JP3685171B2 - ハイブリッド車両およびその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両およびその制御方法に関し、詳しくは燃料を燃焼して動力を取り出す原動機と、この原動機の動力の少なくとも一部を用いて発電が可能な発電機と、車両の駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えたハイブリッド車両およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ガソリンなどの燃料を燃焼して動力を出力する原動機以外に、電力により駆動力を出力可能な電動機を搭載したハイブリッド車両が種々提案されている。こうしたハイブリッド車両では、原動機を最終的なエネルギの源としているので、ガソリンなどの燃料を供給するだけで済み、バッテリ充電用のステーションなどの新たな設備・機器を社会的に用意する必要がないという利点がある。
【０００３】
かかるハイブリッド車両としては、いわゆるシリーズハイブリッド車両とパラレルハイブリッド車両が存在する。シリーズハイブリッド車両は、原動機の出力を全て発電機を駆動するために用い、発電した電力は一旦バッテリに蓄え、駆動軸に出力される駆動力は、バッテリの電力を用いて駆動される電動機から得るという構成である。また、パラレルハイブリッド車両は、原動機としてのガソリンエンジンなどの出力をプラネタリギヤ機構などの三軸式動力分配機構や対ロータモータなどにより分配する機構を備え、駆動軸に出力される駆動力の一部をエンジンからの動力で賄っている。この場合でも、駆動軸に出力されない動力は、発電機での発電に供されており、通常は発電した電力をバッテリや大容量キャパシタに蓄えている。
【０００４】
こうしてバッテリなどの二次電池や大容量キャパシタに蓄えられた電力は、エンジンを停止したまま車両を走行するのに用いられたり、エンジンが運転されている場合であって、エンジンからの駆動力だけではトルクが不足する場合に、電動機によりトルクアシストを行なう目的で用いられたりしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のハイブリッド車両では、電力を蓄える二次電池や大容量バッテリなどが故障したり、これらを充電する充電回路が故障したりすると、発電機を運転することができず、車両の走行が困難になるという問題があった。ハイブリッド車両の原理を考えると、発電機と電動機を直接接続し、発電した電力をそのまま用いて電動機を駆動すれば、車両は走行可能であると考えられる。こうした走行モードをバッテリレス走行と呼ぶ。ところが、実際に発電機と電動機とを直接接続して運転しようとすると、走行時における電動機の負荷が急変するために種々の障害が発生する。走行時における負荷、即ち駆動軸に要求される動力を考えると、車輪の空転、ブレーキ操作などにより、短期間のうちに、負荷が急減することがあり得る。この場合、電動機に流すべき電流は短期間のうちに急減する。エンジンにより定常運転されている発電機から見れば、電流が急減するということは、インピーダンスが高くなることであり、発電機の端子間電圧は、急上昇してしまう。この結果、慮外の高電圧が回路に印加され、定格を超えてしまうのである。
【０００６】
このため、現実には、バッテリレス走行は極めて困難であり、バッテリやその充電回路等が故障した場合、車両を走行してサービスステーションなどにたどり着くいわゆるリンプホームを実現することが困難であった。特に、発電機に接続されて充電回路を形成するインバータのスイッチング素子が故障したケースでは、エンジンも正常に運転でき発電機や電動機も正常であっても、既に充電した電力のみを用いて走行する他はなく、走行距離が不十分であったり、あるいは車速が制限されてしまうなどの指摘があり、改善が求められていた。
【０００７】
また、こうしたハイブリッド車両で用いられる二次電池は高電圧バッテリであるため、電源ラインのおおもとには、不使用時にバッテリと電源ラインとの接続を遮断する目的で、正負のラインの各々に接点が介装されている。この接点は、例えば車両が使用されていないときや、バッテリに異常が検出された場合などに、開放状態とされ、必要とされている場合を除き、二次電池の高電圧が電源ラインに現われないようにしているのである。ところで、こうした接点は、大電流を入り切りするため溶着などの障害を生じやすい。そこで、従来から、電流制限用の抵抗器と補助接点とを介して電流を流すラインを通常の接点に並列に設け、最初はこの補助接点を閉成して制限された電流を流し、次に通常の接点を閉成している。
【０００８】
しかしながら、こうした構成を採用しても、接点が溶着することがありえ、正負の電源ラインのいずれか一方の接点でも、溶着すると、従来は、これを検出して二次電池の使用を中止していた。これは、一方の接点が溶着した状態で使用を継続すると、他方の接点も溶着したとき、遮断することができなくなってしまうからである。
【０００９】
本発明は、上記の課題の少なくとも一つを解決することを目的としてなされたものであり、原動機と発電機と電動機とを備えたハイブリッド車両において二次電池を使用しない走行技術の改善およびその関連技術の改良を目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明のハイブリッド車両は、
燃料を燃焼して動力を取り出す原動機と、該原動機の動力の少なくとも一部を用いて発電が可能な発電機と、車両の駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えたハイブリッド車両であって、
指示された回転数を目標回転数として、前記原動機の前記燃料量をフィードバック制御する原動機制御手段と、
前記発電機と前記電動機とを接続する直流電源の正負の電源ラインに接続される二次電池と、
前記ラインの一方と前記二次電池との接続を入り切りする接点であり、前記二次電池から流れ出す電流を制限する制限用抵抗器を介して、前記二次電池と該電源ラインとを接続する第１の接点と、
該第１の接点に並列に接続され、前記二次電池を前記電源ラインに直接接続する第２の接点と、
前記電源ラインの他方と前記二次電池との接続を入り切りする第３の接点と、
前記第３の接点が溶着したか否かを検出する溶着検出手段と、
前記第３の接点の溶着を検出した場合には、前記原動機の起動後、前記第１，第２の接点を開放状態に切り換えると共に、前記発電機で発電した電力で前記電動機を駆動する溶着時運転手段と
を備えることを要旨とする。
【００２５】
このハイブリッド車両に対応した制御方法は、
燃料を燃焼して原動機から動力を取り出しつつ、該取り出された動力の少なくとも一部を用いて永久磁石を備えた発電機により発電し、該発電機による発電電力の少なくとも一部を用いて運転される電動機により車両の駆動軸に動力を出力するハイブリッド車両を制御する方法であって、
前記発電機と前記電動機とを接続する直流電源の正負の電源ラインに二次電池を接続し、
前記ラインの一方と前記二次電池との間に、前記二次電池から流れ出す電流を制限する制限用抵抗器を介して第１の接点を介装し、
該第１の接点に並列に、前記二次電池を前記電源ラインに直接接続する第２の接点を接続し、
前記電源ラインの他方と前記二次電池との間に第３の接点を介装し、
指示された回転数を目標回転数として、前記原動機の前記燃料量をフィードバック制御し、
前記第３の接点が溶着したか否かを検出し、
前記第３の接点の溶着を検出した場合には、前記原動機の起動後、前記第１，第２の接点を開放状態に切り換えると共に、前記発電機で発電した電力で前記電動機を駆動すること
を要旨とする。
【００２６】
かかるハイブリッド車両およびその制御方法によれば、第３の接点が溶着故障を起こした状態でも、一旦原動機が起動した後は、第１，第２の接点を開放状態に切り換え、更に発電機で発電した電力で電動機を駆動するので、二次電池への電源ラインは開放状態となっており、車両運転中に第１，第２の接点が溶着故障を起こすおそれがない。このため、第１，第２の接点の溶着故障をおそれて、車両の運転を禁止する必要がないので、安全性を確保したまま、使用者の利便性を高めることができる。なお、第３の接点の溶着故障は、各接点の入り切りのタイミングを所定の順序とし、二次電池の端子間電圧と直流電源の正負の電源ラインの電圧を監視することで、容易に検出することができる。
【００２７】
こうしたハイブリッド車両において、二次電池の端子間電圧と前記電源ライン間の電圧とを検出し、上述した車両の運転が行なわれている場合に、検出された両電圧が等しいと判定されると、車両の走行を停止するものとしても良い。この場合には、第１または第２の接点も溶着故障を起こしたと判断できるからである。
【００２８】
以上本発明のハイブリッド車両およびその制御方法について説明したが、これらのハイブリッド車両としては、種々の構成が可能である。代表的な構成としては、シリーズハイブリッド車両やパラレルハイブリッド車両がある。例えば、発電機を、二つのロータが互いに回転可能な対ロータの構成とし、この二つのロータの滑り回転数に応じた電圧及び電力で発電を行なうものとすればよい。これがいわゆる電気分配式パラレルハイブリッド車両である。また、いわゆる機械分配式ハイブリッド車両も構成可能である。この場合には、２つの軸に入出力される動力が決まれば他の１軸に入出力される動力が決定される三軸式動力分配機（例えばプラネタリギヤ機構）を設け、発電機をこの三軸式動力分配機の１軸に結合し、三軸式動力分配機の他の２軸の一つには原動機の出力軸を、他の１軸には前記駆動軸を、それぞれ結合すればよい。パラレルハイブリッド車両は、原動機の動力の一部を駆動軸の駆動力として用いるので、電動機の小型化を図ることができ、好適である。
【００２９】
また、上記構成において、発電機を、スイッチング素子のオン・オフにより、発電または力行を行なう第１の電力駆動回路に接続し、電動機を、スイッチング素子のオン・オフにより、力行または発電を行なう第２の電力駆動回路に接続する構成も採用可能である。これはいわゆる半導体式インバータの構成であり、スイッチング素子を制御することで、きめ細かな制御が可能となる。かかる構成を採用し、第１，第２の電力駆動回路が互いに結合しておけば、いわゆるバッテリレス走行が可能となる。もとより、バッテリを接続した走行モードを備えることも現実的である。この場合、二次電池や大容量キャパシタなどは、少なくとも第１の電力駆動回路に接続され、発電機により発電した電力を蓄積可能としておけばよい。
【００３０】
現実にこうした構成を前提としてバッテリレス走行を行なうとすると、二次電池記第１の電力駆動回路との接続を遮断する遮断手段を設け、少なくとも、発電機による発電電圧がこの二次電池の端子間電圧より高いとき、遮断手段を駆動して、前記二次電池と前記第１の電力駆動回路との接続を遮断することが考えられる。バッテリレス走行時には、二次電池の電圧が低いと、発電した電力の一部が充電に用いられることがあり、走行用の電力が制限されてしまうことが考えられるからである。遮断手段を設けて回路を遮断すれば、発電した電力を全て電動機の運転に用いることができる。
【００３１】
更に、かかるハイブリッド車両において、第１の電力駆動回路を介して二次電池への充電ができない事態が検出されたとき、前記原動機の運転により前記発電機のコイルの端子間に発生する逆起電力により、前記第１の電力駆動回路における前記スイッチング素子に併設された整流手段を介して流れる電流を用いて前記電動機を駆動するものとすることができる。かかる構成を採用すれば、第１の電力駆動回路のスイッチング素子が故障したような場合でも、発電機を用いた発電が可能となる。しかもこの際には、発電量が負荷に応じて自動的に定まるので、バッテリレス走行が極めて簡略に実現できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成及び作用を一層明らかにするために、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す説明図である。図示するように、エンジンＥＧは、吸気ポートに設けられた燃料噴射弁ＩＪからガソリンを噴射し、これをピストンＰＴの動きによりシリンダＳＬ内に吸気し、ピストンＰＴにより圧縮した上で、点火プラグＩＰに形成する火花により点火して爆発燃焼させ、その燃焼のエネルギをピストンＰＴを介して、クランクシャフトＣＳの回転運動として取り出すタイプの内燃機関である。このエンジンＥＧの運転、特にスロットル弁ＴＨの開度と燃料噴射量とは、専用のエンジン制御装置ＥＨＩＥＣＵにより制御される。このエンジン制御装置ＥＦＩＥＣＵは、クランクシャフトＣＳの回転数ＮＥを、回転数センサＳ１により検出しており、外部から指示された目標回転数ＮＥ＊に一致するよう、所定のゲインＧでフィードバック制御を行なっている。
【００３３】
エンジンＥＧのクランクシャフトＣＳと車両の駆動軸との間にはプラネタリギヤＰＧが設けられており、その一軸にはクランクシャフトＣＳが、他の一軸には発電機ＧＮが、残りの一軸には駆動軸ＤＳが、それぞれ結合されている。駆動軸ＤＳには、更にモータＭＧが設けられ、エンジンＥＧからプラネタリギヤＰＧを介して伝達されるトルクとモータＭＧにより入出力されるトルクとが、ディファレンシャルギヤＤＦを介して、駆動輪に伝達される。なお、発電機ＧＮおよび駆動軸には、その回転数を検出する回転数センサＳ２と回転数センサＳ３が、それぞれ設けられている。
【００３４】
発電機ＧＮおよびモータＭＧには、それぞれ駆動回路としての半導体式インバータＰ１，Ｐ２が接続されており、このインバータＰ１，Ｐ２の各スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、発電機ＧＮによる発電量や、モータＭＧが出力する動力などを制御することができる。また、両インバータＰ１，Ｐ２の電源ラインは、互いに結合されており、この電源ライン間に、システムメインリレーＳＭＲを介してバッテリＢＴが接続されている。車両が正常に走行している間は、システムメインリレーＳＭＲはオン（接続状態）とされており、発電機ＧＮにより発電された電力はバッテリＢＴに蓄えられる。また、モータＭＧは、バッテリＢＴに蓄えられた電力を消費することにより運転される。もとより、モータＭＧを発電機として、発電機ＧＮをモータとして使用することも可能である。
【００３５】
これらのインバータＰ１，Ｐ２やシステムメインリレーＳＭＲなどの制御は、システムコントローラＳＣＮＴが行なっている。このシステムコントローラＳＣＮＴには、上述した回転数センサＳ２，Ｓ３やアクセルペダルＡＣの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサＡＰＳ、さらにはバッテリＢＴの充電量（残容量）ＳＯＣを検出する残容量センサＲＣＳ、インバータＰ１，Ｐ２も接続されている。また、システムコントローラＳＣＮＴはエンジン制御装置ＥＦＩＥＣＵに対して、エンジンＥＧの目標回転数ＮＥ＊も出力している。
【００３６】
通常走行時には、システムコントローラＳＣＮＴは、アクセルペダルＡＣの踏み込み量と、駆動軸ＤＳの回転数Ｎｄと、バッテリＢＴの残容量ＳＯＣとに基づいて、車両の駆動軸ＤＳに出力すべき動力（回転数×トルク）および発電機ＧＮが発電すべき電力を求め、その動力および電力が得られるように、エンジンＥＧおよびインバータＰ１，Ｐ２を制御している。エンジンＥＧの運転自体は、エンジン制御装置ＥＦＩＥＣＵにより制御されているが、システムコントローラＳＣＮＴは、目標回転数ＮＥ＊を出力することにより、エンジンＥＧの出力を間接的に制御することができる。この原理を簡単に説明する。
【００３７】
エンジン制御装置ＥＦＩＥＣＵは、エンジンＥＧの回転数をフィードバック制御している。従って、目標回転数ＮＥ＊と実回転数ＮＥとに偏差ΔＮが存在すれば、吸入空気量、ひいては燃料噴射量を調整して、エンジンＥＧの出力する動力（回転数×トルク）を制御して、実回転数を目標回転数に一致させようとする。図１に示したいわゆる機械分配式のハイブリッド車両では、クランクシャフトＣＳにプラネタリギヤＰＧが結合されており、プラネタリギヤＰＧの他の軸には、発電機ＧＮと駆動軸ＤＳとが結合されている。駆動軸ＤＳには、モータＭＧが結合されている。従って、発電機ＧＮとモータＭＧとを制御することにより、クランクシャフトＣＳの回転数ＮＥを強制的に制御することができる。この結果、エンジン制御装置ＥＦＩＥＣＵが吸入空気量および燃料噴射量を増加しても、目標回転数ＮＥ＊に対する実回転数ＮＥの偏差ΔＮが、直ちには零とならないように制御することが可能である。偏差ΔＮが小さくならなければ、エンジン制御装置ＥＦＩＥＣＵは更に吸入空気量および燃料噴射量を調整し、エンジンＥＧから取り出せる動力は更に増加または減少する。システムコントローラＳＣＮＴからは、目標回転数ＮＥ＊を指示し、かつクランクシャフトＣＳの回転数ＮＥを発電機ＧＮおよびモータＭＧの回転数を制御することにより、エンジンＥＧから取り出すエネルギを自由に調整することができる。
【００３８】
以上のハードウェアおよび制御を前提として、図１に示したシステムコントローラＳＣＮＴは、故障の発生時に次の制御を行なっている。まずバッテリＢＴや発電機ＧＮのインバータＰ１等に故障が生じたか否かを判断し（ステップＳＡ）、故障が発生していると判断した場合には、インバータＰ１とシステムメインリレーＳＭＲをオフにする処理を行なう（ステップＳＢ）。この結果、バッテリＢＴはインバータＰ１，Ｐ２の回路からは切り離される。次に、各軸の回転数を読み込む（ステップＳＣ）。続いてアクセルペダルの踏込量ＡＰを検出し（ステップＳＤ）、踏込量ＡＰや駆動軸ＤＳの回転数から求めた車両の要求出力に基づいて、発電機ＧＮの回転数を変更する（ステップＳＥ）。その上で、車両の要求に合わせてモータＭＧを制御する（ステップＳＦ）。
【００３９】
発電機ＧＮは、ここでは通常のインバータ制御ではなく、発電機ＧＮの逆起電力を利用した発電を行なう。発電機ＧＮは、永久磁石などによる磁界がコイルを通過することによりコイルに誘導される電流を取り出すことにより発電を行なっているが、インバータＰ１が故障したような場合には、通常のこの発電の仕組みは利用できない。しかし、インバータＰ１が停止していても、そのコイルを通過する磁界が、回転軸の回転に伴って変化することには変わりはなく、この磁界の変化を打ち消すようにコイルの両端には逆起電力が発生する。コイルの両端に発生したこの逆起電力は、仮に電源ラインに何らかの負荷が接続されていれば、インバータＰ１の各スイッチング素子に併設された保護用ダイオードを介して負荷に電流を流す。このとき、発電機ＧＮによる発電量は、負荷に流すことができる電流の大きさによって、いわば自律的に決定される。もとより、この方式による発電量は、取り出す電流が増加するにしたがって電圧が低下するため、電圧の下限値を定めることにより、ある値以下に制限される。これがステップＳＣで求めた最大発電電力である。
【００４０】
以上制御を行なうことにより、車両は、次のように振る舞う。システムコントローラＳＣＮＴが、アクセルペダルの踏み込み量ＡＰと駆動軸ＤＳの回転数とから、運転者の要求を読み取り、モータＭＧに出力する動力（回転数×トルク）を制御すると（ステップＳＦ）、モータＭＧが要求している電力が、発電機ＧＮの逆起電力を利用して発電される。もとより発電機ＧＮが発電するエネルギ源はエンジンＥＧなので、発電量の増減に対応してエンジンＥＧの出力も制御されなければならないが、これは上述したように、回転数フィードバックにより実現される。即ち、エンジンＥＧはエンジン制御装置ＥＦＩＥＣＵにより目標回転数ＮＥ＊にフィードバック制御されているから、発電機ＧＮの発電量が増えたり車両駆動軸ＤＳの負荷が増加するなどしてクランクシャフトＣＳの回転数ＮＥが低下すれば、吸入空気量および燃料噴射量は増加され、エンジンＥＧの出力は上昇する。と同時に、車両の負荷に応じて、発電機ＧＮの回転数が可変される。この結果、エンジンＥＧをエネルギ源として、駆動軸ＤＳに出力しようとする動力が大きくなれば、これに応じて、大きな動力が取り出せる状態に、発電機ＧＮは制御されることになる。
【００４１】
こうした制御を行なうことにより、バッテリＢＴやインバータＰ１などが故障した場合でも、発電機ＧＮによる発電を継続しながら、エンジンＥＧおよびモータＭＧにより車両を走行させることができ、サービスステーションなどに車両を安全に導くことができる。なお、上記の説明は、故障時のリンプホームを前提として行なったが、必ずしも故障時の制御に限られるものではなく、バッテリレス走行として、他の走行モードにおいても利用可能であることはもちろんである。以下、こうした発明の実施の形態を、実施例に則して詳細に説明する。
【００４２】
実施例としてのハイブリッド車両について、以下の順序で説明する。
Ａ．ハイブリッド車両の全体構成：
Ｂ．ハイブリッド車両の基本動作：
Ｃ．実施例の制御システムの構成：
Ｄ．エンジンＥＣＵによる制御：
Ｅ．その他の構成：
Ｆ．異常時の制御：
Ｇ．インバータ正常時のバッテリレス走行：
Ｈ．システムメインリレー固着時の制御
Ｉ．電気分配式の構成：
Ｊ．走行モードの遷移：
【００４３】
Ａ．ハイブリッド車両の全体構成：
図２は、本発明の一実施例としてのハイブリッド車両の全体構成を示す説明図である。このハイブリッド車両は、エンジン１５０と、２つのモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、の３つの原動機を備えている。ここで、「モータ／ジェネレータ」とは、モータとしても機能し、また、ジェネレータとしても機能する原動機を意味している。なお、以下では簡単のため、これらを単に「モータ」と呼ぶ。車両の制御は、制御システム２００によって行なわれる。
【００４４】
制御システム２００は、メインＥＣＵ２１０と、ブレーキＥＣＵ２２０と、バッテリＥＣＵ２３０と、エンジンＥＣＵ２４０とを有している。各ＥＣＵは、マイクロコンピュータや、入力インタフェース、出力インタフェースなどの複数の回路要素が１つの回路基板上に配置された１ユニットとして構成されたものである。メインＥＣＵ２１０は、モータ制御部２６０とマスタ制御部２７０とを有している。マスタ制御部２７０は、３つの原動機であるエンジン１５０，モータＭＧ１，ＭＧ２の出力の配分などの制御量を決定する機能を有している。
【００４５】
エンジン１５０は、通常のガソリンエンジンであり、クランクシャフト１５６を回転させる。エンジン１５０の運転はエンジンＥＣＵ２４０により制御されている。エンジンＥＣＵ２４０は、マスタ制御部２７０からの回転数指令ＮＥ＊に従って、スロットルモータを１５２を駆動して、吸気管に設けられたスロットル弁１５１の開度θを調整し、燃料噴射弁１５４を駆動してエンジン１５０の燃料噴射量τを制御する。
【００４６】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、同期電動機として構成されており、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ１３２，１４２と、回転磁界を形成する三相コイル１３１，１４１が巻回されたステータ１３３，１４３とを備える。ステータ１３３，１４３はケース１１９に固定されている。モータＭＧ１，ＭＧ２のステータ１３３，１４３に巻回された三相コイル１３１，１４１は、それぞれ駆動回路１９１，１９２を介して二次電池であるＨＶバッテリ１９４に接続されている。駆動回路１９１，１９２およびモータＭＧ１，ＭＧ２の接続の詳細を図３に示した。図示するように、駆動回路１９１，１９２は、ＨＶバッテリ１９４にシステムメインリレーＳＭＲを介して接続される電源ラインＬ１−Ｌ２間に、スイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６、Ｔｒ１１ないしＴｒ１６を各相毎に対にして備えたトランジスタインバータである。電源ラインＬ１−Ｌ２間には、電圧変動を緩和するためのコンデンサＣが設けられている。また、各スイッチング素子Ｔｒ１ないしＴｒ６，Ｔｒ１１ないしＴｒ１６のコレクタ−エミクタ間には、保護用のダイオードＤが逆接されている。
【００４７】
駆動回路１９１，１９２はモータ制御部２６０によって制御される。駆動回路１９１，１９２には、それぞれＵ相，Ｖ相電流を検出する電流センサ１８１，１８２および電流センサ１８５，１８６が設けられており、検出した電流値Ｉｕ１，ＩＶ１、Ｉｕ２，Ｉｖ２は、モータ制御部２６０に入力されている。モータ制御部２６０は、この各相電流値を検出ししつつ、所望の動力が出力されるように、制御信号Ｓｗ１およびＳｗ２を出力する。この制御信号Ｓｗ１，Ｓｗ２によって駆動回路１９１，１９２のトランジスタがスイッチングされると、ターンオンしたトランジスタを介して、バッテリ１９４とモータＭＧ１，ＭＧ２との間に電流が流れる。モータＭＧ１，ＭＧ２はバッテリ１９４からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この動作状態を力行と呼ぶ）、ロータ１３２，１４２が外力により回転している場合には三相コイル１３１，１４１の両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリ１９４を充電することもできる（以下、この動作状態を発電または回生と呼ぶ）。更に、スイッチング素子がスイッチングしていない状態でも、モータＭＧ１のロータが回転すると、永久磁石による磁界が三相コイルを通過するので、コイルを貫く磁束が変化し、各相コイルには逆起電力が生じる。この逆起電力は、そのままでは単に端子間電圧を高くするだけだが、電源ラインＬ１−Ｌ２間に負荷を接続してやれば、スイッチング素子に併設された保護用ダイオードを介して電流が流れるから、モータＭＧ１またはＭＧ２により発電を行なうことができる。かかる逆起電力を利用した発電については、後で詳しく説明する。
【００４８】
ＨＶバッテリ１９４とモータＭＧ１，ＭＧ２とは、コンバータ２５２を介して補機バッテリ１９８とも接続されており、モータＭＧ１，ＭＧ２により発電されあるいはＨＶバッテリ１９４に充電された高電圧の電気エネルギをＤＣ１２［Ｖ］に変換して補機バッテリ１９８を充電することができる。
【００４９】
ＨＶバッテリ１９４とシステムメインリレーＳＭＲとの接続の詳細を、図４（Ａ）に示す。図示するように、ＨＶバッテリ１９４は、構成上二つのバッテリ群に分けられており、両バッテリ群は、高電圧ヒューズＨＦとサービスプラグＳＰとを介して接続されている。サービスプラグＳＰは、メンテナンスなどを行なう際に高電圧系を遮断する目的で設けられている。ＨＶバッテリ１９４の正側電源ラインＬ１には二つのシステムメインリレーＳＭＲ１，２が設けられている。もとより、実際に回路に介装されているのは、各リレーの接点だが、説明の便を図って、接点を、単にシステムメインリレーＳＭＲと呼ぶ。システムメインリレーＳＭＲ１は、システムメインリレーＳＭＲ２に対して、電流制限用抵抗器Ｒを介したバイパスとなる回路を形成している。また、ＨＶバッテリ１９４の負側の電源ラインＬ２には、システムメインリレーＳＭＲ３が介装されている。
【００５０】
これら３個のシステムメインリレーＳＭＲ１，２，３は、高電圧系の電源投入時に次のように制御される。即ち、車両の使用が開始される場合、まずシステムメインリレーＳＭＲ３をオン（閉成状態）にし、所定の時間Ｔ１が経過してから、次にシステムメインリレーＳＭＲ１をオンにする。更に、所定時間Ｔ２が経過してから、システムメインリレーＳＭＲ２がオンにされる。この結果、図４（Ｂ）に示すように、システムメインリレーＳＭＲ１が閉成された時点では、電流制限用抵抗器Ｒを介して電流が流れ始めることになり、突入電流の大きさは制限される。この結果、システムメインリレーＳＭＲ１の接点に大電流によりアークがとんで接点が溶着するといったことがない。その後、システムメインリレーＳＭＲ２が閉成した際も、既に制限用抵抗器Ｒを介して電流が流れているので、接点ＳＭＲ２は保護され、溶着を起こすことはない。なお、高電圧電源を遮断する際は、図４（Ｂ）に示したように、まずシステムメインリレーＳＭＲ２をオフ（開放状態）とし、所定時間Ｔ３の経過後にシステムメインリレーＳＭＲ３をオフにし、その後、更に所定時間Ｔ４が経過してから、システムメインリレーＳＭＲ１をオフにしている。
【００５１】
システムメインリレーＳＭＲ１，２，３は、上述したように、電源投入時と遮断時では、入り切りの順序が異なっている。これは、ＨＶバッテリ１９４の出力電圧ＶｂｔをＨＶバッテリセンサ１９６により検出し、更に電源ラインの電圧Ｖｈｖを電圧センサ１９７により検出し、システムメインリレーＳＭＲのオンオフと、両電圧との関係から、システムメインリレーＳＭＲの固着故障を検出するためである。即ち、電源投入時には、システムメインリレーＳＭＲ３を投入した時点で、Ｖｂｔ＝Ｖｈｖとなっていれば、システムメインリレーＳＭＲ１または２の固着故障が生じたと判断し、電源遮断時に、システムメインリレーＳＭＲ１をオフにした時点で、Ｖｂｔ＝Ｖｈｖであれば、システムメインリレーＳＭＲ３の固着故障が生じたと判断するのである。なお、溶着故障を診断する方法は、異なるシーケンスで各接点を入切りして検出する方法や、電流センサを各接点を通る回路に設けて検出する構成など、種々の構成を考えることができる。
【００５２】
次に、エンジン１５０から駆動軸への動力の出力系統について説明する。エンジン１５０とモータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸は、プラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ１２０は、サンギヤ１２１と、リングギヤ１２２と、プラネタリピニオンギヤ１２３を有するプラネタリキャリア１２４と、から構成されている。本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１５０のクランクシャフト１５６はダンパ１３０を介してプラネタリキャリア軸１２７に結合されている。ダンパ１３０はクランクシャフト１５６に生じる捻り振動を吸収するために設けられている。モータＭＧ１のロータ１３２は、サンギヤ軸１２５に結合されている。モータＭＧ２のロータ１４２は、リングギヤ軸１２６に結合されている。リングギヤ１２２の回転は、チェーンベルト１２９とデファレンシャルギア１１４とを介して車軸１１２および車輪１１６Ｒ，１１６Ｌに伝達される。
【００５３】
制御システム２００は、車両全体の制御を実現するために種々のセンサを用いており、例えば、運転者によるアクセルの踏み込み量を検出するためのアクセルセンサ１６５、シフトレバーの位置を検出するシフトポジションセンサ１６７、ブレーキの踏み込み圧力を検出するためのブレーキセンサ１６３、バッテリ１９４の充電状態（ＳＯＣ）を検出するためのバッテリセンサ１９６、およびモータＭＧ２の回転数を測定ための回転数センサ１４４などを利用している。リングギヤ軸１２６と車軸１１２はチェーンベルト１２９によって機械的に結合されているため、リングギヤ軸１２６と車軸１１２の回転数の比は一定である。従って、リングギヤ軸１２６に設けられた回転数センサ１４４によって、モータＭＧ２の回転数のみでなく、車軸１１２の回転数も検出することができる。
【００５４】
Ｂ．ハイブリッド車両の基本的動作：
ハイブリッド車両の基本的な動作を説明するために、以下ではまず、プラネタリギヤ１２０の動作について説明する。プラネタリギヤ１２０は、上述した３つの回転軸のうちの２つの回転軸の回転数が決定されると残りの回転軸の回転数が決まるという性質を有している。各回転軸の回転数の関係は次式（１）の通りである。
【００５５】
Ｎｃ＝Ｎｓ×ρ／（１＋ρ）＋Ｎｒ×１／（１＋ρ） …（１）
ここで、Ｎｃはプラネタリキャリア軸１２７の回転数、Ｎｓはサンギヤ軸１２５の回転数、Ｎｒはリングギヤ軸１２６の回転数である。また、ρは次式で表される通り、サンギヤ１２１とリングギヤ１２２のギヤ比である。
【００５６】
ρ＝［サンギヤ１２１の歯数］／［リングギヤ１２２の歯数］
また、３つの回転軸のトルクは、回転数に関わらず、次式（２），（３）で与えられる一定の関係を有する。
【００５７】
Ｔｓ＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ） …（２）
Ｔｒ＝Ｔｃ×１／（１＋ρ）＝Ｔｓ／ρ …（３）
ここで、Ｔｃはプラネタリキャリア軸１２７のトルク、Ｔｓはサンギヤ軸１２５のトルク、Ｔｒはリングギヤ軸１２６のトルクである。
【００５８】
本実施例のハイブリッド車両は、このようなプラネタリギヤ１２０の機能により、種々の状態で走行することができる。例えば、ハイブリッド車両が走行を始めた比較的低速な状態では、エンジン１５０を停止したまま、モータＭＧ２を力行することにより車軸１１２に動力を伝達して走行する。同様にエンジン１５０をアイドル運転したまま走行することもある。
【００５９】
走行開始後にハイブリッド車両が所定の速度に達すると、制御システム２００はモータＭＧ１を力行して出力されるトルクによってエンジン１５０をモータリングして始動する。このとき、モータＭＧ１の反力トルクがプラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ１２２にも出力される。
【００６０】
エンジン１５０を運転してプラネタリキャリア軸１２７を回転させると、上式（１）〜（３）を満足する条件下で、サンギヤ軸１２５およびリングギヤ軸１２６が回転する。リングギヤ軸１２６の回転による動力はそのまま車輪１１６Ｒ，１１６Ｌに伝達される。サンギヤ軸１２５の回転による動力は、第１のモータＭＧ１で電力として回収することができる。一方、第２のモータＭＧ２を力行すれば、リングギヤ軸１２６を介して車輪１１６Ｒ，１１６Ｌに動力を出力することができる。
【００６１】
定常運転時には、エンジン１５０の出力は、車軸１１２の要求動力（すなわち車軸１１２の回転数×トルク）とほぼ等しい状態に維持される。このとき、エンジン１５０の出力の一部はリングギヤ軸１２６を介して直接車軸１１２に伝えられ、残りの出力は第１のモータＭＧ１によって電力として回収される。回収された電力は、第２のモータＭＧ２がリングギヤ軸１２６を回転させるトルクを発生するために使用される。この結果、車軸１１２を所望の回転数で所望のトルクで駆動することが可能である。定常走行時のエンジン１５０の制御については、後述する。
【００６２】
車軸１１２に伝達されるトルクが不足する場合には、第２のモータＭＧ２によってトルクをアシストする。このアシストのための電力には、第１のモータＭＧ１で回収した電力およびバッテリ１９４に蓄えられた電力が用いられる。このように、制御システム２００は、車軸１１２から出力すべき要求動力に応じて２つのモータＭＧ１，ＭＧ２の運転を制御する。
【００６３】
本実施例のハイブリッド車両は、エンジン１５０を運転したまま後進することも可能である。エンジン１５０を運転すると、プラネタリキャリア軸１２７は前進時と同方向に回転する。このとき、第１のモータＭＧ１を制御してプラネタリキャリア軸１２７の回転数よりも高い回転数でサンギヤ軸１２５を回転させると、上式（１）から明らかな通り、リングギヤ軸１２６は後進方向に反転する。制御システム２００は、第２のモータＭＧ２を後進方向に回転させつつ、その出力トルクを制御して、ハイブリッド車両を後進させることができる。
【００６４】
プラネタリギヤ１２０は、リングギヤ１２２が停止した状態で、プラネタリキャリア１２４およびサンギヤ１２１を回転させることが可能である。従って、車両が停止した状態でもエンジン１５０を運転することができる。例えば、バッテリ１９４の残容量が少なくなれば、エンジン１５０を運転し、第１のモータＭＧ１で電力として回収することにより、バッテリ１９４を充電することができる。車両が停止しているときに第１のモータＭＧ１を力行すれば、そのトルクによってエンジン１５０をモータリングし、始動することができる。
【００６５】
Ｃ．実施例の制御システムの構成：
図５は、第１実施例における制御システム２００のより詳細な構成を示すブロック図である。マスタ制御部２７０は、マスタ制御ＣＰＵ２７２と、電源制御回路２７４とを含んでいる。また、モータ制御部２６０は、モータ主制御ＣＰＵ２６２と、２つのモータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ制御するための２つのモータ制御ＣＰＵ２６４，２６６とを有している。各ＣＰＵは、それぞれ図示しないＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入力ポートと出力ポートを備えており、これらとともに１チップマイクロコンピュータを構成している。
【００６６】
マスタ制御ＣＰＵ２７２は、３つの原動機１５０，ＭＧ１，ＭＧ２の回転数やトルクの配分等の制御量を決定し、他のＣＰＵやＥＣＵに各種の要求値を供給して、各原動機の駆動を制御する機能を有している。この制御のために、マスタ制御ＣＰＵ２７２には、アクセル開度を示すアクセルポジション信号ＡＰ１，ＡＰ２や、シフト位置を示すシフトポジション信号ＳＰ１，ＳＰ２、あるいはイグニッション操作を示すイグニッションセンサ１６９からのイグニッション信号ＩＧ等が、入力ポートに直接接続されている。また、ブレーキセンサ１６３からのブレーキ信号ＢＰなどは、ブレーキＥＣＵ２２０を介して、マスタ制御ＣＰＵ２７２に入力されている。なお、アクセルセンサ１６５とシフトポジションセンサ１６７は、それぞれ２重化されており、マスタ制御ＣＰＵ２７２は、２つのアクセルポジション信号ＡＰ１，ＡＰ２と、２つのシフトポジション信号ＳＰ１，ＳＰ２とを、それぞれ受け取っている。また、マスタ制御ＣＰＵ２７２は、前述したようにバッテリ１９４からの高電圧電源を接続・遮断するシステムメインリレーＳＭＲのオン・オフ制御を行なっており、このためにイグニッションキーの回動操作を検出するイグニッションセンサ１６９も監視している。更に、マスタ制御ＣＰＵ２７２の出力ポートには、インナパネルに設けられたインジケータやランプなどが接続されている。図５では、代表例として、ダイアグランプ２９１のみを示した。マスタ制御ＣＰＵ２７２は、出力ポートを制御することにより、これらのインジケータやランプを直接点灯することができる。
【００６７】
また、このマスタ制御ＣＰＵ２７２には、図示するように、ＨＶバッテリ１９４の高電圧直流電圧を低電圧直流電圧に変換するためのコンバータ２５２と、補機バッテリ１９８に設けられその電圧を検出して検出信号ＶＣＥを出力する電圧センサ１９９とが接続されている。マスタ制御ＣＰＵ２７２は、イグニッションセンサ１６９がイグニッションキーの操作により出力した始動要求の信号ＩＧによりリレー１９７がオンにされて、低電圧電源Ｖｃｃの供給をうけると、補機バッテリ１９８の電圧ＶＣＥに応じて、システムメインリレーＳＭＲをオン・オフし、必要に応じてコンバータ２５２の動作を制御する。このマスタ制御ＣＰＵ２７２に設けられた電源制御回路２７４は、マスタ制御ＣＰＵ２７２の異常を監視する監視回路としての機能を有している。
【００６８】
モータ主制御ＣＰＵ２６２は、マスタ制御ＣＰＵ２７２から与えられたモータＭＧ１，ＭＧ２に関するトルク要求値Ｔ１req，Ｔ２reqに応じて、２つのモータ制御ＣＰＵ２６４，２６６にそれぞれ電流要求値Ｉ１req，Ｉ２reqを供給する。モータ制御ＣＰＵ２６４，２６６は、電流要求値Ｉ１req，Ｉ２reqに従って制御信号Ｓｗ１，Ｓｗ２を出力し、駆動回路１９１，１９２をそれぞれ制御して、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する。モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数センサからは、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数ＲＥＶ１，ＲＥＶ２がモータ主制御ＣＰＵ２６２にフィードバックされている。なお、モータ主制御ＣＰＵ２６２からマスタ制御ＣＰＵ２７２には、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数ＲＥＶ１，ＲＥＶ２や、バッテリ１９４から駆動回路１９１，１９２への電流値ＩＢなどがフィードバックされている。
【００６９】
バッテリＥＣＵ２３０は、バッテリ１９４の充電状態ＳＯＣを監視するとともに、必要に応じてバッテリ１９４の充電要求値ＣＨreqをマスタ制御ＣＰＵ２７２に供給する。マスタ制御ＣＰＵ２７２は、この要求値ＣＨreqを考慮して各原動機の出力を決定する。すなわち、充電が必要な場合には、走行に必要な出力よりも大きい動力をエンジン１５０に出力させて、その一部を第１のモータＭＧ１による充電動作に配分する。
【００７０】
ブレーキＥＣＵ２２０は、図示しない油圧ブレーキと、第２のモータＭＧ２による回生ブレーキとのバランスを取る制御を行なう。この理由は、このハイブリッド車両では、ブレーキ時に第２のモータＭＧ２による回生動作が行なわれてバッテリ１９４が充電されるからである。具体的には、ブレーキＥＣＵ２２０は、ブレーキセンサ１６３からのブレーキ圧力ＢＰに基づいて、マスタ制御ＣＰＵ２７２に回生要求値ＲＥＧreqを入力する。マスタ制御ＣＰＵ２７２は、この要求値ＲＥＧreqに基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の動作を決定して、ブレーキＥＣＵ２２０に回生実行値ＲＥＧpracをフィードバックする。ブレーキＥＣＵ２２０は、この回生実行値ＲＥＧpracと回生要求値ＲＥＧreqの差分と、ブレーキ圧力ＢＰとに基づいて、油圧ブレーキによるブレーキ量を適切な値に制御する。
【００７１】
Ｄ．エンジンＥＣＵ２４０による制御：
エンジンＥＣＵ２４０は、マスタ制御ＣＰＵ２７２から与えられた目標回転数ＮＥ＊に応じてエンジン１５０を制御する。この制御について説明する。エンジンＥＣＵ２４０は、基本的には、回転数フィードバック制御を行なっている。目標回転数ＮＥ＊は、マスタ制御ＣＰＵ２７２から与えられる。エンジンＥＣＵ２４０は、エンジン１５０の回転数ＮＥを検出しているので、この実回転数ＮＥと目標回転数ＮＥ＊との偏差ΔＮを演算し、実回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ＊より低い場合には、スロットル弁１５１の開度θを開くよう、スロットルモータ１５２を制御している。エンジンＥＣＵ２４０は、空燃比制御も行なっているので、スロットル弁１５１が開いて、吸入空気量が増加すると、これに応じて、燃料噴射量τも増加される。このフィードバック制御は、両回転数の偏差が大きい範囲では、高いゲインＧ１でＰＩＤ制御が行なわれ、偏差ΔＮが所定範囲±Ｅ１以内に入るとゲインをＧ１より低い値Ｇ２に切り換え、更に偏差ΔＮが小さくなって微小範囲±Ｅ２（Ｅ２＜Ｅ１）に入ると、この範囲±Ｅ２に回転数差ΔＮを押さえ込むように制御量を所定のスキップ量で切り換える制御を行なっている。かかる制御を行なうことで、エンジン１５０のようにその応答に一次の遅れが存在する制御系でも、制御の安定性を損なうことなく、その回転数を目標回転数に一致させる制御を実現することができる。
【００７２】
いずれにせよ、偏差ΔＮが大きくなればスロットル開度θは大きくされる。そこで、本実施例のハイブリッド車両では、この偏差ΔＮを制御することで、エンジン１５０からの出力（回転数×トルク）を制御している。即ち、エンジン１５０からの出力を大きくしたい場合には、目標回転数ＮＥ＊と実回転数ＮＥとの偏差ΔＮが生じるように制御を行なうのである。この制御は、目標回転数ＮＥ＊を高くすることにより行なっても良いし、プラネタリギヤ１２０を介して結合されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数を、上述した式（１）に基づいて制御することで、クランクシャフト１５６の回転数を強制的に下げることにより行なっても良い。
【００７３】
フィードバック制御の結果、エンジン１５０が目標回転数ＮＥ＊で運転されている場合（偏差ΔＮ＝０）、例えばアクセルペダルの踏込量ＡＰが小さくなったり、登坂から降坂に変わって駆動軸の負荷が低下したりして、クランクシャフト１５６にかかる反力トルクが低下した場合には、エンジン１５０の回転数ＮＥは直ちに上昇する。従って、回転数の偏差ΔＮが生じるから、これを受けて、エンジンＥＣＵ２４０はスロットル弁１５１の開度θを小さくし、エンジン１５０の出力を絞る。これとは逆に負荷が増大してエンジン１５０の回転数が低下した場合にも回転数の偏差ΔＮが生じるから、これを解消するよう、エンジンＥＣＵ２４０は、スロットル弁１５１の開度θを大きくし、エンジン１５０の出力を直ちに増大する。もとより、エンジン１５０の出力は、目標回転数ＮＥ＊を増減することによっても、可変される。
【００７４】
以上説明したように、エンジンＥＣＵ２４０によりエンジンの回転数をフィードバック制御しておけば、マスタ制御部２７０は、回転数の偏差ΔＮが生じる条件を作ってやるだけで、所望の出力をエンジン１５０から取り出すことができる。また、エンジン１５０から見た負荷の急変が生じても、いちいちエンジン１５０に対して、目標出力を与え直してやる必要がない。なお、エンジンＥＣＵ２４０からは、エンジン１５０の実回転数ＮＥが、マスタ制御ＣＰＵ２７２に出力されるので、マスタ制御ＣＰＵ２７２は、いつでもエンジン１５０の実回転数ＮＥを知ることができる。
【００７５】
Ｅ．その他の構成：
以上のように、マスタ制御ＣＰＵ２７２は、エンジン１５０の目標回転数やモータＭＧ１，ＭＧ２の出力を決定して、それぞれの制御を担当するＥＣＵ２４０やＣＰＵ２６４，２６６に要求値を供給する。ＥＣＵ２４０やＣＰＵ２６４，２６６は、この要求値に応じて各原動機を制御する。この結果、ハイブリッド車両は、走行状態に応じて適切な動力を車軸１１２から出力して走行することができる。また、ブレーキ時には、ブレーキＥＣＵ２２０とマスタ制御ＣＰＵ２７２とが協調して、各原動機や油圧ブレーキの動作を制御する。この結果、電力を回生しつつ、運転者に違和感をあまり感じさせないブレーキングを実現することができる。
【００７６】
二つの制御ＣＰＵ２６２，ＣＰＵ２７２は、双方向通信配線２１４，２１６を介して異常履歴登録回路２８０と接続されており、データの読み書きを行なうことができる。また、マスタ制御ＣＰＵ２７２とモータ主制御ＣＰＵ２６２の間にも双方向通信配線２１２が設けられており、後述する処理の妥当性の検証を含む各種データのやり取りを、この双方向通信配線２１２を介して行なっている。
【００７７】
異常履歴登録回路２８０の入力ポートには、マスタ制御ＣＰＵ２７２とモータ主制御ＣＰＵ２６２との間で送受信されるリセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２が入力されている。異常履歴登録回路２８０は、これらのリセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２が発生すると、これを内部のＥＥＰＲＯＭ２８２に格納する。すなわち、異常履歴登録回路２８０は、マスタ制御ＣＰＵ２７２やモータ主制御ＣＰＵ２６２がリセットされるときに、どのリセット信号が発生したかを監視してその履歴を登録する機能を有している。
【００７８】
Ｆ．異常時の制御：
次に、ＨＶバッテリ１９４や駆動回路１９１に以上が生じた場合の制御について説明する。既に、説明したように、ＨＶバッテリ１９４が故障したり駆動回路１９１のスイッチング素子であるトランジスタＴｒのオン・オフができなくなったりした場合には、システムメインリレーＳＭＲをオフにして、バッテリレス走行を行なう。この場合、モータＭＧ１は、逆起電力を用いた発電機として機能する。なお、ＨＶバッテリ１９４の故障は、例えばＨＶバッテリセンサ１９６により検出された電圧から求められた残容量ＳＯＣが、駆動回路１９１を用いた充放電制御によっても変化しなくなったり、図示しない温度センサにより異常温度になったことを検出すること等により、判定することができる。駆動回路１９１のスイッチング素子の異常は、電流センサ１８１，１８２の検出値から判定することができる。
【００７９】
図６は、実施例における異常時制御ルーチンを示すフローチャートである。図示する処理は、上述した異常検出時に起動され、システムメインリレーＳＭＲをオフとした後に実行される。ここで、異常検出時にシステムメインリレーＳＭＲをオフにするのは、通常モータＭＧ１の逆起電力による発電により、駆動回路１９１の電源ラインＬ１−Ｌ２間に生じる電圧が、ＨＶバッテリ１９４の端子間電圧より低くなるからである。もとより、両電圧を比較して、ＨＶバッテリ１９４の方が低い場合には、システムメインリレーＳＭＲをオフしないという制御を行なっても差し支えない。
【００８０】
図６に示したルーチンが起動されると、まず、現在の車速ＳＰＤやアクセルペダルの踏込量ＡＰ、更には駆動軸（車軸）の回転数Ｎｄなどを読み込み処理を行ない（ステップＳ１００）、これらの値に基づいて、エンジン１５０の目標回転数ＮＥ＊を求める処理を行なう（ステップＳ１１０）。エンジン１５０の目標回転数ＮＥ＊は、図７に示したように、異常時の制御用に用意したマップから求める。実施例では、図７に示したように、車速ＳＰＤが高くなるほどエンジンの目標回転数ＮＥ＊は高く設定されている。図７は、はアクセルペダルの踏込量ＡＰを考慮しないベースの特性を示しており、実際には、アクセルペダルの踏込量によっても、目標回転数ＮＥ＊は可変される。即ち、低速域では、アクセルペダルの踏込量ＡＰが高い場合には、目標回転数Ｎｅ＊は高く設定される。この領域を、図７では、ハッチングを施した領域ＯＲＡとして示した。具体的には、アクセルペダルが全開まで踏み込まれていれば、目標回転数ＮＥ＊は、ペース値に対して７００ｒｐｍほど高く設定され、半開の場合には、３００ｒｐｍほど高く設定される。アクセルペダルが全開まで踏み込まれている場合の目標回転数ＮＥ＊の特性を、図７では、破線ＧＤで示した。
【００８１】
こうしたエンジン回転数ＮＥ＊の設定は、アクセルペダルの踏込量ＡＰの微分値などを考慮するものとしても良い。アクセルペダルが踏み込まれた場合には、車速ＳＰＢとアクセルペダルの踏込量ＡＰのマップから定常状態で設定される目標回転数ＮＥ＊に対して先行的に、つまり車速ＳＰＤがまだ低くても、目標回転数ＮＥ＊を先行的に高く制御することも、いずれ短期間のうちに必要となるエンジン１５０の出力を予め確保するという意味で有用である。
【００８２】
車軸の回転数Ｎｄと、エンジン１５０の回転数ＮＥと、モータＭＧ１の回転数Ｎｇとの間には、上述した式（１）の関係が成り立つ。すなわち、
ＮＥ＝Ｎｇ×ρ／（１＋ρ）＋Ｎｄ×１／（１＋ρ） …（１ａ）
である。車軸の回転数Ｎｄは車速ＳＰＤにより一意に定まるから、エンジン１５０の回転数ＮＥを設定すれば、モータＭＧ１の回転数Ｎｇも一意に定まる。この関係を、図８に示す。図示するように、三者の回転数Ｎｄ，ＮＥ，Ｎｇは、直線（動作共線ＯＬ）上に必ず乗っており、エンジン１５０の回転数ＮＥを制御することにより、モータＭＧ１の回転数を制御することができる。もとより、エンジン１５０の制御には遅れが存在するから、目標回転数ＮＥ＊を設定したからと言って直ちにモータＭＧ１の回転数が演算された回転数に一致する訳ではない。そこで、次に、モータＭＧ１の回転数Ｎｇを読み込む処理を行なう（ステップＳ１２０）。
【００８３】
この実施例では、車速ＳＰＤやアクセルペダルの踏込量ＡＰに基づいて、発電機として機能するモータＭＧ１の回転数Ｎｇを可変している。これは、発電機として機能するモータＭＧ１から逆起電圧を用いた発電で取り出せる最大発電量Ｐｇｍｘが、モータＭＧ１の回転数Ｎｇに依存するからである。そこで、次に、モータＭＧ１における最大発電量Ｐｇｍｘを求める処理を行なう（ステップＳ１３０）。
【００８４】
この最大発電量Ｐｇｍｘの求め方について説明する。逆起電圧を用いた発電の特性は、図９に示したように、無負荷発電ＮＬであれ、最大発電時ＬＤであれ、回転数Ｎｇが高いほど、電圧が高くなる傾向を示す。一方、最大発電量Ｐは、図１０に示したように、回転数Ｎｇに応じて高くなる。即ち、回転数Ｎｇが固定であれば、図１１に示すように、発電量Ｐが高くなるほど、電圧は低下していくという特性を示し、発電量Ｐが所定値Ｐｇｍｘより高くなると、電圧Ｖは急激に低下する。発電電圧Ｖが所定値より低くなると、コンバータ２５２が動作できないので、実施例では、コンバータ２５２の動作電圧から、発電電圧Ｖが１５０ボルト以上確保できる上限の発電量を、最大発電量Ｐｇｍｘとしている。なお、図１１は、モータＭＧ１の回転数が６０００ｒｐｍである場合の特性を示しており、このとき、最大発電量Ｐｇｍｘは約４ｋｗであった。
【００８５】
そこで、モータＭＧ１の回転数Ｎｇを検出し（ステップＳ１２０）、この回転数Ｎｇにおける最大発電量Ｐｇｍｘを、予め記憶したマップから求めるのである（ステップＳ１３０）。次に、車速ＳＰＤとアクセルペダルの踏込量ＡＰとに基づいて車軸に対する要求トルクＴｄを求め（ステップＳ１４０）、このトルクＴｄが出力されるよう、モータＭＧ２のトルクＴｍを求める処理を行なう（ステップＳ１５０）。このトルクＴｍと現在の車軸の回転数ＮｄとからモータＭＧ２における消費電力量Ｐｍを求め（ステップＳ１６０）、これが最大発電量Ｐｇｍｘの範囲内となるよう、出力トルクＴｍを制限する処理を行なう（ステップＳ１７０）。その後、駆動回路１９２のスイッチングトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオンオフを制御して、このトルクＴｍでモータＭＧ２を力行制御する（ステップＳ１８０）。
【００８６】
逆起電圧を用いた発電では、第１の駆動回路１９１のトランジスタのオンオフ制御は行なわない。この結果、モータＭＧ１の端子間に負荷が結合されていなければ、永久磁石が貼付されたロータが回転して三相コイル１３１を通過する磁束の密度が変化すると、これを打ち消すように逆起電圧が端子間に生じる。図３に示したように、モータＭＧ１の各相コイルの端子間に逆起電圧が現われ、電源ラインＬ１−Ｌ２間に負荷がつながれていると、スイッチングトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のコレクタ−エミッタ間に接続された保護用ダイオードＤを介して電流が流れる。この電流の大きさは、負荷の大きさにより定まる。即ち、逆起電圧を用いた発電では、最大発電量Ｐｇｍｘの範囲内では、負荷において消費される電力に対応した発電が自動的に行なわれることになる。実施例では、負荷の大きさは、モータＭＧ２を力行するためにトランジスタＴｒ１１ないし１６のオン時間を制御することにより、調整することができる。
【００８７】
以上説明した本実施例によれば、ＨＶバッテリ１９４や第１の駆動回路１９１に何らかの異常が発生した際、システムメインリレーＳＭＲをオフにし、いわゆるバッテリレス走行を行なうことができる。しかも、その際、エンジン１５０を運転し、モータＭＧ１を逆起電圧を利用した発電機として用いることで、数キロワット程度の動力を確保することができる。従って、異常時のリンプホームであっても、搭載した燃料（ガソリン）がつきるまでの走行距離と、ある程度の車速とを確保することができる。このため、例えば高速道路を走行中に異常が発生しても、ある程度の車速で走行できるので、運転の安全性を確保することができる。
【００８８】
加えて、本実施例によれば、車両が必要とする動力に応じて、エンジン１５０の目標回転数ＮＥ＊を可変し、結果的に発電機として機能するモータＭＧ１の回転数Ｎｇを制御することで、逆起電圧を用いた発電の最大発電量Ｐｇｍｘを調整している。従って、エンジン１５０を常時高回転域で回転してこれを加熱させるといったことがない。また、車両の出力に応じてエンジン１５０やモータＭＧ１の回転数が変化するので、運転者が感じる車両の運転感に違和感がないという利点も得られる。
【００８９】
次に、以上説明した実施例の変形例を説明する。上記の実施例では、エンジン１５０の回転数のフィードバック制御は、エンジンＥＣＵ２４０により行なわれており、マスタ制御ＣＰＵ２７２は、エンジンＥＣＵ２４０に対して目標回転数ＮＥ＊を通信により指示した。これに対して、以下の変形例では、両者は通信などを行なわない。この場合、エンジン１５０の目標回転数ＮＥ＊は、エンジンＥＣＵ２４０によって独自に制御される。この変形例における処理の一例を、図１２および図１４のフローチャートに示す。図１２は、マスタ制御ＣＰＵ２７２の制御を、図１４は、エンジンＥＣＵ２４０の制御を、それぞれ示す。
【００９０】
マスタ制御ＣＰＵ２７２が車両の運転状態に基づいて、エンジン１５０の回転数を上昇させたいと判断した場合には（ステップＳ２００）、マスタ制御ＣＰＵ２７２は、モータＭＧ２の出力トルクＴｍを短時間のうちに増大する（ステップＳ２１０）。この結果、モータＭＧ２に流れる電流は増加するから、発電機として機能しているモータＭＧ１の負荷トルクも増加する。これらの負荷は、エンジン１５０にかかっているから、図１３のタイミングｔｐ１に示すように、エンジン１５０の回転数ＮＥは一時的に落ち込む。一方、マスタ制御ＣＰＵ２７２が車両の運転状態に基づいて、エンジン１５０の回転数を低下させたいと判断した場合には（ステップＳ２００）、マスタ制御ＣＰＵ２７２は、モータＭＧ２の出力トルクＴｍを短時間のうちに低減する（ステップＳ２００）。この結果、モータＭＧ２に流れる電流は減少するから、発電機として機能しているモータＭＧ１に負荷トルクも減少する。この場合には、図１３のタイミングｔｐ２に示すように、エンジン１５０の回転数ＮＥは一時的に上昇する。
【００９１】
エンジンＥＣＵ２４０は、図１４に示したように、常時エンジン１５０の回転数を監視しているので（ステップＳ３００）、かかる回転数の変化を受けて、一旦エンジン１５０の実回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ＊に一致した後（ステップＳ３０５）、次の処理を行なう。即ち、回転数ＮＥの単位時間当たりの変動量ΔＮＮと所定値±ΔＮref とを比較し（ステップＳ３１０）、ΔＮＮ＜−ΔＮref となった場合には、目標回転数ＮＥ＊を、現在の目標回転数ＮＥ＊より、所定量Ｎ１だけ増加する処理を行なう（ステップＳ３２０）。一方、ΔＮＮ＞ΔＮref となった場合には、目標回転数ＮＥ＊を、現在の目標回転数ＮＥ＊より、所定量Ｎ１だけ減少する処理を行なう（ステップＳ３３０）。回転数変動ΔＮＮが所定範囲±ΔＮref の内に入っている間は、エンジン１５０の目標回転数ＮＥ＊は変更しない。
【００９２】
かかる制御を行なうことにより、マスタ制御ＣＰＵ２７２とエンジンＥＣＵ２４０とがデータのやり取りを行なっていなくても、マスタ制御ＣＰＵ２７２は、エンジン１５０の回転数を増減することができる。従って、仮に通信を行なっているシステムであれば、通信系統に異常を生じた場合でも、エンジン１５０の回転数を所望の回転数に近づけることができ、上述した実施例の効果を奏することができる。即ち、車両の要求トルクに応じてエンジンの出力を制御して、車両を走行させることができるのである。
【００９３】
上記の制御では、エンジン１５０の回転数の変動をきっかけとしてその目標回転数の調整を行なったが、この他、アクセルペダルの踏込量ＡＰをエンジンＥＣＵ２４０が直接検出するものとし、アクセルペダルの踏込量ＡＰの挙動（開方向への操作か閉方向への操作かなど）を検出し、これにより目標回転数ＮＥ＊を増減するものとしてもよい。
【００９４】
Ｇ．インバータ正常時のバッテリレス走行：
上記の実施例では、ＨＶバッテリ１９４などに異常が発生した場合を想定して逆起電圧を利用した発電を行なうバッテリレスモードでの走行を行なったが、逆起電圧を利用した発電ではなく、インバータとして機能する駆動回路１９１，１９２を用いたバッテリレス走行も可能である。こうした走行は、正常時にも行なえるし、あるいはＨＶバッテリ１９４に異常がありインバータとして機能する駆動回路１９１，１９２が正常な場合などにも行なうことができる。ＨＶバッテリ１９４にのみ異常が生じた場合には、ＨＶバッテリ１９４を切り離すことで、動力性能の大きな走行を実現することができるという利点がある。また、ＨＶバッテリ１９４やインバータなどが正常時には、バッテリレス走行を行なう利点は少ないが、発電量と消費量とが完全にバランスした状態で走行する場合、ＨＶバッテリ１９４に対する充放電を要しないので、ＨＶバッテリ１９４の長寿命化を図ることができるという利点がある。あるいは、充放電を行なうことによってＨＶバッテリ１９４の温度が高くなり過ぎた場合などに、一時的にＨＶバッテリ１９４を切り離してバッテリレス走行を行なえば、ＨＶバッテリ１９４を冷却する時間を確保することができ、好適である。
【００９５】
正常時のバッテリレス走行では、モータＭＧ１における発電量とモータＭＧ２の消費量とをバランスさせる必要があり、これは大まかには、次の手法により行なう。即ち、
▲１▼発電要求量Ｐｇｒの算出：現在モータＭＧ２の消費電力を系の損失を含めて求めることで、発電機として機能するモータＭＧ１に対する発電要求量Ｐｇｒを求める処理、
▲２▼トルク指令値Ｔｇｉの算出：発電機として機能するモータＭＧ１へのトルク指令値Ｔｇｉを、基本トルクＴｇｂと駆動回路１９１，１９２の電圧フィードバックによるＰＩ制御量Ｔｇｆの和として算出する処理、
▲３▼最大消費量Ｐｍｍｘの算出：モータＭＧ２が消費可能な最大消費電力Ｐｍｍｘを求める処理、
▲４▼トルク指令値Ｔｍの算出：モータＭＧ２へのトルク指令値Ｔｍを求める処理を行なうことで、両者をバランスさせることができる。
【００９６】
そこで、以下図１５のフローチャートに基づいて、正常時のバッテリレス走行について説明する。図１５に示したルーチンが起動されると、まず、現在の車速ＳＰＤやアクセルペダルの踏込量ＡＰ、更には駆動軸（車軸）の回転数Ｎｄなどを読み込み処理を行ない（ステップＳ４００）、これらの値に基づいて、エンジン１５０の目標回転数ＮＥ＊を求める処理を行なう（ステップＳ４１０）。エンジン１５０の目標回転数ＮＥ＊は、予め用意したマップから求めればよい。このマップは、図７に示した異常時の制御用マップではなく、エンジン１５０の運転効率などから設定されたマップとすることができる。
【００９７】
続いて、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数のＮｇ，ＮｍやモータＭＧ２の現在のトルクＴｍｉを、各センサの値を読み込むことで検出する処理を行なう（ステップＳ４２０）。ここで、現在の検出値である場合を添え字ｉ−１で、今から出力しようとしている制御値である場合を添え字ｉで表わすものとする。
【００９８】
その後、上述した発電要求量Ｐｇｒを算出する処理（ステップＳ４３０）、基本トルク指令値Ｔｇｂと電圧フィードバック制御量Ｔｇｆとからトルク指令値Ｔｇｉを算出する処理（ステップＳ４４０，Ｓ４５０）、最大消費量Ｐｍｍｘを算出する処理（ステップＳ４６０）、およびモータのトルク指令値Ｔｍｉを算出する処理（ステップＳ４７０）を順次行なう。これらの処理の詳細を以下順に説明する。
【００９９】
▲１▼発電要求量Ｐｇｒを算出する処理（ステップＳ４３０）：
ステップＳ４２０で検出した回転数やトルクから、現在のモータＭＧ２での消費エネルギＰｍを次式（１１）により求める
Ｐｍ＝（２π／６０）×Ｎｍ×Ｔｍｉ−１ …（１１）
次に現在のモータ系の損失Ｐｍｌを、マップから求める処理を行なう。モータＭＧ２系の損失Ｐｍｌは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍおよび検出した現在のトルクＴｍｉから求めることができる。損失は、トルクが大きくなるほど、また回転数が高くなるほど、大きくなる。こうした損失マップの一例を図１６に示した。
【０１００】
次に現在の発電機系損失 Ｐｇｌを同様の損失マップを用いて、発電機として機能するモータＭＧ１の回転数Ｎｇ、トルクＴｇｉ−１から求める処理を行ない、これらから発電すべき電力量、即ち、発電要求パワーＰｇｒを次式（１２）から求める処理を行なう。
Ｐｇｒ＝−Ｐｍ−Ｐｍｌ−Ｐｇｌ−Ｐｄｃ …（１２）
なお、式（１２）においてＰｄｃはコンバータ２５２の損失である。この損失は、ほぼ一定値と見なすことができるが、より正確に算出するには、高圧側電圧と低圧側電圧、および低圧側の消費電流とから、マップにより求めるものとしても良い。以上の処理を行なうことにより式（１２）に基づき、発電要求量Ｐｇｒを求めることができる。
【０１０１】
▲２▼発電機トルク指令値Ｔｇｉを算出する処理（ステップＳ４４０，４５０）：
発電機トルク指令値Ｔｇｉは、基本トルク指令値Ｔｇｂと電圧フィードバック制御量Ｔｇｆの和として求められる。即ち、
Ｔｇｉ←Ｔｇｂ＋Ｔｇｆ …（１３）
である。基本トルク指令値Ｔｇｂは、エネルギ＝回転数×トルクという基本的な関係から、次式（１４）を用いて簡易に計算することができる。即ち、
Ｔｇｂ＝（６０／２π）×Ｐｇｒ／Ｎｇ …（１４）
である。つまり、発電機として機能するモータＭＧ１の基本トルク指令値Ｔｇｂとは、モータＭＧ１の発電すべき電力量Ｐｇｒをその回転数Ｎｇで除したものである。ステップＳ４４０では、式（１４）を用いて、基本トルク指令値Ｔｇｂを求める。
【０１０２】
次に、電圧フィードバック制御量Ｔｇｆを算出する。これはモータＭＧ１の発電電圧の実測値と目標電圧値との偏差ΔＶに応じたＰＩ制御量を求める処理である。本来、モータＭＧ１は、モータＭＧ２で消費するとしてステップＳ４３０で求められた発電要求量を発電するので、発電量と消費量とはバランスする筈である。しかし、モータＭＧ２の負荷は、路面状態などによって急変するから、演算された要求量分を発電していたのでは、負荷の増減に応じて発電量に過不足が生じ、電源ラインＬ１−Ｌ２間の電圧は急激に増減してしまう。そこで、電源ラインの直流電圧を検出し、これを目標値にフィードバック制御して、電圧の変動分を素早く補償しているのである。 ステップＳ４５０では、こうして求めた直流電圧のフィードバック制御量Ｔｇｆと基本トルク指令値Ｔｇｂとを加えて、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｇｉを求める。
【０１０３】
▲３▼最大消費量Ｐｍｍｘを算出する処理（ステップＳ４６０）：
ここでは、まず発電機として機能するモータＭＧ１の能力の限界トルクＴｇｍｘを求める処理を行なう。この限界トルクは、図１７に示した最大トルクマップから求めることができる。図示するように、最大トルクＴｍは、回転数Ｎｇおよび電圧Ｖｍにより定まる。即ち、インバータである駆動回路１９１を用いて発電を行なう場合、電圧Ｖｍが低下すると所定回転数ＮｇにおけるトルクＴｇは低下する。もとよりこのようにして求めた限界トルクが必ず取り出せるとは限らない。発電機として機能するモータＭＧ１のトルクは、結局エンジン１５０のトルクを受け止める反力トルクであるため、エンジン１５０が出力しているトルクを越えられないからである。そこで、図１７のトルクマップで求めた最大トＴｇｍｘを、エンジン１５０の最大トルクＴｅｍｘで制限するのである。即ち、エンジントルクＴｅｍｘが図１７のトルクマップから求めた最大トルクＴｇｍｘより小さい場合、最大トルクＴｇｍｘをエンジンの最大トルクＴｅｍｘとする。なお、実施例で用いている機械分配式のハイブリッド車両では、モータＭＧ１のトルクＴｇと、エンジン１５０のトルクＴｅとは、式（３）において、Ｔｓ＝Ｔｇ、Ｔｃ＝Ｔｅとした場合に相当するから、
Ｔｇ＝（１＋ρ）×Ｔｅ／ρ …（３ａ）
の関係が成り立っており、この実施例では、Ｔｇ＝Ｔｅ／３．６である。
【０１０４】
ここで、エンジン１５０の最大トルクＴｅｍｘは、予め用意したトルクマップから求める。こうしたトルクマップの一例を図１８に示す。図示するように、エンジン１５０の最大トルクＴｅｍｘは、エンジン１５０の回転数Ｎｅとエンジン１５０の冷却水温ＴＨＷをパラメータとして設定される。図１８では、暖気完了時の回転数−トルク特性を実線ＷＵで、冷間時の回転数−トルク特性を破線ＣＳで、それぞれ示した。なお、エンジン１５０の最大トルクは、厳密には、高度（空気密度の相違）や吸気温度などによっても変化するが、これらは図１８のトルクマップを多元化して反映しても良いし、図１８のトルクマップを参照して得られた最大トルクＴｅｍｘを高度や吸気温度で補正するものとしても良い。
【０１０５】
こうしてエンジン１５０の最大トルクＴｅｍｘを越えないように制限したモータＭＧ１の最大トルクＴｇｍｘを求めた後、この出力状態（回転数Ｎｇ，トルクＴｇｍｘ）での損失Ｐｌｇｍｘを求める。モータＭＧ１の損失Ｐｌｇｍｘは、モータＭＧ２の損失と同様、回転数Ｎｇ，最大トルクＴｇｍｘを用いて、図１６に示した損失マップを参照することにより、求めることができる。更に、発電機として機能するモータＭＧ１の最大発電エネルギＰｇｍｘを、求めた最大トルクＴｇｍｘと回転数Ｎｇとから、次式（１５）に基づいて求める。即ち、
Ｐｇｍｘ＝（２π／６０）×Ｎｇ×Ｔｇｍｘ …（１５）
である。一方、現在のモータ系の損失Ｐｍｌは、図１６に示した損失マップからすでに求めてある。そこで、以上の発電機として機能するモータＭＧ１の最大発電エネルギＰｇｍｘとモータＭＧ１の損失ＰｇｌｍｘとモータＭＧ２の損失ＰｍｌとからモータＭＧ２で使用可能な最大エネルギＰｍｍｘを求める。即ち、モータＭＧ２で使用可能なエネルギＰｍｍｘは、最大発電能力から損失を除いたものに等しい。したがって、

となる。なお、モータＭＧ１の最大発電能力Ｐｇｍｘがマイナスの符号付きで表示されているのは、上述した各式において、消費するエネルギをプラスの符号付きで、発電するエネルギをマイナスの符号付きで、それぞれ演算しているからである。
【０１０６】
一方、電気エネルギの収支の式は、
Ｉ×Ｖ＝（Ｐｍ＋Ｐｍｌ）＋（Ｐｇ＋Ｐｇｌ）＋Ｐｄｃ …（１７）
となる。右辺第１項は、モータＭＧ２における消費エネルギと損失の和を、第２項はモータＭＧ１における発電エネルギと損失を、第３項はコンバータ２５２の損失を、それぞれ示している。この式（１７）において、発電した電力が全てモータで消費されるとすると、Ｉ×Ｖ＝０となる。即ち、式（１７）は、
Ｐｍ＝−Ｐｇ−Ｐｍｌ−Ｐｇｌ−Ｐｄｃ …（１８）
となる。これは、式（１６）が、最大トルクや最大損失時の式であるのに対して、定常運転時の釣り合いの式であり、本質的には式（１２）と同一である。
【０１０７】
▲４▼モータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍの算出（ステップＳ４７０）：
以上の一連の処理の最後に、モータＭＧ２に対する要求トルクＴｍｒを求める処理を行なう。即ち、要求トルクＴｍｒを、車軸に対する要求トルクＴｄから直行トルク分（Ｔｅ／ρ）を除くことにより、算出するのである。即ち、
Ｔｍｒ＝Ｔｄ−Ｔｅ／ρ …（１９）
である。車軸に対する要求トルクは、図１９に示す車両要求トルクマップから求める。このマップは、アクセルの踏込量ＡＰ（もしくはスロットル開度θ）をパラメータとして、車速から車軸に対する要求トルクＴｄを求めることができるよう構成されている。また、直行トルクは、エンジン１５０のトルクＴｅから車軸に伝達されるトルクであり、上述した式（５）から、Ｔｅ／ρとして求められる。
【０１０８】
こうして求めたモータＭＧ２の要求トルクＴｍｒを、上限トルクＴｍｍｘにより制限する処理を行なう。上限トルクＴｍｍｘは、式（１６）により求めたモータＭＧ２で消費可能なエネルギＰｍｍｘとモータＭＧ２の回転数Ｎｍとから次式（２０）により算出することができる。
Ｔｍｍｘ＝（６０／２π）×Ｐｍｍｘ／Ｎｍ …（２０）
そこで、式（１９）により求めたモータの要求トルクＴｍｒを式（２０）により求めた上限トルクＴｍｍｘと比較し、要求トルクＴｍｒが上限トルクＴｍｍｘを越えないようにし、これをトルク指令値Ｔｍとするのである。即ち、
Ｔｍ←Ｔｍｒ （Ｔｍｒ≦Ｔｍｍｘ）
Ｔｍ←Ｔｍｍｘ（Ｔｍｒ＞Ｔｍｍｘ） …（２１）
である。
【０１０９】
こうしてトルク指令値Ｔｍを求めた後、すでに説明したように、求めたトルク指令値Ｔｍを出力する（ステップＳ４８０）。即ち、図１５に示した処理ルーチンでは、発電機として機能するモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｇｉを、基本トルクＴｇｂと電圧フィードバック制御量Ｔｇｆを用いて制御すると共に（ステップＳ４５０）、発電する電力量から損失を除くバランスの式（１６）により求めたモータＭＧ２の消費エネルギＰｍｍｘに基づいてモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍを制御する（ステップＳ４８０）。この結果、エンジン１５０の回転数ＮｅをエンジンＥＣＵ２４０によりフィードバック制御していることも相俟って、モータＭＧ１による発電量とモータＭＧ２による電力消費量とをバランスさせて、ＨＶバッテリ１９４を用いることなく車両を運転することができる。特に、発電機として機能するモータＭＧ１では、発電した直流電圧と目標電圧との偏差ΔＶによる制御量Ｔｇｆによるフィードバック制御を行なっているので、電圧変動に対して素早く応答することができ、発電量＝消費電力量というバランスだけでは十分には実現できないバッテリレス走行を可能としている。
【０１１０】
Ｈ．システムメインリレー固着時の制御：
次に、上記実施例の適用例として、システムメインリレーＳＭＲが固着故障を起こした場合の制御について説明する。システムメインリレーＳＭＲ１，２，３の固着故障の発生原因と検出の手法については、既に説明した。そこで、図２０のフローチャートに示したように、この走行処理ルーチンでは、まずシステムメインリレーＳＭＲ３の固着を、走行処理ルーチンの終了時に、図４（Ｂ）のタイミングｔｐ2により検出し（ステップＳ５００）、これを異常履歴登録回路２８０に記憶する（ステップＳ５１０）。その上で、次に車両の走行が開始された時、まず異常履歴記憶回路２８０の内容を読み出してシステムメインリレーＳＭＲ３の固着故障が生じているか否かの判断を行ない（ステップＳ６００）、固着故障が生じていると判断した場合には、ダイアグランプ２９１を点灯した上で、通常の制御と同様にシステムメインリレーＳＭＲ１，２を順次閉成してＨＶバッテリ１９４を電源ラインＬ1，Ｌ２に接続する（ステップＳ６１０）。なお、固着故障が生じていない場合には、通常の走行処理（ステップＳ６８０）を実行する。
【０１１１】
固着故障時でも、システムメインリレーＳＭＲ１，２を閉成した後、通常の処理と同様に、エンジン１５０を起動する（ステップＳ６２０）。エンジン１５０が起動すれば、上記の実施例で説明したように、バッテリレス走行が可能となるので、エンジン１５０の運転状態が所望の状態となるまで待ち（ステップＳ６３０）、その後、システムメインリレーＳＭＲ１，２を開放して、バッテリレス走行に移行する（ステップＳ６４０）。なお、いずれの場合でも、車両の使用を終了する際には（ステップＳ６５０，６９０）、再度システムメインリレーＳＭＲの固着故障の検出（ステップＳ５００，５１０）を行なう。
【０１１２】
以上のように構成された応用例によれば、システムメインリレーＳＭＲ３に固着故障が生じた場合、エンジン１５０が起動するまでのわずかな間は、ＨＶバッテリ１９４を電源ラインＬ１，Ｌ２に接続するが、エンジン１５０が起動すれば、これを切り離し、バッテリ走行を行なう。したがって、万が一車両が事故に巻き込まれたような場合、車両が停止して発電が停止すれば、電源ラインＬ１，Ｌ２の電圧は失われ、感電事故などを起こすことがない。バッテリ走行時には、バッテリは切り離されるので、電源ラインにＨＶバッテリ１９４の高い電圧がかかったままとなることがないからである。
【０１１３】
Ｉ．電気分配式の構成：
上記の実施例では、いずれもエンジン１５０の動力をプラネタリギヤ１２０により分配するいわゆる機械分配式のパラレルハイブリッド車両を取り上げたが、相対的に回転可能な対ロータモータを用いたいわゆる電気分配式のハイブリッド車両でも同様のバッテリレス走行を実現することができる。図２１は、電気分配式のハイブリッド車両における動力出力装置の概要を示す説明図である。この例では、エンジン１５０のクランクシャフト１５６に、二つのロータ間の滑り回転数を制御可能なクラッチモータ３３０を結合し、このクラッチモータ３３０の他方のロータを、駆動軸に結合している。もう一つのモータであるアシストモータ３４０は、駆動軸に結合されている。かかる電気分配式の動力出力装置では、クラッチモータ３３０とアシストモータ３４０とは、上記実施例と同様、インバータ回路を介して駆動されている。そこで、クラッチモータ３３０に接続されたインバータ回路のオンオフ制御を止め、逆起電圧を利用してインバータ回路に設けられた保護用ダイオードを介した電流による発電を行なえば、上記実施例と同様に、バッテリレス走行を行なうことができる。
【０１１４】
Ｊ．走行モードの遷移：
以上、本発明の様々な実施例について説明したが、ハイブリッド車両は、こうした様々な走行モードを選択しながら走行することができる。この走行モードの遷移の様子を図２２に示した。図示するように、全てが正常に動作している正常走行モードＮＤＭから、ＨＶバッテリ１９４の故障が検出されたり（但し、第１の駆動回路１９１の使用は可能）、あるいはシステムメインリレーＳＭＲ３の固着故障が検出された場合には、インバータである第１，第２の駆動回路１９１，１９２を用いたバッテリレス走行モードＩＢＬに移行する。このバッテリレス走行モードＩＢＬでは、システムメインリレーＳＭＲ１，２は開放状態とされて、ＨＶバッテリ１９４と電源ラインＬ１との接続は遮断されるが、システムメインリレーＳＭＲ３の固着故障の場合であってエンジン１５０が起動していないときには、バッテリレス走行ＩＢＬへの移行前に、システムメインリレーＳＭＲ１，２を閉成して、エンジン１５０を起動することは、「Ｈ．システムメインリレー固着時の制御」の項で詳しく説明した通りである。また、インバータとして動作する第１，第２の駆動回路１９１，１９２を用いたバッテリレス走行ＩＢＬの詳細については、「Ｇ．インバータ正常時のバッテリレス走行」の項で詳しく説明した。従って、ここでの説明は省略する。
【０１１５】
このバッテリレス走行モードＩＢＬで走行している間に、更に第１の駆動回路１９１が故障してスイッチングができなくなった場合や、機械分配式の構成において後退走行（Ｒレンジ）を行なう場合や、あるいはバッテリレス走行モードＩＢＬでの制御中に外乱などに起因して電圧が低下した場合には、逆起電圧発電走行モードＲＶＬに遷移する。この走行モードＲＶＬは、「Ｆ．異常時の制御」の項で詳しく説明した走行モードであり、エンジン１５０の目標回転数を負荷に応じて設定すると共にモータＭＧ１で逆起電圧を用いた発電を行なう走行モードである。かかる遷移が生じる要因の一つである機械分配式の後退走行（Ｒレンジ）は、エンジン１５０からの直行トルクと駆動軸の駆動トルクとが、逆方向となって直行トルクにより駆動トルクがキャンセルされてしまうという弊害を防止するため、逆起電圧発電走行モードＲＶＬに切り換えるのである。また、かかる遷移が生じるもう一つの要因である発電電圧の低下は、外乱等に対する発電制御の遅れにより直流電圧が急激に低下したり、エンジン１５０が冷えていて回転数が急激に低下した場合に、電圧フィードバック制御によっても電圧が回復できないときに生じる。電圧が低下すると、取り出せるトルクがますます小さくなり（図１７参照）、電圧を回復できなくなるからである。こうした場合には、一旦逆起電圧発電走行モードＲＶＬに遷移し、第１の駆動回路１９１のスイッチングを停止する。すると、モータＭＧ１の端子間電圧は上昇し、逆起電圧による発電が行なわれる。そこで、この場合には、電圧が回復して、スイッチングによる発電が可能になれば、インバータを用いたバッテリレス走行モードＩＢＬに復帰する。なお、第１の駆動回路１９１が故障した場合には、正常走行モードＮＤＭからでも、直接この逆起電圧発電走行モードＲＶＬに移行する。
【０１１６】
この逆起電圧発電走行モードＲＶＬで走行している場合で、ＨＶバッテリ１９４の電圧が十分に高い場合には、バッテリ走行モードＢＤＭに遷移して走行する。この走行モードＢＤＭは、第１の駆動回路１９１は使用できないが、第２の駆動回路１９２は使用できることから、電気自動車として走行するモードである。この場合、車両を停止する際には、モータＭＧ２により電流を回生し、第２の駆動回路１９２を介してＨＶバッテリ１９４を充電する。これによりＨＶバッテリ１９４の残容量ＳＯＣを回復することができる。ＨＶバッテリ１９４の電圧が次第に低下し、もはやＨＶバッテリ１９４ではコンバータ２５２を動作できない電圧（実施例では約１４０ボルト）以下になると判断した場合には、逆起電圧発電走行モードＲＶＬに戻る。バッテリ走行モードでは、車両を制動したい場合など、エンジンブレーキに相当する制動力が得られ、加えて制動エネルギを電力として回生できるという利点がある。
【０１１７】
インバータを用いたバッテリレス走行モードＩＢＬにおいて、減速時にエンジンブレーキを掛けたい場合や、急な坂道の登坂中に車両が登り切れずに後退する場合などには、モータリング走行モードＥＢＭに遷移する。この走行モードＥＢＭは、減速時に、エンジン１５０をフューエルカットして燃焼を停止し、モータＭＧ２を発電機として使用して制動エネルギを電力の形態で回生する。回生したエネルギは、エンジン１５０のモータリングするためにモータＭＧ１を力行することで消費するのである。また、急な登坂路での車両の不慮の後退時には、車軸は逆回転することからモータＭＧ２は発電機として機能してしまう。従って、本来発電機として機能する筈のモータＭＧ１の能力から算出したトルクの上限ガードＴｍｍｘによる制限を外しておく必要がある。この場合にも、モータＭＧ２で発電した電力は、モータＭＧ１を力行してエンジン１５０をモータリングすることにより消費される。
【０１１８】
こうしたモータリング走行モードＥＢＭにおいて、車速が低下してモータリングで消費できるエネルギが小さくなり、回生電力＞モータリング消費電力、となった場合には、更にモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍを値０とする走行モードＴＺＭに遷移する。この走行モードＴＺＭでは、電力の回生もモータリングも行なわないことになる。
【０１１９】
以上、ハイブリッド車両が取り得る走行モードの遷移について説明したが、これらの走行モードは、正常走行モードＮＤＭでの出力が一番大きいことは論を待たないが、その他の走行モードについては、インバータを用いたバッテリレス走行モードＩＢＬの方が、逆起電圧発電走行モードＲＶＬより出力は大きい。また、図２２に示した走行モードは、その全てを採用する必要は必ずしもない。車両設計上の要請に応じて、必要な走行モードを組み合わせればよい。また、更に細かな走行モードを用意し、必要に応じて細かく遷移処理を行なっても良い。
【０１２０】
以上本発明の実施の態様、およびいくつかの実施例、更にはこれらの実施例の走行モードを組み合わせた遷移制御について説明したが、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において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施例としてのハイブリッド車両の全体構成を示す説明図である。
【図３】第１，第２の駆動回路１９１，１９２の詳細を示す説明図である。
【図４】ＨＶバッテリ１９４とシステムメインリレーＳＭＲ１，２，３との接続状態を示す説明図である。
【図５】車両の制御装置の全体構成を示す説明図である。
【図６】実施例における異常時のバッテリレス走行を行なう処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】車速ＳＰＤとエンジンの目標回転数ＮＥ＊との関係を例示するグラフある。
【図８】機械分配式のハイブリッド車両における動作共線ＯＬの考え方を示す説明図である。
【図９】逆起電圧を用いた発電の状態を説明するためのモータＭＧ１の回転数Ｎｇと逆起電圧Ｖとの関係を例示するグラフである。
【図１０】同じく回転数ＮｇとモータＭＧ１による発電量Ｐとの関係を例示するグラフである。
【図１１】モータＭＧ１における所定回転数での最大発電量Ｐｇｍｘを示す説明図である。
【図１２】マスタ制御ＣＰＵ２７２における負荷制御ルーチンの要部を示すフローチャートである。
【図１３】モータトルクＴｍの変化とエンジンの回転数ＮＥの変動の様子を示す説明図である。
【図１４】エンジンＥＣＵ２４０の目標回転数制御ルーチンの要部を示すフローチャートである。
【図１５】インバータを用いたバッテリレス走行時の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】モータＭＧ１における損失を例示するグラフである。
【図１７】モータＭＧ１における回転数ＮｇとトルクＴｇとの関係を電圧Ｖｍをパラメータとして例示するグラフである。
【図１８】エンジン１５０の回転数Ｎｅと出力トルクＴｅとの関係を例示するグラフである。
【図１９】アクセルペダルの踏込量ＡＰをパラメータとして、車速と要求トルクＴｄとの関係を示すグラフである。
【図２０】システムメインリレーＳＭＲ３の固着故障時の制御を例示するフローチャートである。
【図２１】電気分配式の実施例における動力出力装置の概略構成を示す説明図である。
【図２２】ハイブリッド車両における走行モードの遷移を例示する説明図である。
【符号の説明】
１１２…車軸
１１４…デファレンシャルギア
１１６Ｒ，１１６Ｌ…車輪
１１９…ケース
１２０…プラネタリギヤ
１２１…サンギヤ
１２２…リングギヤ
１２３…プラネタリピニオンギヤ
１２４…プラネタリキャリア
１２５…サンギヤ軸
１２６…リングギヤ軸
１２７…プラネタリキャリア軸
１２９…チェーンベルト
１３０…ダンパ
１３１，１４１…三相コイル
１３２，１４２…ロータ
１３３，１４３…ステータ
１４４…回転数センサ
１５０…エンジン
１５１…スロットル弁
１５２…スロットルモータ
１５４…燃料噴射弁
１５６…クランクシャフト
１６３…ブレーキセンサ
１６５…アクセルセンサ
１６７…シフトポジションセンサ
１６９…イグニッションセンサ
１８１〜１８６…電流センサ
１９１，１９２…第１，第２の駆動回路（インバータ）
１９４…ＨＶバッテリ
１９６…バッテリセンサ
１９７…リレー
１９８…補機バッテリ
２００…制御システム
２１０…メインＥＣＵ
２１２…双方向通信配線
２１４，２１６…双方向通信配線
２２０…ブレーキＥＣＵ
２３０…バッテリＥＣＵ
２４０…エンジンＥＣＵ
２６０…モータ制御部
２６２…モータ主制御ＣＰＵ
２６４，２６６…第１，第２モータ制御ＣＰＵ
２７０…マスタ制御部
２７２…マスタ制御ＣＰＵ
２７４…電源制御回路
２８０…異常履歴登録回路
２９１…ダイアグランプ
ＭＧ１…第１のモータ
ＭＧ２…第２のモータ

Claims (5)

1. 燃料を燃焼して動力を取り出す原動機と、該原動機の動力の少なくとも一部を用いて発電が可能な発電機と、車両の駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えたハイブリッド車両であって、
   指示された回転数を目標回転数として、前記原動機の前記燃料量をフィードバック制御する原動機制御手段と、
   前記発電機と前記電動機とを接続する直流電源の正負の電源ラインに接続される二次電池と、
   前記ラインの一方と前記二次電池との接続を入り切りする接点であり、前記二次電池から流れ出す電流を制限する制限用抵抗器を介して、前記二次電池と該電源ラインとを接続する第１の接点と、
   該第１の接点に並列に接続され、前記二次電池を前記電源ラインに直接接続する第２の接点と、
   前記電源ラインの他方と前記二次電池との接続を入り切りする第３の接点と、
   前記第３の接点が溶着したか否かを検出する溶着検出手段と、
   前記第３の接点の溶着を検出した場合には、前記原動機の起動後、前記第１，第２の接点を開放状態に切り換えると共に、前記発電機で発電した電力で前記電動機を駆動する溶着時運転手段と
   を備えたハイブリッド車両。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両であって、
   前記二次電池の端子間電圧と前記電源ライン間の電圧とを検出する電圧検出手段と、
   前記溶着時運転手段による運転が行なわれている場合に、前記検出された両電圧が等しいか否かの判定する判定手段と、
   該判定手段により、両電圧が等しいと判定された場合には、車両の走行を停止する溶着時走行停止手段と
   を備えたハイブリッド車両。
3. 請求項１記載のハイブリッド車両であって、
   前記発電機は、永久磁石および発電用のコイルを備えた同期型の発電機あり、更に、
   指示された回転数を目標回転数として、前記原動機の前記燃料量をフィードバック制御する原動機制御手段と、
   前記発電機の多相コイルに流れる電流をスイッチングして得られた電流を用いて前記二次電池を充電するインバータと、
   車両負荷を検出する負荷検出手段と、
   前記検出された負荷に基づいて、前記発電機の回転数を可変する発電機回転数可変手段と
   を備え、
   前記溶着時運転手段は、前記インバータを停止し、前記電動機を駆動する際、前記発電機の前記コイルを通る前記永久磁石による磁界が前記回転に伴って変化することにより生じる逆起電圧を利用して発電された電力を用いる電動機駆動手段を備える
   ハイブリッド車両。
4. 請求項３記載のハイブリッド車両であって、
   前記インバータを介して前記二次電池への充電ができない事態が生じたことを検出する異常検出手段と
   前記発電機回転数可変手段と前記電動機駆動手段とによる制御を、前記異常検出手段による前記事態の検出時に行なう異常時制御手段と
   を備えたハイブリッド車両。
5. 燃料を燃焼して原動機から動力を取り出しつつ、該取り出された動力の少なくとも一部を用いて永久磁石を備えた発電機により発電し、該発電機による発電電力の少なくとも一部を用いて運転される電動機により車両の駆動軸に動力を出力するハイブリッド車両を制御する方法であって、
   前記発電機と前記電動機とを接続する直流電源の正負の電源ラインに二次電池を接続し、
   前記ラインの一方と前記二次電池との間に、前記二次電池から流れ出す電流を制限する制限用抵抗器を介して第１の接点を介装し、
   該第１の接点に並列に、前記二次電池を前記電源ラインに直接接続する第２の接点を接続し、
   前記電源ラインの他方と前記二次電池との間に第３の接点を介装し、
   指示された回転数を目標回転数として、前記原動機の前記燃料量をフィードバック制御し、
   前記第３の接点が溶着したか否かを検出し、
   前記第３の接点の溶着を検出した場合には、前記原動機の起動後、前記第１，第２の接点を開放状態に切り換えると共に、前記発電機で発電した電力で前記電動機を駆動する
   ハイブリッド車両の制御方法。

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