JP2017052485A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの充電可能電力が所定値未満に低下した場合においてインバータレス走行制御による退避走行距離を延ばす。
【解決手段】車両は、エンジンと、ＭＧ（モータジェネレータ）１と、ＭＧ２と、これらを機械的に連結する遊星歯車機構と、バッテリと、バッテリの電圧を昇圧するコンバータと、コンバータとＭＧ１およびＭＧ２との間で電力変換を行なうインバータと、制御装置とを備える。ＭＧ１は、エンジンによって回転させられることによって逆起電圧を発生し、逆起電圧がコンバータの出力電圧よりも大きい場合に逆起トルクを発生する。制御装置は、インバータをゲート遮断状態にし、かつＭＧ１が逆起トルクを発生するようにエンジンを駆動するインバータレス走行制御中において、バッテリの充電可能電力が所定値よりも小さい場合、逆起電圧とコンバータの出力電圧との差を小さくする。
【選択図】図７

Description

本発明は、エンジンと回転電機との少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両に関する。

特開２０１３−２０３１１６号公報（特許文献１）には、エンジンと、ロータに永久磁石を有する第１回転電機と、第２回転電機と、遊星歯車機構と、バッテリと、バッテリの電圧を昇圧可能に構成されるコンバータと、コンバータと第１回転電機および第２回転電機との間で電力変換を実行可能に構成されるインバータとを備えるハイブリッド車両が開示されている。遊星歯車機構は、第１回転電機に連結されたサンギヤと、第２回転電機に連結されたリングギヤと、エンジンに連結されたキャリアとを含む。このハイブリッド車両においては、インバータによる第１回転電機および第２回転電機の電気的な駆動を正常に行なうことができない異常（以下「インバータ異常」ともいう）が生じている場合、インバータをゲート遮断状態にしつつエンジンを駆動して車両を退避走行させる制御が行なわれる。

特開２０１３−２０３１１６号公報

特許文献１に開示されているように、インバータ異常が生じている場合にインバータをゲート遮断状態にしつつエンジンを駆動して車両を退避走行させる制御を、本明細書では「インバータレス走行制御」とも記載する。

インバータレス走行制御中においては、インバータをゲート遮断状態としつつ、エンジンの回転力によって第１回転電機を力学的（機械的）に回転させることによって第１回転電機から制動トルクを発生させる。すなわち、第１回転電機は、エンジンからの回転力を受けて回転することによって逆起電圧を発生する。この逆起電圧は、第１回転電機の回転速度が高いほど、高い値となる。逆起電圧がコンバータの出力電圧を超えると、第１回転電機からバッテリに向かって、逆起電圧とコンバータの出力電圧との差（以下、単に「電圧差」ともいう）に応じた電流が流れる。すなわち、第１回転電機は電圧差に応じた逆起電力を発生し、この逆起電力でバッテリが充電される。この際、第１回転電機には逆起電力に応じたトルク（以下「逆起トルク」ともいう）が発生する。この逆起トルクは、第１回転電機の回転を妨げる方向に作用する制動トルクである。制動トルク（逆起トルク）が第１回転電機からサンギヤに作用することによって、リングギヤには、第１回転電機の制動トルク（逆起トルク）の反力として、正方向に作用する駆動トルクが発生する。この駆動トルクを用いることにより退避走行が実現される。

しかしながら、インバータレス走行制御中においては、以下のような課題が生じ得ることが懸念される。すなわち、インバータレス走行制御中においては、第１回転電機が発生する逆起電力でバッテリが充電されるため、バッテリの蓄電量を示すＳＯＣ（State Of Charge）が上昇していく。一般的に、ＳＯＣが高い領域では、過充電を防止する目的で、ＳＯＣが上昇するほどバッテリの充電可能電力（単位：ワット）は小さい値に絞られる。したがって、バッテリの充電可能電力が所定値未満に低下している状態で第１回転電機が発生する逆起電力（バッテリの充電電力）を減らすことなくインバータレス走行制御をそのまま継続すると、バッテリの充電可能電力が早期に低下して逆起電力をバッテリが受け入れることができなくなるため、インバータレス走行制御を継続できなくなる可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、バッテリの充電可能電力が所定値未満に低下した場合においてインバータレス走行制御による退避走行距離を延ばすことである。

（１） この発明に係るハイブリッド車両は、エンジンと、ロータに永久磁石を有する第１回転電機と、駆動輪に接続された出力軸と、エンジン、第１回転電機および出力軸を機械的に連結し、第１回転電機、エンジンおよび出力軸の間でトルクを伝達可能な遊星歯車装置と、出力軸に接続された第２回転電機と、バッテリと、バッテリの電圧を昇圧して出力可能に構成されたコンバータと、コンバータと第１回転電機および第２回転電機との間で電力変換を実行可能に構成されたインバータと、インバータによる第１回転電機および第２回転電機の駆動を正常に行なうことができない場合にインバータレス走行制御を実行する制御装置とを備える。インバータレス走行制御は、インバータをゲート遮断状態にし、かつ、第１回転電機が逆起電圧に起因する制動トルクを発生するようにエンジンおよびコンバータを制御することによって、制動トルクの反力として出力軸に作用するトルクで車両を走行させる制御である。制御装置は、インバータレス走行制御中において、バッテリの充電可能電力が所定値よりも小さい場合、バッテリの充電可能電力が所定値よりも大きい場合に比べて第１回転電機の逆起電圧とコンバータの出力電圧との電圧差を小さくする。

このような構成によれば、インバータレス走行制御中において、バッテリの充電可能電力が所定値未満に低下した場合には、第１回転電機の逆起電圧とコンバータの出力電圧との電圧差が小さくされる。そのため、第１回転電機が発生する逆起電力、すなわちバッテリの充電電力が低減される。これにより、バッテリの蓄電量が早期に上昇することが抑えられ、バッテリの充電可能電力が早期に低下することが抑制される。その結果、バッテリの充電可能電力が所定値未満に低下した場合においてインバータレス走行制御による退避走行距離を延ばすことができる。

（２） 好ましくは、制御装置は、コンバータの出力電圧を増加させることによって、電圧差を小さくする。

このような構成によれば、インバータがゲート遮断状態であっても、コンバータを制御することによってバッテリの充電電力を低減することができる。

（３） 好ましくは、制御装置は、エンジンの回転速度を低下させることによって、電圧差を小さくする。

このような構成によれば、エンジンの回転速度を低下させることで、第１回転電機の逆起電圧が低下する。これにより、第１回転電機の逆起電圧とコンバータの出力電圧との電圧差が小さくなるため、バッテリの充電電力を低減することができる。

車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。 車両の電気システムおよびＥＣＵの構成を説明するための回路ブロック図である。 インバータレス走行中における電気システムの状態を概略的に示す図である。 ＭＧ１回転速度Ｎｍ１と逆起電圧Ｖｃと逆起トルクＴｃとの対応関係を概略的に示す図である。 インバータレス走行中における制御状態の一例を共線図上に示す図である。 ＥＣＵの処理手順を示すフローチャート（その１）である。 バッテリの充電可能電力ＷＩＮと目標システム電圧ＶＨｔａｇとの対応関係を示す図である。 ＥＣＵの処理手順を示すフローチャート（その２）である。 バッテリの充電可能電力ＷＩＮと目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇとの対応関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜車両の全体構成＞
図１は、本実施の形態に係る車両１の全体構成を概略的に示すブロック図である。車両１は、エンジン１００と、モータジェネレータ（第１回転電機）１０と、モータジェネレータ（第２回転電機）２０と、遊星歯車機構３０と、駆動輪５０と、駆動輪５０に接続された出力軸６０と、バッテリ１５０と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）１６０と、電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２００と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３００とを備える。

車両１は、エンジン１００とモータジェネレータ２０との少なくとも一方の動力を用いて走行するハイブリッド車両である。車両１は、後述する通常走行中において、エンジン１００の動力を用いずにモータジェネレータ２０の動力を用いる電気自動車走行（以下「ＥＶ走行」という）と、エンジン１００およびモータジェネレータ２０の双方の動力を用いるハイブリッド自動車走行（以下「ＨＶ走行」という）との間で走行態様を切り替えることができる。

エンジン１００は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン１００は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じて車両１が走行するための動力を発生する。エンジン１００により発生した動力は遊星歯車機構３０に出力される。

エンジン１００にはエンジン回転速度センサ４１０が設けられている。エンジン回転速度センサ４１０は、エンジン１００の回転速度（エンジン回転速度）Ｎｅを検出し、その検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。

モータジェネレータ１０，２０の各々は、三相交流永久磁石型同期モータである。モータジェネレータ１０は、エンジン１００を始動させる際にはバッテリ１５０の電力を用いてエンジン１００のクランクシャフト１１０を回転させる。また、モータジェネレータ１０は、エンジン１００の動力を用いて発電することも可能である。モータジェネレータ１０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ２００により直流電力に変換されてバッテリ１５０に充電される。また、モータジェネレータ１０によって発電された交流電力がモータジェネレータ２０に供給される場合もある。

モータジェネレータ２０のロータは、出力軸６０に連結される。モータジェネレータ２０は、バッテリ１５０およびモータジェネレータ１０の少なくとも一方から供給される電力を用いて出力軸６０を回転させる。また、モータジェネレータ２０は、回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ２０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ２００により直流電力に変換されてバッテリ１５０に充電される。

モータジェネレータ１０にはレゾルバ４２１が設けられている。レゾルバ４２１は、モータジェネレータ１０の回転速度（ＭＧ１回転速度）Ｎｍ１を検出し、その検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。同様に、モータジェネレータ２０にはレゾルバ４２２が設けられている。レゾルバ４２２は、モータジェネレータ２０の回転速度（ＭＧ２回転速度）Ｎｍ２を検出し、その検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。

遊星歯車機構３０は、エンジン１００、モータジェネレータ１０および出力軸６０を機械的に連結し、エンジン１００、モータジェネレータ１０および出力軸６０の間でトルクを伝達するように構成される。具体的には、遊星歯車機構３０は、回転要素として、モータジェネレータ１０のロータに連結されるサンギヤＳと、出力軸６０に連結されるリングギヤＲと、エンジン１００のクランクシャフト１１０に連結されるキャリアＣＡと、サンギヤＳとリングギヤＲとに噛合するピニオンギヤＰとを含む。キャリアＣＡは、ピニオンギヤＰが自転かつ公転できるようにピニオンギヤＰを保持する。

バッテリ１５０は、再充電が可能に構成された蓄電装置である。バッテリ１５０は、代表的にはニッケル水素二次電池もしくはリチウムイオン二次電池などの二次電池である。ＳＭＲ１６０は、バッテリ１５０とＰＣＵ２００との間の電力線に直列に接続されている。ＳＭＲ１６０は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じて、バッテリ１５０とＰＣＵ２００との導通状態および遮断状態を切り替える。

ＰＣＵ２００は、バッテリ１５０に蓄えられた直流電力を昇圧し、昇圧された電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１０およびモータジェネレータ２０に供給する。また、ＰＣＵ２００は、モータジェネレータ１０およびモータジェネレータ２０により発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１５０に供給する。ＰＣＵ２００の構成については図２にて詳細に説明する。

ＥＣＵ３００は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力バッファ等とを含んで構成される。ＥＣＵ３００は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１が所望の走行状態となるように各種機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。

＜電気システムおよびＥＣＵの構成＞
図２は、車両１の電気システムおよびＥＣＵ３００の構成を説明するための回路ブロック図である。ＰＣＵ２００は、コンデンサＣ１と、コンバータ２１０と、コンデンサＣ２と、インバータ２２１，２２２と、電圧センサ２３０と、電流センサ２４１，２４２とを含む。ＥＣＵ３００は、ＨＶ−ＥＣＵ３１０と、ＭＧ−ＥＣＵ３２０と、エンジンＥＣＵ３３０とを含む。

バッテリ１５０には監視ユニット４４０が設けられている。監視ユニット４４０は、バッテリ１５０の電圧（バッテリ電圧）ＶＢ、バッテリ１５０を流れる電流（バッテリ電流）ＩＢ、バッテリ１５０の温度（バッテリ温度）ＴＢをそれぞれ検出して、それらの検出結果を示す信号をＭＧ−ＥＣＵ３２０に出力する。コンデンサＣ１は、バッテリ電圧ＶＢを平滑化してコンバータ２１０に供給する。

コンバータ２１０は、ＭＧ−ＥＣＵ３２０からの制御信号に応じて、バッテリ電圧ＶＢを昇圧し、昇圧された電圧を電力線ＰＬ，ＮＬに供給する。また、コンバータ２１０は、ＭＧ−ＥＣＵ３２０からの制御信号に応じて、インバータ２２１およびインバータ２２２の一方または両方から供給された電力線ＰＬ，ＮＬの直流電圧を降圧してバッテリ１５０を充電する。

より具体的に、コンバータ２１０は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２および後述するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ１４の各々は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電力線ＰＬと電力線ＮＬとの間に互いに直列に接続されている。ダイオードＤ１，Ｄ２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間に逆並列にそれぞれ接続されている。リアクトルＬ１の一方端は、バッテリ１５０の高電位側に接続されている。リアクトルＬ１の他方端は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との中間点（スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとの接続点）に接続されている。

コンデンサＣ２は、電力線ＰＬと電力線ＮＬとの間に接続されている。コンデンサＣ２は、コンバータ２１０から供給された直流電圧を平滑化してインバータ２２１，２２２に供給する。

電圧センサ２３０は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわちコンバータ２１０の出力電圧（以下「システム電圧」ともいう）ＶＨを検出し、その検出結果を示す信号をＭＧ−ＥＣＵ３２０に出力する。

インバータ２２１は、システム電圧ＶＨが供給されると、ＭＧ−ＥＣＵ３２０からの制御信号に応じて、直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１０を駆動する。これにより、モータジェネレータ１０は、トルク指令値ＴＲ１により指定されたトルクを発生するように駆動される。

より具体的に、インバータ２２１は、Ｕ相アーム１Ｕと、Ｖ相アーム１Ｖと、Ｗ相アーム１Ｗとを含む。各相アームは、電力線ＰＬと電力線ＮＬとの間に互いに並列に接続されている。Ｕ相アーム１Ｕは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を有する。Ｖ相アーム１Ｖは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を有する。Ｗ相アーム１Ｗは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８を有する。各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、ダイオードＤ３〜Ｄ８が逆並列にそれぞれ接続されている。

インバータ２２２は、各相アーム２Ｕ〜２Ｗと、スイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１４と、ダイオードＤ９〜Ｄ１４とを含む。なお、インバータ２２２の構成は、基本的にはインバータ２２１の構成と同等であるため、説明は繰り返さない。

電流センサ２４１は、モータジェネレータ１０を流れる電流（モータ電流）ＭＣＲＴ１を検出し、その検出結果を示す信号をＭＧ−ＥＣＵ３２０に出力する。電流センサ２４２は、モータジェネレータ２０を流れる電流（モータ電流）ＭＣＲＴ２を検出し、その検出結果を示す信号をＭＧ−ＥＣＵ３２０に出力する。

ＨＶ−ＥＣＵ３１０は、モータジェネレータ１０，２０の運転指令を生成し、ＭＧ−ＥＣＵ３２０に出力する。モータジェネレータ１０，２０の運転指令には、モータジェネレータ１０，２０各々の運転許可指令および運転禁止指令（インバータ２２１，２２２へのゲート遮断指令）、モータジェネレータ１０のトルク指令値ＴＲ１、モータジェネレータ２０のトルク指令値ＴＲ２、ならびに、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１およびＭＧ２回転速度Ｎｍ２の指令値等が含まれる。

また、ＨＶ−ＥＣＵ３１０は、コンバータ２１０の出力電圧の目標値（以下「目標システム電圧」という）ＶＨｔａｇを設定し、その値を示す信号をＭＧ−ＥＣＵ３２０に出力する。また、ＨＶ−ＥＣＵ３１０は、エンジン要求パワーＰｅ＊を決定し、その値を示す信号をエンジンＥＣＵ３３０に出力する。

ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、ＨＶ−ＥＣＵ３１０からモータジェネレータ１０，２０の運転指令および目標システム電圧ＶＨｔａｇを受ける。また、ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、各センサからの信号を受ける。

ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、上記運転指令および目標システム電圧ＶＨｔａｇならびに各種信号に基づいて、システム電圧ＶＨが目標システム電圧ＶＨｔａｇに追従するようにコンバータ２１０を制御する。より具体的には、ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、目標システム電圧ＶＨｔａｇとバッテリ電圧ＶＢおよびシステム電圧ＶＨとに基づいて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各々をスイッチング動作させるためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation)方式の制御信号ＰＷＭＣを生成してコンバータ２１０に出力する。一方、ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、ＨＶ−ＥＣＵ３１０からコンバータ２１０のゲート遮断指令を受けた場合には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各々をゲート遮断するためのゲート遮断信号ＳＤＮＣを生成してコンバータ２１０に出力する。

また、ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、モータジェネレータ１０，２０がＨＶ−ＥＣＵ３１０から受けた運転指令に従って動作するようにインバータ２２１，２２２を制御する。インバータ２２１，２２２の制御は同等であるため、インバータ２２１の制御について代表的に説明する。ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、ＨＶ−ＥＣＵ３１０からモータジェネレータ１０の運転許可指令を受けた場合には、システム電圧ＶＨ、モータ電流ＭＣＲＴ１およびトルク指令値ＴＲ１に基づいて、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の各々をスイッチング動作させるためのＰＷＭ方式の制御信号ＰＷＭ１を生成してインバータ２２１に出力する。一方、ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、ＨＶ−ＥＣＵ３１０からインバータ２２１のゲート遮断指令を受けた場合には、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の各々をゲート遮断するためのゲート遮断信号ＳＤＮ１を生成してインバータ２２１に出力する。

さらに、ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、モータジェネレータ１０，２０に関する異常を検出する。ＭＧ−ＥＣＵ３２０により検出された異常に関する情報は、ＨＶ−ＥＣＵ３１０に出力される。ＨＶ−ＥＣＵ３１０は、これらの異常情報をモータジェネレータ１０，２０の運転指令へ反映することが可能に構成されている。

エンジンＥＣＵ３３０は、エンジン回転速度センサ４１０からエンジン回転速度Ｎｅを受けて、その値をＨＶ−ＥＣＵ３３０に出力する。また、エンジンＥＣＵ３３０は、ＨＶ−ＥＣＵ３１０によって決定されたエンジン要求パワーＰｅ＊に基づいて定められた動作点（目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇおよび目標エンジントルクＴｅｔａｇ）でエンジン１００が駆動されるように、エンジン１００の燃料噴射、点火時期、バルブタイミング等を制御する。

なお、図２に示す例では、ＥＣＵ３００が３つのユニット（ＨＶ−ＥＣＵ３１０、ＭＧ−ＥＣＵ３２０、エンジンＥＣＵ３３０）に分割されているが、ＥＣＵ３００は４つ以上のユニットに分割されていてもよい。

また、ＨＶ−ＥＣＵ３１０、ＭＧ−ＥＣＵ３２０、エンジンＥＣＵ３３０を１つのユニットに統合することも可能である。以下では、ＨＶ−ＥＣＵ３１０、ＭＧ−ＥＣＵ３２０、エンジンＥＣＵ３３０を区別することなく、ＥＣＵ３００として説明する。

ＥＣＵ３００は、バッテリ１５０の蓄電量を示すＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出する。一般的に、ＳＯＣは、満充電容量に対する実蓄電量の比で表される。ＳＯＣの算出方法としては、バッテリ電圧ＶＢとＳＯＣとの関係を用いて算出する方法や、バッテリ電流ＩＢの積算値を用いて算出する方法等、種々の公知の手法を用いることができる。以下、バッテリ１５０のＳＯＣを単に「ＳＯＣ」とも記載する。

ＥＣＵ３００は、ＳＯＣおよびバッテリ温度ＴＢに基づいて、バッテリ１５０の充電可能電力ＷＩＮ（単位はワット）を設定する。本実施の形態においては、ＥＣＵ３００は、ＳＯＣが所定値Ｓ１（たとえば６０％）未満である場合には、バッテリ１５０が充電可能な容量（満充電容量と実蓄電量との差、単位はアンペアアワー）に余裕があるため、充電可能電力ＷＩＮを所定値Ｗ１よりも大きい値にする。ＥＣＵ３００は、ＳＯＣが所定値Ｓ１を超える領域では、バッテリ１５０の過充電を防止する目的で、充電可能電力ＷＩＮを所定値Ｗ１よりも小さい値に制限する。この際、ＥＣＵ３００は、ＳＯＣが上昇するほど充電可能電力ＷＩＮを小さい値にする。また、バッテリ温度ＴＢが所定範囲に含まれない場合には、ＥＣＵ３００は、バッテリ１５０の劣化を防止する目的で、充電可能電力ＷＩＮを、ＳＯＣに基づいて設定された値よりもさらに小さい値にする。

そして、ＥＣＵ３００は、バッテリ１５０に入力される電力が充電可能電力ＷＩＮを超えないように、エンジン１００、モータジェネレータ１０，２０（ＰＣＵ２００）を制御する。

＜通常走行およびインバータレス走行＞
ＥＣＵ３００は、通常モードと退避モードとのどちらかの制御モードで車両１を走行させることができる。

通常モードは、上述のＥＶ走行とＨＶ走行とを必要に応じて切り替えながら車両１を走行させるモードである。言い換えれば、通常モードは、インバータ２２１，２２２によるモータジェネレータ１０，２０の電気的な駆動が許容されるモードである。以下では、通常モードによる走行を「通常走行」と記載する。

退避モードは、インバータ２２１，２２２によるモータジェネレータ１０，２０の電気的な駆動を正常に行なうことができないような異常（以下「インバータ異常」ともいう）が生じている場合に、インバータ２２１，２２２をゲート遮断状態としつつ、エンジン１００を駆動して車両１を退避走行させるモードである。言い換えれば、退避モードは、インバータ２２１，２２２によるモータジェネレータ１０，２０の電気的な駆動が許容されないモードである。インバータ異常には、レゾルバ４２１，４２２、電流センサ２４１，２４２等のセンサ類の故障、およびＭＧ−ＥＣＵとＨＶ−ＥＣＵとの通信異常（以下「ＨＶ−ＭＧ通信異常」ともいう）などが含まれる。以下では、この退避モードによる走行を「インバータレス走行」と記載し、インバータレス走行を行なうための制御を「インバータレス走行制御」と記載する。

図３は、インバータレス走行中における電気システムの状態を概略的に示す図である。インバータレス走行中においては、ＥＣＵ３００からのゲート遮断信号ＳＤＮ１に応答して、インバータ２２１に含まれるすべてのスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８が非導通状態とされる。そのため、インバータ２２１に含まれるダイオードＤ３〜Ｄ８によって三相全波整流回路が構成される。同様に、ＥＣＵ３００からのゲート遮断信号ＳＤＮ２に応答して、インバータ２２２に含まれるすべてのスイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１４（図２参照）が非導通状態とされる。そのため、インバータ２２２に含まれるダイオードＤ９〜Ｄ１４によって三相全波整流回路が構成される。一方、コンバータ２１０では、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＭＣに応答して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作が継続される。

また、インバータレス走行中においては、エンジン１００が駆動されるため、エンジン１００からのエンジントルクＴｅが出力される。このエンジントルクＴｅによってモータジェネレータ１０が力学的（機械的）に回転させられる。モータジェネレータ１０は同期モータであるので、モータジェネレータ１０のロータには永久磁石１２が設けられている。このため、エンジントルクＴｅによってモータジェネレータ１０のロータに設けられた永久磁石１２が回転させられることによって逆起電圧Ｖｃが生じる。この逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨを超えると、モータジェネレータ１０からバッテリ１５０に向かって電流が流れる。この際、モータジェネレータ１０には、モータジェネレータ１０の回転を妨げる方向に作用する逆起トルクＴｃが発生する。

図４は、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１と逆起電圧Ｖｃと逆起トルクＴｃとの対応関係を概略的に示す図である。図４において、横軸はＭＧ１回転速度Ｎｍ１を表わし、縦軸の上側は逆起電圧Ｖｃを表わし、縦軸の下側は逆起トルクＴｃを表わす。

図４に示される回転速度領域においては、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が高いほど、逆起電圧Ｖｃは高い値となる特性を有する。ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が所定値Ｎｖｈを下回る領域では、逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨ未満であるため、モータジェネレータ１０からバッテリ１５０に向かって電流は流れない。そのため、逆起トルクＴｃも生じない。

ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が所定値Ｎｖｈを超える領域では、逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨを超えるため、モータジェネレータ１０からバッテリ１５０に向かって、逆起電圧Ｖｃとシステム電圧ＶＨとの差（以下「電圧差ΔＶ」ともいう）に応じた電流が流れる。すなわち、モータジェネレータ１０は逆起電力を発生し、この逆起電力でバッテリ１５０が充電される。この際、モータジェネレータ１０には、電圧差ΔＶに応じた逆起トルクＴｃが発生する。逆起トルクＴｃは、モータジェネレータ１０の回転を妨げる方向に作用する制動トルク（負トルク）である。逆起トルクＴｃが発生する領域（逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨを超える領域）が、インバータレス走行を行なうことが可能な領域である。

図５は、インバータレス走行中におけるエンジン１００およびモータジェネレータ１０，２０の制御状態の一例を遊星歯車機構３０の共線図上に示す図である。遊星歯車機構３０が図１にて説明したように構成されることによって、サンギヤＳの回転速度（＝ＭＧ１回転速度Ｎｍ１）と、キャリアＣＡの回転速度（＝エンジン回転速度Ｎｅ）と、リングギヤＲの回転速度（＝ＭＧ２回転速度Ｎｍ２）とは、共線図上において直線で結ばれる関係（以下「共線図の関係」ともいう）を有する。

インバータレス走行中には、エンジン１００からエンジントルクＴｅが出力される。エンジントルクＴｅによってモータジェネレータ１０が力学的に回転させられると、モータジェネレータ１０は逆起電圧Ｖｃを発生する。逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨを超えると、モータジェネレータ１０は、モータジェネレータ１０の回転を妨げる方向（負方向）に作用する逆起トルクＴｃを発生する。

逆起トルクＴｃがモータジェネレータ１０からサンギヤＳに作用することによって、リングギヤＲには、逆起トルクＴｃの反力として、正方向に作用する駆動トルクＴｅｐが発生する。この駆動トルクＴｅｐによって車両１が退避走行される。

なお、駆動トルクＴｅｐによってモータジェネレータ２０が回転させられるためモータジェネレータ２０にも逆起電圧が生じるが、図５に示す例では、モータジェネレータ２０の逆起電圧がシステム電圧ＶＨを超えない回転速度までＭＧ２回転速度Ｎｍ２が低下しているため、モータジェネレータ２０には逆起トルクは生じていない。

＜インバータレス走行制御中におけるバッテリの充電電力の低減＞
以上のような構成を有する車両１がインバータレス走行を行なう場合には、以下のような課題が生じ得ることが懸念される。すなわち、インバータレス走行中においては、モータジェネレータ１０が発生する逆起電力でバッテリ１５０が充電されるため、ＳＯＣが上昇していく。

上述したように、ＳＯＣが所定値Ｓ１を超える領域では、充電可能電力ＷＩＮは所定値Ｗ１未満に制限され、かつＳＯＣが上昇するほど小さい値とされる。したがって、充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１未満に低下している状態で、モータジェネレータ１０が発生する逆起電力（バッテリ１５０の充電電力）を減らすことなくインバータレス走行制御をそのまま継続すると、充電可能電力ＷＩＮが早期に低下してインバータレス走行制御を継続できなくなる可能性がある。

そこで、本実施の形態によるＥＣＵ３００は、インバータレス走行制御中において充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１よりも小さい場合、充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１よりも大きい場合に比べて、逆起電圧Ｖｃとシステム電圧ＶＨとの電圧差ΔＶが小さくなるように、エンジン１００およびコンバータ２１０を制御する。これにより、モータジェネレータ１０が発生する逆起電力、すなわちバッテリ１５０の充電電力が低減される。そのため、ＳＯＣが早期に上昇することが抑えられ、充電可能電力ＷＩＮが早期に低下することが抑制される。その結果、充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１未満に低下した場合においても、インバータレス走行制御を長く継続することができるため、インバータレス走行制御による退避走行距離を延ばすことができる。

図６は、ＥＣＵ３００が行なう処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは所定周期で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０にて、ＥＣＵ３００は、上述したインバータ異常が生じているか否かを判定する。

インバータ異常が生じていない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１にて、制御モードを通常モードに設定して通常走行を行なう。

インバータ異常が生じている場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２〜Ｓ１５にて、制御モードを退避モードに設定してインバータレス走行を行なう。

具体的には、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２にて、インバータ２２１，２２２をゲート遮断状態にする。その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３にて、充電可能電力ＷＩＮに基づいて目標システム電圧ＶＨｔａｇを算出する。

図７は、充電可能電力ＷＩＮと目標システム電圧ＶＨｔａｇとの対応関係を示す図である。図７に示すように、充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１よりも大きい領域では、目標システム電圧ＶＨｔａｇは所定電圧Ｖ１とされる。一方、充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１よりも小さい領域では、目標システム電圧ＶＨｔａｇは所定電圧Ｖ１よりも大きい値に増加される。より具体的には、充電可能電力ＷＩＮが小さいほど、目標システム電圧ＶＨｔａｇは大きい値に設定される。ＥＣＵ３００は、たとえば、図７に示すような対応関係をマップとして予め記憶しておき、このマップを参照して実際の充電可能電力ＷＩＮに対応する目標システム電圧ＶＨｔａｇを算出する。

図６に戻って、Ｓ１４にて、ＥＣＵ３００は、システム電圧ＶＨがＳ１３で算出された目標システム電圧ＶＨｔａｇとなるようにコンバータ２１０を制御する。

Ｓ１５にて、ＥＣＵ３００は、エンジン回転速度Ｎｅが目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇとなるようにエンジン１００を制御する。本実施の形態においては、目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇは、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２および共線図の関係を用いて、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が一定となるように調整される。すなわち、モータジェネレータ１０が発生する逆起電圧Ｖｃは一定となる（図４参照）。

したがって、バッテリの充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１未満に低下した場合において、逆起電圧Ｖｃは一定となる一方、システム電圧ＶＨは増加される（図７参照）。これにより、逆起電圧Ｖｃとシステム電圧ＶＨとの電圧差ΔＶ（＝Ｖｃ−ＶＨ）が小さくなり、モータジェネレータ１０が発生する逆起電力、すなわちバッテリ１５０の充電電力が低減される。これにより、ＳＯＣが早期に上昇することが抑えられ、充電可能電力ＷＩＮが早期に低下することが抑制される。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ３００は、インバータレス走行制御中において充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１未満に低下した場合、システム電圧ＶＨを増加することによって、逆起電圧Ｖｃとシステム電圧ＶＨとの電圧差ΔＶを小さくする。これにより、モータジェネレータ１０が発生する逆起電力、すなわちバッテリ１５０の充電電力が低減される。そのため、ＳＯＣが早期に上昇することが抑えられ、充電可能電力ＷＩＮが早期に低下することが抑制される。その結果、充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１未満に低下した場合においても、インバータレス走行制御を長く継続することができるため、インバータレス走行制御による退避走行距離を延ばすことができる。

［変形例］
上述の実施の形態においては、システム電圧ＶＨを増加させることによって電圧差ΔＶを小さくしたが、他の手法を用いて電圧差ΔＶを小さくするようにしてもよい。本変形例においては、エンジン回転速度Ｎｅを低下させることによって電圧差ΔＶを小さくする。

図８は、本変形例によるＥＣＵ３００が行なう処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは所定周期で繰り返し実行される。なお、図８に示したステップのうち、前述の図６に示したステップと同じ番号を付しているステップについては、既に説明したため詳細な説明は繰り返さない。

インバータ異常が生じている場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２、Ｓ１６〜Ｓ１８にて、制御モードを退避モードに設定してインバータレス走行を行なう。

具体的には、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２にてインバータ２２１，２２２をゲート遮断状態にした後、Ｓ１６にて充電可能電力ＷＩＮに基づいて目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇを算出する。

図９は、充電可能電力ＷＩＮと目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇとの対応関係を示す図である。図９に示すように、充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１よりも大きい領域では、目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇは所定回転速度Ｎ１とされる。一方、充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１よりも小さい領域では、目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇは所定回転速度Ｎ１よりも小さい値に低下される。より具体的には、充電可能電力ＷＩＮが小さいほど、目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇは小さい値に設定される。ＥＣＵ３００は、たとえば、図９に示すような対応関係をマップとして予め記憶しておき、このマップを参照して実際の充電可能電力ＷＩＮに対応する目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇを算出する。

図８に戻って、Ｓ１７にて、ＥＣＵ３００は、エンジン回転速度ＮｅがＳ１６で算出された目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇとなるようにエンジン１００を制御する。

Ｓ１８にて、ＥＣＵ３００は、システム電圧ＶＨが目標システム電圧ＶＨｔａｇとなるようにコンバータ２１０を制御する。本変形例において、目標システム電圧ＶＨｔａｇは、予め定められた一定値である。すなわち、システム電圧ＶＨは一定となる。

したがって、バッテリの充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１未満に低下した場合において、システム電圧ＶＨは一定となる一方、エンジン回転速度Ｎｅは低下され、共線図の関係によりＭＧ１回転速度Ｎｍ１が低下するため、モータジェネレータ１０が発生する逆起電圧Ｖｃは低下される（図４参照）。これにより、逆起電圧Ｖｃとシステム電圧ＶＨとの電圧差ΔＶ（＝Ｖｃ−ＶＨ）を小さくすることができる。その結果、上述の実施の形態と同様、充電可能電力ＷＩＮが所定値Ｗ１未満に低下した場合においても、インバータレス走行制御を長く継続することができる。

また、上述した実施の形態およびその変形例については、適宜組合せることも可能である。すなわち、システム電圧ＶＨの増加とエンジン回転速度Ｎｅの低下とを適宜組み合わせることによって、電圧差ΔＶを小さくすることも可能である。

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。

１ 車両、１０，２０ モータジェネレータ、１２ 永久磁石、３０ 遊星歯車機構、５０ 駆動輪、６０ 出力軸、１００ エンジン、１１０ クランクシャフト、１５０ バッテリ、２１０ コンバータ、２２１，２２２ インバータ、２３０ 電圧センサ、２４１，２４２ 電流センサ、３００ ＥＣＵ、４１０ エンジン回転速度センサ、４２１，４２２ レゾルバ、４４０ 監視ユニット、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ１４ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＮＬ，ＰＬ 電力線、Ｑ１〜Ｑ１４ スイッチング素子、Ｐ ピニオンギヤ、Ｒ リングギヤ、Ｓ サンギヤ、ＣＡ キャリア。

Claims (3)

1. エンジンと、
   ロータに永久磁石を有する第１回転電機と、
   駆動輪に接続された出力軸と、
   前記エンジン、前記第１回転電機および前記出力軸を機械的に連結し、前記第１回転電機、前記エンジンおよび前記出力軸の間でトルクを伝達可能な遊星歯車装置と、
   前記出力軸に接続された第２回転電機と、
   バッテリと、
   前記バッテリの電圧を昇圧して出力可能に構成されたコンバータと、
   前記コンバータと前記第１回転電機および前記第２回転電機との間で電力変換を実行可能に構成されたインバータと、
   前記インバータによる前記第１回転電機および前記第２回転電機の駆動を正常に行なうことができない場合にインバータレス走行制御を実行する制御装置とを備え、
   前記インバータレス走行制御は、前記インバータをゲート遮断状態にし、かつ、前記第１回転電機が逆起電圧に起因する制動トルクを発生するように前記エンジンおよび前記コンバータを制御することによって、前記制動トルクの反力として前記出力軸に作用するトルクで車両を走行させる制御であり、
   前記制御装置は、前記インバータレス走行制御中において、前記バッテリの充電可能電力が所定値よりも小さい場合、前記バッテリの充電可能電力が前記所定値よりも大きい場合に比べて前記第１回転電機の前記逆起電圧と前記コンバータの出力電圧との電圧差を小さくする、ハイブリッド車両。
2. 前記制御装置は、前記コンバータの出力電圧を増加させることによって、前記電圧差を小さくする、請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記制御装置は、前記エンジンの回転速度を低下させることによって、前記電圧差を小さくする、請求項１に記載のハイブリッド車両。

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