JP2010241361A - 車両の制御装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータの保護を図りつつ電動走行モードで走行可能な機会が増加されたハイブリッド車両の制御装置および車両を提供する。
【解決手段】車両１００は、エンジン４と、エンジン４を始動させるためのモータジェネレータＭＧ１とを含む。車両の制御装置は、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためのスイッチング素子を含むインバータ１４と、スイッチング素子の温度に関連する温度に基づいてエンジン始動時のモータジェネレータＭＧ１の回転数を制限する制御を行なう制御装置３０とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の制御装置および車両に関し、特にエンジンとそのエンジンを始動させるための回転電機とを含む車両を制御する制御装置およびそれを搭載する車両に関する。

エンジンと電動機とを駆動源として併用するハイブリッド自動車が知られている。このようなハイブリッド自動車には、電動機を駆動するためのインバータが搭載されている。

特開２００６−２１１８８６号公報（特許文献１）には、要求トルクの発生を可能な限り実現しつつ、スイッチング素子の温度上昇を抑えたモータ制御装置および車両が開示されている。このモータ制御装置は、車速とモータに要求されるトルクとに応じてスイッチング周波数すなわちキャリア周波数を選択する。制御装置は、温度測定値が高くなると、それ以上インバータの温度が上昇しないようにインバータに対しトルク制限を行なう。このトルク制限の制限値は、温度およびインバータのキャリア周波数に応じて定められる。

特開２００６−２１１８８６号公報 特開２００４−３４００７６号公報

ハイブリッド自動車には、エンジンを停止させた状態で電動機のみを使用して車輪を駆動する電動モード（以下、ＥＶモードとも称する）で動作が可能なものもある。しかし、ＥＶモードで車両を動作させていても、電動機に電力を供給するバッテリの残存充電量（充電状態ＳＯＣ（State Of Charge））が低下したり、電動機だけでは要求トルクをまかなえなくなったりすると、エンジンを始動させる必要が生じる。すなわち、ＥＶモードでは、いつでもエンジンが始動できる必要がある。

エンジンの始動は、通常の自動車ではスタータモータ等が使用されるが、ハイブリッド自動車では、発電機とスタータモータの両方の機能を有するモータジェネレータを使用する場合がある。このモータジェネレータもインバータによって駆動される。

ＥＶモードで走行しているときに、インバータ内部のスイッチング素子の温度が上昇しておりインバータに対してトルク制限が実行されると、モータジェネレータがエンジンを始動させることができなくなってしまう。したがって、トルク制限とエンジンの始動の関係について十分に検討する必要がある。

特開２００６−２１１８８６号公報にはこのような点について開示されておらず、改善の余地がある。特に、外部充電可能なプラグインハイブリッド車両などでは、ＥＶモードでの走行機会を増やすことがエネルギー効率の向上に有効である。

この発明の目的は、インバータの保護を図りつつ電動走行モードで走行可能な機会が増加された車両の制御装置および車両を提供することである。

この発明は、要約すると、エンジンと、エンジンを始動させるための第１の回転電機とを含む車両の制御装置であって、第１の回転電機を駆動するためのスイッチング素子を含む駆動回路と、スイッチング素子の温度に関連する温度に基づいてエンジン始動時の第１の回転電機の回転数を制限する制御を行なう制御部とを備える。

好ましくは、車両は、車輪の回転軸を駆動するための第２の回転電機と、エンジン、第１の回転電機、第２の回転電機の各々の回転軸に接続された動力分割機構とをさらに含む。車両は、エンジンを停止させた状態で第２の回転電機を用いて走行する電動走行が可能に構成される。制御部は、電動走行の上限速度をスイッチング素子の温度に関連する温度に基づいて決定する。

より好ましくは、制御部は、車両が電動走行を行なっている場合に車両速度が上限速度を超えると第１の回転電機を用いてエンジンを始動させる。

好ましくは、車両は、インバータの冷却媒体の温度を検出する温度センサをさらに含む。制御部は、関連する温度としてその温度センサで検出した温度を使用する。

好ましくは、駆動回路は、スイッチング素子の温度を検出する温度センサをさらに含む。制御部は、関連する温度としてその温度センサで検出した温度を使用する。

この発明は、他の局面における車両の制御装置では、車両は、エンジンと、エンジンを始動させるための第１の回転電機と、車輪の回転軸を駆動するための第２の回転電機と、エンジン、第１の回転電機、第２の回転電機の各々の回転軸に接続された動力分割機構とを含み、車両は、エンジンを停止させた状態で第２の回転電機を用いて走行する電動走行が可能に構成される。制御装置は、第１の回転電機を駆動するためのスイッチング素子を含む駆動回路と、エンジン始動時の第１の回転電機の回転数の絶対値の上限を車両の前進時と後退時において略等しく制限する制御を行なう制御部とを備える。

好ましくは、制御部は、車両が電動走行を行なっている場合に車両速度の絶対値が回転数の上限に対応するしきい値を超えると第１の回転電機を用いてエンジンを始動させる。

この発明は、さらに他の局面では、上記いずれかの車両の制御装置を搭載する車両である。

本発明によれば、ハイブリッド自動車において、電動走行モードで走行可能な場合が増加し、燃費の向上が期待できる。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両１００のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。 図１における動力分割機構ＰＳＤの詳細を説明するための模式図である。 動力分割機構ＰＳＤの３つの回転軸の関係を示した共線図である。 図３に示した４状態での発電機回転数と発電機トルクとインバータのキャリア周波数の関係を示した図である。 実施の形態１において、インバータの素子温度を推定する構成例を示した図である。 実施の形態１において、制御装置３０が実行する制御を説明するためのフローチャートである。 図６のステップＳ２で参照されるクランキング時の発電機の回転数上限値を規定したマップの例を示す図である。 実施の形態２において、インバータの素子温度を得る構成例を示した図である。 実施の形態２において、制御装置３０が実行する制御を説明するためのフローチャートである。 図９のステップＳ２Ａで参照されるクランキング回転数上限値を規定したマップの例を示す図である。 実施の形態３においてエンジン始動の車速および発電機回転数を説明するための共線図である。

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返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両１００のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。

図１を参照して、車両１００は、電池ユニット４０と、制御装置３０と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構ＰＳＤと、図示しない車輪とを含む。

動力分割機構ＰＳＤは、後に図２を用いて説明するが、基本的には、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。

動力分割機構ＰＳＤの２つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１の各回転軸にそれぞれ接続され、他の１つの回転軸はモータジェネレータＭＧ２の回転軸に接続される。

モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤやディファレンシャルギヤによって車輪に結合されている。なお、モータジェネレータＭＧ２の回転を減速して動力分割機構ＰＳＤに伝達する減速機を設けてもよい。

電池ユニット４０は、バッテリＢと、バッテリＢの負極と負極線８との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３と、バッテリＢの正極と正極線６との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、バッテリＢの正極と正極線６との間に直列に接続される、システムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒとを含む。システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。

電池ユニット４０は、さらに、バッテリＢの端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０と、バッテリＢに流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。

バッテリＢとしては、ニッケル水素、リチウムイオン等の二次電池や燃料電池などを用いることができる。また、バッテリＢに代わる蓄電装置として電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いることもできる。

車両１００は、さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニットとして、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられるインバータ１４，２２と、インバータ１４，２２に共通して設けられる昇圧コンバータ１２とを含む。

昇圧コンバータ１２は、正極線６と負極線８と間の電圧を昇圧してバスラインＰＢ，ＮＢ間に出力する。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力する。

昇圧コンバータ１２は、一方端が正極線６に接続されるリアクトルＬ１と、昇圧後の電圧ＶＨを出力する昇圧コンバータ１２の出力バスラインＰＢ，ＮＢ間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２と、出力バスラインＰＢ，ＮＢ間に接続される平滑用コンデンサＣ２とを含む。平滑用コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

インバータ１４は、モータジェネレータＭＧ１に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジンを始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。

また、インバータ１４は、エンジンのクランクシャフトから伝達される回転トルクによってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７は、昇圧コンバータ１２の出力バスラインＰＢ，ＮＢ間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、バスラインＰＢ，ＮＢ間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、バスラインＰＢ，ＮＢ間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、バスラインＰＢ，ＮＢ間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルの各一方端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの各々の他方端は中性点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの一方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの一方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの一方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ２５は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

インバータ２２は、昇圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続される。インバータ２２は車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。

インバータ２２の内部の構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。

ここで、トルク指令値ＴＲ１，モータ回転数ＭＲＮ１およびモータ電流値ＭＣＲＴ１はモータジェネレータＭＧ１に関するものであり、トルク指令値ＴＲ２，モータ回転数ＭＲＮ２およびモータ電流値ＭＣＲＴ２はモータジェネレータＭＧ２に関するものである。

また、電圧ＶＢはバッテリＢの電圧であり、電流ＩＢは、バッテリＢに流れる電流である。電圧ＶＬは昇圧コンバータ１２の昇圧前電圧であり、電圧ＶＨは昇圧コンバータ１２の昇圧後電圧である。

制御装置３０は、さらに、エンジン４の回転数ＮＥおよびインバータ冷却水温度ＴＷまたはインバータ素子温度ＴＩＮＶを受ける。

そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

図２は、図１における動力分割機構ＰＳＤの詳細を説明するための模式図である。
図２を参照して、この車両駆動装置は、モータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に接続された車軸と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１と、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２との間で動力分配を行なう動力分割機構ＰＳＤとを備える。エンジン４は、クランクシャフト５０を有する。

モータジェネレータＭＧ１は、回転磁界を形成するステータ３１と、ステータ３１内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれているロータ３２とを含む。ステータ３１は、ステータコア３３と、ステータコア３３に巻回される三相コイル３４とを含む。ロータ３２は、動力分割機構ＰＳＤのサンギヤ５１と一体的に回転するサンギヤ軸に結合されている。ステータコア３３は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。

モータジェネレータＭＧ１は、ロータ３２に埋め込まれた永久磁石による磁界と三相コイル３４によって形成される磁界との相互作用によりロータ３２を回転駆動する電動機として動作する。またモータジェネレータＭＧ１は、永久磁石による磁界とロータ３２の回転との相互作用により三相コイル３４の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。

モータジェネレータＭＧ２は、回転磁界を形成するステータ３６と、ステータ３１内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれたロータ３７とを含む。ステータ３６は、ステータコア３８と、ステータコア３８に巻回される三相コイル３９とを含む。

ロータ３７は、動力分割機構ＰＳＤのリングギヤ５２と一体的に回転するリングギヤケースに結合されている。ステータコア３８は、たとえば電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。

モータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界とロータ３７の回転との相互作用により三相コイル３９の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。またモータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界と三相コイル３９によって形成される磁界との相互作用によりロータ３７を回転駆動する電動機として動作する。

エンジン４のクランクシャフト５０とモータジェネレータＭＧ１のロータ３２とモータジェネレータＭＧ２のロータ３７とは同じ軸を中心に回転する。

動力分割機構ＰＳＤは、図２に示す例ではプラネタリギヤであり、クランクシャフト５０に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合されたサンギヤ５１と、クランクシャフト５０と同軸上を回転可能に支持されているリングギヤ５２と、サンギヤ５１とリングギヤ５２との間に配置され、サンギヤ５１の外周を自転しながら公転する複数のピニオンギヤ５３と、クランクシャフト５０の端部に結合され各ピニオンギヤ５３の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ５４とを含む。

動力分割機構ＰＳＤは、サンギヤ５１に結合されたサンギヤ軸と、リングギヤ５２に結合されたリングギヤケースと、プラネタリキャリヤ５４に結合されたクランクシャフト５０との３軸が動力の入出力軸とされる。そしてこの３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残りの１軸に入出力される動力は他の２軸へ入出力される動力に基づいて強制的に定まる。

動力の取出用のカウンタドライブギヤ７０がリングギヤケースの外側に設けられ、リングギヤ５２と一体的に回転する。カウンタドライブギヤ７０は、動力伝達減速ギヤＲＧに接続されている。そしてカウンタドライブギヤ７０と動力伝達減速ギヤＲＧとの間で動力の伝達がなされる。動力伝達減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦを駆動し、ディファレンシャルギヤＤＥＦの回転に従って図示しない車輪が回転する。また、下り坂等では車輪の回転がディファレンシャルギヤＤＥＦに伝達され、動力伝達減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦによって駆動される。

図３は、動力分割機構ＰＳＤの３つの回転軸の関係を示した共線図である。
図３では、車速ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤにおいてＥＶ走行モードで走行中の状態でエンジンを始動させたときの発電機（モータジェネレータＭＧ１）の回転数の変化が示されている。車速ＶＡ，ＶＢは前進時の車速であり、正の値をとる。車速ＶＣ，ＶＤは後退時の車速であり、負の値をとる。

すなわち、車速ＶＡにおいてエンジンを始動させるには、エンジン回転数ＮＥを零からクランキング回転数ＮＥｃまで増加させる必要がある。したがって、このときにはモータジェネレータＭＧ１の回転数がＮ１からＮ１Ａに変化するように、制御装置３０は制御を実行する。

また、車速ＶＢにおいてエンジンを始動させる場合も、エンジン回転数ＮＥを零からクランキング回転数ＮＥｃまで増加させる必要がある。したがって、このときにはモータジェネレータＭＧ１の回転数がＮ２からＮ２Ａに変化するように、制御装置３０は制御を実行する。

また、車速ＶＣにおいてエンジンを始動させる場合も、エンジン回転数ＮＥを零からクランキング回転数ＮＥｃまで増加させる必要がある。したがって、このときにはモータジェネレータＭＧ１の回転数がＮ３からＮ３Ａに変化するように、制御装置３０は制御を実行する。

また、車速ＶＤにおいてエンジンを始動させる場合も、エンジン回転数ＮＥを零からクランキング回転数ＮＥｃまで増加させる必要がある。したがって、このときにはモータジェネレータＭＧ１の回転数がＮ４からＮ４Ａに変化するように、制御装置３０は制御を実行する。

図４は、図３に示した４状態での発電機回転数と発電機トルクとインバータのキャリア周波数の関係を示した図である。

図３、図４を参照して、インバータのスイッチング素子温度が低い通常状態であれば、素子が多少発熱しても問題ないので、高いキャリア周波数を使用してもよい。このときは、図３の車速ＶＡの発電機回転数Ｎ１→Ｎ１Ａ（図４の軌跡Ｃ１）のエンジン始動や、図３の車速ＶＤの発電機回転数Ｎ４→Ｎ４Ａ（図４の軌跡Ｃ４）のエンジン始動が可能である。したがって、前進時には速度ＶＡまで、後退時には速度ＶＤまでのＥＶ走行が可能となる。

一方、インバータのスイッチング素子温度が高い状態であれば、素子の発熱が多すぎると素子が故障する可能性があるので、発熱の高いキャリア周波数は使用することができない。このためエンジン始動は低いキャリア周波数を用いて行なう必要がある。このときは、図３の車速ＶＡの発電機回転数Ｎ１→Ｎ１Ａ（図４の軌跡Ｃ１）のエンジン始動や、図３の車速ＶＤの発電機回転数Ｎ４→Ｎ４Ａ（図４の軌跡Ｃ４）のエンジン始動は不可能である。そして、図３の車速ＶＢの発電機回転数Ｎ２→Ｎ２Ａ（図４の軌跡Ｃ２）のエンジン始動や、図３の車速ＶＣの発電機回転数Ｎ３→Ｎ３Ａ（図４の軌跡Ｃ３）のエンジン始動は可能である。したがって、前進時には速度ＶＢまで、後退時には速度ＶＣまでしか、ＥＶ走行を行なうことはできない。

車両のエネルギー効率を向上させるには、できるだけＥＶ走行を行なう領域を広くとることが望ましい。したがって、インバータの素子温度が高く素子の温度の上昇が問題となる場合には、ＥＶ走行の上限速度は車速ＶＢまでに制限する。しかし、インバータの素子温度が低く素子の温度の上昇がさほど問題にならない場合には、ＥＶ走行の上限速度を車速ＶＡまで拡張し、ＥＶ走行可能な領域を増やす。これにより、車両のエネルギー効率を向上させることができる。とくに、プラグイン充電可能な車両の場合には、ＥＶ走行領域を拡張することは外部から充電しておいた電力を消費する機会が増え、ガソリン等の燃料の消費を抑制し、エネルギー効率の向上の効果が大きい。

図５は、実施の形態１において、インバータの素子温度を推定する構成例を示した図である。

図５を参照して、インバータ１４を冷却するラジエータとラジエータとインバータに冷却水を循環させるポンプ１０４とが車両には設けられている。インバータ１４は、冷却水で冷却され冷却水はインバータからの熱によって温度が上昇する。熱せられた冷却水はポンプ１０４によってラジエータ１０６に送られる。レジスタに送られた冷却水は空気に熱を放熱し、冷えた冷却水はインバータ１４に導入される。

インバータ１４の出口には、インバータの素子を冷却して熱せられた冷却水の温度を測定する温度センサ１０２が設けられている。温度センサ１０２は測定した温度ＴＷを制御装置３０に出力する。

図６は、実施の形態１において、制御装置３０が実行する制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに車両の走行制御のメインルーチンから呼び出され実行される。

図１、図６を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ１において、制御装置３０は、図５の温度センサ１０２を用いてインバータ冷却水温ＴＷを計測する。

続いて制御装置３０は、ステップＳ２において予め記憶されていたマップからクランキング時の発電機（図１のモータジェネレータＭＧ１）の回転数上限値ＮＧＣＲＮＫを取得する。

図７は、図６のステップＳ２で参照されるクランキング時の発電機の回転数上限値を規定したマップの例を示す図である。図７の縦軸にはクランキング時の発電機の回転数上限値ＮＧＣＲＮＫ（ｒｐｍ）が示され、横軸にはインバータ冷却水温ＴＷ（℃）が示されている。

図７を参照して、インバータ冷却水温ＴＷが温度ＴＷ０より小さな領域では、発電機の回転数上限値ＮＧＣＲＮＫは回転数ＮＣＨに設定され、温度ＴＷがＴＷ０よりも大きい領域では回転数ＮＣＨよりも低い回転数ＮＣＬに設定されている。このマップに規定された回転数上限値ＮＧＣＲＮＫよりも発電機回転数の絶対値が大きい領域では、エンジンが始動されてＨＶ走行が行なわれる。

すなわち温度がＴＷ０より小さい領域では、図３の車速が０からＶＡまでの領域では発電機回転数ＭＲＮ１が図７の回転数ＮＣＨを超えないのでＥＶ走行が可能である。そして車速ＶＡに到達すると発電機回転数ＭＲＮ１が回転数ＮＣＨを超えるＮ１となりエンジンの始動が実行される。

同様に、冷却水温度ＴＷがＴＷ０を超える領域においては、車速が車速ＶＢまでは車両のＥＶ走行が行なわれ、車速が車速ＶＢに到達すると発電機回転数ＭＲＮ１が上限回転数ＮＣＬを超える値Ｎ２となるのでエンジンの始動が実行される。

再び図６を参照して、ステップＳ２においてマップから回転数上限値ＮＧＣＲＮＫを取得した後に、ステップＳ３において制御装置３０は発電機（モータジェネレータＭＧ１）の回転数ＭＲＮ１を回転数センサ（レゾルバなど）で計測する。そしてステップＳ４において発電機回転数ＭＲＮ１が回転数上限値ＮＧＣＲＮＫより大きいか否かが判断される。

ステップＳ４においてＭＲＮ１＞ＮＧＣＲＮＫが成立した場合には、ステップＳ５においてクランキング（モータジェネレータＭＧ１によってエンジンを回転させて始動させること）が実行される。これにより車両はＥＶ走行からＨＶ走行に動作モードが変化する。

一方ステップＳ４においてＭＲＮ１＞ＮＧＣＲＮＫが成立していない場合にはステップＳ５のクランキングは実行されずステップＳ６に処理が進む。この場合は車両がＥＶ走行をしていた場合には制御モードはＥＶ走行モードに維持される。ステップＳ６においては制御はメインルーチンに移される。

このようにインバータの素子温度に関連する冷却水温の変化に応じてエンジンを始動する発電機（モータジェネレータＭＧ１）の回転数を変更する。これにより温度が低い場合にはＥＶ走行領域が拡大され、車両のエネルギー効率が向上する。

なお、実施の形態１では、インバータの冷却媒体が冷却水である場合を例示したが、これに限定されなくてもよい。たとえば、空冷である場合には冷却水温度に代えて空気の温度を検出するようにしてもよい。

［実施の形態２］
実施の形態１では、インバータを冷却する冷却水温度に対してクランキング時の発電機回転数上限値を変更した。実施の形態２においては、インバータユニットからＩＧＢＴ素子などのスイッチング素子の温度についての情報を直接得られる場合についてインバータ素子温度を冷却水温度の代わりに用いる。

図８は、実施の形態２において、インバータの素子温度を得る構成例を示した図である。図８では、インバータ１４がスイッチング素子温度に関連する情報を出力する回路構成の一例が示されている。

図１、図８を参照して、いずれのＩＧＢＴ素子でもよいがこの例では、ＩＧＢＴ素子Ｑ３付近に温度検出用ダイオード２０４がたとえば同一チップ２０２内に設けられている例が示される。温度検出用ダイオード２０４の順方向電圧は、チップ２０２の温度に応じて変化する。電源ノードと接地ノードとの間に温度検出用ダイオード２０４と電流源２０６とが直列に接続される。そして温度検出用ダイオード２０４の順方向電圧が電圧計２０８によって検知されこれに基づいてインバータ素子温度ＴＩＮＶが求められる。

図９は、実施の形態２において、制御装置３０が実行する制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに車両の走行制御のメインルーチンから呼び出され実行される。

図１、図９を参照して、制御装置３０は、ステップＳ１Ａにおいてインバータ素子温度ＴＩＮＶの計測を行なう。インバータ素子温度ＴＩＮＶの計測は、たとえば図８で説明した回路構成を使用することができる。

ステップＳ１Ａにおけるインバータ素子温度の計測が終了すると、続いてステップＳ２Ａにおいてマップからクランキング時の発電機回転数上限値ＮＧＣＲＮＫの取得が行なわれる。

図１０は、図９のステップＳ２Ａで参照されるクランキング回転数上限値を規定したマップの例を示す図である。

図１０の縦軸にはクランキング時の発電機の回転数上限値ＮＧＣＲＮＫ（ｒｐｍ）が示され、横軸にはインバータ素子温度ＴＩＮＶ（℃）が示されている。インバータ素子温度ＴＩＮＶが所定値ＴＩＮＶ０より小である場合には、回転数上限値ＮＧＣＲＮＫは回転数ＮＣＨに設定される。インバータ素子温度ＴＩＮＶが所定値ＴＩＮＶ０より高くなった場合には回転数上限値ＮＧＣＲＮＫは回転数ＮＣＨよりも低い回転数ＮＣＬに設定される。

再び図９を参照して、ステップＳ２Ａの処理が完了すると、その後はステップＳ３〜Ｓ６の処理が実行される。ステップＳ３〜Ｓ６の処理については、図６で説明した場合と同様な処理が行なわれるので、ここでは説明を繰返さない。

実施の形態２では、インバータの素子温度ＴＩＮＶの変化に応じてエンジンを始動する発電機（モータジェネレータＭＧ１）の回転数を変更する。これにより実施の形態１と同様に、温度が低い場合にはＥＶ走行領域が拡大され、車両のエネルギー効率が向上する。

［実施の形態３］
実施の形態３では、前進時と後進時でエンジンを始動する際の発電機回転数ＭＲＮ１の絶対値を同じにすることを提案する。

図１１は、実施の形態３においてエンジン始動の車速および発電機回転数を説明するための共線図である。

図１１を参照して、回転数Ｎ１の絶対値と回転数Ｎ４Ａの絶対値とを等しくなるようにエンジン始動時の発電機回転数上限値を設定する。エンジン始動中の発電機トルクがエンジン始動直前の発電機トルクよりも大きいためこのように設定する。これによりインバータ素子の耐熱温度を最小限に設定できる。もし、前進時と後退時でエンジン始動時の発電機回転数上限値が異なれば、素子の耐熱温度を高い方の回転数のエンジン始動に合せて設計しなければいけないので、無駄が多くなる。

実施の形態３によれば、前進時と後退時において、モータジェネレータＭＧ１のインバータの耐熱性能とＥＶ走行領域がバランスよくなる。したがって、インバータの耐熱性能を最大限に生かしつつＥＶ走行をさせることが可能となる。

最後に、再び図１等を参照して上記の実施の形態について総括する。車両１００は、エンジン４と、エンジン４を始動させるためのモータジェネレータＭＧ１とを含む。車両の制御装置は、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためのスイッチング素子を含むインバータ１４と、スイッチング素子の温度に関連する温度に基づいてエンジン始動時のモータジェネレータＭＧ１の回転数を制限する制御を行なう制御部（制御装置３０）とを備える。

好ましくは、車両１００は、車輪の回転軸を駆動するモータジェネレータＭＧ２と、エンジン４、モータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２の各々の回転軸に接続された動力分割機構ＰＳＤとをさらに含む。車両１００は、エンジン４を停止させた状態でモータジェネレータＭＧ２を用いて走行する電動走行が可能に構成される。制御部（制御装置３０）は、電動走行の上限速度をスイッチング素子の温度に関連する温度に基づいて決定する。

より好ましくは、制御部（制御装置３０）は、車両１００が電動走行を行なっている場合に車両速度が上限速度を超えるとモータジェネレータＭＧ１を用いてエンジン４を始動させる。

好ましくは、図５に示すように、車両１００は、インバータ１４の冷却媒体の温度を検出する温度センサ１０２をさらに含む。制御部（制御装置３０）は、関連する温度としてその温度センサ１０２で検出した温度を使用する。

好ましくは、図８に示すように、インバータ１４は、スイッチング素子の温度を検出する温度センサとして働く温度検出用ダイオード２０４をさらに含む。制御部（制御装置３０）は、関連する温度としてその温度検出用ダイオード２０４で検出した温度を使用する。

この発明の他の局面では、車両１００は、エンジン４と、エンジン４を始動させるためのモータジェネレータＭＧ１と、車輪の回転軸を駆動するモータジェネレータＭＧ２と、エンジン４、モータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２の各々の回転軸に接続された動力分割機構ＰＳＤとを含む。車両１００は、エンジン４を停止させた状態でモータジェネレータＭＧ２を用いて走行する電動走行が可能に構成される。車両の制御装置は、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためのスイッチング素子を含むインバータ１４と、エンジン始動時のモータジェネレータＭＧ１の回転数の絶対値の上限を車両の前進時と後退時において図１１に示すように略等しく制限する制御を行なう制御部（制御装置３０）とを備える。

好ましくは、制御部（制御装置３０）は、車両１００が電動走行を行なっている場合に車両速度の絶対値が回転数の上限に対応するしきい値を超えるとモータジェネレータＭＧ１を用いてエンジンを始動させる。

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。

４ エンジン、６ 正極線、８ 負極線、１０ 電圧センサ、１１，２４，２５ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、３０ 制御装置、３１，３６ ステータ、３２，３７ ロータ、３３，３８ ステータコア、３４，３９ 三相コイル、４０ 電池ユニット、５０ クランクシャフト、５１ サンギヤ、５２ リングギヤ、５３ ピニオンギヤ、５４ プラネタリキャリヤ、７０ カウンタドライブギヤ、１００ 車両、１０２ 温度センサ、１０４ ポンプ、１０６ ラジエータ、２０２ チップ、２０４ 温度検出用ダイオード、２０６ 電流源、２０８ 電圧計、Ｂ バッテリ、Ｃ２ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＤＥＦ ディファレンシャルギヤ、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＢ，ＮＢ バスライン、ＰＳＤ 動力分割機構、Ｑ１，Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｒ 制限抵抗、ＲＧ 動力伝達減速ギヤ、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２，ＳＭＲ３ システムメインリレー。

Claims (8)

1. エンジンと、前記エンジンを始動させるための第１の回転電機とを含む車両の制御装置であって、
   前記第１の回転電機を駆動するためのスイッチング素子を含む駆動回路と、
   前記スイッチング素子の温度に関連する温度に基づいて前記エンジン始動時の前記第１の回転電機の回転数を制限する制御を行なう制御部とを備える、車両の制御装置。
2. 前記車両は、
   車輪の回転軸を駆動するための第２の回転電機と、
   前記エンジン、前記第１の回転電機、前記第２の回転電機の各々の回転軸に接続された動力分割機構とをさらに含み、
   前記車両は、前記エンジンを停止させた状態で前記第２の回転電機を用いて走行する電動走行が可能に構成され、
   前記制御部は、前記電動走行の上限速度を前記スイッチング素子の温度に関連する温度に基づいて決定する、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記制御部は、前記車両が前記電動走行を行なっている場合に車両速度が前記上限速度を超えると前記第１の回転電機を用いて前記エンジンを始動させる、請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記車両は、前記インバータの冷却媒体の温度を検出する温度センサをさらに含み、
   前記制御部は、前記関連する温度として前記温度センサで検出した温度を使用する、請求項１に記載の車両の制御装置。
5. 前記駆動回路は、前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサをさらに含み、
   前記制御部は、前記関連する温度として前記温度センサで検出した温度を使用する、請求項１に記載の車両の制御装置。
6. 車両の制御装置であって、
   前記車両は、
   エンジンと、
   前記エンジンを始動させるための第１の回転電機と、
   車輪の回転軸を駆動するための第２の回転電機と、
   前記エンジン、前記第１の回転電機、前記第２の回転電機の各々の回転軸に接続された動力分割機構とを含み、
   前記車両は、前記エンジンを停止させた状態で前記第２の回転電機を用いて走行する電動走行が可能に構成され、
   前記制御装置は、
   前記第１の回転電機を駆動するためのスイッチング素子を含む駆動回路と、
   前記エンジン始動時の前記第１の回転電機の回転数の絶対値の上限を前記車両の前進時と後退時において略等しく制限する制御を行なう制御部とを備える、車両の制御装置。
7. 前記制御部は、前記車両が前記電動走行を行なっている場合に車両速度の絶対値が前記回転数の上限に対応するしきい値を超えると前記第１の回転電機を用いて前記エンジンを始動させる、請求項６に記載の車両の制御装置。
8. 請求項１〜７に記載の車両の制御装置を搭載する車両。

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