JP6617727B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関し、詳しくは、発電機による回生制動を行うハイブリッド車両に関する。

特許文献１には、ハイブリッド車両において、減速時に発電機による回生制動を行い、回生制動力を得る過程で発生した回生電力の供給先をバッテリと複数の補機の間で適宜切り替えることが開示されている。補機の例としては、空調機器のコンプレッサ、電気ヒータ、及びラジエータファンが挙げられている。特許文献１に記載の技術は、バッテリが受け入れ可能な回生電力に制約がある場合、バッテリが受け入れることができない回生電力を補機に消費させている。

しかし、補機に消費させることができる電力には、補機の種類に応じた制約がある。例えば、空調機器のコンプレッサや電気ヒータに投入する電力は車室内の快適性に影響し、ラジエータファンに投入する電力は内燃機関の冷却性能に影響する。ゆえに、特許文献１に記載の技術では、バッテリが受け入れ可能な回生電力に制約がある場合、補機により消費可能な回生電力が不十分であるがために、必要とされる回生制動力を安定して確保することができないおそれがある。

特開２０１６−１０７８０３号公報 特開２００９−２６１２００号公報

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、バッテリが受け入れ可能な回生電力に制約がある場合であっても必要とされる回生制動力を得ることができるハイブリッド車両を提供することを目的とする。

本発明に係るハイブリッド車両は、少なくとも内燃機関、電動コンプレッサ、発電機、バッテリ、及び通電制御装置を備える。内燃機関は、車輪に動力伝達機構を介して連結されている。電動コンプレッサは、内燃機関の吸気通路に設けられ、モータにより駆動される。発電機は、車輪に動力伝達機構を介して連結され、電力回生による回生制動力を動力伝達機構に入力可能に設計されている。バッテリは、発電機により回生された電力を蓄える。通電制御装置は、電動コンプレッサへの通電を制御する。電動コンプレッサには、バッテリから電力が供給される。このバッテリは、回生電力を蓄えるバッテリと同一のバッテリでもよいし別のバッテリでもよい。また、発電機による電力回生によって得られた回生電力を電動コンプレッサに供給することもできる。

通電制御装置は、２つの制御モード、すなわち、過給モードと電力消費モードとを選択可能に構成されている。過給モードは、電動コンプレッサを回転させて吸入空気を過給するように電動コンプレッサへの通電を制御する制御モードである。電力消費モードは、過給モードよりもモータの効率を悪化させて電動コンプレッサによる電力消費を増大させるように電動コンプレッサへの通電を制御する制御モードである。通電制御装置は、発電機による回生制動が行われる場合、要求される回生制動力を得るための回生電力がバッテリの入力制限値を超えるときには、電動コンプレッサに回生電力を供給するとともに、電動コンプレッサへの通電を電力消費モードで制御するように構成されている。

上記のごとく、本ハイブリッド車両は、内燃機関に吸入される空気を過給する電動コンプレッサを備える。電動コンプレッサによれば、バッテリからの電力の供給を制御することによって、任意のタイミングでまた任意の過給圧で過給を行うことができる。さらに、電動コンプレッサは、過給という本来の用途の他に、意図的な電力の消費にも用いることができる。これが過給モードとは別に用意された電力消費モードである。電力消費モードでは、過給モードよりもモータの効率を悪化させて電動コンプレッサの回転を抑えることにより、吸入空気を過給することなく電力を消費することができる。電力消費モードで供給される電力は熱として消費される。

発電機による回生制動が行われる場合において、バッテリの入力制限値の大きさによらず必要とされる回生制動力を得るためには、バッテリの入力制限値を超える回生電力を何らかの方法で消費する必要がある。本ハイブリッド車両によれば、電動コンプレッサに回生電力を供給するとともに、電動コンプレッサへの通電を電力消費モードで制御することによって、バッテリの入力制限値を超える回生電力を消費することができる。ゆえに、本ハイブリッド車両によれば、バッテリが受け入れ可能な回生電力に制約がある場合であっても必要とされる回生制動力を得ることできる。

電動コンプレッサの１つの実施の形態では、電動コンプレッサは、バッテリ或いは発電機から供給される直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータを備える。この実施の形態においては、通電制御装置は、モータに流れる電流をｄ軸とｑ軸とで規定されるｄｑ座標で表した二相電流の指令値を生成し、この二相電流の指令値に基づいてインバータに与える制御信号を決定するように構成されてよい。また、通電制御装置は、電力消費モードでは、ｄｑ座標における電流位相角を、過給モードでの電流位相角よりも９０度に近づけるように、二相電流の指令値を生成するように構成されてよい。電流位相角を９０度に近づけることは、電力のトルクへの変換効率を悪化させることである。つまり、電力消費モードでは、過給モードよりもモータの効率を悪化させることで、モータのトルクを抑えながら電力消費を促進することができる。

モータの回転数はトルクに略比例するので、電動コンプレッサによる消費電力量と回転数とが決まれば、モータの効率が決まり、電流位相角が決まる。ゆえに、モータの上限回転数が予め決められている場合には、消費電力量の要求値と上限回転数とに基づいて電流位相角の下限角度が決まる。モータの回転数が上限を超えないようにするため、通電制御装置は、電力消費モードでは、電流位相角が下限角度から９０度までの範囲内になるように、二相電流の指令値を生成するように構成されてもよい。

モータの回転数が過度に低い場合、インバータの特定のスイッチング素子に大電流が流れ続けることにより、インバータが過熱し破損するおそれがある。ゆえに、モータの回転数が低いときには、回転数を上昇させるように電動コンプレッサへの通電を制御してもよい。モータの回転数を上昇させることは、電流位相角を小さくして電力のトルクへの変換効率を向上させることにより達成することができる。具体的には、電流位相角の上限角度を設定し、電流位相角が上限角度を超えないように二相電流の指令値を生成すればよい。電流位相角の上限角度は、電動コンプレッサによる消費電力量の要求値とモータの回転数とに基づいて設定され、モータの回転数が低いほど小さくされる。モータの回転数を適正な範囲に維持するため、通電制御装置は、電力消費モードでは、電流位相角が下限角度から上限角度までの範囲内になるように、二相電流の指令値を生成するように構成されてもよい。

また、通電制御装置は、電力消費モードでは、モータの回転数に応じて電動コンプレッサによる消費電力量の上限値を設定し、モータの回転数が低いほど消費電力量の上限値を小さくするように構成されてもよい。モータの回転数が低ければ、インバータの特定のスイッチング素子に電流が流れる時間が長くなるが、消費電力量の上限値を小さくすることによって、特定のスイッチング素子に流れる電流量を抑えることができる。つまり、この構成によれば、インバータの特定のスイッチング素子に大電流が流れ続けることによるインバータの破損を防ぐことができる。

以上述べた通り、本発明に係るハイブリッド車両によれば、バッテリが受け入れ可能な回生電力に制約がある場合であっても必要とされる回生制動力を得ることができる。

本実施の形態に係るハイブリッド車両の構成を示す図である。 通電制御装置の構成を示す図である。 電動コンプレッサのモータの電流位相角と回転数と消費電力との関係を示す図である。 電力消費モードでの消費電力要求値に対する電流位相角の設定領域を示す図である。 制動制御の一例の手順を示すフローチャートである。 従来の制動制御による電動コンプレッサの動作を示すタイムチャートである。 図５に示す制動制御による電動コンプレッサの動作を示すタイムチャートである。 制動制御の別例による消費電力要求値に対する電流位相角の設定領域を示す図である。 制動制御の別例による電動コンプレッサのモータの回転数に対する消費電力上限値の設定を示す図である。 制動制御の別例の手順を示すフローチャートである。 図１０示す制動制御による電動コンプレッサの動作を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

図１は、本実施の形態に係るハイブリッド車両の構成を示す図である。図１に示すように、ハイブリッド車両１は、車輪１４を回転駆動するための１つの動力装置として、エンジン２を備える。エンジン２は、ガソリン又は軽油などの炭化水素系の燃料の燃焼により動力を出力する内燃機関であって、吸気装置、排気装置、燃料噴射装置、点火装置、冷却装置などを備える。吸気装置を構成する吸気通路３０には、モータ３４ａによって駆動される電動コンプレッサ３４が設けられている。吸気通路３０における電動コンプレッサ３４の下流には、吸入空気量を調整するためのスロットル３２が設けられている。

ハイブリッド車両１は、車輪１４を回転駆動するための別の１つの動力装置として、発電可能な電動機である第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ６を備える。第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ６は、供給された電力によりトルクを出力する電動機としての機能と、入力された機械的動力を電力に変換する発電機としての機能とを兼ね備える交流同期型の発電電動機である。第１モータジェネレータ４は主に発電機として用いられ、第２モータジェネレータ６は主に電動機として用いられる。

エンジン２、第１モータジェネレータ４、及び第２モータジェネレータ６は、動力伝達機構８によって車輪１４と連結されている。動力伝達機構８は、動力分割機構１０と減速機構１２とを含む。動力分配機構１０は、例えばプラネタリギヤユニットであり、エンジン２から出力されるトルクを第１モータジェネレータ４と車輪１４とに分割する。エンジン２から出力されるトルク又は第２モータジェネレータ６から出力されるトルクは、減速機構１２を介して車輪１４に伝達される。

第１モータジェネレータ４は、動力分配機構１０を介して供給されたトルクにより電力を回生発電する。エンジン２及び第２モータジェネレータ６からトルクが出力されていない状態において、第１モータジェネレータ４による電力回生を行うことで、制動力が第１モータジェネレータ４から動力伝達機構８を介して車輪１４に伝達され、ハイブリッド車両１は減速する。すなわち、ハイブリッド車両１は第１モータジェネレータ４による回生制動を行うことができる。

第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ６は、インバータ１８とコンバータ２０とを介してバッテリ１６と電力の授受を行う。インバータ１８は、第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ６のいずれか一方で発電される電力を他方に消費させることができるように設計されている。インバータ１８は、バッテリ１６に蓄えられた電力を直流から交流に変換して第２モータジェネレータ６に供給するとともに、第１モータジェネレータ４によって発電される電力を交流から直流に変換してバッテリ１６に蓄える。このため、バッテリ１６は、第１モータジェネレータ４と第２モータジェネレータ６のいずれかで生じた電力や不足する電力により充放電される。

電動コンプレッサ３４のモータ３４ａは三相の交流モータである。モータ３４ａは、コンバータ３８とインバータ３６とを介してバッテリ１６から電力の供給を受ける。コンバータ３８は、電圧を調整し、インバータ３６は、直流電力を交流電力に変換してモータ３４ａに供給する。また、モータ３４ａには、インバータ１８、コンバータ２０、コンバータ３８、及びインバータ３６を介して第１モータジェネレータ４と第２モータジェネレータ６からも電力の供給が可能である。例えば、第１モータジェネレータ４による回生制動が行われる場合において、第１モータジェネレータ４によって回生発電された回生電力の一部あるいは全部をモータ３４ａに供給することもできる。

ハイブリッド車両１は、エンジン２、第１モータジェネレータ４、第２モータジェネレータ６、動力分配機構１０などの動作を制御してハイブリッド車両１の走行を制御する制御装置５０を備えている。制御装置５０は、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。メモリには、ハイブリッド車両１の走行制御のための各種のプログラムやマップを含む各種のデータが記憶されている。メモリに記憶されているプログラムがプロセッサで実行されることで、制御装置５０には様々な機能が実現される。なお、制御装置５０は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。

エンジン２の吸入空気量制御、燃料噴射制御、点火時期制御、過給圧制御などは制御装置５０によって行われる。第１モータジェネレータ４や第２モータジェネレータ６を電動機として機能させる力行制御や発電機として機能させる回生制御も制御装置５０によって行われる。詳しくは、第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ６に対する制御はインバータ１８を介して行われる。また、制御装置５０は、バッテリ１６から電圧などの情報を取得して、バッテリ１６のＳＯＣ(State of Charge)を監視している。

さらに、制御装置５０は、電動コンプレッサ３４のモータ３４ａも制御する。制御装置５０は、電動コンプレッサ３４のモータ３４ａへの通電を制御する通電制御装置６０を備える。通電制御装置６０はプロセッサとプロセッサで実行されるプログラムとによって構成される。ただし、通電制御装置６０を１つのＥＣＵから構成してもよい。以下、通電制御装置６０の構成について図２を用いて説明する。

図２に示すように、通電制御装置６０は、インバータ３６を介してモータ３４ａを制御する。通電制御装置６０からインバータ３６へは、スイッチング素子を制御するためのＰＷＭ制御信号が供給される。モータ３４ａから通電制御装置６０へは、電流センサ４４，４６により計測されたモータ３４ａを流れる電流の電流値（ｉｖ，ｉｗ）と、角度センサ４２により計測されたモータ３４ａの回転角度（θ）とがフィードバックされる。インバータ３６に与えるＰＷＭ制御信号を生成するため、通電制御装置６０は、電流指令値演算部６２、ｄ軸用のＰＩ制御部部６４、ｑ軸用のＰＩ制御部６６、座標変換部６８、ＰＷＭ変換部７０、及び座標変換部７２を備える。

電流指令値演算部６２は、モータ３４ａに流れる電流をｄ軸とｑ軸とで規定されるｄｑ座標で表した二相電流の指令値、つまり、ｄ軸電流指令値（Ｉｄ指令）とｑ軸電流指令値（Ｉｑ電流指令）とを演算する。二相電流の指令値は、例えば予め用意されたマップを用いて、モータ３４ａの回転数、消費電力の要求値、効率の要求値などに基づいて演算される。

ＰＩ制御部６４には、ｄ軸電流指令値（Ｉｄ指令）とｄ軸フィードバック電流値（Ｉｄ）との差分（ΔＩｄ）が入力される。ＰＩ制御部６４は、比例動作と積分動作とに基づいて算出されたｄ軸電圧指令値（Ｖｄ）を出力する。同様に、ＰＩ制御部６６には、ｑ軸電流指令値（Ｉｑ指令）とｑ軸フィードバック電流値（Ｉｑ）との差分（ΔＩｑ）が入力される。ＰＩ制御部６６は、比例動作と積分動作とに基づいて算出されたｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）を出力する。

座標変換部６８は、ｄｐ座標上の電圧指令値（Ｖｄ，Ｖｑ）を三相座標、すなわち、ｕｖｗ座標上の電圧指令値（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）に変換する。この変換には、角度センサ４２で計測されたモータ３４ａの回転角度（θ）が参照される。ＰＷＭ変換部７０は、三相座標上の電圧指令値（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）をＰＷＭ制御信号に変換し、ＰＷＭ制御信号をインバータ３６に与える。

座標変換部７２は、電流センサ４４，４６により計測された電流値（ｉｖ，ｉｗ）を取得し、ｄｐ座標上のフィードバック電流値（Ｉｄ，Ｉｑ）に変換する。この変換には、角度センサ４２で計測されたモータ３４ａの回転角度（θ）が参照される。

以上のように構成された通電制御装置６０によれば、電流指令値演算部６２で演算される二相電流の指令値によって、モータ３４ａに供給される電力のモータトルクへの変換効率を制御することができる。詳しくは、ｄ軸電流指令値（Ｉｄ指令）とｑ軸電流指令値（Ｉｑ電流指令）とで決まる電流ベクトルの向きとｑ軸との位相角である電流位相角によって、変換効率を制御することができる。

図３は、モータ３４ａの電流位相角と回転数と消費電力との関係を示す図である。モータ３４ａの回転数は、モータ３４ａのモータトルクに略比例する。よって、図３に示す例では、電流位相角が０度に近づくにつれて、消費電力に対するモータトルクの比、すなわち、電力のモータトルクへの変換効率は向上し、電流位相角が９０度に近づくにつれて、電力のモータトルクへの変換効率は悪化する。

電動コンプレッサ３４の通常運転では、通電制御装置６０は、電動コンプレッサ３４を回転させて電動コンプレッサ３４による過給を促すように電動コンプレッサ３４への通電を制御する。この制御モードを過給モードという。過給モードでは、通電制御装置６０は、電力のモータトルクへの変換効率が最大になるように、つまり、電流位相角が０度に近づくように二相電流の指令値を生成する。

電動コンプレッサ３４の制御モードとして、過給モードに加えて電力消費モードが用意されている。電力消費モードは、過給という電動コンプレッサ３４の本来の用途ではなく、意図的な電力の消費に電動コンプレッサ３４を用いる制御モードであり、電動コンプレッサ３４の回転を抑えながら電動コンプレッサ３４による電力消費を促すように電動コンプレッサ３４への通電を制御することが行われる。具体的には、電力消費モードでは、通電制御装置６０は、電力のモータトルクへの変換効率が悪化するように、つまり、電流位相角が９０度に近づくように二相電流の指令値を生成する。電力のモータトルクへの変換効率が悪化することで、電動コンプレッサ３４の回転数は上昇せずに低く抑えられ、供給された電力は熱になって消費されてゆく。過給モードでの電動コンプレッサ３４の回転数は、１分当たり数千から数万回転程度であるのに対し、電力消費モードでの電動コンプレッサ３４の回転数は、ゼロから数百回転程度に抑えられる。通電制御装置６０は、例えば、第１モータジェネレータ４による回生制動を行う場合において、回生電力の全てをバッテリ１６が受け入れきることができないときに電力消費モードを選択する。

なお、モータ３４ａの回転数には、連続運転する場合の上限回転数が予め定められている。軸受の摩耗による耐久性の悪化を防ぐためである。過給モードでは、電流位相角を０度或いはその付近に維持しつつ、モータ３４ａの回転数が連続運転した場合の上限回転数を超えないように消費電力が調整されている。電力消費モードでは、電流位相角を９０度に近づけることで、モータ３４ａの回転数を上限回転数に抵触させることなく消費電力を増大させることができる。

図４は、電力消費モードでの消費電力要求値に対する電流位相角の設定領域を示す図である。図４には、過給モードで設定される通常時電流位相角θ０と、上限回転数に対応する制約電流位相角θ１が描かれている。制約電流位相角θ１は、消費電力要求値と上限回転数とから決まる、モータ３４ａの回転数が上限回転数に抵触しない下限の電流位相角である。図４において、制約電流位相角θ１よりも進角側（９０度に近い側）の領域が、電力消費モードによる運転を実施可能な領域である。制約電流位相角θ１と消費電力要求値との関係はマップ化されて制御装置５０のメモリに記憶されている。

上記のように、電力消費モードによる電動コンプレッサ３４の通電制御は、第１モータジェネレータ４による回生制動において利用される。ハイブリッド車両１の制動時に回生制動を作動させるかどうか、そのとき電力消費モードを実施するかどうかは、制御装置５０により実行される制動制御の中で判断される。図５は、制御装置５０により実行される制動制御の一例の手順を示すフローチャートである。制御装置５０のプロセッサは、このフローチャートで表されるプログラムを所定の周期で実行する。以下、制動制御の一例の内容について、フローチャートに沿って説明する。

まず、ステップＳ１０１では、アクセルオフ、且つ、ブレーキオフかどうか判定される。アクセルオフは、アクセルペダルが開放されている状態であり、ブレーキオフはブレーキペダルが開放されている状態である。アクセルオフとブレーキオフはそれぞれスイッチによって検知される。アクセルペダルが開放され、且つ、ブレーキペダルが開放されると、ハイブリッド車両１は惰性走行する。このとき、制御装置５０は、後述するように、エンジン２のモータリングによる制動（所謂エンジンブレーキ）か、第１モータジェネレータ４による回生制動の少なくとも一方を実行してハイブリッド車両１を減速させる。

アクセルペダルが踏まれている場合、ハイブリッド車両１は加速中若しくは定常走行中であるために、モータリングによる制動も回生制動も行われない。ブレーキペダルが踏まれている場合、ハイブリッド車両１はブレーキ装置によって機械的に制動されているために、モータリングによる制動も回生制動も行われない。これらのケースでは、これ以降の処理は全てスキップされてルーチンは一旦終了する。

ステップＳ１０１の判定結果が肯定の場合、ステップＳ１０２の演算が行われる。ステップＳ１０２では、バッテリ１６の入力制限値Ｗｉｎに関して、電動コンプレッサ３４による回生電力の消費が必要かどうかの判定基準となる電動コンプレッサ作動判定値が算出される。入力制限値Ｗｉｎは、バッテリ１６のＳＯＣ、電流値、電圧値、温度等に基づいて算出される。そして、入力制限値Ｗｉｎよりも所定のマージンだけ低い値が電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐとして算出される。なお、電力の符号は、バッテリ１６からの出力側を正、バッテリ１６への入力側を負とする。ゆえに、入力制限値Ｗｉｎの符号は負であり、電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐの絶対値は入力制限値Ｗｉｎの絶対値よりも大きい。

次にステップＳ１０３の判定が行われる。ステップＳ１０３では、要求制動力Ｐｕｓが電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐより小さいかどうか判定される。要求制動力Ｐｕｓとは、ハイブリッド車両１の運転者が求める制動力であり、車速や変速機のシフトポジション等から計算される。要求制動力Ｐｕｓの符号は負であるので、要求制動力Ｐｕｓが電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐより小さいとは、要求制動力Ｐｕｓの大きさが電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐの大きさよりも大きいことを意味する。

ステップＳ１０３の判定結果が否定の場合、ステップＳ１１１の処理が行われる。ステップＳ１０３の判定結果が否定であることは、運転者が求める制動力は、電動コンプレッサ３４による回生電力の消費が必要となる大きさではないことを意味する。ゆえに、ステップＳ１１１では、電動コンプレッサ３４による回生電力の消費行わずに第１モータジェネレータ４による回生制動のみを作動させることが選択される。

ステップＳ１０３の判定結果が肯定の場合、ステップＳ１０４、Ｓ１０５及びＳ１０６の演算が行われる。ステップＳ１０４では、電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐと要求制動力Ｐｕｓとの差分が消費電力要求値Ｐｅｃｏｍｐ＿ｒｑとして算出される。消費電力要求値Ｐｅｃｏｍｐ＿ｒｑは、電動コンプレッサ３４に対して要求する消費電力である。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で算出された消費電力要求値Ｐｅｃｏｍｐ＿ｒｑに基づいて、上限回転数に対応する制約電流位相角θ１が算出される。続いて、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で算出された制約電流位相角θ１を基準にして、電流消費モードでの電流位相角θが算出される。ここで、電流位相角θにより実現される電動コンプレッサ３４の効率をηｅｃｏｍｐθ、制約電流位相角θ１により実現される電動コンプレッサ３４の効率をηｅｃｏｍｐθ１、過給モードでの通常電流位相角θ０により実現される電動コンプレッサ３４の効率をηｅｃｏｍｐθ０とすると、以下の大小関係が成立する。
ηｅｃｏｍｐθ≦ηｅｃｏｍｐθ１＜ηｅｃｏｍｐθ０

次に、ステップＳ１０７では、電動コンプレッサ３４を作動させた場合でも要求制動力Ｐｕｓに対して制動力の不足が生じるかどうか判定される。電動コンプレッサ３４を電力消費モードで作動させることで、バッテリ１６の入力制限値を超える回生電力を電動コンプレッサ３４で消費することができる。しかし、要求制動力Ｐｕｓの大きさが非常に大きい場合には、第１モータジェネレータ４による回生制動力では足りない場合もある。

電動コンプレッサ３４を作動させても制動力が不足する場合、第１モータジェネレータ４による回生制動と併せてエンジン２のモータリングによる制動が行われる。エンジン２のモータリングでは、エンジン２のフリクションにより制動力が得られる。ここでは、要求制動力Ｐｕｓを満足するために要求されるフリクションをモータリングフリクション要求値Ｐｍｏｔと称する。

ステップＳ１０８では、以下の式により、要求制動力Ｐｕｓと電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐとモータ３４ａの消費電力Ｐｅｃｏｍｐとからモータリングフリクション要求値Ｐｍｏｔが算出される。
Ｐｍｏｔ＝−（Ｐｕｓ−Ｗｉｎｐ＋Ｐｅｃｏｍｐ）

ステップＳ１１０では、回生制動力が最大になるように第１モータジェネレータ４による回生制動が行われる。そして、バッテリ１６の入力制限値を超える分の回生電力が電動コンプレッサ３４に供給されるとともに、電動コンプレッサ３４への通電が電力消費モードで制御される。そして、さらに、ステップＳ１０８で算出されたモータリングフリクション要求値Ｐｍｏｔに基づいてエンジン２のパラメータ、例えばスロットル開度が調整されてエンジン２のモータリングによる制動が行われる。

ステップＳ１０７の判定結果が否定の場合、つまり、電動コンプレッサ３４を作動させることによって要求制動力Ｐｕｓを満足できる制動力が得られる場合、ステップＳ１１０の処理が行われる。ステップＳ１１０では、要求制動力Ｐｕｓに見合った回生制動力が得られるように第１モータジェネレータ４による回生制動が行われる。そして、バッテリ１６の入力制限値を超える分の回生電力が電動コンプレッサ３４に供給されるとともに、電動コンプレッサ３４への通電が電力消費モードで制御される。

次に、上述の制動制御（制動制御の一例）を実行することで得られる効果について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、比較例の制動制御による電動コンプレッサの動作を示すタイムチャートであるのに対し、図７は、上述の制動制御による電動コンプレッサの動作を示すタイムチャートである。上述の制動制御では、電流位相角は制御モードに応じて変更されるのに対し、比較例では、電流位相角は常に最適位相角（トルクを最大にすることができる位相角、例えば０度）に制御される。それぞれのタイムチャートには、（ａ）アクセル開度、（ｂ）要求制動力、（ｃ）モータ回転数、（ｄ）電流位相角、（ｅ）消費電力、及び（ｆ）エンジン回転数の時間による変化が描かれている。

まず、図６に示す比較例の制動制御による電動コンプレッサ３４の動作について説明する。比較例の制動制御の場合、アクセル開度がオフにされることで、要求制動力Ｐｕｓが発生する。要求制動力Ｐｕｓが電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐを超えると、電動コンプレッサの消費電力を増大させるように、電流位相角は最適位相角に維持したままモータ回転数が高められる。しかし、モータ回転数は上限回転数で制限されるため、消費電力を大きく増やすことはできない。電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐに電動コンプレッサ３４の最大消費電力を加えたものが、第１モータジェネレータ４による電力回生で得られる回生制動力である。要求制動力Ｐｕｓに対して回生制動力が不足する場合、その不足分はエンジン２のモータリングによる制動力で補われる。エンジン回転数の上昇は、モータリングによる制動が行われていることを表している。

次に、図７に示す上述の制動制御による電動コンプレッサ３４の動作について説明する。上述の制動制御の場合、アクセル開度がオフにされることで、要求制動力Ｐｕｓが発生する。要求制動力Ｐｕｓが電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐを超えると、電動コンプレッサの消費電力を増大させるように、電流位相角は効率を悪化させる側（例えば９０度）に制御される。電流位相角が９０度に近いほど、電力のトルクへの変換効率は悪化し、モータ回転数は低く抑えられたまま消費電力が増大する。電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐに電動コンプレッサ３４の最大消費電力を加えたものが、第１モータジェネレータ４による電力回生で得られる回生制動力である。上述の制動制御によれば、要求制動力Ｐｕｓに対して十分な回生制動力が得られるので、エンジン２のモータリングによる制動は回避される。

ところで、モータ３４ａの回転数が過度に低い場合、インバータ３６の特定のスイッチング素子に大電流が流れ続けることにより、インバータ３６が過熱し破損するおそれがある。ゆえに、モータ３４ａの回転数が低いときには、回転数を上昇させるように電動コンプレッサ３４への通電を制御してもよい。以下、モータ回転数の過度の低下を防止するための制御について、通電制御装置６０による制動制御の別例として説明する。

モータ３４ａの回転数を上昇させることは、電流位相角を小さくして電力のトルクへの変換効率を向上させることにより達成することができる。具体的には、電流位相角の上限角度を設定し、電流位相角が上限角度を超えないように二相電流の指令値を生成すればよい。図８は、制動制御の別例による電力消費モードでの消費電力要求値に対する電流位相角の設定領域を示す図である。図８には、過給モードで設定される通常時電流位相角θ０と、上限回転数に対応する制約電流位相角θ１と、下限回転数に対応する制約電流位相角θ２とが描かれている。制約電流位相角θ２は、消費電力要求値とモータ３４ａの回転数とから決まる、モータ３４ａの回転数が下限回転数に抵触しない上限の電流位相角である。制約電流位相角θ２は、モータ３４ａの回転数が低いほど小さい値、つまり、０度に近い効率の良い値にされる。図８において、制約電流位相角θ１よりも進角側（９０度に近い側）で制約電流位相角θ２よりも遅角側（０度に近い側）の領域が、制動制御の別例において電力消費モードによる運転を実施可能な領域である。制動制御の別例では、制約電流位相角θ１及びθ２と消費電力要求値との関係はマップ化されて制御装置５０のメモリに記憶される。

また、制動制御の別例では、図９に示すように、モータ３４ａの回転数に応じて電動コンプレッサ３４による消費電力量の上限値が設定される。詳しくは、モータ３４ａの回転数が低いほど消費電力量の上限値は小さくされる。モータ３４ａの回転数が低ければ、インバータ３６の特定のスイッチング素子に電流が流れる時間が長くなるが、消費電力量の上限値を小さくすることによって、特定のスイッチング素子に流れる電流量を抑えてインバータ３６の破損を防ぐことができる。

図１０は、制御装置５０により実行される制動制御の別例の手順を示すフローチャートである。制動制御の別例が実行される場合、制御装置５０のプロセッサは、このフローチャートで表されるプログラムを所定の周期で実行する。以下、制動制御の別例の内容について、フローチャートに沿って説明する。ただし、先に説明した制動制御の一例と重複する内容についての説明は省略する。

制動制御の別例によれば、ステップＳ１０３の判定結果が肯定の場合、ステップＳ１０４の演算に代えてステップＳ２０１の演算が行われ、さらに、ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ２０２及びＳ２０３の演算が行われる。ステップＳ２０１では、マップ又は関数により、モータ３４ａの回転数から消費電力上限値Ｐｅｃｏｍｐ＿ｕｐｇｄが算出される。そして、電動コンプレッサ作動判定値Ｗｉｎｐと要求制動力Ｐｕｓとの差分と、消費電力上限値Ｐｅｃｏｍｐ＿ｕｐｇｄとが比較され、小さいほうの値が消費電力要求値Ｐｅｃｏｍｐ＿ｒｑとして算出される。

ステップＳ２０２では、モータ３４ａの回転数と電動コンプレッサ３４の消費電力とに基づいて、下限回転数に対応する制約電流位相角θ２が算出される。続いて、ステップＳ２０３では、ステップＳ１０６で算出された電流位相角θに対して、ステップＳ２０２で算出された制約電流位相角θ２がガードとして用いられる。つまり、ステップＳ１０６で算出された電流位相角θが制約電流位相角θ２以下の場合、ステップＳ１０６で算出された電流位相角θがそのまま電流消費モードでの電流位相角θとして用いられる。しかし、ステップＳ１０６で算出された電流位相角θが制約電流位相角θ２より大きい場合、制約電流位相角θ２が電流消費モードでの電流位相角θとして用いられる。ここで、電流位相角θにより実現される電動コンプレッサ３４の効率をηｅｃｏｍｐθ、制約電流位相角θ２により実現される電動コンプレッサ３４の効率をηｅｃｏｍｐθ２とすると、以下の大小関係が成立する。
ηｅｃｏｍｐθ２≦ηｅｃｏｍｐθ

図１１は、図１０に示す制動制御（制動制御の別例）による電動コンプレッサの動作を示すタイムチャートである。タイムチャートには、（ａ）アクセル開度、（ｂ）要求制動力、（ｃ）モータ回転数、（ｄ）電流位相角、（ｅ）消費電力、及び（ｆ）エンジン回転数の時間による変化が描かれている。制動制御の別例では、モータ回転数が下限回転数に抵触しないように電流位相角が制御される。これにより、モータ回転数が連続運転する場合の上限回転数が超えることが防止されるとともに、インバータの破損を防止するための下限回転数を下回ることも防止される。

なお、本実施の形態では、第１モータジェネレータ及び第２モータジェネレータの２つのモータジェネレータを備え、一方を発電機として機能させ、他方を電動機として機能させる構成のハイブリッド車両を例示した。しかし、本発明は、単一のモータジェネレータを電動機又は発電機として機能させる構成のハイブリッド車両にも適用することができる。

また、本実施の形態では、電動コンプレッサ３４を作動させるための電力を走行用のバッテリ１６から供給しているが、図示しない補機用のバッテリから電動コンプレッサ３４へ電力を供給してもよい。

また、本実施の形態では、電力消費モードにおいて電流位相角が９０度に近づくように二相電流の指令値を生成している。しかし、モータ３４ａの効率を悪化させる方法としては、電流位相角を−９０度或いは２７０度に近づけるように二相電流の指令値を生成することでもよい。

１ ハイブリッド車両
２ エンジン
４ 第１モータジェネレータ
６ 第２モータジェネレータ
８ 動力伝達機構
１４ 車輪
１６ バッテリ
３４ 電動コンプレッサ
３４ａ モータ
３６ インバータ
３８ コンバータ
５０ 制御装置
６０ 通電制御装置

Claims (5)

1. 車輪に動力伝達機構を介して連結された内燃機関と、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられ、モータにより駆動される電動コンプレッサと、
   前記車輪に前記動力伝達機構を介して連結され、電力回生による回生制動力を前記動力伝達機構に入力可能な発電機と、
   前記発電機により回生された電力を蓄えるバッテリと、
   前記電動コンプレッサへの通電を制御する通電制御装置と、を備え、
   前記通電制御装置は、前記電動コンプレッサを回転させて吸入空気を過給するように前記電動コンプレッサへの通電を制御する過給モードと、前記過給モードよりも前記モータの効率を悪化させて前記電動コンプレッサによる電力消費を増大させるように前記電動コンプレッサへの通電を制御する電力消費モードとを選択可能に構成され、且つ、
   前記通電制御装置は、前記発電機による回生制動が行われる場合、要求される回生制動力を得るための回生電力が前記バッテリの入力制限値を超えるときには、前記電動コンプレッサに回生電力を供給するとともに、前記電動コンプレッサへの通電を前記電力消費モードで制御するように構成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記電動コンプレッサは、直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータを備え、
   前記通電制御装置は、前記モータに流れる電流をｄ軸とｑ軸とで規定されるｄｑ座標で表した二相電流の指令値を生成し、前記二相電流の指令値に基づいて前記インバータに与える制御信号を決定し、且つ、
   前記通電制御装置は、前記電力消費モードでは、前記ｄｑ座標における電流位相角を、前記過給モードでの前記電流位相角よりも９０度に近づけるように、前記二相電流の指令値を生成するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記通電制御装置は、前記電力消費モードでは、前記電動コンプレッサによる消費電力量の要求値と予め設定された前記モータの上限回転数とに基づいて前記電流位相角の下限角度を設定し、前記電流位相角が前記下限角度から９０度までの範囲内になるように、前記二相電流の指令値を生成するように構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記通電制御装置は、前記電力消費モードでは、前記電動コンプレッサによる消費電力量の要求値と前記モータの回転数とに基づいて前記電流位相角の上限角度を設定し、前記モータの回転数が低いほど前記電流位相角の上限角度を小さくし、前記電流位相角が前記下限角度から前記上限角度までの範囲内になるように、前記二相電流の指令値を生成するように構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両。
5. 前記通電制御装置は、前記電力消費モードでは、前記モータの回転数に応じて前記電動コンプレッサによる消費電力量の上限値を設定し、前記モータの回転数が低いほど前記消費電力量の上限値を小さくするように構成されている
   ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のハイブリッド車両。

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