JP6772947B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、エンジンとプラネタリギヤと２つのモータと２つのインバータと蓄電装置と昇降圧コンバータとを備える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。また、このハイブリッド自動車では、アクセルオフのときには、第１モータの逆起電圧がインバータの直流側電圧以下となるようにエンジンを制御する。こうした制御により、出力部材に駆動トルクが発生しないようにしている。
特開２０１３−２０３１１６号公報
上述のハイブリッド自動車において、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、第１モータが負回転で且つ第１モータの逆起電圧がインバータの直流側電圧よりも高いと、第１モータから遊星歯車機構を介して出力部材に制動トルクが発生する。以下、この状態を「制動状態」という。この制動状態からアクセルオンされたときには、走行性能のために、出力部材に発生する制動トルクをより迅速に低減することが求められる。
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おいて、アクセルオフで制動状態からアクセルオンされたときに、駆動輪に連結された駆動軸に出力される制動トルクをより迅速に低減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、
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インバータの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高電圧側電力ラインの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駆動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、前記所定走行時において、アクセルオフで、前記第１モータが負回転で且つ前記第１モータの逆起電圧が前記高電圧側電力ラインの電圧よりも高いことによって前記第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制動トルクが出力されている制動状態から、アクセルオンされたときには、アクセルオフのときに比して前記高電圧側電力ラインの電圧が上昇すると共に前記第１モータの回転数が増加するように前記昇降圧コンバータと前記エンジンとを制御する、
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、所定走行時において、アクセルオフで、第１モータが負回転で且つ第１モータの逆起電圧が高電圧側電力ラインの電圧よりも高いことによって第１モータからプラネタリギヤを介して駆動軸に制動トルクが出力されている制動状態から、アクセルオンされたときには、アクセルオフのときに比して高電圧側電力ラインの電圧が上昇すると共に第１モータの回転数が増加するように昇降圧コンバータとエンジンとを制御する。このように高電圧側電力ラインの電圧を上昇させることにより、駆動軸に出力される制動トルクをより迅速に低減することができる。
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、前記所定走行時において、アクセルオフで前記制動状態からアクセルオンされたときには、前記高電圧側電力ラインの電圧が前記第１モータの逆起電圧以上に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、第１モータで回生トルクが発生しないようにして、この回生トルクに基づく制動トルクが駆動軸に出力されないようにすることができる。
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、前記所定走行時において、アクセルオフで前記制動状態からアクセルオンされたときには、前記制動状態に比して前記高電圧側電力ラインの電圧が上昇するように前記昇降圧コンバータを制御すると共に前記第１モータの回転数が増加するように前記エンジンを制御し、前記第１モータの回転数が所定回転数に至った後に、前記高電圧側電力ラインの電圧が前記第１モータの逆起電圧よりも低く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、第１モータからプラネタリギヤを介して駆動軸に駆動トルクが出力され、このトルクにより走行することができる。
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。 インバータレス走行において、モータＭＧ１が正回転で且つモータ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。 インバータレス走行において、エンジン２２の回転数Ｎｅが許容下限回転数Ｎｅｍｉｎ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において、エンジン２２の回転数Ｎｅが許容下限回転数Ｎｅｍｉｎ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において、エンジン２２の回転数Ｎｅが許容下限回転数Ｎｅｍｉｎ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。 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。
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おり、ダンパ２８を介してプラネタリギヤ３０のキャリヤに接続されている。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、上述したように、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、例えば定格電圧が２００Ｖなどの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。
（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（電流センサ４５ｕ，４５ｖ，４６ｕ，４６ｖなど）に異常が生じたときなどには、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。以下、インバータレス走行でアクセルオンのとき，アクセルオフのときの基本的な動作について説明する。
インバータレス走行でアクセルオンのときの基本的な動作について説明する。このときには、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を設定すると共に高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊に所定電圧ＶＨｓｅｔ１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および所定電圧ＶＨｓｅｔ１は、実験や解析により予め定められる。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ＶＨｓｅｔ１は、例えば、３３０Ｖや３５０Ｖ，３７０Ｖなどを用いることができる。
続いて、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（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）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に送信すると共に、高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４４により検出されたモータＭＧ２の回転子の回転位置θｍ２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て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の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御を行なう。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のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチング制御を行なう。
Ne*=(Nm1*・ρ+Nm2)/(1+ρ) (1)
図３は、インバータレス走行において、モータＭＧ１が正回転で且つモータ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。上述の式（１）は、図３を用いれば容易に導くことができる。
インバータレス走行においてアクセルオンのときには、図３の状態にすることにより、モータＭＧ１で回生トルクＴｃｅｆ１が生じ、この回生トルクＴｃｅｆ１の反力トルク（−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、このトルクにより走行することができる。ここで、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の回転数Ｎｍ２（車速Ｖ）が大きいためにモータ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で回生トルクＴｃｅｆ２が生じ、この回生トルクＴｃｅｆ２が制動トルクとして駆動軸３６に出力される。このため、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以下のときに比して、駆動軸３６に出力されるトータルのトルク（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のトルク）が小さくなる。ここで、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。
次に、インバータレス走行でアクセルオフのときの基本的な動作について説明する。このときには、ＨＶＥＣＵ７０は、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に許容下限回転数Ｎｅｍｉｎを設定してエンジンＥＣＵ２４に送信すると共に、高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊に上述の所定電圧ＶＨｓｅｔ１よりも低い所定電圧ＶＨｓｅｔ２を設定してモータＥＣＵ４０に送信する。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。所定電圧ＶＨｓｅｔ２は、バッテリ５０の定格電圧やそれよりも若干高い電圧として、例えば、２００Ｖや２２０Ｖ，２４０Ｖなどを用いることができる。エンジンＥＣＵ２４によるエンジン２２の制御やモータＥＣＵ４０による昇降圧コンバータ５５の制御については上述した。こうした制御により、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Ｎｍ１ｓｅｔ）よりも小さくすると共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ＶＨｓｅｔ１）よりも低くする。
図４〜図６は、インバータレス走行において、エンジン２２の回転数Ｎｅが許容下限回転数Ｎｅｍｉｎ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４は、モータＭＧ１が正回転で且つモータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨ以下の場合を示し、図５は、モータＭＧ１が負回転で且つモータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨ以下の場合を示し、図６は、モータＭＧ１が負回転で且つモータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨよりも高い場合を示す。また、図４〜図６では、図３と同様に、モータＭＧ２の回生トルクＴｃｅｆ２（モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨとの大小関係により生じる場合と生じない場合とがある）については図示を省略した。なお、図４〜図６では、参考のために、インバータレス走行においてアクセルオンのときの様子を破線で図示した。
インバータレス走行において、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のときには、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２（車速Ｖ）に応じて、図４〜図６のうちの何れかの状態になる。図４や図５の状態になる場合には、モータＭＧ１で回生トルクＴｃｅｆ１が生じないようにして、モータＭＧ１からプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に出力されるトルクを小さくすることができる。また、図６の状態になる場合には、モータＭＧ１でアクセルオンのときとは反対向きの回生トルクＴｃｅｆ１が生じるようにして、この回生トルクＴｃｅｆ１の反力トルク（−Ｔｃｅｆ１／ρ）が制動トルクとして駆動軸３６に出力されるようにすることができる。以下、図６の状態を「制動状態」という。
また、インバータレス走行において、アクセルオフのときの高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨ（所定電圧ＶＨｓｅｔ２）をアクセルオンのときの電圧（所定電圧ＶＨｓｅｔ１）よりも低くすることにより、モータＭＧ２で回生トルクＴｃｅｆ２が生じやすくなる即ち回生トルクＴｃｅｆ２が制動トルクとして駆動軸３６に出力されやすくなると共に、モータＭＧ１が負回転になったときにモータＭＧ１で回生トルクＴｃｅｆ１が生じやすくなる即ち反力トルク（−Ｔｃｅｆ１／ρ）が制動トルクとして駆動軸３６に出力されやすくなる。これにより、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ＶＨｓｅｔ１）で保持しながらモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を小さくするものに比して、駆動軸３６に出力されるトータルのトルクがより小さくなりやすい（制動トルクとして大きくなりやすい）。この結果、車両により十分な制動力を作用させやすくすることができる。
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において、アクセルオフで制動状態（図６参照）からアクセルオンされたときの動作について説明する。図７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。
図７の制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０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ＶＨｓｅｔ１，ＶＨｓｅｔ２よりも充分に高い所定電圧ＶＨｓｅｔ３を設定してモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１００）。ここで、所定電圧ＶＨｓｅｔ３は、例えば、６００Ｖや６５０Ｖ，７００Ｖなどを用いることができる。モータＥＣＵ４０による昇降圧コンバータ５５の制御については上述した。この処理により、モータＭＧ１で回生トルクＴｃｅｆ１が生じないようにしてその反力トルク（−Ｔｃｅｆ１／ρ）が駆動軸３６に制動トルクとして出力されないようにすることができる。また、アクセルオンの直前に、モータＭＧ２で回生トルクＴｃｅｆ２が生じていたときには、その回生トルクＴｃｅｆ２が生じないようにして回生トルクＴｃｅｆ２が駆動軸３６に制動トルクとして出力されないようにすることができる。これらの結果、駆動軸３６に出力されるトータルのトルクを大きくする（制動トルクとして小さくする）ことができる。
続いて、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を入力し（ステップＳ１１０）、入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を上述の所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔと比較する（ステップＳ１２０）。ここで、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するものとした。
ステップＳ１２０でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔよりも小さいときには、式（２）により、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１に所定回転数αを加えたものを所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔで上限ガードしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定する（ステップＳ１３０）。そして、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とプラネタリギヤ３０のギヤ比ρとを用いて上述の式（１）によりエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定してエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ１４０）、ステップＳ１１０の処理に戻る。エンジンＥＣＵ２４によるエンジン２２の制御については上述した。こうしてステップＳ１１０〜Ｓ１４０の処理を繰り返し実行して、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔまで上昇させるのである。
Nm1*=min(Nm1+α,Nm1set) (2)
ステップＳ１２０でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔ以上に至ると、高電圧側電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊に所定電圧ＶＨｓｅｔ１を設定してモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。モータＥＣＵ４０による昇降圧コンバータ５５の制御については上述した。こうした処理により、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨをモータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１以下にするのである。これにより、上述したように、モータＭＧ１の回生トルクＴｃｅｆ１の反力トルク（−Ｔｃｅｆ１／ρ）が駆動軸３６に駆動トルクとして出力され、このトルクにより走行することができる。
実施例では、インバータレス走行において、アクセルオフで制動状態からアクセルオンされたときには、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨをアクセルオフのときの電圧（所定電圧ＶＨｓｅｔ２）よりも上昇させると共にモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を増加させることにより、以下の効果を奏する。ここで、比較例として、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨをアクセルオフのときの電圧で保持しつつモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を増加させるものを考える。
比較例では、モータＭＧ１が負回転の間は、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の増加に伴って、モータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１が低くなり、回生トルクＴｃｅｆ１の絶対値が小さくなる。そして、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以下に至ると、モータＭＧ１で回生トルクＴｃｅｆ１が生じなくなり、反力トルク（−Ｔｃｅｆ１／ρ）が制動トルクとして駆動軸３６に出力されなくなる。このようにモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１（エンジン２２の回転数Ｎｅ）を増加させる必要があるから、アクセルオンされてから反力トルク（−Ｔｃｅｆ１／ρ）が制動トルクとして駆動軸３６に出力されなくなるまでの時間が若干長くなることがある。また、アクセルオンの直前にモータＭＧ２で回生トルクＴｃｅｆ２が生じていたときには、アクセルオンされても、回生トルクＴｃｅｆ２の発生が継続し、回生トルクＴｃｅｆ２が駆動軸３６に制動トルクとして出力され続けることになる。これらの結果、駆動軸３６に制動トルクが出力されなくなるまでの時間が若干長くなることがある。
これに対して、実施例では、アクセルオフで制動状態からアクセルオンされたときには、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨを上昇させる。これにより、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨがモータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１以上に至ってモータＭＧ１で回生トルクＴｃｅｆ１が生じなくなるまでの時間、即ち、反力トルク（−Ｔｃｅｆ１／ρ）が制動トルクとして駆動軸３６に出力されなくなるまでの時間を短くすることができる。また、アクセルオンの直前にモータＭＧ２で回生トルクＴｃｅｆ２が生じていたときには、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨがモータＭＧ２の逆起電圧Ｖｃｅｆ２以上に至って回生トルクＴｃｅｆ２が生じなくなるまでの時間、即ち、回生トルクＴｃｅｆ２が制動トルクとして駆動軸３６に出力されなくなるまでの時間を短くすることができる。これらの結果、駆動軸３６に出力される制動トルクをより迅速に低減することができる。
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において、アクセルオフで制動状態からアクセルオンされたときには、アクセルオフのときに比して高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨを上昇させると共にモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を増加させる。このように高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨを上昇させることにより、駆動軸３６に出力される制動トルクをより迅速に低減することができる。
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において、アクセルオフで制動状態（モータＭＧ１が負回転で且つモータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１が高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨ（所定電圧ＶＨｓｅｔ２）よりも高い状態）からアクセルオンされたときには、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨを所定電圧ＶＨｓｅｔ１，ＶＨｓｅｔ２よりも充分に高い所定電圧ＶＨｓｅｔ３（例えば、６００Ｖや６５０Ｖ，７００Ｖなど）まで上昇させるものとした。しかし、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨをアクセルオフのときの電圧よりも高くするものであればよい。例えば、アクセルオンされる直前のモータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃｅｆ１に等しいまたはそれよりも若干高い電圧まで上昇させるものとしてもよい。また、アクセルオンされる直前のモータＭＧ２の逆起電圧Ｖｃｅｆ２に等しいまたはそれよりも若干高い電圧まで上昇させるものとしてもよい。さらに、アクセルオンされる直前のモータＭＧ１，ＭＧ２の逆起電圧Ｖｃｅｆ１，Ｖｃｅｆ２のうちの大きい方に等しいまたはそれよりも若干高い電圧まで上昇させ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において、アクセルオンからアクセルオフされたときには、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨを所定電圧ＶＨｓｅｔ１から所定電圧ＶＨｓｅｔ２に低下させるものとした。しかし、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨを所定電圧ＶＨｓｅｔ１で保持するものとしてもよい。この場合、アクセルオフで制動状態からアクセルオンされたときには、高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨをアクセルオフのときの電圧（所定電圧ＶＨｓｅｔ１）よりも高くすると共にモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を増加させ、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔ以上に至ると高電圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨを所定電圧ＶＨｓｅｔ１に低下させればよい。
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、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊に所定回転数Ｎｍ１ｓｅｔを設定し、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が大きいほど大き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、蓄電可能な装置であれば、キャパシタなど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 (3)

  1. 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インバータの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高電圧側電力ラインの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駆動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、前記所定走行時において、アクセルオフで、前記第１モータが負回転で且つ前記第１モータの逆起電圧が前記高電圧側電力ラインの電圧よりも高いことによって前記第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制動トルクが出力されている制動状態から、アクセルオンされたときには、アクセルオフのときに比して前記高電圧側電力ラインの電圧が上昇すると共に前記第１モータの回転数が増加するように前記昇降圧コンバータと前記エンジンとを制御する、
    ハイブリッド自動車。
  2. 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、前記所定走行時において、アクセルオフで前記制動状態からアクセルオンされたときには、前記高電圧側電力ラインの電圧が前記第１モータの逆起電圧以上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。
  3. 請求項１または２記載のハイブリッド自動車であって、
    前記制御装置は、前記所定走行時において、アクセルオフで前記制動状態からアクセルオンされたときには、前記制動状態に比して前記高電圧側電力ラインの電圧が上昇するように前記昇降圧コンバータを制御すると共に前記第１モータの回転数が増加するように前記エンジンを制御し、前記第１モータの回転数が所定回転数に至った後に、前記高電圧側電力ラインの電圧が前記第１モータの逆起電圧よりも低く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。
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