JP6759729B2 - ハイブリッド車 - Google Patents

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、バッテリを第１モータジェネレータ及び第２モータジェネレータに電気的に接続する電力変換回路と、エンジン及び電力変換回路の動作を制御する制御装置とを備える。電力変換回路は、バッテリに電気的に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータと第１モータジェネレータとの間で電力変換を行う第１インバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータと第２モータジェネレータとの間で電力変換を行う第２インバータとを有する。

この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、バッテリや第２モータジェネレータへ供給される。第２モータジェネレータは、バッテリ及び第１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、出力軸にトルクを加える。また、第２モータジェネレータは、ハイブリッド車が回生制動されるときに、出力軸からのトルクによって駆動され、発電機として機能する。これらの動作は、主に、制御装置によるエンジン及び電力変換回路の制御によって実施される。特に、制御装置は、第１インバータの複数のスイッチング素子を選択的にオン及びオフすることにより、第１モータジェネレータの動作を制御することができ、第２インバータの複数のスイッチング素子を選択的にオン及びオフすることにより、第２モータジェネレータの動作を制御することができる。

上記したハイブリッド車では、制御装置が、第１インバータと第２インバータの両者の異常を検知したときに、インバータレス退避走行制御を実行可能に構成されている。インバータレス退避走行制御では、エンジンが出力する駆動トルクと、第１モータジェネレータの発電に起因する制動トルクを利用して、遊星歯車機構から出力軸にトルクを出力し、それによってハイブリッド車を走行させる。この場合、第１インバータは整流回路として機能すればよく、第２インバータは特に必要とされない。即ち、制御装置は、各インバータのスイッチング素子をオフに維持すればよく、スイッチングさせる必要がない。従って、第１インバータと第２インバータの両者で異常が生じたときでも、インバータレス退避走行制御を実行することによって、ハイブリッド車が直ちに走行不能となることを避けることができる。

本明細書では、上述のようなインバータレス退避走行制御を、単に退避走行制御と表現することがあり、インバータレス退避走行制御によるハイブリッド車の退避走行を、単に退避走行と表現することがある。

特開２０１３―２０３１１６号公報

退避走行制御では、第１モータジェネレータによる発電電力によって、バッテリの充電が行われる。ここで、バッテリの充電容量は有限であり、退避走行制御中にバッテリのＳＯＣ（State of Charge）が上限値に達したときは、バッテリを第１モータジェネレータから電気的に切断して、バッテリの充電を中止する必要がある。この場合、第１モータジェネレータによる発電も中止又は制限されることから、第１モータジェネレータによる制動トルクが不足して、遊星歯車機構から出力軸へ十分なトルクを出力できないことがある。即ち、従来の退避走行制御では、バッテリのＳＯＣが上限値に達した時点で退避走行が継続不能となることがあり、例えばバッテリのＳＯＣが最初から高いときには、退避走行が短時間で終了することもある。なお、バッテリのＳＯＣとは、バッテリの充電容量に対する充電残量の割合を示す指標である。

上述の問題を鑑み、本明細書は、退避走行制御によるハイブリッド車の退避走行を長く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、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、再充電可能なバッテリと、バッテリを第１モータジェネレータ及び第２モータジェネレータに電気的に接続する電力変換回路と、エンジン及び電力変換回路の動作を制御する制御装置とを備える。電力変換回路は、バッテリに電気的に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータと第１モータジェネレータとの間で電力変換を行う第１インバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータと第２モータジェネレータとの間で電力変換を行う第２インバータとを有する。制御装置は、第１インバータと第２インバータの両者の異常を検知したときに、エンジンが出力する駆動トルクと、第１モータジェネレータの発電に起因する制動トルクを利用して、遊星歯車機構から出力軸にトルクを出力する退避走行制御を実行可能である。

上記した退避走行制御は、遊星歯車機構から出力軸に出力されるべき要求トルクに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータの第１インバータ側への出力電圧と、第１モータジェネレータの回転数の少なくとも一方の制御目標値を設定する設定処理を含む。この設定処理では、バッテリのＳＯＣが所定値よりも大きい場合（便宜的に第１の場合とする）と、バッテリのＳＯＣが所定値よりも小さい場合（同じく第２の場合とする）で、制御目標値が互いに異なる値に設定される。ここで、第１の場合に設定される制御目標値は、第２の場合に設定される制御目標値と比較して、退避走行制御における第１モータジェネレータの発電電力を小さくする。

上記したハイブリッド車の構成は、以下の知見に基づく。インバータレス退避走行制御において、ＤＣ−ＤＣコンバータの第１インバータ側への出力電圧（以下、システム電圧とも称する）を変化させると、第１モータジェネレータの発電に起因する制動トルクが変化する。第１モータジェネレータによる制動トルクが変化すると、遊星歯車機構から出力軸に出力されるトルクが変化する。そのことから、例えばユーザのアクセル操作に応じて要求トルクを決定し、その要求トルクに応じてシステム電圧の制御目標値を設定することで、ユーザが意図する走行を実現することができる。なお、要求トルクは、ユーザのアクセル操作に限られず、ハイブリッド車によって自ら決定されてもよいし、外部から送信された指示に応じて決定されてもよい。

本発明者らの研究により、第１モータジェネレータの制動トルクとシステム電圧の関係について、以下の事実が判明した。第１モータジェネレータの制動トルクは、システム電圧の変化に対して、一様に増加又は減少するのではなく、少なくとも一つのピークを形成するように変化する。このことは、要求トルクに応じてある値の制動トルクが必要とされるときに、その制動トルクを満足するようなシステム電圧が、少なくとも二つ存在することを意味する。さらに、その少なくとも二つのシステム電圧を互いに比較すると、第１モータジェネレータの制動トルクは等しくなる一方で、第１モータジェネレータが発電する電力については互いに相違する。そのことから、要求トルクに応じてシステム電圧の制御目標値を設定する場合、その制御目標値を少なくとも二つの値のなかから選択的に設定することができるとともに、いずれの値を設定するかによって、退避走行制御における第１モータジェネレータの発電電力を増減させることができる。

上記に加えて、第１モータジェネレータの制動トルクは、第１モータジェネレータの回転数によっても変化する。そのことから、上述したシステム電圧に代えて、又は加えて、要求トルクに応じて第１モータジェネレータの回転数の制御目標値を設定することでも、ユーザが意図する走行を実現することができる。ここで、第１モータジェネレータは、遊星歯車機構を介してエンジン及び出力軸に接続されていることから、第１モータジェネレータの回転数は、エンジン及び出力軸の各回転数に応じて決まる。従って、エンジンの回転数を制御することによって、第１モータジェネレータの回転数を、設定された制御目標値に制御することができる。

第１モータジェネレータの制動トルクと第１モータジェネレータの回転数の関係について、以下の事実が判明している。第１モータジェネレータの制動トルクは、第１モータジェネレータの回転数の変化に対して、一様に増加又は減少するのではなく、少なくとも一つのピークを形成するように変化する。このことは、要求トルクに応じてある値の制動トルクが必要とされるときに、その制動トルクを満足するような第１モータジェネレータの回転数が、少なくとも二つ存在することを意味する。さらに、その少なくとも二つの回転数を互いに比較すると、第１モータジェネレータの制動トルクは等しくなる一方で、第１モータジェネレータが発電する電力については互いに相違する。以上のことから、要求トルクに応じて第１モータジェネレータの制御目標値を設定する場合に、その制御目標値を少なくとも二つの値のなかから選択的に設定することができるとともに、いずれの値を設定するかによって、退避走行制御における第１モータジェネレータの発電電力を増減させることができる。

以上のことから、本明細書が開示するハイブリッド車は、要求トルクに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータの第１インバータ側への出力電圧（システム電圧）と、第１モータジェネレータの回転数の少なくとも一方の制御目標値を設定するが、このときにバッテリのＳＯＣをさらに考慮する。それにより、同じ値の要求トルクに対して、バッテリのＳＯＣが所定値よりも大きい場合と、バッテリのＳＯＣが所定値よりも小さい場合で、制御目標値が互いに異なる値に設定される。ここで、前者の場合に設定される制御目標値は、後者の設定される制御目標値と比較して、退避走行制御における第１モータジェネレータの発電電力を小さくする。これにより、退避走行制御中にバッテリのＳＯＣが上限値に達することを回避又は遅延させて、退避走行制御によるハイブリッド車の退避走行を長くすることができる。

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３２の構成を示す回路図。 退避走行制御において、第１インバータ３６が三相全波整流回路として機能する様子を示す。 遊星歯車機構２８の供線図であり、第１モータジェネレータ２４、エンジン２２及び出力軸２０の回転数Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びトルクＴ１、Ｔ２、Ｔ３をそれぞれ示す。 （Ａ）のグラフは、第１モータ２４の回転数を一定としたときの、システム電圧ＶＨと第１モータジェネレータ２４のトルクＴ１との間の関係を示し、（Ｂ）のグラフは、（Ａ）のグラフに対応して第１モータジェネレータ２４が発電する電力Ｗを示す。 制御装置４０が実行する退避走行制御の流れを示すフローチャート。 （Ａ）のグラフは、第１モータジェネレータ２４の回転数Ｒ１とトルクＴ１との間の関係を示し、（Ｂ）のグラフは、（Ａ）のグラフに対応する供線図を示す。

図面を参照して一実施形態のハイブリッド車１０を説明する。図１に示すように、本実施形態のハイブリッド車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、例えば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、バッテリ３０と電力変換回路３２をさらに備える。バッテリ３０は、電力変換回路３２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３０は、直流電圧ＶＢを出力する直流電源である。以下では、バッテリ３０が出力する直流電圧ＶＢを、バッテリ電圧ＶＢと称することがある。バッテリ３０は、再充電可能なバッテリであり、特に限定されないが、複数のリチウムイオンセルを有する。電力変換回路３２は、バッテリ３０に充電された電力を、第１モータ２４及び第２モータ２６のそれぞれに供給することができる。また、電力変換回路３２は、第１モータ２４又は第２モータ２６で発電された電力を、バッテリ３０に供給することができる。一例ではあるが、本実施形態におけるバッテリ３０の定格電圧は、約１５０ボルトであり、第１モータ２４及び第２モータ２６の定格電圧は約６００ボルトである。即ち、バッテリ３０の定格電圧は、第１モータ２４及び第２モータ２６の定格電圧よりも低い。但し、バッテリ３０、第１モータ２４及び第２モータ２６の定格電圧の具体的な値や、それらの大小関係については特に限定されない。

電力変換回路３２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４（図中ではＤＣ−ＤＣ）、第１インバータ３６（図中ではＩＮＶ１）及び第２インバータ３８（図中ではＩＮＶ２）を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、バッテリ３０に電気的に接続されている。第１インバータ３６は、バッテリ３０と第１モータ２４との間に電気的に介挿されている。第２インバータ３８は、バッテリ３０と第２モータ２６との間に電気的に介挿されている。これにより、電力変換回路３２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４及び第１インバータ３６を介して、バッテリ３０と第１モータ２４とを電気的に接続する。また、電力変換回路３２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４及び第２インバータ３８を介して、バッテリ３０と第２モータ２６とを電気的に接続する。また、電力変換回路３２は、第１インバータ３６及び第２インバータ３８を介して、第１モータ２４と第２モータ２６とを電気的に接続する。電力変換回路３２では、バッテリ３０、第１モータ２４及び第２モータ２６の間で、直流電力から交流電力への電力変換、及び交流電力から直流電力への電力変換が行われる。

図２を参照して、本実施形態における電力変換回路３２の構成について説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、昇圧及び降圧が可能なＤＣ−ＤＣコンバータである。一例ではあるが、本実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、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及び下アームダイオードＤ１４を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、下アームスイッチング素子Ｑ１４が断続的にオンされることによって、昇圧コンバータとして機能することができる。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、バッテリ３０から入力される直流電力を昇圧して、第１インバータ３６及び第２インバータ３８側へ出力する。以下では、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４の第１インバータ３６側（及び第２インバータ３８側）への出力電圧を、システム電圧ＶＨと称する。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧コンバータとして機能するときは、下アームスイッチング素子Ｑ１４がオフされている期間の少なくとも一部において、上アームスイッチング素子Ｑ１３がオンされる。ＤＣ−ＤＣコンバータ３４はさらに、上アームスイッチング素子Ｑ１３が断続的にオンされることによって、昇圧コンバータとしても機能することができる。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、第１インバータ３６又は第２インバータ３８から入力される直流電力を降圧して、バッテリ３０側へ出力する。なお、下アームスイッチング素子Ｑ１４がオフされた状態で、上アームスイッチング素子Ｑ１３がオンされ続けたときは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４において昇圧も降圧も行われず、バッテリ電圧ＶＢとシステム電圧ＶＨは等しくなる。

第１インバータ３６は、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と複数のダイオードＤ１〜Ｄ６を有する三相インバータである。複数のダイオードＤ１〜Ｄ６の各々は、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の対応する一つに並列に接続されている。第１インバータ３６は、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が選択的にオン及びオフされることによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４からの直流電力を交流電力に変換することができる。また、図３に示すように、第１インバータ３６は、Ｑ１〜Ｑ６の全てがオフされているときは、第１モータ２４からの交流電力を直流電力に変換する全波整流回路として機能する。同様に、第２インバータ３８は、複数のスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２と複数のダイオードＤ７〜Ｄ１２を有する三相インバータである。複数のダイオードＤ７〜Ｄ１２の各々は、複数のスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２の対応する一つに並列に接続されている。第２インバータ３８は、複数のスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２を選択的にオン及びオフすることによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４からの直流電力を交流電力に変換する。ここで、電力変換回路３２の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１４は、特に限定されないが、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）といった半導体スイッチング素子である。

電力変換回路３２は、第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２をさらに備える。第１平滑コンデンサＣ１は、バッテリ３０とＤＣ−ＤＣコンバータ３４との間に位置しており、第２平滑コンデンサＣ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４と第１インバータ３６との間であって、かつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４と第２インバータ３８との間に位置している。第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２のそれぞれは、電荷を蓄えることによって、電力変換回路３２内における電圧の変動を抑制する。例えば、第１平滑コンデンサＣ１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４からバッテリ３０に出力される直流電圧ＶＢの変動を抑制する。また、第２平滑コンデンサＣ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４から第１インバータ３６及び第２インバータ３８に出力されるシステム電圧ＶＨの変動を抑制する。

図１に戻り、ハイブリッド車１０は、制御装置４０を備える。制御装置４０は、エンジン２２、第１モータ２４、第２モータ２６、バッテリ３０及び電力変換回路３２を含むハイブリッド車１０の各部の動作を監視及び制御する。例えば、制御装置４０は、ユーザのアクセル操作、ブレーキ操作、バッテリ３０のＳＯＣなどに応じて、エンジン２２、第１モータ２４及び第２モータ２６がそれぞれ出力するトルクを制御する。なお、第１モータ２４又は第２モータ２６がジェネレータとして機能する場合、それらの出力するトルクは負の値となる。本明細書では、正の値のトルクを駆動トルクと称し、負の値のトルクを制動トルクと称して、両者を区別することがある。

上記した構成により、ハイブリッド車１０では、エンジン２２から出力される動力が、遊星歯車機構２８を介して出力軸２０と第１モータ２４に分配される。第１モータ２４は、主に発電機として機能し、第１モータ２４が発電する電力は、バッテリ３０や第２モータ２６へ供給される。第２モータ２６は、バッテリ３０又は第１モータ２４から供給される電力によって駆動され、出力軸２０にトルクを加える。また、第２モータ２６は、例えばハイブリッド車１０が回生制動されるときに、出力軸２０からのトルクによって駆動され、発電機として機能する。これらの動作は、制御装置４０によるエンジン２２や電力変換回路３２の制御によって実施される。特に、制御装置４０は、第１インバータ３６の複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を選択的にオン及びオフすることにより、第１モータ２４の動作を制御し、第２インバータ３８の複数のスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２を選択的にオン及びオフすることにより、第２モータ２６の動作を制御する。また、制御装置４０は、必要に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４のスイッチング素子Ｑ１３、Ｑ１４をスイッチングすることによって、システム電圧ＶＨを制御する。

次に、例示として、ハイブリッド車１０のいくつかの典型的な動作態様について説明する。車両の発進時や中低速域での走行では、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３０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インバータ３６や第２インバータ３８で異常が生じることがある。制御装置４０は、例えば第１インバータ３６及び第２インバータ３８の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２の温度や端子電圧を監視することによって、第１インバータ３６や第２インバータ３８で異常が生じたことを検知することができる。そして、制御装置４０は、第１インバータ３６と第２インバータ３８の両者で異常が検知されたときに、通常時の制御に代えて、インバータレス退避走行制御を実行するように構成されている。以下、このインバータレス退避走行制御を、単に退避走行制御と称する。図４に示すように、退避走行制御では、エンジン２２が出力する駆動トルクＴ２と、第１モータ２４の発電に起因する制動トルクＴ１を利用して、遊星歯車機構２８から出力軸２０にトルクＴ３を出力し、それによってハイブリッド車１０を走行させる。この退避走行制御では、第１インバータ３６が全波整流回路として機能すればよく（図３参照）、第２インバータ３８は必ずしも必要とされない。即ち、退避走行制御では、第１インバータ３６及び第２インバータ３８のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２をオンさせる必要がなく、制御装置４０はそれらのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２をオフし続ければよい。従って、第１インバータ３６と第２インバータ３８の両者で異常が生じたときでも、退避走行制御を実行することによって、ハイブリッド車１０が直ちに走行不能となることを避けることができる。

退避走行制御では、第１モータ２４による発電電力が、第１インバータ３６及びＤＣ−ＤＣコンバータ３４を介してバッテリ３０に供給され、バッテリ３０の充電が行われる。ここで、バッテリ３０の充電容量は有限であり、バッテリ３０の保護を目的として、バッテリ３０のＳＯＣには上限値が設けられている。従って、制御装置４０は、バッテリ３０のＳＯＣを監視しており、退避走行制御中にバッテリ３０のＳＯＣが上限値に達したときに、退避走行制御を終了するように構成されている。そのことから、退避走行制御を開始してから、バッテリ３０のＳＯＣが早期に上限値に達してしまうと、退避走行制御も早期に終了してしまう。この点に関して、本実施形態における退避走行制御では、バッテリ３０のＳＯＣに応じて制御態様を変更することによって、バッテリ３０のＳＯＣの上昇を抑制する。以下、本実施形態における退避走行制御について、詳細に説明する。

退避走行制御では、遊星歯車機構２８から出力軸２０へ出力されるトルクＴ３が、要求トルクに等しくなるように、エンジン２２及びＤＣ−ＤＣコンバータ３４の動作が制御される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３４の動作を制御することで、システム電圧ＶＨが変化する。退避走行制御において、システム電圧ＶＨを変化させると、第１モータ２４の発電に起因する制動トルクＴ１が変化する。第１モータ２４による制動トルクＴ１が変化すると、エンジン２２による駆動トルクＴ２が一定であっても、遊星歯車機構２８から出力軸２０に出力されるトルクＴ３が変化する。そのことから、例えばユーザのアクセル操作に応じて要求トルクを決定し、その要求トルクに応じてシステム電圧の制御目標値を設定することで、ユーザが意図する走行を実現することができる。なお、要求トルクは、ユーザのアクセル操作に限られず、ハイブリッド車１０によって自ら決定されてもよいし、外部から送信された指示に応じて決定されてもよい。即ち、ハイブリッド車１０は、ユーザによって運転されるものに限られず、例えば人工知能によって自動運転するものであってもよい。

図５（Ａ）は、第１モータ２４の回転数Ｒ１を一定としたときの、システム電圧ＶＨと第１モータ２４の制動トルクＴ１との間の関係を示す。図５（Ａ）に示すように、第１モータ２４の制動トルクＴ１は、システム電圧ＶＨの変化に対して、一様に増加又は減少するのではなく、少なくとも一つのピークを形成するように変化する。即ち、図５（Ａ）の点Ｐ１、Ｐ２に示すように、要求トルクに応じてある値の制動トルクＴ１が必要とされるときに、その制動トルクＴ１を満足するようなシステム電圧ＶＨが、少なくとも二つ存在する。さらに、その少なくとも二つのシステム電圧ＶＨの値を互いに比較すると、第１モータ２４の制動トルクは等しくなる一方で、図５（Ｂ）に示すように、第１モータ２４が発電する電力Ｗについては互いに相違する。これは、制動トルクＴ１がピークとなるときのシステム電圧ＶＨの値をトルクピーク電圧Ｖｐとしたときに、システム電圧ＶＨがトルクピーク電圧Ｖｐよりも小さい範囲（図５（Ａ）のグラフの下側）では、トルクピーク電圧Ｖｐよりも大きい範囲（図５（Ａ）のグラフの上側）よりも、第１モータ２４の発電効率が低下するためである。そのことから、要求トルクに応じてシステム電圧ＶＨの制御目標値を設定する場合、少なくとも二つの値から選択的に設定することができるとともに、いずれの値を設定するかによって、退避走行制御における第１モータ２４の発電電力を増減させることができる。図５に示す例では、第１モータ２４の回転数Ｒ１が一定であることから、要求トルクを満たし得るシステム電圧ＶＨの二つの値のなかで、小さい方の値（点Ｐ１）をシステム電圧ＶＨの制御目標値に設定すると、第１モータ２４の発電電力は小さくなり、大きい方の値（点Ｐ２）をシステム電圧ＶＨの制御目標値に設定すると、第１モータ２４の発電電力は大きくなる。

以上の知見に基づいて、本実施形態における退避走行制御では、要求トルクに応じてシステム電圧ＶＨの制御目標値を設定するが、このときにバッテリ３０のＳＯＣをさらに考慮する。それにより、同じ値の要求トルクに対して、バッテリ３０のＳＯＣが所定値よりも大きい場合と、バッテリ３０のＳＯＣが所定値よりも小さい場合で、システム電圧ＶＨの制御目標値が互いに異なる値に設定される。このとき、バッテリ３０のＳＯＣが所定値よりも大きい場合に設定されるシステム電圧ＶＨの制御目標値は、例えば図５の点Ｐ１で示すように、第１モータ２４の発電電力Ｗが小さくなる方の値である。一方、バッテリ３０のＳＯＣが所定値よりも小さい場合に設定されるシステム電圧ＶＨの制御目標値は、例えば図５の点Ｐ２で示すように、第１モータ２４の発電電力Ｗが大きくなる方の値である。このような構成により、本実施形態における退避走行制御によると、要求トルクを満たしつつ、バッテリ３０のＳＯＣがその上限値に近づいたときには、第１モータ２４の発電電力Ｗを抑制することによって、バッテリ３０のＳＯＣが上限値に達することを回避又は遅延させる。これにより、退避走行制御によるハイブリッド車１０の退避走行を長くすることができる。なお、第１モータ２４の回転数Ｒ１の制御目標値は、バッテリ３０のＳＯＣにかかわらず、固定した値とすることができる。

図６を参照して、上記した退避走行制御を実現し得る処理の流れの一例を示す。制御装置４０は、第１インバータ３６と第２インバータ３８の両者で異常が検知されたときに、図６に示す一連の処理を開始する。ステップＳ２において、制御装置４０は、要求トルクを決定する。前述したように、要求トルクは、例えばユーザのアクセル操作に応じて決定される。続くステップＳ４において、制御装置４０は、バッテリ３０のＳＯＣが所定値よりも小さいのか否かを判定する。バッテリ３０のＳＯＣが所定値よりも小さい場合（ＹＥＳ）、制御装置４０はステップＳ６へ進み、発電電力が大きくなるようにシステム電圧ＶＨの制御目標値を設定する処理を実行する。一方、バッテリ３０のＳＯＣが所定値以下の場合（ＮＯ）、制御装置４０はステップＳ８へ進み、発電電力が小さくなるようにシステム電圧ＶＨの制御目標値を設定する処理を実行する。一例ではあるが、制御装置４０は、要求トルクとシステム電圧ＶＨとの間の関係を記述する計算式又はマップを予め記憶しているとよい。これにより、制御装置４０は、当該計算式又はマップを用いて、要求トルクに対応するシステム電圧ＶＨの値を少なくとも二つ特定することができる。そして、制御装置４０は、特定した少なくとも二つの値のなかから、バッテリ３０のＳＯＣに応じて、システム電圧ＶＨの制御目標値とする値を選択することができる。なお、バッテリ３０のＳＯＣが所定値と等しい場合については、上記に代えて、発電電力が大きくなるようにシステム電圧ＶＨの制御目標値を設定してもよい。

図示省略するが、ステップＳ６、Ｓ８の処理と同時又は前後して、第１モータ２４の回転数Ｒ１といった他の指標の制御目標値も設定される。なお、第１モータ２４の回転数Ｒ１については、第１モータ２４による逆起電圧がバッテリ電圧ＶＢよりも高くなるように（例えば二倍程度となるように）、その制御目標値を設定するとよい。これらの他の指標の制御目標値については、要求トルクや車速（即ち、出力軸２０の回転数）を考慮して決定されることができるが、バッテリ３０のＳＯＣに応じて変更する必要は必ずしもない。システム電圧ＶＨ及びその他の制御目標値が設定されると、制御装置４０はステップＳ１０へ進み、設定された制御目標値に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４やエンジン２２といった対応する制御対象の動作を制御する。次に、制御装置４０はステップＳ１２へ進み、バッテリ３０のＳＯＣが上限値に達するまで、上述した退避走行制御を継続する。この間に、ハイブリッド車１０は、路肩や駐車場といった、例えば他の交通の往来を妨げない場所まで走行することができる。

ここで、システム電圧ＶＨには下限値が存在し、システム電圧ＶＨはバッテリ電圧ＶＢを下回ることができない。そのことから、要求トルクが比較的に小さく、第１モータ２４に必要とされる制動トルクＴ１も比較的に小さいときは、その制動トルクＴ１に対応するシステム電圧ＶＨの二つの値の一方が、バッテリ電圧ＶＢを下回ることがある。例えば、図５に示す例では、二つの点Ｐ１、Ｐ２のうち、点Ｐ１が示すシステム電圧ＶＨの値が、バッテリ電圧ＶＢを下回ることがある。この場合、制御装置４０は、例えば第１モータ２４の回転数の制御目標値を大きくするとよい。第１モータ２４の回転数が大きくなると、第１モータ２４による逆起電圧が上昇し、同じ制動トルクＴ１に対して必要とされるシステム電圧ＶＨの値も上昇する。従って、第１モータ２４に必要とされる制動トルクＴ１が比較的に小さいときでも、バッテリ３０のＳＯＣに応じて、システム電圧ＶＨの制御目標値を二つの値から選択的に設定することができる。あるいは、要求トルク（又は第１モータ２４の制動トルクＴ１）に関して下限値を設け、その値が当該下限値を下回るときは、バッテリ３０のＳＯＣに応じて制御目標値を設定する処理を行わず、要求トルクのみに応じてシステム電圧ＶＨやその他の制御目標値を設定してもよい。

上記に加えて、第１モータ２４の制動トルクＴ１は、第１モータ２４の回転数Ｒ１によっても変化する。そのことから、制御装置４０は、上述したシステム電圧ＶＨに代えて、又は加えて、要求トルクに応じて第１モータ２４の回転数Ｒ１の制御目標値を設定することでも、ユーザが意図する走行を実現することができる。ここで、第１モータ２４は、遊星歯車機構２８を介してエンジン２２及び出力軸２０に接続されていることから、第１モータ２４の回転数Ｒ１は、エンジン２２及び出力軸２０の各回転数Ｒ２、Ｒ３に応じて決まる（図４参照）。従って、エンジン２２の回転数Ｒ２を制御することによって、第１モータ２４の回転数Ｒ１を、設定された制御目標値に制御することができる。

図７（Ａ）は、システム電圧ＶＨを一定としたときの、第１モータ２４の回転数Ｒ１と第１モータ２４のトルクＴ１との間の関係を示す。図７（Ａ）に示すように、第１モータ２４の制動トルクＴ１は、第１モータ２４の回転数Ｒ１の変化に対して、一様に増加又は減少するのではなく、少なくとも一つのピークを形成するように変化する。即ち、図７（Ａ）の点Ｐ３、Ｐ４に示すように、要求トルクに応じてある値の制動トルクＴ１が必要とされるときに、その制動トルクＴ１を満足するような第１モータ２４の回転数Ｒ１が、少なくとも二つ存在する。さらに、その少なくとも二つの回転数Ｒ１の値を互いに比較すると、第１モータ２４の制動トルクＴ１は等しくなる一方で、第１モータ２４が発電する電力については互いに相違する。これは、エンジン２２から第１モータ２４に供給される動力が相違するためである。加えて、制動トルクＴ１がピークとなるときの第１モータ２４の回転数Ｒ１の値をトルクピーク回転数Ｒｐとしたときに、システム電圧ＶＨがトルクピーク回転数Ｒｐよりも大きい範囲（図７（Ａ）のグラフの上側）では、トルクピーク回転数Ｒｐよりも小さい範囲（図７（Ａ）のグラフの下側）よりも、第１モータ２４の発電効率が低下するためである。そのことから、要求トルクに応じて第１モータ２４の回転数Ｒ１の制御目標値を設定する場合、少なくとも二つの値から選択的に設定することができるとともに、いずれの値を設定するかによって、退避走行制御における第１モータ２４の発電電力を増減させることができる。なお、要求トルクを満たし得る回転数Ｒ１の二つの値のなかで、小さい方の値（例えば図７の点Ｐ３）を設定した方が、第１モータ２４の発電電力が小さくなることもあり、大きい方の値（例えば図７の点Ｐ４）を設定した方が、第１モータ２４の発電電力が小さくなることもある。この大小関係については、要求トルクに応じて変化することから、要求トルクが決定されることで当該大小関係も定まることになる。

上記のことから、制御装置４０は、要求トルク及びバッテリ３０のＳＯＣに応じて制御目標値を設定する処理（図６のＳ２〜Ｓ８）において、システム電圧ＶＨに代えて、又は加えて、第１モータ２４の回転数Ｒ１の制御目標値を設定してもよい。即ち、同じ値の要求トルクに対して、バッテリ３０のＳＯＣが所定値よりも大きい場合と、バッテリ３０のＳＯＣが所定値よりも大きい場合で、第１モータ２４の回転数Ｒ１の制御目標値が互いに異なる値に設定されてもよい。このとき、バッテリ３０のＳＯＣが所定値よりも大きい場合に設定される回転数Ｒ１の制御目標値は、バッテリ３０のＳＯＣが所定値よりも小さい場合に設定される回転数Ｒ１の制御目標値よりも、第１モータ２４の発電電力Ｗを小さくするものであるとよい。このような構成によっても、要求トルクを満たしつつ、バッテリ３０のＳＯＣがその上限値に近づいたときには、第１モータ２４の発電電力Ｗを抑制することによって、バッテリ３０のＳＯＣが上限値に達することを回避又は遅延させる。これにより、退避走行制御によるハイブリッド車１０の退避走行を長くすることができる。

以上、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。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。

１０：ハイブリッド車
１４、１６：車輪
２０：出力軸
２２：エンジン
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：バッテリ
３２：電力変換回路
３４：ＤＣ−ＤＣコンバータ
３６：第１インバータ
３８：第２インバータ
４０：制御装置
ＶＨ：システム電圧
ＶＢ：バッテリ電圧
Ｖｐ：トルクピーク電圧
Ｒ１：第１モータジェネレータの回転数
Ｔ１：第１モータジェネレータの制動トルク
Ｗ：発電電力

Claims (1)

1. 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、
   再充電可能なバッテリと、
   前記バッテリを前記第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に電気的に接続する電力変換回路と、
   前記エンジン及び電力変換回路の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記電力変換回路は、前記バッテリに電気的に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第１モータジェネレータとの間で電力変換を行う第１インバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第２モータジェネレータとの間で電力変換を行う第２インバータとを有し、
   前記制御装置は、前記第１インバータと前記第２インバータの両者の異常を検知したときに、前記エンジンが出力する駆動トルクと、前記第１モータジェネレータの発電に起因する制動トルクを利用して、前記遊星歯車機構から前記出力軸にトルクを出力する退避走行制御を実行可能であり、
   前記退避走行制御は、前記遊星歯車機構から前記出力軸に出力されるべき要求トルクと前記バッテリのＳＯＣに応じて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記第１インバータ側への出力電圧と、前記第１モータジェネレータの回転数の少なくとも一方の制御目標値を設定する設定処理を含み、
   前記設定処理では、同じ値の前記要求トルクに対して、前記バッテリの前記ＳＯＣが所定値よりも大きい第１の場合と、前記バッテリの前記ＳＯＣが前記所定値よりも小さい第２の場合で、前記制御目標値が互いに異なる値に設定され、
   前記第１の場合に設定される前記制御目標値は、前記第２の場合に設定される前記制御目標値と比較して、前記退避走行制御における前記第１モータジェネレータの発電電力を小さくする、
   ハイブリッド車。

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