JP2014217112A - Control device of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機と、電動機を駆動するインバータと、インバータを介して電動機と電力をやり取り可能なバッテリとを備えた車両の制御装置に関する。 The present invention relates to a vehicle control device including an electric motor, an inverter that drives the electric motor, and a battery that can exchange electric power with the electric motor via the inverter.
従来、ハイブリッド車両の制御装置として、バッテリに異常が生じた際に、システムメインリレーをオフしてバッテリを電力ラインから切り離すと共にエンジンにより駆動される発電機により発電された電力を用いて電動機を駆動すると共に、発電機および電動機が接続された電力線の電圧(システム電圧VH)を電圧指令値VHrに近づける電力制御を実行するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この制御装置は、このようなバッテリからの電力を用いることなくハイブリッド車両を走行させるバッテリレス走行の実行に際して、発電機および電動機の上下限トルクに基づいて上記電力制御の実行可否を判定し、電力制御を実行不能であると判定した場合には、バッテリレス走行の実行を停止させてシステム電圧VHが過電圧となるのを抑制している。また、従来、ハイブリッド車両や電気自動車のモータ駆動装置として、パルス幅変調(PWM)制御モードや矩形波制御モードといった電動機(インバータ)の複数の制御モードを当該電動機のトルクと回転数とからなる電動機の動作点(目標動作点)に応じて切り替えるものが知られている(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, as a control device for a hybrid vehicle, when an abnormality occurs in the battery, the system main relay is turned off to disconnect the battery from the power line, and the electric motor is driven using the electric power generated by the generator driven by the engine. In addition, there is known one that executes power control for bringing the voltage (system voltage VH) of the power line to which the generator and the motor are connected close to the voltage command value VHr (see, for example, Patent Document 1). This control device determines whether or not to execute the power control based on the upper and lower limit torques of the generator and the electric motor when executing the battery-less running for running the hybrid vehicle without using the electric power from the battery, When it is determined that the control cannot be executed, the execution of the batteryless traveling is stopped to suppress the system voltage VH from becoming an overvoltage. Conventionally, as a motor drive device of a hybrid vehicle or an electric vehicle, a plurality of control modes of an electric motor (inverter) such as a pulse width modulation (PWM) control mode and a rectangular wave control mode are composed of the torque and the rotational speed of the electric motor. The one that switches according to the operating point (target operating point) is known (for example, see Patent Document 2).
上記特許文献1に記載の車両では、システム電圧が一定である場合、回転数が高いほど上限トルクが小さく設定される。このため、上限トルクが設定されている際に、運転者のトルク要求に応じて電動機の出力トルクが増加することで電動機の回転数が上昇すると、回転数の上昇に応じて上限トルクが小さく設定され、それに伴って電動機の出力トルクが抑えられる。また、出力トルクが抑えられたことにより電動機の回転数が低下すると、回転数の低下に応じて上限トルクが増加側に変更され、電動機の出力トルクの制限が緩和(解除)される。従って、特許文献1に記載の車両では、上限トルクが設定されている際に、電動機の出力トルクが上限トルクにより制限される状態と、電動機の出力トルクが上限トルクにより制限されない状態とが繰り返され、トルクと回転数とからなる電動機の動作点が頻繁に変動(ハンチング)することがある。そして、電動機の動作点(目標動作点)が特許文献2に記載されたような制御モードの切替点を跨いで頻繁に変動すると、電動機の制御モードが頻繁に切り替えられてしまい、制御モードの切り替えに伴う電動機の出力トルクの変動に起因して車両振動の発生を招いてしまうおそれがある。 In the vehicle described in Patent Document 1, when the system voltage is constant, the upper limit torque is set smaller as the rotational speed is higher. For this reason, when the upper limit torque is set, if the motor's output torque increases in response to the driver's torque request and the motor speed increases, the upper limit torque is set to a smaller value as the speed increases. Accordingly, the output torque of the electric motor is suppressed. Further, when the rotation speed of the electric motor is decreased due to the suppression of the output torque, the upper limit torque is changed to the increase side in accordance with the decrease in the rotation speed, and the restriction on the output torque of the electric motor is relaxed (released). Therefore, in the vehicle described in Patent Document 1, when the upper limit torque is set, a state where the output torque of the electric motor is limited by the upper limit torque and a state where the output torque of the electric motor is not limited by the upper limit torque are repeated. The operating point of the electric motor composed of the torque and the rotational speed may frequently fluctuate (hunting). If the operating point (target operating point) of the motor frequently fluctuates across the switching point of the control mode as described in Patent Document 2, the control mode of the motor is frequently switched, and the switching of the control mode is performed. There is a risk of causing vehicle vibrations due to fluctuations in the output torque of the electric motor.
そこで、本発明は、電動機の出力トルクが当該電動機の回転数に応じて制限される際に、電動機の制御モードが頻繁に切り替えられるのを抑制することを主目的とする。 Accordingly, the main object of the present invention is to suppress frequent switching of the control mode of the motor when the output torque of the motor is limited according to the rotation speed of the motor.
本発明による車両の制御装置は、
電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、前記インバータを介して前記電動機と電力をやり取り可能なバッテリとを備えた車両の制御装置において、
予め定められた制限回転域に前記電動機の回転数が含まれる際に、前記電動機が前記回転数に応じて変更される上限トルクの範囲内のトルクを出力するようにPWM制御モードおよび矩形波制御モードを含む複数の制御モードの何れかにより前記インバータを制御すると共に、前記制限回転域に前記複数の制御モードの切替点が含まれる場合には、前記電動機により出力されるトルクの変化量を制限することを特徴とする。
A vehicle control apparatus according to the present invention includes:
In a vehicle control device comprising: an electric motor; an inverter that drives the electric motor; and a battery that can exchange electric power with the electric motor via the inverter.
PWM control mode and rectangular wave control so that when the rotational speed of the motor is included in a predetermined limited rotational range, the motor outputs a torque within a range of an upper limit torque that is changed according to the rotational speed When the inverter is controlled by any one of a plurality of control modes including a mode, and the change point of the plurality of control modes is included in the limited rotation range, the amount of change in torque output by the motor is limited. It is characterized by doing.
この車両の制御装置は、予め定められた制限回転域に電動機の回転数が含まれる際に、当該電動機が回転数に応じて変更される上限トルクの範囲内のトルクを出力するようにPWM制御モードおよび矩形波制御モードを含む複数の制御モードの何れかによりインバータを制御する。そして、この制御装置は、制限回転域に複数の制御モードの切替点が含まれる場合、電動機により出力されるトルクの変化量を制限する。このように、電動機の上限トルクが回転数に応じて変更される際に、電動機により出力されるトルクの変化量を制限すれば、電動機の出力トルクが上限トルクにより制限される状態と、電動機の出力トルクが上限トルクにより制限されない状態とが繰り返されて電動機の回転数が変動することで、トルクと回転数とからなる電動機の動作点が制御モードの切替点を跨いで頻繁に変動するのを抑制することができる。従って、この制御装置によれば、予め定められた制限回転域に複数の制御モードの切替点が含まれていても、電動機の出力トルクを回転数に応じて変更される上限トルクにより制限する際に、電動機の制御モードが頻繁に切り替えられるのを良好に抑制することが可能となる。 The vehicle control device performs PWM control so that, when the rotation speed of the motor is included in a predetermined limit rotation range, the motor outputs a torque within a range of an upper limit torque that is changed according to the rotation speed. The inverter is controlled by any one of a plurality of control modes including a mode and a rectangular wave control mode. And this control apparatus restrict | limits the variation | change_quantity of the torque output by an electric motor, when the switching point of a some control mode is contained in a restriction | limiting rotation area. As described above, when the upper limit torque of the motor is changed according to the number of revolutions, if the amount of change in the torque output by the motor is limited, the output torque of the motor is limited by the upper limit torque, The state in which the output torque is not limited by the upper limit torque is repeated and the motor rotation speed fluctuates, so that the operating point of the motor consisting of torque and rotation speed frequently fluctuates across the control mode switching points. Can be suppressed. Therefore, according to this control apparatus, even when the switching speed of a plurality of control modes is included in a predetermined limited rotation range, when the output torque of the motor is limited by the upper limit torque that is changed according to the rotational speed. In addition, frequent switching of the control mode of the electric motor can be satisfactorily suppressed.
また、前記制御装置は、前記制限回転域に前記電動機の回転数が含まれる際に、前記回転数が高いほど前記上限トルクを小さく設定すると共に、前記電動機により出力されるトルクが低下する場合には、前記トルクの変化量を制限しないものであってもよい。すなわち、制限回転域に電動機の回転数が含まれる際に回転数が高いほど上限トルクが小さく設定されたとしても、電動機の出力トルクが低下する場合には、出力トルクが上限トルクにより制限されにくくなり、電動機の動作点が制御モードの切替点を跨いで頻繁に変動するおそれは極めて低い。従って、例えば電動機の出力トルクが増加する場合にのみトルクの変化量を制限し、出力トルクが低下する場合にはトルクの変化量を制限しないことにすれば、車両の運転者の要求に応じたトルクを電動機から出力させることが可能となる。 Further, when the rotational speed of the electric motor is included in the limited rotational range, the control device sets the upper limit torque to be smaller as the rotational speed is higher, and the torque output by the electric motor decreases. May not limit the amount of change in the torque. That is, even when the upper limit torque is set to be smaller as the rotation speed is higher when the rotation speed of the motor is included in the limited rotation range, the output torque is less likely to be limited by the upper limit torque when the output torque of the motor is reduced. Therefore, the possibility that the operating point of the motor frequently fluctuates across the switching points of the control mode is extremely low. Therefore, for example, if the change amount of the torque is limited only when the output torque of the electric motor increases, and the change amount of the torque is not limited when the output torque decreases, the request of the driver of the vehicle is met. Torque can be output from the electric motor.
そして、前記車両は、前記バッテリからの電力を昇圧して前記インバータに供給可能な昇圧コンバータを更に備えてもよく、前記制御装置は、前記昇圧コンバータによる昇圧が禁止されており、かつ前記制限回転域に前記電動機の回転数が含まれる際に、前記昇圧コンバータで共振が発生しないように前記電動機の前記回転数に応じて前記上限トルクを設定するものであってもよい。これにより、予め定められた制限回転域に複数の制御モードの切替点が含まれていても、昇圧コンバータによる昇圧が禁止されたのに伴って電動機の出力トルクを回転数に応じて変更される上限トルクにより制限する際に、昇圧コンバータでの共振の発生を抑制して部品保護を図りつつ、電動機の制御モードが頻繁に切り替えられるのを良好に抑制することが可能となる。 The vehicle may further include a boost converter capable of boosting electric power from the battery and supplying the boosted power to the inverter, and the control device is prohibited from being boosted by the boost converter, and the limited rotation The upper limit torque may be set according to the rotation speed of the electric motor so that resonance does not occur in the boost converter when the rotation speed of the electric motor is included in a region. As a result, even when a plurality of control mode switching points are included in the predetermined limited rotation range, the output torque of the electric motor is changed according to the rotation speed as the boosting by the boost converter is prohibited. When limiting by the upper limit torque, it is possible to satisfactorily suppress frequent switching of the control mode of the motor while suppressing the occurrence of resonance in the boost converter and protecting the components.
次に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated, referring drawings.
図1は、本発明によるハイブリッド車両20の概略構成図である。同図に示すハイブリッド車両20は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料と空気との混合気の爆発燃焼により動力を発生するエンジン(内燃機関)22と、シングルピニオン式のプラネタリギヤ30と、それぞれ同期発電電動機として構成されたモータMG1およびMG2とを含む。更に、ハイブリッド車両20は、エンジン22を制御するエンジン電子制御ユニット24と、モータMG1およびMG2を駆動するためのインバータ41および42と、インバータ41および42に電気的に接続されたバッテリ50と、インバータ41,42とバッテリ50との間に介設された昇圧コンバータ60と、インバータ41および42を介してモータMG1およびMG2を制御するモータ電子制御ユニット40と、バッテリ50を管理するバッテリ電子制御ユニット55と、これらの電子制御ユニット24,40および55等と通信しながら車両全体を制御するハイブリッド電子制御ユニット70とを含む。電子制御ユニット24,40,55および70は、いずれも図示しないCPUを中心とするマイクロコンピュータとして構成される。なお、以下、「電子制御ユニット」を「ECU」という。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
モータMG1は、主に、エンジン22により駆動されて電力を生成する発電機として動作し、モータMG2は、主に、バッテリ50からの電力により駆動されて動力を発生する電動機として動作する。モータMG1およびMG2は、それぞれインバータ41または42を介してバッテリ50と電力をやり取りする。プラネタリギヤ30は、モータMG1のロータ(回転軸)に接続されるサンギヤ(第1要素)31と、駆動軸35に接続されると共に変速機36を介してモータMG2のロータ(回転軸)に接続されるリングギヤ(第2要素)32と、複数のピニオンギヤ33を支持すると共にダンパ28を介してエンジン22のクランクシャフト(出力軸)26に連結されるプラネタリキャリア(第3要素)34とを有する。リングギヤ32に接続される駆動軸35は、図示しないギヤ機構、デファレンシャルギヤ38を介して左右の車輪(駆動輪)DWに連結される。変速機36は、モータMG2のロータと駆動軸35との接続および当該接続の解除を実行すると共に、当該ロータと駆動軸35との間の変速比を複数段階に設定可能なものであり、ハイブリッドECU70により制御される。
Motor MG1 mainly operates as a generator driven by engine 22 to generate electric power, and motor MG2 operates mainly as an electric motor driven by electric power from battery 50 to generate power. Motors MG1 and MG2 exchange power with battery 50 through inverters 41 and 42, respectively.
インバータ41,42は、例えば6つのトランジスタと、当該6つのトランジスタに対して逆方向かつ並列に接続された6つのダイオードとにより構成される。また、昇圧コンバータ60は、2つのトランジスタと、当該2つのトランジスタに逆方向かつ並列に接続された2つのダイオードと、リアクトルとにより構成される。そして、昇圧コンバータ60の2つのトランジスタをオンオフすることにより、バッテリ50からの電力を昇圧してインバータ41,42に供給したり、インバータ41,42からの電力を降圧してバッテリ50等に供給したりすることができる。更に、バッテリ50と昇圧コンバータ60との間には、両者間の電圧を平滑化する平滑コンデンサ61が配置されており、インバータ41,42と昇圧コンバータ60との間には、両者間の電圧を平滑化する平滑コンデンサ62が配置されている。
The inverters 41 and 42 include, for example, six transistors and six diodes connected to the six transistors in the reverse direction and in parallel. Boost converter 60 includes two transistors, two diodes connected in reverse and in parallel to the two transistors, and a reactor. Then, by turning on and off the two transistors of the boost converter 60, the power from the battery 50 is boosted and supplied to the inverters 41 and 42, or the power from the inverters 41 and 42 is stepped down and supplied to the battery 50 and the like. Can be. Further, a
インバータ41,42は、モータECU40により制御される。モータECU40には、例えばモータMG1,MG2のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサからの信号やモータMG1,MG2の三相コイルのU相、V相に流れる相電流を検出する図示しない電流センサからの相電流、図示しない電圧センサにより検出される平滑コンデンサ61の端子間電圧VL(以下、「昇圧前電圧VL」という)や、図示しない他の電圧センサにより検出される平滑コンデンサ62の端子間電圧VH(以下、「昇圧後電圧VH」という)といったモータMG1,MG2の駆動制御に必要な信号が入力される。そして、モータECU40は、回転位置検出センサからの信号に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2等を演算し、インバータ41,42のトランジスタへのスイッチング制御信号等を出力する。また、本実施形態において、昇圧コンバータ60(2つのトランジスタ)は、ハイブリッドECU70により制御(スイッチング制御)される。
Inverters 41 and 42 are controlled by motor ECU 40. The motor ECU 40 includes, for example, a current (not shown) for detecting a signal from a rotational position detection sensor that detects the rotational position of the rotor of the motors MG1 and MG2 and a phase current flowing in the U phase and V phase of the three-phase coils of the motors MG1 and MG2. Phase current from the sensor, voltage VL between terminals of the
バッテリ50は、リチウムイオン二次電池またはニッケル水素二次電池として構成される。当該バッテリ50を管理するバッテリECU55には、図示しない電圧センサにより検出されるバッテリ50の充放電電圧(端子間電圧)Vb、図示しない電流センサにより検出されるバッテリ50の充放電電流Ib、図示しない温度センサにより検出されるバッテリ温度Tb等が入力される。バッテリECU55は、充放電電流Ibの積算値∫Ibに基づいてバッテリ50の充電割合(残容量)SOCを算出する。また、バッテリECU55は、予め定められた図示しない充放電要求電力設定マップに従い、バッテリ50の充電割合SOCが予め定められた上限値SHと下限値SLとの間の範囲内に収まるように当該充電割合SOCに基づいてバッテリ50の目標充放電電力としての充放電要求電力Pb*(放電側を正とし、充電側を負とする)を設定する。更に、バッテリECU55は、充電割合SOCとバッテリ温度Tbとに基づいてバッテリ50の充電に許容される電力である許容充電電力としての入力制限Winとバッテリ50の放電に許容される電力である許容放電電力としての出力制限Woutとを設定する。
The battery 50 is configured as a lithium ion secondary battery or a nickel hydride secondary battery. The
ハイブリッドECU70は、上述のようにECU24,40および55から各種信号を入力すると共に、様々なセンサからの信号を入力する。例えば、ハイブリッドECU70は、図示しないイグニッションスイッチ(スタートスイッチ)からのイグニッション信号や、アクセルペダル71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72からのアクセル開度(アクセル操作量)Acc、シフトレバー73の操作位置に対応したシフトポジションSPを検出するシフトポジションセンサ74からのシフトポジションSP、ブレーキペダル75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76からのブレーキペダルポジションBP,図示しない車速センサからの車速V等を入力する。
As described above, the
そして、ハイブリッドECU70は、ハイブリッド車両20の走行に際して、アクセルペダルポジションセンサ72からのアクセル開度Accや車速センサからの車速Vに基づいて駆動軸35に要求される要求トルクTr*を設定すると共に、要求トルクTr*や駆動軸35の回転数Nr(=Nm2/γ)、充放電要求電力Pb*等に基づいて次式(1)に従い車両全体に要求される要求パワーP*を設定する。ただし、式(1)において、“Nm2”は、図示しない回転数センサにより検出されるモータMG2の回転数であり、“γ”は、変速機36の現変速比であり、“Loss”は、損失を示す。また、ハイブリッドECU70は、エンジン22が運転されている場合、予め定められた動作ラインから要求パワーP*に対応したエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*を設定してエンジンECU24に送信する。そして、エンジンECU24は、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とに基づいて吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火時期制御等を実行する。これにより、当該エンジン22は、要求トルクTr*に対応した要求走行パワー(Tr*×Nr)とバッテリ50の充放電に要求される充放電要求電力Pb*との和に見合うパワーを出力するように制御される。
The
P*=Tr*×Nm2/γ-Pb*+Loss …(1) P * = Tr * × Nm2 / γ-Pb * + Loss (1)
また、ハイブリッドECU70は、目標回転数Ne*や図示しない回転数センサにより検出されるモータMG2の回転数Nm2、プラネタリギヤ30のギヤ比ρ、現変速比γに基づいて次式(2)に従いモータMG1の目標回転数Nm1*を算出する。更に、ハイブリッドECU70は、次式(3)および(4)に従ってモータMG1のトルク指令(目標トルク)Tm1*とモータMG2のトルク指令(目標トルク)Tm2*とをバッテリ50の入力制限Winおよび出力制限Wout範囲内に設定し、設定したトルク指令Tm1*およびTm2*をモータECU40に送信する。なお、式(3)は、モータMG1を目標回転数Nm1*で回転させてエンジン22を目標回転数Ne*で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、同式中の“Nm1”は、図示しない回転数センサにより検出されるモータMG1の回転数であり、“k1”は比例項のゲインであり、“k2”は積分項のゲインである。そして、モータECU40は、トルク指令Tm1*,Tm2*に基づいてインバータ41,42のスイッチング素子をスイッチング制御する。これにより、エンジン22が運転されている場合、充放電要求電力Pb*に応じてバッテリ50が充放電されると共に、エンジン22から出力されるパワーのすべてまたはその一部がモータMG1,MG2およびプラネタリギヤ30によりトルク変換されることで、要求トルクTr*に応じたトルクが駆動軸35に出力されることになる。
Further, the
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(γ・ρ) …(2)
Tm1*=-ρ/(1+ρ)・Te*+k1・(Nm1*-Nm1)+k2・∫(Nm1*-Nm1)dt …(3)
Tm2*=(Tr*+Tm1*/ρ)/γ …(4)
Nm1 * = Ne * ・ (1 + ρ) / ρ-Nm2 / (γ ・ ρ) (2)
Tm1 * =-ρ / (1 + ρ) ・ Te * + k1 ・ (Nm1 * -Nm1) + k2 ・ ∫ (Nm1 * -Nm1) dt (3)
Tm2 * = (Tr * + Tm1 * / ρ) / γ (4)
更に、ハイブリッドECU70は、トルク指令Tm1*および現在の回転数Nm1からなるモータMG1の目標動作点や、トルク指令Tm2*および現在の回転数Nm2からなるモータMG2の目標動作点に応じて、バッテリ50の定格電圧がそれよりも高い予め定められた電圧まで昇圧されるように昇圧コンバータ60を制御する。すなわち、ハイブリッドECU70は、モータMG1,MG2に対するトルク指令Tm1*,Tm2*と、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2と、モータMG1およびMG2のそれぞれについて予め定められて当該ハイブリッドECU70のROMに記憶されている図示しない目標昇圧後電圧設定マップとを用いてハイブリッド車両20の走行状態に応じた昇圧後電圧VHの目標値である目標昇圧後電圧VHtagを設定し、昇圧後電圧VHが目標昇圧後電圧VHtagとなるように昇圧コンバータ60のトランジスタのスイッチング制御を実行する。
Further, the
目標昇圧後電圧設定マップは、モータMG1,MG2の動作領域をバッテリ50側の昇圧前電圧VLが昇圧コンバータ60により昇圧されない非昇圧領域と昇圧される昇圧領域とに区分けするように作成され、基本的には、モータ回転数の絶対値が低い側を非昇圧領域として規定すると共にモータ回転数の絶対値が高い側を昇圧領域と規定する。また、本実施形態では、昇圧コンバータ60のリアクトルと平滑コンデンサ61,62により共振回路が構成されることでモータMG1,MG2の動作点が所定の領域に含まれるときに昇圧コンバータ60で電圧や電流の共振が発生することを踏まえて、目標昇圧後電圧設定マップは、昇圧コンバータ60で共振が発生するときのモータMG1,MG2の動作点を含む領域である共振域を昇圧領域に含むように作成される。そして、ハイブリッドECU70は、モータMG1用の目標昇圧後電圧設定マップから導出されるモータMG1の目標動作点に対応した値と、モータMG2用の目標昇圧後電圧設定マップから導出されるモータMG2の目標動作点に対応した値との大きい方を目標昇圧後電圧VHtagとして設定する。
The target post-boost voltage setting map is created so that the operation region of the motors MG1 and MG2 is divided into a non-boosting region where the pre-boosting voltage VL on the battery 50 side is not boosted by the boost converter 60 and a boosting region where the voltage is boosted. Specifically, the side where the absolute value of the motor rotation number is low is defined as the non-boosting region, and the side where the absolute value of the motor rotation number is high is defined as the boosting region. Further, in the present embodiment, a resonant circuit is configured by the reactor of boost converter 60 and smoothing
また、モータECU40は、モータMG1,MG2の目標動作点に応じて、正弦波PWM電圧を用いる正弦波PWM制御モード、過変調PWM電圧を用いる過変調PWM制御モードおよび矩形波電圧を用いる矩形波制御モードという3つの制御モードの何れかによりインバータ41および42をスイッチング制御する。正弦波PWM制御モードは、正弦波状の電圧指令値と三角波等の搬送波との電圧差に応じてインバータ41,42のトランジスタをオン/オフ制御することにより、正弦波状の基本波成分をもった出力電圧(PWM電圧)を得るモードである。正弦波PWM制御モードを用いた場合、昇圧後電圧VHに対する出力電圧(基本波成分の振幅)の割合である変調率Kmdをおおよそ値0〜値0.61の範囲内に設定することができる。また、過変調PWM制御モードは、搬送波の振幅を縮小するように歪ませた上で上述の正弦波PWM制御モードと同様の制御を行なうものであり、変調率Kmdをおおよそ値0.61〜0.78の範囲内に設定可能とするものである。更に、矩形波制御モードは、理論上、最大の振幅(変調率Kmd≒0.78)をもった基本波成分を発生させることができるものであって、振幅一定の矩形電圧の位相をトルク指令に応じて変化させることでモータトルクを制御可能とするものである。
Further, the
本実施形態において、モータECU40は、モータMG1,MG2に対するトルク指令Tm1*,Tm2*と、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2と、モータMG1およびMG2のそれぞれについて予め定められて当該モータECU40のROMに記憶されている図示しない制御モード設定マップとを用いてモータMG1に対応したインバータ41とモータMG2に対応したインバータ42との制御に用いられる制御モードを決定する。制御モード設定マップは、上述の非昇圧領域と昇圧領域との双方を、基本的にモータ回転数が低い側から順番に、正弦波PWM制御モードが用いられる正弦波PWM制御領域と、過変調PWM制御モードが用いられる過変調PWM制御領域と、矩形波制御モードが用いられる矩形波制御領域とにそれぞれ区分けするように作成される。また、本実施形態において、制御モード設定マップは、昇圧コンバータ60で共振が発生するときのモータMG1またはMG2の動作点を含む領域である共振域での制御モードが正弦波PWM制御モードとなると共に、モータMG1およびMG2の一方の目標動作点が共振域に含まれるときのモータMG1およびMG2の他方の目標動作点が含まれる領域での制御モードが正弦波PWM制御モードとなるように作成される。このように、モータMG1またはMG2の目標動作点が共振域に含まれるときに過変調PWM制御モードや矩形波制御モードに比べて制御精度に優れる正弦波PWM制御モードを用いることにより、昇圧コンバータ60や平滑コンデンサ61,62に過大な電圧が作用したり過大な電流が流れてしまったりしないようにして部品保護を図りつつ、インバータ41,42を適正に制御することが可能となる。
In the present embodiment, the
次に、昇圧コンバータ60の故障等に起因して当該昇圧コンバータ60による昇圧が禁止されている際のハイブリッド車両20の動作について説明する。図2は、昇圧コンバータ60による昇圧が禁止されている際にハイブリッドECU70により所定時間おきに繰り返し実行される昇圧禁止時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
Next, the operation of
図2の昇圧禁止時駆動制御ルーチンの実行に際して、ハイブリッドECU70は、まず、アクセルペダルポジションセンサ72からのアクセル開度Accや図示しない車速センサからの車速V、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2、バッテリ50の充放電要求電力Pb*、入出力制限Win,Woutの値など制御に必要なデータを入力する(ステップS100)。モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、モータECU40から通信により入力され、バッテリ50の充放電要求電力Pb*および入出力制限Win,Woutは、バッテリECU55から通信により入力される。
In the execution of the drive control routine when the pressure increase is prohibited in FIG. 2, first, the
ステップS100のデータ入力処理の後、ハイブリッドECU70は、ステップS100にて入力したアクセル開度Accや車速センサからの車速Vに基づいて駆動軸35に要求される要求トルクTr*を設定すると共に、上記式(1)に従って車両全体に要求される要求パワーP*を設定し(ステップS110)、設定した要求パワーP*に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*を設定する(ステップS120)。更に、ハイブリッドECU70は、ステップS100にて入力したモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2やエンジン22の目標回転数Ne*等を用いて、上記式(2)および(3)に従ってモータMG1のトルク指令Tm1*をバッテリ50の入力制限Winおよび出力制限Woutの範囲内に設定すると共に、要求トルクTr*やトルク指令Tm1*等を用いて、上記式(4)に従ってモータMG2のトルク指令Tm2*をバッテリ50の入力制限Winおよび出力制限Woutの範囲内に設定する(ステップS130)。
After the data input process of step S100, the
次に、ハイブリッドECU70は、ステップS100にて入力したモータMG2の回転数Nm2と予め定められて当該ハイブリッドECU70のROMに記憶されている上限トルク設定マップとを用いて、モータMG2の上限トルクTm2limを設定する(ステップS140)。図3に上限トルク設定マップの一例を実線で示す。図示するように、昇圧動作の禁止時に用いられる上限トルク設定マップは、モータMG2の回転数Nm2に応じて上限トルクTm2limを変更するように作成される。すなわち、上限トルク設定マップは、モータMG2の回転数Nm2が予め定められた回転数N1(例えば800rpm)よりも低いとき、および予め定められた回転数N2(>N1、例えば1000rpm)よりも高いときに、上限トルクTm2limをモータMG2にバッテリ50の定格電圧(=非昇圧時の昇圧後電圧VH)に基づく電圧が印加されるときの回転数Nm2に応じたモータMG2の最大出力トルク(非昇圧時の最大出力トルク)に設定するように作成される。そして、本実施形態において、上限トルク設定マップは、モータMG2の回転数Nm2が回転数N1からN2までの制限回転域に含まれるときに、上限トルクTm2limを当該最大出力トルクよりも小さく、かつ回転数Nm2が高いほど小さく設定するように作成される。
Next,
図3に示すように、制限回転域を規定する回転数N1およびN2、並びに当該制限回転域における上限トルクTm2limは、上述の共振域(図3における点線参照)に含まれる動作点でモータMG2が駆動されないように定められる。更に、制限回転域(回転数N1およびN2)は、上限トルクTm2limを急峻に変化させることでモータMG2の出力トルクが過剰に変動しないように、上記共振域を規定する回転数域に対してある程度のマージンを有するように定められる。そして、本実施形態において、非昇圧時におけるモータMG2の正弦波PWM制御領域と過変調PWM制御領域との境界を規定する第1切替ライン(図3における一点鎖線参照)と、非昇圧時におけるモータMG2の過変調PWM制御領域と矩形波制御領域との境界を規定する第2切替ライン(図3における二点鎖線参照)とは、制限回転域内に含まれる。すなわち、制限回転域内で上限トルクTm2limにより規定されるトルクラインは、第1および第2切替ラインの双方と交差する。 As shown in FIG. 3, the rotational speeds N1 and N2 that define the limited rotation range, and the upper limit torque Tm2lim in the limited rotation range are the operating points included in the above-described resonance range (see the dotted line in FIG. 3). It is determined not to be driven. Further, the limited rotation speed range (revolution speeds N1 and N2) is somewhat higher than the rotation speed range that defines the resonance range so that the output torque of the motor MG2 does not fluctuate excessively by abruptly changing the upper limit torque Tm2lim. To have a margin of. In the present embodiment, the first switching line (see the one-dot chain line in FIG. 3) that defines the boundary between the sine wave PWM control region and the overmodulation PWM control region of the motor MG2 during non-boosting, and the motor during non-boosting The second switching line (see the two-dot chain line in FIG. 3) that defines the boundary between the overmodulation PWM control region and the rectangular wave control region of MG2 is included in the limited rotation region. That is, the torque line defined by the upper limit torque Tm2lim within the limited rotation range intersects with both the first and second switching lines.
こうして上限トルクTm2limを設定した後、ハイブリッドECU70は、ステップS100にて入力したモータMG2の回転数Nm2が上述の制限回転域(N1〜N2)の範囲内に含まれるか否かを判定する(ステップS150)。モータMG2の回転数Nm2が制限回転域内に含まれると判定した場合、ハイブリッドECU70は、本ルーチンの前回実行時にステップS100にて入力されたモータMG2の回転数Nm2(前回Nm2)がステップS100にて入力された現在のモータMG2の回転数Nm2(今回Nm2)よりも大きいか否か、すなわち、モータMG2が減速しているか否かを判定する(ステップS160)。
After setting the upper limit torque Tm2lim in this manner, the
ステップS160にてモータMG2が減速していると判定した場合、ハイブリッドECU70は、ステップS130にて設定したトルク指令Tm2*(今回Tm2*)が本ルーチンの前回実行時に設定されたモータMG2のトルク指令Tm2*(前回Tm2*)と予め定められた比較的小さいレート値ΔT(例えば、1N程度の値)との和よりも大きいか否かを判定する(ステップS170)。そして、今回Tm2*が前回Tm2*とレート値ΔTとの和よりも大きいと判定した場合、ハイブリッドECU70は、トルク指令Tm2*の変化量が制限されるように、前回Tm2*とレート値ΔTとの和を上限トルクTm2limで制限した値をトルク指令Tm2*に再設定し(ステップS180)、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*をエンジンECU24に送信すると共に、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信し(ステップS190)、再度ステップS100移行の処理を実行する。
When it is determined in step S160 that the motor MG2 is decelerating, the
このように、ハイブリッド車両20では、昇圧コンバータ60による昇圧が禁止されている際に、上限トルクTm2limが回転数Nm2に応じて変更される制限回転域(N1〜N2)にモータMG2の回転数Nm2が含まれると共にモータMG2が減速しており、かつ今回Tm2*が前回Tm2*とレート値ΔTとの和よりも大きい場合に、トルク指令Tm2*すなわちモータMG2の出力トルクの変化量が制限される(ステップS150〜S180)。これにより、モータMG2の出力トルクが上限トルクTm2limにより制限される状態と、モータMG2の出力トルクが上限トルクTm2limにより制限されない状態とが繰り返されることで回転数Nm2が変動するのを抑制することができる。すなわち、ハイブリッド車両20では、昇圧コンバータ60による昇圧が禁止されている間に運転者から比較的大きなトルク要求がなされた際等に、運転者のトルク要求に応じてモータMG2の出力トルクが増加することで回転数Nm2が上昇し、回転数Nm2の上昇に応じて上限トルクTm2limが小さく設定されてモータMG2の出力トルクが抑えられ、出力トルクが抑えられたことにより回転数Nm2の低下に応じて上限トルクTm2limが増加側に変更されてモータMG2の出力トルクの制限が解除(緩和)されるということが繰り返されてしまうのを抑制することができる。
As described above, in
この結果、図3において太い実線矢印で示すように、トルク指令Tm2*と回転数Nm2とから定まるモータMG2の動作点(目標動作点)が当該モータMG2(インバータ42)の制御モードの切替点(第1切替ラインや第2切替ライン)を跨いで頻繁に変動するのを抑制することができる。従って、ハイブリッド車両20では、予め定められた制限回転域に複数の制御モードの切替点が含まれていても、制限回転域においてモータMG2の出力トルクを回転数Nm2に応じて変更される上限トルクTm2limにより制限する際に、モータMG2の制御モードが頻繁に切り替えられるのを良好に抑制し、制御モードの切り替えに伴うモータMG2の出力トルクの変動に起因した車両振動の発生を良好に抑えることが可能となる。更に、ハイブリッド車両20では、予め定められた制限回転域に複数の制御モードの切替点が含まれていても、昇圧コンバータ60による昇圧が禁止されたのに伴ってモータMG2の出力トルクを回転数Nm2に応じて変更される上限トルクTm2limにより制限する際に、昇圧コンバータ60での共振の発生を抑制して当該昇圧コンバータ60や平滑コンデンサ61,62に過大な電圧が作用したり過大な電流が流れてしまったりしないようにして部品保護を図ることができる。
As a result, as shown by a thick solid arrow in FIG. 3, the operating point (target operating point) of the motor MG2 determined from the torque command Tm2 * and the rotational speed Nm2 is the control mode switching point (inverter 42) of the motor MG2 (inverter 42). It is possible to suppress frequent fluctuations across the first switching line and the second switching line. Therefore, in
一方、ステップS150にてモータMG2の回転数Nm2が制限回転域(N1〜N2)の範囲内に含まれないと判定した場合、ステップS160にてモータMG2が減速していないと判定した場合、およびステップS170にて今回Tm2*が前回Tm2*とレート値ΔTとの和以下であると判定した場合、ハイブリッドECU70は、モータMG2の出力トルクが上限トルクTm2limにより制限される状態と上限トルクTm2limにより制限されない状態とが繰り返される可能性が低いとみなし、ステップS130にて設定したトルク指令(今回トルク指令)Tm2*を上限トルクTm2limで制限した値をトルク指令Tm2*に再設定する(ステップS200)。そして、ハイブリッドECU70は、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*をエンジンECU24に送信すると共に、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信し(ステップS190)、再度ステップS100移行の処理を実行する。
On the other hand, if it is determined in step S150 that the rotational speed Nm2 of the motor MG2 is not included in the range of the limited rotational range (N1 to N2), if it is determined in step S160 that the motor MG2 is not decelerated, and When it is determined in step S170 that the current Tm2 * is equal to or less than the sum of the previous Tm2 * and the rate value ΔT, the
以上説明したように、ハイブリッド車両20の制御装置としてのモータECU40は、モータMG2の動作点(目標動作点)に応じてPWM制御モード(正弦波PWM制御モードおよび過変調PWM制御モード)並びに矩形波制御モードの何れかによりインバータ42を制御し、ハイブリッド車両20の制御装置としてのハイブリッドECU70は、PWM制御モードおよび矩形波制御モードの切替点を含むように予め定められた制限回転域(N1〜N2)にモータMG2の回転数Nm2が含まれる際に、当該モータMG2が回転数Nm2に応じて変更される上限トルクTm2limの範囲内のトルクを出力するようにモータECU40に複数の制御モードの何れかによりインバータ42を制御させると共に、モータMG2のトルク指令Tm2*すなわちモータMG2により出力されるトルクの変化量を制限する(ステップS150〜S190)。このように、モータMG2の上限トルクTm2limが回転数Nm2に応じて変更される際に、モータMG2により出力されるトルクの変化量を制限すれば、モータMG2の出力トルクが上限トルクTm2limにより制限される状態と制限されない状態とが繰り返されて回転数Nm2が変動することで、トルク指令Tm2*と回転数Nm2とからなるモータMG2の動作点が制御モードの切替点を跨いで頻繁に変動するのを抑制することができる。従って、ハイブリッド車両20では、予め定められた制限回転域に複数の制御モードの切替点が含まれていても、モータMG2の出力トルクを回転数Nm2に応じて変更される上限トルクTm2limにより制限する際に、モータMG2(インバータ42)の制御モードが頻繁に切り替えられるのを良好に抑制することが可能となる。
As described above, the
なお、上記実施形態では、レート値ΔTを用いてトルク指令Tm2*の変化量を制限しているが(ステップS170,S180)、トルク指令Tm2*の変化量は、例えばなまし処理といった緩変化処理により制限されてもよい。また、上記実施形態では、ステップS160にて今回Tm2*が前回Tm2*とレート値ΔTとの和よりも大きいか否かを判定しているが、ステップS160では、今回Tm2*が前回Tm2*よりも大きいか否かを判定してもよい。すなわち、上記実施形態のように、制限回転域にモータMG2の回転数Nm2が含まれる際に回転数Nm2が高いほど上限トルクTm2limが小さく設定されたとしても、モータMG2の出力トルクが低下する場合には、出力トルクが上限トルクTm2limにより制限されにくくなり、モータMG2の動作点(目標動作点)が制御モードの切替点を跨いで頻繁に変動するおそれは極めて低い。従って、例えばモータMG2の出力トルクが増加する場合にのみ当該出力トルク(トルク指令Tm2*)の変化量を制限し、出力トルク(トルク指令Tm2*)が低下する場合には出力トルクの変化量を制限しないことにすれば、ハイブリッド車両20の運転者の要求に応じたトルクをモータMG2から出力させることが可能となる。また、図3の昇圧禁止時駆動制御ルーチンにおいて、ステップS160の処理は省略されてもよい。そして、図3の昇圧禁止時駆動制御ルーチンは、モータMG1に対して適用されてもよく、昇圧コンバータ60による昇圧が禁止されている際のみならず、例えば、モータMG2やインバータ42等の過熱の抑制(部品保護)を目的として、予め定められた制限回転域においてモータMG2等の上限トルクを回転数Nm2等に応じて変更させる際に適用されてもよい。
In the above embodiment, the rate value ΔT is used to limit the amount of change in the torque command Tm2 * (steps S170 and S180), but the amount of change in the torque command Tm2 * is, for example, a slow change process such as an annealing process. May be limited. In the above embodiment, it is determined in step S160 whether or not the current Tm2 * is greater than the sum of the previous Tm2 * and the rate value ΔT. In step S160, the current Tm2 * is greater than the previous Tm2 *. It may be determined whether or not the value is also larger. That is, when the rotational speed Nm2 is higher and the upper limit torque Tm2lim is set smaller as the rotational speed Nm2 is higher when the rotational speed Nm2 of the motor MG2 is included in the limited rotational range as in the above embodiment, the output torque of the motor MG2 decreases. Therefore, the output torque is less likely to be limited by the upper limit torque Tm2lim, and the possibility that the operating point (target operating point) of the motor MG2 frequently fluctuates across the control mode switching points is extremely low. Therefore, for example, the change amount of the output torque (torque command Tm2 *) is limited only when the output torque of the motor MG2 increases, and when the output torque (torque command Tm2 *) decreases, the change amount of the output torque is set. If it does not limit, it becomes possible to output the torque according to the request | requirement of the driver | operator of the
また、上記ハイブリッド車両20は、2つのモータMG1およびMG2とプラネタリギヤ30とを含むものであるが、本発明が適用される車両は、エンジンにより駆動される発電機と、走行用の動力および回生制動力を出力する電動機とを備えるシリーズ方式のハイブリッド車両であってもよく、少なくとも回生制動力を出力可能な発電電動機、あるいは回生制動力に加えて走行用の動力を出力可能な発電電動機を備えるパラレル式(1モータ式)のハイブリッド車両であってもよく、電動機のみを走行用の動力発生源として備える電気自動車であってもよい。更に、上記ハイブリッド車両20において、変速機36の代わりに、シンプルな減速ギヤ機構が採用されてもよい。
The
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら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、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Absent.
本発明は、ハイブリッド車両や電動車両の製造産業等において利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of hybrid vehicles and electric vehicles.
20 ハイブリッド車両、22 エンジン、24 エンジン電子制御ユニット、28 ダンパ、30 プラネタリギヤ、32 リングギヤ、33 ピニオンギヤ、35 駆動軸、36 変速機、38 デファレンシャルギヤ、40 モータ電子制御ユニット、41,42 インバータ、50 バッテリ、55 バッテリ電子制御ユニット、60 昇圧コンバータ、61,62 平滑コンデンサ、70 ハイブリッド電子制御ユニット、71 アクセルペダル、72 アクセルペダルポジションセンサ、73 シフトレバー、74 シフトポジションセンサ、75 ブレーキペダル、76 ブレーキペダルポジションセンサ、MG1,MG2 モータ。 20 hybrid vehicle, 22 engine, 24 engine electronic control unit, 28 damper, 30 planetary gear, 32 ring gear, 33 pinion gear, 35 drive shaft, 36 transmission, 38 differential gear, 40 motor electronic control unit, 41, 42 inverter, 50 battery , 55 Battery electronic control unit, 60 Boost converter, 61, 62 Smoothing capacitor, 70 Hybrid electronic control unit, 71 Accelerator pedal, 72 Accelerator pedal position sensor, 73 Shift lever, 74 Shift position sensor, 75 Brake pedal, 76 Brake pedal position Sensor, MG1, MG2 motor.
Claims (2)
予め定められた制限回転域に前記電動機の回転数が含まれる際に、前記電動機が前記回転数に応じて変更される上限トルクの範囲内のトルクを出力するようにPWM制御モードおよび矩形波制御モードを含む複数の制御モードの何れかにより前記インバータを制御すると共に、前記制限回転域に前記複数の制御モードの切替点が含まれる場合には、前記電動機により出力されるトルクの変化量を制限することを特徴とする車両の制御装置。 In a vehicle control device comprising: an electric motor; an inverter that drives the electric motor; and a battery that can exchange electric power with the electric motor via the inverter.
PWM control mode and rectangular wave control so that when the rotational speed of the motor is included in a predetermined limited rotational range, the motor outputs a torque within a range of an upper limit torque that is changed according to the rotational speed When the inverter is controlled by any one of a plurality of control modes including a mode, and the change point of the plurality of control modes is included in the limited rotation range, the amount of change in torque output by the motor is limited. A control apparatus for a vehicle.
前記制限回転域に前記電動機の回転数が含まれる際に、前記回転数が高いほど前記上限トルクを小さく設定すると共に、前記電動機により出力されるトルクが低下する場合には、前記トルクの変化量を制限しないことを特徴とする車両の制御装置。 The vehicle control device according to claim 1,
When the rotational speed of the electric motor is included in the limited rotational range, the upper limit torque is set to be smaller as the rotational speed is higher, and when the torque output by the electric motor is reduced, the amount of change in the torque The vehicle control device is characterized by not limiting the vehicle.
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