JP6264354B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンと回転電機との少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両の制御に関する。
特開2013−203116号公報(特許文献1)には、エンジンと、ロータに永久磁石を有する第1回転電機と、車輪(駆動輪)に接続された出力軸と、遊星歯車機構と、出力軸に接続された第2回転電機と、バッテリと、バッテリと第1回転電機と第2回転電機との間で電力変換を行なうインバータと、制御装置とを備えるハイブリッド車両が開示されている。遊星歯車機構は、第1回転電機に連結されたサンギヤと、出力軸に連結されたリングギヤと、エンジンに連結されたキャリアとを含む。制御装置は、インバータによって第1回転電機および第2回転電機を正常に制御できない異常が生じた場合、インバータをゲート遮断状態にしつつエンジンを駆動して車両を退避走行させる「インバータレス走行制御」を実行する。
インバータレス走行制御中においては、エンジンの回転力によって第1回転電機を力学的(機械的)に回転させることによって第1回転電機に逆起電圧を発生させる。この逆起電圧によって第1回転電機からバッテリに電流が流れると、第1回転電機には、第1回転電機の回転を妨げる方向に作用する逆起トルク(制動トルク)が発生する。この逆起トルクが第1回転電機からサンギヤに作用することによって、リングギヤには、第1回転電機の逆起トルクの反力として、正方向(前進方向)に作用する駆動トルクが発生する。この駆動トルクによって退避走行が実現される。
特開2013−203116号公報
第1回転電機が発生する逆起電圧は、第1回転電機の回転速度に応じて変化する。上述のインバータレス走行制御中においては、第1回転電機の回転速度に応じて第1回転電機の逆起トルク(すなわち駆動トルク)が変化する。そのため、インバータレス走行制御中においては、第1回転電機の回転速度を予め定められた回転速度領域内に抑えて第1回転電機の過熱や遊星歯車機構の過回転などに起因する二次故障を防止する必要がある。
しかしながら、インバータレス走行制御中に、たとえば第1回転電機の回転速度を検出するレゾルバ(以下「第1センサ」ともいう)および第2回転電機の回転速度を検出するレゾルバ(以下「第2センサ」ともいう)の出力値を制御装置が取得できない異常が生じた場合には、制御装置が第1回転電機の回転速度を把握することができなくなるため、第1回転電機の回転速度が予め定められた回転速度領域の境界値を超えて過回転状態になる場合がある。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、インバータレス走行制御時において、第1回転電機が過回転状態になることを抑制するハイブリッド車両を提供することである。
この発明のある局面に係るハイブリッド車両は、エンジンと、第1回転電機と、出力軸と、遊星歯車機構と、第2回転電機と、バッテリと、インバータと、第1センサと、第2センサと、エンジン回転速度センサと、車輪速センサと、制御装置とを備える。第1回転電機は、ロータに永久磁石を有する。出力軸は、車輪に接続される。遊星歯車機構は、エンジンに連結されたキャリアと、第1回転電機に連結されたサンギヤと、出力軸に連結されたリングギヤとを有する。第2回転電機は、出力軸に接続される。インバータは、バッテリと第1回転電機と第2回転電機との間で電力変換可能である。第1センサは、第1回転電機の回転速度および回転方向を検出可能である。第2センサは、第2回転電機の回転速度および回転方向を検出可能である。エンジン回転速度センサは、エンジンの回転速度を検出可能である。車輪速センサは、車輪の回転速度を検出可能であり、かつ、車輪の回転方向を検出不能である。制御装置は、インバータによる第1回転電機および第2回転電機の駆動を正常に行なうことができない場合にインバータレス走行制御を実行可能である。インバータレス走行制御は、インバータをゲート遮断状態にし、かつエンジンを駆動して第1回転電機に逆起電圧に起因する制動トルクを発生させ、制動トルクの反力として出力軸に作用するトルクで車両を走行させる制御である。制御装置は、インバータレス走行制御中に第1センサおよび第2センサの出力値を取得できない場合、エンジン回転速度センサの出力値と車輪速センサの出力値とを用いて、車輪が前進方向に回転していると仮定したときの第1回転電機の回転速度の第1推定値と、車輪が後進方向に回転していると仮定したときの第1回転電機の回転速度の第2推定値とを算出する。制御装置は、第1推定値および第2推定値のいずれもが予め定められた回転速度領域内となるようにエンジンの回転速度を制御する。
このようにすると、インバータレス走行制御中において、第1推定値および第2推定値のいずれもが予め定められた回転速度領域内となるようにエンジン回転速度が制御される。そのため、第1回転電機の回転速度の実際の値が第1推定値および第2推定値のうちのいずれの場合であっても第1回転電機が過回転状態になることを抑制することができる。
さらに好ましくは、制御装置は、インバータレス走行制御中に第1センサおよび第2センサの出力値を取得できない場合、インバータレス走行制御中に車輪速センサの出力値が停車状態を示す値となる停車履歴がない場合は、第1推定値および第2推定値のうちの、第2センサの出力値が取得できなくなる直前の出力値の符号に対応するいずれか一方の値が予め定められた回転速度領域内となるように前記エンジンの回転速度を制御する。制御装置は、インバータレス走行制御中に停車履歴がある場合は、第1推定値および第2推定値のいずれもが予め定められた回転速度領域内となるようにエンジンの回転速度を制御する。
このようにすると、停車履歴がない場合は、第2センサの出力値が取得できなくなる直前の出力値の符号によって、車両が前進方向に走行しているか後進方向に走行しているかを特定することができる。そのため、第2センサの出力値が取得できなくなる直前の出力値の符号に対応する第1回転電機の回転速度の推定値が予め定められた回転速度領域内となるようにエンジンの回転速度が制御される。これにより、第1回転電機が過回転状態になることを抑制することができる。また、第1推定値および第2推定値のいずれもが予め定められた回転速度領域内となるように制御する場合と比較して、車速の制限の程度を緩和することができる。また、停車履歴がある場合には、走行を再開した車両が前進方向に走行するか後進方向に走行するかを特定することが困難になるため、第1推定値および第2推定値のいずれもが予め定められた回転速度領域内となるようにエンジンの回転速度を制御することにより、確実に第1回転電機が過回転状態になることを確実に抑制することができる。
この発明によると、インバータレス走行制御中において、第1推定値および第2推定値のいずれもが予め定められた回転速度領域内となるようにエンジン回転速度が制御される。そのため、第1回転電機の回転速度の実際の値が第1推定値および第2推定値のうちのいずれの場合であっても第1回転電機が過回転状態になることを抑制することができる。したがって、インバータレス走行制御時において、第1回転電機が過回転状態になることを抑制するハイブリッド車両を提供することができる。
車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。 車両の電気システムの構成を説明するための回路ブロック図である。 インバータレス走行中における電気システムの状態を概略的に示す図である。 MG1回転速度Nm1と逆起電圧Vcと逆起トルクTcとの対応関係を概略的に示す図である。 インバータレス走行中における制御状態の一例を共線図上に示す図である。 ECUの処理手順を示すフローチャートである。 第1抑制制御の処理手順を示すフローチャートである。 ECUによるMG1回転速度の第1推定値Nm1(VS+)および第2推定値Nm1(VS−)の算出方法を説明するための図である。 第2抑制制御の処理手順を示すフローチャートである。 変形例に係るECUの処理手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
<車両の全体構成>
図1は、本実施の形態に係るハイブリッド車両1(以下、単に車両1と記載する)の全体構成を概略的に示すブロック図である。車両1は、エンジン100と、第1回転電機であるモータジェネレータ10(以下、MG1と記載する場合がある)と、第2回転電機であるモータジェネレータ20(以下、MG2と記載する場合がある)と、遊星歯車機構30と、駆動輪50と、駆動輪50に接続された出力軸60と、車輪速センサ73と、バッテリ150と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)160と、電力制御ユニット(PCU:Power Control Unit)200と、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)300とを備える。
車両1は、エンジン100とモータジェネレータ20との少なくとも一方の動力を用いて走行する。車両1は、後述する通常走行中において、エンジン100の動力を用いずにモータジェネレータ20の動力を用いて走行する電気自動車走行(以下「EV走行」という)と、エンジン100およびモータジェネレータ20の双方の動力を用いて走行するハイブリッド自動車走行(以下「HV走行」という)との間で走行態様を切り替えることができる。
エンジン100は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン100は、ECU300からの制御信号に応じて車両1が走行するための動力を発生する。エンジン100により発生した動力は遊星歯車機構30に出力される。
エンジン100にはエンジン回転速度センサ410が設けられている。エンジン回転速度センサ410は、エンジン100のクランクシャフト110の回転速度(エンジン回転速度)Neを検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。
モータジェネレータ10,20の各々は、三相交流永久磁石型同期モータである。モータジェネレータ10は、エンジン100を始動させる際にはバッテリ150の電力を用いてエンジン100のクランクシャフト110を回転させる。また、モータジェネレータ10は、エンジン100の動力を用いて発電することも可能である。モータジェネレータ10によって発電された交流電力は、PCU200により直流電力に変換されてバッテリ150に充電される。また、モータジェネレータ10によって発電された交流電力がモータジェネレータ20に供給される場合もある。
モータジェネレータ20のロータは、出力軸60に連結される。モータジェネレータ20は、バッテリ150およびモータジェネレータ10の少なくとも一方から供給される電力を用いて出力軸60を回転させる。また、モータジェネレータ20は、回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ20によって発電された交流電力は、PCU200により直流電力に変換されてバッテリ150に充電される。
出力軸60は、デファレンシャルギヤを介して左右の駆動輪50に接続される。駆動輪50には、車輪速センサ73が設けられている。車輪速センサ73は、駆動輪50の回転速度を車輪速VSとして検出し、検出結果を示す信号をECU300に出力する。車輪速センサ73は、駆動輪50の回転速度の大きさ(絶対値)を検出可能であるが、駆動輪50の回転方向は検出不能である。すなわち、ECU300は、車輪速センサ73の出力値からは、駆動輪50の回転速度の大きさ(絶対値)を把握することができるが、駆動輪50の回転方向を把握することはできない。なお、図1には1つの車輪速センサ73が示されているが、車輪速センサ73の数は1つに限定されない。たとえば、車両1の4つの車輪(左右の駆動輪50、および図示しない左右の従動輪)にそれぞれ車輪速センサ73を設けるようにしてもよい。
遊星歯車機構30は、エンジン100、モータジェネレータ10および出力軸60を機械的に連結し、エンジン100、モータジェネレータ10および出力軸60の間でトルクを伝達するように構成される。具体的には、遊星歯車機構30は、回転要素として、モータジェネレータ10のロータに連結されるサンギヤSと、出力軸60に連結されるリングギヤRと、エンジン100のクランクシャフト110に連結されるキャリアCAと、サンギヤSとリングギヤRとに噛合するピニオンギヤPとを含む。キャリアCAは、ピニオンギヤPが自転かつ公転できるようにピニオンギヤPを保持する。
遊星歯車機構30が上記のように構成されることによって、サンギヤSの回転速度(=MG1回転速度Nm1)と、キャリアCAの回転速度(=エンジン回転速度Ne)と、リングギヤRの回転速度(=MG2回転速度Nm2)とは、共線図上において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1つの回転速度も決まる関係、以下「共線図の関係」ともいう)を有する。なお、リングギヤRは出力軸60を介して駆動輪50に接続されるため、リングギヤRの回転速度(=MG2回転速度Nm2)の大きさ(絶対値)は車輪速VSの大きさ(絶対値)に比例する関係にある。
バッテリ150は、再充電が可能に構成されたリチウムイオン二次電池である。なお、バッテリ150は、ニッケル水素二次電池などの他の二次電池であってもよい。
SMR160は、バッテリ150とPCU200との間の電力線に直列に接続されている。SMR160は、ECU300からの制御信号に応じて、バッテリ150とPCU200との導通状態および遮断状態を切り替える。
PCU200は、バッテリ150に蓄えられた直流電力を昇圧し、昇圧された電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ10,20に供給する。また、PCU200は、モータジェネレータ10,20により発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ150に供給する。PCU200の構成については図2にて詳細に説明する。
ECU300は、いずれも図示しないが、CPU(Central Processing Unit)と、メモリと、入出力バッファ等とを含んで構成される。ECU300は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、車両1が所望の走行状態となるようにエンジン100の出力(燃料噴射、点火時期、バルブタイミング等)およびモータジェネレータ10,20の出力(通電量)を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)により処理することも可能である。
<電気システムおよびECUの構成>
図2は、車両1の電気システムの構成を説明するための回路ブロック図である。車両1の電気システムは、バッテリ150と、SMR160と、PCU200と、モータジェネレータ10,20と、ECU300とを含む。PCU200は、コンバータ210と、コンデンサC2と、インバータ221,222と、電圧センサ230とを含む。
バッテリ150には監視ユニット440が設けられている。監視ユニット440は、バッテリ150の電圧(バッテリ電圧)VB、バッテリ150に供給される電流(バッテリ電流)IB、バッテリ150の温度(バッテリ温度)TBをそれぞれ検出して、それらの検出結果を示す信号をECU300に出力する。
コンバータ210は、コンデンサC1と、リアクトルL1と、スイッチング素子Q1(上アーム)およびスイッチング素子Q2(下アーム)と、ダイオードD1,D2とを含む。コンデンサC1は、バッテリ電圧VBを平滑化してコンバータ210に供給する。スイッチング素子Q1,Q2および後述するスイッチング素子Q3〜Q14の各々は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。スイッチング素子Q1,Q2は、電力線PLと電力線NLとの間に互いに直列に接続されている。ダイオードD1,D2は、スイッチング素子Q1,Q2のコレクタ−エミッタ間に逆並列にそれぞれ接続されている。リアクトルL1の一方端は、バッテリ150の高電位側に接続されている。リアクトルL1の他方端は、上アームと下アームとの中間点(スイッチング素子Q1のエミッタとスイッチング素子Q2のコレクタとの接続点)に接続されている。
コンバータ210は、ECU300からの制御信号に応じた上アームおよび下アームのスイッチング動作によって、バッテリ150から入力されるバッテリ電圧VBを昇圧して電力線PL,NLに出力する。また、コンバータ210は、ECU300からの制御信号に応じた上アームおよび下アームのスイッチング動作によって、インバータ221およびインバータ222の一方または両方から供給される電力線PL,NLの直流電圧を降圧してバッテリ150に出力する。
コンデンサC2は、電力線PLと電力線NLとの間に接続されている。コンデンサC2は、コンバータ210から供給された直流電圧を平滑化してインバータ221,222に供給する。
電圧センサ230は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわちコンバータ210の出力電圧(以下「システム電圧」ともいう)VHを検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。
インバータ221は、システム電圧VHが供給されると、ECU300からの制御信号に応じて、直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ10を駆動する。インバータ221は、U相アーム1Uと、V相アーム1Vと、W相アーム1Wとを含む。各相アームは、電力線PLと電力線NLとの間に互いに並列に接続されている。U相アーム1Uは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q3,Q4を有する。V相アーム1Vは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q5,Q6を有する。W相アーム1Wは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q7,Q8を有する。各スイッチング素子Q3〜Q8のコレクタ−エミッタ間には、ダイオードD3〜D8が逆並列にそれぞれ接続されている。
インバータ222は、各相アーム2U〜2Wと、スイッチング素子Q9〜Q14と、ダイオードD9〜D14とを含む。なお、インバータ222の構成は、基本的にはインバータ221の構成と同等であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
モータジェネレータ10にはレゾルバ421(第1センサ)が設けられる。レゾルバ421は、モータジェネレータ10の回転速度(MG1回転速度Nm1)を検出し、検出結果を示す信号をECU300に出力する。レゾルバ421は、回転速度の大きさ(絶対値)および回転方向を検出可能である。すなわち、ECU300は、レゾルバ421の出力値から、モータジェネレータ10の回転速度の大きさ(絶対値)だけでなく回転方向を把握することができる。
モータジェネレータ20にはレゾルバ422(第2センサ)が設けられる。レゾルバ422は、モータジェネレータ20の回転速度(MG2回転速度Nm2)を検出し、検出結果を示す信号をECU300に出力する。レゾルバ422は、レゾルバ421と同様、回転速度の大きさ(絶対値)および回転方向を検出可能である。すなわち、ECU300は、レゾルバ422の出力値から、モータジェネレータ20の回転速度の大きさ(絶対値)だけでなく回転方向を把握することができる。
さらに、モータジェネレータ10,20には、電流センサ241,242がそれぞれ設けられる。電流センサ241は、モータジェネレータ10を流れる電流(モータ電流)IM1を検出する。電流センサ242は、モータジェネレータ20を流れる電流(モータ電流)IM2を検出する。これらのセンサは、検出結果を示す信号をECU300にそれぞれ出力する。
ECU300は、各センサからの情報等に基づいて、モータジェネレータ10,20の出力が所望の出力となるようにPCU200(コンバータ210およびインバータ221,222)を制御する。なお、図2に示す例では、ECU300が1つのユニットとして構成されているが、ECU300は、複数のユニットに分割されていてもよい。
<通常走行およびインバータレス走行>
ECU300は、通常モードと退避モードとのどちらかの制御モードで車両1を走行させることができる。
通常モードは、上述のEV走行とHV走行とを必要に応じて切り替えながら車両1を走行させるモードである。言い換えれば、通常モードは、インバータ221,222によるモータジェネレータ10,20の電気的な駆動が許容されるモードである。以下では、通常モードによる走行を「通常走行」と記載する。
退避モードは、電流センサ241,242等の部品の故障によりインバータ221,222によるモータジェネレータ10,20の電気的な駆動を正常に行なうことができないような異常(以下「インバータ異常」ともいう)が生じた場合に、インバータ221,222をゲート遮断状態としつつ、エンジン100を駆動して車両1を退避走行させるモードである。言い換えれば、退避モードは、インバータ221,222によるモータジェネレータ10,20の電気的な駆動が許容されないモードである。以下では、この退避モードによる走行を「インバータレス走行」と記載し、インバータレス走行を行なうための制御を「インバータレス走行制御」と記載する。
図3は、インバータレス走行中における電気システムの状態を概略的に示す図である。インバータレス走行中においては、ECU300からの制御信号に応答して、インバータ221に含まれるすべてのスイッチング素子Q3〜Q8がゲート遮断状態(非導通状態)とされる。そのため、インバータ221に含まれるダイオードD3〜D8によって三相全波整流回路が構成される。同様に、ECU300からの制御信号に応答して、インバータ222に含まれるすべてのスイッチング素子Q9〜Q14(図2参照)がゲート遮断状態(非導通状態)とされる。そのため、インバータ222に含まれるダイオードD9〜D14によって三相全波整流回路が構成される。一方、コンバータ210では、ECU300からの制御信号に応答して、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング動作が継続される。
また、インバータレス走行中においては、エンジン100が駆動され、エンジン100からエンジントルクTeが出力される。このエンジントルクTeによってモータジェネレータ10が力学的(機械的)に回転させられる。モータジェネレータ10は同期モータであるので、モータジェネレータ10のロータには永久磁石12が設けられている。このため、エンジントルクTeによってモータジェネレータ10のロータに設けられた永久磁石12が回転させられることによって、モータジェネレータ10には逆起電圧Vcが生じる。この逆起電圧Vcがシステム電圧VHを超えると、モータジェネレータ10からバッテリ150に向かって電流が流れる。この際、モータジェネレータ10には、モータジェネレータ10の回転を妨げる方向に作用する逆起トルクTc(制動トルク)が発生する。
図4は、MG1回転速度Nm1と逆起電圧Vcと逆起トルクTcとの対応関係を概略的に示す図である。図4において、横軸はMG1回転速度Nm1を表わし、縦軸は上から順に逆起電圧Vc、逆起トルクTcを表わす。
図4に示される回転速度領域においては、MG1回転速度Nm1が高いほど逆起電圧Vcは高い値となる特性を有する。MG1回転速度Nm1が所定値Nvhを下回る領域では、逆起電圧Vcがシステム電圧VH未満であるため、モータジェネレータ10からバッテリ150に向かって電流は流れない。そのため、逆起トルクTcも生じない。
MG1回転速度Nm1が所定値Nvhを超える領域では、逆起電圧Vcがシステム電圧VHを超えるため、モータジェネレータ10からバッテリ150に向かって、逆起電圧Vcとシステム電圧VHとの差(以下「電圧差ΔV」ともいう)に応じた電流が流れる。すなわち、モータジェネレータ10は逆起電力を発生し、この逆起電力でバッテリ150が充電される。この際、モータジェネレータ10には、電圧差ΔVに応じた逆起トルクTcが発生する。逆起トルクTcは、モータジェネレータ10の回転を妨げる方向に作用する制動トルク(負トルク)である。
図5は、インバータレス走行中におけるエンジン100およびモータジェネレータ10,20の制御状態の一例を遊星歯車機構30の共線図上に示す図である。上述したように、サンギヤSの回転速度(=MG1回転速度Nm1)と、キャリアCAの回転速度(=エンジン回転速度Ne)と、リングギヤRの回転速度(=MG2回転速度Nm2)とは、共線図上において直線で結ばれる関係(共線図の関係)を有する。
インバータレス走行中には、エンジン100からエンジントルクTeが出力される。エンジントルクTeによってモータジェネレータ10が力学的に回転させられると、モータジェネレータ10は逆起電圧Vcを発生する。逆起電圧Vcがシステム電圧VHを超えると、モータジェネレータ10は、モータジェネレータ10の回転を妨げる方向(負方向)に作用する逆起トルクTcを発生する。
逆起トルクTcがモータジェネレータ10からサンギヤSに作用することによって、リングギヤRには、逆起トルクTcの反力として、正方向(前進方向)に作用する駆動トルクTepが発生する。この駆動トルクTepによって車両1が退避走行される。
なお、駆動トルクTepによってモータジェネレータ20が回転させられるためモータジェネレータ20にも逆起電圧が生じるが、図5に示す例では、モータジェネレータ20の逆起電圧がシステム電圧VHを超えない回転速度までMG2回転速度Nm2が低下しているため、モータジェネレータ20には逆起トルクは生じていない。
<インバータレス走行中のMG1回転速度Nm1の算出>
上述のインバータレス走行中においては、エンジン100の出力を制御することによって、モータジェネレータ10の逆起トルクTcがユーザの要求に応じたトルクとなるようにMG1回転速度Nm1が調整される。一方、インバータレス走行制御中においては、MG1回転速度Nm1を予め定められた回転速度領域内に抑えてモータジェネレータ10の過熱や遊星歯車機構30の過回転などに起因する二次故障を防止する必要がある。
しかしながら、インバータレス走行制御中に、たとえばMG1回転速度Nm1を検出するレゾルバ421およびMG2回転速度Nm2を検出するレゾルバ422の出力値をECU300が取得できない異常(以下の説明においては、レゾルバ異常と記載する)が生じる場合がある。このような異常が生じる場合には、ECU300がMG1回転速度Nm1を把握することができなくなるため、MG1回転速度Nm1を予め定められた回転速度領域内に抑えることができない場合がある。
本実施の形態によるECU300は、インバータレス走行中にレゾルバ異常が生じている場合、以下の手法によってMG1回転速度Nm1を算出する。
上述の車両1においては、エンジン100とモータジェネレータ10と出力軸60(駆動輪50およびモータジェネレータ20)とが、遊星歯車機構30によって機械的に連結される。したがって、レゾルバ異常が生じている場合であっても、遊星歯車機構30の共線図の関係を利用して、エンジン回転速度センサ410の出力値(エンジン回転速度Ne)および車輪速センサ73の出力値(車輪速VS)から、MG1回転速度Nm1を精度よく算出可能である。
しかしながら、車輪速センサ73は、駆動輪50の回転速度の大きさ(絶対値)を検出できるが、駆動輪50の回転方向までは検出できない。そのため、共線図の関係を利用する手法では、MG1回転速度Nm1として、駆動輪50が前進方向(正方向)に回転していると仮定したときの値と、駆動輪50が後進方向(負方向)に回転していると仮定したときの値との2通りの値が想定され、どちらの値が実際のMG1回転速度Nm1であるのかを特定できない。
以上の点に鑑み、本実施の形態において、ECU300は、以下のように動作する。すなわち、ECU300は、インバータレス走行中にレゾルバ異常が生じている場合、まず、共線図の関係を利用して、第1推定値Nm1(VS+)と、第2推定値Nm1(VS−)とを算出する。第1推定値Nm1(VS+)は、駆動輪50が前進方向(正方向)に回転していると仮定したときのMG1回転速度の推定値である。第2推定値Nm1(VS−)は、駆動輪50が後進方向(負方向)に回転していると仮定したときのMG1回転速度の推定値である。ECU300は、エンジン回転速度センサ410の出力値と車輪速センサ73の出力値とを用いて、第1推定値Nm1(VS+)と第2推定値Nm1(VS−)とを算出する。そして、ECU300は、第1推定値Nm1(VS+)と、第2推定値Nm1(VS−)のいずれもが予め定められた回転速度領域内になるようにエンジン100の回転速度を制御する。なお、予め定められた回転速度領域は、上限値Aと下限値Bとを境界値とし、上限値Aと下限値Bとの間の回転速度領域である(図8参照)。本実施の形態において、上限値Aの大きさは、下限値Bの大きさよりも大きい値とする。
このようにすると、インバータレス走行中にMG1回転速度Nm1が予め定められた回転速度領域外になることを確実に抑制することができる。そのため、モータジェネレータ10の過熱や遊星歯車機構30の過回転などに起因する二次故障を抑制することができる。
図6は、ECU300がインバータレス走行制御を行なう際の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは所定周期で繰り返し実行される。
ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10にて、ECU300は、上述したインバータ異常が生じているか否かを判定する。インバータ異常が生じていると判定される場合(S10にてYES)、ECU200は、S12〜S20にて、制御モードを退避モードに設定してインバータレス走行を行なう。インバータ異常が生じていないと判定される場合(S10にてNO)、処理はS11に移される。S11にて、ECU300は、制御モードを通常モードに設定して通常走行を行なう。
S12にて、ECU300は、インバータ221,222をゲート遮断状態にする。S13にて、ECU300は、システム電圧VHが目標システム電圧VHtagとなるようにコンバータ210を制御する。本実施の形態において、目標システム電圧VHtagは、たとえば予め定められた固定値とすることができる。
S14にて、ECU300は、エンジン100を駆動する。すなわち、ECU300は、エンジン100を駆動してモータジェネレータ10を機械的に回転させることによって、モータジェネレータ10から逆起トルクTcを発生させる。この際、エンジン100の出力を制御することによって、モータジェネレータ10の逆起トルクTcがユーザの要求に応じたトルクとなるようにMG1回転速度Nm1が調整される。これにより、逆起トルクTcの反力として出力軸60に作用する駆動トルクTepによってインバータレス走行(退避走行)が行なわれる。
S15にて、ECU300は、レゾルバ異常が発生したか否かを判定する。ECU300は、たとえば、レゾルバ421,422からMG1回転速度Nm1およびMG2回転速度Nm2の出力値が取得不可である場合に、レゾルバ異常が発生したと判定する。
レゾルバ421およびレゾルバ422の出力値が取得不可である場合とは、たとえば、レゾルバ421およびレゾルバ422の出力値がいずれも通常取り得ない、明らかに誤った値である場合である。あるいは、レゾルバ421およびレゾルバ422からECU300までの通信経路における異常(たとえば、通信不可等)によりレゾルバ421およびレゾルバ422から出力値自体を受信できない場合である。あるいは、レゾルバ421およびレゾルバ422の内部回路に断線が生じたことが検出された場合である。あるいは、レゾルバ421およびレゾルバ422からの出力波形と予め定められた波形とを比較したときに類似の度合いがしきい値よりも低い(たとえば、振幅や位相の差が予め定められた値以上となる)場合である。
レゾルバ異常が発生したと判定される場合(S15にてYES)、処理はS16に移される。もしそうでない場合(S15にてNO)、この処理は終了する。
S16にて、ECU300は、レゾルバ異常が発生する直前のMG2回転速度Nm2が、後述する第1抑制制御を開始するため第1速度しきい値以下であるか否かを判定する。第1速度しきい値は、異常発生直前の車両1が停車した状態であるか否かを判定するための値であって、たとえば、ゼロであってもよいし、レゾルバ422の検出誤差を考慮した予め定められた値であってもよい。
ECU300は、たとえば、バッファ等を用いてレゾルバ422から取得したMG2回転速度Nm2を保持しておき、レゾルバ異常が発生したと判定した場合には、判定した時点の直前のMG2回転速度の回転方向(出力値の符号)を特定してメモリ等に記憶する。ECU300は、記憶された値が第1速度しきい値以下であるか否かを判定する。
レゾルバ異常が発生する直前のMG2回転速度Nm2が第1速度しきい値以下であると判定される場合(S16にてYES)、処理はS18に移される。もしそうでない場合(S16にてNO)、処理はS19に移される。
S18にて、ECU300は、第1抑制制御を実行する。なお、第1抑制制御の詳細については後述する。S19にて、ECU300は、停車履歴があるか否かを判定する。ECU300は、たとえば、停車履歴の有無を示す履歴フラグの状態に基づいて停車履歴があるか否かを判定する。たとえば、履歴フラグは、インバータレス走行が開始されたときにオフ状態にセットされる。ECU300は、車輪速センサ73の検出結果に基づくMG2回転速度Nm2の推定値の大きさが第2速度しきい値以下であるか否かを判定する。第2速度しきい値は、車両が停車した状態であるか否かを判定するための値であって、たとえば、ゼロであってもよいし、車輪速センサ73の検出誤差を考慮した予め定められた値であってもよい。ECU300は、車輪速センサ73の検出結果に基づくMG2回転速度Nm2の推定値の大きさが第2速度しきい値以下であると判定する場合に履歴フラグをオン状態にセットする。ECU300は、履歴フラグがオン状態である場合に停車履歴があると判定する。停車履歴があると判定される場合(S19にてYES)、処理はS20に移される。もしそうでない場合(S19にてNO)、処理はS18に移される。
S20にて、ECU300は、第2抑制制御を実行する。なお、第2抑制制御の詳細については後述する。
図7は、ECU300が第1抑制制御を行なう際の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、図6のS18における第1抑制制御の実行内容を示す。
S30にて、ECU300は、上述した第1推定値Nm1(VS+)および第2推定値Nm1(VS−)を算出する。
図8は、ECU300による第1推定値Nm1(VS+)および第2推定値Nm1(VS−)の算出手法を説明するための図である。ECU300は、まず、車輪速センサ73の出力値(車輪速VS)から、駆動輪50が前進方向に回転していると仮定したときのMG2回転速度の推定値Nm2(VS+)と、駆動輪50が後進方向に回転していると仮定したときのMG2回転速度の推定値Nm2(VS−)とを算出する。ここで、推定値Nm2(VS+)と推定値Nm2(VS−)とは、絶対値が同じであって、符号は逆(Nm2(VS+)>0、Nm2(VS−)<0)である。
さらに、ECU300は、共線図の関係を利用して、エンジン回転速度Neと推定値Nm2(VS+)とを用いて上述の第1推定値Nm1(VS+)を算出する(図8の一点鎖線参照)。同様に、ECU300は、共線図の関係を利用して、エンジン回転速度Neと推定値Nm2(VS−)とを用いて上述の第2推定値Nm1(VS−)を算出する(図8の実線参照)。図8に例示されているように、第1推定値Nm1(VS+)と第2推定値Nm1(VS−)とは異なる値となり、どちらの値が実際のMG1回転速度Nm1であるのかを特定できない。そのため、ECU300は、第1抑制制御において、第1推定値Nm1(VS+)および第2推定値Nm1(VS−)が予め定められた回転速度領域の上限値Aおよび下限値Bを超えないようにエンジン100の回転速度を制御する。
図7に戻って、S31にて、ECU300は、算出された第2推定値Nm1(VS−)が上限値Aよりも大きいか否かを判定する。第2推定値Nm1(VS−)が上限値Aよりも大きいと判定される場合(S31にてYES)、処理はS32に移される。もしそうでない場合(S31にてNO)、処理はS33に移される。
S32にて、ECU300は、エンジン回転速度Neを低下させる。ECU300は、たとえば、燃料噴射量を低下させたり、あるいは、フューエルカット制御を実行したりすることによって、エンジン回転速度Neを低下させるようにしてもよいし、SMR160を遮断状態にすることでエンジン100をフューエルカット状態にしてもよい。ECU300は、たとえば、第2推定値Nm1(VS−)が上限値A以下となるエンジン回転速度Neを目標値として設定し、設定された目標値以下となるようにエンジン回転速度Neを制御してもよい。
S33にて、ECU300は、算出された第1推定値Nm1(VS+)が下限値Bよりも小さいか否かを判定する。第1推定値Nm1(VS+)が下限値Bよりも小さいと判定される場合(S33にてYES)、処理はS34に移される。もしそうでない場合(S33にてNO)、この処理は終了する。
S34にて、ECU300は、エンジン回転速度Neを上昇させる。ECU300は、たとえば、燃料噴射量を増加させることによって、エンジン回転速度Neを上昇させるようにしてもよい。ECU300は、たとえば、第1推定値Nm1(VS+)が下限値B以上となるエンジン回転速度Neを目標値として設定し、設定された目標値以上となるようにエンジン回転速度Neを制御してもよい。
図9は、ECU300が第2抑制制御を行なう際の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、図6のS20における第2抑制制御の実行内容を示す。
S40にて、ECU300は、車両1が前進走行中であるか否かを判定する。ECU300は、たとえば、レゾルバ異常が発生する直前のレゾルバ422の出力値の符号に基づいて車両1が前進走行中であるか否かを判定する。ECU300は、レゾルバ422の出力値の符号が前進走行中を示す符号(たとえば、プラス))である場合に、車両1が前進走行中であると判定する。一方、ECU300は、たとえば、レゾルバ422の出力値の符号が前進走行中を示す符号と異なる符号(たとえば、マイナス)である場合に、車両1が後進走行中である(すなわち、前進走行中でない)と判定する。車両1が前進走行中であると判定される場合(S40にてYES)、処理はS41に移される。もしそうでない場合(S40にてNO)、処理はS46に移される。
S41にて、ECU300は、第1推定値Nm1(VS+)を算出する。第1推定値Nm1(VS+)の算出方法については上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。
S42にて、ECU300は、第1推定値Nm1(VS+)が上限値Aよりも大きいか否かを判定する。第1推定値Nm1(VS+)が上限値Aよりも大きいと判定される場合(S42にてYES)、処理はS43に移される。もしそうでない場合(S42にてNO)、処理はS44に移される。
S43にて、ECU300は、エンジン回転速度Neを低下させる。なお、エンジン回転速度Neを低下させる方法については上述の図7のS32にて説明したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。
S44にて、ECU300は、第1推定値Nm1(VS+)が下限値Bよりも小さいか否かを判定する。第1推定値Nm1(VS+)が下限値Bよりも小さいと判定される場合(S44にてYES)、処理はS45に移される。もしそうでない場合(S44にてNO)、この処理は終了する。
S45にて、ECU300は、エンジン回転速度Neを上昇させる。ECU300は、たとえば、燃料噴射量を増加させることによって、エンジン回転速度Neを上昇させるようにしてもよい。
S46にて、ECU300は、第2推定値Nm1(VS−)を算出する。第2推定値Nm1(VS−)の算出方法については上述の図7のS30にて説明したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。
S47にて、ECU300は、第2推定値Nm1(VS−)が上限値Aよりも大きいか否かを判定する。第2推定値Nm1(VS−)が上限値Aよりも大きいと判定される場合(S47にてYES)、処理はS48に移される。もしそうでない場合(S47にてNO)、この処理は終了する。S48にて、ECU300は、エンジン回転速度Neを低下させる。
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る車両1に搭載されたECU300の動作について説明する。
インバータ221,222を正常に制御できる場合には(S10にてNO)、通常走行が行なわれる(S11)。一方、レゾルバ異常によってインバータ221,222を正常に制御できない場合には、インバータ異常が発生したと判定され(S10にてYES)、インバータレス走行が開始される。
インバータレス走行においては、インバータ221,222がゲート遮断状態にされ(S12)、コンバータ210が作動され(S13)、エンジン100が駆動される(S14)。
このとき、レゾルバ異常が発生しているため(S15にてYES)、車両1が停車状態であることにより、異常発生直前のMG回転速度Nm2が第1速度しきい値以下である場合には(S16にてYES)、第1抑制制御が実行される(S18)。あるいは、車両1が走行状態であるため、異常発生直前のMG回転速度Nm2が第1速度しきい値よりも大きい場合であって(S16にてNO)、インバータレス走行を開始してから停車履歴がある場合には(S19にてNO)、第1抑制制御が実行される(S18)。
第1抑制制御が実行されると、第1推定値Nm1(VS+)と、第2推定値Nm1(VS−)とが算出される(S30)。停車状態の車両1が走行を再開するなどして、車速が増加した結果、第2推定値Nm1(VS−)が上限値Aよりも大きくなる場合には(S31にてYES)、エンジン回転速度Neが低下される(S32)。エンジン回転速度Neが低下されることによって、MG1回転速度Nm1が低下されることとなる。そのため、第2推定値Nm1(VS−)を上限値A以下に制御することができる。
一方、第1推定値Nm1(VS+)が下限値Bよりも小さくなる場合には(S33にてYES)、エンジン回転速度Neが上昇される(S34)。エンジン回転速度Neが上昇されることによって、MG1回転速度Nm1が上昇されることとなる。そのため、第1推定値Nm1(VS+)を下限値B以上に制御することができる。
一方、レゾルバ異常が発生している場合(S15にてYES)、車両1が前進走行しており、異常発生直前のMG回転速度Nm2が第1速度しきい値よりも大きい場合には、(S16にてNO)、インバータレス走行を開始してから停車履歴がないと(S19にてYES)、第2抑制制御が実行される(S20)。
第2抑制制御が実行されると、車両1が前進走行中であるため(S40にてYES)、第1推定値Nm1(VS+)が算出される(S41)。算出された第1推定値Nm1(VS+)が上限値Aよりも大きい場合には(S42にてYES)、エンジン回転速度Neが低下される(S43)。エンジン回転速度Neが低下されることによって、MG1回転速度Nm1が低下されることとなる。そのため、第1推定値Nm1(VS+)を上限値A以下に制御することができる。
一方、算出された第1推定値Nm1(VS+)が下限値Bよりも小さい場合には(S42にてNO)、エンジン回転速度Neが上昇される(S45)。エンジン回転速度Neが上昇されることによって、MG1回転速度Nm1が上昇されることとなる。そのため、第1推定値Nm1(VS+)を下限値B以上に制御することができる。
なお、車両1が後進走行中である場合には(S40にてNO)、第2推定値Nm1(VS−)が算出される(S46)。算出された第2推定値Nm1(VS−)が上限値Aよりも大きい場合には(S47にてYES)、エンジン回転速度Neが低下される(S48)。エンジン回転速度Neが低下されることによって、MG1回転速度Nm1が低下されることとなる。そのため、第2推定値Nm1(VS−)を上限値A以下に制御することができる。
以上のように、本実施の形態に係る車両1によると、インバータレス走行制御中にレゾルバ異常が発生した場合に、停車履歴がある場合には、車両1が前進方向を走行しているか後進方向を走行しているかを特定することが困難になるため、第1抑制制御が実行される。第1抑制制御において第1推定値Nm1(VS+)および第2推定値Nm1(VS−)のうちのいずれもが上限値Aと下限値Bとからなる予め定められた回転速度領域内となるようにエンジン回転速度Neが制御される。これにより、モータジェネレータ10が過回転状態になることを抑制することができる。したがって、インバータレス走行制御時において、モータジェネレータ10が過回転状態になることを抑制するハイブリッド車両を提供することができる。
一方、停車履歴がない場合には、第2抑制制御が実行される。第2抑制制御においては、レゾルバ異常が発生する直前のレゾルバ422の出力値の符号によって、車両1が前進方向に走行しているか後進方向に走行しているかを特定することができる。そのため、レゾルバ422の出力値が取得できなくなる直前の出力値の符号に対応するMG1回転速度の推定値(第1推定値Nm1(VS+)および第2推定値Nm1(VS−)のうちのいずれか)が上限値Aと下限値Bとからなる予め定められた回転速度領域内となるようにエンジン回転速度Neを制御することにより、モータジェネレータ10が過回転状態になることを抑制することができる。特に車両1の進行方向が特定できるため、第1抑制制御を実行する場合と比較して車両の速度の制限の程度を緩和することができる。
以下、変形例について記載する。
上述の実施の形態においては、第1抑制制御および第2抑制制御について、MG1回転速度の推定値が上限値Aを超えた場合に、エンジン回転速度Neが低下されるものとして説明したが、たとえば、MG1回転速度の推定値が上限値Aに近づくほどMG1回転速度の推定値Nm1(VS+)の増加量が小さくなるようにエンジン100を制御するようにしてもよい。このようにすると、MG1回転速度の推定値が上限値Aを超えないようにすることができる。
上述の実施の形態においては、インバータレス走行中にレゾルバ異常が発生した場合には、停車履歴の有無によって第1抑制制御と第2抑制制御のうちのいずれかを実行するものとして説明したが、たとえば、インバータレス走行中にレゾルバ異常が発生した場合には、停車履歴の有無にかかわらず第1抑制制御を実行してもよい。このようにしても、インバータレス走行制御時において、モータジェネレータ10が過回転状態になることを抑制することができる。
たとえば、図10に示すように、ECU300は、S15にて、レゾルバ異常が発生したと判定した場合には(S15にてYES)、S18にて、第1抑制制御を実行してもよい。なお、図10の他の処理については、図6を用いて説明したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。
上述の実施の形態においては、第1抑制制御においては、第1推定値Nm1(VS+)および第2推定値Nm1(VS−)のうちのいずれか一方の推定値が予め定められた回転速度領域外となる場合にエンジン回転速度Neを低下または上昇させるものとして説明したが、エンジン回転速度Neを低下または上昇させることによって他方の推定値が予め定められた回転速度領域外となる場合には、たとえば、制動装置を作動させる等して車速を低下させるようにしてもよい。
なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 ハイブリッド車両、1U,1V,1W アーム、2U,2V,2W 各相アーム、10,20 モータジェネレータ、12 永久磁石、30 遊星歯車機構、50 駆動輪、60 出力軸、73 車輪速センサ、100 エンジン、110 クランクシャフト、150 バッテリ、160 SMR、200 PCU、210 コンバータ、221,222 インバータ、230 電圧センサ、241,242 電流センサ、410 エンジン回転速度センサ、421,422 レゾルバ、440 監視ユニット。

Claims (2)

  1. エンジンと、
    ロータに永久磁石を有する第1回転電機と、
    車輪に接続された出力軸と、
    前記エンジンに連結されたキャリアと、前記第1回転電機に連結されたサンギヤと、前記出力軸に連結されたリングギヤとを有する遊星歯車機構と、
    前記出力軸に接続された第2回転電機と、
    バッテリと、
    前記バッテリと前記第1回転電機と前記第2回転電機との間で電力変換可能なインバータと、
    前記第1回転電機の回転速度および回転方向を検出可能な第1センサと、
    前記第2回転電機の回転速度および回転方向を検出可能な第2センサと、
    前記エンジンの回転速度を検出可能なエンジン回転速度センサと、
    前記車輪の回転速度を検出可能かつ前記車輪の回転方向を検出不能な車輪速センサと、
    前記インバータによる前記第1回転電機および前記第2回転電機の駆動を正常に行なうことができない場合にインバータレス走行制御を実行可能な制御装置とを備え、
    前記インバータレス走行制御は、前記インバータをゲート遮断状態にし、かつ前記エンジンを駆動して前記第1回転電機に逆起電圧に起因する制動トルクを発生させ、前記制動トルクの反力として前記出力軸に作用するトルクで車両を走行させる制御であり、
    前記制御装置は、前記インバータレス走行制御中に前記第1センサおよび前記第2センサの出力値を取得できない場合、
    前記エンジン回転速度センサの出力値と前記車輪速センサの出力値とを用いて、前記車輪が前進方向に回転していると仮定したときの前記第1回転電機の回転速度の第1推定値と、前記車輪が後進方向に回転していると仮定したときの前記第1回転電機の回転速度の第2推定値とを算出し、
    前記第1推定値および前記第2推定値のいずれもが予め定められた回転速度領域内となるように前記エンジンの回転速度を制御する、ハイブリッド車両。
  2. 前記制御装置は、前記インバータレス走行制御中に前記第1センサおよび前記第2センサの出力値を取得できない場合、
    前記インバータレス走行制御中に前記車輪速センサの出力値が停車状態を示す値となる停車履歴がない場合は、前記第1推定値および前記第2推定値のうちの、前記第2センサの出力値が取得できなくなる直前の出力値の符号に対応するいずれか一方の値が前記予め定められた回転速度領域内となるように前記エンジンの回転速度を制御し、
    前記インバータレス走行制御中に前記停車履歴がある場合は、前記第1推定値および前記第2推定値のいずれもが前記予め定められた回転速度領域内となるように前記エンジンの回転速度を制御する、請求項1に記載のハイブリッド車両。
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