JP6183339B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、エンジンとプラネタリギヤと第１，第２モータと第１，第２インバータと第２インバータとバッテリとを備えるハイブリッド自動車に関する。
従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、プラネタリギヤと、第１，第２モータと、第１，第２インバータと、バッテリと、昇圧回路と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、プラネタリギヤのサンギヤには、第１モータの回転子が接続されている。プラネタリギヤのキャリヤには、エンジンのクランクシャフトが接続されている。プラネタリギヤのリングギヤには、駆動輪に連結された駆動軸が接続されている。第２モータの回転子は、駆動軸に接続されている。第１，第２インバータは、第１，第２モータを駆動する。昇圧回路は、バッテリが接続された低電圧系の電力を昇圧して第１，第２インバータが接続された高電圧系に供給したり、高電圧系の電力を降圧して低電圧系に供給したりする。このハイブリッド自動車では、第１インバータのゲート遮断が可能な範囲内で第１モータを正常に駆動できなくなる所定の異常が生じたときには、第１インバータをゲート遮断し、エンジン，昇圧回路，第２インバータを以下のように制御する。エンジンについては、最高回転数で自立運転する。昇圧回路については、回転に伴って逆起電圧を発生する第１モータで発生可能な最大の発電電力が生じるように高電圧系の目標電圧を設定し、高電圧系の電圧が目標電圧になるように制御する。第２インバータについては、バッテリの入出力制限の範囲内で第２モータから駆動軸に要求トルクが出力されて走行するように制御する。これにより、第２モータからの動力のみによる走行をより長く継続可能とすることができる。
特開２０１０−１２８２７号公報
上述のハイブリッド自動車では、所定の異常が生じたときに、エンジンが運転停止されている場合、エンジンの運転停止を継続して第２モータからの動力のみにより走行する。このため、第２モータからの動力のみによる走行を継続可能な時間や距離が短くなってしまう。したがって、第１モータによるエンジンのクランキングを行なうことが出来ない場合に、エンジンを運転できるようにすることが要請される。
本発明のハイブリッド自動車は、第１インバータの制御に用いるセンサに異常が生じたときにエンジンが運転停止されている場合に、エンジンを運転できるようにすることを主目的とする。
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド自動車は、
エンジンと、
三相交流モータとして構成されると共に動力を入出力可能な第１モータと、
前記第１モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と駆動輪に連結された駆動軸とに３つの回転要素が共線図において前記回転軸，前記出力軸，前記駆動軸の順に並ぶように接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、
前記第１モータを駆動する第１インバータと、
前記第２モータを駆動する第２インバータと、
前記第１，第２インバータを介して前記第１，第２モータと電力をやりとり可能なバッテリと、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記第１インバータの制御に用いるセンサに異常が生じた所定異常時に前記エンジンが運転停止されている場合、前記第１インバータについては、該第１インバータの複数のスイッチング素子のうち上アームの全てまたは下アームの全てがオンとなるように制御する三相オン制御を実行し、前記第２インバータについては、前記第２モータから前記駆動軸に走行用のトルクが出力されるように制御し、前記エンジンについては、該エンジンの回転数が所定回転数以上に至ったときに運転制御を開始する制御手段、
ことを特徴とする。
この本発明のハイブリッド自動車では、第１モータの回転軸とエンジンの出力軸と駆動輪に連結された駆動軸とが、プラネタリギヤの３つの回転要素に、共線図において回転軸，出力軸，駆動軸の順に並ぶように接続されている。そして、第１インバータの制御に用いるセンサに異常が生じた所定異常時にエンジンが運転停止されている場合、エンジンと第１，第２インバータとを以下のように制御する。第１インバータについては、第１インバータの複数のスイッチング素子のうち上アームの全てまたは下アームの全てがオンとなるように制御する三相オン制御を実行する。第２インバータについては、第２モータから駆動軸に走行用のトルクが出力されるように制御する。エンジンについては、エンジンの回転数が所定回転数以上に至ったときに運転制御を開始する。ここで、共線図の関係から、エンジンの運転停止中には、駆動軸の回転数が正の場合、第１モータの回転数は負となる。また、第１モータの回転数が負のときに、第１インバータの三相オン制御を行なうと、第１モータの回転数が正となる方向のトルク（引き摺りトルク）が発生する。したがって、第２モータから駆動軸に出力されるトルクにより駆動軸の回転数が増加するときに、第１モータの引き摺りトルクによって第１モータの回転数が負側に大きくなるのを抑制することにより、エンジンの回転数を増加させることができる。これにより、第１モータによりエンジンをクランキングすることができないときに、エンジンの回転数を増加させて、エンジンの運転制御を開始可能とすることができる。そして、エンジンの回転数が所定回転数以上に至ったときに、エンジンの運転制御を開始することができる。そして、エンジンからのトルクによってエンジンの回転数を更に増加させることができる。こうしてエンジンの回転数をある程度増加させると、第１インバータをゲート遮断して、エンジンを目標回転数で回転させることにより、第１モータの逆起電圧に起因する電力をバッテリの充電や第２モータの駆動に用いることができる。これにより、第２モータからの動力だけで走行する際の走行可能時間や走行可能距離をより長くすることができる。
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記所定異常時に、前記エンジンの回転数が前記所定回転数より大きい第２所定回転数以上の場合、前記第１インバータについてはゲート遮断を行ない、前記エンジンについては目標回転数で回転するように制御し、前記第２インバータについては前記第２モータから前記駆動軸に走行用のトルクが出力されるように制御する手段である、ものとすることもできる。これにより、第２モータからの動力だけで走行する際の走行可能時間や走行可能距離をより長くすることができる。
また、本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記所定異常時に、前記エンジンが運転停止されており且つ車速が所定車速以下の場合、前記第１インバータについては、ゲート遮断を行なう手段である、ものとすることもできる。ここで、所定車速は、第１インバータの三相オン制御による第１モータの引き摺りトルクにより駆動軸の回転数が値０を跨いで正の値と負の値とで変動する可能性がある車速範囲の上限などとすることができる。したがって、車速が所定車速以下のときには、第１インバータを駆動停止することにより、駆動軸の回転数が値０を跨いで変動するのを抑制することができる。
さらに、本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記第１インバータについては、前記三相オン制御を行なっているときに前記第１モータの回転方向が前記エンジンの回転方向と同一方向となったときには、ゲート遮断を行なう手段である、ものとすることもできる。
本発明の一実施例としての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。 実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行される所定異常時制御ルーチンの一例を示す説明図である。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 プラネタリギヤ３０の回転要素における回転数の関係を示す共線図の一例を示す説明図である。 インバータ４１の三相オン制御を行なっているときのモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と引き摺りトルクＴｄｒとの関係の一例を示す説明図である。 インバータ４１の三相オン制御を行ないながら走行するときのプラネタリギヤ３０の回転要素における回転数およびトルクの関係を示す共線図の一例を示す説明図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例としての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。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、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。
エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により運転制御されている。
エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒ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ＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための種々の制御信号、例えば、スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号，燃料噴射弁への駆動信号，イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号などが出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、ＨＶＥＣＵ７０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ＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ２３により検出されたクランク角θｃｒに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ち、エンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。
プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、エンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。
モータＭＧ１は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを有する同期発電電動機として構成されており、上述したように回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、モータＭＧ１と同様の同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。
インバータ４１，４２とバッテリ５０とは、電力ライン５４により接続されている。そして、電力ライン５４には、平滑用のコンデンサ５７が取り付けられている。
図２に示すように、インバータ４１は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ電力ライン５４の正極母線と負極母線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いる。また、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータＭＧ１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、インバータ４１に電圧が作用しているときに、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータＭＧ１が回転駆動される。
インバータ４２は、インバータ４１と同様に、６つのトランジスタＴ２１〜Ｔ２６と６つのダイオードＤ２１〜Ｄ２６とを有する。そして、インバータ４２に電圧が作用しているときに、モータＥＣＵ４０によって、対となるトランジスタＴ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータＭＧ２が回転駆動される。
モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。図１に示すように、モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、レゾルバなどの回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２，電流センサ４５ｕ，４５ｖ，４６ｕ，４６ｖからのモータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２などが入力ポートを介して入力されている。また、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６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。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、ＨＶＥＣＵ７０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の駆動状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。
バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。このバッテリ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により管理されている。
バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。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電圧センサからの電池電圧Ｖｂ，バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサからの電池温度Ｔｂなどが入力ポートを介して入力されている。また、バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。バッテリＥＣＵ５２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電池電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算している。
ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０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。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、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、エンジン２２の運転を伴って走行するハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）やエンジン２２の運転を停止して走行する電動走行モード（ＥＶ走行モード）で走行する。
ＨＶ走行モードでの走行時には、ＨＶＥＣＵ７０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と車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて走行に要求される（駆動軸３６に出力すべき）要求トルクＴｒ＊を設定する。続いて、設定した要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｒを乗じて、走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算する。ここで、駆動軸３６の回転数Ｎｒは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を用いるものとした。そして、計算した走行用パワーＰｄｒｖ＊からバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときが正の値）を減じて、車両に要求される（エンジン２２から出力すべき）要求パワーＰｅ＊を設定する。次に、要求パワーＰｅ＊がエンジン２２から出力される要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する。そして、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に送信し、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信する。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに基づいてエンジン２２が運転されるように、エンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行なう。また、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようにインバータ４１，４２のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のスイッチング制御を行なう。なお、インバータ４１，４２の制御は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２と電流センサ４５ｕ，４５ｖ，４６ｕ，４６ｖにより検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２とを用いて、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）により行なわれる。ＰＷＭ制御は、モータＭＧ１，ＭＧ２の電圧指令と三角波（搬送波）電圧との比較によりトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合を調節する制御である。このＨＶ走行モードでの走行時には、要求パワーＰｅ＊が停止用閾値Ｐｓｔｏｐ以下に至ったときなどエンジン２２の停止条件が成立したときに、エンジン２２の運転を停止してＥＶ走行モードでの走行に移行する。
ＥＶ走行モードでの走行時には、ＨＶＥＣＵ７０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と車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定する。続いて、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共に要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する。そして、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようにインバータ４１，４２のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のスイッチング制御を行なう。このＥＶ走行モードでの走行時には、ＨＶ走行モードでの走行時と同様に計算した要求パワーＰｅ＊が停止用閾値Ｐｓｔｏｐより大きいエンジン２２の始動条件が成立したときに、エンジン２２を始動してＨＶ走行モードでの走行に移行する。
ここで、エンジン２２の始動は、基本的には、エンジン２２をクランキングするためのクランキングトルクＴｃｒをモータＭＧ１から出力すると共にこのクランキングトルクＴｃｒの出力に伴って駆動軸３６に作用するトルクをキャンセルするためのキャンセルトルクＴｃｎをモータＭＧ２から出力することによってエンジン２２をクランキングし、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数（例えば、８００ｒｐｍや１０００ｒｐｍなど）以上に至ったときにエンジン２２の運転制御（燃料噴射制御や点火制御）を開始する、ことにより行なわれる。なお、このエンジン２２の始動の最中も要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ２の駆動制御が行なわれる。即ち、モータＭＧ２から出力すべきトルクは、要求トルクＴｒ＊とキャンセルトルクＴｃｎとの和のトルクとなる。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、回転位置検出センサ４３や電流センサ４５ｕ，４５ｖなど、インバータ４１の制御（モータＭＧ１の駆動制御）に用いるセンサに何らかの異常が生じた所定異常時の動作について説明する。図３は、実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行される所定異常時制御ルーチンの一例を示す説明図である。このルーチンは、所定異常時に、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
所定異常時制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖ，エンジン２２の回転数Ｎｅ，駆動軸３６の回転数Ｎｒなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、アクセル開度Ａｃｃは、アクセルペダルポジションセンサ８４により検出された値を入力するものとした。車速Ｖは、車速センサ８８により検出された値を入力するものとした。エンジン２２の回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサ２３により検出されたクランク角θｃｒに基づいて演算された値を入力するものとした。駆動軸３６の回転数Ｎｒは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を入力するものとした。なお、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４４により検出されたモータＭＧ２の回転子の回転位置θｍ２に基づいて演算された値をモータ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、走行に要求される要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴｒ＊は、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図示しないＲＯＭ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。要求トルク設定用マップの一例を図４に示す。
こうして要求トルクＴｒ＊を設定すると、エンジン２２の回転数Ｎｅを閾値Ｎｒｅｆと比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｎｒｅｆは、エンジン２２がある程度の回転数で回転しているか否かを判定するために用いられるものであり、例えば、７００ｒｐｍや８００ｒｐｍなどを用いることができる。
エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上のときには、インバータ４１のゲート遮断指令をモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ１３０）、要求トルクＴｒ＊をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定してモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１４０）。インバータ４１のゲート遮断指令とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを受信したモータＥＣＵ４０は、インバータ４１のゲート遮断（トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の全てのオフ）を行なうと共に、モータＭＧ２がトルク指令Ｔｍ２＊で駆動されるようにインバータ４２のトランジスタＴ２１〜Ｔ２６のスイッチング制御を行なう。
続いて、モータＭＧ１が所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔで回転するように、モータＭＧ１の所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔと駆動軸３６の回転数Ｎｒとを用いて次式（１）によりエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊で回転するようにエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行なう。
Ne*=Nm1set・ρ/(1+ρ)+Nr/(1+ρ) (1)
図５は、プラネタリギヤ３０の回転要素における回転数の関係を示す共線図の一例を示す説明図である。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤの回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリヤの回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２であるリングギヤ（駆動軸３６）の回転数Ｎｒ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。インバータ４１のゲート遮断を行なっているときには、その回転に伴って発生する逆起電圧が電力ライン５４より高いときに、逆起電圧に起因する電力（以下、逆起発電電力という）が電力ライン５４に供給される。実施例では、これを踏まえて、モータＭＧ１の所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔは、モータＭＧ１の逆起発電電力が最大となる回転数，モータＭＧ１の逆起発電電力が閾値以上となる回転数範囲内の回転数などを実験や解析などにより予め定めておいて用いるものとした。
こうした制御により、モータＭＧ１の逆起発電電力をモータＭＧ２の駆動やバッテリ５０の充電に用いて走行する所定発電走行を行なうことができる。これにより、モータＭＧ２から駆動軸３６に出力されるトルク（パワー）だけで走行する際の走行可能時間や走行可能距離をより長くすることができる。なお、上述の閾値Ｎｒｅｆは、こうした所定発電走行を行なうか否かを判定するための閾値として考えることができる。
ステップＳ１２０でエンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ未満のときには、上述の所定発電走行に移行するための移行条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１６０）。ここで、移行条件は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃが閾値Ａｒｅｆ以上であるアクセル条件と、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ１以上で且つそれより高い閾値Ｖｒｅｆ２以下である車速条件と、を用いるものとした。閾値Ａｒｅｆは、例えば、１５％，２０％，２５％などをを用いることができる。閾値Ｖｒｅｆ１は、例えば、１ｋｍ／ｈ，２ｋｍ／ｈ，３ｋｍ／ｈなどを用いることができる。閾値Ｖｒｅｆ２は、例えば、１４ｋｍ／ｈ，１５ｋｍ／ｈ，１６ｋｍ／ｈなどを用いることができる。実施例では、アクセル条件と車速条件との何れか一方または両方を満たさないときには、移行条件が成立していないと判定し、アクセル条件と車速条件との両方を満たすときには、移行条件が成立していると判定するものとした。
ステップＳ１６０で移行条件が成立していないと判定されたときには、インバータ４１のゲート遮断指令をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１７０）。続いて、要求トルクＴｒ＊をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定してモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１８０）。そして、本ルーチンを終了する。インバータ４１のゲート遮断指令とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを受信したモータＥＣＵ４０は、インバータ４１のゲート遮断（トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の全てのオフ）を行なうと共に、モータＭＧ２がトルク指令Ｔｍ２＊で駆動されるようにインバータ４２のトランジスタＴ２１〜Ｔ２６のスイッチング制御を行なう。
ステップＳ１６０で移行条件が成立していると判定されたときには、インバータ４１の三相オン指令をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１９０）。続いて、要求トルクＴｒ＊をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定してモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ２００）。インバータ４１の三相オン指令とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、以下の制御を行なう。インバータ４１については、三相オン制御を行なう。三相オン制御は、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６のうち上アーム（Ｔ１１〜Ｔ１３）の全てをオンとすると共に下アーム（Ｔ１４〜Ｔ１６）の全てをオフとするか、あるいは、上アーム（Ｔ１１〜Ｔ１３）の全てをオフとすると共に下アーム（Ｔ１４〜Ｔ１６）の全てをオンとする制御である。また、インバータ４２については、モータＭＧ２がトルク指令Ｔｍ２＊で駆動されるようにトランジスタＴ２１〜Ｔ２６のスイッチング制御を行なう。
図６は、インバータ４１の三相オン制御を行なっているときのモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と引き摺りトルクＴｄｒとの関係の一例を示す説明図である。図示するように、三相交流の同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１では、インバータ４１の三相がオンとされたときの引き摺りトルクＴｄｒは、回転数Ｎｍ１の値０からの増加に対して、負のトルク（回転数Ｎｍ１を値０に近づける方向のトルク）として、その絶対値が一旦増加した後に減少する。なお、図６では、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が正の場合について説明したが、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が負の場合には、引き摺りトルクＴｄｒは正のトルクとなる。
図７は、インバータ４１の三相オン制御を行ないながら走行するときのプラネタリギヤ３０の回転要素における回転数およびトルクの関係を示す共線図の一例を示す説明図である。図中、実線は、エンジン２２が回転停止しているときの様子を示し、破線は、実線から駆動軸３６の回転数Ｎｒ（車速Ｖ）が増加したときの様子を示す。図中実線に示すように、エンジン２２の回転停止中に、駆動軸３６の回転数Ｎｒが正のときには、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が負となる。このときに、インバータ４１の三相オン制御を行なうと、モータＭＧ１の引き摺りトルクＴｄｒは、図中Ｓ軸の太線矢印に示すように、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を増加させる方向のトルクとなる。したがって、モータＭＧ２から駆動軸３６に出力されるトルクにより駆動軸３６の回転数Ｎｒが増加するときに、モータＭＧ１の引き摺りトルクＴｄｒによってモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が小さくなる（負側に大きくなる）のを抑制することにより、エンジン２２の回転数Ｎｅを増加させることができる。これにより、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングすることができないときに、エンジン２２の回転数Ｎｅを増加させて、エンジン２２の運転制御を開始可能とすることができる。
次に、エンジン２２の回転数Ｎｅを上述の閾値Ｎｒｅｆより低い閾値Ｎｓｔと比較する（ステップＳ２１０）。ここで、閾値Ｎｓｔは、エンジン２２の運転制御（燃料噴射制御や点火制御）を開始することによってエンジン２２の回転数Ｎｅを上述の閾値Ｎｒｅｆ以上に増加させることが可能な最低回転数やそれより若干大きい回転数などを実験や解析などにより予め定めておいて用いることができ、例えば、２００ｒｐｍや３００ｒｐｍなどを用いることができる。
エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｓｔ未満のときには、そのまま本ルーチンを終了する。エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｓｔ以上のときには、エンジン２２の運転制御を開始済みであるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。エンジン２２の運転制御を開始済みでないときには、エンジン２２の運転制御開始信号をエンジンＥＣＵ２４に送信して（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２の運転制御開始信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始する。これにより、エンジン２２の運転制御を開始することができる。ステップＳ２２０でエンジン２２の運転制御を開始済みであるときには、そのまま本ルーチンを終了する。上述のインバータ４１，４２の制御によってエンジン２２の回転数Ｎｅが増加して閾値Ｎｓｔ以上に至ったときに、エンジン２２の運転制御を開始することにより、エンジン２２からのトルクによってエンジン２２の回転数Ｎｅを閾値Ｎｒｅｆ以上に増加させることができる。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上に増加すると、上述したように、ステップＳ１２０でエンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上であると判定され、ステップＳ１３０以降の処理を実行する。即ち、所定発電走行を行なう。これにより、モータＭＧ２から駆動軸３６に出力されるトルク（パワー）だけで走行する際の走行可能時間や走行可能距離をより長くすることができる。
また、実施例では、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ未満のときにおいて、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ１（例えば、１ｋｍ／ｈ，２ｋｍ／ｈ，３ｋｍ／ｈなど）未満のときには、車速条件が成立していないために移行条件が成立していないと判定し、インバータ４１の三相オン制御を行なわず、インバータ４１のゲート遮断を行なう。車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ１未満のときに、インバータ４１の三相オン制御を行なうと、モータＭＧ１の引き摺りトルクに起因して駆動軸３６に作用するトルクや要求トルクＴｒ＊の変動などにより、車速Ｖが値０を跨いで正の値と負の値とで変動する可能性がある。したがって、このときに、インバータ４１のゲート遮断を行なうことにより、車速Ｖが値０を跨いで変動するのを抑制することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、インバータ４１の制御に用いるセンサ（回転位置検出センサ４３や電流センサ４５ｕ，４５ｖなど）に異常が生じた所定異常時において、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ未満のとき（エンジン２２の回転停止中など）には、インバータ４１の三相オン制御を行なう。これにより、モータＭＧ２から駆動軸３６に出力されるトルクによって駆動軸３６の回転数Ｎｒ（車速Ｖ）が増加するときに、モータＭＧ１の引き摺りトルクＴｄｒによってモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が小さくなる（負側に大きくなる）のを抑制することにより、エンジン２２の回転数Ｎｅを増加させることができる。この結果、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングすることができないときに、エンジン２２の回転数Ｎｅを増加させて、エンジン２２の運転制御を開始可能とすることができる。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｓｔ以上に至ったときに、エンジン２２の運転制御を開始する。これにより、エンジン２２を運転することができる。そして、エンジン２２からのトルクによってエンジン２２の回転数Ｎｅを閾値Ｎｒｅｆ以上に増加させることができる。エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上に至ると、インバータ４１をゲート遮断し、モータＭＧ１の逆起電圧に起因する発電電力をモータＭＧ２の駆動やバッテリ５０の充電に用いて走行する。これにより、モータＭＧ２から駆動軸３６に出力されるトルク（パワー）だけで走行する際の走行可能時間や走行可能距離をより長くすることができる。
また、実施例のハイブリッド自動車２０では、所定異常時において、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ未満のとき（エンジン２２の回転停止中など）に、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ１未満のときには、インバータ４１の三相オン制御を行なわず、インバータ４１のゲート遮断を行なう。これにより、車速Ｖが値０を跨いで変動するのを抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、所定異常時において、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ未満のときに、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ１未満のときには、インバータ４１の三相オン制御を行なわず、インバータ４１のゲート遮断を行なうものとした。しかし、インバータ４１の三相オン制御を行なうものとしてもよい。即ち、実施例では、移行条件のうちの車速条件は、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ１以上で且つ閾値Ｖｒｅｆ２以下である条件としたが、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ２以下である条件としてもよいのである。
実施例のハイブリッド自動車２０では、所定異常時において、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ未満のときに、移行条件が成立しているときには、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１に拘わらず、インバータ４１の三相オン制御を行なうものとした。しかし、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が正の値となったときには、インバータ４１の三相オン制御を中止してゲート遮断を行なうものとしてもよい。これは、以下の理由による。モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が正の値のときには、インバータ４１の三相オン制御を行なうと、モータＭＧ１の引き摺りトルクＴｄｒが回転数Ｎｍ１を小さくする方向のトルクとなる。このため、エンジン２２の運転制御開始前においては、モータＭＧ２から駆動軸３６に出力されるトルクによって駆動軸３６の回転数Ｎｒ（車速Ｖ）が増加するときに、モータＭＧ１の引き摺りトルクＴｄｒによってモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が小さくなり、エンジン２２の回転数Ｎｅがスムーズに増加しない可能性がある。また、エンジン２２の運転制御開始後においては、モータＭＧ１の引き摺りトルクＴｄｒは、エンジン２２からのトルクによるエンジン２２の回転数Ｎｅの増加を妨げる方向のトルクとなる。こうした理由を踏まえて、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が正の値となったときには、インバータ４１の三相オン制御を中止するものとしてもよいのである。
実施例のハイブリッド自動車２０では、所定異常時において、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上のときには、要求トルクＴｒ＊をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定するものとした。しかし、次式（２）に示すように、モータＭＧ１の逆起電圧に起因するトルク（以下、逆起トルクという）Ｔｃｅによりプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルク（−Ｔｃｅ／ρ）を要求トルクＴｒ＊から減じた値をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定するものとしてもよい。ここで、逆起トルクＴｃｅは、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１（所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔ）と逆起トルクＴｃｅとの関係を実験や解析などにより予め定めておいて用いることができる。また、逆起トルクＴｃｅは、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を演算することができる場合には、式（３）に示すように、バッテリ５０の充放電電力ＰｂからモータＭＧ２の消費電力Ｐｍ２を減じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）Ｐｍ１をモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１で除して計算するものとしてもよい。なお、バッテリ５０の充放電電力Ｐｂは、電圧センサにより検出されたバッテリ５０の電池電圧Ｖｂと、電流センサにより検出されたバッテリ５０の電池電流Ｉｂと、の積として演算することができる。また、モータＭＧ２の消費電力Ｐｍ２は、モータＭＧ２のトルクＴｍ２（トルク指令Ｔｍ２＊の前回値）と回転数Ｎｍ２との積として演算することができる。
Tm2*=Tr*+Tce/ρ (2)
Tce=(Pb-Pm2)/Nm1 (3)
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２は「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「第１モータ」に相当し、プラネタリギヤ３０が「プラネタリギヤ」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、インバータ４１が「第１インバータ」に相当し、インバータ４２が「第２インバータ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、図３の所定異常時制御ルーチンを実行するＨＶＥＣＵ７０と、ＨＶＥＣＵ７０からの指令に基づいてエンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４と、ＨＶＥＣＵ７０からの指令に基づいてインバータ４１，４２を制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。
２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ クランクポジションセンサ、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、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、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、４５ｕ，４５ｖ，４６ｕ，４６ｖ 電流センサ、５０ バッテリ、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、５７ コンデンサ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、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、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６ トランジスタ。

Claims (3)

  1. エンジンと、
    三相交流モータとして構成されると共に動力を入出力可能な第１モータと、
    前記第１モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と駆動輪に連結された駆動軸とに３つの回転要素が共線図において前記回転軸，前記出力軸，前記駆動軸の順に並ぶように接続されたプラネタリギヤと、
    前記駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、
    前記第１モータを駆動する第１インバータと、
    前記第２モータを駆動する第２インバータと、
    前記第１，第２インバータを介して前記第１，第２モータと電力をやりとり可能なバッテリと、
    を備えるハイブリッド自動車であって、
    前記第１インバータの制御に用いるセンサに異常が生じた所定異常時に前記エンジンが運転停止されていて前記エンジンの回転数が所定回転数未満の場合、前記第１インバータの複数のスイッチング素子のうち上アームの全てまたは下アームの全てがオンとなるように前記第１インバータを制御する三相オン制御を実行すると共に前記第２モータから前記駆動軸に走行用のトルクが出力されるように前記第２インバータを制御し、前記第２モータから前記駆動軸に出力されるトルクによる前記駆動軸の回転数の増加と前記三相オン制御に起因するトルクとによって前記エンジンの回転数が増加して前記所定回転数以上に至ったときに、前記エンジンの運転制御を開始する制御手段、
    を備えることを特徴とするハイブリッド自動車。
  2. 請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
    前記制御手段は、前記所定異常時に前記エンジンが運転されていて且つ前記エンジンの回転数が前記所定回転数より大きい第２所定回転数以上の場合、前記第１インバータについてはゲート遮断を行ない、前記エンジンについては目標回転数で回転するように制御し、前記第２インバータについては前記第２モータから前記駆動軸に前記走行用のトルクが出力されるように制御する手段である、
    ことを特徴とするハイブリッド自動車。
  3. 請求項１または２記載のハイブリッド自動車であって、
    前記制御手段は、前記所定異常時に、前記エンジンが運転停止されているときにおいて、車速が所定車速以上の場合、前記第１インバータについては、前記三相オン制御を実行し、車速が前記所定車速未満の場合、前記第１インバータについては、ゲート遮断を行なう手段である、
    ことを特徴とするハイブリッド自動車。
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