JP6512206B2

JP6512206B2 - ハイブリッド自動車

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Publication number: JP6512206B2
Application number: JP2016223059A
Authority: JP
Inventors: 志浩高倉; 進一郎峯岸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2036-11-16
Also published as: US20180134280A1; JP2018079786A; CN108068799B; US10214205B2; CN108068799A

Description

本発明は、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、プラネタリギヤにエンジンと発電機と車軸に連結された駆動軸とが接続されると共に駆動軸に電動機が接続され、バッテリからの電力を昇圧して発電機を駆動する第１インバータと電動機を駆動する第２インバータに供給する昇圧コンバータを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、発電機を正常に駆動できないときには、昇圧コンバータと第１インバータとをシャットダウンし、エンジンの駆動により発電機で発生した逆起電力を電動機に供給して退避走行する。この際、発電機の逆起電力を推定し、推定した逆起電力に基づいて電動機のトルク指令を決定している。

特開２０１４−１８４８８０号公報

上述のハイブリッド自動車では、第１インバータおよび第２インバータに供給される電力ラインには平滑用のコンデンサが取り付けられていると共にコンデンサの端子間電圧（電力ラインの電圧）を検出する電圧センサも取り付けられており、この電圧センサにより検出される電圧に基づいて電動機が駆動制御されている。このため、電圧センサに異常が生じ、コンデンサの端子間電圧（電力ラインの電圧）が変動すると、電動機の駆動制御が破綻し、退避走行することができなくなってしまう。この場合、エンジンの駆動を停止し、バッテリからの電力だけを用いて退避走行することも考えられるが、この場合、走行距離が短くなると共に車速も低いものになってしまう。

本発明のハイブリッド自動車は、電圧センサに異常が生じている際に昇圧コンバータをシャットダウンすると共に発電機のインバータをシャットダウンした状態でエンジンを駆動して走行するときにおける電動機の駆動制御の破綻を抑止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、
前記エンジンの回転に伴って回転することによって逆起電力を生じる発電機と、
走行用の動力を出力可能な電動機と、
前記発電機を駆動するための第１インバータと、
前記電動機を駆動するための第２インバータと、
蓄電装置と、
前記蓄電装置に接続された第１電圧系電力ラインと前記第１インバータおよび前記第２インバータに接続された第２電圧系電力ラインとに接続されて前記第１電圧系電力ラインの直流電力を昇圧して前記第２電圧系電力ラインに供給する昇圧コンバータと、
前記第２電圧系電力ラインに取り付けられた平滑用のコンデンサと、
前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧センサと、
前記エンジンと前記第１インバータと前記第２インバータと前記昇圧コンバータとを制御する制御装置と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、前記電圧センサに異常が生じている際に前記昇圧コンバータをシャットダウンすると共に前記第１インバータをシャットダウンした状態で前記エンジンを駆動して走行するときには、前記コンデンサの電圧が上昇する予兆があると判定したときに前記第１インバータを三相オンとする、
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、電圧センサに異常が生じている際に昇圧コンバータをシャットダウンしている状態では、第１インバータをシャットダウンすると共にエンジンを駆動することにより発電機により生じる逆起電力を第２インバータを介して電動機に供給して退避走行を行なう。この際、電動機による消費電力が発電機による逆起電力以上のときには、蓄電装置が接続された第１電圧系電力ラインからの電力がシャットダウンした昇圧コンバータを介して第１インバータおよび第２インバータに接続された第２電圧系電力ラインに供給されるため、第２電圧系電力ラインの電圧は第１電圧系電力ラインの電圧と同じになり、第１電圧系電力ラインの電圧を用いて電動機を駆動制御することができる。一方、電動機による消費電力が発電機による逆起電力より小さいときには、昇圧コンバータをシャットダウンしていることから、第２電圧系電力ラインの電圧が上昇するため、第１電圧系電力ラインの電圧を用いて電動機を駆動制御すると制御が破綻してしまう。ハイブリッド自動車では、第２電圧系電力ラインに取り付けられた平滑用のコンデンサの端子間電圧（第２電圧系電力ラインの電圧）が上昇する予兆があると判定したときに第１インバータを三相オンとする。すると、発電機のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に閉回路が形成されるため、逆起電力は生じなくなり、第２電圧系電力ラインの電圧の上昇が抑制され、第１電圧系電力ラインの電圧を用いての電動機の駆動制御を継続することができる。これらの結果、電動機の駆動制御の破綻を抑止することができ、退避走行を継続することができる。

本発明のハイブリッド自動車において、前記制御装置は、運転者の操作に伴って前記電動機から出力すべきパワー指令が所定パワー以下になるときに前記コンデンサの電圧が上昇する予兆があると判定するものとしてもよい。ここで、「パワー指令」は、電動機から出力すべきトルク指令に電動機の回転数を乗じたものとしてもよいし、電動機からのパワーだけを用いて走行している場合には、走行用パワーの指令を用いてもよい。

また、本発明のハイブリッド自動車において、前記制御装置は、アクセル開度が所定開度以下になるときに前記コンデンサの電圧が上昇する予兆があると判定するものとしてもよい。これは、アクセル開度の大小は、電動機から出力すべきトルクの大小に密接に関連するから、アクセル開度を所定開度以下とすると、電動機から出力すべきパワーが小さくなり、電動機による消費電力が発電機による逆起電力より小さくなることに基づく。

本発明のハイブリッド自動車において、前記制御装置は、前記コンデンサの電圧が上昇する予兆が解除されたときに前記第１インバータをシャットダウンするものとしてもよい。コンデンサの電圧が上昇する予兆が解除されたときは、電動機による消費電力が発電機による逆起電力以上となると考えられるから、三相オンしていたインバータをシャットダウンすることにより、発電機に逆起電力を生じさせて電動機に供給することができる。

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を含む電気系の構成の概略を示す構成図である。ＨＶＥＣＵ７０により実行される退避走行制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。エンジン２２を停止すると共にインバータ４１をシャットダウンした状態で退避走行する際のエネルギの流れを示す説明図である。エンジン２２を停止すると共にインバータ４１をシャットダウンした状態で退避走行する際のプラネタリギヤ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の一例を示す説明図である。昇圧コンバータ５６とインバータ４１とをシャットダウンした状態でエンジン２２を自立運転して退避走行する際のエネルギの流れを示す説明図である。昇圧コンバータ５６とインバータ４１とをシャットダウンした状態でエンジン２２を自立運転して退避走行する際のプラネタリギヤ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の一例を示す説明図である。昇圧コンバータ５６をシャットダウンすると共にインバータ４１を三相オンした状態でエンジン２２を自立運転して退避走行する際のエネルギの流れを示す説明図である。昇圧コンバータ５６をシャットダウンすると共にインバータ４１を三相オンした状態でエンジン２２を自立運転して退避走行する際のプラネタリギヤ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の一例を示す説明図である。昇圧コンバータ５６をシャットした状態でインバータ４１をシャットダウンしたり三相オンしたりして退避走行する際の駆動トルクＴｄやインバータ４１などの状態の時間変化の一例を示す説明図である。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。

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。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１と、モータＭＧ２と、インバータ４１，４２と、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、バッテリ５０と、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２と、昇圧コンバータ５６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、一般的な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おり、エンジンＥＣＵ２４により駆動制御される。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の運転状態を検出する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からのクランクポジションθｃｒや、エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサからの冷却水温Ｔｗｅ、吸気管に取り付けられたエアフローメータからの吸入空気量Ｑａ、吸気管に取り付けられた温度センサからの吸気温Ｔａなどが入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁への駆動信号や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や、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。また、エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、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、クランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号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も演算している。

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，リングギヤ，キャリアには、モータＭＧ１の回転子，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，エンジン２２のクランクシャフト２６がそれぞれ接続されている。

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備える周知の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と同様に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。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータＥＣＵ４０によってインバータ４１，４２を制御することにより駆動する。インバータ４１，４２は、電力ライン（以下、駆動電圧系電力ラインという。）５４ａによりバッテリ５０とシステムメインリレー５５が接続された電力ライン（以下、電池電圧系電力ラインという。）５４ｂに接続された昇圧コンバータ５６に接続されている。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、それぞれ駆動電圧系電力ライン５４ａ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、インバータ４１，４２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調節することにより、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、駆動電圧系電力ライン５４ａの正極母線と負極母線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。

昇圧コンバータ５６は、図２に示すように、２つのトランジスタＴ５１，Ｔ５２とトランジスタＴ５１，Ｔ５２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ５１，Ｄ５２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。２つのトランジスタＴ５１，Ｔ５２は、それぞれ駆動電圧系電力ライン５４ａの正極母線，駆動電圧系電力ライン５４ａおよび電池電圧系電力ライン５４ｂの負極母線に接続されており、トランジスタＴ５１，Ｔ５２の接続点と電池電圧系電力ライン５４ｂの正極母線とにリアクトルＬが接続されている。したがって、トランジスタＴ５１，Ｔ５２をオンオフすることにより、電池電圧系電力ライン５４ｂの電力を昇圧して駆動電圧系電力ライン５４ａに供給したり、駆動電圧系電力ライン５４ａの電力を降圧して電池電圧系電力ライン５４ｂに供給したりすることができる。

駆動電圧系電力ライン５４ａには、平滑用の平滑コンデンサ５７と放電用の放電抵抗５８とが並列に接続されている。また、電池電圧系電力ライン５４ｂのバッテリ５０の出力端子側には、正極側リレーＳＢと負極側リレーＳＧとプリチャージ用リレーＳＰとプリチャージ用抵抗ＲＰとからなるシステムメインリレー５５が取り付けられており、さらに、電池電圧系電力ライン５４ｂの昇圧コンバータ５６側には、平滑用のフィルタコンデンサ５９が接続されている。

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。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からの回転位置θｍ１，θｍ２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ポートを介して入力されている。また、モータＥＣＵ４０には、平滑コンデンサ５７の端子間に取り付けられた電圧センサ５７ａからの平滑コンデンサ５７の電圧（駆動電圧系電力ライン５４ａの電圧。以下、駆動電圧系電圧という。）ＶＨや、フィルタコンデンサ５９の端子間に取り付けられた電圧センサ５９ａからのフィルタコンデンサ５９の電圧（電池電圧系電力ライン５４ｂの電圧。以下、電池電圧系電圧という）ＶＬなども入力されている。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２や昇圧コンバータ５６を駆動するための制御信号、例えば、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や、昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５１，Ｔ５２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。また、モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、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の運転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も演算している。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりをする。バッテリ５０を管理するバッテリ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５１ａからの電池電圧Ｖｂや、バッテリ５０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂ、バッテリ５０に取り付けられた図示しない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と通信しており、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ＨＶＥＣＵ７０に送信する。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充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてそのときのバッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。

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、駆動制御などに必要な各種信号、例えば、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、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、ＨＶＥＣＵ７０には、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なども入力されている。ＨＶＥＣＵ７０からは、システムメインリレー５５への駆動信号などの制御信号が出力ポートを介して出力されている。ＨＶＥＣＵ７０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では、ハイブリッド走行（ＨＶ走行）モードや電動走行（ＥＶ走行）モードで走行する。ここで、ＨＶ走行モードは、エンジン２２を運転しながら、エンジン２２の運転を伴って走行するモードであり、ＥＶ走行モードは、エンジン２２の運転を伴わずに走行するモードである。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、昇圧コンバータ５６に異常が生じていると共に駆動電圧系電圧ＶＨを検出する電圧センサ５７ａに異常が生じたときの退避走行の際の動作について説明する。図３は、退避走行する際にＨＶＥＣＵ７０により実行される退避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、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

退避走行制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、異常が生じている昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５１，Ｔ５２をシャットダウン（ゲート遮断）することができるか否かを判定する（ステップＳ１００）。この判定は、トランジスタＴ５１のオン固着による異常が生じているか否かなどにより行なうことができる。昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５１，Ｔ５２をシャットダウン（ゲート遮断）することができないと判定したときには、エンジン２２を停止し（ステップＳ１１０）、モータＭＧ１を駆動するインバータ４１をシャットダウン（ゲート遮断）して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２の停止は、その旨の制御信号をエンジンＥＣＵ２４に送信し、制御信号を受信したエンジンＥＣＵ２４が燃料噴射制御や点火制御を停止することにより行なわれる。インバータ４１のシャットダウン（ゲート遮断）は、その旨の制御信号をモータＥＣＵ４０に送信し、制御信号を受信したモータＥＣＵ４０がインバータ４１のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をオフとすることにより行なわれる。エンジン２２を停止すると共にインバータ４１をシャットダウンした状態で退避走行する際のエネルギの流れを図４に示し、この状態のプラネタリギヤ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の一例を図５に示す。図４中、白抜き矢印はエネルギの流れを示す。
図５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であるキャリアの回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２であるリングギヤの回転数Ｎｒを示す。Ｒ軸上の太線矢印はモータＭＧ２から出力されて駆動軸３６に作用するトルクを示す。エンジン２２を停止すると共にインバータ４１をシャットダウンした状態では、バッテリ５０の電力が昇圧コンバータ５６を介して駆動電圧系電力ライン５４ａに作用する。このため、電池電圧系電力ライン５４ｂの電圧（電池電圧系電圧）ＶＬに基づいてインバータ４２のトランジスタＴ２１〜Ｔ２６をスイッチング制御することによりモータＭＧ２からトルクを出力して走行することができる。

ステップＳ１００で昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５１，Ｔ５２をシャットダウン（ゲート遮断）することができると判定したときには、昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５１，Ｔ５２をシャットダウン（ゲート遮断）すると共に（ステップＳ１２０）、エンジン２２を自立運転する（ステップＳ１３０）。昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５１，Ｔ５２のシャットダウン（ゲート遮断）は、その旨の制御信号をモータＥＣＵ４０に送信し、制御信号を受信したモータＥＣＵ４０が昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５１，Ｔ５２をオフとすることにより行なわれる。エンジン２２の自立運転は、その旨の制御信号をエンジンＥＣＵ２４に送信し、制御信号を受信したエンジンＥＣＵ２４が予め定めた回転数でエンジン２２が自立運転するように吸入空気量制御や燃料噴射両制御，点火制御などを行なうことにより実行される。

そして、駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆があるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆は、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２との積として計算されるモータ要求パワーが所定パワーＰｒｅｆ以下であるときや、アクセルペダルポジションセンサ８４により検出されるアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ以下であるときに「予兆あり」と判定することにより得ることができる。この理由については後述する。

ステップＳ１４０で駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆がないと判定したときには、駆動電圧系電圧ＶＨは電池電圧系電圧ＶＬに保たれると判断し、モータＭＧ１を駆動するインバータ４１をシャットダウン（ゲート遮断）して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。この状態では、昇圧コンバータ５６とインバータ４１とをシャットダウンした状態でエンジン２２を自立運転して退避走行することになる。この状態で退避走行する際のエネルギの流れを図６に示し、この状態で退避走行する際のプラネタリギヤ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の一例を図７に示す。エンジン２２を自立運転すると、エンジン２２の自立運転に伴ってモータＭＧ１は連れ回され、モータＭＧ１に逆起電力が生じる。インバータ４１がシャットダウンされると、インバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６は整流回路として機能するから、モータＭＧ１に生じた逆起電力は、インバータ４２に供給され、モータＭＧ２によって消費される。モータＭＧ２の駆動制御は、駆動電圧系電圧ＶＨが電池電圧系電圧ＶＬに保たれるため、電池電圧系電圧ＶＬに基づいてインバータ４２のトランジスタＴ２１〜Ｔ２６をスイッチング制御することにより行なうことができる。この退避走行では、エンジン２２を自立運転してモータＭＧ１を連れ回すことによりモータＭＧ１に生じる逆起電力を用いるから、バッテリ５０からの放電電力だけで走行する場合に比してより大きな電力を用いて走行することができると共に、走行距離を長くすることができる。なお、エンジン２２の自立運転の回転数は、モータＭＧ１である程度の逆起電力が生じる回転数となる。

ステップＳ１４０で駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆があると判定したときには、インバータ４１を三相オンとして（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。インバータ４１の三相オンは、その旨の制御信号をモータＥＣＵ４０に送信し、制御信号を受信したモータＥＣＵ４０がインバータ４１の上アームを構成するトランジスタＴ１１〜Ｔ１３をオンとするか或いは下アームを構成するトランジスタＴ１４〜Ｔ１６をオンとすることにより行なうことができる。この状態では、昇圧コンバータ５６をシャットダウンすると共にインバータ４１を三相オンした状態でエンジン２２を自立運転して退避走行することになる。この状態で退避走行する際のエネルギの流れを図８に示し、この状態で退避走行する際のプラネタリギヤ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の一例を図９に示す。インバータ４１を三相オンとすると、モータＭＧ１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に閉回路が生じるため、モータＭＧ１に逆起電力が生じることはない。したがって、モータＭＧ２は、バッテリ５０からの電力だけを用いて駆動することになる。

駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆があると判定したときでも、予兆がないと判定したときと同様にインバータ４１をシャットダウンした状態でエンジン２２を自立運転して退避走行すると、モータＭＧ１の逆起電力により駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する。この場合、駆動電圧系電圧ＶＨを検出する電圧センサ５７ａに異常が生じているため、駆動電圧系電圧ＶＨが電池電圧系電圧ＶＬに等しいとして行なわれるモータＭＧ２の駆動制御に破綻が生じる。実施例では、こうしたモータＭＧ２の駆動制御の破綻を回避するために、動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆があると判定したときにはインバータ４１を三相オンとするのである。

次に、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２との積として計算されるモータ要求パワーが所定パワーＰｒｅｆ以下であるときや、アクセルペダルポジションセンサ８４により検出されるアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ以下であるときに「駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆がある」と判定することができる理由について説明する。モータＭＧ１の逆起電力とバッテリ５０からの放電電力を用いてモータＭＧ２を駆動制御して走行する場合、モータＭＧ２のトルクが小さくなって消費電力が小さくなると、モータＭＧ１の逆起電力が過剰となり、駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する。従って、モータＭＧ２の消費電力が小さくなるとき、即ち、モータ要求パワーが小さくなって所定パワー以下になるときに駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆があると判定することができる。モータＭＧ２からのトルクだけで走行する場合、モータ要求パワーが小さくなるときは走行に要求されるパワーが小さくなるときと同意となり、この場合、運転者が踏み込んでいたアクセルペダル８３を戻したときに相当する。したがって、アクセル開度Ａｃｃが小さくなって所定開度以下となったときに駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆があると判定することができる。

図１０は、駆動電圧系電圧ＶＨを検出する電圧センサ５７ａに異常が生じている際に昇圧コンバータ５６をシャットした状態でインバータ４１をシャットダウンしたり三相オンしたりして退避走行する際の駆動トルクＴｄやインバータ４１などの状態の時間変化の一例を示す説明図である。図中、駆動電圧系電圧ＶＨの一点鎖線はインバータ４１のシャットダウンを保持したときのものを示す。駆動電圧系電圧ＶＨを検出する電圧センサ５７ａに異常が生じている際に昇圧コンバータ５６に異常が生じて昇圧コンバータ５６をシャットダウンした時間Ｔ１では、インバータ４１はシャットダウンされ、エンジン２２は自立運転される。このため、モータＭＧ１に逆起電力が生じ、駆動電圧系電圧ＶＨは、迅速に電池電圧系電圧ＶＬになり、モータＭＧ２は、駆動電圧系電圧ＶＨが電池電圧系電圧ＶＬに等しいとして電池電圧系ＶＬに基づいて駆動制御される。運転者が踏み込んでいたアクセルペダル８３を急に戻した時間Ｔ２では、このアクセル操作によりアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ以下となり、駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆があると判定され、インバータ４１が三相オンとされる。このため、モータＭＧ１に逆起電力が生じなくなり、駆動電圧系電圧ＶＨは電池電圧系電圧ＶＬに保たれ、電池電圧系ＶＬに基づくモータＭＧ２の駆動制御は破綻することなく継続される。一方、一点鎖線に示すように、インバータ４１を三相オンとせずにシャットダウンの状態を保持すると、駆動電圧系電圧ＶＨは上昇するから、電池電圧系電圧ＶＬに基づくモータＭＧ２の駆動制御は破綻する。運転者がアクセルペダル８３を若干踏み込んだ時間Ｔ３では、アクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ以下であるため、インバータ４１の三相オンは継続される。運転者がアクセルペダル８３を更に踏み込んだ時間Ｔ４では、アクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆより大きくなるため、インバータ４１の三相オンが解除されてインバータ４１がシャットダウンされる。このため、モータＭＧ１に逆起電力が生じ、この逆起電力をモータＭＧ２によって消費して走行することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、昇圧コンバータ５６に異常が生じていると共に駆動電圧系電圧ＶＨを検出する電圧センサ５７ａに異常が生じている際に昇圧コンバータ５６をシャットダウンした状態でエンジン２２を自立運転して走行する。その場合、駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆がないと判定したときには、モータＭＧ１を駆動するインバータ４１をシャットダウンし、モータＭＧ１に生じる逆起電力をモータＭＧ２で消費して走行する。これにより、バッテリ５０からの放電電力だけを用いて走行する場合に比して走行距離を長くすることができると共により大きな車速で走行することができる。駆動電圧系電圧ＶＨが上昇する予兆があると判定したときには、モータＭＧ１を駆動するインバータ４１を三相オンとし、モータＭＧ１に逆起電力が生じないようにして走行する。これにより、駆動電圧系電圧ＶＨが上昇するのを抑制し、電池電圧系電圧ＶＬに基づくモータＭＧ２の駆動制御が破綻するのを回避し、退避走行を継続することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、駆動輪３８ａ，３８ｂに連結された駆動軸３６にプラネタリギヤ３０のリングギヤおよびモータＭＧ２を接続すると共にプラネタリギヤ３０のサンギヤとキャリヤとにモータＭＧ１とエンジン２２とをそれぞれ接続する構成とした。しかし、エンジンと、エンジンの回転に伴って回転することによって逆起電力を生じる発電機と、走行用の動力を出力可能な電動機と、発電機を駆動するための第１インバータと、電動機を駆動するための第２インバータと、蓄電装置と、昇圧コンバータと、を備えるものであれば、如何なる構成としてもよい。例えば、図１１の変形例のハイブリッド自動車１２０に示すように、駆動輪３８ａ，３８ｂに連結された駆動軸３６に走行用のモータＭＧ２を接続すると共にエンジン２２の出力軸に発電用のモータＭＧ１を接続するいわゆるシリーズハイブリッド自動車の構成としてもよい。

また、実施例のハイブリッド自動車２０では、電池電圧系電力ライン５４ｂにバッテリ５０が接続されているが、バッテリ５０に代えてキャパシタでもよい。

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が「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」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「蓄電装置」に相当し、昇圧コンバータ５６が「昇圧コンバータ」に相当し、平滑コンデンサ５７が「コンデンサ」に相当し、電圧センサ５７ａが「電圧センサ」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とバッテリＥＣＵ５２とが「制御装置」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。

２０，１２０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、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、５０バッテリ、５１ａ電圧センサ、５１ｂ電流センサ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ａ駆動電圧系電力ライン、５４ｂ電池電圧系電力ライン、５５システムメインリレー、５６昇圧コンバータ、５７平滑コンデンサ、５７ａ電圧センサ、５８放電抵抗、５９フィルタコンデンサ、５９ａ電圧センサ、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，Ｄ５１，Ｄ５２ダイオード、Ｌリアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２モータ、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６，Ｔ５１，Ｔ５２トランジスタ、ＳＢ正極側リレー、ＳＧ負極側リレー、ＳＰプリチャージ用リレー、ＲＰプリチャージ用抵抗。

Claims

エンジンと、
前記エンジンの回転に伴って回転することによって逆起電力を生じる発電機と、
走行用の動力を出力可能な電動機と、
前記発電機を駆動するための第１インバータと、
前記電動機を駆動するための第２インバータと、
蓄電装置と、
前記蓄電装置に接続された第１電圧系電力ラインと前記第１インバータおよび前記第２インバータに接続された第２電圧系電力ラインとに接続されて前記第１電圧系電力ラインの直流電力を昇圧して前記第２電圧系電力ラインに供給する昇圧コンバータと、
前記第２電圧系電力ラインに取り付けられた平滑用のコンデンサと、
前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧センサと、
前記エンジンと前記第１インバータと前記第２インバータと前記昇圧コンバータとを制御する制御装置と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、前記電圧センサに異常が生じている際に前記昇圧コンバータをシャットダウンすると共に前記第１インバータをシャットダウンした状態で前記エンジンを駆動して走行するときには、前記コンデンサの電圧が上昇する予兆があると判定したときに前記第１インバータを三相オンとする、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、運転者の操作に伴って前記電動機から出力すべきパワー指令が所定パワー以下になるときに前記コンデンサの電圧が上昇する予兆があると判定する、
ハイブリッド自動車。
請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、アクセル開度が所定開度以下になるときに前記コンデンサの電圧が上昇する予兆があると判定する、
ハイブリッド自動車。
請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載のハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、前記コンデンサの電圧が上昇する予兆が解除されたときに前記第１インバータをシャットダウンする、
ハイブリッド自動車。