(57)【要約】【課題】モータジェネレータが故障した場合にも余剰の電力を消費する。【解決手段】ハイブリッド車は、エンジン１００と、エンジン１００に連結された第１モータジェネレータ１１０と、駆動源としての第２モータジェネレータ１２０とを備える。第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０のうちの一方に異常が生じた場合、他方のｄ軸電流が増大される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンに連結された第１のモータジェネレータと、駆動源としての第２のモータジェネレータとを搭載した車両の制御装置であって、
前記第１のモータジェネレータおよび前記第２のモータジェネレータのうちの一方に異常が生じた場合、他方のｄ軸電流を増大させる、車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の制御装置に関し、特に、エンジンと、エンジンに連結された第１のモータジェネレータと、駆動源としての第２のモータジェネレータとを搭載した車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンに加えて、駆動源としてモータジェネレータを搭載したハイブリッド車がある。ハイブリッド車は、レンジエクステンダー（航続距離拡張装置）付きの電気自動車と呼ばれることもある。
【０００３】
一般的に、モータジェネレータは種々の要求を満たすように種々の形態で制御される。一例として、特開２００５−２９８９号公報（特許文献１）は、第０１０８段落において、バッテリが受け入れることのできない余剰分の電力をトルクの発生に寄与しない無効電力の供給によりモータジェネレータで消費させることを開示する。特開２００５−２９８９号公報に記載の例では、バッテリの充電制限電力を超える余剰の電力が、駆動源として用いられるモータジェネレータの無効電力として消費される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特開２００５−２９８９号公報に記載の例では、駆動源として用いられるモータジェネレータが故障などにために使用できない場合には、発電機として用いられるモータジェネレータが発電した電力のうち、バッテリの充電制限電力を超える余剰分を消費することができない。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、モータジェネレータが故障である場合に余剰の電力を消費することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
車両には、エンジンと、エンジンに連結された第１のモータジェネレータと、駆動源としての第２のモータジェネレータとが搭載される。この車両の制御装置は、第１のモータジェネレータおよび第２のモータジェネレータのうちの一方に異常が生じた場合、他方のｄ軸電流を増大させる。
【０００８】
異常が生じていないモータジェネレータのｄ軸電流を増大させることによって、いずれかのモータジェネレータが異常により使用できなくても、余剰の電力を無効電力として消費することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ハイブリッド車両を示す概略構成図である。
【図２】動力分割機構の共線図を示す図（その１）である。
【図３】動力分割機構の共線図を示す図（その２）である。
【図４】動力分割機構の共線図を示す図（その３）である。
【図５】バッテリへの充電電力の上限値ＷＩＮを示す図である。
【図６】ハイブリッド車両の電気システムを示す図（その１）である。
【図７】動力分割機構の共線図を示す図（その４）である。
【図８】発電電力Ｗｔから定まる第１モータジェネレータの動作点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１１】
図１を参照して、ハイブリッド車は、エンジン１００と、第１モータジェネレータ（Motor Generator）１１０と、第２モータジェネレータ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０とを備える。
【００１２】
この車両は、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０は、動力分割機構１３０を介して連結されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１３０により、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して前輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１モータジェネレータ１１０を駆動させて発電する経路である。
【００１３】
第１モータジェネレータ１１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第１モータジェネレータ１１０は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の駆動力により発電する。第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力はそのまま第２モータジェネレータ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。
【００１４】
第２モータジェネレータ１２０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第２モータジェネレータ１２０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１モータジェネレータ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。
【００１５】
第２モータジェネレータ１２０の駆動力は、減速機１４０を介して前輪１６０に伝えられる。これにより、第２モータジェネレータ１２０はエンジン１００をアシストしたり、第２モータジェネレータ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。
【００１６】
ハイブリッド車両の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０により第２モータジェネレータ１２０が駆動され、第２モータジェネレータ１２０が発電機として作動する。これにより第２モータジェネレータ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第２モータジェネレータ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。
【００１７】
第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の制御には、たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が用いられる。なお、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０をＰＷＭ制御を用いて制御する方法には、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。
【００１８】
動力分割機構１３０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含むプラネタリギヤユニットである。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと噛合う。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第１モータジェネレータ１１０の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤは第２モータジェネレータ１２０の回転軸および減速機１４０に連結される。
【００１９】
エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が、プラネタリギヤユニットを介して連結されることで、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の回転数は、図２に示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。
【００２０】
したがって、図３に示すように、エンジン１００を停止するとともに、第２モータジェネレータ１２０の駆動力のみでハイブリッド車両が走行する場合、第２モータジェネレータ１２０の出力軸回転数が正になるとともに、第１モータジェネレータ１１０の出力軸回転数が負になる。
【００２１】
エンジン１００を始動する場合、図４に示すように、第１モータジェネレータ１１０を用いてエンジン１００をクランキングするように、第１モータジェネレータ１１０をモータとして作動させることによって第１モータジェネレータ１１０の出力軸回転数が正にされる。
【００２２】
図１に戻って、バッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０には、第１モータジェネレータ１１０もしくは第２モータジェネレータ１２０により発電された電力が充電される。バッテリ１５０の温度は、温度センサ１５２により検出される。
【００２３】
バッテリ１５０への充電電力は、上限値ＷＩＮ[W]を超えないように制限される。上限値ＷＩＮは、バッテリ１５０の残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）、温度、温度の変化率などの種々のパラメータに基づいて定められる。
【００２４】
たとえば、図５に示すように、上限値ＷＩＮは、バッテリ１５０の温度が小さいほどより小さくなるように定められる。図５では、バッテリ１５０への充電電力ならびに上限値ＷＩＮを正値として表わす。また、図５に示すようなマップはバッテリ１５０の残存容量毎に異なり、バッテリ１５０の残存容量が高いほど上限値ＷＩＮが減少するように定められる。
【００２５】
なお、バッテリ１５０への充電電力を負値で表わすようにしてもよい。この場合、バッテリ１５０への充電電力の絶対値は、上限値ＷＩＮの絶対値を超えないように制限される（負値である充電電力が、負値である上限値ＷＩＮを下回らないように制限される）。
【００２６】
図１に戻って、エンジン１００は、ＰＭ（Power train Manager）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０により制御される。第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２により制御される。ＰＭ−ＥＣＵ１７０とＭＧ−ＥＣＵ１７２とは双方向に通信可能に接続される。
【００２７】
ＰＭ−ＥＣＵ１７０は、エンジン１００の制御機能の他、ＭＧ−ＥＣＵ１７２を管理する機能を有する。たとえば、ＰＭ−ＥＣＵ１７０からの指令信号により、ＭＧ−ＥＣＵ１７２の起動（電源オン）および停止（電源オフ）が制御される。また、ＰＭ−ＥＣＵ１７０は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２に対して第１モータジェネレータ１１０のトルクおよび第２モータジェネレータ１２０のトルクなどを指令する。
【００２８】
ＰＭ−ＥＣＵ１７０は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０自身の指令により停止することが可能である。ＰＭ−ＥＣＵ１７０の起動は、電源ＥＣＵ１７４により管理される。
【００２９】
図６を参照して、ハイブリッド車両の電気システムについてさらに説明する。ハイブリッド車両には、コンバータ２００と、第１インバータ２１０と、第２インバータ２２０ととが設けられる。
【００３０】
コンバータ２００は、リアクトルと、二つのｎｐｎ型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、バッテリ１５０の正極側に一端が接続され、２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点に他端が接続される。
【００３１】
２つのｎｐｎ型トランジスタは、直列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタは、ＭＧ−ＥＣＵ１７２により制御される。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。
【００３２】
なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。
【００３３】
バッテリ１５０から放電された電力を第１モータジェネレータ１１０もしくは第２モータジェネレータ１２０に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に、第１モータジェネレータ１１０もしくは第２モータジェネレータ１２０により発電された電力をバッテリ１５０に充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。
【００３４】
コンバータ２００と、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０との間のシステム電圧ＶＨ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、ＭＧ−ＥＣＵ１７２に送信される。
【００３５】
第１インバータ２１０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つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第１モータジェネレータ１１０の各コイルの中性点１１２とは異なる端部にそれぞれ接続される。
【００３６】
第１インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第１モータジェネレータ１１０に供給する。また、第１インバータ２１０は、第１モータジェネレータ１１０により発電された交流電流を直流電流に変換する。
【００３７】
第２インバータ２２０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つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第２モータジェネレータ１２０の各コイルの中性点１２２とは異なる端部にそれぞれ接続される。
【００３８】
第２インバータ２２０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第２モータジェネレータ１２０に供給する。また、第２インバータ２２０は、第２モータジェネレータ１２０により発電された交流電流を直流電流に変換する。
【００３９】
コンバータ２００、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２により制御される。ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０から入力された指令トルクＴｒに従ったトルクを出力し、指令回転数ωｒを実現するように第１インバータ２１０を制御する。同様に、ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０から入力された指令トルクＴｒに従ったトルクを出力し、指令回転数ωｒを実現するように第２インバータ２２０を制御する。
【００４０】
さらに、本実施の形態においては、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０のうちの一方に異常が生じた場合、他方のｄ軸電流が増大するように制御される。
【００４１】
たとえば、ＭＧ−ＥＣＵ１７２の故障により電力をバッテリ１５０に向けて流すことができない状況において、第１モータジェネレータ１１０の故障（第１インバータ２１０の故障を含む）により、第１モータジェネレータ１１０を駆動してエンジン１００をモータリングすることにより電力を消費できない場合は、登坂路において第２モータジェネレータ１２０のｄ軸電流が増大されて、第２モータジェネレータ１２０の無効電力が増大される。
【００４２】
登坂路では、第２モータジェネレータ１２０から出力されたトルクを用いて車両が前進走行するように制御されるもの、登坂力が不足した結果、車両が後退した場合には第２モータジェネレータ１２０が発電し得る。発電された電力をバッテリ１５０に充電できず、かつ第１モータジェネレータ１１０を駆動することにより消費することもできない場合には回路が損傷する恐れがあるため、発電され得る電力を小さくすべく、第２モータジェネレータ１２０の出力トルクを小さくしなければならかった。その結果、登坂能力が下がり、車両がより後退し易くなり得た。
【００４３】
しかしながら、第２モータジェネレータ１２０のｄ軸電流を増大し、第２モータジェネレータ１２０の無効電力を大きくすれば、車両が後退したとしても第２モータジェネレータ１２０自身で電力を消費することができる。そのため、回路の保護のために第２モータジェネレータ１２０の出力トルクを小さくする必要はない。よって、第２モータジェネレータ１２０の出力トルクを大きくし、高い登坂能力を実現することができる。
【００４４】
また、第２モータジェネレータ１２０の故障（第２インバータ２２０の故障を含む）により、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源として用いたＥＶ走行を実行できない場合は、エンジン１００を駆動してエンジン１００のみを駆動源として用いた走行が実行される。このとき、エンジン１００のトルクを駆動輪に伝達するために、第１モータジェネレータ１１０は図７で矢印で示す方向（負の方向）に反力トルクを出力する。その結果、第１モータジェネレータ１１０は発電する。
【００４５】
この際、バッテリ１５０の充電電力が上限値ＷＩＮを超えないようにする必要がある。この目的を、第１モータジェネレータ１１０の出力トルクの絶対値を下げて第１モータジェネレータ１１０の発電電力Ｗｔを充電電力の上限値ＷＩＮ以下にすることによって達成しようとすると、エンジン１００から駆動輪に伝達されるトルクは第１モータジェネレータ１１０の出力トルクに依存するため、車両の駆動力が低下し得る。
【００４６】
そこで、本実施の形態においては、第１モータジェネレータ１１０のｄ軸電流が増大されて、第１モータジェネレータ１１０の無効電力が増大される。これにより、第１モータジェネレータ１１０に充電電力の上限値ＷＩＮよりも大きい電力を発電し得るトルクを出力させるとともに、上限値ＷＩＮを超える余剰分を第１モータジェネレータ１１０の無効電力によって消費することができる。そのため、バッテリ１５０の保護と駆動力の確保とを両立することができる。
【００４７】
ここで、第１モータジェネレータ１１０の発電電力Ｗｔは、第１モータジェネレータ１１０の無効電力Ｗｍとバッテリ１５０への充電により消費されることから、バッテリ１５０の充電電力を上限値ＷＩＮまで増加させた状態では以下の式１が成り立つ。
【００４８】
Ｗｔ＝Ｗｍ＋ＷＩＮ・・・（１）
さらに、第１モータジェネレータ１１０内で処理される電力は発電電力Ｗｔと無効電力Ｗｍであり、これらの電力の和は第１モータジェネレータ１１０の定格電力Ｗｋを超えないことが望ましいため、第１モータジェネレータ１１０の能力を最大限活用するとすれば、以下の式２が成り立つ。
【００４９】
Ｗｋ＝Ｗｔ＋Ｗｍ・・・（２）
式１と式２とから、以下の式３が成り立つ。
【００５０】
Ｗｔ＝（ＷＩＮ＋Ｗｋ）／２・・・（３）
ここで、充電電力の上限値ＷＩＮは上述のようにマップに基づいて算出され、定格電力Ｗｋは第１モータジェネレータ１１０の仕様によって定まる一定値である。よって、第１モータジェネレータ１１０の発電電力ＷｔがＰＭ−ＥＣＵ１７０あるいはＭＧ−ＥＣＵ１７２によって算出される。さらに、定められた発電電力Ｗｔと上限値ＷＩＮとを用いて、式１から無効電力ＷｍがＰＭ−ＥＣＵ１７０あるいはＭＧ−ＥＣＵ１７２によって算出される。
【００５１】
第１モータジェネレータ１１０は算出された発電電力Ｗｔを実現するように制御されるとともに、算出された無効電力Ｗｍを実現するように第１モータジェネレータ１１０のｄ軸電流が増大される。
【００５２】
一例として、第１モータジェネレータ１１０に対して、積が発電電力Ｗｔと等しくなる指令トルクＴｒと指令回転数ωｒとが定められる。指令トルクＴｒと指令回転数ωｒには、図８に示すトルク線上のトルクＴと回転数ωとのうち、積が発電電力Ｗｔと等しくなる組合わせが選択される。
【００５３】
本実施の形態において、エンジン１００は、その動作点（トルクおよび回転数）が所定のトルク線を移動するように制御される。エンジン１００のトルク線は、燃費が最適となるように開発者によって定められる。図８に示すトルク線は、上記のエンジン１００のトルク線に対応する。
【００５４】
図８に示すトルク線と発電電力Ｗｔとによって定められた動作点において、算出された無効電力Ｗｍを実現するように、第１モータジェネレータ１１０のｄ軸電流が増大される。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
１００  エンジン、１１０  第１モータジェネレータ、１２０  第２モータジェネレータ、１３０  動力分割機構、１４０  減速機、１５０  バッテリ、１５２  温度センサ、１６０  前輪、１７０  ＰＭ−ＥＣＵ、１７２  ＭＧ−ＥＣＵ、１７４  電源ＥＣＵ、１８０  電圧センサ、２００  コンバータ、２１０  第１インバータ、２２０  第２インバータ。
【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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【図８】
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