(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンと、電動モータと、前記エンジンと電動モータの駆動出力を変速して駆動輪へ出力可能な変速機とを備え、前記エンジンと電動モータとを常時連結させたハイブリッド車両における制御装置であって、
前記変速機をダウン変速した場合における前記電動モータに流れる界磁電流値を推定する界磁電流値推定手段と、
該界磁電流推定手段で推定された界磁電流に対応する電動モータの温度が、保護温度に達するか否かを判定し、電動モータの温度が保護温度に達しないときは前記変速機のダウン変速を許容し、電動モータの温度が保護温度に達するときは前記変速機のダウン変速を禁止する温度保護演算部とを備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
前記界磁電流値推定手段は、前記電動モータの現在の回転数とダウン変速したときの前記変速機の変速比とからダウン変速したときの電動モータの予測回転数を求め、該予測回転数とダウン変速したときのトルク指令値とから界磁電流値を推定するようにしたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】
前記温度保護演算部は、前記界磁電流値推定手段で推定した界磁電流値と前記電動モータの現在の温度とからダウン変速する場合の予測温度を求め、該予測温度と前記保護温度とを比較するようにしたことを特徴とする請求項２記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】
前記温度保護演算部は、前記電動モータの温度が前記保護温度に達するまでの余裕時間を推定し、該余裕時間が規定時間以下であるときに前記変速機のダウン変速を禁止するようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項５】
前記余裕時間は、前記電動モータの現在の温度と電動モータの界磁電流値とに基づいて算出するようにしたことを特徴とする請求項４記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項６】
さらに報知部を備え、前記変速機のダウン変速を禁止したときには当該ダウン変速禁止を報知するようにしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと電動モータとを車両の駆動源として利用し、その出力を変速機で変速して駆動輪へ出力可能なハイブリッド車両の制御装置、とりわけ電動モータに関係して変速機のダウン変速を実行あるいは禁止するハイブリッド車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、燃費向上やクリーンな排気等を目的として、車両の駆動源にガソリン等の燃料を燃焼させて作動させる内燃エンジンに電動モータを追加してこれらを駆動源とするハイブリッド車両が脚光を浴びてきている。ハイブリッド車両にはそのパワートレインの構造や作動に多くの種類があるが、現在のエンジンのみを駆動源とする車両を比較的大幅に変更することなく容易にハイブリッド車両を得ることができること、および電動モータを大型化する必要がないことから、エンジンと電動モータとにステップ式あるいはステップレス式の自動変速機を装着したハイブリッド車両が用いられることがある。
このようなハイブリッド車両として、特開２０００−３２４６１４号公報に記載されているものがある。
【０００３】
このように変速機を搭載した車両にあっては、減速が必要な場合、変速機をダウン変速させることで、強力なエンジンブレーキ力を得ることが可能である。
ところが、ドライバーが所定の減速度を期待してマニュアルシフトレバーをダウン変速操作し変速機を強制的にダウン変速させると、走行状態によってはエンジンが過回転することがある。
したがってこのときには、ドライバーによる上記ダウン変速操作にもかかわらず変速機がダウン変速するのを禁止する必要がある。
【０００４】
ここで、ハイブリッド車両では、電動モータをジェネレータとしても利用可能とすることにより、ブレーキ力を確保するとともに車両ブレーキ時のエネルギーの回生による燃費の向上を図るようにしているから、ダウン変速を禁止するかわりに電動モータから回生トルクを発生させ、これで車両にブレーキ力を作用させることにより、期待される減速度を補うことができるという利点を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のハイブリッド車両の制御装置にあっては、変速機のダウン変速について、エンジンに対しては、エンジンの回転数が過回転になるようなドライバーのダウン変速操作時には変速機のダウン変速を禁止して、エンジンの過回転の発生を防ぐようになっているが、電動モータの保護については考慮されていない。
【０００６】
エンジンの回転数が過回転にならないダウン変速時においても、エンジンとモータとの間にはクラッチ等が設けられておらず、これらの間の動力遮断が不能であるから、ダウン変速による高回転にしたがって電動モータやこれを制御するインバータ側の温度が上昇して、その耐久性の悪化を招く場合がある。
したがって本発明は、電動モータやインバータを確実に保護できるようにしたハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明は、内燃エンジンと、電動モータと、エンジンと電動モータの駆動出力を変速して駆動輪へ出力可能な変速機とを備え、エンジンと電動モータとを常時連結させたハイブリッド車両における制御装置であって、変速機をダウン変速した場合における電動モータに流れる界磁電流値を推定する界磁電流値推定手段と、該界磁電流推定手段で推定された界磁電流に対応する電動モータの温度が保護温度に達するか否かを判定し、電動モータの温度が保護温度に達しないときは変速機のダウン変速を許容し、電動モータの温度が保護温度に達するときは変速機のダウン変速を禁止する温度保護演算部とを備えるものとした。
【０００８】
請求項２の発明は、界磁電流値推定手段が、電動モータの現在の回転数とダウン変速したときの変速機の変速比とからダウン変速したときの電動モータの予測回転数を求め、該予測回転数とダウン変速したときのトルク指令値とから界磁電流値を推定するものとした。
【０００９】
また、請求項３の発明は、温度保護演算部が、界磁電流値推定手段で推定した界磁電流値と電動モータの現在の温度とからダウン変速する場合の予測温度を求め、該予測温度と保護温度とを比較して電動モータの温度が保護温度に達するか否かを判定するものとした。
【００１０】
請求項４の発明は、温度保護演算部が、電動モータの温度が保護温度に達するまでの余裕時間を推定し、該余裕時間が規定時間以下であるときに変速機のダウン変速を禁止するものとした。
そして、請求項５の発明は、余裕時間を電動モータの現在の温度と電動モータの界磁電流値とに基づいて算出するものである。
【００１１】
請求項６の発明は、さらに報知部を備え、変速機のダウン変速を禁止したときにはそのダウン変速禁止を報知するようにしたものである。
【００１２】
【発明の効果】
本発明にかかるハイブリッド車両の制御装置では、変速機をダウン変速しようとする場合に、現在の電動モータの回転数からダウン変速した場合に必要な電動モータの界磁電流を予測して、この推定界磁電流に対応する電動モータの温度が保護温度に達するときには、変速機のダウン変速を禁止するようにしたので、温度上昇による電動モータやこれを制御するインバータ等の耐久性の悪化を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は実施の形態におけるハイブリッド車両のパワートレインおよびその制御装置の全体構成を示す。
車両の駆動源として、ガソリン等の燃料を燃焼させて駆動力を発生させるエンジン（ＥＮＧ）１と、車載のバッテリ４から電力の供給を受けて駆動力を発生させるモータ機能、およびブレーキ時に回生トルクを発生して電気エネルギーとしてブレーキ時のエネルギーを回収可能な発電機機能を兼ね備えたモータ／ジェネレータ（Ｍ／Ｇ、以下、電動モータ２）とを車両に搭載する。電動モータ２は同期モータである。
【００１４】
エンジン１と電動モータ２は、これらの駆動出力がステップ式あるいはステップレス式に構成した自動変速機（Ａ／Ｔ）３に入力可能であり、自動変速機３により上記駆動出力が最適に変速され、プロペラシャフト５を介して最終減速機６へ伝えられる。
最終減速機６に入力された駆動出力は、最終減速機６でさらに減速されて、最終減速機６内の図示しない差動歯車組で左右のドライブシャフト７ａ、７ｂに動力分割され、左右の駆動輪８ａ、８ｂを駆動する。
【００１５】
エンジン１、電動モータ２、および自動変速機３は、以下のコントローラにより制御される。
すなわち、エンジン１はエンジンコントローラ（Ｅ／Ｃ）９により、電動モータ２はモータコントローラ（Ｍ／Ｃ）１０により、また自動変速機３は、ＡＴコントローラ（ＡＴ／Ｃ）１１によりそれぞれ制御される。
なお、エンジンコントローラ９、モータコントローラ１０、およびＡＴコントローラ１１は、ハイブリッドコントロールモジュール（ＨＣＭ）１２との間で相互通信可能である。
【００１６】
ハイブリッドコントロールモジュール１２には、アクセルペダルセンサ１３、ブレーキペダルセンサ１４、車速センサ１５等からそれぞれの検出信号を入力するように構成してある。
ハイブリッドコントロールモジュール１２は、これらの検出信号に基づき、エンジン１や電動モータ２が出力すべきトルクの大きさや、自動変速機３の変速段あるいは変速比を演算・決定して、エンジンコントローラ９とモータコントローラ１０へトルク指令値信号を、またＡＴコントローラ１１へ変速比信号をそれぞれ入力する。
【００１７】
また、ハイブリッドコントロールモジュール１２には、インジケータ（報知部）１６を接続している。
ハイブリッドコントロールモジュール１２は、自動変速機３のダウン変速を禁止する旨の判断をしたときは、インジケータ１２にその旨を表示し、ドライバーに報知するようにしてある。
【００１８】
次に、上記モータコントローラ１０の構成を、図２の制御ブロック図に基づき、より詳細に説明する。
電動モータ２としては、三相交流の同期モータを用いている。
ハイブリッドコントロールモジュール１２は、上記各種センサ１３〜１５等からの検出信号に基づき決定した電動モータ２へのトルク指令値信号Ｔ＊をモータコントローラ１０のトルク指令値→電流指令値変換部１７へ入力する。
トルク指令値→電流指令値変換部１７は、入力されたトルク指令値信号Ｔ＊を、電動モータ２の回転数信号ωを参照しながら、２相交流の電流指令値信号Ｉｄ＊、Ｉｑ＊へと変換する。
【００１９】
上記電流指令値信号Ｉｄ＊、Ｉｑ＊は、電流ＰＩ制御部１８へ入力し、ここで電動モータ２の検出電流信号Ｉｄ、Ｉｑを参照しながらＰＩ制御して、２相交流の電流指令値信号Ｉｄ＊、Ｉｑ＊から２相交流の電圧指令値信号Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を作り出し、これらの信号を２相→３相変換部１９へ入力する。
２相→３相変換部１９は、電動モータ２の回転角度位置信号θを参照しながら、入力された２相交流の電圧指令値信号Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を３相交流の電流指令値信号Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊へと変換して出力し、これらの信号をインバータ２０へ入力する。
インバータ２０は、これらの３相交流の電流指令値信号Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に応じた３相交流の電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを電動モータ２に供給し、トルク指令値信号Ｔ＊に対応したトルクを発生させる。
【００２０】
なお、電動モータ２には、モータ回転センサ２４、モータ温度センサ２５、モータ電流センサ２６が付設されて、それぞれ電動モータ２の回転相当信号ωｎ、モータ温度信号ＴＨ、モータ電流信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを出力可能である。
回転センサ２４からの回転信号ωｎは、回転角度位置／回転数演算部２３へ入力して、ここで電動モータ２の現在の回転角度位置と回転数とを演算して回転角度位置信号θと回転数信号ωとを得る。
【００２１】
これらのうち、回転角度位置信号θは、２相→３相変換部１９と３相→２相変換部２２とへ入力する。また、回転数信号ωは、トルク指令値→電流指令値変換部１７とダウン変速禁止判定部２１とへ入力される。
モータ温度センサ２５からのモータ温度信号ＴＨは、ダウン変速禁止判定部２１へ入力される。
モータ電流センサ２６からの３相交流電流に関するモータ電流信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、３相→２相変換部２２へ入力する。３相→２相変換部２２は、３相交流のモータ電流信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを２相交流の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換して、電流ＰＩ制御部１８へ入力する。
【００２２】
一方、ダウン変速禁止判定部２１には、自動変速機３のダウン変速したときの変速比Ｒｇとダウン変速したときのトルク指令値Ｔ＊＊（Ｔ＊＊＝Ｔ＊）を入力する。
ダウン変速禁止判定部２１は、ダウン変速の可否を判定し、この判定結果がダウン変速を許容できるときであればダウン変速許容信号を、判定結果がダウン変速を許容できないときであればダウン変速禁止信号を、ハイブリッドコントロールモジュール１２へ入力する。
【００２３】
なお、ハイブリッドコントロールモジュール１２は、ダウン変速禁止判定部２１から受け取ったダウン変速の許容信号あるいは禁止信号を、アクセル開度信号や車速信号とともに、ＡＴコントローラ１１へ送信し、ＡＴコントローラ１１において自動変速機２のダウン変速の実行あるいはダウン変速の禁止を行うようにする。
【００２４】
図３は、上記ダウン変速禁止判定部２１における制御系を示す。
ダウン変速禁止判定部２１は、界磁電流値推定手段としてのダウン変速時モータ回転数算出部２７およびトルク指令値→電流指令値変換部２８と、温度保護演算部２９とからなる。
ダウン変速時モータ回転数算出部２７には、電動モータ２の現在の回転数信号ωおよびダウン変速したときの変速比信号Ｒｇ（たとえばステップ式自動変速機では、ギヤ比）を入力し、ダウン変速したときの電動モータ２の予想回転数を次式で算出し、回転数信号ωｄとして出力する。
ωｄ＝現在の回転数×ダウン変速したときの変速比        （１）
【００２５】
上記ダウン変速時の回転数信号ωｄは、トルク指令値→電流指令値変換部２８に入力する。トルク指令値→電流指令値変換部２８は、ダウン変速時の回転数信号ωｄとさらに入力されたダウン変速したときのトルク指令値信号Ｔ＊＊とに基づいて、２相交流の電流指令値信号Ｉｄ＊、Ｉｑ＊に変換して、温度保護演算部２９へ出力する。変換にあたっては、図４に示すトルク→回転数マップを参照する。
【００２６】
温度保護演算部２９には、さらに電動モータ２の現在の温度信号ＴＨがモータ温度センサ２５から入力される。温度保護演算部２９は、現在の温度信号ＴＨと入力２相交流の電流指令値信号Ｉｄ＊、Ｉｑ＊とを基に、ダウン変速の禁止あるいは許容を判断し、この判断結果に応じた信号をハイブリッドコントロールモジュール１２へ出力する。
【００２７】
図５は、上記ダウン変速禁止判定部２１における制御作動の流れを示すフローチャートである。
まず、変速機３のダウン変速を実行しようとする場合、ステップ１００で、ダウン変速時モータ回転数算出部２７において、モータ回転数センサ２４から電動モータ２の現在の回転数信号ωと、またＡＴコントローラ１１からハイブリッドコントロールモジュール１２を経てダウン変速したときの変速比信号とをそれぞれ受け取り、式（１）により、ダウン変速したときの電動モータ２の予測回転数を算出してこの回転数信号ωｄを作り出す。
【００２８】
続くステップ１０１では、トルク指令値→電流指令値変換部２８において、ダウン変速したときの電動モータ２の予測回転数信号ωｄと、ダウン変速したときの電動モータのトルク指令値信号Ｔ＊＊とから、図４のマップを参照して、ダウン変速したときの電流指令値を推定し、電流指令値信号Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を求める。
【００２９】
なお、モータ回転数と電動モータ２の界磁電流との関係を示すマップを図６に示す。ここでは、ダウン変速前後におけるモータ回転数がたとえば２５００ｒｐｍと３５００ｒｐｍである場合、同じくダウン変速前後における電動モータ２の界磁電流値が５０アンペアと１００アンペアとなる例を示している。
この関係マップを利用すれば、ダウン変速前後におけるモータ回転数とダウン変速前における電動モータ２の界磁電流とから、ダウン変速後の界磁電流の値が得られる。
【００３０】
ステップ１０２では、温度保護演算部２９が、ステップ２で得た電流指令値信号Ｉｄ＊、Ｉｑ＊と、温度センサ２１で検出した電動モータ２の現在温度信号ＴＨから、保護温度に達するまでの余裕時間を図７のモータ温度−余裕時間マップから算出する。
図７のモータ温度−余裕時間マップには、たとえばモータ温度センサ２５で検出した電動モータ２の現在温度が６０℃であり、かつ電動モータ２の保護温度が１３０℃に設定されている場合に、電流指令値Ｉａ（Ｉａは、電流指令値Ｉｄの自乗とＩｑの自乗との和の平方根）の大きさがたとえばＸ１からＸ３アンペア（Ｘ１＞Ｘ３）である場合の経過予想温度と予想される余裕時間との関係線ｘ１、ｘ２、ｘ３を例示してある。
この関係図から、電流指令値Ｉａが大きいほど保護温度に達するまでの余裕時間が短くなることが分かる。
なおここでは、電流指令値Ｉａが中間値のＸ２アンペアであるときの余裕時間ｔ１がたとえば３０秒であることを示している。
【００３１】
ステップ１０３では、ステップ３で求めた余裕時間が規定時間以下であるか否かをチェックし、規定時間以下であればステップ１０４へ進み、規定時間より長ければステップ１０６へ進む。
すなわち、上記判断結果が規定時間以下である場合は、ハイブリッドコントロールモジュール１２へダウン変速禁止信号を出力し、ハイブリッドコントロールモジュール１２からＡＴコントローラ１１へ自動変速機３のダウン変速禁止信号を出力させて、自動変速機３のダウン変速を禁止する。
【００３２】
続いてステップ１０５で、ハイブリッドコントロールモジュール１２がインジケータ１７でドライバーにダウン変速が実行されない旨を報知して、フローを終了する。
【００３３】
一方、上記判断結果が規定時間より長い場合のステップ１０６では、ハイブリッドコントロールモジュール１２へダウン変速許容信号を出力し、ハイブリッドコントロールモジュール１２からＡＴコントローラ１１へ自動変速機３のダウン変速許容信号を出力させて、自動変速機３のダウン変速を実行する。
【００３４】
以上のように、本実施の形態にかかるハイブリッド車両の制御装置では、ダウン変速した場合の界磁電流値を推定し、これに対応する電動モータ２の温度を求め、この温度が保護温度に達成するまでの余裕時間を演算して規定時間と比較するようにした。そして、余裕時間が規定時間以下の場合は、自動変速機３のダウン変速を禁止するようにしたので、電動モータ２やインバータ１７が保護温度にまで上昇してしまうことが防止される。
一方、余裕時間が規定時間より長い場合は、自動変速機３のダウン変速を許容するから、高回転となった電動モータから回生トルクを発生させ、これにより減速時には車両にブレーキ力を有効に作用させることができる。
【００３５】
また、余裕時間が規定時間以下の場合のダウン変速禁止は、減速時のみならず、加速時のダウン変速においても実行されるので、この場合、車両の加速悪化も防止される。
すなわち、車両を加速させようとしてアクセルペダルをキックダウンすると、踏み込み設定条件が満たされて自動変速機３がダウン変速することになり、この場合もエンジン回転数が上昇し、同じく電動モータもその回転数が上昇する。
【００３６】
このとき、電動モータは弱めの界磁制御が必要な領域に入ってしまい、界磁電流が増加して電動モータの銅損により、電動モータやこれを制御するインバータの温度上昇をもたらす。そうすると、この温度上昇に対して電動モータにはトルク制限がかかり、電動モータの発生可能なトルクが低く抑えられる。
このため、かえってドライバーの期待する加速度が得られず、加速感を損なうという問題が生じる。
これに対して実施の形態では、温度上昇があって余裕時間が短い場合はダウン変速が禁止されるから、上記のような期待に反して車両の加速が悪化してしまう現象も防ぐことができる。
【００３７】
そして、保護温度到達までの余裕時間が長いときには、トルク制限がかかることもなく、また電動モータは小型モータであっても一時的に温度定格を越えた出力を問題なく発生させることが可能であるから、通常より同一回転数で発生可能な最大トルクを一時的に増加させることも可能となり、車両をより強力なトルクで加速することが可能となる。
【００３８】
また、ダウン変速したときの電流指令値（界磁電流値）を、ダウン変速時モータ回転数算出部２７で電動モータの現在の回転数とダウン変速したときの電動モータ２の予測回転数を求めたうえ、トルク指令値→電流指令値変換部２８によりこの予測回転数とダウン変速したときのトルク指令値とから推定するようにしたので、容易にダウン変速した場合の電流指令値の変化を掴み、自動変速機３のダウン変速の許容・禁止の判定に役立てることができる。
【００３９】
また、温度保護演算部２９では、ダウン変速した場合の電流指令値と電動モータ２の現在の温度とからダウン変速した場合の電動モータ２の予測温度を求めるようにしたので、ダウン変速した場合の電動モータ２の予測温度を容易に得ることができ、この予測温度と保護温度を比較することで余裕時間をも簡単に演算することが可能となる。
【００４０】
同様に、温度保護演算部２９では、余裕時間と規定時間との大小を比較してダウン変速の許容・禁止を判定するようにしたので、減速時にはダウン変速を許容して回生トルクを発生させて車両に大きなブレーキ力を作用させ、あるいは加速時にはダウン変速を許容して大きなトルクを発生させ車両に加速度を発生させるのに実際に有効となる時間的余裕が有る場合とそうでない場合を峻別できる。
この場合、電動モータ２の現在の温度と電動モータ２の通電電流とに基づいて余裕時間を算出するようにしたので、簡単な手法で精度良く余裕時間を得ることができる。
【００４１】
また、インジケータ１６でダウン変速の禁止をドライバーに報知するようにしたので、ドライバーは車両側における制御装置の作動状態を容易に確認でき、安心して運転することができる。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されない。実施の形態では、駆動力を発生するモータ機能と回生トルクを発生させる発電機能を１台の電動モータ２で実現して、低コスト化、搭載スペースの減少を図っているが、機能別にモータとジェネレータとに分離することもできる。
【００４３】
また、温度保護演算部２９では、電動モータ２の温度を検出して、当該温度が保護温度に達するまでの時間を算出するようにしたが、インバータ１７の温度を検出して用いることもでき、さらには両者のうち高い方の温度を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるハイブリッド車両の全体構成を示す図である。
【図２】実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図３】ダウン変速禁止判定部の制御系を示すブロック図である。
【図４】トルク−回転数マップを示す図である。
【図５】ダウン変速禁止判定部における制御作動の流れを示すフローチャートである。
【図６】モータ回転数と電動モータ２の界磁電流との関係マップを示す図である。
【図７】モータ温度−余裕時間マップを示す図である。
【符号の説明】
１        エンジン
２        電動モータ
３        自動変速機
４        バッテリ
８ａ、８ｂ    駆動輪
９        エンジンコントローラ
１０      モータコントローラ
１１      ＡＴコントローラ
１２      ハイブリッドコントロールモジュール
１６      インジケータ
１７      トルク指令→電流指令値変換部
１８      電流ＰＩ制御部
１９      ２相→３相変換部
２０      インバータ
２１      ダウン変速禁止判定部
２２      ３相→２相変換部
２３      回転角度位置／回転数演算部
２４      モータ回転センサ
２５      モータ電流センサ
２６      モータ電流センサ
２７      ダウン変速時モータ回転数算出部
２８      トルク指令値→電流指令値変換部
２９      温度保護演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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