ハイブリッド自動車
【課題】昇降圧コンバータを備えたハイブリッド自動車において、昇降圧コンバータのスイッチング素子の過熱を良好に抑制しながら、内燃機関の始動要求がなされたときに当該内燃機関をより確実に始動する。
【解決手段】昇降圧コンバータ５５の上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上であってバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎに制限が課されているときに、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングしたときの発電電力Ｐｍ１のモータＭＧ２で消費される消費電力Ｐｍ２に対する余剰分である余剰電力Ｐｅｘが入力制限Ｗｉｎの範囲内でない場合、エンジン２２の始動要求がなされたときに、余剰電力Ｐｅｘのうちの少なくとも入力制限Ｗｉｎを超える分の電力が駆動力の出力に用いられることなくモータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも何れか一方で消費されるようにインバータ４１，４２を制御する。
【解決手段】昇降圧コンバータ５５の上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上であってバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎに制限が課されているときに、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングしたときの発電電力Ｐｍ１のモータＭＧ２で消費される消費電力Ｐｍ２に対する余剰分である余剰電力Ｐｅｘが入力制限Ｗｉｎの範囲内でない場合、エンジン２２の始動要求がなされたときに、余剰電力Ｐｅｘのうちの少なくとも入力制限Ｗｉｎを超える分の電力が駆動力の出力に用いられることなくモータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも何れか一方で消費されるようにインバータ４１，４２を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスイッチング素子を有すると共に蓄電手段とそれぞれモータを駆動をする第１および第２インバータとの間で電圧を変換する昇降圧コンバータを備えるハイブリッド自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車に搭載される電力制御装置として、二次電池と、二次電池からの直流電力を交流電力に変換すると共に当該交流電力をトラクションモータに供給するトラクションインバータと、力行走行時には二次電池の出力電圧を昇圧してトラクションインバータ側に供給すると共に、回生制動時にはトラクションモータにより回生された電力を降圧して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の検出温度または推定温度に基づいてスイッチング素子の通過電力を制限するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電力制御装置は、電気自動車の力行走行時に、当該力行走行時に通電されるＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の温度に基づいてスイッチング素子の通過電力を制限すると共に、電気自動車の回生制動時には、当該回生制動時に通電されるスイッチング素子の温度に基づいてスイッチング素子の通過電力を制限することにより、スイッチング素子の通過電力の制限を最適化している。また、この種の電気自動車に搭載される電力制御装置としては、蓄電装置と、リアクトルと上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とを有する電圧変換器と、インバータユニットとを備え、電圧変換器のリアクトルの温度に応じて蓄電装置の入力電圧Ｗｉｎおよび出力電圧Ｗｏｕｔを制限することによりリアクトルの温度上昇を抑制するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２０４０３２号公報
【特許文献２】特開２００９−２５４２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来、内燃機関と、第１および第２電動機と、これらが接続される遊星歯車機構とを備えたハイブリッド自動車が知られているが、この種のハイブリッド自動車では、第１電動機により内燃機関をクランキングすると共に当該クランキングに伴って車軸側に出力されるトルクを第２電動機からのトルクによりキャンセルしながら内燃機関を始動させることがある。ここで、この種のハイブリッド自動車であってＤＣ／ＤＣコンバータを備えたものにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子の過熱を抑制するために、特許文献１に記載されたもののようにスイッチング素子の通過電力を制限すると、エンジンの始動要求がなされたときに二次電池を充電する方向の電流の流れが制限されることから、エンジンをクランキングする第１電動機による発電が制限され、それにより第１電動機のクランキングによりエンジンを始動させ得なくなるおそれがある。
【０００５】
本発明のハイブリッド自動車は、複数のスイッチング素子を有すると共に蓄電手段とそれぞれモータを駆動する第１および第２インバータとの間で電圧を変換する昇降圧コンバータを備えたハイブリッド自動車において、昇降圧コンバータのスイッチング素子の過熱を良好に抑制しながら内燃機関の始動要求がなされたときに当該内燃機関をより確実に始動することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明のハイブリッド自動車は、内燃機関と、動力を入出力可能な第１電動機と、３つの回転要素に対して車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸とが共線図上で該駆動軸、該出力軸、該回転軸の順に並ぶように接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、前記第１および第２電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記蓄電手段の充電に許容される電力である充電許容電力を設定する充電許容電力設定手段と、前記第１電動機を駆動する第１インバータと、前記第２電動機を駆動する第２インバータと、複数のスイッチング素子を有すると共に前記蓄電手段と前記第１および第２インバータとの間で電圧を変換する昇降圧コンバータと、前記複数のスイッチング素子のうちの前記第１および第２インバータ側から前記蓄電手段側へと電流が流れるときにオンされるスイッチング素子の温度を取得する温度取得手段と、前記設定された充電許容電力の範囲内で車両に要求される駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記第１および第２インバータとを制御する制御手段とを含むハイブリッド自動車において、
前記温度取得手段により取得された前記スイッチング素子の温度が所定温度以上であるときに前記設定された充電許容電力に制限を課す充電許容電力制限手段と、
前記充電許容電力制限手段により前記充電許容電力に制限が課されているときに、前記第１電動機により前記内燃機関をクランキングしたときの発電電力の前記第２電動機の消費電力に対する余剰分である余剰電力が前記充電許容電力の範囲内であるか否かを判定する判定手段とを備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の停止中に該内燃機関の始動要求がなされたときに前記判定手段により前記余剰電力が前記充電許容電力の範囲内でないと判定される場合には、該余剰電力のうちの少なくとも前記充電許容電力を超える分の電力が前記駆動力の出力に用いられることなく前記第１および第２電動機の少なくとも何れか一方で消費されるように前記第１および第２インバータを制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明のハイブリッド自動車では、昇降圧コンバータを構成するスイッチング素子のうちの第１および第２インバータ側から蓄電手段側へと電流が流れるときにオンされるスイッチング素子の温度が所定温度以上であるときに、蓄電手段の充電許容電力に制限が課される。これにより、蓄電手段を充電する際にオンされるスイッチング素子の通電量が制限されるため、当該スイッチング素子の過熱を良好に抑制することができる。また、こうして充電許容電力に制限が課されているときには、第１電動機により内燃機関をクランキングしたときの発電電力の第２電動機の消費電力に対する余剰分である余剰電力が充電許容電力の範囲内であるか否か判定され、内燃機関の停止中に内燃機関の始動要求がなされたときに余剰電力が充電許容電力の範囲内でないと判定される場合には、余剰電力のうちの少なくとも充電許容電力を超える分の電力が駆動力の出力に用いられることなく第１および第２電動機の少なくとも何れか一方で消費されるように第１および第２インバータが制御される。このように、蓄電手段の充電許容電力に制限を課したことによって第１電動機により内燃機関をクランキングしたときの発電電力の第２電動機の消費電力に対する余剰分である余剰電力を蓄電手段に充電しきれないときには、当該余剰電力のうちの少なくとも充電許容電力を超える分の電力を駆動力の出力に供することなく第１および第２電動機の少なくとも一方で消費させることにより、蓄電手段の充電許容電力が制限されていたとしても、内燃機関の始動要求がなされたときに内燃機関をより確実に始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例に係るハイブリッド自動車２０の昇降圧コンバータ５５の概略構成図である。
【図３】実施例のハイブリッドＥＣＵ７０により実行される上アーム過熱抑制ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２を駆動制御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プラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、プラネタリギヤ３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに連結された減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、リングギヤ軸３２ａにギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して接続された駆動輪３９ａ，３９ｂと、電力ライン５４に接続された例えばリチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池であるバッテリ５０と、モータＭＧ１と電力ライン５４との間に介設されたインバータ４１と、モータＭＧ２と電力ライン５４との間に介設されたインバータ４２と、バッテリ５０とインバータ４１，４２との間で電圧を変換する昇降圧コンバータ５５と、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１およびＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０と、バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２と、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と通信しながら車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０とを備える。
【００１２】
プラネタリギヤ３０は、モータＭＧ１の回転軸に接続されるサンギヤ３１と、リングギヤ軸３２ａや減速ギヤ３５を介してモータＭＧ２の回転軸に接続されるリングギヤ３２と、サンギヤ３１と噛合すると共にリングギヤ３２と噛合する複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持し、かつエンジン２２のクランクシャフト２６に接続されるキャリア３４とを有する。従って、プラネタリギヤ３０の３つの回転要素に対しては、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとエンジン２２のクランクシャフト２６とモータＭＧ１の回転軸とが共線図上でリングギヤ軸３２ａ、クランクシャフト２６、モータＭＧ１の回転軸の順に並ぶように接続される。
【００１３】
昇降圧コンバータ５５は、バッテリ５０と接続されており、図２に示すように、２つのトランジスタＴ３１およびトランジスタＴ３２と、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬとを含む。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ４１，４２の正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに接続されており、両者の接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと負極母線５４ｂとには、バッテリ５０の正極端子と負極端子とが接続されると共に、昇降圧コンバータ５５のバッテリ５０側の電圧を平滑化する平滑コンデンサ５７が接続されている。更に、平滑コンデンサ５７の端子間には電圧センサ５７ａが設置されており、この電圧センサ５７ａの検出値を用いて昇降圧コンバータ５５の昇圧前電圧ＶＬが取得される。これにより、トランジスタＴ３１（以下、「上アームトランジスタＴ３１」という）をオフとすると共に，トランジスタＴ３２（以下、「下アームトランジスタＴ３２」という）をスイッチング制御することによりバッテリ５０側からの直流電力の電圧（昇圧前電圧ＶＬ）を昇圧してインバータ４１，４２に供給することができる。この場合、インバータ４１，４２に印加され得る昇降圧コンバータ５５による昇圧後電圧ＶＨは、平滑コンデンサ５８の端子間に設置された電圧センサ５８ａの検出値を用いて取得される。また、昇降圧コンバータ５５の下アームトランジスタＴ３２をオフとすると共に，上アームトランジスタＴ３１をスイッチング制御することにより、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに作用している直流電圧を降圧してバッテリ５０を充電することもできる。更に、昇降圧コンバータ５５の上アームトランジスタＴ３１および下アームトランジスタＴ３２には、それぞれの温度Ｔｕ，Ｔｌを検出する温度センサ５９，６０が取付けられている。なお、上アームトランジスタＴ３１および下アームトランジスタＴ３２の何れか一方に温度センサを取付けると共に、当該温度センサにより検出される温度に基づいて他方のトランジスタの温度を推定してもよく、温度センサ５９，６０を省略してバッテリ５０を流れるバッテリ電流等に基づいて上アームトランジスタＴ３１，下アームトランジスタＴ３２の双方の温度を推定してもよい。
【００１４】
インバータ４１，４２および昇降圧コンバータ５５は、いずれもモータＥＣＵ４０により制御され、これによりモータＭＧ１，ＭＧ２が駆動制御される。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のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や電圧センサ５７ａからの平滑コンデンサ５７の昇圧前電圧ＶＬ、電圧センサ５８ａからの平滑コンデンサ５８の昇圧後電圧ＶＨ，温度センサ５９，６０からの温度Ｔｕ，Ｔｌなどが入力される。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２のトランジスタへのスイッチング制御信号や昇降圧コンバータ５５のトランジスタへのスイッチング制御信号が出力される。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。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを算出したり、残容量ＳＯＣと所定の充放電制約とに基づいてバッテリ５０の充放電要求パワーを算出したり、バッテリ５０の残容量ＳＯＣとバッテリ５０の温度とに基づいてバッテリ５０の充電に許容される電力である充電許容電力としての入力制限Ｗｉｎとバッテリ５０の放電に許容される電力である放電許容電力としての出力制限Ｗｏｕｔを算出したりする。
【００１５】
上述のように構成された実施例のハイブリッド自動車２０においてイグニッションスイッチ８０がオンされると共にエンジン２２が運転されている場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、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や車速センサ８８からの車速Ｖに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定すると共に、設定した要求トルクＴｒ＊に基づいてエンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊を設定し、要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する。更に、目標トルクＴｅ＊等に基づいてバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると共に、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊等に基づいて目標昇圧後電圧ＶＨ＊といった指令信号を生成し、生成した信号をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とからなる運転ポイントでエンジン２２が運転されるようにエンジン２２に対する吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御などを行なう。モータＥＣＵ４０は、昇圧後電圧ＶＨが目標昇圧後電圧ＶＨ＊となるように昇降圧コンバータ５５のスイッチング制御を行うと共に、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようにインバータ４１，４２のスイッチング制御を行なう。また、実施例のハイブリッド自動車２０においてエンジン２２の運転が停止されている場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、要求トルクＴｒ＊に応じたトルクがリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定すると共に、トルク指令Ｔｍ２＊等に基づいて目標昇圧後電圧ＶＨ＊を設定し、モータＥＣＵ４０に送信する。この場合、モータＥＣＵ４０は、昇圧後電圧ＶＨが目標昇圧後電圧ＶＨ＊となるように昇降圧コンバータ５５のスイッチング制御を行うと共に、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。
【００１６】
更に、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン２２の運転が停止されているときに、要求パワーＰｅ＊や車速Ｖ、残容量ＳＯＣといったパラメータとそれぞれについて設定される閾値とを比較するエンジン始動判定を実行する。そして、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン始動判定の結果、エンジン２２を始動すべきと判断した場合には、エンジン２２をクランキングするようにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共にエンジン２２のクランキングに伴ってリングギヤ軸３２ａに作用する駆動トルクに対する反力としてのトルクをキャンセルしつつ要求トルクＴｒ＊に基づくトルクがリングギヤ軸３２ａに出力されるようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、更に設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊等に基づいて目標昇圧後電圧ＶＨ＊を設定し、当該トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊や目標昇圧後電圧ＶＨ＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＥＣＵ４０は、昇圧後電圧ＶＨが目標昇圧後電圧ＶＨ＊となるように昇降圧コンバータ５５のスイッチング制御を行うと共に、ハイブリッドＥＣＵ７０により設定されたトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に従ってインバータ４１，４２をスイッチング制御し、エンジンＥＣＵ２４は、所定のタイミングで燃料噴射および点火が開始されるようにエンジン２２を制御する。
【００１７】
次に、実施例のハイブリッド自動車２０において、昇降圧コンバータ５５を構成する複数のトランジスタ（スイッチング素子）Ｔ３１およびＴ３２のうちのバッテリ５０を充電する際にオンされる上アームトランジスタＴ３１の過熱を抑制するための制御について説明する。図３は、昇降圧コンバータ５５の上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上であるときに、ハイブリッドＥＣＵ７０により所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される上アーム過熱抑制ルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、実施例では、温度センサ５９により検出された上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上になると、上アーム過熱抑制ルーチンの実行を指示するための信号がモータＥＣＵ４０からハイブリッドＥＣＵ７０に送信され、この信号をモータＥＣＵ４０から受け取ると、ハイブリッドＥＣＵ７０は、上アーム過熱抑制ルーチンを開始する。
【００１８】
上アーム過熱抑制ルーチンの開始に際して、実施例のハイブリッドＥＣＵ７０は、まず、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎといった上アーム過熱抑制ルーチンの実行に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、モータＥＣＵ４０から通信により入力されるものであり、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎは、バッテリＥＣＵ５２から通信により入力される。続いて、入力した入力制限Ｗｉｎ（負の値）と制限値Ｗｉｎｓ（負の値）との大きい方（絶対値が小さい方）を新たな入力制限Ｗｉｎに設定することにより入力制限Ｗｉｎを制限する（ステップＳ１２０）。ここで、制限値Ｗｉｎｓは、昇降圧コンバータ５５の上アームトランジスタＴ３１の過熱を抑制可能な上アームトランジスタＴ３１の通電量に基づいて実験・解析等により予め定められる。なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上であるときに、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎのみが制限され、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが制限されることはない。
【００１９】
このように、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを制限値Ｗｉｎｓで制限することにより、充電電力として小さく制限されたＷｉｎを用いて各駆動制御が実行されるため、昇降圧コンバータ５５を構成するトランジスタのうちのバッテリ５０を充電する際にオンされる上アームトランジスタＴ３１の通電量が制限され、当該上アームトランジスタＴ３１の過熱が抑制される。また、上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上であるときにバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎのみを制限して出力制限Ｗｏｕｔを制限しないことにより、出力制限ＷｏｕｔすなわちモータＭＧ２からのトルク出力の制限に起因してエンジン２２の運転停止中に必要以上にエンジン２２が始動されてしまうのを抑制し、それによりエミッションやドライバビリティの悪化を抑えることができる。ただし、このようにバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを制限すると、例えば所定の高車速領域でエンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２から出力される駆動力のみで走行している最中にエンジン２２の始動要求がなされ、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングしてエンジン２２を始動させる際に、クランキングに伴ってモータＭＧ１で発電される発電電力のモータＭＧ２で消費される消費電力に対する余剰分の電力がバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超えやすくなる。そして、このような場合には、モータＭＧ１からのトルクの出力が制限されるため、モータＭＧ１のクランキングによりエンジン２２を始動し得なくなるおそれがある。そこで、実施例の上アーム過熱抑制ルーチンでは、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎが制限されている場合であってもエンジン２２をより確実に始動可能とするために、引き続き以下の処理が実行される。
【００２０】
すなわち、ステップＳ１１０にてバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを制限したならば、エンジン２２が停止中か否かを判定し（ステップＳ１２０）、エンジン２２が停止中であれば、更にエンジン２２の始動要求がなされているか否かを判定する（ステップＳ１３０）。エンジン２２の始動要求は、上述したエンジン始動判定の結果、エンジン２２を始動すべきと判断されているときになされるものである。そして、エンジン２２の始動要求がなされている場合には、エンジン２２を始動するためにモータＭＧ１でエンジン２２をクランキングすることによりモータＭＧ１で発電される発電電力Ｐｍ１（負の値）と、モータＭＧ１によるエンジン２２のクランキングに伴ってリングギヤ軸３２ａに作用する駆動トルクに対する反力としてのトルクをキャンセルしつつ要求トルクＴｒ＊に基づくトルクをリングギヤ軸３２ａに出力することによりモータＭＧ２で消費される消費電力Ｐｍ２（正の値）との和である余剰電力Ｐｅｘを計算する（ステップＳ１４０）。ここで、発電電力Ｐｍ１は、実施例では、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊すなわちエンジン２２のフリクショントルク等に基づいて予め定められるエンジン２２をクランキングするためにモータＭＧ１から出力すべきクランキングトルクとを乗じた値として計算される。また、消費電力Ｐｍ２は、実施例では、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを乗じた値として計算される。なお、例えば車速センサ８８から入力される車速Ｖと余剰電力Ｐｅｘとの関係を図示しない余剰電力設定用マップとして予め定めておき、与えられた車速Ｖに対応する余剰電力Ｐｅｘを当該マップから導出してもよい。
【００２１】
次に、計算した余剰電力ＰｅｘがステップＳ１１０にて制限されたバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎよりも小さい（絶対値が大きい）か否か、すなわち、余剰電力Ｐｅｘのすべてをバッテリ５０に充電可能であるか否かを判定し（ステップＳ１５０）、余剰電力Ｐｅｘが入力制限Ｗｉｎよりも小さく（絶対値が大きく）余剰電力Ｐｅｘのすべてをバッテリ５０に充電し得ないと判定されたときには、無効電力増加制御の実行指令をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１６０）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。無効電力増加制御は、モータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも一方でトルクの発生に寄与しないｄ軸電流を増加させることにより、余剰電力Ｐｅｘのうちの少なくとも入力制限Ｗｉｎを超える分の電力をトルクの出力に用いることなく当該モータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも一方で消費させるようにインバータ４１，４２を制御するものである。そして、ハイブリッドＥＣＵ７０から無効電力増加制御の実行指令を受け取ったモータＥＣＵ４０は、予め定められた制約に従って余剰電力Ｐｅｘのうちの入力制限Ｗｉｎを超える分の電力の大きさに応じてモータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも一方でトルクの発生に寄与しないｄ軸電流を増加させる。一方、ステップＳ１２０にてエンジン２２が運転中であると判定された場合、ステップＳ１３０にてエンジン２２の始動要求がなされていないと判定された場合、ステップＳ１５０にて余剰電力Ｐｅｘがバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎよりも大きい（絶対値が小さい）と判定された場合には、無効電力増加制御の実行指令をモータＥＣＵ４０に送信することなく再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。
【００２２】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、昇降圧コンバータ５５を構成するスイッチング素子のうちのインバータ４１，４２側からバッテリ５０側へと電流が流れるときにオンされる（スイッチング制御される）上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上であるときに、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎに制限が課される（ステップＳ１１０）。これにより、バッテリ５０を充電する際にオンされる上アームトランジスタＴ３１の通電量が制限されるため、当該上アームトランジスタＴ３１の過熱を良好に抑制することができる。また、入力制限Ｗｉｎに制限が課されているときにエンジン２２の始動要求がなされた場合には、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングしたときに発電される発電電力Ｐｍ１のモータＭＧ２で消費される消費電力Ｐｍ２に対する余剰分である余剰電力Ｐｅｘが入力制限Ｗｉｎの範囲内であるか否か判定され（ステップＳ１２０−Ｓ１５０）、エンジン２２の停止中にエンジン２２の始動要求がなされたときに余剰電力Ｐｅｘが入力制限Ｗｉｎの範囲内でないと判定された場合には、モータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも一方でトルクの発生に寄与しないｄ軸電流を増加させる無効電力増加制御の実行が指示される（ステップＳ１６０）。これにより、エンジン２２の停止中にエンジン２２の始動要求がなされたときに余剰電力Ｐｅｘが制限された入力制限Ｗｉｎの範囲内でない場合、余剰電力Ｐｅｘのうちの少なくとも入力制限Ｗｉｎを超える分の電力が駆動力の出力に用いられることなくモータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも何れか一方で消費されるようにモータＥＣＵ４０によりインバータ４１，４２が制御されることになる。このように、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎに制限を課したことによってモータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングしたときの発電電力Ｐｍ１のモータＭＧ２の費消費電力Ｐｍ２に対する余剰分である余剰電力Ｐｅｘをバッテリ５０へと充電しきれないときには、当該余剰電力Ｐｅｘのうちの少なくとも入力制限Ｗｉｎを超える分の電力を駆動力の出力に供することなくモータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも一方で消費させることにより、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎが制限されていたとしても、エンジン２２の始動要求がなされたときにエンジン２２をより確実に始動させることができる。
【００２３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
２０ 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 プラネタリギヤ、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、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、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１ インバータ、４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、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、５４ａ 正極母線、５４ｂ 負極母線、５５ 昇降圧コンバータ、５７，５８ 平滑コンデンサ、５７ａ，５８ａ 電圧センサ、５９，６０ 温度センサ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｔ３１ 上アームトランジスタ、Ｔ３２ 下アームトランジスタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスイッチング素子を有すると共に蓄電手段とそれぞれモータを駆動をする第１および第２インバータとの間で電圧を変換する昇降圧コンバータを備えるハイブリッド自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車に搭載される電力制御装置として、二次電池と、二次電池からの直流電力を交流電力に変換すると共に当該交流電力をトラクションモータに供給するトラクションインバータと、力行走行時には二次電池の出力電圧を昇圧してトラクションインバータ側に供給すると共に、回生制動時にはトラクションモータにより回生された電力を降圧して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の検出温度または推定温度に基づいてスイッチング素子の通過電力を制限するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電力制御装置は、電気自動車の力行走行時に、当該力行走行時に通電されるＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の温度に基づいてスイッチング素子の通過電力を制限すると共に、電気自動車の回生制動時には、当該回生制動時に通電されるスイッチング素子の温度に基づいてスイッチング素子の通過電力を制限することにより、スイッチング素子の通過電力の制限を最適化している。また、この種の電気自動車に搭載される電力制御装置としては、蓄電装置と、リアクトルと上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とを有する電圧変換器と、インバータユニットとを備え、電圧変換器のリアクトルの温度に応じて蓄電装置の入力電圧Ｗｉｎおよび出力電圧Ｗｏｕｔを制限することによりリアクトルの温度上昇を抑制するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２０４０３２号公報
【特許文献２】特開２００９−２５４２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来、内燃機関と、第１および第２電動機と、これらが接続される遊星歯車機構とを備えたハイブリッド自動車が知られているが、この種のハイブリッド自動車では、第１電動機により内燃機関をクランキングすると共に当該クランキングに伴って車軸側に出力されるトルクを第２電動機からのトルクによりキャンセルしながら内燃機関を始動させることがある。ここで、この種のハイブリッド自動車であってＤＣ／ＤＣコンバータを備えたものにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子の過熱を抑制するために、特許文献１に記載されたもののようにスイッチング素子の通過電力を制限すると、エンジンの始動要求がなされたときに二次電池を充電する方向の電流の流れが制限されることから、エンジンをクランキングする第１電動機による発電が制限され、それにより第１電動機のクランキングによりエンジンを始動させ得なくなるおそれがある。
【０００５】
本発明のハイブリッド自動車は、複数のスイッチング素子を有すると共に蓄電手段とそれぞれモータを駆動する第１および第２インバータとの間で電圧を変換する昇降圧コンバータを備えたハイブリッド自動車において、昇降圧コンバータのスイッチング素子の過熱を良好に抑制しながら内燃機関の始動要求がなされたときに当該内燃機関をより確実に始動することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明のハイブリッド自動車は、内燃機関と、動力を入出力可能な第１電動機と、３つの回転要素に対して車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸とが共線図上で該駆動軸、該出力軸、該回転軸の順に並ぶように接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、前記第１および第２電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記蓄電手段の充電に許容される電力である充電許容電力を設定する充電許容電力設定手段と、前記第１電動機を駆動する第１インバータと、前記第２電動機を駆動する第２インバータと、複数のスイッチング素子を有すると共に前記蓄電手段と前記第１および第２インバータとの間で電圧を変換する昇降圧コンバータと、前記複数のスイッチング素子のうちの前記第１および第２インバータ側から前記蓄電手段側へと電流が流れるときにオンされるスイッチング素子の温度を取得する温度取得手段と、前記設定された充電許容電力の範囲内で車両に要求される駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記第１および第２インバータとを制御する制御手段とを含むハイブリッド自動車において、
前記温度取得手段により取得された前記スイッチング素子の温度が所定温度以上であるときに前記設定された充電許容電力に制限を課す充電許容電力制限手段と、
前記充電許容電力制限手段により前記充電許容電力に制限が課されているときに、前記第１電動機により前記内燃機関をクランキングしたときの発電電力の前記第２電動機の消費電力に対する余剰分である余剰電力が前記充電許容電力の範囲内であるか否かを判定する判定手段とを備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の停止中に該内燃機関の始動要求がなされたときに前記判定手段により前記余剰電力が前記充電許容電力の範囲内でないと判定される場合には、該余剰電力のうちの少なくとも前記充電許容電力を超える分の電力が前記駆動力の出力に用いられることなく前記第１および第２電動機の少なくとも何れか一方で消費されるように前記第１および第２インバータを制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明のハイブリッド自動車では、昇降圧コンバータを構成するスイッチング素子のうちの第１および第２インバータ側から蓄電手段側へと電流が流れるときにオンされるスイッチング素子の温度が所定温度以上であるときに、蓄電手段の充電許容電力に制限が課される。これにより、蓄電手段を充電する際にオンされるスイッチング素子の通電量が制限されるため、当該スイッチング素子の過熱を良好に抑制することができる。また、こうして充電許容電力に制限が課されているときには、第１電動機により内燃機関をクランキングしたときの発電電力の第２電動機の消費電力に対する余剰分である余剰電力が充電許容電力の範囲内であるか否か判定され、内燃機関の停止中に内燃機関の始動要求がなされたときに余剰電力が充電許容電力の範囲内でないと判定される場合には、余剰電力のうちの少なくとも充電許容電力を超える分の電力が駆動力の出力に用いられることなく第１および第２電動機の少なくとも何れか一方で消費されるように第１および第２インバータが制御される。このように、蓄電手段の充電許容電力に制限を課したことによって第１電動機により内燃機関をクランキングしたときの発電電力の第２電動機の消費電力に対する余剰分である余剰電力を蓄電手段に充電しきれないときには、当該余剰電力のうちの少なくとも充電許容電力を超える分の電力を駆動力の出力に供することなく第１および第２電動機の少なくとも一方で消費させることにより、蓄電手段の充電許容電力が制限されていたとしても、内燃機関の始動要求がなされたときに内燃機関をより確実に始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例に係るハイブリッド自動車２０の昇降圧コンバータ５５の概略構成図である。
【図３】実施例のハイブリッドＥＣＵ７０により実行される上アーム過熱抑制ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２を駆動制御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プラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、プラネタリギヤ３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに連結された減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、リングギヤ軸３２ａにギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して接続された駆動輪３９ａ，３９ｂと、電力ライン５４に接続された例えばリチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池であるバッテリ５０と、モータＭＧ１と電力ライン５４との間に介設されたインバータ４１と、モータＭＧ２と電力ライン５４との間に介設されたインバータ４２と、バッテリ５０とインバータ４１，４２との間で電圧を変換する昇降圧コンバータ５５と、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１およびＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０と、バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２と、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と通信しながら車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０とを備える。
【００１２】
プラネタリギヤ３０は、モータＭＧ１の回転軸に接続されるサンギヤ３１と、リングギヤ軸３２ａや減速ギヤ３５を介してモータＭＧ２の回転軸に接続されるリングギヤ３２と、サンギヤ３１と噛合すると共にリングギヤ３２と噛合する複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持し、かつエンジン２２のクランクシャフト２６に接続されるキャリア３４とを有する。従って、プラネタリギヤ３０の３つの回転要素に対しては、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとエンジン２２のクランクシャフト２６とモータＭＧ１の回転軸とが共線図上でリングギヤ軸３２ａ、クランクシャフト２６、モータＭＧ１の回転軸の順に並ぶように接続される。
【００１３】
昇降圧コンバータ５５は、バッテリ５０と接続されており、図２に示すように、２つのトランジスタＴ３１およびトランジスタＴ３２と、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬとを含む。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ４１，４２の正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに接続されており、両者の接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと負極母線５４ｂとには、バッテリ５０の正極端子と負極端子とが接続されると共に、昇降圧コンバータ５５のバッテリ５０側の電圧を平滑化する平滑コンデンサ５７が接続されている。更に、平滑コンデンサ５７の端子間には電圧センサ５７ａが設置されており、この電圧センサ５７ａの検出値を用いて昇降圧コンバータ５５の昇圧前電圧ＶＬが取得される。これにより、トランジスタＴ３１（以下、「上アームトランジスタＴ３１」という）をオフとすると共に，トランジスタＴ３２（以下、「下アームトランジスタＴ３２」という）をスイッチング制御することによりバッテリ５０側からの直流電力の電圧（昇圧前電圧ＶＬ）を昇圧してインバータ４１，４２に供給することができる。この場合、インバータ４１，４２に印加され得る昇降圧コンバータ５５による昇圧後電圧ＶＨは、平滑コンデンサ５８の端子間に設置された電圧センサ５８ａの検出値を用いて取得される。また、昇降圧コンバータ５５の下アームトランジスタＴ３２をオフとすると共に，上アームトランジスタＴ３１をスイッチング制御することにより、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに作用している直流電圧を降圧してバッテリ５０を充電することもできる。更に、昇降圧コンバータ５５の上アームトランジスタＴ３１および下アームトランジスタＴ３２には、それぞれの温度Ｔｕ，Ｔｌを検出する温度センサ５９，６０が取付けられている。なお、上アームトランジスタＴ３１および下アームトランジスタＴ３２の何れか一方に温度センサを取付けると共に、当該温度センサにより検出される温度に基づいて他方のトランジスタの温度を推定してもよく、温度センサ５９，６０を省略してバッテリ５０を流れるバッテリ電流等に基づいて上アームトランジスタＴ３１，下アームトランジスタＴ３２の双方の温度を推定してもよい。
【００１４】
インバータ４１，４２および昇降圧コンバータ５５は、いずれもモータＥＣＵ４０により制御され、これによりモータＭＧ１，ＭＧ２が駆動制御される。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のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や電圧センサ５７ａからの平滑コンデンサ５７の昇圧前電圧ＶＬ、電圧センサ５８ａからの平滑コンデンサ５８の昇圧後電圧ＶＨ，温度センサ５９，６０からの温度Ｔｕ，Ｔｌなどが入力される。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２のトランジスタへのスイッチング制御信号や昇降圧コンバータ５５のトランジスタへのスイッチング制御信号が出力される。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。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを算出したり、残容量ＳＯＣと所定の充放電制約とに基づいてバッテリ５０の充放電要求パワーを算出したり、バッテリ５０の残容量ＳＯＣとバッテリ５０の温度とに基づいてバッテリ５０の充電に許容される電力である充電許容電力としての入力制限Ｗｉｎとバッテリ５０の放電に許容される電力である放電許容電力としての出力制限Ｗｏｕｔを算出したりする。
【００１５】
上述のように構成された実施例のハイブリッド自動車２０においてイグニッションスイッチ８０がオンされると共にエンジン２２が運転されている場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、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や車速センサ８８からの車速Ｖに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定すると共に、設定した要求トルクＴｒ＊に基づいてエンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊を設定し、要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する。更に、目標トルクＴｅ＊等に基づいてバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると共に、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊等に基づいて目標昇圧後電圧ＶＨ＊といった指令信号を生成し、生成した信号をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とからなる運転ポイントでエンジン２２が運転されるようにエンジン２２に対する吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御などを行なう。モータＥＣＵ４０は、昇圧後電圧ＶＨが目標昇圧後電圧ＶＨ＊となるように昇降圧コンバータ５５のスイッチング制御を行うと共に、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようにインバータ４１，４２のスイッチング制御を行なう。また、実施例のハイブリッド自動車２０においてエンジン２２の運転が停止されている場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、要求トルクＴｒ＊に応じたトルクがリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定すると共に、トルク指令Ｔｍ２＊等に基づいて目標昇圧後電圧ＶＨ＊を設定し、モータＥＣＵ４０に送信する。この場合、モータＥＣＵ４０は、昇圧後電圧ＶＨが目標昇圧後電圧ＶＨ＊となるように昇降圧コンバータ５５のスイッチング制御を行うと共に、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。
【００１６】
更に、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン２２の運転が停止されているときに、要求パワーＰｅ＊や車速Ｖ、残容量ＳＯＣといったパラメータとそれぞれについて設定される閾値とを比較するエンジン始動判定を実行する。そして、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン始動判定の結果、エンジン２２を始動すべきと判断した場合には、エンジン２２をクランキングするようにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共にエンジン２２のクランキングに伴ってリングギヤ軸３２ａに作用する駆動トルクに対する反力としてのトルクをキャンセルしつつ要求トルクＴｒ＊に基づくトルクがリングギヤ軸３２ａに出力されるようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、更に設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊等に基づいて目標昇圧後電圧ＶＨ＊を設定し、当該トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊や目標昇圧後電圧ＶＨ＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＥＣＵ４０は、昇圧後電圧ＶＨが目標昇圧後電圧ＶＨ＊となるように昇降圧コンバータ５５のスイッチング制御を行うと共に、ハイブリッドＥＣＵ７０により設定されたトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に従ってインバータ４１，４２をスイッチング制御し、エンジンＥＣＵ２４は、所定のタイミングで燃料噴射および点火が開始されるようにエンジン２２を制御する。
【００１７】
次に、実施例のハイブリッド自動車２０において、昇降圧コンバータ５５を構成する複数のトランジスタ（スイッチング素子）Ｔ３１およびＴ３２のうちのバッテリ５０を充電する際にオンされる上アームトランジスタＴ３１の過熱を抑制するための制御について説明する。図３は、昇降圧コンバータ５５の上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上であるときに、ハイブリッドＥＣＵ７０により所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される上アーム過熱抑制ルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、実施例では、温度センサ５９により検出された上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上になると、上アーム過熱抑制ルーチンの実行を指示するための信号がモータＥＣＵ４０からハイブリッドＥＣＵ７０に送信され、この信号をモータＥＣＵ４０から受け取ると、ハイブリッドＥＣＵ７０は、上アーム過熱抑制ルーチンを開始する。
【００１８】
上アーム過熱抑制ルーチンの開始に際して、実施例のハイブリッドＥＣＵ７０は、まず、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎといった上アーム過熱抑制ルーチンの実行に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、モータＥＣＵ４０から通信により入力されるものであり、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎは、バッテリＥＣＵ５２から通信により入力される。続いて、入力した入力制限Ｗｉｎ（負の値）と制限値Ｗｉｎｓ（負の値）との大きい方（絶対値が小さい方）を新たな入力制限Ｗｉｎに設定することにより入力制限Ｗｉｎを制限する（ステップＳ１２０）。ここで、制限値Ｗｉｎｓは、昇降圧コンバータ５５の上アームトランジスタＴ３１の過熱を抑制可能な上アームトランジスタＴ３１の通電量に基づいて実験・解析等により予め定められる。なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上であるときに、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎのみが制限され、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが制限されることはない。
【００１９】
このように、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを制限値Ｗｉｎｓで制限することにより、充電電力として小さく制限されたＷｉｎを用いて各駆動制御が実行されるため、昇降圧コンバータ５５を構成するトランジスタのうちのバッテリ５０を充電する際にオンされる上アームトランジスタＴ３１の通電量が制限され、当該上アームトランジスタＴ３１の過熱が抑制される。また、上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上であるときにバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎのみを制限して出力制限Ｗｏｕｔを制限しないことにより、出力制限ＷｏｕｔすなわちモータＭＧ２からのトルク出力の制限に起因してエンジン２２の運転停止中に必要以上にエンジン２２が始動されてしまうのを抑制し、それによりエミッションやドライバビリティの悪化を抑えることができる。ただし、このようにバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを制限すると、例えば所定の高車速領域でエンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２から出力される駆動力のみで走行している最中にエンジン２２の始動要求がなされ、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングしてエンジン２２を始動させる際に、クランキングに伴ってモータＭＧ１で発電される発電電力のモータＭＧ２で消費される消費電力に対する余剰分の電力がバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超えやすくなる。そして、このような場合には、モータＭＧ１からのトルクの出力が制限されるため、モータＭＧ１のクランキングによりエンジン２２を始動し得なくなるおそれがある。そこで、実施例の上アーム過熱抑制ルーチンでは、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎが制限されている場合であってもエンジン２２をより確実に始動可能とするために、引き続き以下の処理が実行される。
【００２０】
すなわち、ステップＳ１１０にてバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを制限したならば、エンジン２２が停止中か否かを判定し（ステップＳ１２０）、エンジン２２が停止中であれば、更にエンジン２２の始動要求がなされているか否かを判定する（ステップＳ１３０）。エンジン２２の始動要求は、上述したエンジン始動判定の結果、エンジン２２を始動すべきと判断されているときになされるものである。そして、エンジン２２の始動要求がなされている場合には、エンジン２２を始動するためにモータＭＧ１でエンジン２２をクランキングすることによりモータＭＧ１で発電される発電電力Ｐｍ１（負の値）と、モータＭＧ１によるエンジン２２のクランキングに伴ってリングギヤ軸３２ａに作用する駆動トルクに対する反力としてのトルクをキャンセルしつつ要求トルクＴｒ＊に基づくトルクをリングギヤ軸３２ａに出力することによりモータＭＧ２で消費される消費電力Ｐｍ２（正の値）との和である余剰電力Ｐｅｘを計算する（ステップＳ１４０）。ここで、発電電力Ｐｍ１は、実施例では、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊すなわちエンジン２２のフリクショントルク等に基づいて予め定められるエンジン２２をクランキングするためにモータＭＧ１から出力すべきクランキングトルクとを乗じた値として計算される。また、消費電力Ｐｍ２は、実施例では、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを乗じた値として計算される。なお、例えば車速センサ８８から入力される車速Ｖと余剰電力Ｐｅｘとの関係を図示しない余剰電力設定用マップとして予め定めておき、与えられた車速Ｖに対応する余剰電力Ｐｅｘを当該マップから導出してもよい。
【００２１】
次に、計算した余剰電力ＰｅｘがステップＳ１１０にて制限されたバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎよりも小さい（絶対値が大きい）か否か、すなわち、余剰電力Ｐｅｘのすべてをバッテリ５０に充電可能であるか否かを判定し（ステップＳ１５０）、余剰電力Ｐｅｘが入力制限Ｗｉｎよりも小さく（絶対値が大きく）余剰電力Ｐｅｘのすべてをバッテリ５０に充電し得ないと判定されたときには、無効電力増加制御の実行指令をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１６０）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。無効電力増加制御は、モータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも一方でトルクの発生に寄与しないｄ軸電流を増加させることにより、余剰電力Ｐｅｘのうちの少なくとも入力制限Ｗｉｎを超える分の電力をトルクの出力に用いることなく当該モータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも一方で消費させるようにインバータ４１，４２を制御するものである。そして、ハイブリッドＥＣＵ７０から無効電力増加制御の実行指令を受け取ったモータＥＣＵ４０は、予め定められた制約に従って余剰電力Ｐｅｘのうちの入力制限Ｗｉｎを超える分の電力の大きさに応じてモータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも一方でトルクの発生に寄与しないｄ軸電流を増加させる。一方、ステップＳ１２０にてエンジン２２が運転中であると判定された場合、ステップＳ１３０にてエンジン２２の始動要求がなされていないと判定された場合、ステップＳ１５０にて余剰電力Ｐｅｘがバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎよりも大きい（絶対値が小さい）と判定された場合には、無効電力増加制御の実行指令をモータＥＣＵ４０に送信することなく再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。
【００２２】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、昇降圧コンバータ５５を構成するスイッチング素子のうちのインバータ４１，４２側からバッテリ５０側へと電流が流れるときにオンされる（スイッチング制御される）上アームトランジスタＴ３１の温度Ｔｕが所定温度以上であるときに、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎに制限が課される（ステップＳ１１０）。これにより、バッテリ５０を充電する際にオンされる上アームトランジスタＴ３１の通電量が制限されるため、当該上アームトランジスタＴ３１の過熱を良好に抑制することができる。また、入力制限Ｗｉｎに制限が課されているときにエンジン２２の始動要求がなされた場合には、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングしたときに発電される発電電力Ｐｍ１のモータＭＧ２で消費される消費電力Ｐｍ２に対する余剰分である余剰電力Ｐｅｘが入力制限Ｗｉｎの範囲内であるか否か判定され（ステップＳ１２０−Ｓ１５０）、エンジン２２の停止中にエンジン２２の始動要求がなされたときに余剰電力Ｐｅｘが入力制限Ｗｉｎの範囲内でないと判定された場合には、モータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも一方でトルクの発生に寄与しないｄ軸電流を増加させる無効電力増加制御の実行が指示される（ステップＳ１６０）。これにより、エンジン２２の停止中にエンジン２２の始動要求がなされたときに余剰電力Ｐｅｘが制限された入力制限Ｗｉｎの範囲内でない場合、余剰電力Ｐｅｘのうちの少なくとも入力制限Ｗｉｎを超える分の電力が駆動力の出力に用いられることなくモータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも何れか一方で消費されるようにモータＥＣＵ４０によりインバータ４１，４２が制御されることになる。このように、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎに制限を課したことによってモータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングしたときの発電電力Ｐｍ１のモータＭＧ２の費消費電力Ｐｍ２に対する余剰分である余剰電力Ｐｅｘをバッテリ５０へと充電しきれないときには、当該余剰電力Ｐｅｘのうちの少なくとも入力制限Ｗｉｎを超える分の電力を駆動力の出力に供することなくモータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも一方で消費させることにより、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎが制限されていたとしても、エンジン２２の始動要求がなされたときにエンジン２２をより確実に始動させることができる。
【００２３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
２０ 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 プラネタリギヤ、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、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、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１ インバータ、４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、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、５４ａ 正極母線、５４ｂ 負極母線、５５ 昇降圧コンバータ、５７，５８ 平滑コンデンサ、５７ａ，５８ａ 電圧センサ、５９，６０ 温度センサ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｔ３１ 上アームトランジスタ、Ｔ３２ 下アームトランジスタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、動力を入出力可能な第１電動機と、３つの回転要素に対して車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸とが共線図上で該駆動軸、該出力軸、該回転軸の順に並ぶように接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、前記第１および第２電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記蓄電手段の充電に許容される電力である充電許容電力を設定する充電許容電力設定手段と、前記第１電動機を駆動する第１インバータと、前記第２電動機を駆動する第２インバータと、複数のスイッチング素子を有すると共に前記蓄電手段と前記第１および第２インバータとの間で電圧を変換する昇降圧コンバータと、前記複数のスイッチング素子のうちの前記第１および第２インバータ側から前記蓄電手段側へと電流が流れるときにオンされるスイッチング素子の温度を取得する温度取得手段と、前記設定された充電許容電力の範囲内で車両に要求される駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記第１および第２インバータとを制御する制御手段とを含むハイブリッド自動車において、
前記温度取得手段により取得された前記スイッチング素子の温度が所定温度以上であるときに前記設定された充電許容電力に制限を課す充電許容電力制限手段と、
前記充電許容電力制限手段により前記充電許容電力に制限が課されているときに、前記第１電動機により前記内燃機関をクランキングしたときの発電電力の前記第２電動機の消費電力に対する余剰分である余剰電力が前記充電許容電力の範囲内であるか否かを判定する判定手段とを備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の停止中に該内燃機関の始動要求がなされたときに前記判定手段により前記余剰電力が前記充電許容電力の範囲内でないと判定される場合には、該余剰電力のうちの少なくとも前記充電許容電力を超える分の電力が前記駆動力の出力に用いられることなく前記第１および第２電動機の少なくとも何れか一方で消費されるように前記第１および第２インバータを制御することを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項１】
内燃機関と、動力を入出力可能な第１電動機と、３つの回転要素に対して車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸とが共線図上で該駆動軸、該出力軸、該回転軸の順に並ぶように接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、前記第１および第２電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記蓄電手段の充電に許容される電力である充電許容電力を設定する充電許容電力設定手段と、前記第１電動機を駆動する第１インバータと、前記第２電動機を駆動する第２インバータと、複数のスイッチング素子を有すると共に前記蓄電手段と前記第１および第２インバータとの間で電圧を変換する昇降圧コンバータと、前記複数のスイッチング素子のうちの前記第１および第２インバータ側から前記蓄電手段側へと電流が流れるときにオンされるスイッチング素子の温度を取得する温度取得手段と、前記設定された充電許容電力の範囲内で車両に要求される駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記第１および第２インバータとを制御する制御手段とを含むハイブリッド自動車において、
前記温度取得手段により取得された前記スイッチング素子の温度が所定温度以上であるときに前記設定された充電許容電力に制限を課す充電許容電力制限手段と、
前記充電許容電力制限手段により前記充電許容電力に制限が課されているときに、前記第１電動機により前記内燃機関をクランキングしたときの発電電力の前記第２電動機の消費電力に対する余剰分である余剰電力が前記充電許容電力の範囲内であるか否かを判定する判定手段とを備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の停止中に該内燃機関の始動要求がなされたときに前記判定手段により前記余剰電力が前記充電許容電力の範囲内でないと判定される場合には、該余剰電力のうちの少なくとも前記充電許容電力を超える分の電力が前記駆動力の出力に用いられることなく前記第１および第２電動機の少なくとも何れか一方で消費されるように前記第１および第２インバータを制御することを特徴とするハイブリッド自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−５１５１５（Ｐ２０１２−５１５１５Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７０７３（Ｐ２０１０−１９７０７３）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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