JP2008312306A - Vehicle and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a vehicle and a control method thereof.
従来より、昇降圧コンバータと電動機とを備えた車両が提案されている。ここで、昇降圧コンバータは、上アームと下アームと称されるスイッチング素子を有するチョッパ回路からなり、下アームをオンしてバッテリの低電圧の電力を入力し高電圧の電力に昇圧して電動機に出力したり、上アームをオンして電動機の回生運転により生じる高電圧の電力を入力し低電圧の電力に降圧してバッテリに出力したりするものである。例えば、特許文献1の車両では、昇降圧コンバータのバッテリ側の低電圧VLと電動機側の高電圧VHとを検出し低電圧VLと高電圧VHの差分の絶対値が定数A未満でありかつ高電圧VHが定数B未満であるときに、昇降圧コンバータの昇圧動作に支障が生じているとして昇降圧コンバータの上アームのオン故障を検知することができるとしている。
しかしながら、上述した車両では、昇降圧コンバータの上アームのオン故障を検知できるもののオフ故障については考慮されていない。電動機の回生運転中に昇降圧コンバータの上アームがオフ故障したときには、高電圧の電力を入力し低電圧の電力に降圧してバッテリに供給することができず昇降圧コンバータの電動機側の電圧が所定のしきい値を超えて過電圧となる。ここで、過電圧となる度にインバータや昇降圧コンバータの各スイッチング素子をゲート遮断して電圧が正常値に下がったときにゲート許可することも考えられるが、そのような動作を繰り返すことは車載機器にとって好ましくない。また過電圧となったときにすぐに車両の走行を禁止して車載機器を保護することも考えられるが、最低限の退避走行ができることが好ましい。 However, in the above-described vehicle, although an on failure of the upper arm of the buck-boost converter can be detected, an off failure is not considered. When the upper arm of the buck-boost converter fails during regenerative operation of the motor, high voltage power is input and the voltage is stepped down to low voltage power and cannot be supplied to the battery. Overvoltage exceeds a predetermined threshold. Here, it is conceivable that the gate of the switching element of the inverter or the buck-boost converter is shut off whenever the overvoltage is reached, and the gate is allowed when the voltage drops to a normal value. Not good for. In addition, it is conceivable to protect the in-vehicle device by prohibiting the vehicle from traveling immediately when an overvoltage occurs, but it is preferable that the vehicle can be evacuated at a minimum.
本発明の車両及びその制御方法は、昇降圧コンバータの上アームのオフ故障が発生した場合に車載機器を保護しつつ退避走行を可能とすることを主目的とする。 The main purpose of the vehicle and the control method thereof according to the present invention is to enable retreat travel while protecting the in-vehicle device when an off failure of the upper arm of the buck-boost converter occurs.
本発明の車両及びその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。 The vehicle and the control method thereof according to the present invention employ the following means in order to achieve at least a part of the above-described object.
本発明の車両は、
車軸に動力を入出力可能な高電圧系の電動機と、
充放電を伴って前記電動機と電力をやり取り可能な低電圧系の蓄電手段と、
前記電動機と前記蓄電手段との間に設けられ、前記蓄電手段側の低電圧の電力を入力し高電圧の電力に昇圧して前記電動機側へ出力したり、前記電動機の回生運転により生じる高電圧の電力を入力し低電圧の電力に降圧して前記蓄電手段側に出力したりする昇降圧コンバータと、
前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定のしきい値を超えたときには該電圧が該しきい値以下に回復するよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御する一方、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数未満のときには該電圧が該しきい値以下に回復したあと前記電動機と前記蓄電手段との間で電力がやり取りされるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御し、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数以上のときには前記電動機による前記蓄電手段の充電を禁止した状態で前記蓄電手段の放電を伴って該蓄電手段の電力により前記電動機が運転されるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
The vehicle of the present invention
A high-voltage motor that can input and output power to the axle;
Low-voltage power storage means capable of exchanging electric power with the electric motor with charging and discharging;
A high voltage that is provided between the electric motor and the electric storage means, inputs low-voltage electric power on the electric storage means side, boosts the electric power to high-voltage electric power, outputs the electric power to the electric motor side, or is generated by regenerative operation of the electric motor A step-up / step-down converter that inputs the electric power of the current and lowers the electric power to a low-voltage electric power and outputs it to the power storage means side;
When the voltage on the motor side of the buck-boost converter exceeds a predetermined threshold value, the buck-boost converter and the motor are controlled so that the voltage recovers below the threshold value. When the number of times that the voltage on the motor side exceeds the threshold value within a predetermined period is less than a predetermined reference number, power is transferred between the motor and the power storage means after the voltage recovers below the threshold value. The step-up / down converter and the electric motor are controlled so as to be exchanged, and when the number of times that the voltage on the motor side of the step-up / down converter exceeds the threshold value within a predetermined period is greater than or equal to a predetermined reference number, the electric motor The step-up / step-down converter and the electric motor so that the electric motor is operated by the electric power of the electric storage means with the discharging of the electric storage means in a state where charging of the electric storage means is prohibited And control means for controlling,
It is a summary to provide.
この本発明の車両では、昇降圧コンバータの電動機側の電圧が所定のしきい値を超えたときには該電圧が該しきい値以下に回復するよう昇降圧コンバータと電動機とを制御する。一方、昇降圧コンバータの電動機側の電圧が所定期間内にしきい値を超えた回数が所定の基準回数未満のときには、昇降圧コンバータは正常であるとみなして、その電圧がしきい値以下に回復したあと電動機と蓄電手段との間で電力がやり取りされるよう昇降圧コンバータと電動機とを制御する。これにより、蓄電手段の電力により電動機を駆動して走行することが可能となるし、電動機の回生電力を蓄電手段に蓄えることもできる。これに対して、昇降圧コンバータの電動機側の電圧が所定期間内にしきい値を超えた回数が所定の基準回数以上のときには、昇降圧コンバータの降圧動作に支障が生じているとみなして、電動機による前記蓄電手段の充電を禁止した状態で蓄電手段の放電を伴って該蓄電手段の電力により電動機が運転されるよう昇降圧コンバータと電動機とを制御する。ここで、昇降圧コンバータの降圧動作に支障が生じたときには、電動機の回生電流を蓄電手段に流すことができず、行き場のない回生電力により昇降圧コンバータの電動機側は過電圧になりやすいが、ここでは電動機による蓄電手段の充電を禁止した状態で蓄電手段の電力により電動機が運転されるようにする。これにより、昇降圧コンバータの電動機側の過電圧が解消され、蓄電手段の電力により電動機を駆動して自走可能となる。したがって、昇降圧コンバータの降圧動作に支障が生じたときでも過電圧から車載機器を保護しつつ退避走行を確保することができる。 In the vehicle according to the present invention, when the voltage on the motor side of the step-up / step-down converter exceeds a predetermined threshold value, the step-up / step-down converter and the electric motor are controlled so that the voltage recovers below the threshold value. On the other hand, if the number of times the voltage on the motor side of the buck-boost converter exceeds the threshold value within a predetermined period is less than the predetermined reference number, the buck-boost converter is considered normal and the voltage recovers below the threshold value. After that, the buck-boost converter and the electric motor are controlled so that electric power is exchanged between the electric motor and the power storage means. As a result, the electric motor can be driven by the electric power of the power storage means, and the regenerative power of the motor can be stored in the power storage means. On the other hand, when the number of times the voltage on the motor side of the step-up / down converter exceeds the threshold value within a predetermined period is equal to or greater than a predetermined reference number, it is considered that the step-down operation of the step-up / down converter is hindered. The step-up / step-down converter and the electric motor are controlled so that the electric motor is operated by the electric power of the electric storage means accompanied by the discharge of the electric storage means in a state where charging of the electric storage means is prohibited. Here, when trouble occurs in the step-down operation of the buck-boost converter, the regenerative current of the motor cannot flow to the power storage means, and the motor side of the buck-boost converter tends to be overvoltage due to the regenerative power without a place to go. Then, the electric motor is operated by the electric power of the electric storage means in a state where charging of the electric storage means by the electric motor is prohibited. Thereby, the overvoltage on the electric motor side of the step-up / down converter is eliminated, and the electric motor can be driven by the electric power of the power storage means to be able to run on its own. Therefore, even when the step-down operation of the step-up / step-down converter is hindered, retreat travel can be secured while protecting the in-vehicle device from overvoltage.
こうした本発明の車両において、前記昇降圧コンバータは、前記蓄電手段の正極端子と前記電動機との間に接続され前記電動機から前記正極端子への電流の流れをオンオフする第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子と前記正極端子との中間点と前記蓄電手段の負極端子との間に接続され前記中間点から前記負極端子への電流の流れをオンオフする第2スイッチング素子と、前記中間点と前記正極端子との間に接続されたリアクトルと、前記第1スイッチング素子と並列に接続され前記中間点から前記電動機への電流の流れのみを許容する第1ダイオードと、前記第2スイッチング素子と並列に接続され前記負極端子から前記中間点への電流の流れのみを許容する第2ダイオードとを有し、所定の周期で両スイッチング素子のオン時間を調整することにより、前記蓄電手段側の低電圧の電力を入力し高電圧の電力に昇圧して前記電動機側へ出力したり、前記電動機の回生運転により生じる高電圧の電力を入力し低電圧の電力に降圧して前記蓄電手段側に出力したりするものであり、前記制御手段は、前記電動機側へ出力された高電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数以上のときには、前記昇降圧コンバータの前記両スイッチング素子の電流の流れをオフにするものとしてもよい。こうすれば、蓄電手段側の低電圧の電力を昇降圧コンバータに入力して、そのまま昇圧せずに第1ダイオードを介して電動機側へ出力することができる。 In such a vehicle of the present invention, the step-up / step-down converter is connected between the positive terminal of the power storage means and the electric motor, and turns on and off the current flow from the electric motor to the positive terminal. A second switching element connected between an intermediate point between the one switching element and the positive electrode terminal and a negative electrode terminal of the power storage means and turning on and off a current flow from the intermediate point to the negative electrode terminal; A reactor connected between the positive terminal, a first diode connected in parallel with the first switching element and allowing only a current flow from the intermediate point to the motor, and in parallel with the second switching element And a second diode that allows only a current flow from the negative terminal to the intermediate point, and that turns on both switching elements at a predetermined cycle. By adjusting the time, the low voltage power on the power storage means side is input and boosted to the high voltage power and output to the motor side, or the high voltage power generated by the regenerative operation of the motor is input and low The control means reduces the voltage power to the power storage means side, and the control means outputs a predetermined number of times that the high voltage output to the motor side exceeds the threshold value within a predetermined period. When the number of times is equal to or greater than the reference number, the current flow of both the switching elements of the buck-boost converter may be turned off. In this way, the low voltage power on the power storage means side can be input to the buck-boost converter and output to the motor side via the first diode without being boosted as it is.
また、本発明の車両において、前記昇降圧コンバータからみて前記電動機に並列接続されて前記昇降圧コンバータの前記電動機側の高電圧を平滑する平滑コンデンサを備え、前記制御手段は、前記平滑コンデンサの端子間電圧を前記電動機側へ出力された高電圧として入力するものとしてもよい。また、前記電動機は、前記昇降圧コンバータから出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を介して電力の供給を受けるものであるとしてもよい。 The vehicle of the present invention further includes a smoothing capacitor that is connected in parallel to the electric motor as viewed from the step-up / down converter and smoothes a high voltage on the electric motor side of the step-up / down converter, and the control means includes a terminal of the smoothing capacitor. The inter-voltage may be input as a high voltage output to the electric motor side. The electric motor may be supplied with electric power through an inverter circuit that converts direct-current power output from the step-up / down converter to alternating-current power.
さらに、本発明の車両において、前記車軸に動力を入出力可能な内燃機関と、前記蓄電手段からみて前記電動機と並列接続され、前記蓄電手段と電力のやり取りが可能であると共に前記内燃機関からの動力を用いて発電可能な高電圧系の発電機と、を備え、前記制御手段は、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定のしきい値を超えたときには該電圧が該しきい値以下に回復するよう前記昇降圧コンバータと前記電動機と前記発電機と前記内燃機関とを制御する一方、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数未満のときには該電圧が該しきい値以下に回復したあと前記電動機と前記蓄電手段との間で電力がやり取りされるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機と前記発電機と前記内燃機関とを制御し、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数以上のときには前記発電機及び前記電動機による前記蓄電手段の充電を禁止した状態で前記蓄電手段の放電を伴って該蓄電手段の電力により前記電動機が運転されるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機と前記発電機と前記内燃機関とを制御するものとしてもよい。 Further, in the vehicle of the present invention, an internal combustion engine capable of inputting / outputting power to / from the axle, and the electric motor as viewed from the electric storage means, are connected in parallel with the electric storage means, and can exchange electric power with the electric storage means, and from the internal combustion engine A high-voltage generator capable of generating power using motive power, and the control means, when the voltage on the motor side of the buck-boost converter exceeds a predetermined threshold, the voltage is the threshold While controlling the buck-boost converter, the motor, the generator, and the internal combustion engine to recover to the following, the number of times that the voltage on the motor side of the buck-boost converter exceeded the threshold value within a predetermined period When the voltage is less than a predetermined reference number, the voltage is restored to the threshold value or less, and power is exchanged between the electric motor and the power storage means. The generator and the internal combustion engine are controlled, and when the number of times that the voltage on the motor side of the buck-boost converter exceeds the threshold value within a predetermined period is a predetermined reference number or more, the generator and the motor Controlling the step-up / down converter, the electric motor, the generator, and the internal combustion engine so that the electric motor is operated by the electric power of the electric storage means with discharging of the electric storage means in a state where charging of the electric storage means is prohibited It is good.
本発明の車両の制御方法は、車軸に動力を入出力可能な高電圧系の電動機と、充放電を伴って前記電動機と電力をやり取り可能な低電圧系の蓄電手段と、前記電動機と前記蓄電手段との間に設けられ、前記蓄電手段側の低電圧の電力を入力し高電圧の電力に昇圧して前記電動機側へ出力したり、前記電動機の回生運転により生じる高電圧の電力を入力し低電圧の電力に降圧して前記蓄電手段側に出力したりする昇降圧コンバータと、を備える車両の制御方法であって、
前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定のしきい値を超えたときには該電圧が該しきい値以下に回復するよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御する一方、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数未満のときには該電圧が該しきい値以下に回復したあと前記電動機と前記蓄電手段との間で電力がやり取りされるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御し、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数以上のときには前記電動機による前記蓄電手段の充電を禁止した状態で前記蓄電手段の放電を伴って該蓄電手段の電力により前記電動機が運転されるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御する、
ことを要旨とする。
The vehicle control method of the present invention includes a high voltage electric motor capable of inputting / outputting power to / from an axle, a low voltage electric storage means capable of exchanging electric power with the electric motor with charge / discharge, the electric motor and the electric storage. The low voltage power on the power storage means side is input and boosted to the high voltage power and output to the motor side, or the high voltage power generated by the regenerative operation of the motor is input. A control method for a vehicle comprising: a step-up / down converter that steps down to low voltage power and outputs it to the power storage means side;
When the voltage on the motor side of the buck-boost converter exceeds a predetermined threshold value, the buck-boost converter and the motor are controlled so that the voltage recovers below the threshold value. When the number of times that the voltage on the motor side exceeds the threshold value within a predetermined period is less than a predetermined reference number, power is transferred between the motor and the power storage means after the voltage recovers below the threshold value. The step-up / down converter and the electric motor are controlled so as to be exchanged, and when the number of times that the voltage on the motor side of the step-up / down converter exceeds the threshold value within a predetermined period is greater than or equal to a predetermined reference number, the electric motor The step-up / step-down converter and the electric motor so that the electric motor is operated by the electric power of the electric storage means with the discharging of the electric storage means in a state where charging of the electric storage means is prohibited To control,
This is the gist.
この本発明の車両の制御方法では、昇降圧コンバータの電動機側の電圧が所定のしきい値を超えたときには該電圧が該しきい値以下に回復するよう昇降圧コンバータと電動機とを制御する。一方、昇降圧コンバータの電動機側の電圧が所定期間内にしきい値を超えた回数が所定の基準回数未満のときには、昇降圧コンバータは正常であるとみなして、その電圧がしきい値以下に回復したあと電動機と蓄電手段との間で電力がやり取りされるよう昇降圧コンバータと電動機とを制御する。これにより、蓄電手段の電力により電動機を駆動して走行することが可能となるし、電動機の回生電力を蓄電手段に蓄えることもできる。これに対して、昇降圧コンバータの電動機側の電圧が所定期間内にしきい値を超えた回数が所定の基準回数以上のときには、昇降圧コンバータの降圧動作に支障が生じているとみなして、電動機による前記蓄電手段の充電を禁止した状態で蓄電手段の放電を伴って該蓄電手段の電力により電動機が運転されるよう昇降圧コンバータと電動機とを制御する。ここで、昇降圧コンバータの降圧動作に支障が生じたときには、電動機の回生電流を蓄電手段に流すことができず、行き場のない回生電力により昇降圧コンバータの電動機側は過電圧になりやすいが、ここでは電動機による蓄電手段の充電を禁止した状態で蓄電手段の電力により電動機が運転されるようにする。これにより、昇降圧コンバータの電動機側の過電圧が解消され、蓄電手段の電力により電動機を駆動して自走可能となる。したがって、昇降圧コンバータの降圧動作に支障が生じたときでも過電圧から車載機器を保護しつつ退避走行を確保することができる。なお、この車両の制御方法において、上述したいずれかの車両の機能を実現するためのステップを追加してもよい。 In the vehicle control method of the present invention, when the voltage on the motor side of the step-up / step-down converter exceeds a predetermined threshold value, the step-up / step-down converter and the electric motor are controlled so that the voltage recovers below the threshold value. On the other hand, if the number of times the voltage on the motor side of the buck-boost converter exceeds the threshold value within a predetermined period is less than the predetermined reference number, the buck-boost converter is considered normal and the voltage recovers below the threshold value. After that, the buck-boost converter and the electric motor are controlled so that electric power is exchanged between the electric motor and the power storage means. As a result, the electric motor can be driven by the electric power of the power storage means, and the regenerative power of the motor can be stored in the power storage means. On the other hand, when the number of times the voltage on the motor side of the step-up / down converter exceeds the threshold value within a predetermined period is equal to or greater than a predetermined reference number, it is considered that the step-down operation of the step-up / down converter is hindered. The step-up / step-down converter and the electric motor are controlled so that the electric motor is operated by the electric power of the electric storage means accompanied by the discharge of the electric storage means in a state where charging of the electric storage means is prohibited. Here, when trouble occurs in the step-down operation of the buck-boost converter, the regenerative current of the motor cannot flow to the power storage means, and the motor side of the buck-boost converter tends to be overvoltage due to the regenerative power without a place to go. Then, the electric motor is operated by the electric power of the electric storage means in a state where charging of the electric storage means by the electric motor is prohibited. Thereby, the overvoltage on the electric motor side of the step-up / down converter is eliminated, and the electric motor can be driven by the electric power of the power storage means to be able to run on its own. Therefore, even when the step-down operation of the step-up / step-down converter is hindered, retreat travel can be secured while protecting the in-vehicle device from overvoltage. In this vehicle control method, a step for realizing any of the functions of the vehicle described above may be added.
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described using examples.
図1は本発明の一実施例である電源装置を搭載したハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2はモータMG1,MG2を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図1に示すように、エンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに減速ギヤ35を介して接続されたモータMG2と、直流電流を交流電流に変換してモータMG1,MG2に供給可能なインバータ41,42と、バッテリ50からの電力をその電圧を変換してインバータ41,42に供給可能な昇降圧コンバータ55と、車両の駆動系全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of a
エンジン22は、ガソリン又は軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン22の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により燃料噴射制御や点火制御、吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
The
動力分配統合機構30は、外歯歯車のサンギヤ31と、このサンギヤ31と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31に噛合すると共にリングギヤ32に噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34とを備え、サンギヤ31とリングギヤ32とキャリア34とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構30は、キャリア34にはエンジン22のクランクシャフト26が、サンギヤ31にはモータMG1が、リングギヤ32にはリングギヤ軸32aを介して減速ギヤ35がそれぞれ連結されており、モータMG1が発電機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力をサンギヤ31側とリングギヤ32側にそのギヤ比に応じて分配し、モータMG1が電動機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力とサンギヤ31から入力されるモータMG1からの動力を統合してリングギヤ32側に出力する。リングギヤ32に出力された動力は、リングギヤ軸32aからギヤ機構60及びデファレンシャルギヤ62を介して、最終的には車両の駆動輪63a,63bに出力される。
The power distribution and
モータMG1及びモータMG2は、いずれも内部に永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備え、発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ41,42を介してバッテリ50と電力のやりとりを行なう。インバータ41,42は、図2に示すように、6つのトランジスタ(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)T11〜T16,T21〜26とトランジスタT11〜T16,T21〜T26に逆方向に並列接続された6つのダイオードD11〜D16,D21〜D26とにより構成されている。トランジスタT11〜T16,T21〜T26は、それぞれインバータ41,42が電力ライン54として共用する正極母線54aと負極母線54bとに対してソース側とシンク側になるよう2個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータMG1,MG2の三相コイル(U相、V相、W相)の各々が接続されている。したがって、正極母線54aと負極母線54bとの間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタT11〜T16,T21〜T26のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータMG1,MG2を回転駆動することができる。インバータ41,42は、正極母線54aと負極母線54bとを共用しているから、モータMG1,MG2のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができるようになっている。したがって、バッテリ50は、モータMG1,MG2のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータMG1,MG2により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ50は充放電されない。モータMG1,MG2は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44(図1参照)からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流、VL電圧センサ92からの電圧VL(コンデンサ59の端子間電圧)やVH電圧センサ93からの電圧VH(コンデンサ57の端子間電圧)などが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号や昇降圧コンバータ55へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
Each of the motor MG1 and the motor MG2 includes a rotor having a permanent magnet embedded therein and a stator around which a three-phase coil is wound, and can be driven as a generator and a known synchronous generator motor that can be driven as an electric motor The power is exchanged with the
バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ50の端子間に設置された図示しないバッテリセンサからのバッテリ電圧、バッテリ50の入出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流、温度センサ51により検出されたバッテリ50の電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。このうち、バッテリ電圧は、バッテリ50からの電力を昇降圧コンバータ55を介してモータMG1,MG2に供給する際や昇降圧コンバータ55から降圧された電力をバッテリ50に充電する際などに用いられる。なお、バッテリECU52では、バッテリ50を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量(SOC)も演算している。
The
昇降圧コンバータ55は、図2に示すように、バッテリ50の正極端子とモータMG1,MG2との間に接続されモータMG1,MG2からバッテリ50の正極端子への電流の流れをオンオフする第1のトランジスタ(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)T31と、第1のトランジスタT31とバッテリ50の正極端子との中間点Mとバッテリ50の負極端子との間に接続され中間点Mから負極端子への電流の流れをオンオフする第2のトランジスタ(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)T32と、中間点Mと正極端子との間に接続されたリアクトルLと、第1のトランジスタT31と並列に接続され中間点MからモータMG1,MG2への電流の流れのみを許容する第1のダイオードD31と、第2のトランジスタT32と並列に接続されバッテリ50の負極端子から中間点Mへの電流の流れのみを許容する第2のダイオードD32とを有している。したがって、トランジスタT31,T32をスイッチング制御することによりバッテリ50の直流電力をその電圧を昇圧してインバータ41,42に供給したり、正極母線54aと負極母線54bとに作用している直流電圧を降圧してバッテリ50を充電したりすることができる。なお、トランジスタT31,T32をゲート遮断した状態であっても、ダイオードD31を介してバッテリ50の直流電力をその電圧のまま昇圧せずにインバータ41,42に供給することもできる。リアクトルLと負極母線54bとの間には平滑用のコンデンサ59が接続されている。このコンデンサ59の端子間にはVL電圧センサ92が設置されており、昇降圧コンバータ55の昇圧前(降圧後)の電圧VLを検出する。また、正極母線54aと負極母線54bとの間には平滑用のコンデンサ57が接続されている。このコンデンサ57の端子間にはVHセンサ93が設置されており、昇降圧コンバータ55の昇圧後(降圧前)の電圧VHを検出する。つまり、昇降圧コンバータ55では、VL電圧センサ92とVH電圧センサ93とにより検出された電圧値を用いることにより、基本的には、バッテリ50と2つのモータMG1,MG2との間で電力のやりとりを円滑に行なうために昇圧後の電圧VHが電圧指令VH*となるように、又は降圧後の電圧VLが電圧指令VL*となるように昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32のスイッチング制御が行なわれる。また、コンデンサ57に並列接続された図示しない抵抗によりコンデンサ57に蓄電された電力を放電することができる。なお、以下の説明では、トランジスタT31のことを「上アーム」、トランジスタT32のことを「下アーム」と称することがある。
As shown in FIG. 2, the buck-
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、図1に示すように、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、ハイブリッド自動車20が搭載する各種機器の情報を保存する書き換え可能なフラッシュメモリ78と、計時指令に応じて計時処理を実行するタイマ79と、図示しない入出力ポート及び通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号、シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット70からは、システムメインリレー56への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、上述したように、エンジンECU24やモータECU40、バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40、バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
As shown in FIG. 1, the hybrid
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されてリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1及びモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや、要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部又はその一部が動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1及びモータMG2を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸32aに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
The
次に、こうして構成された本実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、VH電圧センサ93により検出された電圧VHが過電圧である場合の動作について説明する。図3は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定の時間毎(例えば、数msec毎)に繰り返し実行される。
Next, the operation of the thus configured
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや車速センサ88からの車速V、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2、エンジン22の回転数Ne、バッテリ50の入出力制限Win,Wout、電圧VH、タイマ79が時間計測をしていることを示すタイマフラグFなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、エンジン22の回転数Neは、クランクシャフト26に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいて計算されたものをエンジンECU24から通信により入力するものとした。また、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されるモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータECU40から通信により入力するものとし、電圧VHは、VH電圧センサ93により検出されたものをモータECU40から通信により入力するものとした。さらに、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、温度センサ51により検出されたバッテリ50の電池温度Tbとバッテリ50の残容量(SOC)とに基づいて設定されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。また、タイマフラグFは、後述するようにタイマ79が時間計測をしているときに値1が設定され、タイマ79がリセットされたときに値0が設定され、本ルーチンを最初に実行するときには値0に設定されているものである。
When the drive control routine is executed, first, the
こうしてデータを入力すると、CPU72は、入力したタイマフラグFが値0か否かを判定し(ステップS110)、電圧VHが過電圧しきい値以上か否かを判定する(ステップS120)。ここで、過電圧しきい値は、車載機器に好ましくない影響を与える恐れがある電圧値として定められている。いま、電圧VHが過電圧しきい値を超えていない場合を考えると、タイマフラグFは値0に設定されているので、ステップS110で肯定判定され、続くステップS120で否定判定される。次に、インバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜26及び昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32のすべてをゲート許可するゲート許可指令をモータECU40に送信する(ステップS130)。これにより、モータECU40によるインバータ41,42や昇降圧コンバータ55のスイッチング制御が可能となる。なお、この駆動制御ルーチンが開始された当初に電圧VHが過電圧しきい値を超えていなければ、トランジスタがゲート遮断されることはないが、念のためすべてのトランジスタのゲート許可を送信することとした。
When the data is thus input, the
こうして、モータECU40へすべてのトランジスタのゲート許可を送信したあと、入力したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪63a,63bに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクTr*とエンジン22に要求される要求パワーPe*とを設定する(ステップS140)。要求トルクTr*は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTr*との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクTr*を導出して設定するものとした。図4に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーPe*は、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものとバッテリ50が要求する充放電要求パワーPb*とロスLossとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸32aの回転数Nrは、車速Vに換算係数kを乗じることによって求めたり、モータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで割ることによって求めることができる。
Thus, after transmitting the gate permission of all the transistors to the
続いて、設定した要求パワーPe*に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する(ステップS150)。この設定は、エンジン22を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーPe*とに基づいて行われる。エンジン22の動作ラインの一例と目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する様子を図5に示す。図示するように、目標回転数Ne*と目標トルクTe*は、動作ラインと要求パワーPe*(Ne*×Te*)が一定の曲線との交点により求めることができる。
Subsequently, the target rotational speed Ne * and the target torque Te * of the
次に、設定した目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2/Gr)と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(1)によりモータMG1の目標回転数Nm1*を計算すると共に計算した目標回転数Nm1*と現在の回転数Nm1とに基づいて式(2)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を計算する(ステップS160)。ここで、式(1)は、動力分配統合機構30の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図6に示す。図中、左のS軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤ31の回転数を示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるキャリア34の回転数を示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで除したリングギヤ32の回転数Nrを示す。式(1)は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、R軸上の2つの太線矢印は、モータMG1から出力されたトルクTm1がリングギヤ軸32aに作用するトルクと、モータMG2から出力されるトルクTm2が減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。また、式(2)は、モータMG1を目標回転数Nm1*で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式(2)中、右辺第2項の「k1」は比例項のゲインであり、右辺第3項の「k2」は積分項のゲインである。
Next, using the set target rotational speed Ne *, the rotational speed Nr (Nm2 / Gr) of the ring gear shaft 32a, and the gear ratio ρ of the power distribution and
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
Nm1 * = Ne * ・ (1 + ρ) / ρ-Nm2 / (Gr ・ ρ) (1)
Tm1 * = previous Tm1 * + k1 (Nm1 * -Nm1) + k2∫ (Nm1 * -Nm1) dt (2)
こうしてモータMG1の目標回転数Nm1*とトルク指令Tm1*とを計算すると、バッテリ50の入出力制限Win,Woutと計算したモータMG1のトルク指令Tm1*に現在のモータMG1の回転数Nm1を乗じて得られるモータMG1の消費電力(発電電力)との偏差をモータMG2の回転数Nm2で割ることによりモータMG2から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Tmin,Tmaxを次式(3)および式(4)により計算すると共に(ステップS170)、要求トルクTr*とトルク指令Tm1*と動力分配統合機構30のギヤ比ρを用いてモータMG2から出力すべきトルクとしての仮モータトルクTm2tmpを式(5)により計算し(ステップS180)、計算したトルク制限Tmin,Tmaxで仮モータトルクTm2tmpを制限した値としてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS190)。このようにモータMG2のトルク指令Tm2*を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力する要求トルクTr*を、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式(5)は、前述した図6の共線図から容易に導き出すことができる。
When the target rotational speed Nm1 * and the torque command Tm1 * of the motor MG1 are thus calculated, the input / output limits Win and Wout of the
Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (5)
Tmin = (Win-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (3)
Tmax = (Wout-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (4)
Tm2tmp = (Tr * + Tm1 * / ρ) / Gr (5)
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定すると、目標回転数Ne*や目標トルクTe*についてはエンジンECU24に、トルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40に送信し(ステップS200)、本ルーチンを終了する。目標回転数Ne*や目標トルクTe*を受信したエンジンECU24は、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによる運転ポイントで運転されるよう燃料噴射制御や点火制御,吸入空気量制御などを実行する。また、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようインバータ41,42や昇降圧コンバータ55のスイッチング制御を行なう。これにより、モータMG1,MG2からトルク指令Tm1*,Tm2*に見合う動力が出力されると共に、エンジン22とモータMG1,MG2とから要求トルクTr*に見合う動力が出力されることになる。
When the target rotational speed Ne * and target torque Te * of the
次に、VH電圧センサの検出した電圧VHが初めて過電圧しきい値以上となったときを考えると、ステップS110で肯定判定され、続くステップS120で肯定判定される。ここで、電圧VHは、例えば、モータMG1が回生運転しているときに上アームがオフ故障すると、昇降圧コンバータ55のスイッチング制御により高電圧の電力を降圧してバッテリ50へ供給することができず、行き場のない回生電力がコンデンサ57に蓄電され続けて過電圧しきい値以上となる。そして、CPU72は、タイマ79による時間計測を開始すると共にタイマフラグFにタイマ79が時間計測をしていることを示す値1を設定し、過電圧履歴カウンタ値(以下、カウンタ値)を1つインクリメントする(ステップS210)。ここで、カウンタ値は、最初に電圧VHが過電圧しきい値を超えたときや、電圧VHが過電圧しきい値を超えた後に後述のゲート許可電圧しきい値を下回り再び過電圧しきい値を超えたときに1つずつインクリメントされるカウントアップ式のカウンタであり、初期値は値0に設定され、イグニッションスイッチ80をオフすることにより値0にリセットされる。
Next, considering that the voltage VH detected by the VH voltage sensor has exceeded the overvoltage threshold for the first time, an affirmative determination is made in step S110, and an affirmative determination is made in subsequent step S120. Here, for example, when the motor MG1 is in a regenerative operation, the voltage VH can be supplied to the
続いて、CPU72は、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*に値0を設定して、このトルク指令とインバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜26及び昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32のすべてをゲート遮断するゲート遮断指令をモータECU40に送信すると共にエンジンECU24にエンジン22の自立運転指令を送信する(ステップS220)。自立運転指令を受信したエンジンECU24は、エンジン22が自立運転するように、すなわち、エンジン22が停止中であれば停止したまま、運転中であれば徐々にアイドル回転数になるようエンジン22における吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などの制御を行なう。ゲート遮断指令及びトルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2によりトルクが出力されないようインバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜26及び昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32のすべてをゲート遮断する。こうすることにより、コンデンサ57に蓄電された電力は、車載機器に好ましくない影響を与えることなくコンデンサ57に並列接続された図示しない抵抗により放電され、コンデンサ57の放電に伴って電圧VHは低下しゲート許可しきい値未満に回復する。
Subsequently, the
次に、タイマ79の計時値Tが所定時間未満か否かの判定を行う(ステップS230)。ここで、所定時間は、例えば5secとして定められている。ステップS220でゲート遮断した直後では、タイマ79の計時値Tは所定時間未満であるためステップS230で肯定判定され、電圧VHがゲート許可しきい値未満か否かの判定を行う(ステップS240)。ここで、ゲート許可しきい値は、車載機器が安全に駆動できる電圧として定められている。ゲート遮断した直後では、電圧VHがゲート許可電圧以上であるため、ステップS240で否定判定され、本ルーチンを終了する。
Next, it is determined whether or not the measured value T of the
再び本ルーチンが実行されたときは、タイマ79が時間計測をしているのでタイマフラグFには値1が設定されており、ステップS110で否定判定される。そして、タイマ79の計時値Tが所定時間(5sec)未満であれば、ステップS230で肯定判定され、電圧VHがゲート許可しきい値未満か否かの判定を行う(ステップS240)。このように、本ルーチンを繰り返し、タイマ79の計時値Tが所定時間未満のうちに電圧VHがゲート許可しきい値未満に下がれば、ステップS240で肯定判定され、タイマ79を値0にリセットすると共にタイマフラグFに値0を設定し(ステップS250)、カウンタ値が所定値(ここでは値2とする)以上か否かを判定する(ステップS260)。いま、電圧VHが初めて過電圧しきい値以上となったときを考えているからカウンタ値は値1であるので、ステップS260で否定判定され、インバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜26及び昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32のすべてをゲート許可するゲート許可指令をモータECU40に送信する(ステップS130)。その後は、上述のステップS140〜S200の処理を実行して、本ルーチンを終了する。すなわち、通常の走行が可能となる。
When this routine is executed again, since the
次に、カウンタ値が値1に設定されたまま再び電圧VHが過電圧しきい値を超えた場合を考える。この場合、タイマフラグFは値0なのでステップS110で肯定判定され、続くステップS120で肯定判定される。次に、カウンタ値を1つインクリメントするので(ステップS210)、カウンタ値は値2に設定される。その後、上述と同様の処理を繰り返すうちに、ステップS260でカウンタ値が所定値以上であると肯定判定される。この場合、所定期間(ここでは、いわゆる1トリップ、すなわちイグニッションスイッチ80がオンされてからオフされるまでの期間)内にカウンタ値が所定値(値2)以上となっているので、昇降圧コンバータ55の上アームのオフ故障により降圧動作に支障が生じているとみなし、このままでは過電圧により車載機器に好ましくない影響を与える恐れがあるとして退避走行に移行する。そして、インバータ42のトランジスタT21〜26のみをゲート許可するゲート許可指令をモータECU40に送信する(ステップS270)。続いて、エンジン22の目標回転数Ne*と要求パワーPe*とに値0を設定すると共にモータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定し(ステップS280)、モータMG2が回生運転しないようにモータMG2から出力してもよいトルクの下限としてのトルク制限Tminに値0を設定し、トルクの上限としてのトルク制限Tmaxを計算する(ステップS290)。そして、要求トルクTr*とトルク指令Tm1*(値0)と動力分配統合機構30のギヤ比ρを用いてモータMG2から出力すべきトルクとしての仮モータトルクTm2tmpを計算する(ステップS180)。このときのTr*は、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて図4に従って求めてもよいし、図4に示す要求トルクよりも小さなトルクが設定されている退避走行用のトルク設定マップから求めてもよい。次に、計算したトルク制限Tmin(値0),Tmaxで仮モータトルクTm2tmpを制限した値としてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS190)。こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定すると、目標回転数Ne*や目標トルクTe*についてはエンジンECU24に、トルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40に送信し(ステップS200)、本ルーチンを終了する。こうすることにより、昇降圧コンバータ55のスイッチング制御による電圧の昇降圧を行なうことはできないがバッテリ50の残容量(SOC)がダイオードD31を介してインバータ42へ供給され、モータMG2の動力で退避走行を行うことが可能になる。なお、このときコンデンサ57の残容量もインバータ42へ供給される。
Next, consider a case where the voltage VH again exceeds the overvoltage threshold while the counter value is set to the
一方、電圧VHがゲート許可しきい値未満に下がる前に、タイマ79の計時値Tが所定時間(5sec)以上となったときは、ステップS230で否定判定される。この場合、所定時間内に電圧VHがゲート許可しきい値未満に下がらないので、昇降圧コンバータ55に上アームのオフ故障以外の故障が生じているとみなし、このままでは過電圧により車載機器に好ましくない影響を与える恐れが大であるとしてレディオフに移行する。すなわち、エンジン22やモータMG1,MG2を駆動停止してシステムをオフするレディオフを実行して(ステップS300)、本ルーチンを終了する。これにより、その後のエンジン22やモータMG1,MG2の駆動による不都合(例えば、車載機器の破損)などを抑制することができる。
On the other hand, if the time value T of the
続いて、図7を参照しながら、図3の駆動時制御ルーチンが実行されたときのインバータ41,42及び昇降圧コンバータ55等の動作について説明する。図7に示すように、仮に時刻t0において電圧VHが過電圧しきい値を超えたときには、その時点でインバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜26及び昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32のすべてがゲート遮断される(ステップS220)。これにより、コンデンサ57に蓄電された電力は、コンデンサ57に並列接続された図示しない抵抗により放電される。そして、時刻t1においてコンデンサ57の放電に伴って電圧VHが低下してゲート許可しきい値未満になると、インバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜26及び昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32のすべてがゲート許可される(ステップS130)。次に、時刻t2において電圧VHが再び過電圧しきい値を超えたときには、インバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜26及び昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32のすべてが再びゲート遮断される(ステップS220)。これにより、コンデンサ57に蓄電された電力は、再び図示しない抵抗により放電される。そして、時刻t3においてコンデンサ57の放電に伴って電圧VHが低下しゲート許可しきい値未満になると、インバータ42のトランジスタT21〜26のみがゲート許可される(ステップS270)。
Next, the operations of the
以上説明したハイブリッド自動車20によれば、電圧VHが1トリップ内に過電圧しきい値を超えた回数が2回以上のときには、昇降圧コンバータ55の降圧動作に支障が生じているとみなして、モータMG1,MG2によるバッテリ50の充電を禁止した状態でバッテリ50の電力によりモータMG2が運転されるよう昇降圧コンバータ55とインバータ41,42とを制御する。これにより、過電圧が解消され、バッテリ50の電力によりモータMG2を駆動して自走可能となる。したがって、過電圧から車載機器を保護しつつ退避走行を確保することができる。
According to the
なお、実施例のハイブリッド自動車20では、電圧VHが2回目に過電圧しきい値を超えたときに退避走行するものとしているが、1回目に超えたときあるいは3回以上の複数回超えたたときに退避走行するものとしてもよい。その場合、過電圧履歴カウンタ値が所定値以上であるか否かを判断する際の所定値に1あるいは3以上の複数値を設定すればよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、1トリップを所定期間としたが、所定の走行時間や走行距離、日数等としてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、VH電圧センサ93により検出された電圧VHが過電圧しきい値を超えるか否かに基づいて昇降圧コンバータ55のモータMG1,MG2側の過電圧を判定しているが、図3のステップS120において検出された電圧VHを用いる代わりに以下のようにしてもよい。すなわち、モータMG1,MG2のいずれかが回生運転しておりかつバッテリ50の充電電流が値0であるときには、過電圧が発生すると予測してもよい。ここで、モータMG1,MG2の回生運転は、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2及びトルクTm1,Tm2とから判断し、バッテリ50の充電電流は、バッテリ50の電流センサからの充放電電流を入力して判断するものとしてもよい。また、このとき電圧VHがゲート許可電圧を超えていることを条件に加えてもよい。なお、モータMG1,MG2により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ50は充放電されないので、この場合は除くものとする。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2の動力を減速ギヤ35により変速してリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図8の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪63a,63bが接続された車軸)とは異なる車軸(図8における車輪64a,64bに接続された車軸)に接続するものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図9の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、エンジン22のクランクシャフト26に接続されたインナーロータ232と駆動輪63a,63bに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ234とを有し、エンジン22の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機230を備えるものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、シリーズ・パラレルハイブリッド式を採用したが、エンジンで発電機を駆動し発電した電力によってモータが車輪を駆動するシリーズハイブリッド式を採用してもよいし、エンジンとモータの双方で車輪を直接駆動するパラレルハイブリッド式を採用してもよい。
In the
実施例では、ハイブリッド自動車20に本発明を適用したが、電気機器と電力のやりとりを行なう電源装置を搭載する自動車、例えば電気自動車などに適用するとしてもよい。
In the embodiment, the present invention is applied to the
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータMG1が「発電機」に相当し、モータMG2が「電動機」に相当し、バッテリ50が「蓄電手段」に相当し、エンジン22が「内燃機関」に相当し、電圧VHが過電圧しきい値を超えたときには電圧VHがゲート許可電圧しきい値以下に回復するよう昇降圧コンバータ55とインバータ41,42とエンジン22とを制御する一方、電圧VHが1トリップ内に過電圧しきい値を超えた回数が2回未満のときには電圧VHがゲート許可電圧しきい値以下に回復したあとモータMG1,MG2とバッテリ50との間で電力がやり取りされるよう昇降圧コンバータ55とインバータ41,42とエンジン22とを制御し、モータMG1,MG2へ出力された電圧VHが1トリップ内に過電圧しきい値を超えた回数が2回以上のときにはモータMG1及びモータMG2によるバッテリ50の充電を禁止した状態でバッテリ50の放電を伴ってバッテリ50の電力によりモータMG2が運転されるよう昇降圧コンバータ55とインバータ41,42とエンジン22とを制御するハイブリッド用電子制御ユニット70、エンジンECU24およびモータECU40が「制御手段」に相当する。ここで、「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG1,MG2に限定されるものではなく、誘導電動機など、車軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池(例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池、ニッカド電池、鉛蓄電池など)としてのバッテリ50に限定されるものではなく、電気二重層キャパシタやハイブリッドキャパシタ、疑似容量キャパシタなど、電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「昇降圧コンバータ」としては、二つのゲート式のスイッチング素子(例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)Tr1,Tr2と、各スイッチング素子Tr1,Tr2に対して並列に電圧を保持するよう取り付けられた二つのダイオードD1,D2と、二つのスイッチング素子Tr1,Tr2の中間とバッテリ50の正極側に取り付けられたリアクトルLとを備えるものに限定されるものではなく、直流電源の電圧を昇圧して駆動機器に供給可能であると共に直流電源の電圧を昇圧せずに駆動機器に供給可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「内燃機関」としては、揮発性の燃料により動力を出力するものであれば如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット70とエンジンECU24とモータECU40からなる組み合わせに限定されるものではなく、単一の電子制御ユニットにより構成されるとしてもよいし、バッテリECU52などの他の電子制御ユニットを加えて構成されるとしてもよい。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
Here, the correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the motor MG1 corresponds to the “generator”, the motor MG2 corresponds to the “electric motor”, the
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 The best mode for carrying out the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be implemented in the form.
本発明は、自動車の製造業等に利用可能である。 The present invention can be used in the automobile manufacturing industry and the like.
20,120,220 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、35 減速ギヤ、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、54a 正極母線、54b 負極母線、55 昇降圧コンバータ、56 システムメインリレー、57,59 コンデンサ、60 ギヤ機構、62 デファレンシャルギヤ、63a,63b 駆動輪、64a,64b 車輪、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、78 フラッシュメモリ、79 タイマ、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、92 VL電圧センサ、93 VH電圧センサ、230 対ロータ電動機、232 インナーロータ、234 アウターロータ、MG1,MG2 モータ、T11〜T16,T21〜26,T31,T32 トランジスタ、D11〜D16,D21〜D26,D31,D32 ダイオード、L リアクトル。 20, 120, 220 Hybrid vehicle, 22 engine, 24 engine electronic control unit (engine ECU), 26 crankshaft, 28 damper, 30 power distribution integration mechanism, 31 sun gear, 32 ring gear, 32a ring gear shaft, 33 pinion gear, 34 carrier 35, reduction gear, 40 motor electronic control unit (motor ECU), 41, 42 inverter, 43, 44 rotational position detection sensor, 50 battery, 51 temperature sensor, 52 battery electronic control unit (battery ECU), 54 power line , 54a Positive bus, 54b Negative bus, 55 Buck-boost converter, 56 System main relay, 57, 59 Capacitor, 60 Gear mechanism, 62 Differential gear, 63a, 63b Drive wheel, 64a, 64b Wheel, 70 Hybrid electronic control unit, 72 CPU, 74 ROM, 76 RAM, 78 Flash memory, 79 Timer, 80 Ignition switch, 81 Shift lever, 82 Shift position sensor, 83 Accel pedal, 84 Accel pedal position sensor, 85 Brake Pedal, 86 Brake pedal position sensor, 88 Vehicle speed sensor, 92 VL voltage sensor, 93 VH voltage sensor, 230 Pair rotor motor, 232 Inner rotor, 234 Outer rotor, MG1, MG2 motor, T11-T16, T21-26, T31, T32 transistor, D11 to D16, D21 to D26, D31, D32 diode, L reactor.
Claims (6)
充放電を伴って前記電動機と電力をやり取り可能な低電圧系の蓄電手段と、
前記電動機と前記蓄電手段との間に設けられ、前記蓄電手段側の低電圧の電力を入力し高電圧の電力に昇圧して前記電動機側へ出力したり、前記電動機の回生運転により生じる高電圧の電力を入力し低電圧の電力に降圧して前記蓄電手段側に出力したりする昇降圧コンバータと、
前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定のしきい値を超えたときには該電圧が該しきい値以下に回復するよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御する一方、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数未満のときには該電圧が該しきい値以下に回復したあと前記電動機と前記蓄電手段との間で電力がやり取りされるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御し、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数以上のときには前記電動機による前記蓄電手段の充電を禁止した状態で前記蓄電手段の放電を伴って該蓄電手段の電力により前記電動機が運転されるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御する制御手段と、
を備える車両。 A high-voltage motor that can input and output power to the axle;
Low-voltage power storage means capable of exchanging electric power with the electric motor with charging and discharging;
A high voltage that is provided between the electric motor and the electric storage means, inputs low-voltage electric power on the electric storage means side, boosts the electric power to high-voltage electric power, outputs the electric power to the electric motor side, or is generated by regenerative operation of the electric motor A step-up / step-down converter that inputs the electric power of the current and lowers the electric power to a low-voltage electric power and outputs it to the power storage means side;
When the voltage on the motor side of the buck-boost converter exceeds a predetermined threshold value, the buck-boost converter and the motor are controlled so that the voltage recovers below the threshold value. When the number of times that the voltage on the motor side exceeds the threshold value within a predetermined period is less than a predetermined reference number, power is transferred between the motor and the power storage means after the voltage recovers below the threshold value. The step-up / down converter and the electric motor are controlled so as to be exchanged, and when the number of times that the voltage on the motor side of the step-up / down converter exceeds the threshold value within a predetermined period is greater than or equal to a predetermined reference number, the electric motor The step-up / step-down converter and the electric motor so that the electric motor is operated by the electric power of the electric storage means with the discharging of the electric storage means in a state where charging of the electric storage means is prohibited And control means for controlling,
A vehicle comprising:
前記制御手段は、前記電動機側へ出力された高電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数以上のときには、前記昇降圧コンバータの前記両スイッチング素子の電流の流れをオフにする、
請求項1に記載の車両。 The step-up / step-down converter is connected between a positive electrode terminal of the power storage means and the electric motor, and turns on and off a current flow from the electric motor to the positive electrode terminal, the first switching element and the positive electrode terminal A second switching element connected between the intermediate point between the intermediate point and the negative electrode terminal of the power storage means and turning on and off the current flow from the intermediate point to the negative electrode terminal; and connected between the intermediate point and the positive electrode terminal And a first diode connected in parallel with the first switching element and allowing only a current flow from the intermediate point to the electric motor, and connected in parallel with the second switching element and from the negative terminal A second diode that only allows current flow to the midpoint, and by adjusting the on-time of both switching elements at a predetermined period, Input the low voltage power on the power storage means side to boost the high voltage power and output it to the motor side, or input the high voltage power generated by the regenerative operation of the motor to step down to the low voltage power and Output to the storage means side,
When the number of times that the high voltage output to the electric motor side exceeds the threshold value within a predetermined period is equal to or greater than a predetermined reference number, the control means controls the current flow of the switching elements of the buck-boost converter. Turn off,
The vehicle according to claim 1.
前記昇降圧コンバータからみて前記電動機に並列接続されて前記昇降圧コンバータの前記電動機側の高電圧を平滑する平滑コンデンサを備え、
前記制御手段は、前記平滑コンデンサの端子間電圧を前記電動機側へ出力された高電圧として入力する、
車両。 The vehicle according to claim 1 or 2,
A smoothing capacitor that is connected in parallel to the electric motor as viewed from the step-up / down converter and smoothes the high voltage on the electric motor side of the step-up / down converter;
The control means inputs the inter-terminal voltage of the smoothing capacitor as a high voltage output to the motor side,
vehicle.
請求項1〜3のいずれかに記載の車両。 The electric motor receives power supply via an inverter circuit that converts DC power output from the buck-boost converter into AC power.
The vehicle according to any one of claims 1 to 3.
前記車軸に動力を入出力可能な内燃機関と、
前記蓄電手段からみて前記電動機と並列接続され、前記蓄電手段と電力のやり取りが可能であると共に前記内燃機関からの動力を用いて発電可能な高電圧系の発電機と、
を備え、
前記制御手段は、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定のしきい値を超えたときには該電圧が該しきい値以下に回復するよう前記昇降圧コンバータと前記電動機と前記発電機と前記内燃機関とを制御する一方、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数未満のときには該電圧が該しきい値以下に回復したあと前記電動機と前記蓄電手段との間で電力がやり取りされるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機と前記発電機と前記内燃機関とを制御し、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数以上のときには前記発電機及び前記電動機による前記蓄電手段の充電を禁止した状態で前記蓄電手段の放電を伴って該蓄電手段の電力により前記電動機が運転されるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機と前記発電機と前記内燃機関とを制御する、
車両。 The vehicle according to any one of claims 1 to 4,
An internal combustion engine capable of inputting and outputting power to the axle;
A high-voltage generator connected in parallel with the electric motor as viewed from the power storage means, capable of exchanging electric power with the power storage means, and capable of generating power using power from the internal combustion engine;
With
The control means includes the step-up / down converter, the electric motor, the generator, and the generator so that when the voltage on the electric motor side of the step-up / down converter exceeds a predetermined threshold, the voltage recovers below the threshold. While controlling the internal combustion engine, when the number of times that the voltage on the electric motor side of the step-up / down converter exceeds the threshold value within a predetermined period is less than a predetermined reference number, the voltage has recovered below the threshold value Further, the buck-boost converter, the motor, the generator, and the internal combustion engine are controlled so that electric power is exchanged between the motor and the power storage means, and the voltage on the motor side of the buck-boost converter is set for a predetermined period. When the number of times the threshold value is exceeded is equal to or greater than a predetermined reference number, charging of the power storage means with the generator and the electric motor is prohibited, accompanied by discharge of the power storage means. The controls the internal combustion engine and the generator and the step-up and step-down converter and the electric motor so that said by the power of the power storage unit motor is operated,
vehicle.
前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定のしきい値を超えたときには該電圧が該しきい値以下に回復するよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御する一方、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数未満のときには該電圧が該しきい値以下に回復したあと前記電動機と前記蓄電手段との間で電力がやり取りされるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御し、前記昇降圧コンバータの前記電動機側の電圧が所定期間内に前記しきい値を超えた回数が所定の基準回数以上のときには前記電動機による前記蓄電手段の充電を禁止した状態で前記蓄電手段の放電を伴って該蓄電手段の電力により前記電動機が運転されるよう前記昇降圧コンバータと前記電動機とを制御する、
車両の制御方法。 A high-voltage electric motor capable of inputting / outputting power to and from the axle, a low-voltage electric storage means capable of exchanging electric power with the electric motor with charge / discharge, and provided between the electric motor and the electric storage means, Input the low voltage power on the power storage means side to boost the high voltage power and output it to the motor side, or input the high voltage power generated by the regenerative operation of the motor to step down to the low voltage power and A control method for a vehicle comprising a step-up / step-down converter that outputs to the power storage means side,
When the voltage on the motor side of the buck-boost converter exceeds a predetermined threshold value, the buck-boost converter and the motor are controlled so that the voltage recovers below the threshold value. When the number of times that the voltage on the motor side exceeds the threshold value within a predetermined period is less than a predetermined reference number, power is transferred between the motor and the power storage means after the voltage recovers below the threshold value. The step-up / down converter and the electric motor are controlled so as to be exchanged. The step-up / step-down converter and the electric motor so that the electric motor is operated by the electric power of the electric storage means with the discharging of the electric storage means in a state where charging of the electric storage means is prohibited To control,
Vehicle control method.
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