電動車両
【課題】 電動車両において、インバータのスイッチング素子の温度上昇を抑制する。
【解決手段】 フロント側駆動輪またはリア側駆動輪にトルクが出力されており、かつ、車速Ｖがゼロ近傍である場合には、フロント側駆動輪を駆動する同期電動機の出力トルクをリア側駆動輪を駆動する誘導電動機の出力トルクよりも小さくし、フロント側駆動輪またはリア側駆動輪にトルクが出力されており、かつ、各駆動輪に出力されたトルクによって車両が移動しようとする方向と逆方向に車両が所定の速度Ｖ2で移動している場合には、同期電動機の出力トルクを誘導電動機の出力トルクよりも大きくする出力トルク変更手段を備える。
【解決手段】 フロント側駆動輪またはリア側駆動輪にトルクが出力されており、かつ、車速Ｖがゼロ近傍である場合には、フロント側駆動輪を駆動する同期電動機の出力トルクをリア側駆動輪を駆動する誘導電動機の出力トルクよりも小さくし、フロント側駆動輪またはリア側駆動輪にトルクが出力されており、かつ、各駆動輪に出力されたトルクによって車両が移動しようとする方向と逆方向に車両が所定の速度Ｖ2で移動している場合には、同期電動機の出力トルクを誘導電動機の出力トルクよりも大きくする出力トルク変更手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンと電動機によって車両を駆動するハイブリッド車両や、電動機によって車両を駆動する電気自動車などの電動車両が多く用いられるようになってきている。このような電動車両では、前輪または後輪のいずれかを駆動輪とする構成がとられている。一方、このような電動車両でも、前輪、後輪の両方を駆動輪とする４輪駆動の車両も用いられている。４輪駆動の電動車両では、前輪、後輪のいずれか一方を主駆動輪とし、他方を副駆動輪としている。主駆動輪は、永久磁石をロータに用いた同期電動機により駆動される場合が多いが、副駆動輪は、車両を駆動する駆動輪となる場合と車両の駆動力を出力しない従動輪となる場合とがあるので、従動輪となった場合に永久磁石の用いられた同期電動機のロータの振れ回りによるコギングトルクが発生したり走行抵抗が増加したりして車両の燃費の向上が図れなくなるのを抑制するために、永久磁石をロータに用いない誘導電動機により駆動する構成がとられることが多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、永久磁石を用いない誘導電動機は低トルクの出力範囲ではエネルギ損失が大きくなってしまうという特性があることから、上記のように永久磁石をロータに用いた同期電動機と永久磁石を用いない誘導電動機とを搭載した電動車両では、副駆動輪に出力される動力が低出力範囲内である場合に、副駆動輪の機械的損失を補填するだけのトルクを主駆動輪から出力して車両のエネルギ効率を高めることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２５３５２号公報
【特許文献２】特開２００８−２５４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、主駆動輪を駆動する同期電動機は、直流電力をインバータによって交流電力に変換し、その交流電力によって固定子に発生する回転磁界の回転速度に同期した速度で永久磁石が用いられたロータが回転する。このため、車両の速度が遅い場合には、回転磁界の回転速度あるいは交流電力の周波数が低くなる。一方、ロータからの出力トルクは電動機に流れる電流の大きさによるので、急な上り坂を低速で登坂している場合のように、同期電動機に流れる交流電力の周波数が低く、大きなトルクのために大きな電流が流れる場合、インバータの各相のスイッチング素子のオンオフの周期が長くなり、一つの相のスイッチング素子に大きな電流が流れている時間が長くなり、スイッチング素子の温度が上昇してしまう場合がある。特に、アクセルを踏み込むことによって登坂の途中で車両が停止状態（アクセルホールド状態）となると、同期電動機に流れる交流電力の周波数はゼロとなってしまうので、一相のスイッチング素子が連続通電状態となり、スイッチング素子の温度が上昇してしまうという問題があった。しかし、特許文献１、２には低車速あるいはアクセルホールド状態の際に、スイッチング素子の温度が上昇することについては記載も示唆もない。
【０００６】
そこで、本発明は、電動車両において、インバータのスイッチング素子の温度上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電動車両は、第１の駆動輪にトルクを出力する同期電動機と、第２の駆動輪にトルクを出力する誘導電動機と、第１の直流電力を前記同期電動機駆動用の交流電力に変換する第１のインバータと、第２の直流電力を前記誘導電動機駆動用の交流電力に変換する第２のインバータと、車両の速度を検出する速度センサと、前記同期電動機と前記誘導電動機から出力されるトルクを変化させる制御部と、を備える電動車両であって、前記制御部は、前記第１の駆動輪または前記第２の駆動輪にトルクが出力されており、かつ、車速がゼロ近傍である場合には、前記同期電動機の出力トルクを前記誘導電動機の出力トルクよりも小さくし、前記第１の駆動輪または前記第２の駆動輪にトルクが出力されており、かつ、前記各駆動輪に出力されたトルクによって前記車両が移動しようとする方向と逆方向に前記車両が所定の速度で移動している場合には、前記同期電動機の出力トルクを前記誘導電動機の出力トルクよりも大きくする出力トルク変更手段を備えること、を特徴とする。
【０００８】
本発明の電動車両において、前記所定の速度は、前記誘導電動機の固定子に発生する回転磁界の回転速度がゼロ近傍となる速度であり、前記制御部の前記トルク変更手段は、車両の速度がゼロ近傍から前記所定の速度に向かって前記車両の速度が変化するに応じて、同期電動機の出力トルクを増加させるとともに、誘導電動機の出力トルクを減少されること、としても好適である。
【０００９】
本発明の電動車両において、前記制御部の前記トルク変更手段は、前記第１の直流電力の第１の電圧と前記第２の直流電力の第２の電圧との比率に応じて前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を変化させること、としても好適である。
【００１０】
本発明の電動車両において、前記第１のインバータは第１のスイッチング素子を含み、前記第２のインバータは第２のスイッチング素子を含み、前記制御部の前記トルク変更手段は、前記第１のスイッチング素子の温度と、前記第２のスイッチング素子の温度に応じて前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を変化させること、としても好適である。
【００１１】
本発明の電動車両において、前記制御部の前記トルク変更手段は、車両速度に対する前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を予め定めたマップに基づいて各電動機の目標出力トルクを設定した後、前記第１の直流電力の前記第１の電圧と前記第２の直流電力の前記第２の電圧との比率、または、前記第１のスイッチング素子の温度と前記第２のスイッチング素子の温度に応じて前記各電動機の出力トルクを補正し、補正した後の前記各電動機の目標出力トルクを再設定すること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、電動車両において、インバータのスイッチング素子の温度上昇を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の車速に対するトルクと電動機の回転磁界の回転速度の関係を示す説明図である。
【図３】同期電動機と誘導電動機の固定子の回転磁界の回転速度と回転子の回転速度との関係を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の制御ロジック図である。
【図５】本発明の他の実施形態におけるハイブリッド車両の制御ロジック図である。
【図６】本発明の他の実施形態におけるハイブリッド車両の車速に対するトルクの関係を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態におけるハイブリッド車両の制御ロジック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、電動車両の一つであるハイブリッド車両に本発明を適用した実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態のハイブリッド車両１００は、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の遊星歯車装置３０と、遊星歯車装置３０に接続された発電機５１と、遊星歯車装置３０に接続されたフロント側駆動輪６３ａ，６３ｂの駆動軸であるリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続された同期電動機５２と、リア側駆動輪６６ａ，６６ｂを駆動する誘導電動機５３と、充放電可能な二次電池であるバッテリ５０と、制御部７０と、を備えている。
【００１５】
遊星歯車装置３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なうよう構成されている。遊星歯車装置３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１には発電機５１が、リングギヤ３２には車両駆動用動力出力軸であるリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、キャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからフロント側ギヤ機構６０およびフロント側ディファレンシャルギヤ６２を介して、第１の駆動輪である車両のフロント側駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
【００１６】
減速ギヤ３５は、同期電動機５２の回転軸４８の回転数を減速してリングギヤ軸３２ａに伝達可能に構成されている。減速ギヤ３５は、外歯歯車のサンギヤ３６と、このサンギヤ３６と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３７と、サンギヤ３６に噛合すると共にリングギヤ３７に噛合する複数のピニオンギヤ３８と、複数のピニオンギヤ３８を自転かつ公転自在に保持するキャリア３９とを備える遊星歯車機構として構成されている。減速ギヤ３５のサンギヤ３６には同期電動機５２の回転軸４８が、リングギヤ３７にはリングギヤ軸３２ａが接続されている。また、キャリア３９はケースに固定されており、その回転が禁止されている。
【００１７】
また、ハイブリッド車両１００のリア側駆動輪６６ａ，６６ｂを駆動する誘導電動機５３の回転軸４９はリア側ギヤ機構６５及びびリア側ディファレンシャルギヤ６７を介して第２の駆動輪であるリア側駆動輪６６ａ，６６ｂに動力を出力するよう構成されている。
【００１８】
発電機５１，同期電動機５２は、ロータに永久磁石が組み込まれた構成となっており、誘導電動機５３はロータに永久磁石を用いない構成となっている。同期電動機５２は、バッテリ５０の電圧を昇圧コンバータ５４で昇圧した高圧の電圧ＶＨが入力される第１インバータ４１から駆動用電力が供給され、発電機５１によって発電された高圧電力は第３インバータ４３によって降圧されてバッテリ５０に蓄電される。バッテリ５０の出力端にはバッテリ５０の電圧ＶＢを検出する電圧センサ５５が設けられ、昇圧コンバータ５４の出力端には昇圧後の電圧ＶＨを検出する電圧センサ５６が設けられている。また、誘導電動機５３は、バッテリ５０の電圧ＶＢがそのまま供給される第２インバータ４２から駆動用の電力が供給される。各インバータ４１，４２，４３は内部にそれぞれスイッチング素子を含んでおり、スイッチング素子のオンオフ動作によって直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする。
【００１９】
制御部７０は、信号の処理を行うＣＰＵ７１と、処理プログラムを記憶するＲＯＭ７２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７３と、トルク変更手段７４とを含むコンピュータである。制御部７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジン２２、各インバータ４１，４２、４３、昇圧コンバータ５４はそれぞれ制御部７０に接続され、制御部７０の指令で駆動されるとともに、各インバータ４１，４２，４３の各スイッチング素子の各温度が制御部７０に入力されるよう構成されている。エンジン２２に取り付けられているエンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクシャフト回転位置センサ２４、発電機５１、同期電動機５２、誘導電動機５３にそれぞれ取り付けられている回転子位置検出センサ４４，４５，４６は制御部７０に接続され、エンジン２２の回転数、発電機５１、同期電動機５２、誘導電動機５３の回転子の位置の各信号はそれぞれ制御部７０に入力されるよう構成されている。バッテリ５０は制御部７０に接続され、バッテリ５０の温度等のデータが制御部７０に入力されるよう構成されている。バッテリ５０の出力端の電圧センサ５５と昇圧コンバータ５４の出力端の電圧センサ５６は共に制御部７０に接続され、電圧ＶＢ、電圧ＶＨが制御部７０に入力されるように構成されている。
【００２０】
以上のように構成されたハイブリッド車両１００の動作について図２〜図４を参照しながら説明する。ハイブリッド車両１００は、極低速走行の際にはエンジン２２を停止させ、フロント側駆動輪６３ａ，６３ｂは同期電動機５２によって駆動され、リア側駆動輪６６ａ，６６ｂは誘導電動機５３によって駆動される。図２（ａ）は、ハイブリッド車両１００の車速がゼロ近傍で車両駆動用の要求トルクがＴｒｅｑである運転状態を示している。この状態は、登坂中にアクセルを踏み込むことによってハイブリッド車両１００に加わる後ろ向きの力と各電動機５２、５３の各出力による前進方向の力とをバランスさせて坂道の途中で停止しているアクセルホールドの状態を示している。また、図中で車速Ｖがゼロよりも右側の領域は要求トルクＴｒｅｑがハイブリッド車両１００を前進させる方向に加わっているにも関わらず、ハイブリッド車両１００が低速で後退している状態、すなわち坂道でアクセルを踏んでいるにも関わらず、ハイブリッド車両１００が後ろにずり下がっている状態を示している。また、車速Ｖがゼロより左側の領域は、要求トルクＴｒｅｑが加わっているにも関わらず、車速が非常に低い場合、例えば、アクセルを踏みながら急坂をゆっくりと登坂走行している状態を示している。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、同期電動機５２では、永久磁石が取り付けられた回転子５２ｒは交流電力によって固定子５２ｓに発生する回転磁界の回転速度Ｒｓ２と同じ回転速度Ｒｒ２で回転する。図１に示すように同期電動機５２の回転軸４８は減速ギヤ３５、リングギヤ軸３２ａ、フロント側ギヤ機構６０、フロント側ディファレンシャルギヤ６２を介して、ハイブリッド車両１００のフロント側駆動輪６３ａ，６３ｂに出力されるので、図２（ｂ）の実線ｆに示すように、同期電動機５２の固定子５２ｓに発生する回転磁界の回転速度Ｒｓ２とハイブリッド車両１００の速度は比例関係となる。そして、ハイブリッド車両１００の車速Ｖがゼロとなる場合には、同期電動機５２の回転磁界の回転速度Ｒｓ２も略ゼロとなる。このため、同期電動機５２に供給される三相交流電力の周波数がゼロとなり、同期電動機５２に三相交流電力を供給する第１インバータ４１では、ある一相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇する。しかし、ハイブリッド車両１００がずり下る場合には、同期電動機５２の回転軸４８が後進方向に回転するので、固定子５２ｓの回転磁界も後進方向に向かって回転し、車速Ｖがゼロの場合にように、第１インバータ４１のある一つの相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇することはなくなる。
【００２２】
一方、図３（ｂ）に示すように、誘導電動機５３では、回転子５３ｒは交流電力によって固定子５３ｓに発生する回転磁界の回転速度Ｒｓ３よりも遅い回転速度Ｒｒ３で回転する。固定子５３ｓの回転磁界の回転速度Ｒｓ３と回転子５３ｒの回転速度Ｒｒ３との差はすべり速度Ｓとなる。図１に示すように誘導電動機５３の回転軸４９はリア側ギヤ機構６５、リア側ディファレンシャルギヤ６７を介して、ハイブリッド車両１００のリア側駆動輪６６ａ，６６ｂに出力されるので、図２（ｂ）の一点鎖線ｒに示すように、誘導電動機５３の固定子５３ｓに発生する回転磁界の回転速度Ｒｓ３はハイブリッド車両１００の速度に対応する回転子５３ｒの回転速度Ｒｒ３にすべり速度Ｓ分だけ早い回転数となる。従って、ハイブリッド車両１００の車速Ｖがゼロの場合でも、誘導電動機５３の固定子５３ｓに供給される三相交流電力の周波数はすべり速度Ｓの分だけ高いのでゼロにはならず、誘導電動機５３に三相交流電力を供給する第２インバータ４２では、第１インバータ４１のように一つの相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇する事はない。ところが、ハイブリッド車両がずり下り、誘導電動機５３の回転軸４９が後進方向に回転し始めると、固定子５３ｓの回転磁界の速度が次第に遅くなる。そして、回転子５３ｒの回転速度がすべり速度Ｓで後進方向に回転すると、固定子５３ｓの回転磁界の回転速度Ｒｓ３がゼロとなる。このため、図２（ｂ）に示す一点鎖線ｒのように、車速Ｖが回転子５３ｒの後進方向への回転速度Ｒｓ３がすべり速度Ｓとなる車速Ｖ2になると、誘導電動機５３に供給される三相交流電力の周波数がゼロとなり、誘導電動機５３に三相交流電力を供給する第２インバータ４２では、ある一相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇する。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態のハイブリッド車両１００では、アクセルホールドの状態では同期電動機５２に三相交流電力を供給する第１インバータ４１の一相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇し、車速Ｖが誘導電動機５３の回転子５３ｒの回転速度Ｒｓ３がすべり速度Ｓとなる車速Ｖ2になると、誘導電動機５３に三相交流電力を供給する第２インバータ４２の一相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇する。そこで、本実施形態のハイブリッド車両１００では、図２（ａ）に示すように、車速Ｖに応じてフロント側駆動輪６３ａ，６３ｂを駆動する同期電動機５２の出力トルク、即ち、フロント側出力トルクＴｆとリア側駆動輪６６ａ，６６ｂを駆動する誘導電動機５３の出力トルク、即ちリア側出力トルクＴｒの割合を変更して、各インバータ４１，４２のスイッチング素子の温度上昇を抑制するようにしている。
【００２４】
以下に、制御部７０の制御動作の一例を示す。制御部７０は、シフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰが前進になっているか後進になっているかを取得する。そして、シフトポジションＳＰが前進となっている場合、制御部７０は、図４のブロック２０１に示すように、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ等からハイブリッド車両１００の駆動に必要な要求トルクＴｒｅｑを計算する。また、制御部７０は、図４のブロック２０２に示すように、車速センサ８８から車速Ｖを取得する。そして、制御部７０は、図４のブロック２０３に示すように、ＲＯＭ７２に格納しているマップを参照して、フロント側目標出力トルクＴｆ´、リア側目標出力トルクＴｒ´を設定する。マップは、図２（ａ）に示すように、車速Ｖがゼロの場合に要求トルクＴｒｅｑをリア側目標出力トルクＴｒ´がフロント側目標出力トルクＴｆ´よりも大きい比率、Ｔｒ0：Ｔｆ0に分割し、車速Ｖが誘導電動機５３の回転子５３ｒの後進方向への回転速度Ｒｓ３がすべり速度Ｓとなる車速Ｖ2の場合に要求トルクＴｒｅｑをリア側目標出力トルクＴｒ´がフロント側目標出力トルクＴｆ´よりも小さい比率、Ｔｒ2：Ｔｆ2に分割し、車速Ｖがゼロと車速Ｖ2との間にある場合には、リア側目標出力トルクＴｒ´とフロント側目標出力トルクＴｆ´との比率をＴｒ0：Ｔｆ0からＴｒ2：Ｔｆ2に向かって車速Ｖに比例して連続的に変化させるものである。図２（ａ）に示すように、要求トルクＴｒｅｑが一定の場合、車速Ｖがゼロの場合にはフロント側目標出力トルクＴｆ´は最小値Ｔｆ0となり、リア側目標出力トルクＴｒ´は最大値Ｔｒ0となる。逆に、車速Ｖ2の場合にはフロント側目標出力トルクＴｆ´は最大値Ｔｆ2となり、リア側目標出力トルクＴｒ´は最小値Ｔｒ2となる。そして、制御部７０は、フロント側目標出力トルクＴｆ´、リア側目標出力トルクＴｒ´に応じて、第１、第２インバータ４１，４２から同期電動機５２、誘導電動機５３に出力する電流を増減させる。
【００２５】
このため、フロント側駆動輪６３ａ，６３ｂを駆動する同期電動機５２に供給する交流電力の周波数がゼロとなる車速ゼロの場合には、第１インバータ４１のスイッチング素子に流れる電流を少なくして、その温度上昇を抑制し、リア側駆動輪６６ａ，６６ｂを駆動する誘導電動機５３に供給する交流電力の周波数がゼロとなる車速Ｖ2の場合には、第２インバータ４２のスイッチング素子に流れる電流を少なくして、その温度上昇を抑制するので、ハイブリッド車両１００がアクセルホールド状態やずり下がり状態となっても各インバータ４１，４２のスイッチング素子の温度の上昇を効果的に抑制することができる。
【００２６】
本実施形態において、速度ゼロの際のフロント側目標出力トルクＴｆ´は、リア側目標出力トルクＴｒ´より小さければよく、フロント側目標出力トルクＴｆ´をゼロとしてもよい。この場合には、アクセルホールド状態では、第１インバータ４１からの出力電流はゼロとなって同期電動機５２は駆動されず、リア側駆動輪６６ａ，６６ｂのみが誘導電動機５３によって駆動される。また、逆に速度Ｖ2の際のリア側目標出力トルクＴｒ´は、フロント側目標出力トルクＴｆ´より小さければよく、リア側目標出力トルクＴｒ´をゼロとしてもよい。この場合には、ずり下がり状態では第２インバータ４２からの出力電流はゼロとなって誘導電動機５３は駆動されず、フロント側駆動輪６３ａ，６３ｂのみが同期電動機５２によって駆動される。
【００２７】
本実施形態において、車速Ｖが図２に示すＶ1以上の場合には、制御部７０はアクセルホールド状態ではなく、第１インバータ４１のスイッチング素子の温度上昇は許容範囲内となるものと判断してフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´との比率を設定する制御から運転者の運転操作に基づいて燃費が最適となるような制御に移行する。また、同様にずり下がりの車速がＶ2以上となった場合も同様である。
【００２８】
また、以上説明した本実施形態では、車速Ｖに応じて要求トルクＴｒｅｑをリア側目標出力トルクＴｒ´とフロント側目標出力トルクＴｆ´に分割するマップを用いることとして説明したが、車速Ｖではなく、同期電動機５２、誘導電動機５３の回転子位置検出センサ４５，４６によって、同期電動機５２あるいは誘導電動機５３の回転数を検出し、この回転数に応じて要求トルクＴｒｅｑをリア側目標出力トルクＴｒ´とフロント側目標出力トルクＴｆ´に分割するマップを用いることとしてもよい。
【００２９】
次に図６、図７を参照して本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、先に説明した実施形態と同様に車速Ｖに応じて設定したフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´を第１インバータ４１、第２インバータ４２への入力電圧によって補正して再設定し、その再設定したフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´に応じて第１インバータ４１，第２インバータ４２からの各出力電流を増減させるものである。
【００３０】
制御部７０は、先に説明した実施形態と同様、図５のブロック３０１からブロック３０３に示すように、要求トルクＴｒｅｑと車速Ｖとマップとに基づいてフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´とを設定する。例えば、図６（ａ）に示すように、車速ＶがＶ3である場合、フロント側目標出力トルクＴｆ´をＴｆ3´、リア側目標出力トルクＴｒ´をＴｒ3´に設定する。次に、制御部７０は、図５のブロック３０６に示すように、図１に示す電圧センサ５６から第１インバータ４１に入力される昇圧後の電圧ＶＨを取得し、図５のブロック３０７に示すように、図１に示す電圧センサ５５から第２インバータ４２に入力される電圧ＶＢを取得する。図６（ｂ）に示すように、制御部７０は、電圧ＶＨと電圧ＶＢとからフロント側目標出力トルクＴｆ3´の補正係数Ｋｆを、
Ｋｆ＝ＶＢ／（ＶＨ＋ＶＢ） ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ （式１）
によって計算し、リア側目標出力トルクＴｒ3´の補正係数Ｋｒを、
Ｋｒ＝ＶＨ／（ＶＨ＋ＶＢ） ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ （式２）
によって計算する。そして、図５に示すように、各補正係数Ｋｆ、Ｋｒを設定したフロント側目標出力トルクＴｆ3´、リア側目標出力トルクＴｒ3´にかけて各目標トルクを補正する。この補正によって、フロント側目標出力トルクＴｆ3´は当初設定したフロント側目標出力トルクＴｆ3´よりも小さくなり、リア側目標出力トルクＴｒ3´は当初設定したリア側目標出力トルクＴｒ3´よりも大きくなり、図６（ａ）に示すフロント側目標出力トルクＴｆ3´とリア側目標出力トルクＴｒ3´との分割点Ｐ3は図６（ｃ）に示すフロント側目標出力トルクＴｆ3´とリア側目標出力トルクＴｒ3´との分割点Ｐ3´のように変化する。そして、制御部７０は、補正後のフロント側目標出力トルクＴｆ3´、リア側目標出力トルクＴｒ3´によって第１インバータ４１、第２インバータ４２の出力電流を増減する。
【００３１】
これによって、入力電圧が低圧の電圧ＶＢでスイッチング素子のスイッチング損失の小さい第２インバータ４２の出力電流の割合をより大きくし、入力電圧が昇圧後の電圧ＶＨでスイッチング素子のスイッチング損失が大きい第１インバータ４１の出力電流の割合を小さくすることによって、より効果的にスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。
【００３２】
本実施形態では補正係数Ｋｆ，Ｋｒは上記の式１、式２によって計算するものとして説明したが、ＲＯＭ７２の中に各補正係数のマップを格納しておき、そのマップから補正係数Ｋｆ，Ｋｒを設定するようにしてもよい。
【００３３】
図７を参照して本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、先に図１から図４を参照して説明した実施形態と同様に車速Ｖに応じて設定したフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´を第１インバータ４１、第２インバータ４２のスイッチング素子の温度によって補正して再設定し、その再設定したフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´に応じて第１インバータ４１，第２インバータ４２からの各出力電流を増減させるものである。
【００３４】
制御部７０は、先に説明した実施形態と同様、図７ブロック４０１からブロック４０３に示すように、要求トルクＴｒｅｑと車速Ｖとマップに基づいてフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´とを設定する。次に、制御部７０は、図７のブロック４０７に示すように、第１インバータ４１のスイッチング素子の温度を取得し、ブロック４０６に示す第１インバータ４１のスイッチング素子の上限温度との温度差ΔＴｆを計算し、ブロック４０８に入力する。また、制御部７０は、図７のブロック４１０に示すように、第２インバータ４２のスイッチング素子の温度を取得し、ブロック４０９に示す第２インバータ４２のスイッチング素子の上限温度との温度差ΔＴｒを計算し、ブロック４１１に入力する。また、制御部は計算した各温度差ΔＴｆとΔＴｒとの和（ΔＴｆ＋ΔＴｒ）を計算してブロック４０８，４１１に入力する。制御部７０はブロック４０８に示すように、温度差ΔＴｆと（ΔＴｆ＋ΔＴｒ）とからフロント側目標出力トルクＴｆ3´の補正係数Ｋｆを、
Ｋｆ＝ΔＴｆ／（ΔＴｆ＋ΔＴｒ） ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ （式３）
によって計算し、リア側目標出力トルクＴｒ3´の補正係数Ｋｒを、
Ｋｒ＝ΔＴｒ／（ΔＴｆ＋ΔＴｒ） ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ （式４）
によって計算する。そして、図７に示すように、各補正係数Ｋｆ、Ｋｒを設定したフロント側目標出力トルクＴｆ3´、リア側目標出力トルクＴｒ3´にかけて各目標トルクを補正する。この補正によって、スイッチング素子の温度と素子の上限温度の差が小さい方の目標出力トルクを小さくし、スイッチング素子の温度と素子の上限温度の差が大きい方の目標出力トルクを大きくすることができる。従って、本実施形態は、スイッチング素子の温度の上昇を抑制すると共に、スイッチング素子の温度が上限温度近くまで高くなっている方のインバータから出力する電流を小さくし、スイッチング素子の温度が上限温度に対して余裕のある方のインバータから出力する電流を大きくし、各スイッチング素子の温度上昇を均等化して一方のインバータのスイッチング素子の温度が上昇してしまわないようにすることができる。
【００３５】
本実施形態では、車速Ｖに応じて設定したフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´を第１インバータ４１、第２インバータ４２のスイッチング素子の温度によって補正して再設定することとして説明したが、先に図５、図６を参照して説明した実施形態のように各インバータ４１，４２の入力電圧に基づいて計算した補正係数を更に掛け合わせて補正するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
２２ エンジン、２４ クランクシャフト回転位置センサ、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 遊星歯車装置、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、３６ サンギヤ、３７ リングギヤ、３８ ピニオンギヤ、３９ キャリア、４１ 第１インバータ、４２ 第２インバータ、４３ 第３インバータ、４４，４５，４６ 回転子位置検出センサ、４８，４９ 回転軸、５０ バッテリ、５１ 発電機、５２ 同期電動機、５２ｒ，５３ｒ 回転子， ５２ｓ，５３ｓ 固定子、５３ 誘導電動機、５４ 昇圧コンバータ、５５，５６ 電圧センサ、６０ フロント側ギヤ機構、６２ フロント側ディファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ フロント側駆動輪、６５ リア側ギヤ機構、６６ａ，６６ｂ リア側駆動輪、６７ リア側ディファレンシャルギヤ、７０ 制御部、７４ トルク変更手段、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１００ ハイブリッド車両、Ｋｆ，Ｋｒ 補正係数、Ｓ すべり速度、Ｔｆ フロント側出力トルク、Ｔｆ´ フロント側目標出力トルク、Ｔｒ リア側出力トルク、Ｔｒ´ リア側目標出力トルク、Ｔｒｅｑ 要求トルク、Ｖ 車速、ＶＢ，ＶＨ 電圧、ΔＴｆ，ΔＴｒ 温度差。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンと電動機によって車両を駆動するハイブリッド車両や、電動機によって車両を駆動する電気自動車などの電動車両が多く用いられるようになってきている。このような電動車両では、前輪または後輪のいずれかを駆動輪とする構成がとられている。一方、このような電動車両でも、前輪、後輪の両方を駆動輪とする４輪駆動の車両も用いられている。４輪駆動の電動車両では、前輪、後輪のいずれか一方を主駆動輪とし、他方を副駆動輪としている。主駆動輪は、永久磁石をロータに用いた同期電動機により駆動される場合が多いが、副駆動輪は、車両を駆動する駆動輪となる場合と車両の駆動力を出力しない従動輪となる場合とがあるので、従動輪となった場合に永久磁石の用いられた同期電動機のロータの振れ回りによるコギングトルクが発生したり走行抵抗が増加したりして車両の燃費の向上が図れなくなるのを抑制するために、永久磁石をロータに用いない誘導電動機により駆動する構成がとられることが多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、永久磁石を用いない誘導電動機は低トルクの出力範囲ではエネルギ損失が大きくなってしまうという特性があることから、上記のように永久磁石をロータに用いた同期電動機と永久磁石を用いない誘導電動機とを搭載した電動車両では、副駆動輪に出力される動力が低出力範囲内である場合に、副駆動輪の機械的損失を補填するだけのトルクを主駆動輪から出力して車両のエネルギ効率を高めることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２５３５２号公報
【特許文献２】特開２００８−２５４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、主駆動輪を駆動する同期電動機は、直流電力をインバータによって交流電力に変換し、その交流電力によって固定子に発生する回転磁界の回転速度に同期した速度で永久磁石が用いられたロータが回転する。このため、車両の速度が遅い場合には、回転磁界の回転速度あるいは交流電力の周波数が低くなる。一方、ロータからの出力トルクは電動機に流れる電流の大きさによるので、急な上り坂を低速で登坂している場合のように、同期電動機に流れる交流電力の周波数が低く、大きなトルクのために大きな電流が流れる場合、インバータの各相のスイッチング素子のオンオフの周期が長くなり、一つの相のスイッチング素子に大きな電流が流れている時間が長くなり、スイッチング素子の温度が上昇してしまう場合がある。特に、アクセルを踏み込むことによって登坂の途中で車両が停止状態（アクセルホールド状態）となると、同期電動機に流れる交流電力の周波数はゼロとなってしまうので、一相のスイッチング素子が連続通電状態となり、スイッチング素子の温度が上昇してしまうという問題があった。しかし、特許文献１、２には低車速あるいはアクセルホールド状態の際に、スイッチング素子の温度が上昇することについては記載も示唆もない。
【０００６】
そこで、本発明は、電動車両において、インバータのスイッチング素子の温度上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電動車両は、第１の駆動輪にトルクを出力する同期電動機と、第２の駆動輪にトルクを出力する誘導電動機と、第１の直流電力を前記同期電動機駆動用の交流電力に変換する第１のインバータと、第２の直流電力を前記誘導電動機駆動用の交流電力に変換する第２のインバータと、車両の速度を検出する速度センサと、前記同期電動機と前記誘導電動機から出力されるトルクを変化させる制御部と、を備える電動車両であって、前記制御部は、前記第１の駆動輪または前記第２の駆動輪にトルクが出力されており、かつ、車速がゼロ近傍である場合には、前記同期電動機の出力トルクを前記誘導電動機の出力トルクよりも小さくし、前記第１の駆動輪または前記第２の駆動輪にトルクが出力されており、かつ、前記各駆動輪に出力されたトルクによって前記車両が移動しようとする方向と逆方向に前記車両が所定の速度で移動している場合には、前記同期電動機の出力トルクを前記誘導電動機の出力トルクよりも大きくする出力トルク変更手段を備えること、を特徴とする。
【０００８】
本発明の電動車両において、前記所定の速度は、前記誘導電動機の固定子に発生する回転磁界の回転速度がゼロ近傍となる速度であり、前記制御部の前記トルク変更手段は、車両の速度がゼロ近傍から前記所定の速度に向かって前記車両の速度が変化するに応じて、同期電動機の出力トルクを増加させるとともに、誘導電動機の出力トルクを減少されること、としても好適である。
【０００９】
本発明の電動車両において、前記制御部の前記トルク変更手段は、前記第１の直流電力の第１の電圧と前記第２の直流電力の第２の電圧との比率に応じて前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を変化させること、としても好適である。
【００１０】
本発明の電動車両において、前記第１のインバータは第１のスイッチング素子を含み、前記第２のインバータは第２のスイッチング素子を含み、前記制御部の前記トルク変更手段は、前記第１のスイッチング素子の温度と、前記第２のスイッチング素子の温度に応じて前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を変化させること、としても好適である。
【００１１】
本発明の電動車両において、前記制御部の前記トルク変更手段は、車両速度に対する前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を予め定めたマップに基づいて各電動機の目標出力トルクを設定した後、前記第１の直流電力の前記第１の電圧と前記第２の直流電力の前記第２の電圧との比率、または、前記第１のスイッチング素子の温度と前記第２のスイッチング素子の温度に応じて前記各電動機の出力トルクを補正し、補正した後の前記各電動機の目標出力トルクを再設定すること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、電動車両において、インバータのスイッチング素子の温度上昇を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の車速に対するトルクと電動機の回転磁界の回転速度の関係を示す説明図である。
【図３】同期電動機と誘導電動機の固定子の回転磁界の回転速度と回転子の回転速度との関係を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の制御ロジック図である。
【図５】本発明の他の実施形態におけるハイブリッド車両の制御ロジック図である。
【図６】本発明の他の実施形態におけるハイブリッド車両の車速に対するトルクの関係を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態におけるハイブリッド車両の制御ロジック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、電動車両の一つであるハイブリッド車両に本発明を適用した実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態のハイブリッド車両１００は、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の遊星歯車装置３０と、遊星歯車装置３０に接続された発電機５１と、遊星歯車装置３０に接続されたフロント側駆動輪６３ａ，６３ｂの駆動軸であるリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続された同期電動機５２と、リア側駆動輪６６ａ，６６ｂを駆動する誘導電動機５３と、充放電可能な二次電池であるバッテリ５０と、制御部７０と、を備えている。
【００１５】
遊星歯車装置３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なうよう構成されている。遊星歯車装置３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１には発電機５１が、リングギヤ３２には車両駆動用動力出力軸であるリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、キャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからフロント側ギヤ機構６０およびフロント側ディファレンシャルギヤ６２を介して、第１の駆動輪である車両のフロント側駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
【００１６】
減速ギヤ３５は、同期電動機５２の回転軸４８の回転数を減速してリングギヤ軸３２ａに伝達可能に構成されている。減速ギヤ３５は、外歯歯車のサンギヤ３６と、このサンギヤ３６と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３７と、サンギヤ３６に噛合すると共にリングギヤ３７に噛合する複数のピニオンギヤ３８と、複数のピニオンギヤ３８を自転かつ公転自在に保持するキャリア３９とを備える遊星歯車機構として構成されている。減速ギヤ３５のサンギヤ３６には同期電動機５２の回転軸４８が、リングギヤ３７にはリングギヤ軸３２ａが接続されている。また、キャリア３９はケースに固定されており、その回転が禁止されている。
【００１７】
また、ハイブリッド車両１００のリア側駆動輪６６ａ，６６ｂを駆動する誘導電動機５３の回転軸４９はリア側ギヤ機構６５及びびリア側ディファレンシャルギヤ６７を介して第２の駆動輪であるリア側駆動輪６６ａ，６６ｂに動力を出力するよう構成されている。
【００１８】
発電機５１，同期電動機５２は、ロータに永久磁石が組み込まれた構成となっており、誘導電動機５３はロータに永久磁石を用いない構成となっている。同期電動機５２は、バッテリ５０の電圧を昇圧コンバータ５４で昇圧した高圧の電圧ＶＨが入力される第１インバータ４１から駆動用電力が供給され、発電機５１によって発電された高圧電力は第３インバータ４３によって降圧されてバッテリ５０に蓄電される。バッテリ５０の出力端にはバッテリ５０の電圧ＶＢを検出する電圧センサ５５が設けられ、昇圧コンバータ５４の出力端には昇圧後の電圧ＶＨを検出する電圧センサ５６が設けられている。また、誘導電動機５３は、バッテリ５０の電圧ＶＢがそのまま供給される第２インバータ４２から駆動用の電力が供給される。各インバータ４１，４２，４３は内部にそれぞれスイッチング素子を含んでおり、スイッチング素子のオンオフ動作によって直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする。
【００１９】
制御部７０は、信号の処理を行うＣＰＵ７１と、処理プログラムを記憶するＲＯＭ７２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７３と、トルク変更手段７４とを含むコンピュータである。制御部７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジン２２、各インバータ４１，４２、４３、昇圧コンバータ５４はそれぞれ制御部７０に接続され、制御部７０の指令で駆動されるとともに、各インバータ４１，４２，４３の各スイッチング素子の各温度が制御部７０に入力されるよう構成されている。エンジン２２に取り付けられているエンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクシャフト回転位置センサ２４、発電機５１、同期電動機５２、誘導電動機５３にそれぞれ取り付けられている回転子位置検出センサ４４，４５，４６は制御部７０に接続され、エンジン２２の回転数、発電機５１、同期電動機５２、誘導電動機５３の回転子の位置の各信号はそれぞれ制御部７０に入力されるよう構成されている。バッテリ５０は制御部７０に接続され、バッテリ５０の温度等のデータが制御部７０に入力されるよう構成されている。バッテリ５０の出力端の電圧センサ５５と昇圧コンバータ５４の出力端の電圧センサ５６は共に制御部７０に接続され、電圧ＶＢ、電圧ＶＨが制御部７０に入力されるように構成されている。
【００２０】
以上のように構成されたハイブリッド車両１００の動作について図２〜図４を参照しながら説明する。ハイブリッド車両１００は、極低速走行の際にはエンジン２２を停止させ、フロント側駆動輪６３ａ，６３ｂは同期電動機５２によって駆動され、リア側駆動輪６６ａ，６６ｂは誘導電動機５３によって駆動される。図２（ａ）は、ハイブリッド車両１００の車速がゼロ近傍で車両駆動用の要求トルクがＴｒｅｑである運転状態を示している。この状態は、登坂中にアクセルを踏み込むことによってハイブリッド車両１００に加わる後ろ向きの力と各電動機５２、５３の各出力による前進方向の力とをバランスさせて坂道の途中で停止しているアクセルホールドの状態を示している。また、図中で車速Ｖがゼロよりも右側の領域は要求トルクＴｒｅｑがハイブリッド車両１００を前進させる方向に加わっているにも関わらず、ハイブリッド車両１００が低速で後退している状態、すなわち坂道でアクセルを踏んでいるにも関わらず、ハイブリッド車両１００が後ろにずり下がっている状態を示している。また、車速Ｖがゼロより左側の領域は、要求トルクＴｒｅｑが加わっているにも関わらず、車速が非常に低い場合、例えば、アクセルを踏みながら急坂をゆっくりと登坂走行している状態を示している。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、同期電動機５２では、永久磁石が取り付けられた回転子５２ｒは交流電力によって固定子５２ｓに発生する回転磁界の回転速度Ｒｓ２と同じ回転速度Ｒｒ２で回転する。図１に示すように同期電動機５２の回転軸４８は減速ギヤ３５、リングギヤ軸３２ａ、フロント側ギヤ機構６０、フロント側ディファレンシャルギヤ６２を介して、ハイブリッド車両１００のフロント側駆動輪６３ａ，６３ｂに出力されるので、図２（ｂ）の実線ｆに示すように、同期電動機５２の固定子５２ｓに発生する回転磁界の回転速度Ｒｓ２とハイブリッド車両１００の速度は比例関係となる。そして、ハイブリッド車両１００の車速Ｖがゼロとなる場合には、同期電動機５２の回転磁界の回転速度Ｒｓ２も略ゼロとなる。このため、同期電動機５２に供給される三相交流電力の周波数がゼロとなり、同期電動機５２に三相交流電力を供給する第１インバータ４１では、ある一相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇する。しかし、ハイブリッド車両１００がずり下る場合には、同期電動機５２の回転軸４８が後進方向に回転するので、固定子５２ｓの回転磁界も後進方向に向かって回転し、車速Ｖがゼロの場合にように、第１インバータ４１のある一つの相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇することはなくなる。
【００２２】
一方、図３（ｂ）に示すように、誘導電動機５３では、回転子５３ｒは交流電力によって固定子５３ｓに発生する回転磁界の回転速度Ｒｓ３よりも遅い回転速度Ｒｒ３で回転する。固定子５３ｓの回転磁界の回転速度Ｒｓ３と回転子５３ｒの回転速度Ｒｒ３との差はすべり速度Ｓとなる。図１に示すように誘導電動機５３の回転軸４９はリア側ギヤ機構６５、リア側ディファレンシャルギヤ６７を介して、ハイブリッド車両１００のリア側駆動輪６６ａ，６６ｂに出力されるので、図２（ｂ）の一点鎖線ｒに示すように、誘導電動機５３の固定子５３ｓに発生する回転磁界の回転速度Ｒｓ３はハイブリッド車両１００の速度に対応する回転子５３ｒの回転速度Ｒｒ３にすべり速度Ｓ分だけ早い回転数となる。従って、ハイブリッド車両１００の車速Ｖがゼロの場合でも、誘導電動機５３の固定子５３ｓに供給される三相交流電力の周波数はすべり速度Ｓの分だけ高いのでゼロにはならず、誘導電動機５３に三相交流電力を供給する第２インバータ４２では、第１インバータ４１のように一つの相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇する事はない。ところが、ハイブリッド車両がずり下り、誘導電動機５３の回転軸４９が後進方向に回転し始めると、固定子５３ｓの回転磁界の速度が次第に遅くなる。そして、回転子５３ｒの回転速度がすべり速度Ｓで後進方向に回転すると、固定子５３ｓの回転磁界の回転速度Ｒｓ３がゼロとなる。このため、図２（ｂ）に示す一点鎖線ｒのように、車速Ｖが回転子５３ｒの後進方向への回転速度Ｒｓ３がすべり速度Ｓとなる車速Ｖ2になると、誘導電動機５３に供給される三相交流電力の周波数がゼロとなり、誘導電動機５３に三相交流電力を供給する第２インバータ４２では、ある一相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇する。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態のハイブリッド車両１００では、アクセルホールドの状態では同期電動機５２に三相交流電力を供給する第１インバータ４１の一相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇し、車速Ｖが誘導電動機５３の回転子５３ｒの回転速度Ｒｓ３がすべり速度Ｓとなる車速Ｖ2になると、誘導電動機５３に三相交流電力を供給する第２インバータ４２の一相のスイッチング素子がオンの状態に保持され、そのスイッチング素子の温度が上昇する。そこで、本実施形態のハイブリッド車両１００では、図２（ａ）に示すように、車速Ｖに応じてフロント側駆動輪６３ａ，６３ｂを駆動する同期電動機５２の出力トルク、即ち、フロント側出力トルクＴｆとリア側駆動輪６６ａ，６６ｂを駆動する誘導電動機５３の出力トルク、即ちリア側出力トルクＴｒの割合を変更して、各インバータ４１，４２のスイッチング素子の温度上昇を抑制するようにしている。
【００２４】
以下に、制御部７０の制御動作の一例を示す。制御部７０は、シフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰが前進になっているか後進になっているかを取得する。そして、シフトポジションＳＰが前進となっている場合、制御部７０は、図４のブロック２０１に示すように、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ等からハイブリッド車両１００の駆動に必要な要求トルクＴｒｅｑを計算する。また、制御部７０は、図４のブロック２０２に示すように、車速センサ８８から車速Ｖを取得する。そして、制御部７０は、図４のブロック２０３に示すように、ＲＯＭ７２に格納しているマップを参照して、フロント側目標出力トルクＴｆ´、リア側目標出力トルクＴｒ´を設定する。マップは、図２（ａ）に示すように、車速Ｖがゼロの場合に要求トルクＴｒｅｑをリア側目標出力トルクＴｒ´がフロント側目標出力トルクＴｆ´よりも大きい比率、Ｔｒ0：Ｔｆ0に分割し、車速Ｖが誘導電動機５３の回転子５３ｒの後進方向への回転速度Ｒｓ３がすべり速度Ｓとなる車速Ｖ2の場合に要求トルクＴｒｅｑをリア側目標出力トルクＴｒ´がフロント側目標出力トルクＴｆ´よりも小さい比率、Ｔｒ2：Ｔｆ2に分割し、車速Ｖがゼロと車速Ｖ2との間にある場合には、リア側目標出力トルクＴｒ´とフロント側目標出力トルクＴｆ´との比率をＴｒ0：Ｔｆ0からＴｒ2：Ｔｆ2に向かって車速Ｖに比例して連続的に変化させるものである。図２（ａ）に示すように、要求トルクＴｒｅｑが一定の場合、車速Ｖがゼロの場合にはフロント側目標出力トルクＴｆ´は最小値Ｔｆ0となり、リア側目標出力トルクＴｒ´は最大値Ｔｒ0となる。逆に、車速Ｖ2の場合にはフロント側目標出力トルクＴｆ´は最大値Ｔｆ2となり、リア側目標出力トルクＴｒ´は最小値Ｔｒ2となる。そして、制御部７０は、フロント側目標出力トルクＴｆ´、リア側目標出力トルクＴｒ´に応じて、第１、第２インバータ４１，４２から同期電動機５２、誘導電動機５３に出力する電流を増減させる。
【００２５】
このため、フロント側駆動輪６３ａ，６３ｂを駆動する同期電動機５２に供給する交流電力の周波数がゼロとなる車速ゼロの場合には、第１インバータ４１のスイッチング素子に流れる電流を少なくして、その温度上昇を抑制し、リア側駆動輪６６ａ，６６ｂを駆動する誘導電動機５３に供給する交流電力の周波数がゼロとなる車速Ｖ2の場合には、第２インバータ４２のスイッチング素子に流れる電流を少なくして、その温度上昇を抑制するので、ハイブリッド車両１００がアクセルホールド状態やずり下がり状態となっても各インバータ４１，４２のスイッチング素子の温度の上昇を効果的に抑制することができる。
【００２６】
本実施形態において、速度ゼロの際のフロント側目標出力トルクＴｆ´は、リア側目標出力トルクＴｒ´より小さければよく、フロント側目標出力トルクＴｆ´をゼロとしてもよい。この場合には、アクセルホールド状態では、第１インバータ４１からの出力電流はゼロとなって同期電動機５２は駆動されず、リア側駆動輪６６ａ，６６ｂのみが誘導電動機５３によって駆動される。また、逆に速度Ｖ2の際のリア側目標出力トルクＴｒ´は、フロント側目標出力トルクＴｆ´より小さければよく、リア側目標出力トルクＴｒ´をゼロとしてもよい。この場合には、ずり下がり状態では第２インバータ４２からの出力電流はゼロとなって誘導電動機５３は駆動されず、フロント側駆動輪６３ａ，６３ｂのみが同期電動機５２によって駆動される。
【００２７】
本実施形態において、車速Ｖが図２に示すＶ1以上の場合には、制御部７０はアクセルホールド状態ではなく、第１インバータ４１のスイッチング素子の温度上昇は許容範囲内となるものと判断してフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´との比率を設定する制御から運転者の運転操作に基づいて燃費が最適となるような制御に移行する。また、同様にずり下がりの車速がＶ2以上となった場合も同様である。
【００２８】
また、以上説明した本実施形態では、車速Ｖに応じて要求トルクＴｒｅｑをリア側目標出力トルクＴｒ´とフロント側目標出力トルクＴｆ´に分割するマップを用いることとして説明したが、車速Ｖではなく、同期電動機５２、誘導電動機５３の回転子位置検出センサ４５，４６によって、同期電動機５２あるいは誘導電動機５３の回転数を検出し、この回転数に応じて要求トルクＴｒｅｑをリア側目標出力トルクＴｒ´とフロント側目標出力トルクＴｆ´に分割するマップを用いることとしてもよい。
【００２９】
次に図６、図７を参照して本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、先に説明した実施形態と同様に車速Ｖに応じて設定したフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´を第１インバータ４１、第２インバータ４２への入力電圧によって補正して再設定し、その再設定したフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´に応じて第１インバータ４１，第２インバータ４２からの各出力電流を増減させるものである。
【００３０】
制御部７０は、先に説明した実施形態と同様、図５のブロック３０１からブロック３０３に示すように、要求トルクＴｒｅｑと車速Ｖとマップとに基づいてフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´とを設定する。例えば、図６（ａ）に示すように、車速ＶがＶ3である場合、フロント側目標出力トルクＴｆ´をＴｆ3´、リア側目標出力トルクＴｒ´をＴｒ3´に設定する。次に、制御部７０は、図５のブロック３０６に示すように、図１に示す電圧センサ５６から第１インバータ４１に入力される昇圧後の電圧ＶＨを取得し、図５のブロック３０７に示すように、図１に示す電圧センサ５５から第２インバータ４２に入力される電圧ＶＢを取得する。図６（ｂ）に示すように、制御部７０は、電圧ＶＨと電圧ＶＢとからフロント側目標出力トルクＴｆ3´の補正係数Ｋｆを、
Ｋｆ＝ＶＢ／（ＶＨ＋ＶＢ） ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ （式１）
によって計算し、リア側目標出力トルクＴｒ3´の補正係数Ｋｒを、
Ｋｒ＝ＶＨ／（ＶＨ＋ＶＢ） ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ （式２）
によって計算する。そして、図５に示すように、各補正係数Ｋｆ、Ｋｒを設定したフロント側目標出力トルクＴｆ3´、リア側目標出力トルクＴｒ3´にかけて各目標トルクを補正する。この補正によって、フロント側目標出力トルクＴｆ3´は当初設定したフロント側目標出力トルクＴｆ3´よりも小さくなり、リア側目標出力トルクＴｒ3´は当初設定したリア側目標出力トルクＴｒ3´よりも大きくなり、図６（ａ）に示すフロント側目標出力トルクＴｆ3´とリア側目標出力トルクＴｒ3´との分割点Ｐ3は図６（ｃ）に示すフロント側目標出力トルクＴｆ3´とリア側目標出力トルクＴｒ3´との分割点Ｐ3´のように変化する。そして、制御部７０は、補正後のフロント側目標出力トルクＴｆ3´、リア側目標出力トルクＴｒ3´によって第１インバータ４１、第２インバータ４２の出力電流を増減する。
【００３１】
これによって、入力電圧が低圧の電圧ＶＢでスイッチング素子のスイッチング損失の小さい第２インバータ４２の出力電流の割合をより大きくし、入力電圧が昇圧後の電圧ＶＨでスイッチング素子のスイッチング損失が大きい第１インバータ４１の出力電流の割合を小さくすることによって、より効果的にスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。
【００３２】
本実施形態では補正係数Ｋｆ，Ｋｒは上記の式１、式２によって計算するものとして説明したが、ＲＯＭ７２の中に各補正係数のマップを格納しておき、そのマップから補正係数Ｋｆ，Ｋｒを設定するようにしてもよい。
【００３３】
図７を参照して本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、先に図１から図４を参照して説明した実施形態と同様に車速Ｖに応じて設定したフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´を第１インバータ４１、第２インバータ４２のスイッチング素子の温度によって補正して再設定し、その再設定したフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´に応じて第１インバータ４１，第２インバータ４２からの各出力電流を増減させるものである。
【００３４】
制御部７０は、先に説明した実施形態と同様、図７ブロック４０１からブロック４０３に示すように、要求トルクＴｒｅｑと車速Ｖとマップに基づいてフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´とを設定する。次に、制御部７０は、図７のブロック４０７に示すように、第１インバータ４１のスイッチング素子の温度を取得し、ブロック４０６に示す第１インバータ４１のスイッチング素子の上限温度との温度差ΔＴｆを計算し、ブロック４０８に入力する。また、制御部７０は、図７のブロック４１０に示すように、第２インバータ４２のスイッチング素子の温度を取得し、ブロック４０９に示す第２インバータ４２のスイッチング素子の上限温度との温度差ΔＴｒを計算し、ブロック４１１に入力する。また、制御部は計算した各温度差ΔＴｆとΔＴｒとの和（ΔＴｆ＋ΔＴｒ）を計算してブロック４０８，４１１に入力する。制御部７０はブロック４０８に示すように、温度差ΔＴｆと（ΔＴｆ＋ΔＴｒ）とからフロント側目標出力トルクＴｆ3´の補正係数Ｋｆを、
Ｋｆ＝ΔＴｆ／（ΔＴｆ＋ΔＴｒ） ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ （式３）
によって計算し、リア側目標出力トルクＴｒ3´の補正係数Ｋｒを、
Ｋｒ＝ΔＴｒ／（ΔＴｆ＋ΔＴｒ） ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ （式４）
によって計算する。そして、図７に示すように、各補正係数Ｋｆ、Ｋｒを設定したフロント側目標出力トルクＴｆ3´、リア側目標出力トルクＴｒ3´にかけて各目標トルクを補正する。この補正によって、スイッチング素子の温度と素子の上限温度の差が小さい方の目標出力トルクを小さくし、スイッチング素子の温度と素子の上限温度の差が大きい方の目標出力トルクを大きくすることができる。従って、本実施形態は、スイッチング素子の温度の上昇を抑制すると共に、スイッチング素子の温度が上限温度近くまで高くなっている方のインバータから出力する電流を小さくし、スイッチング素子の温度が上限温度に対して余裕のある方のインバータから出力する電流を大きくし、各スイッチング素子の温度上昇を均等化して一方のインバータのスイッチング素子の温度が上昇してしまわないようにすることができる。
【００３５】
本実施形態では、車速Ｖに応じて設定したフロント側目標出力トルクＴｆ´とリア側目標出力トルクＴｒ´を第１インバータ４１、第２インバータ４２のスイッチング素子の温度によって補正して再設定することとして説明したが、先に図５、図６を参照して説明した実施形態のように各インバータ４１，４２の入力電圧に基づいて計算した補正係数を更に掛け合わせて補正するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
２２ エンジン、２４ クランクシャフト回転位置センサ、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 遊星歯車装置、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、３６ サンギヤ、３７ リングギヤ、３８ ピニオンギヤ、３９ キャリア、４１ 第１インバータ、４２ 第２インバータ、４３ 第３インバータ、４４，４５，４６ 回転子位置検出センサ、４８，４９ 回転軸、５０ バッテリ、５１ 発電機、５２ 同期電動機、５２ｒ，５３ｒ 回転子， ５２ｓ，５３ｓ 固定子、５３ 誘導電動機、５４ 昇圧コンバータ、５５，５６ 電圧センサ、６０ フロント側ギヤ機構、６２ フロント側ディファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ フロント側駆動輪、６５ リア側ギヤ機構、６６ａ，６６ｂ リア側駆動輪、６７ リア側ディファレンシャルギヤ、７０ 制御部、７４ トルク変更手段、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１００ ハイブリッド車両、Ｋｆ，Ｋｒ 補正係数、Ｓ すべり速度、Ｔｆ フロント側出力トルク、Ｔｆ´ フロント側目標出力トルク、Ｔｒ リア側出力トルク、Ｔｒ´ リア側目標出力トルク、Ｔｒｅｑ 要求トルク、Ｖ 車速、ＶＢ，ＶＨ 電圧、ΔＴｆ，ΔＴｒ 温度差。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の駆動輪にトルクを出力する同期電動機と、
第２の駆動輪にトルクを出力する誘導電動機と、
第１の直流電力を前記同期電動機駆動用の交流電力に変換する第１のインバータと、
第２の直流電力を前記誘導電動機駆動用の交流電力に変換する第２のインバータと、
車両の速度を検出する速度センサと、
前記同期電動機と前記誘導電動機から出力されるトルクを変化させる制御部と、
を備える電動車両であって、
前記制御部は、
前記第１の駆動輪または前記第２の駆動輪にトルクが出力されており、かつ、車速がゼロ近傍である場合には、前記同期電動機の出力トルクを前記誘導電動機の出力トルクよりも小さくし、
前記第１の駆動輪または前記第２の駆動輪にトルクが出力されており、かつ、前記各駆動輪に出力されたトルクによって前記車両が移動しようとする方向と逆方向に前記車両が所定の速度で移動している場合には、前記同期電動機の出力トルクを前記誘導電動機の出力トルクよりも大きくする出力トルク変更手段を備えること、
を特徴とする電動車両。
【請求項２】
請求項１に記載の電動車両であって、
前記所定の速度は、前記誘導電動機の固定子に発生する回転磁界の回転速度がゼロ近傍となる速度であり、
前記制御部の前記トルク変更手段は、
車両の速度がゼロ近傍から前記所定の速度に向かって前記車両の速度が変化するに応じて、同期電動機の出力トルクを増加させるとともに、誘導電動機の出力トルクを減少されること、
を特徴とする電動車両。
【請求項３】
請求項２に記載の電動車両であって、
前記制御部の前記トルク変更手段は、
前記第１の直流電力の第１の電圧と前記第２の直流電力の第２の電圧との比率に応じて前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を変化させること、
を特徴とする電動車両。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電動車両であって、
前記第１のインバータは第１のスイッチング素子を含み、
前記第２のインバータは第２のスイッチング素子を含み、
前記制御部の前記トルク変更手段は、
前記第１のスイッチング素子の温度と前記第２のスイッチング素子の温度に応じて前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を変化させること、
を特徴とする電動車両。
【請求項５】
請求項２に記載の電動車両であって、
前記制御部の前記トルク変更手段は、
車両速度に対する前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を予め定めたマップに基づいて各電動機の目標出力トルクを設定した後、
前記第１の直流電力の前記第１の電圧と前記第２の直流電力の前記第２の電圧との比率、または、前記第１のスイッチング素子の温度と前記第２のスイッチング素子の温度に応じて前記各電動機の出力トルクを補正し、補正した後の前記各電動機の目標出力トルクを再設定すること、
を特徴とする電動車両。
【請求項１】
第１の駆動輪にトルクを出力する同期電動機と、
第２の駆動輪にトルクを出力する誘導電動機と、
第１の直流電力を前記同期電動機駆動用の交流電力に変換する第１のインバータと、
第２の直流電力を前記誘導電動機駆動用の交流電力に変換する第２のインバータと、
車両の速度を検出する速度センサと、
前記同期電動機と前記誘導電動機から出力されるトルクを変化させる制御部と、
を備える電動車両であって、
前記制御部は、
前記第１の駆動輪または前記第２の駆動輪にトルクが出力されており、かつ、車速がゼロ近傍である場合には、前記同期電動機の出力トルクを前記誘導電動機の出力トルクよりも小さくし、
前記第１の駆動輪または前記第２の駆動輪にトルクが出力されており、かつ、前記各駆動輪に出力されたトルクによって前記車両が移動しようとする方向と逆方向に前記車両が所定の速度で移動している場合には、前記同期電動機の出力トルクを前記誘導電動機の出力トルクよりも大きくする出力トルク変更手段を備えること、
を特徴とする電動車両。
【請求項２】
請求項１に記載の電動車両であって、
前記所定の速度は、前記誘導電動機の固定子に発生する回転磁界の回転速度がゼロ近傍となる速度であり、
前記制御部の前記トルク変更手段は、
車両の速度がゼロ近傍から前記所定の速度に向かって前記車両の速度が変化するに応じて、同期電動機の出力トルクを増加させるとともに、誘導電動機の出力トルクを減少されること、
を特徴とする電動車両。
【請求項３】
請求項２に記載の電動車両であって、
前記制御部の前記トルク変更手段は、
前記第１の直流電力の第１の電圧と前記第２の直流電力の第２の電圧との比率に応じて前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を変化させること、
を特徴とする電動車両。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電動車両であって、
前記第１のインバータは第１のスイッチング素子を含み、
前記第２のインバータは第２のスイッチング素子を含み、
前記制御部の前記トルク変更手段は、
前記第１のスイッチング素子の温度と前記第２のスイッチング素子の温度に応じて前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を変化させること、
を特徴とする電動車両。
【請求項５】
請求項２に記載の電動車両であって、
前記制御部の前記トルク変更手段は、
車両速度に対する前記同期電動機の出力トルクと前記誘導電動機の出力トルクとの比率を予め定めたマップに基づいて各電動機の目標出力トルクを設定した後、
前記第１の直流電力の前記第１の電圧と前記第２の直流電力の前記第２の電圧との比率、または、前記第１のスイッチング素子の温度と前記第２のスイッチング素子の温度に応じて前記各電動機の出力トルクを補正し、補正した後の前記各電動機の目標出力トルクを再設定すること、
を特徴とする電動車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２５０４９９（Ｐ２０１１−２５０４９９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８０１２（Ｐ２０１０−１１８０１２）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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