JP6701861B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

この発明は、ハイブリッド車両に関し、より特定的には、車載蓄電装置を不使用とした走行モードを有するハイブリッド車両に関する。
特開2012−153220号公報(特許文献1)および、特開2013−60042号公報(特許文献2)には、第1および第2のモータジェネレータが共通の直流電圧配線とインバータを経由して接続されるハイブリッド車両の構成において、バッテリを電気システムから切離して走行(以下、バッテリレス走行とも称する)する場合における走行制御が記載されている。
特許文献1および2の構成では、通常走行時には、昇圧チョッパによって構成された電圧変換器によって、車載蓄電装置の出力電圧を昇圧可能に、直流電圧配線の直流電圧が制御される。特許文献1では、バッテリレス走行時において、第1および第2のモータジェネレータの電力収支が崩れることによって上記直流電圧の電圧変動を生じないように考慮して、トルクを確保するための第1および第2のモータジェネレータのトルク上下限範囲を設定することが記載されている。
また、特許文献2には、特許文献1と同様のバッテリレス走行において、電圧変換器の一次側(蓄電装置側)の電力によって給電される補機負荷の作動を確保するための、電圧制御が記載されている。
特開2012−153220号公報 特開2013−60042号公報
しかしながら、特許文献2では、バッテリレス走行の開始前に、電圧変換器の一次側の電圧低下に備えて、直流電源配線の直流電圧を予備的に上昇させる制御が行われる一方で、バッテリレス走行中に電圧変換器の一次側の電圧が過度に上昇または低下した場合には、対応することができない。
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、ハイブリッド車両のバッテリレス走行時における電気システム内の過度の電圧上昇および電圧低下を防止することである。
この発明に係るハイブリッド車両は、第1および第2の駆動輪と、内燃機関と、発電機と、第1および第2の電動機と、蓄電装置と、第1および第2の電力変換器と、制御装置とを備える。発電機は、内燃機関の動力の少なくとも一部を用いて発電する。第1の電動機は、第1の駆動輪との間に動力伝達経路を有するように構成される。蓄電装置は、第1の電力線に対して、開閉器を介して電気的に接続される。第1の電圧変換器は、第1の電力線および第2の電力線の間に接続されて、第1および第2の電力線の間で直流電圧変換を実行するように構成される。第2の電力線は、第1の電動機および発電機の双方と電気的に接続される。第2の電圧変換器は、第1の電力線の直流電圧を降圧して補機の動作電圧に変換する。第2の電動機は、第1の電力線と電気的に接続されて、第2の駆動輪との間に動力伝達経路を有するように構成される。制御装置は、開閉器が開放された走行状態において、第1の電圧変換器、発電機、ならびに、第1および第2の電動機を制御する。制御装置は、第1の電力線の電圧を制御するように第1の電圧変換器の動作を制御するとともに、車両状態に応じた車両駆動トルクを得るための発電機、ならびに、第1および第2の電動機の間での出力配分を制御する。さらに、制御装置は、第1の電力線の電圧が所定の制御下限電圧よりも低下した場合には、第2の電動機が回生トルクを出力するとともに、第1の電圧変換器、発電機、ならびに、第1および第2の電動機の出力全体で車両駆動トルクが確保されるように出力配分を制御する一方で、第1の電力線の電圧が所定の制御上限電圧よりも低下した場合には、第2の電動機が力行トルクを出力するとともに、出力全体で車両駆動トルクが確保されるように出力配分を制御する。
上記ハイブリッド車両によれば、開閉器が開放された走行(バッテリレス走行)では、第1の電力線の電圧(VL)が、制御下限電圧から制御上限電圧までの一定範囲から外れたときには、第2の電動機による回生発電または電力消費を強制的に実行することにより、当該電圧を速やかに正常範囲内に復帰できる。その際に、第2の電動機による回生発電または電力消費による第2の駆動輪のトルクの増減を補償するように、出力配分修正を行うことによって、走行状態に応じた車両駆動トルクについても確保することができる。これにより、開閉器が開放された走行(バッテリレス走行)中に、第1の電力線の電圧(VL)の過度の上昇または低下によって走行継続が不能となることを防止できる。
この発明によれば、ハイブリッド車両のバッテリレス走行時における電気システム内の過度の電圧上昇および電圧低下を防止することができる。
本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の構成を示すブロック図である。 前輪の駆動に関する共線図である。 本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両のバッテリレス走行時における電圧異常検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両のバッテリレス走行時における走行制御の処理を説明するフローチャートである。 バッテリレス走行時における出力配分修正の一例を説明する概念図である。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。
(車両の構成および基本制御)
図1は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の構成を示すブロック図である。
図1を参照して、ハイブリッド車両100は、蓄電装置5と、システムメインリレーSMR1,SMR2と、フロントパワーコントロールユニット(Fr−PCU:以下、前輪制御部と記す)11と、リアパワーコントロールユニット(Re−PCU:以下、後輪制御部と記す)14と、HV−ECU8と、トランスアクスルTAと、モータジェネレータMGRと、エンジンENGと、前輪WFと、後輪WRとを含む。
トランスアクスルTAは、モータジェネレータMG1,MG2と、動力分割機構PGとを含む。
Fr−PCU11は、コンバータ12と、インバータ20,22と、コンデンサC1,C2と、MG−ECU9とを含む。Re−PCU14は、インバータ24と、コンデンサC3と、MG−ECU10とを含む。HV−ECU8と、MG−ECU9と、MG−ECU10は、制御装置120を構成する。
動力分割機構PGは、エンジンENGとモータジェネレータMG1,MG2に結合され、これらの間で動力を分割する機構である。たとえば動力分割機構としては、図示しない、サンギヤ(S)、プラネタリキャリヤ(P)、リングギヤ(R)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。そして、動力分割機構PGでは、プラネタリキャリヤ(P)がエンジンENGのクランクシャフト(図示せず)と機械的に接続され、サンギヤ(S)がモータジェネレータMG1のロータ(図示せず)と機械的に接続され、リングギヤ(R)がモータジェネレータMG2のロータ(図示せず)と機械的に接続される。リングギヤ(R)は、出力軸DSとも連結される。
このような動力分割機構PGを介した連結により、エンジンENGの出力とモータジェネレータMG1,MG2の出力とが最適な比率となるように制御することができる。なお、モータジェネレータMG1,MG2のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。
モータジェネレータMG2の回転軸と連結された動力分割機構PGの出力軸DSは、減速ギヤや差動ギヤを介して前輪WFと機械的に連結される。すなわち、モータジェネレータMG1,MG2は、Fr−PCU11から供給される交流電力を受けて前輪WFのトルクを発生することができる。また、モータジェネレータMG1は、エンジンENGの出力によって発電することも可能であり、モータジェネレータMG2は、前輪WFの回生制動によって発電することも可能である。
また、モータジェネレータMGRの回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤを介して、後輪WRを駆動する。すなわち、モータジェネレータMGRは、Re−PCU14から供給される交流電力を受けて後輪WRのトルクを発生することができる。モータジェネレータMGRは、後輪WRの回生制動による発電を行うことも可能である。
蓄電装置5は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素であり、代表的には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池によって構成される。あるいは、蓄電装置5は、電気二重層キャパシタなどの二次電池以外の蓄電素子を含んで構成されてもよい。
蓄電装置5は、モータジェネレータMG1,MG2を駆動するための直流電力をFr−PCU11へ供給し、モータジェネレータMGRを駆動するための直流電力をRe−PCU14へ供給する。蓄電装置5は、モータジェネレータMG1,MG2によって発生され、Fr−PCU11を介して供給される電力を蓄電する。蓄電装置5は、モータジェネレータMGRによって発生され、Re−PCU14を介して供給される電力を蓄電する。
システムメインリレーSMR1,SMR2は、蓄電装置5とFr−PCU11およびRe−PCU14とを接続する電力線PL1および接地線SL1の途中に挿入される。システムメインリレーSMR1,SMR2は、HV−ECU8により制御される。電力線PL1および接地線SL1は、Fr−PCU11と接続される。
Fr−PCU11は、蓄電装置5からの直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータMG1,MG2に供給する。また、Fr−PCU11は、モータジェネレータMG1,MG2によって発生した交流電力を、直流電力に変換して蓄電装置5を充電する。
コンバータ12は、いわゆる昇圧チョッパ回路で構成されて、リアクトルL1と、電力線HPLと接地線SL1との間に直列に接続されるスイッチング素子Q1,Q2と、スイッチング素子Q1,Q2にそれぞれ逆並列接続されるダイオードD1,D2とを含む。スイッチング素子は、代表的にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタ、および、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor)等を適用することができる。なお、本実施の形態においては、スイッチング素子としてIGBTが例示されている。
コンバータ12は、MG−ECU9からの信号PWCに基づいて、スイッチング素子Q1およびQ2を交互にオンオフすることによって、電力線HPLと接地線SL1間の直流電圧VHを、電圧指令値に従って制御する。具体的には、所定のスイッチング周期毎におけるスイッチング素子Q1およびQ2のオン期間比(デューティ比)によって、電力線PL1と接地線SL1間の直流電圧VLと、上記直流電圧VHの間の電圧変換比が制御される。
なお、コンデンサC2が、コンバータ12の高圧側(すなわち、コンバータ12とインバータ20,22の間)の電力線HPLと接地線SL1間に接続されている。これにより、コンバータ12およびインバータ20,22でスイッチング時に発生するリプル電圧を吸収することによって、直流電圧VHは平滑化される。
同様に、コンデンサC1は、コンバータ12の低圧側(すなわち、コンバータ12と蓄電装置5との間)の電力線PL1と接地線SL1間に接続され、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング時のリプル電圧を吸収することによって、直流電圧VLは平滑化される。
インバータ20は、電力線HPLと接地線SL1と、モータジェネレータMG1との間に接続される。インバータ20は、U相アーム123と、V相アーム124と、W相アーム125とを含む、一般的な三相コンバータの構成を有する。U相アーム123、V相アーム124およびW相アーム125は、電力線HPLと接地線SL1との間に並列に接続される。
U相アーム123は、電力線HPLと接地線SL1との間に直列接続されたスイッチング素子Q3,Q4と、スイッチング素子Q3,Q4と逆並列に接続されるダイオードD3,D4とを有する。V相アーム124は、同様に接続された、スイッチング素子Q5,Q6およびダイオードD5,D6を有する。同様に、V相アーム124は、スイッチング素子Q7,Q8およびダイオードD7,D8を有する。
モータジェネレータMG1は、たとえば、永久磁石型の三相同期電動機で構成される。モータジェネレータMG1のステータ(図示せず)には、中性点でY結線された三相コイル(図示せず)が巻回されており、三相コイルの各一方端が中性点に共に接続されるとともに、各相の他方端は、図1に示すように、U相アーム123、V相アーム124、および、W相アーム125と電気的に接続される。
インバータ20は、MG−ECU9から出力される駆動指令PWI1に従って上記スイッチング素子Q3〜Q8のゲート信号をオンまたはオフさせる。これにより、インバータ20は、直流電圧VHとモータジェネレータMG1の三相コイルに印可される交流電圧との間のAC/DC電力変換によって、出力指令(たとえば、トルク指令値Tmg1*)に従ってモータジェネレータMG1を駆動する。たとえば、モータジェネレータMG1は、エンジンENGを始動させるために駆動される。あるいは、モータジェネレータMG1は、エンジンENGから伝達される機械的動力によって発電するように駆動されてもよい。このとき、インバータ20は、モータジェネレータMG1の発電電力(AC)を直流電圧VHに変換する。さらに、コンバータ12での電圧変換によって、エンジン動力によって発電された電力を用いて蓄電装置5を充電することが可能である。
インバータ22は、インバータ20と同様に、三相インバータによって構成されて、電力線HPLと接地線SL1と、前輪WFを駆動するモータジェネレータMG2との間に接続される。モータジェネレータMG2は、モータジェネレータMG1と同様に、永久磁石型の三相同期電動機で構成される。
インバータ22は、コンバータ12に対してインバータ20と並列に接続されて、MG−ECU9から出力される駆動指令PWI2に従ってスイッチング素子(図示せず)のゲート信号をオンまたはオフさせる。これにより、直流電圧VHとモータジェネレータMG2の三相コイル(図示せず)に印可される交流電圧との間のAC/DC電力変換によって、出力指令(たとえば、トルク指令値Tmg2*)に従ってモータジェネレータMG2が駆動される。
モータジェネレータMG2は、前輪WFのトルクを出力するために駆動される。あるいは、モータジェネレータMG2は、車両減速時には、前輪WFの回転力によって回生制動することができる。回生制動時には、インバータ22は、モータジェネレータMG2の発電電力を直流電圧VHに変換する。さらに、コンバータ12での電圧変換によって、回生発電された電力を用いて蓄電装置5を充電することが可能である。
次に、後輪駆動用の構成を説明する。
電力線PL2および接地線SL2は、電力線PL1および接地線SL1とそれぞれ接続される。したがって、システムメインリレーSMR1,SMR2のオン時には、電力線PL2および接地線SL2は、蓄電装置5に対して、電力線PL1および接地線SL1と並列に接続される。また、システムメインリレーSMR1,SMR2のオフ時にも、電力線PL2および接地線SL2と、電力線PL1および接地線SL1との、電気的な接続は維持されている。
インバータ24は、インバータ20,22と同様に、三相インバータによって構成されて、電力線PL2および接地線SL2と、後輪WRを駆動するモータジェネレータMGRとの間に接続される。モータジェネレータMGRは、モータジェネレータMG1,MG2と同様に、永久磁石型の三相同期電動機で構成される。
インバータ22は、MG−ECU10から出力される駆動指令PWI3に従ってスイッチング素子(図示せず)のゲート信号をオンまたはオフさせる。これにより、コンバータ12による昇圧前の直流電圧VLと、モータジェネレータMGRの三相コイル(図示せず)に印可される交流電圧との間のAC/DC電力変換により、出力指令(たとえば、トルク指令値Tmgr*)に従ってモータジェネレータMGRが駆動される。
モータジェネレータMGRは、後輪WRのトルクを出力するために駆動される。あるいは、モータジェネレータMGRは、車両減速時には、後輪WRの回転力によって回生制動することができる。回生制動時には、インバータ24は、モータジェネレータMGRの発電電力を直流電圧VLに変換する。これにより、回生電力によって蓄電装置5を充電することが可能である。
コンデンサC3は、インバータ24と蓄電装置5との間の電力線PL2と接地線SL2間に接続され、インバータ24でスイッチング時に発生するリプル電圧を吸収することによって、電力線PL2と接地線SL2間の直流電圧VLの変動を平滑化する。
直流電圧VHからは、補機負荷130の作動電圧が生成される。DC/DCコンバータ132は、電力線PL2および接地線GL2と接続されて、直流電圧VLを補機負荷130の作動電圧に降圧する。補機負荷130は、たとえば、オーディオ等の車室内の電気機器、ヘッドライト、モータジェネレータMG1,MG2,MGR以外の種々の電動機等を含む。
補機負荷130に対しては、補機バッテリ135が接続されており、DC/DCコンバータ132による供給電力が補機負荷130の消費電力よりも大きいときには、余剰電力分によって補機バッテリ135が充電される。反対に、補機負荷130の消費電力がDC/DCコンバータ132による供給電力がよりも大きいときには、補機バッテリ135の放電によって補機負荷130の作動が確保される。
HV−ECU8、MG−ECU9、および、MG−ECU10の各々は、図示しない、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、入出力ポート、および通信ポート等を有する電子制御ユニットとして構成される。各ECUは、互いにデータや情報を送受信可能に構成される。
HVECU8には、イグニッションスイッチ(図示せず)からのイグニッション信号、シフトレバー(図示せず)の操作位置を検出する信号、アクセルペダル(図示せず)の踏み込み量であるアクセル開度、ブレーキペダル(図示せず)の踏み込み量を示すブレーキペダルポジション、車速センサ(図示せず)によって検出された車速などが入力されている。なお、HV−ECU8は、直流電圧VL,VHの検出値についても、図示しない電圧センサからの入力または、他ECUからの伝送によって取得することが可能である。
HV−ECU8は、車両状態に応じて、リレー制御信号SEを生成し、システムメインリレーSMR1およびSMR2のオンオフを制御する。具体的には、イグニッションスイッチがオンされた車両運転中には、リレー制御信号SEがオンに設定されることにより、システムメインリレーSMR1,SMR2の接点が閉じられて(オン状態)、蓄電装置5とFr−PCU11およびRe−PCU14とが接続される。
一方、リレー制御信号SEがオフに設定されるとシステムメインリレーSMR1,SMR2の接点が開放されることにより(オフ状態)、蓄電装置5と、Fr−PCU11およびRe−PCU14との間の電力経路が遮断される。たとえば、HV−ECU8は、イグニッションスイッチがオフされた運転終了時には、システムメインリレーSMR1,SMR2をオフするように、リレー制御信号SEを出力する。
HV−ECU8は、車両状態に適した走行を行なうための走行制御を実行する。たとえば、車両発進時および低速走行時には、エンジンENGを停止した状態で、モータジェネレータMG2の出力によってハイブリッド車両100は走行する。定常走行時には、エンジンENGを始動して、エンジンENGおよびモータジェネレータMG2の出力によってハイブリッド車両100は走行する。特に、エンジンENGを高効率の動作点で動作させることによって、ハイブリッド車両100の燃費が向上する。
具体的には、走行制御では、HV−ECU8は、走行状態(たとえば、車速およびアクセル開度)に応じて、ハイブリッド車両100のトータルトルクTtlを演算する。ハイブリッド車両100のトータルトルクTtlは、前輪トルクTwfおよび後輪トルクTwbの和となる(Ttl=Twf+Twb)。このため、HV−ECU8は、トータルトルクTtlを前輪トルクTwfおよび後輪トルクTwbに分配する。この際に、正値のトータルトルクTtl(Ttl>0)に対して、前輪トルクTwfおよび後輪トルクTwbの一方を負値に設定することも可能である。この場合には、前輪トルクTwfおよび後輪トルクTwbの他方が、トータルトルクTtlよりも大きな正トルクに設定されることになる。
さらに、HV−ECU8は、前輪トルクTwfを確保するための、エンジンENG、モータジェネレータMG1およびモータジェネレータMG2の出力指令(たとえば、トルク指令値Tmg1*,Tmg2*)の設定、ならびに、後輪トルクTwbを確保するためのモータジェネレータMGRの出力指令(たとえば、トルク指令値Tmgr*)の設定を実行する。このようにして、トータルトルクTtlを確保するためのエンジンENG、モータジェネレータMG1およびモータジェネレータMG2、および、モータジェネレータMGRの出力配分が制御される。
前輪WFの駆動に関して、エンジンENG、モータジェネレータMG1およびモータジェネレータMG2が動力分割機構PGを介して連結されることで、エンジンENG、モータジェネレータMG1およびモータジェネレータMG2の回転数は、図2に示すように共線図で結ばれる関係になる。なお、以下では、モータジェネレータMG2の回転数Nmg2と、動力分割機構PGの出力軸DSの回転数との変速比は1に固定されているものとする。
図2を参照して、エンジンENGは、出力配分に沿って設定されたエンジン要求パワーに基づいて定められた動作点(エンジン回転数NeおよびエンジントルクTe)で動作するように制御される。
モータジェネレータMG1のトルクTmg1および回転数Nmg1は、エンジン回転数Neを上記動作点に従った目標回転数とするように制御される。通常走行時には、MG1は負トルク(Tmg1<0)を出力し、発電する状態となる。
このとき、エンジントルクTeの反力を受け持つように出力されたトルクTmg1によって、出力軸DSに伝達される直達トルクTepは、Tep=−Tmg1×(1/ρ)で示される。なおρは、動力分割機構PGにおけるギヤ比である。
一方で、上記のように変速比=1とすると、モータジェネレータMG2のトルクTmg2が、そのまま出力軸DSに作用する。したがって、前輪トルクTwfについて、下記(1)式が成立する。
Twf=Tmg2−Tmg1×(1/ρ) …(1)
走行時には、モータジェネレータMG2は主に「電動機」として動作し、モータジェネレータは主に「発電機」として動作するので(Tmg2>0,Tmg1<0)、Tep>0として、前輪トルクTwfが確保される。
そして、前輪トルクTwfおよび後輪トルクTwbの和によって、アクセル操作に応じたトータルトルクTtlが確保される。
(バッテリレス走行)
次に、ハイブリッド車両100のバッテリレス走行について説明する。
ハイブリッド車両100では、蓄電装置5に異常が発生して充放電が禁止されると、システムメインリレーSMR1,SMR2をオフするようにリレー制御信号SEを生成する。これにより、蓄電装置5を電気システムから切り離した状態で、蓄電装置5を不使用とした走行である、バッテリレス走行を実行することができる。
バッテリレス走行においても、前輪トルクTwfは、図2に示した共線図に従って出力され、後輪トルクTwbは、モータジェネレータMGRの出力トルクに相当する。すなわち、バッテリレス走行においても、前輪トルクTwfおよび後輪トルクTwbの和によって、トータルトルクTtlが確保される。
特許文献1,2にも記載されるように、バッテリレス走行時には、蓄電装置5を電力バッファとして使用することができないので、モータジェネレータMG1,MG2全体での入出力電力ΔP(ΔP=Tmg1×Nmg1+Tmg2×Nmg2)が、そのまま直流電圧VHを変動させる。一方で、直流電圧VHが過度に低下または上昇すると、バッテリレス走行の継続が不能となる虞がある。
このため、バッテリレス走行では、特許文献1,2に記載されるように、入出力電力ΔPの調整による直流電圧VHの調整(電力制御)と、前輪トルクTwfの確保を両立するように、モータジェネレータMG1,MG2およびエンジンENGの出力を設定することが必要となる。
また、バッテリレス走行中において、特許文献2に記載されるように、コンバータ12は、直流電圧VLを電圧指令値VLrに従って制御するように動作することができる。すなわち、直流電圧VL,VHの検出値および、電圧指令値VLrの従って、スイッチング素子Q1およびQ2のデューティ比が制御される。以下では、このような制御を単に「VL制御」とも称する。
バッテリレス走行中においても、直流電圧VLが過度に上昇すると、機器の耐圧破壊の虞がある一方で、直流電圧VLが過度に低下すると、補機負荷130の作動が困難となる虞がある。このため、バッテリレス走行の継続のためには、直流電圧VLについても一定範囲内に制御することが必要である。
したがって、本実施の形態では、バッテリレス走行時において、直流電圧VLを制御下限電圧VLmin〜制御上限電圧VLmaxの範囲内に維持するように、走行制御を実行する。
図3および図4には、ハイブリッド車両100のバッテリレス走行時における走行制御での処理が示される。図3では、VLの電圧異常検出処理が示され、図4には、走行制御の詳細が示される。図3および図4の処理は、HV−ECU8によって所定周期で繰返して実行される。
図3を参照して、HV−ECU8は、ステップS100により、バッテリレス走行中であるかどうかを判定する。バッテリレス走行中でない場合(ステップS100のNO判定時)には、ステップS110以下の処理は実行されない。
HV−ECU8は、バッテリレス走行時には(S100のYES判定時)には、ステップS110により、コンバータ12にVL制御を実行するように指令する。これを受けて、MG−ECU9は、直流電圧VLを電圧指令値VLrに制御するように、コンバータ12の信号PWCを生成する。
さらに、HV−ECU8は、ステップS120およびS130により、直流電圧VLをサンプリングするとともに、直流電圧VLが正常範囲内であるかどうかを判定する。具体的には、ステップS120では、VL>VLmaxであるか否かが判定され、ステップS130では、VL<VLminであるか否かが判定される。
HV−ECU8は、VLmin≦VL≦VLmaxのとき(S120,S130のNO判定時)、すなわち、直流電圧VLが正常範囲内である場合には、ステップS140により、VL異常フラグFvl=0に設定する。
一方で、HV−ECU8は、VL>VLmaxのとき(S120のYES判定時)、すなわち、直流電圧VLが制御上限電圧よりも高い場合には、ステップS150により、VL異常フラグFvl=1に設定するとともに、上昇要求フラグFVup=0に設定する。
さらに、HV−ECU8は、VL<VLminのとき(S130のYES判定時)、すなわち、直流電圧VLが制御下限電圧よりも低い場合には、ステップS160により、VL異常フラグFvl=1に設定するとともに、上昇要求フラグFVup=1に設定する。
このように、VL異常フラグFvlおよび上昇要求フラグFVupにより、直流電圧VLの異常有無、および、異常が上昇側および低下側のいずれであるかを識別する情報が得られる。当該情報は、図4に示される走行制御での出力配分に反映される。
図4を参照して、HV−ECU8は、ステップS200により、バッテリレス走行中であるかどうかを判定する。バッテリレス走行中でない場合(ステップS200のNO判定時)には、ステップS210以下の処理は実行されない。この場合には、通常走行での走行制御が別途実行される。
HV−ECU8は、バッテリレス走行時(S200のYES判定時)には、ステップS210により、走行状態からハイブリッド車両100のトータルトルクTtlを算出する。たとえば、ハイブリッド車両100のアクセル開度Accおよび車速をパラメータとして、当該2変数からバッテリレス走行時のトータルトルクTtlを設定するマップが予め作成されることにより、ステップS210の処理が実現できる。
HV−ECU8は、ステップS220により、トータルトルクTtlを確保するための基本的な出力配分を仮決定する。ステップS220では、後輪トルクTwb=0として、前輪トルクTwfのみでトータルトルクTtlを発生するように(Ttl=Twf)、エンジンENGおよびモータジェネレータMG1,MG2,MGRの出力が設定される。
具体的には、Twr=0、すなわち、Tmgr=0とした上で、図2に示された共線図に従って、Tfr=Ttlを出力し、かつ、直流電圧VHの電力制御が実現されるように、エンジンENGの動作点、ならびに、モータジェネレータMG1およびMG2のトルクTmg1rおよびTmg2rが設定される。たとえば、特許文献1または2と同様の手法にて、Tmg1rおよびTmg2rを設定することができる。このとき、Tmg1r,Tmg2rに加えて、Tmg1,Tmg2の上下限値がさらに設定される。当該上下限値は、たとえば、電力制御が破綻しないためのトルク範囲と対応して設定される。
HV−ECU8は、ステップS230により、VL異常フラグFvlをチェックする。そして、Fvl=0のとき(S230のNO判定時)、すなわち、直流電圧VLが正常範囲内であるときには、ステップS250に処理が進められる。
HV−ECU8は、ステップS250では、ステップS220の出力配分を維持して、トルク指令値Tmg1*,Tmg2*,Tmgr*を設定する。この結果、Tmgr*=0、かつ、Tmg1*=Tmgr1(S220),Tmg2*=Tmg2r(S220)に設定される。
HV−ECU8は、VL異常フラグFvl=1のとき(S230のYES判定時)には、ステップS240により、ステップS220で設定されたトルクTmg1r,Tmg2rが、併せて設定された上下限値(S220)と等しいかどうかを判定する。HV−ECU8は、Tmg1r,Tmg2rのいずれかが上下限値に等しい場合には(S240のYES判定時)、出力配分を修正する余地がないと判断して、ステップS250に処理を進める。この結果、ステップS220のときの配分を維持して、モータジェネレータMG1,MG2,MGRのトルク指令値Tmg1*,Tmg2*,Tmgr*が設定される。
これに対して、HV−ECU8は、出力配分に変更の余裕があるとき(S240のNO判定時)には、ステップS260に処理を進めて、上昇要求フラグFVupを確認する。そして、FVup=1のとき(S260のYES判定時)、すなわち、直流電圧VLが制御下限電圧VLminよりも低下しており電圧上昇が必要なときには、HV−ECU8は、ステップS270に処理を進めて、出力配分を修正する。
ステップS270では、モータジェネレータMGRが回生トルクの出力によって発電するように、トルク指令値Tmgr*<0(負値)に設定される。このときのTmgrは、所定値であってもよく、制御上限電圧VLmaxに対する上昇量(VL−VLmax)に応じて、可変に設定されてもよい。Tmgr<0、すなわち回生トルクの出力によってモータジェネレータMGRが発電することにより、直流電圧VLを上昇させることが可能となる。
さらに、Tmgr<0に設定することにより、当該負トルクの分だけ前輪トルクTwfを増加することによって、トータルトルクTtl(S210)が確保されるように出力配分が修正される。具体的には、Twf=Ttl−Tmgr=Ttl+|Tmgr|に修正するとともに、修正された前輪トルクTwfを確保するように、ステップS220と同様の処理によって、エンジンENGの動作点、ならびに、モータジェネレータMG1およびMG2のTmg1*およびTmg2*が設定される。なお、この際に、上記上下限値の範囲内でトルク指令値Tmg1*およびTmg2*が設定できない場合には、トルク指令値Tmgr*の絶対値を減少させて、再計算することが必要である。
反対に、FVup=0のとき(S260のNO判定時)、すなわち、直流電圧VLが制御上限電圧VLmaxも上昇しており電圧低下が必要なときには、HV−ECU8は、ステップS280に処理を進めて、出力配分を修正する。
ステップS280では、モータジェネレータMGRが力行トルクの出力により電力を消費するように、トルク指令値Tmgr*>0(正値)に設定される。このときのTmgrは、所定値であってもよく、制御上限電圧VLmaxに対する低下量(VLmin−VL)に応じて、可変に設定されてもよい。Tmgr>0、すなわち力行トルクの出力によってモータジェネレータMGRが電力を消費することにより、直流電圧VLを低下させることができる。
さらに、Tmgr>0に設定することにより、当該正トルクの分だけ前輪トルクTwfを減少することによって、トータルトルクTtl(S210)が確保されるように出力配分が修正される。具体的には、Twf=Ttl−Tmgr(Tmgr>0)に修正するとともに、修正された前輪トルクTwfを確保するように、ステップS220と同様の処理によって、エンジンENGの動作点、ならびに、モータジェネレータMG1およびMG2のトルク指令値Tmg1*およびTmg2*が設定される。なお、この際にも、上記上下限値の範囲内でトルク指令値Tmg1*およびTmg2*が設定できない場合には、ステップS270と同様の再計算が実行される。
図5は、バッテリレス走行時における出力配分修正の一例を説明する概念図である。
図5を参照して、直流電圧VLが正常範囲内であるときの(Fvl=0)出力配分では、モータジェネレータMGRではTmgr=0に設定されるとともに、モータジェネレータMG1,MG2では、Tmg2>0,Tmg1<0に設定されることで、トータルトルクTtlが確保される。
これに対して、VL<VLminとなるVL昇圧時(VLup=1)には、Tmgr=0からTmgr<0に修正される。さらに、Tmgr<0による駆動力の減少を補償するために、Ttlよりも|Tmgr|だけ大きいTwf(Twf=Ttl−Tmgr)を確保するように、モータジェネレータMG1,MG2のトルク指令値Tmg1*,Tmg2*が修正される。これにより、モータジェネレータMGRの回生発電によって直流電圧VLを上昇させるとともに、走行状態に応じたトータル駆動力(S210)を確保するように、エンジンENGおよびモータジェネレータMG1,MG2,MGRの出力配分が修正される。
一方で、VL>VLminとなるVL降圧時(VLup=0)には、Tmgr=0からTmgr>0に修正される。さらに、Tmgr>0による駆動力の増加を補償するために、TtlよりもTmgrだけ小さいTwf(Twf=Ttl−Tmgr)を出力するように、モータジェネレータMG1,MG2のトルク指令値Tmg1*,Tmg2*が修正される。これにより、モータジェネレータMGRの電力消費によって直流電圧VLを低下させるとともに、走行状態に応じたトータル駆動力(S210)を確保するように、エンジンENGおよびモータジェネレータMG1,MG2,MGRの出力配分が修正される。
以上説明したように、本実施の形態に従う車両によれば、バッテリレス走行時に、直流電圧VLが一定範囲(VLmin≦VL≦VLmax)から外れたときには、モータジェネレータMGRの回生発電または電力消費を強制的に実行することにより、直流電圧VLの過上昇または過低下を速やかに解消できる。その際に、図5に示したような出力配分修正を行うことによって、走行状態に応じた車両のトータルトルクTtlについても確保することができる。これにより、バッテリレス走行中に、直流電圧VLの過度の上昇または低下によって走行継続が不能となることを防止できるので、バッテリレス走行の走行距離を確保することが可能となる。
本実施の形態では、バッテリレス走行において、モータジェネレータMG1は「発電機」の一実施例に対応し、モータジェネレータMG2は「第1の電動機」の一実施例に対応し、モータジェネレータMGRは「第2の電動機」の一実施例に対応する。同様に、前輪WFは「第1の駆動輪」に対応し、後輪WRは「第2の駆動輪」に対応する。さらに、コンバータ12は「第1の電圧変換器」に対応し、DC/DCコンバータ132は「第2の電圧変換器」に対応するので、電力線PL1は「第1の電力線」に対応し、電力線HPLは「第2の電力線」に対応する。
なお、本発明が適用されるハイブリッド車両の構成は、図1の例示に限定されるものではない点について確認的に記載する。たとえば、モータジェネレータMG1が、エンジン出力による専用の発電機で構成された場合にも、モータジェネレータMGRの出力トルクを同様に制御することによって、直流電圧VLの過度の上昇および低下を防止することができる。
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。
5 蓄電装置、11 Fr−PCU、12 コンバータ、14 Re−PCU、20,22,24 インバータ、100 ハイブリッド車両、120 制御装置、123,124,125 アーム、130 補機負荷、132 DC/DCコンバータ、135 補機バッテリ、C1〜C3 コンデンサ、D1〜D8 ダイオード、DS 出力軸、ENG エンジン、FVup 上昇要求フラグ、Fvl VL異常フラグ、GL2,SL1,SL2 接地線、HPL,PL1,PL2 電力線、L1 リアクトル、MG1,MG2,MGR モータジェネレータ、PG 動力分割機構、PWC 信号(コンバータ)、PWI1〜PWI3 駆動指令(インバータ)、Q1〜Q8 スイッチング素子、SE リレー制御信号、SMR1,SMR2 システムメインリレー、TA トランスアクスル、Tep 直達トルク、Tmg1*,Tmg2*,Tmgr* トルク指令値、Ttl トータルトルク、Twb 後輪トルク、Twf 前輪トルク、VH,VL 直流電圧、VLmax 制御上限電圧、VLmin 制御下限電圧、WF 前輪、WR 後輪。

Claims (1)

  1. 第1および第2の駆動輪と、
    内燃機関と、
    前記内燃機関の動力の少なくとも一部を用いて発電するための発電機と、
    前記第1の駆動輪との間に動力伝達経路を有するように構成された第1の電動機と、
    第1の電力線に対して、開閉器を介して電気的に接続される蓄電装置と、
    前記第1の電力線と、前記第1の電動機および前記発電機の双方と電気的に接続された第2の電力線との間に接続されて、前記第1および第2の電力線の間で直流電圧変換を実行するように構成された第1の電圧変換器と、
    前記第1の電力線の直流電圧を降圧して補機の動作電圧に変換するための第2の電圧変換器と、
    前記第1の電力線と電気的に接続されて、前記第2の駆動輪との間に動力伝達経路を有するように構成された第2の電動機と、
    前記開閉器が開放された走行状態において、前記内燃機関、前記第1の電圧変換器、前記発電機、ならびに、前記第1および第2の電動機を制御するための制御装置とを備え、
    前記制御装置は、
    前記第1の電力線の電圧を制御するように前記第1の電圧変換器の動作を制御するとともに、車両状態に応じた車両駆動トルクを得るための、前記内燃機関の動作点と、前記内燃機関、前記発電機、ならびに、前記第1および第2の電動機の間での出力配分を制御し、
    前記制御装置は、さらに、
    前記第1の電力線の電圧が所定の制御下限電圧よりも低下した場合には、前記第2の電動機が回生トルクを出力するとともに、前記第1の電圧変換器、前記発電機、前記内燃機関、ならびに、前記第1および第2の電動機の出力全体で前記車両駆動トルクが確保されるように前記出力配分を制御する一方で、前記第1の電力線の電圧が所定の制御上限電圧よりも上昇した場合には、前記第2の電動機が力行トルクを出力するとともに、前記出力全体で前記車両駆動トルクが確保されるように前記出力配分を制御する、ハイブリッド車両。
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