JP2013141836A - Hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、エンジンと、第1モータと、第1モータを駆動する第1インバータと、車軸に連結された駆動軸とエンジンの出力軸と第1モータの回転軸とに3つの回転要素が接続されたプラネタリギヤと、駆動軸に回転軸が接続された第2モータと、第2モータを駆動する第2インバータと、第1インバータおよび第2インバータを介して第1モータおよび第2モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、を備えるハイブリッド自動車に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle, and more specifically, an engine, a first motor, a first inverter that drives the first motor, a drive shaft connected to an axle, an output shaft of the engine, and a rotation shaft of the first motor. A planetary gear having three rotating elements connected thereto, a second motor having a rotating shaft connected to the driving shaft, a second inverter for driving the second motor, and the first motor via the first inverter and the second inverter. The present invention also relates to a hybrid vehicle including a second motor and a battery capable of exchanging electric power.
従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、第1モータと、車軸に連結されたリングギヤ軸とエンジンの出力軸と第1モータの回転軸とにリングギヤとキャリアとサンギヤとが接続された動力分配統合機構と、リングギヤ軸に回転軸が接続された第2モータと、第1モータを駆動する第1インバータと、第2モータを駆動する第2インバータと、バッテリと、バッテリの電力を昇圧して第1インバータや第2インバータに供給可能なコンバータとを備え、コンバータによる昇圧が禁止されていてモータの駆動方式が過変調制御のときには、コンバータによる昇圧禁止を解除して昇圧動作を開始させて、モータの駆動方式を過変調制御から正弦波PWM制御に移行させるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド自動車では、こうした制御により、過変調制御で駆動されるモータに起因する高周波騒音を抑制している。 Conventionally, this type of hybrid vehicle includes an engine, a first motor, a ring gear shaft coupled to an axle, an output shaft of the engine, and a rotating shaft of the first motor, in which a ring gear, a carrier, and a sun gear are connected. A distribution and integration mechanism; a second motor having a rotary shaft connected to a ring gear shaft; a first inverter that drives the first motor; a second inverter that drives the second motor; a battery; And a converter capable of supplying to the first inverter and the second inverter, and when the boosting by the converter is prohibited and the motor drive system is overmodulation control, the boosting prohibition by the converter is canceled and the boosting operation is started. A method of shifting the motor drive system from overmodulation control to sine wave PWM control has been proposed (for example, see Patent Document 1). In this hybrid vehicle, high frequency noise caused by a motor driven by overmodulation control is suppressed by such control.
ハイブリッド自動車では、コンバータを備えない場合(車種)や、コンバータによる昇圧動作を行なうのが好ましくない状況などにおいて、過変調制御方式で駆動されるモータに起因する高周波騒音を抑制することが望まれる。また、エンジンの始動中や始動直後のモータに起因する高周波騒音を抑制することが課題の一つとされている。 In a hybrid vehicle, it is desired to suppress high-frequency noise caused by a motor driven by an overmodulation control method in a case where a converter is not provided (vehicle type) or in a situation where it is not preferable to perform a boost operation by the converter. Another problem is to suppress high-frequency noise caused by the motor during engine startup or immediately after startup.
本発明のハイブリッド自動車は、駆動軸とエンジンの出力軸と第1モータの回転軸とがプラネタリギヤの3つの回転要素に接続されているものにおいて、エンジンの始動中や始動直後の第1モータに起因する高周波騒音を抑制することを主目的とする。 In the hybrid vehicle according to the present invention, the driving shaft, the output shaft of the engine, and the rotating shaft of the first motor are connected to the three rotating elements of the planetary gear. The main purpose is to suppress high frequency noise.
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The hybrid vehicle of the present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.
本発明のハイブリッド自動車は、
エンジンと、第1モータと、前記第1モータを駆動する第1インバータと、車軸に連結された駆動軸と前記エンジンの出力軸と前記第1モータの回転軸とに3つの回転要素が接続されたプラネタリギヤと、前記駆動軸に回転軸が接続された第2モータと、前記第2モータを駆動する第2インバータと、前記第1インバータおよび前記第2インバータを介して前記第1モータおよび前記第2モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、前記エンジンが間欠運転されると共に正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式のいずれかで前記第1インバータおよび前記第2インバータが制御されて走行用の要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記エンジンと前記第1インバータと前記第2インバータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記制御手段は、前記エンジンの運転を停止して前記第2モータからの動力だけで走行するモータ走行の最中に、前記エンジンの始動開始から始動完了直後まで過変調制御方式で前記第1インバータを制御しない過変調回避状態であると予測したとき、前記第1モータによって前記エンジンがクランキングされて始動されるよう制御する手段である、
ことを要旨とする。
The hybrid vehicle of the present invention
Three rotation elements are connected to the engine, the first motor, the first inverter that drives the first motor, the drive shaft coupled to the axle, the output shaft of the engine, and the rotation shaft of the first motor. A planetary gear, a second motor having a rotation shaft connected to the drive shaft, a second inverter for driving the second motor, the first motor and the second inverter via the first inverter and the second inverter. A battery capable of exchanging power with two motors, the engine is intermittently operated, and the first inverter and the second inverter are controlled by any one of a sine wave control method, an overmodulation control method, and a rectangular wave control method. Control means for controlling the engine, the first inverter, and the second inverter so that the required torque for traveling is output to the drive shaft. In the hybrid automobile,
The control means is configured to stop the operation of the engine and travel only by power from the second motor. During the motor traveling, the first inverter is in an overmodulation control system from the start of the engine to immediately after the start of the engine. Means for controlling the engine to be cranked and started by the first motor when it is predicted that the over-modulation avoidance state is not controlled.
This is the gist.
この本発明のハイブリッド自動車では、エンジンが間欠運転されると共に正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式のいずれかで第1インバータおよび第2インバータが制御されて走行用の要求トルクが駆動軸に出力されるようエンジンと第1インバータと第2インバータとを制御するものにおいて、エンジンの運転を停止して第2モータからの動力だけで走行するモータ走行の最中に、エンジンの始動開始から始動完了直後まで過変調制御方式で第1インバータを制御しない過変調回避状態であると予測したとき、第1モータによってエンジンがクランキングされて始動されるよう制御する。これにより、エンジンの始動中や始動直後の第1モータに起因する高周波騒音を抑制することができる。ここで、「過変調回避状態」は、エンジンの始動開始から始動完了直後まで正弦波制御方式で第1インバータを制御する正弦波始動状態またはエンジンの始動開始から始動完了直後まで矩形波制御方式で第1インバータを制御する矩形波始動状態である、ものとすることもできる。 In the hybrid vehicle of the present invention, the engine is intermittently operated and the first inverter and the second inverter are controlled by any one of the sine wave control method, the overmodulation control method, and the rectangular wave control method, so that the required torque for traveling is obtained. In the control of the engine, the first inverter, and the second inverter to be output to the drive shaft, the engine is stopped while the engine is stopped and the motor is driven only by the power from the second motor. When it is predicted that an overmodulation avoidance state in which the first inverter is not controlled by the overmodulation control method from the start to immediately after the start is completed, control is performed so that the engine is cranked and started by the first motor. Thereby, the high frequency noise resulting from the 1st motor during starting of an engine or immediately after starting can be suppressed. Here, the “overmodulation avoidance state” is a sine wave start state in which the first inverter is controlled by a sine wave control method from the start of engine start to immediately after the start is completed, or a rectangular wave control method from the start of engine start to immediately after the start is completed. It can also be a rectangular wave starting state that controls the first inverter.
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、現在の状態からエンジンの始動を開始すると仮定したときのエンジンの始動開始から始動完了直後までの第1モータの目標動作点の推定軌跡および過変調領域の推定軌跡を用いて、前記過変調回避状態であるか否かを予測する手段である、ものとすることもできる。ここで、「目標動作点」は、回転数およびトルクからなる動作点である。また、「過変調領域」は、過変調制御方式で第1インバータを駆動する領域である。 In such a hybrid vehicle of the present invention, the control means assumes an estimated trajectory and overmodulation of the target operating point of the first motor from the start of the engine to immediately after the start when the engine is started from the current state. It can also be a means for predicting whether or not the over-modulation avoidance state is made using an estimated locus of the region. Here, the “target operating point” is an operating point consisting of the rotational speed and the torque. The “overmodulation area” is an area in which the first inverter is driven by the overmodulation control method.
また、本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記モータ走行の最中に、前記過変調回避状態のうち前記正弦波始動状態であると予測して前記エンジンを始動した後は、前記バッテリが充電されるよう制御する手段である、ものとすることもできるし、前記制御手段は、前記モータ走行の最中に、前記過変調回避状態のうち前記矩形波始動状態であると予測して前記エンジンを始動した後は、前記バッテリが充電されないよう制御する手段である、ものとすることもできる。 Further, in the hybrid vehicle of the present invention, the control means predicts the sine wave start state in the overmodulation avoidance state during the motor running and starts the engine. The control means predicts the rectangular wave starting state in the overmodulation avoidance state during the motor running. After starting the engine, it may be a means for controlling the battery not to be charged.
さらに、本発明のハイブリッド自動車において、前記バッテリが接続された電池電圧系と前記第1インバータおよび前記第2インバータが接続された駆動電圧系とに接続されて前記駆動電圧系の電圧を前記電池電圧系の電圧以上の範囲で調節可能な昇圧コンバータを備え、前記制御手段は、効率のよい動作点としての効率用動作点で前記エンジンが運転されると共に前記要求トルクが前記駆動軸に出力され更に前記駆動電圧系の電圧が調節されるよう前記エンジンと前記第1インバータと前記第2インバータと前記昇圧コンバータとを制御する効率用制御を実行する手段であり、更に、前記制御手段は、前記効率用制御を実行すると前記駆動電圧系の電圧を前記電池電圧系の電圧に対して昇圧せず且つ過変調制御方式で前記第1インバータを制御することになる非昇圧過変調時において、前記エンジンの動作点を前記効率用動作点から正弦波制御方式で前記第1インバータを制御することになる変更動作点に変更するのに起因する車両のエネルギ効率の低下分である動作点起因低下分が、前記駆動電圧系の電圧を前記電池電圧系の電圧から正弦波制御方式で前記第1インバータを制御することになる変更電圧に変更するのに起因する車両のエネルギ効率の低下分である電圧起因低下分に比して小さいときには、前記駆動電圧系の電圧が前記電池電圧系の電圧に対して昇圧されず、前記変更動作点で前記エンジンが運転され、前記要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう制御する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、車両のエネルギ効率の低下を抑制しつつ第1モータに起因する高周波騒音を抑制することができる。この態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記非昇圧過変調時において、前記動作点起因低下分が前記電圧起因低下分以上のときには、前記駆動電圧系の電圧が前記変更電圧に調節され、前記効率用運転ポイントで前記エンジンが運転され、前記要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう制御する手段である、ものとすることもできる。 Furthermore, in the hybrid vehicle of the present invention, the voltage of the drive voltage system is connected to the battery voltage system to which the battery is connected and the drive voltage system to which the first inverter and the second inverter are connected to the battery voltage. A step-up converter that can be adjusted in a range equal to or higher than the system voltage, and the control means operates the engine at an efficiency operating point as an efficient operating point, and outputs the required torque to the drive shaft. Means for controlling the engine, the first inverter, the second inverter, and the boost converter so that the voltage of the drive voltage system is adjusted, and the control means further comprises the efficiency When the control is executed, the voltage of the drive voltage system is not boosted with respect to the voltage of the battery voltage system, and the first inverter is controlled by an overmodulation control method. Vehicle caused by changing the operating point of the engine from the operating point for efficiency to the changed operating point for controlling the first inverter by a sine wave control method at the time of non-boost overmodulation to be controlled The decrease due to the operating point, which is a decrease in energy efficiency, changes the voltage of the drive voltage system from the voltage of the battery voltage system to a change voltage that controls the first inverter by a sine wave control method. The voltage of the drive voltage system is not boosted with respect to the voltage of the battery voltage system when it is smaller than the voltage-induced decrease that is a decrease in the vehicle energy efficiency due to the engine, and the engine at the change operating point Is a means for controlling so that the required torque is output to the drive shaft. If it carries out like this, the high frequency noise resulting from a 1st motor can be suppressed, suppressing the fall of the energy efficiency of a vehicle. In the hybrid vehicle according to the aspect of the present invention, the control means, when the non-step-up overmodulation, the voltage of the driving voltage system is set to the change voltage when the operating point-induced decrease is equal to or greater than the voltage-induced decrease. It is also possible to control the engine so that the engine is operated at the efficiency operating point and the required torque is output to the drive shaft.
加えて、本発明のハイブリッド自動車において、前記車軸とは異なる第2の車軸に動力を入出力可能な第3モータと、前記第3モータを駆動する第3インバータとを備え、前記制御手段は、前記第2インバータが正弦波制御方式または矩形波制御方式で制御され、前記要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記エンジンと前記第1インバータと前記第2インバータと前記第3インバータとを制御する手段である、ものとすることもできる。 In addition, the hybrid vehicle of the present invention includes a third motor that can input and output power to a second axle different from the axle, and a third inverter that drives the third motor, and the control means includes: The second inverter is controlled by a sine wave control method or a rectangular wave control method, and the engine, the first inverter, the second inverter, and the third inverter are controlled so that the required torque is output to the drive shaft. It can also be a means to do.
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.
図1は本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2はモータMG1,MG2を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図1に示すように、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力するエンジン22と、エンジン22を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24と、エンジン22のクランクシャフト26にキャリアが接続されると共に駆動輪38a,38bにデファレンシャルギヤ37を介して連結された駆動軸36にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ30と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されたモータMG1と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸36に接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2を駆動するためのインバータ41,42と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ50と、インバータ41,42が接続された電力ライン(以下、駆動電圧系電力ライン54aという)とバッテリ50が接続された電力ライン(以下、電池電圧系電力ライン54bという)とに接続されて駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを電池電圧系電力ライン54bの電圧VL以上の範囲で調節すると共に駆動電圧系電力ライン54aと電池電圧系電力ライン54bとの間で電力のやりとりを行なう昇圧コンバータ55と、インバータ41,42を制御することによってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に昇圧コンバータ55を制御するモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40と、バッテリ50を管理するバッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52と、車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット(以下、HVECUという)70と、を備える。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of a
エンジンECU24は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。エンジンECU24には、エンジン22の運転状態を検出する各種センサから信号、例えば、クランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサからのクランクポジションθcrやエンジン22の冷却水の温度を検出する水温センサからの冷却水温Tw,燃焼室内に取り付けられた圧力センサからの筒内圧力Pin,燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブや排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサからのカムポジションθca,スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットルポジションTP,吸気管に取り付けられたエアフローメータからの吸入空気量Qa,同じく吸気管に取り付けられた温度センサからの吸気温Ta,排気系に取り付けられた空燃比センサからの空燃比AF,同じく排気系に取り付けられた酸素センサからの酸素信号O2などが入力ポートを介して入力されており、エンジンECU24からは、エンジン22を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁への駆動信号やスロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号,イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号,吸気バルブの開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンECU24は、HVECU70と通信しており、HVECU70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをHVECU70に出力する。なお、エンジンECU24は、クランクシャフト26に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neも演算している。
Although not shown, the
モータMG1,MG2は、いずれも、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを備える周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ41,42は、図2に示すように、6つのトランジスタT11〜T16,T21〜26と、トランジスタT11〜T16,T21〜T26に逆方向に並列接続された6つのダイオードD11〜D16,D21〜D26と、により構成されている。トランジスタT11〜T16,T21〜T26は、それぞれ駆動電圧系電力ライン54aの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう2個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータMG1,MG2の三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。したがって、インバータ41,42に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタT11〜T16,T21〜T26のオン時間の割合を調節することにより、三相コイルに回転磁界を形成でき、モータMG1,MG2を回転駆動することができる。インバータ41,42は、駆動電圧系電力ライン54aの正極母線と負極母線とを共用しているから、モータMG1,MG2のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。駆動電圧系電力ライン54aの正極母線と負極母線とには平滑用のコンデンサ57が接続されている。
Each of the motors MG1 and MG2 is configured as a known synchronous generator motor including a rotor in which a permanent magnet is embedded and a stator in which a three-phase coil is wound. As shown in FIG. 2, the
昇圧コンバータ55は、図2に示すように、2つのトランジスタT51,T52とトランジスタT51,T52に逆方向に並列接続された2つのダイオードD51,D52とリアクトルLとからなる昇圧コンバータとして構成されている。2つのトランジスタT51,T52は、それぞれ駆動電圧系電力ライン54aの正極母線,駆動電圧系電力ライン54aおよび電池電圧系電力ライン54bの負極母線に接続されており、トランジスタT51,T52の接続点と電池電圧系電力ライン54bの正極母線とにリアクトルLが接続されている。したがって、トランジスタT51,T52をオンオフすることにより、電池電圧系電力ライン54bの電力を昇圧して駆動電圧系電力ライン54aに供給したり、駆動電圧系電力ライン54aの電力を降圧して電池電圧系電力ライン54bに供給したりすることができる。電池電圧系電力ライン54bの正極母線と負極母線とには平滑用のコンデンサ58が接続されている。以下、昇圧コンバータ55によって駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを電池電圧系電力ライン54bの電圧VLに対して昇圧する(高くする)ことを昇圧コンバータ55による昇圧を行なうと称することがある。
As shown in FIG. 2, the
モータECU40は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの回転位置θm1,θm2や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流,コンデンサ57の端子間に取り付けられた電圧センサ57aからのコンデンサ57の電圧(駆動電圧系電力ライン54aの電圧)VHやコンデンサ58の端子間に取り付けられた電圧センサ58aからのコンデンサ58の電圧(電池電圧系電力ライン54bの電圧)VLなどが入力ポートを介して入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜T26へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ55のトランジスタT51,T52へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、モータECU40は、HVECU70と通信しており、HVECU70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをHVECU70に出力する。なお、モータECU40は、回転位置検出センサからのモータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいてモータMG1,MG2の回転子の電気角θe1,θe2やモータMG1,MG2の回転角速度ωm1,ωm2,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2も演算している。
Although not shown, the
バッテリECU52は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Vbやバッテリ50の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流Ib,バッテリ50に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりHVECU70に送信する。また、バッテリECU52は、バッテリ50を管理するために、電流センサにより検出された充放電電流Ibの積算値に基づいてそのときのバッテリ50から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算したりしている。なお、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、電池温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定し、バッテリ50の蓄電割合SOCに基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。
Although not shown, the
HVECU70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。HVECU70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号やシフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。HVECU70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。なお、シフトポジションSPとしては、駐車ポジションやニュートラルポジション,前進走行用のドライブポジション,後進走行用のリバースポジションなどがある。
Although not shown, the
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、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と車速Vとに基づいて駆動軸36に出力すべき要求トルクTr*を計算し、この要求トルクTr*に対応する要求動力が駆動軸36に出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2との運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてがプラネタリギヤ30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されて駆動軸36に出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや、要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力が駆動軸36に出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード,エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力を駆動軸36に出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。なお、トルク変換運転モードおよび充放電運転モードは、いずれもエンジン22の運転を伴って要求動力が駆動軸36に出力されるようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するモードであるから、両者を合わせてエンジン運転モードとして考えることができる。ここで、エンジン運転モードは、エンジン22の運転とモータMG1,MG2の駆動を伴うことから、ハイブリッドモード(HVモード)とも称し、モータ運転モードは、エンジン22の運転を停止した状態でモータMG2からの動力だけで走行することから、電動走行モード(EVモード)とも称する。
In the
エンジン運転モード(HVモード)では、HVECU70は、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accと車速センサ88からの車速Vとに基づいて駆動軸36に出力すべき要求トルクTr*を設定し、設定した要求トルクTr*に駆動軸36の回転数Nr(例えば、モータMG2の回転数Nm2や車速Vに換算係数を乗じて得られる回転数)を乗じて走行に要求される走行用パワーPdrv*を計算し、計算した走行用パワーPdrv*からバッテリ50の蓄電割合SOCに基づいて得られるバッテリ50の充放電要求パワーPb*(バッテリ50から放電するときが正の値)を減じてエンジン22から出力すべきパワーとしての要求パワーPe*を設定する。そして、要求パワーPe*を効率よくエンジン22から出力することができるエンジン22の回転数NeとトルクTeとの関係としての動作ライン(例えば燃費最適動作ライン)に要求パワーPe*を適用してエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定し、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で、エンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようにするための回転数フィードバック制御によってモータMG1から出力すべきトルクとしてのトルク指令Tm1*を設定すると共にモータMG1をトルク指令Tm1*で駆動したときにプラネタリギヤ30を介して駆動軸36に作用するトルクを要求トルクTr*から減じてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し、設定したエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とについてはエンジンECU24に送信し、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40に送信する。エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによってエンジン22が運転されるようエンジン22の吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを行ない、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜T26のスイッチング制御を行なう。こうした制御と後述の昇圧コンバータ55の制御とを行なうことにより、エンジン22を効率のよく運転しながらバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*を駆動軸36に出力して走行することができる。
In the engine operation mode (HV mode), the
モータ運転モード(EVモード)では、HVECU70は、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸36に出力すべき要求トルクTr*を設定し、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定する共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるようモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し、走行用パワーPdrv*に応じて駆動電圧系電力ライン54aの目標電圧VH*を設定し、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信する。そして、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜T26のスイッチング制御を行なう。こうした制御と後述の昇圧コンバータ55の制御とを行なうことにより、エンジン22を運転停止した状態でバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*を駆動軸36に出力して走行することができる。
In the motor operation mode (EV mode), the
ここで、インバータ41,42の制御について説明する。インバータ41,42は、実施例では、正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式のいずれかで制御するものとした。ここで、正弦波制御方式は、モータMG1,MG2の電圧指令と三角波(搬送波)電圧との比較によってトランジスタT11〜T16,T21〜T26のオン時間の割合を調節するパルス幅変調(PWM)制御において、三角波電圧の振幅以下の振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる擬似的三相交流電圧をモータMG1,MG2に供給する制御方式である。また、過変調制御方式は、パルス幅変調制御において、三角波電圧の振幅より大きな振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる過変調電圧をモータMG1,MG2に供給する制御方式である。さらに、矩形波制御方式は、矩形波電圧をモータMG1,MG2に供給する制御方式である。なお、正弦波制御方式では、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHに対する正弦波状の電圧指令の振幅の割合としての変調率(電圧利用率)Rmが値0〜値Rref1(約0.61)の範囲となり、過変調制御方式では、変調率Rmが値Rref1(約0.61)〜値Rref2(約0.78)の範囲となり、矩形波制御方式では、変調率Rmが値Rref2(約0.78)で一定となる。以下、インバータ41の制御について説明する。なお、インバータ42の制御については、インバータ41の制御と同様に考えることができる。
Here, control of the
インバータ41の制御方式は、実施例では、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHとモータMG1の目標駆動点OPm1(トルク指令Tm1*,回転数Nm1)とインバータ41の制御方式との対応関係に駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHとモータMG1の目標駆動点OPm1とを適用して設定するものとした。図3は、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHとモータMG1の目標駆動点OPm1とインバータ41の制御方式との対応関係の一例を示す説明図である。インバータ41の制御方式は、図示するように、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VH毎に、モータMG1のトルク指令Tm1*の大きさや回転数Nm1の大きさが小さい側から順に正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式となるよう正弦波制御方式の領域(正弦波領域),過変調制御方式の領域(過変調領域),矩形波制御方式の領域(矩形波領域)が定められていると共に、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHが高いほど正弦波領域と過変調領域との境界や過変調領域と矩形波領域との境界が高回転数高トルク側となるよう定められている。モータMG1やインバータ41は、一般に、矩形波制御方式,過変調制御方式,正弦波制御方式の順で、モータMG1の出力応答性や制御性がよくなり、出力が小さくなり、インバータ41のスイッチング損失などが大きくなる。したがって、低回転数低トルクの領域では、正弦波制御方式でインバータ41を制御することにより、モータMG1の出力応答性や制御性を良くすることができる。また、高回転数高トルク領域では、矩形波制御方式でインバータ41を制御することにより、大出力を可能とすると共にインバータ41のスイッチング損失などを低減することができる。
In the embodiment, the control method of the
正弦波制御方式では、モータMG1の三相コイルのU相,V相,W相に流れる相電流Iu,Iv,Iwの総和を値0としてモータMG1の回転子の電気角θe1を用いてU相,V相の電流Iu,Ivをd軸,q軸の電流Id,Iqに座標変換(3相−2相変換)し、モータMG1のトルク指令Tm1*に応じてd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*を設定し、d軸,q軸の電流Id,Iqが電流指令Iq*,Iq*となるようにするための電流フィードバック制御によってd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*を計算し、計算したd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*をモータMG1の回転子の電気角θe1を用いてモータ22の三相コイルのU相,V相,W相に印加すべき電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に座標変換(2相−3相変換)し、座標変換した電圧指令Vu*,Vv*,Vw*をインバータ41のトランジスタT11〜T16をスイッチングするためのPWM信号に変換し、変換したPWM信号をインバータ41に出力する、ことによってインバータ41のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。この正弦波制御方式では、PWM信号の生成に用いられる正弦波状の電圧指令の振幅(d軸の電圧指令Vd*の二乗とq軸の電圧指令Vq*の二乗との和の平方根として得られる電圧指令大きさVr)が三角波(搬送波)電圧以下となり、高い出力応答性や制御性でモータMG1を駆動制御することができる。モータMG1の電気周期の周波数とキャリア周波数とを同期させなくてよいから、可聴域外の周波数をキャリア周波数として用いてインバータ41を制御することにより、モータMG1に起因する高周波騒音を抑制して、運転者に不快感を与えるのを抑制することができる。
In the sine wave control method, the sum of the phase currents Iu, Iv, Iw flowing in the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase coil of the motor MG1 is set to 0, and the electrical angle θe1 of the rotor of the motor MG1 is used. , V-phase currents Iu and Iv are converted into d-axis and q-axis currents Id and Iq (three-phase to two-phase conversion), and d-axis and q-axis current commands according to torque command Tm1 * of motor MG1 Id * and Iq * are set, and d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq are set by current feedback control so that the d-axis and q-axis currents Id and Iq become the current commands Iq * and Iq *. * Is calculated, and the calculated d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq * are applied to the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase coil of the
過変調制御方式では、モータMG1の三相コイルのU相,V相,W相に流れる相電流Iu,Iv,Iwの総和を値0としてモータMG1の回転子の電気角θe1を用いてU相,V相の電流Iu,Ivをd軸,q軸の電流Id,Iqに座標変換(3相−2相変換)すると共に座標変換後のd軸,q軸の電流Id,Iqになまし処理を施してなまし後電流Idmo,Iqmoを計算し、モータMG1のトルク指令Tm1*に応じてd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*を設定し、d軸,q軸のなまし後電流Idmo,Iqmoが電流指令Iq*,Iq*となるようにするための電流フィードバック制御によってd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*を計算し、d軸の電圧指令Vd*の二乗とq軸の電圧指令Vq*の二乗との和の平方根として得られる電圧指令大きさVrの電圧がモータMG1に印加されるようd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*を補正して補正後電圧指令Vdmo*,Vqmo*を計算し、計算したd軸,q軸の補正後電圧指令Vdmo*,Vqmo*をモータMG1の回転子の電気角θe1を用いてモータ22の三相コイルのU相,V相,W相に印加すべき電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に座標変換(2相−3相変換)し、座標変換した電圧指令Vu*,Vv*,Vw*をインバータ41のトランジスタT11〜T16をスイッチングするためのPWM信号に変換し、変換したPWM信号をインバータ41に出力する、ことによってインバータ41のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。この過変調制御方式では、電圧指令大きさVrが三角波(搬送波)電圧より大きくなり、幅の比較的大きな矩形波パルスが含まれることから、正弦波制御方式に比してトルク変動が大きくなり、モータMG1の制御性が低下する。したがって、制御性をよくするために、モータMG1の電気周期の周波数とキャリア周波数とを同期させる必要がある。この結果、モータMG1の回転数Nm1(電気周期の周波数)によっては、キャリア周波数として可聴域外の周波数を用いることができず、モータMG1で高周波騒音が生じて運転者に不快感を与えることがある。特に、低車速で走行しているときなど車内の静粛性が比較的高いときに、こうした不快感を運転者に与えやすい。
In the overmodulation control method, the sum of the phase currents Iu, Iv, Iw flowing in the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase coil of the motor MG1 is set to 0, and the electrical angle θe1 of the rotor of the motor MG1 is used. , V-phase currents Iu and Iv are converted to d-axis and q-axis currents Id and Iq (3-phase to 2-phase conversion) and processed after d-axis and q-axis currents Id and Iq After annealing, calculate the currents Idmo and Iqmo, set the d-axis and q-axis current commands Id * and Iq * according to the torque command Tm1 * of the motor MG1, and after d-axis and q-axis annealing The d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq * are calculated by current feedback control so that the currents Idmo and Iqmo become the current commands Iq * and Iq *, and the square of the d-axis voltage command Vd * is calculated. Obtained as the square root of the sum of the square of the q-axis voltage command Vq * The corrected voltage commands Vdmo * and Vqmo * are calculated by correcting the d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq * so that the voltage command voltage Vr is applied to the motor MG1. , Q-axis corrected voltage commands Vdmo *, Vqmo * are applied to the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase coil of the
矩形波制御方式では、モータMG1の三相コイルのU相,V相,W相に流れる相電流Iu,Iv,Iwの総和を値0としてモータMG1の回転子の電気角θe1を用いてU相,V相の電流Iu,Ivをd軸,q軸の電流Id,Iqに座標変換(3相−2相変換)すると共に座標変換後のd軸,q軸の電流Id,Iqになまし処理を施してなまし後電流Idmo,Iqmoを計算し、計算したd軸,q軸のなまし後電流Idmo,Iqmoに応じてモータMG1の推定トルクTm1estを求め、モータMG1の推定トルクTm1estがトルク指令Tm1*となるようにするためのトルクフィードバック制御によって電圧位相指令θp*を計算し、計算した電圧位相指令θp*に基づく矩形波電圧がモータMG1に印加されるよう矩形波信号をインバータ41のトランジスタT11〜T16に出力する、ことによってインバータ41のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。この矩形波制御方式では、三角波(搬送波)を用いないため、キャリア周波数に起因する高周波騒音がモータMG1で生じるという問題は生じない。
In the rectangular wave control method, the sum of the phase currents Iu, Iv, Iw flowing in the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase coil of the motor MG1 is set to 0, and the electrical angle θe1 of the rotor of the motor MG1 is used. , V-phase currents Iu and Iv are converted to d-axis and q-axis currents Id and Iq (3-phase to 2-phase conversion) and processed after d-axis and q-axis currents Id and Iq The post-annealing currents Idmo and Iqmo are calculated, and the estimated torque Tm1est of the motor MG1 is obtained according to the calculated post-annealing currents Idmo and Iqmo of the d-axis and q-axis, and the estimated torque Tm1est of the motor MG1 is calculated as a torque command. The voltage phase command θp * is calculated by torque feedback control for achieving Tm1 *, and the rectangular wave signal is applied so that a rectangular wave voltage based on the calculated voltage phase command θp * is applied to the motor MG1. And outputs to the transistor T11 to T16 of the
また、実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22を始動する際には、HVECU70は、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸36に出力されながらモータMG1によってエンジン22がクランキングされるようモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してモータECU40に送信すると共に、エンジン22の回転数Neが所定回転数Nst(例えば、1000rpmや1200rpmなど)以上に至ると燃料噴射制御や点火制御が開始されるよう始動制御信号をエンジンECU24に送信する。そして、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。また、始動制御信号を受信したエンジンECU24は、エンジン22の燃料噴射制御や点火制御などを開始する。
In the
さらに、実施例のハイブリッド自動車20では、HVECU70は、モータMG1のトルク指令Tm1*および回転数Nm1からなる目標動作点OPm1でモータMG1を駆動するのに要する電圧Vm1とモータMG2のトルク指令Tm2*および回転数Nm2からなる目標動作点OPm2でモータMG2を駆動するのに要する電圧Vm2とのうち高い方を駆動電圧系電力ライン54aの目標電圧VH*に設定してモータECU40に送信する。そして、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHが目標電圧VH*となるよう昇圧コンバータ55のトランジスタT51,T52のスイッチング制御を行なう。これにより、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを必要以上に高くする(例えば、昇圧コンバータ55による昇圧を行なう必要がないときに昇圧を行なうなど)ことによる昇圧コンバータ55での損失を抑制することができる。
Further, in the
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、昇圧コンバータ55による昇圧を行なっておらずモータ運転モード(EVモード)で走行している非昇圧EVモード時の動作について説明する。図4は、実施例のHVECU70により実行される非昇圧EVモード時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、非昇圧EVモードの開始時に実行が開始される。
Next, the operation of the
非昇圧EVモード時処理ルーチンが実行されると、HVECU70は、まず、いまから(現在の状態から)エンジン22の始動を開始すると仮定したときのエンジン22の始動開始から始動完了直後までのモータMG1の目標動作点OPm1の推定軌跡(推定される変化の様子)および過変調領域の推定軌跡を入力する(ステップS100)。
When the non-boosting EV mode processing routine is executed, first, the
ここで、エンジン22の始動開始から始動完了直後までのモータMG1の目標動作点OPm1の推定軌跡は、エンジン22の始動中については、エンジン22をクランキングするためのクランキングトルクTcrをモータMG1から出力してエンジン22をクランキングして始動する際のクランキングトルクTcrおよびモータMG1の回転数Nm1の変化の様子を推定して用いるものとし、エンジン22の始動完了直後については、エンジン運転モード(HVモード)での走行開始直後のモータMG1の目標駆動点OPm1を推定して用いるものとした。
Here, the estimated trajectory of the target operating point OPm1 of the motor MG1 from the start of the
また、エンジン22の始動開始から始動完了直後までの過変調領域の軌跡は、エンジン22の始動開始から始動完了直後までのバッテリ50の端子間電圧Vbの変化の様子を推定し、それを駆動電圧系電力ライン54aの電圧VH(バッテリ50の端子間電圧Vbや電池電圧系電力ライン54bの電圧VLに略等しい電圧)の変化の様子と見なして過変調領域の変化の様子(図3参照)に置き換えて用いるものとした。これは、一般に、バッテリ50が蓄電割合SOCが低いほど端子間電圧Vbが低くなる傾向の特性を有していることから、昇圧コンバータ55による昇圧を行なっていないときでも、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHと過変調領域との関係は、図3と同様に考えることができる、との理由に基づく。
Further, the trajectory of the overmodulation region from the start of the
こうしてモータMG1の目標動作点OPm1の推定軌跡と過変調領域の推定軌跡とを入力すると、入力したモータMG1の目標動作点OPm1の推定軌跡と過変調領域の推定軌跡とを比較して、エンジン22の始動開始から始動完了直後までに亘ってモータMG1の目標動作点OPm1が過変調領域より低回転数低トルク側(正弦波領域内)になる正弦波始動状態であるか否かを判定(予測)する(ステップS110,S112)。 When the estimated trajectory of the target operating point OPm1 of the motor MG1 and the estimated trajectory of the overmodulation region are input in this way, the input estimated trajectory of the target operating point OPm1 of the motor MG1 and the estimated trajectory of the overmodulation region are compared. It is determined whether the target operating point OPm1 of the motor MG1 is in a sine wave starting state where the rotational speed is lower than that of the overmodulation region (within the sine wave region) from the start of the start to immediately after the start is completed (prediction) (Steps S110 and S112).
そして、正弦波始動状態でないと判定(予測)されたときには、ステップS100に戻り、正弦波始動状態であると判定(予測)されたときには、エンジン22の始動条件が成立したと判断し、モータ運転モード(EVモード)での走行を中止して、モータMG1によってエンジン22をクランキングして始動して(ステップS120)、本ルーチンを終了する。これにより、エンジン22の始動開始から始動完了直後までに亘って、過変調制御方式でインバータ41を制御するのを回避することができるから、エンジン22の始動中や始動直後のモータMG1に起因する高周波騒音を抑制することができる。
When it is determined (predicted) that the sine wave start state is not established, the process returns to step S100. When it is determined (predicted) that the sine wave start state is established, it is determined that the
こうしてエンジン22を始動してエンジン運転モード(HVモード)に移行すると、バッテリ50が充電されながら要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御して走行する。これにより、バッテリ50が充電されてバッテリ50の端子間電圧Vb(駆動電圧系電力ライン54aの電圧VH)が上昇するから、図3と同様に、過変調領域を高回転数高トルク側にすることができ、モータMG1の目標動作点OPm1が過変調領域に入りにくくなるようにすることができる。
When the
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、昇圧コンバータ55による昇圧を行なっておらずモータ運転モード(EVモード)で走行している非昇圧EVモード時において、エンジン22の始動開始から始動完了直後までに亘ってモータMG1の目標動作点OPm1が過変調領域より低回転数低トルク側(正弦波領域内)になる正弦波始動状態であると予測したときに、モータMG1によってエンジン22をクランキングして始動するから、エンジン22の始動中や始動完了直後のモータMG1に起因する高周波騒音を抑制することができる。
According to the
実施例のハイブリッド自動車20では、非昇圧EVモード時において、エンジン22の始動開始から始動完了直後までのモータMG1の目標動作点OPm1の推定軌跡(推定される変化の様子)および過変調領域の推定軌跡を用いて、正弦波始動状態であるか否かを予測するものとしたが、エンジン22の始動開始から始動完了直後までの要求トルクTr*の推定軌跡やバッテリ50の端子間電圧Vb(駆動電圧系電力ライン54aの電圧VH)の推定軌跡などを用いて、エンジン22の始動開始から始動完了直後までのモータMG1の目標動作点OPm1の推定軌跡が過変調領域に対して予め定められた余裕程度以上離れているか否かを判定することにより、正弦波始動状態であるか否かを予測するものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、非昇圧EVモード時において、正弦波始動状態でないと予測したときには、エンジン22を始動せずにモータ運転モード(EVモード)を継続し、正弦波始動状態であると予測したときには、エンジン22を始動してエンジン運転モード(HVモード)に移行するものとしたが、ステップS114,S116の処理を加えた点を除いて図4の非昇圧EVモード時処理ルーチンと同一の図5の変形例の非昇圧EVモード時処理ルーチンに例示するように、ステップS110,S112で正弦波始動状態でないと判定(予測)されたときには、エンジン22の始動開始から始動完了直後までに亘ってモータMG1の目標動作点OPm1が過変調領域より高回転数高トルク側(矩形波領域内)になる矩形波始動状態であるか否かを判定(予測)し(ステップS114,S116)、矩形波始動状態でないと判定(予測)されたときには、ステップS100に戻り、矩形波始動状態であると判定(予測)されたときには、エンジン22の始動条件が成立したと判断し、モータ運転モード(EVモード)での走行を中止して、モータMG1によってエンジン22をクランキングして始動して(ステップS120)、本ルーチンを終了する、ものとしてもよい。この場合、実施例と同様に、エンジン22の始動開始から始動完了直後までに亘って、過変調制御方式でインバータ41を制御するのを回避することができるから、エンジン22の始動中や始動直後のモータMG1に起因する高周波騒音を抑制することができる。なお、この変形例では、矩形波始動状態であると予測してエンジン22を始動してエンジン運転モード(HVモード)に移行すると、バッテリ50ができるだけ充電されずに要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御して走行する。これにより、過変調領域が高回転数高トルク側になるのを抑制することができ、モータMG1の目標動作点OPm1が過変調領域に入りやすくなるのを抑制する即ち矩形波制御方式でインバータ41を制御するのを継続しやすくすることができる。
In the
この変形例では、実施例のハイブリッド自動車20と同様に、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを電池電圧系電力ライン54bの電圧VL以上の範囲で調節可能な昇圧コンバータ55を備えるものとしたが、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを電池電圧系電力ライン54bの電圧VL以下のと範囲で調節可能な降圧コンバータを備えるものとしてもよいし、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを電池電圧系電力ライン54bの電圧VLより低い側でも高い側でも調節可能な昇降圧コンバータを備えるものとしてもよい。昇圧コンバータ55に代えて降圧コンバータや昇降圧コンバータを備える場合、この変形例では、正弦波始動状態でないと予測したときには、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを電池電圧系電力ライン54bの電圧VLに対して降圧する(低くする)ものとしてもよい。こうすれば、過変調領域をより低回転数低トルク側にすることができるから、矩形波始動状態であると予測しやすくすることができる。
In this modified example, as with the
また、この変形例では、エンジン22を始動してエンジン運転モード(HVモード)に移行すると、バッテリ50ができるだけ充電されずに要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御して走行することによって矩形波制御方式でインバータ41を制御するのを継続しやすくするものとしたが、それにも拘わらず、モータMG1の目標動作点OPm1が過変調領域内となるときには、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHが正弦波制御方式でインバータ41を制御することになる電圧まで高くなるよう昇圧コンバータ55を制御するものとしてもよい。こうすれば、モータMG1に起因する高周波騒音を抑制することができる。なお、昇圧コンバータ55に代えて降圧コンバータや昇降圧コンバータを備えていて、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHが電池電圧系電力ライン54bの電圧VLより低い状態でモータMG1の目標動作点OPm1が過変調領域内となるときには、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを電池電圧系電力ライン54bの電圧VLに対して降圧する(低くする)のを中止して両者が略等しくなるようにするものとしてもよい。
Further, in this modified example, when the
実施例のハイブリッド自動車20では、非昇圧EVモード時の動作について説明したが、昇圧コンバータ55による昇圧を行なっておらずエンジン運転モード(HVモード)で走行している非昇圧HVモード時には、図6に例示する非昇圧HVモード時処理ルーチンを実行するものとしてもよい。このルーチンは、非昇圧HVモード時に繰り返し実行される。
In the
非昇圧HVモード時処理ルーチンが実行されると、HVECU70は、まず、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*からなるエンジン22の目標動作点OPeや、モータMG1のトルク指令Tm1*および回転数Nm1からなるモータMG1の目標動作点OPm1を入力し(ステップS200)、入力したモータMG1の目標動作点OP1と図3とを用いて、モータMG1の目標動作点OPm1が過変調領域内か否かを判定し(ステップS210,S212)、モータMG1の目標動作点OPm1が過変調領域外のときには、そのまま本ルーチンを終了する。この場合、昇圧コンバータ55による昇圧が行なわれず、エンジン22が目標動作点OPeで運転され、モータMG1が目標動作点OPm1moで駆動され(インバータ41が正弦波制御方式または矩形波制御方式で制御され)、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるよう、エンジン22とインバータ41,42と昇圧コンバータ55とを制御する。
When the non-boosting HV mode processing routine is executed, first, the
一方、モータMG1の目標動作点OPm1が過変調領域内のときには、モータMG1の目標動作点OPm1を等パワーで且つインバータ41を正弦波制御方式で駆動することになる動作点を変更動作点OPm1mo(トルクTm1mo,回転数Nm1mo)として設定すると共に(ステップS220)、モータMG1を変更動作点OPm1moで駆動できるようにエンジン22の変更動作点OPemo(トルクTemo,回転数Nemo)を設定する(ステップS230)。図7は、モータMG1の目標動作点OPm1と変更動作点OPm1moとの一例を示す説明図である。モータMG1の変更動作点OPm1moの設定は、図示するように、目標動作点OPm1を通過する等パワーライン上で且つ正弦波領域内の動作点を設定する、ことによって行なうものとした。また、エンジン22の変更動作点OPemoの設定は、モータMG1の変更動作点OPm1moにおけるトルクTm1moとプラネタリギヤ30のギヤ比ρとを用いてトルクTm1moをプラネタリギヤ30のキャリアのトルクに換算してその符号を反転させることによってトルクTemoを計算すると共に要求パワーPe*をトルクTemoで除して回転数Nemoを計算する、ことによって行なうものとした。こうして設定されるエンジン22の変更動作点OPemoは、燃費最適動作ラインから外れた動作点(目標動作点OPeより効率の低い動作点)となる。なお、仮に、エンジン22を変更動作点OPemoで運転すると共にモータMG1を変更動作点OPm1moで駆動するものとすると、要求トルクTr*を駆動軸36に出力するためにはモータMG2の動作点も目標動作点OPm2(トルク指令Tm2*,回転数Nm2)から変更動作点OPm1moに応じた変更動作点OPm2mo(トルクTm2mo,回転数Nm2)に変更する必要があるため、モータMG2に起因する高周波騒音も抑制するためには、変更動作点OPm1moは、変更動作点OPm1mo,OPm2moが正弦波領域や矩形波領域となるよう(インバータ41,42が正弦波制御方式や矩形波制御方式で駆動されるよう)定めるのが好ましい。
On the other hand, when the target operating point OPm1 of the motor MG1 is in the overmodulation region, the operating point for driving the target operating point OPm1 of the motor MG1 with equal power and the
続いて、モータMG1の目標動作点OPm1が正弦波領域内となる駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを変更電圧VHmoとして設定する(ステップS240)。そして、エンジン22の動作点を目標動作点OPeから変更動作点OPemoに変更するのに起因する車両のエネルギ効率の低下分である動作点起因低下分ΔE1と、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを電池電圧系電力ライン54bの電圧VLから変更電圧VHmoに変更するのに起因する車両のエネルギ効率の低下分である電圧起因低下分ΔE2とを比較する(ステップS250)。ここで、動作点起因低下分ΔE1は、目標動作点OPeでエンジン22を運転するときの車両のエネルギ効率と、変更動作点OPemoでエンジン22を運転するときの車両のエネルギ効率とを比較することによって求めることができる。また、昇圧起因低下分ΔE2は、昇圧コンバータ55による昇圧を行なわないときの車両のエネルギ効率と、昇圧コンバータ55によって駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを変更電圧VHmoに調節するときの車両のエネルギ効率とを比較することによって求めることができる。
Subsequently, the voltage VH of the drive voltage
動作点起因低下分ΔE1が昇圧起因低下分ΔE2より小さいときには、そのまま本ルーチンを終了する。この場合、昇圧コンバータ55による昇圧が行なわれず、エンジン22が変更動作点OPemoで運転され、モータMG1が変更動作点OPm1moで駆動され(インバータ41が正弦波制御方式で制御され)、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるよう、エンジン22とインバータ41,42と昇圧コンバータ55とを制御する。具体的には、HVECU70は、変更動作点OPemo(トルクTemo,回転数Nemo)をエンジン22の目標動作点OPe(目標トルクTe*,目標回転数Ne*)として再設定すると共に変更動作点OPm1mo(トルクTm1mo,回転数Nm1mo)をモータMG1の目標動作点OPm1(トルク指令Tm1*,目標回転数Nm1*)として再設定し、これらに基づいてモータMG2のトルク指令Tm2*を再設定し、各目標値をエンジンECU24やモータECU40に送信し、エンジンECU24やモータECU40は、受信したデータに基づいてエンジン22やインバータ41,42を制御する。これにより、車両のエネルギ効率の低下をより抑制しつつモータMG1に起因する高周波騒音を抑制することができる。
When the operating point-induced decrease ΔE1 is smaller than the boost-induced decrease ΔE2, this routine is terminated as it is. In this case, boosting by
ステップS250で動作点起因低下分ΔE1が昇圧起因低下分ΔE2以上のときには、昇圧コンバータ55による昇圧を開始して(ステップS260)、本ルーチンを終了する。こうして昇圧コンバータ55による昇圧を開始すると、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHが変更電圧VHmoに調節され、エンジン22が目標動作点OPeで運転され、モータMG1が目標動作点OPm1で駆動され(インバータ41が正弦波制御方式で制御され)、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるよう、エンジン22とインバータ41,42と昇圧コンバータ55とを制御することになる。これにより、モータMG1に起因する高周波騒音を抑制することができる。
When the operating point-induced decrease ΔE1 is greater than or equal to the boost-induced decrease ΔE2 in step S250, boosting by the
この変形例では、非昇圧HVモード時にモータMG1の目標動作点OPm1が過変調領域内になるときにおいて、動作点起因低下分ΔE1が昇圧起因低下分ΔE2より小さいときには、昇圧コンバータ55による昇圧が行なわれず、エンジン22が変更動作点OPemoで運転され、モータMG1が変更動作点OPm1moで駆動され(インバータ41が正弦波制御方式で制御され)、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるよう、エンジン22とインバータ41,42と昇圧コンバータ55とを制御するから、車両のエネルギ効率の低下をより抑制しつつモータMG1に起因する高周波騒音を抑制することができる。
In this modification, when the target operating point OPm1 of the motor MG1 is in the overmodulation region in the non-boosting HV mode, if the operating point-induced decrease ΔE1 is smaller than the boosting-induced decrease ΔE2, boosting by the
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2からの動力を駆動軸36に出力するものとしたが、図8の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2からの動力を駆動軸36が接続された車軸(駆動輪38a,38bが接続された車軸)とは異なる車軸(図8における駆動輪39a,39bに接続された車軸)に接続するものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22とモータMG1と駆動軸36とにプラネタリギヤ30の3つの回転要素を接続すると共に駆動軸36にモータMG2を接続するものとしたが、図9の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、これらのハード構成に加えて、駆動軸36が接続された車軸(駆動輪38a,38bが接続された車軸)とは異なる車軸(図8における駆動輪39a,39bに接続された車軸)にデファレンシャルギヤ37Rを介して接続されたモータMG3と、駆動電圧系電力ライン54aに接続されてモータMG3を駆動するためのインバータ43と、を備えるものとしてもよい。ここで、モータMG3は、モータMG1,MG2と同様に、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを備える周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ43は、インバータ41,42と同様に、6つのトランジスタT31〜T36と、トランジスタT31〜T36に逆方向に並列接続された6つのダイオードD31〜D36と、により構成されている。
In the
この変形例のハイブリッド自動車220では、実施例のハイブリッド自動車20と同様に、エンジン運転モード(HVモード)やモータ運転モード(EVモード)によって走行する。エンジン運転モード(HVモード)では、HVECU70は、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて走行に要求されるトルクを駆動軸36に換算したものとして要求トルクTr*を設定し、実施例のハイブリッド自動車20と同様に、要求パワーPe*とエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*とモータMG1のトルク指令Tm1*とを設定し、要求トルクTr*に前後輪のトルク配分kf,kr(kf+kr=1)のうちの前輪のトルク配分kfを乗じたものからモータMG1をトルク指令Tm1*で駆動したときにプラネタリギヤ30を介して駆動軸36に作用するトルクを減じたものとしてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定すると共に要求トルクTr*に後輪のトルク配分krを乗じたものをモータMG3のトルク指令Tm3*として設定し、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とについてはエンジンECU24に送信し、トルク指令Tm1*,Tm2*,Tm3*についてはモータECU40に送信する。そして、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによってエンジン22が運転されるようエンジン22における吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを行なう。また、トルク指令Tm1*,Tm2*,Tm3*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2,MG3がトルク指令Tm1*,Tm2*,Tm3*で駆動されるようインバータ41,42,42RのトランジスタT11〜T16,T21〜T26,T51〜T36のスイッチング制御を行なう。
In the
モータ運転モード(EVモード)では、HVECU70は、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて走行に要求されるトルクを駆動軸36に換算したものとして要求トルクTr*を設定し、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定すると共に要求トルクTr*に前輪のトルク配分kfを乗じたものとしてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し、更に、要求トルクTr*に後輪のトルク配分krを乗じたものをモータMG3のトルク指令Tm3*として設定し、これらをモータECU40に送信する。そして、トルク指令Tm1*,Tm2*Tm3*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2,MG3がトルク指令Tm1*,Tm2*,Tm3*で駆動されるようインバータ41,42,42RのトランジスタT11〜T16,T21〜26,T51〜T36のスイッチング制御を行なう。
In the motor operation mode (EV mode), the
こうして構成された変形例のハイブリッド自動車220では、HVECU70は、図10に例示する走行時処理ルーチンをエンジン運転モード(HVモード)やモータ運転モード(EVモード)で走行しているときに繰り返し実行する。走行時処理ルーチンが実行されると、HVECU70は、まず、モータMG2のトルク指令Tm2*および回転数Nm2からなるモータMG2の目標駆動点OPm2を入力すると共に(ステップS300)、入力したモータMG2の目標駆動点OPm2が過変調領域内か否かを判定し(ステップS310)、モータMG2の目標動作点OPm2が過変調領域外のときには、そのまま本ルーチンを終了する。
In the
一方、モータMG2の目標動作点OPm2が過変調領域内のときには、過変調領域外(正弦波領域内や矩形波領域内)の動作点を変更動作点OPm2mo(トルクTm2mo,回転数Nm2)として設定すると共に(ステップS320)、設定した変更動作点OPm2moを用いてモータMG3の変更動作点OPm3mo(トルクTm3mo,回転数Nm3)を設定して(ステップS330)、本ルーチンを終了する。この場合、モータMG2,MG3については、目標動作点OPm2,OPm3ではなく、変更動作点OPm2mo,OPm3moで駆動されるよう、インバータ42,43を制御する。ここで、モータMG2,MG3の目標動作点OPm2(トルク指令Tm2*,回転数Nm2),OPm3(トルク指令Tm3*,回転数Nm3と変更動作点OPm2mo(トルクTm2mo,回転数Nm2),OPm3mo(トルクTm3mo,回転数Nm3)との関係は、トルク指令Tm2*とトルク指令Tm3*との和とトルクTm2moとトルクTm3moとの和が等しくなる関係である。モータMG2,MG3の目標動作点OPm2,OPm3と変更動作点OPm2mo,OPm3moの一例を図11に示す。こうした制御により、モータMG2に起因する高周波騒音を抑制することができる。なお、変更動作点OPm2moは、モータMG3に起因する高周波騒音も抑制するために、変更動作点OPm2mo,OPm3moが正弦波領域や矩形波領域となるよう(インバータ42,43が正弦波制御方式や矩形波制御方式で駆動されるよう)定めるのが好ましい。
On the other hand, when the target operating point OPm2 of the motor MG2 is in the overmodulation region, the operating point outside the overmodulation region (in the sine wave region or rectangular wave region) is set as the changed operation point OPm2mo (torque Tm2mo, rotation speed Nm2). At the same time (step S320), the change operation point OPm3mo (torque Tm3mo, rotation speed Nm3) of the motor MG3 is set using the set change operation point OPm2mo (step S330), and this routine ends. In this case, the
実施例のハイブリッド自動車20では、駆動電圧系電力ライン54aの電圧VHを電池電圧系電力ライン54bの電圧VL以上の範囲で調節可能な昇圧コンバータ55を備えるものとしたが、こうした昇圧コンバータ55を備えないものとしてもよい。
The
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「エンジン」に相当し、モータMG1が「第1モータ」に相当し、インバータ41が「第1インバータ」に相当し、プラネタリギヤ30が「プラネタリギヤ」に相当し、モータMG2が「第2モータ」に相当し、インバータ42が「第2インバータ」に相当し、バッテリ50が「バッテリ」に相当し、図4の非昇圧EVモード時処理ルーチンを実行するなどするHVECU70と、HVECU70からのデータに基づいてエンジン22を制御するエンジンECU24と、HVECU70からのデータに基づいてモータMG1,MG2や昇圧コンバータ55を制御するモータECU40とが「制御手段」に相当する。
The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. Therefore, the elements of the invention described in the column of means for solving the problems are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problems should be made based on the description of the column, and the examples are those of the invention described in the column of means for solving the problems. It is only a specific example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of hybrid vehicles.
20,120,220 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、30 プラネタリギヤ、32 駆動軸、37 デファレンシャルギヤ、38a,38b,39a,39b 駆動輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42,43 インバータ、50 バッテリ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54a 高電圧系電力ライン、54b 電池電圧系電力ライン、55 昇圧コンバータ、57,58 コンデンサ、57a,58a 電圧センサ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、D11〜D16,D21〜D26,D31〜D36,D51,D52 ダイオード、L リアクトル、MG1,MG2,MG3 モータ、T11〜T16,T21〜T26,T31〜T36,T51,T52 トランジスタ。 20, 120, 220 Hybrid vehicle, 22 engine, 24 engine electronic control unit (engine ECU), 26 crankshaft, 30 planetary gear, 32 drive shaft, 37 differential gear, 38a, 38b, 39a, 39b drive wheel, 40 for motor Electronic control unit (motor ECU), 41, 42, 43 Inverter, 50 battery, 52 Battery electronic control unit (battery ECU), 54a High voltage system power line, 54b Battery voltage system power line, 55 Boost converter, 57, 58 Capacitors, 57a, 58a Voltage sensor, 70 Hybrid electronic control unit (HVECU), 80 Ignition switch, 81 Shift lever, 82 Shift position sensor, 83 Accelerator pedal, 84 Accelerator Pedal position sensor, 85 brake pedal, 86 brake pedal position sensor, 88 vehicle speed sensor, D11 to D16, D21 to D26, D31 to D36, D51, D52 diode, L reactor, MG1, MG2, MG3 motor, T11 to T16, T21 to T26, T31 to T36, T51, T52 transistors.
Claims (1)
前記制御手段は、前記エンジンの運転を停止して前記第2モータからの動力だけで走行するモータ走行の最中に、前記エンジンの始動開始から始動完了直後まで過変調制御方式で前記第1インバータを制御しない過変調回避状態であると予測したとき、前記エンジンを始動する手段である、
ハイブリッド自動車。 Three rotation elements are connected to the engine, the first motor, the first inverter that drives the first motor, the drive shaft coupled to the axle, the output shaft of the engine, and the rotation shaft of the first motor. A planetary gear, a second motor having a rotation shaft connected to the drive shaft, a second inverter for driving the second motor, the first motor and the second inverter via the first inverter and the second inverter. A battery capable of exchanging power with two motors, the engine is intermittently operated, and the first inverter and the second inverter are controlled by any one of a sine wave control method, an overmodulation control method, and a rectangular wave control method. Control means for controlling the engine, the first inverter, and the second inverter so that the required torque for traveling is output to the drive shaft. In the hybrid automobile,
The control means is configured to stop the operation of the engine and travel only by power from the second motor. During the motor traveling, the first inverter is in an overmodulation control system from the start of the engine to immediately after the start of the engine. Means for starting the engine when it is predicted that it is in an overmodulation avoidance state without controlling
Hybrid car.
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