JP6372496B2

JP6372496B2 - ハイブリッド車

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Publication number: JP6372496B2
Application number: JP2016019900A
Authority: JP
Inventors: 紘嗣請川; 真大石
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: DE102017101496A1; CN107031610A; CN107031610B; US20170225671A1; DE102017101496B4; US10099680B2; JP2017136989A

Description

本明細書で開示する技術は、ハイブリッド車に関する。

特許文献１に、ハイブリッド車が開示されている。このハイブリッド車は、エンジンと、第１モータジェネレータと、駆動輪に接続された出力軸と、エンジン、第１モータジェネレータ及び出力軸を互いに接続する遊星歯車機構と、出力軸に接続された第２モータジェネレータとを備える。このハイブリッド車はさらに、第１モータジェネレータ及び第２モータジェネレータへ電気的に接続されたバッテリと、バッテリと第１モータジェネレータとの間で電力を変換する第１インバータと、バッテリと第２モータジェネレータとの間で電力を変換する第２インバータと、第１インバータに対する第１制御信号を出力する第１コントローラと、第２インバータに対する第２制御信号を出力する第２コントローラとを備える。

上記したハイブリッド車では、エンジンから出力される動力が、遊星歯車機構を介して出力軸と第１モータジェネレータに分配される。第１モータジェネレータは、主に発電機として機能し、第１モータジェネレータが発電する電力は、バッテリ及び第２モータジェネレータへ供給される。第１モータジェネレータはまた、エンジンを始動するためのセルモータとしても機能する。第２モータジェネレータは、バッテリ及び第２モータジェネレータから供給される電力によって駆動され、出力軸に動力を加える。また、第２モータジェネレータは、例えばハイブリッド車が制動されるときに、出力軸からの動力によって発電する発電機として機能する。第１モータジェネレータ及び第２モータジェネレータの動作は、それぞれ、第１コントローラが出力する第１制御信号及び第２コントローラが出力する第２制御信号によって制御される。

特開２００１―３２０８０６号公報

特許文献１のハイブリッド車では、第１コントローラに異常が生じたときに、第１モータジェネレータを制御することができなくなる。そこで、第１コントローラに異常が生じたときは、第２モータジェネレータのみを用いる退避走行が実施される。この退避走行において、エンジン及び第１モータジェネレータによる発電を行えば、退避走行による走行距離を向上させることができる。しかしながら、第１コントローラに異常が生じているときは、第１モータジェネレータを駆動することができず、エンジンを始動することができない。従って、第１コントローラに異常が生じたときに、エンジンが停止しているときは、その後の退避走行においてエンジン及び第１モータジェネレータによる発電を行うことができない。

上記の問題を鑑み、本明細書は、第１コントローラに異常が生じたときでも、エンジンを始動し得る技術を提供する。

本明細書が開示するハイブリッド車は、エンジンと、第１モータジェネレータと、駆動輪に接続された出力軸と、エンジン、第１モータジェネレータ及び出力軸を互いに接続する遊星歯車機構と、出力軸に接続された第２モータジェネレータを備える。このハイブリッド車はさらに、第１モータジェネレータ及び第２モータジェネレータへ電気的に接続されたバッテリと、バッテリと第１モータジェネレータとの間で電力を変換する第１インバータと、バッテリと第２モータジェネレータとの間で電力を変換する第２インバータと、第１インバータに対する第１制御信号を出力する第１コントローラと、第２インバータに対する第２制御信号及び第１インバータに対する第３制御信号を出力する第２コントローラと、第１コントローラからの第１制御信号又は第３コントローラからの第３制御信号のいずれか一方を第１インバータへ出力する選択回路を備える。第１インバータは、複数の上アームスイッチンング素子及び複数の下アームスイッチング素子を有する。第３制御信号は、第１インバータの複数のアームの上アームスイッチング素子又は下アームスイッチング素子のいずれか一方を同時にオンさせる信号である。第２コントローラは、第１コントローラに異常が生じているときに、第２制御信号を出力して第２モータジェネレータを駆動しながら第３制御信号を出力することによってエンジンを始動することができる。

上記したハイブリッド車では、第１コントローラに異常が生じているときに、第２コントローラが、第２インバータに対する第２制御信号に加えて、第１インバータに対する第３制御信号を出力することができる。第２コントローラが第２制御信号を出力すると、第２モータジェネレータが駆動され、ハイブリッド車は走行する。ハイブリッド車が走行している間、出力軸は回転する。この出力軸は、遊星歯車機構を介してエンジン及び第１モータジェネレータに接続されている。ここで、第１インバータの全てのスイッチング素子がオフの状態であると、第１モータジェネレータが空転する一方で、エンジンは停止し続ける。この状態で第２コントローラが第３制御信号を出力すると、第１モータジェネレータが第１インバータを介して短絡し、第１モータジェネレータが制動力を発生する。その結果、遊星歯車機構からエンジンにトルクが加えられ、エンジンが回転する。この回転を利用することによってエンジンを始動することができる。このように、上記したハイブリッド車によると、第１コントローラに異常が生じているときでも、第２コントローラによってエンジンを始動することができる。それにより、退避走行中にエンジン及び第１モータジェネレータによる発電を行うことができ、その電力を第２モータジェネレータへ供給することによって、退避走行における走行距離を向上させることができる。

ハイブリッド車１０の構成を模式的に示すブロック図。電力変換回路３０の構成を示す回路図。第１制御信号Ｇ１〜Ｇ３と第３制御信号ＧＡのいずれか一方を第１インバータへ出力する選択回路５１ａ〜５３ａを示す図。第２モータ制御ユニット４６によってエンジンを始動する動作の流れを示すフローチャート。第３制御信号ＧＡが出力されたときに、第１モータジェネレータ２４が第１インバータ３４を介して短絡する様子を示す図。遊星歯車機構２８の供線図を示す図。第３制御信号ＧＡが第１インバータ３４の下アームスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６に入力される変形例を示す図。異常検出回路５１ｃ〜５３ｃが付加された変形例を示す図。図８に示す変形例に関し、正常時（Ａ欄）、第１モータ制御ユニットの異常時（Ｂ欄）及び第３制御信号の異常時（Ｃ欄）における第１モータジェネレータ２４の駆動モードを示す表。第２モータ制御ユニット４６が第５制御信号ＧＢをさらに出力可能な変形例を示す図。図１０に示す変形例の要部を示す図。第５制御信号ＧＢが出力されたときに、第１モータジェネレータ２４によって発電された電力がバッテリ３８へ供給される様子を示す図。発電中の第１モータジェネレータ２４のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各端子の電圧を示すグラフ。

図面を参照して実施例のハイブリッド車１０を説明する。図１に示すように、実施例のハイブリッド車１０は、車体１２と、車体１２に対して回転可能に支持された四つの車輪１４、１６を備える。四つの車輪１４、１６には、一対の駆動輪１４と一対の従動輪１６が含まれる。一対の駆動輪１４は、デファレンシャルギア１８を介して、出力軸２０に接続されている。出力軸２０は、車体１２に対して回転可能に支持されている。一例ではあるが、一対の駆動輪１４は車体１２の前部に位置する前輪であり、一対の従動輪１６は車体１２の後部に位置する後輪である。一対の駆動輪１４は互いに同軸に配置されており、一対の従動輪１６も互いに同軸に配置されている。

ハイブリッド車１０は、エンジン２２、第１モータジェネレータ２４（図中では１ＭＧ）及び第２モータジェネレータ２６（図中では２ＭＧ）をさらに備える。エンジン２２は、容積型の内燃機関であり、ガソリンその他の燃料を燃焼して動力を出力する。第１モータジェネレータ２４及び第２モータジェネレータ２６のそれぞれは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相を有する三相モータジェネレータである。以下では、第１モータジェネレータ２４及び第２モータジェネレータ２６を、それぞれ単に第１モータ２４及び第２モータ２６と称する。エンジン２２は、遊星歯車機構２８を介して、出力軸２０及び第１モータ２４に接続されている。遊星歯車機構２８は、動力分配機構の一種であり、エンジン２２が出力する動力を、出力軸２０及び第１モータ２４へ分配する。第２モータ２６は出力軸２０に接続されており、第２モータ２６と出力軸２０との間で動力が伝達される。

遊星歯車機構２８は、太陽ギア２８ｓ、キャリア２８ｃ、リングギア２８ｒ、及び複数の遊星ギア２８ｐを有する。太陽ギア２８ｓ、キャリア２８ｃ及びリングギア２８ｒは同軸上に配置されている。複数の遊星ギア２８ｐは、キャリア２８ｃによって回転可能に支持されており、太陽ギア２８ｓとリングギア２８ｒとの間に位置している。各々の遊星ギア２８ｐは、太陽ギア２８ｓに設けられた外歯歯車とリングギア２８ｒに設けられた内歯歯車の両者に係合しており、自転しながら太陽ギア２８ｓの回りを公転する。太陽ギア２８ｓは第１モータ２４に接続されており、キャリア２８ｃはエンジン２２（詳しくは、エンジン２２のクランク軸２２ａ）に接続されており、リングギア２８ｒは出力軸２０に接続されている。

ハイブリッド車１０は、電力変換回路３０とバッテリ３８をさらに備える。バッテリ３８は、電力変換回路３０を介して、第１モータ２４及び第２モータ２６へ電気的に接続されている。バッテリ３８は、再充電可能な二次電池であり、一例ではあるが、複数のリチウムイオンセルを有する。電力変換回路３０は、第１インバータ３４（図中ではＩＮＶ１）及び第２インバータ３６（図中ではＩＮＶ２）を有する。第１インバータ３４は、バッテリ３８と第１モータ２４との間で電力を変換し、第２インバータ３６は、バッテリ３８と第２モータ２６との間で電力を変換する。詳しくは、第１インバータ３４は、バッテリ３８からの直流電力を交流電力に変換して、第１モータジェネレータ２４へ供給することができる。また、第１インバータ３４は、第１モータジェネレータ２４からの交流電力を直流電力に変換して、バッテリ３８へ供給することができる。同様に、第２インバータ３６は、バッテリ３８からの直流電力を交流電力に変換して、第２モータジェネレータ２６へ供給することができる。また、第２インバータ３６は、第２モータジェネレータ２６からの交流電力を直流電力に変換して、バッテリ３８へ供給することができる。

本実施例の電力変換回路３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２（図中ではＤＣ−ＤＣ）をさらに備え、第１インバータ３４及び第２インバータ３６が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を介してバッテリ３８に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、昇圧及び降圧が可能なＤＣ−ＤＣコンバータである。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、バッテリ３８からの直流電力を昇圧して、第１インバータ３４及び第２インバータ３６へ供給することができる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、第１インバータ３４及び第２インバータ３６からの直流電力を降圧して、バッテリ３８へ供給することができる。なお、電力変換回路３０において、例えばバッテリ３８の定格電圧が十分に高いときは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は必ずしも必要とされない。

ハイブリッド車１０は、エンジン制御ユニット４２（図中ではＥＮＧ−ＥＣＵ）と、第１モータ制御ユニット４４（図中では１ＭＧ−ＥＣＵ）と、第２モータ制御ユニット４６（図中では２ＭＧ−ＥＣＵ）と、ハイブリッド制御ユニット５０（図中ではＨＶ−ＥＣＵ）をさらに備える。エンジン制御ユニット４２は、エンジン２２と通信可能に接続されており、エンジン２２の動作を監視及び制御する。第１モータ制御ユニット４４は、電力変換回路３０と通信可能に接続されており、主にＤＣ−ＤＣコンバータ３２及び第１インバータ３４の動作を制御する。第２モータ制御ユニット４６は、電力変換回路３０と通信可能に接続されており、主に第２インバータ３６の動作を制御する。ハイブリッド制御ユニット５０は、エンジン制御ユニット４２、第１モータ制御ユニット４４及び第２モータ制御ユニット４６と通信可能に接続されており、それらに動作指令を与える上位の制御ユニットである。なお、一例ではあるが、本実施例におけるハイブリッド制御ユニット５０は、第２モータ制御ユニット４６を介して第１モータ制御ユニット４４と通信可能に接続されている。

図２を参照して、第１インバータ３４、第２インバータ３６及びＤＣ−ＤＣコンバータ３２の構成を説明する。第１インバータ３４は、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有する。第１インバータ３４は、三相インバータであり、上アームスイッチング素子Ｑ１及び下アームスイッチング素子Ｑ４を有するＵ相アームと、上アームスイッチング素子Ｑ２及び下アームスイッチング素子Ｑ５を有するＶ相アームと、上アームスイッチング素子Ｑ３及び下アームスイッチング素子Ｑ６を有するＷ相アームを有する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、ダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ逆並列に接続されている。第１インバータ３４の基本的な構造は、公知の三相インバータと同様であり、また、第１インバータ３４の詳細な構造については特に限定されない。

第１インバータ３４の動作は、第１モータ制御ユニット４４によって制御される。第１モータ制御ユニット４４は、第１インバータ３４の複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に対する第１制御信号Ｇ１〜Ｇ６を出力する。第１制御信号Ｇ１〜Ｇ６は、駆動回路５１〜５６を介して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６へそれぞれ入力される。駆動回路５１〜５６は、第１モータ制御ユニット４４からの第１制御信号Ｇ１〜Ｇ６を、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に適した電圧にレベルシフトする。第１制御信号Ｇ１〜Ｇ６は、例えば第１インバータ３４が交流電力を出力するように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を選択的にオン及びオフする信号である。即ち、第１モータ制御ユニット４４は、第１制御信号Ｇ１〜Ｇ６を出力することによって、第１モータ２４を駆動することができる。なお、駆動回路５１〜５６は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡、過熱、過電流といった異常を監視しており、当該異常を検出したときは、フェール信号を第１モータ制御ユニット４４及び第２モータ制御ユニット４６へ出力するように構成されている。

第２インバータ３６は、複数のスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２を有する。第２インバータ３６も、第１インバータ３４と同じく三相インバータであり、上アームスイッチング素子Ｑ７及び下アームスイッチング素子Ｑ１０を有するＵ相アームと、上アームスイッチング素子Ｑ８及び下アームスイッチング素子Ｑ１１を有するＶ相アームと、上アームスイッチング素子Ｑ９及び下アームスイッチング素子Ｑ１２を有するＷ相アームを有する。スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２には、ダイオードＤ７〜Ｄ１２がそれぞれ逆並列に接続されている。第２インバータ３６の基本的な構造についても、公知の三相インバータと同様であり、また、第２インバータ３６の詳細な構造については特に限定されない。

第２インバータ３６の動作は、第２モータ制御ユニット４６によって制御される。第２モータ制御ユニット４６は、第２インバータ３６の複数のスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２に対する第２制御信号Ｇ７〜Ｇ１２を出力する。詳しくは後述するが、第２モータ制御ユニット４６は、第２制御信号Ｇ７〜Ｇ１２に加えて、第１インバータ３４の上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に対する第３制御信号ＧＡを出力することもできる。第２制御信号Ｇ７〜Ｇ１２は、駆動回路５７〜６２を介して、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２へそれぞれ入力される。駆動回路５７〜６２は、第２モータ制御ユニット４６からの第２制御信号Ｇ７〜Ｇ１２を、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２に適した電圧にレベルシフトする。第２制御信号Ｇ７〜Ｇ１２は、例えば第２インバータ３６が交流電力を出力するように、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２を選択的にオン及びオフする信号である。即ち、第２モータ制御ユニット４６は、第２制御信号Ｇ７〜Ｇ１２を出力することによって、第２モータ２６を駆動することができる。第２インバータ３６においても、駆動回路５７〜６２は、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２の短絡、過熱、過電流といった異常を監視しており、当該異常を検出したときは、フェール信号を第１モータ制御ユニット４４及び第２モータ制御ユニット４６へ出力する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、第１コンデンサＣ１、インダクタＬ１、上アームスイッチング素子Ｑ１３、下アームスイッチング素子Ｑ１４、上アームダイオードＤ１３、下アームダイオードＤ１４及び第２コンデンサＣ２を有する。上アームスイッチング素子Ｑ１３と下アームスイッチング素子Ｑ１４は、互い直列に接続されており、その直列回路は、第１インバータ３４及び第２インバータ３６の各アームと並列に接続されている。上アームスイッチング素子Ｑ１３と下アームスイッチング素子Ｑ１４との間の接続点は、インダクタＬ１を介してバッテリ３８の正極に接続されている。上アームスイッチング素子Ｑ１３には、上アームダイオードＤ１３が逆並列に接続されており、下アームスイッチング素子Ｑ１４には、下アームダイオードＤ１４が逆並列に接続されている。第１コンデンサＣ１は、バッテリ３８に対して並列に接続されており、第２コンデンサＣ２は、第１インバータ３４及び第２インバータ３６のそれぞれに対して並列に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２では、主にインダクタＬ１、上アームダイオードＤ１３及び下アームスイッチング素子Ｑ１４によって昇圧コンバータが構成されている。また、主にインダクタＬ１、上アームスイッチング素子Ｑ１３及び下アームダイオードＤ１４によって降圧コンバータが構成されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の動作は、第１モータ制御ユニット４４によって制御される。第１モータ制御ユニット４４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の上アームスイッチング素子Ｑ１３及び下アームスイッチング素子Ｑ１４に対する第４制御信号Ｇ１３、Ｇ１４を出力する。第４制御信号Ｇ１３、Ｇ１４は、駆動回路６３、６４を介して、スイッチング素子Ｑ１３、Ｑ１４へそれぞれ入力される。駆動回路６３、６４は、第１モータ制御ユニット４４からの第４制御信号Ｇ１３、Ｇ１４を、スイッチング素子Ｑ１３、Ｑ１４に適した電圧にレベルシフトする。上アームスイッチング素子Ｑ１３に対する第４制御信号Ｇ１３は、上アームスイッチング素子Ｑ１３を断続的にオンすることによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を降圧コンバータとして機能させる。一方、下アームスイッチング素子Ｑ１４に対する第４制御信号Ｇ１４は、下アームスイッチング素子Ｑ１４を断続的にオンすることによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を昇圧コンバータとして機能させる。また、駆動回路６３、６４は、上アームスイッチング素子Ｑ１３及び下アームスイッチング素子Ｑ１４の短絡、過熱、過電流といった異常を監視しており、当該異常を検出したときは、フェール信号を第１モータ制御ユニット４４及び第２モータ制御ユニット４６へ出力するように構成されている。

前述したように、第２モータ制御ユニット４６は、第２インバータ３６に対する第２制御信号Ｇ７〜Ｇ１２に加えて、第１インバータ３４に対する第３制御信号ＧＡを出力することができる。第３制御信号ＧＡは、第１インバータ３４の上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３を同時にオンさせる信号である。第２モータ制御ユニット４６が出力する第３制御信号ＧＡは、第１インバータ３４の上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に接続された駆動回路５１〜５３にそれぞれ入力される。図３に示すように、駆動回路５１〜５３は、選択回路５１ａ〜５３ａと、駆動バッファ５１ｂ〜５３ｂを有する。選択回路５１ａ〜５３ａは、第１モータ制御ユニット４４からの第１制御信号Ｇ１〜Ｇ３と、第２モータ制御ユニット４６からの第３制御信号ＧＡを受け取り、第１制御信号Ｇ１〜Ｇ３又は第３制御信号ＧＡのいずれか一方を出力する。一例ではあるが、本実施例の選択回路５１ａ〜５３ａは、第１制御信号Ｇ１〜Ｇ３と第３制御信号ＧＡの両者を同時に受け取った場合、下アームスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６がオフされた上で、第３制御信号ＧＡを出力する。駆動バッファ５１ｂ〜５３ｂは、選択回路５１ａ〜５３ａから出力された第１制御信号Ｇ１〜Ｇ３又は第３制御信号ＧＡを、上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の駆動に適した電圧にレベルシフトする。駆動バッファ５１ｂ〜５３ｂは、フォトカプラ（図示省略）を有しており、その入力側と出力側との間が電気的に絶縁されている。なお、電力変換回路３０の他の駆動回路５４〜６４は、選択回路５１ａ〜５３ａに相当する回路を有していないが、駆動バッファ５１ｂ〜５３ｂに相当する回路を有している。

次に、ハイブリッド車１０の典型的な動作態様について説明する。ハイブリッド制御ユニット５０は、ユーザによる操作及び車両状態といった各種の指標に基づいて、エンジン制御ユニット４２、第１モータ制御ユニット４４及び第２モータ制御ユニット４６のそれぞれに動作指令を与える。動作指令には、エンジン２２、第１モータ２４及び第２モータ２６に対する目標トルクが含まれる。エンジン制御ユニット４２は、エンジン２２に対する目標トルクその他の動作指令に基づいて、エンジン２２の動作を制御する。第１モータ制御ユニット４４は、第１モータ２４の目標トルクその他の動作指令に基づいて、第１制御信号Ｇ１〜Ｇ６及び第４制御信号Ｇ１３、Ｇ１４を生成して出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２及び第１インバータ３４の動作（即ち、第１モータ２４の動作）を制御する。そして、第２モータ制御ユニット４６は、第２モータ２６の目標トルクその他の動作指令に基づいて、第２制御信号Ｇ７〜Ｇ１２を生成して出力し、第２インバータ３６の動作（即ち、第２モータ２６の動作）を制御する。

一例として、車両の発進時や中低速域での走行時には、エンジン２２の効率が比較的に低くなる。このような状況では、第２モータ２６の目標トルクが正の値とされ、エンジン２２及び第１モータ２４の目標トルクがゼロとされる。その結果、ハイブリッド車１０は、エンジン２２を使用せず、主に第２モータ２６を用いて走行する。一方、中高速域での走行時には、エンジン２２の効率が比較的に高くなる。このような状況では、エンジン２２の目標トルクが正の値とされ、第１モータ２４の目標トルクが負の値とされる。第１モータ２４の目標トルクが負の値であることは、第１モータ２４が発電機として機能することを意味する。その結果、ハイブリッド車１０は、主にエンジン２２（及び必要に応じて第２モータ２６）を用いて走行するとともに、第１モータ２４によって発電した電力でバッテリ３８の充電を行うことができる。そして、車両の減速時や停止時（即ち、ブレーキ操作が行われたとき）では、エンジン２２の目標トルクがゼロとされ、第１モータ２４及び第２モータ２６の目標トルクが負の値とされる。その結果、ハイブリッド車１０は、第１モータ２４及び第２モータ２６を発電機として機能させることで、エネルギーの回生を行いつつ、車両の制動を行うことができる。

上述した通常時に対して、ハイブリッド車１０では、第１モータ制御ユニット４４に異常が生じた場合に、図４に示すフローチャートで示されるフェールセーフ動作が実行される。以下、図４を参照しながら当該フェールセーフ動作について説明する。第１モータ制御ユニット４４と第２モータ制御ユニット４６は互いに通信可能に接続されており（図１参照）、両者は互いの正常／異常を監視している。従って、第１モータ制御ユニット４４に異常が生じると（図４のＳ２）、その異常は第２モータ制御ユニット４６によって検出される（Ｓ４）。第２モータ制御ユニット４６は、第１モータ制御ユニット４４の異常を検出すると、そのことをハイブリッド制御ユニット５０へ教示する。

ハイブリッド制御ユニット５０は、第１モータ制御ユニット４４の異常を受けて、フェールセーフ（Ｆ／Ｓ）モードの判定を行う（Ｓ６）。この判定は、第１モータ制御ユニット４４の異常に限られず、ハイブリッド車１０において各種の異常が検出されたときに実行され、予め定められた複数のフェールセーフモードのなかから、検出された異常に応じたフェールセーフモードが選択される。複数のフェールセーフモードには、例えば、ハイブリッド車１０の走行を直ちに禁止するモード、第２モータ２６を用いた制限付きの走行を許容する第１の退避走行モード（以下、ＭＤ走行モード）、及び、ＭＤ走行モードに対してエンジン２２の運転をさらに許容する第２の退避走行モード（以下、ＭＤＥ走行モード）が含まれる。ハイブリッド制御ユニット５０は、第１モータ制御ユニット４４に異常が生じた場合、原則としてＭＤＥ走行モードを選択する。但し、例えば第１インバータ３４の駆動回路５１〜５６からフェール信号が既に出力されているなど、ＭＤＥ走行モードが許容できない異常が同時に生じているときは、ＭＤＥ走行モード以外のフェールセーフモードを選択する。

ハイブリッド制御ユニット５０は、上記した判定（Ｓ６）においてＭＤＥ走行モードを選択した場合、ＭＤＥ走行モードに基づく動作指令をエンジン制御ユニット４２及び第２モータ制御ユニット４６に与える。第１モータ制御ユニット４４は、異常が生じていることから、このＭＤＥ走行モードにおいて使用されない。ハイブリッド制御ユニット５０は、ユーザのアクセル操作等に応じて、第２モータ２６の目標トルクといった動作指令を、第２モータ制御ユニット４６へ与える。その動作指令を受けて、第２モータ制御ユニット４６は、第２モータ２６が当該目標トルクを出力するように、第２インバータ３６に対する第２制御信号Ｇ７〜Ｇ１２を生成して出力する（Ｓ８）。第２モータ制御ユニット４６が第２制御信号Ｇ７〜Ｇ１２を出力すると、第２モータ２６が駆動され、ハイブリッド車１０は走行する。ここで、ＭＤＥ走行モードにおける第２モータ２６の目標トルクは、通常時よりも低い値に制限されている。

ハイブリッド制御ユニット５０は、エンジン２２が運転中であれば、エンジン制御ユニット４２に対しても、ＭＤＥ走行モードに基づく動作指令を与える。一方、エンジン２２が停止しているときは、エンジン２２を始動する必要がある。通常時であれば、ハイブリッド制御ユニット５０は、エンジン２２を始動するために、第１モータ制御ユニット４４へ動作指令を与える。その動作指令を受けて、第１モータ制御ユニット４４は、第１インバータ３４に対する第１制御信号Ｇ１〜Ｇ６を出力し、第１モータ２４を駆動することによってエンジン２２を駆動する。しかしながら、第１モータ制御ユニット４４に異常が生じているときは、第１モータ制御ユニット４４を用いてエンジン２２を始動することができない。そのことから、ハイブリッド制御ユニット５０は、第２モータ２６によるハイブリッド車１０の走行中に、エンジン２２を始動するための動作指令を第２モータ制御ユニット４６に与える。

第２モータ制御ユニット４６は、ハイブリッド制御ユニット５０からの動作指令を受けて、第１インバータ３４に対する第３制御信号ＧＡを出力する（Ｓ１０）。図５に示すように、第２モータ制御ユニット４６からの第３制御信号ＧＡは、第１インバータ３４の上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に接続された駆動回路５１〜５３に入力される。前述したように、駆動回路５１〜５３は、選択回路５１ａ〜５３ａを有している。選択回路５１ａ〜５３ａは、第３制御信号ＧＡを受け取ると、下アームスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６がオフされた上で、第１制御信号Ｇ１〜Ｇ３の有無にかかわらず、第３制御信号ＧＡを駆動バッファ５１ｂ〜５３ｂへ出力する（Ｓ１０）。前述したように、第３制御信号ＧＡは、第１インバータ３４の上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３を同時にオンさせる信号である。従って、第２モータ制御ユニット４６が第３制御信号ＧＡを出力すると、第１インバータ３４の上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３が同時にオンされる。即ち、第１インバータ３４において、三相の上アームが同時に導通する（Ｓ１４）。

ハイブリッド車１０が走行している間、出力軸２０は回転している。出力軸２０は、遊星歯車機構２８を介してエンジン２２のクランク軸２２ａ及び第１モータ２４に接続されている。第２モータ制御ユニット４６が第３制御信号ＧＡを出力するまでは、第１インバータ３４の全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がオフとなっている。この状態では、第１モータ２４が実質的なトルクを生じないので、図６の供線図における破線Ｘで示すように、第１モータ２４が空転する一方で、エンジン２２のクランク軸２２ａは停止し続ける。この状態で第２モータ制御ユニット４６が第３制御信号ＧＡを出力すると、図５中の矢印Ａ１で示されるように、第１モータ２４が第１インバータ３４を介して短絡し、それによって制動力を発生する。図６の供線図における実線Ｙで示すように、第１モータ２４が制動力Ｔを発生すると、第１モータ２４の回転が抑制されることによって、エンジン２２のクランク軸２２ａが回転する。ハイブリッド制御ユニット５０は、この回転を利用することによって、エンジン２２を始動する（図４のＳ１６）。

エンジン２２が始動すると、ハイブリッド制御ユニット５０は、第２モータ制御ユニット４６へ動作指令を与え、第３制御信号ＧＡの出力を停止させる（Ｓ１８）。これにより、第１インバータ３４の全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はオフとなる。これにより、ハイブリッド車１０のＭＤＥ走行モードが開始される（Ｓ２０）。ＭＤＥ走行モードでは、主に第２モータ２６の動力によってハイブリッド車１０が走行するとともに、エンジン２２及び第１モータ２４による発電が行われる。第１インバータ３４が発電する電力は、第１インバータ３４によって直流電力に変換され、第２インバータ３６を介して第２モータ２６に供給される。これにより、エンジン２２を使用しないＭＤ走行モードと比較して、ＭＤＥ走行モードにおける走行距離を長くすることができる。

以上のように、本実施例のハイブリッド車１０は、第１モータ制御ユニット４４に異常が生じているときに、第２モータ制御ユニット４６を用いてエンジン２２を始動することができる。それにより、ハイブリッド車１０は、第１モータ制御ユニット４４の異常に起因する退避走行中において、エンジン２２及び第１モータ２４による発電を適時に行うことができ、退避走行における走行距離を向上させることができる。

第２モータ制御ユニット４６は、エンジン２２を始動するために、第１インバータ３４に対して第３制御信号ＧＡを出力する。この第３制御信号ＧＡは、第１インバータ３４の三つの上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３を同時にオンさせる信号であるので、三つの上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に対して共通の信号を用いることができる。そのことから、第２モータ制御ユニット４６は、三つの上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に対する第３制御信号ＧＡを出力するために、少なくとも一つの出力ポートを有すればよい。

上述した実施例において、第２モータ制御ユニット４６は、第１インバータ３４のいずれかのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が短絡故障している場合に、第３制御信号ＧＡの出力が禁止されるように構成されるとよい。例えば、第１インバータ３４の下アームスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６が短絡故障しているときに、第３制御信号ＧＡによって第１インバータ３４の上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３がオンされると、上下のアームが同時に導通することによって過電流が生じるおそれがある。また、いずれかのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が短絡故障していると、仮にエンジン２２を始動することができたとしても、第１インバータ３４が整流回路として正しく機能せず、第１モータ２４による発電を効率よく行うことができないこともある。このような不都合を避けるためには、第１インバータ３４でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡故障が生じているときに、第３制御信号ＧＡの出力を禁止することが有効である。前述したように、第１インバータ３４における短絡故障は、第１インバータ３４の駆動回路５１〜５６によって検出可能であり、その検出結果（フェール信号）を第２モータ制御ユニット４６に教示することができる。なお、第１インバータ３４における短絡故障を検出する手法は特に限定されず、例えば第１モータ２４と第１インバータ３４との間の電流を監視することによって、第１インバータ３４における短絡故障を検出してもよい。

上述した実施例では、第３制御信号ＧＡが、第１インバータ３４の三つの上アームスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３を同時にオンさせる信号であった。それに対して、図７に示すように、第３制御信号ＧＡは、第１インバータ３４の三つの下アームスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６を同時にオンさせる信号であってもよい。この場合、第２モータ制御ユニット４６からの第３制御信号ＧＡは、下アームスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６に対する駆動回路５４〜５６に入力される。そして、駆動回路５４〜５６には、選択回路５４ａ〜５６ａがそれぞれ設けられる。選択回路５４ａ〜５６ａは、第１モータ制御ユニット４４からの第１制御信号Ｇ４〜Ｇ６又は第２モータ制御ユニット４６からの第３制御信号ＧＡのいずれか一方を、駆動バッファ５４ｂ〜５６ｂ介して下アームスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６に出力する。このような構成においても、第２モータ制御ユニット４６が第３制御信号ＧＡを出力すると、第１モータ２４は第１インバータ３４を介して短絡する。従って、上述した実施例と同様に、エンジン２２を始動することができる。

図８、図９を参照して、ハイブリッド車１０の一変形例について説明する。図８に示すように、ハイブリッド車１０は、第１モータ制御ユニット４４の異常を検出する異常検出回路５１ｃ〜５３ｃをさらに備えてもよい。異常検出回路５１ｃ〜５３ｃは、駆動回路５１〜５３に設けられており、第１モータ制御ユニット４４から出力されるランパルス信号ＲＰを監視することによって、第１モータ制御ユニット４４に生じた異常を検出する。但し、異常検出回路５１ｃ〜５３ｃの構造や配置については特に限定されない。この変形例では、選択回路５１ａ〜５３ａが、異常検出回路５１ｃ〜５３ｃにそれぞれ接続されており、異常検出回路５１ｃ〜５３ｃによる検出結果を受け取るように構成されている。そして、選択回路５１ａ〜５３ａは、異常検出回路５１ｃ〜５３ｃが第１モータ制御ユニット４４の異常を検出したときに限って、前記第２モータ制御ユニット４６からの第３制御信号ＧＡを第１インバータ３４へ出力するように構成されている。

上記した構成によると、第１モータ制御ユニット４４が正常であるにもかかわらず、第２モータ制御ユニット４６から第３制御信号ＧＡが誤って出力されたときに、第３制御信号ＧＡが第１インバータ３４へ入力されることを避けることができる。図９のＡ欄に示すように、正常な状態では、ランパルス信号ＲＰが正常を示し、第２モータ制御ユニット４６も第３制御信号ＧＡを出力しない。従って、第１モータ２４は、第１モータ制御ユニット４４が出力する第１制御信号Ｇ１〜Ｇ６によって、通常のモードで駆動される。図９のＢ欄に示すように、第１モータ制御ユニット４４に異常が生じると、ランパルス信号ＲＰが異常を示すとともに、第２モータ制御ユニット４６が第３制御信号ＧＡを出力する。この場合、異常検出回路５１ｃ〜５３ｃによって第１モータ制御ユニット４４の異常が検出され、選択回路５１ａ〜５３ａは第３制御信号ＧＡを第１インバータ３４へ出力する。従って、第１モータ２４は、第１インバータ３４を介して短絡するように制御される。図９のＣ欄に示すように、第３制御信号ＧＡが誤って出力された場合は、第１モータ制御ユニット４４のランパルス信号ＲＰが正常であるので、異常検出回路５１ｃ〜５３ｃによって第１モータ制御ユニット４４の異常は検出されない。従って、選択回路５１ａ〜５３ａは、第２モータ制御ユニット４６から第３制御信号ＧＡを受け取っても、それを第１インバータ３４へ出力しない。その結果、第１モータ２４は、第１モータ制御ユニット４４が出力する第１制御信号Ｇ１〜Ｇ６によって、通常のモードで駆動される。このように、第３制御信号ＧＡが誤って出力された場合でも、その影響を受けることなく、第１モータ２４は通常の動作を継続することができる。

図１０〜図１３を参照して、ハイブリッド車１０の他の変形例について説明する。図１０、図１１に示すように、この変形例では、第２モータ制御ユニット４６が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２に対する第５制御信号ＧＢをさらに出力可能に構成されている。第２モータ制御ユニット４６が出力する第５制御信号ＧＢは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の上アームスイッチング素子Ｑ１３に接続された駆動回路６３に入力される。図１１に示すように、駆動回路６３には、第２選択回路６３ａが付加されている。第２選択回路６３ａは、第１モータ制御ユニット４４からの第４制御信号Ｇ１３又は第２モータ制御ユニット４６からの第５制御信号ＧＢのいずれか一方を、駆動バッファ６３ｂを介してＤＣ−ＤＣコンバータ３２の上アームスイッチング素子Ｑ１３に出力する。第５制御信号ＧＢは、上アームスイッチング素子Ｑ１３をオンする信号である。

前述したように、通常、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の動作は、第１モータ制御ユニット４４からの第４制御信号Ｇ１３、Ｇ１４によって制御される。従って、第１モータ制御ユニット４４に異常が生じているときは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の動作を制御することができない。ここで、ハイブリッド車１０は、ＭＤＥ走行モードにおいて、エンジン２２及び第１モータ２４による発電を行うことができる。しかしながら、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の上アームスイッチング素子Ｑ１３がオフされた状態であると、第１モータ２４によって発電された電力をバッテリ３８に供給することができず、バッテリ３８の充電を行うことができない。

上記の点に関して、本変形例では、図４に示すフローに従ってＭＤＥ走行モードが開始された後に、第２モータ制御ユニット４６が第５制御信号ＧＢを出力するように構成されている。第２モータ制御ユニット４６からの第５制御信号ＧＢは、第２選択回路６３ａを介してＤＣ−ＤＣコンバータ３２の上アームスイッチング素子Ｑ１３に入力される。それにより、上アームスイッチング素子Ｑ１３がオンされる。上アームスイッチング素子Ｑ１３がオンされると、バッテリ３８がＤＣ−ＤＣコンバータ３２を介して第１インバータ３４へ電気的に接続される。それにより、図１２に示すように、第１モータ２４によって発電された電力がバッテリ３８に供給され、バッテリ３８の充電を行うことができる。図１２中の矢印Ａ２は、図１３に示すグラフの時刻Ｔ１２における電流の流れを示す。なお、図１３のグラフは、ＭＤＥ走行モードにおいて第１モータ２４のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各端子に生じる電圧の経時的変化を示す。

以上のように、図１０、図１１に示す変形例によれば、第１モータ制御ユニット４４に異常が生じている場合でも、エンジン２２を始動して第１モータ２４による発電を行うことができるとともに、第１モータ２４によって発電された電力によってバッテリ３８の充電を行うことができる。これにより、第１モータ制御ユニット４４の異常に起因する退避走行において、走行距離を向上することができる。なお、第５制御信号ＧＢは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の上アームスイッチング素子Ｑ１３を継続的にオンする信号であってもよいし、当該上アームスイッチング素子Ｑ１３を断続的にオンする信号であってもよい。後者の場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、第１インバータ３４からの直流電力を適度に降圧して、バッテリ３８へ供給することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。例えば、第１モータ制御ユニット４４は、特許請求の範囲に記載された第１コントローラの一例であるが、第１コントローラの構成を限定するものではない。第２モータ制御ユニット４６は、特許請求の範囲に記載された第２コントローラの一例であるが、第２コントローラの構成を限定するものではない。

特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。以下に、本明細書の開示内容から把握される技術的事項を列記する。なお、以下に記載する技術的事項は、それぞれが独立した技術的事項であり、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

本明細書は、ハイブリッド車（１０）を開示する。ハイブリッド車は、エンジン（２２）と、第１モータジェネレータ（２４）と、駆動輪（１４）に接続された出力軸（２０）と、エンジン、第１モータジェネレータ及び出力軸を互いに接続する遊星歯車機構（２８）と、出力軸に接続された第２モータジェネレータ（２６）とを備える。このハイブリッド車はさらに、第１モータジェネレータ及び第２モータジェネレータへ電気的に接続されたバッテリ（３８）と、バッテリと第１モータジェネレータとの間で電力を変換する第１インバータ（３４）と、バッテリと第２モータジェネレータとの間で電力を変換する第２インバータ（３６）と、第１インバータに対する第１制御信号（Ｇ１〜Ｇ６）を出力する第１コントローラ（４４）と、第２インバータに対する第２制御信号（Ｇ７〜Ｇ１２）及び第１インバータに対する第３制御信号（ＧＡ）を出力する第２コントローラ（４６）と、第１コントローラからの第１制御信号又は第２コントローラからの第３制御信号のいずれか一方を第１インバータへ出力する選択回路（５１ａ〜５３ａ；５４ａ〜５６ａ）を備える。第１インバータは、各々が上アームスイッチンング素子（Ｑ１〜Ｑ３）及び下アームスイッチング素子（Ｑ４〜Ｑ６）を含む複数のアームを有する。第３制御信号は、第１インバータの複数のアームの上アームスイッチング素子又は下アームスイッチング素子のいずれか一方を同時にオンさせる信号である。第２コントローラは、第１コントローラに異常が生じているときに、第２制御信号を出力して第２モータジェネレータを駆動しながら第３制御信号を出力することによってエンジンを始動することができる。このハイブリッド車によると、第１コントローラに異常が生じているときでも、エンジンを始動することができる。

上記のハイブリッド車において、第２コントローラは、第１インバータの上アームスイッチング素子又は下アームスイッチング素子に短絡故障が生じているときに、第３制御信号の出力が禁止されるとよい。このような構成によると、第３制御信号が出力されたときに、短絡故障したスイッチング素子を介して上下のアームが同時に導通することを避けることができる。

ハイブリッド車は、第１コントローラの異常を検出する異常検出回路（５１ｃ〜５３ｃ）をさらに備えてもよい。この場合、選択回路は、異常検出回路に接続されており、異常検出回路が第１コントローラの異常を検出したときに限って、第２コントローラからの第３制御信号を第１インバータへ出力することができる。このような構成によると、第２コントローラが第３制御信号を誤って出力した場合に、その第３制御信号が第１インバータへ入力されることを避けることができる。これにより、第３制御信号が誤って出力された場合でも、第１コントローラに異常が生じていなければ、その影響を受けることなく、第１モータは正常に動作し続けることができる。

上記したハイブリッド車は、バッテリと第１インバータとの間で直流電力を変圧するＤＣ−ＤＣコンバータ（３２）をさらに備えてもよい。このＤＣ−ＤＣコンバータは、第１コントローラが出力する第４制御信号（Ｇ１３、Ｇ１４）によって制御される上アームスイッチング素子（Ｑ１３）及び下アームスイッチング素子（Ｑ１４）を有する。この場合、第２コントローラは、第２制御信号及び第３制御信号によってエンジンを始動した後に、ＤＣ−ＤＣコンバータの上アームスイッチング素子をオンする第５制御信号をさらに出力するとよい。このような構成によると、異常が生じている第１コントローラに代わって、第２コントローラがＤＣ−ＤＣコンバータの上アームスイッチング素子をオンさせることができる。これにより、第１モータジェネレータによって発電された電力をバッテリへ供給することができ、バッテリの充電を行うことができる。

１０：ハイブリッド車
１４：駆動輪
２０：出力軸
２２：エンジン
２２ａ：エンジンのクランク軸
２４：第１モータジェネレータ（第１モータ）
２６：第２モータジェネレータ（第２モータ）
２８：遊星歯車機構
３０：電力変換回路
３２：ＤＣ−ＤＣコンバータ
３４：第１インバータ
３６：第２インバータ
３８：バッテリ
４２：エンジン制御ユニット
４４：第１モータ制御ユニット
４６：第２モータ制御ユニット
５０：ハイブリッド制御ユニット
５１〜６４：駆動回路
５１ａ〜５６ａ：選択回路
５１ｃ〜５６ｃ：異常検出回路
６３ａ：第２選択回路
Ｄ１〜Ｄ１４：ダイオード
Ｑ１〜Ｑ１４：スイッチング素子
Ｇ１〜Ｇ６：第１制御信号
Ｇ７〜Ｇ１２：第２制御信号
ＧＡ：第３制御信号
Ｇ１３、Ｇ１４：第４制御信号
ＧＢ：第５制御信号

Claims

エンジンと、
第１モータジェネレータと、
駆動輪に接続された出力軸と、
前記エンジン、前記第１モータジェネレータ及び前記出力軸を互いに接続する遊星歯車機構と、
前記出力軸に接続された第２モータジェネレータと、
前記第１モータジェネレータ及び前記第２モータジェネレータへ電気的に接続されたバッテリと、
前記バッテリと前記第１モータジェネレータとの間で電力を変換する第１インバータと、
前記バッテリと前記第２モータジェネレータとの間で電力を変換する第２インバータと、
前記第１インバータに対する第１制御信号を出力する第１コントローラと、
前記第２インバータに対する第２制御信号及び前記第１インバータに対する第３制御信号を出力する第２コントローラと、
前記第１コントローラからの前記第１制御信号又は前記第２コントローラからの前記第３制御信号のいずれか一方を前記第１インバータへ出力する選択回路を備え、
前記第１インバータは、複数の上アームスイッチング素子及び複数の下アームスイッチング素子を有し、
前記第３制御信号が、前記第１インバータの前記複数の上アームスイッチング素子又は前記複数の下アームスイッチング素子のいずれか一方を、同時にオンさせる信号であり、
前記第２コントローラは、前記第１コントローラに異常が生じているときに、前記第２制御信号を出力して前記第２モータジェネレータを駆動しながら前記第３制御信号を出力することによって前記エンジンを始動可能な、
ハイブリッド車。
前記第２コントローラは、前記第１インバータの前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子に短絡故障が生じているときに、前記第３制御信号を出力することが禁止される、請求項１に記載のハイブリッド車。
前記第１コントローラの異常を検出する異常検出回路をさらに備え、
前記選択回路は、前記異常検出回路に接続されており、前記異常検出回路が前記第１コントローラの異常を検出したときに限って、前記第２コントローラからの前記第３制御信号を前記第１インバータへ出力する、請求項１又は２に記載のハイブリッド車。
前記バッテリと前記第１インバータとの間で直流電力を変圧するＤＣ−ＤＣコンバータをさらに備え、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記第１コントローラが出力する第４制御信号によって制御される上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、
前記第２コントローラは、前記第２制御信号及び前記第３制御信号によって前記エンジンを始動した後に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記上アームスイッチング素子をオンする第５制御信号をさらに出力する、
請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド車。