JP2015198501A

JP2015198501A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2015198501A
Application number: JP2014075068A
Authority: JP
Inventors: 亮次佐藤; Ryoji Sato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2015-11-09
Also published as: US20150274021A1; CN104972921A

Abstract

【課題】違和感のない制動を行う。【解決手段】バッテリ１０と、バッテリ１０に接続されバッテリ電圧を昇圧する昇圧コンバータ１２と、昇圧コンバータ１２に接続され直流／交流変換を行う第２インバータ１６と、第２インバータ１６に接続され駆動力を出力する第２ＭＧ２０と、バッテリ１０の充電状態を検出するＳＯＣセンサ２８と、を含む。制御部２６は、ＳＯＣセンサ２８において検出したＳＯＣが第１閾値を超えた場合に、前記第１閾値以下の場合に比べ昇圧コンバータ１２の出力電圧を上昇させる。これによって、回生制動を十分に使用でき、違和感のない制動ができる。【選択図】図１

Description

本発明は、回生電力を効果的に消費する車両の制御装置に関する。

ハイブリッド車（ＨＶ）や、電気自動車（ＥＶ）においては、その減速時において、回生制動を利用し、回収した電力によりバッテリを充電する。

ここで、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）が高いと、それ以上充電できなくなる。すなわち、バッテリの過充電は、バッテリを劣化させるため、避ける必要がある。

特許文献１では、ＳＯＣが高い場合に、エンジンの動作点を変更し、エンジンを強制的に回転させ、エンジンのフリクションロスを利用して減速度を得ている。これによって、ＳＯＣの過度の上昇を防止できる。

特開平０８−２０７６００号公報

ここで、特許文献１では、上述した制御が始まると、エンジン回転数が急激に上昇する。減速中にシフトダウンもしていないのにエンジン回転数が急に上昇するのは、ドライバーにとって違和感がある。ドライバーが加速しているように感じてしまうことも考えられる。

ＳＯＣの上昇を抑制しながら、エンジンの回転数が上昇するなどの違和感のない減速が望まれる。

本発明は、バッテリと、このバッテリに接続されバッテリ電圧を昇圧する昇圧コンバータと、この昇圧コンバータに接続され直流／交流変換を行うインバータと、このインバータに接続され駆動力を出力するモータジェネレータと、前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出部と、前記充電状態検出部において検出した充電状態が第１閾値を超えた場合に、前記第１閾値以下の場合に比べ昇圧コンバータの出力電圧を上昇させる制御部と、を有する。

また、一実施形態では、前記充電状態が前記第１閾値より高い第２閾値を超えた場合に、弱め界磁制御で前記モータジェネレータを駆動する。

また、他の実施形態では、車両は、選択可能な走行レンジとして、通常走行するＤレンジと、前記Ｄレンジより大きな車両減速度を伴って走行するＢレンジを有しており、前記第１閾値および前記第２閾値のそれぞれは、Ｄレンジで走行しているときに比べて、Ｂレンジで走行しているときの方が低く設定される。

昇圧コンバータの出力電圧（昇圧電圧ＶＨ）を高くすることで、昇圧コンバータおよびインバータでのエネルギーロスを大きくして、回生制動の電力を消費することができる。そこで、ＳＯＣの上昇を抑制しながら、回生制動が行える。エンジンの回転数が上昇するなどの違和感のない減速が行える。

車両の駆動システムの全体構成を示すブロック図である。昇圧コンバータの構成を示す図である。ＳＯＣに応じた制御を示すフローチャートである。ＳＯＣに応じた制御の変形例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

図１は、ハイブリッド車の駆動システムを示す概略ブロック図である。バッテリ１０の直流出力は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された後、第１インバータ１４および第２インバータ１６に供給される。第１インバータ１４には、発電用の第１ＭＧ（モータジェネレータ）１８が接続されており、第２インバータ１６には駆動用の第２ＭＧ（モータジェネレータ）２０が接続されている。

第１ＭＧ１８および第２ＭＧ２０の出力軸は、動力変換部２２に接続されており、この動力変換部２２にはエンジン２４の出力軸も接続されている。また、動力変換部２２と第２ＭＧ２０を接続する出力軸の回転は駆動出力として車両の駆動軸に伝達されるようになっており、動力変換部２２および／または第２ＭＧ２０の出力が車輪に伝達されてハイブリッド車が走行する。

動力変換部２２は、例えば遊星歯車機構で構成されており、第１ＭＧ１８、第２ＭＧ２０、エンジン２４の間での動力伝達を制御する。エンジン２４は基本的に動力の出力源として使用され、エンジン２４の出力は動力変換部２２を介し、第１ＭＧ１８に伝達される。これによって、エンジン２４の出力により第１ＭＧ１８が発電し、得られた発電電力は、第１インバータ１４、昇圧コンバータ１２を介してバッテリ１０に充電される。また、エンジン２４の出力は、動力変換部２２を介して、駆動軸に伝達され、エンジン２４の出力によって車両が走行する。なお、図１において、電力の伝達系については普通の実線、機械的な動力伝達系については太実線、信号の伝達系（制御系）については破線で示してある。

制御部２６は、アクセル踏み込み量、車速から決定される目標トルクなどに応じて第１、第２インバータ１４，１６や、エンジン２４の駆動を制御して駆動軸への出力を制御する。また、バッテリ１０の充電状態（ＳＯＣ）を検出するＳＯＣセンサ２８が充電状態検出部として設けられおり、検出したＳＯＣが制御部２６に供給される。制御部２６は、ＳＯＣセンサ２８において検出したバッテリ１０のＳＯＣに応じて、エンジン２４の駆動、第１インバータ１４のスイッチングを制御して、バッテリ１０の充電を制御する。ＳＯＣセンサ２８は、充放電電流を積算したり、バッテリ開放電圧から算出するなど各種の公知のものを採用でき、バッテリ１０のＳＯＣを検出できればどのようなものでもよい。

なお、車両の減速の際には、第２インバータ１６を制御して、第２ＭＧ２０による回生制動を行い、得られた回生電力によりバッテリ１０を充電する。また、第１ＭＧ１８により回生制動を行ってもよい。

ここで、本実施形態においては、バッテリ１０の出力側には、バッテリ１０の出力電圧を平滑するコンデンサ３０が設けられ、このコンデンサ３０の電圧（昇圧前電圧ＶＬ）を計測する昇圧前電圧センサ３２が設けられている。また、昇圧コンバータ１２の出力側には、出力電圧を平滑するコンデンサ３４が設けられ、このコンデンサ３４の電圧、すなわち第１および第２インバータ１４，１６の入力電圧（昇圧電圧ＶＨ）を計測する昇圧電圧センサ３６が設けられている。

図２には、昇圧コンバータ１２の内部構成が示されている。昇圧コンバータ１２は、直列接続された２つのスイッチング素子５０，５２と、スイッチング素子５０，５２の中間点に接続された１つのリアクトル５４から構成されている。各スイッチング素子５０，５２は、ＩＧＢＴなどのトランジスタと、このトランジスタの逆方向電流を流すダイオードとからなっている。

バッテリ１０の正極にリアクトル５４の一端が接続され、リアクトル５４の他端がスイッチング素子５０，５２の中間点に接続されている。スイッチング素子５０は、トランジスタのコレクタが第１および第２インバータ１４，１６の正極母線に接続され、エミッタがスイッチング素子５２のトランジスタのコレクタに接続されている。スイッチング素子５２のトランジスタのエミッタは、バッテリ１０の負極および第１および第２インバータ１４，１６の負極母線に接続されている。

制御部２６は、上述したように、目標トルクが駆動出力として出力され、また必要な発電電力が得られるように第１および第２インバータ１４，１６およびエンジン２４を制御する。

さらに、制御部２６は、昇圧コンバータ１２のスイッチング素子５０，５２のスイッチングを制御して、昇圧電圧ＶＨが目標値になるように制御する。この制御は、基本的に昇圧電圧センサ３６で検出した昇圧電圧ＶＨが目標値に一致するようにフィードバック制御することで行われる。なお、リアクトル５４に流れるリアクトル電流が目標値になるようにする制御を組み合わせてもよい。

＜ＳＯＣが高い場合の減速時処理＞
図３に基づいて、減速時における処理について説明する。まず、回生制動を行っているかを判定する（Ｓ１１）。この判定でＮＯであれば、回生制動により発生する電力についての処理は不要であり、処理を終了する。

＜昇圧電圧ＶＨを上昇する＞
Ｓ１１の判定において、ＹＥＳの場合には、ＳＯＣセンサ２８の検出結果に基づき、バッテリ１０のＳＯＣが第１閾値を超えているかを判定する（Ｓ１２）。ここで、ＳＯＣについての第１閾値は、例えば７０％程度に設定される。車両は走行に当たって、必ず減速する場面があり、この場合には回生制動することが望まれる。このため、通常時はＳＯＣを４０〜６０％を目途に制御する。そして、ＳＯＣが７０％を超えた場合には、必要な場合の回生制動に備え、さらなる充電を制限したいからである。もちろん、ここで示した数値は、例示であり、これに限定されるものではない。例えば、目的地までルートを設定してあり、そのルートでの回生制動による発電量などが推測できる場合には、その推測に基づいて、これらの数値を変更することが好ましい。さらに、車両の通常走行時における消費電力や、バッテリの容量によっても、閾値は変更した方がよい場合もある。

Ｓ１２の判定において、ＹＥＳの場合には、昇圧コンバータ１２の出力電圧である昇圧電圧ＶＨを上昇する（Ｓ１３）。通常時には、昇圧電圧ＶＨは、その時の運転状態からエネルギーロスが最小になるように、昇圧電圧指令を決定し、この昇圧電圧指令値（最適昇圧電圧ＶＨ）になるように制御される。Ｓ１３においては、昇圧電圧ＶＨを最適昇圧電圧より高い値、例えばシステムの最大電圧に変更する。なお、エネルギーロスとしては、昇圧コンバータ１２における昇圧ロスと、モータジェネレータ（第２ＭＧ２０）への駆動におけるインバータでのスイッチングロスなどがある。

これによって、昇圧コンバータ１２における昇圧ロスおよび第２ＭＧ２０（および／または第１ＭＧ１８）におけるエネルギーロスが大きくなり、回生制動によって得られる回生電力の中で、バッテリ１０の充電に使用されるものを減少できる。従って、バッテリ１０のＳＯＣの増加を抑制することができる。なお、昇圧電圧ＶＨを最適昇圧電圧より低くすることでもエネルギーロスは増加するが、車両の駆動力に影響が出る場合もある。そこで、これは、車両の駆動力に制限されない範囲でのみ利用可能である。

Ｓ１２においてＮＯの場合には、昇圧電圧ＶＨが上昇している場合にそれを解除し、昇圧電圧ＶＨを最適昇圧電圧に戻し（Ｓ１４）、処理を終了する。

このように、昇圧コンバータでの損失を大きくすることで、ＳＯＣの上昇を抑制できる。従って、特許文献１のように、エンジンフリクションによるロスを増加させる必要がなく、エンジン回転数の上昇によるドライバーの違和感を軽減することができる。特に昇圧電圧ＶＨをシステム最大電圧にすることで、昇圧損失を最大にでき、ＳＯＣの上昇を十分に抑制できる。そこで、モータジェネレータの回生制動による制動を行える期間を長くでき、ドライバーの違和感をさらに軽減できる。

＜弱め界磁制御を行う＞
このように、ＳＯＣが第１閾値以上の場合には、Ｓ１３で昇圧電圧を上昇し、ＳＯＣの上昇を抑制する。しかし、昇圧電圧ＶＨを上昇してエネルギーロスがさらに上昇する場合もある。

そこで、ＳＯＣが第１閾値より高い第２閾値を超えたかを判定する（Ｓ１５）。なお、図３においては、Ｓ１３の処理を行った後に、Ｓ１５に移行するように記載したが、Ｓ１１の判定においてＹＥＳの場合に、Ｓ１５の判定も行ってもよい。すなわち、昇圧電圧を上昇する処理と、弱め界磁を行う処理を並行して行ってもよい。

Ｓ１５の判定においてＹＥＳのときは、ＰＷＭ制御中かを判定する（Ｓ１６）。そして、Ｓ１６の判定でＹＥＳの場合には、ＰＷＭ制御において弱め界磁制御を行う（Ｓ１７）。すなわち、通常の制御に比べ、ｄ軸電流を小さくする。これによって、モータジェネレータの駆動力（制動力）を変動させることなく、モータ電流を上昇し、銅損が増加する。この弱め界磁制御は、高回転数の際に行う場合が多いが制御内容自体は同一である。弱め界磁制御の際のｄ軸、ｑ軸電流指令は、トルク指令に基づき、予め用意された弱め界磁用のマップにより決定すればよい。

基本的にｄ軸電流、ｑ軸電流は、必要な出力に対し効率最大となるように設定する。従って、弱め界磁制御を行うことで、効率が落ちエネルギーが消費される。また、ｄ軸電流を小さくすることで、モータ電流を大きくして銅損が増加する。さらに、モータ電流が増えるのでインバータにおけるスイッチング素子のスイッチングロス、またＯＮ抵抗によるＯＮ損失も増加する。

このように、弱め界磁制御を行うことで、エネルギーロスが大きくなり、回生制動によって得られる回生電力の中で、バッテリ１０の充電に使用される電力を減少でき、バッテリ１０のＳＯＣの増加を抑制することができる。

＜エンジンの動作点変更＞
この例において、モータジェネレータの制御は、ＰＷＭ制御か、矩形波制御のいずれかである。そこで、Ｓ１６においてＮＯの場合は、矩形波制御が行われていると判断される。矩形波制御が行われているときには、エンジン２４の動作点を変更する（Ｓ１８）。すなわち、特許文献１に記載されるようなエンジン２４を強制的に回転させてフリクションロスによって減速度を確保する。矩形波制御の場合には、モータジェネレータの出力が大出力であり、弱め界磁制御ができないので、このようなエンジン２４による減速を用いる。

Ｓ１５においてＮＯの場合には、弱め界磁制御や、エンジンの動作点変更が行われている場合にこれを解除して（Ｓ１９）、処理を終了する。

＜全体について＞
このように、図３の処理によれば、制御部２６は、（ｉ）昇圧電圧の上昇、（ｉｉ）弱め界磁制御、（ｉｉｉ）エンジン動作点変更、という３つの処理を条件にあわせて採用し、これらによって、エネルギーロスを増加させ、回生電力によるバッテリ１０のＳＯＣ増加を効果的に抑制する。これによって、ＳＯＣの増加を抑制しつつ、回生制動が行え、違和感のない制動が行える。

＜走行レンジによる処理＞
図４には、走行レンジに応じた処理について、示してある。この例では、Ｓ１１においてＹＥＳの場合において、Ｓ１２に至るまでに走行レンジによって第１閾値および第２閾値を変更する。

この例では、Ｓ１１においてＹＥＳの場合に、Ｂレンジか否かを判定する（Ｓ２１）。Ｂレンジは、通常走行を行うＤレンジではなく、車両がＤレンジより減速度を持って走行するレンジである。例えば、マニュアルトランスミッションにおける４速がＤレンジ、３速以下がＢレンジである。従って、Ｓ２１では、Ｄレンジより加減速度の大きなレンジにあるかを判定する。

Ｓ２１でＹＥＳの場合、第１閾値および第２閾値をより小さな値に下げる（Ｓ２２）。例えば、第２閾値を６０％、第２閾値を７０％程度に設定する。走行レンジがＢレンジに設定されているということは、減速度の大きな走行が予想され、それだけ回生電力が大きいことが予想される。第１閾値および第２閾値を小さな値にすることで、Ｓ１３，Ｓ１７，Ｓ１８による、エネルギーロスを大きくする処理がＳＯＣが比較的低い段階で開始される。これによって、減速度の大きな走行における回生電力によってＳＯＣを大きく上昇することを防止することが可能になる。

なお、Ｓ２１でＮＯの場合には、第１閾値および第２閾値を通常の値に戻す（Ｓ２３）。そして、Ｓ２２，Ｓ２３により、第１閾値および第２閾値が設定された場合には、Ｓ１２以下の処理が行われる。

これによって、Ｄレンジにおいては、損失が少なく走行できる期間が比較的長くなり、燃費の悪化を抑制できる。また、Ｂレンジでは、減速度が要求されているため、減速中にドライバーのダウンシフトなどによらないエンジン回転数の上昇の違和感が大きい。本実施形態では、エンジン回転数の変化を起こす制動を行う局面を比較的少なくしてドライバーの違和感を軽減することができる。

＜その他＞
Ｓ１７，Ｓ１８における処理は、インバータなどのスイッチング素子におけるエネルギーの消費が大きくなる。そこで、ここの温度が上昇する。そこで、スイッチング素子の温度が所定値を上回った場合には、Ｓ１７，Ｓ１８の処理を禁止したり、可能であればインバータ等の冷却能力を強めるとよい。

１０バッテリ、１２昇圧コンバータ、１４第１インバータ、１６第２インバータ、２２動力変換部、２４エンジン、２６制御部、２８ＳＯＣセンサ、３０，３４コンデンサ、３２昇圧前電圧センサ、３６昇圧電圧センサ、５０，５２スイッチング素子、５４リアクトル。

Claims

バッテリと、
このバッテリに接続されバッテリ電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
この昇圧コンバータに接続され直流／交流変換を行うインバータと、
このインバータに接続され駆動力を出力するモータジェネレータと、
前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出部と、
前記充電状態検出部において検出した充電状態が第１閾値を超えた場合に、前記第１閾値以下の場合に比べ昇圧コンバータの出力電圧を上昇させる制御部と、
を有する車両の制御装置。
請求項１に記載の車両の制御装置であって、
前記充電状態が前記第１閾値より高い第２閾値を超えた場合に、弱め界磁制御で前記モータジェネレータを駆動する、
車両の制御装置。
請求項１または２に記載の車両の制御装置であって、
車両は、選択可能な走行レンジとして、通常走行するＤレンジと、前記Ｄレンジより大きな車両減速度を伴って走行するＢレンジを有しており、
前記第１閾値および前記第２閾値のそれぞれは、Ｄレンジで走行しているときに比べて、Ｂレンジで走行しているときの方が低く設定される、
車両の制御装置。