JP6330837B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

本発明は、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。
特開2009−60726号公報(特許文献1)には、エンジンと、遊星歯車機構を介してエンジンから伝達される動力を用いて発電する第1回転電機と、駆動輪に接続された第2回転電機と、第1回転電機を駆動するための第1インバータと、第2回転電機を駆動するための第2インバータと、第1インバータおよび第2インバータに接続される電力線対と、電力線対とバッテリとの間で電圧変換を行なう昇圧コンバータと、電力線対間の電圧であるシステム電圧を検出する電圧センサとを備えるハイブリッド車両が開示されている。
このハイブリッド車両は、システム電圧を検出する電圧センサが異常値を出力した場合、昇圧コンバータをシャットダウンするとともに、エンジンを停止して第2回転電機の動力を用いて退避走行する。
特開2009−60726号公報
特許文献1に開示されたハイブリッド車両においては、システム電圧を検出する電圧センサが異常値を出力した場合、エンジンを停止した状態で第2回転電機を用いて退避走行する。そのため、エンジンの動力を用いた第1回転電機の発電(以下「エンジン発電」ともいう)を行なうことができず、第2回転電機の電力供給源はバッテリのみとなる。その結果、退避走行距離が短くなることが懸念される。
一方、昇圧コンバータの上アームがオフされた状態(非通電状態)でエンジン発電を行なうと、エンジン発電で生じた電力がバッテリに充電されないので、システム電圧(すなわち第2回転電機に印加される電圧)がバッテリの出力電圧よりも高い値に変化し得る。そのため、昇圧コンバータの上アームがオフされた状態でエンジン発電を行ないつつ第2回転電機を適切に制御するためには、電圧センサが正常でありシステム電圧を正しく検出していることが必要になる。ところが、電圧センサが異常値を出力した場合、その要因が昇圧コンバータの異常である(すなわち電圧センサは正常である)のか、それとも電圧センサの異常であるのかは不明である。従来においては、電圧センサが異常値を出力した場合に、電圧センサが正常であるか否かを判定する手段を有していなかったため、退避走行中の第2回転電機の制御性を確保するためにエンジンを停止せざるを得なかった。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、システム電圧を検出する電圧センサが異常値を出力した場合に、第2回転電機の制御性を確保しつつエンジンの動力を用いた退避走行を可能にすることである。
この発明に係るハイブリッド車両は、エンジンと、エンジンに接続された永久磁石式の第1回転電機と、駆動輪に接続された第2回転電機と、電力線対と、電力線対と第1回転電機とに電気的に接続された第1インバータと、電力線対と第2回転電機とに電気的に接続された第2インバータと、バッテリと、バッテリと電力線対とに電気的に接続されたコンバータと、電力線対間の電圧であるシステム電圧を検出する電圧センサと、エンジン、コンバータ、第1インバータ、および第2インバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、電圧センサが異常値を出力した場合、コンバータ、第1インバータおよび第2インバータをゲート遮断状態にするシャットダウン処理を実行する。制御装置は、エンジンの動力を用いて第1回転電機の回転速度を変化させることによって第1回転電機の逆起電圧を所定値以上変化させる電圧変化処理をシャットダウン処理中に実行する。制御装置は、電圧変化処理によって電圧センサの出力が所定値以上変化した場合、電圧センサが正常であると判定して第1退避走行制御を行なう。第1退避走行制御は、コンバータをゲート遮断状態にし、かつエンジンの動力を用いて第1回転電機を回転させて第1回転電機を回生状態にし、かつ第2回転電機を力行状態にする制御である。
上記構成によれば、電圧センサが異常値を出力した場合、制御装置は、シャットダウン処理を実行する。シャットダウン処理中は、コンバータがゲート遮断状態にされて電力線対側からバッテリ側へ向かう方向の電流経路が遮断されるとともに、各インバータがゲート遮断状態にされて各回転電機の電気的な制御が停止される。そのため、シャットダウン処理中に第1回転電機が逆起電圧を発生する場合には、第1回転電機の逆起電圧の変化に応じてシステム電圧が変化する状態となる。このような状態で、制御装置は、エンジンの動力を用いて第1回転電機の逆起電圧を所定値以上変化させる電圧変化処理を実行する。電圧変化処理によって電圧センサの出力が所定値以上変化した場合、電圧センサがシステム電圧の変化を正しく検出していると想定されるため、制御装置は、電圧センサが正常であると判定する。このように、上記構成によれば、電圧センサが異常値を出力した場合、電圧センサが正常であるのか否かを、第1回転電機の逆起電圧を用いて判定することができる。
そして、電圧センサが正常である場合には、エンジン発電によってシステム電圧(第2回転電機に印加される電圧)が変化しても、その変化を電圧センサによって正しく検出でき、第2回転電機の制御性を確保可能である。そのため、制御装置は、エンジン発電を伴なう第1退避走行制御を行なう。その結果、システム電圧を検出する電圧センサが異常値を出力した場合に、第2回転電機の制御性を確保しつつエンジンの動力を用いた退避走行を行なうことができる。
好ましくは、電力線対は、正極線と、バッテリの負極に接続された負極線対とを有する。コンバータは、電力線対の正極線とバッテリの正極とに接続された上アームを有する。電圧変化処理は、エンジンの回転速度を第1速度から第2速度に変化させる処理を含む。制御装置は、電圧変化処理中において、エンジンの回転速度が第1速度である時のシステム電圧の推定値と電圧センサの出力とが異なる場合、およびエンジンの回転速度が第2速度である時のシステム電圧の推定値と電圧センサの出力とが異なる場合の少なくとも一方である場合、電圧センサが異常であると判定して第2退避走行を行なう。第2退避走行は、コンバータの上アームを導通状態にし、かつエンジンの動力を用いて第1回転電機を回転させて第1回転電機を回生状態にし、かつ第2回転電機を力行状態にする制御である。
上記構成によれば、電圧変化処理中において、システム電圧の推定値と電圧センサの出力とが異なる場合、制御装置は電圧センサが異常であると判定する。電圧センサが異常である場合には、コンバータは正常であると想定されるため、制御装置は、エンジン発電を行ないつつコンバータの上アームを導通状態にする第2退避走行を行なう。これにより、エンジン発電によって得られた電力を第2回転電機に供給するだけでなくバッテリに充電しておくことも可能になる。そのため、第1退避走行を行なう場合よりも、退避走行距離をさらに長くすることができる。
車両の全体構成を概略的に示す図である。 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。 MD走行中における制御状態を模式的に示す図である。 MD走行中における回転状態の一例を共線図上に示す図である。 VH−F/B走行中における制御状態を模式的に示す図である。 VH−F/B走行中における回転状態の一例を共線図上に示す図である。 上アームオン走行中における制御状態を模式的に示す図である。 上アームオン走行中における回転状態の一例を共線図上に示す図である。 退避走行の特性を比較した図である。 シャットダウン処理中における状態を模式的に示す図である。 逆起電圧変化処理によるエンジン回転速度Neおよび第1MG回転速度Nm1の変化の一例を共線図上に示す図である。 ECUの処理手順の一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。
<車両の全体構成>
図1は、本実施の形態に係る車両1の全体構成を概略的に示す図である。車両1は、エンジン100と、モータジェネレータ10(第1回転電機、以下「第1MG10」ともいう)と、モータジェネレータ20(第2回転電機、以下「第2MG20」ともいう)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と第2MG20との少なくとも一方の動力を駆動輪50に伝達することによって走行するハイブリッド車両である。車両1は、後述する通常走行中において、エンジン100の動力を用いずに第2MG20の動力を用いて走行する電気自動車走行(以下「EV走行」という)と、エンジン100および第2MG20の双方の動力を用いて走行するハイブリッド自動車走行(以下「HV走行」という)との間で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の回転速度を検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。
第1MG10および第2MG20は、どちらも永久磁石式の三相交流同期モータである。第1MG10のロータおよび第2MG20のロータには、永久磁石11,21(図2参照)がそれぞれ装着される。
第1MG10のロータは、遊星歯車機構30を介してエンジン100に接続される。第1MG10は、エンジン100の動力を用いて発電可能である。以下、エンジン100の動力を用いて第1MG10が発電することを「エンジン発電」ともいう。第1MG10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、第1MG10によって発電された交流電力が第2MG20に供給される場合もある。
第1MG10は、エンジン100の始動要求がある場合に、バッテリ150の電力を用いてエンジン100のクランキングを行なうためのトルクを発生可能である。なお、車両1は、補機バッテリ(図示せず)の電力を用いてエンジンをクランキングするためのトルクを発生する、いわゆるスタータは備えていない。
第2MG20のロータは、出力軸60に連結される。第2MG20は、バッテリ150および第1MG10の少なくとも一方から供給される電力を用いて出力軸60を回転させる。また、第2MG20は、回生制動によって発電することも可能である。第2MG20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。
遊星歯車機構30は、シングルピニオン型の遊星歯車機構である。なお、遊星歯車機構30は、必ずしもシングルピニオン型であることに限定されず、たとえばダブルピニオン型であってもよい。
遊星歯車機構30は、エンジン100、第1MG10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、第1MG10のロータに連結されるサンギヤSと、出力軸60に連結されるリングギヤRと、エンジン100のクランクシャフト110に連結されるキャリアCAと、サンギヤSとリングギヤRとに噛合するピニオンギヤPとを含む。キャリアCAは、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。出力軸60は、デファレンシャルギヤを介して左右の駆動輪50に接続されるとともに、上述のように第2MG20に直結される。したがって、リングギヤRと第2MG20と出力軸60と駆動輪50とは同期して回転する。
以下では、エンジン100の回転速度を「エンジン回転速度Ne」、第1MG10の回転速度を「第1MG回転速度Nm1」、第2MG20の回転速度を「第2MG回転速度Nm2」と記載する場合がある。また、エンジン100の出力トルクを「エンジントルクTe」、第1MG10の出力トルクを「第1MGトルクTm1」、第2MG20の出力トルクを「第2MGトルクTm2」と記載する場合がある。
バッテリ150は、再充電が可能に構成されたリチウムイオン二次電池である。なお、バッテリ150は、ニッケル水素二次電池などの他の二次電池であってもよい。
SMR160は、バッテリ150とPCU200との間の電力線に直列に接続されている。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。なお、SMR160は、後述する通常走行中および退避走行中において導通状態に維持される。
PCU200は、バッテリ150から入力された直流電圧を昇圧し、昇圧された電圧を交流電圧に変換して第1MG10および第2MG20に供給する。また、PCU200は、第1MG10および第2MG20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エンジン100、第1MG10および第2MG20の出力を制御する。
<電気システムおよびECUの構成>
図2は、車両1の電気システムの構成を説明するための回路ブロック図である。車両1の電気システムは、バッテリ150と、SMR160と、PCU200と、第1MG10および第2MG20と、ECU300とを含む。PCU200は、コンバータ210と、電力線対PL1,NL1(正極線PL1、負極線NL1)と、電力線対PL2,NL2(正極線PL2、負極線NL2)と、コンデンサC1,C2と、第1インバータ221と、第2インバータ222と、電圧センサ231,232とを含む。
電力線対PL1,NL1は、SMR160を介してバッテリ150に接続される。コンデンサC1は、電力線対PL1,NL1間に接続され、電力線対PL1,NL1間の電圧VLを平滑化する。電圧センサ231は、コンデンサC1の両端の電圧、すなわち電力線対PL1,NL1間の電圧VLを検出する。以下では、電圧センサ231が検出した電圧VLを「VLセンサ値」ともいう。
コンバータ210は、電力線対PL1,NL1と、電力線対PL2,NL2とに電気的に接続される。なお、負極線NL1と負極線NL2とは直結されているため同じ電位を有する。
コンバータ210は、リアクトルL1と、スイッチング素子Q1(上アーム)と、スイッチング素子Q2(下アーム)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、電力線対PL2,NL2間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、電力線PL1を介してバッテリ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との接続ノードに接続されている。したがって、スイッチング素子Q1の一方端は正極線PL2に接続され、スイッチング素子Q1の他方端はリアクトルL1、正極線PL1、SMR160を介してバッテリ150の正極端子に接続される。
コンバータ210は、ECU300からの昇圧制御信号に応じたスイッチング動作によって、電力線対PL1,NL1から入力される電圧を昇圧して電力線対PL2,NL2に出力する。また、コンバータ210は、ECU300からの降圧制御信号に応じたスイッチング動作によって、電力線対PL2,NL2から入力される電圧を降圧して電力線対PL1,NL1に出力する。
コンデンサC2は、電力線対PL2,NL2間に接続され、電力線対PL2,NL2間の電圧を平滑化する。電圧センサ232は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわち電力線対PL2,NL2間の電圧(以下「システム電圧」ともいう)VHを検出し、検出結果をECU300に出力する。以下では、電圧センサ232が検出したシステム電圧VHを「VHセンサ値」とも記載し、電圧センサ232を「VHセンサ232」とも記載する。
第1インバータ221は、システム電圧VHが供給されると、直流電圧を交流電圧に変換して第1MG10を駆動する。第1インバータ221は、6つのスイッチング素子Q3〜Q8と、スイッチング素子Q3〜Q8のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ逆並列に接続されたダイオードD3〜D8とを含む。
6つのスイッチング素子Q3〜Q8は、各々が上側アームおよび下側アームを有する三相の駆動アームを構成する。具体的には、第1インバータ221は、U相アーム1U、V相アーム1V、W相アーム1Wを含む。U相アーム1Uは、直列に接続されたスイッチング素子Q3(上側アーム)およびスイッチング素子Q4(下側アーム)を有する。V相アーム1Vは、直列に接続されたスイッチング素子Q5(上側アーム)およびスイッチング素子Q6(下側アーム)を有する。W相アーム1Wは、直列に接続されたスイッチング素子Q7(上側アーム)およびスイッチング素子Q8(下側アーム)を有する。
第2インバータ222は、各相アーム2U〜2Wと、スイッチング素子Q9〜Q14と、ダイオードD9〜D14とを含む。なお、第2インバータ222の構成は、基本的には第1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。
第1MG10および第2MG20には、レゾルバ421,422がそれぞれ設けられる。レゾルバ421は、第1MG回転速度Nm1を検出する。レゾルバ422は、第2MG回転速度Nm2を検出する。第1MG10および第2MG20には、電流センサ241,242がそれぞれ設けられる。電流センサ241は、第1MG10を流れる電流Im1を検出する。電流センサ242は、第2MG20を流れる電流Im2を検出する。
バッテリ150には監視ユニット151が設けられている。監視ユニット151は、バッテリ150の電圧(バッテリ電圧)VB、バッテリ150を流れる電流(バッテリ電流)IB、バッテリ150の温度(バッテリ温度)TBをそれぞれ検出する。
ECU300は、各センサからの情報等に基づいて、第1MG10および第2MG20の出力が所望の出力となるようにPCU200(コンバータ210、第1インバータ221および第2インバータ222)を制御する。
<VH異常時の退避走行>
ECU300は、通常モードで車両1を走行させることができる。通常モードは、上述の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。以下では、通常モードによる走行を「通常走行」とも記載する。
ECU300は、通常走行中に、VHセンサ232が異常値を出力する異常(以下「VH異常」ともいう)が発生したか否かを判定する。VH異常には、VLセンサ値およびコンバータ210の制御信号から推定されるシステム電圧VH(以下「VH推定値」ともいう)とVHセンサ値とが所定値以上乖離している乖離異常、VHセンサ値が予め定められた過電圧しきい値を超える過電圧異常などが含まれる。
ECU300は、通常走行中にVH異常が発生した場合、通常モードから退避モードに切り替えて車両1を退避走行させる。退避モードによる走行には、モータドライブ走行(以下「MD走行」ともいう)と、システム電圧フィードバック走行(以下「VH−F/B走行」ともいう)と、上アームオン走行とが含まれる。
<<MD走行>>
図3は、MD走行中におけるエンジン100、コンバータ210、第1インバータ221、および第2インバータ222の制御状態を模式的に示す図である。MD走行中においては、ECU300は、コンバータ210、第1インバータ221およびエンジン100を停止し、第2インバータ222を作動して第2MG20を力行状態にする。
コンバータ210が停止(ゲート遮断)されると、電力線PL2から電力線PL1へ向かう方向(バッテリ150を充電する方向)の電流はダイオードD1によって遮断されるため、バッテリ150は放電のみ可能な状態となる。
また、エンジン100および第1インバータ221が停止されるため、第1MG10によるエンジン発電は行われない。したがって、MD走行中においては、バッテリ150から放電された電力のみで第2MG20が駆動される。
ECU300が第2MG20の出力を精度よく制御するためにはECU300は第2MG20に印加されるシステム電圧VHを正しく認識する必要があるところ、VH異常時においては、VHセンサ232が異常であること(すなわちVHセンサ値がシステム電圧VHを正しく示していないこと)も想定される。ところが、MD走行中においては、コンバータ210が停止され、かつエンジン発電が行なわれないため、システム電圧VHは電圧VLおよびバッテリ電圧VBと等しくなる。そのため、ECU300は、MD走行中においては、VHセンサ値を用いることなく、監視ユニット151によって検出されたバッテリ電圧VBをシステム電圧VHと認識して第2MG20の出力を制御する。なお、VH異常の要因としてはVH推定値の算出に用いられるVLセンサ値の異常である可能性もある点に鑑み、ECU300は、VLセンサ値ではなく、監視ユニット151によって検出されたバッテリ電圧VBをシステム電圧VHと認識する。
図4は、MD走行中におけるエンジン100、第1MG10および第2MG20の回転状態の一例を遊星歯車機構30の共線図上に示す図である。なお、遊星歯車機構30の共線図とは、遊星歯車機構30のサンギヤS、キャリアCAおよびリングギヤRを縦線で示し、それらの間隔を遊星歯車機構30のギヤ比に対応する間隔とし、さらにそれぞれの縦線の上下方向を回転方向とし、その上下方向での位置を回転速度としたものである。遊星歯車機構30は、シングルピニオン型であるため、図4の共線図において、第1MG10に接続されるサンギヤSは左端に位置する線で表され、エンジン100に接続されるキャリアCAは中央に位置する線で表され、第2MG20に接続されるリングギヤRは右端に位置する線で表される。
遊星歯車機構30が上記のように構成されることによって、第1MG回転速度Nm1と、エンジン回転速度Neと、第2MG回転速度Nm2とは、共線図上において直線で結ばれる関係(以下「共線図の関係」ともいう)を有する。共線図の関係によれば、第1MG回転速度Nm1、エンジン回転速度Neおよび第2MG回転速度Nm2のうち、いずれか2つの回転速度が決まれば残り1つの回転速度も決まる。
MD走行中においては、エンジン100および第1MG10はトルクを出力せず、第2MG20が第2MGトルクTm2をリングギヤRに出力することによって車両1が退避走行される。これにより、エンジン回転速度Neは0となり、第2MG回転速度Nm2は正の値となる。第1MG回転速度Nm1は、共線図の関係により、図4に示すように負の値となる。
<<VH−F/B走行>>
図5は、VH−F/B走行中におけるエンジン100、コンバータ210、第1インバータ221および第2インバータ222の制御状態を模式的に示す図である。VH−F/B走行中においては、ECU300は、コンバータ210を停止し、エンジン100および第1インバータ221を作動させてエンジン発電を行ないながら、第2インバータ222を作動して第2MG20を力行状態にする。
VH−F/B走行中は、コンバータ210が停止されるためバッテリ150は放電のみ可能であるが、第1MG10によるエンジン発電が行われるため、バッテリ150から放電された電力に加えて、エンジン発電によって得られた電力を第2MG20に供給することができる。そのため、VH−F/B走行では、MD走行に比べて、退避走行距離を延ばすことができる。しかしながら、システム電圧VHは、エンジン発電の影響でバッテリ電圧VBよりも高くなる場合があるため、ECU300は、バッテリ電圧VBをシステム電圧VHと認識することができない。そのため、VH−F/B走行は、後述するように、VHセンサ232が正常である(VHセンサ値がシステム電圧VHを正しく示している)と判定された場合に限り実行される。そして、ECU300は、VH−F/B走行中において、VHセンサ値が目標電圧となるようにエンジン100および第1インバータ221の出力(エンジン発電量)をフィードバック制御しつつ、VHセンサ値をシステム電圧VHと認識して第2MG20の出力を制御する。
図6は、VH−F/B走行中におけるエンジン100、第1MG10および第2MG20の回転状態の一例を遊星歯車機構30の共線図上に示す図である。VH−F/B走行中においては、エンジン100は正方向のエンジントルクTeをキャリアCAに出力し、第1MG200はエンジン発電を行なうことによって負方向の第1MGトルクTm1をサンギヤSに出力する。これにより、第1MGトルクTm1を反力としてエンジントルクTeがリングギヤRに伝達される。第1MGトルクTm1を反力としてリングギヤRに伝達されるエンジントルク(以下「エンジン直達トルクTep」ともいう)は、リングギヤRに対して正方向(前進方向)に作用する。
また、第2MG200は正方向の第2MGトルクTm2をリングギヤRに出力する。そのため、VH−F/B走行中においては、車両1は、エンジン直達トルクTepと第2MGトルクTm2とを合わせたトルクによって退避走行することができる。
<<上アームオン走行>>
図7は、上アームオン走行中におけるエンジン100、コンバータ210、第1インバータ221、および第2インバータ222の制御状態を模式的に示す図である。上アームオン走行中においては、ECU300は、コンバータ210を上アームオン状態にし、エンジン100および第1インバータ221を作動させてエンジン発電を行ないながら、第2インバータ222を作動して第2MG20を力行状態にする。
コンバータ210の上アームオン状態とは、コンバータ210の上アーム素子Q1がオン状態(導通状態)に維持され、下アームQ2がオフ状態(非導通状態)に維持される状態である。これにより、コンバータ210による昇圧および降圧は行われないが、電力線PL1と電力線PL2との間で上アーム素子Q1を介して双方向に電流が流れ得る状態となるため、バッテリ150の充電および放電が可能である。
さらに、上アームオン走行中は、エンジン発電が行われるため、バッテリ150から放電された電力とエンジン発電によって得られた電力とを第2MG20に供給することができるだけでなく、エンジン発電によって得られた電力でバッテリ150を充電することもできる。そのため、上アームオン走行では、VH−F/B走行に比べて、退避走行距離をさらに延ばすことができる。
また、上アームオン走行中は、コンバータ210の上アーム素子Q1が導通状態に維持されることによって電力線PL1と電力線PL2とが同電位となるため、システム電圧VHは電圧VLおよびバッテリ電圧VBと等しくなる。そのため、ECU300は、上アームオン走行中においては、VHセンサ値を用いることなく、VLセンサ値または監視ユニット151によって検出されたバッテリ電圧VBをシステム電圧VHと認識して第2MG20の出力を精度よく制御することができる。なお、VH異常の要因としてはVH推定値の算出に用いられるVLセンサ値の異常である可能性もある点に鑑み、ECU300は、VLセンサ値ではなく、監視ユニット151によって検出されたバッテリ電圧VBをシステム電圧VHと認識する。
ただし、上アームオン走行を行なうにはコンバータ210を上アームオン状態にする必要があるため、上アームオン走行は、後述するように、コンバータ210が正常であると判定された場合に限り実行される。
図8は、上アームオン走行中におけるエンジン100、第1MG10および第2MG20の回転状態の一例を遊星歯車機構30の共線図上に示す図である。上アームオン走行中においては、VH−F/B走行と同様、エンジン100は正方向のエンジントルクTeをキャリアCAに出力し、第1MG200はエンジン発電を行なうことによって負方向の第1MGトルクTm1をサンギヤSに出力する。また、第2MG200は正方向の第2MGトルクTm2をリングギヤRに出力する。そのため、上アームオン走行中においては、エンジン直達トルクTepと第2MGトルクTm2とを合わせたトルクによって車両1が退避走行される。
<VH異常発生時の退避走行の選択>
図9は、上述した3つの退避走行(MD走行、VH−F/B走行、上アームオン走行)の特性を比較した図である。図9において、「◎」、「○」、「△」、「×」は、この順に特性が良いことを示す。
退避走行距離については、上アームオン走行、VH−F/B走行、MD走行の順に優れる。加速性については、3つの走行態様とも良好であり、大きな差異はない。最高速度については、VH−F/B走行および上アームオン走行が優れており、MD走行が劣る。
これらを総合的に勘案すると、VH−F/B走行および上アームオン走行が、MD走行よりも退避走行性能が優れていると言える。したがって、VH異常が発生した場合には、MD走行ではなく、VH−F/B走行あるいは上アームオン走行を実行することが望ましい。
しかしながら、VH−F/B走行を実行するには、上述のように、VHセンサ値がシステム電圧VHを正しく示していること、すなわちVHセンサ232が正常であることが必要になる。また、上アームオン走行を実行するには、コンバータ210を上アームオン状態に制御することができること、すなわちコンバータ210が正常であることが必要になる。
ECU300は、通常走行中にVHセンサ232が異常値を出力した場合にVH異常が発生したと判定するが、この判定だけでは、VHセンサ232が正常である(すなわちVH異常の発生要因がコンバータ210の異常である)のか、それともVHセンサ232の異常である(VH異常の発生要因がVHセンサ232の異常であり、コンバータ210は正常である)のかを特定することはできない。
そこで、本実施の形態によるECU300は、VH異常が発生した場合、以下の手順でVHセンサ232が正常であるか否かを判定する。
まず、ECU300は、エンジン100が作動中であることを条件として、コンバータ210、第1インバータ221および第2インバータ222をすべて停止(ゲート遮断)する処理(以下「シャットダウン処理」ともいう)を実行する。
図10は、シャットダウン処理中におけるエンジン100、コンバータ210、第1インバータ221、および第2インバータ222の状態を模式的に示す図である。
シャットダウン処理中においては、コンバータ210が停止されることによって、電力線PL2からバッテリ150へ向かう方向の電流経路が遮断されるとともに、バッテリ電圧VBが電力線対PL2,NL2に印加され得る。
また、シャットダウン処理中は、第1インバータ221が停止されるため、第1MG10の電気的な制御が停止される。このような状態で、永久磁石11(図2参照)が装着された第1MG10のロータがエンジン100の動力によって機械的に回転させられると、第1MG10は、第1MG回転速度Nm1に応じた逆起電圧(以下「MG1逆起電圧」ともいう)VCm1を発生する。MG1逆起電圧VCm1は、第1インバータ221を介して電力線対PL2,NL2に印加され得る。
同様に、シャットダウン処理中は、第2インバータ222が停止されるため、第2MG20の電気的な制御が停止される。このような状態で、永久磁石21(図2参照)が装着された第2MG20のロータが駆動輪50からの動力によって機械的に回転させられると、第2MG20は、第2MG回転速度Nm2(車速)に応じた逆起電圧(以下「MG2逆起電圧」ともいう)VCm2を発生する。MG2逆起電圧VCm2は第2インバータ222を介して電力線対PL2,NL2に印加され得る。
このように、シャットダウン処理中においては、電力線PL2からバッテリ150へ向かう方向の電流経路が遮断されるとともに、電力線対PL2,NL2に、バッテリ電圧VB、MG1逆起電圧VCm1およびMG2逆起電圧VCm2が印加され得る。したがって、システム電圧VHは、下記の式(1)に示すように、バッテリ電圧VB、MG1逆起電圧VCm1およびMG2逆起電圧VCm2のうちの最も高い値と等しくなる。
VH=Max(VB,VCm1,VCm2) …(1)
そのため、シャットダウン処理中において、MG1逆起電圧VCm1がバッテリ電圧VBおよびMG2逆起電圧VCm2よりも高い状態であれば、MG1逆起電圧VCm1の変化に応じてシステム電圧VHが変化する状態となる。
この点に鑑み、ECU300は、シャットダウン処理中に、エンジン100の動力を用いて第1MG回転速度Nm1を変化させることによってMG1逆起電圧VCm1を所定値以上変化させる処理(以下「逆起電圧変化処理」ともいう)を実行する。
図11は、逆起電圧変化処理によるエンジン回転速度Neおよび第1MG回転速度Nm1の変化の一例を遊星歯車機構30の共線図上に示す図である。ECU300は、逆起電圧変化処理によってエンジン回転速度Neを第1目標速度N1から第2目標速度N2に増加させる。この際、車両1の慣性が大きく車速(第2MG回転速度Nm2)はほとんど変化しないため、共線図の関係により、第1MG回転速度Nm1が所定値αから所定値βに増加される。MG1逆起電圧VCm1は第1MG回転速度Nm1が高いほど高い値となる特性があるため、第1MG回転速度Nm1が所定値βである時のMG1逆起電圧VCm1(β)は、第1MG回転速度Nm1が所定値αである時のMG1逆起電圧VCm1(α)よりも増加することになる。ECU300は、MG1逆起電圧VCm1(β)とMG1逆起電圧VCm1(α)との差が所定値以上になるように、エンジン回転速度Neを変化させる。
逆起電圧変化処理によってVHセンサ値が所定値以上変化した場合、VHセンサ232がシステム電圧VHの変化を正しく検出していると考えられるため、ECU300は、VHセンサ232が正常であると判定する。VHセンサ232が正常である場合、VH異常の発生要因がコンバータ210の異常でありコンバータ210を上アームオン状態に制御することができない可能性があるため、ECU300は、退避走行態様としてVH−F/B走行を選択する。
一方、逆起電圧変化処理によってVHセンサ値が所定値以上変化しない場合、VHセンサ232がシステム電圧VHの変化を正しく検出していないと考えられるため、ECU300は、VHセンサ232が異常であると判定する。VHセンサ232が異常であると判定された場合、VH異常の発生要因がVHセンサ232の異常でありコンバータ210は正常であると考えられるため、ECU300は、退避走行態様として上アームオン走行を選択する。
図12は、VH異常発生時にECU300が行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。
ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10にて、ECU300は、エンジン100が作動中であるか否かを判定する。エンジン100が停止中である場合(S10にてNO)、VH異常の影響で第1MG10によるエンジンクランキングができずエンジン100を始動させることができない可能性があるため、ECU300は、S11にて、エンジン100を停止したまま走行するMD走行を選択する(図3、4参照)。
エンジン100が作動中である場合(S10にてYES)、ECU300は、S20にて、上述のシャットダウン処理を実行する。具体的には、ECU300は、コンバータ210、第1インバータ221および第2インバータ222をすべて停止(ゲート遮断)する(図10参照)。なお、シャットダウン処理は、後述するS51またはS61の処理が行なわれるまで継続される。
S30にて、ECU300は、エンジン回転速度Neが第1目標速度N1となるようにエンジン100の出力を制御する。第1目標速度N1は、たとえば比較的低い値(たとえば1000rpm)に予め設定される。
エンジン回転速度Neが第1目標速度N1となると、ECU300は、S31にて、バッテリ電圧VB、MG1逆起電圧VCm1およびMG2逆起電圧VCm2のうちの最も高い値を、第1比較値VHth1に設定する(式(1)参照)。第1比較値VHth1は、エンジン回転速度Neが第1目標速度N1である時のシステム電圧VHの推定値である。MG1逆起電圧VCm1およびMG2逆起電圧VCm2は、第1MG回転速度Nm1および第2MG回転速度Nm2からそれぞれ推定される。
S32にて、ECU300は、VHセンサ値が第1比較値VHth1を示しているか否かを判定する。
VHセンサ値が第1比較値VHth1を示している場合(S32にてYES)、ECU300は、S40にて、エンジン回転速度Neの第2目標速度N2を算出する。ECU300は、エンジン回転速度Neを第1目標速度N1から第2目標速度N2に変化させることによって、MG1逆起電圧VCm1が所定値(たとえば100ボルト)以上変化するように、第2目標速度N2を算出する。たとえば、ECU300は、下記の式(2)を用いて、エンジン回転速度Neの第2目標速度N2を算出する。
N2=VHth2tag/K/γ …(2)
式(2)において、「VHth2tag」は第2比較値VHth2の目標値であり、第1比較値VHth1よりも所定値(たとえば100ボルト)以上高い値に設定される。「γ」は遊星歯車機構30のギヤ比である。「K」はMG1逆起定数(第1MG回転速度Nm1をMG1逆起電圧VCm1に変換するための係数)である。
S41にて、ECU300は、エンジン回転速度Neが第2目標速度N2となるようにエンジン100の出力を制御する。なお、S30およびS41の処理が、上述の逆起電圧変化処理に相当する。すなわち、第2目標速度N2は、S40にて、エンジン回転速度Neが第1目標速度N1から第2目標速度N2に変化することによって、MG1逆起電圧VCm1が所定値以上変化する値に算出されている。そのため、エンジン回転速度Neが第1目標速度N1(S30)から第2目標速度N2(S41)に変化することによって、MG1逆起電圧VCm1は所定値以上変化することになる。
エンジン回転速度Neが第2目標速度N2となると、ECU300は、S42にて、バッテリ電圧VB、MG1逆起電圧VCm1およびMG2逆起電圧VCm2のうちの最も高い値を、第2比較値VHth2に設定する(式(1)参照)。第2比較値VHth2は、エンジン回転速度Neが第2目標速度N2である時のシステム電圧VHの推定値である。MG1逆起電圧VCm1およびMG2逆起電圧VCm2は、第1MG回転速度Nm1および第2MG回転速度Nm2からそれぞれ推定される。
S43にて、ECU300は、第2比較値VHth2から第1比較値VHth1を減じた値が所定値(たとえば100ボルト)以上であるか否かを判定する。この判定は、逆起電圧変化処理によるシステム電圧VHの変化が所定値以上であることを保証することで、VHセンサ232が正常であるか否かの判定精度を高めるために行なわれる。すなわち、MG1逆起電圧VCm1が所定値以上変化したとしても、バッテリ電圧VBおよびMG2逆起電圧VCm2がMG1逆起電圧VCm1よりも高い場合には、MG1逆起電圧VCm1の変化がシステム電圧VHの変化に反映されず、システム電圧VHの変化量が所定値未満になってしまう場合が生じ得る。S43は、このような場合であるか否かを判定するための処理である。
第2比較値VHth2から第1比較値VHth1を減じた値が所定値未満である場合(S43にてNO)、VHセンサ232が正常であるか否かを精度よく判定することができないため、ECU300は、処理をS30に戻し、S30からの処理を再び実行する。
第2比較値VHth2から第1比較値VHth1を減じた値が所定値以上である場合(S43にてYES)、ECU300は、S44にて、VHセンサ値が第2比較値VHth2を示しているか否かを判定する。
VHセンサ値が第2比較値VHth2を示している場合(S44にてYES)、逆起電圧変化処理によってシステム電圧VHが所定値以上変化した(第1比較値VHth1から第2比較値VHth2に変化した)ことに応じて、VHセンサ値も所定値以上変化している(第1比較値VHth1から第2比較値VHth2に変化している)ため、ECU300は、S50にてVHセンサ232が正常である(コンバータ210が異常である可能性がある)と判定し、S51にてVH−F/B走行を実行する(図5、6参照)。
一方、VHセンサ値が第1比較値VHth1を示していない場合(S32にてNO)、あるいはVHセンサ値が第2比較値VHth2を示していない場合(S44にてNO)、ECU300は、S60にてVHセンサ232が異常である(コンバータ210が正常である)と判定し、S61にて上述の上アームオン走行を実行する(図7、8参照)。
以上のように、本実施の形態によるECU300は、VH異常が発生した場合、シャットダウン処理を実行することによって、MG1逆起電圧VCm1の変化に応じてシステム電圧VHが変化する状態にする。このような状態で、ECU300は、エンジン100の動力を用いてMG1逆起電圧VCm1を所定値以上変化させる逆起電圧変化処理を実行する。逆起電圧変化処理によってVHセンサ値が所定値以上変化した場合、VHセンサ232がシステム電圧VHの変化を正しく検出していると想定されるため、ECU300は、VHセンサ232が正常であると判定する。このように、本実施の形態においては、VH異常が発生した場合、VHセンサ232が正常であるのか否かをMG1逆起電圧VCm1を用いて判定することができる。
そして、VHセンサ232が正常である場合には、エンジン発電によってシステム電圧VH(第2MG20に印加される電圧)が変化しても、その変化をVHセンサ232によって正しく検出でき、第2MG20の制御性を確保可能である。そのため、ECU300は、エンジン100を作動してエンジン発電を行ないつつVHセンサ値を用いてシステム電圧VHを目標電圧にフィードバック制御するVH−F/B制御を実行する。これにより、エンジン100を停止した状態で退避走行を行なうMD走行を実行する場合に比べて、退避走行中に使用可能な電力量をより多く確保することができる。その結果、VH異常が発生した場合において、第2MG20の制御性を確保しつつ、退避走行距離を長くすることができる。
さらに、VHセンサ232が異常である場合には、VH異常の発生要因がVHセンサ232の異常でありコンバータ210は正常であると想定されるため、ECU300は、エンジン発電を行ないつつコンバータ210の上アーム素子Q1を導通状態にする上アームオン走行を実行する。これにより、エンジン発電によって得られた電力を第2MG20に供給するだけでなくバッテリ150に充電しておくことも可能になる。そのため、VH−F/B制御を行なう場合よりも、退避走行距離をさらに長くすることができる。
<変形例1>
上述の実施の形態で説明した図12のフローチャートおいては、S32およびS44の少なくとも一方でNOと判定された場合、VHセンサ232が異常であると判定し(S60)、コンバータ210は正常であることを前提として上アームオン走行を実行した(S61)。
しかしながら、VHセンサ232が異常である場合、上アームオン走行を実行するのではなく、MD走行を実行するようにしてもよい。すなわち、VHセンサ232が異常である場合に、同時にコンバータ210も異常である可能性はゼロではないため、上アームオン走行を実行するのではなく、MD走行を実行するようにしてもよい。
<変形例2>
上述の実施の形態で説明した車両1は、エンジン100を遊星歯車機構30を介して第1MG10および出力軸60に連結し、エンジン100の動力を第1MG10および出力軸60の双方に伝達することができる、いわゆるシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両であった。
しかしながら、本発明が適用可能なハイブリッド車両は、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両に限定されるものではなく、エンジンの動力を発電用として使用して駆動輪に直接的には伝達しない、いわゆるシリーズ方式のハイブリッド車両であってもよい。たとえば、図1に示す車両1から遊星歯車機構30を排除してエンジン100を出力軸60から切り離し、エンジン100を第1MG10に直結する構成を有するハイブリッド車両であってもよい。
<変形例3>
上述の実施の形態で説明した図12のフローチャートおいては、VH異常発生時にエンジン100が作動中であるか否かを判定し(S10)、エンジン100が停止中である場合(S10にてNO)には、VH異常の影響で第1MG10によるエンジンクランキングができずエンジン100を始動させることができない可能性があるため、MD走行を選択した(S11)。
しかしながら、たとえば補機バッテリの電力を用いてエンジンをクランキングするスタータを備えている場合など、VH異常の影響を受けずにエンジン100を始動できるため、S10およびS11の処理を省略するようにしてもよい。
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、10 第1MG、11,21 永久磁石、20 第2MG、30 遊星歯車機構、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、151 監視ユニット、200 PCU、210 コンバータ、221 第1インバータ、222 第2インバータ、231 電圧センサ、232 電圧センサ(VHセンサ)、300 ECU、410 エンジン回転速度センサ。

Claims (2)

  1. ハイブリッド車両であって、
    エンジンと、
    前記エンジンに接続された永久磁石式の第1回転電機と、
    駆動輪に接続された第2回転電機と、
    電力線対と、
    前記電力線対と前記第1回転電機とに電気的に接続された第1インバータと、
    前記電力線対と前記第2回転電機とに電気的に接続された第2インバータと、
    バッテリと、
    前記バッテリと前記電力線対とに電気的に接続されたコンバータと、
    前記電力線対間の電圧であるシステム電圧を検出する電圧センサと、
    前記エンジン、前記コンバータ、前記第1インバータ、および前記第2インバータを制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、
    前記電圧センサが異常値を出力した場合、前記コンバータ、前記第1インバータおよび前記第2インバータをゲート遮断状態にするシャットダウン処理を実行し、
    前記エンジンの動力を用いて前記第1回転電機の回転速度を変化させることによって前記第1回転電機の逆起電圧を所定値以上変化させる電圧変化処理を前記シャットダウン処理中に実行し、
    前記電圧変化処理によって前記電圧センサの出力が前記所定値以上変化した場合、前記電圧センサが正常であると判定して第1退避走行制御を行ない、
    前記第1退避走行制御は、前記コンバータをゲート遮断状態にし、かつ前記エンジンの動力を用いて前記第1回転電機を回転させて前記第1回転電機を回生状態にし、かつ前記第2回転電機を力行状態にする制御である、ハイブリッド車両。
  2. 前記電力線対は、正極線と、前記バッテリの負極に接続された負極線対とを有し、
    前記コンバータは、前記電力線対の前記正極線と前記バッテリの正極とに接続された上アームを有し、
    前記電圧変化処理は、前記エンジンの回転速度を第1速度から第2速度に変化させる処理を含み、
    前記制御装置は、
    前記電圧変化処理中において、前記エンジンの回転速度が前記第1速度である時の前記システム電圧の推定値と前記電圧センサの出力とが異なる場合、および前記エンジンの回転速度が前記第2速度である時の前記システム電圧の推定値と前記電圧センサの出力とが異なる場合の少なくとも一方である場合、前記電圧センサが異常であると判定して第2退避走行を行ない、
    前記第2退避走行は、前記コンバータの前記上アームを導通状態にし、かつ前記エンジンの動力を用いて前記第1回転電機を回転させて前記第1回転電機を回生状態にし、かつ前記第2回転電機を力行状態にする制御である、請求項1に記載のハイブリッド車両。
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