JP6252574B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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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。
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、コンバータと、インバータとを備える。コンバータは、バッテリから入力される電圧を昇圧して出力可能に構成される。インバータは、コンバータと第1の回転電機との間に電気的に接続され、バッテリと第1のモータジェネレータとの間、およびバッテリと第2のモータジェネレータとの間で双方向の電力変換を実行可能に構成される。
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、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。
特開2013−203116号公報
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」とも記載する。
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逆起トルク(制動トルク)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、第1のモータジェネレータ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。
インバータレス走行中は第1のモータジェネレータにおいて発電が常時行なわれる。そのため、第1のモータジェネレータにおける発熱により第1のモータジェネレータの温度が過度に上昇すると、第1のモータジェネレータを保護する必要があるため、インバータレス走行を継続することができなくなる。このように、インバータレス走行においては、第1のモータジェネレータにおける発熱によって、インバータレス走行が可能な距離(すなわち退避走行距離)が短くなり得る。
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、退避走行距離を伸ばす技術を提供することである。
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、バッテリの電圧を昇圧可能に構成されたコンバータと、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、第1の回転電機、および出力軸を機械的に連結し、エンジン、第1の回転電機、および出力軸の間でトルクを伝達可能に構成される。インバータは、コンバータと第1の回転電機の間、およびコンバータと第2の回転電機との間で電力を変換可能に構成される。制御装置は、第1および第2の回転電機の少なくとも一方を正常に制御できない異常が生じた場合であって、かつ、第1の回転電機の温度が第1の所定値を下回る場合に、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、かつエンジンの駆動により第1の回転電機に逆起電圧に起因する制動トルクを発生させ、制動トルクの反力として出力軸に作用するトルクで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の回転電機の温度が、第1の所定値よりも低い第2の所定値を上回る場合には、第1の回転電機の温度が第2の所定値を下回る場合と比べて、逆起電圧と、コンバータおよびインバータの間の電力線の電圧との電圧差を小さくする。
上記構成によれば、第1の回転電機の温度が第2の所定値を上回る場合には、第1の回転電機の温度が第2の所定値を下回る場合と比べて、上記電圧差が小さくなるので、第1の回転電機からバッテリへと流れる電流が小さくなる。つまり、第1の回転電機による発電電力が小さくなるので、第1の回転電機におけるジュール熱の発生(発熱)が低減される。よって、第1の回転電機の温度の過度の上昇が抑制される。その結果、第1の回転電機の温度を第1の所定値を下回る状態に維持して、ハイブリッド車両の退避走行距離を伸ばすことができる。
好ましくは、制御装置は、上記電力線の電圧が増加するようにコンバータを制御することによって、上記電圧差を小さくする。
一般に、コンバータの出力電圧の制御は、回転電機の回転速度の制御と比べて、高精度に行なうことが可能である。したがって、上記構成によれば、エンジンを制御することで第1の回転電機の回転速度を制御する場合(後述)と比べて、第1の回転電機からバッテリへ流れる電流を高精度に制御し、それにより第1の回転電機における発熱を低減することができる。
好ましくは、制御装置は、第1の回転電機の温度を検出可能に構成され、かつエンジンを制御する第1の制御部と、コンバータを制御する第2の制御部とを含む。第1の制御部は、第1の制御部と第2の制御部との間の通信に異常が生じることによってインバータレス走行制御を行なう場合に、第1の回転電機の温度が第2の所定値を上回るときには、第1の回転電機の温度が第2の所定値を下回るときと比べて、第1の回転電機の回転速度が低下するようにエンジンを制御することによって、上記電圧差を小さくする。
エンジンを制御する第1の制御部と、コンバータを制御する第2の制御部とが別々に設けられる構成において、第1の制御部と第2の制御部との間の通信に異常が生じると、第1の制御部から第2の制御部へとコンバータの昇圧指令が伝達されなくなる。したがって、第2の制御部がコンバータを制御することによって第1の回転電機における発熱を調整することはできなくなる。上記構成によれば、そのような通信異常が生じた場合であっても、第1の制御部がエンジンを制御することによって、第1の回転電機における発熱を低減することができる。
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、退避走行距離を伸ばすことができる。
本実施の形態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。 ハイブリッド車両の電気システムおよびECUの構成を説明するための回路ブロック図である。 インバータレス走行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。 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。 第1のモータジェネレータの回転速度と、システム電圧と、逆起電圧と、モータ電流と、逆起トルクとの間の関係を説明するための図である。 実施の形態1において実行される、電圧差を小さくするための制御を示す図である。 実施の形態1に係るハイブリッド車両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。 実施の形態2において実行される、電圧差を小さくするための制御を示す図である。 実施の形態2に係るハイブリッド車両において、HV−ECUにより実行される制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2に係るハイブリッド車両において、MG−ECUにより実行される制御を説明するための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。
[実施の形態1]
<ハイブリッド車両の全体構成>
図1は、本実施の形態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。
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。
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。
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(以下「エンジン回転速度」と記載する)Neを検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。
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。
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。
モータジェネレータ10には、レゾルバ421と、温度センサ431とが設けられている。レゾルバ421は、モータジェネレータ10の回転速度(以下「MG1回転速度」と記載する)Nm1を検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。温度センサ431は、モータジェネレータ10の温度(以下「MG1温度」と記載する)TH1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と、温度センサ432とが設けられている。レゾルバ422は、モータジェネレータ20の回転速度(以下「MG2回転速度」と記載する)Nm2を検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。温度センサ432は、モータジェネレータ20の温度(以下「MG2温度」と記載する)TH2を検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。
遊星歯車機構30は、エンジン100、モータジェネレータ10および出力軸60を機械的に連結し、エンジン100、モータジェネレータ10および出力軸60の間でトルクを伝達可能に構成されている。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。
SMR160は、バッテリ150とPCU200との間の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、バッテリ150とPCU200との導通状態および遮断状態を切り替える。
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。
<電気システムおよびECUの構成>
図2は、車両1の電気システムおよびECU300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。ECU300は、HV−ECU310と、MG−ECU320と、エンジンECU330とを含む。
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HV−ECU310に出力する。
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、バッテリ電圧VBを平滑化してコンバータ210に供給する。
コンバータ210は、MG−ECU320からの制御信号に応じて、バッテリ電圧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、MG−ECU320からの制御信号に応じて、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。
より具体的に、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、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。
コンデンサC2は、電力線PLと電力線NLとの間に接続されている。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。
電圧センサ230は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわちコンバータ210とインバータ221とを結ぶ電力線PL,NL間の電圧(以下「システム電圧」と記載する)VHを検出し、その検出結果を示す信号をMG−ECU320に出力する。
インバータ221は、システム電圧VHが供給されると、MG−ECU320からの制御信号に応じて、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TR1により指定されたトルクを発生するように駆動される。
より具体的に、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。なお、インバータ222の構成は、基本的にはインバータ221の構成と同等であるため、説明は繰り返さない。
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」と記載する)MCRT1を検出し、その検出結果を示す信号をMG−ECU320に出力する。電流センサ242は、モータジェネレータ20を流れる電流MCRT2を検出し、その検出結果を示す信号をMG−ECU320に出力する。
HV−ECU310は、温度センサ431,432からの信号(TH1,TH2でそれぞれ示す)を受ける。また、HV−ECU310は、レゾルバ421,422からの信号(Nm1,Nm2でそれぞれ示す)を受ける。なお、温度センサ431,432からの信号は、HV−ECU310およびMG−ECU320の両方に入力されてもよい。
HV−ECU310は、モータジェネレータ10,20の運転指令を生成し、MG−ECU320に出力する。HV−ECU310から出力される運転指令には、モータジェネレータ10,20の各々の運転許可指令および運転禁止指令、モータジェネレータ10のトルク指令値TR1、モータジェネレータ20のトルク指令値TR2、MG1回転速度Nm1の指令値(以下「目標MG1回転速度」と記載する)Nm1tag、およびMG2回転速度Nm2の指令値(以下「目標MG2回転速度」と記載する)Nm2tagが含まれる。
また、HV−ECU310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、その値を示す信号をMG−ECU320に出力する。さらに、HV−ECU310は、エンジン要求パワーPe*を決定し、その値を示す信号をエンジンECU330に出力する。
MG−ECU320は、HV−ECU310からモータジェネレータ10,20の運転指令および運転禁止指令、上述の各指令値(TR1,TR2,Nm1tag,Nm2tag)、ならびに目標システム電圧VHtagを受ける。また、MG−ECU320は、レゾルバ421,422、電圧センサ230、電流センサ241,242からの信号(Nm1,Nm2,VH,MCRT1,MCRT2でそれぞれ示す)を受ける。
MG−ECU320は、上述の運転指令、各指令値、目標システム電圧VHtag、および各信号に基づいて、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、MG−ECU320は、システム電圧VHと目標システム電圧VHtagとバッテリ電圧VBとに基づいて、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を生成してコンバータ210に出力する。一方、MG−ECU320は、HV−ECU310からコンバータ210のゲート遮断指令を受けた場合には、スイッチング素子Q1,Q2の各々をゲート遮断するためのゲート遮断信号SDNCを生成してコンバータ210に出力する。
また、MG−ECU320は、モータジェネレータ10,20がHV−ECU310から受けた運転指令に従って動作するようにインバータ221,222を制御する。インバータ221,222の制御は同等であるため、インバータ221の制御について代表的に説明する。MG−ECU320は、HV−ECU310からモータジェネレータ10の運転許可指令を受けた場合には、システム電圧VH、モータ電流MCRT1およびトルク指令値TR1に基づいて、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を生成してインバータ221に出力する。一方、MG−ECU320は、HV−ECU310からインバータ221のゲート遮断指令を受けた場合には、スイッチング素子Q3〜Q8の各々をゲート遮断するためのゲート遮断信号SDN1を生成してインバータ221に出力する。
エンジンECU330は、エンジン回転速度センサ410からエンジン回転速度Neを受けて、その値をHV−ECU330に出力する。また、エンジンECU330は、HV−ECU310によって決定されたエンジン要求パワーPe*に基づいて定められた動作点(目標エンジン回転速度Netagおよび目標エンジントルクTetag)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。
なお、図2に示す例では、ECU300が3つのユニット(HV−ECU310、MG−ECU320およびエンジンECU330)に分割された構成を示しているが、3つのユニットを1つに統合することも可能である。あるいは、ECU300は4つ以上のユニットに分割されていてもよい。以下では、HV−ECU310、MG−ECU320およびエンジンECU330を区別しない場合には「ECU300」と記載する。
<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。以下では、通常モードによる走行を「通常走行」と記載する。
退避モードは、たとえば、レゾルバ421,422もしくは電流センサ241,242等の部品の故障、またはECU300内のユニット間の通信異常により、モータジェネレータ10,20の少なくとも一方を正常に電気的に制御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」と記載し、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」と記載する。
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が非導通状態とされる。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)が非導通状態とされる。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に応答して、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング動作が継続される。
また、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からのエンジントルク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に向かってモータ電流MCRT1が流れ、モータジェネレータ10にて発電が行なわれる。この際に、モータジェネレータ10には、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。
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1および図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(=MG1回転速度Nm1)と、キャリアCAの回転速度(=エンジン回転速度Ne)と、リングギヤRの回転速度(=MG2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。
インバータレス走行中には、エンジン100からエンジントルクTeが出力される。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は逆起電圧Vcを発生させる。このとき、モータジェネレータ10は、モータジェネレータ10の回転を止める方向(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によって車両1のインバータレス走行が実現される。
MG1回転速度Nm1と、システム電圧VHと、逆起電圧Vcと、モータ電流MCRT1と、逆起トルクTcとのとの間には、以下に説明するような関係が存在する。
図5は、MG1回転速度Nm1と、システム電圧VHと、逆起電圧Vcと、モータ電流MCRT1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MG1回転速度Nm1を表わす。縦軸は、上から順に逆起電圧Vc、モータ電流MCRT1、および逆起トルクTcを表す。
図5に示されるように、逆起電圧Vcは、MG1回転速度Nm1が高いほど高い値となる特性を有する。MG1回転速度Nm1が所定値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。そのため、モータジェネレータ10からバッテリ150へとモータ電流MCRT1は流れず、逆起トルクTcも生じない。
一方、MG1回転速度Nm1が所定値Nthよりも高い領域では、逆起電圧Vcがシステム電圧VHよりも高く電圧差ΔVが正となるため、モータ電流MCRT1が流れる。電圧差ΔVが大きいほどモータ電流MCRT1は大きくなる。また、モータジェネレータ10にて逆起トルクTcが発生する。このように、モータジェネレータ10は、電圧差ΔVに対応する電力を発電して逆起トルクTcを発生する。
なお、図5では、MG1回転速度Nm1の上昇に伴い逆起トルクTcが単調増加するMG1回転速度Nm1の範囲が示されている。しかし、MG1回転速度Nm1の他の範囲では、MG1回転速度Nm1の上昇に伴い逆起トルクTcが減少し得る。
ここで、インバータレス走行中は、逆起トルクTcを発生させるために電圧差ΔVが正の状態が維持されるので、モータジェネレータ10による発電が常時行なわれる。そのため、モータジェネレータ10ではジュール熱が発生(発熱)する。この発熱によってMG1温度TH1が過度に上昇すると、モータジェネレータ10を保護する必要があるため、インバータレス走行を継続することができなくなる。このように、インバータレス走行においては、モータジェネレータ10における発熱によって、インバータレス走行が可能な距離(退避走行距離)が短くなり得る。
そこで、本実施の形態によれば、インバータレス走行制御中に、MG1温度TH1が所定値Tp以上の場合には、MG1温度TH1が所定値Tp未満の場合と比べて、モータジェネレータ10における発熱を低減するために、電圧差ΔVを小さくする制御を採用する。逆起電圧Vcがシステム電圧VHよりも高い場合(電圧差ΔVが正の場合)に、電圧差ΔVが大きいほど、モータ電流MCRT1は大きくなる。そのため、電圧差ΔVが大きいほど、モータジェネレータ10にて発生するジュール熱は大きくなる。よって、実施の形態1においては、システム電圧VHが増加するようにコンバータ210を制御することによって、電圧差ΔVを小さくする。
図6は、実施の形態1において実行される、電圧差ΔVを小さくするための制御を示す図である。図6では、システム電圧VHがV1の場合のモータ電流MCRT1および逆起トルクTcを実線で示し、システム電圧VHがV2の場合のモータ電流MCRT1および逆起トルクTcを1点鎖線で示す。
図6を参照して、MG1回転速度Nm1がN0であって逆起電圧VcがV0である場合において、システム電圧VHをV1からV2に増加させると、電圧差ΔVはΔV1からΔV2に小さくなるので、モータ電流MCRT1はI1からI2へと減少する。つまり、モータジェネレータ10による発電電力が減少する。よって、モータジェネレータ10における発熱が低減されるので、MG1温度TH1の過度の上昇を抑制することができる。その結果、車両1の退避走行距離を伸ばすことが可能になる。
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。図7ならびに後述する図9および図10に示すフローチャートは、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、この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。
図1、図2および図7を参照して、S10において、ECU300は、上述した、モータジェネレータ10,20の少なくとも一方を正常に制御できない異常が生じているか否かを判定する。モータジェネレータ10,20の両方を正常に制御できる場合(S10においてNO)、ECU300は、車両1の制御モードを通常モードに設定して車両1に通常走行を行なわせる(S20)。なお、ECU300は、インバータ221,222によりモータジェネレータ10,20を正常に制御できる状態であるか否かを、たとえばフラグを用いて管理することができる。
モータジェネレータ10,20の少なくとも一方を正常に制御できない場合(S10においてYES)、ECU300は、MG1温度TH1が、モータジェネレータ10の駆動を許容する温度範囲の上限値(第1の所定値)Tlim以下であるか否かを判定する(S30)。MG1温度TH1が上限値Tlimよりも高い場合(S30においてNO)、ECU300は、モータジェネレータ10保護のためにはインバータレス走行を継続することはできないとして、車両1を走行不能な状態(いわゆるReady−OFF状態)へと移行させる(S40)。すなわち、車両1がすでにインバータレス走行中である場合には、インバータレス走行制御を停止して車両1をReady−OFF状態へと移行させる。車両1がインバータレス走行中でない場合には、インバータレス走行制御を行なわずに車両1をReady−OFF状態へと移行させる。
一方、MG1温度TH1が上限値Tlim以下の場合(S30においてYES)に、ECU300は、以降のS110〜S160においてインバータレス走行制御を実行する。
S110において、ECU300は、インバータ221,222をゲート遮断状態にする(あるいは上記フラグがオンの場合には、インバータ221,222をゲート遮断状態に維持する)。S120において、ECU300は、エンジン100を駆動する(あるいは駆動状態に維持する)。図4にて説明したように、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では逆起トルクTcが発生する。そして、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によって、車両1のインバータレス走行が実現される。それとともに、モータジェネレータ10では発熱が生じるため、MG1温度TH1が上昇し得る。
S130において、ECU300は、温度センサ431を用いてMG1温度TH1を検出し、検出されたMG1温度TH1が所定値(第2の所定値)Tp以上であるか否かを判定する。所定値Tpは、モータジェネレータ10の許容温度範囲の上限値Tlimよりも低い(Tp<Tlim)。
MG1温度TH1が所定値Tp未満の場合(S130においてNO)、ECU300は、処理をS140に進め、目標システム電圧VHtagをV1に設定する。これに対し、MG1温度TH1が所定値Tp以上の場合(S130においてYES)には、ECU300は、処理をS150に進め、目標システム電圧VHtagをV1よりも高いV2に設定する(V2>V1)。
S160において、ECU300は、システム電圧VHが目標システム電圧VHtagに達するようにコンバータ210を制御する。S160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。
以上のように、実施の形態1によれば、MG1温度TH1が所定値Tp以上の場合のシステム電圧VH(=V2)は、MG1温度TH1が所定値Tp未満の場合のシステム電圧VH(=V1)よりも高く調整される。システム電圧VHが高く調整されると、システム電圧VHが低く調整される場合と比べて、逆起電圧Vcとシステム電圧VHとの電圧差ΔVが小さくなるので、モータジェネレータ10からバッテリ150へと流れるモータ電流MCRT1が減少する。つまり、モータジェネレータ10による発電電力が減少するので、モータジェネレータ10における発熱が低減される。したがって、MG1温度TH1の過度の上昇が抑制される。その結果、MG1温度TH1が上限値Tlim以下の状態を維持して、車両1の退避走行距離を伸ばすことができる。
また、一般的に、コンバータを用いた電流制御は、モータジェネレータの回転速度の制御(詳細は後述)と比べて、高精度に行なうことが可能である。そのため、実施の形態1によれば、モータジェネレータ10における発熱を高精度に制御することができる。
[実施の形態2]
実施の形態1では、コンバータ210の制御によりシステム電圧VHを増加させることによって電圧差ΔVを小さくする手法について説明したが、電圧差ΔVを小さくする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の制御によりMG1回転速度Nm1を低下させることによって電圧差ΔVを小さくする手法について説明する。なお、実施の形態2に係る車両2の全体構成および電気システムの構成は、実施の形態1に係る車両1の全体構成(図1参照)および電気システムの構成(図2参照)と同等であるため、説明は繰り返さない。
図8は、実施の形態2において実行される、電圧差ΔVを小さくするための制御を示す図である。図8を参照して、MG1回転速度Nm1をN1からN2へと低下させると、逆起電圧VcがVc1からVc2に低下するので、電圧差ΔVもΔV1からΔV2へと小さくなる。これにより、モータ電流MCRT1は、I1からI2へと減少する。つまり、モータジェネレータ10による発電電力が減少する。よって、モータジェネレータ10における発熱が低減されるので、MG1温度TH1の過度の上昇を抑制することができる。その結果、車両1の退避走行距離を伸ばすことが可能になる。
実施の形態2では、HV−ECU310とMG−ECU320との間の通信に異常が生じた場合のインバータレス走行制御について詳細に説明する。以下では、HV−ECU310により実行される一連の処理を図9に示し、MG−ECU320により実行される一連の処理を図10に示す。
図9は、実施の形態2に係る車両2において、HV−ECU310により実行される制御を説明するためのフローチャートである。図1、図2および図9を参照して、S210,S220の処理は、図7におけるS10,S20の処理とそれぞれ同等であるため、説明は繰り返さない。
モータジェネレータ10,20の少なくとも一方を正常に制御できない場合(S210においてYES)、HV−ECU310は、それが上記通信異常によるものなのか否か(通信が正常か異常か)を判定する(S215)。
通信異常が生じていない場合(S215においてNO)、HV−ECU310は、MG1温度TH1が許容温度範囲の上限値Tlim以下であるか否かを判定する(S400)。MG1温度TH1が上限値Tlimよりも高い場合(S400においてNO)、車両1をReady−OFF状態へと移行させる(S240)。
一方、MG1温度TH1が上限値Tlim以下の場合(S400においてYES)には、HV−ECU310は、以降のS420〜S460において、通信正常時のインバータレス走行制御を実行する。S420〜S460の処理は、図7におけるS120〜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。
通信異常が生じている場合(S215においてYES)、HV−ECU310は、MG1温度TH1が上限値Tlim以下であるか否かを判定する(S300)。MG1温度TH1が上限値Tlimよりも高い場合(S300においてNO)、車両1をReady−OFF状態へと移行させる(S240)。
一方、MG1温度TH1が上限値Tlim以下の場合(S300においてYES)には、HV−ECU310は、以降のS320〜S360において、通信異常時のインバータレス走行制御を実行する。
S320において、HV−ECU310は、エンジン100を駆動する(あるいは駆動状態に維持する)。この処理は、図7におけるS120の処理と同等であるため、説明は繰り返さない。
S330において、HV−ECU310は、MG1温度TH1が所定値Tp以上であるか否かを判定する。MG1温度TH1が所定値Tp未満の場合(S330においてNO)、HV−ECU310は、処理をS340に進め、目標MG1回転速度Nm1tagをN1に設定する。これに対し、MG1温度TH1が所定値Tp以上の場合(S330においてYES)には、HV−ECU310は、処理をS350に進め、目標MG1回転速度Nm1tagをN1よりも低いN2に設定する(N2<N1)。
S360において、HV−ECU310は、MG1回転速度Nm1が目標MG1回転速度Nm1tagに達するようにエンジン100を制御する。より具体的に、HV−ECU310は、MG2回転速度Nm2(言い換えると車速)は現在値から変化しないと仮定し、目標MG1回転速度Nm1tagと、MG2回転速度Nm2の現在値とに基づいて、共線図の関係(図4参照)から目標エンジン回転速度Netagを算出する。そして、HV−ECU310は、算出された目標エンジン回転速度Netagに応じたエンジン要求パワーPe*をエンジンECU330に出力する。S360の処理が終了すると、HV−ECU310は、処理をメインルーチンへと戻す。
図10は、実施の形態2に係る車両2において、MG−ECU320により実行される制御を説明するためのフローチャートである。図1、図2および図10を参照して、S510において、MG−ECU320は、モータジェネレータ10,20の少なくとも一方を正常に制御できない異常が生じているか否かを判定する。モータジェネレータ10,20の両方を正常に制御できる場合(S510においてNO)、MG−ECU510は、通常走行時と同様にコンバータ210およびインバータ221,222を制御する(S520)。
モータジェネレータ10,20の少なくとも一方を正常に制御できない場合(S510においてYES)、MG−ECU320は、HV−ECU310からのゲート遮断指令を受けなくともインバータ221,222をゲート遮断状態にする(S610)。
S620において、MG−ECU320は、システム電圧VHが目標システム電圧VHtagに達するようにコンバータ210を制御する。より具体的には、通信異常が生じていない場合、MG−ECU310は、HV−ECU310から目標システム電圧VHtagを受けることができる。一方、通信異常が生じた場合には目標システム電圧VHtagを更新することができないので、MG−ECU320は、目標システム電圧VHとして固定値(たとえば予め定められた電圧値、または通信異常発生前にHV−ECU310から受けた電圧値)を用いることができる。S620の処理が終了すると、MG−ECU320は、処理をメインルーチンへと戻す。
以上のように、実施の形態2によれば、MG1温度TH1が所定値Tp以上の場合のMG1回転速度Nm1(=N2)は、MG1温度TH1が所定値Tp未満の場合のMG1回転速度Nm1(=N1)よりも低く調整される。MG1回転速度Nm1が低く調整されると、MG1回転速度Nm1が高く調整される場合と比べて、逆起電圧Vcが低くなるので、逆起電圧Vcとシステム電圧VHとの電圧差ΔVが小さくなる。そのため、モータジェネレータ10からバッテリ150へと流れるモータ電流MCRT1が減少する。つまり、モータジェネレータ10による発電電力が減少するので、モータジェネレータ10における発熱が低減される。したがって、MG1温度TH1の過度の上昇が抑制される。その結果、MG1温度TH1を上限値Tlim以下の状態に維持して、車両1の退避走行距離を伸ばすことができる。
また、HV−ECU310とMG−ECU320との間での通信に異常が発生すると、実施の形態1では、HV−ECU310からMG−ECU320へと目標システム電圧VHtagを伝達することができなくなる。そうすると、MG−ECU320は、目標システム電圧VHtagに追従するようにシステム電圧VHを制御することはできなくなる。これに対し、実施の形態2によれば、通信異常が生じた場合であっても、MG−ECU320によってインバータ221,222をゲート遮断状態(S320参照)にすることが可能であるとともに、HV−ECU310(およびエンジンECU330)によってMG1回転速度を低下させることが可能である。したがって、より確実にモータジェネレータ10を保護することができる。
なお、実施の形態1,2にて説明した制御の両方を組み合わせてもよい。すなわち、HV−ECU310とMG−ECU320との間の通信異常が生じていない場合において、MG1温度TH1が所定値Tp以上のときには、MG1温度TH1が所定値Tp未満のときと比べて、システム電圧VHを増加させ、かつMG1回転速度Nm1が低下させることによって、電圧差ΔVを小さくしてもよい。
また、実施の形態2において、HV−ECU310およびエンジンECU330は、本発明に係る「第1の制御部」に相当する。MG−ECU320は、本発明に係る「第2の制御部」に相当する。
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。
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、310 HV−ECU、320 MG−ECU、330 エンジンECU、410 エンジン回転速度センサ、421,422 レゾルバ、431,432 温度センサ、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。

Claims (3)

  1. ハイブリッド車両であって、
    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、前記第1の回転電機、および前記出力軸を機械的に連結し、前記エンジン、前記第1の回転電機、および前記出力軸の間でトルクを伝達可能な遊星歯車機構と、
    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て出力可能に構成されたコンバータと、
    前記コンバータと前記第1の回転電機の間、および前記コンバータと前記第2の回転電機との間で電力を変換可能に構成されたインバータと、
    前記第1および第2の回転電機の少なくとも一方を正常に制御できない異常が生じた場合であって、かつ、前記第1の回転電機の温度が第1の所定値を下回る場合に、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、かつ前記エンジンの駆動により前記第1の回転電機に逆起電圧に起因する制動トルクを発生させ、前記制動トルクの反力として前記出力軸に作用するトルクで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の回転電機の温度が、前記第1の所定値よりも低い第2の所定値を上回る場合には、前記第1の回転電機の温度が前記第2の所定値を下回る場合と比べて、前記逆起電圧と、前記コンバータおよび前記インバータの間の電力線の電圧との電圧差を小さくする、ハイブリッド車両。
  2. 前記制御装置は、前記電力線の電圧が増加するように前記コンバータを制御することによって、前記電圧差を小さくする、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  3. 前記制御装置は、
    前記第1の回転電機の温度を検出可能に構成され、かつ前記エンジンを制御する第1の制御部と、
    前記コンバータを制御する第2の制御部とを含み、
    前記第1の制御部は、前記第1の制御部と前記第2の制御部との間の通信に異常が生じることによって前記インバータレス走行制御を行なう場合に、前記第1の回転電機の温度が前記第2の所定値を上回るときには、前記第1の回転電機の温度が前記第2の所定値を下回るときと比べて、前記第1の回転電機の回転速度が低下するように前記エンジンを制御することによって、前記電圧差を小さくする、請求項1に記載のハイブリッド車両。
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