JP2007210413A - 動力出力装置、これを搭載する車両及び動力出力装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電手段を電力ラインから遮断したあと発電機が確実に発電できる状態とする。
【解決手段】ハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０に異常が発生したとき、まず電力ライン５４のうちシステム電圧ＶＨ（コンデンサ５７の端子間電圧）をモータＭＧ１で発生する逆起電圧以上となるよう昇圧回路５５を制御し、その後電力ライン５４とバッテリ５０との接続が遮断されるようシステムメインリレー５６をオフすると共にエンジン２２の動力によりモータＭＧ１を回転させ該モータＭＧ１が発電した電力でモータＭＧ２から駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに動力が出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御する。こうすることにより、電力ライン５４とバッテリ５０との接続を遮断したとしてもモータＭＧ１に電流を流せなくなるという事態を招くことがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力出力装置、これを搭載する車両及び動力出力装置の制御方法に関する。

従来より、エンジンのクランクシャフトに接続されたプラネタリギヤの回転要素に発電機と電動機とが接続されると共に発電機のインバータと電動機のインバータとを結ぶ電力ラインにリレーを介してバッテリが接続された動力出力装置が提案されている。例えば、特許文献１の動力出力装置では、バッテリに故障が生じたときに、リレーをオフして電力ラインからバッテリを遮断し、設定された目標回転数でエンジンが運転されるようフィードバック制御すると共にエンジンの運転に伴って発電機により生じた電力を電動機により消費することにより、発電エネルギと消費エネルギとをバランスさせてバッテリを遮断した状態で駆動軸に動力を出力することができるとしている。
特開２００１−３２９８８４号公報

上述したタイプの動力出力装置では、バッテリに故障が生じたとしても駆動軸に動力を出力することができるものの、例えば発電機が高回転数域で回転している場合のように発電機で発生する逆起電圧が電力ラインのバッテリ側の電圧を上回るときには、発電機に電流を流せなくなるため、バッテリを電力ラインから遮断してしまうと電動機から駆動軸に動力を出力することができなくなる。

本発明の動力出力装置、その制御方法及び動力出力装置の制御方法は、蓄電手段を電力ラインから遮断したあと発電機が確実に発電できる状態とすることを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置、その制御方法及び動力出力装置の制御方法は、蓄電手段を電力ラインから遮断したあと電動機が駆動軸に確実に動力を出力できる状態にすることを目的の一つとする。

本発明の動力出力装置、その制御方法及び動力出力装置の制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
該内燃機関の動力により回転して発電可能な発電機と、
充放電可能な蓄電手段と、
前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記発電機に接続された発電機用駆動回路と前記電動機に接続された電動機用駆動回路とを接続する共通の電力ラインに前記蓄電手段を遮断可能に接続する接続遮断手段と、
前記蓄電手段に異常が発生したとき、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御すると共に前記内燃機関の動力により前記発電機を回転させ該発電機が発電した電力で前記電動機から前記駆動軸に動力が出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御するにあたり、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御する前にあらかじめ前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧を前記発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この動力出力装置では、蓄電手段に異常が発生したとき、まず電力ラインのうち蓄電手段側の電圧を発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御し、その後電力ラインと蓄電手段との接続が遮断されるよう接続遮断手段を制御すると共に内燃機関の動力により発電機を回転させ該発電機が発電した電力で電動機から駆動軸に動力が出力されるよう内燃機関と発電機と電動機とを制御する。こうすることにより、電力ラインと蓄電手段との接続を遮断したとしても発電機に電流を流せなくなるという事態を招くことがない。したがって、蓄電手段を電力ラインから遮断したあと発電機が確実に発電できる状態とすることができる。また、蓄電手段を電力ラインから遮断したあと電動機が駆動軸に確実に動力を出力できる状態にすることができる。

本発明の動力出力装置は、更に、前記接続遮断手段と前記電力ラインとの間に配置され前記蓄電手段の電圧を昇圧可能な昇圧手段を備え、前記制御手段は、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御する前にあらかじめ前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧を前記発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御するにあたり、前記発電機の現在の回転数に基づいて前記発電機で発生する逆起電圧を推定し前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧が該推定した逆起電圧以上となるよう前記昇圧手段を制御してもよい。こうすれば、昇圧手段を利用することにより本発明の効果を容易に得ることができる。ここで、前記制御手段は、前記発電機の現在の回転数が大きいほど前記発電機で発生する逆起電圧が大きくなる傾向を示すように該逆起電圧を推定してもよい。

本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御する前にあらかじめ前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧を前記発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御するにあたり、前記発電機で発生する逆起電圧が前記電力ラインの蓄電手段側の現在の電圧と略等しくなるときの前記発電機の回転数を閾値として設定し、前記発電機の現在の回転数が該閾値を下回るときに前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御してもよい。こうすれば、前出の昇圧手段を利用しなくても本発明の効果を得ることができる。ここで、前記制御手段は、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御する前にあらかじめ前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧を前記発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御するにあたり、前記発電機で発生する逆起電圧が前記電力ラインの蓄電手段側の現在の電圧と略等しくなるときの前記発電機の回転数を閾値として設定し、前記発電機の現在の回転数が該閾値を上回るときには該閾値を下回るよう前記内燃機関の回転数を制限してもよい。また、前記制御手段は、前記電力ラインの蓄電手段側の現在の電圧が大きいほど前記発電機の回転数の閾値が大きくなる傾向を示すように該閾値を設定してもよい。

本発明の車両は、上述したいずれかに記載の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に接続されて走行することを要旨とする。この車両によれば、上述したいずれかに記載の動力出力装置が奏する効果と同様の効果、例えば、蓄電手段を電力ラインから遮断したあと発電機が確実に発電できる状態とすることができるという効果や、蓄電手段を電力ラインから遮断したあと電動機が駆動軸に確実に動力を出力できる状態にすることができるという効果などを奏する。

本発明の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の動力により回転して発電可能な発電機と、充放電可能な蓄電手段と、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記発電機に接続された発電機用駆動回路と前記電動機に接続された電動機用駆動回路とを接続する共通の電力ラインに前記蓄電手段を遮断可能に接続する接続遮断手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）前記蓄電手段に異常が発生したとき、前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧を前記発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御するステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）のあと、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御すると共に前記内燃機関の動力により前記発電機を回転させ該発電機が発電した電力で前記電動機から前記駆動軸に動力が出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御するステップと、
を含むことを要旨とする。

この動力出力装置の制御方法では、蓄電手段に異常が発生したとき、まず電力ラインのうち蓄電手段側の電圧を発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御し、その後電力ラインと蓄電手段との接続が遮断されるよう接続遮断手段を制御すると共に内燃機関の動力により発電機を回転させ該発電機が発電した電力で電動機から駆動軸に動力が出力されるよう内燃機関と発電機と電動機とを制御する。こうすることにより、電力ラインと蓄電手段との接続を遮断したとしても発電機に電流を流せなくなるという事態を招くことがない。したがって、蓄電手段を電力ラインから遮断したあと発電機が確実に発電できる状態とすることができる。また、蓄電手段を電力ラインから遮断したあと電動機が駆動軸に確実に動力を出力できる状態にすることができる。

本発明の動力出力装置の制御方法において、前記ステップ（ａ）では、前記蓄電手段に異常が発生したとき、前記発電機の現在の回転数に基づいて前記発電機で発生する逆起電圧を推定し前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧が該推定した逆起電圧以上となるよう昇圧してもよいし、あるいは、前記発電機が発生する起電圧が前記電力ラインの蓄電手段側の現在の電圧と略等しくなるときの前記発電機の回転数を閾値として設定し、前記発電機の現在の回転数が該閾値を下回るときに前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御してもよい。また、本発明の動力出力装置の制御方法において、上述した動力出力装置が備える各種構成の作用・機能を実現するようなステップを追加してもよい。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２はモータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、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軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して接続されたモータＭＧ２と、直流電流を交流電流に変換してモータＭＧ１，ＭＧ２に供給可能なインバータ４１，４２と、バッテリ５０からの電力をその電圧を変換してインバータ４１，４２に供給可能な昇圧回路５５と、バッテリ５０と昇圧回路５５との間に介在するシステムメインリレー（ＳＭＲ）５６と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

動力分配統合機構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遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構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にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア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し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも内部に永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ４１，４２は、図２に示すように、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６とトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６とにより構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６は、それぞれインバータ４１，４２が電力ライン５４として共用する正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとの間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータＭＧ１，ＭＧ２を回転駆動することができる。インバータ４１，４２は、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとを共用しているから、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。正極母線５４ａと負極母線５４ｂとには平滑用のコンデンサ５７が接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

昇圧回路５５は、図２に示すように、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとにより構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ４１，４２の正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと負極母線５４ｂとにはそれぞれバッテリ５０の正極端子と負極端子とが接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフ制御することによりバッテリ５０の直流電力をその電圧を昇圧してインバータ４１，４２に供給したり正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに作用している直流電圧を降圧してバッテリ５０を充電したりすることができる。なお、リアクトルＬと負極母線５４ｂとの間には平滑用のコンデンサ５９が接続されている。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、コンデンサ５７の端子間に取り付けられた電圧センサ５８からのシステム電圧ＶＨ（コンデンサ５７の端子間電圧）や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、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、システムメインリレー５６への駆動信号や昇圧回路５５のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや、要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、こうして構成された本実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、バッテリ５０に異常が生じるなどしてシステムメインリレー５６をオフしてインバータ４１，４２からバッテリ５０を遮断した状態で走行する際の動作について説明する。図３は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるバッテリ遮断時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、バッテリＥＣＵ５２からハイブリッド用電子制御ユニット７０に送信されるバッテリレス走行フラグが値０から値１にセットされたときに実行される。ここで、バッテリレス走行フラグは、バッテリＥＣＵ５２により実行される図示しないバッテリ監視ルーチンにおいてバッテリ５０に何らかの異常が発生したときに値０から値１にセットされ、異常解消後に値０にリセットされるフラグである。

バッテリ遮断時制御ルーチンが開始されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、電圧センサ５８からのシステム電圧ＶＨやモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１などの制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１１０）。ここで、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１は、回転位置検出センサ４３により検出されるモータＭＧ１の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１に対応する閾値Ｖｒｅｆを設定する（ステップＳ１２０）。この閾値Ｖｒｅｆは、現在の回転数Ｎｍ１に基づいてモータＭＧ１で発生する逆起電圧を推定した値であり、具体的にはモータＭＧ１が現在の回転数Ｎｍ１で発電するとしたときの逆起電圧を計算又は閾値設定用マップにより求めた値である。図４に閾値設定用マップの一例を示す。図４に示すように、閾値ＶｒｅｆつまりモータＭＧ１により生じる逆起電圧は、モータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１が大きいほど大きくなる傾向を示す。

続いて、システム電圧ＶＨと閾値Ｖｒｅｆとを比較し（ステップＳ１３０）、システム電圧ＶＨが閾値Ｖｒｅｆ以下のときには、バッテリ５０の直流電圧が閾値Ｖｒｅｆを超える値に昇圧してインバータ４１，４２に供給されるよう昇圧回路５５のトランジスタＴ３１，３２をオンオフ制御し（ステップＳ１４０）、再びステップＳ１３０に戻る。一方、システム電圧ＶＨが閾値Ｖｒｅｆを超えているときには、バッテリ５０と昇圧回路５５との間に介在するシステムメインリレー５６をオフして電力ライン５４とバッテリ５０との接続を遮断すると共にＳＭＲ遮断フラグを値０から値１にセットして（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。ここで、ＳＭＲ遮断フラグはシステムメインリレー５６のオンオフの状態を表すフラグであり、値０のときにはオン、値１のときにはオフであることを表す。こうすることにより、電力ライン５４とバッテリ５０との接続を遮断したとしても、システム電圧ＶＨがモータＭＧ１の逆起電圧を超えているためモータＭＧ１に電流を流せなくなるという事態を招くことがない。

図５は、バッテリ遮断時制御ルーチンが開始されてからシステムメインリレー５６がオフするまでの様子を表すタイミングチャートである。時刻ｔ１でバッテリレス走行フラグが値０から値１にセットされると、バッテリ遮断時制御ルーチンが開始される。ここで、時刻１でシステム電圧ＶＨがモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１に対応する閾値Ｖｒｅｆ以下だった場合を考える。この場合、時刻ｔ１以降でシステム電圧ＶＨが閾値Ｖｒｅｆを超えるように昇圧回路５５を制御する。そして、時刻ｔ２に至った時点でシステム電圧ＶＨが閾値Ｖｒｅｆを超えたとすると、この時点でシステムメインリレー５６をオフしてＳＭＲ遮断フラグを値１にセットする。

こうしてバッテリ遮断時制御ルーチンを実行したあと、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２はバッテリレス走行制御ルーチンを実行する。図６は、バッテリレス走行制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、インバータ４１，４２からバッテリ５０が遮断されたあと所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。バッテリレス走行制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、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や車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，エンジン２２の回転数Ｎｅ，電圧センサ５８からのシステム電圧ＶＨなどの制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ２００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、エンジン２２のクランクシャフト２６に取り付けられた図示しない回転数センサにより検出されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ２１０）。要求トルクＴｒ＊は、本実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図７に要求トルク設定用マップの一例を示す。

続いて、コンデンサ５７の目標電圧ＶＨ＊を設定する（ステップＳ２２０）。本実施例では、目標電圧ＶＨ＊は、要求トルクＴｒ＊が大きいほど高くなる傾向を示すように要求トルクＴｒ＊と目標電圧ＶＨ＊との関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、要求トルクＴｒ＊が与えられるとマップから対応する目標電圧ＶＨ＊を導出して設定するものとした。勿論、目標電圧ＶＨ＊に要求トルクＴｒ＊に拘わらず所定値を設定するものとしても構わない。図８に、システム電圧ＶＨとモータＭＧ１の回転数およびトルクとの関係の一例を示す。図示するように、システム電圧ＶＨの高低によってモータＭＧ１が回生できるパワー（発電電力）が決まることが解る。モータＭＧ２はモータＭＧ１の発電電力を消費してトルクを出力するから、システム電圧ＶＨは駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力することができるトルクの領域を定めるものとなる。

そして、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ２３０）。ここで、目標回転数Ｎｅ＊の設定は、例えば、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１によってモータＭＧ１で発生する逆起電圧が一義的に決まりこれがコンデンサ５７に作用することから、コンデンサ５７の目標電圧ＶＨ＊に基づいてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定し、設定した目標回転数Ｎｍ１＊と車速Ｖと動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて次式（１）によりエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を計算して設定することにより行なうことができる。動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図９に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（１）は、図９の共線図を用いて容易に導き出すことができる。なお、図９中のＲ軸上の２つの太線矢印は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で運転している状態でモータＭＧ１から出力されるトルクＴｍ１＊がリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。式（１）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。

Ne*＝Nm1*・ρ/(1+ρ)＋(Nm2/Gr)/(1+ρ) (1)

エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、設定した目標回転数Ｎｅ＊と現在の回転数Ｎｅとに基づいて次式（２）によりエンジン２２から出力すべき目標トルクＴｅ＊を設定すると共に設定した目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信する（ステップＳ２４０）。ここで、式（２）は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、「ｋ１」は比例項のゲインを示し、「ｋ２」は積分項のゲインを示す。なお、目標トルクＴｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標トルクＴｅ＊でエンジン２２が運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。

Te*＝k1(Ne-Ne*)＋k2 ∫(Ne-Ne*)dt (2)

次に、システム電圧ＶＨと目標電圧ＶＨ＊とに基づいて次式（３）によりコンデンサ５７に入出力すべき電力としての入出力制限Ｗｉｏを設定する（ステップＳ２５０）。ここで、式（３）は、システム電圧ＶＨを目標電圧ＶＨ＊に一致させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（３）中、「ｋ３」は比例項のゲインを示し、「ｋ４」は積分項のゲインを示す。

Wio＝k3(VH-VH*)＋k4∫(VH-VH*)dt (3)

入出力制限Ｗｉｏを設定すると、次式（４）および次式（５）を満たすモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ２６０）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２７０）、本ルーチンを終了する。ここで、式（４）は、モータＭＧ１やモータＭＧ２から駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクの総和が要求トルクＴｒ＊となる関係であり、式（５）は、モータＭＧ１とモータＭＧ２とにより入出力される電力の総和が入出力制限Ｗｉｏとなる関係である。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊は、式（４）の関係を満たすラインと式（５）の関係を満たすラインとの交点におけるトルクとして求めることができる。なお、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に見合うトルクがモータＭＧ１，ＭＧ２から出力されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

-Tm1*/ρ＋Tm2*・Gr＝Tr* (4)
Tm1*・Nm1＋Tm2*・Nm2＝Wio (5)

以上説明したハイブリッド自動車２０によれば、バッテリ５０に異常が発生したとき、まず電力ライン５４のうちバッテリ５０側の電圧であるシステム電圧ＶＨをモータＭＧ１で発生する逆起電圧以上となるよう制御し、その後電力ライン５４とバッテリ５０との接続が遮断されるようシステムメインリレー５６をオフすると共にバッテリレス走行を行なうため、電力ライン５４とバッテリ５０との接続を遮断したとしてもモータＭＧ１に電流を流せなくなるという事態を招くことがない。したがって、バッテリ５０を電力ライン５４から遮断したあとモータＭＧ１が確実に発電できる状態とすることができる。また、バッテリ５０を電力ライン５４から遮断したあとモータＭＧ２が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに確実に動力を出力できる状態にすることができる。また、システム電圧ＶＨをモータＭＧ１で発生する逆起電圧以上にするのにバッテリ５０と電力ライン５４との間に設けた昇圧回路５５を利用しているため、これらの効果を容易に得ることができる。

ここで、本実施例のハイブリッド自動車２０のエンジン２２が本発明の内燃機関に相当し、モータＭＧ１が発電機に相当し、バッテリ５０が蓄電手段に相当し、モータＭＧ２が電動機に相当し、システムメインリレー５６が接続遮断手段に相当し、ハイブリッド用電子制御ユニット７０やエンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０が制御手段に相当する。なお、本実施例ではハイブリッド自動車２０の動作を説明することにより、本発明の動力出力装置の制御方法の一例も明らかにしている。

なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施例では、バッテリ遮断時制御ルーチンとして図３に示すフローチャートを採用したが、図１０に示すフローチャートを採用してもよい。すなわち、まず、電圧センサ５８からのシステム電圧ＶＨやモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１，エンジン２２の回転数Ｎｅなどの制御に必要なデータを入力し（ステップＳ３１０）、入力したシステム電圧ＶＨに対応するモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の閾値Ｎｍｒｅｆを設定する（ステップＳ３２０）。この閾値Ｎｍｒｅｆは、モータＭＧ１で発生する逆起電圧が今回入力したシステム電圧ＶＨと等しくなるときのモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を計算又は閾値設定用マップにより求めた値である。図１１に閾値設定用マップの一例を示す。この図１１に示すように、閾値Ｎｍｒｅｆは、入力したシステム電圧ＶＨが大きいほど大きくなる傾向を示す。続いて、今回入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と閾値Ｎｍｒｅｆとを比較し（ステップＳ３３０）、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が閾値Ｎｍｒｅｆ以上のときには、閾値Ｎｍｒｅｆに対応するエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を目標回転数設定用マップから読み出して設定し（ステップＳ３４０）、設定した目標回転数Ｎｅ＊をエンジンＥＣＵ２４へ送信し（ステップＳ３４５）、再びステップＳ３１０に戻る。図１２に目標回転数設定用マップの一例を示す。図１２に示すように、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊は、閾値Ｎｍｒｅｆが大きいほど大きくなる傾向を示す。バッテリ５０を遮断した状態で走行する際の動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数の力学的な関係を示す共線図を図１３に示す。この共線図から明らかなように、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が閾値Ｎｍｒｅｆ以上のときには、エンジン２２の現在の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊に下げることによりモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を閾値Ｎｍｒｅｆまで落とすことができる。一方、ステップＳ３３０でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が閾値Ｎｍｒｅｆ未満のときには、システムメインリレー５６をオフして電力ライン５４とバッテリ５０との接続を遮断すると共にＳＭＲ遮断フラグを値０から値１にセットして（ステップＳ３５０）、本ルーチンを終了する。こうして電力ライン５４とバッテリ５０との接続を遮断したあと既述のバッテリレス走行制御ルーチン（図６参照）を実行する。こうすることにより、電力ライン５４とバッテリ５０との接続を遮断したとしても、システム電圧ＶＨがモータＭＧ１の逆起電圧を超えているためモータＭＧ１に電流を流せなくなるという事態を招くことがない。したがって、バッテリ５０を電力ライン５４から遮断したあと、モータＭＧ１が確実に発電できる状態とすることができるし、モータＭＧ２が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに確実に動力を出力できる状態にすることができる。また、昇圧回路５５を利用しなくてもこれらの効果を得ることができるため、システムメインリレー５６と電力ライン５４との間に昇圧回路５５が組み込まれていない場合にも本発明を適用することができる。図１４は、バッテリ遮断時制御ルーチンが開始されてからシステムメインリレー５６がオフするまでの様子を表すタイミングチャートである。時刻ｔ１でバッテリレス走行フラグが値０から値１にセットされると、バッテリ遮断時制御ルーチンが開始される。ここで、時刻ｔ１でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１がシステム電圧ＶＨに対応する閾値Ｎｍｒｅｆ以上だった場合を考える。この場合、時刻ｔ１以降、エンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊と一致させるよう制御することによりモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が閾値Ｎｍｒｅｆ未満となるようにする。そして、時刻ｔ２に至った時点でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が閾値Ｎｍｒｅｆ未満になったとすると、この時点でシステムメインリレー５６をオフしてＳＭＲ遮断フラグを値１にセットし、その後バッテリレス走行を実行する。

上述した実施例では、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が大きいほど閾値Ｖｒｅｆが連続的に大きくなる閾値設定用マップ（図４）を採用したが、例えば、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が回転数Ｎｍ１ａから回転数Ｎｍ１ｂの範囲（Ｎｍ１ａ＜Ｎｍ１ｂ）では閾値Ｖｒｅｆを値Ｖａとし、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が回転数Ｎｍ１ｂから回転数Ｎｍ１ｃの範囲（Ｎｍ１ｂ＜Ｎｍ１ｃ）では閾値Ｖｒｅｆを値Ｖｂ（Ｖａ＜Ｖｂ）というように、閾値Ｖｒｅｆがステップ関数的に大きくなる閾値設定用マップを採用してもよい。図１１の閾値設定用マップや図１２の目標回転数設定用マップについても同様である。

上述した実施例では、蓄電手段として充放電可能な二次電池であるバッテリ５０を採用したが、二次電池の代わりに例えばキャパシタなどを採用してもよい。この場合にも、上述した実施例と同様の効果が得られる。

上述した実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１５の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１５における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

上述した実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１６の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

上述した実施例のハイブリッド自動車２０では、シリーズ・パラレルハイブリッド式を採用したが、エンジンで発電機を駆動し発電した電力によってモータが車輪を駆動するシリーズハイブリッド式を採用してもよい。

ハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 モータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。 バッテリ遮断時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 閾値Ｖｒｅｆを設定する際に利用する閾値設定用マップである。 バッテリ遮断時制御ルーチンが開始されてからシステムメインリレー５６がオフするまでの様子を表すタイミングチャートである。 バッテリレス走行制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 システム電圧ＶＨとモータＭＧ１の回転数およびトルクとの関係の一例を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係の一例を示す共線図である。 バッテリ遮断時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 閾値Ｎｍｒｅｆを設定する際に利用する閾値設定用マップである。 エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する際に利用する目標回転数設定用マップである。 バッテリ５０を遮断した状態で走行する際の動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。 バッテリ遮断時制御ルーチンが開始されてからシステムメインリレー５６がオフするまでの様子を表すタイミングチャートである。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、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、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、５４ａ 正極母線、５４ｂ 負極母線、５５ 昇圧回路、５６ システムメインリレー、５７ コンデンサ、５８ 電圧センサ、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、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、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (10)

1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
   内燃機関と、
   該内燃機関の動力により回転して発電可能な発電機と、
   充放電可能な蓄電手段と、
   前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
   前記発電機に接続された発電機用駆動回路と前記電動機に接続された電動機用駆動回路とを接続する共通の電力ラインに前記蓄電手段を遮断可能に接続する接続遮断手段と、
   前記蓄電手段に異常が発生したとき、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御すると共に前記内燃機関の動力により前記発電機を回転させ該発電機が発電した電力で前記電動機から前記駆動軸に動力が出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御するにあたり、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御する前にあらかじめ前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧を前記発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御する制御手段と、
   を備える動力出力装置。
2. 請求項１に記載の動力出力装置であって、
   前記接続遮断手段と前記電力ラインとの間に配置され前記蓄電手段の電圧を昇圧可能な昇圧手段
   を備え、
   前記制御手段は、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御する前にあらかじめ前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧を前記発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御するにあたり、前記発電機の現在の回転数に基づいて前記発電機で発生する逆起電圧を推定し前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧が該推定した逆起電圧以上となるよう前記昇圧手段を制御する、
   動力出力装置。
3. 前記制御手段は、前記発電機の現在の回転数が大きいほど前記発電機で発生する逆起電圧が大きくなる傾向を示すように該逆起電圧を推定する、
   請求項２に記載の動力出力装置。
4. 前記制御手段は、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御する前にあらかじめ前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧を前記発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御するにあたり、前記発電機で発生する逆起電圧が前記電力ラインの蓄電手段側の現在の電圧と略等しくなるときの前記発電機の回転数を閾値として設定し、前記発電機の現在の回転数が該閾値を下回るときに前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御する、
   請求項１に記載の動力出力装置。
5. 前記制御手段は、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御する前にあらかじめ前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧を前記発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御するにあたり、前記発電機で発生する逆起電圧が前記電力ラインの蓄電手段側の現在の電圧と略等しくなるときの前記発電機の回転数を閾値として設定し、前記発電機の現在の回転数が該閾値を上回るときには該閾値を下回るよう前記内燃機関の回転数を制限する、
   請求項４に記載の動力出力装置。
6. 前記制御手段は、前記電力ラインの蓄電手段側の現在の電圧が大きいほど前記発電機の回転数の閾値が大きくなる傾向を示すように該閾値を設定する、
   請求項４又は５に記載の動力出力装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に接続されて走行する車両。
8. 内燃機関と、該内燃機関の動力により回転して発電可能な発電機と、充放電可能な蓄電手段と、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記発電機に接続された発電機用駆動回路と前記電動機に接続された電動機用駆動回路とを接続する共通の電力ラインに前記蓄電手段を遮断可能に接続する接続遮断手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
   （ａ）前記蓄電手段に異常が発生したとき、前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧を前記発電機で発生する逆起電圧以上となるよう制御するステップと、
   （ｂ）前記ステップ（ａ）のあと、前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御すると共に前記内燃機関の動力により前記発電機を回転させ該発電機が発電した電力で前記電動機から前記駆動軸に動力が出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御するステップと、
   を含む動力出力装置の制御方法。
9. 前記ステップ（ａ）では、前記蓄電手段に異常が発生したとき、前記発電機の現在の回転数に基づいて前記発電機で発生する逆起電圧を推定し前記電力ラインのうち前記蓄電手段側の電圧が該推定した逆起電圧以上となるよう昇圧する、
   請求項８に記載の動力出力装置の制御方法。
10. 前記ステップ（ａ）では、前記発電機で発生する逆起電圧が前記電力ラインの蓄電手段側の現在の電圧と略等しくなるときの前記発電機の回転数を閾値として設定し、前記発電機の現在の回転数が該閾値を下回るときに前記電力ラインと前記蓄電手段との接続が遮断されるよう前記接続遮断手段を制御する、
    請求項８に記載の動力出力装置の制御方法。

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