JP4281730B2 - 車両およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、車両およびその制御方法に関する。
従来、この種の車両としては、前輪に動力を出力可能な内燃機関および前輪側電動機と、後輪に動力を出力可能な後輪側電動機と、前輪側電動機を駆動する前輪側インバータおよび後輪側電動機を駆動する後輪側インバータと電力をやりとりするバッテリとを備えるものが提案されている(特許文献1参照)。この車両では、前輪側だけに動力を出力して走行する際には、後輪側電動機の逆起電圧がバッテリ端子電圧未満となる車速のときには後輪側インバータのシャットダウンを行ない、後輪側電動機の逆起電圧がバッテリ端子電圧以上となる車速のときには弱め界磁制御を行なうことにより、後輪側電動機で発生した逆起電力が後輪側インバータを介して電力ラインに流れるのを抑制している。
特開2000−253512号公報
こうした車両では、後輪側電動機で発生した逆起電力が後輪側インバータを介して電力ラインに流れるのを抑制することは重要な課題として考えられている。ところで、上述した構成に加えてバッテリの電圧を昇圧して前輪側インバータおよび後輪側インバータに出力する昇圧回路を備える車両では、昇圧回路の状態に応じて前輪側インバータおよび後輪側インバータの電力ラインの電圧は変動する。したがって、昇圧回路を備える場合、前輪側だけに動力を出力して走行する際に、後輪側電動機の逆起電圧とバッテリ端子電圧とが略等しくなる電圧を昇圧回路の状態に拘わらず一律に設定すると、後輪側電動機で発生した逆起電力が後輪側インバータを介して電力ラインに流れるのを抑制することができない場合が生じ、この場合には、後輪側電動機は発電機として機能することになり、予期しない制動トルクが作用してしまう。
本発明の車両およびその制御方法は、電動機で発生した逆起電力が駆動回路に流れるのをより適正に抑制することを目的とする。
本発明の車両およびその制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の車両は、
走行用の動力を出力可能な動力出力手段と、
走行用の動力を入出力可能で、走行に伴って逆起電力を発生可能な電動機と、
スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する駆動回路と、
充放電可能な蓄電手段と、
該蓄電手段の電圧を調整して前記駆動回路に出力可能な電圧調整手段と、
前記駆動回路の電力母線間に作用している電圧の状態に基づいて、該駆動回路のスイッチング素子がゲート遮断されているときに走行に伴って前記電動機で発生した逆起電力が該駆動回路に流れる車速としての基準車速を設定する基準車速設定手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記動力出力手段からの動力だけで走行する際には、前記検出された車速が前記設定された基準車速未満のときには前記スイッチング素子がゲート遮断されるよう前記駆動回路を制御し、前記検出された車速が前記設定された基準車速以上のときには前記スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機から動力が入出力されないよう前記駆動回路を制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
この本発明の車両では、スイッチング素子のスイッチングにより電動機を駆動する駆動回路の電力母線間に作用している電圧の状態に基づいて駆動回路のスイッチング素子がゲート遮断されているときに走行に伴って電動機で発生した逆起電力が駆動回路に流れる車速としての基準車速を設定し、動力出力手段からの動力だけで走行する際には、車速が基準車速未満のときにはスイッチング素子がゲート遮断されるよう駆動回路を制御し、車速が基準車速以上のときにはスイッチング素子のスイッチングにより電動機から動力が入出力されないよう駆動回路を制御する。これにより、駆動回路の電力母線間の電圧の状態に基づいて、電動機で発生した逆起電力が駆動回路に流れるのをより適正に抑制することができる。この結果、予期しない制動力が作用するのを抑制することができる。
こうした本発明の車両において、前記電圧調整手段は前記蓄電手段の電圧を昇圧して前記駆動回路に出力可能な手段であり、前記基準車速設定手段は前記電圧調整手段の状態に基づいて前記基準車速を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電圧調整手段の状態に基づいて基準車速をより適正に設定することができる。この場合、前記基準車速設定手段は、前記電圧調整手段により前記蓄電手段の電圧を昇圧して前記駆動回路に出力可能なときには第1の車速を前記基準車速として設定し、前記電圧調整手段により前記蓄電手段の電圧を昇圧して前記駆動回路に出力できないときには前記第1の車速より小さい第2の車速を前記基準車速として設定する手段であるものとすることもできる。
また、本発明の車両において、走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記動力出力手段と前記駆動回路とを制御する走行制御手段と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、要求駆動力に基づく駆動力により走行することができる。この場合、前記走行制御手段は、前記駆動回路のスイッチング素子のスイッチングを行なうことができないときには、前記車速検出手段により検出される車速が前記設定された基準車速以下となるよう前記設定された要求駆動力に対して制限した駆動力により走行するよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、車速を制限することにより、電動機で発生する逆起電圧が駆動回路の電圧を超えるのを抑制することができ、電動機で発生した逆起電力が駆動回路に流れるのを抑制することができる。
さらに、本発明の車両において、前記動力出力手段は第1の車軸に走行用の動力を出力可能であり、前記電動機は前記第1の車軸または該第1の車軸とは異なる第2の車軸に走行用の動力を入出力可能であるものとすることもできる。この態様の本発明の車両において、前記動力出力手段は内燃機関と該内燃機関の出力軸と前記第1の車軸に連結された駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力する電力動力入出力手段と前記駆動軸に動力を入出力可能な第2電動機と前記電力動力入出力手段を駆動する電力動力入出力手段用駆動回路と前記第2電動機を駆動する第2電動機用駆動回路とを備える手段であり、前記電圧調整手段は前記蓄電手段の電圧を調整して前記電力動力入出力手段用駆動回路と前記第2電動機用駆動回路と前記駆動回路とに出力可能な手段であるものとすることもできる。この場合、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸との3軸に接続され該3軸のうちいずれか2軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段であるものとすることもできる。
本発明の車両の制御方法は、
走行用の動力を出力可能な動力出力手段と、走行用の動力を入出力可能で、走行に伴って逆起電力を発生可能な電動機と、スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する駆動回路と、充放電可能な蓄電手段と、該蓄電手段の電圧を調整して前記駆動回路に出力可能な電圧調整手段と、を備える車両の制御方法であって、
(a)前記駆動回路の電力母線間に作用している電圧の状態に基づいて、該駆動回路のスイッチング素子がゲート遮断されているときに走行に伴って前記電動機で発生した逆起電力が該駆動回路に流れる車速としての基準車速を設定し、
(b)前記動力出力手段からの動力だけで走行する際には、車速が前記設定された基準車速未満のときには前記スイッチング素子がゲート遮断されるよう前記駆動回路を制御し、車速が前記設定された基準車速以上のときには前記スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機から動力が入出力されないよう前記駆動回路を制御する
ことを要旨とする。
この本発明の車両の制御方法によれば、スイッチング素子のスイッチングにより電動機を駆動する駆動回路の電力母線間に作用している電圧の状態に基づいて駆動回路のスイッチング素子がゲート遮断されているときに走行に伴って電動機で発生した逆起電力が駆動回路に流れる車速としての基準車速を設定し、動力出力手段からの動力だけで走行する際には、車速が基準車速未満のときにはスイッチング素子がゲート遮断されるよう駆動回路を制御し、車速が基準車速以上のときにはスイッチング素子のスイッチングにより電動機から動力が入出力されないよう駆動回路を制御するから、駆動回路の電力母線間の電圧の状態に基づいて、電動機で発生した逆起電力が駆動回路に流れるのをより適正に抑制することができる。この結果、予期しない制動力が作用するのを抑制することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図1は本発明の一実施例であるハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2はハイブリッド自動車20が備える昇圧回路90の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30に接続されると共にギヤ機構60およびデファレンシャルギヤ62を介して前輪63a,63bの前軸64に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに減速ギヤ35を介して接続されたモータMG2と、デファレンシャルギヤ65を介して後輪66a,66bの後軸67に接続されたモータMG3と、モータMG1,MG2,MG3と昇圧回路90を介して電力をやりとりするバッテリ50と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。
エンジン22は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン22の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により燃料噴射制御や点火制御,吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
動力分配統合機構30は、外歯歯車のサンギヤ31と、このサンギヤ31と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31に噛合すると共にリングギヤ32に噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34とを備え、サンギヤ31とリングギヤ32とキャリア34とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構30は、キャリア34にはエンジン22のクランクシャフト26が、サンギヤ31にはモータMG1が、リングギヤ32にはリングギヤ軸32aを介して減速ギヤ35がそれぞれ連結されており、モータMG1が発電機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力をサンギヤ31側とリングギヤ32側にそのギヤ比に応じて分配し、モータMG1が電動機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力とサンギヤ31から入力されるモータMG1からの動力を統合してリングギヤ32側に出力する。リングギヤ32に出力された動力は、リングギヤ軸32aからギヤ機構60およびデファレンシャルギヤ62を介して、最終的には車両の前輪63a,63bに出力される。
モータMG1,MG2,MG3は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ41,42,43および昇圧回路90を介してバッテリ50と電力のやりとりを行なう。インバータ41,42,43と昇圧回路90とを接続する電力ライン54は、各インバータ41,42,43が共用する正極母線54aおよび負極母線54bとして構成されており、モータMG1,MG2,MG3のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ50は、モータMG1,MG2,MG3のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。モータMG1,MG2,MG3により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ50は充放電されない。また、電力ライン54には平滑用のコンデンサ94が接続されている。モータMG1,MG2,MG3および昇圧回路90は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2,MG3および昇圧回路90を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2,MG3の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ44,45,46からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2,MG3に印加される相電流,電力ライン54に接続された平滑用のコンデンサ94の端子間に設置された電圧センサ92からの電力ライン54の電圧Vhなどが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42,43へのスイッチング制御信号や昇圧回路90への駆動信号などが出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2,MG3を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2,MG3の運転状態や昇圧回路90の状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
昇圧回路90は、図2に示すように、2個のトランジスタTA,TBと2個のダイオードDA,DBとリアクトルLとにより構成されている。2個のトランジスタTA,TBはそれぞれ正極母線54aと負極母線54bとに接続され、その接続点にリアクトルLが接続されている。リアクトルLと負極母線54bとにはバッテリ50の正極端子と負極端子とが接続されており、バッテリ50の端子間には平滑用のコンデンサ96が接続されている。また、2個のトランジスタTA,TBには、それぞれ2個のダイオードDA,DBが並列接続されている。したがって、トランジスタTAのオンオフの割合やトランジスタTBのオンオフの割合を制御することにより、バッテリ50の直流電圧を昇圧してインバータ41,42,43に出力したり、インバータ41,42,43の正極母線54aと負極母線54bとに作用している直流電圧を降圧してバッテリ50を充電したりすることができる。
バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば,バッテリ50の端子間に設置された電圧センサ51からの端子間電圧Vb,バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流,バッテリ50に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、バッテリECU52では、バッテリ50を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量(SOC)も演算している。
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83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84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85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86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて車両から出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とモータMG3とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2とモータMG3との運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2およびモータMG3の一方または両方とによってトルク変換されて出力されるようモータMG1,MG2,MG3を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2およびモータMG3の一方または両方とによるトルク変換を伴って要求動力が出力されるようモータMG1,MG2,MG3を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2およびモータMG3の一方または両方から要求動力に見合う動力が出力されるよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作について説明する。図3は、実施例のハイブリッド自動車20のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば、数msec毎)に繰り返し実行される。
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや車速センサ88からの車速V,モータMG1,MG2,MG3の回転数Nm1,Nm2,Nm3,バッテリ50の入出力制限Win,Wout,昇圧回路異常判定フラグF1,モータMG3用インバータ異常判定フラグF2など制御に必要なデータを入力する(ステップS100)。ここで、回転数Nm1,Nm2,Nm3は、回転位置検出センサ44,45,46からのモータMG1,MG2,MG3の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータECU40から通信により入力するものとした。また、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、図示しない温度センサにより検出されたバッテリ50の電池温度Tbとバッテリ50の残容量(SOC)とに基づいて設定されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。さらに、昇圧回路異常判定フラグF1は、昇圧回路90が正常であるときに値0が設定されると共に昇圧回路90に異常が生じているときに値1が設定されるフラグであり、実施例では、電圧センサ51からのバッテリ50の端子間電圧Vbと電圧センサ92からの電力ライン54の電圧Vhとの比較などに基づいて昇圧回路90によりバッテリ50からの電圧を昇圧してインバータ41,42,43に出力することができるか否かを判定し、判定した結果をモータECU40から通信により入力するものとした。例えば、昇圧回路90のトランジスタTAがオン状態で固着しているときには、昇圧回路90によりバッテリ50の端子間電圧Vbを昇圧してインバータ41,42,43に出力することはできないため、バッテリの端子間電圧Vbと電力ライン54の電圧Vhとが略等しくなり、昇圧回路90に異常が生じていると判定される。モータMG3用インバータ異常判定フラグF2は、インバータ43が正常であるときに値0が設定されると共にインバータ43に異常が生じているときに値1が設定されるフラグであり、実施例では、インバータ43の温度が予め設定された許容限界温度を超えているか否かや、回転位置検出センサ46によりモータMG3の回転子の回転位置が検出されているか否かなどに基づいてインバータ43のスイッチング素子をスイッチング制御することができるか否かを判定し、判定した結果をモータECU40から通信により入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて車両に要求される要求トルクT*を設定する(ステップS110)。ここで、要求トルクT*は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクT*との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクT*を導出して設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図4に示す。
続いて、前後輪のトルク配分比Dを設定し(ステップS120)、設定した配分比Dに要求トルクT*を乗じることにより前輪63a,63b側に出力すべき前輪側トルクTf*を設定すると共に値1から配分比Dを減じたものに要求トルクT*を乗じることにより後輪66a,66b側に出力すべき後輪側トルクTr*を設定する(ステップS130)。ここで、配分比Dは、要求トルクT*に対する前輪63a,63bに出力するトルクの割合として車両の走行状態に基づいて値1〜値0の範囲で設定されるものである。例えば、通常走行時には前輪63a,63bだけにトルクが出力されるよう値1.0の分配比Dを設定したり、坂路走行時や発進走行時には前輪63a,63bと後輪66a,66bの両方にトルクが出力されるよう値0.7や値0.8などの分配比Dを設定したり、前輪63a,63bと後輪66a,66bの一方にスリップが発生したときにはスリップが発生した輪に出力されるトルクの割合が小さくなると共にスリップが発生していない輪に出力されるトルクの割合が大きくなるように分配比Dを設定したりすることができる。なお、車両の走行状態は、例えば、シフトポジションセンサ80からのシフトポジションSPや車速センサ88からの車速V,図示しない勾配センサからの路面勾配θ,前輪63a,63bおよび後輪66a,66bに取り付けられた図示しない車輪速センサからの車輪速Vfl,Vfr,Vrl,Vrrなどに基づいて判定することができる。
次に、配分比Dが値1か否かを判定する(ステップS140)。この判定は前輪63a,63b側だけにトルクを出力して走行するか否かを判定するものである。配分比Dが値1でないときには、後輪側トルクTr*を換算係数Gr(モータMG3の回転数/後輪66a,66bの後軸67の回転数)で除することによりモータMG3のトルク指令Tm3*を設定し(ステップS150)、要求トルクT*に車速Vを乗じたものからバッテリ50が要求する充放電要求パワーPb*を減じてロスLossを加えることによりエンジン22から出力すべき要求パワーP*を計算する(ステップS160)。ここで、充放電要求パワーPb*は、放電要求を正の値とし充電要求を負の値とした。
そして、計算した要求パワーP*に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する(ステップS170)。この設定は、エンジン22を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーP*とに基づいて目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する。エンジン22の動作ラインの一例と目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する様子を図5に示す。図示するように、目標回転数Ne*と目標トルクTe*は、動作ラインと要求パワーP*(Ne*×Te*)が一定の曲線との交点により求めることができる。
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定すると、設定した目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2/Ga;「Ga」は減速ギヤ35のギヤ比)と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(1)によりモータMG1の目標回転数Nm1*を設定すると共に設定した目標回転数Nm1*と現在の回転数Nm1とに基づいて式(2)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を設定する(ステップS180)。ここで、式(1)は、動力分配統合機構30の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図6に示す。図中、左のS軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤ31の回転数を示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるキャリア34の回転数を示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Gaで除したリングギヤ32(リングギヤ軸32a)の回転数Nrを示す。式(1)は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。また、式(2)は、モータMG1を目標回転数Nm1*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、式(2)中、右辺第2項の「k1」は比例項のゲインであり、右辺第3項の「k2」は積分項のゲインである。なお、R軸上の上向きの2つの太線矢印は、エンジン22を目標回転数Ne*および目標トルクTe*の運転ポイントで定常運転したときにエンジン22から出力されるトルクTe*がリングギヤ軸32aに伝達されるトルクと、モータMG2から出力されるトルクTm2*が減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Ga・ρ) (2)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (3)
こうしてモータMG1の目標回転数Nm1*とトルク指令Tm1*とを計算すると、バッテリ50の入出力制限Win,WoutからモータMG1のトルク指令Tm1*に現在のモータMG1の回転数Nm1を乗じて得られるモータMG1の消費電力(発電電力)とモータMG3のトルク指令Tm3*に現在のモータMG3の回転数Nm3を乗じて得られるモータMG3の消費電力(発電電力)とを減じたものを更にモータMG2の回転数Nm2で除することによりモータMG2から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Tmin,Tmaxを次式(4)および式(5)により計算すると共に(ステップS190)、前輪側トルクTf*を換算係数Gf(リングギヤ軸32aの回転数/前輪63a,63bの前軸64の回転数)で除したものからエンジン22からリングギヤ軸32aに直接伝達されるトルク(−Tm1*/ρ)を減じこれを更に減速ギヤ35のギヤ比Gaで除することによりモータMG2から出力すべきトルクとしての仮モータトルクTm2tmpを式(6)により計算し(ステップS200)、計算したトルク制限Tmin,Tmaxで仮モータトルクTm2tmpを制限した値としてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS210)。このようにモータMG2のトルク指令Tm2*を設定することにより、車両に要求される要求トルクT*を、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式(6)は、前述した図6の共線図から容易に導き出すことができる。
Tmin=(Win-Tm1*・Nm1-Tm3*・Nm3)/Nm2 (4)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1-Tm3*・Nm3)/Nm2 (5)
Tm2tmp=(Tf*/Gf+Tm1*/ρ)/Ga (6)
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1,MG2,MG3のトルク指令Tm1*,Tm2*,Tm3*を設定すると、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*についてはエンジンECU24に、モータMG1,MG2,MG3のトルク指令Tm1*,Tm2*,Tm3*についてはモータECU40にそれぞれ送信して(ステップS220)、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン22における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Tm1*,Tm2*,Tm3*を受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動され、トルク指令Tm3*でモータMG3が駆動されるようインバータ41,42,43のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
ステップS140で配分比Dが値1のときには、前輪63a,63b側だけにトルクを出力して走行すると判断し、昇圧回路異常判定フラグF1の値を調べ(ステップS230)、昇圧回路異常判定フラグF1が値0のとき、即ち昇圧回路90が正常であるときには基準車速Vrefに所定車速V1を設定し(ステップS240)、昇圧回路異常判定フラグF1が値1のとき、即ち昇圧回路90に異常が生じているときには基準車速Vrefに所定車速V1より小さい所定車速V2を設定する(ステップS250)。所定車速V1,V2は、実施例では、前輪63a,63b側だけにトルクを出力して走行する際に、昇圧回路90の状態に基づく電力ライン54の電圧Vhの範囲に基づいて、モータMG3のインバータ43をゲート遮断しているときにモータMG3で発生する逆起電圧が電力ライン54の電圧Vhと略等しくなる車速としてそれぞれ予め実験などにより設定された値を用いるものとした。ここで、電力ライン54の電圧Vhの範囲は、実施例では、昇圧回路90が正常であるときには昇圧回路90によりバッテリ50の端子間電圧Vbを昇圧した電圧の範囲を用いるものとし、トランジスタTAがオン状態で固着したときなど昇圧回路90に異常が生じているときにはバッテリ50の端子間電圧Vbに略等しい電圧の範囲を用いるものとした。
次に、モータMG3用インバータ異常判定フラグF2の値を調べ(ステップS260)、モータMG3用インバータ異常判定フラグF2が値0のとき、即ちモータMG3のインバータ43が正常であるときには車速Vを基準車速Vrefと比較し(ステップS270)、車速Vが基準車速Vref未満のときには、インバータ43のゲート遮断の指示をモータECU40に送信し(ステップS280)、前述したステップS160〜S220の処理を実行し、駆動制御ルーチンを終了する。指示を受信したモータECU40は、モータMG3のインバータ43のスイッチング素子のゲート遮断を行なう。この場合、インバータ43に電流を流さないことにより、エネルギ効率の向上を図ることができる。なお、実施例では、モータMG3がゲート遮断されているときにステップS190でトルク制限Tmin,Tmaxを設定する際には、モータMG3の消費電力(Tm3*・Nm3)として値0を用いるものとした。一方、ステップS270で車速Vが基準車速Vref以上のときには、モータMG3のトルク指令Tm3*に値0を設定し(ステップS290)、ステップS160〜S220の処理を実行し、駆動制御ルーチンを終了する。この場合、モータMG3から値0のトルクが出力されるようインバータ43のスイッチング素子をスイッチング制御することにより、モータMG3で逆起電力が発生するのを抑制することができ、モータMG3で発生した逆起電力がインバータ43を介して電力ライン54に流れるのを抑制することができる。この結果、予期しない制動トルクの作用により要求トルクT*に対応できなくなるのを抑制することができる。
このように、前輪63a,63b側だけにトルクを出力して走行する際には、モータMG3のインバータ43がゲート遮断されているときにモータMG3で発生する逆起電圧は車速Vが大きいほど大きくなる。したがって、昇圧回路90の状態を考慮せず一定の電圧(例えば、昇圧回路90が正常であるときの電力ライン54の電圧Vh)を用いて基準車速Vrefを設定すると、昇圧回路90に異常が生じているとき、例えばトランジスタTAがオン状態で固着しているときなどには、モータMG3で発生した逆起電力がインバータ43を介して電力ライン54に流れることにより要求トルクT*に対応できなくなってしまう場合がある。一方、実施例のように、昇圧回路90の状態に基づいて基準車速Vref(実施例では、所定車速V1または所定車速V2)を設定すれば、モータMG3がゲート遮断されているときにモータMG3で発生する逆起電圧と電力ライン54の電圧Vhとが略等しくなる基準車速Vrefをより適正に設定することができ、昇圧回路90の状態に拘わらずモータMG3で発生した逆起電力がインバータ43を介して電力ライン54に流れるのをより適正に抑制することができる。この結果、要求トルクT*に対応できなくなるのを抑制することができる。
ステップS240でモータMG3用インバータ異常判定フラグF2が値1のとき、即ちモータMG3のインバータ43に異常が生じているときには、インバータ43のゲート遮断の指示をモータECU40に送信し(ステップS300)、車速Vから基準車速Vrefを減じることにより車速差ΔVを計算し(ステップS310)、計算した車速差ΔVに基づいて補正係数αを設定し(ステップS320)、設定した補正係数αをステップS110で設定した要求トルクTr*に乗じることにより要求トルクT*を再設定し(ステップS330)、前述したステップS160〜S220の処理を実行し、駆動制御ルーチンを終了する。ここで、補正係数αは、実施例では、車速差ΔVと補正係数αとの関係を予め定めて補正係数設定用マップとして記憶しておき、車速差ΔVが与えられると記憶したマップから対応する補正係数αを導出して設定するものとした。補正係数設定用マップの一例を図7に示す。補正係数αは、図示するように、車速差ΔVが値0以下の領域で値0に近づくほど値1から値0に向けて小さくなる傾向に設定するものとした。こうして設定した補正係数αを用いて要求トルクT*を再設定することにより、要求トルクT*は車速Vが基準車速Vref以下の領域で大きくなるほど小さくなる傾向に再設定されることになるから、車速Vが基準車速Vrefを越えるのを抑制することができる。この結果、前輪63a,63b側だけにトルクを出力して走行する際にインバータ43に異常が生じているときに、モータMG3で発生する逆起電圧が電力ライン54の電圧Vhを越えるのを抑制することができ、モータMG3で発生した逆起電力が電力ライン54に流れるのを抑制することができる。しかも、要求トルクT*は、車速Vと昇圧回路90が正常であるか否かに基づく基準車速Vrefとに基づいて設定される補正係数αを用いて再設定するから、前述したのと同様に、昇圧回路90の状態に拘わらずモータMG3で発生した逆起電力が電力ライン54に流れるのをより適正に抑制することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、前輪63a,63b側だけにトルクを出力して走行する際にモータMG3のインバータ43が正常であるときは、昇圧回路90の状態に基づいて基準車速Vrefを設定すると共に車速Vが基準車速Vref以上のときにはモータMG3から値0のトルクが出力されるようインバータ43を制御するから、基準車速Vrefをより適正に設定することができ、昇圧回路90の状態に拘わらずモータMG3で発生した逆起電力が電力ライン54に流れるのをより適正に抑制することができる。この結果、要求トルクT*に対応できなくなるのを抑制することができる。
また、実施例のハイブリッド自動車20によれば、前輪63a,63b側だけにトルクを出力して走行する際にモータMG3のインバータ43に異常が生じているときには、インバータ43のスイッチング素子をゲート遮断すると共に昇圧回路90の状態に基づいて設定される基準車速Vref以下の車速Vで走行するようエンジン22やモータMG1,MG2を制御するから、モータMG3で発生する逆起電圧が電力ライン54の電圧Vhを越えるのを昇圧回路90の状態に応じてより適正に抑制することができる。この結果、モータMG3で発生した逆起電力が電力ライン54に流れるのをより適正に抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、昇圧回路90に異常が生じているときの例として昇圧回路90のトランジスタTAがオン状態で固着しているときについて説明したが、トランジスタTA,TBが共にゲート遮断されたときのように、昇圧回路90によりバッテリ50の端子間電圧Vbを昇圧してインバータ41,42,43に出力することができないと共にインバータ41,42,43の電力ライン54の電圧Vhをバッテリ50に充電することができないとき、即ちバッテリ50の端子間電圧Vbを昇圧することなくインバータ41,42,43に出力することだけができるときにも、実施例と同様に、所定車速V2を基準車速Vrefとして用いて制御すればよい。この場合、電力ライン54の電圧Vhは、バッテリ50の端子間電圧Vb近傍まで低下することがあるが、所定車速V2を基準車速Vrefとして用いることによりモータMG3で発生した逆起電力が電力ライン54に流れるのを抑制することができる。この結果、電力ライン54が過電圧になることによるコンデンサ94の破損などを防止することができる。なお、このときには、バッテリ50を充電することができないため、バッテリ50の入力制限Winに値0を設定すればよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、昇圧回路90の状態に基づいて基準車速Vrefを2段階(所定車速V1または所定車速V2)に設定するものとしたが、電圧センサ92により検出される電力ライン54の電圧Vhに基づいて段階的または無段階的に変化する基準車速Vrefを設定するものとしてもよい。この場合、基準車速Vrefは、例えば、電力ライン54の電圧Vhと基準車速Vrefとの関係を予め実験などにより定めて基準車速設定用マップとして記憶しておき電力ライン54の電圧Vhが与えられたときに記憶したマップから対応する基準車速Vrefを導出することにより設定することができる。この場合の基準車速設定用マップの一例を図8に示す。基準車速Vrefは、図示するように、電力ライン54の電圧Vhが大きいほど大きくなる傾向に設定される。これは、前輪63a,63b側だけにトルクを出力して走行する際に、モータMG3のインバータ43のスイッチング素子がゲート遮断されているときにモータMG3で発生する逆起電圧が電力ライン54の電圧Vhと略等しくなる車速は、電力ライン54の電圧Vhが大きいほど大きくなるためである。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22からの動力を動力分配統合機構30を介して前輪63a,63bの前軸64に接続されたリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図9の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、エンジン22のクランクシャフト26に接続されたインナーロータ132と前輪63a,63bの前軸64に連結された駆動軸に接続されたアウターロータ134とを有し、エンジン22の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機130を備えるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、前輪63a,63bの前軸64に動力を出力可能な動力出力手段としてエンジン22と動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とを備えると共に後輪66a,66bの後軸67に動力を出力可能なモータMG3を備えるものとしたが、動力出力手段としては、エンジンだけを備えるものとしてもよいし、モータだけを備えるものとしてもよい。また、実施例では、動力出力手段とモータMG3とを異なる車軸に接続するものとしたが、同一の車軸に接続するものとしてもよい。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 昇圧回路90の構成の概略を示す構成図である。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示す説明図である。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン22の動作ラインの一例と目標回転数Ne*および目標トルクTe*を設定する様子を示す説明図である。 動力分配統合機構30の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 補正係数設定用マップの一例を示す説明図である。 基準車速設定用マップの一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車120の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
20,120 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、37 ギヤ機構、38 デファレンシャルギヤ、39a,39b,39c,39d 駆動輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42,43 インバータ、44,45,46 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51 電圧センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、54a 正極母線、54b 負極母線、60 ギヤ機構、62 デファレンシャルギヤ、63a,63b 前輪、64 前軸、65 デファレンシャルギヤ、66a,66b 後輪、67 後軸、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、90 昇圧回路、92 電圧センサ、94,96 コンデンサ、130 対ロータ電動機、132 インナーロータ 134 アウターロータ、DA,DB ダイオード、L リアクトル、MG1,MG2,MG3 モータ、TA,TB トランジスタ。

Claims (7)

  1. 走行用の動力を出力可能な動力出力手段と、
    走行用の動力を入出力可能で、走行に伴って逆起電力を発生可能な電動機と、
    スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する駆動回路と、
    充放電可能な蓄電手段と、
    該蓄電手段の電圧を昇圧して前記駆動回路に出力可能な電圧調整手段と、
    前記電圧調整手段に前記蓄電手段の電圧を昇圧して前記駆動回路に出力することができない異常が生じていると判定されていないときには第1の車速を該駆動回路のスイッチング素子がゲート遮断されているときに走行に伴って前記電動機で発生した逆起電力が該駆動回路に流れる車速としての基準車速として設定し、前記電圧調整手段に前記蓄電手段の電圧を昇圧して前記駆動回路に出力することができない異常が生じていると判定されているときには前記第1の車速より小さい第2の車速を前記基準車速として設定する基準車速設定手段と、
    車速を検出する車速検出手段と、
    前記動力出力手段からの動力だけで走行する際には、前記検出された車速が前記設定された基準車速未満のときには前記スイッチング素子がゲート遮断されるよう前記駆動回路を制御し、前記検出された車速が前記設定された基準車速以上のときには前記スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機から動力が入出力されないよう前記駆動回路を制御する制御手段と
    を備える車両。
  2. 請求項記載の車両であって、
    走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
    前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記動力出力手段と前記駆動回路とを制御する走行制御手段と、
    を備える車両。
  3. 前記走行制御手段は、前記駆動回路のスイッチング素子のスイッチングを行なうことができないときには、前記車速検出手段により検出される車速が前記設定された基準車速以下となるよう前記設定された要求駆動力に対して制限した駆動力により走行するよう制御する手段である請求項記載の車両。
  4. 請求項1ないし3いずれか記載の車両であって、
    前記動力出力手段は、第1の車軸に走行用の動力を出力可能であり、
    前記電動機は、前記第1の車軸または該第1の車軸とは異なる第2の車軸に走行用の動力を入出力可能である
    車両。
  5. 請求項記載の車両であって、
    前記動力出力手段は、内燃機関と、該内燃機関の出力軸と前記第1の車軸に連結された
    駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第2電動機と、前記電力動力入出力手段を駆動する電力動力入出力手段用駆動回路と、前記第2電動機を駆動する第2電動機用駆動回路と、を備える手段であり、
    前記電圧調整手段は、前記蓄電手段の電圧を調整して前記電力動力入出力手段用駆動回路と前記第2電動機用駆動回路と前記駆動回路とに出力可能な手段である
    車両。
  6. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸との3軸に接続され該3軸のうちいずれか2軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段である請求項記載の車両。
  7. 走行用の動力を出力可能な動力出力手段と、走行用の動力を入出力可能で、走行に伴って逆起電力を発生可能な電動機と、スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する駆動回路と、充放電可能な蓄電手段と、該蓄電手段の電圧を昇圧して前記駆動回路に出力可能な電圧調整手段と、を備える車両の制御方法であって、
    (a)前記電圧調整手段に前記蓄電手段の電圧を昇圧して前記駆動回路に出力することができない異常が生じていると判定されていないときには第1の車速を該駆動回路のスイッチング素子がゲート遮断されているときに走行に伴って前記電動機で発生した逆起電力が該駆動回路に流れる車速としての基準車速として設定し、前記電圧調整手段に前記蓄電手段の電圧を昇圧して前記駆動回路に出力することができない異常が生じていると判定されているときには前記第1の車速より小さい第2の車速を前記基準車速として設定し、
    (b)前記動力出力手段からの動力だけで走行する際には、車速が前記設定された基準車速未満のときには前記スイッチング素子がゲート遮断されるよう前記駆動回路を制御し、車速が前記設定された基準車速以上のときには前記スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機から動力が入出力されないよう前記駆動回路を制御する
    車両の制御方法。
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