JP5758778B2 - 車両および車両の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両に関し、特に、エンジンおよびモータの少なくともいずれかの動力を用いて走行する車両に関する。

近年、エンジンおよびモータの少なくともいずれかの動力を用いて走行するハイブリッド車両が広く普及しつつある。ハイブリッド車両のなかには、モータとは別に、エンジンの動力で発電するジェネレータを備えるものがある。

特開２００７−１９６７３３号公報（特許文献１）には、エンジン、モータ、ジェネレータを備えるハイブリッド車両において、モータを駆動するための電力を蓄えるバッテリの故障時に、バッテリをモータおよびジェネレータを含む電気システムから切離し、エンジンの動力を用いてジェネレータが発電した電力でモータを駆動させて車両を走行させる制御（以下、「バッテリレス走行制御」ともいう）を行なう技術が開示されている。

特開２００７−１９６７３３号公報 特開２００８−７２８６８号公報 特開２００９−４５９４６号公報 特開２００８−２７９９７８号公報

ところで、ハイブリッド車両には、モータを駆動するためのインバータが搭載される。インバータの制御方式の主なものとしては、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下「ＰＷＭ」ともいう）制御方式と、矩形波電圧制御（以下、単に「矩形制御」ともいう）方式とがある。矩形制御は、ＰＷＭ制御に比べて、電圧変換の変調率（入力電圧に対する出力電圧の割合に相当する値）が大きくモータ出力を高めることができる一方、制御精度（制御応答性）が劣りインバータ出力電圧が不安定となる傾向にある。そのため、一般的に、矩形制御は高車速領域に限って用いられ、通常はＰＷＭ制御が用いられる。

一方、バッテリレス走行制御時には、バッテリを電力バッファとして用いることができず、モータとジェネレータとの電力収支バランスを正確にとる必要がある。ところが、バッテリレス走行制御中に高車速領域となると、インバータの制御方式がＰＷＭ制御から制御精度の劣る矩形制御に移行されてしまう。これにより、急な要求駆動力の変化が生じた時に電力収支のバランスが崩れ、モータに印加される電圧（インバータ出力電圧）が不安定となってしまうおそれがある。

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、バッテリレス走行制御中にモータに印加される電圧が不安定となることを抑制することである。

この発明に係る車両は、エンジンおよびモータの少なくともいずれかの動力を用いて駆動輪に連結された出力軸を回転させて走行する車両であって、エンジンの動力を用いて発電するジェネレータと、モータとジェネレータとを電気的に結ぶ一対の電力線に接続可能に構成されたバッテリと、モータおよびジェネレータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、車速がしきい値未満である場合はパルス幅変調制御でモータを駆動し、車速がしきい値を超える場合はパルス幅変調制御よりも出力は向上するが制御性は劣る矩形制御でモータを駆動する。制御装置は、バッテリの異常時に、バッテリを一対の電力線から切り離し、ジェネレータが発電した電力でモータを駆動させるバッテリレス走行制御を行なう。制御装置は、バッテリレス走行制御を行なう際、車速がしきい値に対応する基準値を超える場合には、車速が基準値未満である場合よりも一対の電力線間の電圧が高くなるようにジェネレータおよびモータを制御する。

好ましくは、車両は、一対の電力線とジェネレータとの間に設けられジェネレータを駆動する第１インバータと、一対の電力線とモータとの間に設けられモータを駆動する第２インバータとを含む電力変換器をさらに備える。制御装置は、一対の電力線間の実電圧が目標電圧になるように電力変換器を制御する。制御装置は、バッテリレス走行制御を行なう際、車速が基準値を超える場合には、車速が基準値未満である場合よりも目標電圧を高い値に設定する。

好ましくは、車両は、モータと出力軸との間に設けられた変速機をさらに備える。制御装置は、変速機の変速比に応じて基準値を変更する。

好ましくは、変速機は、低速段と低速段よりも変速比の小さい高速段とのいずれかを形成する。制御装置は、高速段の形成時は低速段の形成時よりもしきい値および基準値を大きくする。

好ましくは、車両は、モータに連結されるリングギヤと、ジェネレータに連結されるサンギヤと、サンギヤおよびリングギヤと係合するピニオンギヤと、エンジンに連結されピニオンギヤを自転可能に支持するキャリアとを含む遊星歯車装置をさらに備える。

この発明の別の局面に係る車両の制御方法は、エンジンおよびモータの少なくともいずれかの動力を用いて駆動輪に連結された出力軸を回転させて走行する車両の制御方法である。車両は、エンジンの動力を用いて発電するジェネレータと、モータとジェネレータとを電気的に結ぶ一対の電力線に接続可能に構成されたバッテリと、モータおよびジェネレータを制御する制御装置とを備える。制御方法は、車速がしきい値未満である場合はパルス幅変調制御でモータを駆動し、車速がしきい値を超える場合はパルス幅変調制御よりも出力は向上するが制御性は劣る矩形制御でモータを駆動するステップと、バッテリの異常時に、バッテリを一対の電力線から切り離し、ジェネレータが発電した電力でモータを駆動させるバッテリレス走行制御を行なうステップと、バッテリレス走行制御を行なう際、車速がしきい値に対応する基準値を超える場合には、車速が基準値未満である場合よりも一対の電力線間の電圧が高くなるようにジェネレータを制御するステップとを含む。

本発明によれば、バッテリレス走行制御中にモータに印加される電圧が不安定となることを抑制することができる。

車両の全体ブロック図である。 動力分割機構および変速機の共線図を示す。 第１ＭＧ，第２ＭＧを駆動制御するための電気システムの回路図である。 第２ＭＧの制御モードを概略的に説明する図である。 車両動作点と第２ＭＧの制御モードとの対応関係を示す図である。 ＥＣＵの処理手順を示すフローチャート（その１）である。 ＥＣＵの機能ブロック図（その１）である。 ＥＣＵの処理手順を示すフローチャート（その２）である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に従う車両１の全体ブロック図である。車両１は、エンジン１００と、第１ＭＧ（Ｍｏｔｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２００と、動力分割機構３００と、第２ＭＧ４００と、変速機５００と、プロペラ軸（出力軸）５６０と、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６００と、バッテリ７００と、ＳＭＲ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｍａｉｎ Ｒｅｌａｙ）７１０と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０００と、を備える。

エンジン１００は、燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関である。エンジン１００の動力は動力分割機構３００に入力される。

動力分割機構３００は、エンジン１００から入力された動力を、出力軸５６０への動力と第１ＭＧ２００への動力とに分割する。

動力分割機構３００は、サンギヤ（Ｓ）３１０と、リングギヤ（Ｒ）３２０と、サンギヤ（Ｓ）３１０とリングギヤ（Ｒ）３２０とに噛合するピニオンギヤ（Ｐ）３４０と、ピニオンギヤ（Ｐ）３４０を自転かつ公転自在に保持しているキャリア（Ｃ）３３０とを有する遊星歯車機構である。

キャリア（Ｃ）３３０はエンジン１００のクランクシャフトに連結される。サンギヤ（Ｓ）３１０は第１ＭＧ２００のロータに連結される。リングギヤ（Ｒ）３２０は出力軸５６０に連結される。

第１ＭＧ２００および第２ＭＧ４００は、交流の回転電機であって、電動機（モータ）としても発電機（ジェネレータ）としても機能する。第２ＭＧ４００の動力は変速機５００に入力される。

変速機５００は、第２ＭＧ４００の回転速度を変速して出力軸５６０に伝達する。
変速機５００は、一組のラビニョ型遊星歯車機構によって構成されている。すなわち、変速機５００は、第１サンギヤ（Ｓ１）５１０と、第２サンギヤ（Ｓ２）５２０と、第１サンギヤ（Ｓ１）５１０に噛合する第１ピニオン（Ｐ１）５３１と、第１ピニオン（Ｐ１）５３１および第２サンギヤ（Ｓ２）５２０に噛合する第２ピニオン（Ｐ２）５３２と、第２ピニオン（Ｐ２）５３２に噛合するリングギヤ（Ｒ１）５４０と、各ピニオン５３１，５３２を自転かつ公転自在に保持しているキャリア（Ｃ１）５５０とを有する。したがって、第１サンギヤ（Ｓ１）５１０とリングギヤ（Ｒ１）５４０とは、各ピニオン５３１，５３２と共にダブルピニオン型遊星歯車機構に相当する機構を構成し、また第２サンギヤ（Ｓ２）５２０とリングギヤ（Ｒ１）５４０とは、第２ピニオン（Ｐ２）５３２と共にシングルピニオン型遊星歯車機構に相当する機構を構成している。

キャリア（Ｃ１）５５０は、出力軸５６０に連結される。第２サンギヤ（Ｓ）５２０は、第２ＭＧ４００のロータに連結される。

さらに、変速機５００には、第１サンギヤ（Ｓ１）５１０を選択的に固定するＢ１ブレーキ５６１と、リングギヤ（Ｒ１）５４０を選択的に固定するＢ２ブレーキ５６２とが設けられている。

Ｂ１ブレーキ５６１は、変速機５００のケース側に固定された摩擦材と第１サンギヤ（Ｓ１）５１０側に固定された摩擦材との摩擦力によって係合力を生じる。Ｂ２ブレーキ５６２は、変速機５００のケース側に固定された摩擦材とリングギヤ（Ｒ１）５４０側に固定された摩擦材との摩擦力によって係合力を生じる。これらのブレーキ５６１，５６２は、ＥＣＵ１０００からの制御信号に応じた油圧を出力する変速用油圧回路（図示せず）に接続されており、この変速用油圧回路から出力される油圧によって係合されたり解放されたりする。

Ｂ１ブレーキ５６１を係合して第１サンギヤ（Ｓ１）５１０を固定するとともに、Ｂ２ブレーキ５６２を解放してリングギヤ（Ｒ１）５４０を固定しない場合には、変速機５００の変速段が高速段Ｈｉとなる。一方、Ｂ２ブレーキ５６２を係合してリングギヤ（Ｒ１）５４０を固定するとともに、Ｂ１ブレーキ５６１を解放して第１サンギヤ（Ｓ１）５１０を固定しない場合には、変速機５００の変速段が高速段Ｈｉより変速比の大きい低速段Ｌｏとなる。なお、変速比は、変速機５００の出力軸回転速度（＝出力軸５６０の回転速度Ｎｐ）に対する入力軸回転速度（＝第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２）の比である。

出力軸５６０は、動力分割機構３００を介して伝達されるエンジン１００の動力および変速機５００を介して伝達される第２ＭＧ４００の動力の少なくともいずれかの動力によって回転する。出力軸５６０の回転力は減速機を介して左右の駆動輪８２に伝達される。これにより、車両１が走行される。

図２は、動力分割機構３００および変速機５００の共線図を示す。
動力分割機構３００が上述のように構成されることによって、サンギヤ（Ｓ）３１０の回転速度（＝第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１）、キャリア（Ｃ）３３０の回転速度（＝エンジン回転速度Ｎｅ）、リングギヤ（Ｒ）３２０の回転速度は、動力分割機構３００の共線図上で直線で結ばれる関係（いずれか２つの回転速度が決まれば残りの回転速度も決まる関係）になる。

また、変速機５００が上述のように構成されることによって、第１サンギヤ（Ｓ１）５１０の回転速度、リングギヤ（Ｒ１）５４０の回転速度、キャリア（Ｃ１）５５０の回転速度、第２サンギヤ（Ｓ２）５２０の回転速度（＝第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２）は、変速機５００の共線図上で直線で結ばれる関係（いずれか２つの回転速度が決まれば残りの２つの回転速度も決まる関係）になる。

変速機５００のキャリア（Ｃ１）５５０は出力軸５６０に接続されているため、キャリア（Ｃ１）５５０の回転速度は出力軸５６０の回転速度（すなわち車速Ｖ）と一致する。また、動力分割機構３００のリングギヤ（Ｒ）３２０も出力軸５６０に接続されているため、リングギヤ（Ｒ）３２０の回転速度も出力軸５６０の回転速度（すなわち車速Ｖ）と一致する。

低速段Ｌｏでは、Ｂ２ブレーキ５６２が係合されてリングギヤ（Ｒ１）５４０が固定されるので、リングギヤ（Ｒ１）５４０の回転速度が０となる。また、高速段Ｈｉでは、Ｂ１ブレーキ５６１が係合されて第１サンギヤ（Ｓ１）５１０が固定されるので、第１サンギヤ（Ｓ１）５１０の回転速度が０となる。したがって、第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２が同じである場合には、図２に示すように、高速段Ｈｉの共線（一点鎖線）と低速段Ｌｏの共線（実線）との関係により、高速段Ｈｉ形成時の車速Ｖは低速段Ｌｏ形成時の車速Ｖよりも高くなる。逆に、車速Ｖが同じである場合には、図２に示すように、高速段Ｈｉの共線（二点鎖線）と低速段Ｌｏの共線（実線）との関係により、高速段Ｈｉ形成時の第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２は低速段Ｌｏ形成時の第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２よりも低くなる。

図１に戻って、ＰＣＵ６００は、バッテリ７００から供給される高電圧の直流電力を交流電力に変換して第１ＭＧ２００および／または第２ＭＧ４００に出力する。これにより、第１ＭＧ２００および／または第２ＭＧ４００が駆動される。また、ＰＣＵ６００は、第１ＭＧ２００および／または第２ＭＧ４００によって発電される交流電力を直流電力に変換してバッテリ７００へ出力する。これにより、バッテリ７００が充電される。

バッテリ７００は、第１ＭＧ２００および／または第２ＭＧ４００を駆動するための高電圧（たとえば２００Ｖ程度）の直流電力を蓄える二次電池である。バッテリ７００は、代表的にはニッケル水素やリチウムイオンを含んで構成される。なお、バッテリ７００に代えて、大容量のキャパシタも採用可能である。

ＳＭＲ７１０は、バッテリ７００とＰＣＵ６００を含む電気システムとの接続状態を切り替えるためのリレーである。

ＥＣＵ１０００には、エンジン回転速度センサ１０、出力軸回転速度センサ１５、レゾルバ２１，２２、アクセルポジションセンサ３１などが接続される。エンジン回転速度センサ１０は、エンジン回転速度Ｎｅ（エンジン１００のの回転速度）を検出する。出力軸回転速度センサ１５は、出力軸５６０の回転速度Ｎｐを車速Ｖとして検出する。レゾルバ２１，２２は、それぞれ第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１（第１ＭＧ２００の回転速度）、第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２（第２ＭＧ４００の回転速度）を検出する。アクセルポジションセンサ３１は、アクセルペダル操作量Ａ（ユーザによるアクセルペダルの操作量）を検出する。これらの各センサは検出結果をＥＣＵ１０００に出力する。

ＥＣＵ１０００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報や各センサからの情報に基づいて所定の演算処理を実行する。ＥＣＵ１０００は、演算処理の結果に基づいて車両１に搭載される各機器を制御する。

図３は、第１ＭＧ２００，第２ＭＧ４００を駆動制御するための電気システムの回路図である。この電気システムは、第１ＭＧ２００、第２ＭＧ４００、ＰＣＵ６００、バッテリ７００、ＳＭＲ７１０、ＥＣＵ１０００で構成される。

バッテリ７００と一対の電力線５４（正極線５４ｐおよび負極線５４ｎ）を含む電気システムとの接続状態は、ＳＭＲ７１０によって切り替えられる。ＳＭＲ７１０がオフ状態であると、バッテリ７００は電気システムから切り離される。ＳＭＲ７１０がオン状態であると、バッテリ７００が電気システムに接続される。ＳＭＲ７１０は、ＥＣＵ１０００からの制御信号に応じて制御（オンオフ）される。たとえば、ユーザが運転開始のための操作を行なうことによって電気システムの起動を要求すると、ＥＣＵ１０００は、ＳＭＲ７１０をオンさせる。

ＰＣＵ６００は、コンバータ６１０、インバータ６２０，６３０を含む。
コンバータ６１０は、リアクトルおよび２つのスイッチング素子によって構成される、一般的な昇圧チョッパ回路の構成を有する。各スイッチング素子には、逆並列ダイオードが接続される。

インバータ６２０，６３０は、一対の電力線５４（以下、単に「電力線５４」ともいう）を介してコンバータ６１０に接続される。したがって、インバータ６２０，６３０は、電力線５４によって電気的に結ばれる。正極線５４ｐおよび負極線５４ｎの間には平滑コンデンサＣ０が設けられる。

インバータ６２０は、電力線５４と第１ＭＧ２００との間に設けられる。インバータ６２０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つスイッチング素子（上アームおよび下アーム）を有する。各スイッチング素子には逆並列ダイオードが設けられている。

インバータ６３０は、電力線５４と第２ＭＧ４００との間に設けられる。インバータ６３０は、インバータ６２０と同様に、一般的な三相インバータの構成を有する。すなわち、インバータ６３０は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分の上下アームと、各アームに設けられる逆並列ダイオードとを含む。

一対の電力線５４間の直流電圧（正極線５４ｐと負極線５４ｎとの間の直流電圧、以下「システム電圧ＶＨ」ともいう）は、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出結果は、ＥＣＵ１０００に出力される。

コンバータ６１０は、システム電圧ＶＨと、バッテリ７００の電圧Ｖｂとの間で、双方向の直流電圧変換を実行する。バッテリ７００から放電された電力を第１ＭＧ２００もしくは第２ＭＧ４００に供給する際、電圧がコンバータ６１０により昇圧される。逆に、第１ＭＧ２００もしくは第２ＭＧ４００により発電された電力をバッテリ７００に充電する際、電圧がコンバータ６１０により降圧される。

インバータ６２０は、システム電圧ＶＨをスイッチング素子のオンオフにより交流電圧に変換する。変換された交流電圧は、第１ＭＧ２００に供給される。また、インバータ６２０は、第１ＭＧ２００が発電した交流電力を直流電力に変換する。

同様に、インバータ６３０は、システム電圧ＶＨを交流電圧に変換して、第２ＭＧ４００に供給する。また、インバータ６３０は、第２ＭＧ４００が発電した交流電力を直流電力に変換する。

このように、コンバータ６１０とインバータ６２０，６３０とを電気的に接続する電力線５４は、各インバータ６２０，６３０が共用する正極母線および負極母線として構成される。電力線５４は、第１ＭＧ２００および第２ＭＧ４００の双方と電気的に接続されるので、第１ＭＧ２００，第２ＭＧ４００の一方で発電される電力を他方で消費することができる。

したがって、ＳＭＲ７１０がオン状態となりバッテリ７００が電気システムに接続された状態では、バッテリ７００は、第１ＭＧ２００，第２ＭＧ４００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。逆に、ＳＭＲ７１０がオフ状態となりバッテリ７００が電気システムから切り離された状態では、バッテリ７００を電力バッファとして用いることができないため、第１ＭＧ２００，第２ＭＧ４００により電力収支のバランスをとる必要がある。

ＥＣＵ１０００は、インバータ６２０,６３０のスイッチング動作を制御することによって、それぞれ第１ＭＧ２００，第２ＭＧ４００を駆動制御する。具体的には、ＥＣＵ１０００は、アクセルペダル操作量Ａや車速Ｖに応じて第１ＭＧトルク指令値Ｔ１ｃｏｍおよび第２ＭＧトルク指令値Ｔ２ｃｏｍを設定し、第１ＭＧ２００の実トルクおよび第２ＭＧ４００の実トルクがそれぞれ第１ＭＧトルク指令値Ｔ１ｃｏｍ、第２ＭＧトルク指令値Ｔ２ｃｏｍに合致するように、インバータ６２０，６３０へのスイッチング制御信号を出力する。

図４は、第２ＭＧ４００の制御モード（すなわちインバータ６３０の制御モード）を概略的に説明する図である。本実施の形態による車両１では、インバータ６３０の制御モードを、ＰＷＭ制御モードおよび矩形制御モードのいずれかに切り替える。

ＰＷＭ制御モードでは、正弦波ＰＷＭ制御および過変調ＰＷＭ制御のいずれかの制御が行なわれる。

正弦波ＰＷＭ制御は、一般的なＰＷＭ制御方式として用いられるものであり、各相アームにおけるスイッチング素子の開閉を、正弦波状の電圧指令値と搬送波（キャリア信号）との電圧比較に従って制御する。この結果、一定期間内でインバータ６３０から第２ＭＧ４００へ出力される線間電圧（以下、単に「インバータ出力電圧」ともいう）の基本波成分が擬似的な正弦波となる。周知のように、正弦波ＰＷＭ制御では、この基本波成分振幅をインバータ入力電圧の０．６１倍程度までしか高めることができない（変調率を０．６１までしか高めることができない）。

過変調ＰＷＭ制御は、搬送波の振幅を縮小するように歪ませた上で上記正弦波ＰＷＭ制御と同様のＰＷＭ制御を行なうものである。この結果、変調率を０．６１〜０．７８の範囲まで高めることができる。したがって、ＰＷＭ制御が行なわれる領域において、車速が比較的低い場合に正弦波ＰＷＭ制御が行なわれ、車速が比較的高い場合に過変調ＰＷＭ制御が行なわれる。

一方、矩形制御モードでは、矩形制御が行なわれる。矩形制御では、上記一定期間内に１回のペースでスイッチング動作が行われる。その結果、上記一定期間内のインバータ出力電圧は１パルス分の矩形波電圧となる。これにより、矩形制御は、ＰＷＭ制御に比べて、制御精度（制御応答性）が劣る一方、変調率を０．７８まで高めることができモータ出力を高めることが可能である。

これらの制御モードの特性の相違を考慮し、ＥＣＵ１０００は、車両駆動トルク（出力軸５６０の駆動トルク）および車速Ｖ（出力軸５６０の回転速度Ｎｐ、すなわち第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２）で決まる車両動作点が属する領域に応じて制御モードを選択する。

図５は、車両動作点と第２ＭＧ４００（インバータ６３０）の制御モードとの対応関係を示す図である。概略的には、制御境界ラインＬよりも低回転速度側の領域Ａ１ではトルク変動を小さくするために比較的制御性のよいＰＷＭ制御モードが選択され、制御境界ラインＬよりも高回転速度側の領域Ａ２では第２ＭＧ４００の出力を向上させるために矩形制御モードが選択される。

本実施の形態においては、制御境界ラインＬが高速段Ｈｉ形成時と低速段Ｌｏ形成時とで異なる値に設定される。すなわち、上述の図２に示したように、車速Ｖが同じである場合には、高速段Ｈｉ形成時のほうが低速段Ｌｏ形成時よりも第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２が低くなる。この点を考慮し、ＥＣＵ１０００は、低速段Ｌｏ形成時の制御境界ラインＬ１よりも高速段Ｈｉ形成時の制御境界ラインＬ２を高車速側に設定する。これにより、低速段Ｌｏ形成時よりも高速段Ｈｉ形成時のほうが矩形制御モードに移行され難くなる。

次に、バッテリレス走行制御について説明する。ＥＣＵ１０００は、バッテリ７００に異常が発生して充放電が禁止されると、ＳＭＲ７１０をオフ状態としてバッテリ７００を電気システムから切り離した状態で車両１を走行させるフェールセーフ制御を行なう。このフェールセーフ制御が「バッテリレス走行制御」である。

バッテリレス走行制御時には、バッテリ７００を電力バッファとして使用することができないため、第１ＭＧ２００，第２ＭＧ４００により電力収支のバランスをとる必要がある。すなわち、バッテリレス走行制御での走行時には、第１ＭＧ２００で発電した電力で第２ＭＧ４００を駆動させる必要があり、第１ＭＧ２００の発電量と第２ＭＧ４００の消費電力量とを同じ値に制御する必要がある。

図６は、バッテリレス走行制御時のＥＣＵ１０００の処理手順を示すフローチャートである。

Ｓ１０にて、ＥＣＵ１０００は、アクセルペダル操作量Ａおよび車速Ｖに応じて、車両要求トルクＴｒｅｑを算出する。たとえば、ＥＣＵ１０００は、アクセルペダル操作量Ａおよび車速Ｖと車両要求トルクＴｒｅｑとの対応関係を定めたマップを予め記憶しておき、このマップを用いて実際のアクセルペダル操作量Ａおよび車速Ｖに対応する車両要求トルクＴｒｅｑを算出する。

Ｓ１１にて、ＥＣＵ１０００は、車両要求トルクＴｒｅｑからエンジン要求パワーＰｅｒｅｑを算出する。より具体的には、ＥＣＵ１０００は、車両要求トルクＴｒｅｑと出力軸回転速度Ｎｐとの積（＝車両要求パワー）をエンジン要求パワーＰｅｒｅｑとして算出する。

Ｓ１２にて、ＥＣＵ１０００は、エンジン要求パワーＰｅｒｅｑを満たすエンジン回転速度目標値Ｎｅｒｅｑおよびエンジントルク目標値Ｔｅｒｅｑを算出する。たとえば、ＥＣＵ１０００は、エンジン回転速度ＮｅおよびエンジントルクＴｅで決まる最適エンジン動作ラインを予め設定しておき、この最適エンジン動作ラインを用いて、エンジン要求パワーＰｅｒｅｑを満たすエンジン回転速度目標値Ｎｅｒｅｑおよびエンジントルク目標値Ｔｅｒｅｑを算出する。

Ｓ１３にて、ＥＣＵ１０００は、エンジン要求パワーＰｅｒｅｑおよびエンジン回転速度目標値ＮｅｒｅｑからエンジントルクＴｅの反力を受け持つ第１ＭＧトルク目標値Ｔ１ｒｅｑを算出する。動力分割機構３００のプラネタリギヤ比を「ρ」とすると、第１ＭＧトルクＴ１とエンジントルクＴｅとの間には力学的関係からＴ１＝ρ／（１＋ρ）×Ｔｅで示す関係式が成立する。エンジントルクＴｅはエンジンパワーＰｅをエンジン回転速度Ｎｅで割った値であるため、ＥＣＵ１０００は、下記の式（１）を用いて第１ＭＧトルク目標値Ｔ１ｒｅｑを算出する。

Ｔ１ｒｅｑ＝ρ／（１＋ρ）×Ｔｅｒｅｑ＝ρ／（１＋ρ）×（Ｐｅｒｅｑ／Ｎｅｒｅｑ） ・・・（１）
なお、バッテリレス走行制御中は、第１ＭＧ２００を発電状態とするために、第１ＭＧトルク目標値Ｔ１ｒｅｑは負（Ｔ１ｒｅｑ＜０）の値にされる。第１ＭＧトルク目標値Ｔ１ｒｅｑが小さいほど、第１ＭＧ２００が発電によって発生するトルク（以下「第１ＭＧ２００の負トルク」ともいう）が増加し、第１ＭＧ２００の発電量が増加することになる。

Ｓ１４にて、ＥＣＵ１０００は、第１ＭＧ目標パワー（＝第１ＭＧ２００の発電量の目標値）と第２ＭＧ目標パワー（＝第２ＭＧ４００の電力消費量の目標値）とが同じ値となるように、第２ＭＧトルク目標値Ｔ２ｒｅｑを算出する。具体的には、ＥＣＵ１０００は、下記の式（２）を用いて第２ＭＧトルク目標値Ｔ２ｒｅｑを算出する。

Ｔ２ｒｅｑ＝（Ｔ１ｒｅｑ×Ｎｍ１）／Ｎｍ２ ・・・（２）
Ｓ１５にて、ＥＣＵ１０００は、算出されたエンジントルク目標値Ｔｅｒｅｑ、第１ＭＧトルク目標値Ｔ１ｒｅｑ、第２ＭＧトルク目標値Ｔ２ｒｅｑをそれぞれエンジントルク指令値Ｔｅｃｏｍ、第１ＭＧトルク指令値Ｔ１ｃｏｍ、第２ＭＧトルク指令値Ｔ２ｃｏｍに設定する。

このように、バッテリレス走行制御時には、第１ＭＧ２００、第２ＭＧ４００により電力収支のバランスをとるため、第１ＭＧ２００の発電量と第２ＭＧ４００の電力消費量とが同じ値となるように各トルク指令値が設定される。しかし、第２ＭＧ４００の制御モードが比較的制御性の劣る矩形制御モードに切り替えられると、第２ＭＧトルクＴ２の制御精度が悪化し、結果的に第１ＭＧ２００の発電量と第２ＭＧ４００電力消費量とが一致せず、インバータ出力電圧が不安定となってしまうおそれがある。

特に、インバータ出力電圧が不安定となるのは、車両要求パワーが急に変化するようなパターン、代表的には高車速でアクセルオン（アクセルペダル操作量Ａ＞０）とアクセルオフ（アクセルペダル操作量Ａ＝０）とが繰り返されるようなパターンである。アクセルがオンされると、第１ＭＧ２００の発電量（＝第２ＭＧ４００の出力パワー）を増加させるために第１ＭＧ２００の負トルクが増加される。この第１ＭＧ２００の負トルク増加によるエンジン回転速度Ｎｅの低下を防止すべくエンジントルクＴｅが増加されるが、実際にはエンジン１００の制御遅れによって一時的にエンジン回転速度Ｎｅが低下してしまう。このエンジン回転速度Ｎｅの一時的な低下に伴って第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１も一時的に低下してしまう（図２の共線図参照）。これにより第１ＭＧ２００の発電量が低下するため、電力収支のバランスを図るためには第１ＭＧ２００の発電量が低下した分だけ第２ＭＧ４００の出力パワーを低下させる必要が生じるが、比較的制御性の劣る矩形制御モードでは第２ＭＧ４００の出力パワーの低下に遅れが生じてシステム電圧ＶＨが低下してしまい、その結果、インバータ出力電圧が低下してしまう。したがって、高車速でアクセルオンとアクセルオフとが繰り返されると、インバータ出力電圧の低下が繰り返されて不安定となる。システム電圧ＶＨが所定値以下となるとインバータ６２０，６３０をシャットダウン状態（停止状態）にするフェールセーフが実施される車両においては、システム電圧ＶＨの低下によって車両走行が継続できなくなってしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、バッテリレス走行制御中の高車速時には、システム電圧ＶＨを増加させる処理（以下、「ＶＨ増加処理」ともいう）を行なうことによって、仮に矩形制御に移行されたとしてもシステム電圧ＶＨが極端に低下することを防止する。これにより、インバータ出力電圧の安定化を図ることができる。この点が本実施の形態の最も特徴的な点である。

図７は、ＶＨ増加処理を行なう際のＥＣＵ１０００の機能ブロック図である。図７に示した各機能ブロックは、ハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

ＥＣＵ１０００は、第１判定部１０１０、第２判定部１０２０、ＶＨ増加処理部１０３０、切替部１０４０を含む。

第１判定部１０１０は、バッテリレス走行制御中であるか否かを判定する。
切替部１０４０は、変速機５００で形成されている変速段（変速機５００の変速比）に応じて、第２判定部１０２０の判定に用いられる基準車速Ｖｓｈを切り替える。切替部１０４０は、低速段Ｌｏ形成時は基準車速Ｖｓｈを「Ｖｓｈ１」とし、低速段Ｌｏよりも変速比が小さい高速段Ｈｉ形成時は基準車速ＶｓｈをＶｓｈ１よりも高い「Ｖｓｈ２」とする。本実施の形態では、低速段Ｌｏ形成時の基準車速Ｖｓｈ１は、低速段Ｌｏ形成時の制御境界ラインＬ１の最も低速側の値に設定される。また、高速段Ｈｉ形成時の基準車速Ｖｓｈ２は、高速段Ｈｉ形成時の制御境界ラインＬ２の最も低速側の値に設定される（図５参照）。

なお、本実施の形態に従う車両１は変速機５００を備えるため切替部１０４０の機能が有効であるが、変速機を備えない車両においては切替部１０４０の機能（低速段Ｌｏか高速段Ｈｉかに応じて基準車速Ｖｓｈを切り替える機能）は不要である。

第２判定部１０２０は、切替部１０４０で設定された基準車速Ｖｓｈを車速Ｖが越えたか否かを判定する。

ＶＨ増加処理部１０３０は、バッテリレス走行制御中に車速Ｖが基準車速Ｖｓｈを越えると、ＶＨ増加処理を行なう。具体的には、ＶＨ増加処理部１０３０は、システム電圧目標値ＶＨｔａｇを通常値よりも所定電圧分だけ高い値に設定する。そして、ＶＨ増加処理部１０３０は、実際のシステム電圧ＶＨがシステム電圧目標値ＶＨｔａｇになるように第１ＭＧ２００および第２ＭＧ４００（インバータ６２０，６３０）を制御する。このようにバッテリレス走行制御中に車速Ｖが基準車速Ｖｓｈを越えた場合にＶＨ増加処理を行なうことで、仮に矩形制御に移行されたとしてもシステム電圧ＶＨが極端に低下することが防止される。そのため、インバータ出力電圧の安定化を図ることができる。

一方、バッテリレス走行制御中ではあるが車速Ｖが基準車速Ｖｓｈ未満である場合（すなわち矩形制御ではなくＰＷＭ制御が行なわれている場合）、ＶＨ増加処理部１０３０は、ＶＨ増加処理を行なわない。すなわち、ＶＨ増加処理部１０３０は、システム電圧目標値ＶＨｔａｇを通常値に設定し、実際のシステム電圧ＶＨがシステム電圧目標値ＶＨｔａｇになるように第１ＭＧ２００および第２ＭＧ４００（インバータ６２０，６３０）を制御する。

図８は、上述の機能を実現するためのＥＣＵ１０００の処理手順を示すフローチャートである。

Ｓ２０にて、ＥＣＵ１０００は、バッテリレス走行制御中であるか否かを判定する。
Ｓ２１にて、ＥＣＵ１０００は、変速機５００で形成されている変速段が低速段Ｌｏであるか否かを判定する。

低速段Ｌｏが形成されている場合（Ｓ２１にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１０００は、Ｓ２２にて基準車速Ｖｓｈを「Ｖｓｈ１」（図５参照）とし、処理をＳ２４に移す。一方、高速段Ｈｉが形成されている場合（Ｓ２１にてＮＯ）、ＥＣＵ１０００は、Ｓ２３にて基準車速Ｖｓｈを「Ｖｓｈ２」（図５参照）とし、処理をＳ２４に移す。なお、上述したように、変速機を備えない車両においてはＳ２１〜Ｓ２３の機能は不要である。

Ｓ２４にて、ＥＣＵ１０００は、車速Ｖが基準車速Ｖｓｈを越えているか否かを判定する。

車速Ｖが基準車速Ｖｓｈを超えている場合（Ｓ２４にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１０００は、Ｓ２５にて上述のＶＨ増加処理を行なう。

一方、車速Ｖが基準車速Ｖｓｈ未満である場合（Ｓ２４にてＮＯ）、ＥＣＵ１０００は、ＶＨ増加処理を行なうことなく、処理を終了させる。

以上のように、本実施の形態においては、バッテリレス走行制御を行なう際、車速Ｖが基準車速Ｖｓｈを超える場合には、システム電圧ＶＨを増加させる処理を行なう。これにより、仮に矩形制御に移行されたとしても、システム電圧ＶＨが極端に低下することが防止されるので、インバータ出力電圧の安定化を図ることができる。

なお、本実施の形態では、車速Ｖを条件としてＶＨ増加処理を実行したが、より直接的に、「矩形制御中」であることを条件としてＶＨ増加処理を実行するようにしてもよい。すなわち、図８のＳ２４において、「車速Ｖが基準車速Ｖｓｈを越えているか否か」を判定するのに代えて、「矩形制御中であるか否か」を判定するようにしてもよい。

制御性が悪くインバータ出力電圧が不安定となりやすい「矩形制御中」であることを条件としてＶＨ増加処理を実行するほうが、矩形制御中の電力収支の崩れをより直接的に防止できる。

一方、本実施の形態のように、車速Ｖを条件としてＶＨ増加処理を実行することによって、矩形制御中に加えて過変調ＰＷＭ制御中においても電圧安定性を確保することができるというメリットがある。すなわち、車速Ｖが高くなるにつれて、正弦波ＰＷＭ制御、過変調ＰＷＭ制御、矩形制御へと制御性が劣る制御モードへ徐々に切り替わるが、過変調ＰＷＭ制御でも正弦波ＰＷＭ制御に比べればインバータ出力電圧（システム電圧ＶＨ）の安定制御性が劣る。そのため、車速Ｖを条件としてＶＨ増加処理を実行することによって、矩形制御領域のみならず過変調ＰＷＭ制御領域においてもＶＨ増加処理を実行することで双方の領域で電圧安定化を図ることができる。

また、車速Ｖに関わらず、バッテリレス走行制御中であることを条件としてＶＨ増加処理を実行するようにしてもよい。このようにすると、バッテリレス走行制御中である場合には、ＰＷＭ制御から矩形制御への移行に備えてシステム電圧ＶＨを予め増加させておくことができるため、特に、矩形制御への移行直後の電圧を安定化させるのに有効である。

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。

１ 車両、１０ エンジン回転速度センサ、１５ 出力軸回転速度センサ、２１，２２ レゾルバ、３１ アクセルポジションセンサ、５４ 電力線、５４ｎ 負極線、５４ｐ 正極線、８２ 駆動輪、１００ エンジン、１８０ 電圧センサ、２００ 第１ＭＧ、３００ 動力分割機構、４００ 第２ＭＧ、５００ 変速機、５６０ 出力軸、５３１，５３２ ピニオン、５６１，５６２ ブレーキ、６００ ＰＣＵ、６１０ コンバータ、６２０，６３０ インバータ、７００ バッテリ、１０００ ＥＣＵ、１０１０ 第１判定部、１０２０ 第２判定部、１０３０ ＶＨ増加処理部、１０４０ 切替部。

Claims (5)

1. エンジンおよびモータの少なくともいずれかの動力を用いて駆動輪に連結された出力軸を回転させて走行する車両であって、
   前記エンジンの動力を用いて発電するジェネレータと、
   前記モータと前記ジェネレータとを電気的に結ぶ一対の電力線に接続可能に構成されたバッテリと、
   前記モータと前記出力軸との間に設けられた変速機と、
   前記モータおよび前記ジェネレータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、車速がしきい値未満である場合はパルス幅変調制御で前記モータを駆動し、車速が前記しきい値を超える場合は前記パルス幅変調制御よりも出力は向上するが制御性は劣る矩形制御で前記モータを駆動し、
   前記制御装置は、前記バッテリの異常時に、前記バッテリを前記一対の電力線から切り離し、前記ジェネレータが発電した電力で前記モータを駆動させるバッテリレス走行制御を行ない、
   前記制御装置は、前記バッテリレス走行制御を行なう際、車速が前記しきい値に対応する基準値を超える場合には、車速が前記基準値未満である場合よりも前記一対の電力線間の電圧が高くなるように前記ジェネレータおよび前記モータを制御し、
   前記制御装置は、前記変速機の変速比に応じて前記基準値を変更する、車両。
2. 前記車両は、前記一対の電力線と前記ジェネレータとの間に設けられ前記ジェネレータを駆動する第１インバータと、前記一対の電力線と前記モータとの間に設けられ前記モータを駆動する第２インバータとを含む電力変換器をさらに備え、
   前記制御装置は、前記一対の電力線間の実電圧が目標電圧になるように前記電力変換器を制御し、
   前記制御装置は、前記バッテリレス走行制御を行なう際、車速が前記基準値を超える場合には、車速が前記基準値未満である場合よりも前記目標電圧を高い値に設定する、請求項１に記載の車両。
3. 前記変速機は、低速段と前記低速段よりも変速比の小さい高速段とのいずれかを形成し、
   前記制御装置は、前記高速段の形成時は前記低速段の形成時よりも前記しきい値および前記基準値を大きくする、請求項１に記載の車両。
4. 前記車両は、前記モータに連結されるリングギヤと、前記ジェネレータに連結されるサンギヤと、前記サンギヤおよび前記リングギヤと係合するピニオンギヤと、前記エンジンに連結され前記ピニオンギヤを自転可能に支持するキャリアとを含む遊星歯車装置をさらに備える、請求項１に記載の車両。
5. エンジンおよびモータの少なくともいずれかの動力を用いて駆動輪に連結された出力軸を回転させて走行する車両の制御方法であって、
   前記車両は、
   前記エンジンの動力を用いて発電するジェネレータと、
   前記モータと前記ジェネレータとを電気的に結ぶ一対の電力線に接続可能に構成されたバッテリと、
   前記モータと前記出力軸との間に設けられた変速機と、
   前記モータおよび前記ジェネレータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御方法は、
   車速がしきい値未満である場合はパルス幅変調制御で前記モータを駆動し、車速が前記しきい値を超える場合は前記パルス幅変調制御よりも出力は向上するが制御性は劣る矩形制御で前記モータを駆動するステップと、
   前記バッテリの異常時に、前記バッテリを前記一対の電力線から切り離し、前記ジェネレータが発電した電力で前記モータを駆動させるバッテリレス走行制御を行なうステップと、
   前記バッテリレス走行制御を行なう際、車速が前記しきい値に対応する基準値を超える場合には、車速が前記基準値未満である場合よりも前記一対の電力線間の電圧が高くなるように前記ジェネレータを制御するステップと、
   前記変速機の変速比に応じて前記基準値を変更するステップとを含む、車両の制御方法。

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