JP6248766B2

JP6248766B2 - ハイブリッド車両の制御システム

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Publication number: JP6248766B2
Application number: JP2014075420A
Authority: JP
Inventors: 亮次佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-04-01
Also published as: JP2015196455A

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御システムについて、特に駆動輪のスリップが検出された場合の昇圧コンバータの制御に関する。

エンジン及び走行モータを車両の駆動源として備えるハイブリッド車両において、電源電圧を昇圧コンバータによって昇圧して走行モータ側に出力する場合がある。このハイブリッド車両において、駆動輪にスリップが発生した場合には、走行モータで多くの電力が消費されるが、スリップが解消され駆動輪にグリップが発生した場合には、走行モータの回転数が急減少するので、昇圧コンバータの高圧側の出力電圧が過大になるおそれがある。

特許文献１には、昇圧コンバータの出力電圧が過大になることを防止することを目的として、駆動輪のスリップが検出され、モータ電流の乱れが生じた場合に、昇圧コンバータの出力側に接続されたインバータの制御モードを切り替えて制御性を向上させ、かつ、昇圧コンバータの高圧側の目標出力電圧を低下させる制御を行うことが記載されている。

特開２００７−２０３８３公報

特許文献１に記載された制御の場合、昇圧コンバータに接続されるコンデンサ容量が小さいなどの原因によって、高圧側出力電圧を急激に低下させることが困難である。高圧側出力電圧が過大になる場合、インバータに過電圧が発生するおそれがある。一方、過大な高圧側出力電圧の発生を防止する手段として、スリップが検出された場合に次のグリップ状態への移行に備えて高圧側の目標出力電圧を早めに低下させることが考えられる。しかしながら、この場合、エンジン、走行モータ、及び発電機の間に動力分割機構が接続される場合に、スリップによる走行モータの回転数の上昇に伴って、エンジン始動用の発電機の回転数も上昇し、さらに高圧側電圧ＶＨが低下することによって、エンジンの始動性が低下する場合がある。

本発明の目的は、スリップ検出時でも昇圧コンバータの出力電圧が過大になることを防止でき、かつ、エンジンの始動性の低下を防止できるハイブリッド車両の制御システムを提供することである。

本発明に係るハイブリッド車両の制御システムは、エンジンと、蓄電部に接続される走行モータと、前記蓄電部に接続され、前記エンジンにより駆動され発電する発電機能と、前記エンジンを始動するモータ機能とを有する発電機と、車両の走行状態に応じて、前記蓄電部と前記走行モータ及び前記発電機との間に接続された昇圧コンバータの昇圧動作を制御する制御装置とを備え、エンジン停止状態で前記走行モータの回転数が上昇する場合に、前記発電機の回転数が上昇するように、前記エンジン、前記走行モータ及び前記発電機の間が接続され、前記エンジン及び前記走行モータの少なくとも一方を駆動源として駆動輪を駆動して走行するハイブリッド車両の制御システムであって、前記制御装置は、前記駆動輪のスリップが検出された場合で、かつ、前記エンジンの停止状態で前記走行モータを駆動して車両走行を行うＥＶ走行中である場合に、現在目標出力電圧が所定電圧上限に達している場合には、前記スリップの検出前に対して前記昇圧コンバータの目標出力電圧が同じ大きさに維持され、現在目標出力電圧が前記所定電圧上限に達していない場合には、前記スリップの検出前に対して前記昇圧コンバータの目標出力電圧が所定割合または所定量だけ上昇されるように、前記昇圧コンバータを制御する。

本発明に係るハイブリッド車両の制御システムにおいて、好ましくは、前記制御装置は、前記スリップが検出された場合で、かつ、前記ＥＶ走行中でない場合には、前記昇圧コンバータの目標出力電圧を低下させる。

本発明に係るハイブリッド車両の制御システムによれば、スリップ検出時でも昇圧コンバータの出力電圧が過大になることを防止でき、かつ、エンジンの始動性の低下を防止できる。

本発明の実施形態の制御システムを搭載するハイブリッド車両を示す構成図である。エンジン停止状態で駆動輪がスリップした状態を示す図であって、２つのモータジェネレータ及びエンジンの回転数の関係を示す共線図である。本発明の実施形態の制御システムを用いて昇圧コンバータを制御する方法を示すフローチャートである。本発明の実施形態において、スリップ検出時の昇圧コンバータの目標出力電圧を説明するための動作波形（ａ）と、駆動輪のスリップ状態（ｂ）及びグリップ状態（ｃ）とを示す図である。本発明の実施形態において、スリップ検出時の車両の動作を説明するための動作波形図である。本発明の実施形態の制御システムを用いて昇圧コンバータを制御する方法の別例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、以下では昇圧コンバータとして、昇降圧機能を有する昇降圧コンバータの場合を説明するが、単に昇圧のみの機能を有する構成としてもよい。以下では全ての図面において同様の要素には同一の符号を付して説明する。

図１は、本発明の実施形態の制御システムを搭載するハイブリッド車両の概略構成を示している。ハイブリッド車両１０は、制御システム１２と、減速機１４と、駆動軸１６に連結された駆動輪（例えば前輪）１８とを備える。制御システム１２は、エンジン２０と、第１モータジェネレータ２２と、第２モータジェネレータ２４と、動力分割機構２５と、ＰＣＵ２６と、蓄電部であるバッテリ２８と、制御装置であるＥＣＵ３２とを含む。ハイブリッド車両１０は、エンジン２０及び第２モータジェネレータ２４の少なくとも一方を駆動源として走行する。以下では、第１モータジェネレータ２２は第１ＭＧ２２と記載し、第２モータジェネレータ２４は第２ＭＧ２４と記載する。

エンジン２０は、ＥＣＵ３２からの制御信号Ｓｉ１により制御される。エンジン２０には、クランク軸の回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ３４が取り付けられる。本明細書において、「回転数」とは単位時間当たり、例えば毎分の回転数を意味する。

第１ＭＧ２２は、バッテリ２８に接続され、基本的にエンジン２０により駆動され発電する発電機能と、を有する３相同期発電機である。第１ＭＧ２２は、エンジン２０を始動するモータ機能も有する。第１ＭＧ２２が発電機として用いられる場合、エンジン２０からのトルクの少なくとも一部が、後述する動力分割機構２５を介して第１ＭＧ２２の回転軸に伝達される。第１ＭＧ２２で発生した電力は、ＰＣＵ２６を介してバッテリ２８に供給され、バッテリ２８が充電される。第１ＭＧ２２には、第１ＭＧ２２の回転軸の回転角度または回転数Ｎｗ１を検出する第１回転センサ３６が取り付けられる。

第２ＭＧ２４は、バッテリ２８に接続され、基本的に走行モータとして用いられ、バッテリ２８から供給される電力で駆動される３相同期モータである。第２ＭＧ２４の駆動によって、駆動輪１８が駆動され車両の駆動力が発生する。第２ＭＧ２４は、車両減速時に回生制動を行う際の電力回生用の発電機としての機能も有する。第２ＭＧ２４で発生した電力も、ＰＣＵ２６を介してバッテリ２８に供給され、バッテリ２８が充電される。第２ＭＧ２４には、第２ＭＧ２４の回転軸の回転角度または回転数Ｎｗ２を検出する第２回転センサ３８が取り付けられる。第１ＭＧ及び第２ＭＧとして、誘導モータ、または別の電動モータを用いてもよい。

エンジン回転数センサ３４、第１回転センサ３６、及び第２回転センサ３８の検出値Ｎｅ、Ｎｗ１、Ｎｗ２を表す信号はＥＣＵ３２に送信される。

動力分割機構２５は遊星歯車機構により形成される。例えば、遊星歯車機構は、サンギヤと、複数のピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含み、サンギヤは、第１ＭＧ２２の中空の回転軸の端部に連結される。複数のピニオンギヤは、リングギヤとサンギヤとの両方に噛合され、キャリアを介してエンジン２０の駆動軸に接続される。各ピニオンギヤは、キャリアの端部にキャリアの中心軸を回転中心とする公転と自転とを可能に連結される。リングギヤは、出力軸４０に接続され、出力軸４０は第２ＭＧ２４の回転軸に連結される。出力軸４０は、図示しない別の遊星歯車機構を含む減速機構を介して第２ＭＧ２４の回転軸に連結してもよい。出力軸４０は、図１に示す減速機１４を介して駆動輪１８に連結された駆動軸１６に接続される。動力分割機構２５は、エンジン２０からの動力を、出力軸４０への経路と、第１ＭＧ２２への経路とに分割する。

これによって、動力分割機構２５は、エンジン停止状態で第２ＭＧ２４の回転数が上昇する場合に第１ＭＧ２２の回転数も上昇するように、エンジン２０、第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４の間を接続する。動力分割機構２５のリングギヤを第１ＭＧ２２に接続し、サンギヤを第２ＭＧ２４に接続してもよい。

図２は、エンジン停止状態で駆動輪１８がスリップした状態を示す図であって、２つの第１ＭＧ２２、第２ＭＧ２４及びエンジン２０の回転数の関係を示す共線図である。エンジン２０、第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４の間が遊星歯車機構で接続されるので、図２に示すように、第１ＭＧ２２、エンジン２０、及び第２ＭＧ２４の回転数は一直線上に結ばれる関係にある。共線図において、第１ＭＧ２２、エンジン２０、及び第２ＭＧ２４の回転数間の長さの比は、リングギヤ及びサンギヤの歯数の比から定められる。

例えば駆動輪１８にスリップが発生して、図２に矢印Ｒ１で示すように、リングギヤに接続される第２ＭＧ２４の回転数が正方向（＋方向）に上昇した場合、サンギヤに接続される第１ＭＧ２２の回転数は矢印Ｒ２で示すように負方向（−方向）に大きく変化する。この場合、第１ＭＧ２２に正方向にトルクを発生させることでエンジン２０を始動させることができるが、その場合には第１ＭＧ２２の回転数に見合った大きい電圧を第１ＭＧ２２に加える必要がある。

また、本例では、後述するように、駆動輪１８のスリップが検出された場合に、昇圧コンバータ４６の出力電圧ＶＨが過大となることを防止するために、出力電圧ＶＨを低下させる場合がある。この場合、第１ＭＧ２２に接続される第１インバータ４２も昇圧コンバータ４６に接続されるので、第１ＭＧ２２に加えられる電圧が不足して、エンジン２０の始動性が低下する場合がある。本例はこのような不都合を防止するために、後述のように、エンジン停止状態で第２ＭＧ２４を駆動して車両走行を行うＥＶ走行中において、スリップが検出された場合に昇圧コンバータ４６から出力される昇圧電圧を、スリップ検出前に対して同じ大きさに維持または上昇させるように、ＥＣＵ３２によって昇圧コンバータ４６を制御する。

ＰＣＵ２６は、第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４とバッテリ２８との間に接続される。ＰＣＵ２６は、第１インバータ４２及び第２インバータ４４と、昇圧コンバータ４６とを含む。昇圧コンバータ４６は、ＥＣＵ３２からの制御信号Ｓｉ２により制御され、各インバータ４２，４４は、ＥＣＵ３２からの制御信号Ｓｉ３により制御される。昇圧コンバータ４６は、２個直列に接続されたスイッチング素子と、各スイッチング素子に対し逆方向電流を流すように並列に接続された２個のダイオードと、各スイッチング素子の間に一端が接続されたリアクトルとを含む。スイッチング素子として、ＩＧＢＴなどのトランジスタが用いられる。昇圧コンバータ４６は、バッテリ２８と各インバータ４２，４４との間に接続され、ＥＣＵ３２によって昇圧指令で制御される場合に、バッテリ２８から入力された直流電圧を昇圧して、各インバータ４２，４４に昇圧電圧を出力する機能を有する。また、昇圧コンバータ４６は、ＥＣＵ３２によって降圧指令で制御される場合に、出力側（電圧ＶＨ側）の直流電圧を降圧して、バッテリ２８に直流電圧を出力する機能も有する。これによって、バッテリ２８が充電される。

第１インバータ４２は、昇圧コンバータ４６から入力された直流電圧を交流電圧に変換して第１ＭＧ２２に出力し、第１ＭＧ２２を駆動する。第１インバータ４２は、第１ＭＧ２２がエンジン２０の駆動に伴って発電した場合に、その発電により得られた交流電圧を直流電圧に変換し、直流電圧を昇圧コンバータ４６に出力する機能も有する。

第２インバータ４４は、昇圧コンバータ４６から入力された直流電圧を交流電圧に変換して第２ＭＧ２４に供給し、第２ＭＧ２４を駆動する。第２インバータ４４は、ハイブリッド車両１０の回生制動時に、第２ＭＧ２４により発電した交流電圧を直流電圧に変換し、直流電圧を昇圧コンバータ４６に出力する機能も有する。

第１インバータ４２及び第２インバータ４４は、それぞれＵ，Ｖ，Ｗの各相の上アーム、下アームのそれぞれに設けられるスイッチング素子を含み、各スイッチング素子のスイッチングがＥＣＵ３２からの制御信号Ｓｉ２により制御される。第１インバータ４２のＵ，Ｖ，Ｗの各相の上アームと下アームとの間と第１ＭＧ２２の各相の入力端子は動力線で接続されており、各相の動力線のうち、Ｕ相、Ｖ相の動力線に、モータ電流を検出する電流センサ４８ｕ、４８ｖが取り付けられている。Ｗ相の動力線には電流センサは取り付けられていないが、３相交流では各相の電流の合計はゼロとなるので、Ｗ相の電流値はＵ相、Ｖ相の電流値から計算で求められる。第２インバータ４４と第２ＭＧ２４とを接続するＵ相、Ｖ相の動力線にも、同様に電流センサ４９ｕ、４９ｖが取り付けられる。各電流センサ４８ｕ、４８ｖ、４９ｕ、４９ｖの検出値を表す信号はＥＣＵ３２に送信される。

バッテリ２８は、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池または他の形式の二次電池である。バッテリの代わりにキャパシタを用いてもよい。バッテリ２８と昇圧コンバータ４６との間に図示しないシステムリレーが設けられ、システムリレーは、ＥＣＵ３２によりオンオフ動作が制御される。昇圧コンバータ４６とバッテリ２８との間、及び、昇圧コンバータ４６と各インバータ４２，４４との間に、平滑化用のコンデンサをそれぞれ接続してもよい。

電圧センサ５０は、昇圧コンバータ４６の低圧側電圧ＶＬを検出し、電圧ＶＬを表す信号をＥＣＵ３２に送信する。電圧センサ５２は、昇圧コンバータ４６の高圧側電圧ＶＨを検出し、高圧側電圧ＶＨを表す信号をＥＣＵ３２に送信する。

アクセル位置センサ５４は、アクセルペダルのアクセル位置ＡＰを検出し、アクセル位置ＡＰを表す信号をＥＣＵ３２に送信する。駆動輪回転センサ５６は、駆動輪１８の回転角度または回転数Ｈｓを検出し、検出値Ｈｓを表す信号をＥＣＵ３２に送信する。ＥＣＵ３２は、検出値Ｈｓに基づいて推定車速を算出する。ＥＣＵ３２は、第２ＭＧ２４の回転角度または回転数Ｎｗ２の検出値に基づいて推定車速を算出してもよい。車速センサ５８は、車両の実車速を検出する。車速センサ５８は、例えば図示しない従動輪（例えば後輪）の回転角度または回転数Ｖｓを検出する回転センサの検出値から車速を算出する構成としてもよい。車速センサ５８の検出値Ｖｓを表す信号はＥＣＵ３２に送信される。

ＥＣＵ３２は、ＣＰＵ、メモリを有するマイクロコンピュータを含む。図示の例では、ＥＣＵ３２として１つのＥＣＵ３２のみを図示しているが、ＥＣＵ３２は適宜複数の構成要素に分割して、互いに信号ケーブルで接続する構成としてもよい。ＥＣＵ３２は、昇圧コンバータ４６の動作を制御するコンバータ制御部６０と、各インバータ４２，４４の動作を制御するインバータ制御部６２とを有する。ＥＣＵ３２は、ＥＶ走行判定部６６及びスリップ検出部６８も有するが、これら２つについては後で説明する。

ＥＣＵ３２は、走行駆動制御時に、アクセル位置ＡＰ、または車速及びアクセル位置ＡＰに基づいて、車両目標トルクＴｒ＊とエンジン目標出力Ｐｅ＊とを算出し、予め設定されたマップから、エンジン２０の目標回転数Ｎｅ＊及び目標トルクＴｅ＊を算出する。ＥＣＵ３２は、目標回転数Ｎｅ＊と第２ＭＧ２４の回転数Ｎｗ２及び第１ＭＧ２２の回転数Ｎｗ１とから、第１ＭＧ２２の目標回転数Ｎｗ１＊及び目標トルクＴｒ１＊と、第２ＭＧ２４の目標トルクＴｒ２＊とを算出する。このような目標回転数Ｎｅ＊、目標トルクＴｅ＊、目標回転数Ｎｗ１＊、目標トルクＴｒ１＊及び目標トルクＴｒ＊は、アクセル位置ＡＰまたはアクセル位置ＡＰと車速とに基づいて、図示しない記憶部に予め記憶させたマップから算出してもよい。

ＥＣＵ３２は、算出されたエンジン２０の目標回転数Ｎｅ＊及び目標トルクＴｅ＊が得られるように、制御信号Ｓｉ１でエンジン２０を制御する。また、ＥＣＵ３２は、算出された第１ＭＧ２２の目標回転数Ｎｗ１＊及び目標トルクＴｒ１＊と、第２ＭＧ２４の目標トルクＴｒ＊とが得られるように、コンバータ制御部６０及びインバータ制御部６２によって、制御信号Ｓｉ２、Ｓｉ３で昇圧コンバータ４６及び各インバータ４２，４４を制御する。インバータ制御部６２は、後述のようにモータ回転状態または車両走行状態に応じて制御モードの切替を行いながら各インバータ４２，４４を制御する。

ＥＣＵ３２は、図示しないバッテリ電流センサ及び電圧センサ５０の一方または両方からの検出値に基づいてバッテリ２８の充電量であるＳＯＣ（State Of Charge）を算出する。ＳＯＣの算出値は、後述のＥＶモード及びＨＶモードの切替の制御に用いられる。

また、ＥＣＵ３２は、ＥＶ走行モードであるＥＶモードとＨＶモードとの間でモード切替を行いながら車両を走行させるように、エンジン２０、第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４を制御する。「ＥＶモード」は、エンジン停止状態で、第２ＭＧ２４を駆動し、第２ＭＧ２４を駆動源として車両走行を行うモードである。「ＨＶモード」は、少なくともエンジン２０を駆動させて車両を駆動し走行させるモードである。この場合、エンジン２０の駆動によって第１ＭＧ２２が発電する。ＥＶモードとＨＶモードとの切替は、予め設定した所定条件が成立したか否かに応じて行われる。例えば、ＥＶモードの実行中にＳＯＣの算出値が所定下限値以下になることでＨＶモードへの切り替えが行われる。ＨＶモードの実行中では、運転者が図１に示すＥＶ走行指示部６９を操作し、ＥＶモードが選択された場合に所定のＥＶモード前提条件を満たすことを条件として、ＥＶモードに切り替えられる。また、ＨＶモードの実行中において、ＳＯＣの算出値が所定上限値以上になった場合にもＥＶモードに切り替えられる。ＥＶ走行指示部６９は、例えばＥＶモードを指示する押しボタンまたはスイッチである。

ＥＶ走行判定部６６は、現在の車両走行モードがＥＶモードであるか否かを判定する。スリップ検出部６８は、現在の車両走行状態が駆動輪１８のスリップが生じているか否かを検出する。

スリップ検出部６８は、駆動軸１６の回転数または駆動軸１６の回転数の時間変化率、または駆動輪１８の回転数と従動輪の回転数との偏差であるスリップ関係値に基づいて、スリップ関係値が予め設定された閾値以上である場合に、スリップ状態であることを検出してもよい。駆動輪１８の回転数の検出として、駆動輪回転センサ５６の検出値を用いてもよい。

後述の図４（ｂ）に示すように、車両が走行する路面７０上に凸部７２がある場合、その凸部７２に駆動輪１８が乗り上げることで路面抵抗が極度に低下して駆動輪１８がほぼ空転して回転数が急上昇する。この状態がスリップ状態であり、スリップ後、図４（ｃ）に示すように駆動輪１８が凸部７２から外れて路面７０に接触する場合、スリップが解消されてグリップ状態となる。

コンバータ制御部６０は、現在の車両の走行状態に応じて、昇圧コンバータ４６の昇圧動作を制御する機能も有する。より具体的には、コンバータ制御部６０は、スリップ検出部６８によってスリップが検出された場合で、かつ、「ＥＶモードの走行中でない」場合、すなわち「ＨＶモードの走行中である」場合には、昇圧コンバータ４６の目標出力電圧Ｖ１を低下させるように、昇圧コンバータ４６を制御する。

また、コンバータ制御部６０は、スリップが検出された場合で、かつ、「ＥＶモードの走行中である」場合には、スリップ検出前に対して昇圧コンバータ４６の目標出力電圧Ｖ１が上昇されるか、または同じ大きさに維持されるように、昇圧コンバータ４６を制御する目標電圧上昇維持モジュール７４を有する。これによって、スリップ検出時でも昇圧コンバータ４６の出力電圧が過大になることを防止でき、かつ、エンジン２０の始動性の低下を防止できる。これについては後述する。

インバータ制御部６２は、モータ回転状態に応じて、３つの制御モード、すなわち正弦波ＰＷＭ制御モードＰ１、過変調制御モードＰ２、矩形波制御モードＰ３を切り替えて、各インバータ４２，４４を制御する機能を有する。

３つの制御モードの特性は、システム電圧としての高圧側電圧ＶＨに対するモータ必要電圧の比である「変調率Ｅ」によって表すことができる。モータ必要電圧は、トルク指令値を含む算出値から決定されるもので、第１ＭＧ２２または第２ＭＧ２４に必要とされる線間電圧の実効値Ｊである。これによって、変調率Ｅは（Ｊ／ＶＨ）となる。

正弦波ＰＷＭ制御モードＰ１は、所定期間内で基本波成分が正弦波となるようにスイッチング素子のオンオフのデューティ比が制御される。この制御によりＰＷＭ制御モードでは、基本波成分の振幅をシステム電圧の０．６１倍まで高めることができる。この場合、変調率Ｅは０．６１である。

過変調制御モードＰ２は、搬送波の振幅を縮小させて正弦波ＰＷＭ制御モードと同様のＰＷＷ制御モードを行うものである。この制御により基本波成分が歪むことによって、変調率Ｅを０．６１〜０．７８の範囲に高めることができる。

矩形波制御モードＰ３は、所定の期間内でスイッチング素子のオンとオフとの比が１対１の矩形波１パルス分を第１ＭＧ２２または第２ＭＧ２４に印加するものである。これによって、変調率Ｅを０．７８まで高めることができる。

３つの制御モードの切り替えは例えば第１ＭＧ２２または第２ＭＧ２４のモータ回転数に応じて行うことができる。この場合、インバータ制御部６２は、回転センサ３６（または３８）の検出値に応じて、モータ回転数が低い領域では滑らかな回転が可能な正弦波ＰＷＭ制御モードＰ１を選択し、モータ回転数が上昇するのにしたがって過変調制御モードＰ２、矩形波制御モードＰ３の順に移行するようにモード切替を行う。インバータ制御部６２は、モータ回転数が低下する場合にはその逆に制御モードが順に切り替わるようにモード切替を行う。

インバータ制御部６２は、車両の走行状態に応じて、矩形波制御モードＰ３、過変調制御モードＰ２を切り替える緊急切替を行う機能も有する。「緊急切替」は、矩形波制御モードＰ３の実行中に、スリップ及びグリップが発生して第２ＭＧ２４のモータ電流に乱れが生じてモータ回転が乱れる場合に、矩形波制御モードＰ３から過変調制御モードＰ２へ、さらに過変調制御モードＰ２から正弦波ＰＷＭ制御モードＰ１へ切り替えることである。

例えば、インバータ制御部６２は、電流センサ４８ｕ、４８ｖの検出値、及び第２ＭＧ２４の回転角度の検出値からｄｑ軸平面上におけるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出する。インバータ制御部６２は、ｄ軸電流Ｉｄに対して、矩形波制御モードＰ３で予め設定されるｑ軸電流Ｉｑの閾値を超えるか否かで、緊急切替条件が成立するか否かを判定する。ここで、ｄｑ軸平面とは、第２ＭＧ２４の動作点を互いに直交するｄ軸及びｑ軸で規定するためのものである。ｄ軸電流Ｉｄは第２ＭＧ２４を形成するロータの磁極方向の電流成分であり、ｑ軸電流Ｉｑはロータの磁極方向に対し直交する方向の電流成分である。緊急切替条件が成立した場合には、矩形波制御モードＰ３から過変調制御制御モードＰ２への切替を行う。車両がスリップ状態となる場合、インバータ４２の消費電力が急激に増加することによって出力電圧ＶＨが低下し、スリップ状態からグリップ状態に移行してモータ消費電力が低下することで昇圧コンバータ４６の出力側がエネルギ過多状態となり、昇圧コンバータ４６の出力電圧ＶＨが高くなる。この場合に第２インバータ４４から第２ＭＧ２４に流れるモータ電流のｑ軸電流Ｉｑが閾値を超える。そして後述の図４（Ａ３）の時間ｔ２Ａで緊急切替条件が成立するので、制御モードが矩形波制御モードＰ３から過変調制御モードＰ２に切り替わる。これによって、第２ＭＧ２４の回転数の変化幅が大きい緊急時に応答性の良い制御に切り替わるので制御破たんを防止できる。

図３は、本実施形態の制御システム１２を用いて昇圧コンバータ４６の昇圧を制御する方法を示すフローチャートである。図４は、本実施形態において、スリップ検出時の昇圧コンバータ４６の目標出力電圧Ｖ１を説明するための動作波形（ａ）と、駆動輪１８のスリップ状態（ｂ）及びグリップ状態（ｃ）とを示している。

ＥＣＵ３２は、まずスリップ検出部６８によってスリップを検出したか否かを判定し（Ｓ１０）、スリップが検出された場合にはＥＶ走行判定部６６によってＥＶ走行中であるか否かを判定する（Ｓ１２）。例えば、図４（ａ）の時間ｔ１で（ｂ）に示すスリップ状態となったことが検出された場合、図４の（Ａ１）で示すように第２ＭＧ２４の回転数Ｎｗ２は急上昇する。

図３のＳ１２で「ＥＶ走行中でない」場合、すなわちエンジン２０の運転中である「ＨＶ走行中である」場合には、図４の（Ａ４）で示すようにコンバータ制御部６０は、昇圧コンバータ４６の目標出力電圧Ｖ１を現在の目標値Ｖ０から予め設定した電圧αだけ低下させて、Ｖ１＝Ｖ０−αとして、昇圧コンバータ４６を制御する。

一方、図３のＳ１２で「ＥＶ走行中である」場合には、図４の（Ａ５）で示すようにコンバータ制御部６０は、昇圧コンバータ４６の目標出力電圧Ｖ１が現在の目標出力電圧と同じ大きさに維持される（Ｂ１）か、または現在目標出力電圧から所定レートで上昇される（Ｂ２）ように、昇圧コンバータ４６を制御する。Ｓ１２で目標出力電圧Ｖ１を維持するか上昇させるかは予め設定される。なお、Ｓ１２で現在目標出力電圧がシステム最大電圧Ｖ０（例えば６５０Ｖ）に達している場合に目標出力電圧Ｖ１を維持し、それ以外で所定レートで上昇させてもよい。「システム最大電圧」は、部品保護の面から予め設定される目標出力電圧の上限である。「所定レート」は、インバータ４２，４４への過電流防止のために予め設定される電圧の所定割合または所定量である。

なお、図３のＳ１０でスリップ検出がされない場合、スリップ検出からグリップ移行後、所定時間内か否かを判定する。例えばスリップ検出部６８によってスリップ検出がされなくなってから所定時間を経過していない場合、Ｓ１２に移行する。これによって、グリップ中で昇圧コンバータ４６の出力電圧がまだ高い場合で、かつ、ＥＶ走行中でない場合に、Ｓ１８において目標出力電圧Ｖ１が低下される。

Ｓ１４でスリップ検出からグリップ移行後の時間が所定時間を超えている場合、昇圧コンバータ４６は第１ＭＧ２２の目標回転数及び目標トルクと、第２ＭＧ２４の目標トルク及び回転数とから、予め設定されたマップまたは関係式を用いて算出される目標出力電圧Ｖ１で、昇圧コンバータ４６の「通常昇圧」である昇圧制御を行う。この場合も、目標出力電圧Ｖ１を上昇させる場合には、Ｓ１６で説明した場合と同様、所定レートで上昇させる。Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０の処理が終了した場合にはＳ１０に戻る。

図４では、スリップ状態からグリップ状態に移行した場合に、時間ｔ２Ａで制御モードが矩形波制御モードＰ３から過変調制御モードＰ２に切り替わることも示している。

上記の制御システム１２によれば、スリップが検出された場合で、かつ、ＥＶ走行中である場合に、スリップの検出前に対して昇圧コンバータ４６の目標出力電圧Ｖ１が上昇されるか、または同じ大きさに維持される。このため、第１ＭＧ２２を用いてエンジン２０が始動されＨＶ走行に移行する場合に、第１ＭＧ２２を駆動する第１インバータ４２の入力電圧を高くできるので、スリップ検出時でもエンジン２０の始動性の低下を防止できる。

例えばＥＶ走行中に、スリップが検出された場合にＳＯＣの算出値が所定下限値以下になる場合、またはＥＶ走行指示部６９の操作によりＥＶモードの選択が解除されることによって、スリップ発生と、第１ＭＧ２２を用いたエンジン２０の始動とが同じタイミングで生じる場合がある。この場合に本例では第１ＭＧ２２を駆動する第１インバータ４２の入力電圧を高くできるので、エンジン２０の始動性の低下を防止できる。

図５は、本実施形態において、スリップ検出時の車両の動作を説明するための動作波形図を示している。第１インバータ４２の入力電圧は、昇圧コンバータ４６の出力電圧ＶＨで定まる。一方、ＥＶ走行中にスリップが検出された場合、例えば図５（Ａ４、Ａ５）のＷ１で示すように目標出力電圧Ｖ１が６５０Ｖで一定である場合に、（Ａ６）のＷ２で示すように出力電圧ＶＨが変化する。具体的には、時間ｔ１でスリップによって第２ＭＧ２４の回転数Ｎｗ２が急上昇し（Ａ１）、かつ、第２ＭＧ２４のトルクが一定に制御されている場合、第２ＭＧ２４の消費電力Ｐｍ（Ａ７）が急上昇する。この場合、第２インバータ４４の消費電力も増大するので、昇圧コンバータ４６の出力電圧ＶＨが低下する。コンバータ制御部６０は、出力電圧ＶＨの低下を回復させるように昇圧コンバータ４６を制御するので、一旦低下した出力電圧ＶＨは再び６５０Ｖに戻る。時刻ｔ２においてグリップ状態に移行すると、第２ＭＧ２４の回転数Ｎｗ２は急減少するので、第２ＭＧ２４の消費電力Ｐｍも低下する。この結果、昇圧コンバータ４６の出力側においてエネルギ過多の状態となり、時刻ｔ２からｔ２Ａで出力電圧ＶＨが６５０Ｖを超えた状態となる。この場合、（Ａ７）で示す第２ＭＧ２４の消費電力Ｐｍから（Ａ８）で示す第１ＭＧ２２の発電量Ｐｇを減算して得られ、昇圧コンバータ４６を通過する電力量（Ｐｍ−Ｐｇ）は、（Ａ９）に示すＷ３となる。この場合、エンジン停止によってＰｇ＝０であるので、力行状態でＷ３は比較的大きくなり、バッテリ２８に戻す電力が小さいか、または発生しない。このため、昇圧コンバータ４６の出力側のエネルギ過多の状態が緩和されて、出力電圧ＶＨの上昇を抑制できるので、出力電圧ＶＨが過大になることを防止できる。したがって、（Ａ６）のＷ２で示すように、ＥＶ走行中の出力電圧ＶＨが予め部品保護の面から設定されるＶＨ上限値を超えることがないので、各インバータ４２，４４の過電圧を防止できる。このようなＥＶ走行中では、後述のＨＶ走行中の場合に比べて出力電圧ＶＨを低下させる必要性は低い。

一方、スリップ状態で第２ＭＧ２４の回転数が上昇すると、図２で示した第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４の関係から、第１ＭＧ２２の回転数が負方向に大きく変化する。この場合、第１ＭＧ２２の回転数に応じたトルク上限の関係は、出力電圧ＶＨに応じて変化し、出力電圧ＶＨが高いほど、回転数が高い場合でもトルク制限がされない場合がある。本例の場合、ＥＶ走行中にスリップ検出の場合でも、時間ｔ１からｔ２の間で昇圧コンバータ４６の出力電圧ＶＨが後述のＨＶ走行中のＷ５（Ａ６）よりも高くなる。このため、第１ＭＧ２２のトルクを高くできるので、第１ＭＧ２２を用いたエンジン始動性の低下を防止できる。

一方、ＨＶ走行中にスリップが検出された場合、例えば図５（Ａ４、Ａ５）のＷ４で示すように目標出力電圧Ｖ１が６５０Ｖから６００Ｖに低下して、（Ａ６）のＷ５で示すように出力電圧ＶＨが変化する。この場合、ＥＶ走行中の場合と同様に、スリップによって第２ＭＧ２４の回転数が急上昇し、第２ＭＧ２４の消費電力が急上昇する。この場合、時刻ｔ２においてグリップ状態に移行した場合に出力電圧ＶＨが上昇する。

また、エンジン駆動によって第１ＭＧ２２が発電するので、第２ＭＧ２４の消費電力Ｐｍから第１ＭＧ２２の発電量Ｐｇを減算した電力量（Ｐｍ−Ｐｇ）が（Ａ９）にＷ６で示すように変化し、力行から回生に移行するように大きく低下して、バッテリ２８に戻す電力が大きくなる。しかしながら、本例の場合、スリップの検出によって出力電圧ＶＨは時間ｔ１以降でＥＶ走行の場合よりも低く推移するので、グリップ状態に移行しても出力電圧ＶＨの上限がＶＨ上限値に達することがなく、各インバータ４２，４４の過電圧を防止できる。

図６は、本発明の実施形態の制御システム１２を用いて昇圧コンバータ４６の昇圧を制御する方法の別例を示すフローチャートである。図６の別例では、Ｓ３０，Ｓ３２でスリップが検出され、ＥＶ走行中であると判定された場合に、昇圧コンバータ４６の目標出力電圧Ｖ１を予め設定されるシステム最大電圧Ｖ０（例えば６５０Ｖ）まで上昇させるか、またはシステム最大電圧Ｖ０に維持するように、昇圧コンバータ４６の制御が行われる。図７のＳ３０からＳ３４の処理、及び、Ｓ３８からＳ４０の処理は、図３のＳ１０からＳ１４の処理、及び、Ｓ１８からＳ２０の処理と同様である。

上記構成によれば、図４（Ａ５）を参照して、ＥＶ走行中のスリップ検出前の状態で昇圧コンバータ４６の目標出力電圧Ｖ１がシステム最大電圧Ｖ０よりも低い場合（Ｂ２）でも、スリップ検出によって矢印βで示すように目標出力電圧Ｖ１をシステム最大電圧Ｖ０まで迅速に上昇させることができる。上記の図１から図５で示した構成の場合では、ＥＶ走行中において、スリップ検出前の目標出力電圧Ｖ１は、第２ＭＧ２４の回転数及びトルクから、図３のＳ２０の通常昇圧と同様に成行きで決定されるので、目標出力電圧Ｖ１が低い電圧（例えば５００Ｖ）である場合がある。この場合、スリップの検出で目標出力電圧Ｖ１を上昇させる場合でも、所定レートでその上昇が制限されることにより、目標出力電圧Ｖ１の上昇が遅い場合がある。本例の構成ではこのような不都合を防止できる。このため、スリップ検出時のエンジン始動性を向上できる。その他の構成及び作用は、図１から図５の構成と同様である。

なお、上記の各例では、「ＥＶ走行」として、ＥＶ走行指示部６９によってＥＶ走行が選択されない場合でも、ＳＯＣの上昇によってＨＶ走行モードから切り替えられる場合を含むＥＶ走行の場合で、かつスリップ検出の場合に、スリップ検出前に対して昇圧コンバータの目標出力電圧が上昇されるか、または同じ大きさに維持される場合を説明した。ただし、ＥＶ走行指示部６９によってＥＶ走行が選択された場合に限定し、かつ、スリップ検出の場合に、スリップ検出前に対して昇圧コンバータの目標出力電圧が上昇されるか、または同じ大きさに維持されるようにしてもよい。

１０ハイブリッド車両、１２制御システム、１４減速機、１６駆動軸、１８駆動輪、２０エンジン、２２第１モータジェネレータ（第１ＭＧ）、２４第２モータジェネレータ（第２ＭＧ）、２５動力分割機構、２６ＰＣＵ、２８バッテリ、３２ＥＣＵ、３４エンジン回転数センサ、３６第１回転センサ、３８第２回転センサ、４０出力軸、４２第１インバータ、４４第２インバータ、４６昇圧コンバータ、４８ｕ，４８ｖ，４９ｕ，４９ｖ電流センサ、５０、５２電圧センサ、５４アクセル位置センサ、５６駆動輪回転センサ、５８車速センサ、６０コンバータ制御部、６２インバータ制御部、６６ＥＶ走行判定部、６８スリップ検出部、６９ＥＶ走行指示部、７０路面、７２凸部、７４目標電圧上昇維持モジュール。

Claims

エンジンと、
蓄電部に接続される走行モータと、
前記蓄電部に接続され、前記エンジンにより駆動され発電する発電機能と、前記エンジンを始動するモータ機能とを有する発電機と、
車両の走行状態に応じて、前記蓄電部と前記走行モータ及び前記発電機との間に接続された昇圧コンバータの昇圧動作を制御する制御装置とを備え、
エンジン停止状態で前記走行モータの回転数が上昇する場合に、前記発電機の回転数が上昇するように、前記エンジン、前記走行モータ及び前記発電機の間が接続され、前記エンジン及び前記走行モータの少なくとも一方を駆動源として駆動輪を駆動して走行するハイブリッド車両の制御システムであって、
前記制御装置は、前記駆動輪のスリップが検出された場合で、かつ、前記エンジンの停止状態で前記走行モータを駆動して車両走行を行うＥＶ走行中である場合に、現在目標出力電圧が所定電圧上限に達している場合には、前記スリップの検出前に対して前記昇圧コンバータの目標出力電圧が同じ大きさに維持され、現在目標出力電圧が前記所定電圧上限に達していない場合には、前記スリップの検出前に対して前記昇圧コンバータの目標出力電圧が所定割合または所定量だけ上昇されるように、前記昇圧コンバータを制御する、ハイブリッド車両の制御システム。
請求項１に記載のハイブリッド車両の制御システムにおいて、
前記制御装置は、前記駆動輪のスリップが検出された場合で、かつ、少なくとも前記エンジンを駆動させて車両を駆動し車両走行を行うＨＶ走行中である場合に、前記スリップの検出前に対して前記昇圧コンバータの目標出力電圧を予め設定した電圧だけ低下させるように、前記昇圧コンバータを制御する、ハイブリッド車両の制御システム。