｔまたは充電可能電力であるＷｉｎに応じてシステム電圧Ｖｍの上限を制限する。システムの利用可能電力は、ＷｏｕｔとＷｉｎの間で制限される。システム電圧Ｖｍの上限を制限して低減することで、インバータのスイッチング損失を低減できるので燃費向上につながるが、その際に、システムの利用可能電力の範囲としてＷｏｕｔ，Ｗｉｎを考慮する。これによって、システムの利用可能電力を最大限に利用しながら、システム電圧Ｖｍを適切に設定し、燃費向上を図ることができる。回転電機は１台であっても複数台であっても、同様にＷｏｕｔ，Ｗｉｎを考慮してＶｍの設定を行うことで、システムの利用可能電力を最大限に利用しながら、燃費向上を図ることができる。

また、車両制御システムにおいて、蓄電装置の放電可能電力であるＷｏｕｔと充電可能電力であるＷｉｎの範囲の中で、複数の回転電機の電力の割合を分配して、システム電圧Ｖｍの上限を制限する。例えば、複数の回転電機の中には発電を行うものがあり、そのときには、発電電力をＷｏｕｔに加えることができる。このように、複数の回転電機の特性を考慮して電力の割合を分配することで、システムの利用可能電力を最大限に利用しながら、システム電圧Ｖｍを適切に設定し、燃費向上を図ることができる。

また、車両制御システムにおいて、複数の回転電機の中で力行している回転電機の必要電力に応じてシステム電圧の上限を制限する。回生を行っている回転電機と力行を行っている回転電機とでは、その出力の絶対値は元々回生の回転電機の方が大きくなる性質を有する。このことから、出力の絶対値の小さい力行の回転電機の必要電力に応じてシステム電圧Ｖｍの上限を決めることで燃費向上が図れる。

また、車両制御システムにおいて、蓄電装置の温度に応じてシステム電圧の上限を制限する。蓄電装置の内部抵抗と、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎとの関係が非線形のことがあるので、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎが大きくても蓄電装置の内部抵抗が大きい場合がある。このとき、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎが大きいので蓄電装置電流を多く流すことが可能と考えられるが、一方で蓄電装置の内部抵抗が大きいので、蓄電装置電流と内部抵抗の積である電圧降下も大きくなる。

特に、蓄電装置の温度が低温になると蓄電装置の内部抵抗が大きくなるので、電圧降下も大きくなる。これらのことから、Ｗｏｕｔ，ｗｉｎに基く制限に温度による蓄電装置の内部抵抗の影響を考慮することが好ましい。上記構成によれば、蓄電装置の内部抵抗の温度特性の影響も考慮して、システムの利用可能電力を最大限に利用しながら、システム電圧Ｖｍを適切に設定し、燃費向上を図ることができる。

また、車両制御システムにおいて、システム電圧Ｖｍの上限制限に際してシステム電圧Ｖｍを変更する場合に、予め設定された変化率を付与してシステム電圧Ｖｍを変更する。これにより、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎあるいは蓄電装置の温度が急変してシステム電圧Ｖｍが急激に変化することを緩和できる。システム電圧Ｖｍが急変すると、回転電機の消費電力が急減し、その分をインバータの平滑コンデンサが急回生し、その回生エネルギが蓄電装置に回生されて蓄電装置が過電圧になることが生じ得る。システム電圧Ｖｍの変更に際し電圧変化率を付与することで、蓄電装置に回生されるパワーを緩やかにでき、過電圧になることを防止できる。

また、車両制御システムにおいて、発電用回転電機のシステム損失よりも駆動用回転電機のシステム損失が大きくなったときに、システム電圧Ｖｍの上限制限を解除する。システム電圧Ｖｍの上限を設定することで駆動用回転電機のシステム損失が増大すると、駆動用回転電機の発熱が増大することが生じる。そこで、駆動用回転電機のシステム損失が増大して発電用回転電機のシステム損失よりも大きくなるような運転状態のときには、システム電圧Ｖｍの上限制限を解除することで、駆動用回転電機のシステム損失を抑制することができる。

また、車両制御システムにおいて、インバータの駆動制御として、正弦波制御モードと過変調制御モードと矩形波制御モードとの間で制御モード切替を行うときに、駆動用回転電機は、矩形波制御モードにおいて弱め界磁制御を行っているものとする。

システム電圧の上限を制限すると、例えば、駆動用回転電機の要求パワーを満たすためには、正弦波電流制御モードから過変調電流制御モード、矩形波電圧位相制御モードというように、インバータの出力電圧に対する信号振幅の比である変調率を高くすることが行われることがある。その場合に、回転電機における逆起電圧が高くなることを抑制するために弱め界磁電流を流す方法を用いるが、この方法は銅損の増大を招き、回転電機のシステム損失を増大させ、回転電機の発熱が増大することがある。

このように、駆動用回転電機の運転状態によって矩形波制御モードにおいて弱め界磁制御を行う場合には、システム電圧Ｖｍの上限を設定することで駆動用回転電機のシステム損失が増大し、駆動用回転電機の発熱が増大することが生じる。そこで、駆動用回転電機のシステム損失が増大して発電用回転電機のシステム損失よりも大きくなるような運転状態のときには、システム電圧Ｖｍの上限制限を解除することで、駆動用回転電機のシステム損失を抑制することができる。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、車両制御システムの対象として、エンジンと回転電機とともに変速機が搭載される車両を説明するが、高速巡航を行うときに変速機が便利ではあるが、必ずしも変速機を用いることでもないので、変速機を省略するものとできる。また、以下では車両に搭載される回転電機として、１台でモータ機能と発電機機能とを有するモータ・ジェネレータを２台用いるものとして説明するが、これは例示であって、モータ機能のみを有する回転電機を１台、発電機機能のみを有する回転電機を１台用いるものとしてもよい。また、モータ・ジェネレータを１台用いるものとしてもよく、３台以上用いるものとしてもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、エンジンと回転電機とを搭載する車両についての車両制御システム１０の構成を示す図である。車両制御システム１０は、車両の駆動部３０と、駆動部３０の各要素の作動を制御する制御部４０とを備えて構成される。

車両の駆動部３０は、エンジン１２と、蓄電装置１４とを動力源とし、第１の回転電機（ＭＧ１）２０と第２の回転電機（ＭＧ２）２２とを備え、さらに、蓄電装置１４と２つの回転電機２０，２２との間に接続されて設けられるコンバータ１６と、インバータ１８と、エンジン１２と第１の回転電機２０と第２の回転電機２２との間の動力分配を行うための動力分配機構２４と、動力分配機構２４と第２の回転電機２２との間に設けられる変速機２６と、変速機２６から歯車機構２７を経て駆動力を受け取る車輪あるいはタイヤ２８とを含んで構成される。

エンジン１２は、複数の気筒を有する内燃機関で、第１の回転電機２０と第２の回転電機２２とともに車両の駆動源を構成する。エンジン１２は、動力分配機構２４等を介して車両の駆動軸を駆動しタイヤ２８を回転して走行を行わせる機能と共に、第１の回転電機２０を発電機として用いて発電を行わせ、蓄電装置１４を充電する機能を有する。

動力分配機構２４と変速機２６と歯車機構２７は、エンジン１２と第１の回転電機２０と第２の回転電機２２の各出力を調整し、車両の走行等で要求されるトルクと回転数に変換して車両の駆動軸を介しタイヤ２８に伝達する機能を有する。これらを合わせて、車両のトランスミッション機構と呼ぶことができる。

動力分配機構２４は、エンジン１２と第１の回転電機２０と第２の回転電機２２の間で動力を分配する機能を有するもので、プラネタリ機構を用いることができる。例えば、プラネタリ機構のサンギヤに第１の回転電機２０、ピニオンギヤを公転させるキャリアをエンジン１２、リングギヤを減速機構を介して車両の駆動軸に接続し、この減速機構と変速機を介して第２の回転電機２２と接続するものとできる。なお、動力分配機構２４のギヤ比であるプラネタリ比が１：ρとして図１に示されている。

変速機２６は、回転電機２２の回転数の変更によってトルクを増減する機能を有するもので、Ｌｏ変速段とＨｉ変速段とを有する。例えば、変速状態がＬｏからＨｉに切り替えると、回転電機２２自体の回転数が同じでも、駆動軸をより高速に回転でき、車両を高速走行させることができる。逆に変速状態をＨｉからＬｏに切り替えると、回転電機２２自体のトルクを増大させてより高トルクで駆動軸を駆動できる。変速機２６は、歯数の異なる複数のギヤの噛み合いの変更が可能な歯車変速機構を用いることができる。なお、動力分配機構２４に用いられるプラネタリ機構と同様な機構を変速機２６として用いることもできる。

歯車機構２７は、動力分配機構２４の出力と変速機２６の出力とを合わせて駆動軸に伝達する機能を有するもので、歯車比は固定である。歯車機構２７は、変速機２６の一部として構成することもできる。

トランスミッション機構の作用は、周知の共線図を用いて説明することができる。上記構成の共線図については、後に、車両の通常走行と高速巡航とを説明する際に、その内容を述べることとする。

第１の回転電機（ＭＧ１）２０と第２の回転電機（ＭＧ２）２２は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、蓄電装置１４から電力が供給されるときはモータとして機能し、エンジン１２による駆動時、あるいは車両の制動時には発電機として機能する３相同期型回転電機である。

ここで、第１の回転電機（ＭＧ１）２２は、エンジン１２によって駆動されて発電機として用いられ、発電された電力をコンバータ１６、インバータ１８の中のＭＧ１インバータを介して蓄電装置１４に供給するものとして用いられる。また、第２の回転電機（ＭＧ２）２２は、車両走行のために用いられ、力行時には蓄電装置１４から直流電力の供給を受けてコンバータ１６、インバータ１８の中のＭＧ２インバータを介して変換された交流電力によってモータとして機能して車両のタイヤ２８を駆動し、制動時には発電機として機能して回生エネルギを回収し、コンバータ１６、インバータ１８の中のＭＧ２インバータを介して蓄電装置１４に供給するものとできる。

コンバータ１６とインバータ１８とは、蓄電装置１４と２つの回転電機２０，２２の間に設けられる電源回路である。ここでは、蓄電装置１４の電圧に対してコンバータ１６によって昇降圧されたシステム電圧Ｖｍでインバータ１８が作動し、インバータ１８が２つの回転電機２０，２２に接続される。図２は、コンバータ１６、インバータ１８の内部構成も含めて、蓄電装置１４と２つの回転電機２０，２２との接続関係の様子を示す図である。

コンバータ１６は、蓄電装置１４とインバータ１８の間に配置され、電圧変換機能を有する回路である。図２に示されるように、コンバータ１６としては、リアクトルと制御部４０の制御の下で作動するスイッチング素子等を含んで構成することができる。電圧変換機能としては、蓄電装置側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して昇圧しインバータ側に供給する昇圧機能と、インバータ側からの電力を蓄電装置側に降圧して充電電力として供給する降圧機能とを有する。昇圧機能に着目するときは、コンバータ１６を昇圧回路と呼ぶことができる。以下では、コンバータ１６が昇圧回路としての機能を有する場合を中心にして述べる。

インバータ１８は、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う回路である。図２に示されるように、インバータ１８は、制御部４０の制御の下で作動する複数のスイッチング素子を含んで構成される。上記のように、第１の回転電機（ＭＧ１）２０と第２の回転電機（ＭＧ２）２２は、用途も動作点条件も異なるので、図２に示されるように、インバータ１８は、その内部で２つのインバータ回路で構成されている。２つのインバータ回路のうち１つは第１の回転電機（ＭＧ１）２０の作動用のＭＧ１インバータであり、もう１つは第２の回転電機（ＭＧ２）２２の作動用のＭＧ２インバータである。ＭＧ１インバータと第２インバータは、基本的には同じ構造のものを用いることができる。

インバータ１８の正極母線と負極母線の間の直流電圧は、インバータ１８の作動電圧であり、この電圧で第１の回転電機２０と第２の回転電機２２の作動交流電圧の振幅が定まるので、この電圧をシステム電圧Ｖｍと呼ぶことができる。コンバータ１６が昇圧回路の機能であるときは、システム電圧Ｖｍは、コンバータ１６の出力昇圧電圧である。つまり、コンバータ１６の昇圧制御によってシステム電圧Ｖｍを制御することができる。なお、コンバータ１６が降圧回路の機能であるときは、システム電圧Ｖｍはコンバータ１６への入力直流電圧となる。いずれにせよ、システム電圧Ｖｍはコンバータ１６の昇降圧制御によって定められることになる。

システム電圧Ｖｍは、蓄電装置１４と第１の回転電機２０、第２の回転電機２２との間の電力のやり取りによって、変動するが、その変動を吸収するために、図２に示されるように、平滑コンデンサ１９が正極母線と負極母線の間に設けられる。

上記のように、第１の回転電機（ＭＧ１）２０を発電機として機能させるときには、ＭＧ１インバータは、第１の回転電機（ＭＧ１）２０からの交流３相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、第２の回転電機（ＭＧ２）２２の作動用のＭＧ２インバータは、車両が力行のとき、蓄電装置側からの直流電力を交流３相駆動電力に変換し、第２の回転電機（ＭＧ２）２２に駆動電力として供給する直交変換機能と、車両が制動のとき、逆に第２の回転電機（ＭＧ２）２２からの交流３相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能とを有する。

再び図１に戻り、制御部４０は、上記の各要素の作動を全体として制御する機能を有する。例えば、エンジン１２の作動を制御する機能、２つの回転電機２０，２２の作動を制御する機能、コンバータ１６、インバータ１８の作動を制御する機能、動力分配機構２４の作動を制御する機能、変速機２６の作動を制御する機能等を有する。

かかる制御部４０は、車両の搭載に適した制御装置、例えば車載用コンピュータによって構成することができる。制御部４０を１つのコンピュータで構成することもできるが、必要な処理速度が各構成要素によって異なること等を考慮し、複数のコンピュータにこれらの機能を分担させることもできる。例えば、エンジン１２の作動を制御する機能をエンジン電気制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）に分担させ、２つの回転電機２０，２２の作動を制御する機能をＭＧ−ＥＣＵに分担させ、コンバータ１６、インバータ１８の作動を制御する機能をＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に分担させ、これらと動力分配機構２４、変速機２６を含む全体を統合ＥＣＵで制御する等の構成とすることもできる。

図１において、制御部４０は、これらの機能のうち、特に車両制御機能として、蓄電装置１４のＷｏｕｔ，Ｗｉｎに応じてシステム電圧Ｖｍの上限を適切に設定する制御を行って燃費向上を図る機能を有する部分が示されている。すなわち、制御部４０は、蓄電装置１４のＷｏｕｔ，Ｗｉｎ状態を取得するＷｏｕｔ／Ｗｉｎ取得モジュール４２と、取得されたＷｏｕｔ，Ｗｉｎの範囲の中で、複数の回転電機の間でその電力の割合を分配する電力割合分配モジュール４４と、システム電圧Ｖｍの上限を制限するシステム電圧制限モジュール４６と、コンバータ１６、インバータ１８の作動を制御して第１の回転電機２０、第２の回転電機２２の駆動を制御する駆動制御モジュール４８を含んで構成される。なお、回転電機が１つの場合には、電力割合分配モジュール４４の機能を省略することができる。

これらの機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、車両制御プログラムの中のシステム電圧設定パートを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。

上記構成の作用、特に制御部４０の各機能について以下に詳細に説明する。なお、駆動制御モジュール４８の内容については、２つの回転電機２０，２２の間で特に区別がないので、以下では、第２の回転電機２２に代表させて、その駆動制御について説明する。

最初に、駆動制御モジュール４８に関連して、回転電機２２の３つの駆動制御モードである正弦波電流制御モード、過変調電流制御モード、矩形波電圧位相制御モードについて説明する。

正弦波電流制御モードと過変調電流制御モードとは、電流フィードバック制御であり、電圧指令と搬送波（キャリア）とを比較することでパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）パターンを回転電機２０に出力する制御である。一方、矩形波電圧位相制御モードは、電気角に応じて１パルススイッチング波形を回転電機２０に出力する制御であり、電圧振幅は最大値に固定され、位相を制御することでトルクをフィードバック制御している。これら３つの制御モードは、駆動制御モジュール４８の機能によって実行される。

正弦波電流制御モード、過変調電流制御モード、矩形波電圧位相制御モードの３つのモードの間の切替は、変調率、あるいは変調率に相当する電圧指令振幅によって行われる。変調率とは、インバータの出力電圧に対する信号振幅の比である。正弦波と三角波の比較によるＰＷＭ方式の場合は、変調率が｛（３）^1/2｝／２｛（２）^1/2｝＝０．６１であり、矩形波を信号振幅とするときの変調率が｛（６）^1/2｝／π＝０．７８である。

このように、回転電機２２を高出力にするには、変調率を大きくできる矩形波電圧位相制御の方が適している。一方で、正弦波電流制御モード、過変調電流制御モードにおいては、ＰＷＭ技術によって形成される擬似正弦波を用いるので、矩形波電圧位相制御モードに比べ、応答を速くすることができる。これらのことから、低速領域では、正弦波電流制御モード、中速領域では過変調電流制御モード、高速領域で矩形波電圧位相制御モードを用いることが好ましい。

図３は、回転電機の動作点に応じて制御モードが選択される様子を説明する図である。この図は、回転電機２２の回転数を横軸に、トルクを縦軸にとり、回転電機２２が出力できるパワーを一定としてとり得るトルクの最大値を示す最大トルク特性線５０を示し、さらに、最大トルク特性線５０で示される作動領域においてどの制御モードが用いられるかを示す図である。この図に示されるように、低速側に正弦波電流制御モード作動領域５２が、高速側に矩形波電圧位相制御モード作動領域５６が、その中間に過変調電流制御モード作動領域５４がそれぞれ設定されている。

次に、システム電圧Ｖｍと、回転電機２２が出力できるパワーＰとの関係を説明する。図４は、最大トルク特性線で示される回転電機２２が出力できるパワーＰとシステム電圧Ｖｍとの関係を説明する図である。図４は図３と同様に、回転電機２２の回転数を横軸に、トルクを縦軸にとった図で、ここでは、トルクが負の場合も示されている。回転数の符号とトルクの符号が同じの場合は回転電機２２が力行のときで、回転数の符号とトルクの符号が互いに逆の場合は回転電機２２が回生のときである。したがって、図４には、回転電機２２が力行のときと回生のときにおけるパワーＰとシステム電圧Ｖｍの関係が示されている。

パワーＰは、回転数とトルクの積であるので、パワーＰが一定のときには、回転数とトルクの関係は双曲線特性を示す。図３で説明した最大トルク特性線５０は、この双曲線特性と、トルクの上限値とを組み合わせたものである。したがって、最大トルク特性線５０の双曲線部分は、パワーＰ一定のときの回転数とトルクとの関係を示すものである。このパワーＰ一定の双曲線特性は、システム電圧Ｖｍが大きいほどパワーＰが増大する関係にある。図４では、システム電圧Ｖｍが大きくなるにつれて、パワー線６４、パワー線６２、パワー線６０の順序でパワー線が移動する様子が示されている。

次に、蓄電装置１４の放電可能電力であるＷｏｕｔと、充電可能電力であるＷｉｎとについて説明する。蓄電装置１４は、十分に充電されている状態であるときには、充電をさらに行うことは難しいが放電を十分に行うことができる。逆に充電が不十分である状態のときは、充電をさらに行うことができるが、放電をさらに行うことが困難になる。蓄電装置１４の充電状態をＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）で示すものとすると、Ｗｏｕｔ，ＷｉｎはＳＯＣの関数となる。

その様子を図５に示す。図５は、横軸にＳＯＣをとり、縦軸に蓄電装置１４から入出力可能な電力をとったもので、縦軸の正符号側が出力電力、つまりＷｏｕｔを示し、負符号側が入力電力、つまりＷｉｎを示す。図５に示されるように、Ｗｏｕｔ−ＳＯＣ特性線７０は、ＳＯＣが十分大きいときにほぼ一定値であり、ＳＯＣが低下すると、非線形的にＷｏｕｔが小さくなる。Ｗｉｎ−ＳＯＣ特性線７１は、ＳＯＣが十分小さいときにほぼ一定値であり、ＳＯＣが大きくなると、非線形的にＷｉｎが小さくなる。

次に、トランスミッション機構に関連して、エンジン１２、第１の回転電機２０、第２の回転電機２２の回転数の関係について共線図を用いて説明する。図６は、図１で説明した構成についての共線図で、（ａ）が通常走行の場合、（ｂ）が高速巡航の場合である。この共線図は、縦軸に回転数、横軸に各要素の幾何学的配置位置を示したものである。各要素が歯車機構の場合、横軸は歯車の歯数に比例した位置となり、各要素の間の配置の間の距離の比が歯数比、すなわち減速比に相当することになる。

図６（ａ），（ｂ）の横軸において、第１の回転電機（ＭＧ１）２０の位置はプラネタリ機構のサンギヤの位置を示し、エンジン１２の位置はプラネタリ機構のピニオンギヤの位置を示し、ペラ軸として示されている位置は、プラネタリ機構のリングギヤに対応する位置を示している。ペラ軸は、タイヤ２８に接続される駆動軸であるが、歯車機構２７があるので、図６（ａ），（ｂ）ではその歯車機構の歯車比を含めた位置でリングギヤに対応する位置としてある。ここで、図６（ａ），（ｂ）の横軸において、（サンギヤ−ピニオンギヤ）の距離：（ピニオンギヤ−リングギヤ）の距離がプラネタリ比で、１：ρとなる。

図６（ａ）は、通常走行の場合の状態を示す共線図である。ここでは、第１の回転電機（ＭＧ１）２０と、エンジン１２とペラ軸とが直線関係となり、ペラ軸とリダクション機構、つまりトランスミッション機構と、第２の回転電機（ＭＧ２）２２とが直線関係となる。そして、通常走行の場合には、第２の回転電機（ＭＧ２）２２が力行状態で、第１の回転電機（ＭＧ１）２０が回生状態である。なお、ここで、基準としてエンジン１２の状態を正回転、正トルクとして、第２の回転電機２２が負回転、負トルク、第１の回転電機２０が正回転、負トルクとしてある。

図６（ｂ）は、高速巡航の場合の状態を示す共線図である。ここでも、第１の回転電機（ＭＧ１）２０と、エンジン１２とペラ軸とが直線関係となり、ペラ軸とリダクション機構、つまりトランスミッション機構と、第２の回転電機（ＭＧ２）２２とが直線関係となるが、図６（ａ）と比べて、ペラ軸の回転数が高くなる。したがって、高速巡航の場合は、第２の回転電機２２が負回転、正トルクの回生状態となり、第１の回転電機２０が負回転、負トルクの力行状態となる。

このように、通常走行と高速巡航とでは、第１の回転電機２０と第２の回転電機２２とで、力行状態と回生状態とが逆になる。図７は、パワーの分担を示す図である。ここで示されるように、第２の回転電機２２が力行状態のときは、（第２の回転電機の力行パワー）＝（第１の回転電機２０の回生によるパワー）＋（蓄電装置１４のＷｏｕｔ）という関係になる。また、第２の回転電機２２が回生状態のときは、（第２の回転電機の回生パワー）＝（第１の回転電機２０の力行によるパワー）＋（蓄電装置１４のＷｉｎ）という関係になる。

図７の説明に示されるように、第１の回転電機２０のパワーをＭＧ１ｐｗｒとし、第２の回転電機２２のパワーをＭＧ２ｐｗｒとすると、Ｗｉｎ≦ＭＧ１ｐｗｒ＋ＭＧ２ｐｗｒ≦Ｗｏｕｔの関係を守ることになる。ここで、Ｗｏｕｔは正、Ｗｉｎは負として扱い、ＭＧ１ｐｗｒ，ＭＧ２ｐｗｒは力行と回生で符号が変わるが、以下では特に断らない限り、ＭＧ１ｐｗｒを負、ＭＧ２ｐｗｒを正として説明を続ける。なお、符合が変わっても、図７で説明したように、力行と回生とを入れ替え、ＷｉｎとＷｏｕｔとを入れ替えれば同様の関係となる。

したがって、蓄電装置１４のＷｏｕｔ，Ｗｉｎを考慮して車両の運転状況に応じてシステム電圧Ｖｍを設定するには次のようにすればよい。すなわち、Ｗｉｎ≦ＭＧ１ｐｗｒ＋ＭＧ２ｐｗｒ≦Ｗｏｕｔの関係を守りながら、車両の運転状況に合わせて、第１の回転電機２０のパワーと第２の回転電機２２のパワーの分配を行い、そのパワーの分配に基いてシステム電圧Ｖｍを設定する。このようにすることで、システムの利用可能電力を最大限に利用しながら、システム電圧Ｖｍを適切に設定し、燃費向上を図ることができる。

次に、上記構成において、蓄電装置１４のＷｏｕｔ，Ｗｉｎに応じてシステム電圧Ｖｍの上限を適切に設定する制御を行って燃費向上を図る機能、特に制御部４０のＷｏｕｔ／Ｗｉｎ取得モジュール４２、電力割合分配モジュール４４、システム電圧制限モジュール４６の機能について図８から図１０を用いて説明する。

図８は、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎに応じてシステム電圧Ｖｍの上限を適切に設定する制御の全体手順を示すフローチャートである。図９と図１０は、図８における上限電圧演算の内部手順を示すフローチャートである。図９と図１０は２つの例を示すものである。これらの手順は、車両制御プログラムのシステム電圧設定パートの各処理手順に対応する。

図８は、上記のように、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎに応じてシステム電圧Ｖｍの上限を適切に設定する制御の全体手順を示すフローチャートである。ここでは、第１の回転電機２０の駆動に必要なシステム電圧Ｖｍを演算し（Ｓ１０）、演算された必要電圧が予め定められている最高電圧以下か否かが判断される（Ｓ１２）。駆動に必要なシステム電圧Ｖｍを演算するには、第１の回転電機２０に要求されるパワーを取得し、図４で説明したようにパワーＰとシステム電圧Ｖｍとの関係を示すマップあるいは関係式を用いて、要求されるパワーＰに対応するシステム電圧Ｖｍを求めることで行うことができる。最高電圧とは、第１の回転電機２０に対し、インバータ１８の特性、第１の回転電機２０の構造等から制限される最大のシステム電圧のことである。

例えば、第１の回転電機２０に要求されるパワーであるＭＧ１ｐｗｒが余り大きくないときは、それに対応するシステム電圧Ｖｍも低く、インバータ１８等から定められる最高電圧よりも低いものとなる。逆に、Ｗｉｎが低い値等の場合で第１の回転電機２０に要求されるパワーであるＭＧ１ｐｗｒが大きい値のときは、それに対応するシステム電圧Ｖｍも高くなり、インバータ１８等から定められる最高電圧を計算上で超えることが生じ得る。

Ｓ１２で判断が肯定、すなわち、第１の回転電機２０における必要なシステム電圧の計算値が最高電圧以下の場合は、次に第２の回転電機２２について同様の手順が実行される。すなわち、第２の回転電機２２の駆動に必要なシステム電圧Ｖｍを演算し（Ｓ１４）、演算された必要電圧が予め定められている最高電圧以下か否かが判断される（Ｓ１６）。第２の回転電機２２の駆動に必要なシステム電圧Ｖｍを演算する手順はＳ１０で述べた内容と同じであるが、第２の回転電機２２におけるパワーＰとシステム電圧Ｖｍとの関係は、第１の回転電機２０におけるパワーＰとシステム電圧Ｖｍと同じでなくてもよい。例えば、第１の回転電機２０は第２の回転電機２２に比べ小型の回転電機とするときは、パワーＰとシステム電圧Ｖｍの関係も、最高電圧の値も、第１の回転電機２０と第２の回転電機２２との間で異なるものとなる。

なお、Ｓ１０とＳ１２とを行うことと、Ｓ１４とＳ１６とを行うこととを、逆の順序としてもよい。要は、第１の回転電機２０と第２の回転電機２２にそれぞれ要求されるパワーに対応するシステム電圧をそれぞれ求め、その結果をそれぞれについて予め定めた最高電圧と比較することが行われる。

そして、第１の回転電機２０に必要なシステム電圧が第１の回転電機２０について予め定められる最高電圧以下であり、さらに、第２の回転電機２２に必要なシステム電圧が第２の回転電機２２について予め定められる最高電圧以下であるときには、システム電圧Ｖｍの上限電圧がそれぞれの最高電圧以下の範囲で演算されて求められる（Ｓ１８）。逆に、第１の回転電機２０に必要なシステム電圧が第１の回転電機２０について予め定められる最高電圧を超える場合、あるいは、第２の回転電機２２に必要なシステム電圧が第２の回転電機２２について予め定められる最高電圧を超えるときは、その超える最高電圧にシステム電圧Ｖｍが設定される（Ｓ２０）。

図８のＳ１８におけるシステム電圧Ｖｍの上限電圧設定の内部手順の１つの例が図９に示される。ここでは、まずＷｏｕｔとＷｉｎが取得されて入力される処理が行われる（Ｓ２２）。この工程は、制御部４０のＷｏｕｔ／Ｗｉｎ取得モジュール４２の機能によって実行される。取得されたＷｏｕｔ，Ｗｉｎは、以下の演算手順において、Ｗｉｎ≦ＭＧ１ｐｗｒ＋ＭＧ２ｐｗｒ≦Ｗｏｕｔ、あるいは、符号を考えずに絶対値で、ＭＧ２ｐｗｒ≦ＭＧ１ｐｗｒ＋Ｗｏｕｔの関係を守るために用いられる。

次に２つの回転電機２０，２２についての出力割合が演算される（Ｓ３２）。この工程は、制御部４０の電力割合分配モジュール４４の機能によって実行される。ここでは、第１の回転電機２０において要求されるパワーであるＭＧ１ｐｗｒと、第２の回転電機２２における最大パワーであるＭＧ２ｐｗｒｍａｘとが取得される。そして、Ｗｏｕｔを考慮した第２の回転電機２２が取りえる最大パワーとしてＭＧ２ｐｗｒ＝ＭＧ１ｐｗｒ＋Ｗｏｕｔの式で与えられるＭＧ２ｐｗｒを求める。出力割合としては、（ＭＧ２ｐｗｒ／ＭＧ２ｐｗｒｍａｘ）が計算される。出力割合の計算の分母としてＭＧ２ｐｗｒｍａｘを用いているのは、第２の回転電機２２の最大パワーのときのシステム電圧Ｖｍが通常の運転状態におけるシステム電圧とされるので、これを基準とするためである。

次に上限電圧設定処理（Ｓ３４）が行われる。この工程は、制御部４０のシステム電圧制限モジュール４６の機能によって実行される。具体的には、Ｓ３２で演算された出力割合に、通常運転のときのシステム電圧Ｖｍを乗算して、これをシステム電圧Ｖｍの上限電圧とする。例えば、Ｓ３２で求められた出力割合をαとすると、システム電圧Ｖｍは、αＶｍに低減された値が上限電圧として設定される。つまり、Ｓ３２で求められる出力割合は、システム電圧Ｖｍの低減比に相当する。

そして、このようにして計算上で設定された上限電圧が、ＭＧ１の要求パワーに対し、必要なシステム電圧以下か否かが判断される（Ｓ３６）。ＭＧ１にとって必要なシステム電圧は、図４で説明したパワーＰとシステム電圧Ｖｍの関係に基いて求めることができる。Ｓ３６において判断が肯定されると、Ｓ３４で設定処理された上限電圧がそのまま用いられ、Ｓ３６において判断が否定されると、演算された上限電圧が必要電圧よりも高すぎるので、必要電圧であるＭＧ１電圧がシステム電圧Ｖｍの上限電圧として用いられる。

このようにして、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎを考慮して回転電機出力割合で計算されて求められた計算上限電圧と、第１の回転電機２０の要求パワーから求められる必要システム電圧とを比較し、いずれか低い値がシステム電圧Ｖｍの実際の上限電圧として用いられる。

図１０は、図８のＳ１８における上限電圧演算のもう１つの例における手順を示すフローチャートである。ここでは、図９の最初の手順と同様に、ＷｏｕｔとＷｉｎが取得されて入力される処理が行われる（Ｓ２２）。そして、ＭＧ１の電力が演算され（Ｓ４２）、その符号が正、つまり力行状態か否かが判断される（Ｓ４４）。ＭＧ１の電力の演算は、第１の回転電機２０において要求されるパワーであるＭＧ１ｐｗｒを求めることを内容とするもので、図８のＳ１０と同じである。

Ｓ４４で判断が肯定されると、そのＭＧ１電力に対応するシステム電圧が、上限電圧として設定処理される（Ｓ４６）。Ｓ４４で判断が否定されると、図９において破線枠で囲んだ処理（Ｓ３０）が実行される。

図１０の方法は、第１の回転電機２０が力行状態にあるときは、ＭＧ１電力に対応するシステム電圧を上限電圧として設定処理し、第１の回転電機２０が力行状態にないときは、図９の方法に従うというものである。図９の方法は、第２の回転電機２２が力行状態にある場合である。したがって、図１０の方法は、複数の回転電機がある場合に、力行状態にある回転電機のパワーに基いてシステム電圧の上限電圧を設定することを示している。

これは、高速巡航の場合のように、元々、回生状態のパワーの絶対値の方が力行状態のパワーの絶対値よりも大きくなるという性質をもつので、ここでは、パワーが小さい力行状態にある回転電機に基づく方が、システム電圧Ｖｍの低減を図ることができるためである。

次に、図８から図１０の手順に基いてシステム電圧Ｖｍの上限電圧を設定する例をいくつか示す。

１つは、Ｗｏｕｔがほぼゼロの場合である。このときは、第１の回転電機２０の発電パワーの範囲内でのみ、第２の回転電機２２を駆動することができる。したがって、符号を考えずに絶対値において、ＭＧ２ｐｗｒ＜ＭＧ１ｐｗｒである。この場合には、大きい方のＭＧ１ｐｗｒに従ってシステム電圧Ｖｍの上限電圧を設定することになる。回転電機出力割合αは、（ＭＧ１ｐｗｒ／ＭＧ２ｐｗｒｍａｘ）を計算する。この比が上記で説明した低減率に相当する。

次に、このようにして演算された出力割合αに、通常運転のときのシステム電圧Ｖｍを乗算して、これをシステム電圧Ｖｍの上限電圧とする。したがって、システム電圧Ｖｍは、αＶｍに低減された値が上限電圧として設定される。

ここでは、Ｗｏｕｔがほぼゼロに近い場合を説明したが、Ｗｏｕｔがある程度ある場合でも、ＭＧ２ｐｗｒ＜ＭＧ１ｐｗｒであるときは同様に処理することができる。Ｗｏｕｔが十分高いときは、ＭＧ１ｐｗｒがゼロに近い状態で、いわば、１つの回転電機で駆動が行われている場合に近い。このときは、Ｗｉｎ≦ＭＧ２ｐｗｒ≦Ｗｏｕｔの条件を守るようにして、ＭＧ２ｐｗｒに対応するシステム電圧Ｖｍをそのまま上限電圧として設定するものとすればよい。

次に、図６（ｂ）で説明した高速巡航の場合を説明する。高速巡航の場合は、第２の回転電機２２の回生電力と第１の回転電機２０の力行電力とをバランスさせることができるので、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎはどのような値であってもよい。そして、この場合には、符号を考えずに絶対値において、ＭＧ１ｐｗｒ＝ＭＧ２ｐｗｒとできる。したがって、ＭＧ１ｐｗｒに対応するシステム電圧またはＭＧ２ｐｗｒに対応するシステム電圧で上限電圧を設定することになるが、図１０で説明したように、元々、回生状態のパワーの絶対値の方が力行状態のパワーの絶対値よりも大きくなるという性質をもつので、ここでは、小さいほうのパワーである力行状態にあるＭＧ１ｐｗｒに対応するシステム電圧を上限電圧として設定が行われることになる。

図１１は、蓄電装置１４の温度特性を考慮する例を説明する図である。図１１は、横軸に蓄電装置１４の温度Ｔｂをとって、Ｗｏｕｔ−Ｔｂ特性線８０、Ｗｉｎ−Ｔｂ特性線８１と、蓄電装置１４の内部抵抗ＲｂのＴｂに対するＲｂ−Ｔｂ特性線８２を同じ図の中で示したものである。

図１１に示されるように、蓄電装置１４の内部抵抗Ｒｂと、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎとの関係は単純な線形関係でなく、非線形関係となる。そこで、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎが大きくても蓄電装置１４の内部抵抗Ｒｂが大きい場合がある。図１１の場合では、縦座標軸と横座標軸の交わる温度からやや高温側で、矢印で示した範囲において、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎがある程度大きい値であるが、その割にはＲｂも大きな値を有している。この様な場合には、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎが大きいので蓄電装置１４の電流Ｉｂを多く流すことが可能と考えられるが、一方で蓄電装置１４の内部抵抗Ｒｂが大きいので、蓄電装置１４の電流Ｉｂと内部抵抗Ｒｂの積である電圧降下（Ｉｂ×Ｒｂ）も大きくなる。

このように、蓄電装置１４の温度が室温から低下して低温になると、蓄電装置１４の内部抵抗Ｒｂが大きくなるので、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎが大きくても蓄電装置１４の電圧降下が大きくなる。これらのことから、Ｗｏｕｔ，ｗｉｎに基く制限に加えて、蓄電装置１４の温度Ｔｂによる蓄電装置１４の内部抵抗Ｒｂの影響を考慮することが好ましい。

この場合には、蓄電装置１４の温度Ｔｂに応じてＷｏｕｔ，Ｗｉｎが図１１のように変化するので、常温におけるＷｏｕｔ，Ｗｉｎの値に対し減少する分をＷｉｎ≦ＭＧ１ｐｗｒ＋ＭＧ２ｐｗｒ≦Ｗｏｕｔについて補正すればよい。例えば、符号を考えずに絶対値における例として、ＭＧ２ｐｗｒ＝ＭＧ１ｐｗｒ＋Ｗｏｕｔを守る場合で説明すると、ＷｏｕｔをＴｂが低温になるほど小さくしてＭＧ２ｐｗｒを計算するものとする。

例えば、Ｔｂが低温になって、ＷｏｕｔがΔＷだけ小さくなるとすれば、図９のＳ３２における計算は、ＭＧ２ｐｗｒ’＝ＭＧ１ｐｗｒ＋Ｗｏｕｔ−ΔＷとし、出力割合はこの式で計算されたＭＧ２ｐｗｒ’を用いて（ＭＧ２ｐｗｒ’／ＭＧ２ｐｗｒｍａｘ）とすることができる。

上記では、システム電圧Ｖｍを低減する上限電圧の設定は、単に電圧値を変更するものとして説明したが、システム電圧Ｖｍを変更する場合に、予め設定された変化率を付与するものとできる。

例えば、上記のシステム電圧Ｖｍの上限電圧の設定を行うことで、Ｗｏｕｔ，Ｗｉｎあるいは蓄電装置１４の温度Ｔｂが急変してシステム電圧Ｖｍが急激に変化することが生じ得る。システム電圧Ｖｍが急変すると、回転電機２２の消費電力が急減し、その分をインバータ１８の平滑コンデンサ１９が急回生し、その回生エネルギが蓄電装置１４に回生されて蓄電装置１４が過電圧になることが生じ得る。システム電圧Ｖｍの変更に際し電圧変化率を付与することで、蓄電装置１４に回生されるパワーを緩やかにでき、過電圧になることを防止できる。

図１２、図１３は、システム電圧Ｖｍの変更に際し、異なる電圧変化率に対して蓄電装置１４の電圧、電流に与える影響の相違を示す図である。これらの図の横軸は時間である。図１２は、システム電圧Ｖｍの変更に対し比較的大きな電圧変化率を付与した場合で、図１３は、システム電圧Ｖｍの変更に対し比較的小さな電圧変化率を付与した場合である。これらの図を比較して、電圧変化率を小さくして、緩やかにシステム電圧Ｖｍを変更する方が、蓄電装置１４の電圧、電流の変動を少なくできることが分かる。電圧変化率は、このような蓄電装置１４の電圧、電流の変動を所定範囲にできるものとして設定することが好ましい。

上記では、回転電機２２の制御モードについては特に述べていないが、実際には、回転電機２２の制御モードの切替が行われ、これに応じて回転電機２２のシステム損失が変化するので、システム電圧Ｖｍの上限電圧の設定にこのことを考慮することが好ましい。

すなわち、回転電機２２を駆動するインバータ１８は、上記のように正弦波制御モードと過変調制御モードと矩形波制御モードの制御モードを有し、例えば回転電機２２の回転数が低回転数から高回転数になるに応じて、正弦波制御モードから過変調制御モードへ、過変調制御モードから矩形波制御モードへと制御モードを切り替えることが行われる。図１４は、回転電機２２の回転数の変化に伴って制御モードの切替が行われ、これに応じて回転電機システム損失が変化する様子を示す図である。図１４の横軸は回転電機回転数、縦軸は回転電機システム損失である。

図１４に示されるように、回転電機回転数が高くなり、矩形波電圧位相制御モードに切り替わると、回転電機システム損失が回転電機か回転数に応じて急増する。これは、回転電機２２の要求パワーを満たすためには、正弦波電流制御モードから過変調電流制御モード、過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードと制御モードを切り替え、インバータ１８の出力電圧に対する信号振幅の比である変調率を高くすることが行われるが、それにつれて回転電機２２における逆起電圧が高くなる。これを抑制するために弱め界磁電流を流す方法を用いるが、この方法は銅損の増大を招き、図１４に示すように、回転電機２２のシステム損失が急増することになるためである。

このような場合に、システム電圧Ｖｍを低減すると、より低い回転数で変調率が高くなり、システム損失の急増がより低い回転数で開始することになる。したがって、駆動用回転電機である第２の回転電機２２のシステム損失が増大して発電用回転電機である第１の回転電機２０のシステム損失よりも大きくなるような運転状態のときには、システム電圧Ｖｍの上限制限を解除して、駆動用回転電機である第２の回転電機２２のシステム損失の増大を抑制することが好ましい。

本発明に係る実施の形態における車両制御システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、コンバータ、インバータの内部構成も含めて、蓄電装置と２つの回転電機との接続関係の様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、回転電機の動作点に応じて制御モードが選択される様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、回転電機が出力できるパワーとシステム電圧との関係を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、蓄電装置の充電状態と、放電可能電力と充電可能電力の関係を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、共線図を用いて通常走行の場合と高速巡航の場合を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、パワーの分担を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、蓄電装置の放電可能電力と充電可能電力に応じてシステム電圧の上限を適切に設定する制御の全体手順を示すフローチャートである。 図８における上限電圧演算の内部手順を示すフローチャートである。 図８において別の例の上限電圧演算の内部手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態において、蓄電装置の温度特性を考慮する例を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、システム電圧の変更に際し電圧変化率を付与するときの蓄電装置の電圧、電流に与える影響を説明する図である。 図１２の例よりも緩やかな電圧変化率を付与した場合を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、回転電機の回転数の変化に伴って制御モードの切替が行われ、これに応じて回転電機システム損失が変化する様子を説明する図である。

符号の説明

１０ 車両制御システム、１２ エンジン、１４ 蓄電装置、１６ コンバータ、１８ インバータ、１９ 平滑コンデンサ、２０，２２ 回転電機、２４ 動力分配機構、２６ 変速機、２７ 歯車機構、２８ タイヤ、３０ 駆動部、４０ 制御部、４２ Ｗｏｕｔ／Ｗｉｎ取得モジュール、４４ 電力割合分配モジュール、４６ システム電圧制限モジュール、４８ 駆動制御モジュール、５０ 最大トルク特性線、５２ 正弦波電流制御モード作動領域、５４ 過変調電流制御モード作動領域、５６ 矩形波電圧位相制御モード作動領域、６０，６２，６４ パワー線、７０ Ｗｏｕｔ−ＳＯＣ特性線、７１ Ｗｉｎ−ＳＯＣ特性線、８０ Ｗｏｕｔ−Ｔｂ特性線、８１ Ｗｉｎ−Ｔｂ特性線、８２ Ｒｂ−Ｔｂ特性線。

Claims (8)

1. 回転電機と、
   蓄電装置と、
   蓄電装置の電圧に対してコンバータによって昇降圧されたシステム電圧で作動し、回転電機に接続されるインバータと、
   蓄電装置の放電可能電力または充電可能電力に応じてシステム電圧の上限を制限する制御部と、
   を備えることを特徴とする車両制御システム。
2. 複数の回転電機と、
   蓄電装置と、
   蓄電装置の電圧に対してコンバータによって昇降圧されたシステム電圧で作動し、複数の回転電機のそれぞれに接続される複数のインバータと、
   蓄電装置の放電可能電力または充電可能電力に応じてシステム電圧の上限を制限する制御部と、
   を備えることを特徴とする車両制御システム。
3. 請求項２に記載の車両制御システムにおいて、
   制御部は、
   蓄電装置の放電可能電力と充電可能電力の範囲の中で、複数の回転電機の電力の割合を分配して、システム電圧の上限を制限することを特徴とする車両制御システム。
4. 請求項３に記載の車両制御システムにおいて、
   制御部は、
   複数の回転電機の中で力行している回転電機の必要電力に応じてシステム電圧の上限を制限することを特徴とする車両制御システム。
5. 請求項１から３のいずれか１に記載の車両制御システムにおいて、
   制御部は、
   蓄電装置の温度に応じてシステム電圧の上限を制限することを特徴とする車両制御システム。
6. 請求項１から３のいずれか１に記載の車両制御システムにおいて、
   制御部は、
   システム電圧の上限制限に際してシステム電圧を変更する場合に、予め設定された変化率を付与してシステム電圧を変更することを特徴とする車両制御システム。
7. 請求項２に記載の車両制御システムにおいて、
   複数の回転電機は、駆動用回転電機と発電用回転電機であり、
   制御部は、
   発電用回転電機のシステム損失よりも駆動用回転電機のシステム損失が大きくなったときに、システム電圧の上限制限を解除することを特徴とする車両制御システム。
8. 請求項７に記載の車両制御システムにおいて、
   インバータの駆動制御を正弦波制御モードと過変調制御モードと矩形波制御モードとの間で制御モード切替を行う手段を含み、
   駆動用回転電機は、矩形波制御モードにおいて弱め界磁制御を行っていることを特徴とする車両制御システム。

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