JP6631571B2

JP6631571B2 - ハイブリッド自動車

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Publication number: JP6631571B2
Application number: JP2017052606A
Authority: JP
Inventors: 大輝高山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: US20180264952A1; JP2018154237A; US10245958B2; CN108621777A; CN108621777B

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、エンジンと、第１モータと、エンジンと第１モータと駆動輪に連結された出力部材とがキャリヤとサンギヤとリングギヤとに接続された遊星歯車機構と、出力部材に接続された第２モータと、第１モータおよび第２モータを駆動するインバータと、インバータに電力ラインを介して接続されたバッテリと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、インバータのゲート遮断とエンジンの運転とを伴って走行する際にアクセルオンのときには、インバータの直流側電圧と出力部材の回転数とアクセル操作量とに基づいて、第１モータの回転に伴って発生する逆起電圧がインバータの直流側電圧よりも高くなるようにエンジンを制御する。こうした制御により、第１モータの逆起電圧に基づく制動トルクを調節し、この制動トルクの反力トルク（出力部材に発生させる駆動トルク）を調節している。

特開２０１３−２０３１１６号公報

上述のハイブリッド自動車では、インバータのゲート遮断とエンジンの運転とを伴って走行している際にアクセルオフのときに、アクセルオンのときに比して、出力部材の駆動トルクをどのようにして充分に低下させるかが課題となる。

本発明のハイブリッド自動車は、インバータのゲート遮断とエンジンの運転とを伴って走行している際にアクセルオフのときに、アクセルオンのときに比して駆動軸のトルクを充分に低下させ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、
回転に伴って逆起電圧を発生する第１モータと、
前記第１モータと前記エンジンと駆動輪に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が共線図において前記第１モータ，前記エンジン，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、
前記駆動軸に接続されると共に回転に伴って逆起電圧を発生する第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、
蓄電装置と、
前記蓄電装置が接続された低電圧側電力ラインと前記第１インバータおよび前記第２インバータが接続された高電圧側電力ラインとに接続され、前記低電圧側電力ラインと前記高電圧側電力ラインとの間で電圧の変更を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧コンバータと、
前記第１インバータおよび前記第２インバータをゲート遮断と前記エンジンの運転とを伴って走行する所定走行時にアクセルオンのときには、前記第１モータの逆起電圧が前記第１インバータおよび前記第２インバータの直流側電圧よりも高くなって前記第１モータから前記プラネタリギヤを介して前記駆動軸にトルクが出力されるように前記エンジンと前記昇降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、前記所定走行時にアクセルオフのときには、アクセルオンのときに比して、前記第１モータの回転数が小さくなると共に前記高電圧側電力ラインの電圧が低くなるように前記エンジンと前記昇降圧コンバータとを制御する、
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、第１インバータおよび第２インバータをゲート遮断とエンジンの運転とを伴って走行する所定走行時にアクセルオンのときには、第１モータの逆起電圧が第１インバータおよび第２インバータの直流側電圧よりも高くなって第１モータからプラネタリギヤを介して駆動軸にトルクが出力されるようにエンジンと昇降圧コンバータとを制御する。第１モータが回転しているときには、第１モータで引き摺りトルク（機械損）が生じ、第１モータの逆起電圧が第１インバータの直流側電圧よりも高いときには、第１モータで引き摺りトルクに加えて逆起電圧に基づく回生トルクも生じる。したがって、第１モータの逆起電圧を第１インバータの直流側電圧よりも高くすることにより、第１モータの回生トルクおよび引き摺りトルクに基づく駆動軸の駆動トルクにより走行することができる。なお、第２モータが回転しているときには、第２モータで引き摺りトルク（機械損）が生じ、第２モータの逆起電圧が第２インバータの直流側電圧よりも高いときには、第２モータで引き摺りトルクに加えて逆起電圧に基づく回生トルクも生じる。これらのトルクは、制動トルクとして駆動軸に出力される。そして、所定走行時にアクセルオフのときには、アクセルオンのときに比して、第１モータの回転数が小さくなると共に高電圧側電力ラインの電圧が低くなるようにエンジンと昇降圧コンバータとを制御する。第１モータの回転数を小さくすることにより、第１モータの回生トルクおよび引き摺りトルクを小さくすることができ、これらに基づく駆動軸のトルク（駆動トルク）を小さくすることができる。また、高電圧側電力ラインの電圧を低くすることにより、第２モータで回生トルクを生じさせ且つ大きくすることができ、駆動軸のトルクを小さくする（制動トルクとして大きくする）ことができる。これらの結果、第１モータの回転数を小さくするだけに比して、駆動軸のトータルのトルクを充分に小さくする（制動トルクとして大きくする）ことができる。この結果、車両の制動力を充分に確保することができる。

こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記制御装置は、前記所定走行時にアクセルオフのときには、前記駆動軸のトータルのトルクが制動トルクとして最大となるように前記高電圧側電力ラインの目標電圧を設定し、前記高電圧側電力ラインの電圧が前記目標電圧となるように前記昇降圧コンバータを制御するものとしてもよい。こうすれば、駆動軸のトータルのトルクを制動トルクとして最大にすることができる。この結果、車両の制動力をより充分に確保することができる。

また、本発明のハイブリッド自動車において、前記制御装置は、前記所定走行時にアクセルオフのときにおいて、車速が所定範囲内のときには、前記高電圧側電力ラインの電圧がアクセルオンのときよりも低くなるように前記昇降圧コンバータを制御し、車速が所定範囲外のときには、前記高電圧側電力ラインの電圧がアクセルオンのときと同一になるように前記昇圧コンバータを制御するものとしてもよい。こうすれば、車速に応じて高電圧側電力ラインの電圧をアクセルオンのときよりも低下させるか否かを選択することができる。ここで、「所定範囲」の下限は、車両にある程度大きい制動力の確保が要求されているか否かを判定するのに用いられる閾値（境界）であるものとしてもよい。「所定範囲」の上限は、高電圧側電力ラインの電圧をアクセルオンのときよりも低下させると第２インバータや昇降圧コンバータ，バッテリに大電流が流れる可能性があるか否かを判定するのに用いられる閾値（境界）であるものとしてもよい。

さらに、本発明のハイブリッド自動車において、前記制御装置は、前記所定走行時にアクセルオフのときには、前記エンジンが許容下限回転数で回転するように前記エンジンを制御するものとしてもよい。こうすれば、第１モータからプラネタリギを介して駆動軸に出力されるトルクを駆動トルクとしてより充分に小さくするまたは制動トルクとしてより充分に大きくすることができる。

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を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。インバータ４１，４２をゲート遮断している状態でモータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨよりも高いときのプラネタリギヤ３０の共線図の一例を示す説明図である。ＨＶＥＣＵ７０により実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。インバータレス走行でアクセルオンやアクセルオフのときのプラネタリギヤ３０の共線図の一例を示す説明図である。インバータレス走行でアクセルオンやアクセルオフのときのプラネタリギヤ３０の共線図の一例を示す説明図である。変形例の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

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り、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、図示するように、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、昇降圧コンバータ５５と、蓄電装置としてのバッテリ５０と、システムメインリレー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、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によって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、エンジン２２のクランクシャフト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などが入力ポートから入力されている。エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための各種制御信号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いる。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒに基づいてエンジン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３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８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、ダンパ２８を介してエンジン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。

インバータ４１，４２は、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動に用いられる。図２に示すように、インバータ４１は、高電圧側電力ライン５４ａに接続されており、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のそれぞれに並列に接続された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、高電圧側電力ライン５４ａの正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように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、高電圧側電力ライン５４ａに接続されており、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。

昇降圧コンバータ５５は、高電圧側電力ライン５４ａと低電圧側電力ライン５４ｂとに接続されており、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２と、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２のそれぞれに並列に接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬと、を有する。トランジスタＴ３１は、高電圧側電力ライン５４ａの正極側ラインに接続されている。トランジスタＴ３２は、トランジスタＴ３１と、高電圧側電力ライン５４ａおよび低電圧側電力ライン５４ｂの負極側ラインと、に接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点と、低電圧側電力ライン５４ｂの正極側ラインと、に接続されている。昇降圧コンバータ５５は、モータＥＣＵ４０によってトランジスタＴ３１，Ｔ３２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン５４ｂの電力を昇圧して高電圧側電力ライン５４ａに供給したり、高電圧側電力ライン５４ａの電力を降圧して低電圧側電力ライン５４ｂに供給したりする。高電圧側電力ライン５４ａの正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ５７が取り付けられており、低電圧側電力ライン５４ｂの正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ５８が取り付けられている。

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。図１に示すように、モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２や昇降圧コンバータ５５を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０に入力される信号としては、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、モータＭＧ１，ＭＧ２の各相に流れる電流を検出する電流センサ４５ｕ，４５ｖ，４６ｕ，４６ｖからの相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２を挙げることができる。また、コンデンサ５７の端子間に取り付けられた電圧センサ５７ａからのコンデンサ５７（高電圧側電力ライン５４ａ）の電圧（高電圧側電圧）ＶＨや、コンデンサ５８の端子間に取り付けられた電圧センサ５８ａからのコンデンサ５８（低電圧側電力ライン５４ｂ）の電圧（低電圧側電圧）ＶＬも挙げることができる。モータＥＣＵ４０からは、モータＭＧ１，ＭＧ２や昇降圧コンバータ５５を駆動制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０から出力される信号としては、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降圧コンバータ５５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号を挙げることができる。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。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の電気角θｅ１，θｅ２や角速度ωｍ１，ωｍ２，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おり、低電圧側電力ライン５４ｂに接続されている。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によって管理されている。

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各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリＥＣＵ５２に入力される信号としては、例えば、バッテリ５０の端子間に取り付けられた電圧センサ５１ａからのバッテリ５０の電圧Ｖｂや、バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからのバッテリ５０の電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからのバッテリ５０の温度Ｔｂを挙げることができる。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５１ｂからのバッテリ５０の電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合である。

システムメインリレー５６は、低電圧側電力ライン５４ｂにおけるコンデンサ５８よりもバッテリ５０側に設けられている。このシステムメインリレー５６は、ＨＶＥＣＵ７０によってオンオフ制御されることにより、バッテリ５０と昇降圧コンバータ５５側との接続および接続の解除を行なう。

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、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０に入力される信号としては、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、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を挙げることができる。また、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や、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も挙げることができる。なお、シフトポジションＳＰとしては、駐車ポジション（Ｐポジション）や後進ポジション（Ｒポジション），ニュートラルポジション（Ｎポジション），前進ポジション（Ｄポジション）などがある。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、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６の要求駆動力を設定し、要求駆動力に見合う要求動力が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを運転制御する。エンジン２２およびモータＭＧ１，ＭＧ２の運転モードとしては、例えば、以下の（１）〜（３）のモードを挙げることができる。なお、（１）のトルク変換運転モードおよび（２）の充放電運転モードは、何れもエンジン２２の運転を伴って要求動力が駆動軸３６に出力されるようにエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないから、以下、両者を合わせてエンジン運転モードという。
（１）トルク変換運転モード：要求動力に対応する動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共に、エンジン２２から出力される動力の全てが、プラネタリギヤ３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモード
（２）充放電運転モード：要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共に、エンジン２２から出力される動力の全てまたは一部が、バッテリ５０の充放電を伴ってプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモード
（３）モータ運転モード：エンジン２２の運転を停止して、要求動力が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２を駆動制御するモード

また、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の運転中（回転中）にインバータ４１，４２やインバータ４１，４２の制御に用いるセンサ（回転位置検出センサ４３，４４など）に異常が生じたときには、インバータ４１，４２のゲート遮断（トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６の全てをオフ）とエンジン２２の運転とを伴って走行するインバータレス走行（退避走行）を行なう。

インバータレス走行でアクセルオンのときには、ＨＶＥＣＵ７０は、モータＭＧ１の回転に伴って発生する逆起電圧Ｖｃｅｆ１が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨよりも高くなるように、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊に所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔおよび高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を設定する。ここで、モータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１は、モータＭＧ１の角速度ωｍ１と逆起電圧定数Ｋｍ１との積に相当する。所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔは、例えば、４０００ｒｐｍや５０００ｒｐｍ，６０００ｒｐｍなどを用いることができる。所定電圧ＶＨｓｅｔは、例えば、３３０Ｖや３５０Ｖ，３７０Ｖなどを用いることができる。

図３は、インバータ４１，４２をゲート遮断している状態でモータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨよりも高いときのプラネタリギヤ３０の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であるプラネタリギヤ３０のサンギヤの回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるプラネタリギヤ３０のキャリヤの回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２（および駆動軸３６の回転数Ｎｄ）であるプラネタリギヤ３０のリングギヤの回転数を示す。また、図中、「ρ」は、プラネタリギヤ３０のギヤ比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）を示す。図示するように、モータＭＧ１が回転しているときには、モータＭＧ１で引き摺りトルク（機械損）Ｔｄｒｇ１が生じ、モータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨよりも高いときには、モータＭＧ１で引き摺りトルクＴｄｒｇ１に加えて逆起電圧Ｖｃｅｆ１に基づく回生トルクＴｃｅｆ１も生じる。したがって、モータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨよりも高いときには、モータＭＧ１の回生トルクＴｃｅｆ１および引き摺りトルクＴｄｒｇ１の反力トルク（−（Ｔｄｒｇ１＋Ｔｃｅｆ１）／ρ）が駆動トルク（前進用のトルク）として駆動軸３６に出力される。モータＭＧ１の引き摺りトルクＴｄｒｇ１の絶対値は、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の絶対値が大きいほど大きくなる。モータＭＧ１の回生トルクＴｃｅｆ１は、詳細には、エンジン２２の運転に伴ってモータＭＧ１が連れ回され、モータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１に基づく電力がインバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６により整流されて高電圧側電力ライン５４ａ，昇降圧コンバータ５５，低電圧側電力ライン５４ｂを介してバッテリ５０に供給されるのに伴って生じる。また、図３では図示していないが、モータＭＧ２が回転しているときには、モータＭＧ２で引き摺りトルクＴｄｒｇ２が生じて制動トルクとして駆動軸３６に出力され、モータＭＧ２の逆起電圧Ｖｃｅｆ２が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨよりも高いときには、モータＭＧ２で引き摺りトルクＴｄｒｇ２に加えて逆起電圧Ｖｃｅｆ２に基づく回生トルクＴｃｅｆ２も生じてこれらのトルク（Ｔｄｒｇ２＋Ｔｃｅｆ２）が制動トルクとして駆動軸３６に出力される。モータＭＧ２の引き摺りトルクＴｄｒｇ２の絶対値は、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ２の絶対値が大きいほど大きくなる。モータＭＧ２の逆起電圧Ｖｃｅｆ２は、モータＭＧ２の角速度ωｍ２と逆起電圧定数Ｋｍ２との積に相当する。モータＭＧ２の回生トルクＴｃｅｆ２は、詳細には、モータＭＧ２の逆起電圧Ｖｃｅｆ２に基づく電力がインバータ４２のダイオードＤ２１〜Ｄ２６により整流されて高電圧側電力ライン５４ａ，昇降圧コンバータ５５，低電圧側電力ライン５４ｂを介してバッテリ５０に供給されるのに伴って生じる。

こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定すると、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２（駆動軸３６の回転数Ｎｄ）とプラネタリギヤ３０のギヤ比ρとを用いて式（１）によりエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を計算してエンジンＥＣＵ２４に送信する。ここで、式（１）は、図３を用いれば容易に導くことができる。エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を受信すると、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御を行なう。

Ne*=(Nm1*・ρ+Nm2)/(1+ρ) (1)

このように、アクセルオンのときにモータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１を高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨよりも高くすることにより、モータＭＧ１の回生トルクＴｃｅｆ１および引き摺りトルクＴｄｒｇ１に基づく駆動軸３６の駆動トルクによりを用いて走行することができる。なお、車速Ｖ（モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２）が高いほどモータＭＧ２の引き摺りトルクＴｄｒｇ２が大きくなり、モータＭＧ２の逆起電圧Ｖｃｅｆ２が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨよりも高いときには、モータＭＧ２の回生トルクＴｃｅｆが制動トルクとして駆動軸３６に出力されるから、車速Ｖが高いほど駆動軸３６のトータルのトルクが駆動トルクとして小さくなる。

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、インバータレス走行でアクセルオフのときの動作について説明する。図４は、このときにＨＶＥＣＵ７０により実行される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、インバータレス走行でアクセルオフのときに繰り返し実行される。

図４の制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、車速ＶやモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２などのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、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。モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２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したり、車速センサ８８により検出された車速Ｖに換算係数を乗じて得られた値を入力したりするものとした。

こうしてデータを入力すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に許容下限回転数Ｎｅｍｉｎを設定してエンジンＥＣＵ２４に送信する（ステップＳ１１０）。ここで、エンジン２２の許容下限回転数Ｎｅｍｉｎは、エンジン２２を自立運転可能な回転数範囲の下限であり、例えば、９００ｒｐｍや１０００ｒｐｍ，１１００ｒｐｍなどを用いることができる。エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を受信すると、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにエンジン２２を制御する。このようにしてエンジン２２を許容下限回転数Ｎｅｍｉｎで回転させることにより、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１をアクセルオンのときの回転数（所定回転数Ｎｅｓｅｔ）よりも充分に低くすることができる。図５および図６は、インバータレス走行でアクセルオンやアクセルオフのときのプラネタリギヤ３０の共線図の一例を示す説明図である。図５は、アクセルオフでエンジン２２の回転数Ｎｅが許容下限回転数ＮｅｍｉｎのときにモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が正回転の場合を示し、図６は、アクセルオフでエンジン２２の回転数Ｎｅが許容下限回転数ＮｅｍｉｎのときにモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が負回転の場合を示す。図５および図６において、破線はアクセルオンのときを示し、実線はアクセルオフのときを示す。また、図５および図６において、Ｒ軸の太線矢印は、アクセルオフのときにモータＭＧ１の引き摺りトルクＴｃｅｆ１に基づいて駆動軸３６に出力されるトルク（−Ｔｃｅｆ１／ρ）を示す。さらに、図５および図６では、図３と同様に、モータＭＧ２の回生トルクＴｃｅｆ２や引き摺りトルクＴｄｒｇ２については図示していない。図５では、アクセルオフのときに、モータＭＧ１で回生トルクＴｃｅｆ１を生じないようにすると共にモータＭＧ１の引き摺りトルクＴｄｒｇ１を小さくすることができる。これにより、モータＭＧ１からプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に出力されるトルクを駆動トルクとして小さくすることができる。図６では、アクセルオフのときに、モータＭＧ１で回生トルクＴｃｅｆ１を生じないようにするまたはアクセルオンのときとは反対向きで生じるようにすると共にモータＭＧ１の引き摺りトルクＴｄｒｇ１をアクセルオンのときとは反対向きで生じるようにすることができる。これにより、モータＭＧ１からプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に出力されるトルクを制動トルクにすることができる。

次に、車速Ｖを閾値Ｖｌｏと比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｖｌｏは、車両にある程度大きい制動力の確保が要求されているか否かを判定するのに用いられる閾値であり、例えば、４０ｋｍ／ｈや５０ｋｍ／ｈ，６０ｋｍ／ｈなどを用いることができる。

ステップＳ１２０で車速Ｖが閾値Ｖｌｏ以上のときには、車両にある程度大きい制動力の確保が要求されていると判断し、高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊に上述の所定電圧ＶＨｓｅｔよりも低い電圧を設定してモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。モータＥＣＵ４０は、高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を受信すると、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇降圧コンバータ５５を制御する。

いま、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を充分に低くしてモータＭＧ１からプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルクが駆動トルクとして充分に小さくなるまたは制動トルクとなるときを考えている。このときに、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨをアクセルオンのときの電圧（所定電圧ＶＨｓｅｔ）よりも低くすることにより、モータＭＧ２の回生トルクＴｃｅｆ２を生じさせ且つ大きくすることができる。これにより、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を低くするだけに比して、駆動軸３６のトータルのトルク（モータＭＧ１からプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に出力されるトルクとモータＭＧ２から駆動軸３６に出力されるトルクとの和）を充分に小さくする（制動トルクとして充分に大きくする）ことができる。この結果、車両の制動力を充分に確保することができる。高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊は、実施例では、駆動軸３６のトータルのトルクが最小となる（制動トルクとして最大となる）ように高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を設定するものとした。具体的には、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２と、駆動軸３６のトータルのトルクが最小となる高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊と、の関係を予め実験や解析によって定めてマップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２が与えられると、このマップから対応する高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を導出して設定するものとした。このように高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を設定することにより、駆動軸３６のトルクを制動トルクとして最大にすることができる。この結果、車両の制動力をより充分に確保することができる。

ステップＳ１２０で車速Ｖが閾値Ｖｌｏ未満のときには、車両にある程度大きい制動力の確保が要求されていないと判断し、高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊に上述の所定電圧ＶＨｓｅｔを設定してモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。これにより、比較的低車速で車両にある程度大きい制動力が出力され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、インバータレス走行でアクセルオンのときには、モータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨよりも高くなって、モータＭＧ１の回生トルクＴｃｅｆ１および引き摺りトルクＴｄｒｇ１に基づく駆動トルクが駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２と昇降圧コンバータ５５とを制御する。そして、インバータレス走行でアクセルオフのときには、アクセルオンのときに比して、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を小さくすると共に高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨを低くする。これにより、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を小さくするだけに比して、駆動軸３６のトータルのトルクを充分に小さくする（制動トルクとして充分に大きくする）ことができる。この結果、車両の制動力を充分に確保することができる。しかも、駆動軸３６のトータルのトルクが最小となる（制動トルクとして最大となる）ように高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を設定する。これにより、駆動軸３６のトルクを制動トルクとして最大にすることができる。この結果、車両の制動力をより充分に確保することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、インバータレス走行でアクセルオフのときには、車速Ｖと閾値Ｖｌｏとの大小関係に応じて高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を設定するものとした。しかし、車速Ｖと閾値Ｖｌｏとの大小関係に加えて、車速Ｖと閾値Ｖｌｏよりも大きい閾値Ｖｈｉとの大小関係にも応じて高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を設定するものとしてもよい。この場合の制御ルーチンの一例を図７に示す。図７の制御ルーチンは、ステップＳ１２５の処理を追加した点を除いて図４の制御ルーチンと同一である。したがって、同一の処理については同一のステップ番号を付し、その詳細な説明は省略する。

図７の制御ルーチンでは、ステップＳ１２０で車速Ｖが閾値Ｖｌｏ以上のときには、車速Ｖを閾値Ｖｈｉと比較する（ステップＳ１２５）。そして、車速Ｖが閾値Ｖｈｉ以下のときには、高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊に所定電圧ＶＨｓｅｔよりも低い電圧を設定してモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。一方、車速Ｖが閾値Ｖｈｉよりも高いときには、高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊に上述の所定電圧ＶＨｓｅｔを設定してモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。

ここで、閾値Ｖｈｉは、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨをアクセルオンのときの電圧（所定電圧ＶＨｓｅｔ）よりも低下させるとインバータ４２や昇降圧コンバータ５５，バッテリ５０に大電流が流れる可能性があるか否かを判定するのに用いられる閾値であり、例えば、８０ｋｍ／ｈや９０ｋｍ／ｈ，１００ｋｍ／ｈなどを用いることができる。高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨを低下させると、モータＭＧ２の逆起電圧Ｖｃｅｆ２から高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨを減じた値（Ｖｃｅｆ２−ＶＨ）が大きくなるから、インバータ４２や昇降圧コンバータ５５，バッテリ５０に流れる電流が大きくなる。車速Ｖが高いほどモータＭＧ２の逆起電圧Ｖｃｅｆ２が大きくなるから、こうした電流がより大きくなる。インバータ４２や昇降圧コンバータ５５，バッテリ５０の保護を考えると、これらに大電流が流れるのを抑制するのが好ましい。この変形例では、車速Ｖが閾値Ｖｌｏよりも高いときには、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨをアクセルオンのときの電圧から低下させないから、インバータ４２や昇降圧コンバータ５５，バッテリ５０をより充分に保護することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、インバータレス走行でアクセルオフのときにおいて、車速Ｖが閾値Ｖｌｏ以上のときには、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨをアクセルオンのときよりも低くし、車速Ｖが閾値Ｖｌｏ未満のときには、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨをアクセルオンのときと同一にするものとした。しかし、車速Ｖと閾値Ｖｌｏとの大小関係に拘わらずに、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨをアクセルオンのときよりも低くするものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、インバータレス走行でアクセルオフのときにおいて、車速Ｖが閾値Ｖｌｏ以上のときには、駆動軸３６のトータルのトルクが最小となる（制動トルクとして最大となる）ように高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を設定するものとした。しかし、アクセルオンのときの電圧（所定電圧ＶＨｓｅｔ）よりも低い範囲内で高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を設定するものであれば、駆動軸３６のトータルのトルクが最小にならないものとしてもよい。この場合、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２に拘わらずに、高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊に所定電圧ＶＨｓｅｔよりも数十Ｖ程度低い電圧を設定したりバッテリ５０の電圧Ｖｂを設定したりすることか考えられる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、インバータレス走行でアクセルオフのときには、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に許容下限回転数Ｎｅｍｉｎを設定するものとした。しかし、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に許容下限回転数Ｎｅｍｉｎよりも若干大きい回転数、例えば、２００ｒｐｍや３００ｒｐｍ，４００ｒｐｍなど大きい回転数を設定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、インバータレス走行でアクセルオンのときには、高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊に所定電圧ＶＨｓｅｔを設定し、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊に所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔを設定するものとした。しかし、アクセル開度Ａｃｃが大きいほどモータＭＧ１の回生トルクＴｃｅｆ１および引き摺りトルクＴｄｒｇ１の絶対値ひいては駆動軸３６の駆動トルクの絶対値が大きくなるように、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊および高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を設定するものとしてもよい。例えば、アクセル開度Ａｃｃが大きいほど高くなる傾向にモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定することが考えられる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、蓄電装置として、バッテリ５０を用いるものとしたが、キャパシタなどの蓄電可能な装置であれば如何なる装置を用いるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とバッテリＥＣＵ５２とＨＶＥＣＵ７０とを備えるものとしたが、これらのうちの少なくとも２つを単一の電子制御ユニットとして構成するものとしてもよい。

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「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「蓄電装置」に相当し、昇降圧コンバータ５５が「昇降圧コンバータ」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０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、２８ダンパ、３０プラネタリギヤ、３６駆動軸、３８デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ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、５１ａ，５７ａ，５８ａ電圧センサ、５１ｂ電流センサ、５１ｃ温度センサ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ａ高電圧側電力ライン、５４ｂ低電圧側電力ライン、５５昇降圧コンバータ、５６システムメインリレー、５７，５８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，Ｄ３１，Ｄ３２ダイオード、Ｌリアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２モータ、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６，Ｔ３１，Ｔ３２トランジスタ。

Claims

エンジンと、
回転に伴って逆起電圧を発生する第１モータと、
前記第１モータと前記エンジンと駆動輪に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が共線図において前記第１モータ，前記エンジン，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、
前記駆動軸に接続されると共に回転に伴って逆起電圧を発生する第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、
蓄電装置と、
前記蓄電装置が接続された低電圧側電力ラインと前記第１インバータおよび前記第２インバータが接続された高電圧側電力ラインとに接続され、前記低電圧側電力ラインと前記高電圧側電力ラインとの間で電圧の変更を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧コンバータと、
前記第１インバータおよび前記第２インバータをゲート遮断と前記エンジンの運転とを伴って走行する所定走行時にアクセルオンのときには、前記第１モータの逆起電圧が前記第１インバータおよび前記第２インバータの直流側電圧よりも高くなって前記第１モータから前記プラネタリギヤを介して前記駆動軸にトルクが出力されるように前記エンジンと前記昇降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、前記所定走行時にアクセルオフのときには、アクセルオンのときに比して、前記第１モータの回転数が小さくなると共に前記高電圧側電力ラインの電圧が低くなるように前記エンジンと前記昇降圧コンバータとを制御し、
前記制御装置は、前記所定走行時にアクセルオフのときにおいて、
車速が所定範囲内のときには、前記高電圧側電力ラインの電圧がアクセルオンのときよりも低くなるように前記昇降圧コンバータを制御し、
車速が所定範囲外のときには、前記高電圧側電力ラインの電圧がアクセルオンのときと同一になるように前記昇降圧コンバータを制御する、
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、前記所定走行時にアクセルオフのときには、前記駆動軸のトータルのトルクが制動トルクとして最大となるように前記高電圧側電力ラインの目標電圧を設定し、前記高電圧側電力ラインの電圧が前記目標電圧となるように前記昇降圧コンバータを制御する、
ハイブリッド自動車。
請求項１または２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、前記所定走行時にアクセルオフのときには、前記エンジンが許容下限回転数で回転するように前記エンジンを制御する、
ハイブリッド自動車。