ハイブリッド車両の制御装置
【課題】ハイブリッド車両において、エンジン制御の影響を受けてモータジェネレータの回転数が変化するような状況においても、電力収支が崩れることによる蓄電装置の過放電や過電流の発生を防止する。
【解決手段】エンジンと動力分割機構を介して接続されたモータジェネレータＭＧ１の回転数が制御上限値Ｎ１ｍａｘ付近となった状態（２６０）から、車両減速に伴い出力部材の回転数が低下するとＭＧ１回転数が制御上限を超えて上昇する状態（２７０）を回避するために、燃料カット等の出力トルクを低下させるエンジン制御が実行される（２８０）。この際に、エンジンイナーシャの影響によりＭＧ１回転数が急低下する場合には、モータジェネレータのトルク指令値修正、制御モードの強制切換、および、モータジェネレータへの印加電圧振幅の低下のうちの少なくとも１つを実行して、モータジェネレータ全体での電力収支の崩れを軽減する。
【解決手段】エンジンと動力分割機構を介して接続されたモータジェネレータＭＧ１の回転数が制御上限値Ｎ１ｍａｘ付近となった状態（２６０）から、車両減速に伴い出力部材の回転数が低下するとＭＧ１回転数が制御上限を超えて上昇する状態（２７０）を回避するために、燃料カット等の出力トルクを低下させるエンジン制御が実行される（２８０）。この際に、エンジンイナーシャの影響によりＭＧ１回転数が急低下する場合には、モータジェネレータのトルク指令値修正、制御モードの強制切換、および、モータジェネレータへの印加電圧振幅の低下のうちの少なくとも１つを実行して、モータジェネレータ全体での電力収支の崩れを軽減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関し、より特定的には、エンジンおよび、エンジンと動力分割機構を介して接続されたモータジェネレータを備えるハイブリッド車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンと第１および第２の回転電機（モータジェネレータ）を搭載したハイブリッド車両が提案されている。たとえば、特開平１０−２３８３８０号公報（特許文献１）には、エンジンと、エンジンに連結され、エンジン回転数を決定するための第１の回転電機（モータジェネレータ）と、車両の駆動力を決定するための第２の回転電機（モータジェネレータ）とを搭載したハイブリッド車両が開示されている。
【０００３】
特に、特許文献１では、車両が加速あるいは減速される過渡運転時に、第１および第２のモータジェネレータのトルク指令値を適切に設定することによってエンジンの応答性を向上させる制御装置が開示される。たとえば、エンジンの燃料カット等の車両減速時には、第１のモータジェネレータに対するトルク指令値を増加側に補正するとともに、第２のモータジェネレータに対するトルク指令値を減少側に補正することが開示される。
【０００４】
また、特開２００６−３２００３９号公報（特許文献２）には、モータ駆動システムにおいて、制御対象となる交流モータの回転数急変時には、モータ回転数の変化比に応じてモータ印加電圧を変化させることによって、モータ電流の制御性を向上する制御構成が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２３８３８０号公報
【特許文献２】特開２００６−３２００３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されるような構成のハイブリッド車両では、燃費向上のためにエンジン回転数を高効率領域に維持するように第１のモータジェネレータの運転状態が制御される。このため、第１のモータジェネレータがその回転数上昇を抑制するように出力トルクを制御されている状態において、燃料カット制御のようなエンジン出力を低下させるようなエンジン制御が実行されると、エンジン回転数低下時のエンジンイナーシャに引っ張られて、第１のモータジェネレータの回転数が急激に低下するおそれがある。特に、高出力のハイブリッド車両では、エンジンパワーの増大に伴ってエンジンイナーシャも大きくなる傾向にあるため、このような問題が発生し易くなる。
【０００６】
一方で、ハイブリッド車両では、第１および第２のモータジェネレータの合計電力（消費電力および／または発電電力の和）の過不足分をバッテリ等の蓄電装置の入出力電力で賄うような電力収支となる。このため、この蓄電装置の過充電および過放電を防止し、かつ、蓄電装置と第１および第２のモータジェネレータ間に配置される電力変換器（インバータ、コンバータ等）に過電流が発生しないように、上記合計電力が所定範囲内となるように電力収支を制御することが必要となる。
【０００７】
しかしながら、上述のような問題により、第１のモータジェネレータの回転数が急低下した場合には、第１のモータジェネレータによる発電電力の急減をカバーしきれずに電力収支が崩れてしまい、蓄電装置からの過放電を生じさせてしまうおそれがある。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、エンジンおよび、エンジンと動力分割機構を介して接続されたモータジェネレータを備えるハイブリッド車両において、エンジン制御の影響を受けてモータジェネレータの回転数が変化するような状況においても、電力収支が崩れることによる蓄電装置の過放電や過電流の発生を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によるハイブリッド車両の制御装置において、ハイブリッド車両は、
エンジンと、第１および第２のモータジェネレータと、動力分割機構と、蓄電装置と、電力変換ユニットとを備える。エンジンは、燃料の燃焼によって作動する。動力分割機構は、エンジンの出力軸、第１のモータジェネレータの出力軸および出力部材とそれぞれ結合された複数の回転要素を互いに相対回転可能に連結し、かつ、第１のモータジェネレータによる電力および動力の入出力を伴ってエンジンからの出力の少なくとも一部を出力部材へ出力する。第２のモータジェネレータは、出力部材から駆動輪までの間で動力を加える。電力変換ユニットは、蓄電装置ならびに第１および第２のジェネレータと接続されて双方向の電力変換を行なう。そして、制御装置は、回転数検知手段と、電力収支制御手段とを備える。回転数検知手段は、第１のモータジェネレータの回転数を検知する。電力収支制御手段は、エンジンの出力トルク低下に伴い第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、第１および第２のモータジェネレータの入出力電力の和が所定範囲内に制限されるように電力変換ユニットを制御する。
【００１０】
好ましくは、動力分割機構は、エンジンの出力軸が結合されたキャリアと、出力部材が結合されたリングギヤと、第１のモータジェネレータの出力軸が結合されたサンギヤとを複数の回転要素として有する遊星歯車機構を含むように構成される。
【００１１】
上記ハイブリッド車両の制御装置によれば、エンジンの出力トルク低下に伴い第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、第１および第２のモータジェネレータの電力の和が所定範囲内に制限されるように電力変換ユニットを制御することができる。したがって、エンジン制御の影響を受けて第１のモータジェネレータの回転数が低下するような状況においても、モータジェネレータ全体での電力収支が崩れて蓄電装置の過放電や過電流の発生を防止できる。
【００１２】
また好ましくは、電力収支制御手段は、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、第１のモータジェネレータによる発電電力が増加するように、第１のモータジェネレータの出力トルクの絶対値を変化させる。
【００１３】
このような構成とすることにより、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときには、第１のモータジェネレータによる発電電力が増加するように出力トルクを変化させることによって、第１のモータジェネレータの発電電力が急激に低下することによるモータジェネレータ全体での電力収支の崩れを軽減できる。
【００１４】
あるいは好ましくは、電力収支制御手段は、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、第２のモータジェネレータによる消費電力が減少するように、第２のモータジェネレータの出力トルクの絶対値を変化させる。
【００１５】
このような構成とすることにより、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときには、第２のモータジェネレータによる消費電力が減少するように出力トルクを変化させることによって、第１のモータジェネレータの発電電力が低下しても、モータジェネレータ全体での電力収支の崩れを軽減できる。
【００１６】
好ましくは、蓄電装置は、直流電圧を入出力するように構成され、電力変換ユニットは、蓄電装置と第１および第２のジェネレータとの間にそれぞれ設けられた第１および第２のインバータを含むように構成され、第１および第２のインバータの各々は、対応のモータジェネレータに矩形波電圧を印加するようにスイッチング制御される第１の制御モードと、パルス幅変調制御に従って対応のモータジェネレータへの印加電圧を制御する第２の制御モードとを選択的に適用される。そして、電力収支制御手段は、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、第１のモータジェネレータの制御モードを強制的に第２の制御モードとする。
【００１７】
このような構成とすることにより、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときには、第１のモータジェネレータを強制的に制御応答性の高い第２の制御モード（パルス幅変調制御）によって制御できるので、制御応答性が相対的に低い第１の制御モード（矩形波電圧制御モード）が適用されることによって、エンジン制御の影響による第１のモータジェネレータの回転数の低下を抑制して、モータジェネレータ全体での電力収支の崩れを軽減することができる。
【００１８】
あるいは好ましくは、蓄電装置は、直流電圧を入出力するように構成され、電力変換ユニットは、蓄電装置と直流電源配線との間に設けられて、直流電圧の出力電圧を昇圧して直流電源配線へ出力可能に構成されたコンバータと、直流電源配線と第１および第２のジェネレータとの間にそれぞれ接続されて双方向の電力変換を行なう第１および第２のインバータとを含むように構成される。そして、電力収支制御手段は、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、コンバータに対する直流電源配線への出力電圧指令値を、現在値よりも低下させる。
【００１９】
このような構成とすることにより、第１および第２のモータジェネレータを制御する第１および第２のインバータへの入力直流電圧を低下させることにより、第１および第２のモータジェネレータ全体で取扱う電力を低下させることによって、モータジェネレータ全体での電力収支の崩れを軽減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、エンジンおよび、エンジンと動力分割機構を介して接続されたモータジェネレータを備えるハイブリッド車両において、エンジン制御の影響を受けてモータジェネレータの回転数が変化するような状況においても、電力収支が崩れて蓄電装置の過放電や過電流の発生することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
【００２２】
（ハイブリッド車両の構成）
図１は、本発明に従う制御装置を搭載したハイブリッド車両の全体構成を示す概略ブロック図である。
【００２３】
図１を参照して、ハイブリッド車両５は、エンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、バッテリ１０と、電力変換ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２０と、動力分割機構ＰＳＤと、減速機ＲＤと、前輪７０Ｌ，７０Ｒと、後輪８０Ｌ，８０Ｒと、電子制御ユニット（Electrical Control Unit：ＥＣＵ）３０とを備える。本実施の形態に係る制御装置は、たとえばＥＣＵ３０が実行するプログラムにより実現される。なお、図１には、前輪７０Ｌ，７０Ｒを駆動輪とするハイブリッド車両５が例示されるが、前輪７０Ｌ，７０Ｒに代えて後輪８０Ｌ，８０Ｒを駆動輪としてもよい。あるいは、図１に構成に加えて後輪８０Ｌ，８０Ｒ駆動用のモータジェネレータをさらに設けて、４ＷＤ構成とすることも可能である。
【００２４】
エンジンＥＮＧが発生する駆動力は、動力分割機構ＰＳＤにより、２経路に分割される。一方は、減速機ＲＤを介して前輪７０Ｌ，７０Ｒを駆動する経路である。もう一方は、モータジェネレータＭＧ１を駆動させて発電する経路である。
【００２５】
モータジェネレータＭＧ１は、代表的には三相交流同期電動発電機により構成される。モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構ＰＳＤにより分割されたエンジンＥＮＧの駆動力により、発電機として発電する。モータジェネレータＭＧ１により発電された電力は、車両の運転状態やバッテリ１０のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時では、モータジェネレータＭＧ１により発電された電力はそのままモータジェネレータＭＧ２をモータとして駆動させる動力となる。一方、バッテリ１０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合には、モータジェネレータＭＧ１により発電された電力は、電力変換ユニット２０により交流電力から直流電力に変換されてバッテリ１０に蓄えられる。
【００２６】
このモータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＮＧを始動する際の始動機としても利用される。エンジンＥＮＧを始動する際、モータジェネレータＭＧ１は、バッテリ１０から電力の供給を受けて、電動機として駆動する。そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＮＧをクランキングして始動する。
【００２７】
モータジェネレータＭＧ２は、代表的には三相交流同期電動発電機により構成される。モータジェネレータＭＧ２が電動機として駆動される場合には、バッテリ１０に蓄えられた電力およびモータジェネレータＭＧ１により発電された電力の少なくともいずれか一方により駆動される。モータジェネレータＭＧ２の駆動力は、減速機ＲＤを介して前輪７０Ｌ，７０Ｒに伝えられる。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、エンジンＥＮＧをアシストして車両を走行させたり、モータジェネレータＭＧ２の駆動力のみにより車両を走行させたりする。
【００２８】
車両の回生制動時には、減速機ＲＤを介して前輪７０Ｌ，７０ＲによりモータジェネレータＭＧ２が駆動され、モータジェネレータＭＧ２が発電機として作動させられる。これによりモータジェネレータＭＧ２は、制動エネルギを電気エネルギに変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータＭＧ２により発電された電力は、電力変換ユニット２０を介してバッテリ１０に蓄えられる。
【００２９】
バッテリ１０は、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池により構成される。本発明の実施の形態において、バッテリ１０は「蓄電装置」の代表例として示される。すなわち、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置をバッテリ１０に代えて用いることも可能である。バッテリ１０は、直流電圧を電力変換ユニット２０へ供給するとともに、電力変換ユニット２０からの直流電圧によって充電される。
【００３０】
電力変換ユニット２０は、バッテリ１０よって供給される直流電力と、モータを駆動制御する交流電力およびジェネレータによって発電される交流電力との間で双方向の電力変換を行なう。
【００３１】
ハイブリッド車両５は、さらに、ハンドル４０と、アクセルペダルポジションＡＰを検出するアクセルポジションセンサ４４と、ブレーキペダルポジションＢＰを検出するブレーキペダルポジションセンサ４６と、シフトポジションＳＰを検出するシフトポジションセンサ４８とを備える。
【００３２】
ＥＣＵ３０は、エンジンＥＮＧ、電力変換ユニット２０およびバッテリ１０と電気的に接続されている。ＥＣＵ３０は、各種センサからの検出信号に基づいて、ハイブリッド車両５が所望の走行状態となるように、エンジンＥＮＧの運転状態と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態と、バッテリ１０の充電状態とを統合的に制御する。
【００３３】
図２は、図１のハイブリッド車両５におけるパワートレインの詳細を説明するための模式図である。
【００３４】
図２を参照して、ハイブリッド車両５のパワートレイン（ハイブリッドシステム）は、モータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ２の出力軸１６０に接続される減速機ＲＤと、エンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧ１と、動力分割機構ＰＳＤとを備える。
【００３５】
動力分割機構ＰＳＤは、図２に示す例では遊星歯車機構により構成されて、クランクシャフト１５０に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合されたサンギヤ１５１と、クランクシャフト１５０と同軸上を回転可能に支持されているリングギヤ１５２と、サンギヤ１５１とリングギヤ１５２との間に配置され、サンギヤ１５１の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ１５３と、クランクシャフト１５０の端部に結合され各ピニオンギヤ１５３の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ１５４とを含む。
【００３６】
動力分割機構ＰＳＤは、サンギヤ１５１に結合されたサンギヤ軸と、リングギヤ１５２に結合されたリングギヤケース１５５およびプラネタリキャリヤ１５４に結合されたクランクシャフト１５０の３軸が動力の入出力軸とされる。そしてこの３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残りの１軸に入出力される動力は他の２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。
【００３７】
動力の取出用のカウンタドライブギヤ１７０がリングギヤケース１５５の外側に設けられ、リングギヤ１５２と一体的に回転する。カウンタドライブギヤ１７０は、動力伝達減速ギヤＲＧに接続されている。リングギヤケース１５５は、本発明での「出力部材」に対応する。このようにして、動力分割機構ＰＳＤは、モータジェネレータＭＧ１による電力および動力の入出力を伴って、エンジンＥＮＧからの出力の少なくとも一部を出力部材へ出力するように動作する。
【００３８】
さらに、カウンタドライブギヤ１７０と動力伝達減速ギヤＲＧとの間で動力の伝達がなされる。そして、動力伝達減速ギヤＲＧは、駆動輪である前輪７０Ｌ、７０Ｒと連結されたディファレンシャルギヤＤＥＦを駆動する。また、下り坂等では駆動輪の回転がディファレンシャルギヤＤＥＦに伝達され、動力伝達減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦによって駆動される。
【００３９】
モータジェネレータＭＧ１は、回転磁界を形成するステータ１３１と、ステータ１３１内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれているロータ１３２とを含む。ステータ１３１は、ステータコア１３３と、ステータコア１３３に巻回される三相コイル１３４とを含む。ロータ１３２は、動力分割機構ＰＳＤのサンギヤ１５１と一体的に回転するサンギヤ軸に結合されている。ステータコア１３３は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。
【００４０】
モータジェネレータＭＧ１は、ロータ１３２に埋め込まれた永久磁石による磁界と三相コイル１３４によって形成される磁界との相互作用によりロータ１３２を回転駆動する電動機として動作する。またモータジェネレータＭＧ１は、永久磁石による磁界とロータ１３２の回転との相互作用により三相コイル１３４の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。
【００４１】
モータジェネレータＭＧ２は、回転磁界を形成するステータ１３６と、ステータ１３６内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれたロータ１３７とを含む。ステータ１３６は、ステータコア１３８と、ステータコア１３８に巻回される三相コイル１３９とを含む。
【００４２】
ロータ１３７は、動力分割機構ＰＳＤのリングギヤ１５２と一体的に回転するリングギヤケース１５５に減速機ＲＤを介して結合されている。ステータコア１３８は、たとえば電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。
【００４３】
モータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界とロータ１３７の回転との相互作用により三相コイル１３９の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。またモータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界と三相コイル１３９によって形成される磁界との相互作用によりロータ１３７を回転駆動する電動機として動作する。
【００４４】
減速機ＲＤは、プラネタリギヤの回転要素の一つであるプラネタリキャリヤ１６６がケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、減速機ＲＤは、ロータ１３７の出力軸１６０に結合されたサンギヤ１６２と、リングギヤ１５２と一体的に回転するリングギヤ１６８と、リングギヤ１６８およびサンギヤ１６２に噛み合いサンギヤ１６２の回転をリングギヤ１６８に伝達するピニオンギヤ１６４とを含む。たとえば、サンギヤ１６２の歯数に対しリングギヤ１６８の歯数を２倍以上にすることにより、減速比を２倍以上にすることができる。
【００４５】
このようにモータジェネレータＭＧ２の回転力は、減速機ＲＤを介して、リングギヤ１５２，１６８と一体的に回転する出力部材（リングギヤケース）１５５に伝達される。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、出力部材１５５から駆動輪までの間で動力を加えるように構成される。なお、減速機ＲＤの配置を省略して、すなわち減速比を設けることなく、モータジェネレータＭＧ２の出力軸１６０および出力部材１５５の間を連結してもよい。
【００４６】
電力変換ユニット２０は、コンバータ１２と、インバータ１４，２２とを含む。昇圧コンバータ１２は、バッテリ１０からの直流電圧を電圧変換して電源ラインＰＬおよび接地ラインＧＬ間に出力する。また、昇圧コンバータ１２は、双方向に電圧変換可能に構成されて、電源ラインＰＬおよび接地ラインＧＬ間の直流電圧をバッテリ１０の充電電圧に変換する。
【００４７】
インバータ１４，２２は、電源ラインＰＬおよび接地ラインＧＬ間の直流電圧を交流電圧に変換してそれぞれモータジェネレータＭＧ２，ＭＧ１へ出力する。また、インバータ１４，２２は、モータジェネレータＭＧ２，ＭＧ１によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して、電源ラインＰＬおよび接地ラインＧＬ間に出力する。
【００４８】
（モータジェネレータの制御構成）
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御構成について説明する。
【００４９】
図３は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御構成を示す概略ブロック図である。
図３を参照して、電力変換ユニット２０は、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４，２２と、電流センサ２４，２８とを含む。
【００５０】
図２に示したＥＣＵ３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作指令値であるトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２ならびに、昇圧コンバータ１２の動作指令値である電圧指令値ＶＨｒｅｆを生成するＨＶ−ＥＣＵ３２と、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨが電圧指令値ＶＨｒｅｆに追従し、かつ、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクがトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２に追従するように、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４，２２を制御するＭＧ−ＥＣＵ３５とを有する。
【００５１】
昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端は
バッテリ１０の電源ラインに接続され、他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１とＩＧＢＴ素子Ｑ２との中間点、すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタとＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。
【００５２】
インバータ１４は、Ｕ相上下アーム１５と、Ｖ相上下アーム１６と、Ｗ相上下アーム１７とから成る。Ｕ相上下アーム１５、Ｖ相上下アーム１６、およびＷ相上下アーム１７は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。Ｕ相上下アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相上下アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相上下アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００５３】
各相上下アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されるとともに、Ｕ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００５４】
インバータ２２は、インバータ１４と同じ構成から成る。
電圧センサ１１は、バッテリ１０から出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧ＶｂをＭＧ−ＥＣＵ３５へ出力する。コンデンサＣ１は、バッテリ１０から供給された直流電圧Ｖｂを平滑化し、その平滑化した直流電圧Ｖｂを昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００５５】
昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧Ｖｂを昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、ＭＧ−ＥＣＵ３５から信号ＰＷＭＣを受けると、信号ＰＷＭＣによってＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧Ｖｂを昇圧してコンデンサＣ２に供給する。
【００５６】
また、昇圧コンバータ１２は、ＭＧ−ＥＣＵ３５から信号ＰＷＭＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４および／またはインバータ２２から供給された直流電圧を降圧してバッテリ１０を充電する。
【００５７】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を、電源ラインＰＬおよび接地ラインＧＬを介してインバータ１４，２２へ供給する。電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨ（インバータ１４，２２への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧ＶＨをＭＧ−ＥＣＵ３５へ出力する。
【００５８】
インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されるとＭＧ−ＥＣＵ３５からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ２によって指定されたトルクを発生するように駆動される。
【００５９】
また、インバータ１４は、ハイブリッド車両５の回生制動時、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧をＭＧ−ＥＣＵ３５からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００６０】
インバータ２２は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されるとＭＧ−ＥＣＵ３５からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ１によって指定されたトルクを発生するように駆動される。
【００６１】
電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１をＭＧ−ＥＣＵ３５へ出力する。電流センサ２８は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２をＭＧ−ＥＣＵ３５へ出力する。
【００６２】
また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２には、ロータ回転角を検出する回転角センサ２５，２９がさらに設けられる。回転角センサ２５によって検出されたモータジェネレータＭＧ１のロータ回転角θ（１）および回転角センサ２９によって検出されたモータジェネレータＭＧ２のロータ回転角θ（２）は、ＭＧ−ＥＣＵ３５およびＨＶ−ＥＣＵ３２へ伝達される。
【００６３】
ＭＧ−ＥＣＵ３５は、バッテリ１０から出力された直流電圧Ｖｂを電圧センサ１１から受け、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２をそれぞれ電流センサ２４，２８から受け、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨ（すなわち、インバータ１４，２２への入力電圧）を電圧センサ１３から受け、ロータ回転角θ（１），θ（２）を回転角センサ２５，２９から受ける。さらに、ＨＶ−ＥＣＵ３２より、動作指令値である、電圧指令値ＶＨｒｅｆおよびトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２を受ける。なお、ロータ回転角θ（１），θ（２）に基づいて、ＭＧ１回転数Ｎｍ１（ｒｐｍ）およびＭＧ２回転数Ｎｍ２（ｒｐｍ）を求めることができる。
【００６４】
そして、ＭＧ−ＥＣＵ３５は、出力電圧ＶＨ、モータ電流ＭＣＲＴ２およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍ２に基づいて、後述する方法によりインバータ１４がモータジェネレータＭＧ２を駆動するときにインバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ２をインバータ１４へ出力する。また、ＭＧ−ＥＣＵ３５は、出力電圧ＶＨ、モータ電流ＭＣＲＴ１およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１に基づいて、後述する方法によりインバータ２２がモータジェネレータＭＧ１を駆動するときにインバータ２２のＩＧＢＴ素子をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ１をインバータ２２へ出力する。
【００６５】
さらに、ＭＧ−ＥＣＵ３５は、電圧指令値ＶＨｒｅｆと、少なくとも直流電圧Ｖｂおよび出力電圧ＶＨに基づいて、昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＣを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００６６】
図４は、各モータジェネレータの制御モードを概略的に説明する図である。
図４に示すように、本発明の実施の形態では、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御、すなわち、インバータ１４，２２における電力変換について、３つの制御モードを切換えて使用する。
【００６７】
正弦波ＰＷＭ制御は、一般的なＰＷＭ制御として用いられるものであり、各相上下アー素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令値と搬送波（代表的には三角波）との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、電気角３６０°の期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティ比が制御される。周知のように、正弦波ＰＷＭ制御モードでは、この基本波成分振幅をインバータ入力電圧の約０．６１倍程度までしか高めることができない。
【００６８】
一方、矩形波電圧制御では、電気角３６０°の期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が１：１の矩形波１パルス分を交流電動機印加する。これにより、変調率は０．７８まで高められる。
【００６９】
過変調ＰＷＭ制御は、上記電圧指令値の振幅を歪ませた上で上記正弦波ＰＷＭ制御と同様のＰＷＭ制御を行なうものである。この結果、基本波成分を歪ませることができ、変調率を正弦波ＰＷＭ制御モードでの最高変調率（約０．６１）から０．７８の範囲まで高めることができる。
【００７０】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２では、回転数や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなるため、必要となる線間電圧（モータ必要電圧）が高くなる。昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨはこのモータ必要電圧よりも高く設定する必要がある。その一方で、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨには限界値（ＶＨ最大電圧）が存在する。
【００７１】
したがって、モータ必要電圧がＶＨ最大電圧より低い領域では、正弦波ＰＷＭ制御または過変調ＰＷＭ制御によるＰＷＭ制御モードが適用されて、ベクトル制御に従ったモータ電流のフィードバック制御によって出力トルクがトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２に制御される。その一方で、モータ必要電圧がＶＨ最大電圧に達すると、出力電圧ＶＨをＶＨ最大電圧に設定した上で矩形波電圧制御モードが適用される。矩形波電圧制御では、基本波成分の振幅が固定されるため、トルク実績値とトルク指令値との偏差に基づく、矩形波電圧パルスの位相制御によってトルク制御が実行される。
【００７２】
（ＭＧ１の過回転保護および本実施の形態による電力収支制御）
上述のように構成されたハイブリッド車両では、動力分割機構ＰＳＤによる差動動作により、モータジェネレータＭＧ１の回転数、エンジンＥＮＧの回転数および出力部材（リングギヤケース）１５５の回転数は、図５の共線図に示されるように、出力部材１５５に対するモータジェネレータＭＧ１およびエンジンＥＮＧの回転数差が、一定比率を維持するように、それぞれの回転数が変化する。
【００７３】
このため、いずれかの要素の回転数の変化が他の要素の回転数に影響を及ぼすこととなり、特に、イナーシャの大きい高出力エンジンを搭載したハイブリッド車両では、モータジェネレータＭＧ１の高回転時に実行されるＭＧ１過回転保護制御時に、エンジン回転数低下の影響を受けてＭＧ１回転数が急激に低下する問題が発生する可能性がある。
【００７４】
図５は、ＭＧ１過回転保護制御およびその際の問題点を説明する図である。図５（ａ）には上記問題点を説明するための共線図が示され、図５（ｂ）には、上記問題点の発生時における動作波形例が示される。
【００７５】
図５（ａ）を参照して、通常の走行時には、車速に対応して決定される出力部材１５５の回転数に対して、エンジン回転数が燃費の良い領域となるように、モータジェネレータＭＧ１の回転数（以下、単にＭＧ１回転数とも称する）が制御される。
【００７６】
また、ハイブリッド車両５のパワートレインでは、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の各電力（消費電力を正値で示し発電電力を負値で示す）の合計電力と、各部位での損失電力と、バッテリ１０の入出力電力（放電電力を正値で示し充電電力を負値で示す）との総和が０となるように電力収支となる。したがって、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の合計電力が所定範囲内となるように、第１および第２のモータジェネレータの動作（出力トルク等）を制限することによって、蓄電装置の過充電および過放電、ならびに、電力変換ユニット２０での過電流の発生を防止するための電力収支制御が、たとえばＨＶ−ＥＣＵ３２（図３）により実行される。
【００７７】
ここで、共線図２６０のように、ＭＧ１回転数が制御上限値Ｎ１ｍａｘに近づいているケースにおいて、ブレーキペダル操作等によりハイブリッド車両５が減速されると、共線図２７０に示されるように、減速に伴う出力部材１５５の回転数低下によって、ＭＧ１回転数が制御上限値Ｎ１ｍａｘを超過して部品保護に問題を来たすような領域まで上昇する可能性がある。
【００７８】
このようなＭＧ１過回転を防止するために、モータジェネレータＭＧ１はＭＧ１回転数の上昇を抑制するように大きいトルクを出力し、加えて、共線図２８０に示されるように、燃料カット等のエンジン制御によりエンジンの出力トルクを低減して、エンジンの回転数を低下させて全体の回転数を低下させることによって、ＭＧ１回転数を低下させるＭＧ１過回転保護制御が実行される。この状態においても、モータジェネレータＭＧ１の発電電力が増加するので、モータジェネレータＭＧ２での消費電力を必要に応じて増加させることにより、上記電力収支制御が行なわれる。
【００７９】
しかしながら、高出力エンジン等、エンジンイナーシャが大きい場合には、共線図２７０から共線図２８０へ遷移するためのＭＧ１過回転保護制御によって、エンジン回転数を低下させると、この減速方向のエンジンイナーシャに引っ張られて、ＭＧ１回転数が急低下するおそれがある。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンが高出力、高トルクであるほど、ＭＧ１回転数を低下させる方向に大きな出力トルクを発生しているので、上記のようなエンジン制御の影響が大きいとＭＧ１回転数の急低下が発生し易くなる。
【００８０】
この結果、モータジェネレータＭＧ１による発電電力が急激に低下して、上記電力収支が崩れる可能性がある。さらに、ＭＧ１回転数の急低下に伴う差動動作によりＭＧ２回転数が急上昇すると、モータジェネレータＭＧ２の消費電力が急激に増大するので、電力収支はさらに大きく崩れる可能性がある。図５（ｂ）には、このような状況での動作波形例が示される。
【００８１】
図５（ｂ）を参照して、ＭＧ１回転数の上昇に伴い、ＭＧ１制御モードが正弦波ＰＷＭから、過変調ＰＷＭ、矩形波電圧制御へと変化する。そして、矩形波電圧制御が適用される高回転領域からＭＧ１回転数が急減するのに応答して、上述した電力収支の崩れによりバッテリ１０の入出力電流であるバッテリ電流が急増してしまうことが理解される。
【００８２】
このように、本発明の実施の形態によるハイブリッド車両では、エンジンの出力トルク低下による過回転保護制御の際に、ＭＧ１回転数の急低下をトリガとして電力収支が崩れることにより、バッテリ１０からの出力電流が急増して、バッテリ１０の過放電あるいは電力変換ユニット２０での過電流の発生を招く可能性がある。
【００８３】
したがって、本発明の実施の形態によるハイブリッド車両の制御装置では、ＭＧ１過回転保護制御の際に、以下のような電力収支制御の実行により電力収支が崩れることを防止する。
【００８４】
図６は、本発明の実施の形態によるハイブリッド車両の制御装置によるＭＧ１過回転保護制御時の電力収支制御構成を説明する概略ブロック図である。図６に示される各ブロックの機能は、ＨＶ−ＥＣＵ３２がハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理を実行することによって実現される。
【００８５】
図６を参照して、ＭＧ１回転数検出部３００は、回転角センサ２５によって検出されたロータ回転角θ（１）に基づき、ＭＧ１回転数Ｎｍ１（ｒｐｍ）を検出する。なお、回転角センサ２５については、ロータ回転角θ（１）をモータ電流、電圧等から推定することにより、省略してもよい。回転数低下検出部３１０は、ＭＧ１回転数検出部３００によって検出されたＭＧ１回転数Ｎｍ１および、エンジン制御信号（代表的には燃料カット制御を指示するＦ／Ｃ信号）に基づいて、エンジンＥＮＧの出力トルク低下に伴いＭＧ１回転数Ｎｍ１が急低下したときに、検出フラグＦＬをオンする。
【００８６】
検出フラグＦＬは、ＭＧ１回転数Ｎｍ１が、所定の単位時間内に所定値以上低下することにより、すなわち所定の減速度以上でＭＧ１回転数が低下したことによってオンされる。なお、エンジンＥＮＧの出力トルク低下を検知する信号は、Ｆ／Ｃ信号に限定されず、エンジン制御に用いる他の制御信号等を用いることも可能である。
【００８７】
電力収支制御部３２０は、検出フラグＦＬのオン時に、モータジェネレータＭＧ１および／またはＭＧ２のトルク指令値修正、昇圧コンバータ１２の電圧指令値ＶＨｒｅｆ修正、ならびに、モータジェネレータＭＧ１の制御モード切換指示のうちの少なくとも１つを実行する。
【００８８】
図７は、本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第１の例を説明するフローチャートである。
【００８９】
図７を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ステップＳ１００では、回転角センサ２５の出力に基づきＭＧ１回転数Ｎｍ１を検出する。すなわち、ステップＳ１００の動作は図６のＭＧ１回転数検出部３００の機能に相当する。
【００９０】
さらに、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ステップＳ１１０により、エンジンＥＮＧの出力トルク低下に伴うＭＧ１回転数Ｎｍ１の急低下が発生しているかどうかを判定する。すなわち、ステップＳ１１０の処理は、図６の回転数低下検出部３１０の機能に相当する。
【００９１】
ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ＭＧ１の回転数が急低下している場合（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）、すなわち検出フラグＦＬのオン時には、ステップＳ１２０により、モータジェネレータＭＧ１発電電力が増加する方向に、ＭＧ１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１を修正する。または、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、モータジェネレータＭＧ２での消費電力が減少する方向に、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ２を修正する。あるいは、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ステップＳ１２０では、上述したトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１の修正および、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ２の修正の両方を実行する。すなわち、ステップＳ１００の動作は図６の電力収支制御部３２０の機能に相当する。
【００９２】
これにより、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の合計電力が急激に増加（電力消費方向へ変化）することを抑制できるので、エンジンの出力トルク低下に伴いＭＧ２回転数が急低下した場合にも、電力収支崩れを軽減できる。この結果、バッテリ１０からの出力電流が急増して、バッテリ１０の過放電あるいは電力変換ユニット２０での過電流が発生することを防止できる。
【００９３】
図８は、本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第２の例を説明するフローチャートである。
【００９４】
図８を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、図７と同様のステップＳ１００およびＳ１１０を実行し、ＭＧ１の回転数が急低下している場合（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１３０により、昇圧コンバータ１２の電圧指令値ＶＨｒｅｆを現在値より低下させる。
【００９５】
これにより、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨ、すなわち、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２への印加電圧の振幅を低下させて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で取扱うエネルギを比例的に減少させることができる。この結果、バッテリ１０からの出力電流Ｉｂを速やかに減少できるので、バッテリ１０の過放電あるいは電力変換ユニット２０での過電流の発生を防止できる。
【００９６】
さらに、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ステップＳ１４０により、ステップＳ１３０によるインバータ入力電圧ＶＨの低下に合わせて、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ２を修正する。
【００９７】
図９に示される、モータジェネレータの出力トルク制御特性を参照して、さらに説明を進める。モータジェネレータＭＧ１は高回転であり矩形波電圧制御モードで制御されており、モータジェネレータＭＧ１の出力トルクは、印加電圧の電圧位相および昇圧コンバータ１２の出力電圧（インバータ入力電圧）ＶＨに応じて変化する。一方、モータジェネレータＭＧ２は低〜中回転でありＰＷＭ制御モードで運転されており、モータジェネレータＭＧ２の出力トルクは、インバータ入力電圧ＶＨが変化しても、ＨＶ−ＥＣＵ３２のトルク指令どおりに制御できる。
【００９８】
インバータ入力電圧ＶＨが低下すると、インバータ２２による制御とは無関係にモータジェネレータＭＧ１の出力トルクは低下することになる。たとえば、図９では、ステップＳ１４０での処理によってインバータ入力電圧ＶＨするのに伴い、モータジェネレータＭＧ１の出力トルクはΔＴ低下する。これに伴い、モータジェネレータＭＧ１の発電電力は、ΔＴ×Ｎｍ１×（２π／６０）だけ低下することになる。
【００９９】
したがって、このモータジェネレータＭＧ１の発電電力の低下量に対応させて、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ２を修正することにより、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨの低下に伴って、モータジェネレータＭＧ２の消費電力を減少させることが可能となる。なお、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ２の修正量については、電圧指令値ＶＨｒｅｆの低下分と対応して算出することが可能である。たとえば、修正量ΔＴｑ２は、下記（ａ）式に従って算出することができる。
【０１００】
ΔＴｑ２＝［Ｃ２容量×ＶＨ×ＶＨｒｅｆ変化率＋ΔＴ×Ｎｍ１×（２π／６０）］／［Ｎｍ２×（２π／６０）］−Ｔｑｃｏｍ２ ・・・（ａ）
図１０は、本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第３の例を説明するフローチャートである。
【０１０１】
図１０を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、図７と同様のステップＳ１００およびＳ１１０を実行し、ＭＧ１の回転数が急低下している場合（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１５０により、モータジェネレータＭＧ１を制御するインバータ２２の制御モードを強制的にＰＷＭ制御モードに設定する。
【０１０２】
図５の共線図から理解されるように、ＭＧ１過回転保護制御が実行されるケースでは、モータジェネレータＭＧ１は高回転領域となっている。したがって、ステップＳ１１０がＹＥＳ判定となるような場面では、モータジェネレータＭＧ１の制御モードは，矩形波電圧制御モードである。
【０１０３】
しかしながら、矩形波電圧制御モードは、高回転領域で高出力を得るためには好都合であるものの、モータジェネレータへの印加電圧の電圧振幅については固定されており、電圧位相のみを制御可能であるので、その制御応答性は、電圧振幅および電圧位相の両方を制御可能なＰＷＭ制御モードよりは低下する。また、ＭＧ１回転数が急低下する状況であることを鑑みれば、制御モードを矩形波電圧制御モードからＰＷＭ制御モードへ直ちに変化させても悪影響を発生しない。
【０１０４】
したがって、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ＭＧ１回転数の急低下が検出された場合には、モータジェネレータの動作状態（代表的には、電圧・電流）のフィードバックに基づいた通常の制御モード切換判定を待つことなく、フィードフォワード的に直ちにモータジェネレータＭＧ１の制御モードをＰＷＭ制御モードに切換える。これにより、より制御応答性の高い制御モードを速やかに適用することができる。
【０１０５】
この結果、制御応答遅れの影響により、ＭＧ１回転数の低下が大きくなってＭＧ１の発電電力がさらに低下して、電力収支が大きく崩れるのを防止できる。すなわち、モータジェネレータＭＧ１の制御遅れによって、ＭＧ１回転数の急低下をトリガとした電力収支の崩れを軽減して、バッテリ１０の過放電あるいは電力変換ユニット２０での過電流の発生を防止することができる。
【０１０６】
図１１には、図１０に示した第３の例による電力収支制御の効果を示す実験結果が示される。
【０１０７】
図１１（ａ）に示されるように、第３の例による電力収支制御が適用されない場合には、矩形波電圧制御が適用される高回転状態から、ＭＧ１回転数が急低下してＭＧ１制御モードがＰＷＭ制御へ変化する際に、ＭＧ１回転数の急低下をトリガとした電力収支の崩れによってバッテリ電流が急増している。一方、図１１（ｂ）には、第３の例による電力収支制御の適用時に、図１１（ａ）の場合と同様のＭＧ１回転数の急低下を発生させた場合の動作波形が示される。図１１（ｂ）から理解されるように、ＭＧ１回転数の急低下時に、フィードフォワード的にＭＧ１制御モードをＰＷＭ制御モードへ切換えることによって、電力収支の崩れを抑制してバッテリ電流の急増が回避される。
【０１０８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明に従う制御装置を搭載したハイブリッド車両の全体構成を示す概略ブロック図である
【図２】図１のハイブリッド車両のパワートレインの詳細を説明する模式図である。
【図３】モータジェネレータの制御構成を示す概略ブロック図である。
【図４】各モータジェネレータの制御モードを概略的に説明する図である。
【図５】ハイブリッド車両でのＭＧ１過回転保護制御およびその際の問題点を説明する共線図および動作波形図である
【図６】本発明の実施の形態によるハイブリッド車両の制御装置によるＭＧ１過回転保護制御時の電力収支制御構成を説明する概略ブロック図である。
【図７】本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第１の例を説明するフローチャートである。
【図８】本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第２の例を説明するフローチャートである。
【図９】モータジェネレータの出力トルク制御特性を示す概念図である。
【図１０】本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第３の例を説明するフローチャートである。
【図１１】本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第３の例による効果を示す実験結果の波形図である
【符号の説明】
【０１１０】
５ ハイブリッド車両、１０ バッテリ（蓄電装置）、１１，１３ 電圧センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５，１６，１７ 各相上下アーム、２０ 電力変換ユニット、２４，２８ 電流センサ、２５，２９ 回転角センサ、４０ ハンドル、４４ アクセルポジションセンサ、４６ ブレーキペダルポジションセンサ、４８ シフトポジションセンサ、７０Ｌ，７０Ｒ 前輪（駆動輪）、８０Ｌ，８０Ｒ 後輪、１３１，１３６ ステータ、１３２，１３７ ロータ、１３３，１３８ ステータコア、１３４，１３９ 三相コイル、１５０ クランクシャフト、１５１ サンギヤ（ＰＳＤ）、１５２ リングギヤ（ＰＳＤ）、１５３ ピニオンギヤ（ＰＳＤ）、１５４ プラネタリキャリヤ（ＰＳＤ）、１５５ リングギヤケース（出力部材）、１６０ ＭＧ２出力軸、１６２ サンギヤ（ＲＤ）、１６４ ピニオンギヤ（ＲＤ）、１６６ プラネタリキャリヤ（ＲＤ）、１６８ リングギヤ（ＲＤ）、１７０ カウンタドライブギヤ、２６０，２７０，２８０ 共線図、３００ 回転数検出部、３１０ 回転数低下検出部、３２０ 電力収支制御部、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＤＥＦ ディファレンシャルギヤ、ＥＮＧ エンジン、ＦＬ 検出フラグ、Ｌ１ リアクトル、ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２ モータ電流、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎ１ｍａｘ 制御上限値（ＭＧ１回転数）、Ｎｍ１ ＭＧ１回転数、ＰＳＤ 動力分割機構、ＰＷＭＣ，ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２ スイッチング制御信号、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、ＲＤ 減速機、ＲＧ 動力伝達減速ギヤ、Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２ トルク指令値、Ｖｂ 直流電圧、ＶＨ コンバータ出力電圧（インバータ入力電圧）、ＶＨｒｅｆ 電圧指令値、ΔＴ トルク低下量、θ（１），θ（２） ロータ回転角。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関し、より特定的には、エンジンおよび、エンジンと動力分割機構を介して接続されたモータジェネレータを備えるハイブリッド車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンと第１および第２の回転電機（モータジェネレータ）を搭載したハイブリッド車両が提案されている。たとえば、特開平１０−２３８３８０号公報（特許文献１）には、エンジンと、エンジンに連結され、エンジン回転数を決定するための第１の回転電機（モータジェネレータ）と、車両の駆動力を決定するための第２の回転電機（モータジェネレータ）とを搭載したハイブリッド車両が開示されている。
【０００３】
特に、特許文献１では、車両が加速あるいは減速される過渡運転時に、第１および第２のモータジェネレータのトルク指令値を適切に設定することによってエンジンの応答性を向上させる制御装置が開示される。たとえば、エンジンの燃料カット等の車両減速時には、第１のモータジェネレータに対するトルク指令値を増加側に補正するとともに、第２のモータジェネレータに対するトルク指令値を減少側に補正することが開示される。
【０００４】
また、特開２００６−３２００３９号公報（特許文献２）には、モータ駆動システムにおいて、制御対象となる交流モータの回転数急変時には、モータ回転数の変化比に応じてモータ印加電圧を変化させることによって、モータ電流の制御性を向上する制御構成が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２３８３８０号公報
【特許文献２】特開２００６−３２００３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されるような構成のハイブリッド車両では、燃費向上のためにエンジン回転数を高効率領域に維持するように第１のモータジェネレータの運転状態が制御される。このため、第１のモータジェネレータがその回転数上昇を抑制するように出力トルクを制御されている状態において、燃料カット制御のようなエンジン出力を低下させるようなエンジン制御が実行されると、エンジン回転数低下時のエンジンイナーシャに引っ張られて、第１のモータジェネレータの回転数が急激に低下するおそれがある。特に、高出力のハイブリッド車両では、エンジンパワーの増大に伴ってエンジンイナーシャも大きくなる傾向にあるため、このような問題が発生し易くなる。
【０００６】
一方で、ハイブリッド車両では、第１および第２のモータジェネレータの合計電力（消費電力および／または発電電力の和）の過不足分をバッテリ等の蓄電装置の入出力電力で賄うような電力収支となる。このため、この蓄電装置の過充電および過放電を防止し、かつ、蓄電装置と第１および第２のモータジェネレータ間に配置される電力変換器（インバータ、コンバータ等）に過電流が発生しないように、上記合計電力が所定範囲内となるように電力収支を制御することが必要となる。
【０００７】
しかしながら、上述のような問題により、第１のモータジェネレータの回転数が急低下した場合には、第１のモータジェネレータによる発電電力の急減をカバーしきれずに電力収支が崩れてしまい、蓄電装置からの過放電を生じさせてしまうおそれがある。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、エンジンおよび、エンジンと動力分割機構を介して接続されたモータジェネレータを備えるハイブリッド車両において、エンジン制御の影響を受けてモータジェネレータの回転数が変化するような状況においても、電力収支が崩れることによる蓄電装置の過放電や過電流の発生を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によるハイブリッド車両の制御装置において、ハイブリッド車両は、
エンジンと、第１および第２のモータジェネレータと、動力分割機構と、蓄電装置と、電力変換ユニットとを備える。エンジンは、燃料の燃焼によって作動する。動力分割機構は、エンジンの出力軸、第１のモータジェネレータの出力軸および出力部材とそれぞれ結合された複数の回転要素を互いに相対回転可能に連結し、かつ、第１のモータジェネレータによる電力および動力の入出力を伴ってエンジンからの出力の少なくとも一部を出力部材へ出力する。第２のモータジェネレータは、出力部材から駆動輪までの間で動力を加える。電力変換ユニットは、蓄電装置ならびに第１および第２のジェネレータと接続されて双方向の電力変換を行なう。そして、制御装置は、回転数検知手段と、電力収支制御手段とを備える。回転数検知手段は、第１のモータジェネレータの回転数を検知する。電力収支制御手段は、エンジンの出力トルク低下に伴い第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、第１および第２のモータジェネレータの入出力電力の和が所定範囲内に制限されるように電力変換ユニットを制御する。
【００１０】
好ましくは、動力分割機構は、エンジンの出力軸が結合されたキャリアと、出力部材が結合されたリングギヤと、第１のモータジェネレータの出力軸が結合されたサンギヤとを複数の回転要素として有する遊星歯車機構を含むように構成される。
【００１１】
上記ハイブリッド車両の制御装置によれば、エンジンの出力トルク低下に伴い第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、第１および第２のモータジェネレータの電力の和が所定範囲内に制限されるように電力変換ユニットを制御することができる。したがって、エンジン制御の影響を受けて第１のモータジェネレータの回転数が低下するような状況においても、モータジェネレータ全体での電力収支が崩れて蓄電装置の過放電や過電流の発生を防止できる。
【００１２】
また好ましくは、電力収支制御手段は、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、第１のモータジェネレータによる発電電力が増加するように、第１のモータジェネレータの出力トルクの絶対値を変化させる。
【００１３】
このような構成とすることにより、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときには、第１のモータジェネレータによる発電電力が増加するように出力トルクを変化させることによって、第１のモータジェネレータの発電電力が急激に低下することによるモータジェネレータ全体での電力収支の崩れを軽減できる。
【００１４】
あるいは好ましくは、電力収支制御手段は、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、第２のモータジェネレータによる消費電力が減少するように、第２のモータジェネレータの出力トルクの絶対値を変化させる。
【００１５】
このような構成とすることにより、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときには、第２のモータジェネレータによる消費電力が減少するように出力トルクを変化させることによって、第１のモータジェネレータの発電電力が低下しても、モータジェネレータ全体での電力収支の崩れを軽減できる。
【００１６】
好ましくは、蓄電装置は、直流電圧を入出力するように構成され、電力変換ユニットは、蓄電装置と第１および第２のジェネレータとの間にそれぞれ設けられた第１および第２のインバータを含むように構成され、第１および第２のインバータの各々は、対応のモータジェネレータに矩形波電圧を印加するようにスイッチング制御される第１の制御モードと、パルス幅変調制御に従って対応のモータジェネレータへの印加電圧を制御する第２の制御モードとを選択的に適用される。そして、電力収支制御手段は、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、第１のモータジェネレータの制御モードを強制的に第２の制御モードとする。
【００１７】
このような構成とすることにより、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときには、第１のモータジェネレータを強制的に制御応答性の高い第２の制御モード（パルス幅変調制御）によって制御できるので、制御応答性が相対的に低い第１の制御モード（矩形波電圧制御モード）が適用されることによって、エンジン制御の影響による第１のモータジェネレータの回転数の低下を抑制して、モータジェネレータ全体での電力収支の崩れを軽減することができる。
【００１８】
あるいは好ましくは、蓄電装置は、直流電圧を入出力するように構成され、電力変換ユニットは、蓄電装置と直流電源配線との間に設けられて、直流電圧の出力電圧を昇圧して直流電源配線へ出力可能に構成されたコンバータと、直流電源配線と第１および第２のジェネレータとの間にそれぞれ接続されて双方向の電力変換を行なう第１および第２のインバータとを含むように構成される。そして、電力収支制御手段は、第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、コンバータに対する直流電源配線への出力電圧指令値を、現在値よりも低下させる。
【００１９】
このような構成とすることにより、第１および第２のモータジェネレータを制御する第１および第２のインバータへの入力直流電圧を低下させることにより、第１および第２のモータジェネレータ全体で取扱う電力を低下させることによって、モータジェネレータ全体での電力収支の崩れを軽減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、エンジンおよび、エンジンと動力分割機構を介して接続されたモータジェネレータを備えるハイブリッド車両において、エンジン制御の影響を受けてモータジェネレータの回転数が変化するような状況においても、電力収支が崩れて蓄電装置の過放電や過電流の発生することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
【００２２】
（ハイブリッド車両の構成）
図１は、本発明に従う制御装置を搭載したハイブリッド車両の全体構成を示す概略ブロック図である。
【００２３】
図１を参照して、ハイブリッド車両５は、エンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、バッテリ１０と、電力変換ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２０と、動力分割機構ＰＳＤと、減速機ＲＤと、前輪７０Ｌ，７０Ｒと、後輪８０Ｌ，８０Ｒと、電子制御ユニット（Electrical Control Unit：ＥＣＵ）３０とを備える。本実施の形態に係る制御装置は、たとえばＥＣＵ３０が実行するプログラムにより実現される。なお、図１には、前輪７０Ｌ，７０Ｒを駆動輪とするハイブリッド車両５が例示されるが、前輪７０Ｌ，７０Ｒに代えて後輪８０Ｌ，８０Ｒを駆動輪としてもよい。あるいは、図１に構成に加えて後輪８０Ｌ，８０Ｒ駆動用のモータジェネレータをさらに設けて、４ＷＤ構成とすることも可能である。
【００２４】
エンジンＥＮＧが発生する駆動力は、動力分割機構ＰＳＤにより、２経路に分割される。一方は、減速機ＲＤを介して前輪７０Ｌ，７０Ｒを駆動する経路である。もう一方は、モータジェネレータＭＧ１を駆動させて発電する経路である。
【００２５】
モータジェネレータＭＧ１は、代表的には三相交流同期電動発電機により構成される。モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構ＰＳＤにより分割されたエンジンＥＮＧの駆動力により、発電機として発電する。モータジェネレータＭＧ１により発電された電力は、車両の運転状態やバッテリ１０のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時では、モータジェネレータＭＧ１により発電された電力はそのままモータジェネレータＭＧ２をモータとして駆動させる動力となる。一方、バッテリ１０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合には、モータジェネレータＭＧ１により発電された電力は、電力変換ユニット２０により交流電力から直流電力に変換されてバッテリ１０に蓄えられる。
【００２６】
このモータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＮＧを始動する際の始動機としても利用される。エンジンＥＮＧを始動する際、モータジェネレータＭＧ１は、バッテリ１０から電力の供給を受けて、電動機として駆動する。そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＮＧをクランキングして始動する。
【００２７】
モータジェネレータＭＧ２は、代表的には三相交流同期電動発電機により構成される。モータジェネレータＭＧ２が電動機として駆動される場合には、バッテリ１０に蓄えられた電力およびモータジェネレータＭＧ１により発電された電力の少なくともいずれか一方により駆動される。モータジェネレータＭＧ２の駆動力は、減速機ＲＤを介して前輪７０Ｌ，７０Ｒに伝えられる。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、エンジンＥＮＧをアシストして車両を走行させたり、モータジェネレータＭＧ２の駆動力のみにより車両を走行させたりする。
【００２８】
車両の回生制動時には、減速機ＲＤを介して前輪７０Ｌ，７０ＲによりモータジェネレータＭＧ２が駆動され、モータジェネレータＭＧ２が発電機として作動させられる。これによりモータジェネレータＭＧ２は、制動エネルギを電気エネルギに変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータＭＧ２により発電された電力は、電力変換ユニット２０を介してバッテリ１０に蓄えられる。
【００２９】
バッテリ１０は、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池により構成される。本発明の実施の形態において、バッテリ１０は「蓄電装置」の代表例として示される。すなわち、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置をバッテリ１０に代えて用いることも可能である。バッテリ１０は、直流電圧を電力変換ユニット２０へ供給するとともに、電力変換ユニット２０からの直流電圧によって充電される。
【００３０】
電力変換ユニット２０は、バッテリ１０よって供給される直流電力と、モータを駆動制御する交流電力およびジェネレータによって発電される交流電力との間で双方向の電力変換を行なう。
【００３１】
ハイブリッド車両５は、さらに、ハンドル４０と、アクセルペダルポジションＡＰを検出するアクセルポジションセンサ４４と、ブレーキペダルポジションＢＰを検出するブレーキペダルポジションセンサ４６と、シフトポジションＳＰを検出するシフトポジションセンサ４８とを備える。
【００３２】
ＥＣＵ３０は、エンジンＥＮＧ、電力変換ユニット２０およびバッテリ１０と電気的に接続されている。ＥＣＵ３０は、各種センサからの検出信号に基づいて、ハイブリッド車両５が所望の走行状態となるように、エンジンＥＮＧの運転状態と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態と、バッテリ１０の充電状態とを統合的に制御する。
【００３３】
図２は、図１のハイブリッド車両５におけるパワートレインの詳細を説明するための模式図である。
【００３４】
図２を参照して、ハイブリッド車両５のパワートレイン（ハイブリッドシステム）は、モータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ２の出力軸１６０に接続される減速機ＲＤと、エンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧ１と、動力分割機構ＰＳＤとを備える。
【００３５】
動力分割機構ＰＳＤは、図２に示す例では遊星歯車機構により構成されて、クランクシャフト１５０に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合されたサンギヤ１５１と、クランクシャフト１５０と同軸上を回転可能に支持されているリングギヤ１５２と、サンギヤ１５１とリングギヤ１５２との間に配置され、サンギヤ１５１の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ１５３と、クランクシャフト１５０の端部に結合され各ピニオンギヤ１５３の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ１５４とを含む。
【００３６】
動力分割機構ＰＳＤは、サンギヤ１５１に結合されたサンギヤ軸と、リングギヤ１５２に結合されたリングギヤケース１５５およびプラネタリキャリヤ１５４に結合されたクランクシャフト１５０の３軸が動力の入出力軸とされる。そしてこの３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残りの１軸に入出力される動力は他の２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。
【００３７】
動力の取出用のカウンタドライブギヤ１７０がリングギヤケース１５５の外側に設けられ、リングギヤ１５２と一体的に回転する。カウンタドライブギヤ１７０は、動力伝達減速ギヤＲＧに接続されている。リングギヤケース１５５は、本発明での「出力部材」に対応する。このようにして、動力分割機構ＰＳＤは、モータジェネレータＭＧ１による電力および動力の入出力を伴って、エンジンＥＮＧからの出力の少なくとも一部を出力部材へ出力するように動作する。
【００３８】
さらに、カウンタドライブギヤ１７０と動力伝達減速ギヤＲＧとの間で動力の伝達がなされる。そして、動力伝達減速ギヤＲＧは、駆動輪である前輪７０Ｌ、７０Ｒと連結されたディファレンシャルギヤＤＥＦを駆動する。また、下り坂等では駆動輪の回転がディファレンシャルギヤＤＥＦに伝達され、動力伝達減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦによって駆動される。
【００３９】
モータジェネレータＭＧ１は、回転磁界を形成するステータ１３１と、ステータ１３１内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれているロータ１３２とを含む。ステータ１３１は、ステータコア１３３と、ステータコア１３３に巻回される三相コイル１３４とを含む。ロータ１３２は、動力分割機構ＰＳＤのサンギヤ１５１と一体的に回転するサンギヤ軸に結合されている。ステータコア１３３は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。
【００４０】
モータジェネレータＭＧ１は、ロータ１３２に埋め込まれた永久磁石による磁界と三相コイル１３４によって形成される磁界との相互作用によりロータ１３２を回転駆動する電動機として動作する。またモータジェネレータＭＧ１は、永久磁石による磁界とロータ１３２の回転との相互作用により三相コイル１３４の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。
【００４１】
モータジェネレータＭＧ２は、回転磁界を形成するステータ１３６と、ステータ１３６内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれたロータ１３７とを含む。ステータ１３６は、ステータコア１３８と、ステータコア１３８に巻回される三相コイル１３９とを含む。
【００４２】
ロータ１３７は、動力分割機構ＰＳＤのリングギヤ１５２と一体的に回転するリングギヤケース１５５に減速機ＲＤを介して結合されている。ステータコア１３８は、たとえば電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。
【００４３】
モータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界とロータ１３７の回転との相互作用により三相コイル１３９の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。またモータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界と三相コイル１３９によって形成される磁界との相互作用によりロータ１３７を回転駆動する電動機として動作する。
【００４４】
減速機ＲＤは、プラネタリギヤの回転要素の一つであるプラネタリキャリヤ１６６がケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、減速機ＲＤは、ロータ１３７の出力軸１６０に結合されたサンギヤ１６２と、リングギヤ１５２と一体的に回転するリングギヤ１６８と、リングギヤ１６８およびサンギヤ１６２に噛み合いサンギヤ１６２の回転をリングギヤ１６８に伝達するピニオンギヤ１６４とを含む。たとえば、サンギヤ１６２の歯数に対しリングギヤ１６８の歯数を２倍以上にすることにより、減速比を２倍以上にすることができる。
【００４５】
このようにモータジェネレータＭＧ２の回転力は、減速機ＲＤを介して、リングギヤ１５２，１６８と一体的に回転する出力部材（リングギヤケース）１５５に伝達される。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、出力部材１５５から駆動輪までの間で動力を加えるように構成される。なお、減速機ＲＤの配置を省略して、すなわち減速比を設けることなく、モータジェネレータＭＧ２の出力軸１６０および出力部材１５５の間を連結してもよい。
【００４６】
電力変換ユニット２０は、コンバータ１２と、インバータ１４，２２とを含む。昇圧コンバータ１２は、バッテリ１０からの直流電圧を電圧変換して電源ラインＰＬおよび接地ラインＧＬ間に出力する。また、昇圧コンバータ１２は、双方向に電圧変換可能に構成されて、電源ラインＰＬおよび接地ラインＧＬ間の直流電圧をバッテリ１０の充電電圧に変換する。
【００４７】
インバータ１４，２２は、電源ラインＰＬおよび接地ラインＧＬ間の直流電圧を交流電圧に変換してそれぞれモータジェネレータＭＧ２，ＭＧ１へ出力する。また、インバータ１４，２２は、モータジェネレータＭＧ２，ＭＧ１によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して、電源ラインＰＬおよび接地ラインＧＬ間に出力する。
【００４８】
（モータジェネレータの制御構成）
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御構成について説明する。
【００４９】
図３は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御構成を示す概略ブロック図である。
図３を参照して、電力変換ユニット２０は、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４，２２と、電流センサ２４，２８とを含む。
【００５０】
図２に示したＥＣＵ３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作指令値であるトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２ならびに、昇圧コンバータ１２の動作指令値である電圧指令値ＶＨｒｅｆを生成するＨＶ−ＥＣＵ３２と、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨが電圧指令値ＶＨｒｅｆに追従し、かつ、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクがトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２に追従するように、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４，２２を制御するＭＧ−ＥＣＵ３５とを有する。
【００５１】
昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端は
バッテリ１０の電源ラインに接続され、他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１とＩＧＢＴ素子Ｑ２との中間点、すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタとＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。
【００５２】
インバータ１４は、Ｕ相上下アーム１５と、Ｖ相上下アーム１６と、Ｗ相上下アーム１７とから成る。Ｕ相上下アーム１５、Ｖ相上下アーム１６、およびＷ相上下アーム１７は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。Ｕ相上下アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相上下アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相上下アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００５３】
各相上下アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されるとともに、Ｕ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００５４】
インバータ２２は、インバータ１４と同じ構成から成る。
電圧センサ１１は、バッテリ１０から出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧ＶｂをＭＧ−ＥＣＵ３５へ出力する。コンデンサＣ１は、バッテリ１０から供給された直流電圧Ｖｂを平滑化し、その平滑化した直流電圧Ｖｂを昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００５５】
昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧Ｖｂを昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、ＭＧ−ＥＣＵ３５から信号ＰＷＭＣを受けると、信号ＰＷＭＣによってＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧Ｖｂを昇圧してコンデンサＣ２に供給する。
【００５６】
また、昇圧コンバータ１２は、ＭＧ−ＥＣＵ３５から信号ＰＷＭＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４および／またはインバータ２２から供給された直流電圧を降圧してバッテリ１０を充電する。
【００５７】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を、電源ラインＰＬおよび接地ラインＧＬを介してインバータ１４，２２へ供給する。電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨ（インバータ１４，２２への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧ＶＨをＭＧ−ＥＣＵ３５へ出力する。
【００５８】
インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されるとＭＧ−ＥＣＵ３５からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ２によって指定されたトルクを発生するように駆動される。
【００５９】
また、インバータ１４は、ハイブリッド車両５の回生制動時、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧をＭＧ−ＥＣＵ３５からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００６０】
インバータ２２は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されるとＭＧ−ＥＣＵ３５からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ１によって指定されたトルクを発生するように駆動される。
【００６１】
電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１をＭＧ−ＥＣＵ３５へ出力する。電流センサ２８は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２をＭＧ−ＥＣＵ３５へ出力する。
【００６２】
また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２には、ロータ回転角を検出する回転角センサ２５，２９がさらに設けられる。回転角センサ２５によって検出されたモータジェネレータＭＧ１のロータ回転角θ（１）および回転角センサ２９によって検出されたモータジェネレータＭＧ２のロータ回転角θ（２）は、ＭＧ−ＥＣＵ３５およびＨＶ−ＥＣＵ３２へ伝達される。
【００６３】
ＭＧ−ＥＣＵ３５は、バッテリ１０から出力された直流電圧Ｖｂを電圧センサ１１から受け、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２をそれぞれ電流センサ２４，２８から受け、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨ（すなわち、インバータ１４，２２への入力電圧）を電圧センサ１３から受け、ロータ回転角θ（１），θ（２）を回転角センサ２５，２９から受ける。さらに、ＨＶ−ＥＣＵ３２より、動作指令値である、電圧指令値ＶＨｒｅｆおよびトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２を受ける。なお、ロータ回転角θ（１），θ（２）に基づいて、ＭＧ１回転数Ｎｍ１（ｒｐｍ）およびＭＧ２回転数Ｎｍ２（ｒｐｍ）を求めることができる。
【００６４】
そして、ＭＧ−ＥＣＵ３５は、出力電圧ＶＨ、モータ電流ＭＣＲＴ２およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍ２に基づいて、後述する方法によりインバータ１４がモータジェネレータＭＧ２を駆動するときにインバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ２をインバータ１４へ出力する。また、ＭＧ−ＥＣＵ３５は、出力電圧ＶＨ、モータ電流ＭＣＲＴ１およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１に基づいて、後述する方法によりインバータ２２がモータジェネレータＭＧ１を駆動するときにインバータ２２のＩＧＢＴ素子をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ１をインバータ２２へ出力する。
【００６５】
さらに、ＭＧ−ＥＣＵ３５は、電圧指令値ＶＨｒｅｆと、少なくとも直流電圧Ｖｂおよび出力電圧ＶＨに基づいて、昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＣを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００６６】
図４は、各モータジェネレータの制御モードを概略的に説明する図である。
図４に示すように、本発明の実施の形態では、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御、すなわち、インバータ１４，２２における電力変換について、３つの制御モードを切換えて使用する。
【００６７】
正弦波ＰＷＭ制御は、一般的なＰＷＭ制御として用いられるものであり、各相上下アー素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令値と搬送波（代表的には三角波）との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、電気角３６０°の期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティ比が制御される。周知のように、正弦波ＰＷＭ制御モードでは、この基本波成分振幅をインバータ入力電圧の約０．６１倍程度までしか高めることができない。
【００６８】
一方、矩形波電圧制御では、電気角３６０°の期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が１：１の矩形波１パルス分を交流電動機印加する。これにより、変調率は０．７８まで高められる。
【００６９】
過変調ＰＷＭ制御は、上記電圧指令値の振幅を歪ませた上で上記正弦波ＰＷＭ制御と同様のＰＷＭ制御を行なうものである。この結果、基本波成分を歪ませることができ、変調率を正弦波ＰＷＭ制御モードでの最高変調率（約０．６１）から０．７８の範囲まで高めることができる。
【００７０】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２では、回転数や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなるため、必要となる線間電圧（モータ必要電圧）が高くなる。昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨはこのモータ必要電圧よりも高く設定する必要がある。その一方で、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨには限界値（ＶＨ最大電圧）が存在する。
【００７１】
したがって、モータ必要電圧がＶＨ最大電圧より低い領域では、正弦波ＰＷＭ制御または過変調ＰＷＭ制御によるＰＷＭ制御モードが適用されて、ベクトル制御に従ったモータ電流のフィードバック制御によって出力トルクがトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２に制御される。その一方で、モータ必要電圧がＶＨ最大電圧に達すると、出力電圧ＶＨをＶＨ最大電圧に設定した上で矩形波電圧制御モードが適用される。矩形波電圧制御では、基本波成分の振幅が固定されるため、トルク実績値とトルク指令値との偏差に基づく、矩形波電圧パルスの位相制御によってトルク制御が実行される。
【００７２】
（ＭＧ１の過回転保護および本実施の形態による電力収支制御）
上述のように構成されたハイブリッド車両では、動力分割機構ＰＳＤによる差動動作により、モータジェネレータＭＧ１の回転数、エンジンＥＮＧの回転数および出力部材（リングギヤケース）１５５の回転数は、図５の共線図に示されるように、出力部材１５５に対するモータジェネレータＭＧ１およびエンジンＥＮＧの回転数差が、一定比率を維持するように、それぞれの回転数が変化する。
【００７３】
このため、いずれかの要素の回転数の変化が他の要素の回転数に影響を及ぼすこととなり、特に、イナーシャの大きい高出力エンジンを搭載したハイブリッド車両では、モータジェネレータＭＧ１の高回転時に実行されるＭＧ１過回転保護制御時に、エンジン回転数低下の影響を受けてＭＧ１回転数が急激に低下する問題が発生する可能性がある。
【００７４】
図５は、ＭＧ１過回転保護制御およびその際の問題点を説明する図である。図５（ａ）には上記問題点を説明するための共線図が示され、図５（ｂ）には、上記問題点の発生時における動作波形例が示される。
【００７５】
図５（ａ）を参照して、通常の走行時には、車速に対応して決定される出力部材１５５の回転数に対して、エンジン回転数が燃費の良い領域となるように、モータジェネレータＭＧ１の回転数（以下、単にＭＧ１回転数とも称する）が制御される。
【００７６】
また、ハイブリッド車両５のパワートレインでは、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の各電力（消費電力を正値で示し発電電力を負値で示す）の合計電力と、各部位での損失電力と、バッテリ１０の入出力電力（放電電力を正値で示し充電電力を負値で示す）との総和が０となるように電力収支となる。したがって、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の合計電力が所定範囲内となるように、第１および第２のモータジェネレータの動作（出力トルク等）を制限することによって、蓄電装置の過充電および過放電、ならびに、電力変換ユニット２０での過電流の発生を防止するための電力収支制御が、たとえばＨＶ−ＥＣＵ３２（図３）により実行される。
【００７７】
ここで、共線図２６０のように、ＭＧ１回転数が制御上限値Ｎ１ｍａｘに近づいているケースにおいて、ブレーキペダル操作等によりハイブリッド車両５が減速されると、共線図２７０に示されるように、減速に伴う出力部材１５５の回転数低下によって、ＭＧ１回転数が制御上限値Ｎ１ｍａｘを超過して部品保護に問題を来たすような領域まで上昇する可能性がある。
【００７８】
このようなＭＧ１過回転を防止するために、モータジェネレータＭＧ１はＭＧ１回転数の上昇を抑制するように大きいトルクを出力し、加えて、共線図２８０に示されるように、燃料カット等のエンジン制御によりエンジンの出力トルクを低減して、エンジンの回転数を低下させて全体の回転数を低下させることによって、ＭＧ１回転数を低下させるＭＧ１過回転保護制御が実行される。この状態においても、モータジェネレータＭＧ１の発電電力が増加するので、モータジェネレータＭＧ２での消費電力を必要に応じて増加させることにより、上記電力収支制御が行なわれる。
【００７９】
しかしながら、高出力エンジン等、エンジンイナーシャが大きい場合には、共線図２７０から共線図２８０へ遷移するためのＭＧ１過回転保護制御によって、エンジン回転数を低下させると、この減速方向のエンジンイナーシャに引っ張られて、ＭＧ１回転数が急低下するおそれがある。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンが高出力、高トルクであるほど、ＭＧ１回転数を低下させる方向に大きな出力トルクを発生しているので、上記のようなエンジン制御の影響が大きいとＭＧ１回転数の急低下が発生し易くなる。
【００８０】
この結果、モータジェネレータＭＧ１による発電電力が急激に低下して、上記電力収支が崩れる可能性がある。さらに、ＭＧ１回転数の急低下に伴う差動動作によりＭＧ２回転数が急上昇すると、モータジェネレータＭＧ２の消費電力が急激に増大するので、電力収支はさらに大きく崩れる可能性がある。図５（ｂ）には、このような状況での動作波形例が示される。
【００８１】
図５（ｂ）を参照して、ＭＧ１回転数の上昇に伴い、ＭＧ１制御モードが正弦波ＰＷＭから、過変調ＰＷＭ、矩形波電圧制御へと変化する。そして、矩形波電圧制御が適用される高回転領域からＭＧ１回転数が急減するのに応答して、上述した電力収支の崩れによりバッテリ１０の入出力電流であるバッテリ電流が急増してしまうことが理解される。
【００８２】
このように、本発明の実施の形態によるハイブリッド車両では、エンジンの出力トルク低下による過回転保護制御の際に、ＭＧ１回転数の急低下をトリガとして電力収支が崩れることにより、バッテリ１０からの出力電流が急増して、バッテリ１０の過放電あるいは電力変換ユニット２０での過電流の発生を招く可能性がある。
【００８３】
したがって、本発明の実施の形態によるハイブリッド車両の制御装置では、ＭＧ１過回転保護制御の際に、以下のような電力収支制御の実行により電力収支が崩れることを防止する。
【００８４】
図６は、本発明の実施の形態によるハイブリッド車両の制御装置によるＭＧ１過回転保護制御時の電力収支制御構成を説明する概略ブロック図である。図６に示される各ブロックの機能は、ＨＶ−ＥＣＵ３２がハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理を実行することによって実現される。
【００８５】
図６を参照して、ＭＧ１回転数検出部３００は、回転角センサ２５によって検出されたロータ回転角θ（１）に基づき、ＭＧ１回転数Ｎｍ１（ｒｐｍ）を検出する。なお、回転角センサ２５については、ロータ回転角θ（１）をモータ電流、電圧等から推定することにより、省略してもよい。回転数低下検出部３１０は、ＭＧ１回転数検出部３００によって検出されたＭＧ１回転数Ｎｍ１および、エンジン制御信号（代表的には燃料カット制御を指示するＦ／Ｃ信号）に基づいて、エンジンＥＮＧの出力トルク低下に伴いＭＧ１回転数Ｎｍ１が急低下したときに、検出フラグＦＬをオンする。
【００８６】
検出フラグＦＬは、ＭＧ１回転数Ｎｍ１が、所定の単位時間内に所定値以上低下することにより、すなわち所定の減速度以上でＭＧ１回転数が低下したことによってオンされる。なお、エンジンＥＮＧの出力トルク低下を検知する信号は、Ｆ／Ｃ信号に限定されず、エンジン制御に用いる他の制御信号等を用いることも可能である。
【００８７】
電力収支制御部３２０は、検出フラグＦＬのオン時に、モータジェネレータＭＧ１および／またはＭＧ２のトルク指令値修正、昇圧コンバータ１２の電圧指令値ＶＨｒｅｆ修正、ならびに、モータジェネレータＭＧ１の制御モード切換指示のうちの少なくとも１つを実行する。
【００８８】
図７は、本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第１の例を説明するフローチャートである。
【００８９】
図７を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ステップＳ１００では、回転角センサ２５の出力に基づきＭＧ１回転数Ｎｍ１を検出する。すなわち、ステップＳ１００の動作は図６のＭＧ１回転数検出部３００の機能に相当する。
【００９０】
さらに、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ステップＳ１１０により、エンジンＥＮＧの出力トルク低下に伴うＭＧ１回転数Ｎｍ１の急低下が発生しているかどうかを判定する。すなわち、ステップＳ１１０の処理は、図６の回転数低下検出部３１０の機能に相当する。
【００９１】
ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ＭＧ１の回転数が急低下している場合（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）、すなわち検出フラグＦＬのオン時には、ステップＳ１２０により、モータジェネレータＭＧ１発電電力が増加する方向に、ＭＧ１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１を修正する。または、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、モータジェネレータＭＧ２での消費電力が減少する方向に、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ２を修正する。あるいは、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ステップＳ１２０では、上述したトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１の修正および、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ２の修正の両方を実行する。すなわち、ステップＳ１００の動作は図６の電力収支制御部３２０の機能に相当する。
【００９２】
これにより、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の合計電力が急激に増加（電力消費方向へ変化）することを抑制できるので、エンジンの出力トルク低下に伴いＭＧ２回転数が急低下した場合にも、電力収支崩れを軽減できる。この結果、バッテリ１０からの出力電流が急増して、バッテリ１０の過放電あるいは電力変換ユニット２０での過電流が発生することを防止できる。
【００９３】
図８は、本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第２の例を説明するフローチャートである。
【００９４】
図８を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、図７と同様のステップＳ１００およびＳ１１０を実行し、ＭＧ１の回転数が急低下している場合（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１３０により、昇圧コンバータ１２の電圧指令値ＶＨｒｅｆを現在値より低下させる。
【００９５】
これにより、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨ、すなわち、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２への印加電圧の振幅を低下させて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で取扱うエネルギを比例的に減少させることができる。この結果、バッテリ１０からの出力電流Ｉｂを速やかに減少できるので、バッテリ１０の過放電あるいは電力変換ユニット２０での過電流の発生を防止できる。
【００９６】
さらに、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ステップＳ１４０により、ステップＳ１３０によるインバータ入力電圧ＶＨの低下に合わせて、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ２を修正する。
【００９７】
図９に示される、モータジェネレータの出力トルク制御特性を参照して、さらに説明を進める。モータジェネレータＭＧ１は高回転であり矩形波電圧制御モードで制御されており、モータジェネレータＭＧ１の出力トルクは、印加電圧の電圧位相および昇圧コンバータ１２の出力電圧（インバータ入力電圧）ＶＨに応じて変化する。一方、モータジェネレータＭＧ２は低〜中回転でありＰＷＭ制御モードで運転されており、モータジェネレータＭＧ２の出力トルクは、インバータ入力電圧ＶＨが変化しても、ＨＶ−ＥＣＵ３２のトルク指令どおりに制御できる。
【００９８】
インバータ入力電圧ＶＨが低下すると、インバータ２２による制御とは無関係にモータジェネレータＭＧ１の出力トルクは低下することになる。たとえば、図９では、ステップＳ１４０での処理によってインバータ入力電圧ＶＨするのに伴い、モータジェネレータＭＧ１の出力トルクはΔＴ低下する。これに伴い、モータジェネレータＭＧ１の発電電力は、ΔＴ×Ｎｍ１×（２π／６０）だけ低下することになる。
【００９９】
したがって、このモータジェネレータＭＧ１の発電電力の低下量に対応させて、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ２を修正することにより、昇圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨの低下に伴って、モータジェネレータＭＧ２の消費電力を減少させることが可能となる。なお、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ２の修正量については、電圧指令値ＶＨｒｅｆの低下分と対応して算出することが可能である。たとえば、修正量ΔＴｑ２は、下記（ａ）式に従って算出することができる。
【０１００】
ΔＴｑ２＝［Ｃ２容量×ＶＨ×ＶＨｒｅｆ変化率＋ΔＴ×Ｎｍ１×（２π／６０）］／［Ｎｍ２×（２π／６０）］−Ｔｑｃｏｍ２ ・・・（ａ）
図１０は、本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第３の例を説明するフローチャートである。
【０１０１】
図１０を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、図７と同様のステップＳ１００およびＳ１１０を実行し、ＭＧ１の回転数が急低下している場合（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１５０により、モータジェネレータＭＧ１を制御するインバータ２２の制御モードを強制的にＰＷＭ制御モードに設定する。
【０１０２】
図５の共線図から理解されるように、ＭＧ１過回転保護制御が実行されるケースでは、モータジェネレータＭＧ１は高回転領域となっている。したがって、ステップＳ１１０がＹＥＳ判定となるような場面では、モータジェネレータＭＧ１の制御モードは，矩形波電圧制御モードである。
【０１０３】
しかしながら、矩形波電圧制御モードは、高回転領域で高出力を得るためには好都合であるものの、モータジェネレータへの印加電圧の電圧振幅については固定されており、電圧位相のみを制御可能であるので、その制御応答性は、電圧振幅および電圧位相の両方を制御可能なＰＷＭ制御モードよりは低下する。また、ＭＧ１回転数が急低下する状況であることを鑑みれば、制御モードを矩形波電圧制御モードからＰＷＭ制御モードへ直ちに変化させても悪影響を発生しない。
【０１０４】
したがって、ＨＶ−ＥＣＵ３２は、ＭＧ１回転数の急低下が検出された場合には、モータジェネレータの動作状態（代表的には、電圧・電流）のフィードバックに基づいた通常の制御モード切換判定を待つことなく、フィードフォワード的に直ちにモータジェネレータＭＧ１の制御モードをＰＷＭ制御モードに切換える。これにより、より制御応答性の高い制御モードを速やかに適用することができる。
【０１０５】
この結果、制御応答遅れの影響により、ＭＧ１回転数の低下が大きくなってＭＧ１の発電電力がさらに低下して、電力収支が大きく崩れるのを防止できる。すなわち、モータジェネレータＭＧ１の制御遅れによって、ＭＧ１回転数の急低下をトリガとした電力収支の崩れを軽減して、バッテリ１０の過放電あるいは電力変換ユニット２０での過電流の発生を防止することができる。
【０１０６】
図１１には、図１０に示した第３の例による電力収支制御の効果を示す実験結果が示される。
【０１０７】
図１１（ａ）に示されるように、第３の例による電力収支制御が適用されない場合には、矩形波電圧制御が適用される高回転状態から、ＭＧ１回転数が急低下してＭＧ１制御モードがＰＷＭ制御へ変化する際に、ＭＧ１回転数の急低下をトリガとした電力収支の崩れによってバッテリ電流が急増している。一方、図１１（ｂ）には、第３の例による電力収支制御の適用時に、図１１（ａ）の場合と同様のＭＧ１回転数の急低下を発生させた場合の動作波形が示される。図１１（ｂ）から理解されるように、ＭＧ１回転数の急低下時に、フィードフォワード的にＭＧ１制御モードをＰＷＭ制御モードへ切換えることによって、電力収支の崩れを抑制してバッテリ電流の急増が回避される。
【０１０８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明に従う制御装置を搭載したハイブリッド車両の全体構成を示す概略ブロック図である
【図２】図１のハイブリッド車両のパワートレインの詳細を説明する模式図である。
【図３】モータジェネレータの制御構成を示す概略ブロック図である。
【図４】各モータジェネレータの制御モードを概略的に説明する図である。
【図５】ハイブリッド車両でのＭＧ１過回転保護制御およびその際の問題点を説明する共線図および動作波形図である
【図６】本発明の実施の形態によるハイブリッド車両の制御装置によるＭＧ１過回転保護制御時の電力収支制御構成を説明する概略ブロック図である。
【図７】本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第１の例を説明するフローチャートである。
【図８】本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第２の例を説明するフローチャートである。
【図９】モータジェネレータの出力トルク制御特性を示す概念図である。
【図１０】本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第３の例を説明するフローチャートである。
【図１１】本実施の形態によるＭＧ１回転数低下時の電力収支制御の第３の例による効果を示す実験結果の波形図である
【符号の説明】
【０１１０】
５ ハイブリッド車両、１０ バッテリ（蓄電装置）、１１，１３ 電圧センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５，１６，１７ 各相上下アーム、２０ 電力変換ユニット、２４，２８ 電流センサ、２５，２９ 回転角センサ、４０ ハンドル、４４ アクセルポジションセンサ、４６ ブレーキペダルポジションセンサ、４８ シフトポジションセンサ、７０Ｌ，７０Ｒ 前輪（駆動輪）、８０Ｌ，８０Ｒ 後輪、１３１，１３６ ステータ、１３２，１３７ ロータ、１３３，１３８ ステータコア、１３４，１３９ 三相コイル、１５０ クランクシャフト、１５１ サンギヤ（ＰＳＤ）、１５２ リングギヤ（ＰＳＤ）、１５３ ピニオンギヤ（ＰＳＤ）、１５４ プラネタリキャリヤ（ＰＳＤ）、１５５ リングギヤケース（出力部材）、１６０ ＭＧ２出力軸、１６２ サンギヤ（ＲＤ）、１６４ ピニオンギヤ（ＲＤ）、１６６ プラネタリキャリヤ（ＲＤ）、１６８ リングギヤ（ＲＤ）、１７０ カウンタドライブギヤ、２６０，２７０，２８０ 共線図、３００ 回転数検出部、３１０ 回転数低下検出部、３２０ 電力収支制御部、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＤＥＦ ディファレンシャルギヤ、ＥＮＧ エンジン、ＦＬ 検出フラグ、Ｌ１ リアクトル、ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２ モータ電流、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎ１ｍａｘ 制御上限値（ＭＧ１回転数）、Ｎｍ１ ＭＧ１回転数、ＰＳＤ 動力分割機構、ＰＷＭＣ，ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２ スイッチング制御信号、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、ＲＤ 減速機、ＲＧ 動力伝達減速ギヤ、Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２ トルク指令値、Ｖｂ 直流電圧、ＶＨ コンバータ出力電圧（インバータ入力電圧）、ＶＨｒｅｆ 電圧指令値、ΔＴ トルク低下量、θ（１），θ（２） ロータ回転角。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の燃焼によって作動するエンジンと、前記エンジンの出力軸、第１のモータジェネレータの出力軸および出力部材とそれぞれ結合された複数の回転要素を互いに相対回転可能に連結し、かつ、前記第１のモータジェネレータによる電力および動力の入出力を伴って前記エンジンからの出力の少なくとも一部を前記出力部材へ出力する動力分割機構と、前記出力部材から駆動輪までの間で動力を加える第２のモータジェネレータと、蓄電装置ならびに前記第１および前記第２のジェネレータと接続されて双方向の電力変換を行なう電力変換ユニットとを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
前記第１のモータジェネレータの回転数を検知する回転数検知手段と、
前記エンジンの出力トルク低下に伴い前記第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、前記第１および第２のモータジェネレータの入出力電力の和が所定範囲内に制限されるように前記電力変換ユニットを制御するための電力収支制御手段とを備える、ハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
前記電力収支制御手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、前記第１のモータジェネレータによる発電電力が増加するように、前記第１のモータジェネレータの出力トルクの絶対値を変化させる、請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】
前記電力収支制御手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、前記第２のモータジェネレータによる消費電力が減少するように、前記第２のモータジェネレータの出力トルクの絶対値を変化させる、請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】
前記蓄電装置は、直流電圧を入出力し、
前記電力変換ユニットは、前記蓄電装置と前記第１および第２のジェネレータとの間にそれぞれ設けられた第１および第２のインバータを含み、
前記第１および第２のインバータの各々は、対応の前記モータジェネレータに矩形波電圧を印加するようにスイッチング制御される第１の制御モードと、パルス幅変調制御に従って対応の前記モータジェネレータへの印加電圧を制御する第２の制御モードとを選択的に適用され、
前記電力収支制御手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、前記第１のモータジェネレータの制御モードを強制的に前記第２の制御モードとする、請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項５】
前記蓄電装置は、直流電圧を入出力し、
前記電力変換ユニットは、
前記蓄電装置と直流電源配線との間に設けられて、前記直流電圧の出力電圧を昇圧して前記直流電源配線へ出力可能に構成されたコンバータと、
前記直流電源配線と前記第１および第２のジェネレータとの間にそれぞれ接続されて双方向の電力変換を行なう第１および第２のインバータとを含み、
前記電力収支制御手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、前記コンバータに対する前記直流電源配線への出力電圧指令値を、現在値よりも低下させる、請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項６】
前記動力分割機構は、前記エンジンの出力軸が結合されたキャリアと、前記出力部材が結合されたリングギヤと、前記第１のモータジェネレータの出力軸が結合されたサンギヤとを前記複数の回転要素として有する遊星歯車機構を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項１】
燃料の燃焼によって作動するエンジンと、前記エンジンの出力軸、第１のモータジェネレータの出力軸および出力部材とそれぞれ結合された複数の回転要素を互いに相対回転可能に連結し、かつ、前記第１のモータジェネレータによる電力および動力の入出力を伴って前記エンジンからの出力の少なくとも一部を前記出力部材へ出力する動力分割機構と、前記出力部材から駆動輪までの間で動力を加える第２のモータジェネレータと、蓄電装置ならびに前記第１および前記第２のジェネレータと接続されて双方向の電力変換を行なう電力変換ユニットとを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
前記第１のモータジェネレータの回転数を検知する回転数検知手段と、
前記エンジンの出力トルク低下に伴い前記第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、前記第１および第２のモータジェネレータの入出力電力の和が所定範囲内に制限されるように前記電力変換ユニットを制御するための電力収支制御手段とを備える、ハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
前記電力収支制御手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、前記第１のモータジェネレータによる発電電力が増加するように、前記第１のモータジェネレータの出力トルクの絶対値を変化させる、請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】
前記電力収支制御手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、前記第２のモータジェネレータによる消費電力が減少するように、前記第２のモータジェネレータの出力トルクの絶対値を変化させる、請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】
前記蓄電装置は、直流電圧を入出力し、
前記電力変換ユニットは、前記蓄電装置と前記第１および第２のジェネレータとの間にそれぞれ設けられた第１および第２のインバータを含み、
前記第１および第２のインバータの各々は、対応の前記モータジェネレータに矩形波電圧を印加するようにスイッチング制御される第１の制御モードと、パルス幅変調制御に従って対応の前記モータジェネレータへの印加電圧を制御する第２の制御モードとを選択的に適用され、
前記電力収支制御手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、前記第１のモータジェネレータの制御モードを強制的に前記第２の制御モードとする、請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項５】
前記蓄電装置は、直流電圧を入出力し、
前記電力変換ユニットは、
前記蓄電装置と直流電源配線との間に設けられて、前記直流電圧の出力電圧を昇圧して前記直流電源配線へ出力可能に構成されたコンバータと、
前記直流電源配線と前記第１および第２のジェネレータとの間にそれぞれ接続されて双方向の電力変換を行なう第１および第２のインバータとを含み、
前記電力収支制御手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数が所定以上低下したときに、前記コンバータに対する前記直流電源配線への出力電圧指令値を、現在値よりも低下させる、請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項６】
前記動力分割機構は、前記エンジンの出力軸が結合されたキャリアと、前記出力部材が結合されたリングギヤと、前記第１のモータジェネレータの出力軸が結合されたサンギヤとを前記複数の回転要素として有する遊星歯車機構を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２４７２７３（Ｐ２００８−２４７２７３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９３１８７（Ｐ２００７−９３１８７）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【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２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【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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