專利名稱：混合動力車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有發(fā)動機(jī)和電機(jī)來作為動力源的混合動力車輛。
背景技術(shù)：
近年來，作為考慮環(huán)境的汽車，混合動力車普及起來。對于混合動力車，作為用于 驅(qū)動車輪的動力源，在將汽油或者輕油等作為燃料的發(fā)動機(jī)之外，同時(shí)具有通過從電池或 者發(fā)電機(jī)供給的電力進(jìn)行驅(qū)動的電機(jī)。在這樣的混合動力車中，存在如下的車輛將從電池供給的直流電壓通過作為電 壓轉(zhuǎn)換器的DC/DC轉(zhuǎn)換器(以下，適當(dāng)?shù)刂环Q為“轉(zhuǎn)換器”)進(jìn)行升壓并向變換器供給，通過 變換器變換成交流電壓后施加給交流同步型電機(jī)。另外，對利用發(fā)動機(jī)的動力和/或車輛的制動力而由發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的電力、車 輛的行駛用電機(jī)消耗的電力進(jìn)行控制，使得電池的剩余容量維持在預(yù)定的適當(dāng)范圍內(nèi)。這樣的混合動力車，同時(shí)具有行駛用電機(jī)來作為動力源，由此與僅將發(fā)動機(jī)作為 動力源的汽車相比，能夠進(jìn)行低燃料消耗率行駛，但是希望通過提高電機(jī)和/或發(fā)動機(jī)的 工作效率等來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低燃料消耗率化或者節(jié)能化。因此，提出了如下方案設(shè)置有通 過作為用戶的駕駛者在相比于汽車的動力性能而想使燃料經(jīng)濟(jì)性優(yōu)先的情況下進(jìn)行導(dǎo)通 (ON)操作來對汽車的控制部提供低燃料消耗率行駛指示的開關(guān)等。這樣的開關(guān)，有時(shí)被稱 為“經(jīng)濟(jì)模式開關(guān)”(“EC0模式開關(guān)”)或者“經(jīng)濟(jì)開關(guān)”(“EC0開關(guān)”)。例如，在日本專利申請公開公報(bào)第2007-159214號中記載有在具備ECO開關(guān)的電 動汽車中，當(dāng)通過用戶的操作而導(dǎo)通ECO開關(guān)時(shí)，使轉(zhuǎn)換器的升壓工作停止，由此能夠消除 轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)損失、實(shí)現(xiàn)低燃料消耗率化。

發(fā)明內(nèi)容
在混合動力車中，為了使燃料經(jīng)濟(jì)性或者能量效率最優(yōu)化，一邊保持平衡一邊進(jìn) 行工作控制，以使發(fā)動機(jī)、行駛用電機(jī)、以及發(fā)電用電機(jī)滿足預(yù)定的條件。因此，如上述專利 文獻(xiàn)1的電動汽車，考慮當(dāng)通過導(dǎo)通ECO開關(guān)而使轉(zhuǎn)換器的升壓工作停止時(shí)，行駛用電機(jī) 和發(fā)電用電機(jī)的工作量受到限制，特別是，限制發(fā)電用電機(jī)的工作量會導(dǎo)致發(fā)電量下降，根 據(jù)電池的剩余容量和/或用戶操作的車輛的運(yùn)行狀態(tài)，用于電池充電的發(fā)動機(jī)間歇運(yùn)行的 頻率會變高，由此相反地燃料經(jīng)濟(jì)性會發(fā)生惡化、電池的剩余容量會較大地低于適當(dāng)范圍 的下限。本發(fā)明的目的在于提供一種謀求提高燃料經(jīng)濟(jì)性、同時(shí)回避電池的剩余容量較大 地低于適當(dāng)范圍的下限的混合動力車輛。本發(fā)明是一種混合動力車輛，該混合動力車輛具備發(fā)動機(jī)；能夠接受來自發(fā)動 機(jī)的動力進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電機(jī)；蓄積由發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的電力的電池；以及能夠接受從電池 和發(fā)電機(jī)供給的電力輸出行駛用的動力的電動機(jī)，該混合動力車輛的特征在于，還具備電 壓轉(zhuǎn)換器，其將電池的電壓升壓并向電動機(jī)供給；選擇單元，其用于與電壓轉(zhuǎn)換器的升壓工作相關(guān)地選擇第一模式或第二模式；控制單元，其在通過選擇單元選擇了第二模式時(shí)，將通 過電壓轉(zhuǎn)換器升壓后的電壓上限值從第一模式下的第一上限值變更為比該第一上限值低 的第二上限值，并且，在電池的剩余容量變?yōu)榱碎撝狄韵聲r(shí)，將通過電壓轉(zhuǎn)換器升壓后的電 壓上限值從第二上限值向第一上限值切換。在本發(fā)明的混合動力車輛，控制單元可以在用戶對于車輛的要求功率超過第二模 式下能夠輸出的最大車輛功率的狀態(tài)持續(xù)了預(yù)定時(shí)間時(shí)，將通過電壓轉(zhuǎn)換器升壓后的電壓 上限值從第二上限值向第一上限值切換。另外，在本發(fā)明的混合動力車輛中，控制單元可以在通過選擇單元選擇了第二模 式時(shí)，執(zhí)行通過電壓轉(zhuǎn)換器升壓后的電壓上限值的切換，并且，執(zhí)行變更發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)、降 低載波的頻率、以及使輔機(jī)裝置進(jìn)行節(jié)能工作中的至少一個(gè)控制，在電池的剩余容量變?yōu)?了閾值以下時(shí)，在第二模式下執(zhí)行中的控制中，僅執(zhí)行使通過電壓轉(zhuǎn)換器升壓后的電壓上 限值從第二上限值向第一上限值恢復(fù)的控制，所述載波用于生成對電動機(jī)的輸入電壓，所 述輔機(jī)裝置包括空調(diào)。進(jìn)一步，在本發(fā)明的混合動力車輛，可以還包括具有直流/交流轉(zhuǎn)換功能的發(fā)電 機(jī)用變換器和電動機(jī)用變換器，各變換器與共用的電壓轉(zhuǎn)換器連接。根據(jù)本發(fā)明的混合動力車輛，當(dāng)選擇了第二模式時(shí)，將通過電壓轉(zhuǎn)換器升壓后的 電壓上限值從第一上限值抑制為較低的第二上限值，由此能夠使電壓轉(zhuǎn)換器中的電力損耗 降低，提高燃料經(jīng)濟(jì)性，并且，當(dāng)電池的剩余容量變?yōu)榱碎撝狄韵聲r(shí)，通過解除電壓轉(zhuǎn)換器 的升壓限制，能夠確保發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生足夠的發(fā)電量，回避較大地低于電池的適當(dāng)容量范 圍的下限的狀態(tài)。


圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的混合動力車輛的概略結(jié)構(gòu)圖。圖2是電機(jī)E⑶的功能框圖。圖3是電機(jī)E⑶所包括的PWM控制塊的功能框圖。圖4是電機(jī)E⑶所包括的矩形波控制塊的功能框圖。圖5是表示示出了行駛用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系的映射的圖。圖6是表示通常模式和經(jīng)濟(jì)模式的車速和車輛功率的關(guān)系的映射。圖7是表示選擇經(jīng)濟(jì)模式時(shí)由混合動力E⑶執(zhí)行的處理程序的流程圖。標(biāo)號說明10混合動力車輛；11旋轉(zhuǎn)位置傳感器；12發(fā)動機(jī)；13輸出軸；14動力分配合并機(jī) 構(gòu)；16發(fā)動機(jī)控制用ECU ；18太陽輪；20齒圈；22齒輪架；24減振器；26齒輪架支承部件； 28齒輪架軸；29、36轉(zhuǎn)子；30旋轉(zhuǎn)軸；31、37旋轉(zhuǎn)角傳感器；32齒圈軸；34減速器；38旋轉(zhuǎn) 軸；40車軸；42車輪；44、46變換器；48轉(zhuǎn)換器；50電池；52平滑電容器力4平滑電容器； 56電力線；58接地線；60電機(jī)用E⑶；62電池狀態(tài)檢測傳感器；64電池E⑶；66混合動力 用E⑶；68車速傳感器；70加速器開度傳感器；72經(jīng)濟(jì)開關(guān)；74電流指令生成部；76電壓 指令生成部；78矩形波產(chǎn)生部；80、92開關(guān)信號生成部；82電流傳感器；843相2相變換部； 86轉(zhuǎn)速運(yùn)算部；88電壓相位運(yùn)算部；90矩形波產(chǎn)生部；943相2相變換部；96轉(zhuǎn)矩推定部； 100PWM控制塊；102矩形波控制塊；104轉(zhuǎn)換器控制部；106控制方式選擇部；MGl發(fā)電用電機(jī)；MG2行駛用電機(jī)
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。在該說明中，具體的形狀、材料、數(shù) 值、方向等是為了容易理解本發(fā)明的示例，可以與用途、目的、方法等相匹配地進(jìn)行適當(dāng)變更。圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的混合動力車輛10的概略結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，動力傳 遞系統(tǒng)用實(shí)線表示，電力線用單點(diǎn)劃線表示，信號線用虛線表示?；旌蟿恿囕v10具備能 夠輸出行駛用的動力的發(fā)動機(jī)12 ；2個(gè)三相交流同步型電動發(fā)電機(jī)(以下，簡稱為“電機(jī)”) MGU MG2 ；以及動力分配合并機(jī)構(gòu)14。發(fā)動機(jī)12是將汽油、輕油等作為燃料來產(chǎn)生動力的內(nèi)燃機(jī)。發(fā)動機(jī)12與發(fā)動機(jī) 控制用ECU (Electronic Control Unit 電子控制單元)(以下，稱為“發(fā)動機(jī)ECU”)16電 連接，通過接受來自發(fā)動機(jī)ECU16的控制信號對燃料噴射、點(diǎn)火、節(jié)氣門等進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而 進(jìn)行工作控制。發(fā)動機(jī)12的轉(zhuǎn)速Ne是接受從接近發(fā)動機(jī)12的輸出軸13而設(shè)置的旋轉(zhuǎn)位 置傳感器11輸出的檢測值而在發(fā)動機(jī)ECU16中算出的。動力分配合并機(jī)構(gòu)14由行星齒輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成，所述行星齒輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成為包括配置 在中心部的太陽輪18 ；與太陽輪18同心地配置在外側(cè)、且在圓環(huán)內(nèi)周部具有內(nèi)齒的齒圈 20 ；與太陽輪18和齒圈20這兩者嚙合的多個(gè)齒輪架(carriers) 22。在動力分配合并機(jī)構(gòu)14中，在以能夠旋轉(zhuǎn)的方式支承多個(gè)齒輪架22的齒輪架支 承部件沈連結(jié)經(jīng)由減振器(Ckmper)M而與發(fā)動機(jī)12的輸出軸13連接的齒輪架軸觀，在 太陽輪18連結(jié)與電機(jī)MGl的轉(zhuǎn)子四連接的旋轉(zhuǎn)軸30，在齒圈20經(jīng)由齒圈軸32而連結(jié)減 速器34。由此，在動力分配合并機(jī)構(gòu)14中，當(dāng)電機(jī)MGl作為發(fā)電機(jī)發(fā)揮功能時(shí)，從齒輪架軸 28輸入的發(fā)動機(jī)12的動力根據(jù)齒輪比而被分配至太陽輪18側(cè)和齒圈20側(cè)，當(dāng)電機(jī)MGl作 為電動機(jī)發(fā)揮功能時(shí)，從齒輪架軸觀輸入的發(fā)動機(jī)12的動力、以及從太陽輪18輸入的電 機(jī)MGl的動力被合并，從齒圈20經(jīng)由齒圈軸32而輸入到包括預(yù)定減速比的齒輪列的減速 器34。與電機(jī)MG2的轉(zhuǎn)子36連接的旋轉(zhuǎn)軸38也還和減速器34連接，當(dāng)電機(jī)MG2作為電 動機(jī)發(fā)揮功能時(shí)，向減速器機(jī)34輸入來自電機(jī)MG2的動力。從齒圈軸32和MG2的旋轉(zhuǎn)軸38中的至少一個(gè)軸輸入的動力，經(jīng)由減速器34而向 車軸40傳遞，由此對車輪42進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。另一方面，在再生制動時(shí)，當(dāng)動力從車輪42和 車軸40經(jīng)由減速器34而輸入至旋轉(zhuǎn)軸38時(shí)，MG2作為發(fā)電機(jī)發(fā)揮功能。在此，在再生制 動時(shí)，不限于駕駛者進(jìn)行制動操作而使車輛速度減速的情況，還包括駕駛者解除加速踏板 的踩踏而中止了車輛加速的情況、車輛通過重力作用在下坡進(jìn)行行駛的情況等。電機(jī)MG1、MG2分別與對應(yīng)的變換器(inverter) 44、46電連接。各變換器44、46與 作為共同的電壓轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器48電并聯(lián)連接，并且，經(jīng)由轉(zhuǎn)換器48與電池50電連接。電 池50適合使用鎳氫電池、鋰離子電池等的能夠充放電的二次電池，但不限定于此，例如也 可以使用電容器。當(dāng)電機(jī)MG1、MG2作為電動機(jī)發(fā)揮功能時(shí)，將從電池50經(jīng)由平滑電容器52供給來 的直流電壓Vb通過轉(zhuǎn)換器48升壓為輸出電壓Vc后，經(jīng)由平滑電容器M而向變換器44、46輸入(轉(zhuǎn)換器輸出電壓Vc相當(dāng)于作為變換器輸入電壓的系統(tǒng)電壓VH。以下相同)，通過變 換器44、46進(jìn)行交流變換并施加給電機(jī)MG1、MG2。相反地，當(dāng)電機(jī)MG1、MG2作為發(fā)電機(jī)發(fā)揮功能時(shí)，將從MG1、MG2輸出的交流電壓 通過變換器44、46進(jìn)行了直流變換之后，通過轉(zhuǎn)換器48降壓并對電池50進(jìn)行充電。另外， 對于變換器44、46，由于共用與轉(zhuǎn)換器48連接的電力線56和接地線58，因此能夠使通過電 機(jī)MG1、MG2中的一個(gè)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的電力不經(jīng)過轉(zhuǎn)換器而向另一個(gè)電機(jī)供給來進(jìn)行旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動。變換器44、46分別與電機(jī)用E⑶(以下，稱為“電機(jī)E⑶”)60電連接，基于從電機(jī) E⑶60發(fā)送的控制信號進(jìn)行工作控制。另外，在電機(jī)MG1、MG2設(shè)置有對轉(zhuǎn)子四、36的旋轉(zhuǎn) 角進(jìn)行檢測的旋轉(zhuǎn)角傳感器31、37。通過各旋轉(zhuǎn)角傳感器31、37得到的檢測值，被輸入到電 機(jī)E⑶60，用于算出各電機(jī)轉(zhuǎn)速Nml、Nm2。進(jìn)一步，對電機(jī)E⑶60輸入通過分別設(shè)置在各電 機(jī)MGl、MG2的未圖示的電流傳感器檢測出的電機(jī)電流。在電池50設(shè)置有電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等的電池狀態(tài)檢測傳感器 62，通過該傳感器62得到的各檢測值、即電池電流lb、電池電壓Vb、電池溫度Tb等被輸入 到電池用E⑶(以下，稱為“電池E⑶”)64。電池E⑶64基于這些檢測值推定電池50的剩 余容量(SOC)，并且進(jìn)行監(jiān)視以使電池剩余容量維持在適當(dāng)范圍、例如以額定容量的60% 為中心的40% 80%的范圍，在適當(dāng)范圍上限附近，將輸入限制信號輸出給后述的混合動 力用ECU，在適當(dāng)范圍下限附近，將輸出限制和充電要求的信號輸出給后述的混合動力用 ECU。發(fā)動機(jī)E⑶16、電機(jī)E⑶60以及電池E⑶64與混合動力E⑶(控制單元)66電連接。 混合動力ECU66由執(zhí)行控制程序的CPU、存儲控制程序和/或控制用映射等的ROM、能夠暫 時(shí)存儲各種檢測值且能夠隨時(shí)進(jìn)行讀出的RAM等構(gòu)成，具有對發(fā)動機(jī)12以及電機(jī)MG1、MG2 總括地進(jìn)行工作控制、并且管理電池50的功能?；旌蟿恿CU66在其與發(fā)動機(jī)ECU16之間，根據(jù)需要發(fā)送發(fā)動機(jī)控制信號，根據(jù)需 要接收與發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)(例如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne等)。另外，混合動力ECU66在 其與電機(jī)ECU60之間，根據(jù)需要發(fā)送電機(jī)控制信號，根據(jù)需要接收與電機(jī)工作狀態(tài)相關(guān)的 數(shù)據(jù)(例如電機(jī)轉(zhuǎn)速Nml、Nm2、電機(jī)電流等)。進(jìn)一步，混合動力E⑶66從電池E⑶64接收 電池剩余容量、電池電壓、電池溫度、輸入輸出控制信號等的電池管理所需要的數(shù)據(jù)。在混合動力E⑶66上，還電連接有車速傳感器68和加速器開度傳感器70，分別輸 入作為混合動力車輛10的行駛速度的車速Sv、和與未作圖示的加速踏板的踩踏量對應(yīng)的 加速器開度Ac。進(jìn)一步，在混合動力E⑶66上電連接有經(jīng)濟(jì)開關(guān)(選擇單元)72。經(jīng)濟(jì)開關(guān)72設(shè) 置在作為用戶的駕駛者容易操作的位置，通過進(jìn)行押壓操作、旋轉(zhuǎn)操作或者輕觸操作等，向 混合動力E⑶66輸入經(jīng)濟(jì)開關(guān)導(dǎo)通信號Eon。當(dāng)對經(jīng)濟(jì)開關(guān)72進(jìn)行導(dǎo)通操作時(shí)，則選擇從 經(jīng)濟(jì)開關(guān)斷開時(shí)的通常模式(第一模式)向能夠相比于通常模式而進(jìn)行低燃料消耗率行駛 的經(jīng)濟(jì)模式(第二模式)的轉(zhuǎn)變。接著，參照圖2說明使電機(jī)MG1、MG2作為電動機(jī)發(fā)揮功能時(shí)的電機(jī)E⑶60中的電 壓控制。圖2是電機(jī)ECU60的功能框圖，將電機(jī)MG1、MG2都用作電動機(jī)的情況下的電壓控 制是同樣地進(jìn)行的控制，因此在此主要對輸出行駛用動力的電機(jī)MG2的控制進(jìn)行說明。
電機(jī)ECU60包括控制方式選擇部106，其對電機(jī)MG2的控制方式進(jìn)行選擇；轉(zhuǎn)換 器控制部104，其接受來自控制方式選擇部106的轉(zhuǎn)換器輸出電壓指令Vc*，生成用于對轉(zhuǎn) 換器48內(nèi)的2個(gè)電力用開關(guān)元件(例如IGBT等)進(jìn)行導(dǎo)通、斷開控制的開關(guān)信號S1、S2， 并輸出給轉(zhuǎn)換器48 ；以及PWM控制塊100和矩形波控制塊102，其從控制方式選擇部106接 受轉(zhuǎn)矩指令I(lǐng)"，生成用于對在變換器46內(nèi)的U相、V相以及W相的各相臂分別設(shè)置2個(gè)(合 計(jì)6個(gè))的電力用開關(guān)元件(例如IGBT等)進(jìn)行導(dǎo)通、斷開控制的開關(guān)信號S3 S8，并輸 出給變換器46。一般地，作為交流電機(jī)的控制方式，已知正旋波PWM控制、過調(diào)制PWM控制、以及矩 形波控制這3種控制方式。正弦波PWM控制方式是作為一般的PWM控制而使用的方式，根據(jù)正弦波狀的電壓 指令值和載波(一般為三角波)的電壓比較，對為了三相交流電機(jī)的電機(jī)MG2的U相、V相 以及W相的各相線圈而分別設(shè)置在變換器46內(nèi)的各相臂上的開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開進(jìn)行控 制。其結(jié)果，在變換器46內(nèi)的各相臂上，對于與上臂元件的導(dǎo)通期間對應(yīng)的高電平期間、與 下臂元件的導(dǎo)通期間對應(yīng)的低電平期間的集合，控制占空比以使在一定期間內(nèi)電機(jī)輸入電 壓為正弦波。眾所周知，在正弦波PWM控制方式下，即使是比較低的旋轉(zhuǎn)區(qū)域也能得到流暢 的旋轉(zhuǎn)，但是作為電機(jī)輸入電壓的基波成分相對于與轉(zhuǎn)換器輸出電壓Vc相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)電壓 VH的比的調(diào)制率(或者電壓利用率)最大只能提高到0.61。另一方面，在矩形波控制方式下，在變換器46內(nèi)的各相臂中，與上臂元件的導(dǎo)通 期間對應(yīng)的高電平期間、和與下臂元件的導(dǎo)通期間對應(yīng)的低電平期間的比在上述一定期間 內(nèi)為1比1的矩形波1個(gè)脈沖量被施加給電機(jī)MG2。由此，能夠?qū)⒄{(diào)制率提高到0. 78，能夠 使比較高的旋轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)的輸出提高。另外，由于能夠使弱磁場電流減少，因此能夠抑制電機(jī) MG2中的銅損的發(fā)生、能夠提高能量效率。進(jìn)一步，由于能夠減少變換器46中的開關(guān)次數(shù)， 因此還有能夠抑制開關(guān)損失這樣的優(yōu)點(diǎn)。但是，與正弦波PWM控制相比，具有容易受到干擾 的影響、控制響應(yīng)性不是很好這樣的特性。過調(diào)制PWM控制方式是正弦波PWM控制和矩形波控制之間的中間的PWM控制方 式，通過在使載波的振幅以縮小方式發(fā)生變形的基礎(chǔ)上進(jìn)行與上述正弦波PWM控制方式同 樣的PWM控制，能夠生成向電壓增加方向變動的變形為大致正弦波狀的電機(jī)輸入電壓，由 此能夠?qū)⒄{(diào)制率提高到0. 61 0. 78的范圍。在電機(jī)MG2中，當(dāng)轉(zhuǎn)速和/或輸出轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，感應(yīng)電壓變高，與此相伴地需要電 壓也變高。由轉(zhuǎn)換器48生成的升壓電壓Vc、即系統(tǒng)電壓VH，需要設(shè)定得比該電機(jī)需要電壓 高。其另一方面，能夠通過轉(zhuǎn)換器48升壓的電壓值存在上限(即系統(tǒng)電壓最大值)。因此，在電機(jī)需要電壓比系統(tǒng)電壓VH的最大值、例如比650V低的區(qū)域中，應(yīng)用基 于正弦波PWM控制方式或者過調(diào)制PWM控制方式的最大轉(zhuǎn)矩控制，通過按照矢量控制的電 機(jī)電流控制來進(jìn)行控制，使得輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩指令T* 一致。另一方面，當(dāng)電機(jī)需要電壓超過系統(tǒng)電壓最大值時(shí)，則在將系統(tǒng)電壓VH維持在最 大值的基礎(chǔ)上根據(jù)弱磁場控制而應(yīng)用矩形波控制方式。在該情況下，由于電機(jī)輸入電壓的 振幅被固定，因此通過基于轉(zhuǎn)矩推定值和轉(zhuǎn)矩指令值的偏差的矩形波脈沖的電壓相位控制 來進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。圖3表示用于執(zhí)行正弦波PWM控制和過調(diào)制PWM控制的最大轉(zhuǎn)矩控制的電機(jī)E⑶60的PWM控制塊100的功能塊例子。PWM控制塊100包括電流指令生成部74、電壓指 令生成部76、2相3相變換部78、開關(guān)信號生成部80、3相2相變換部84、以及轉(zhuǎn)速運(yùn)算部 86。電流指令生成部74接受從混合動力E⑶66向電機(jī)E⑶60輸入的轉(zhuǎn)矩指令T*和電 機(jī)轉(zhuǎn)速Nm2，從預(yù)先設(shè)定的映射或者表格算出與轉(zhuǎn)矩指令T*和電機(jī)轉(zhuǎn)速Nm2對應(yīng)的d軸電 流指令I(lǐng)cT和q軸電流指令I(lǐng)q*，并輸出給電壓指令生成部76。電壓指令生成部76通過下述式1的PI運(yùn)算來算出用于使d軸實(shí)際電流id和q軸 實(shí)際電流iq分別與d軸電流指令I(lǐng)cT和q軸電流指令I(lǐng)q* —致的d軸和q軸電壓指令VcT、 Vq*,且輸出給2相3相變換部78。對于此處的d軸實(shí)際電流id和q軸實(shí)際電流iq，使用 在3相2相變換部84中基于電機(jī)旋轉(zhuǎn)角θ對三相的各相電流iu、iv、iw進(jìn)行變換而得到 的電流，所述的各相電流iu、iv、iw是通過檢測電機(jī)MG2的各相電流的電流傳感器82檢測 得到的。由于各相電流iu、iv、iw的總和為0，因此也可以對三相電流中兩相的電流進(jìn)行檢 測，其余的一相的電流通過運(yùn)算來算出。(式1)Vd* = Gpd (Id*-id) +Gid (Id*-id) dtVq* = Gpq (Iq*_iq) +Giq (Iq*_iq) dt在此，Kpd，Kpq是d軸和q軸電流控制的比例增益，KicUKiq是d軸和q軸電流控 制的積分增益。2相3相變換部78基于電機(jī)MG2的轉(zhuǎn)子36的旋轉(zhuǎn)角θ，將d軸電壓指令VcT和q 軸電壓指令Vcf變換成三相的各相電壓Vu、Vv、Vw，并輸出給開關(guān)信號生成部80。在從d軸 電壓指令VcT和q軸電壓指令Vcf向三相的各相電壓Vu、Vv、Vw的變換中，也反映系統(tǒng)電壓 VH。開關(guān)信號生成部80基于三相的各相電壓Vu、Vv, Vw和預(yù)定的載波的比較，生成開 關(guān)信號S3 S8并輸出給變換器46。由此，通過使變換器46的各開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)控制， 對電機(jī)MG2施加用于輸出與轉(zhuǎn)矩指令T*相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩的交流電壓。如上所述，在過調(diào)制PWM 控制時(shí)，在開關(guān)信號生成部80中使用的載波，從正弦波PWM控制時(shí)的一般的載波切換成以 縮小振幅的方式變形后的載波。接著，參照圖4對矩形波控制塊102進(jìn)行說明。矩形波控制塊102包括3相2相 變換部94、轉(zhuǎn)矩推定部96、電壓相位運(yùn)算部88、矩形波產(chǎn)生部90、以及開關(guān)信號生成部92。3相2相變換部94基于電機(jī)旋轉(zhuǎn)角θ將通過電流傳感器82檢測到的三相的各相 電流iu、iv、iw變換成d軸實(shí)際電流id和q軸實(shí)際電流iq，并輸出給轉(zhuǎn)矩推定部96。轉(zhuǎn)矩 推定部96基于d軸實(shí)際電流id和q軸實(shí)際電流iq，從預(yù)先設(shè)定的映射或者表格查表運(yùn)算 轉(zhuǎn)矩推定值T，并輸出給電壓相位運(yùn)算部88。電壓相位運(yùn)算部88，對通過從轉(zhuǎn)矩指令f減去轉(zhuǎn)矩推定值T而求得的轉(zhuǎn)矩偏差 ΔΤ，進(jìn)行基于預(yù)定增益的PI運(yùn)算求出控制偏差，根據(jù)該控制偏差設(shè)定矩形波電壓的相位 Y，并輸出給矩形波產(chǎn)生部78。具體而言，在轉(zhuǎn)矩指令T*為正(Τ* >0)的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)矩不 足時(shí)使電壓相位提前，而當(dāng)轉(zhuǎn)矩過剩時(shí)使電壓相位延遲，并且，在轉(zhuǎn)矩指令 "為負(fù)(Τ* <0) 的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)矩不足時(shí)使電壓相位延遲，而當(dāng)轉(zhuǎn)矩過剩時(shí)使電壓相位提前。矩形波產(chǎn)生部90，根據(jù)輸入的電壓相位Y，生成各相電壓指令Vu、Vv, Vw (矩形波脈沖)，并輸出給開關(guān)信號生成部92。開關(guān)信號生成部92，根據(jù)各相電壓指令Vu、Vv、Vw生 成開關(guān)信號S3 S8，并輸出給變換器46。由此，通過變換器46進(jìn)行按照開關(guān)信號S3 S8 的開關(guān)動作，作為電機(jī)MG2的各相電壓而施加與電壓相位γ相應(yīng)的矩形波脈沖。這樣，在 矩形波控制方式時(shí)，能夠通過轉(zhuǎn)矩的反饋控制進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制?？梢杂蒔WM控制塊100的開關(guān)信號生成部80兼作矩形波控制塊102中的開關(guān)信 號生成部92。圖5表示預(yù)先在電機(jī)ECU60的控制方式選擇部106中存儲的映射。該映射是針對 電機(jī)MG2基于轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速而規(guī)定的映射，控制方式選擇部106應(yīng)用該映射來選擇電機(jī)控制 方式。在圖5所示的映射中，實(shí)線表示正弦波PWM控制中的電機(jī)MG2的轉(zhuǎn)速和最大輸出 轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，在由該實(shí)線包圍的陰影區(qū)域Al內(nèi)的運(yùn)行點(diǎn)上，對于電機(jī)MG2執(zhí)行正弦波PWM 控制。對系統(tǒng)電壓VH(即通過轉(zhuǎn)換器48升壓的升壓比)進(jìn)行控制，使得該情況下的正弦波 PWM控制中的調(diào)制率K始終為最大值0. 61。但是，由于通過轉(zhuǎn)換器48進(jìn)行的升壓存在上限， 因此系統(tǒng)電壓VH為最大值、調(diào)制率K為0. 61 < K < 0. 78的實(shí)線和虛線之間的高旋轉(zhuǎn)區(qū)域 成為過調(diào)制區(qū)域A2，系統(tǒng)電壓VH為最大值、調(diào)制率K = 0. 78的虛線和單點(diǎn)劃線之間的更高 的旋轉(zhuǎn)區(qū)域成為矩形波控制區(qū)域A3。接著，參照圖6和圖7，對上述混合動力車輛10中的經(jīng)濟(jì)模式控制進(jìn)行說明。圖6 是對于經(jīng)濟(jì)開關(guān)72(參照圖1)沒有導(dǎo)通的狀態(tài)時(shí)的通常模式、和通過導(dǎo)通操作經(jīng)濟(jì)開關(guān)72 而選擇的經(jīng)濟(jì)模式，分別表示車速Sv和車輛功率的關(guān)系的映射。圖6所示的實(shí)線分別表示 通常模式和經(jīng)濟(jì)模式下能夠輸出的最大的車輛功率。另外，圖7是表示當(dāng)導(dǎo)通操作了經(jīng)濟(jì) 開關(guān)72時(shí)在混合動力E⑶66中執(zhí)行的處理程序的流程圖。當(dāng)駕駛者希望相比于車輛的動力性而使燃料經(jīng)濟(jì)性優(yōu)先的行駛時(shí)，駕駛者通過導(dǎo) 通操作經(jīng)濟(jì)開關(guān)72來選擇經(jīng)濟(jì)模式。由此，如圖6所示，車輛能夠輸出的最大功率與通常 模式相比而下降。更詳細(xì)而言，當(dāng)導(dǎo)通操作經(jīng)濟(jì)開關(guān)72時(shí)，則向混合動力E⑶66輸入經(jīng)濟(jì)開關(guān)信號 Eon0混合動力E⑶66接受該經(jīng)濟(jì)開關(guān)信號Eon，執(zhí)行圖7的步驟SlO的經(jīng)濟(jì)模式控制。在該 經(jīng)濟(jì)模式控制中，執(zhí)行如下等控制通過降低發(fā)動機(jī)12的上限轉(zhuǎn)速而變更發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)； 使轉(zhuǎn)換器48的升壓上限值從作為第一上限值的例如650伏特降低到作為第二上限值的例 如500伏特來進(jìn)行升壓限制；為了在變換器46中生成電機(jī)輸入電壓而使用于與電壓指令進(jìn) 行對比的載波的頻率降低；使空調(diào)等的輔機(jī)裝置進(jìn)行經(jīng)濟(jì)模式工作(例如空調(diào)用壓縮機(jī)的 間歇運(yùn)行)。在這樣的經(jīng)濟(jì)模式控制中，通過降低發(fā)動機(jī)上限轉(zhuǎn)速來抑制燃料消耗，通過將轉(zhuǎn) 換器48的升壓上限值抑制得較低，使轉(zhuǎn)換器48中的開關(guān)損失降低，通過降低上述載波的頻 率，使變換器46中的開關(guān)損失降低，通過輔機(jī)裝置的經(jīng)濟(jì)模式工作來抑制消耗電力。其結(jié) 果，與通常模式相比，能實(shí)現(xiàn)低燃料消耗率行駛，能量效率提高。但是，在上述經(jīng)濟(jì)模式下，行駛用電機(jī)MG2和發(fā)電用電機(jī)MGl的轉(zhuǎn)速受到限制，特 別是發(fā)電用電機(jī)MGl的轉(zhuǎn)速限制會導(dǎo)致發(fā)電量降低，根據(jù)電池50的剩余容量和/或用戶操 作的車輛的運(yùn)行狀態(tài)，用于電池充電的發(fā)動機(jī)間歇運(yùn)行的頻率變高，因此相反地，燃料經(jīng)濟(jì) 性會惡化，電池50的剩余容量會較大地低于作為適當(dāng)范圍的下限的40%。
具體而言，存在如下情況當(dāng)由于作為用戶的駕駛者較大地踩踏加速踏板而持續(xù) 地要求超過圖6中經(jīng)濟(jì)模式下能夠輸出的最大車輛功率的車輛功率時(shí)，則為了驅(qū)動電機(jī) MG2，會從電池50取出由發(fā)電用電機(jī)MGl產(chǎn)生的發(fā)電量以上的電力，電池剩余容量會較大地 下降，會較大地低于電池容量的適當(dāng)范圍下限。當(dāng)電池50的剩余容量較大地低于適當(dāng)范圍 下限時(shí)，則電池50受到損傷而短壽會縮短。因此，為了防止這樣的情況，在圖7所示的經(jīng)濟(jì)模式處理程序中執(zhí)行如下的處理。 在步驟S12中，判定剩余容量SOC是否超過作為閾值的例如40%。并且，當(dāng)判定剩余容量 SOC為40%以下時(shí)(在步驟S12中為“否”)，將轉(zhuǎn)換器48中的升壓上限值500伏特切換成 與通常模式時(shí)相同的650伏特，解除升壓限制(步驟S18)。由此，作為發(fā)電機(jī)的電機(jī)MGl的 轉(zhuǎn)速限制也被解除，因此能夠確保足夠的發(fā)電量，其結(jié)果，能夠?qū)﹄姵?0充電，從而使電池 剩余容量恢復(fù)到適當(dāng)范圍。另一方面，當(dāng)判定為電池剩余容量SOC超過40%時(shí)(在步驟S12中為“是”)，接 著，判定車輛要求功率P/比車輛能夠輸出的功率Pv大的狀態(tài)是否持續(xù)了預(yù)定時(shí)間(步驟 S14)。此處的“預(yù)定時(shí)間”例如優(yōu)選數(shù)秒左右，是為了排除駕駛者進(jìn)行的加速踏板的瞬間踩踏。對于上述車輛要求功率P/，參照預(yù)先存儲在ROM中的映射，基于加速器開度Ac和 車速Sv而設(shè)定。當(dāng)判定為該車輛要求功率P/超過圖6所示的經(jīng)濟(jì)模式下能夠輸出的最大 車輛功率的狀態(tài)持續(xù)了預(yù)定時(shí)間時(shí)(在步驟S14中為“是”)，與上述同樣地解除轉(zhuǎn)換器48 的升壓限制(步驟S18)。另一方面，在沒有判定為車輛要求功率P/超過經(jīng)濟(jì)模式下能夠 輸出的最大車輛功率的狀態(tài)持續(xù)預(yù)定時(shí)間的情況下(在步驟S14中為“否”)，維持轉(zhuǎn)換器 48的升壓限制(步驟S16)。接著，判定經(jīng)濟(jì)開關(guān)72是否進(jìn)行了斷開操作(步驟S20)，若未斷開則回到上述步 驟S12 (在步驟S20中為“否”)，另一方面，若斷開(在步驟S20中未“是”)則結(jié)束經(jīng)濟(jì)模 式控制，即，恢復(fù)到通常模式(步驟S2》，結(jié)束處理。這樣，在本實(shí)施方式的混合動力車輛10中，通過選擇經(jīng)濟(jì)模式來謀求提高燃料經(jīng) 濟(jì)性，并且當(dāng)電池剩余容量變?yōu)檫m當(dāng)范圍的下限40%以下時(shí)立刻解除轉(zhuǎn)換器48的升壓限 制，由此能夠回避電池剩余容量較大地低于適當(dāng)范圍的下限這樣的情況。在上述混合動力車輛10中，當(dāng)電池剩余容量變成了 40%以下時(shí)，在經(jīng)濟(jì)模式控制 中只解除轉(zhuǎn)換器48的升壓限制，但是，也可以在解除轉(zhuǎn)換器48的升壓限制之外，還一并解 除其他的經(jīng)濟(jì)模式控制事項(xiàng)中與電池充電關(guān)系較大的控制事項(xiàng)、例如發(fā)動機(jī)12的轉(zhuǎn)速限 制。另外，在上述混合動力車輛10中，通過用戶進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)開關(guān)72的導(dǎo)通操作來選擇 經(jīng)濟(jì)模式，但是，當(dāng)對混合動力車輛10進(jìn)行總括控制的混合動力ECU66按照運(yùn)行狀態(tài)，在例 如大致一定的速度下的穩(wěn)定行駛狀態(tài)持續(xù)了預(yù)定時(shí)間以上時(shí)，可以執(zhí)行從通常模式自動地 切換成經(jīng)濟(jì)模式的控制。在該情況下，混合動力ECU66也作為選擇單元發(fā)揮功能。進(jìn)一步，在上述混合動力車輛10中，設(shè)為經(jīng)濟(jì)開關(guān)72為選擇單元、通常模式為第 一模式、經(jīng)濟(jì)模式為第二模式進(jìn)行了說明，但不限定于此。例如，也能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用為將 在相比于燃料經(jīng)濟(jì)性而想使車輛驅(qū)動性能優(yōu)先時(shí)進(jìn)行導(dǎo)通操作的功率開關(guān)作為選擇單元， 功率開關(guān)斷開狀態(tài)時(shí)，選擇作為第二模式的通常模式，功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，選擇作為第一模式的功率模式。 進(jìn)一步，對于上述混合動力車輛10，以能夠利用發(fā)動機(jī)12的動力來驅(qū)動車輪和發(fā) 電機(jī)這兩者的所謂串聯(lián)/并聯(lián)混合動力方式為例子進(jìn)行了說明，但本發(fā)明也能夠應(yīng)用于將 發(fā)動機(jī)的動力只用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)的所謂串聯(lián)混合動力方式的車輛。
權(quán)利要求
1.一種混合動力車輛，具備發(fā)動機(jī)；能夠接受來自發(fā)動機(jī)的動力進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電機(jī)； 蓄積由發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的電力的電池；以及能夠接受從電池和發(fā)電機(jī)供給的電力輸出行駛 用的動力的電動機(jī)，該混合動力車輛的特征在于，還具備電壓轉(zhuǎn)換器，其將電池的電壓升壓并向電動機(jī)供給；選擇單元，其用于與電壓轉(zhuǎn)換器的升壓工作相關(guān)地選擇第一模式或第二模式；控制單元，其在通過選擇單元選擇了第二模式時(shí)，將通過電壓轉(zhuǎn)換器升壓后的電壓上 限值從第一模式下的第一上限值變更為比該第一上限值低的第二上限值，并且，在電池的 剩余容量變?yōu)榱碎撝狄韵聲r(shí)，將通過電壓轉(zhuǎn)換器升壓后的電壓上限值從第二上限值向第一 上限值切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力車輛，其特征在于，控制單元，在用戶對于車輛的要求功率超過第二模式下能夠輸出的最大車輛功率的狀 態(tài)持續(xù)了預(yù)定時(shí)間時(shí)，將通過電壓轉(zhuǎn)換器升壓后的電壓上限值從第二上限值向第一上限值 切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力車輛，其特征在于，控制單元，在通過選擇單元選擇了第二模式時(shí)，執(zhí)行通過電壓轉(zhuǎn)換器升壓后的電壓上 限值的切換，并且，執(zhí)行變更發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)、降低載波的頻率、以及使輔機(jī)裝置進(jìn)行節(jié)能工 作中的至少一個(gè)控制，在電池的剩余容量變?yōu)榱碎撝狄韵聲r(shí)，在第二模式下執(zhí)行中的控制 中，僅執(zhí)行使通過電壓轉(zhuǎn)換器升壓后的電壓上限值從第二上限值向第一上限值恢復(fù)的控 制，所述載波用于生成對電動機(jī)的輸入電壓，所述輔機(jī)裝置包括空調(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力車輛，其特征在于，還包括具有直流/交流轉(zhuǎn)換功能的發(fā)電機(jī)用變換器和電動機(jī)用變換器，各變換器與共 用的電壓轉(zhuǎn)換器連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種混合動力車輛，在所述混合動力車輛中，謀求提高燃料經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)回避電池的剩余容量較大地低于適當(dāng)范圍的下限的情況。所述混合動力車輛(10)包括發(fā)動機(jī)(12)、發(fā)電機(jī)(MG1)、電池(50)、行駛用電機(jī)(MG2)，還具備轉(zhuǎn)換器(48)，其將電池50的電壓升壓而提供給電動機(jī)(MG2)；經(jīng)濟(jì)開關(guān)(72)，其用于對于轉(zhuǎn)換器(48)的升壓控制選擇第一模式或者第二模式；混合動力ECU(66)，其通過經(jīng)濟(jì)開關(guān)(72)選擇了第二模式時(shí)，將通過轉(zhuǎn)換器(48)升壓后的電壓上限值從第一模式下的第一上限值變更為比該第一上限值低的第二上限值，并且，在電池(50)的剩余容量變?yōu)榱碎撝狄韵聲r(shí)，將通過轉(zhuǎn)換器(48)升壓后的電壓上限值從第二上限值向第一上限值切換。
文檔編號B60W10/08GK102076539SQ200980125289
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者小島靖, 木全雅俊, 高木健介 申請人:豐田自動車株式會社