以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明が繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1による電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両5の概略構成図である。
図1を参照して、ハイブリッド車両5は、エンジンENGと、モータジェネレータMG1,MG2と、バッテリ10と、電力変換ユニット(PCU:Power Control Unit)20と、動力分割機構PSDと、減速機RDと、前輪70L,70Rと、後輪80L,80Rと、電子制御ユニット(Electronic Control Unit:ECU)30とを備える。本実施の形態に係る制御装置は、たとえばECU30が実行するプログラムにより実現される。なお、図1には、前輪70L,70Rを駆動輪とするハイブリッド車両5が例示されるが、前輪70L,70Rに代えて後輪80L,80Rを駆動輪としてもよい。あるいは、図1に構成に加えて後輪80L,80R駆動用のモータジェネレータをさらに設けて、4WD構成とすることも可能である。
エンジンENGが発生する駆動力は、動力分割機構PSDにより、2経路に分割される。一方は、減速機RDを介して前輪70L,70Rを駆動する経路である。もう一方は、モータジェネレータMG1を駆動させて発電する経路である。
モータジェネレータMG1は、代表的には三相交流同期電動発電機により構成される。モータジェネレータMG1は、動力分割機構PSDにより分割されたエンジンENGの駆動力により、発電機として発電する。また、モータジェネレータMG1は、発電機としての機能だけでなく、エンジンENGの回転数を制御するアクチュエータとしても機能をも有する。
なお、モータジェネレータMG1により発電された電力は、車両の運転状態やバッテリ10のSOC(State Of Charge)の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時では、モータジェネレータMG1により発電された電力はそのままモータジェネレータMG2をモータとして駆動させる動力となる。一方、バッテリ10のSOCが予め定められた値よりも低い場合には、モータジェネレータMG1により発電された電力は、電力変換ユニット20により交流電力から直流電力に変換されてバッテリ10に蓄えられる。
このモータジェネレータMG1は、エンジンENGを始動する際の始動機としても利用される。エンジンENGを始動する際、モータジェネレータMG1は、バッテリ10から電力の供給を受けて、電動機として駆動する。そして、モータジェネレータMG1は、エンジンENGをクランキングして始動する。
モータジェネレータMG2は、代表的には三相交流同期電動発電機により構成される。モータジェネレータMG2が電動機として駆動される場合には、バッテリ10に蓄えられた電力およびモータジェネレータMG1により発電された電力の少なくともいずれか一方により駆動される。モータジェネレータMG2の駆動力は、減速機RDを介して前輪70L,70Rに伝えられる。これにより、モータジェネレータMG2は、エンジンENGをアシストして車両を走行させたり、モータジェネレータMG2の駆動力のみにより車両を走行させたりする。
車両の回生制動時には、減速機RDを介して前輪70L,70RによりモータジェネレータMG2が駆動され、モータジェネレータMG2が発電機として作動させられる。これによりモータジェネレータMG2は、制動エネルギを電気エネルギに変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータMG2により発電された電力は、電力変換ユニット20を介してバッテリ10に蓄えられる。
バッテリ10は、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池により構成される。本発明の実施の形態において、バッテリ10は「蓄電装置」の代表例として示される。すなわち、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置をバッテリ10に代えて用いることも可能である。バッテリ10は、直流電圧を電力変換ユニット20へ供給するとともに、電力変換ユニット20からの直流電圧によって充電される。
電力変換ユニット20は、バッテリ10よって供給される直流電力と、モータを駆動制御する交流電力およびジェネレータによって発電される交流電力との間で双方向の電力変換を行なう。
ハイブリッド車両5は、さらに、ハンドル40と、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Accを検出するアクセルポジションセンサ44と、ブレーキペダルポジションBPを検出するブレーキペダルポジションセンサ46と、シフトポジションSPを検出するシフトポジションセンサ48とを備える。
また、モータジェネレータMG1,MG2には、ロータ回転角を検出する回転角センサ51,52がさらに設けられる。回転角センサ51によって検出されたモータジェネレータMG1のロータ回転角θ1および回転角センサ52によって検出されたモータジェネレータMG2のロータ回転角θ2は、ECU30へ伝達される。なお、回転角センサ51,52は、ECU30においてモータジェネレータMG1の電流、電圧等からロータ回転角θ1を推定し、また、モータジェネレータMG2の電流、電圧等からロータ回転角θ2を推定することによって、配置を省略してもよい。
モータジェネレータMG2には、さらに、モータジェネレータMG2の内部温度であるモータ温度Tm2を検出する温度センサ54が設けられる。温度センサ54によって検出されたモータ温度Tm2は、ECU30へ伝達される。
ECU30は、エンジンENG、電力変換ユニット20およびバッテリ10と電気的に接続されている。ECU30は、各種センサからの検出信号に基づいて、ハイブリッド車両5が所望の走行状態となるように、エンジンENGの運転状態と、モータジェネレータMG1,MG2の駆動状態と、バッテリ10の充電状態とを統合的に制御する。
図2は、図1のハイブリッド車両5におけるパワートレインの詳細を説明するための模式図である。
図2を参照して、ハイブリッド車両5のパワートレイン(ハイブリッドシステム)は、モータジェネレータMG2と、モータジェネレータMG2の出力軸160に接続される減速機RDと、エンジンENGと、モータジェネレータMG1と、動力分割機構PSDとを備える。
動力分割機構PSDは、図2に示す例では遊星歯車機構により構成されて、クランクシャフト150に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合されたサンギヤ151と、クランクシャフト150と同軸上を回転可能に支持されているリングギヤ152と、サンギヤ151とリングギヤ152との間に配置され、サンギヤ151の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ153と、クランクシャフト150の端部に結合され各ピニオンギヤ153の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ154とを含む。
動力分割機構PSDは、サンギヤ151に結合されたサンギヤ軸と、リングギヤ152に結合されたリングギヤケース155およびプラネタリキャリヤ154に結合されたクランクシャフト150の3軸が動力の入出力軸とされる。そしてこの3軸のうちいずれか2軸へ入出力される動力が決定されると、残りの1軸に入出力される動力は他の2軸へ入出力される動力に基づいて定まる。
動力の取出用のカウンタドライブギヤ170がリングギヤケース155の外側に設けられ、リングギヤ152と一体的に回転する。カウンタドライブギヤ170は、動力伝達減速ギヤRGに接続されている。リングギヤケース155は、本発明での「出力部材」に対応する。このようにして、動力分割機構PSDは、モータジェネレータMG1による電力および動力の入出力を伴って、エンジンENGからの出力の少なくとも一部を出力部材へ出力するように動作する。
さらに、カウンタドライブギヤ170と動力伝達減速ギヤRGとの間で動力の伝達がなされる。そして、動力伝達減速ギヤRGは、駆動輪である前輪70L,70Rと連結されたディファレンシャルギヤDEFを駆動する。また、下り坂等では駆動輪の回転がディファレンシャルギヤDEFに伝達され、動力伝達減速ギヤRGはディファレンシャルギヤDEFによって駆動される。
モータジェネレータMG1は、回転磁界を形成するステータ131と、ステータ131内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれているロータ132とを含む。ステータ131は、ステータコア133と、ステータコア133に巻回される三相コイル134とを含む。ロータ132は、動力分割機構PSDのサンギヤ151と一体的に回転するサンギヤ軸に結合されている。ステータコア133は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。
モータジェネレータMG1は、ロータ132に埋め込まれた永久磁石による磁界と三相コイル134によって形成される磁界との相互作用によりロータ132を回転駆動する電動機として動作する。またモータジェネレータMG1は、永久磁石による磁界とロータ132の回転との相互作用により三相コイル134の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。
モータジェネレータMG2は、回転磁界を形成するステータ136と、ステータ136内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれたロータ137とを含む。ステータ136は、ステータコア138と、ステータコア138に巻回される三相コイル139とを含む。
ロータ137は、動力分割機構PSDのリングギヤ152と一体的に回転するリングギヤケース155に減速機RDを介して結合されている。ステータコア138は、たとえば電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。
モータジェネレータMG2は、永久磁石による磁界とロータ137の回転との相互作用により三相コイル139の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。またモータジェネレータMG2は、永久磁石による磁界と三相コイル139によって形成される磁界との相互作用によりロータ137を回転駆動する電動機として動作する。
減速機RDは、プラネタリギヤの回転要素の一つであるプラネタリキャリヤ166がケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、減速機RDは、ロータ137の出力軸160に結合されたサンギヤ162と、リングギヤ152と一体的に回転するリングギヤ168と、リングギヤ168およびサンギヤ162に噛み合いサンギヤ162の回転をリングギヤ168に伝達するピニオンギヤ164とを含む。たとえば、サンギヤ162の歯数に対しリングギヤ168の歯数を2倍以上にすることにより、減速比を2倍以上にすることができる。
このようにモータジェネレータMG2の回転力は、減速機RDを介して、リングギヤ152,168と一体的に回転する出力部材(リングギヤケース)155に伝達される。すなわち、モータジェネレータMG2は、出力部材155から駆動輪までの間で動力を加えるように構成される。なお、減速機RDの配置を省略して、すなわち減速比を設けることなく、モータジェネレータMG2の出力軸160および出力部材155の間を連結してもよい。
電力変換ユニット20は、コンバータ12と、インバータ14,22とを含む。コンバータ12は、バッテリ10からの直流電圧Vbを電圧変換して電源ラインPLおよび接地ラインGL間に直流電圧VHを出力する。また、コンバータ12は、双方向に電圧変換可能に構成されて、電源ラインPLおよび接地ラインGL間の直流電圧VHをバッテリ10の充電電圧Vbに変換する。
インバータ14,22は、一般的な三相インバータで構成されて、電源ラインPLおよび接地ラインGL間の直流電圧VHを交流電圧に変換してそれぞれモータジェネレータMG2,MG1へ出力する。また、インバータ14,22は、モータジェネレータMG2,MG1によって発電された交流電圧を直流電圧VHに変換して、電源ラインPLおよび接地ラインGL間に出力する。
上述のように構成されたハイブリッド車両5では、ECU30は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Accと、出力部材155に出力すべき要求トルクとを対応つけたテーブルを記憶している。ECU30は、このテーブルを参照してアクセル開度Accに基づいて出力部材155に出力すべき要求トルクを算出する。そして、この要求トルクに対応する要求駆動力が出力部材155に出力されるように、エンジンENGの運転状態と、モータジェネレータMG1,MG2の駆動状態とを制御する。
ここで、上述のように構成されたハイブリッド車両5において、モータジェネレータMG2にロック状態が発生した場合を想定する。モータジェネレータMG2にロック状態が発生する場面としては、たとえば登坂路において、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応して車両から出力される前進駆動力と車両に作用するずり下がる力とが釣り合っている状態が挙げられる。あるいは、段差や輪留め等の進行阻害物に車輪が当接している状態が挙げられる。
そして、これらの場合には、出力部材155の回転数、すなわちモータジェネレータMG2の回転数が極低速領域に入る。なお、モータジェネレータMG2にロック状態が発生すると、モータジェネレータMG2のロータ位置が固定されることによって、モータジェネレータMG2の特定の相に電流が継続的に流れることとなり、当該特定の相のコイルに電流を流すインバータ14のスイッチング素子が他のスイッチング素子よりも多く発熱する状態となってしまう。
また、モータジェネレータMG2のロック状態から、運転者によりアクセルペダルを踏み増しがなされると、ECU30は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Accに基づいて算出される要求駆動力が出力部材155に出力されるように、エンジンENGの運転状態と、モータジェネレータMG1,MG2との駆動状態とを制御する。この結果、運転者がアクセルペダルを踏み増すと、その踏み込み量に応じて要求駆動力が増大することとなる。これにより、車輪が段差や輪留め等の進行阻害物を乗り越えることによってロック状態から脱出した際には、運転者に対して車両の飛び出し感を与えてしまう虞がある。
なお、エンジンのみを動力源とした通常の車両では、運転者がアクセルペダルを踏み込むと、踏み込み量の増加に応じてエンジン回転数が上昇する。そして、このエンジン回転数の上昇に伴なってエンジンの駆動音が増大する。そのため、アクセルペダルの踏み増しに従って増大するエンジンの駆動音を通じて、車輪にロック状態が発生している状況やアクセルペダルの操作量を運転者に認識させることができる。その結果、運転者に過度のアクセルペダルの踏み増しを控えさせることができる。
これに対して、電動機を動力源とした電動車両では、電動機の駆動音がエンジンの駆動音と比較して小さいため、電動機にロック状態が発生している状況やアクセルペダルの踏み込み量を、電動機の駆動音を通じて運転者に認識させにくい。その結果、運転者は、電動機にロック状態が発生している状況を、アクセルペダルの踏み込み量が足りないために電動機から十分なトルクが出力されていないものと誤って判断し、アクセルペダルをさらに踏み増す虞がある。
したがって、本発明の実施の形態1による電動車両では、モータジェネレータMG2にロック状態が発生しているときには、ロック状態が発生していないときと比較して、運転者がより感知しやすくなる態様で、ハイブリッド車両5のパワートレイン(ハイブリッドシステム)から駆動音を発生させる。すなわち、この駆動音を通じてモータジェネレータMG2にロック状態が発生していることを運転者に報知する。
図3は、本発明の実施の形態1によるロック状態発生時の制御を説明するブロック図である。
図3を参照して、MG2回転数検出部400は、モータジェネレータMG2の回転数センサ52によって検出された、または推定されたロータ回転角θ2に基づいてMG2回転数Nm2を検出する。
MG2ロック検出部410は、検出されたMG2回転数Nm2およびアクセルポジションセンサ44の出力値Accに基づいて、モータジェネレータMG2にロック状態が発生しているか否かを検出する。そして、ロック状態の発生時には、MG2ロック検出部410は、ロック判定フラグFLCをオンに設定する。
MG2ロック検出部410によるロック状態の検出は、MG2回転数Nm2が、回転数=0を含む極低回転数域(N1≦Nm2≦N2)の範囲内に入っているかどうか、および、アクセル開度Accが所定の判定値X[%]を超えているかどうかにより判定される。なお、N1は逆転領域のロック判定値であり(すなわちN1<0)、N2は正転領域のロック判定値である(すなわちN2>0)。
MG2ロック報知部420は、ロック判定フラグFLCがオンされたときには、駆動音を増大させるようにパワートレイン(図2)を制御する。具体的には、MG2ロック報知部420は、ハイブリッド車両5に要求される車両駆動力およびモータ温度Tm2に基づいて、モータジェネレータMG2のコイルおよびインバータ14の特定の相のスイッチング素子が過熱される虞があるか否かを判定する。このとき、MG2ロック報知部420は、要求駆動力が所定トルクY[Nm]よりも大きく、かつ、モータ温度Tmが所定温度Z(℃)を超えている場合に、モータジェネレータMG2の特定の相に大きな電流が集中しており、モータジェネレータMG2およびインバータ14の特定の相が過熱される虞があると判定する。そして、モータジェネレータMG2およびインバータ14の特定の相が過熱される虞があると判定された場合には、MG2ロック報知部420は、エンジンENGを始動させるためのエンジン制御指令を発生する。
なお、要求駆動力は、アクセル開度Accおよび車速Vなどの車両状態に応じて算出されるハイブリッド車両5全体で必要な車両駆動力である。所定トルクY[Nm]は、運転者がアクセルペダルを踏み込んでいるか否かを判別するための閾値であり、運転者による加速要求がない場合であっても微速で車両を推進させるクリープトルクよりも大きい値に設定される。
エンジン制御指令に従ってエンジンENGを始動すると、エンジンENGは、その回転数に応じた駆動音を発生する。MG2ロック報知部420は、エンジン回転数を所定の回転数まで上昇させることにより、駆動音を増大させる。なお、所定の回転数については、運転者が聴覚で知覚できる程度の駆動音をエンジンENGが発生することができるように設定される。
ここで、図1および図2のように構成されたハイブリッド車両5では、動力分割機構PSDによる差動動作により、モータジェネレータMG1の回転数、エンジンENGの回転数および出力部材(リングギヤケース)155の回転数は、図4に示されるように、出力部材155に対するモータジェネレータMG1およびエンジンENGの回転数差が一定比率を維持するように、それぞれの回転数が変化する。
本実施の形態では、出力部材155の回転数がロック領域(極低速回転数領域)に入った状態からエンジンENGを始動させることによって、エンジントルクによりエンジン回転数が上昇する。このとき、出力部材155の回転数の上昇を抑制する方向に、モータジェネレータMG2の出力トルクを発生させることにより、出力部材155の回転数を維持できる。たとえば登坂路で、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応して車両から出力される前進駆動力と車両に作用するずり下がる力とが釣り合っている状態においては、エンジンENGから出力部材155に機械的に伝達される駆動トルク(直達トルク)分をモータジェネレータMG2の出力トルクから減少させるようにトルク配分を行なう。これにより、モータジェネレータMG2のロック状態を運転者に報知するためにエンジンENGを始動することによっても、運転者の予期しない動力が出力部材155に出力されることがない。
なお、図1とは異なる構成の駆動系の構成を有するハイブリッド車両として、エンジンENGおよびモータジェネレータMG2の双方が車両駆動力を発生できるパラレルハイブリッド構成の場合には、エンジンと出力軸との間にクラッチ機構を設けておき、モータジェネレータMG2のロック状態の発生時にエンジンENGを始動させる場合には、当該クラッチ機構によってエンジンおよび出力軸との連結を解除する構成としてもよい。これにより、エンジンENGからの出力が出力軸に伝達されるのが防止される。
図5は、本発明の実施の形態1によるロック状態発生時の制御をECU30で実現するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、ハイブリッド車両5が走行可能な状態にあるとき、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに実行される。
図5を参照して、まず、ECU30は、ステップS01により、アクセルポジションセンサ44からのアクセル開度Acc、回転数センサ52からのロータ回転角θ2、および温度センサ54からのモータ温度Tm2などの走行制御に必要なデータを受け付ける。MG2回転数検出部400として機能するECU30は、ステップS02により、回転数センサ52からのロータ回転角θ2に基づいてMG2回転数Nm2を演算する。
次に、MG2ロック検出部410として機能するECU30は、検出されたMG2回転数Nm2およびアクセル開度Accに基づいて、モータジェネレータMG2にロック状態が発生しているか否かを検出する。具体的には、MG2ロック検出部410は、ステップS03により、アクセル開度Accが判定値X[%]を超えているか否かを判定する。アクセル開度Accが閾値X[%]を超えている場合(ステップS03のYES判定時)には、MG2ロック検出部410は続いて、ステップS04により、MG2回転数Nm2が極低回転数領域(N1≦Nm2≦N2)に入っているか否かを判定する。MG2回転数Nm2が極低回転数領域に入っている場合(ステップS04のYES判定時)には、MG2ロック検出部410は、モータジェネレータMG2にロック状態が発生していると判定する。そして、MG2ロック検出部410は、ロック判定フラグFLCをオンに設定する。
これに対して、アクセル開度Accが判定値X[%]を超えていないとき(ステップS03のNO判定時)またはMG2回転数Nm2が極低回転数領域に入っていないとき(ステップS04のNO判定時)には、MG2ロック検出部410は、モータジェネレータMG2にロック状態が発生していないと判定して、ロック判定フラグFLCをオフに維持して処理を終了する。
MG2ロック検出部410によりロック判定フラグFLCがオンされたときには、MG2ロック報知部420として機能するECU30は、ステップS05〜S07の処理を実行することにより、モータジェネレータMG2のロック状態を運転者に報知する。具体的には、MG2ロック報知部420は、ステップS05により、要求駆動力が所定トルクY[Nm]よりも大きいか否かを判定する。要求駆動力が所定トルクY[Nm]よりも大きい場合(ステップS05のYES判定時)には、続いてステップS06により、MG2ロック報知部420は、モータ温度Tm2が所定温度Z[℃]よりも高いか否かを判定する。要求駆動力が所定トルクY[Nm]以下のとき(ステップS05のNO判定時)またはモータ温度Tm2が所定温度Z[℃]以下のとき(ステップS06のNO判定時)には、MG2ロック報知部420は、エンジンENGを停止状態に維持して処理を終了する。
これに対して、モータ温度Tm2が所定温度Z[℃]よりも高い場合(ステップS06のYES判定時)には、MG2ロック報知部420は、ステップS07により、エンジン制御によりMG2ロック報知処理を実行する。具体的には、MG2ロック報知部420は、エンジンENGを始動させるためのエンジン制御指令を発生する。そして、エンジン制御指令に従ってエンジンENGが始動すると、MG2ロック報知部420は、エンジン回転数を所定の回転数まで上昇させることにより、駆動音を増大させる。
図6は、本発明の実施の形態1によりロック状態発生時の制御による動作波形図である。
図6を参照して、時刻t1において、MG2回転数がロック領域に入ることにより、ロック判定フラグFLCがオンされる。このときに、図5のステップS07のように、エンジンENGを始動させるエンジン制御を行なうことにより、エンジン回転数が上昇する。エンジン回転数が上昇することによってエンジンENGの駆動音も増大するので、この駆動音を通じてモータジェネレータMG2にロック状態が発生していることを運転者に報知することができる。
そして、時刻t3において、モータジェネレータMG2がロック状態から抜け出すと、ロック判定フラグFLCが再びオフされるので、エンジン回転数を上昇させるエンジン制御は終了される。
以上のように、この発明の実施の形態1によれば、モータジェネレータMG2のロック状態発生時には、エンジンENGを始動させることにより、ロック状態が発生していないときと比較して、運転者がより感知しやすくなる態様で、ハイブリッド車両5のパワートレインから駆動音を発生させる。これにより、駆動音を通じてモータジェネレータMG2にロック状態が発生していることを運転者に報知することができるため、運転者に過度のアクセルペダルの踏み増しを控えさせることができる。この結果、モータジェネレータMG2のコイルおよびインバータ14の特定の相が過熱されるのを抑制できる。また、車輪が段差や輪留め等の進行阻害物を乗り越えることによってロック状態から脱出した際には、運転者に対して車両の飛び出し感を与えるのを防止できる。
[実施の形態2]
実施の形態1では、エンジンENGを始動させてエンジンENGの駆動音により運転者に対してモータジェネレータMG3のロック状態発生を報知させる制御構成とした。本実施の形態2では、駆動音の発生源をエンジンENGに代えて、電力変換ユニット20とする制御構成について説明する。
図7は、電力変換ユニット20の詳細な構成を示す概略ブロック図である。
図7を参照して、電力変換ユニット20は、コンデンサC1,C2と、コンバータ12と、インバータ14,22と、電流センサ24,28とを含む。
図2に示したECU30は、モータジェネレータMG1,MG2の動作指令値であるトルク指令値Tqcom1,Tqcom2ならびに、コンバータ12の動作指令値である電圧指令値VHrefを生成するHV−ECU32と、コンバータ12の出力電圧VHが電圧指令値VHrefに追従し、かつ、モータジェネレータMG1,MG2の出力トルクがトルク指令値Tqcom1,Tqcom2に追従するように、コンバータ12およびインバータ14,22を制御するMG−ECU35とを有する。
コンバータ12は、リアクトルL1と、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。リアクトルL1の一方端はバッテリ10の電源ラインに接続され、他方端はIGBT素子Q1とIGBT素子Q2との中間点、すなわち、IGBT素子Q1のエミッタとIGBT素子Q2のコレクタとの間に接続される。IGBT素子Q1,Q2は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、IGBT素子Q1のコレクタは電源ラインに接続され、IGBT素子Q2のエミッタはアースラインに接続される。また、各IGBT素子Q1,Q2のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD1,D2がそれぞれ接続されている。
インバータ14は、U相上下アーム15と、V相上下アーム16と、W相上下アーム17とから成る。U相上下アーム15、V相上下アーム16、およびW相上下アーム17は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。U相上下アーム15は、直列接続されたIGBT素子Q3,Q4から成り、V相上下アーム16は、直列接続されたIGBT素子Q5,Q6から成り、W相上下アーム17は、直列接続されたIGBT素子Q7,Q8から成る。また、各IGBT素子Q3〜Q8のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。
各相上下アームの中間点は、モータジェネレータMG2の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、U,V,W相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続されるとともに、U相コイルの他端がIGBT素子Q3,Q4の中間点に、V相コイルの他端がIGBT素子Q5,Q6の中間点に、W相コイルの他端がIGBT素子Q7,Q8の中間点にそれぞれ接続されている。
インバータ22は、インバータ14と同じ構成から成る。
電圧センサ11は、バッテリ10から出力される直流電圧Vbを検出し、その検出した直流電圧VbをMG−ECU35へ出力する。コンデンサC1は、バッテリ10から供給された直流電圧Vbを平滑化し、その平滑化した直流電圧Vbをコンバータ12へ供給する。
コンバータ12は、コンデンサC1から供給された直流電圧Vbを昇圧してコンデンサC2へ供給する。より具体的には、コンバータ12は、MG−ECU35から信号PWMCを受けると、信号PWMCによってIGBT素子Q2がオンされた期間に応じて直流電圧Vbを昇圧してコンデンサC2に供給する。
また、コンバータ12は、MG−ECU35から信号PWMCを受けると、コンデンサC2を介してインバータ14および/またはインバータ22から供給された直流電圧を降圧してバッテリ10を充電する。
コンデンサC2は、コンバータ12からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を、電源ラインPLおよび接地ラインGLを介してインバータ14,22へ供給する。電圧センサ13は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわち、コンバータ12の出力電圧VH(インバータ14,22への入力電圧に相当する。以下同じ。)を検出し、その検出した出力電圧VHをMG−ECU35へ出力する。
インバータ14は、コンデンサC2から直流電圧が供給されるとMG−ECU35からの信号PWMI2に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータMG2を駆動する。これにより、モータジェネレータMG2は、トルク指令値Tqcom2によって指定されたトルクを発生するように駆動される。
また、インバータ14は、ハイブリッド車両5の回生制動時、モータジェネレータMG2が発電した交流電圧をMG−ECU35からの信号PWMI2に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC2を介してコンバータ12へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。
インバータ22は、コンデンサC2から直流電圧が供給されるとMG−ECU35からの信号PWMI1に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータMG1を駆動する。これにより、モータジェネレータMG1は、トルク指令値Tqcom1によって指定されたトルクを発生するように駆動される。
電流センサ24は、モータジェネレータMG1に流れるモータ電流MCRT1を検出し、その検出したモータ電流MCRT1をMG−ECU35へ出力する。電流センサ28は、モータジェネレータMG2に流れるモータ電流MCRT2を検出し、その検出したモータ電流MCRT2をMG−ECU35へ出力する。
さらに、回転角センサ51によって検出されたモータジェネレータMG1のロータ回転角θ1および回転角センサ52によって検出されたモータジェネレータMG2のロータ回転角θ2は、MG−ECU35およびHV−ECU32へ伝達される。
MG−ECU35は、バッテリ10から出力された直流電圧Vbを電圧センサ11から受け、モータ電流MCRT1,MCRT2をそれぞれ電流センサ24,28から受け、コンバータ12の出力電圧VH(すなわち、インバータ14,22への入力電圧)を電圧センサ13から受け、ロータ回転角θ1,θ2を回転角センサ51,52から受ける。さらに、HV−ECU32より、動作指令値である、電圧指令値VHrefおよびトルク指令値Tqcom1,Tqcom2を受ける。
そして、MG−ECU35は、出力電圧VH、モータ電流MCRT2およびトルク指令値Tqcom2に基づいて、インバータ14がモータジェネレータMG2を駆動するときにインバータ14のIGBT素子Q3〜Q8をスイッチング制御するための信号PWMI2を生成し、その生成した信号PWMI2をインバータ14へ出力する。また、MG−ECU35は、出力電圧VH、モータ電流MCRT1およびトルク指令値Tqcom1に基づいて、後述する方法によりインバータ22がモータジェネレータMG1を駆動するときにインバータ22のIGBT素子をスイッチング制御するための信号PWMI1を生成し、その生成した信号PWMI1をインバータ22へ出力する。
さらに、MG−ECU35は、電圧指令値VHrefと、少なくとも直流電圧Vbおよび出力電圧VHに基づいて、コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2をスイッチング制御するための信号PWMCを生成してコンバータ12へ出力する。
以上に示す構成において、本発明の実施の形態2による電動車両では、モータジェネレータMG2にロック状態が発生しているときには、ロック状態が発生していないときと比較して、運転者がより感知しやすくなる態様で、電力変換ユニット20から駆動音を発生させる。すなわち、この駆動音を通じてモータジェネレータMG2にロック状態が発生していることを運転者に報知する。
図8は、本発明の実施の形態2によるロック状態発生時の制御を説明するブロック図である。図8に示す各機能ブロックは、代表的にHV−ECU32が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その機能の一部または全部を専用のハードウェアとして実装してもよい。
図8を参照して、車速検出部430は、モータジェネレータMG2の回転数センサ52によって検出された、または推定されたロータ回転角θ2に基づいてMG2回転数Nm2を検出する。そして、車速検出部430は、検出されたMG2回転数Nm2に基づいてハイブリッド車両5の車速Vを検出する。
車両駆動力演算部440は、検出された車速Vおよびアクセルポジションセンサ44の出力値Accに基づいて、ハイブリッド車両5全体で必要な車両駆動力Pを算出する。
MG2ロック検出部460は、検出された車速Vおよび車両駆動力演算部440の出力値Pに基づいて、モータジェネレータMG2にロック状態が発生しているか否かを検出する。そして、ロック状態の発生時には、MG2ロック検出部460は、ロック判定フラグFLCをオンに設定する。
MG2ロック検出部460によるロック状態の検出は、車速Vが、車速=0を含む極低車速域(V<β[km/h])の範囲内に入っているかどうか、および、要求駆動力Pの絶対値が所定の判定値α[Nm]を超えているかどうかにより判定される。なお、判定値α[Nm]は、運転者がアクセルペダルを踏む込んでいるか否かを判別するための閾値であり、運転者による加速要求がない場合であっても微速で車両を推進させるクリープトルクよりも大きい値に設定される。
MG2ロック報知部470は、ロック判定フラグFLCがオンされたときには、駆動音を増大させるように電力変換ユニット20(図7)を制御する。具体的には、MG2ロック報知部470は、インバータ14,22のIGBT素子Q3〜Q8をスイッチング制御するときのスイッチング周波数を低下させるためのインバータ制御指令を発生する。
ここで、モータジェネレータMG1,MG2の制御、すなわち、インバータ14,22における電力変換としては、一般的なパルス幅変調(PWM)制御が用いられる。このPWM制御では、インバータ14,22のIGBT素子をスイッチング制御するための信号PWMI1,PWMI2は、正弦波状の電圧指令値と搬送波(代表的には三角波)との電圧比較に基づいて生成される。搬送波の周波数は、各IGBT素子のスイッチング周波数に相当する。
MG−ECU35(図7)は、MG2ロック報知部470からのインバータ制御指令に従って、スイッチング周波数(すなわち、搬送波の周波数)を低下させる。このとき、MG−ECU35は、人の聴覚における可聴域の範囲内に入るようにスイッチング周波数を低下させる。これにより、インバータ14,22のIGBT素子のスイッチング動作によって発生するスイッチングノイズが運転者の聴覚で知覚される。
さらに、MG−ECU35は、要求駆動力Pの大きさに応じて可聴域の範囲内でスイッチング周波数を変化させる。具体的には、図9に示すように、要求駆動力Pが大きくなるほど可聴域の中心周波数に近づくようにスイッチング周波数fを低下させる。図9の例では、スイッチング周波数f[Hz]は、現在のスイッチング周波数F[Hz]から要求駆動力Pに所定の係数kを乗じた値を減算することにより得られる周波数(f=F−k×P)に設定される。
このようにスイッチング周波数を低下させることによって、インバータ14,22から発生するスイッチングノイズは、同じ音圧レベルであっても人の聴覚にはより大きな音として認識される。したがって、アクセルペダルの操作量が大きくなるに従って、運転者にとっては、電力変換ユニット20から発生する駆動音がより大きくなるように知覚される。これにより、モータジェネレータMG2にロック状態が発生していることを運転者に報知するとともに、アクセルペダルの操作量を運転者に感知させることができる。
なお、以上に述べたようなインバータ14,22の制御に加えて、MG−ECU35は、コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2をスイッチング制御するときのスイッチング周波数を低下させるためのコンバータ制御指令を発生するようにしてもよい。
図10は、本発明の実施の形態2によるロック状態発生時の制御をECU30で実現するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、ハイブリッド車両5が走行可能な状態にあるとき、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに実行される。
図10を参照して、まず、ECU30は、ステップS11により、アクセルポジションセンサ44からのアクセル開度Acc、回転数センサ52からのロータ回転角θ2、およびインバータ14,22のスイッチング周波数fなどの制御に必要なデータを受け付ける。車速検出部430として機能するECU30は、ステップS12により、回転数センサ52からのロータ回転角θ2に基づいて車速Vを演算する。車両駆動力演算部440として機能するECU30は、ステップS13により、アクセル開度Accおよび車速Vに基づいて、ハイブリッド車両5の要求駆動力Pを演算する。
次に、MG2ロック検出部460として機能するECU30は、算出された車速Vおよび要求駆動力Pに基づいて、モータジェネレータMG2にロック状態が発生しているか否かを検出する。具体的には、MG2ロック検出部460は、ステップS014により、要求駆動力Pの絶対値が判定値α[Nm]を超えているか否かを判定する。要求駆動力Pが判定値α[Nm]を超えている場合(ステップS14のYES判定時)には、MG2ロック検出部460は続いて、ステップS15により、車速Vが判定値β[km/h]よりも低いか否かを判定する。車速Vが判定値β[km/h]よりも低い場合(ステップS15のYES判定時)には、MG2ロック検出部460は、モータジェネレータMG2にロック状態が発生していると判定する。そして、MG2ロック検出部460は、ロック判定フラグFLCをオンに設定する。
これに対して、要求駆動力Pが判定値α[Nm]を超えていないとき(ステップS14のNO判定時)または車速Vが判定値β[km/h]以上となるとき(ステップS15のNO判定時)には、MG2ロック検出部460は、モータジェネレータMG2にロック状態が発生していないと判定して、ロック判定フラグFLCをオフに維持して処理を終了する。
MG2ロック検出部460によりロック判定フラグFLCがオンされたときには、MG2ロック報知部470として機能するECU30は、ステップS16の処理を実行することにより、モータジェネレータMG2のロック状態を運転者に報知する。具体的には、MG2ロック報知部470は、ステップS16により、インバータ14,22のIGBT素子のスイッチング周波数を低下させるためのインバータ制御指令を発生する。MG−ECU32は、MG2ロック報知部470からインバータ制御指令を受けると、図9に示す要求駆動力Pとスイッチング周波数fとの関係に従って、要求駆動力Pが大きくなるに従って可聴域の中心周波数に近づくようにスイッチング周波数fを低下させる。
MG2ロック報知部470は、ステップS16の処理に並行して、ステップS17により、車速Vが判定値β[km/h]以上に達したか否か、すなわち、モータジェネレータMG2がロック状態から脱出したか否かを判定する。車速Vが判定値β[km/h]を下回る場合(ステップS17のNO判定時)には、MG2ロック報知部470は、モータジェネレータMG2がロック状態に停滞していると判断してステップS16の処理を引き続き実行する。
これに対して、車速Vが判定値β[km/h]以上に達した場合(ステップS17のYES判定時)には、MG2ロック報知部470は、モータジェネレータMG2がロック状態から脱出したと判定する。この場合、MG2ロック報知部470は、ステップS18により、報知解除処理として、インバータ14,22のIGBT素子のスイッチング周波数をステップS16の処理の実行前に設定されていたスイッチング周波数に復帰させる。
図11は、本発明の実施の形態2によりロック状態発生時の制御による動作波形図である。
図11を参照して、時刻t1において、車速がロック領域に入ることにより、ロック判定フラグFLCがオンされる。このときに、図10のステップS16のように、インバータ14,22のIGBT素子のスイッチング周波数を低下させるようにインバータ制御を行なうことにより、インバータ14,22が発生するスイッチングノイズが増大する。さらに、このスイッチングノイズは、要求駆動力、すなわち運転者によるアクセルペダルの操作量が大きくなるに従って増大する。したがって、このスイッチングノイズを通じてモータジェネレータMG2にロック状態が発生していること、およびアクセルペダルの操作量を運転者に報知することができる。
そして、時刻t2において、モータジェネレータMG2がロック状態から抜け出すと、ロック判定フラグFLCが再びオフされるので、スイッチング周波数を低下させるインバータ制御は終了され、スイッチング周波数は時刻t1以前の周波数に復帰される。
以上のように、この発明の実施の形態2によれば、モータジェネレータMG2のロック状態発生時には、電力変換ユニット20におけるスイッチング周波数を人の可聴域の範囲内にまで低下させることにより、ロック状態が発生していないときと比較して、運転者がより感知しやすくなる態様で、ハイブリッド車両5のパワートレインから駆動音を発生させる。これにより、駆動音を通じてモータジェネレータMG2にロック状態が発生していることを運転者に報知することができる。
さらに、運転者によるアクセルペダルの操作量に応じてパワートレインから発生する駆動音を変化させることにより、運転者にアクセルペダルの操作量を報知でき、運転者に過度のアクセルペダルの踏み増しを控えさせることができる。この結果、モータジェネレータMG2のコイルおよびインバータ14の特定の相が過熱されるのを抑制できる。また、車輪が段差や輪留め等の進行阻害物を乗り越えることによってロック状態から脱出した際には、運転者に対して車両の飛び出し感を与えるのを防止できる。
なお、本実施の形態では、電動車両の一例として、図1の構成のハイブリッド車両を例示したが、本発明の適用はこのような例に限定されるものではない。すなわち、アクセルペダルの操作量に応じて制御される駆動系の電動機(モータジェネレータ)が搭載される限り、図1とは異なる構成の駆動系の構成を有するハイブリッド車両(たとえば、いわゆるシリーズハイブリッド構成や、電気分配式のハイブリッド構成)や、電気自動車および燃料電池自動車についても本発明は適用可能である。
また、本実施の形態では、運転者にモータジェネレータMG2にロック状態が発生していることを報知するためのMG2ロック報知部の一例として、エンジンENGおよび電力変換ユニット20(インバータ14,22またはコンバータ12)を例示したが、MG2ロック報知部の構成はこのような例に限定されるものではない。すなわち、モータジェネレータMG2のロック状態の発生時には、ロック状態が発生していないときと比較して、運転者がより感知しやすくなる態様で駆動音を発生させることが可能な構成であれば、本発明の効果を奏することが可能であることを確認的に記載する。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。