JP2009280033A - 車両及び車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】走行に伴って逆起電力を発生する発電機を備えたものにおいて、車両のエネルギ効率をより高める。
【解決手段】ハイブリッド自動車２０は、力行状態やバッテリ５０へ充電できない状態などでは要求動力がモータＭＧ２から出力されるようインバータ４２を制御すると共に、モータＭＧ１に対して弱め界磁処理を行なうようインバータ４１を制御する一方、モータＭＧ１からの逆起電圧がバッテリ５０からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つバッテリ５０が蓄電可能である第２状態であるときには、回生トルクがモータＭＧ２から出力されるようインバータ４２を制御すると共に、ゲート遮断するようインバータ４１を制御する。このように、第２状態では、走行中であるがインバータ４１をゲート遮断し、モータＭＧ１の弱め界磁処理を行なわずに電力消費を抑えると共に、モータＭＧ１で生じた逆起電力をバッテリ５０に蓄電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両及び車両の制御方法に関する。

従来、車両としては、エンジンと、発電機としてのモータＭＧ１と駆動軸に動力を出力するモータＭＧ２と、エンジンの出力軸とモータＭＧ１の軸と駆動軸とに接続されたプラネタリギヤとを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された車両は、車両に要求されるエネルギが所定エネルギ値よりも低く且つ所定の回転数以下である条件が成立すると、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊に値０をセットし、モータＭＧ２からの動力で走行するモータ駆動トルク制御処理を実行する。
特開平９−３０８０１２号公報（図２６）

ところで、この特許文献１に記載された車両では、主として発電機として駆動されるモータＭＧ１は永久磁石を備えた同期電動発動機として構成されており、例えば、高回転数領域では、バッテリから供給される供給電圧よりも高い電圧の逆起電力が発生することがある。このような領域では、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊を値０とし電力を消費して弱め界磁制御を実行することがあるが、このような車両では、更なるエネルギ効率の向上が望まれていた。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、走行に伴って逆起電力を発生する発電機を備えたものにおいて、車両のエネルギ効率をより高めることができる車両及び車両の制御方法を提供することを主目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

即ち、本発明の車両は、
内燃機関と、
駆動軸に走行用の動力を入出力可能な電動機と、
動力を入出力可能であり走行に伴って逆起電力を発生する発電機と、
前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する電動機駆動回路と、
スイッチング素子のスイッチングにより前記発電機を駆動する発電機駆動回路と、
前記電動機駆動回路を介して前記電動機と電力のやり取りが可能であり前記発電機駆動回路を介して前記発電機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記発電機からの逆起電圧が前記蓄電手段からの供給電圧よりも高く所定の要求動力を前記電動機から出力する力行状態である状態を含む第１状態であるときには前記要求動力に基づく動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共に前記発電機に対して弱め界磁処理を実行するよう前記発電機駆動回路を制御する一方、前記発電機からの逆起電圧が前記蓄電手段からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つ前記蓄電手段が蓄電可能である第２状態であるときには前記要求動力に基づく回生動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共にゲート遮断するよう前記発電機駆動回路を制御する制御手段と、
を備えるものである。

この車両では、発電機からの逆起電圧が蓄電手段からの供給電圧よりも高く所定の要求動力を電動機から出力する力行状態である状態を含む第１状態であるときには、要求動力に基づく動力が電動機から出力されるよう電動機駆動回路を制御すると共に、発電機に対して弱め界磁処理を実行するよう発電機駆動回路を制御する。一方、発電機からの逆起電圧が蓄電手段からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つ蓄電手段が蓄電可能である第２状態であるときには、要求動力に基づく回生動力が電動機から出力されるよう電動機駆動回路を制御すると共に、ゲート遮断するよう発電機駆動回路を制御する。このように、発電機からの逆起電圧が蓄電手段からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態（例えば減速状態）であり且つ蓄電手段が蓄電可能である第２状態であるときには、走行中であるが発電機駆動回路をゲート遮断し、発電機の弱め界磁処理を行なわずに電力消費を抑えると共に、発電機で生じた逆起電力を蓄電手段に蓄電するのである。したがって、走行に伴って逆起電力を発生する発電機を備えたものにおいて、車両のエネルギ効率をより高めることができる。なお、「３軸式動力入出力手段」には、例えば３軸式の遊星歯車機構やデファレンシャルギヤ機構などが含まれる。

本発明の車両において、前記発電機駆動回路は、前記発電機で発生する逆起電力に対して全波整流を行なうことが可能な複数のダイオードを有する回路であるものとしてもよい。こうすれば、全波整流発電を行なうことにより、例えば半波整流発電を行なうものなどに比して車両のエネルギ効率を一層高めることができる。

本発明の車両において、前記制御手段は、所定の電動機走行条件が成立したときには前記電動機の動力により走行するよう該電動機を制御し、該電動機走行時に前記第２状態であるときには前記要求動力に基づく回生動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共にゲート遮断するよう前記発電機駆動回路を制御する手段であるものとしてもよい。こうすれば、電動機走行時に車両のエネルギ効率をより高めることができる。ここで、「所定の電動機走行条件」には、例えば、電動機走行モード設定スイッチがオンされた条件や、車両に要求される動力が内燃機関の運転効率の下限値などとして定められる所定エネルギ値よりも低い条件などが含まれていてもよい。

本発明の車両において、前記制御手段は、所定の自立条件が成立したときには自立運転するよう前記内燃機関を制御し、該内燃機関を自立運転しているときに前記第２状態であるときには前記要求動力に基づく回生動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共にゲート遮断するよう前記発電機駆動回路を制御する手段であるものとしてもよい。こうすれば、内燃機関の自立運転時に車両のエネルギ効率をより高めることができる。ここで、「所定の自立条件」には、例えば、内燃機関から動力を出力しないが内燃機関を運転する内燃機関の暖機条件や内燃機関の排気浄化装置の暖機条件、学習制御条件などが含まれていてもよい。

本発明の車両の制御方法は、
内燃機関と、駆動軸に走行用の動力を入出力可能な電動機と、走行に伴って逆起電力を発生する発電機と、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する電動機駆動回路と、スイッチング素子のスイッチングにより前記発電機を駆動する発電機駆動回路と、前記電動機駆動回路を介して前記電動機と電力のやり取りが可能であり前記発電機駆動回路を介して前記発電機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備える車両の制御方法であって、
前記発電機からの逆起電圧が前記蓄電手段からの供給電圧よりも高く所定の要求動力を前記電動機から出力する力行状態である状態を含む第１状態であるときには前記要求動力に基づく動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共に前記発電機に対して弱め界磁処理を実行するよう前記発電機駆動回路を制御する一方、前記発電機からの逆起電圧が前記蓄電手段からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つ前記蓄電手段が蓄電可能である第２状態であるときには前記要求動力に基づく回生動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共にゲート遮断するよう前記発電機駆動回路を制御するものである。

この車両の制御方法では、発電機からの逆起電圧が蓄電手段からの供給電圧よりも高く所定の要求動力を電動機から出力する力行状態である状態を含む第１状態であるときには、要求動力に基づく動力が電動機から出力されるよう電動機駆動回路を制御すると共に、発電機に対して弱め界磁処理を実行するよう発電機駆動回路を制御する。一方、発電機からの逆起電圧が蓄電手段からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つ蓄電手段が蓄電可能である第２状態であるときには、要求動力に基づく回生動力が電動機から出力されるよう電動機駆動回路を制御すると共に、ゲート遮断するよう発電機駆動回路を制御する。このように、発電機からの逆起電圧が蓄電手段からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態（例えば減速状態）であり且つ蓄電手段が蓄電可能である第２状態であるときには、走行中であるが発電機駆動回路をゲート遮断し、発電機の弱め界磁処理を行なわずに電力消費を抑えると共に、発電機で生じた逆起電力を蓄電手段に蓄電するのである。したがって、走行に伴って逆起電力を発生する発電機を備えたものにおいて、車両のエネルギ効率をより高めることができる。なお、この車両の制御方法において、上述した車両の種々の態様を採用してもよいし、また、上述した車両の各機能を実現するようなステップを追加してもよい。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載した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。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、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して、最終的には車両の駆動輪３９ａ，３９ｂに出力される。

図２は、モータＭＧ１，ＭＧ２を中心とした電気駆動系の構成の概略を示す構成図である。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれも外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと、三相コイルが巻回されたステータとを備える周知のＰＭ型の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。インバータ４１は、６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６とトランジスタＴ１〜Ｔ６の各々に逆方向に並列接続された６個のダイオードＤ１〜Ｄ６とにより構成されている。トランジスタＴ１〜Ｔ６は、電力ライン５４の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側とになるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々に三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、電力ライン５４の正極母線と負極母線との間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１〜Ｔ６のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータＭＧ１を回転駆動することができる。インバータ４２も、６個のトランジスタＴ７〜Ｔ１２と６個のダイオードＤ７〜Ｄ１２とによりインバータ４１と同様に構成されており、トランジスタＴ７〜Ｔ１２のオン時間の割合を制御することによりモータＭＧ２を回転駆動することができる。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、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からの信号や、モータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイルの各相に流れる相電流を検出する電流センサ４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ，４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗからの相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２のトランジスタＴ１〜Ｔ６，Ｔ７〜Ｔ１２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

バッテリ５０は、図１に示すように、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には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた電流センサ５１ｂからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサ５１ｂにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２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、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，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，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，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などが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、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おり、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力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すべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや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バッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

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、特にモータ運転モードの動作について説明する。図３は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるモータ走行制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、
図示しないモータ走行モード設定スイッチがオンされたあとに所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

モータ走行制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、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や車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。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により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。さらに、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１ｃにより検出されたバッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。図４に電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図５にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図６に要求トルク設定用マップの一例を示す。

次に、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔをモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（１）および式（２）により計算すると共に（ステップＳ１２０）、設定した要求トルクＴｒ＊を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除することによりモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクＴｍ２ｔｍｐを式（３）により計算する（ステップＳ１３０）。続いて、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１４０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。

Tmin=Win/Nm2 (1)
Tmax=Wout/Nm2 (2)
Tm2tmp=Tr*/Gr (3)

続いて、モータＭＧ１で生じる逆起電圧Ｖｃが所定の閾値Ｖｃｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。このモータＭＧ１の逆起電圧ＶｃはモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１により計算可能であるから、ここでは、モータＭＧ１の逆起電圧Ｖｃが電力ライン５４の電圧である供給電圧以上となるモータＭＧ１の回転数である閾値Ｎｍ１ｒｅｆを求めておき、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆの絶対値以上であるときに逆起電圧Ｖｃが所定の閾値Ｖｃｒｅｆ以上であると判定するものとした。逆起電圧Ｖｃが所定の閾値Ｖｃｒｅｆ以上でないとき、即ちモータＭＧ１の逆起電力が電力ライン５４へ流れにくくモータＭＧ１に対して弱め界磁処理の実行が不要であるときには、モータＭＧ１を駆動するインバータ４１をゲート遮断するゲート遮断指令と共にステップＳ１４０で設定したトルク指令Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０へ送信し（ステップＳ１６０）、このルーチンを終了する。インバータ４１のゲート遮断指令及びトルク指令Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、インバータ４１をゲート遮断すると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このように、逆起電圧Ｖｃが所定の閾値Ｖｃｒｅｆ以上でないときには、モータＭＧ１の逆起電力が電力ライン５４へ流れにくいため、モータＭＧ１に対する弱め界磁制御を実行せずに電力消費を抑えるのである。

一方、ステップＳ１５０で逆起電圧Ｖｃが所定の閾値Ｖｃｒｅｆ以上であるときには、車両の状態を調べ（ステップＳ１７０）、車両の状態が駆動力を出力して走行する力行状態（第１状態）であるときには、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を値０に設定し設定したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とステップＳ１４０で設定したモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とをモータＥＣＵ４０へ送信し（ステップＳ１８０）、このルーチンを終了する。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１に対して０トルクで駆動する即ち弱め界磁制御を行なうようインバータ４１のスイッチング素子のスイッチング制御を行なうと共に、トルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このように、車両が力行状態で逆起電圧Ｖｃが所定の閾値Ｖｃｒｅｆ以上であるときには、モータＭＧ１に対して弱め界磁制御を行なうことにより電力ライン５４へ逆起電力が流入するのを防止するのである。

一方、ステップＳ１７０で車両の状態が駆動力を回生する回生状態であるときには、バッテリ５０に充電可能であるか否かをバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの値（残容量ＳＯＣ）に基づいて判定し（ステップＳ１９０）、バッテリ５０が充電可能でない状態（第１状態）であるときにはステップＳ１８０の処理を実行してそのままこのルーチンを終了する。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１に対して０トルクで駆動する即ち弱め界磁制御を行なうようインバータ４１のスイッチング素子のスイッチング制御を行なうと共に、トルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このように、車両が回生状態で逆起電圧Ｖｃが所定の閾値Ｖｃｒｅｆ以上でありバッテリ５０の残容量ＳＯＣが大きく充電できないときには、モータＭＧ１に対して弱め界磁制御を行なうことにより電力ライン５４へ逆起電力が流入するのを防止するのである。

一方、ステップＳ１９０でバッテリ５０が充電可能である状態（第２状態）であるときには、ステップＳ１６０でモータＭＧ１を駆動するインバータ４１をゲート遮断するゲート遮断指令と共にステップＳ１４０で設定したトルク指令Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０へ送信し、このルーチンを終了する。インバータ４１のゲート遮断指令及びトルク指令Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、インバータ４１をゲート遮断すると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。図７は、モータ走行時での動力分配統合機構３０の回転要素における回転数の関係を示す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であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２であるリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。図７に示すように、エンジン２２が停止し（エンジン回転数Ｎｅが値０）モータＭＧ２の駆動により車両が走行しているときには、動力分配統合機構３０の回転要素における回転数の関係に基づいてモータＭＧ１が回転するため、モータＭＧ１ではモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が大きいほど大きな逆起電力が発生する。この逆起電力に基づく電流は、逆起電圧が電力ライン５４の供給電圧を下回るときにはインバータ４１をゲート遮断しても電力ライン５４には流れないが、逆起電圧が電力ライン５４の供給電圧以上ではインバータ４１をゲート遮断するとインバータ４１のダイオードＤ１〜Ｄ６が全波整流回路として機能し電力ライン５４に流れる。ここでは、車両が回生状態で逆起電圧Ｖｃが所定の閾値Ｖｃｒｅｆ以上でありバッテリ５０に充電可能であるときには、モータＭＧ２の回生電力をバッテリ５０へ蓄電するのに加え、モータＭＧ１に対する弱め界磁制御を実行せずに電力消費を抑えると共に、モータＭＧ１の逆起電力を電力ライン５４へ流しバッテリ５０を充電するのである。

以上詳述した本実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ１からの逆起電圧Ｖｃがバッテリ５０からの供給電圧よりも高くトルク指令Ｔｍ２＊をモータＭＧ２から出力する力行状態である状態や車両が回生状態でありモータＭＧ１からの逆起電圧Ｖｃがバッテリ５０からの供給電圧よりも高くバッテリ５０へ充電できない状態を含む第１状態であるときには、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔにより制限されたトルクがモータＭＧ２から出力されるようインバータ４２を制御すると共に、モータＭＧ１に対して弱め界磁処理を実行するようインバータ４１を制御する一方、モータＭＧ１からの逆起電圧Ｖｃがバッテリ５０からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つバッテリ５０が蓄電可能である第２状態であるときには、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔにより制限された回生トルクがモータＭＧ２により回生出力されるようインバータ４２を制御すると共に、ゲート遮断するようインバータ４１を制御する。このように、第２状態では、走行中であるがインバータ４１をゲート遮断し、モータＭＧ１の弱め界磁処理を行なわずに電力消費を抑えると共に、モータＭＧ１で生じた逆起電力をバッテリ５０に蓄電するため、車両のエネルギ効率をより高めることができる。また、インバータ４１は、モータＭＧ１で発生する逆起電力に対して全波整流を行なうことが可能な複数のダイオードを有する回路であるため、全波整流発電を行なうことにより、例えば半波整流発電を行なうものなどに比して車両のエネルギ効率を一層高めることができる。

上述した実施例では、図示しないモータ走行モード設定ボタンを押下したあとモータ走行制御ルーチンを実行するものとしたが、モータ走行条件には、このほかに、車両に要求される要求トルクＴｒ＊がエンジン２２の運転効率の下限値などとして定められる所定エネルギ値よりも低い条件などのときにモータ走行制御ルーチンを実行するものとしてもよい。

実施例では、インバータ４１のダイオードＤ１〜Ｄ６が全波整流回路として機能するものとしたが、特にこれに限られず、例えば半波整流回路として機能するものとしてもよい。こうしても、モータＭＧ１で生じる逆起電圧Ｖｃが所定の閾値Ｖｃｒｅｆ以上であるときであってもモータＭＧ１での弱め界磁制御を実行しないことにより、電力の消費が抑制可能であるため、車両のエネルギ効率をより高めることができる。

実施例では、モータ走行時においてモータＭＧ１からの逆起電圧Ｖｃがバッテリ５０からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つバッテリ５０が蓄電可能である第２状態であるときには、ゲート遮断するようインバータ４１を制御するものとしたが、モータＭＧ２に対してモータＭＧ１の回転が逆回転となる状態でエンジン２２を自立運転し、モータＭＧ１からの逆起電圧Ｖｃがバッテリ５０からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つバッテリ５０が蓄電可能である第２状態であるときには、ゲート遮断するようインバータ４１を制御するものとしてもよい。図８は、エンジン２２の自立運転時での動力分配統合機構３０の回転要素における回転数の関係を示す共線図の一例を示す説明図である。図８に示すように、逆起電圧Ｖｃがバッテリ５０からの供給電圧よりも高い状態となる、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が負側の閾値Ｎｍ１ｒｅｆよりも負側に大きくなるときには、インバータ４１のゲート遮断を行ない、インバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６が全波整流回路として機能し電力ライン５４に逆起電力の電流を流しバッテリ５０を充電するのである。こうしても、車両のエネルギ効率をより高めることができる。また、エンジン２２を運転した状態であっても、モータＭＧ２に対してモータＭＧ１の回転が逆回転となる状態でありサンギヤ３１側（図８のＳ）で発電した反力トルクはモータＭＧ２の回生側（下向きの矢印）と同じ向きに出るから、駆動軸でのトルク変動をより抑制することができる。なお、「所定の自立条件」には、例えば、エンジン２２から動力を出力しないがエンジン２２を運転するエンジン２２の暖機条件や図示しないエンジン２２の排気浄化装置の暖機条件、エンジン２２の運転に関する学習制御条件などが含まれていてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図９における車輪３９ｃ，３９ｄに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

ここで、実施例や変形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、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに走行用の動力を入出力可能なモータＭＧ２が「電動機」に相当し、動力を入出力可能であり走行に伴って逆起電力を発生するモータＭＧ１が「発電機」に相当し、駆動軸とエンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６とモータＭＧ１の回転軸との３軸に接続されこの３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当し、スイッチング素子Ｔ７〜Ｔ１２のスイッチングによりモータＭＧ２を駆動するインバータ４２が「電動機駆動回路」に相当し、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のスイッチングによりモータＭＧ１を駆動するインバータ４１が「発電機駆動回路」に相当し、インバータ４２を介してモータＭＧ２と電力のやり取りが可能でありインバータ４１を介してモータＭＧ１と電力のやり取りが可能なバッテリ５０が「蓄電手段」に相当し、モータＭＧ１からの逆起電圧がバッテリ５０からの供給電圧よりも高く所定の要求動力をモータＭＧ２から出力する力行状態である状態を含む第１状態であるときには要求動力に基づく動力がモータＭＧ２から出力されるようインバータ４２を制御すると共にモータＭＧ１に対して弱め界磁処理を実行するようインバータ４１を制御する一方、モータＭＧ１からの逆起電圧がバッテリ５０からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つバッテリ５０が蓄電可能である第２状態であるときには要求動力に基づく回生動力がモータＭＧ２から出力されるようインバータ４２を制御すると共にゲート遮断するようインバータ４１を制御するハイブリッド用電子制御ユニット７０及びモータＥＣＵ４０が「制御手段」に相当する。

ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、入力軸に回転子が接続され固定子の回転磁界により回転子を回転駆動させて駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、走行に伴って逆起電力が発生するものであれば如何なるタイプの発電機としても構わない。「３軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて４以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、入力軸と出力軸と発電機の回転軸との３軸に接続され３軸のうちのいずれかの軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ５０に限定されるものではなく、キャパシタなど、発電機および電動機と電力をやりとり可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とモータＥＣＵ４０とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるものなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、発電機からの逆起電圧が蓄電手段からの供給電圧よりも高く所定の要求動力を電動機から出力する力行状態である状態を含む第１状態であるときには要求動力に基づく動力が電動機から出力されるよう電動機駆動回路を制御すると共に発電機に対して弱め界磁処理を実行するよう発電機駆動回路を制御する一方、発電機からの逆起電圧が蓄電手段からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つ蓄電手段が蓄電可能である第２状態であるときには要求動力に基づく回生動力が電動機から出力されるよう電動機駆動回路を制御すると共にゲート遮断するよう発電機駆動回路を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。

なお、実施例や変形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最良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。

実施例では、エンジン２２を備えたハイブリッド自動車２０としたが、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両（列車や航空機）などに適用してもよい。また、こうした車両の制御方法の形態としてもよい。

以上、本発明の実施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。

本発明の一実施例である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やインバータ４１，４２，バッテリ５０などからなる電気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用電子制御ユニット７０により実行されるモータ走行制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 バッテリ５０における電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。 バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 モータ走行時での動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。 エンジン２２の自立運転時での動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、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 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、３９ｃ，３９ｄ 車輪、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，４５Ｗ，４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗ 電流センサ、５０ バッテリ、５１ａ 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）、５４ 電力ライン、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (5)

1. 内燃機関と、
   駆動軸に走行用の動力を入出力可能な電動機と、
   動力を入出力可能であり走行に伴って逆起電力を発生する発電機と、
   前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
   スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する電動機駆動回路と、
   スイッチング素子のスイッチングにより前記発電機を駆動する発電機駆動回路と、
   前記電動機駆動回路を介して前記電動機と電力のやり取りが可能であり前記発電機駆動回路を介して前記発電機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
   前記発電機からの逆起電圧が前記蓄電手段からの供給電圧よりも高く所定の要求動力を前記電動機から出力する力行状態である状態を含む第１状態であるときには前記要求動力に基づく動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共に前記発電機に対して弱め界磁処理を実行するよう前記発電機駆動回路を制御する一方、前記発電機からの逆起電圧が前記蓄電手段からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つ前記蓄電手段が蓄電可能である第２状態であるときには前記要求動力に基づく回生動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共にゲート遮断するよう前記発電機駆動回路を制御する制御手段と、
   を備える車両。
2. 前記発電機駆動回路は、前記発電機で発生する逆起電力に対して全波整流を行なうことが可能な複数のダイオードを有する回路である、請求項１に記載の車両。
3. 前記制御手段は、所定の電動機走行条件が成立したときには前記電動機の動力により走行するよう該電動機を制御し、該電動機走行時に前記第２状態であるときには前記要求動力に基づく回生動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共にゲート遮断するよう前記発電機駆動回路を制御する手段である、請求項１又は２に記載の車両。
4. 前記制御手段は、所定の自立条件が成立したときには自立運転するよう前記内燃機関を制御し、該内燃機関を自立運転しているときに前記第２状態であるときには前記要求動力に基づく回生動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共にゲート遮断するよう前記発電機駆動回路を制御する手段である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両。
5. 内燃機関と、駆動軸に走行用の動力を入出力可能な電動機と、走行に伴って逆起電力を発生する発電機と、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する電動機駆動回路と、スイッチング素子のスイッチングにより前記発電機を駆動する発電機駆動回路と、前記電動機駆動回路を介して前記電動機と電力のやり取りが可能であり前記発電機駆動回路を介して前記発電機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備える車両の制御方法であって、
   前記発電機からの逆起電圧が前記蓄電手段からの供給電圧よりも高く所定の要求動力を前記電動機から出力する力行状態である状態を含む第１状態であるときには前記要求動力に基づく動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共に前記発電機に対して弱め界磁処理を実行するよう前記発電機駆動回路を制御する一方、前記発電機からの逆起電圧が前記蓄電手段からの供給電圧よりも高い状態で車両が回生状態であり且つ前記蓄電手段が蓄電可能である第２状態であるときには前記要求動力に基づく回生動力が前記電動機から出力されるよう前記電動機駆動回路を制御すると共にゲート遮断するよう前記発電機駆動回路を制御する、
   車両の制御方法。

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