JP2014113003A - 車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】インバータの停止時に回転電機におけるトルク変動の発生を抑制する。
【解決手段】制御装置は、インバータを含む電気回路の異常によりインバータが停止する場合であって(S100にてYES)、かつ、第2MGにおいて生じる逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高い場合(S102にてYES)、トルク推定値が実質的にゼロである場合(S104にてYES)、あるいは、車両が加減速状態である場合(S106にてYES)、昇圧目標上昇制御を実行するステップ(S108)と、逆起電圧Vrがシステム電圧よりも低い場合(S102にてNO)、トルク推定値がゼロでない場合(S104にてNO)、あるいは、車両が加減速状態でない場合(S106にてNO)、通常昇圧制御を実行するステップ(S110)とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図5

Description

本発明は、回転電機とインバータとコンバータとを搭載する車両の制御に関する。
特開2001−157487号公報(特許文献1)には、インバータの異常時に回転電機の各相に応じて分けられた複数の駆動回路のうち異常が発生している駆動回路の動作を停止させ、全体の負荷量を残りの駆動回路で分担させるように制御する回転電機の制御装置が開示される。
特開2001−157487号公報 特開2009−100507号公報
ところで、インバータを含む電気回路に過電流等の異常が発生している場合はインバータの作動を停止させる場合がある。その後に、車両を退避走行させる場合には、回転電機が回転状態になるため回転電機において逆起電圧が発生する場合がある。そして、回転電機において発生する逆起電圧がインバータよりもバッテリ側のシステム電圧よりも高くなる場合には、回転電機からインバータ側への電流(回生電流)が生じる。そのため、回転電機にトルク変動が生じる場合がある。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、インバータの停止時に回転電機におけるトルク変動の発生を抑制する車両を提供することである。
この発明のある局面に係る車両は、電源から供給される直流電圧を電源の電圧以上に昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータから供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、交流電力により車両の駆動力を発生する回転電機と、インバータおよび昇圧コンバータを制御するための制御装置とを含む。制御装置は、インバータを含む電気回路の異常によりインバータが停止する場合であって、かつ、回転電機において生じる逆起電圧が昇圧コンバータとインバータとの間のシステム電圧よりも高い場合には、回転電機における回生トルクの発生を抑制するように昇圧コンバータを制御する。
好ましくは、制御装置は、電気回路の異常によりインバータが停止する場合であって、かつ、逆起電圧がシステム電圧よりも高い場合には、システム電圧が逆起電圧よりも高くなるように昇圧コンバータを制御する。
さらに好ましくは、車両の減速度を検出するための減速度検出部をさらに含む。制御装置は、電気回路の異常によりインバータが停止する場合に、減速度検出部により検出された減速度に応じて昇圧コンバータを制御する。
さらに好ましくは、制御装置は、電気回路の異常によりインバータが停止する場合であって、かつ、車両に減速が要求される場合には、減速度検出部により検出された減速度と車両の状態に基づいて決定される目標値との差に基づいて回生トルクの要求量を算出し、算出された要求量に対応する回生トルクが発生するように昇圧コンバータの昇圧量を決定する。
さらに好ましくは、制御装置は、電気回路の異常によりインバータが停止する場合であって、かつ、逆起電圧がシステム電圧よりも高い場合には、車両に加速が要求されるときに、システム電圧が逆起電圧よりも高くなるように昇圧コンバータを制御する。
さらに好ましくは、制御装置は、システム電圧を所定値だけ昇圧するように昇圧コンバータを制御する。
さらに好ましくは、制御装置は、システム電圧が逆起電圧よりも所定値だけ高くなるように昇圧コンバータを制御する。
この発明によると、インバータが停止する場合であって、かつ、逆起電圧がシステム電圧より高い場合に、回転電機における回生トルクの発生を抑制するように昇圧コンバータを制御することにより、回転電機からインバータ側への電流の発生を抑制することができる。そのため、回転電機においてトルク変動が発生することを抑制することができる。したがって、インバータの停止時に回転電機におけるトルク変動の発生を抑制する車両を提供することができる。
第1の実施の形態に係る車両の一例として示されるハイブリッド車両の概略ブロック図である。 第2インバータおよび第2MGの詳細な構成を示す図である。 第2MGの回転速度と逆起電圧とシステム電圧との関係を示す図である。 第1の実施の形態に係る車両に搭載される制御装置の機能ブロック図である。 第1の実施の形態に係る車両に搭載される制御装置で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 第1の実施の形態に係る車両に搭載される制御装置の動作を説明するための図である。 第2の実施の形態に係る車両に搭載される制御装置の機能ブロック図である。 第2の実施の形態における回生トルク制御部の詳細な構成を示す図である。 第2の実施の形態に係る車両に搭載される制御装置で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 第3の実施の形態に係る車両に搭載される制御装置の機能ブロック図である。 第3の実施の形態に係る車両に搭載される制御装置で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返されない。
<第1の実施の形態>
図1に、本実施の形態に係る車両の一例として示されるハイブリッド車両1(以下、単に車両1と記載する)の概略ブロック図を示す。図1に示すように、車両1は、エンジン2と、第1モータジェネレータ3(以下、第1MG3と記載する)と、動力分割装置4と、第2モータジェネレータ5(以下、第2MG5と記載する)と、車輪6と、第1インバータ8aと、第2インバータ8bと、昇圧コンバータ10と、バッテリ50と、制御装置100と、平滑コンデンサC1とを含む。
制御装置100には、Gセンサ200と、アクセルポジションセンサ202と、ブレーキポジションセンサ204と、第1電圧センサ212と、第2電圧センサ214とが接続される。
エンジン2、第1MG3および第2MG5は、動力分割装置4に連結される。車両1は、エンジン2、第1MG3および第2MG5の少なくともいずれか一方の駆動力によって走行する。エンジン2が発生する動力は、動力分割装置4によって2経路に分割される。すなわち、一方の経路は車輪6へ伝達される経路であり、もう一方の経路は第2MG5へ伝達される経路である。
第1MG3および第2MG5は、いずれも交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流動機電動機である。
第1MG3は、動力分割装置4によって分割されたエンジン2の運動エネルギーを用いて逆起電力を発生させる(発電)。たとえば、バッテリ50の充電状態(以下、SOC(State Of Charge)と記載する)が予め定められた値よりも低くなると、エンジン2が始動して第1MG3がエンジン2によって回転駆動され、第1MG3において逆起電力が発生する。そして、その逆起電力は、第1インバータ8aにより交流電力から直流電力に変換され、昇圧コンバータ10により電圧が調整されてバッテリ50に供給される。
第2MG5は、バッテリ50に蓄えられた電力および第1MG3により発電された電力の少なくともいずれか一方を用いて車両1の駆動力を発生させる。第2MG5の駆動力は車輪6に伝達される。これにより、第2MG5はエンジン2をアシストしたり、第2MG5からの駆動力によって車両1を走行させたりする。
また、車両1の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両1に蓄えられた力学的エネルギーが車輪6を経由して第2MG5の回転駆動に用いられ、第2MG5において逆起電力が発生する(発電)。そして、その逆起電力は、第2インバータ8bにより交流電力から直流電力に変換され、昇圧コンバータ10により電圧が調整されてバッテリ50へ供給される。
これにより、第2MG5は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとしての動作を行なう。第2MG5において発電された電力は、バッテリ50に蓄えられる。
動力分割装置4は、エンジン2と、第1MG3と、第2MG5とに連結されてこれらの間で動力を分配する。たとえば、動力分割装置4としては、サンギヤ、プラネタリキャリアおよびリングギヤの3つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。
この3つの回転軸がエンジン2、第1MG3および第2MG5の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、第1MG3のロータを中空としてその中心にエンジン2のクランク軸を通すことで動力分割装置4にエンジン2と第1MG3と第2MG5とを機械的に接続することができる。
なお、第2MG5の回転軸は、図示されない減速ギヤ、差動ギヤあるいはドライブシャフト等を介在して車輪6に連結される。
バッテリ50は、充放電可能な蓄電装置である。バッテリ50は、図示しないシステムメインリレーを経由して昇圧コンバータ10に直流電力を供給する。また、バッテリ50は、昇圧コンバータ10から出力される直流電力を受けて充電される。なお、バッテリ50として、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池を用いることができる。また、バッテリ50に代えて電気二重層キャパシタを用いることができる。
昇圧コンバータ10は、npn型トランジスタQ1,Q2と、ダイオードD1,D2と、リアクトルL1と、コンデンサC2とを含む。npn型トランジスタQ1,Q2は、正極線PL2と負極線NLとの間に直列に接続される。ダイオードD1,D2は、それぞれnpn型トランジスタQ1,Q2に逆並列に接続される。リアクトルLは、npn型トランジスタQ1,Q2の接続ノードと正極線PL1との間に接続される。
なお、以下では、npn型トランジスタQ1およびそれに逆並列に接続されるダイオードD1から成るモジュールを「上アーム」とも称し、npn型トランジスタQ2およびそれに逆並列に接続されるダイオードD2から成るモジュールを「下アーム」とも称する。
なお、npn型トランジスタとして、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることができる。また、npn型トランジスタに代えて、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の電力スイッチング素子を用いてもよい。
昇圧コンバータ10は、制御装置100からの信号PWCに基づいて、バッテリ50から出力される電圧を昇圧して正極線PL2へ出力する。具体的には、昇圧コンバータ10は、npn型トランジスタQ2のオン時に流れる電流をリアクトルLに磁場エネルギーとして蓄積し、その蓄積されたエネルギーをnpn型トランジスタQ2のオフ時にダイオードD1を介して正極線PL2へ放出することによって、バッテリ50から出力される電圧を昇圧する。
なお、npn型トランジスタQ2のオンデューティーを大きくすると、リアクトルLに蓄積されるエネルギーが大きくなるので、正極線PL2の電圧は上昇する。一方、npn型トランジスタQ1のオンデューティーを大きくすると、正極線PL2から正極線PL1へ流れる電流が大きくなるので、正極線PL2の電圧は低下する。そこで、npn型トランジスタQ1,Q2のデューティ比を制御することによって、正極線PL2の電圧を正極線PL1の電圧(バッテリ50の電圧)以上の任意の電圧に制御することができる。
制御装置100は、基本的には、PWM制御に用いられる搬送波(図示せず)の1周期に相当するスイッチング周期の各々において、スイッチング素子Q1およびQ2が相補的かつ交互にオンオフするように昇圧コンバータ10を制御する。
制御装置100は、スイッチング素子Q1,Q2のオン期間比(デューティ比)を制御することによって、昇圧コンバータ10の昇圧比(VH/VL)を制御することができる。したがって、制御装置100は、直流電圧VL,VHの検出値と電圧指令値とに従って演算されたデューティ比に従って、スイッチング素子Q1,Q2のオンオフを制御する。
第1インバータ8aおよび第2インバータ8bは、第1MG3および第2MG5にそれぞれ対応して設けられる。
第1インバータ8aは、第1MG3が発生した逆起電力(三相交流電力)を直流電力に変換し、回生電力として正極線PL2へ出力する。また、第1インバータ8aは、エンジン2の始動時、正極線PL2から受ける直流電力を制御装置100からの信号PWIaに基づいて三相交流電力に変換し、第1MG3へ出力する。また、第1インバータ8aは、制御装置100からシャットダウン信号SDaを受信すると、第1インバータ8aに含まれる全てのトランジスタのゲートを遮断することによって動作を停止する。
第2インバータ8bは、正極線PL2から受ける直流電力を制御装置100からの信号PWIbに基づいて三相交流電力に変換し、第2MG5へ出力する。また、第2インバータ8bは、車両1の制動時や下り斜面での加速度低減時、第2MG5が発生した逆起電力(三相交流電力)を直流電力に変換し、回生電力として正極線PL2へ出力する。また、第2インバータ8bは、制御装置100からシャットダウン信号SDbを受信すると、第2インバータ8bに含まれる全てのトランジスタ(図2参照)のゲートを遮断することによって動作を停止する。
Gセンサ200は、車両1の加速度Gを検出する。Gセンサ200は、検出した車両1の加速度Gを示す信号を制御装置100に送信する。なお、加速度Gが正値である場合には、車両1が加速状態であることを示し、加速度Gが負値の場合は、車両1が減速状態であることを示す。
アクセルポジションセンサ202は、アクセルペダル206の踏込量APを検出する。アクセルポジションセンサ202は、検出したアクセルペダル206の踏込量APを示す信号を制御装置100に送信する。
ブレーキポジションセンサ204は、ブレーキペダル208の踏込量BKを検出する。ブレーキポジションセンサ204は、検出したブレーキペダル208の踏込量BKを示す信号を制御装置100に送信する。
第1電圧センサ212は、平滑コンデンサC1の電圧VHを検出する。第1電圧センサ212は、検出した電圧VHを示す信号を制御装置100に送信する。
第2電圧センサ214は、コンデンサC2の電圧VLを検出する。第2電圧センサ214は、検出した電圧VLを示す信号を制御装置100に送信する。
制御装置100は、アクセルペダル206の踏込量APや車両速度、その他各センサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ10、第1インバータ8aおよび第2インバータ8bをそれぞれ駆動するための信号PWC,PWIaおよびPWIbをそれぞれ生成する。制御装置100は、その生成した信号PWC,PWIaおよびPWIbを昇圧コンバータ10、第1インバータ8aおよび第2インバータ8bへそれぞれ出力する。
次に、図2を用いて第2MG5と第2インバータ8bとの構成について詳細に説明する。なお、第1インバータ8aは、第2インバータ8bと同様の構成であり、第1MG3は、第2MG5と同様の構成であるため、第1MG3と第1インバータ8aとの構成についての詳細な説明は繰り返さない。
第2インバータ8bは、正極線PL2と負極線NLとの間に並列に設けられる、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とにより構成される。各相上下アームは正極線PL2および負極線NLの間に直列に接続されたスイッチング素子により構成される。
たとえば、U相上下アーム15は、スイッチング素子Q3,Q4を含み、V相上下アーム16は、スイッチング素子Q5,Q6を含み、W相上下アーム17は、スイッチング素子Q7,Q8を含む。また、スイッチング素子Q3〜Q8に対して、逆並列ダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q3〜Q7のオンオフは、制御装置100からの信号PWIbによって制御される。
第2MG5は、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て構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相上下アーム15〜17のスイッチング素子の中間点にそれぞれ接続される。
第2インバータ8bは、第2MG5のトルク指令値が正の場合には、平滑コンデンサC1から直流電圧が供給されると制御装置100からの信号PWIbに応答した、スイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するように第2MG5を駆動する。
また、第2インバータ8bは、第2MG5のトルク指令値が零の場合には、制御装置100からの信号PWIbに応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように第2MG5を駆動する。これにより、第2MG5は、トルク指令値によって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
さらに、車両1の回生制動時には、第2MG5のトルク指令値は負値に設定される。この場合には、第2インバータ8bは、制御装置100からの信号PWIbに応答したスイッチング動作により、第2MG5が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧(システム電圧VH)を、平滑コンデンサC1を介して昇圧コンバータ10へ供給する。
なお、ここでいう回生制動とは、車両1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206をオフすることで回生発電をさせながら車両1を減速(または加速の中止)させることを含む。
また、第2MG5のトルク指令値は、たとえば、アクセルペダル206の踏込量AP、ブレーキペダル208の踏込量BK、車両1の速度、加速度G等に基づく車両1に要求されるパワーあるいは駆動力に基づいて決定される。
たとえば、アクセルペダル206が解除され、かつ、ブレーキペダル208が踏み込まれる場合には、回生制動と油圧ブレーキとの協調制御が実行される。この場合、ブレーキペダル208の踏込量および車両1の速度に基づいて車両1の減速度の目標値が決定される。そして、車両1の減速度(加速度G)と目標値との差に基づいて第2MG5のトルク指令値(回生トルクの要求量)が決定される。
第1電流センサ23は、第2MG5に流れる相電流ivを検出し、その検出値を制御装置100に出力する。さらに、第2電流センサ24は、第2MG5に流れる相電流iwを検出し、その検出値を制御装置100に出力する。本実施の形態においては、制御装置100は、相電流iu,iv,ivの瞬時値の和がゼロであることを利用して、第1電流センサ23および第2電流センサ24の検出結果に基づいて相電流iuを算出する。なお、相電流iuを検出するセンサをさらに設けてもよい。
回転角センサ(レゾルバ)25は、第2MG5のロータ回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置100へ出力する。制御装置100では、回転角θに基づき第2MG5の回転速度Nm2および回転角速度ωを算出する。なお、回転角センサ25については、回転角θを制御装置100にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。
制御装置100は、電子制御ユニット(ECU)により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないCPU(Central Processing Unit)で実行することによるソフトウェア処理および/または専用の電子回路によるハードウェア処理により、車両1の動作を制御する。
このような構成を有する車両1において、制御装置100は、たとえば、第1インバータ8aと第2インバータ8bと昇圧コンバータ10とを含む電気回路に異常が発生したことが検出された場合には、少なくとも第1インバータ8aおよび第2インバータ8bに対してシャットダウン信号SDa,SDbを送信して、第1インバータ8aおよび第2インバータ8bを停止させる。電気回路の異常とは、たとえば、第1インバータ8aおよび第2インバータ8bの少なくともいずれか一方に過電流が流れる等の異常である。第1インバータ8aおよび第2インバータ8bの停止とは、上述したとおり、第1インバータ8aおよび第2インバータに含まれる全てのトランジスタのゲートを遮断することをいう。
シャットダウン信号SDa,SDbの出力後、所定の条件が成立すると、制御装置100は、車両の走行モードを規定の退避走行モードに移行する。退避走行モードは、たとえば、第2インバータ8bに異常がある場合には、第1MG3あるいはエンジン2を駆動源とするモードである。第2インバータ8bの停止中に、退避走行により第2MG5が回転状態になると、第2MG5において逆起電圧Vrが発生して、発生した逆起電圧Vrに起因して第2MG5において回生トルクが発生する場合がある。
たとえば、図3に第2MG5の回転速度Nm2と逆起電圧Vrとの関係、および、第2インバータ8bと昇圧コンバータ10との間のシステム電圧VHの変化を示す。図3に示すように、たとえば、システム電圧VHとして一定の値VH(0)が維持されているものとする。一方、第2MG5の回転速度Nm2と逆起電圧Vrとは、第2MG5の回転速度が高くなればなるほど逆起電圧Vrが線形的に上昇する関係を有する。
そのため、第2MG5の回転速度がNm2(0)よりも大きくなる場合には、逆起電圧Vrは、システム電圧VH(0)よりも高くなる。この場合、第2MG5から第2インバータ8bを経由して昇圧コンバータ10に向けて回生電流が生じるとともに、回生トルクが発生して第2MG5にトルク変動が生じる場合がある。
そこで、本実施の形態においては、制御装置100が、第2インバータ8bを含む電気回路の異常により第2インバータ8bが停止する場合であって、かつ、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高い場合には、第2MG5における回生トルクの発生を抑制するように昇圧コンバータ10を制御する点を特徴とする。
本実施の形態においては、制御装置100は、電気回路の異常により第2インバータ8bが停止する場合であって、かつ、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高い場合には、システム電圧VHが逆起電圧Vrよりも高くなるように昇圧コンバータ10を制御する。
図4に、本実施の形態に係る車両1に搭載された制御装置100の機能ブロック図を示す。制御装置100は、停止判定部102と、電圧判定部104と、トルク判定部106と、加減速判定部108と、コンバータ制御部110とを含む。
停止判定部102は、第2インバータ8bを含む電気回路の異常の発生に起因して第2インバータ8bが停止状態(ゲート遮断状態)であるか否かを判定する。停止判定部102は、たとえば、上述したように、第2インバータ8bに対してシャットダウン信号SDbが出力されている場合には、電気回路の異常の発生に起因して第2インバータ8bが停止状態であると判定してもよい。なお、停止判定部102は、たとえば、電気回路の異常の発生に起因して第2インバータ8bが停止状態であると判定された場合に、停止判定フラグをオン状態にしてもよい。
電圧判定部104は、停止判定部102によって第2インバータ8bが停止状態であると判定された場合、第2MG5において発生する逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高いか否かを判定する。
電圧判定部104は、たとえば、第2MG5の回転速度Nm2に逆起定数Kvrを乗算することによって第2MG5において発生する逆起電圧Vrを推定し、推定された逆起電圧Vrが第1電圧センサ212によって検出されるシステム電圧VHよりも高いか否かを判定する。逆起定数Kvrは、予め定められた値であって、第2MG5の仕様等に基づいて設計的あるいは実験的に決定される。
なお、電圧判定部104は、たとえば、停止判定フラグがオン状態である場合に、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高いか否かを判定してもよい。また、電圧判定部104は、たとえば、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高い場合には、電圧判定フラグをオン状態にしてもよい。
トルク判定部106は、停止判定部102によって第2インバータ8bが停止状態であると判定された場合には、第2MG5において発生する出力トルクの推定値(以下、トルク推定値と記載する)が実質的にゼロであるか否かを判定する。トルク判定部106は、たとえば、第2MG5に流れる相電流(iu、ivおよびiw)に基づいてトルク推定値を算出する。
トルク判定部106は、たとえば、トルク推定値の大きさがしきい値以下である場合に、トルク推定値が実質的にゼロであると判定してもよい。しきい値は、相電流の検出誤差等を考慮して決定される予め定められた値である。
なお、トルク判定部106は、たとえば、停止判定フラグがオン状態である場合に、トルク推定値が実質的にゼロであるか否かを判定してもよい。また、トルク判定部106は、たとえば、トルク推定値が実質的にゼロであると判定する場合には、トルク判定フラグをオン状態にしてもよい。
加減速判定部108は、停止判定部102によって第2インバータ8bが停止状態であると判定された場合には、車両1が加減速状態であるか否かを判定する。加減速判定部108は、たとえば、車両1が加速状態である場合あるいは減速状態である場合に車両1が加減速状態であると判定する。加減速判定部108は、たとえば、車両1の加速度Gが加速側しきい値G(0)よりも大きい場合に、車両1が加速状態であると判定する。また、加減速判定部108は、たとえば、車両1の加速度Gが減速側しきい値G(1)よりも小さい場合に、車両1が減速状態であると判定する。加速側しきい値G(0)は、ゼロよりも大きい予め定められた値である。減速側しきい値G(1)は、ゼロよりも小さい予め定められた値である。
なお、加減速判定部108は、たとえば、停止判定フラグがオン状態である場合に、車両1が加減速状態であるか否かを判定してもよい。また、加減速判定部108は、たとえば、車両1が加減速状態である場合には、加減速判定フラグをオン状態にしてもよい。
コンバータ制御部110は、電圧判定部104によって逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高いと判定された場合、トルク判定部106によってトルク推定値が実質的にゼロであると判定された場合、あるいは、加減速判定部108によって車両1が加減速状態であると判定された場合に、システム電圧VHが逆起電圧Vrよりも高くなるように昇圧コンバータ10を制御する(以下、この制御を昇圧目標上昇制御とも記載する)。
コンバータ制御部110は、たとえば、通常値よりも所定値だけ高い電圧を昇圧目標電圧として決定し、システム電圧VHが決定された昇圧目標電圧になるように昇圧コンバータ10を制御する。なお、コンバータ制御部110は、たとえば、逆起電圧Vrよりも所定値だけ高い電圧を昇圧目標電圧としてもよい。また、昇圧比を目標値として昇圧コンバータ10を制御してもよい。システム電圧VHの通常値は、電気回路の異常により第2インバータ8bが停止状態とならない場合(すなわち、電気回路が正常状態である場合)の昇圧目標電圧であって、所定値であってもよいし、車両1の状態(たとえば、アクセルペダル206あるいはブレーキペダル208の踏込量、車両1の速度、第1MG3あるいは第2MG5の回転速度等)に応じて決定されてもよい。
なお、コンバータ制御部110は、たとえば、電圧判定フラグ、トルク判定フラグおよび加減速判定フラグのうちの少なくともいずれか一つがオン状態である場合に、システム電圧VHが逆起電圧Vrよりも高くなるように昇圧コンバータ10を制御してもよい。
本実施の形態において、停止判定部102と、電圧判定部104と、トルク判定部106と、加減速判定部108と、コンバータ制御部110とは、いずれも制御装置100のCPUがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記憶媒体に記録されて車両に搭載される。
図5を参照して、本実施の形態に係る車両1に搭載された制御装置100で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
ステップ(以下、ステップをSと記載する)100にて、制御装置100は、第2インバータ8bを含む電気回路の異常により第2インバータ8bが停止状態であるか否かを判定する。第2インバータ8bが停止状態であると判定された場合(S100にてYES)、処理はS102に移される。もしそうでない場合(S100にてNO)、処理はS100に戻される。
S102にて、制御装置100は、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高いか否かを判定する。逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高いと判定された場合(S102にてYES)、処理はS108に移される。もしそうでない場合(S102にてNO)、処理はS104に移される。
S104にて、制御装置100は、第2MG5のトルク推定値が実質的にゼロであるか否かを判定する。第2MG5のトルク推定値が実質的にゼロであると判定された場合(S104にてYES)、処理はS108に移される。もしそうでない場合(S104にてNO)、処理はS106に移される。
S106にて、制御装置100は、車両1が加減速状態であるか否かを判定する。車両1が加減速状態であると判定された場合(S106にてYES)、処理はS108に移される。もしそうでない場合(S106にてNO)、処理はS110に移される。
S108にて、制御装置100は、昇圧目標上昇制御を実行する。制御装置100は、たとえば、通常値よりも所定値だけ高い電圧を昇圧目標電圧として決定して、システム電圧VHが決定された昇圧目標電圧になるように昇圧コンバータ10を制御する。
S110にて、制御装置100は、通常昇圧制御を実行する。具体的には、制御装置100は、通常値を昇圧目標電圧として決定して、システム電圧VHが決定された昇圧目標電圧になるように昇圧コンバータ10を制御する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る車両1に搭載された制御装置100の動作について図6を参照しつつ説明する。
たとえば、第2インバータ8bにおいて異常が発生したことにより、第2インバータ8bが停止状態になった後に、車両1が退避走行を行なう場合を想定する。また、昇圧コンバータ10が通常値VH(0)を昇圧目標電圧として制御されているものとする。たとえば、下り坂の路面上において車両1が退避走行を行なう場合には、第2MG5の回転速度Nm2の上昇にともなって逆起電圧Vrが上昇する。
第2インバータ8bが停止状態であっても(S100にてYES)、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも小さく(S102にてNO)、トルク推定値がゼロでなく(S104にてNO)、車両1が加減速状態でない場合には(S106にてNO)、通常昇圧制御が実行される(S110)。
一方、第2MG5の回転速度Nm2がNm2(0)となる場合において、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高くなる場合(S102にてYES)、昇圧目標上昇制御が実行される(S108)。すなわち、通常値VH(0)よりも高い値VH(1)が昇圧目標電圧として決定され、決定された昇圧目標電圧に基づいて昇圧コンバータ10が制御される。
図6の実線に示すように、システム電圧VHがVH(1)になると、逆起電圧Vrよりも高い状態が維持される。そのため、第2MG5から第2インバータ8bを経由した昇圧コンバータ10への回生電流の発生が抑制されるため、第2MG5における回生トルクの発生が抑制される。
なお、昇圧目標上昇制御において、逆起電圧Vrよりも所定値だけ高い電圧を昇圧目標電圧とする場合には、図6の一点鎖線に示すように、システム電圧VHは、逆起電圧Vrよりも所定値だけ高い状態が維持される。そのため、回生電流の発生が抑制されるため、第2MG5において回生トルクの発生が抑制される。
また、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも低くても(S102にてNO)、トルク推定値が実質的にゼロである場合に(S104にてYES)、あるいは、車両1が加減速状態である場合に(S106にてYES)、昇圧目標上昇制御が実行される(S108)。そのため、逆起電圧Vrが通常値VH(0)よりも高くなる前に、システム電圧VHを上昇させることができる。そのため、その後に逆起電圧Vrが通常値VH(0)を超えた場合においても回生トルクの発生が抑制される。
以上のようにして、本実施の形態に係る車両によると、第2インバータ8bが停止する場合であって、かつ、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高い場合に、システム電圧VHが第2MG5において発生する逆起電圧Vrよりも高くなるように昇圧コンバータ10が制御される。これにより、第2MG5から第2インバータ8b側に回生電流が流れないようにすることができる。そのため、第2MG5におけるトルク変動の発生を抑制することができる。したがって、インバータの停止時に回転電機におけるトルク変動の発生を抑制する車両を提供することができる。
<第2の実施の形態>
以下、第2の実施の形態に係る車両について説明する。本実施の形態に係る車両1は、上述の第1の実施の形態に係る車両1の構成と比較して、制御装置100の動作が異なる。それ以外の構成については、上述の第1の実施の形態に係る車両1の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
本実施の形態において、制御装置100は、第2インバータ8bを含む電気回路の異常により第2インバータ8bが停止する場合であって、かつ、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高い場合に、車両1の減速度に応じて昇圧コンバータ10を制御することによって、第2MG5における回生トルクの発生を抑制する点を特徴とする。
具体的には、制御装置100は、車両1の減速度と、車両1の状態(たとえば、アクセルペダル206の踏込量AP、ブレーキペダル208の踏込量BKあるいは車両の速度)に基づいて決定される目標値との差に基づく回生トルクの要求量(トルク指令値)を算出し、算出された要求量に対応する回生トルクが発生するように昇圧コンバータ10の昇圧量を決定する。
図7に、本実施の形態に係る車両1に搭載された制御装置100の機能ブロック図を示す。制御装置100は、停止判定部102と、電圧判定部104と、トルク判定部106と、加減速判定部108と、回生トルク制御部112とを含む。
なお、図7に示す制御装置100のうちの停止判定部102、電圧判定部104、トルク判定部106および加減速判定部108の機能については、上述の図4に示す制御装置100のうちの停止判定部102、電圧判定部104、トルク判定部106および加減速判定部108の機能と同一である。そのため、その詳細な説明は繰り返さない。
回生トルク制御部112は、電圧判定部104によって逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高いと判定された場合、トルク判定部106によってトルク推定値が実質的にゼロであると判定された場合、あるいは、加減速判定部108によって車両1が加減速状態であると判定された場合に、車両1の状態に応じた回生トルクが発生するように昇圧コンバータ10を制御する。
なお、回生トルク制御部112は、たとえば、電圧判定フラグ、トルク判定フラグおよび加減速判定フラグのうちの少なくともいずれか一つがオン状態である場合に、回生トルク制御を実行してもよい。
図8に、回生トルク制御部112の機能ブロック図を示す。回生トルク制御部112は、回生トルク算出部122と、フィードバック制御部124と、指令信号生成部126と、座標変換部128と、推定値算出部130とを含む。
回生トルク算出部122は、回生制動時の第2MG5における回生トルクの指令値を算出する。回生トルク算出部122は、トルク指令値が負値の場合であって、かつ、バッテリ50に回生電力を充電する余裕がある場合(たとえば、バッテリ50のSOCがしきい値SOC(0)以下である場合)には、当該トルク指令値を回生制動時の回生トルクの指令値として算出する。
フィードバック制御部124は、PI制御によって後述する推定値算出部130によって算出されるトルク推定値が回生トルク算出部122から入力される回生トルクの指令値に近づくように(回生トルクの指令値とトルク推定値との差ΔTrに基づいて)昇圧コンバータ10の昇圧量(昇圧目標電圧あるいは目標昇圧比)を決定する。
指令信号生成部126は、決定された昇圧量に基づいて信号PWCを生成し、生成した信号PWCを昇圧コンバータ10に送信する。
座標変換部128は、回転角センサ25によって検出される回転角θに基づく座標変換(3相→2相)により、第1電流センサ23によって検出される相電流ivと、第2電流センサ24によって検出される相電流iwと、相電流iv,iwにより算出される相電流iuとを、d軸電流idと、q軸電流iqに変換する。
推定値算出部130は、座標変換部128によって変換されたd軸電流idとq軸電流iqとを用いて、第2MG5のトルク推定値を算出する。推定値算出部130は、たとえば、d軸電流idとq軸電流iqとを引数としてトルク推定値を算出するトルク算出マップを用いて第2MG5のトルク推定値を算出する。
本実施の形態においては、回生トルク算出部122、フィードバック制御部124と、指令信号生成部126と、座標変換部128と、推定値算出部130とは、いずれも制御装置100のCPUがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。
図9を参照して、本実施の形態に係る車両1に搭載された制御装置100で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、図9に示したフローチャートの中で、前述の図5に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについての処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返されない。
図9のフローチャートにおいて、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高い場合(S102にてYES)、トルク推定値がゼロである場合(S104にてYES)、または、車両1が加減速状態である場合(S106にてYES)には、処理はS200に移される。
S200にて、制御装置100は、回生トルク制御を実行する。なお、回生トルク制御については、上述した回生トルク制御部112の動作と同様であるため、その詳細な説明は繰り返されない。
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る車両1に搭載された制御装置100の動作について説明する。
たとえば、第2インバータ8bにおいて異常が発生したことにより、第2インバータ8bが停止状態になった後に、車両1が退避走行を行なう場合を想定する。
第2インバータ8bが停止状態であっても(S100にてYES)、システム電圧VHが逆起電圧Vrよりも大きく(S102にてNO)、トルク推定値がゼロでなく(S104にてNO)、車両1が加減速状態でない場合には(S106にてNO)、通常昇圧制御が実行される(S110)。
一方、第2MG5の回転速度Nm2がNm2(0)となる場合において、システム電圧VHが逆起電圧Vrよりも小さくなる場合(S102にてYES)、回生トルク制御が実行される(S200)。すなわち、運転者がアクセルペダル206をオフし、ブレーキペダル208を踏み込むことによって、トルク指令値が負値になる場合であって、かつ、バッテリ50のSOCがしきい値SOC(0)以下である場合、相電流iu,iv,iwに基づいて算出されるトルク推定値がトルク指令値(回生トルクの指令値)に近づくように昇圧量が決定され、決定された昇圧量になるように昇圧コンバータ10が制御される。このように昇圧コンバータ10の昇圧量を制御することにより回生トルクの発生量が制御(抑制される場合を含む)される。
以上のようにして、本実施の形態に係る車両1によると、制御装置100は、第2インバータ8bを含む電気回路の異常により第2インバータ8bが停止する場合であって、かつ、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高い場合に、車両1の減速度に応じて昇圧コンバータ10を制御することによって、第2MG5における回生トルクが不必要に発生することが抑制されるとともに、運転者の制動要求に応じた車両1の減速度を実現することができる。したがって、インバータの停止時に回転電機におけるトルク変動の発生を抑制する車両を提供することができる。
<第3の実施の形態>
以下、第3の実施の形態に係る車両について説明する。本実施の形態に係る車両1は、上述の第1の実施の形態に係る車両1の構成と比較して、制御装置100の動作が異なる。それ以外の構成については、上述の第1の実施の形態に係る車両1の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
本実施の形態において、制御装置100は、第2インバータ8bを含む電気回路の異常により第2インバータ8bが停止する場合であって、かつ、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高い場合に、車両1の加速が要求されているときには、昇圧コンバータ10と第2インバータ8bとの間の電圧が逆起電圧Vrよりも高くなるように昇圧コンバータ10を制御する。一方、制御装置は、上述の場合に、車両1の減速が要求されているときには、車両1の減速度と、車両1の状態に基づいて決定される目標値との差に基づく回生トルクの要求量を算出し、算出された要求量に対応する回生トルクが発生するように昇圧コンバータ10の昇圧量を決定する。
図10に、本実施の形態に係る車両1に搭載された制御装置100の機能ブロック図を示す。制御装置100は、停止判定部102と、電圧判定部104と、トルク判定部106と、加減速判定部108と、コンバータ制御部110と、回生トルク制御部112と、アクセル判定部114とを含む。
なお、図10に示す制御装置100のうちの停止判定部102、電圧判定部104、トルク判定部106、加減速判定部108、コンバータ制御部110、および、回生トルク制御部112の機能については、以下で述べる点を除いて、上述の図4または図7に示す制御装置100のうちの停止判定部102、電圧判定部104、トルク判定部106、加減速判定部108、コンバータ制御部110、および回生トルク制御部の機能と同一である。そのため、その詳細な説明は繰り返さない。
アクセル判定部114は、電圧判定部104によって逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高いと判定された場合、トルク判定部106によってトルク推定値が実質的にゼロであると判定された場合、加減速判定部108によって車両1が加減速状態であると判定された場合に、アクセルペダル206が踏み込まれた状態(アクセルオンの状態)であるか否かを判定する。アクセル判定部114は、たとえば、アクセルペダル206の踏込量APがしきい値以上である場合に、アクセルペダル206が踏み込まれた状態であると判定する。また、アクセル判定部114は、たとえばアクセルペダル206の踏込量APがしきい値よりも小さい場合に、アクセルペダル206が踏み込まれた状態でない(アクセルオフの状態)と判定する。
なお、アクセル判定部114は、たとえば、電圧判定フラグ、トルク判定フラグおよび加減速判定フラグのうちの少なくともいずれか一つがオン状態である場合に、アクセルペダル206が踏み込まれた状態であるか否かを判定してもよい。
また、アクセル判定部114は、たとえば、アクセルペダル206が踏み込まれた状態であると判定された場合に、アクセルオン判定フラグをオン状態にしてもよい。また、アクセル判定部114は、たとえば、アクセルペダル206が踏み込まれた状態でないと判定された場合に、アクセルオフ判定フラグをオン状態にしてもよい。
コンバータ制御部110は、アクセル判定部114によってアクセルペダル206が踏み込まれた状態であると判定された場合に、昇圧目標上昇制御を実行する。なお、コンバータ制御部110は、たとえば、アクセルオン判定フラグがオン状態である場合に、昇圧目標上昇制御を実行してもよい。なお、アクセルペダル206が踏み込まれた状態が車両1に加速が要求された状態に対応する。
回生トルク制御部112は、アクセル判定部114によってアクセルペダル206が踏み込まれた状態でないと判定された場合に、回生トルク制御を実行する。なお、回生トルク制御部112は、たとえば、アクセルオフ判定フラグがオン状態である場合に、回生トルク制御を実行してもよい。なお、アクセルペダルが踏み込まれた状態でなく、かつ、トルク指令値が負値である状態が車両1に減速が要求された状態に対応する。
図11を参照して、本実施の形態に係る車両1に搭載された制御装置100で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、図11に示したフローチャートの中で、前述の図5または図9に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについての処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返されない。
図11のフローチャートにおいて、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高い場合(S102にてYES)、トルク推定値がゼロである場合(S104にてYES)、または、車両1が加減速状態である場合(S106にてYES)には、処理はS300に移される。
S300にて、制御装置100は、アクセルオンの状態であるか否かを判定する。アクセルオンの状態である場合(S300にてYES)、処理はS108に移される。もしそうでない場合(S300にてNO)、処理はS200に移される。
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る車両1に搭載された制御装置100の動作について説明する。
たとえば、第2インバータ8bにおいて異常が発生したことにより、第2インバータ8bが停止状態になった後に、車両1が退避走行を行なう場合を想定する。また、昇圧コンバータ10が通常値VH(0)を昇圧目標電圧として制御されているものとする。たとえb、下り坂の路面上において車両1が退避走行を行なう場合には、第2MG5の回転速度Nm2の上昇にともなって逆起電圧Vrが上昇する。
第2インバータ8bが停止状態であっても(S100にてYES)、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも小さく(102にてNO)、トルク推定値がゼロでなく(S104にてNO)、車両1が加減速状態でない場合には(S106にてNO)、通常昇圧制御が実行される(S110)。
一方、第2MG5の回転速度Nm2がNm2(0)となる場合であって、かつ、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高くなる場合(S102にてYES)、アクセルペダル206が踏み込まれているときには(S300にてYES)、昇圧目標上昇制御が実行される。そのため、システム電圧VHが逆起電圧Vrよりも高い状態が維持されるため、第2MG5から第2インバータ8bを経由した昇圧コンバータ10への回生電流の発生が抑制される。その結果、第2MG5における回生トルクの発生が抑制される。
また、第2MG5の回転速度Nm2がNm2(0)となる場合であって、かつ、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高くなる場合(S102にてYES)、アクセルペダル206が踏み込まれていないときには(S300にてNO)、回生トルク制御が実行される。そのため、たとえば、運転者がブレーキペダル208を踏み込む等によって、トルク指令値が負値になる場合であって、かつ、バッテリ50のSOCがしきい値SOC(0)以下である場合、相電流iu,iv,iwに基づいて算出されるトルク推定値がトルク指令値(回生トルクの指令値)に近づくように昇圧量が決定される。そして、決定された昇圧量になるように昇圧コンバータ10が制御される。このように昇圧コンバータ10の昇圧量を制御することにより回生トルクの発生量が制御(抑制される場合を含む)される。
以上のようにして、本実施の形態に係る車両1によると、第2インバータ8bが停止する場合であって、かつ、逆起電圧Vrがシステム電圧VHよりも高い場合に、アクセルペダル206が踏み込まれているときには、システム電圧VHが第2MG5において発生する逆起電圧Vrよりも高くなるように昇圧コンバータ10が制御される。これにより、第2MG5から第2インバータ8b側に回生電流が流れないようにすることができる。そのため、第2MG5におけるトルク変動の発生を抑制することができる。一方、同様の場合において、アクセルペダル206が踏み込まれていないときには、車両1の減速度に応じて昇圧コンバータ10を制御することによって、第2MG5における回生トルクが不必要に発生することが抑制されるとともに、運転者の制動要求に応じた車両1の減速度を実現することができる。したがって、インバータの停止時に回転電機におけるトルク変動の発生を抑制する車両を提供することができる。
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特許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。
1 ハイブリッド車両、2 エンジン、3,5 モータジェネレータ、4 動力分割装置、6 車輪、8a,8b インバータ、10 昇圧コンバータ、15,16,17 上下アーム、23,24 電流センサ、25 回転角センサ、50 バッテリ、100 制御装置、102 停止判定部、104 電圧判定部、106 トルク判定部、108 加減速判定部、110 コンバータ制御部、112 回生トルク制御部、114 アクセル判定部、122 回生トルク算出部、124 フィードバック制御部、126 指令信号生成部、128 座標変換部、130 推定値算出部、200 Gセンサ、202 アクセルポジションセンサ、204 ブレーキポジションセンサ、206 アクセルペダル、208 ブレーキペダル、212,214 電圧センサ。

Claims (7)

  1. 電源から供給される直流電圧を前記電源の電圧以上に昇圧する昇圧コンバータと、
    前記昇圧コンバータから供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
    前記交流電力により車両の駆動力を発生する回転電機と、
    前記インバータおよび前記昇圧コンバータを制御するための制御装置とを含み、
    前記制御装置は、前記インバータを含む電気回路の異常により前記インバータが停止する場合であって、かつ、前記回転電機において生じる逆起電圧が前記昇圧コンバータと前記インバータとの間のシステム電圧よりも高い場合には、前記回転電機における回生トルクの発生を抑制するように前記昇圧コンバータを制御する、車両。
  2. 前記制御装置は、前記電気回路の異常により前記インバータが停止する場合であって、かつ、前記逆起電圧が前記システム電圧よりも高い場合には、前記システム電圧が前記逆起電圧よりも高くなるように前記昇圧コンバータを制御する、請求項1に記載の車両。
  3. 前記車両の減速度を検出するための減速度検出部をさらに含み、
    前記制御装置は、前記電気回路の異常により前記インバータが停止する場合に、前記減速度検出部により検出された減速度に応じて前記昇圧コンバータを制御する、請求項1に記載の車両。
  4. 前記制御装置は、前記電気回路の異常により前記インバータが停止する場合であって、かつ、前記車両に減速が要求される場合には、前記減速度検出部により検出された減速度と前記車両の状態に基づいて決定される目標値との差に基づいて前記回生トルクの要求量を算出し、算出された要求量に対応する回生トルクが発生するように前記昇圧コンバータの昇圧量を決定する、請求項3に記載の車両。
  5. 前記制御装置は、前記電気回路の異常により前記インバータが停止する場合であって、かつ、前記逆起電圧が前記システム電圧よりも高い場合には、前記車両に加速が要求されるときに、前記システム電圧が前記逆起電圧よりも高くなるように前記昇圧コンバータを制御する、請求項4に記載の車両。
  6. 前記制御装置は、前記システム電圧を所定値だけ昇圧するように前記昇圧コンバータを制御する、請求項2または5に記載の車両。
  7. 前記制御装置は、前記システム電圧が前記逆起電圧よりも所定値だけ高くなるように前記昇圧コンバータを制御する、請求項2または5に記載の車両。
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