JP6252569B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関し、より特定的には、ハイブリッド車両において、モータジェネレータの駆動インバータを構成するスイッチング素子に短絡故障が発生した場合の制御に関する。

ハイブリッド車両において、エンジンと、三相交流モータを含む第１のモータジェネレータと、車輪の駆動軸に同期して回転可能に構成された第２のモータジェネレータと、遊星歯車機構とを備える構成が知られている。遊星歯車機構は、第１のモータジェネレータが連結されたサンギヤと、第２のモータジェネレータが連結されたリングギヤと、エンジンが連結されたキャリアとを含む。

第１のモータジェネレータの駆動インバータは、三相の駆動アームを含んで構成される。これら駆動アームの各々は、上アームを構成するスイッチング素子と、下アームを構成するスイッチング素子とを有する。

このようなハイブリッド車両において、第１のモータジェネレータの駆動インバータを構成するスイッチング素子に短絡故障が発生した場合、その短絡箇所に過大な短絡電流が流れる可能性がある。したがって、機器の損傷を防止するために適切な処置を講ずることが必要となる。

たとえば特開２０１０−１２９０７号公報（特許文献１）は、第１のモータジェネレータの駆動インバータの一相または二相が短絡故障した場合には、残りの相も短絡させて駆動インバータを三相短絡状態とする制御を開示する。これにより、短絡電流が複数の経路に分散されるので、駆動インバータおよびその周辺機器における過大な発熱を抑制することができる。

特開２０１０−１２９０７号公報

上記構成を有するハイブリッド車両において、第１のモータジェネレータの駆動インバータの一相が短絡故障した場合に、駆動インバータを三相短絡状態に制御することにより退避走行が行なわれる。駆動インバータを三相短絡状態に制御すると、第１のモータジェネレータが回転駆動されたときの逆起電力によって、第１のモータジェネレータの回転を止める方向にトルク（制動トルク）が生ずる。このトルクは「引きずりトルク」とも称される。

上述の退避走行が、たとえばエンジン停止状態にて第２のモータジェネレータを用いた走行（いわゆるモータ走行）により実現される場合、第１のモータジェネレータは負方向に回転することになる。このときの第１のモータジェネレータの回転速度は、引きずりトルクによって正方向（０に近づく方向）に変化する。これに伴い、エンジンが正方向に回転駆動されてエンジン回転速度が増加する。エンジン回転速度を増加させることにより、たとえば停止状態のエンジンを始動させることができれば、退避走行性能を向上させることが可能になる。

上記ハイブリッド車両において、第２のモータジェネレータの回転速度は車速に応じて定まる。したがって、エンジンの回転速度が略一定の場合（たとえばエンジンが停止状態の場合）、第１のモータジェネレータの回転速度も車速に応じて定まる。一般に、引きずりトルクの大きさは、第１のモータジェネレータの回転速度に依存する。よって、引きずりトルクの大きさは、車速に応じて定まることになる。そのため、車速によっては所望の引きずりトルクを確保できず、エンジンの回転速度を適切に増加させることができない場合があり得る。その結果、たとえばエンジンが停止状態の場合には、エンジンを始動可能な回転速度までエンジン回転速度を増加させることができない可能性がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ハイブリッド車両において、第１のモータジェネレータの駆動インバータを三相短絡状態に制御した場合に、エンジン回転速度を適切に増加させることが可能な技術を提供することである。

本発明のある局面に従うハイブリッド車両は、エンジンと、三相交流モータを含む第１の回転電機と、駆動軸に動力を出力可能に構成された第２の回転電機と、遊星歯車機構と、インバータと、変速機と、インバータおよび変速機を制御する制御装置とを備える。遊星歯車機構は、第１の回転電機が連結されたサンギヤ、第２の回転電機が連結されたリングギヤ、およびエンジンが連結されたキャリアを含む。インバータは、各々が上アームおよび下アームを有する三相の駆動アームを含み、第１の回転電機を駆動可能に構成される。変速機は、複数の変速段を有し、第２の回転電機と駆動軸との間に連結される。制御装置は、エンジンが停止している場合に、三相の駆動アームのうちの１つの相において上アームおよび下アームの一方に短絡故障が発生すると、短絡故障が生じていない相における上アームおよび下アームのうち、短絡故障が生じたアームと同じ側のアームを短絡させる三相短絡制御を実行する。制御装置は、第１の回転電機の回転速度が、三相短絡制御により生じるトルクによってエンジンを始動可能な範囲にないときには、第１の回転電機の回転速度が範囲内になるように変速機の変速制御を実行する。

上記構成によれば、複数の変速段を有する変速機がハイブリッド車両に設けられている。この変速機の変速段を変更すると、第２のモータジェネレータの回転速度が変化し得る。これに伴い、第１のモータジェネレータの回転速度も変化し得る。上述のように、上記トルク（引きずりトルク）の大きさは、第１のモータジェネレータの回転速度に依存する。したがって、上記構成では、変速機の変速制御によって第１のモータジェネレータの回転速度を制御し、それにより引きずりトルクの大きさを制御することが可能になる。よって、エンジン回転速度を適切に増加させることができる。

好ましくは、制御装置は、変速制御において、複数の変速段のうちの２以上の変速段の各々について、当該変速段に切替えたときに予測される第１の回転電機の回転速度の予測値を算出する。制御装置は、予測値が範囲内にある変速段のうち、より低速側の変速段を選択する。

共線図上において、エンジンの回転速度の増加量は、上記トルクの大きさ（言い換えると第１の回転電機の回転速度の増加量）だけでなく、上記トルクの反力を受け持つように第２の回転電機から出力される負トルクの大きさ（言い換えると、第２の回転電機の回転速度の減少量）によっても定まる。低速側の変速段ほど第２の回転電機の回転速度が高いので、第２の回転電機の回転速度の減少量が大きくなりやすく、その結果としてエンジンの回転速度の増加量が大きくなりやすい。したがって、上記構成によれば、一層確実にエンジンを始動させることができる。

本発明によれば、ハイブリッド車両において、第１のモータジェネレータの駆動インバータを三相短絡状態に制御した場合に、エンジン回転速度を適切に増加させることができる。

本実施の形態に係るハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。 遊星歯車機構および自動変速機の構成をより詳細に示す図である。 自動変速機の係合作動表を示す図である。 ハイブリッド車両の電気システムの構成を概略的に示すブロック図である。 第１のモータジェネレータの駆動インバータに短絡故障が発生した場合の問題点を説明するための図である。 本実施の形態における駆動インバータの駆動制御の概要を説明するための図である。 三相短絡状態とする制御を実行した場合の各回転要素の挙動を説明するための共線図である。 引きずりトルクと第１のモータジェネレータの回転速度との関係の一例を表す図である。 本実施の形態に係るハイブリッド車両における自動変速機の変速制御を説明するための共線図である。 本実施の形態に係るハイブリッド車両における自動変速機の変速制御を説明するためのフローチャートである。 図１０に示す変速段選択処理を説明するためのフローチャートである。

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。

＜車両構成＞
図１は、本実施の形態に係るハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。図１を参照して、車両１は、エンジン１００と、モータジェネレータ１０，２０と、遊星歯車機構３０と、自動変速機４０と、車輪５０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。

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（第１の回転電機）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（第２の回転電機）２０は、バッテリ１５０からの供給電力およびモータジェネレータ１０による発電電力のうちの少なくとも一方を用いて遊星歯車機構３０の出力軸３１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から受けた動力を、モータジェネレータ１０に伝達される動力と、モータジェネレータ２０および自動変速機４０を介して車輪５０に伝達される動力とに分割する。遊星歯車機構３０の構成については図２にて詳細に説明する。

自動変速機４０は、複数の変速段（本実施の形態では４段）を有する有段式変速機である。自動変速機４０は、ＥＣＵ３００からの変速指示ＡＴに応じて変速段を切り替える。自動変速機４０の入力軸４３は、モータジェネレータ２０に連結されるとともに、遊星歯車機構３０を介してエンジン１００およびモータジェネレータ１０に連結される。自動変速機４０の出力軸４４は、プロペラシャフト６０に連結されている。

プロペラシャフト（駆動軸）６０は、エンジン１００から遊星歯車機構３０および自動変速機４０を介して伝達される動力、および、モータジェネレータ２０から自動変速機４０を介して伝達される動力のうちの少なくとも一方の動力によって回転する。

プロペラシャフト６０には車速センサ４３０が設けられている。車速センサ４３０は、プロペラシャフト６０の回転速度（プロペラシャフト回転速度）Ｎｐを検出し、その検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。ＥＣＵ３００は、車速センサ４３０からの信号に基づいて、車速Ｖを算出する。

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、または電気二重層キャパシタなどのキャパシタを含んで構成される。

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４にて詳細に説明する。

ＥＣＵ（制御装置）３００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。

図２は、遊星歯車機構３０および自動変速機４０の構成をより詳細に表す図である。図１および図２を参照して、遊星歯車機構３０は、サンギヤＳと、リングギヤＲと、キャリアＣＡと、ピニオンギヤＰとを含む。

サンギヤＳは、モータジェネレータ１０のロータ１１に連結される。リングギヤＲは、遊星歯車機構３０の出力軸３１に連結される。ピニオンギヤＰは、サンギヤＳとリングギヤＲとに噛合する。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を保持するとともに、エンジン１００のクランクシャフト１１０に連結される。

自動変速機４０は、シングルピニオン型のプラネタリギヤ４１，４２と、ワンウェイクラッチＦ１とを含む。プラネタリギヤ４１は、サンギヤＳ１と、リングギヤＲ１と、サンギヤＳ１およびリングギヤＲ１に噛合するピニオンギヤＰ１と、ピニオンギヤＰ１が自転かつ公転できるようにピニオンギヤＰ１を保持するキャリアＣＡ１とを有する。プラネタリギヤ４２の構成はプラネタリギヤ４１の構成と同等であるため、説明は繰り返さない。ワンウェイクラッチＦ１は、キャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２が一方向に回転できる一方で、他方向には回転できないようにキャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２を支持する。

自動変速機４０は、ブレーキＢ１，Ｂ２と、クラッチＣＬ１，ＣＬ２とをさらに含む。ブレーキＢ１は、サンギヤＳ１を選択的に固定する。ブレーキＢ２は、キャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２を選択的に固定する。ブレーキＢ１およびクラッチＣＬ１がいずれも係合すると、サンギヤＳ２は、遊星歯車機構３０のリングギヤＲに連結される。クラッチＣＬ２が係合すると、互いに連結されたキャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２は、いずれも遊星歯車機構３０のリングギヤＲに連結される。

このように、自動変速機４０は、各要素の係合状態が変更されることによって、係合状態、半係合状態および解放状態のいずれかの状態に切り替えられる。自動変速機４０の係合状態では、自動変速機４０の入力軸４３と出力軸４４との間でトルクの全部が伝達される。半係合状態では、自動変速機４０の入力軸４３と出力軸４４との間でトルクの一部が伝達される。解放状態では、自動変速機４０の入力軸４３と出力軸４４との間でのトルクの伝達が遮断される。

図３は、自動変速機４０の係合作動表を示す図である。図３において、「Ｙ」はその要素が係合状態であることを示し、「（Ｙ）」はその要素がエンジンブレーキ時に係合されることを示し、空欄はその要素が解放状態であることを示す。

図２および図３を参照して、自動変速機４０では、各要素が係合作動表に従って係合されることにより、４段の前進ギヤ段（１ｓｔ〜４ｔｈで示す）と、後進ギヤ段（Ｒで示す）とが選択的に形成される。前進ギヤ段のうち、１速段の変速比が最も低く、４速段の変速比が最も高い。変速比とは、自動変速機４０の出力軸４４の回転速度に対する自動変速機４０の入力軸４３の回転速度の比を意味する。また、すべての要素を解放状態にすることにより、ニュートラル状態（Ｎで示す）が形成される。なお、図２に示す自動変速機４０の構成および図３に示す係合作動表は一例に過ぎず、これに限定されるものではない。

＜電気システムの構成＞
図４は、車両１の電気システムの構成を概略的に示すブロック図である。図１および図４を参照して、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とを含む。

バッテリ１５０には電圧センサ４４０が設けられている。電圧センサ４４０は、バッテリ１５０の電圧ＶＢを検出して、そ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１５０に並列に接続されている。コンデンサＣ１は、バッテリ１５０から供給された電圧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１５０からコンデンサＣ１を介して供給された電圧ＶＢを昇圧してインバータ２２１，２２２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コンデンサＣ２を介して供給された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、コンバータ２１０の出力電圧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。

各相アームの中間点は、モータジェネレータ１０の各相コイルに接続されている。すなわち、モータジェネレータ１０のＵ相、Ｖ相およびＷ相の３つのコイルの一方端は、中性点に共通接続されている。Ｕ相コイルの他方端は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に接続されている。Ｖ相コイルの他端は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に接続されている。Ｗ相コイルの他方端は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の中間点に接続されている。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の運転指令およびコンバータ２１０の電圧指令値を生成し、ＭＧ−ＥＣＵ３２０に出力する。ＨＶ−ＥＣＵ３１０から出力される運転指令には、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（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。

ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、ＨＶ−ＥＣＵ３１０からモータジェネレータ１０，２０の運転指令およびコンバータ２１０の電圧指令値を受ける。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電圧指令値ならびに各種信号に基づいて、コンバータ２１０の出力電圧ＶＨがコンバータ２１０の電圧指令値に追従するようにコンバータ２１０を制御する。

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の制御について代表的に説明すると、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、ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、出力電圧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（Pulse Width Modulation)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、ＨＶ−ＥＣＵ３１０からモータジェネレータ１０のゲート遮断指令を受けた場合には、ＭＧ−ＥＣＵ３２０は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の各々のスイッチング動作を停止させ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。

＜インバータの短絡故障＞
このような車両１において、走行中に、モータジェネレータ１０を駆動するインバータ２２１にてスイッチング素子が導通状態のままとなってしまう短絡故障が発生する場合がある。

図５は、インバータ２２１に短絡故障が発生した場合の問題点を説明するための図である。三相のうちのいずれの相に短絡故障が発生しても同様であるため、図５および後述する図６では、Ｕ相アーム１Ｕの上アームを構成するスイッチング素子Ｑ３が短絡故障した場合について代表的に説明する。

図５を参照して、スイッチング素子Ｑ３が短絡故障しているにもかかわらず他のスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ８のスイッチング動作を継続して行なうと、Ｕ相アーム１Ｕの下アームを構成するスイッチング素子Ｑ４が導通状態とされたときに、電力線ＰＬと電力線ＮＬとの間が短絡する。これにより、電力線ＰＬから電力線ＮＬへと向かう方向に大きな短絡電流が流れることになるので、スイッチング素子Ｑ４も故障してしまうおそれがある。そのため、スイッチング素子Ｑ３が短絡故障した場合、他のスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ８のスイッチング動作は停止されている。よって、退避走行に伴いモータジェネレータ１０が回転駆動されることにより逆起電力が生じても、ダイオードＤ３〜Ｄ８を経由する電流経路しか形成されなくなる。

たとえば、矢印ＡＲ１にて示すように、モータジェネレータ１０のＶ相端子から、ダイオードＤ５およびスイッチング素子Ｑ３を経由してＵ相端子へと至る経路を短絡電流が流れ得る。また、矢印ＡＲ２にて示すように、モータジェネレータ１０のＷ相端子から、ダイオードＤ７およびスイッチング素子Ｑ３を経由してＵ相端子に至る経路を短絡電流が流れ得る。したがって、短絡故障したスイッチング素子Ｑ３には、矢印ＡＲ１，ＡＲ２にて示す短絡電流の合計電流が流れることになる。

このような状態が比較的長時間続くと、短絡電流が継続的に流れることにより、インバータ２２１の構成部品または電力伝達経路において過大な発熱が起こり得る。具体的には、モータジェネレータ１０の各相コイル、短絡経路に設けられたダイオードＤ５，Ｄ７、またはインバータ２２１とモータジェネレータ１０とを電気的に接続するワイヤハーネス（図示せず）などが発熱により損傷する可能性がある。よって、これら機器の損傷を防止するために適切な処置を講ずることが必要となる。

図６は、本実施の形態におけるインバータ２２１の駆動制御の概要を説明するための図である。図６を参照して、スイッチング素子Ｑ３が短絡故障した状態において車両１の走行が行われると、図５にて説明したように、矢印ＡＲ３に示す短絡電流が流れ得る。

本実施の形態では、三相のうちの１相の上アームおよび下アームの一方に短絡故障が発生すると、短絡故障が生じていない相における上アームおよび下アームのうち、短絡故障が生じたアームと同じ側のアームを導通させる。すなわち、上アームを構成するスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７のうちの１つが短絡した場合には、上アームを構成するすべてのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７が導通状態に切り替えられる。図５および図６では、スイッチング素子Ｑ３が短絡したため、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ７を導通させる例が示されている。一方、図示しないが、下アームを構成するスイッチング素子Ｑ４，Ｑ６，Ｑ７のうちの１つが短絡した場合には、下アームを構成するすべてのスイッチング素子Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８が導通状態に切り替えられる。以下、この制御を「三相短絡制御」とも称する。

三相短絡制御を実行することにより、矢印ＡＲ３のように流れている短絡電流の一部が、矢印ＡＲ４のように、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ７を介してモータジェネレータ１０のＷ相端子へと至る経路に分岐される。このように、短絡電流を複数の経路に分散することによって、インバータ２２１の構成部品および電力伝達経路の発熱が過大となることが防止できる。これにより、モータジェネレータ１０およびインバータ２２１の損傷を防止しつつ、近くの修理工場または退避場所へ退避走行を行なうことが可能になる。

＜引きずりトルク＞
インバータ２２１の三相短絡制御を実行すると、車両１の退避走行に伴いモータジェネレータ１０が回転駆動されたときの逆起電力（電磁気的な作用）によって、モータジェネレータ１０の回転を止める方向に引きずりトルクが生ずる。

図７は、三相短絡制御を実行した場合の各回転要素の挙動を説明するための共線図である。図２および図７を参照して、遊星歯車機構３０が上述の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を有する。

本実施の形態では、エンジン１００は停止状態であり、モータジェネレータ２０を用いて車両１の退避走行（いわゆるモータ走行）が行なわれている状況を想定する。この場合、直線Ｗ１で示すように、モータジェネレータ１０は負方向に回転することになる。そのため、モータジェネレータ１０からは、正方向（０に近づく方向）の引きずりトルクＴｄｒが出力される。したがって、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１は、引きずりトルクによって０に近づく方向に変化する。これに伴い、エンジン１００が正方向に回転駆動されてエンジン回転速度Ｎｅが増加する。

エンジン回転速度Ｎｅを増加させることにより、直線Ｗ２で示すようにエンジン回転速度Ｎｅがしきい値Ｎｃ（たとえば数百ｒｐｍ）を上回れば、エンジン１００を始動させることが可能である。エンジン１００が始動すれば、車両１の退避走行性能が向上する。たとえば走行距離を伸ばしたり、車速Ｖを高めたりすることができる。

引きずりトルクＴｄｒの大きさは、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１に依存する。図８は、引きずりトルクＴｄｒとＭＧ１回転速度Ｎｍ１との対応関係の一例を表す図である。図８において、横軸はＭＧ１回転速度Ｎｍ１を示し、縦軸は引きずりトルクＴｄｒを示す。

図８を参照して、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が負値から正方向に増加するに従い、引きずりトルクＴｄｒは大きくなる。ＭＧ１回転速度Ｎｍ１がさらに増加すると、引きずりトルクＴｄｒは逆に小さくなる。

十分な引きずりトルクＴｄｒが生じていない場合には、エンジン回転速度Ｎｅは所望量よりも小さくなり得る。そのため、引きずりトルクＴｄｒを用いて、エンジン回転速度Ｎｅを、エンジン１００を始動可能なしきい値Ｎｃ（図７参照）まで増加させることができるＭＧ１回転速度Ｎｍ１の範囲は限られている。以下、この範囲を「範囲Ｚ」と称し、斜線で示す。エンジン１００を始動させるためには、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１がＸ１以上かつＸ２以下の範囲Ｚ内である必要がある。

ここで、車両１に自動変速機４０が設けられていないと仮定する。この場合、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２は車速Ｖに応じて定まる。エンジン回転速度Ｎｅは略０であるため、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１も車速Ｖに応じて定まることになる。その結果、図８に示した対応関係に基づき、引きずりトルクＴｄｒの大きさも車速Ｖに応じて定まることになる。よって、車速Ｖによっては所望の引きずりトルクＴｄｒ（図８におけるＴｃ）を確保できず、エンジン回転速度Ｎｅを適切に増加させることができない場合があり得る。その結果、ここで想定している例のようにエンジン１００が停止状態の場合には、エンジン１００を始動可能な回転速度（しきい値Ｎｃ）までエンジン回転速度Ｎｅを増加させることができない可能性がある。

そこで、本実施の形態によれば、自動変速機４０の変速制御を実行することによって、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１を制御し、それにより引きずりトルクＴｄｒの大きさを制御する構成を採用する。言い換えると、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が、三相短絡制御により生じる引きずりトルクＴｄｒによってエンジン１００を始動可能な範囲Ｚ内にないときには、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が範囲Ｚ内になるように自動変速機４０の変速制御を実行する。以下、この変速制御について詳細に説明する。

図９は、本実施の形態に係る車両１における自動変速機４０の変速制御を説明するための図である。図９においては、図中右側に共線図を示す。図中左側には、引きずりトルクＴｄｒとＭＧ１回転速度Ｎｍ１との対応関係を表す図（図８参照）を示す。

図１および図９を参照して、プロペラシャフト回転速度Ｎｐは車速Ｖに応じて定まる。本実施の形態ではモータジェネレータ２０とプロペラシャフト６０との間に自動変速機４０が設けられているので、自動変速機４０の変速段を変更することにより、プロペラシャフト回転速度Ｎｐに対するＭＧ２回転速度Ｎｍ２の大小関係が変化し得る。

図９に示す例では、３速段が直結段であるため、３速段が形成された場合に、ＭＧ２回転速度Ｎｍ１とプロペラシャフト回転速度Ｎｐとが等しくなる。一方、１速段または２速段が形成された場合、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２は、プロペラシャフト回転速度Ｎｐよりも高くなる。４速段が形成された場合、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２は、プロペラシャフト回転速度Ｎｐよりも低くなる。このようなＭＧ２回転速度Ｎｍ２の変化に伴い、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１も変化することになる。すなわち、自動変速機４０の変速制御により、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１を制御することができる。

自動変速機４０において１速段が形成された場合、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１はＮｇ１となる。図９に示す例では、Ｎｇ１は範囲Ｚ外である。したがって、１速段が形成された場合には、引きずりトルクＴｄｒの大きさが相対的に小さく、停止状態のエンジン１００を始動可能なしきい値Ｎｃまでエンジン回転速度Ｎｅを増加させることはできない。一方、２速段〜４速段が形成された場合、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１は、それぞれＮｇ２〜Ｎｇ４となる。Ｎｇ２〜Ｎｇ４は、いずれも範囲Ｚ内である。したがって、２速段〜４速段が形成された場合には、エンジン回転速度Ｎｅをしきい値Ｎｃまで増加させてエンジン１００を始動させることができる。

このように、本実施の形態によれば、自動変速機４０の変速制御によりＭＧ１回転速度Ｎｍ１を制御することによって、引きずりトルクＴｄｒの大きさを変化させることができる。所望の引きずりトルクＴｄｒを確保することにより、エンジン回転速度Ｎｅを適切に増加させることができる。

また、本実施の形態のように、エンジン１００を始動可能な変速段が複数存在する場合には、より低速側の変速段（図９に示す例では２速段）を選択することが望ましい。三相短絡制御実行時のエンジン回転速度Ｎｅの増加量は、引きずりトルクの大きさのみにより定まるものではない。共線図上において、エンジンの回転速度の増加量は、引きずりトルクＴｄｒの反力を受け持つようにモータジェネレータ２０から出力される負トルクの大きさ、言い換えるとＭＧ２回転速度Ｎｍ２の減少量によっても定まる。低速側の変速段ほどＭＧ２回転速度Ｎｍ２が高いので、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２の減少量が大きくなりやすく、その結果としてエンジン回転速度Ｎｅの増加量が大きくなりやすくい。したがって、より低速側の変速段を選択することで一層確実にエンジン１００を始動させることができる。

図１０は、本実施の形態に係る車両１における自動変速機４０の変速制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、所定の条件成立時あるいは所定の期間経過毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。なお、このフローチャートの各ステップ（以下、Ｓと略す）は、基本的にはＥＣＵ３００によるソフトウェア処理によって実現されるが、ＥＣＵ３００内に作製された電子回路を用いたハードウェア処理によって実現されてもよい。

図１、図２、図４および図１０を参照して、Ｓ１０において、ＥＣＵ３００は、モータジェネレータ１０に異常があるか否かを診断する。なお、ここでは、モータジェネレータ１０の異常とは、モータジェネレータ１０およびインバータ２２１の構成部品、ならびに、モータジェネレータ１０とインバータ２２１との間の電力伝達経路の異常を包括的に記載したものである。

より具体的に、モータジェネレータ１０の異常の有無は、たとえばインバータ２２１の各相のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の制御パターンと、電流センサ２４１によるモータ電流ＭＣＲＴ１の検出パターンとを比較することによって診断することができる。あるいは、モータジェネレータ１０およびインバータ２２１に設けられた各種センサ（レゾルバ４２１、電圧センサ２３０、および電流センサ２４１）に関する故障情報を参照することによって判断することができる。モータジェネレータ１０の回転駆動制御を正常に行なえない状態となった場合に、ＥＣＵ３００は、モータジェネレータ１０に異常ありと診断する。なお、モータジェネレータ１０に異常がない場合（Ｓ２０においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、以降の処理をスキップして処理をメインルーチンへと戻す。

モータジェネレータ１０に異常がある場合（Ｓ２０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は処理をＳ３０に進め、エンジン１００が停止しているか否かを判定する。ＥＣＵ３００は、エンジン回転速度Ｎｅが所定値を下回る場合にエンジン１００が停止状態であると判定する。エンジン１００が停止している場合（Ｓ３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は処理をＳ４０に進める。なお、エンジン１００が停止していない場合（Ｓ３０においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、以降の処理をスキップして処理をメインルーチンへと戻す。

Ｓ４０において、ＥＣＵ３００は、インバータ２２１の三相短絡制御を実行する。この制御については図５および図６にて詳細に説明したため、説明は繰り返さない。

Ｓ５０において、ＥＣＵ３００は、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１の現在値を取得する。さらに、ＥＣＵ３００は、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１の現在値に対応する引きずりトルクＴｄｒを用いて、エンジン１００を始動可能か回転速度（しきい値Ｎｃ）までエンジン回転速度Ｎｅを増加させることができるか否かを判定する（Ｓ６０）。より具体的には、ＥＣＵ３００のメモリ（図示せず）には、図８に示すような対応関係がマップまたは関係式として予め記憶されている。ＥＣＵ３００は、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１の現在値が範囲Ｚ内であるか否かを判定する。

エンジン１００を始動可能なしきい値Ｎｃまでエンジン回転速度Ｎｅを増加させることができる場合）、すなわちＭＧ１回転速度Ｎｍ１の現在値が範囲Ｚ内にある場合（Ｓ６０においてＹＥＳ、ＥＣＵ３００は、自動変速機４０の変速制御を実行する必要は特にないとして、以降の処理をスキップして処理をメインルーチンへと戻す。一方、インバータ２２１の三相短絡制御により生ずる引きずりトルクＴｄｒではしきい値Ｎｃまでエンジン回転速度Ｎｅを増加させることができない場合、すなわちＭＧ１回転速度Ｎｍ１の現在値が範囲Ｚ内にない場合（Ｓ６０においてＮＯ）には、ＥＣＵ３００は、処理をＳ７０に進め、自動変速機４０の変速制御を実行する。

Ｓ７０において、ＥＣＵ３００は、１速段〜４速段の各変速段について、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値（＝Ｎｇ１〜Ｎｇ４）を算出する。各変速段におけるＭＧ１回転速度Ｎｍ１は、プロペラシャフト回転速度Ｎｐと、その変速段における変速比とからＭＧ２回転速度Ｎｍ２を算出し、さらに図９に示した共線図における直線の関係を用いることによって算出することができる。

Ｓ８０において、ＥＣＵ３００は、Ｓ７０にて算出された各変速段におけるＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値に基づいて、自動変速機４０の変速段を選択するための処理（変速段選択処理）を実行する。

Ｓ９０において、ＥＣＵ３００は、変速段選択処理により選択された変速段を示す変速指示ＡＴを自動変速機４０に出力する。これにより、選択された変速段が自動変速機４０において形成される。

図１１は、図１０に示す変速段選択処理（Ｓ８０）を説明するためのフローチャートである。この変速段選択処理において、ＥＣＵ３００は、以下に詳細に説明するように、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が範囲Ｚ内になるように自動変速機４０の変速制御を実行する。図１、図２、図４、および図１１を参照して、Ｓ１１１において、ＥＣＵ３００は、１速段におけるＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値Ｎｇ１が範囲Ｚ内であるか否かを判定する。予測値Ｎｇ１が範囲Ｚ内の場合（Ｓ１１１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、１速段を変速後の変速段として選択する（Ｓ１１２）。

予測値Ｎｇ１が範囲Ｚ外の場合（Ｓ１１１においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、２速段におけるＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値Ｎｇ２が範囲Ｚ内であるか否かを判定する（Ｓ１２１）。予測値Ｎｇ２が範囲Ｚ内の場合（Ｓ１２１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、２速段を変速後の変速段として選択する（Ｓ１２２）。

以下、１速段の場合と同様に、２速段におけるＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値Ｎｇ２が範囲Ｚ外の場合（Ｓ１２１においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、３速段におけるＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値Ｎｇ３が範囲Ｚ内であるか否かを判定する（Ｓ１３１）。予測値Ｎｇ３が範囲Ｚ内の場合（Ｓ１３１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、３速段を変速後の変速段として選択する（Ｓ１３２）。

予測値Ｎｇ３が範囲Ｚ外の場合（Ｓ１３１においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、４速段におけるＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値Ｎｇ４が範囲Ｚ内であるか否かを判定する（Ｓ１４１）。予測値Ｎｇ４が範囲Ｚ内の場合（Ｓ１４１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、４速段を変速後の変速段として選択する（Ｓ１４２）。

予測値Ｎｇ４が範囲Ｚ外の場合（Ｓ１４１においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、いずれの変速段が形成されたとしてもエンジン１００を始動可能なしきい値Ｎｃまでエンジン回転速度Ｎｅを増加させることはできないとして、現在の変速段を維持する（Ｓ１５０）。Ｓ１１２，Ｓ１２２，Ｓ１３２，Ｓ１４２，Ｓ１５０のいずれかの処理が終了すると、処理は図１０に示すフローチャートへと戻される。

以上のように、本実施の形態によれば、モータジェネレータ１０を駆動するインバータ２２１の三相短絡制御を実行した場合に、自動変速機４０の変速制御を実行することにより、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２およびＭＧ１回転速度Ｎｍ１を変更することができる。よって、モータジェネレータ１０にて所望の引きずりトルクＴｄｒを発生させることができるので、エンジン回転速度Ｎｅを適切に増加させることができる。

なお、本実施の形態では、停止状態のエンジン１００を自動変速機４０の変速制御を用いて始動させる状況を例に説明したが、この変速制御の実行時にエンジン１００が停止状態であることは必須ではない。モータ走行中にＭＧ１回転速度Ｎｍ１が負であれば、エンジン１００が駆動状態であっても自動変速機４０の変速制御を用いてエンジン回転速度Ｎｅを増加させることができる。

また、図１０に示すフローチャートでは、インバータ２２１の三相短絡制御により生ずる引きずりトルクＴｄｒではエンジン１００を始動可能なしきい値Ｎｃまでエンジン回転速度Ｎｅを増加させることができない場合に自動変速機４０の変速制御を実行すると説明した（Ｓ５０，Ｓ６０参照）。しかし、Ｓ５０，Ｓ６０の処理は必須ではない。ＭＧ１回転速度Ｎｍ１の現在値にかかわらず、自動変速機４０の変速制御を実行してもよい。

さらに、図１１に示すフローチャートでは、自動変速機４０のすべての変速段について予測値が必要値以上であるか否かを判定する例を説明したが、予め定められた一部の変速段（２以上の変速段）についてのみ判定を行なってもよい。

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、上記した実施の形態の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、１１ ロータ、３０ 遊星歯車機構、３１，４４ 出力軸、４０ 自動変速機、４１，４２ プラネタリギヤ、Ｐ，Ｐ１ ピニオンギヤ、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２ リングギヤ、Ｓ，Ｓ１，Ｓ２ サンギヤ、Ｆ１ ワンウェイクラッチ、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｂ１，Ｂ２ ブレーキ、ＣＡ，ＣＡ１ キャリア、ＣＬ１，ＣＬ２ クラッチ、４３ 入力軸、５０ 車輪、６０ プロペラシャフト、１００ エンジン、１１０ クランクシャフト、１５０ バッテリ、ＰＬ，ＮＬ 電力線、２１０ コンバータ、２２１，２２２ インバータ、１Ｕ，１Ｖ，１Ｗ，２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ アーム、Ｌ１ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ１４ スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ１４ ダイオード、２３０，４４０ 電圧センサ、２４１，２４２ 電流センサ、４２１，４２２ レゾルバ、４３０ 車速センサ。

Claims (2)

1. エンジンと、
   三相交流モータを含む第１の回転電機と、
   駆動軸に動力を出力可能に構成された第２の回転電機と、
   前記第１の回転電機が連結されたサンギヤ、前記第２の回転電機が連結されたリングギヤ、および前記エンジンが連結されたキャリアを含む遊星歯車機構と、
   各々が上アームおよび下アームを有する三相の駆動アームを含み、前記第１の回転電機を駆動可能に構成されたインバータと、
   複数の変速段を有し、前記第２の回転電機と前記駆動軸との間に連結された変速機と、
   前記インバータおよび前記変速機を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記エンジンが停止している場合に、
   前記三相の駆動アームのうちの１つの相において前記上アームおよび前記下アームの一方に短絡故障が発生すると、前記短絡故障が生じていない相における前記上アームおよび前記下アームのうち、前記短絡故障が生じたアームと同じ側のアームを短絡させる三相短絡制御を実行し、
   前記第１の回転電機の回転速度が、前記三相短絡制御により生じるトルクによって前記エンジンを始動可能な範囲にないときには、
   前記第１の回転電機の回転速度が前記範囲内になるように前記変速機の変速制御を実行する、ハイブリッド車両。
2. 前記制御装置は、前記変速制御において、
   前記複数の変速段のうちの２以上の変速段の各々について、当該変速段に切替えたときに予測される前記第１の回転電機の回転速度の予測値を算出し、
   前記予測値が前記範囲内にある変速段のうち、より低速側の変速段を選択する、請求項１に記載のハイブリッド車両。

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