JP2013158106A - 車両、及び車両用制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】蓄電装置から受けた電力を昇圧する昇圧回路において、設定される昇圧比を抑制可能な、車両の制御技術を提供する。
【解決手段】車両1は、電気モータ10,20に供給される電力を蓄える蓄電装置130からの電力を昇圧する昇圧コンバータ140と、各電気モータ10,20にそれぞれ対応して設けられ、共通の昇圧コンバータ140に対して並列に接続されており、当該昇圧コンバータ140からの電力を対応する電気モータ10,20に供給する電力に変換するインバータ110,120とを含む。車両1は、駆動輪77と第1電気モータ10のロータ11との間における動力伝達を遮断可能なクラッチDと、駆動輪77からの機械的動力を受けて、ロータ11が回転することにより第1電気モータ10に生じる誘起電圧が、設定電圧以上である場合、駆動輪77とロータ11との間における動力伝達が遮断されるよう、クラッチDを解放状態に制御する制御装置100を含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、主に駆動輪に向けて機械的動力を出力する電気モータを含む、複数の電気モータを備えた車両の制御技術に関する。
主に駆動輪に向けてロータから機械的動力を出力する電気モータを含む、複数の電気モータを備えた車両には、例えば、特許文献1に記載されたものが提案されている。また、二次電池やキャパシタ等の蓄電装置から電力を、DC/DCコンバータ等の昇圧回路により昇圧して、電気モータごとに設けられたインバータや直流チョッパ等の電力変換器に供給する技術が知られている。
特許第4147749号公報
上述のような複数の電気モータを備えた車両においては、電気モータごとに、昇圧回路からの電力を、それぞれ対応する電気モータに供給する電力に変換する電力変換器として、例えば、インバータや直流チョッパ等が設けられている。これら電力変換器には、共通の昇圧回路に対して並列に接続されており、当該昇圧回路からの電力の供給を受けるものがある。このような電力変換器は、それぞれ対応する電気モータの運転状態に応じて、印加することが要求される電圧(以下、要求電圧と記す)が異なる。このとき、車両用の制御装置は、各電気モータにそれぞれ対応する各要求電圧のうち、最も電圧が高いものに基づいて、昇圧回路における昇圧比を設定する必要がある。
このような昇圧回路を備え、且つ、主に駆動輪に向けてロータから機械的動力を出力する電気モータ(以下、駆動用モータと記す)を原動機として有する車両においては、当該車両の減速走行中などにおいて、駆動用モータのロータが、駆動輪からの機械的動力を受けて連動して回転する、いわゆる「連れ回り」が生じることがある。駆動用モータが力行しておらず、ロータにトルクを生じさせていない場合に、駆動輪からの機械的動力を受けて当該ロータが回転すると、駆動用モータには、当該ロータの回転速度に略比例して誘起電圧が生じることがある。
このような車両が、比較的高い車速で巡航している状態から減速する場合等において、駆動用モータのロータが連れ回りにより回転すると、駆動用モータに生じる誘起電圧が高くなることがある。このとき、駆動用モータにおいてロータにトルクを生じさせていない場合であっても、駆動用モータに対応して設けられた電力変換器に印加することが要求される要求電圧(以下、駆動用モータ要求電圧と記す)は、駆動用モータに生じる誘起電圧に比べて高い値に設定される必要がある。駆動用モータ要求電圧が、駆動用モータ以外の電気モータに対応して設けられた電力変換器に印加することが要求される要求電圧に比べて高い場合、昇圧回路は、駆動用モータ要求電圧に基づいて、昇圧回路における昇圧比を高い値に設定する必要が生じてしまう。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蓄電装置からの電力を昇圧する昇圧回路において、設定される昇圧比の増大を抑制可能な車両の制御技術を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る車両は、主に駆動輪に向けてロータから機械的動力を出力する電気モータである駆動用モータを含む、複数の電気モータと、各電気モータに供給される電力を蓄える蓄電装置からの電力を昇圧する昇圧回路と、各電気モータにそれぞれ対応して設けられ、共通の昇圧回路に対して並列に接続されており、当該昇圧回路から受けた電力を、それぞれ対応する電気モータに供給する電力に変換する電力変換回路と、駆動輪と駆動用モータのロータとの間における動力伝達を遮断可能なクラッチである駆動用モータ切り離しクラッチと、駆動輪からの機械的動力を受けて駆動用モータのロータが回転することにより生じる誘起電圧が、設定電圧以上である場合に、駆動輪と駆動用モータのロータとの間における動力伝達が遮断されるよう駆動用モータ切り離しクラッチを解放状態に制御する制御装置とを備える。
上記の車両において、制御装置は、駆動用モータ切り離しクラッチが解放状態にある場合、駆動用モータに対応して設けられた電力変換回路に印加することが要求される要求電圧である駆動用モータ要求電圧を考慮することなく、他の電力変換回路に印加することが要求される要求電圧に基づいて、昇圧回路における昇圧比を設定するものとすることがきできる。
上記の車両において、駆動用モータは、駆動用モータ切り離しクラッチが連結状態にある場合に、駆動輪と連動してロータが回転する第1電気モータであるものとすることができ、複数の電気モータのうち一つは、主に発電機として作動する第2電気モータであるものとすることができる。さらに、昇圧回路を含み、蓄電装置からの直流電力を昇圧して、より高い電圧の直流電力に変換する昇圧コンバータと、電力変換回路を含み、昇圧コンバータからの直流電力を、第1電気モータに供給する交流電力に変換する第1インバータと、電力変換回路を含み、昇圧コンバータからの直流電力を、第2電気モータに供給する交流電力に変換する第2インバータとを備えるものとすることができる。
また、本発明に係る車両用制御装置は、主に駆動輪に向けてロータから機械的動力を出力する電気モータである駆動用モータを含む複数の電気モータを備え、各電気モータに供給される電力を蓄える蓄電装置からの電力を昇圧する昇圧回路と、各電気モータにそれぞれ対応して設けられ共通の昇圧回路に対して並列に接続されており当該昇圧回路から受けた電力をそれぞれ対応する電気モータに供給する電力に変換する電力変換回路とを有する車両に用いられ、駆動輪と駆動用モータのロータとの間における動力伝達を遮断可能なクラッチである駆動用モータ切り離しクラッチを制御可能な車両用制御装置であって、駆動輪からの機械的動力を受けて駆動用モータのロータが回転することにより生じる誘起電圧が、設定電圧以上である場合、駆動輪と駆動用モータのロータとの間における動力伝達が遮断されるよう、駆動用モータ切り離しクラッチを解放状態に制御する。
上記の車両用制御装置において、駆動用モータ切り離しクラッチが解放状態にある場合、駆動用モータに対応して設けられた電力変換回路に印加することが要求される要求電圧である駆動用モータ要求電圧を考慮することなく、他の電力変換回路に印加することが要求される要求電圧に基づいて、昇圧回路における昇圧比を設定するものとすることができる。
本発明によれば、蓄電装置からの電力を昇圧する昇圧回路において設定される昇圧比が増大することを抑制して、当該昇圧回路における電力の変換効率を改善することができる。
実施形態に係る車両の構成を示す模式図である。 実施形態に係る車両用制御装置が実行する駆動用モータ切り離しクラッチのクラッチ連結/解放制御を示すフローチャートである。 実施形態に係る車両用制御装置が実行する昇圧コンバータの昇圧比設定制御を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態(以下、単に「実施形態」と記す)を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
まず、本実施形態に係る車両について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る車両の構成を示す模式図である。なお、本実施形態に係る車両の一例として、原動機として電気モータと内燃機関とを備えたハイブリッド車両であって、前輪と後輪がそれぞれ推進軸からの機械的動力を受けて回転駆動される四輪駆動車について説明する。
図1に示すように、車両1は、電気エネルギを機械的仕事に変換して出力可能な電気モータとして、主に車両1の駆動に用いられる第1電気モータ10と、主に発電機として用いられる第2電気モータ20とを有している。加えて、車両1は、燃料のエネルギを燃焼により機械的仕事に変換して出力する原動機として内燃機関5を有している。これらは、後述する動力伝達装置と結合されて車両1に搭載される。
内燃機関5には、ピストンがシリンダ内を往復運動するピストン往復動機関が用いられている。内燃機関は、図示しない燃料噴射装置、点火装置、及びスロットル弁装置等が設けられており、発生した機械的動力を機関出力軸(クランクシャフト)6から出力する。機関出力軸6は、ダンパー8を介して後述する動力分割機構の入力軸32に連結されている。なお、以下の説明において、内燃機関5が機関出力軸6から出力する機械的動力を「機関出力」と記し、機関出力軸6に作用するトルクすなわち負荷を「機関トルク」と記す。また、機関出力軸6の回転速度を「機関回転速度」と記す。
第1電気モータ10及び第2電気モータ20は、それぞれ供給された電力を機械的動力に変換して出力する機能と、入力された機械的動力を電力に変換する発電機としての機能とを有する回転電機、いわゆる「モータジェネレータ」である。第1電気モータ10及び第2電気モータ20には、永久磁石型交流同期モータが用いられている。第1電気モータ10及び第2電気モータ20は、それぞれ、三相の交流電力の供給を受けて回転磁界を形成するステータ13,24と、当該回転磁界に引き付けられて回転するロータ11,22とを有しており、当該ロータ11,22から機械的動力を入出力可能に構成されている。
第1電気モータ10は、主に、駆動輪77,99に向けてロータ11から機械的動力を出力する「駆動用モータ」である。なお、第1電気モータ10は、発電機として作動させることで、ロータ11で受けた機械的動力を電力に変換することも可能に構成されている。一方、第2電気モータ20は、主に、ロータ22で受けた機械的動力を電力に変換する発電機として作動する「発電用モータ」である。なお、第2電気モータ20は、ロータ22から機械的動力を出力することも可能に構成されている。
なお、以下の説明において、第1電気モータ10がロータ11から出力する機械的動力を「第1モータ出力」と記し、当該ロータ11に生じさせるトルクすなわち回転負荷を「第1モータトルク」と記す。また、第1電気モータ10のロータ11の回転速度を「第1モータ回転速度」と記す。同様に、第2電気モータ20がロータ22から出力する機械的動力を「第2モータ出力」と記し、当該ロータに生じさせるトルクすなわち回転負荷を「第2モータトルク」と記し、当該ロータ22の回転速度を「第2モータ回転速度」と記す。
また車両1は、内燃機関5が出力した機械的動力を、入力軸32で受けて、第2電気モータ20に向かう機械的動力と、駆動輪77,99に向かう機械的動力に分割可能な動力分割機構として、シンプルプラネタリー式の遊星歯車装置30を有している。
遊星歯車装置30は、入力軸32に結合されており、且つ第1プラネタリピニオン35を回転可能に支持するプラネタリキャリア33と、第1プラネタリピニオン35と噛み合う第1サンギア36と、第1プラネタリピニオン35と噛み合うリングギア44とを有している。リングギア44には、推進軸60に向けて機械的動力を出力するドライブギア45が結合されている。
第1サンギア36は、入力軸32と同軸に設けられており、内部に入力軸32が通る第1中空軸37を介して、第2電気モータ20を駆動するギア38と結合されている。当該ギア38は、第2電気モータ20のロータ22に出力軸40を介して結合されたギア39と噛み合っている。このようにして、第1サンギア36は、第2電気モータ20のロータ22と係合している。すなわち、第1サンギア36は、第2電気モータ20のロータ22に連動して回転する。
このように構成された動力分割機構としての遊星歯車装置30は、入力軸32で受け、プラネタリキャリア33に伝達された機関出力を、リングギア44と第1サンギア36に分割することが可能となっている。機関出力のうち第1サンギア36に伝達された機械的動力は、ロータ22に伝達され、第2電気モータ20を発電機として作動させることにより電力に変換される。一方、プラネタリキャリア33からリングギア44に伝達された機械的動力は、駆動輪77,99に向けて伝達される。
また、車両1は、プラネタリキャリア33に対して、リングギア44の回転速度を増速させるための機構(以下、増速機構と記す)50を有している。増速機構50は、上述した動力分割機構と、遊星歯車装置30のプラネタリキャリア33及びリングギア44を共用している。増速機構50は、プラネタリキャリア33に回転可能に支持され、第1プラネタリピニオン35とプラネタリキャリア33を共用し、一体的に回転する第2プラネタリピニオン51と、当該第2プラネタリピニオン51と噛み合う第2サンギア52を有している。第2サンギア52は、第1サンギア36に比べて歯数が大きく設定されている。増速機構50は、さらに、第2サンギア52の回転を制動し、停止して、リングギア44の回転速度を、プラネタリキャリア33の回転速度に対して増速させるブレーキである「増速ブレーキ」Bを有している。
増速ブレーキBは、第2サンギア52に結合された運動体と、車両1に結合された静止体とを有しており、第2サンギア52と一体に回転する運動体54と、静止体55とを係合させることにより、第2サンギア52の回転を制動及び停止させることが可能である。増速ブレーキBは、運動体54の回転を止める「停止状態」に制御すると、第2サンギア52の回転が止まり、リングギア44の回転速度を、プラネタリキャリア33の回転速度に対して一定の比率で増速させること可能となっている。
なお、本明細書において、ブレーキ(例えば、増速ブレーキB)を作動させて運動体の回転を止めて静止させた状態を「停止状態」と記す。一方、当該ブレーキを作動させておらず、静止体に対して運動体が自由に回転する状態を「非作動状態」と記す。また、運動体と静止体が接して運動体の回転が制動される状態を「制動状態」と記す。つまり「制動状態」には、上述した「停止状態」が含まれる。
また、本明細書において、クラッチ(例えば、連結クラッチA、遊星歯車側クラッチC、駆動用モータ切り離しクラッチD、トランスファークラッチ84)を作動させず、駆動側の回転部材と被駆動側の回転部材との間における動力伝達が遮断された状態を「解放状態」と記す。一方、クラッチを作動させて、駆動側の回転部材と被駆動側の回転部材が同一の回転速度で一体に回転する状態を「連結状態」と記す。また、駆動側の回転部材と被駆動側の回転部材が係合して、これら回転部材の間においてトルクの伝達がある状態を「係合状態」と記す。つまり「係合状態」には、上述した「連結状態」が含まれる。
また、車両1は、プラネタリキャリア33とリングギア44とを連結させる連結クラッチAを有している。本実施形態において連結クラッチAは、噛み合いクラッチとして構成されている。連結クラッチAは、入力軸32及びプラネタリキャリア33に結合された回転部材47と、ドライブギア45及びリングギア44に結合された回転部材46とを噛み合わせることにより、プラネタリキャリア33と、リングギア44とを連結させることが可能となっている。つまり、連結クラッチAを連結状態に制御することにより、リングギア44、プラネタリキャリア33、第1サンギア36、第2サンギア52、及びドライブギア45は、同一の回転速度で一体に回転する。
ドライブギア45は、ドリブンギア61と噛み合っており、ドリブンギア61は、後述するクラッチCを介して推進軸60と係合可能となっている。推進軸60のフロント側の先端には、フロント側のディファレンシャルドライブピニオン64が結合されており、当該ピニオン64は、フロント側の差動装置70に固定されたリングギア72を回転駆動する。フロント側の差動装置70のサイドギアには、フロント側の駆動軸74が結合されており、当該駆動軸74には、駆動輪(前輪)77が結合されている。
また、推進軸60は、後述するクラッチDを介して、ドライブギア67と係合可能に構成されている。当該ドライブギア67は、ドリブンギア68と噛み合っており、当該ドリブンギア68は、第1電気モータ10のロータ11と、中空軸69を介して連結されている。すなわち、第1電気モータ10のロータ11は、ドライブギア67と連動して回転する。
さらに、推進軸60には、ドライブギア81が結合されており、当該ドライブギア81は、ドリブンギア82と噛み合っている。当該ドリブンギア82は、上述した中空軸69の内部をリア側に向けて延びる中間推進軸80と結合されている。中間推進軸80のリア側には、トランスファークラッチ84が接続されており、当該クラッチ84のリア側には、リア側の推進軸86が接続されている。リア側推進軸86のリア側の先端には、リア側のディファレンシャルドライブピニオン88が結合されており、当該ピニオン88は、リア側の差動装置90に固定されたリングギア92を回転駆動する。リア側の差動装置90のサイドギアには、リア側の駆動軸94が結合されており、当該駆動軸94には、駆動輪(後輪)99が結合されている。
また、車両1には、駆動輪77に連動して回転する推進軸60と遊星歯車装置30のリングギア44に結合されたドライブギア45との間における動力伝達を遮断可能なクラッチとして遊星歯車側切り離しクラッチCが設けられている。本実施形態において遊星歯車側切り離しクラッチCは、噛み合いクラッチとして構成されている。遊星歯車側切り離しクラッチCは、ドライブギア45と噛み合うドリブンギア61に結合された回転部材62と、推進軸60に結合された回転部材63とを噛み合わせることにより、ドリブンギア61と推進軸60とを連結させることが可能となっている。
つまり、遊星歯車側切り離しクラッチCは、連結状態に制御されることにより、駆動輪77,99、推進軸60、ドライブギア45、遊星歯車装置30のリングギア44を、連動して回転させる。一方、遊星歯車側切り離しクラッチCは、解放状態に制御されることにより、駆動輪77,99と遊星歯車装置30のリングギア44との間における動力伝達を遮断することが可能となっている。すなわち、当該クラッチCを解放状態にすることにより、内燃機関5の機関出力軸6と駆動輪77,99との間における動力伝達、および第2電気モータ20のロータ22と駆動輪77,99との間における動力伝達を、遮断することが可能にとなっている。
さらに、車両1には、駆動輪77に連動して回転する推進軸60と、第1電気モータ10のロータ11との間における動力伝達を遮断するクラッチとして駆動用モータ切り離しクラッチDが設けられている。駆動用モータ切り離しクラッチDは、本実施形態においては、噛み合いクラッチとして構成されている。駆動用モータ切り離しクラッチDは、第1電気モータ10のロータ11と連動して回転するドライブギア67に結合された回転部材66と、推進軸60に結合された回転部材65とを噛み合わせることにより、推進軸60とドライブギア67とを連結させることが可能となっている。
つまり、駆動用モータ切り離しクラッチDは、連結状態に制御されることにより、駆動輪77、推進軸60、第1電気モータ10のロータ11を、連動して回転させる。一方、当該クラッチDは、解放状態に制御されることにより、駆動輪77と、第1電気モータ10のロータ11との間における動力伝達を遮断することが可能に構成されている。
また、車両1は、第1電気モータ10及び第2電気モータ20に供給される電力(電気エネルギ)を蓄える電源として蓄電装置130を有している。蓄電装置130は、充放電が可能に構成されており、発電機として作動する第1電気モータ10及び第2電気モータ20から回収された電力を蓄えることが可能に構成されている。蓄電装置130には、例えば、二次電池や、電気二重層キャパシタ等を用いることができる。なお、蓄電装置130が、後述する昇圧コンバータ140の昇圧回路に印加する電力の電圧を「電源電圧」と記す。
また、車両1には、蓄電装置130から受けた電源電圧の直流電力を昇圧する昇圧回路を有する昇圧コンバータ140が設けられている。昇圧コンバータ140は、蓄電装置130からの電源電圧(低圧)の直流電力を受け、これを昇圧回路により昇圧して、より高圧の直流電力に変換する、いわゆるDC/DCコンバータである。昇圧コンバータ140の昇圧回路における昇圧比、すなわち蓄電装置140から受ける電源電圧(低圧)に対する、各インバータ110、120に印加する直流電圧(高圧)の比率は、制御装置100により設定される。
また、車両1には、昇圧コンバータ140から受けた高圧の直流電力を三相の交流電力に変換して、当該第1電気モータ10に供給する電力変換器として第1インバータ110が設けられている。また、車両1には、昇圧コンバータ140から受けた高圧の直流電力を、三相の交流電力に変換して第2電気モータ20に供給する電力変換器として第2インバータ120が設けられている。すなわち、第1インバータ110は、第1電気モータ10に対応して設けられており、第2インバータ120は、第2電気モータ20に対応して設けられている。
なお、第1電気モータ10を発電機として作動させた場合には、第1インバータ110は、第1電気モータ10のステータ13から三相の交流電力を受け、直流電力に変換して、昇圧コンバータ140に送ることが可能となっている。同様に、第2電気モータ20を発電機として作動させた場合には、第2インバータ120は、第2電気モータ20のステータ24から三相の交流電力を受け、直流電力に変換して、昇圧コンバータ140に送ることが可能となっている。
第1インバータ110は、昇圧コンバータ140の昇圧回路により昇圧された直流電力を、第1電気モータ10に供給する交流電力に変換する電気回路である「電力変換回路」を有している。同様に、第2インバータ120は、昇圧コンバータ140の昇圧回路により昇圧された直流電力を、第2電気モータ20に供給する交流電力に変換する電力変換回路を有している。第1インバータ110の電力変換回路と、第2インバータ120の電力変換回路は、共通の昇圧コンバータ140の昇圧回路に対して並列に接続されている。
なお、第1インバータ110及び第2インバータ120の電力変換回路は、昇圧コンバータ140の昇圧回路から供給された直流電力を交流電力に変換すると共に、当該昇圧回路からの電力を降圧して、それぞれ対応する第1電気モータ10及び第2電気モータ20に供給している。換言すれば、第1インバータ110及び第2インバータ120の電力変換回路は、昇圧回路により昇圧された電圧を降圧する「降圧回路」として機能している。なお、以下の説明において、各電気モータに供給される電圧に対する、昇圧回路により昇圧された電圧の比率を「降圧比」と記す。なお、上述のような電力変換回路(電力変換器、降圧回路)としては、上述したインバータの他に、直流電圧を、設定された周波数で断続して電気モータに印加する平均電圧を変える、いわゆる「直流チョッパ」などがある。
また、車両1には、第1電気モータ10に対応して設けられた第1インバータ110、第2電気モータ20に対応して設けられた第2インバータ120、内燃機関5、蓄電装置130、昇圧コンバータ140、連結クラッチA、増速ブレーキB、遊星歯車側切り離しクラッチC、駆動用モータ切り離しクラッチD等を、協調して制御する制御手段として、車両1用の電子制御装置(以下、単に「制御装置」と記す)100が設けられている。制御装置100は、演算処理装置としてCPU、主記憶装置としてのRAM、補助記憶装置としてのROM等(図示せず)を有している。上述した各種の制御対象を制御する制御処理を示したプログラム、及び当該制御処理プログラムにおいて予め設定されている定数(以下、制御定数と記す)は、制御装置100のROMに予め記憶されている。なお、上述の制御処理においてRAMに設定される変数を「制御変数」と記す。
また、制御装置100は、駆動輪77又は駆動輪99の回転速度を検出可能な車輪速センサ(図示せず)から、駆動輪の回転速度に係る信号を受けており、車両1の走行速度(以下、車速と記す)を制御変数として推定している。また、制御装置100は、アクセルペダルの操作位置を検出するアクセルペダルポジションセンサ(図示せず)から、アクセルペダルの操作位置に係る信号を受けており、アクセルペダルの操作量(以下、アクセル操作量と記す)を制御変数として推定している。
また、制御装置100は、第1電気モータ10のロータ11の回転角位置を検出可能な回転センサであるレゾルバ(図示せず)から、当該ロータ11の回転角位置に係る信号を受けており、当該信号に基づいて、第1モータ回転速度を制御変数として推定している。同様に、制御装置100は、第2電気モータ20のロータ22の回転角位置を検出可能な回転センサであるレゾルバ(図示せず)から、当該ロータ22の回転角位置に係る信号を受けており、当該信号に基づいて、第2モータ回転速度を制御変数として推定している。なお、制御装置100は、車速と、駆動用モータ切り離しクラッチDの連結状態から、第1モータ回転速度を制御変数として推定することも可能である。
また、制御装置100は、上述した制御変数及び制御定数に基づいて、駆動用モータである第1電気モータ10に対応して設けられた、第1インバータ110の電力変換回路に印加することが要求される要求電圧(以下、駆動用モータ要求電圧と記す)を、制御変数として算出可能に構成されている。また、制御装置100は、主に発電機として作動する第2電気モータ20に対応して設けられた、第2インバータ120の電力変換回路に印加することが要求される要求電圧(以下、ジェネレータ要求電圧と記す)を、制御変数として算出可能に構成されている。
また、制御装置100は、電源電圧、駆動用モータ要求電圧、ジェネレータ要求電圧に基づいて、昇圧コンバータ140の昇圧回路における昇圧比を設定する。制御装置100は、駆動用モータ要求電圧とジェネレータ要求電圧のうち要求電圧が高いものと、電源電圧との比率に基づいて、昇圧比を設定する。
また、制御装置100は、第1インバータ110と第1電気モータ10との間における電力の授受を制御することにより、第1電気モータ10の力行/制動、ロータ11の回転方向、第1モータ回転速度及び第1モータトルク(すなわち第1モータ出力)を制御可能に構成されている。同様に、制御装置100は、第2インバータ120と第2電気モータ20との間における電力の授受を制御することにより、第2電気モータ20の力行/制動、ロータ22の回転方向、第2モータ回転速度及び第2モータトルク(すなわち第2モータ出力)を制御可能に構成されている。
また、制御装置100は、第1電気モータ10の運転状態(第1モータ回転速度及び第1モータトルク)と、第2電気モータ20の運転状態(第2モータ回転速度及び第2モータトルク)と、内燃機関5の運転状態(機関出力及び機関トルク)とを協調して制御可能に構成されている。加えて、制御装置100は、上述した制御定数及び制御変数、及び内燃機関5の運転状態、第1電気モータ10の運転状態、及び第2電気モータ20の運転状態に基づいて、連結クラッチAの連結/解放状態、増速ブレーキBの停止状態/非作動状態、遊星歯車側切り離しクラッチCの連結/解放状態、及び駆動用モータ切り離しクラッチDの連結/解放状態を制御可能に構成されている。
以上のように構成された本実施形態に係る車両1においては、主に車両1の駆動に用いられる駆動用モータである第1電気モータ10に対応して第1インバータ110が設けられており、主に発電機として作動する発電用モータ(ジェネレータ)である第2電気モータ20に対応して第2インバータ120が設けられている。第1インバータ110と第2インバータ120は、共通の昇圧コンバータ140に対して並列に接続されており、当該昇圧コンバータ140から直流電力の供給を受ける。各インバータ110,120は、それぞれ第1電気モータ10及び第2電気モータ20の運転状態に応じて、駆動用モータに対応する第1インバータ110に印加することが要求される直流電圧である駆動用モータ要求電圧と、発電用モータに対応する第2インバータ120に印加することが要求される直流電圧であるジェネレータ要求電圧が異なる。
このとき、制御装置100は、駆動用モータ要求電圧とジェネレータ要求電圧のうち、最も要求電圧が高いものと電源電圧に基づいて、昇圧コンバータ140の昇圧回路における昇圧比を設定する必要がある。すなわち、ジェネレータ要求電圧に比べて駆動用モータ要求電圧が高い場合、制御装置100は、ジェネレータ要求電圧を考慮することなく、駆動用モータ要求電圧と、蓄電装置130が昇圧コンバータ140に供給する直流電力の電圧である電源電圧に基づいて、昇圧コンバータ140における昇圧比を設定する。
このような昇圧回路としての昇圧コンバータ140と、駆動用モータである第1電気モータ10とを有する車両1においては、当該車両1の減速走行中などにおいて、駆動用モータ切り離しクラッチDを係合状態にしている場合、第1電気モータ10を力行させていなくとも、ロータ11が駆動輪77からの機械的動力を受けて回転する、いわゆる「連れ回り」が生じることがある。第1電気モータ10がロータ11にトルクを生じさせていない場合にロータ11が連れ回わされると、第1電気モータ10には、ロータ11の回転速度に略比例して誘起電圧が生じる。
車両1が比較的高い車速で巡航している状態から減速する場合等において、ロータ11が連れ回りにより回転すると、第1電気モータ10に生じる誘起電圧が高くなることがある。このとき、電気モータ10においてロータ11にトルクを生じさせていない場合であっても、第1電気モータ10に対応する駆動用モータ要求電圧は、誘起電圧に比べて高い値に設定される必要がある。駆動用モータ要求電圧が、第2電気モータ20に対応するジェネレータ要求電圧に比べて高い場合、昇圧コンバータ140は、駆動用モータ要求電圧に合わせて、昇圧コンバータ140における昇圧比を設定する必要があり、駆動用モータ要求電圧を考慮しない場合に比べて昇圧比が増大してしまうという問題が生じる。
昇圧コンバータ140における昇圧比が増大すると、その内部における直流電力の変換効率が低下するという問題が生じる。また、当該昇圧比の増大により、駆動用モータに対応して設けられた第1インバータ110以外に、昇圧コンバータ140に対して並列に接続された第2インバータ120内において、直流電力から交流電力に変換するときの降圧比が、駆動用モータ要求電圧を考慮しない場合に比べて増大してしまい、当該変換効率を低下させてしまうという問題も生じる。
そこで、本実施形態に係る車両1において、制御装置100は、駆動用モータである第1電気モータ10に生じる誘起電圧が、設定電圧以上である場合には、駆動輪77とロータ11との間における動力伝達が遮断されるよう、駆動用モータ切り離しクラッチDを解放状態に制御しており、以下に、図1、図2及び図3を用いて説明する。図2は、本実施形態に係る制御装置が実行する、駆動用モータ切り離しクラッチのクラッチ連結/解放制御を示すフローチャートである。図3は、本実施形態に係る制御装置が実行する、昇圧コンバータの昇圧比設定制御を示すフローチャートである。
まず、本実施形態に係る車両用制御装置が実行する駆動用モータ切り離しクラッチDのクラッチ連結/解放制御について図1及び図2を用いて説明する。車両1の走行中において、制御装置100は、当該クラッチ連結/解放制御を繰り返し実行する。なお、以下の説明においては、説明を容易にするため、トランスファークラッチ84を解放状態にして推進軸60とリア側の駆動輪(後輪)99との間における動力伝達が遮断された状態について説明する。
まず、ステップS02において、制御装置100は、各種の制御変数を取得する。制御変数には、車両1の走行速度である「車速」が含まれている。なお、車速は、駆動輪77,99の回転速度より求めることができる。加えて、制御装置100は、駆動用モータ切り離しクラッチDの連結/解放状態を、制御変数として取得する。
そして、ステップS04において、制御装置100は、駆動用モータである第1電気モータ10に生じている誘起電圧(駆動用モータ誘起電圧)を算出する。この誘起電圧は、駆動用モータである第1電気モータ10のロータ11の回転速度(第1モータ回転速度)に略比例している。駆動用モータ切り離しクラッチDが連結状態にある場合、車速と第1モータ回転速度は、比例しているので、制御装置100は、車速に基づいて誘起電圧を算出、推定することができる。車速に対する第1電気モータ10の誘起電圧の関係を示すテーブルは、予め適合実験等により求められており、制御定数として制御装置100のROMに予め記憶されている。
なお、ステップS04において、制御装置100は、第1電気モータ10の誘起電圧を、当該第1電気モータ10において直接検出することにより、誘起電圧を算出するものとしても良い。この場合、車速に対する誘起電圧の関係を示すテーブル等が不要となる。また、ステップS04において、制御装置100は、第1電気モータ10のロータ11の回転速度である「第1モータ回転速度」を検出し、当該第1モータ回転速度に基づいて第1電気モータ10に生じる誘起電圧を算出するものとしても良い。第1モータ回転速度に対する誘起電圧の関係を示すテーブルを予め求めておくだけで、第1電気モータ10の誘起電圧を算出し、推定することができる。
そして、ステップS06において、制御装置100は、算出された駆動用モータ誘起電圧が、予め設定された設定電圧以上であるか否かを判定する。設定電圧は、駆動輪77と第1電気モータ10のロータ11との間における動力伝達を遮断する必要があるか否かを判定する閾値である。設定電圧は、予め適合実験等により求められており、任意の値に設定されている。設定電圧は、第1電気モータ10の誘起電圧が、当該設定電圧以上であると、これに応じて第1電気モータ10の駆動用モータ要求電圧、及び昇圧コンバータ140における昇圧比が増大して、当該昇圧コンバータ140における低圧の直流電力から高圧の直流電力への変換効率、及び第2インバータ120における直流電力から交流電力への変換効率が悪化するような値に設定することができる。また、設定電圧は、第1電気モータ10の誘起電圧が、当該設定電圧以上であると、第1電気モータ10を力行させようとしても、ロータ11にトルクを生じさせることができなくなるような値に設定することもできる。設定電圧は、制御定数として制御装置100のROMに予め記憶されている。
そして、駆動用モータ誘起電圧である第1電気モータ10の誘起電圧が、設定電圧を下回る場合(S06,No)、制御装置100は、ステップS08において、駆動用モータ切り離しクラッチDが連結状態にあるか否かを判定する。そして、駆動用モータ切り離しクラッチDが、連結状態でない場合(S08,No)、制御装置100は、ステップS10において、駆動用モータ切り離しクラッチDを連結状態にする。
このように、駆動用モータ誘起電圧が、設定電圧以上ではない場合には、制御装置100が駆動用モータ切り離しクラッチDを連結状態にするので、即座に第1電気モータ10を力行させて車両1を駆動することができる。
一方、第1電気モータの誘起電圧が、設定電圧以上である場合(S06,Yes)、制御装置100は、ステップS12において、駆動用モータ切り離しクラッチDが解放状態にあるか否かを判定する。駆動用モータ切り離しクラッチDが解放状態ではない場合(S12,No)、制御装置100は、ステップS14において、駆動用モータ切り離しクラッチDを解放状態に制御する。
このように、駆動用モータ誘起電圧が、設定電圧以上である場合には、制御装置100が駆動用モータ切り離しクラッチDを解放状態に制御するので、第1電気モータ10のロータ11と駆動輪77との間における動力伝達が遮断される。当該ロータ11は、駆動輪77に連れ回ることがなくなり、第1電気モータ10において誘起電圧が生じることが抑制される。
次に、本実施形態に係る車両用制御装置が実行する昇圧コンバータの昇圧比設定制御について図1及び図3を用いて説明する。車両1の走行中において、制御装置100は、当該昇圧比設定制御を繰り返し実行する。
まず、ステップS22において、制御装置100は、各種の制御変数を取得する。制御変数には、車速、アクセル操作量、駆動用モータ切り離しクラッチDの連結/解放状態、駆動用モータである第1電気モータ10の運転状態(第1モータ回転速度及び第1モータトルク)、第2電気モータ20の運転状態(第2モータ回転速度及び第2モータトルク)等が含まれている。
そして、ステップS24において、制御装置100は、駆動用モータ切り離しクラッチDが解放状態にあるか否かを判定する。すなわち、制御装置100は、駆動用モータである第1電気モータ10のロータ11が、駆動輪77に連れ回されて誘起電圧が生じるか否かを判定している。
駆動用モータ切り離しクラッチDが解放状態ではない場合(S24,No)、制御装置100は、ステップS26において、駆動用モータである第1電気モータ10がロータ11に生じさせることが要求される機械的動力(以下、駆動用モータ要求動力と記す)を算出する。駆動用モータ要求動力は、車速やアクセル操作量等から算出することができる。
そして、ステップS28において、制御装置100は、算出された駆動用モータ要求動力に基づいて、駆動用モータ要求電圧を算出する。本実施形態において駆動用モータ要求電圧は、第1電気モータ10に交流電力を供給する第1インバータ110に対して印加することが要求される直流電圧である。
一方、駆動用モータ切り離しクラッチDが解放状態である場合(S24,Yes)、すなわち、駆動輪77にロータ11が連れ回されることがなく、第1電気モータ10における誘起電圧の発生が抑制される場合には、上述した駆動用モータ要求動力の算出(S26)、及びジェネレータ要求動力の算出(S28)を行うことなく、ステップS30に進む。
そして、ステップS30において、制御装置100は、主に発電機として作動する第2電気モータ20がロータ22に生じさせることが要求される機械的動力(以下、ジェネレータ要求動力と記す)を算出する。
そして、ステップS32において、制御装置100は、算出されたジェネレータ要求動力に基づいて、ジェネレータ要求電圧を算出する。本実施形態においてジェネレータ要求電圧は、主に発電機として作動する第2電気モータ20に交流電力を供給する第2インバータ20に対して印加することが要求される直流電圧である。
そして、ステップS34において、制御装置100は、昇圧コンバータ140における昇圧比を設定して、当該昇圧比での昇圧処理を当該昇圧コンバータ140に行わせる。その後、ステップS22に戻る。
駆動用モータ切り離しクラッチDが解放状態ではない場合(S24,No)、制御装置100は、第1電気モータ10に対応して設けられた第1インバータ110に印加することが要求される電圧である「駆動用モータ要求電圧」と、第2電気モータ20に対応して設けられた第2インバータ120に印加することが要求される「ジェネレータ要求電圧」との双方を考慮して、昇圧コンバータ140における昇圧比を設定する。具体的には、駆動用モータ要求電圧と、ジェネレータ要求電圧とを比較して、より高い方の要求電圧に合わせて昇圧比を設定する。
一方、駆動用モータ切り離しクラッチDが解放状態である場合(S24,Yes)、すなわち駆動輪77にロータ11が連れ回されることが防止され、第1電気モータ10において誘起電圧が生じることが抑制される場合には、制御装置100は、駆動用モータ要求電圧を考慮することなく、ジェネレータ要求電圧のみを考慮して、昇圧コンバータ140における昇圧比を設定する。具体的には、ジェネレータ要求電圧に合わせて昇圧比を設定する。
以上に説明したように本実施形態に係る車両1は、主に駆動輪77に向けてロータ11から機械的動力を出力する電気モータである駆動用モータ(第1電気モータ)10を含む、複数の電気モータ10,20と、各電気モータ10,20に供給される電力を蓄える蓄電装置130からの電力を昇圧する昇圧回路(昇圧コンバータ140)と、各電気モータ10,20にそれぞれ対応して設けられ、共通の昇圧コンバータ140の昇圧回路に対して並列に接続されており、当該昇圧回路(昇圧コンバータ140)から受けた電力を、それぞれ対応する電気モータ10,20に供給する電力に変換する電力変換回路として、それぞれ第1インバータ110、第2インバータ120と有している。
さらに、車両1は、駆動輪77と駆動用モータ(第1電気モータ)10のロータ11との間における動力伝達を遮断可能なクラッチである駆動用モータ切り離しクラッチDと、駆動輪77からの機械的動力を受けて駆動用モータ(第1電気モータ)10のロータ11が回転することにより生じる誘起電圧が、設定電圧以上である場合に、駆動輪77と駆動用モータ10のロータ11との間における動力伝達が遮断されるよう駆動用モータ切り離しクラッチDを解放状態に制御する制御装置100とを有するものとした。当該クラッチDを解放状態に制御することで、駆動輪77にロータ11が連れ回ることがなくなり、駆動用モータ10において高い誘起電圧が生じることが抑制されると共に、誘起電圧に比べて高い値に設定される電圧であり、駆動用モータ10に対応して設けられた電力変換回路を含む第1インバータ110に対して印加することが要求される電圧である「駆動用モータ要求電圧」が、高い値に設定されることを抑制することができる。複数の要求電圧のうち高い値に合わせて設定される昇圧コンバータ140の昇圧回路における昇圧比の増大を抑制することができる。また、昇圧コンバータ140における昇圧比が抑制されることにより、当該昇圧コンバータ140に対して並列に接続された、他の電気モータ(第2電気モータ)20の電力変換回路(第2インバータ)120における降圧比を抑制することができる。
また、本実施形態に係る車両1において、制御装置100は、駆動用モータ切り離しクラッチDが連結状態にある場合、駆動用モータ10を含む各電気モータ10,20に対応して設けられた電力変換回路を含むインバータ110,120に、それぞれ印加することが要求される各要求電圧、すなわち「駆動用モータ要求電圧」と「ジェネレータ要求電圧」に基づいて、昇圧コンバータ140の昇圧回路における昇圧比を設定する。一方、駆動用モータ切り離しクラッチDが解放状態にある場合、駆動用モータ10に対応して設けられた電力変換回路(第1インバータ110)に印加することが要求される要求電圧である「駆動用モータ要求電圧」を考慮することなく、他の電力変換回路(第2インバータ120)に印加することが要求される要求電圧である「ジェネレータ要求電圧」に基づいて、昇圧回路における昇圧比を設定するものとした。駆動用モータ切り離しクラッチDが解放状態にある場合には、駆動輪77にロータ11が連れ回ることがなく、第1電気モータ10において高い誘起電圧が生じることがないので、駆動用モータ要求電圧も低い値となるため、昇圧コンバータ140における昇圧比は、当該駆動用モータ切り離しクラッチDを考慮する必要がなくなる。昇圧コンバータ140における昇圧比は、駆動用モータ以外の電気モータである第2電気モータ20に対応する第2インバータ120の「ジェネレータ要求電圧」のみを考慮して設定することができる。
なお、本実施形態において、車両1は、主に駆動輪77に向けて機械的動力を出力する第1電気モータ10と、主に発電機として作動する第2電気モータ20とを有するものとしたが、本発明が適用可能な、車両が有する電気モータの態様は、これに限定されるものではない。本発明は、複数の電気モータごとに電力変換回路が設けられ、当該電力変換回路が共通の昇圧回路に対して並列に接続されており、複数の電気モータのうち少なくとも一つが、主に駆動輪に向けてロータから機械的動力を出力する駆動用モータであれば、適用することができる。例えば、主に駆動輪に向けてロータから機械的動力を出力する駆動用モータを、複数個備える車両にも本発明を適用することができる。例えば、前輪駆動用モータと後輪駆動用モータを備えた車両や、駆動輪ごとにインホイールモータを備えた車両にも本発明を適用することができる。
また、本実施形態において、第1電気モータ10及び第2電気モータ20は、永久磁石型交流同期モータであり、且つ昇圧コンバータ140の昇圧回路からの電力を、それぞれ対応する電気モータ10,20に供給する電力に変換する電力変換回路として、昇圧コンバータ140からの直流電力を交流電力に変換するインバータ110,120であるものとしたが、電力変換回路の態様は、これに限定されるものではない。本発明の電力変換回路は、電気モータごとに対応して設けられ、共通の昇圧回路に対して並列に接続されており、且つ当該昇圧回路からの電力を、それぞれ対応する電気モータに供給する電力に変換するものであれば良く、例えば、駆動用モータを含む電気モータとして直流モータを用いると共に、電力変換回路として直流モータに印加する平均電圧を変化させる直流チョッパを用いるものとしても良い。
また、本実施形態において、複数の電気モータは、駆動用電気モータである第1電気モータ10と、主に発電機として作動する第2電気モータ20であるものとしたが、本発明が適用可能な「複数の電気モータ」の態様は、これに限定されるものではない。本発明の電気モータは、共通の昇圧回路に対して並列に接続された電力変換回路から電力の供給を受けるものであれば良く、例えば、駆動用モータ以外の電気モータとして、エアコンディショナのコンプレッサ駆動用の電気モータが、本発明の電力変換回路から電力の供給を受けるものとしても良い。
A 連結クラッチ
B 増速ブレーキ
C 遊星歯車側切り離しクラッチ
D 駆動用モータ切り離しクラッチ
1 車両
5 内燃機関
10 第1電気モータ(駆動用モータ)
11 第1電気モータのロータ
20 第2電気モータ(発電用モータ)
22 第2電気モータのロータ
30 遊星歯車装置(動力分割機構)
33 遊星歯車装置のプラネタリキャリア
35 遊星歯車装置の第1プラネタリピニオン
36 遊星歯車装置の第1サンギア
44 遊星歯車装置のリングギア
50 増速機構
51 遊星歯車装置の第2プラネタリピニオン(増速機構)
52 遊星歯車装置の第2サンギア(増速機構)
60,80 推進軸
70,90 差動装置
77,99 駆動輪
100 車両用制御装置(制御装置、制御手段)
110 第1インバータ(電力変換器、電力変換回路)
120 第2インバータ(電力変換器、電力変換回路)
130 蓄電装置
140 昇圧コンバータ(昇圧器、昇圧回路、DC/DCコンバータ)

Claims (5)

  1. 主に駆動輪に向けてロータから機械的動力を出力する電気モータである駆動用モータを含む、複数の電気モータと、
    各電気モータに供給される電力を蓄える蓄電装置からの電力を昇圧する昇圧回路と、
    各電気モータにそれぞれ対応して設けられ、共通の昇圧回路に対して並列に接続されており、当該昇圧回路から受けた電力を、それぞれ対応する電気モータに供給する電力に変換する電力変換回路と、
    駆動輪と駆動用モータのロータとの間における動力伝達を遮断可能なクラッチである駆動用モータ切り離しクラッチと、
    駆動輪からの機械的動力を受けて駆動用モータのロータが回転することにより生じる誘起電圧が、設定電圧以上である場合に、駆動輪と駆動用モータのロータとの間における動力伝達が遮断されるよう、駆動用モータ切り離しクラッチを解放状態に制御する制御装置と、
    を備える車両。
  2. 請求項1に記載の車両において、
    制御装置は、駆動用モータ切り離しクラッチが解放状態にある場合、駆動用モータに対応して設けられた電力変換回路に印加することが要求される要求電圧である駆動用モータ要求電圧を考慮することなく、他の電力変換回路に印加することが要求される要求電圧に基づいて、昇圧回路における昇圧比を設定する
    車両。
  3. 請求項1又は2に記載の車両において、
    駆動用モータは、駆動用モータ切り離しクラッチが連結状態にある場合に、駆動輪と連動してロータが回転する第1電気モータであり、
    複数の電気モータのうち一つは、主に発電機として作動する第2電気モータであり、
    昇圧回路を含み、蓄電装置からの直流電力を昇圧して、より高い電圧の直流電力に変換する昇圧コンバータと、
    電力変換回路を含み、昇圧コンバータからの直流電力を、第1電気モータに供給する交流電力に変換する第1インバータと、
    電力変換回路を含み、昇圧コンバータからの直流電力を、第2電気モータに供給する交流電力に変換する第2インバータと、
    を備える車両。
  4. 主に駆動輪に向けてロータから機械的動力を出力する電気モータである駆動用モータを含む複数の電気モータを備え、電力を蓄える蓄電装置からの電力を昇圧する昇圧回路と、各電気モータにそれぞれ対応して設けられ共通の昇圧回路に対して並列に接続されており当該昇圧回路から受けた電力をそれぞれ対応する電気モータに供給する電力に変換する電力変換回路と、を有する車両に用いられ、駆動輪と駆動用モータのロータとの間における動力伝達を遮断可能なクラッチである駆動用モータ切り離しクラッチを制御可能な車両用制御装置であって、
    駆動輪からの機械的動力を受けて駆動用モータのロータが回転することにより生じる誘起電圧が、設定電圧以上である場合、駆動輪と駆動用モータのロータとの間における動力伝達が遮断されるよう、駆動用モータ切り離しクラッチを解放状態に制御する
    ことを特徴とする車両用制御装置。
  5. 請求項4に記載の車両用制御装置において、
    駆動用モータ切り離しクラッチが解放状態にある場合、駆動用モータに対応して設けられた電力変換回路に印加することが要求される要求電圧である駆動用モータ要求電圧を考慮することなく、他の電力変換回路に印加することが要求される要求電圧に基づいて、昇圧回路における昇圧比を設定する
    車両用制御装置。
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