JP5673849B2 - 電動車両およびその制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電動車両およびその制御方法に関し、より特定的には、電動車両に搭載された車両駆動用電動機の制御に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などの電動車両が注目されている。これらの電動車両は、車両駆動力を発生する電動機（モータジェネレータ）と、当該電動機に供給される電力を蓄えるための蓄電装置とを搭載する。ハイブリッド車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両であり、燃料電池車は車両駆動用の直流電源として燃料電池を搭載した車両である。

このような電動車両では、電動機によって車両走行のための駆動力（トルク）が出力される。したがって、電動機の制御によって電動車両のエネルギ効率（燃費）が大きく左右されることになる。

特開２００９−１９６４１５号公報（特許文献１）には、ハイブリッド車両の制御装置として、燃費優先モードの実行中にモータジェネレータの温度が所定の基準温度を超えた場合の制御が記載されている。具体的には、温度上昇時には、モータジェネレータのトルク指令値を低減するとともに、トルク指令値の減少分をエンジンから駆動軸に伝達されるトルクで補償することが記載されている。これにより、モータジェネレータの過熱を防止するとともに、車両全体での駆動力不足を回避することが記載されている。この結果、車両の走行性能を低下させることなく燃費を向上することができる。

また、特開２０１０−２０８４８０号公報（特許文献２）には、ハイブリッド車両において、シフトレバーが走行用のドライブポジションまたはリバースポジションにセットされた状態での停車中かつエンジンの自立運転中には、モータジェネレータを駆動制御するインバータをシャットダウンすることが記載されている。

また、特開２００７−１６１２４９号公報（特許文献３）には、電気自動車およびハイブリッド自動車として、駆動輪を駆動する電動機を非駆動状態に制御する際に、当該電動機を制御するインバータをシャットダウンすることによってエネルギ効率を向上させる制御が記載されている。

特開２００９−１９６４１５号公報 特開２０１０−２０８４８０号公報 特開２００７−１６１２４９号公報

特許文献１に記載されるハイブリッド車両の燃費優先モードでは、直流電源の電圧がそのままモータ動作電圧としてインバータに印加されるので、コンバータの損失が低減することにより燃費の向上が図られる。しかしながら、モータジェネレータを駆動制御するためのインバータでの損失電力が発生しているため、燃費の向上には限界があることが懸念される。

特許文献２に記載されたハイブリッド車両では、シフトレバーが走行中のシフトポジションにセットされた状態では、停車中かつエンジンの自立運転中に車両駆動用のモータ（ＭＧ２）のインバータをシャットダウンすることにより燃費の向上が図られる。しかしながら、インバータのシャットダウンが停車中に限られるため、燃費の改善効果に限界があることが懸念される。特許文献３にも、インバータをシャットダウンすることによって、電気自動車およびハイブリッド自動車の燃費を向上させる制御が記載される。

しかしながら、インバータをシャットダウンするとモータジェネレータからの出力トルクが車両走行に使用できなくなる。このため、車両走行性に影響を与えないようにするために、どのような場合に電動機を非駆動状態としてインバータをシャットダウンするかが問題となる。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、車両走行性に悪影響を与えないように走行用電動機の駆動制御のための損失を低下することによって、電動車両のエネルギ効率を改善することである。

この発明のある局面では、電動車両は、電動機と、電動機の出力トルクを制御するための第１の電力変換器と、制御装置とを含む。電動機は、駆動輪と機械的に連結された駆動軸に対してトルクを出力するように構成される。制御装置は、車両全体での要求駆動力が駆動軸に作用するように電動機のトルク指令値を設定する。制御装置は、電動機制御部を含む。電動機制御部は、電動機が零トルクで回転した際に回転抵抗として作用する引摺りトルクの大きさを電動機の回転数に基づいて推定するとともに、推定された引摺りトルクとトルク指令値との差に応じて第１の電力変換器を停止させる。

好ましくは、電動機制御部は、電動機の回転数が判定値より高いときには、引摺りトルクとトルク指令値との差によらず第１の電力変換器を動作させる。

さらに好ましくは、電動車両は、第１の電力線の直流電圧を制御するための第２の電力変換器をさらに含む。第１の電力変換器は、第１の電力線および電動機の間で双方向の直流交流電力変換を実行するように構成される。判定値は、直流電圧の上昇に従って高い回転数に設定される。

また好ましくは、電動車両は、内燃機関と、動力伝達装置とをさらに含む。動力伝達装置は、駆動軸に対して内燃機関の出力を源とするトルクを機械的に伝達するように構成される。制御装置は、車両全体での要求駆動力が駆動軸に作用するように、内燃機関の動作指令値および電動機のトルク指令値を設定する。

この発明の他の局面によれば、駆動輪と機械的に連結された駆動軸に対してトルクを出力するように構成された電動機を搭載した電動車両の制御方法であって、車両全体での要求駆動力が駆動軸に作用するように電動機のトルク指令値を設定するステップと、電動機の回転数に基づいて電動機が零トルクで回転した際に回転抵抗として作用する引摺りトルクの大きさを推定するステップと、推定された引摺りトルクとトルク指令値との差に応じて、電動機の出力トルクを制御するための第１の電力変換器を停止させるステップとを含む。

好ましくは、制御方法は、電動機の回転数が判定値より高いときには、引摺りトルクとトルク指令値との差によらず第１の電力変換器を動作させるステップをさらに含む。

さらに好ましくは、電動車両は、第１の電力線の直流電圧を制御するための第２の電力変換器をさらに搭載する。第１の電力変換器は、第１の電力線および電動機の間で双方向の直流交流電力変換を実行するように構成される。判定値は、直流電圧の上昇に従って高い回転数に設定される。

また好ましくは、電動車両は、内燃機関と、駆動軸に対して内燃機関の出力を源とするトルクを機械的に伝達するための動力伝達装置とをさらに搭載する。設定するステップは、車両全体での要求駆動力が駆動軸に作用するように、内燃機関の動作指令値および電動機のトルク指令値を設定するステップを含む。

この発明によれば、車両走行性に悪影響を与えないように走行用電動機の駆動制御のための損失を低下することによって、電動車両のエネルギ効率を改善することができる。

本発明の実施の形態による電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の構成例を説明するためのブロック図である。 図１に示したハイブリッド車両の電気システムの構成例を説明する回路図である。 図１に示したハイブリッド車両におけるエンジン、第１ＭＧおよび第２ＭＧの回転数の関係を示す共線図である。 図１に示したハイブリッド車両のＥＶ（Electric Vehicle）走行時の共線図である。 図１に示したハイブリッド車両のエンジン始動時の共線図である。 本発明の実施の形態１による電動車両の走行制御のうちの第２ＭＧ１２０の制御に関連する制御処理を説明するフローチャートである。 引摺りトルクの算出マップの一例を示す概念図である。 シャットダウン制御の実行条件を図示する概念図である。 第２ＭＧが引摺りトルクと同等のトルクを発生している場合の電力収支を説明するための第１の概念図である。 第２ＭＧが引摺りトルクと同等のトルクを発生している場合の電力収支を説明するための第２の概念図である。 本発明の実施の形態２による電動車両の走行制御のうちの第２ＭＧ１２０の制御に関連する制御処理を説明するフローチャートである。 インバータ直流側電圧とシャットダウン制御要否の判定値との関係を説明する概念図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的には繰返さないものとする。

（実施の形態１）
（車両構成）
図１は、本発明の実施の形態による電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の構成例を説明するためのブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド車両は、「内燃機関」に対応するエンジン１００と、第１ＭＧ（Motor Generator）１１０と、第２ＭＧ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０と、駆動輪１６０と、ＰＭ（Power train Manager）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０と、ＭＧ（Motor Generator）−ＥＣＵ１７２とを備える。

ハイブリッド車両は、エンジン１００および第２ＭＧ１２０のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０は、動力分割機構１３０を介して連結されている。

動力分割機構１３０は、代表的には、遊星歯車機構として構成される。動力分割機構１３０は、外歯歯車のサンギヤ１３１と、このサンギヤ１３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ１３２と、サンギヤ１３１に噛合するとともにリングギヤ１３２に噛合する複数のピニオンギヤ１３３と、キャリア１３４とを含む。キャリア１３４は、複数のピニオンギヤ１３３を自転かつ公転自在に保持するように構成される。

サンギヤ１３１は、第１ＭＧ１１０の出力軸と連結される。リングギヤ１３２は、クランクシャフト１０２と同軸上を回転可能に支持される。ピニオンギヤ１３３は、サンギヤ１３１とリングギヤ１３２との間に配置され、サンギヤ１３１の外周を自転しながら公転する。キャリア１３４は、クランクシャフト１０２の端部に結合され、各ピニオンギヤ１３３の回転軸を支持する。

サンギヤ１３１およびリングギヤ軸１３５は、リングギヤ１３２の回転に伴って回転する。リングギヤ軸１３５には、第２ＭＧ１２０の出力軸が連結される。以下では、リングギヤ軸１３５を、駆動軸１３５とも称する。

なお、第２ＭＧ１２０の出力軸を、変速機を介して駆動軸１３５と連結する構成としてもよい。本実施の形態では、変速機を配置しない構成を例示するため、第２ＭＧ１２０とリングギヤ（駆動軸）１３５の回転数比は１：１となるが、変速機を配置した構成では、駆動軸１３５と第２ＭＧ１２０との間の回転数およびトルクの比が、当該変速比によって定まる。

駆動軸１３５は、減速機１４０を介して駆動輪１６０に機械的に連結されている。したがって、動力分割機構１３０によりリングギヤ１３２、すなわち、駆動軸１３５に出力された動力は、減速機１４０を介して駆動輪１６０に出力されることになる。なお、図１の例では、前輪を駆動輪１６０としているが、後輪を駆動輪１６０としてもよく、前輪および後輪を駆動輪１６０としてもよい。

動力分割機構１３０は、サンギヤ１３１、リングギヤ１３２、およびキャリア１３４を回転要素として差動作用を行なう。これらの３つの回転要素は、エンジン１００のクランクシャフト１０２、第１ＭＧ１１０の出力軸および駆動軸１３５の３軸に機械的に連結される。そして、動力分割機構１３０は、当該３軸のうちのいずれか２軸の回転数が決定されると残余の１軸の回転数が決定されるとともに、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の１軸に動力を入出力するように構成される。

動力分割機構１３０によって、エンジン１００が発生する動力は、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して駆動輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１ＭＧ１１０を駆動させて発電する経路である。動力分割機構１３０は、第１ＭＧ１１０が発電機として機能するときには、キャリア１３４から入力されるエンジン１００からの動力を、サンギヤ１３１側とリングギヤ１３２側とに、そのギヤ比に応じて分配する。一方、第１ＭＧ１１０が電動機として機能するときには、動力分割機構１３０は、キャリア１３４から入力されるエンジン１００からの動力と、サンギヤ１３１から入力される第１ＭＧ１１０からの動力とを統合してリングギヤ１３２に出力する。このように、動力分割機構１３０は、エンジン１００の出力を源とするトルクを、駆動軸１３５に対して機械的に伝達するための「動力伝達装置」として機能する。

第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０は、代表的には、永久磁石モータによって構成された、三相交流回転電機である。

第１ＭＧ１１０は、主に「発電機」として動作して、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００からの駆動力により発電することができる。第１ＭＧ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第１ＭＧ１１０により発電された電力はそのまま第２ＭＧ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、第１ＭＧ１１０により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、この電力は、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。なお、第１ＭＧ１１０は、エンジン始動時にエンジン１００をモータリングする場合等には、トルク制御の結果として電動機として動作することも可能である。

第２ＭＧ１２０は、主に「電動機」として動作して、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１ＭＧ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。第２ＭＧ１２０が発生する動力は、駆動軸１３５へ伝達され、さらに減速機１４０を介して駆動輪１６０に伝達される。これにより、第２ＭＧ１２０はエンジン１００をアシストしたり、第２ＭＧ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。

ハイブリッド車両の回生制動時には、減速機１４０を介して駆動輪１６０により第２ＭＧ１２０が駆動される。この場合には、第２ＭＧ１２０は発電機として動作する。これにより第２ＭＧ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして機能する。第２ＭＧ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

バッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０は、第１ＭＧ１１０もしくは第２ＭＧ１２０により発電された電力によって充電することができる。バッテリ１５０の温度・電圧・電流は、電池センサ１５２により検出される。電池センサ１５２は、温度センサ、電圧センサ、電流センサを包括的に標記するものである。

バッテリ１５０への充電電力は、上限値ＷＩＮを超えないように制限される。同様に、バッテリ１５０の放電電力は、上限値ＷＯＵＴを超えないように制限される。上限値ＷＩＮ，ＷＯＵＴは、バッテリ１５０のＳＯＣ、温度、温度の変化率などの種々のパラメータに基づいて定められる。

ＰＭ−ＥＣＵ１７０およびＭＧ−ＥＣＵ１７２は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵して構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに従うソフトウェア処理によって、各センサによる検出値に基づく演算処理を実行するように構成される。あるいは、ＥＣＵの少なくとも一部は、専用の電子回路等によるハードウェア処理によって、所定の数値演算処理および／または論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

エンジン１００は、ＰＭ（Power train Manager）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０からの動作指令値に従って制御される。第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２により制御される。ＰＭ−ＥＣＵ１７０とＭＧ−ＥＣＵ１７２とは双方向に通信可能に接続される。ＰＭ−ＥＣＵ１７０は、後述する走行制御によって、エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の動作指令値を生成する。

そして、ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０から伝達された動作指令値に従って、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の動作を制御する。ＭＧ−ＥＣＵ１７２によって「電動機制御部」の機能が実行される。なお、エンジン１００は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０からの動作指令値（代表的には、トルク指令値および回転数指令値）に従って、燃料噴射量や点火タイミング等を制御する。

なお、本実施の形態では、ＰＭ−ＥＣＵ１７０およびＭＧ−ＥＣＵ１７２を別個のＥＣＵによって構成するが、両者の機能を包括する単一のＥＣＵを設けてもよい。

図２は、図１に示したハイブリッド車両の電気システムの構成例を説明する回路図である。

図２を参照して、ハイブリッド車両の電気システムには、コンバータ２００と、第１ＭＧ１１０に対応するインバータ２１０と、第２ＭＧ１２０に対応するインバータ２２０と、ＳＭＲ（System Main Relay）２３０とが設けられる。インバータ２２０は「第１の電力変換器」に対応し、コンバータ２００は「第２の電力変換器」に対応する。

コンバータ２００は、リアクトルと、直列接続された２個の電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）と、各スイッチング素子に対応して設けられた逆並列ダイオードと、リアクトルとを含む。

電力用半導体スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等を適宜採用することができる。リアクトルは、バッテリ１５０の正極側に一端が接続され、２つのスイッチング素子の接続点に他端が接続される。各スイッチング素子のオンオフは、ＭＧ−ＥＣＵ１７０により制御される。

バッテリ１５０から放電された電力を第１ＭＧ１１０もしくは第２ＭＧ１２０に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に、第１ＭＧ１１０もしくは第２ＭＧ１２０により発電された電力をバッテリ１５０を充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。

コンバータ２００と、インバータ２１０およびインバータ２２０とは、電力線ＰＬおよび接地線ＧＬを介して、互いに電気的に接続される。電力線ＰＬの直流電圧ＶＨは、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出結果は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２に送信される。

インバータ２１０は、一般的な三相インバータで構成され、並列接続されたＵ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、各々、直列に接続された２個のスイッチング素子（上アーム素子および下アーム素子）を有する。各スイッチング素子には、逆並列ダイオードが接続される。

第１ＭＧ１１０は、星型結線されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを固定子巻線として有する。各相コイルの一端は、中性点１１２で互いに接続される。各相コイルの他端は、インバータ２１０の各相アームのスイッチング素子の接続点とそれぞれ接続される。

インバータ２１０は、車両走行時には、車両走行に要求される駆動力（車両駆動トルク、発電トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従って第１ＭＧ１１０が動作するように、第１ＭＧ１１０の各相コイルの電流または電圧を制御する。すなわち、インバータ２１０は、電力線ＰＬおよび第１ＭＧ１１０の間で双方向のＤＣ／ＡＣ電力変換を実行する。

インバータ２２０は、インバータ２１０と同様に、一般的な三相インバータで構成される。第２ＭＧ１２０は、第１ＭＧ１１０と同様に、星型結線されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを固定子巻線として有する。各相コイルの一端は、中性点１２２で互いに接続される。各相コイルの他端は、インバータ２２０の各相アームのスイッチング素子の接続点とそれぞれ接続される。

インバータ２２０は、車両走行時には、車両走行に要求される駆動力（車両駆動トルク、回生制動トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従って第２ＭＧ１２０が動作するように、第２ＭＧ１２０の各相コイルの電流または電圧を制御する。すなわち、インバータ２２０は、電力線ＰＬおよび第２ＭＧ１２０の間で双方向のＤＣ／ＡＣ電力変換を実行する。

なお、インバータ２１０，２２０による第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の制御には、たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が用いられる。ＰＷＭ制御の詳細については周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではさらなる説明は繰返さない。ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、ＰＷＭ制御に従って、インバータ２１０，２２０を構成するスイッチング素子のオンオフを制御する駆動信号を発生する。すなわち、インバータ２１０，２２０の動作時には、各スイッチング素子のオンオフに伴って、スイッチング損失が発生する。

ＳＭＲ２５０は、バッテリ１５０とコンバータ２００との間に設けられる。ＳＭＲ２５０が開放されると、バッテリ１５０が電気システムから遮断される。一方、ＳＭＲ２５０が閉成されると、バッテリ１５０が電気システムに接続される。ＳＭＲ２５０の状態は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０により制御される。たとえば、ハイブリッド車のシステム起動を指示するパワーオンスイッチ（図示せず）のオン操作に応答して、ＳＭＲ２５０が閉成される一方で、パワーオンスイッチのオフ操作に応答して、ＳＭＲ２５０は開放される。

上述のように、図１に示したハイブリッド車両では、エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０が、プラネタリギヤを介して連結される。このため、エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の回転数は、図３に示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。

ハイブリッド車両では、車両状態に適した走行を行うための走行制御が、ＰＭ−ＥＣＵ１７０によって実行される。たとえば、車両発進時および低速走行時には、図４に示した共線図のように、エンジン１００を停止した状態で、第２ＭＧ１２０の出力によってハイブリッド車両は走行する。このとき、第２ＭＧ１２０の回転数が正になるとともに、第１ＭＧ１１０の回転数が負になる。

定常走行時には、図５に示した共線図のように、第１ＭＧ１１０を用いてエンジン１００をクランキングするように、第１ＭＧ１１０をモータとして作動させることによって第１ＭＧ１１０の回転数が正にされる。この場合には、第１ＭＧ１１０は、電動機として動作する。そして、エンジン１００を始動して、エンジン１００および第２ＭＧ１２０の出力によって、ハイブリッド車両は走行する。後程詳細に説明するように、ハイブリッド車は、エンジン１００を高効率の動作点で動作させることによって、燃費が向上する。

（制御構造）
本発明の実施の形態による電動車両における走行制御について以下に詳細に説明する。図６には、本発明の実施の形態１による電動車両の走行制御のうち、特に、車両駆動用電動機である第２ＭＧ１２０の制御に関連する部分が示される。図６に示すフローチャートに従う制御処理は、たとえば、図１に示したＰＭ−ＥＣＵ１７０およびＭＧ−ＥＣＵ１７２（以下、両者を包括して単にＥＣＵとも称する）によって所定の制御周期毎に実行される。

図６を参照して、ＥＣＵは、ステップＳ１００により、センサ出力信号に基づいて検出された車両状態に基づいて、車両全体での必要なトータル駆動力を算出する。そして、ＥＣＵは、このトータル駆動力を発生するために、駆動軸１３５に出力すべき要求駆動力Ｔｐ＊を算出する。駆動力の算出に反映される車両状態には、代表的には、ユーザによるアクセルペダル操作量を示すアクセル開度Ａｃｃと、ハイブリッド車両の車速Vとが含まれる。

たとえば、ＥＣＵは、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖと要求駆動力Ｔｐ＊との関係を予め定めたマップ（図示せず）をメモリに記憶している。そして、ＥＣＵは、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖが検出されると、当該マップを参照することによって要求駆動力Ｔｐ＊を算出できる。

このように、ハイブリッド車両は、要求駆動力Ｔｐ＊に相当するトルクを駆動軸１３５に加えることによって、車両状態に応じた適切な車両駆動力を発生することができる。以下では、要求駆動力Ｔｐ＊をトータルトルクＴｐ＊とも称する。

さらに、ステップＳ１００では、トータルトルクＴｐ＊から、車両全体での要求パワーＰｅが算出される。要求パワーＰｅには、バッテリ１５０を充放電するための充放電要求パワーＰｃｈｇが反映される。充放電要求パワーＰｃｈｇは、バッテリ１５０の状態（ＳＯＣ）に応じて、バッテリ１５０の充電が必要であるときには、Ｐｃｈｇ＞０に設定される。一方で、バッテリ１５０が充電過多であり放電が下のときには、Ｐｃｈｇ＜０に設定される。

ＥＣＵは、ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で算出された要求パワーＰｅに従って、車両全体でのエネルギ効率が最大となるようにパワー配分を決定する。これにより、エンジンおよび第２ＭＧ１２０の出力配分が決定される。

ＥＣＵは、ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で決定されたパワー配分に従って、第１ＭＧ１１０のトルク指令値Ｔｍｇ１＊、第２ＭＧ１２０のトルク指令値Ｔｍｇ２＊およびエンジン１００の動作指令値を設定する。

たとえば、ステップＳ１１０で決定されたパワー配分に従って、エンジン１００の目標動作点（トルク・回転数）が決定される。この目標動作点に従って、エンジン１００の動作指令値が設定される。

また、図３の共線図に示されるように、第１ＭＧ１１０の回転数に応じて、エンジン１００の回転数を変化させることができる。したがって、第１ＭＧ１１０の目標回転数Ｎｍｇ１＊は、動力分割機構１３０のギヤ比ρおよび駆動軸回転数Ｎｒを用いて、下記（１）式に従って決定することができる。

Ｎｍｇ１＊＝（Ｎｅ＊・（１＋ρ）−Ｎｒ)／ρ …（１）
第１ＭＧ１１０のトルク指令値Ｔｍｇ１＊は、第１ＭＧ１１０が目標回転数Ｎｍｇ１＊で回転するように設定される。たとえば、第１ＭＧ１１０の実際の回転数Ｎｍｇ１および目標回転数Ｎｍｇ１＊の偏差（ΔＮｍｇ１＝Ｎｍｇ１＊−Ｎｍｇ１）に基づいてトルク指令値Ｔｍｇ１＊を逐次修正するように、下記（４）式に従ってトルク指令値Ｔｍｇ１＊を設定することができる。なお、式（２）の右辺第２項は、偏差ΔＮｍｇ１に基づくＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御の演算結果を示す。

Ｔｍｇ１＊＝Ｔｍｇ１＊（前回値）＋ＰＩＤ（ΔＮｍｇ１） …（２）
トルク指令値Ｔｍｇ１＊に従って第１ＭＧ１１０を制御すると、リングギヤ１３２（駆動軸１３５）には、エンジン直達トルクＴｅｐ（＝−Ｔｍｇ１＊／ρ）が作用する。エンジン直達トルクＴｅｐは、第１ＭＧ１１０で反力を受け持ちながらエンジン１００を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊で動作させたときに、リングギヤ１３２に伝達されるトルクに相当する。

リングギヤ１３２（駆動軸１３５）には、第２ＭＧ１２０の出力トルクが作用する。したがって、トータルトルクＴｐ＊に対するエンジン直達トルクＴｅｐの過不足分を補償するように、第２ＭＧ１２０の出力トルクを設定することにより、トータルトルクＴｐ＊が確保できる。

したがって、第２ＭＧ１２０のトルク指令値Ｔｍｇ２＊は、下記（３）式に従って算出される。第２ＭＧ１２０および駆動軸１３５の間に変速機が接続されている場合には、式（６）に変速比をさらに乗算すればよい。

Ｔｍｇ２＊＝（Ｔｐ＊−Ｔｅｐ／ρ） …（３）
さらにＥＣＵは、ステップＳ１３０により、第２ＭＧ１２０の引摺りトルクＴｍを算出する。引摺りトルクＴｍは、第２ＭＧ１２０が出力トルク＝０で回転するときに、回転抵抗として作用するトルクの大きさを示す。

代表的に、回転抵抗としては、ベアリングなどによる回転運動に対する機械損が作用する。このような機械損によるトルクは、第２ＭＧ１２０の回転数に依存して変化する。さらに、第２ＭＧ１２０が永久磁石モータである場合には、ロータに装着した永久磁石によって逆起電力が発生する。したがって、逆起電力に起因した電磁気的な引摺りトルクが発生する。第２ＭＧ１２０に生じる逆起電力は、第２ＭＧ１２０の回転角速度と鎖交磁束との積によって決まるので、電磁気的な引摺りトルクについても第２ＭＧ１２０の回転数に依存して変化する。このように、機械的あるいは電磁気的な引摺りトルクは、いずれも第２ＭＧ１２０の回転数Ｎｍｇ２の関数となることが理解される。

したがって、図７に示すように、第２ＭＧ回転数Ｎｍｇ２に対する引摺りトルクＴｍの対応関係を予め実験等によって測定することにより、その実験結果に基づくマップ３２０を予め作成できる。あるいは、車両走行中の実測値に基づいてマップ３２０をオンラインで学習してもよい。なお、第２ＭＧ１２０および駆動軸１３５の間に変速機が配置されている場合には、当該変速機のギヤ比を考慮した駆動軸トルクへの換算値を、引摺りトルクＴｍのマップ値とする。

再び図６を参照して、ＥＣＵは、ステップＳ１４０により、第２ＭＧ１２０のトルク指令値Ｔｍｇ２＊と、ステップＳ１３０で算出された引摺りトルクＴｍとを比較する。たとえば、ステップＳ１４０では、両者の差が所定値εよりも小さいかどうかが判定される。

図８を参照して、マップ３２０（図７）によって算出された引摺りトルクＴｍに対してトルク差がε内であるトルク範囲Ｔｘ〜Ｔｙが、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２に従って設定される。したがって、ステップＳ１４０では、トルク指令値Ｔｍｇ２＊が、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２に対応するＴｘ〜Ｔｙの範囲に入っているかどうかが判定される。

再び図６を参照して、ＥＣＵは、トルク指令値Ｔｍｇ２＊と引摺りトルクＴｍとの差が小さいとき（Ｓ１４０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１５０に処理を進める。

ステップＳ１５０では、第２ＭＧ１２０のシャットダウン制御（以下、Ｓ／Ｄ制御とも表記する）が実行される。Ｓ／Ｄ制御の実行時には、インバータ２２０の動作が停止されて、インバータ２２０を構成する各スイッチング素子がオフに固定される。この結果、第２ＭＧ１２０がトルクが出力することなく無負荷回転することになるため、第２ＭＧ１２０と連結された駆動軸１３５に対しては、引摺りトルクＴｍに対応するトルクが作用することになる。

したがって、走行制御によって第２ＭＧ１２０の出力トルクが引摺りトルクＴｍ相当に制御されている状態では、第２ＭＧ１２０をシャットダウンしても、駆動軸１３５に作用するトルク、すなわち車両駆動力が大きく変化しないことが理解できる。したがって、車両駆動力を変更させることなく、Ｓ／Ｄ制御の適用によって、インバータ２２０での電力損失をカットすることにより、エネルギ効率を向上することができる。

一方で、第２ＭＧ１２０のトルク指令値Ｔｍｇ２＊と引摺りトルクＴｍとの差が大きい場合にＳ／Ｄ制御を適用すると、インバータ２２０のシャットダウンに対応して車両駆動力が変動する。したがって、ＥＣＵは、トルク指令値Ｔｍｇ２＊と引摺りトルクＴｍとの差が小さくないとき（Ｓ１４０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１６０に処理を進めて、トルク指令値Ｔｍｇ２＊に従って第２ＭＧ１２０を制御する。

すなわち、Ｓ／Ｄ制御は非実行とされてインバータ２２０が動作する。この結果、インバータ２２０を構成するスイッチング素子のオンオフ制御によって、第２ＭＧ１２０の出力トルクを制御するためのインバータ２２０による電力変換が実行される。

このように本実施の形態１による電動車両の走行制御によれば、車両全体での要求駆動力（トータルトルクＴｐ＊）を発生するための第２ＭＧ１２０の出力トルクが、第２ＭＧ１２０の引摺りトルクＴｍと同等であるときに、Ｓ／Ｄ制御を実行してインバータ２２０を停止させる。

たとえば、モード走行での減速回生時（低回転領域）や高速定常走行時（中〜高回転領域）において、第２ＭＧ１２０の出力トルク（トルク指令値Ｔｍｇ２＊）が引摺りトルクＴｍと同程度となるケースがある程度の頻度で発生する傾向にある。このようなケースにＳ／Ｄ制御を積極的に実行することにより、車両駆動力を変化させることなく、電力損失を抑制して車両のエネルギ効率を向上することが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、第２ＭＧ１２０のトルク指令値と引摺りトルクとの差が小さいときには、積極的にＳ／Ｄ制御を適用して燃費の向上を図る制御を説明した。しかしながら、引摺りトルクＴｍは一般的に負トルクとなるため、Ｓ／Ｄ制御が適用されるケースでは、第２ＭＧ１２０は回生発電を実行している。このため、条件によっては、第２ＭＧ１２０が引摺りトルク相当の回生トルクを出力した方が、エネルギ効率が高まる可能性がある。実施の形態２では、このような回生条件を加味することによって、電動車両のエネルギ効率を向上させるための走行制御について説明する。

図９および図１０は、第２ＭＧ１２０が引摺りトルクと同等のトルクを発生している場合の、電力収支を説明するための概念図である。

図９を参照して、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２＝Ｎ１のときの引摺りトルクＴｍ＝−Ｔ１であり、Ｎｍｇ２＝Ｎ２のときのＴｍ＝−Ｔ２であり、Ｎｍｇ２＝Ｎ３のときのＴｍ＝−Ｔ３である。ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２が高いほど、引摺りトルクＴｍの絶対値は大きくなることが理解される。すなわち、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３である。

図１０には、Ｎｍｇ２＝Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３のそれぞれにおける電力収支が示される。図１０中のＰｌｓはインバータ２２０の動作時の損失電力を示し、Ｐｍｇは、第２ＭＧ１２０がインバータ２２０に制御されて引摺りトルク相当の負トルクを発生したときの発電電力を示している。また、Ｐｉｎｖは、インバータ２２０の直流側における入力電力である。Ｐｉｎｖ＞０のときには、バッテリ１５０からの電力がインバータ２２０へ入力される。一方で、Ｐｉｎｖ＜０のときには、インバータ２２０からバッテリ１５０へ向けて電力が出力される。

Ｎｍｇ２＝Ｎ１のとき（低回転領域）には、第２ＭＧ１２０の発電電力Ｐｍｇよりも、インバータ２２０の損失電力Ｐｌｓが大きくなる。このため、インバータの入力電力Ｐｉｎｖ＞０となるので、バッテリ１５０の電力が消費される。

一方で、Ｎｍｇ２＝Ｎ３のとき（高回転領域）では、第２ＭＧ１２０の発電電力Ｐｍｇの方が、インバータ２２０の損失電力Ｐｌｓよりも大きくなる。このため、インバータの入力電力Ｐｉｎｖ＜０となるので、第２ＭＧ１２０の回生電力によってバッテリ１５０を充電することができる。

そして、低回転領域および高回転領域の間に、インバータの損失電力Ｐｌｓと、第２ＭＧ１２０の発電電力Ｐｍｇとがバランスして、インバータの入力電力Ｐｉｎｖがほぼ零となる回転数Ｎ２が存在することが理解できる。

すなわち、回転数Ｎ２を閾値として、Ｎｍｇ２＞Ｎ２の領域では、引摺りトルクＴｍを出力するように第２ＭＧ１２０を動作させることにより、回収した回生エネルギによってバッテリ１５０を充電できる。したがって、Ｓ／Ｄ制御を実行してインバータ２２０を停止した方が、エネルギ効率の面から不利である。

一方で、Ｎｍｇ２＜Ｎ２の領域では、引摺りトルクＴｍを出力するように第２ＭＧ１２０を動作させると、第２ＭＧ１２０による発電電力よりも大きい損失電力が、インバータ２２０に生じる。したがって、Ｓ／Ｄ制御を実行してインバータ２２０を停止した方がエネルギ効率の面から有利である。

図１１は、本発明の実施の形態２による電動車両の走行制御における第２ＭＧ１２０の制御処理を説明するフローチャートである。図１１に示すフローチャートに従う制御処理は、たとえば、ＥＣＵ（ＰＭ−ＥＣＵ１７０およびＭＧ−ＥＣＵ１７２）によって所定の制御周期毎に実行される。

図１１を参照して、ＥＣＵは、図６と同様のステップＳ１００〜Ｓ１３０を実行する。これにより、車両状態に応じた走行制御に従って、エンジン１００の動作指令値およびトルク指令値Ｔｍｇ１＊，Ｔｍｇ２＊が決定されるとともに、現在のＭＧ２回転数Ｎｍｇ２における引摺りトルクＴｍが算出される。さらに、図６と同様のステップＳ１４０によって、トルク指令値Ｔｍｇ２＊と引摺りトルクＴｍとが比較される。

ＥＣＵは、トルク指令値Ｔｍｇ２＊と引摺りトルクＴｍとの差が小さいとき（Ｓ１４０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１４５による判定をさらに実行する。

ＥＣＵは、ステップＳ１４５では、現在のＭＧ２回転数Ｎｍｇ２を判定値Ｎｔｈと比較する。判定値Ｎｔｈは、図９，１０でのＰｉｎｖ＝０となるＭＧ２回転数（図９，１０でのＮ２）に対応して設定される。

ＥＣＵは、ステップＳ１４０およびステップＳ１４５の両方がＹＥＳ判定であるときに、図６と同様のステップＳ１５０に処理を進めて、Ｓ／Ｄ制御を実行する。一方で、ＥＣＵは、ステップＳ１４０がＹＥＳ判定であっても、ステップＳ１４５がＮＯ判定であるときには、ステップＳ１６０に処理を進めて、Ｓ／Ｄ制御を非実行とする。これにより、図１０におけるＮｍｇ２＝Ｎ３の場合と同様に、バッテリ１５０の充電電力がインバータ２２０から出力されることになる。

なお、図２のようにコンバータ２００によってインバータ２２０の直流側電圧ＶＨを可変制御する構成では、直流電圧ＶＨに応じてインバータ２２０の動作時の損失電力が変化する。したがって、図１２に示すように、インバータ２２０の直流側電圧（入力電圧）ＶＨに従って、判定値Ｎｔｈを変化させることが好ましい。

具体的には、直流電圧ＶＨが高くなると、インバータの損失電力Ｐｌｓが増加するため、Ｐｉｎｖ＝０となる閾値の回転数Ｎ２（図９，１０）が、高回転側にシフトすることが理解される。したがって、直流電圧ＶＨが高くなるのに応じて、判定値Ｎｔｈを高くすることによって、ＭＧ２回転数に対するＳ／Ｄ制御の適否をより正確に判断することが可能となる。

このように、実施の形態２による電動車両によれば、実施の形態１による電動車両での効果に加えて、高回転領域ではＳ／Ｄ制御を非実行として回生エネルギを積極的に回収することができるので、エネルギ効率をさらに高めることができる。

なお、電動車両の駆動系については、図１に例示したハイブリッド車両とは異なる構成に対しても、本実施の形態によるＳ／Ｄ制御を適用することが可能である点について確認的に記載する。具体的には、シリーズ式やパラレル式のハイブリッド車両を始めとする他の形式のハイブリッド車両や、エンジンを搭載しない電気自動車や燃料電池車に対しても、本発明を適用することが可能である。具体的には、車両駆動用電動機のトルク指令値が現在の回転数における引摺りトルク（無負荷回転時トルク）と同等である場合に、当該電動機を駆動するための電力変換器をシャットダウン（スイッチングの停止）するＳ／Ｄ制御について、配置される電動機（モータジェネレータ）の個数や動力伝達装置の構成に関らず適用することが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

この発明は、車両駆動用電動機を制御するための電力変換器を搭載した電動車両に適用することができる。

１００ エンジン、１０２ クランクシャフト、１１２，１２２ 中性点、１３０ 動力分割機構、１３１ サンギヤ、１３２ リングギヤ、１３３ ピニオンギヤ、１３４ キャリア、１３５ リングギヤ軸（駆動軸）、１４０ 減速機、１５０ バッテリ、１５２ 電池センサ、１６０ 駆動輪、１８０ 電圧センサ、２００ コンバータ、２１０，２２０ インバータ、３２０ マップ（引摺りトルク）、ＧＬ 接地線、Ｎｍｇ１，Ｎｍｇ２ ＭＧ回転数、Ｎｔｈ 判定値、ＰＬ 電力線、Ｐｉｎｖ インバータ入力電力、Ｐｌｓ インバータ損失電力、Ｔｘ〜Ｔｙ トルク範囲（Ｓ／Ｄ制御実行）、Ｔｍ 引摺りトルク、Ｔｍｇ１＊ トルク指令値（第１ＭＧ）、Ｔｍｇ２＊ トルク指令値（第２ＭＧ）、Ｔｐ＊ トータルトルク（要求駆動力）、ＶＨ 直流電圧（インバータ直流側電圧）、ＶＨ ＷＩＮ，ＷＯＵＴ 上限値（充放電電力）。

Claims (8)

1. 駆動輪（１６０）と機械的に連結された駆動軸（１３５）に対してトルクを出力するように構成された電動機（１２０）と、
   前記電動機の出力トルクを制御するための第１の電力変換器（２２０）と、
   車両全体での要求駆動力（Ｔｐ＊）が前記駆動軸に作用するように前記電動機のトルク指令値（Ｔｍｇ２＊）を設定するための制御装置（１７０，１７２）とを備え、
   前記制御装置は、
   前記電動機が零トルクで回転した際に回転抵抗として作用する引摺りトルク（Ｔｍ）の大きさを前記電動機の回転数（Ｎｍｇ２）に基づいて推定するとともに、推定された前記引摺りトルクと前記トルク指令値との差に応じて前記第１の電力変換器を停止させるための電動機制御部（１７２）を含む、電動車両。
2. 前記電動機制御部（１７２）は、前記電動機（１２０）の回転数（Ｎｍｇ２）が判定値（Ｎｔｈ）より高いときには、前記引摺りトルク（Ｔｍ）と前記トルク指令値（Ｔｍｇ２＊）との差によらず前記第１の電力変換器を動作させる、請求項１記載の電動車両。
3. 第１の電力線（ＰＬ）の直流電圧（ＶＨ）を制御するための第２の電力変換器（２００）をさらに備え、
   前記第１の電力変換器（２２０）は、前記第１の電力線および前記電動機（１２０）の間で双方向の直流交流電力変換を実行するように構成され、
   前記判定値（Ｎｔｈ）は、前記直流電圧の上昇に従って高い回転数に設定される、請求項２記載の電動車両。
4. 内燃機関（１００）と、
   前記駆動軸（１３５）に対して前記内燃機関の出力を源とするトルクを機械的に伝達するための動力伝達装置（１３０）とをさらに備え、
   前記制御装置（１７０）は、車両全体での要求駆動力（Ｔｐ＊）が前記駆動軸（１３５）に作用するように、前記内燃機関の動作指令値および前記電動機（１２０）の前記トルク指令値（Ｔｍｇ２＊）を設定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両。
5. 駆動輪（１６０）と機械的に連結された駆動軸（１３５）に対してトルクを出力するように構成された電動機（１２０）を搭載した電動車両の制御方法であって、
   車両全体での要求駆動力が前記駆動軸に作用するように前記電動機のトルク指令値（Ｔｍｇ２＊）を設定するステップ（Ｓ１００−Ｓ１２０）と、
   前記電動機の回転数（Ｎｍｇ２）に基づいて、前記電動機が零トルクで回転した際に回転抵抗として作用する引摺りトルク（Ｔｍ）の大きさを推定するステップ（Ｓ１３０）と、
   推定された前記引摺りトルクと前記トルク指令値との差に応じて、前記電動機の出力トルクを制御するための第１の電力変換器（２２０）を停止させるステップ（Ｓ１４０，Ｓ１５０）とを備える、電動車両の制御方法。
6. 前記電動機（１２０）の回転数（Ｎｍｇ２）が判定値（Ｎｔｈ）より高いときには、前記引摺りトルク（Ｔｍ）と前記トルク指令値（Ｔｍｇ２＊）との差によらず前記第１の電力変換器を動作させるステップ（Ｓ１４５，Ｓ１６０）をさらに備える、請求項５記載の電動車両の制御方法。
7. 前記電動車両は、第１の電力線（ＰＬ）の直流電圧（ＶＨ）を制御するための第２の電力変換器（２００）をさらに搭載し、
   前記第１の電力変換器（２２０）は、前記第１の電力線および前記電動機（１２０）の間で双方向の直流交流電力変換を実行するように構成され、
   前記判定値（Ｎｔｈ）は、前記直流電圧の上昇に従って高い回転数に設定される、請求項６記載の電動車両の制御方法。
8. 前記電動車両は、内燃機関（１００）と、前記駆動軸（１３５）に対して前記内燃機関の出力を源とするトルクを機械的に伝達するための動力伝達装置（１３０）とをさらに搭載し、
   前記設定するステップ（Ｓ１００−Ｓ１２０）は、前記車両全体での要求駆動力（Ｔｐ＊）が前記駆動軸に作用するように、前記内燃機関の動作指令値および前記電動機（１２０）の前記トルク指令値（Ｔｍｇ２）を設定するステップ（Ｓ１２０）を含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の電動車両の制御方法。

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