JP2017065604A - Hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はハイブリッド車両に関し、より特定的には、エンジンと回転電機との少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle, and more particularly to a hybrid vehicle that can travel using the power of at least one of an engine and a rotating electrical machine.
ハイブリッド車両において、エンジンと、第1および第2のモータジェネレータと、遊星歯車機構とを備える構成が知られている。遊星歯車機構は、第1のモータジェネレータに連結されたサンギヤと、第2のモータジェネレータに連結されたリングギヤと、エンジンに連結されたキャリアとを含む。このハイリッド車両の電気システムは、バッテリと、インバータとを備える。インバータは、バッテリと、第1のモータジェネレータと、第2のモータジェネレータとの間の電力を変換可能に構成される。 In a hybrid vehicle, a configuration including an engine, first and second motor generators, and a planetary gear mechanism is known. The planetary gear mechanism includes a sun gear coupled to the first motor generator, a ring gear coupled to the second motor generator, and a carrier coupled to the engine. The electrical system for this high-rid vehicle includes a battery and an inverter. The inverter is configured to be able to convert electric power among the battery, the first motor generator, and the second motor generator.
このような構成を有するハイブリッド車両において、第1および第2のモータジェネレータの回転駆動制御に支障を来たすようなインバータの異常が生じた場合には、機器を保護するために適切な処置を講ずることが必要となる。たとえば特開2013−203116号公報(特許文献1)は、インバータの異常が検出された場合に、インバータのゲート遮断を行なう制御を開示する。 In the hybrid vehicle having such a configuration, when an abnormality occurs in the inverter that interferes with the rotational drive control of the first and second motor generators, appropriate measures are taken to protect the device. Is required. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2013-203116 (Patent Document 1) discloses a control for shutting off an inverter gate when an abnormality of the inverter is detected.
特許文献1に開示されているように、インバータの異常が生じた場合にインバータをゲート遮断状態にしつつエンジンを駆動して車両を退避走行させる制御を、本明細書では「インバータレス走行制御」と称する。
As disclosed in
インバータレス走行制御中においては、インバータをゲート遮断状態にしつつ、エンジンの回転力により第1のモータジェネレータを機械的に回転させることによって、第1のモータジェネレータに逆起電圧を発生させる。この際、第1のモータジェネレータは、第1のモータジェネレータの回転を妨げる方向に作用する制動トルク(逆起トルク)を発生する。この逆起トルクが第1のモータジェネレータからサンギヤに作用することによって、リングギヤには、逆起トルクの反力として正方向に作用する駆動トルクが発生する。この駆動トルクを用いることにより退避走行が実現される。 During inverterless travel control, the first motor generator is caused to generate a counter electromotive voltage by mechanically rotating the first motor generator by the rotational force of the engine while the inverter is in a gate cutoff state. At this time, the first motor generator generates a braking torque (back electromotive torque) that acts in a direction that prevents the rotation of the first motor generator. When the counter electromotive torque acts on the sun gear from the first motor generator, a driving torque that acts in the positive direction as a reaction force of the counter electromotive torque is generated in the ring gear. By using this driving torque, retreat travel is realized.
たとえば第1のモータジェネレータの構成部材(コアまたはコイル等)の温度が変化した場合に、第1のモータジェネレータにて実際に発生する逆起トルクの値(実際値)と設計値との間に誤差が生じ得る。このような誤差は、構成部材の製造バラつきの影響によっても生じ得る。逆起トルクに誤差が生じると、逆起トルクを反力とする駆動トルクにも誤差が生じてしまい、所望の駆動トルクが出力されない可能性がある。 For example, when the temperature of the constituent member (core or coil) of the first motor generator changes, the value between the back electromotive torque actually generated in the first motor generator (actual value) and the design value Errors can occur. Such an error may also occur due to the influence of manufacturing variation of components. If an error occurs in the counter electromotive torque, an error also occurs in the driving torque using the counter electromotive torque as a reaction force, and a desired driving torque may not be output.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、インバータレス走行制御を実行可能に構成されたハイブリッド車両において、駆動トルクの精度を向上させる技術を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique for improving the accuracy of drive torque in a hybrid vehicle configured to be able to execute inverterless travel control.
本発明のある局面に従うハイブリッド車両は、エンジンと、ロータに永久磁石を有する第1の回転電機と、駆動輪に接続された出力軸と、遊星歯車機構と、出力軸に接続された第2の回転電機と、バッテリと、コンバータと、インバータと、制御装置とを備える。遊星歯車機構は、エンジンの駆動状態において、第1の回転電機の出力トルクの反力が出力軸に作用するように、エンジン、第1の回転電機、および出力軸を機械的に連結する。コンバータは、バッテリから入力される電圧を昇圧した昇圧電圧を出力可能に構成される。インバータは、コンバータ、第1の回転電機、および第2の回転電機の間で電力を変換可能に構成される。制御装置は、インバータによる第1および第2の回転電機の駆動を正常に行なうことができない場合にインバータレス走行制御を実行可能に構成される。インバータレス走行制御は、インバータをゲート遮断状態にし、かつ、エンジンを駆動状態にすることで、第1の回転電機に逆起電圧による制動トルクを発生させることによってハイブリッド車両を走行させる制御である。制御装置は、インバータレス走行制御中に、第1の回転電機の回転速度が所定速度に固定され、かつ、昇圧電圧が所定電圧に固定された状態において、昇圧電圧および第1の回転電機の回転速度を用いて、制動トルクの設計値を算出し、エンジンの出力トルクを用いて、制動トルクの実際値を算出する。制御装置は、実際値が設計値に近づくように、エンジンの回転速度および昇圧電圧のうちの少なくとも一方を補正する。 A hybrid vehicle according to an aspect of the present invention includes an engine, a first rotating electric machine having a permanent magnet in a rotor, an output shaft connected to a drive wheel, a planetary gear mechanism, and a second connected to the output shaft. A rotating electrical machine, a battery, a converter, an inverter, and a control device are provided. The planetary gear mechanism mechanically connects the engine, the first rotating electrical machine, and the output shaft so that the reaction force of the output torque of the first rotating electrical machine acts on the output shaft in the driving state of the engine. The converter is configured to output a boosted voltage obtained by boosting a voltage input from the battery. The inverter is configured to be able to convert electric power between the converter, the first rotating electric machine, and the second rotating electric machine. The control device is configured to be able to execute inverterless travel control when the first and second rotating electrical machines cannot be normally driven by the inverter. Inverter-less traveling control is control in which the hybrid vehicle is caused to travel by causing the first rotating electrical machine to generate a braking torque based on a counter electromotive voltage by setting the inverter to a gate cutoff state and driving the engine. During the inverterless travel control, the control device is configured to rotate the boosted voltage and the first rotating electrical machine while the rotational speed of the first rotating electrical machine is fixed to the predetermined speed and the boosted voltage is fixed to the predetermined voltage. The design value of the braking torque is calculated using the speed, and the actual value of the braking torque is calculated using the output torque of the engine. The control device corrects at least one of the engine speed and the boosted voltage so that the actual value approaches the design value.
上記構成によれば、逆起トルクの実際値と設計値とが比較され、実際値が設計値に近づくように、エンジンの回転速度および昇圧電圧のうちの少なくとも一方が補正される。これにより、設計値に近い逆起トルクが発生するようになるので、駆動トルクについても所望の値が出力されるようになる。つまり、駆動トルクの精度を向上させることができる。 According to the above configuration, the actual value of the back electromotive torque is compared with the design value, and at least one of the engine speed and the boost voltage is corrected so that the actual value approaches the design value. As a result, a counter electromotive torque close to the design value is generated, so that a desired value is output for the drive torque. That is, the accuracy of the driving torque can be improved.
本発明によれば、インバータレス走行制御を実行可能に構成されたハイブリッド車両において、駆動トルクの精度を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the precision of a driving torque can be improved in the hybrid vehicle comprised so that execution of inverterless driving | running | working control was possible.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
<ハイブリッド車両の全体構成>
図1は、実施の形態1に係るハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。図1を参照して、車両1は、エンジン100と、モータジェネレータ10,20と、遊星歯車機構30と、駆動輪50と、駆動輪50に接続された出力軸60と、バッテリ150と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)160と、電力制御ユニット(PCU:Power Control Unit)200と、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)300とを備える。
[Embodiment 1]
<Overall configuration of hybrid vehicle>
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of the hybrid vehicle according to the first embodiment. Referring to FIG. 1, a
車両1は、エンジン100とモータジェネレータ20との少なくとも一方の動力を用いて走行する。車両1は、後述する通常走行中において、エンジン100の動力を用いずにモータジェネレータ20の動力を用いる電気自動車走行(EV走行)と、エンジン100およびモータジェネレータ20の両方の動力を用いるハイブリッド自動車走行(HV走行)との間で車両1の走行態様を切り替えることができる。
The
エンジン100は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン100は、ECU300からの制御信号に応じて車両1が走行するための動力を発生する。エンジン100により発生した動力は遊星歯車機構30に出力される。
The
エンジン100にはエンジン回転速度センサ410が設けられている。エンジン回転速度センサ410は、エンジン100の回転速度Neを検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。
The
モータジェネレータ10,20の各々は、たとえば三相交流永久磁石型同期モータである。モータジェネレータ(第1の回転電機)10は、エンジン100を始動させる際にはバッテリ150の電力を用いてエンジン100のクランクシャフト110を回転させる。また、モータジェネレータ10は、エンジン100の動力を用いて発電することも可能である。モータジェネレータ10によって発電された交流電力は、PCU200により直流電力に変換されてバッテリ150に充電される。また、モータジェネレータ10によって発電された交流電力がモータジェネレータ20に供給される場合もある。
Each of
モータジェネレータ(第2の回転電機)20のロータは、出力軸60に連結される。モータジェネレータ20は、バッテリ150からの供給電力およびモータジェネレータ10による発電電力のうちの少なくとも一方を用いて出力軸60を回転させる。また、モータジェネレータ20は、回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ20によって発電された交流電力は、PCU200により直流電力に変換されてバッテリ150に充電される。
The rotor of the motor generator (second rotating electrical machine) 20 is connected to the
モータジェネレータ10にはレゾルバ421が設けられている。レゾルバ421は、モータジェネレータ10の回転速度Nm1を検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。同様に、モータジェネレータ20にはレゾルバ422が設けられている。レゾルバ422は、モータジェネレータ20の回転速度Nm2を検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。ECU300は、回転速度Nm2から車両1の速度(車速)Vを算出する。
The
遊星歯車機構30は、エンジン100の駆動状態において、モータジェネレータ10の出力トルクの反力が出力軸60に作用するように、エンジン100、モータジェネレータ10、および出力軸60を機械的に連結する。具体的には、遊星歯車機構30は、回転要素としてサンギヤSと、リングギヤRと、キャリアCAと、ピニオンギヤPとを含む。サンギヤSは、モータジェネレータ10のロータに連結される。リングギヤRは、出力軸60に連結される。ピニオンギヤPは、サンギヤSとリングギヤRとに噛合する。キャリアCAは、エンジン100のクランクシャフト110に連結されるとともに、ピニオンギヤPが自転かつ公転できるようにピニオンギヤPを保持する。
バッテリ150は、再充電が可能に構成された蓄電装置である。バッテリ150は、代表的にはニッケル水素二次電池もしくはリチウムイオン二次電池などの二次電池、または電気二重層キャパシタなどのキャパシタを含んで構成される。
The
SMR160は、バッテリ150とPCU200とを結ぶ電力線に接続されている。SMR160は、ECU300からの制御信号に応じて開放または閉成される。これにより、バッテリ150とPCU200との電気的な接続状態および遮断状態が切り替えられる。
PCU200は、バッテリ150に蓄えられた直流電力を昇圧し、昇圧された電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ10およびモータジェネレータ20に供給する。また、PCU200は、モータジェネレータ10およびモータジェネレータ20により発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ150に供給する。PCU200の構成については図2にて詳細に説明する。
ECU300は、いずれも図示しないが、CPU(Central Processing Unit)と、メモリと、入出力バッファ等とを含んで構成される。ECU300は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、車両1が所望の走行状態となるように各機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)により処理することも可能である。
Although not shown,
<電気システムの構成>
図2は、車両1の電気システムの構成を説明するための回路ブロック図である。図1および図2を参照して、PCU200は、コンデンサC1と、コンバータ210と、コンデンサC2と、インバータ221,222と、電圧センサ230と、電流センサ241,242とを含む。
<Electric system configuration>
FIG. 2 is a circuit block diagram for explaining the configuration of the electric system of the
バッテリ150には監視ユニット440が設けられている。監視ユニット440は、バッテリ150の電圧VB、バッテリ150の入出力電流IB、およびバッテリ150の温度TBを検出して、それらの検出結果を示す信号をECU300に出力する。
The
コンデンサC1は、バッテリ150に並列に接続されている。コンデンサC1は、バッテリ150の電圧VBを平滑化してコンバータ210に供給する。
The capacitor C1 is connected to the
コンバータ210は、リアクトルL1と、スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。スイッチング素子Q1,Q2および後述するスイッチング素子Q3〜Q14の各々は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。スイッチング素子Q1,Q2は、コンバータ210とインバータ221とを結ぶ電力線PLと電力線NLとの間に互いに直列に接続されている。ダイオードD1,D2は、スイッチング素子Q1,Q2のコレクタ−エミッタ間に逆並列にそれぞれ接続されている。リアクトルL1の一方端は、バッテリ150の高電位側に接続されている。リアクトルL1の他方端は、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との中間点(スイッチング素子Q1のエミッタとスイッチング素子Q2のコレクタとの接続点)に接続されている。
コンバータ210は、スイッチング素子Q1,Q2の各々をスイッチング動作させるためのPWM(Pulse Width Modulation)方式の制御信号PWMCに応じて、バッテリ150の電圧VBを昇圧し、昇圧された電圧を電力線PL,NLに供給する。また、コンバータ210は、制御信号PWMCに応じて、インバータ221およびインバータ222の一方または両方から供給された電力線PL,NLの直流電圧を降圧してバッテリ150を充電する。
コンデンサC2は、コンバータ210に並列に接続されている。コンデンサC2は、コンバータ210から供給された直流電圧を平滑化してインバータ221,222に供給する。
Capacitor C2 is connected to
電圧センサ230は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわち電力線PLと電力線NLと間の電圧(以下「システム電圧」とも記載する)VHを検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。なお、システム電圧VHは、本発明に係る「昇圧電圧」に対応する。
インバータ221は、U相アーム1Uと、V相アーム1Vと、W相アーム1Wとを含む。各相アームは、電力線PLと電力線NLとの間に互いに並列に接続されている。U相アーム1Uは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q3,Q4を有する。V相アーム1Vは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q5,Q6を有する。W相アーム1Wは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q7,Q8を有する。各スイッチング素子Q3〜Q8のコレクタ−エミッタ間には、ダイオードD3〜D8が逆並列にそれぞれ接続されている。各相アームの中間点は、モータジェネレータ10の各相コイルに接続されている。すなわち、モータジェネレータ10のU相、V相およびW相の3つのコイルの一方端は、中性点に共通接続されている。U相コイルの他方端は、スイッチング素子Q3,Q4の中間点に接続されている。V相コイルの他端は、スイッチング素子Q5,Q6の中間点に接続されている。W相コイルの他方端は、スイッチング素子Q7,Q8の中間点に接続されている。
インバータ221は、システム電圧VHが供給されると、スイッチング素子Q3〜Q8の各々をスイッチング動作させるためのPWM方式の制御信号PWM1に応じて、直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ10を駆動する。これにより、モータジェネレータ10は、トルク指令値により指定されたトルクを発生するように駆動される。一方、インバータ221は、ゲート遮断信号SDN1を受けると、スイッチング素子Q3〜Q8の各々を非導通状態にする。これにより、インバータ221はゲート遮断状態になる。なお、インバータ222の構成はインバータ221の構成と同等であるため、説明は繰り返さない。
When the system voltage VH is supplied, the
電流センサ241は、モータジェネレータ10を流れる電流(以下「モータ電流」とも記載する)IM1を検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。電流センサ242は、電流センサ241と同様に、モータジェネレータ20を流れる電流IM2を検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。
ECU300は、エンジン回転速度センサ410からの信号(Neで示す)、および、レゾルバ421,422からの信号(Nm1,Nm2でそれぞれ示す)を受ける。また、ECU300は、電圧センサ230からの信号(VHで示す)、電流センサ241,242からの信号(IM1,IM2でそれぞれ示す)を受ける。
ECU300は、コンバータ210の出力電圧の目標値(以下「目標システム電圧」とも称する)VHtagを設定し、システム電圧VHが目標システム電圧VHtagに追従するようにコンバータ210を制御する。より具体的には、ECU300は、制御信号PWMCによりコンバータ210の出力電圧のデューティを調整することによって、システム電圧VHを目標システム電圧VHtagに制御するフィードバック制御を実行する。
また、ECU300は、インバータ221,222を制御することによってモータジェネレータ10,20を駆動する。より具体的には、ECU300は、システム電圧VH、モータ電流IM1および目標トルクに基づいて、制御信号PWM1を生成してインバータ221に出力する。一方、ECU300は、インバータ221の動作を停止させる場合には、ゲート遮断信号SDN1を生成してインバータ221に出力する。インバータ222の制御も同様であるため、説明は繰り返さない。
さらに、ECU300は、図示しないアクセルポジションセンサによって取得されたアクセル開度Accおよび車速Vから要求駆動力を算出し、要求駆動力からエンジン要求パワーPe*を決定する。さらに、エンジン要求パワーPe*に基づいて定められた動作点(エンジン100の目標回転速度Netagおよび目標トルク)でエンジン100が駆動されるように、エンジン100の燃料噴射、点火時期、バルブタイミング等を制御する。
Further,
なお、図2では、ECU300が1つのユニットとして構成される例を示しているが、ECU300を複数のユニット(たとえばHV−ECU、MG−ECU、およびエンジンECU)に分割して構成することも可能である。
2 shows an example in which
<通常モードおよび退避モード>
ECU300は、通常モードと退避モードとのいずれかの制御モードで車両1を走行させることができる。通常モードは、EV走行とHV走行とを必要に応じて切り替えながら車両1を走行させるモードである。言い換えれば、通常モードは、インバータ221,222によるモータジェネレータ10,20の電気的な駆動が許容されるモードである。通常モードによる走行を「通常走行」と称する。
<Normal mode and evacuation mode>
退避モードは、部品(たとえばレゾルバ421,422または電流センサ241,242)の故障、あるいはECU300の上記複数のユニット間での通信異常などに起因して、インバータ221,222によるモータジェネレータ10,20の電気的な駆動を正常に行なうことができない異常が生じた場合に、インバータ221,222をゲート遮断状態にしつつ、エンジン100を駆動して車両1を退避走行させるモードである。言い換えれば、退避モードは、インバータ221,222によるモータジェネレータ10,20の電気的な駆動が禁止されるモードである。この退避モードによる走行を「インバータレス走行」と称し、インバータレス走行を行なうための制御を「インバータレス走行制御」と称する。
The evacuation mode is caused by failure of parts (for example,
図3は、インバータレス走行制御中における電気システムの構成を概略的に示す図である。図3を参照して、インバータレス走行制御中においては、ゲート遮断信号SDN1に応答して、インバータ221に含まれるすべてのスイッチング素子Q3〜Q8が非導通状態にされる。そのため、インバータ221に含まれるダイオードD3〜D8によって三相全波整流回路が構成される。同様に、図示しないが、ゲート遮断信号SDN2に応答して、インバータ222に含まれるすべてのスイッチング素子Q9〜Q14(図2参照)が非導通状態にされる。そのため、インバータ222に含まれるダイオードD9〜D14によって三相全波整流回路が構成される。一方、コンバータ210では、制御信号PWMCに応じたスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング動作(PWM動作)が継続される。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the electrical system during inverterless travel control. Referring to FIG. 3, during inverterless travel control, all switching elements Q3-Q8 included in
インバータレス走行制御中においてはエンジン100が駆動されるため、エンジン100からエンジントルクTeが出力される。このエンジントルクTeによってモータジェネレータ10が機械的(力学的)に回転させられる。モータジェネレータ10は永久磁石型同期モータであるので、モータジェネレータ10のロータには永久磁石12が設けられている。このため、エンジントルクTeにより永久磁石12が回転させられることによって逆起電圧Vcが生じる。この逆起電圧Vcがシステム電圧VHよりも高くなると、モータジェネレータ10からバッテリ150へとモータ電流IM1が流れ、モータジェネレータ10による発電が行なわれる。この際に、モータジェネレータ10では、モータジェネレータ10の回転を妨げる方向に作用する逆起トルクTcが発生する。
Since
図4は、インバータレス走行制御中における各回転要素の挙動を説明するための共線図である。図4を参照して、遊星歯車機構30が図1にて説明したように構成されることによって、サンギヤSの回転速度(=回転速度Nm1)と、キャリアCAの回転速度(=回転速度Ne)と、リングギヤRの回転速度(=回転速度Nm2)とは、共線図上において直線で結ばれる関係を有する。
FIG. 4 is a collinear diagram for explaining the behavior of each rotating element during inverterless travel control. Referring to FIG. 4, the
上述のように、インバータレス走行制御中にエンジン100の出力トルク(エンジントルク)Teによってモータジェネレータ10が機械的に回転させられると、モータジェネレータ10は、モータジェネレータ10の回転を妨げる方向(負方向)に逆起トルクTcを発生する。逆起トルクTcがモータジェネレータ10からサンギヤSに作用することによって、リングギヤRには、逆起トルクTcの反力として正方向に作用する駆動トルクTepが発生する。この駆動トルクTepにより、車両1のインバータレス走行が実現される。
As described above, when the
回転速度Nm1と、システム電圧VHと、逆起電圧Vcと、逆起トルクTcとの間には、以下に説明するような関係が存在する。 The relationship described below exists among the rotational speed Nm1, the system voltage VH, the counter electromotive voltage Vc, and the counter electromotive torque Tc.
図5は、回転速度Nm1と、システム電圧VHと、逆起電圧Vcと、逆起トルクTcとの間の関係を説明するための図である。図5ならびに後述する図6および図10において、横軸は回転速度Nm1を表わす。縦軸は、上から逆起電圧Vcおよび逆起トルクTcを表す。 FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship among the rotational speed Nm1, the system voltage VH, the counter electromotive voltage Vc, and the counter electromotive torque Tc. 5 and FIG. 6 and FIG. 10, which will be described later, the horizontal axis represents the rotational speed Nm1. The vertical axis represents the counter electromotive voltage Vc and counter electromotive torque Tc from above.
図5に示されるように、逆起電圧Vcは、回転速度Nm1が高いほど高い値となる特性を有する。回転速度Nm1がNthよりも低い領域では、逆起電圧Vcがシステム電圧VH未満である。すなわち、逆起電圧Vcとシステム電圧VHとの電圧差をΔV(=Vc−VH)と表すと、電圧差ΔVは負である。この場合、モータ電流IM1(図3参照)は、モータジェネレータ10からバッテリ150へと流れず、モータジェネレータ10による発電は行なわれない。よって、逆起トルクTcも発生しない。
As shown in FIG. 5, the counter electromotive voltage Vc has a characteristic that the value increases as the rotational speed Nm1 increases. In the region where the rotational speed Nm1 is lower than Nth, the back electromotive voltage Vc is less than the system voltage VH. That is, when the voltage difference between the back electromotive voltage Vc and the system voltage VH is expressed as ΔV (= Vc−VH), the voltage difference ΔV is negative. In this case, motor current IM1 (see FIG. 3) does not flow from
一方、回転速度Nm1がNthよりも高い領域では、逆起電圧Vcがシステム電圧VHよりも高いので、電圧差ΔVは正となり、モータ電流IM1が流れる。電圧差ΔVが大きいほどモータ電流IM1は大きくなる。また、モータジェネレータ10では電圧差ΔVに応じた逆起トルクTcが発生するとともに、逆起トルクTcの反力としての駆動トルクTepが出力軸60に作用する。
On the other hand, in the region where the rotational speed Nm1 is higher than Nth, the back electromotive voltage Vc is higher than the system voltage VH, so the voltage difference ΔV becomes positive and the motor current IM1 flows. The motor current IM1 increases as the voltage difference ΔV increases. In the
ここで、モータジェネレータ10の構成部材(たとえば図示しないコアまたはコイル)の温度が変化した場合に、モータジェネレータ10にて実際に発生する逆起トルクTcの値(実際値)と設計値との間に誤差が生じ得る。このような誤差は、構成部材の製造バラつきの影響によっても生じ得る。逆起トルクTcに誤差が生じると、逆起トルクTcを反力とする駆動トルクTepにも誤差が生じてしまい、所望の駆動Tepトルクが出力されない可能性がある。
Here, when the temperature of a component (for example, a core or a coil (not shown)) of the
図6は、逆起トルクTcの設計値と実際値との関係を説明するための図である。図6および後述する図10において、曲線Kd,Kaは、逆起電圧Vcの設計値および実際値をそれぞれ示す。曲線Jd,Jaは、逆起トルクTcの設計値および実際値をそれぞれ示す。 FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the design value and the actual value of the counter electromotive torque Tc. In FIG. 6 and FIG. 10 described later, curves Kd and Ka indicate the design value and the actual value of the back electromotive voltage Vc, respectively. Curves Jd and Ja show the design value and actual value of counter electromotive torque Tc, respectively.
図2および図6を参照して、回転速度Nm1がN0の場合において、モータジェネレータ10の構成部材の温度変化等に起因して、逆起トルクTcの設計値Tdと実際値Taとの間には誤差(トルク誤差)が生じ得る。このトルク誤差は、逆起電圧Vcの誤差(電圧誤差)に由来する。
Referring to FIGS. 2 and 6, when rotational speed Nm1 is N0, due to a temperature change of the constituent members of
より詳細に説明すると、ECU300は、逆起電圧Vcの設計値Vdとシステム電圧VH=V0との電圧差(Vd−V0)に応じた逆起トルクTcが発生するものとして、逆起トルクTcの制御を行なう。しかしながら、実際には、逆起電圧Vcの実際値Vaとシステム電圧VH=V0との電圧差(Va−V0)に応じた逆起トルクTcがモータジェネレータ10では発生している。
More specifically, the
このように、逆起電圧Vcの設計値Vdと実際値Vaとの間に誤差が生じると、逆起電圧Vcとシステム電圧VHとの電圧差に電圧誤差Err(=Va−Vd)が生じることになるので、逆起トルクTcにおいても誤差が生じる。その結果、逆起トルクTcの反力としての駆動トルクTepにも誤差が生じてしまい、所望の駆動トルクTepが出力されない可能性がある。 Thus, when an error occurs between the design value Vd and the actual value Va of the back electromotive voltage Vc, a voltage error Err (= Va−Vd) occurs in the voltage difference between the back electromotive voltage Vc and the system voltage VH. Therefore, an error also occurs in the counter electromotive torque Tc. As a result, an error also occurs in the drive torque Tep as a reaction force of the counter electromotive torque Tc, and the desired drive torque Tep may not be output.
そこで、実施の形態1によれば、システム電圧VHを補正することによって逆起トルクTcの実際値Taを設計値Tdに近づける。より具体的には、ECU300は電圧誤差Errを学習し、コンバータ210を制御することによりシステム電圧VH(あるいは目標システム電圧VHtag)を電圧誤差Errだけ変化させる。図6に示す例では、システム電圧VH=V0を電圧誤差Errだけ上昇させ、VH=(V0+Err)にする。
Therefore, according to the first embodiment, the actual value Ta of the counter electromotive torque Tc is brought close to the design value Td by correcting the system voltage VH. More specifically,
これにより、逆起電圧Vcの実際値Vaと補正後のシステム電圧(V0+Err)との電圧差は、Va−(V0+Err)=(Va−Err)−V0=Vd−V0になる。つまり、補正後の電圧差は、逆起電圧Vc=Vd(設計値)が発生しているものとして逆起トルクTcが制御される場合の電圧差とほぼ一致する。その結果、逆起トルクTcの誤差が低減されるので、駆動トルクTepの誤差も低減される。つまり、駆動トルクTepの精度を向上させることができる。 Thus, the voltage difference between the actual value Va of the back electromotive voltage Vc and the corrected system voltage (V0 + Err) is Va− (V0 + Err) = (Va−Err) −V0 = Vd−V0. That is, the corrected voltage difference substantially matches the voltage difference when the counter electromotive torque Tc is controlled assuming that the counter electromotive voltage Vc = Vd (design value) is generated. As a result, since the error of the counter electromotive torque Tc is reduced, the error of the driving torque Tep is also reduced. That is, the accuracy of the drive torque Tep can be improved.
図7は、実施の形態1に係る車両1における走行制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、所定の条件成立時あるいは所定の期間経過毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。なお、図7ならびに後述する図8および図11に示すフローチャートの各ステップ(以下Sと略す)は、基本的にはECU300によるソフトウェア処理によって実現されるが、ECU300内に作製された電子回路を用いたハードウェア処理によって実現されてもよい。
FIG. 7 is a flowchart for illustrating travel control in
図2および図7を参照して、S10において、ECU300は、インバータ221,222によるモータジェネレータ10,20の電気的な駆動を正常に行なうことができるか否かを判定する。より具体的には、ECU300は、レゾルバ421,422または電流センサ241,242等の部品の故障、あるいはECU300を構成するユニット(図示しないHV−ECUおよびMG−ECU)間での通信異常が起こっているか否かを判定する。
2 and 7, in S10,
モータジェネレータ10,20を正常に駆動できる場合(S10においてYES)、ECU300は、処理をS20に進め、制御モードを通常モードに設定して車両1の通常走行を行なう。その後、ECU300は、処理をメインルーチンへと戻す。
When
一方、モータジェネレータ10,20を正常に駆動できない場合(S110においてNO)、ECU300は、制御モードを退避モードに設定して車両1のインバータレス走行を行なう(S30〜S50)。
On the other hand, when
より具体的には、S30において、ECU300は、ゲート遮断信号SDN1,SDN2を出力することによってインバータ221,222をゲート遮断状態にする(あるいはインバータ221,222がすでにゲート遮断状態の場合には、その状態を維持する)。これにより、インバータ221,222を保護することができる。
More specifically, in S30, the
S40において、ECU300は、システム電圧VHが目標システム電圧VHtagになるようにコンバータ210を制御する。
In S40,
S50において、ECU300は、エンジン100を駆動状態する(エンジン100がすでに駆動状態の場合には、その状態を維持する)。そして、ECU300は、図4にて説明した共線図の関係を用いて、モータジェネレータ10の回転速度Nm1が目標回転速度Nm1tagに到達するように、エンジン100の目標回転速度Netagを設定する。さらに、ECU300は、回転速度Neが目標回転速度Netagになるようにエンジン100を制御する。S50の処理が終了すると、ECU300は処理をメインルーチンへと戻す。
In S50,
図8は、実施の形態1における逆起トルクTcの補正制御を説明するためのフローチャートである。図8および後述する図11に示すフローチャートは、インバータレス走行中(図7のS30〜S50の処理の実行中)において、所定の条件成立時あるいは所定の期間経過毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。 FIG. 8 is a flowchart for explaining correction control of counter electromotive torque Tc in the first embodiment. The flowchart shown in FIG. 8 and FIG. 11, which will be described later, is called and executed from the main routine when a predetermined condition is satisfied or every elapse of a predetermined period during inverterless travel (during execution of the processing of S30 to S50 in FIG. 7). Is done.
図2および図8を参照して、S110において、ECU300は、補正条件が成立しているか否かを判定する。ECU300は、たとえば前回補正時から所定の期間が経過すると、補正条件が成立したものと判定する。補正条件が成立していない場合(S110においてNO)、ECU300は、以降のS120〜S160の処理をスキップして処理をS170に進める。
2 and 8, in S110,
一方、補正条件が成立した場合(S110においてYES)、ECU300は、エンジン100の回転速度Neを調整することによってモータジェネレータ10の回転速度Nm1を所定速度(図6のN0)に固定しつつ、システム電圧VHを所定電圧(図6のV0)に固定する(S120)。
On the other hand, when the correction condition is satisfied (YES in S110),
S130において、ECU300は、S120にて設定した回転速度Nm1=N0およびシステム電圧VH=V0における逆起トルクTcの設計値Tdを算出する。逆起トルクTcの設計値Tdは、たとえば、ECU300のメモリ(図示せず)に予め格納されたマップを参照することによって(あるいは関数を用いることによって)、回転速度Nm1およびシステム電圧VHから算出することができる。
In S130,
S140において、ECU300は、エンジン100の動作状態に基づいて、逆起トルクTcの実際値Taを算出する。より具体的には、ECU300は、共線図の関係を用いて、エンジントルクTeと遊星歯車機構30のギヤ比ρ(図4参照)とから逆起トルクTcを算出する。ECU300は、S130およびS140の算出結果から、逆起トルクTcの設計値Tdと実際値Taとの誤差を算出する。
In S140,
S150において、ECU300は、以下に図9にて示すようなマップを参照することによって、逆起トルクTcの誤差(トルク誤差)を逆起電圧Vcの誤差(電圧誤差)Errに換算する。換算された電圧誤差Errは、ECU300のメモリ(図示せず)に不揮発的に記憶される(S160)。
In S150, the
図9は、トルク誤差を電圧誤差に換算するためのマップの一例を示す図である。図9において、横軸は逆起トルクTcを示し、縦軸はシステム電圧VHを示す。図9に示すようなマップを参照することによって、トルク誤差から電圧誤差Errを算出することができる。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a map for converting a torque error into a voltage error. In FIG. 9, the horizontal axis represents the counter electromotive torque Tc, and the vertical axis represents the system voltage VH. By referring to the map as shown in FIG. 9, the voltage error Err can be calculated from the torque error.
図8に戻り、S170において、ECU300は、S160にて算出した電圧誤差Errだけ目標システム電圧VHtagを補正する。より具体的には、補正前の目標システム電圧VHtagに電圧誤差Errを加算した値を補正後の目標システム電圧VHtagとする。これにより、システム電圧VHが目標システム電圧VHtagに追従するようにコンバータ210を制御する際に、システム電圧VHが電圧誤差Errだけ補正される。そうすると、電圧差が電圧誤差Errだけ変化するので、逆起トルクTcの誤差を解消することができる。その結果、所望の駆動トルクTepを高精度に出力することが可能になる。
Returning to FIG. 8, in S170, the
なお、S110にて補正条件が成立していない場合には、ECU300のメモリに以前に記憶された電圧誤差Errを用いて、目標システム電圧VHtagが補正される。
When the correction condition is not satisfied in S110, the target system voltage VHtag is corrected using the voltage error Err previously stored in the memory of the
以上のように、実施の形態1によれば、コンバータ210を制御することによりシステム電圧VHを電圧誤差Errだけ補正する。これにより、設計値に従って逆起トルクTcの制御を行なう場合の電圧差が実際の電圧差と一致する。そうすると、モータジェネレータ10では逆起トルクTcの誤差が低減され、逆起トルクTcが設計値Tdに近づく。その結果、駆動トルクTepの誤差も低減されるので、駆動トルクTepの精度を向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment, by controlling
[実施の形態2]
実施の形態1ではシステム電圧VHを補正することによって駆動トルクの精度を向上させる手法を説明したが、駆動トルクの精度を向上させるための手法はこれに限定されない。実施の形態2においては、エンジン100の回転速度Neを補正することで、モータジェネレータ10の回転速度Nm1を補正する手法について説明する。なお、実施の形態2に係るハイブリッド車両の全体構成および電気システムの構成は、車両1の全体構成および電気システムの構成(図1および図2参照)とそれぞれ同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the method for improving the accuracy of the driving torque by correcting the system voltage VH has been described, but the method for improving the accuracy of the driving torque is not limited to this. In the second embodiment, a method of correcting the rotational speed Nm1 of the
図10は、回転速度Nm1の補正手法を説明するための図である。図10を参照して、実施の形態1における説明(図6参照)と同様に、回転速度Nm1=N0であり、かつ、システム電圧VH=V0である場合において、逆起トルクTcの設計値Tdと実際値Taとの間にはトルク誤差が生じる。このトルク誤差は、逆起電圧Vcとシステム電圧VHとの電圧差に電圧誤差Errが生じることによるものである。 FIG. 10 is a diagram for explaining a method of correcting the rotation speed Nm1. Referring to FIG. 10, similarly to the description in Embodiment 1 (see FIG. 6), the design value Td of the counter electromotive torque Tc when the rotational speed Nm1 = N0 and the system voltage VH = V0. And an actual value Ta cause a torque error. This torque error is due to the occurrence of a voltage error Err in the voltage difference between the back electromotive voltage Vc and the system voltage VH.
実施の形態2においては、エンジン100を制御することにより回転速度Neを変化させ、それにより共線図の関係(図4参照)から回転速度Nm1を電圧誤差Errに対応する値だけ変化させる。図10に示す例では、電圧誤差Errに対応する値をΔNと表す場合に、回転速度Nm1をN0から(N0−ΔN)へと低下させる。
In the second embodiment, the rotational speed Ne is changed by controlling the
回転速度Nm1=(N0−ΔN)の場合において、逆起電圧Vcとシステム電圧VHとの電圧差は(Vd−V0)であり、回転速度Nm1=N0の場合の電圧差(Vd−V0)に等しい。したがって、設計値Tdに近い逆起トルクTcが発生するようになるので、駆動トルクTepについても所望の値が出力されるようになる。つまり、駆動トルクTepの精度を向上させることができる。 When the rotational speed Nm1 = (N0−ΔN), the voltage difference between the back electromotive voltage Vc and the system voltage VH is (Vd−V0), and the voltage difference (Vd−V0) when the rotational speed Nm1 = N0. equal. Accordingly, since the counter electromotive torque Tc close to the design value Td is generated, a desired value is output as the drive torque Tep. That is, the accuracy of the drive torque Tep can be improved.
図11は、実施の形態2における逆起トルクTcの補正制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、図7に示したフローチャートにおけるインバータレス走行中に所定の条件成立時あるいは所定の期間経過毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。 FIG. 11 is a flowchart for explaining correction control of counter electromotive torque Tc in the second embodiment. This flowchart is called from the main routine and executed when a predetermined condition is satisfied or every predetermined period of time during the inverterless travel in the flowchart shown in FIG.
図2および図11を参照して、S210〜S260の処理は、実施の形態1におけるS110〜S160の処理とそれぞれ同等であるため、説明は繰り返さない。 With reference to FIG. 2 and FIG. 11, the processes of S210 to S260 are the same as the processes of S110 to S160 in the first embodiment, respectively, and therefore description thereof will not be repeated.
S270において、ECU300は、S260にて算出した電圧誤差Errに対応する値だけ目標回転速度Nm1tagを補正する。図示しないが、たとえば電圧誤差Errと目標回転速度Nm1tagの補正量との対応関係を規定したマップをECU300のメモリに予め格納しておくことにより、電圧誤差Errから補正後の目標回転速度Nm1tagを算出することができる。これにより、以降の逆起トルクTcの制御において、回転速度Nm1が電圧誤差Errに対応する値だけ補正されることになるので、逆起トルクTcの誤差を解消することができる。その結果、所望の駆動トルクTepを高精度に出力することが可能になる。
In S270,
以上のように、実施の形態2によれば、エンジン100を制御することにより回転速度Nm1を電圧誤差Errに対応する値(図10に示すΔN)だけ変化させる。これにより、設計値に従って逆起トルクTcの制御を行なう場合の電圧差が実際の電圧差ΔVと一致する。そうすると、モータジェネレータ10では逆起トルクTcの誤差が低減され、逆起トルクTcが設計値Tdに近づく。その結果、駆動トルクTepの誤差も低減されるので、駆動トルクTepの精度を向上させることができる。
As described above, according to the second embodiment, by controlling
なお、実施の形態1にて説明したシステム電圧VHの補正と、実施の形態2にて説明した回転速度Neの補正(それによる回転速度Nm1の補正)との両方を実施してもよい。言い換えれば、エンジン100の回転速度Ne、およびシステム電圧VHのうちの少なくとも一方を補正すればよい。
Note that both the correction of the system voltage VH described in the first embodiment and the correction of the rotational speed Ne described in the second embodiment (the correction of the rotational speed Nm1 thereby) may be performed. In other words, it is only necessary to correct at least one of the rotational speed Ne of the
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、上記した実施の形態の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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
1 車両、1U,1V,1W,2U,2V,2W アーム、10,20 モータジェネレータ、12 永久磁石、30 遊星歯車機構、S サンギヤ、R リングギヤ、CA キャリア、P ピニオンギヤ、50 駆動輪、60 出力軸、100 エンジン、110 クランクシャフト、150 バッテリ、160 SMR、200 PCU、210 コンバータ、221,222 インバータ、230 電圧センサ、241,242 電流センサ、300 ECU、410 エンジン回転速度センサ、421,422 レゾルバ、440 監視ユニット、C1,C2 コンデンサ、Q1〜Q14 スイッチング素子、D1〜D14 ダイオード、L1 リアクトル、PL,NL 電力線。 1 vehicle, 1U, 1V, 1W, 2U, 2V, 2W arm, 10, 20 motor generator, 12 permanent magnet, 30 planetary gear mechanism, S sun gear, R ring gear, CA carrier, P pinion gear, 50 drive wheels, 60 output shaft , 100 engine, 110 crankshaft, 150 battery, 160 SMR, 200 PCU, 210 converter, 221, 222 inverter, 230 voltage sensor, 241, 242 current sensor, 300 ECU, 410 engine speed sensor, 421, 422 resolver, 440 Monitoring unit, C1, C2 capacitor, Q1-Q14 switching element, D1-D14 diode, L1 reactor, PL, NL power line.
Claims (1)
エンジンと、
ロータに永久磁石を有する第1の回転電機と、
駆動輪に接続された出力軸と、
前記エンジンの駆動状態において、前記第1の回転電機の出力トルクの反力が前記出力軸に作用するように、前記エンジン、前記第1の回転電機、および前記出力軸を機械的に連結する遊星歯車機構と、
前記出力軸に接続された第2の回転電機と、
バッテリと、
前記バッテリから入力される電圧を昇圧した昇圧電圧を出力可能に構成されたコンバータと、
前記コンバータ、前記第1の回転電機、および前記第2の回転電機の間で電力を変換可能に構成されたインバータと、
前記インバータによる前記第1および第2の回転電機の駆動を正常に行なうことができない場合にインバータレス走行制御を実行可能に構成された制御装置とを備え、
前記インバータレス走行制御は、前記インバータをゲート遮断状態にし、かつ、前記エンジンを駆動状態にすることで、前記第1の回転電機に逆起電圧による制動トルクを発生させることによって前記ハイブリッド車両を走行させる制御であり、
前記制御装置は、前記インバータレス走行制御中に、
前記第1の回転電機の回転速度が所定速度に固定され、かつ、前記昇圧電圧が所定電圧に固定された状態において、
前記昇圧電圧および前記第1の回転電機の回転速度を用いて、前記制動トルクの設計値を算出し、
前記エンジンの出力トルクを用いて、前記制動トルクの実際値を算出し、
前記実際値が前記設計値に近づくように、前記エンジンの回転速度および前記昇圧電圧のうちの少なくとも一方を補正する、ハイブリッド車両。 A hybrid vehicle,
Engine,
A first rotating electric machine having a permanent magnet in the rotor;
An output shaft connected to the drive wheels;
A planet that mechanically connects the engine, the first rotating electrical machine, and the output shaft so that a reaction force of the output torque of the first rotating electrical machine acts on the output shaft in a driving state of the engine. A gear mechanism;
A second rotating electrical machine connected to the output shaft;
Battery,
A converter configured to be capable of outputting a boosted voltage obtained by boosting a voltage input from the battery;
An inverter configured to convert electric power between the converter, the first rotating electric machine, and the second rotating electric machine;
A controller configured to execute inverter-less travel control when the first and second rotating electrical machines cannot be normally driven by the inverter;
In the inverterless travel control, the hybrid vehicle travels by causing the first rotating electrical machine to generate a braking torque by a counter electromotive voltage by setting the inverter to a gate cutoff state and driving the engine. Control
The control device, during the inverterless travel control,
In a state where the rotation speed of the first rotating electrical machine is fixed to a predetermined speed and the boosted voltage is fixed to the predetermined voltage,
Using the boosted voltage and the rotation speed of the first rotating electrical machine, a design value of the braking torque is calculated,
Using the output torque of the engine, the actual value of the braking torque is calculated,
A hybrid vehicle that corrects at least one of the rotational speed of the engine and the boosted voltage so that the actual value approaches the design value.
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- 2015-10-01 JP JP2015196035A patent/JP2017065604A/en active Pending
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