JP2017114209A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータレス走行中に前進レンジから非前進レンジに切り替えられた場合に、モータジェネレータ（ＭＧ１）の過剰な回転上昇を抑制する。
【解決手段】エンジン、ＭＧ１、ＭＧ２、これらを連結する遊星歯車機構、バッテリ、コンバータ、およびインバータを備えるハイブリッド車両において、ＥＣＵは、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、前進レンジ中はコンバータを作動状態にしてＭＧ１から逆起トルクを発生させ、非前進レンジ中はコンバータをゲート遮断状態にして逆起トルクをカットする。ＥＣＵは、インバータレス走行中かつ前進レンジ中に、非前進レンジに切り替えられたときのＭＧ１回転速度の予測値を算出し、算出された予測値がしきい値を超えないようにエンジンの回転速度を制御する。
【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、ロータに永久磁石を有する第１回転電機と、第２回転電機と、遊星歯車機構と、バッテリと、バッテリから入力される電圧を昇圧して出力するコンバータと、コンバータと第１回転電機および第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回転電機に連結されたサンギヤと、第２回転電機に連結されたリングギヤと、エンジンに連結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、インバータをゲート遮断状態にしつつエンジンを駆動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回転電機に逆起電圧を発生させる。第１回転電機の逆起電圧がコンバータの出力側電圧を超えると、第１回転電機からバッテリに向かって電流が流れ、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

一般的に、車両のシフトレンジ（走行レンジ）には、たとえばＤ（ドライブ）レンジおよびＢ（ブレーキ）レンジ等の前進レンジと、Ｐ（パーキング）レンジ、Ｒ（リバース）レンジおよびＮ（ニュートラル）レンジ等の非前進レンジとが含まれる。

上述のインバータレス走行制御中においてハイブリッド車両がたとえば一時停止した場合、シフトレンジが前進レンジから非前進レンジへ切り替えられる場合がある。シフトレンジが非前進レンジである場合であっても、第１回転電機がエンジンにより機械的に回転させられていると、第１回転電機の逆起トルクの反力が駆動輪に作用してしまい、駆動トルクが０にならない。つまり、シフトレンジが非前進レンジであるにも関わらず、車両を前進させる方向に作用するトルク（以下「前進トルク」ともいう）が駆動輪に発生してしまうことが懸念される。

非前進レンジであるときに前進トルクの発生を抑制するための対策としては、たとえば、エンジンを駆動状態に維持しつつ、コンバータをゲート遮断状態にすることが考えられる。コンバータをゲート遮断状態にすると、第１回転電機からバッテリに向かって流れる電流が遮断されるため、エンジンを駆動状態に維持しつつ、第１回転電機の逆起トルクをカットすることができる。しかしながら、エンジントルクと釣り合っていた第１回転電機の逆起トルク（第１回転電機の回転を妨げる制動トルク）がなくなることになるため、第１回転電機の回転速度がエンジントルクによって過渡的に過剰に上昇してしまうことが懸念される。第１回転電機の回転速度が過剰に上昇すると、たとえば、第１回転電機の逆起電圧が過剰に大きくなり、コンバータの出力側電圧が過剰に高くなる過電圧状態に陥ってしまうことが懸念される。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、インバータレス走行制御中にシフトレンジが前進レンジから非前進レンジに切り替えられた場合に、エンジンを駆動状態に維持し、かつ第１回転電機の回転速度が過剰に上昇することを抑制しつつ、前進トルクの発生を抑制することである。

この発明に係るハイブリッド車両は、エンジンと、ロータに永久磁石を有する第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キャリアと、第１回転電機および出力軸のいずれか一方に接続されるサンギヤと、第１回転電機および出力軸の他方に接続されるリングギヤとを有し、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、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で電圧変換を実行可能に構成されたコンバータと、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実行可能に構成されたインバータと、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おいて、ハイブリッド車両のシフトレンジが前進レンジである場合はコンバータを作動状態にすることによって第１回転電機から逆起電圧に起因するトルクを発生させ、シフトレンジが非前進レンジである場合はコンバータをゲート遮断状態にすることによって逆起電圧に起因するトルクをカットする。制御装置は、インバータレス走行制御の実行中においてシフトレンジが前進レンジである場合、エンジンの出力トルクおよび第１回転電機の回転速度から非前進レンジに切り替えられたときの第１回転電機の回転速度の予測値を算出し、第１回転電機の回転速度の予測値がしきい値を超えないようにエンジンの回転速度を制御する。

上記構成によれば、インバータレス走行制御中にシフトレンジが非前進レンジである場合、コンバータがゲート遮断状態にされるため、第１回転電機の逆起トルクがカットされる。これにより、エンジンを駆動状態に維持しつつ、前進トルクの発生を抑制することができる。さらに、シフトレンジが前進レンジである場合に、非前進レンジに切り替えられたときの第１回転電機の回転速度の予測値が算出され、その予測値が閾値を超えないようにエンジンの回転速度が制御される。そのため、シフトレンジが非前進レンジに切り替えられた場合であっても、第１回転電機の回転速度がしきい値を超えて過剰に上昇することを抑制することができる。その結果、インバータレス走行制御中にシフトレンジが前進レンジから非前進レンジに切り替えられた場合に、エンジンを駆動状態に維持し、かつ第１回転電機の回転速度が過剰に上昇することを抑制しつつ、前進トルクの発生を抑制することができる。

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シフトレンジが前進レンジである場合の電気システムの状態を概略的に示す図である。 インバータレス走行中にシフトレンジが前進レンジである場合の制御状態の一例を共線図上に示す図である。 インバータレス走行中にシフトレンジが非前進レンジである場合の電気システムの状態を概略的に示す図である。 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シフトレンジが前進レンジから非前進レンジに切り替えられる場合の状態変化の一例を共線図上に示す図である。 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ＰＣＵ２００を経由して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。

車両１は、シフトレバー５００と、ポジションセンサ５１０とをさらに備える。シフトレバー５００は、ユーザが車両１のシフトレンジを設定するための機器である。ユーザがシフトレバー５００を操作すると、ポジションセンサ５１０はシフトレバー５００の位置（シフトポジション）ＳＦＴを検出し、その検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。ＥＣＵ３００は、シフトポジションＳＦＴに対応するシフトレンジを設定する。シフトレンジは、たとえばＤ（ドライブ）レンジおよびＢ（ブレーキ）レンジ等の前進レンジと、Ｐ（パーキング）レンジ、Ｒ（リバース）レンジおよびＮ（ニュートラル）レンジ等の非前進レンジとを含む。

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。

ＥＣＵ３００は、エンジン１００の停止中（燃料供給の停止中）にエンジン１００の始動要求がある場合、エンジン１００をクランキングするためのトルクをモータジェネレータ１０が発生するようにＰＣＵ２００（より詳しくは後述のインバータ２２１）を制御する。そして、クランキングによりエンジン回転速度Ｎｅが所定値に達すると、エンジン１００の燃料噴射制御および点火制御を開始する。これにより、エンジン１００が始動される。

＜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アームおよび下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アームおよび下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の直流電圧を降圧してバッテリ１５０に出力する。

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、すなわちコンバータ２１０の出力電圧（以下「システム電圧」ともいう）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。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、インバータ２２２の構成は、基本的にはインバータ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。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（Pulse Width Modulation)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をゲート遮断状態としつつ、エンジン１００を駆動して車両１を退避走行させるモードである。インバータ異常には、レゾルバ４２１，４２２、電流センサ２４１，２４２等のセンサ類の故障、インバータ２２１，２２２に含まれるスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ１４の短絡故障、オープン故障、断線などが含まれる。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シフトレンジが前進レンジである場合の電気システムの状態を概略的に示す図である。インバータレス走行中においては、ＥＣＵ３００は、インバータ２２１に含まれるすべてのスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をゲート遮断状態（非導通状態）にする。そのため、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、ＥＣＵ３００は、図３には示していないが、インバータ２２２に含まれるすべてのスイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１４（図２参照）もゲート遮断状態にする。

さらに、シフトレンジが前進レンジである場合、ＥＣＵ３００は、コンバータ２１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各々をスイッチング動作させるためのＰＷＭ方式の制御信号ＰＷＭＣを生成してコンバータ２１０に出力する。これにより、コンバータ２１０はＰＷＭ制御によるスイッチング状態（以下「ＰＷＭ動作状態」という）となり、システム電圧ＶＨがＥＣＵ３００からの制御信号に応じた値となる。

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からバッテリ１５０に向かって電流が流れる。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。

図４は、インバータレス走行中にシフトレンジが前進レンジである場合のエンジン１００およびモータジェネレータ１０，２０の制御状態の一例を共線図上に示す図である。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、サンギヤＳの回転速度（＝ＭＧ１回転速度Ｎｍ１）と、キャリアＣＡの回転速度（＝エンジン回転速度Ｎｅ）と、リングギヤＲの回転速度（＝ＭＧ２回転速度Ｎｍ２）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。

インバータレス走行中においては、上述のように、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は、モータジェネレータ１０の回転を妨げる方向（負方向）に作用する逆起トルクＴｃ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、前進方向（正方向）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。

なお、駆動トルクＴｅｐによってモータジェネレータ２０が回転させられるためモータジェネレータ２０にも逆起電圧が生じるが、図４に示す例では、モータジェネレータ２０の逆起電圧がシステム電圧ＶＨを超えない回転速度までＭＧ２回転速度Ｎｍ２が低下しているため、モータジェネレータ２０には逆起トルクは生じていない。

図５は、インバータレス走行中にシフトレンジが非前進レンジである場合の電気システムの状態を概略的に示す図である。シフトレンジが非前進レンジである場合、ＥＣＵ３００は、インバータ２２１，２２２を前進レンジ中と同様にゲート遮断状態にする一方、コンバータ２１０を、前進レンジ中のＰＷＭ動作状態ではなく、ゲート遮断状態（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が非導通状態となる状態）にする。これにより、モータジェネレータ１０からバッテリ１５０へと向かう方向の電流経路がダイオードＤ１によって遮断される。これにより、モータジェネレータ１０からコンデンサＣ２へと電流が流れる一方で、コンデンサＣ２からコンデンサＣ１への電荷の移動が起こらなくなる。そのため、システム電圧ＶＨが増加し、システム電圧ＶＨが逆起電圧Ｖｃにまで到達すると、モータジェネレータ１０からコンデンサＣ２へと電流が流れなくなる。よって、モータジェネレータ１０にて発生する逆起トルクＴｃ（絶対値）も０になる。

このように、インバータレス走行中にシフトレンジが非前進レンジである場合には、コンバータ２１０をゲート遮断状態にすることによって、システム電圧ＶＨが逆起電圧Ｖｃまで上昇し、モータジェネレータ１０からバッテリ１５０へと向かう電流が遮断される。これにより、逆起トルクＴｃも発生しなくなる。その結果として、エンジン１００を停止することなく、駆動トルクＴｅｐの発生を防止することができる。

図６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〜Ｓ１６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をゲート遮断状態にし、Ｓ１３にてエンジン１００を駆動状態にする。

その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４にて、シフトレンジが非前進レンジ（Ｐレンジ、ＮレンジおよびＲレンジのいずれか）であるか否かを判定する。

シフトレンジが非前進レンジでない場合（Ｓ１４にてＮＯ）、すなわちシフトレンジがＤレンジまたはＢレンジである場合、ＥＣＵ３００は、Ｓ１５にて、コンバータ２１０をＰＷＭ動作状態にする。これにより、上述の図３、４に示したように、モータジェネレータ１０から逆起トルクＴｃを発生させ、その反力として、出力軸６０に駆動トルクＴｅｐを発生することができる。

一方、シフトレンジが非前進レンジである場合（Ｓ１４にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ１６にて、コンバータ２１０をゲート遮断状態にする。これにより、上述の図５に示したように、逆起トルクＴｃをカットすることができるので、エンジン１００を停止することなく駆動トルクＴｅｐをカットすることができる。

＜非前進レンジへの切替時におけるＭＧ１回転速度Ｎｍ１の上昇抑制＞
上述のように、インバータレス走行中にシフトレンジが非前進レンジである場合、コンバータ２１０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の逆起トルクＴｃがカットされる。しかしながら、前進レンジから非前進レンジへの切替時においては、逆起トルクＴｃのカットによってＭＧ１回転速度Ｎｍ１が過渡的に過剰に上昇してしまうことが懸念される。

図７は、インバータレス走行中にシフトレンジが前進レンジから非前進レンジに切り替えられる場合のエンジン１００およびモータジェネレータ１０，２０の状態変化の一例を共線図上に示す図である。図７において、実線は前進レンジでの共線図を示し、一点鎖線は非前進レンジに切り替えられた場合の共線図を示す。

前進レンジ中においては、エンジントルクＴｅが正方向に作用し、モータジェネレータ１０は正方向に回転するため、モータジェネレータ１０は負方向に作用する逆起トルクＴｃを発生する。ＭＧ１回転速度Ｎｍ１は、エンジントルクＴｅ（モータジェネレータ１０を正方向に回転させるトルク）と逆起トルクＴｃ（モータジェネレータ１０の回転を妨げるトルク）とが釣り合った状態で維持される。すなわち、実線で示す前進レンジ中においては、エンジントルクＴｅと逆起トルクＴｃとが釣り合った状態である。

しかしながら、シフトレンジが前進レンジから非前進レンジに切り替えられると、コンバータ２１０がゲート遮断状態とされ、エンジントルクＴｅと釣り合っていた逆起トルクＴｃがカットされる。そのため、一点鎖線に示すように、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１はエンジントルクＴｅによって過渡的に過剰に上昇してしまうことが懸念される。ＭＧ１回転速度Ｎｍ１が過剰に上昇すると、モータジェネレータ１０の逆起電圧Ｖｃが過剰に大きくなり、逆起電圧Ｖｃの増加に伴ってシステム電圧ＶＨも過剰に高くなって過電圧状態に陥ってしまうことが懸念される。

上記の点に鑑み、本実施の形態によるＥＣＵ３００は、インバータレス走行中にシフトレンジが前進レンジである場合、現在のエンジントルクＴｅおよびＭＧ１回転速度Ｎｍ１から、非前進レンジに切り替えられたと仮定したときのＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値を算出し、算出されたＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値がしきい値を超えないようにエンジン回転速度Ｎｅを制御する。そのため、シフトレンジが非前進レンジに切り替えられた場合であっても、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１がしきい値を超えて過剰に上昇することを抑制することができ、上記の過電圧状態となることを防止することができる。

図８は、インバータレス走行中においてＥＣＵ３００が行なう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。

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、Ｓ２１にて、シフトレンジが前進レンジ（ＤレンジまたはＢレンジ）であるか否かを判定する。

シフトレンジが前進レンジである場合（Ｓ２１にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ２２にて、現在のエンジントルクＴｅおよび現在のＭＧ１回転速度Ｎｍ１などから、非前進レンジに切り替えられたと仮定したときのＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値を算出する。具体的には、非前進レンジへの切替（コンバータ２１０のゲート遮断による逆起トルクＴｃのカット）によるＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測上昇量ΔＮを、現在のエンジントルクＴｅ、エンジン回転速度Ｎｅ、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１などに基づいて算出する。そして、算出された予測上昇量ΔＮを現在のＭＧ１回転速度Ｎｍ１に加えた値を、非前進レンジに切り替えられたと仮定したときのＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値として算出する。

なお、現在のＭＧ１回転速度Ｎｍ１としては、レゾルバ４２１による検出値を用いることができる。また、レゾルバ４２１が異常である場合には、共線図の関係を利用して、エンジン回転速度Ｎｅと車速ＶＳとから算出される値を用いることができる。

Ｓ２３にて、ＥＣＵ３００は、Ｓ２２にて算出されたＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値がしきい値を超えているか否かを判定する。ここで、しきい値は、たとえば、非前進レンジへの切替後においてシステム電圧ＶＨ（逆起電圧Ｖｃ）が過電圧状態となる値に設定される。

Ｓ２２にて算出されたＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値がしきい値を超えていない場合（Ｓ２３にてＮＯ）、すなわち仮に非前進レンジに切り替えられてもＭＧ１回転速度Ｎｍ１がしきい値を超えないと予測される場合、ＥＣＵ３００は処理を終了する。

Ｓ２２にて算出されたＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値がしきい値を超えている場合（Ｓ２３にてＹＥＳ）、すなわち仮に非前進レンジに切り替えられるとＭＧ１回転速度Ｎｍ１がしきい値を超えると予測される場合、ＥＣＵ３００は、エンジントルクＴｅを低下することによってエンジン回転速度Ｎｅを低下させる。すなわち、ＥＣＵ３００は、非前進レンジへの切替によってＭＧ１回転速度Ｎｍ１がしきい値を超えると予測される場合には、非前進レンジへの切替によってＭＧ１回転速度Ｎｍ１がしきい値を超えてしまうことがないように、前進レンジ中に予めエンジン回転速度Ｎｅを低下させておく。これにより、シフトレンジが非前進レンジに切り替えられた場合であっても、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１がしきい値を超えて過剰に上昇することを未然に抑制することができる。

以上のように、本発明の実施の形態によるＥＣＵ３００は、インバータレス走行中にシフトレンジが非前進レンジである場合、コンバータ２１０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の逆起トルクＴｃをカットする。これにより、エンジン１００を駆動状態に維持しつつ、駆動トルクＴｅｐをカットすることができる。さらに、ＥＣＵ３００は、インバータレス走行中にシフトレンジが前進レンジである場合、現在のエンジントルクＴｅおよびＭＧ１回転速度Ｎｍ１から、非前進レンジに切り替えられたと仮定したときのＭＧ１回転速度Ｎｍ１の予測値を算出し、算出された予測値がしきい値を超えないようにエンジン回転速度Ｎｅを制御する。そのため、シフトレンジが非前進レンジに切り替えられた場合であっても、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１がしきい値を超えて過剰に上昇することを前進レンジ中に未然に抑制することができる。その結果、インバータレス走行中にシフトレンジが前進レンジから非前進レンジに切り替えられた場合に、エンジン１００を駆動状態に維持し、かつＭＧ１回転速度Ｎｍ１が過剰に上昇することを抑制しつつ、駆動トルクＴｅｐ（前進トルク）の発生を抑制することができる。

なお、上述の実施の形態においては、図８のＳ２３にて用いられる「しきい値」を、システム電圧ＶＨの過電圧を防止する観点から決定していた。しかしながら、「しきい値」の決め方は、これに限定されるものではない。たとえば、遊星歯車機構３０のピニオンギヤＰあるいはモータジェネレータ１０などの過回転を防止する観点から上記の「しきい値」を決定するようにしてもよい。

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、１５０ バッテリ、１６０ ＳＭＲ、２００ ＰＣＵ、２１０ コンバータ、２２１，２２２ 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、５００ シフトレバー、５１０ ポジションセンサ。

Claims (1)

1. ハイブリッド車両であって、
   エンジンと、
   ロータに永久磁石を有する第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キャリアと、前記第１回転電機および前記出力軸のいずれか一方に接続されるサンギヤと、前記第１回転電機および前記出力軸の他方に接続されるリングギヤとを有し、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、
   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で電圧変換を実行可能に構成されたコンバータと、
   前記電力線と前記第１回転電機と前記第２回転電機との間で電力変換を実行可能に構成されたインバータと、
   前記インバータをゲート遮断状態にし、か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おいて、前記ハイブリッド車両のシフトレンジが前進レンジである場合は前記コンバータを作動状態にすることによって前記第１回転電機から逆起電圧に起因するトルクを発生させ、前記シフトレンジが非前進レンジである場合は前記コンバータをゲート遮断状態にすることによって前記逆起電圧に起因するトルクをカットし、
   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おいて前記シフトレンジが前記前進レンジである場合、前記エンジンの出力トルクおよび前記第１回転電機の回転速度から前記非前進レンジに切り替えられたときの前記第１回転電機の回転速度の予測値を算出し、前記第１回転電機の回転速度の予測値がしきい値を超えないように前記エンジンの回転速度を制御する、ハイブリッド車両。

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