JP2017128193A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータレス走行中にＭＧ１（第１モータジェネレータ）の回転速度が低下しても駆動トルクを確保する。
【解決手段】エンジン、ＭＧ１、ＭＧ２（第２モータジェネレータ）、これらを連結する遊星歯車機構、バッテリ、コンバータ、コンバータとＭＧ１との間で電力変換を行なう第１インバータ、およびコンバータとＭＧ２との間で電力変換を行なう第２インバータを備えるハイブリッド車両において、ＥＣＵは、第１インバータおよび第２インバータをゲート遮断状態にし、かつエンジンを駆動状態にするインバータレス走行制御を実行する。ＥＣＵは、インバータレス走行中において、ＭＧ１の回転速度が閾値よりも高いときは第１インバータをゲート遮断状態にし、ＭＧ１の回転速度が閾値よりも低いときは第１インバータを三相オン状態とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、エンジンと回転電機との少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両に関する。

特開２０１３−２０３１１６号公報（特許文献１）には、エンジンと、永久磁石が装着されたロータを有する第１回転電機と、駆動輪に接続された出力軸と、出力軸に接続された第２回転電機と、遊星歯車機構と、バッテリと、バッテリと電力線との間で電圧変換を行なうコンバータと、電力線と第１回転電機と第２回転電機との間で電力変換を行なうインバータとを備えるハイブリッド車両が開示されている。遊星歯車機構は、第１回転電機に接続されたサンギヤと、出力軸に接続されたリングギヤと、エンジンに接続されたキャリアとを含む。

このハイブリッド車両においては、インバータのＰＷＭ（Pulse Width Modulation)制御による第１回転電機および第２回転電機の電気的な駆動を正常に行なうことができない異常が生じている場合、インバータのＰＷＭ制御を停止しつつエンジンを駆動状態にして車両を退避走行させる「インバータレス走行制御」が実行される。インバータレス走行制御中においては、エンジンの回転力によって第１回転電機を機械的に回転させることによって、第１回転電機が逆起電圧を発生する。また、特許文献１に開示されたインバータレス走行制御においては、インバータのＰＷＭ制御の停止後にインバータをゲート遮断状態にして全波整流回路とする。そのため、第１回転電機の逆起電圧がコンバータとインバータとを接続する電力線の電圧（以下「システム電圧」ともいう）を超えると、第１回転電機とバッテリとの間に電流が流れ、第１回転電機には逆起電圧に起因するトルク（以下「逆起トルク」ともいう）が発生する。この逆起トルクが第１回転電機からサンギヤに作用することによって、リングギヤには、第１回転電機の逆起トルクの反力として、正方向（前進方向）に作用する駆動トルクが発生する。この駆動トルクによって退避走行が実現される。

特開２０１３−２０３１１６号公報

特許文献１に開示されたインバータレス走行制御においては、インバータをゲート遮断状態にして全波整流回路とすることによって、第１回転電機に逆起トルクを発生させている。以下、インバータをゲート遮断状態にして全波整流回路とすることによって発生する第１回転電機の逆起トルクを「全波整流トルク」ともいう。特許文献１に開示されたインバータレス走行制御においては、第１回転電機の全波整流トルクの反力を駆動トルクとして出力している。

しかしながら、特許文献１に開示されたハイブリッド車両においては、インバータレス走行制御中に車速（出力軸の回転速度）が高くなると、駆動トルクを出力できなくなるおそれがある。具体的には、特許文献１に開示されたハイブリッド車両において、インバータレス走行制御中に車速が高くなると、遊星歯車機構の共線図の関係により第１回転電機の回転速度が低下する。第１回転電機の回転速度の低下に伴なって第１回転電機の逆起電圧がシステム電圧よりも低下すると、第１回転電機からバッテリへの電流経路が遮断されるため、全波整流トルクが発生しなくなり、駆動トルクを出力できなくなるおそれがある。

なお、第１回転電機の回転速度の低下に応じてシステム電圧を低下させることも考えられるが、システム電圧をバッテリの電圧よりも低い値にすることはできないため、システム電圧を低下させるのには限界がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、インバータレス走行制御中に第１回転電機の回転速度が低下しても駆動トルクを確保することである。

この発明に係るハイブリッド車両は、エンジンと、永久磁石が装着されたロータを有する第１回転電機と、駆動輪に接続された出力軸と、エンジンに接続される回転要素と、第１回転電機に接続される回転要素と、出力軸に接続される回転要素とを含む。エンジン、第１回転電機および出力軸を機械的に連結する遊星歯車機構とを備える。エンジンに接続される回転要素は、遊星歯車機構の共線図において中央に位置する線で表わされる回転要素である。ハイブリッド車両は、さらに、出力軸に接続された第２回転電機と、バッテリと、バッテリと電力線との間に電気的に接続されたコンバータと、電力線および第１回転電機の間に電気的に接続され、各々が上側アームおよび下側アームを有する三相の駆動アームを有する第１インバータと、電力線および第２回転電機の間に電気的に接続された第２インバータと、第１インバータおよび第２インバータのＰＷＭ制御を停止しつつエンジンを駆動状態にするインバータレス走行制御を実行可能な制御装置とを備える。制御装置は、インバータレス走行制御の実行中にユーザが駆動トルクを要求している場合、第１回転電機の回転速度が閾値よりも高いときは第１インバータをゲート遮断状態にし、第１回転電機の回転速度が閾値よりも低いときは第１インバータを三相オン状態にする。三相オン状態は、第１インバータの三相のすべての上側アームが導通状態に維持されるとともに第１インバータの三相のすべての下側アームが非導通状態に維持される状態、または第１インバータの三相のすべての下側アームが導通状態に維持されるとともに第１インバータの三相のすべての上側アームが非導通状態に維持される状態である。ゲート遮断状態は、第１インバータの三相のすべての上側アームおよび第１インバータの三相のすべての下側アームが非導通状態に維持される状態である。

インバータレス走行制御中において、第１回転電機の回転速度が閾値よりも低いときは、第１回転電機の逆起電圧が低くシステム電圧（コンバータと第１インバータとを接続する電力線の電圧）よりも低下しており、第１回転電機が全波整流トルクを発生しないことが想定される。この点に鑑み、制御装置は、第１インバータをゲート遮断状態ではなく三相オン状態にする。第１インバータを三相オン状態にすると、第１回転電機と第１インバータとの間に電流の循環経路が形成されるため、第１回転電機の逆起電圧がシステム電圧を超えているか否かに関わらず、第１回転電機の逆起電圧によって第１回転電機と第１インバータとの間に電流が流れ、第１回転電機が逆起トルクを発生する。第１インバータを三相オン状態にすることによって発生する第１回転電機の逆起トルク（以下「三相オントルク」ともいう）は、第１回転電機の回転速度が高い領域において低い値となるが、第１回転電機の回転速度が低い領域において高い値となる特性を有する。したがって、第１回転電機の回転速度が閾値よりも低いとき（全波整流トルクを発生不能であるとき）に第１インバータを三相オン状態にすることによって、第１回転電機から三相オントルクを発生させ、その三相オントルクの反力を駆動トルクとして出力することができる。その結果、インバータレス走行制御中に第１回転電機の回転速度が低下しても駆動トルクを確保することができる。

一方、インバータレス走行制御中において、第１回転電機の回転速度が閾値よりも高いときは、三相オントルクが低い値となる一方、第１回転電機が全波整流トルクを発生可能であると想定される。この点に鑑み、制御装置は、インバータレス走行制御中において、第１回転電機の回転速度が閾値よりも高いときは、第１インバータをゲート遮断状態にして第１回転電機から全波整流トルクを発生させる。これにより、第１回転電機の回転速度が高い場合にも駆動トルクを確保することができる。

好ましくは、制御装置は、コンバータと第１インバータとを接続する電力線の電圧が高い場合における閾値を、電力線の電圧が低い場合における閾値よりも大きい値にする。

第１回転電機の全波整流トルクは、第１回転電機の逆起電圧がシステム電圧（電力線の電圧）を超えた場合に発生する。したがって、システム電圧が高くなるほど、全波整流トルクを発生可能な第１回転電機の逆起電圧（回転速度）の下限値は高くなる。この点に鑑み、制御装置は、システム電圧（電力線の電圧）が高い場合における閾値が、システム電圧（電力線の電圧）が低い場合における閾値よりも大きい値にされる。これにより、ゲート遮断状態から三相オン状態に切り替えられる第１回転電機の回転速度（閾値）を、システム電圧（電力線の電圧）に応じて適切に設定することができる。

車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。 車両の電気システムの構成を説明するための回路ブロック図である。 インバータレス走行中における電気システムの状態の一例を概略的に示す図である。 インバータレス走行中における制御状態の一例を示す図（その１）である。 ＥＣＵの処理手順を示すフローチャート（その１）である。 インバータレス走行中における制御状態の一例を示す図（その２）である。 逆起トルクの特性の一例を示す図である。 ＥＣＵの処理手順を示すフローチャート（その２）である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜車両の全体構成＞
図１は、本実施の形態に係る車両１の全体構成を概略的に示すブロック図である。車両１は、エンジン１００と、モータジェネレータ（第１回転電機）１０と、モータジェネレータ（第２回転電機）２０と、遊星歯車機構３０と、駆動輪５０と、駆動輪５０に接続された出力軸６０と、車速センサ７１と、バッテリ１５０と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）１６０と、電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２００と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３００とを備える。

車両１は、エンジン１００とモータジェネレータ２０との少なくとも一方の動力を用いて走行するハイブリッド車両である。車両１は、後述する通常走行中において、エンジン１００の動力を用いずにモータジェネレータ２０の動力を用いて走行する電気自動車走行（以下「ＥＶ走行」という）と、エンジン１００およびモータジェネレータ２０の双方の動力を用いて走行するハイブリッド自動車走行（以下「ＨＶ走行」という）との間で走行態様を切り替えることができる。

エンジン１００は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン１００は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じて車両１が走行するための動力を発生する。エンジン１００により発生した動力は遊星歯車機構３０に出力される。

エンジン１００にはエンジン回転速度センサ４１０が設けられている。エンジン回転速度センサ４１０は、エンジン１００の回転速度（エンジン回転速度）Ｎｅを検出し、その検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。

モータジェネレータ１０，２０の各々は、三相交流永久磁石型同期モータである。モータジェネレータ１０は、エンジン１００を始動させる際にはバッテリ１５０の電力を用いてエンジン１００のクランクシャフト１１０を回転させる。なお、車両１は、補機バッテリ（図示せず）の電力を用いてエンジンをクランキングするためのトルクを発生するスタータは備えていない。

モータジェネレータ１０は、エンジン１００の動力を用いて発電することも可能である。モータジェネレータ１０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ２００により直流電力に変換されてバッテリ１５０に充電される。また、モータジェネレータ１０によって発電された交流電力がモータジェネレータ２０に供給される場合もある。

モータジェネレータ２０のロータは、出力軸６０に連結される。モータジェネレータ２０は、バッテリ１５０およびモータジェネレータ１０の少なくとも一方から供給される電力を用いて出力軸６０を回転させる。また、モータジェネレータ２０は、回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ２０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ２００により直流電力に変換されてバッテリ１５０に充電される。

遊星歯車機構３０は、エンジン１００、モータジェネレータ１０および出力軸６０を機械的に連結し、エンジン１００、モータジェネレータ１０および出力軸６０の間でトルクを伝達するように構成される。具体的には、遊星歯車機構３０は、回転要素として、モータジェネレータ１０のロータに連結されるサンギヤＳと、出力軸６０に連結されるリングギヤＲと、エンジン１００のクランクシャフト１１０に連結されるキャリアＣＡと、サンギヤＳとリングギヤＲとに噛合するピニオンギヤＰとを含む。キャリアＣＡは、ピニオンギヤＰが自転かつ公転できるようにピニオンギヤＰを保持する。

バッテリ１５０は、再充電が可能に構成されたリチウムイオン二次電池である。なお、バッテリ１５０は、ニッケル水素二次電池などの他の二次電池であってもよい。

ＳＭＲ１６０は、バッテリ１５０とＰＣＵ２００との間の電力線に直列に接続されている。ＳＭＲ１６０は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じて、バッテリ１５０とＰＣＵ２００との導通状態および遮断状態を切り替える。

ＰＣＵ２００は、バッテリ１５０に蓄えられた直流電力を昇圧し、昇圧された電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１０およびモータジェネレータ２０に供給する。また、ＰＣＵ２００は、モータジェネレータ１０およびモータジェネレータ２０により発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１５０に供給する。ＰＣＵ２００の構成については図２にて詳細に説明する。

車速センサ７１は、駆動輪５０の回転速度を車両１の速度（車速）ＶＳとして検出し、検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。

ＥＣＵ３００は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力バッファ等とを含んで構成される。ＥＣＵ３００は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１が所望の走行状態となるようにエンジン１００の出力（燃料噴射、点火時期、スロットル開度等）およびモータジェネレータ１０，２０の出力（通電量）を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。

＜電気システムおよびＥＣＵの構成＞
図２は、車両１の電気システムの構成を説明するための回路ブロック図である。車両１の電気システムは、バッテリ１５０と、ＳＭＲ１６０と、ＰＣＵ２００と、モータジェネレータ１０，２０と、ＥＣＵ３００とを含む。ＰＣＵ２００は、コンバータ２１０と、コンデンサＣ２と、インバータ２２１，２２２と、電圧センサ２３０とを含む。

バッテリ１５０には監視ユニット４４０が設けられている。監視ユニット４４０は、バッテリ１５０の電圧（バッテリ電圧）ＶＢ、バッテリ１５０を流れる電流（バッテリ電流）ＩＢ、バッテリ１５０の温度（バッテリ温度）ＴＢをそれぞれ検出して、それらの検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。

コンバータ２１０は、コンデンサＣ１と、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１（上アーム）およびスイッチング素子Ｑ２（下アーム）と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。コンデンサＣ１は、バッテリ電圧ＶＢを平滑化してコンバータ２１０に供給する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２および後述するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ１４の各々は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電力線ＰＬと電力線ＮＬとの間に互いに直列に接続されている。ダイオードＤ１，Ｄ２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間に逆並列にそれぞれ接続されている。リアクトルＬ１の一方端は、バッテリ１５０の高電位側に接続されている。リアクトルＬ１の他方端は、上アームと下アームとの中間点（スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとの接続点）に接続されている。

コンバータ２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じた上側アームおよび下側アームのスイッチング動作によって、バッテリ１５０から入力されるバッテリ電圧ＶＢを昇圧して電力線ＰＬ，ＮＬに出力する。また、コンバータ２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じた上側アームおよび下側アームのスイッチング動作によって、インバータ２２１およびインバータ２２２の一方または両方から供給される電力線ＰＬ，ＮＬの電圧を降圧してバッテリ１５０に出力する。コンバータ２１０の動作により、電力線ＰＬ，ＮＬ間の電圧（以下「システム電圧」ともいう）ＶＨは、バッテリ電圧ＶＢ以上の値となる。

コンデンサＣ２は、電力線ＰＬと電力線ＮＬとの間に接続されている。コンデンサＣ２は、コンバータ２１０から供給された直流電圧を平滑化してインバータ２２１，２２２に供給する。

電圧センサ２３０は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわちシステム電圧ＶＨを検出し、その検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。

インバータ２２１（以下「第１インバータ２２１」ともいう）は、システム電圧ＶＨが供給されると、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じて、直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１０を駆動する。第１インバータ２２１は、Ｕ相アーム１Ｕと、Ｖ相アーム１Ｖと、Ｗ相アーム１Ｗとを含む。各相アームは、電力線ＰＬと電力線ＮＬとの間に互いに並列に接続されている。Ｕ相アーム１Ｕは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｑ３（上アーム）およびスイッチング素子Ｑ４（下アーム）を有する。Ｖ相アーム１Ｖは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｑ５（上アーム）およびスイッチング素子Ｑ６（下アーム）を有する。Ｗ相アーム１Ｗは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｑ７（上アーム）およびスイッチング素子Ｑ８（下アーム）を有する。各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、ダイオードＤ３〜Ｄ８が逆並列にそれぞれ接続されている。

インバータ２２２（以下「第２インバータ２２２」ともいう）は、各相アーム２Ｕ〜２Ｗと、スイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１４と、ダイオードＤ９〜Ｄ１４とを含む。なお、第２インバータ２２２の構成は、基本的には第１インバータ２２１の構成と同等であるため、説明は繰り返さない。

モータジェネレータ１０には、レゾルバ４２１および電流センサ２４１が設けられる。モータジェネレータ２０には、レゾルバ４２２および電流センサ２４２が設けられる。レゾルバ４２１は、モータジェネレータ１０の回転速度（ＭＧ１回転速度Ｎｍ１）を検出する。レゾルバ４２２は、モータジェネレータ２０の回転速度（ＭＧ２回転速度Ｎｍ２）を検出する。電流センサ２４１は、モータジェネレータ１０を流れる電流（モータ電流）ＩＭ１を検出する。電流センサ２４２は、モータジェネレータ２０を流れる電流（モータ電流）ＩＭ２を検出する。これらのセンサは、検出結果を示す信号をＥＣＵ３００にそれぞれ出力する。

ＥＣＵ３００は、各センサからの情報等に基づいて、モータジェネレータ１０，２０の出力が所望の出力となるようにＰＣＵ２００（コンバータ２１０およびインバータ２２１，２２２）を制御する。なお、図２に示す例では、ＥＣＵ３００が１つのユニットとして構成されているが、ＥＣＵ３００は、複数のユニットに分割されていてもよい。

＜通常走行およびインバータレス走行＞
ＥＣＵ３００は、通常モードと退避モードとのどちらかの制御モードで車両１を走行させることができる。

通常モードは、上述のＥＶ走行とＨＶ走行とを必要に応じて切り替えながら車両１を走行させるモードである。通常モードでは、コンバータ２１０およびインバータ２２１，２２２は、ＥＣＵ３００からの制御信号によって、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation)制御によるスイッチング動作を行なう。以下では、通常モードによる走行を「通常走行」と記載する。

退避モードは、インバータ２２１，２２２のＰＷＭ制御によるモータジェネレータ１０，２０の駆動を正常に行なうことができない異常（以下、このような異常を説明の便宜上「インバータ異常」ともいう）が生じた場合、インバータ２２１，２２２のＰＷＭ制御を停止しつつエンジン１００を駆動状態にすることによって車両１を退避走行させるモードである。なお、インバータ異常には、レゾルバ４２１，４２２の故障、電流センサ２４１，２４２の故障などが含まれる。以下では、この退避モードによる走行を「インバータレス走行」と記載し、インバータレス走行を行なうための制御を「インバータレス走行制御」と記載する。

図３は、インバータレス走行中における電気システムの状態の一例を概略的に示す図である。なお、図３においては、インバータ２２１をゲート遮断状態にする例が示されている。第１インバータ２２１のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８がゲート遮断状態とされると、第１インバータ２２１に含まれるダイオードＤ３〜Ｄ８によって三相全波整流回路が構成される。なお、図３には示されていないが、第２インバータ２２２も同様にゲート遮断状態とされる。一方、コンバータ２１０では、ＥＣＵ３００からの制御信号に応答して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のＰＷＭ制御によるスイッチング動作が継続される。

また、インバータレス走行中においては、エンジン１００が駆動状態とされ、エンジン１００からエンジントルクＴｅが出力される。このエンジントルクＴｅによってモータジェネレータ１０が力学的（機械的）に回転させられる。モータジェネレータ１０は同期モータであるので、モータジェネレータ１０のロータには永久磁石１２が設けられている。このため、エンジントルクＴｅによってモータジェネレータ１０のロータに設けられた永久磁石１２が回転させられることによって、モータジェネレータ１０には逆起電圧Ｖｃが生じる。この逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨを超えると、モータジェネレータ１０とバッテリ１５０との間に電流が流れる。この際、モータジェネレータ１０には、モータジェネレータ１０の回転を妨げる方向に作用する逆起トルクＴｃ（制動トルク）が発生する。

以下では、第１インバータ２２１をゲート遮断状態にして全波整流回路とすることによって発生するモータジェネレータ１０の逆起トルクＴｃを「全波整流トルク」ともいう。

図４は、インバータレス走行中にモータジェネレータ１０から全波整流トルクを発生させる場合おけるエンジン１００およびモータジェネレータ１０，２０の制御状態の一例を遊星歯車機構３０の共線図上に示す図である。

遊星歯車機構３０の共線図は、遊星歯車機構３０のサンギヤＳ、キャリアＣＡおよびリングギヤＲを縦線で示し、それらの間隔を遊星歯車機構３０のギヤ比に対応する間隔とし、さらにそれぞれの縦線の上下方向を回転方向とし、その上下方向での位置を回転数としたものである。遊星歯車機構３０は、シングルピニオン型であるため、図４の共線図において、モータジェネレータ１０に接続されるサンギヤＳは左端に位置する線で表され、エンジン１００に接続されるキャリヤＣＡは中央に位置する線で表され、モータジェネレータ２０に接続されるリングギヤＲは右端に位置する線で表される。

遊星歯車機構３０が上記のように構成されることによって、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１（＝サンギヤＳの回転速度）と、エンジン回転速度Ｎｅ（＝キャリアＣＡの回転速度）と、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２（＝リングギヤＲの回転速度）とは、共線図上において直線で結ばれる関係（いずれか２つの回転速度が決まれば残り１つの回転速度も決まる関係、以下「共線図の関係」ともいう）を有する。

上述のように、インバータレス走行中においては、エンジントルクＴｅによってモータジェネレータ１０が機械的に回転させられることによって、モータジェネレータ１０が逆起電圧Ｖｃを発生する。第１インバータ２２１がゲート遮断状態とされて三相全波整流回路を構成する場合には、逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨを超えるときにモータジェネレータ１０とバッテリ１５０との間に電流が流れ、モータジェネレータ１０は逆起トルクＴｃ（全波整流トルク）を発生する。

逆起トルクＴｃがモータジェネレータ１０からサンギヤＳに作用することによって、リングギヤＲには、逆起トルクＴｃの反力として、正方向（前進方向）に作用する駆動トルクＴｅｐが発生する。この駆動トルクＴｅｐによって車両１が退避走行される。

図５は、ＥＣＵ３００がインバータレス走行制御を行なう際の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは所定周期で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０にて、ＥＣＵ３００は、上述したインバータ異常が生じているか否かを判定する。インバータ異常が生じていない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１にて、制御モードを通常モードに設定して通常走行を行なう。

インバータ異常が生じている場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２〜Ｓ１４にて、制御モードを退避モードに設定してインバータレス走行を行なう。

具体的には、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２にてインバータ２２１，２２２のＰＷＭ制御を停止する。なお、第２インバータ２２２においては、ＰＷＭ制御の停止後、ゲート遮断状態に制御される。一方、第１インバータ２２１においては、ＰＷＭ制御の停止後、後述するように、ゲート遮断状態および三相オン状態のいずれかの状態に制御される。なお、第１インバータ２２１におけるゲート遮断状態および三相オン状態の切替については、後に詳述する。

その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３にて、システム電圧ＶＨが目標システム電圧ＶＨｔａｇとなるようにコンバータ２１０を作動（ＰＷＭ制御）する。本実施の形態において、目標システム電圧ＶＨｔａｇは、たとえばユーザ要求トルクなどに応じて変動する値とすることができる。なお、目標システム電圧ＶＨｔａｇを予め固定された値とするようにしてもよい。

その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４にて、エンジン１００を駆動状態にする。この際、エンジン回転速度Ｎｅが目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇとなるようにエンジン１００のトルクが調整される。本実施の形態において、目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇは、モータジェネレータ１０の逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨを超えるように調整される。そのため、モータジェネレータ１０が上述の全波整流トルクを発生し、全波整流トルクの反力として駆動トルクＴｅｐが出力される。

なお、エンジン回転速度Ｎｅには、部品保護の観点から、上限回転速度Ｎｅｍａｘが予め定められている。したがって、目標エンジン回転速度Ｎｅｔａｇは上限回転速度Ｎｅｍａｘ以下の範囲で調整される。

＜インバータ走行中における全波整流トルクから三相オントルクへの切替＞
上述のように、インバータレス走行中において、第１インバータ２２１をゲート遮断状態にすることによって、モータジェネレータ１０から全波整流トルクを発生させ、全波整流トルクの反力が駆動トルクＴｅｐとして出力することができる。しかしながら、インバータレス走行中に車速ＶＳ（すなわちＭＧ２回転速度Ｎｍ２）が高くなると、全波整流トルクが発生しなくなり、駆動トルクＴｅｐを出力できなくなるおそれがある。

図６は、インバータレス走行中に高車速となった場合におけるエンジン１００およびモータジェネレータ１０，２０の制御状態の一例を遊星歯車機構３０の共線図上に示す図である。

モータジェネレータ１０の全波整流トルクは、上述したように、モータジェネレータ１０の逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨを超えた場合に発生する。逆起電圧Ｖｃは、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１と比例関係にあり、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が低いほど、低い値となる。逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨとなるときのＭＧ１回転速度Ｎｍ１を「閾値Ｎｔｈ」としたとき、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも高い領域Ｒ１では逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨよりも高くなりモータジェネレータ１０は全波整流トルクを発生可能であるが、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも低い領域Ｒ２では逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨよりも低くなるためモータジェネレータ１０は全波整流トルクを発生しない。

車両１においては、車速が高くなる（すなわちＭＧ２回転速度Ｎｍ２が高くなる）と、共線図の関係により、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が低下する。そのため、車速が高い状態においては、たとえエンジン回転速度Ｎｅを上限回転速度Ｎｅｍａｘに調整したとしても、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも低くなってしまい、モータジェネレータ１０が全波整流トルクを発生しなくなるおそれがある。

上記の点に鑑み、本実施の形態によるＥＣＵ３００は、インバータ走行中において、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも低いときには、第１インバータ２２１をゲート遮断状態ではなく三相オン状態にする。

三相オン状態とは、第１インバータ２２１の三相のすべての上側アームＱ３，Ｑ５，Ｑ７が導通状態に維持され、かつ第１インバータ２２１の三相のすべての下側Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８が非導通状態に維持される状態（以下「上側アーム三相オン状態」ともいう）、または第１インバータ２２１の三相のすべての下側アームＱ４，Ｑ６，Ｑ８が導通状態に維持され、かつ第１インバータ２２１の三相のすべての上側アームＱ３，Ｑ５，Ｑ７が非導通状態に維持される状態（以下「上側アーム三相オン状態」ともいう）である。

第１インバータ２２１が三相オン状態にされると、モータジェネレータ１０と第１インバータ２２１との間に電流の循環経路が形成されるため、モータジェネレータ１０の逆起電圧Ｖｃによってモータジェネレータ１０と第１インバータ２２１との間に電流が流れ、モータジェネレータ１０が逆起トルクを発生する。以下、第１インバータ２２１を三相オン状態にすることによって発生するモータジェネレータ１０の逆起トルクＴｃを「三相オントルク」ともいう。

図７は、モータジェネレータ１０の逆起トルクＴｃの特性の一例を示す図である。図７において、横軸はＭＧ１回転速度Ｎｍ１を示し、縦軸はモータジェネレータ１０の逆起トルクＴｃを示す。逆起トルクＴｃには、全波整流トルクと、三相オントルクとが含まれる。

図７に示すように、全波整流トルクの絶対値は、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が上述の閾値Ｎｔｈ（逆起電圧Ｖｃがシステム電圧ＶＨとなるときのＭＧ１回転速度Ｎｍ１）よりも高い領域Ｒ１で０よりも大きい値となり、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも低い領域Ｒ２で０となる特性を有する。そして、閾値Ｎｔｈは、図７に示すように、システム電圧ＶＨが高いほど、高い値となる。すなわち、システム電圧ＶＨが所定値Ｖ２，Ｖ１，Ｖ３（Ｖ２＜Ｖ１＜Ｖ３）である場合、閾値Ｎｔｈは、それぞれ所定値Ｎ２，Ｎ１，Ｎ３（Ｎ２＜Ｎ１＜Ｎ３）となる。

これに対し、三相オントルクの絶対値は、図７に示すように、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が高い領域Ｒ１（全波整流トルクが０よりも大きくなる領域）においては非常に低い値となるが、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が低い領域Ｒ２（全波整流トルクが０となる領域）においては０よりも大きい値となり、特にＭＧ１回転速度Ｎｍ１が０に近い値で非常に高いピーク値となる特性を有する。

なお、三相オントルクの大きさ（絶対値）は、システム電圧ＶＨによっては変動しない。すなわち、三相オントルクは、モータジェネレータ１０の逆起電圧Ｖｃに応じた電流がモータジェネレータ１０と第１インバータ２２１との間に流れることによって発生する。そのため、三相オントルクの大きさは、システム電圧ＶＨの影響を受けない。

図７に示すような全波整流トルクおよび三相オントルクの特性に鑑み、ＥＣＵ３００は、システム電圧ＶＨに応じて閾値Ｎｔｈを設定し、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも高いか否かを判定する。そして、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも高い場合には、ＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１をゲート遮断状態にしてモータジェネレータ１０から全波整流トルクを発生させる。一方、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも低い場合には、ＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１を三相オン状態にしてモータジェネレータ１０から三相オントルクを発生させる。これにより、インバータレス走行中にＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも低下したとしても駆動トルクＴｅｐを確保することができる。

図８は、インバータレス走行中に第１インバータ２２１の状態をゲート遮断状態または三相オン状態に切り替える際にＥＣＵ３００が行なう処理手順を示すフローチャートである。

Ｓ２０にて、ＥＣＵ３００は、インバータレス走行中であるか否かを判定する。インバータレス走行中でない場合（Ｓ２０にてＮＯ）、ＥＣＵ３００は処理を終了する。

インバータレス走行中である場合（Ｓ２０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、システム電圧ＶＨに基づいて上述の閾値Ｎｔｈを算出する。ＥＣＵ３００は、システム電圧ＶＨが高いほど、閾値Ｎｔｈを大きい値に設定する（上述の図７参照）。

その後、ＥＣＵ１００は、Ｓ２２にて、ユーザが駆動トルクを要求しているか否かを判定する。たとえば、ＥＣＵ３００は、車両１のシフトレンジがＤ（ドライブ）レンジまたはＢ（ブレーキレンジ）などの前進レンジであって、アクセルペダル操作量が所定値を超えている場合に、ユーザが駆動トルクを要求していると判定する。

ユーザが駆動トルクを要求していない場合（Ｓ２２にてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ２３にて、第１インバータ２２１をゲート遮断状態にする。この際、ＥＣＵ３００は、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈ未満となるようにエンジン回転速度Ｎｅを調整する。これにより、エンジン１００を駆動状態に維持したまま、全波整流トルクが０となり、駆動トルクＴｅｐの出力が抑制される。

ユーザが駆動トルクを要求している場合（Ｓ２２にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ２４にて、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも高いか否かを判定する。

ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも高い場合（Ｓ２４にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ２５にて、第１インバータ２２１をゲート遮断状態にする。これにより、モータジェネレータ１０から全波整流トルクが発生し、全波整流トルクの反力が駆動トルクＴｅｐとして出力される。

一方、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも低い場合（Ｓ２４にてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ２６にて、第１インバータ２２１を三相オン状態にする。すなわち、第１インバータ２２１がゲート遮断状態である場合には、第１インバータ２２１の状態をゲート遮断状態から三相オン状態に切り替える。これにより、モータジェネレータ１０から三相オントルクが発生し、三相オントルクの反力が駆動トルクＴｅｐとして出力される。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ３００は、インバータレス走行中において、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも低いときは、ＥＣＵ３００は、全波整流トルクが発生しなくなるおそれがあることに鑑み、第１インバータ２２１をゲート遮断状態ではなく三相オン状態にする。これにより、モータジェネレータ１０から三相オントルクを発生させ、三相オントルクの反力を駆動トルクＴｅｐとして出力することができる。その結果、インバータレス走行中において、車速が高くなってＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも低下しても駆動トルクを確保することができる。

一方、インバータレス走行中において、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が閾値Ｎｔｈよりも高いときは、ＥＣＵ１００は、三相オントルクが非常に低い値となる一方、全波整流トルクを発生可能であることに鑑み、第１インバータ２２１をゲート遮断状態にする。これにより、モータジェネレータ１０から全波整流トルクを発生させ、全波整流トルクの反力を駆動トルクＴｅｐとして出力することができる。

さらに、ＥＣＵ３００は、システム電圧ＶＨが高くなるほど全波整流トルクを発生可能なＭＧ１回転速度Ｎｍ１の下限値が高くなることに鑑み、システム電圧ＶＨが高いほど閾値Ｎｔｈを大きい値に設定する。これにより、第１インバータ２２１がゲート遮断状態から三相オン状態に切り替えられるＭＧ１回転速度Ｎｍ１（閾値Ｎｔｈ）を、システム電圧ＶＨに応じて適切に設定することができる。

なお、上述の実施の形態においては、遊星歯車機構３０のサンギヤＳ、キャリアＣＡおよびリングギヤＲが、モータジェネレータ１０、エンジン１００および出力軸６０にそれぞれ接続される場合を示した。しかしながら、少なくとも遊星歯車機構３０のキャリアＣＡ（共線図において中央に位置する線で表わされる回転要素）がエンジン１００に接続されていれば、遊星歯車機構３０は上述の構成に限定されない。たとえば、遊星歯車機構３０のキャリアＣＡがエンジン１００に接続され、サンギヤＳが出力軸６０に接続され、リングギヤＲがモータジェネレータ１０に接続されるようにしてもよい。

また、上述の実施の形態においては、シングルピニオン型の遊星歯車機構３０を使用する場合を示した。しかしながら、シングルピニオン型の遊星歯車機構３０に代えて、ダブルピニオン型の遊星歯車機構を採用することもできる。ダブルピニオン型の遊星歯車機構においては、共線図において中央に位置する線で表わされる回転要素がキャリアではなくリングギヤとなる。そのため、ダブルピニオン型の遊星歯車機構を採用する場合には、エンジン１００をリングギヤに接続し、モータジェネレータ１０および出力軸６０の一方をサンギヤに接続し、他方をキャリヤに接続するようにすればよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、１０，２０ モータジェネレータ、１２ 永久磁石、３０ 遊星歯車機構、５０ 駆動輪、６０ 出力軸、７１ 車速センサ、１００ エンジン、１１０ クランクシャフト、１６０ ＳＭＲ、１５０ バッテリ、２００ ＰＣＵ、２１０ コンバータ、２２１ 第１インバータ、２２２ 第２インバータ、２３０ 電圧センサ、２４１，２４２ 電流センサ、３００ ＥＣＵ、４１０ エンジン回転速度センサ、４２１，４２２ レゾルバ、４４０ 監視ユニット。

Claims (2)

1. ハイブリッド車両であって、
   エンジンと、
   永久磁石が装着されたロータを有する第１回転電機と、
   駆動輪に接続された出力軸と、
   前記エンジンに接続される回転要素と、前記第１回転電機に接続される回転要素と、前記出力軸に接続される回転要素とを含み、前記エンジン、前記第１回転電機および前記出力軸を機械的に連結する遊星歯車機構とを備え、
   前記エンジンに接続される回転要素は、前記遊星歯車機構の共線図において中央に位置する線で表わされる回転要素であり、
   前記ハイブリッド車両は、さらに、
   前記出力軸に接続された第２回転電機と、
   バッテリと、
   前記バッテリと電力線との間に電気的に接続されたコンバータと、
   前記電力線および前記第１回転電機の間に電気的に接続され、各々が上側アームおよび下側アームを有する三相の駆動アームを有する第１インバータと、
   前記電力線および前記第２回転電機の間に電気的に接続された第２インバータと、
   前記第１インバータおよび前記第２インバータのＰＷＭ制御を停止しつつ前記エンジンを駆動状態にするインバータレス走行制御を実行可能な制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記インバータレス走行制御の実行中にユーザが駆動トルクを要求している場合、前記第１回転電機の回転速度が閾値よりも高いときは前記第１インバータをゲート遮断状態にし、前記第１回転電機の回転速度が前記閾値よりも低いときは前記第１インバータを三相オン状態にし、
   前記三相オン状態は、前記第１インバータの前記三相のすべての前記上側アームが導通状態に維持されるとともに前記第１インバータの前記三相のすべての前記下側アームが非導通状態に維持される状態、または前記第１インバータの前記三相のすべての前記下側アームが導通状態に維持されるとともに前記第１インバータの前記三相のすべての前記上側アームが非導通状態に維持される状態であり、
   前記ゲート遮断状態は、前記第１インバータの前記三相のすべての前記上側アームおよび前記第１インバータの前記三相のすべての前記下側アームが非導通状態に維持される状態である、ハイブリッド車両。
2. 前記制御装置は、前記コンバータと前記第１インバータとを接続する前記電力線の電圧が高い場合における前記閾値を、前記電力線の電圧が低い場合における前記閾値よりも大きい値にする、請求項１に記載のハイブリッド車両。

Images