JP6365502B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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２００９−２７８７９１号公報（特許文献１）には、モータを駆動するインバータの異常が検出された場合に、その異常がインバータに含まれるスイッチング素子の短絡故障であるのか否かを判定する手法が開示されている。具体的には、インバータの異常が検出された場合、インバータに含まれるすべてのスイッチング素子をゲート遮断（シャットダウン）した状態で各相の電流値が所定値よりも大きい場合は、モータの逆起電圧による循環電流（短絡電流）が短絡故障中のスイッチング素子を流れていると考えられるため、スイッチング素子が短絡故障していると判定する。

特開２００９−２７８７９１号公報

特許文献１に開示された判定手法のようにモータの逆起電圧による循環電流を用いてインバータのスイッチング素子が短絡故障しているか否かを判定するためには、循環電流がある程度大きい値であることが望ましい。

しかしながら、モータの逆起電圧による循環電流が流れる際には、モータは自らの回転を妨げる方向に作用する制動トルク（引きずりトルク）を発生する。この制動トルクによってモータの回転速度の絶対値が０付近（しきい値未満の値）に停滞してしまうと、逆起電圧による循環電流が非常に小さくなってしまう。そのため、循環電流を用いる手法では、インバータのスイッチング素子が短絡故障しているか否かを精度よく判定できない可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転電機の回転速度の絶対値が０付近（しきい値未満）に停滞して逆起電圧による循環電流がほとんど流れない場合であっても、インバータのスイッチング素子が短絡故障しているか否かを判定可能にすることである。

この発明に係るハイブリッド車両は、エンジンと、永久磁石が装着されたロータを有する第１回転電機と、駆動輪に接続された出力軸と、エンジン、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、電源装置と、電源装置と第１回転電機との間で電力を変換可能に構成された、複数のスイッチング素子を有する第１インバータと、電源装置と第２回転電機との間で電力を変換可能に構成された第２インバータと、エンジン、第１インバータおよび第２インバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、第１インバータが異常であることを示すフェール信号を第１インバータから受けた場合、エンジンへの燃料供給が停止された状態で第１インバータをゲート遮断状態にする遮断制御を実行する。制御装置は、遮断制御の実行後においてエンジンの回転速度の絶対値が所定値以上で、かつ第１回転電機の回転速度の絶対値がしきい値未満である場合、複数のスイッチング素子のいずれかに短絡故障が発生していると判定する。制御装置は、遮断制御の実行後においてエンジンの回転速度の絶対値が所定値未満である場合または第１回転電機の回転速度の絶対値がしきい値以上である場合、複数のスイッチング素子に短絡故障が発生していないと判定する。

上記構成によれば、制御装置がフェール信号を第１インバータから受けた場合、制御装置は、第１回転電機の逆起電圧による循環電流を用いて第１インバータの短絡故障の有無を判定するのではなく、遮断制御の実行後におけるエンジンの回転速度の絶対値および第１回転電機の回転速度の絶対値を用いて第１インバータの短絡故障の有無を判定する。そのため、逆起電圧に起因する引きずりトルクによって第１回転電機の回転速度の絶対値が０付近（しきい値未満）に停滞して逆起電圧による循環電流がほとんど流れない場合であっても、第１インバータのスイッチング素子が短絡故障しているか否かを判定することができる。

好ましくは、複数のスイッチング素子は、各々が上側アームおよび下側アームを有する三相の駆動アームを構成するように、電源装置および第１回転電機の間に電気的に接続される。制御装置は、短絡故障が発生していると判定した場合は第１退避走行制御を行ない、短絡故障が発生していないと判定した場合は第２退避走行制御を行なう。第１退避走行制御は、エンジンの動力を用いずに第２回転電機の動力を用いてハイブリッド車両を走行させる制御である。第２退避走行制御は、第１インバータの三相の上側アームまたは下側アームを導通状態にする三相オン制御を実行することよってエンジンをクランキングし、クランキングによってエンジンを始動させた後に第１インバータをゲート遮断状態にしてエンジンおよび第２回転電機の動力を用いてハイブリッド車両を走行させる制御である。

上記構成によれば、第１インバータの複数のスイッチング素子に短絡故障が発生していないと判定された場合には、第１インバータの三相オン制御によるクランキングを伴なってエンジンが始動され、エンジンの動力を用いる第２退避走行制御が行なわれる。そのため、短絡故障の有無に関わらず一律にエンジンの動力を用いない第１退避走行制御が行なわれる場合に比べて、エンジンの燃料を使用した退避走行が可能となる。その結果、退避走行距離を延ばすことができる。

好ましくは、第１インバータは、上側アームが異常であるのか下側アームが異常であるのかを識別可能な態様でフェール信号を制御装置に出力する。制御装置は、三相オン制御を実行する際、上側アームおよび下側アームのうち、異常が発生していない側のアームを導通状態にする。

短絡故障が発生していないと判定された場合に三相オン制御が行なわれるが、この際、オープン故障（常時非導通状態となる故障）が発生している可能性が残されている。三相オン制御は三相の上側アームまたは下側アームを導通状態にする制御であるため、仮に三相オン制御の対象となる側のアームにオープン故障が発生していると、三相オン制御が正常に機能せず、エンジンをクランキングできない可能性がある。この点に鑑み、上記構成においては、上側アームおよび下側アームのうち、異常が発生していない側のアームが三相オン制御の対象とされる。そのため、三相オン制御によって確実にエンジンをクランキングして始動させることができる。

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。 第１インバータ２２１における、フェール信号を出力するための構成を概略的に示す図である。 ＭＤ走行中におけるエンジン、第１ＭＧおよび第２ＭＧの制御状態の一例を共線図上に示す図である。 循環電流の経路を概略的に示す図である。 ＭＤ走行中に第１インバータの短絡故障が発生している場合におけるエンジン、第１ＭＧおよび第２ＭＧの状態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である。 三相オン制御中の状態を概略的に示す図である。 ＭＤＥ走行中におけるエンジン、第１ＭＧおよび第２ＭＧの状態の一例を共線図上に示す図である。

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、以下「ＭＧ１」あるいは「第１ＭＧ」ともいう）１０と、モータジェネレータ（第２回転電機、以下「ＭＧ２」あるいは「第２ＭＧ」ともいう）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は、どちらも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１０，２０の各々のロータには、永久磁石が装着される。モータジェネレータ１０は、エンジン１００の始動要求がある場合に、バッテリ１５０の電力を用いてエンジン１００のクランキングを行なうためのトルクを発生可能である。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１００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。

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）を有する。

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から入力された直流電圧を昇圧し、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。

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、バルブタイミング等）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第１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、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およびコンバータ２１０によって電源装置が構成される。

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（上側アーム）およびスイッチング素子Ｑ２（下側アーム）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、上側アームと下側アームとの中間点（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側アームおよび下側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側アームおよび下側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（以下「第１インバータ２２１」ともいう）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、６つのスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８と、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ逆並列に接続されたダイオードＤ３〜Ｄ８とを含む。

６つのスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、各々が上側アームおよび下側アームを有する三相の駆動アームを構成するように、コンバータ２１０（電源装置）およびモータジェネレータ１０の間に電気的に接続される。具体的には、インバータ２２１は、三相の駆動アーム、すなわちＵ相アーム１Ｕ、Ｖ相アーム１Ｖ、Ｗ相アーム１Ｗとを含む。各相アーム１Ｕ，１Ｖ，１Ｗ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（上側アーム）およびスイッチング素子Ｑ４（下側アーム）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（上側アーム）およびスイッチング素子Ｑ６（下側アーム）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（上側アーム）およびスイッチング素子Ｑ８（下側アーム）を有する。

インバータ２２２（以下「第２インバータ２２２」ともいう）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、第２インバータ２２２の構成は、基本的には第１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。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１４には、駆動回路Ｆ１〜Ｆ１４がそれぞれ接続されている。駆動回路Ｆ１〜Ｆ１４の各々は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じた駆動信号を、対応するスイッチング素子に出力する。これにより、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１４はＥＣＵ３００からの制御信号に応じた状態に制御される。

さらに、駆動回路Ｆ１〜Ｆ１４の各々は、対応するスイッチング素子に異常が生じると、対応するスイッチング素子が異常であることを示すフェール信号をＥＣＵ３００に出力する。なお、スイッチング素子の異常には、スイッチング素子の短絡故障（常時通電状態となる故障）と、短絡故障以外の異常（たとえばオープン故障（常時非通電状態となる故障）、過電流、過電圧、過熱など）とが含まれる。

図３は、第１インバータ２２１における、フェール信号を出力するための構成を概略的に示す図である。第１インバータ２２１は、ＯＲ（論理和）回路２２１Ｕ，２２１Ｌを含む。なお、第２インバータ２２２も、第１インバータ２２１と同様の構成を有するため、第２インバータの構成についての詳細な説明は繰り返さない。

ＯＲ回路２２１Ｕは、インバータ２２１のＵ相の上側アームＱ３に対応する駆動回路Ｆ３と、Ｖ相の上側アームＱ５に対応する駆動回路Ｆ５と、Ｗ相の上側アームＱ７に対応する駆動回路Ｆ７とに接続される。ＯＲ回路２２１Ｕは、駆動回路Ｆ３，Ｆ５，Ｆ７の少なくとも１つからフェール信号を受けると、上側アームＱ３，Ｑ５，Ｑ７の少なくともいずれかが異常であることを示す上側フェール信号ＦＵをＥＣＵ３００に出力する。

ＯＲ回路２２１Ｌは、インバータ２２１のＵ相の下側アームＱ４に対応する駆動回路Ｆ４と、Ｖ相の下側アームＱ６に対応する駆動回路Ｆ６と、Ｗ相の下側アームＱ８に対応する駆動回路Ｆ８とに接続される。ＯＲ回路２２１Ｌは、駆動回路Ｆ４，Ｆ６，Ｆ８の少なくとも１つからフェール信号を受けると、下側アームＱ４，Ｑ６，Ｑ８の少なくともいずれかが異常であることを示す下側フェール信号ＦＬをＥＣＵ３００に出力する。

このように、本実施の形態による第１インバータ２２１は、上側アームおよび下側アームのどちら側に異常が発生しているのかを識別可能な態様でフェール信号をＥＣＵ３００に出力する。具体的には、第１インバータ２２１は、上側アームが異常である場合と、下側アームが異常である場合とで、異なるフェール信号をＥＣＵ３００に出力する。ＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１から上側フェール信号ＦＵを受信した場合には上側アームが異常であると判定することができ、下側フェール信号ＦＬを受信した場合には下側アームが異常であると判定することができる。

なお、図３に示す構成はあくまで一例であって、上側アームおよび下側アームのどちら側に異常が発生しているのかを識別可能な態様でフェール信号を出力可能であれば図３に示す構成以外の構成を採用するようにしてもよい。たとえば、駆動回路Ｆ３〜Ｆ８からのフェール信号をそれぞれ別々にＥＣＵ３００に直接入力する構成であってもよい。このような構成であっても、ＥＣＵ３００は、駆動回路Ｆ３，Ｆ５，Ｆ７の少なくとも１つからフェール信号を受信した場合には上側アームが異常であると判定することができ、駆動回路Ｆ４，Ｆ６，Ｆ８の少なくとも１つからフェール信号を受信した場合には下側アームが異常であると判定することができる。

図２に戻って、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。

＜通常走行および退避走行＞
ＥＣＵ３００は、通常モードで車両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。

ＥＣＵ３００は、第１ＭＧを駆動する第１インバータ２２１に異常が生じた場合、すなわち第１インバータ２２１からの上側フェール信号ＦＵまたは下側フェール信号ＦＬを受信した場合、退避モードで車両１を走行させる。この退避モードは、第１インバータ２２１の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）としつつ、第２ＭＧの動力を用いて車両を１を走行させるモードである。以下、退避モードによる走行を「退避走行」と記載する。

なお、本実施の形態において、退避走行には「ＭＤ（Motor Drive）走行」と「ＭＤＥ（Motor Drive plus Engin）走行」とが含まれる。ＭＤ走行では、第１インバータ２２１をゲート遮断しつつエンジン１００への燃料供給を停止して、第２ＭＧの動力を用いて車両１を退避走行させる。ＭＤＥ走行では、第１インバータ２２１をゲート遮断しつつエンジン１００を作動して、エンジン１００および第２ＭＧの動力を用いて車両１を退避走行させる。

図４は、ＭＤ走行中におけるエンジン１００、第１ＭＧおよび第２ＭＧの状態の一例を遊星歯車機構３０の共線図上に示す図である。上述したように、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（以下「共線図の関係」ともいう）を有する。

図４に示すように、ＭＤ走行中においては、エンジン１００への燃料供給が停止され、第２ＭＧのトルクＴｍ２によって車両１が退避走行される。これにより、エンジン回転速度Ｎｅは０となり、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２は正の値となる。第１インバータ２２１はゲート遮断状態であるため第１ＭＧはトルクを出力しないが、共線図の関係により、第２ＭＧが正方向に回転することによって第１ＭＧは機械的に負方向に回転させられる。そのため、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１は負の値となる。

＜第１インバータの短絡故障判定＞
第１インバータ２２１に異常が生じた場合、その異常がスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障であるのか否かを判定することは、異常発生後にどのような退避走行を行なうのかを決定する上で、また部品交換に要する時間および費用を低減する上で、有効である。

しかしながら、上述のように、第１インバータ２２１は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障が生じた場合にも、短絡故障以外の異常（オープン故障、過電流、過電圧、過熱など）が生じた場合にも、同じフェール信号（上側フェール信号ＦＵまたは下側フェール信号ＦＬ）を出力する。そのため、ＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１からフェール信号を受信しただけでは、第１インバータ２２１で生じている異常が短絡故障であるのか否かを判定することはできない。

短絡故障の有無を判定する１つの手法としては、背景技術欄で説明した手法、すなわち第１インバータ２２１をゲート遮断した状態で各相の電流（第１ＭＧの逆起電圧による循環電流）を用いる手法がある。

図５は、第１インバータ２２１のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の１つが短絡故障している場合の循環電流の経路を概略的に示す図である。なお、図５には、ＭＤ走行中において、Ｕ相の下側アームＱ４が短絡故障している例が示されている。

ＭＤ走行中においては、上述したように、第１ＭＧは、第２ＭＧの回転力によって機械的に負方向に回転させられる。第１ＭＧ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、第１ＭＧには逆起電圧が生じる。この逆起電圧に起因して、図５中に実線矢印で示されるような経路に循環電流（短絡電流）が生じる。具体的には、短絡故障しているＵ相の下側アームＱ４は第１ＭＧ側から電力線ＮＬ側に向けた電流の流れを許容するので、第１ＭＧから下側アームＱ４に向けて電流が流れる。Ｖ相およびＷ相の下側のダイオードＤ６，Ｄ８は電力線ＮＬ側から第１ＭＧ側に向けた電流の流れを許容するので、下側アームＱ４を流れた電流はダイオードＤ６，Ｄ８を介して第１ＭＧに戻される。

このように第１インバータ２２１のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の１つが短絡故障している場合には、ＥＣＵ３００が第１インバータ２２１をゲート遮断状態に制御しようとしても、第１ＭＧが機械的に回転させられることによって循環電流が流れる。したがって、ＭＤ走行中（第１インバータ２２１のゲート遮断中）に電流センサ２４１の出力（第１ＭＧの相電流）がしきい値を超える場合には、第１インバータ２２１のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のいずれかが短絡故障していると判定することが可能である。

しかしながら、上記のように循環電流が流れると、第１ＭＧには、自らの回転を妨げる方向に作用する引きずりトルクＴｄ（制動トルク）が発生する。この引きずりトルクＴｄによってＭＧ１回転速度Ｎｍ１の絶対値が０付近にまで減少してしまうと、第１ＭＧの逆起電圧が低下し、循環電流が非常に小さい値となってしまう。そのため、循環電流を用いる手法では、第１インバータ２２１が短絡故障しているか否かを精度よく判定できない可能性がある。

図６は、ＭＤ走行中に第１インバータ２２１の短絡故障が発生している場合におけるエンジン１００、第１ＭＧおよび第２ＭＧの状態の一例を遊星歯車機構３０の共線図上に示す図である。第１インバータ２２１の短絡故障が生じていない場合には、図６中に破線で示されるように、エンジン回転速度Ｎｅは０となり、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２は正の値となり、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１は負の値となる。

しかしながら、第１インバータ２２１の短絡故障が生じている場合には、第１ＭＧが逆起電圧に起因する引きずりトルクＴｄを発生する。この引きずりトルクＴｄによって、図６中に実線で示されるように、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１の絶対値が０付近にまで減少し、しきい値β未満となる。これに伴なってエンジン回転速度Ｎｅが増加し、所定値α以上になる。このような状態においては、第１ＭＧの逆起電圧が低下して循環電流がほとんど流れないため、循環電流を用いて第１インバータ２２１の短絡故障の有無を精度よく判定することができない。

そこで、本実施の形態によるＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１からフェール信号を受信した場合、循環電流の有無（電流センサ２４１の出力）に基づいて第１インバータ２２１の短絡故障の有無を判定するのではなく、エンジン１００および第１ＭＧの状態が図６の実線で示されるような状態であるか否かに基づいて第１インバータ２２１の短絡故障の有無を判定する。

具体的には、ＥＣＵ３００は、通常走行中に第１インバータ２２１からフェール信号を受信した場合、エンジン１００への燃料供給が停止された状態で第１インバータ２２１をゲート遮断状態にする「遮断制御」を実行する。

遮断制御の実行後において図６の実線で示されるような状態である場合、すなわちエンジン回転速度Ｎｅの絶対値が所定値α以上で、かつＭＧ１回転速度Ｎｍ１の絶対値がしきい値β未満である場合、ＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１の短絡故障である（すなわちスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のいずれかに短絡故障が発生している）と判定する。

一方、遮断制御の実行後において図６の実線で示されるような状態ではない場合、すなわちエンジン回転速度Ｎｅの絶対値が所定値α未満である場合、またはＭＧ１回転速度Ｎｍ１の絶対値がしきい値β以上である場合、ＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１の短絡故障でない（すなわちスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に短絡故障が発生していない）と判定する。

これにより、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１の絶対値が０付近（しきい値β未満）で停滞して循環電流がほとんど流れない場合であっても、第１インバータ２２１のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８が短絡故障しているか否かを判定することができる。また、第１インバータ２２１の異常が短絡故障であるか否かを走行中に予め判定しておくことで、部品交換等の修理に要する時間および費用を低減することが可能となる。

さらに、本実施の形態によるＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１の異常が短絡故障であるか否かに応じて、退避走行の態様を切り替える。具体的には、ＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１の異常が短絡故障である場合にはＭＤ走行を行ない、第１インバータ２２１の異常が短絡故障でない場合にはＭＤＥ走行を行なう。このように、短絡故障でない場合にはＭＤ走行ではなくＭＤＥ走行を行なうことによって、バッテリ１５０の電力だけでなくエンジン１００の燃料を用いた退避走行が可能となる。その結果、退避走行距離を延ばすことができる。

図７は、ＥＣＵ３００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、通常走行中（ＨＶ走行中またはＥＶ走行中）に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、第１インバータ２２１からのフェール信号（上側フェール信号ＦＵまたは下側フェール信号ＦＬ）を受信したか否かを判定する。フェール信号を受信していない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、ＥＣＵ３００は処理を終了する。

フェール信号を受信した場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１にて、上述の遮断制御を実行する。すなわち、ＥＣＵ３００は、エンジン１００への燃料供給を停止するとともに、第１インバータ２２１をゲート遮断状態にするための制御信号を第１インバータ２２１に出力する。なお、ＥＶ走行中であり既にエンジン１００への燃料供給が停止されている場合には、ＥＣＵ３００は、エンジン１００への燃料供給停止を継続する。

遮断制御の実行後において、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１Ａにおいて、遮断制御を開始してからの経過時間が所定時間を超えているか否かを判定する。遮断制御を開始してからの経過時間が所定時間を超えていない場合（Ｓ１１ＡにてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１Ａの処理を繰り返し、経過時間が所定時間を超えるまで待つ。

Ｓ１１Ａの処理は、遮断制御の実行後の第１ＭＧの引きずりトルクＴｄの影響でエンジン回転速度Ｎｅが所定値α以上となっているのではなく、遮断制御の実行前のＨＶ走行（エンジン１００への燃料供給）の影響によってエンジン回転速度Ｎｅが所定値α以上となっている状態を排除するために行なわれる。すなわち、仮に遮断制御の実行前にＨＶ走行が行なわれていた場合には、遮断制御によってエンジン１００への燃料供給を停止したとしても、エンジン回転速度Ｎｅが図６の実線または破線で示される状態に低下するまでには多少の時間がかかる。そこで、ＥＣＵ３００は、遮断制御を開始してからの経過時間が所定時間（エンジン１００への燃料供給停止後にエンジン回転速度Ｎｅが図６の実線または破線で示される状態に低下するまでに要すると想定される時間）を超えるのを待ってから、Ｓ１２以降の処理を行なう。

遮断制御を開始してからの経過時間が所定時間を超えている場合（Ｓ１１ＡにてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２およびＳ１３にて図６の実線で示されるような状態であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２にてエンジン回転速度センサ４１０によって検出されたエンジン回転速度Ｎｅの絶対値が所定値α以上であるか否かを判定し、Ｓ１３にてレゾルバ４２１によって検出されたＭＧ１回転速度Ｎｍ１の絶対値がしきい値β未満であるか否かを判定する。

エンジン回転速度Ｎｅの絶対値が所定値α以上であり（Ｓ１２にてＹＥＳ）かつＭＧ１回転速度Ｎｍ１の絶対値がしきい値β未満である（Ｓ１３にてＹＥＳ）場合、すなわち図６の実線で示されるような状態である場合、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４にて第１インバータ２２１の短絡故障であると判定し、Ｓ１５にてＭＤ走行による退避走行を行なう。

一方、エンジン回転速度Ｎｅの絶対値が所定値α未満である場合（Ｓ１２にてＮＯ）、またはＭＧ１回転速度Ｎｍ１の絶対値がしきい値β以上である場合（Ｓ１３にてＮＯ）、すなわち図６の実線で示されるような状態ではない場合、ＥＣＵ３００は、Ｓ１６にて第１インバータ２２１の短絡故障でないと判定し、Ｓ１７〜Ｓ２０にてＭＤＥ走行による退避走行を行なう。

具体的には、ＥＣＵ３００は、まず、Ｓ１７にて、エンジン１００をクランキングするために、第１インバータ２２１の三相オン制御を実行する。第１インバータ２２１の三相オン制御とは、第１インバータ２２１の三相分の上側アームＱ３，Ｑ５，Ｑ７または下側アームＱ４，Ｑ６，Ｑ８を導通状態にする制御である。

本実施の形態によるＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１の三相オン制御を実行する際、上側アームＱ３，Ｑ５，Ｑ７および下側アームＱ４，Ｑ６，Ｑ８のうち、異常が発生していない側のアームを導通状態にする。すなわち、ＥＣＵ３００は、上側フェール信号ＦＵを受信した場合には下側アームＱ４，Ｑ６，Ｑ８を導通状態にし、下側フェール信号ＦＬを受信した場合には上側アームＱ３，Ｑ５，Ｑ７を導通状態にする。

図８は、第１インバータ２２１のＵ相の下側アームＱ４がオープン故障している場合における三相オン制御中の状態を概略的に示す図である。Ｕ相の下側アームＱ４がオープン故障している場合、第１インバータ２２１は下側フェール信号ＦＬをＥＣＵ３００に出力する。

ＥＣＵ３００は、Ｓ１６にて短絡故障でないと判定した場合にＳ１７にて三相オン制御を行なうが、この際、第１インバータ２２１から下側フェール信号ＦＬを受信していた場合には、下側アームＱ４，Ｑ６，Ｑ８のいずれかにおいて短絡故障以外の異常が生じていると認識することができる。短絡故障以外の異常には、オープン故障が含まれる。したがって、仮に下側アームＱ４，Ｑ６，Ｑ８を三相オン制御の対象とすると、下側アームＱ４，Ｑ６，Ｑ８のいずれかがオープン故障によって指令どおりに導通状態にならず、三相オン制御が正常に機能しない可能性がある。

そこで、ＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１から下側フェール信号ＦＬを受信した場合、異常が生じていない上側アームＱ３，Ｑ５，Ｑ７を三相オン制御の対象とする。これにより、三相オン制御が正常に機能し、図８の実線矢印に示すように、第１ＭＧの逆起電圧に起因する電流が、上側アームＱ３，Ｑ５，Ｑ７を双方向に流れ得る状態となる。電流が流れると、第１ＭＧには、自らの回転を妨げる方向に作用する引きずりトルクＴｄが発生する。この引きずりトルクＴｄによってエンジン１００がクランキングされる。すなわち、下側アームＱ４がオープン故障している場合であっても、上側アームＱ３，Ｑ５，Ｑ７を三相オン制御によって導通状態とすることで、第１ＭＧに引きずりトルクＴｄを発生させてエンジン１００を確実にクランキングすることができる。

図７に戻って、ＥＣＵ３００は、三相オン制御によるエンジン１００の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、Ｓ１８にてエンジン１００の燃料噴射制御および点火制御を開始してエンジン１００を始動し、Ｓ１９にて第１インバータ２２１を再びゲート遮断状態にする。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ２０にてＭＤＥ走行による退避走行を行なう。このように、短絡故障でない場合にはＭＤ走行ではなくＭＤＥ走行を行なうことによって、バッテリ１５０の電力だけでなくエンジン１００の燃料を用いた退避走行が可能となるため、退避走行距離を延ばすことができる。

図９は、ＭＤＥ走行中におけるエンジン１００、第１ＭＧおよび第２ＭＧの状態の一例を遊星歯車機構３０の共線図上に示す図である。第１インバータ２２１の短絡故障が生じていない場合には、遮断制御の実行後において、図９中に破線で示されるように、エンジン回転速度Ｎｅは０となり、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２は正の値となり、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１は負の値となる。このような状態から、三相オン制御による引きずりトルクＴｄによってエンジンがクランキングされ、その後、エンジン１００の燃料点火によってエンジントルクＴｅが発生する。

エンジントルクＴｅによって、図９中の実線で示されるように、第１ＭＧは正方向に回転させられる。これにより、第１ＭＧの逆起電圧に起因する電流が第１ＭＧとバッテリ１５０との間を循環する。その結果、第１ＭＧは、自らの回転を妨げる方向（負方向）に作用する引きずりトルクＴｄｅを発生する。

なお、仮に第１インバータ２２１のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のいずれかが短絡故障していると、エンジントルクＴｅによって第１ＭＧが回転させられることによって、短絡故障しているスイッチング素子に過大な短絡電流が集中的に流れ、二次的な故障を引き起こすことが懸念される。しかしながら、本実施の形態においては、第１インバータ２２１の短絡故障が発生していないと判定された場合にＭＤＥ走行が行われるため、短絡故障による過大な電流は流れず、二次的な故障は生じない。

エンジントルクＴｅによる引きずりトルクＴｄｅが第１ＭＧ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、引きずりトルクＴｄｅの反力として、正方向（前進方向）に作用するエンジン直達トルクＴｅｐが発生する。これにより、ＭＤＥ走行では、第２ＭＧのトルクＴｍ２に加えて、エンジン直達トルクＴｅｐを用いて退避走行することが可能となる。すなわち、バッテリ１５０の電力だけでなくエンジン１００の燃料を用いた退避走行が可能となる。その結果、退避走行距離を延ばすことができる。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ３００は、第１インバータ２２１からフェール信号を受信した場合、循環電流の有無（電流センサ２４１の出力）に基づいて第１インバータ２２１の短絡故障の有無を判定するのではなく、エンジン１００および第１ＭＧの状態に基づいて第１インバータ２２１の短絡故障の有無を判定する。これにより、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１の絶対値が０付近で停滞して循環電流がほとんど流れない場合であっても、第１インバータ２２１のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８が短絡故障しているか否かを判定することができる。

＜変形例＞
上述の実施の形態においては、図７のＳ１２およびＳ１３にて、エンジン回転速度センサ４１０によって検出されたエンジン回転速度Ｎｅと、レゾルバ４２１によって検出されたＭＧ１回転速度Ｎｍ１とを用いて、図６の実線で示されるような状態であるか否かを判定した。しかしながら、図６の実線で示されるような状態であるか否かを判定する手法はこれに限定されない。

すなわち、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１とエンジン回転速度ＮｅとＭＧ２回転速度Ｎｍ２とは、共線図の関係、すなわち、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を有する。

したがって、たとえば、図７のＳ１２の判定に用いるエンジン回転速度Ｎｅは、エンジン回転速度センサ４１０によって検出された値ではなく、レゾルバ４２１，４２２によって検出されたＭＧ１回転速度Ｎｍ１およびＭＧ２回転速度Ｎｍ２から共線図の関係を利用して推定された値であってもよい。同様に、図７のＳ１３の判定に用いるＭＧ１回転速度Ｎｍ１は、レゾルバ４２１によって検出された値ではなく、エンジン回転速度センサ４１０およびレゾルバ４２２によって検出されたエンジン回転速度ＮｅおよびＭＧ２回転速度Ｎｍ２から共線図の関係を利用して推定された値であってもよい。

また、図６の実線で示されるような状態であるか否かを、エンジン回転速度ＮｅとＭＧ１回転速度Ｎｍ１とを用いて判定するのではなく、エンジン回転速度ＮｅとＭＧ２回転速度Ｎｍ２とを用いて判定するようにしてもよい。この場合には、エンジン回転速度Ｎｅの絶対値が所定値α以上であって、かつＭＧ１回転速度Ｎｍ１の絶対値がしきい値β未満となる所定範囲にＭＧ２回転速度Ｎｍ２が含まれる場合に、図６の実線で示されるような状態であると判定すればよい。また、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１とＭＧ２回転速度Ｎｍ２とを用いて判定するようにしてもよい。この場合には、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１の絶対値がしきい値β未満であって、かつエンジン回転速度Ｎｅの絶対値が所定値α以上となる範囲にＭＧ２回転速度Ｎｍ２が含まれる場合に、図６の実線で示されるような状態であると判定すればよい。

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、２００ ＰＣＵ、２１０ コンバータ、２２１ 第１インバータ、２２１Ｌ，２２１Ｕ ＯＲ回路、２２２ 第２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、Ｄ１〜Ｄ１４ ダイオード、Ｆ１〜Ｆ１４ 駆動回路、Ｑ１〜Ｑ１４ スイッチング素子。

Claims (3)

1. ハイブリッド車両であって、
   エンジンと、
   永久磁石が装着されたロータを有する第１回転電機と、
   駆動輪に接続された出力軸と、
   前記エンジンに連結されるキャリアと前記第１回転電機に連結されるサンギヤと前記出力軸に連結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、
   電源装置と、
   前記電源装置と前記第１回転電機との間で電力を変換可能に構成された、複数のスイッチング素子を有する第１インバータと、
   前記電源装置と前記第２回転電機との間で電力を変換可能に構成された第２インバータと、
   前記エンジン、前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記第１インバータが異常であることを示すフェール信号を前記第１インバータから受けた場合、前記エンジンへの燃料供給が停止された状態で前記第１インバータをゲート遮断状態にする遮断制御を実行し、
   前記遮断制御の実行後において前記エンジンが回転しており、かつ前記第１回転電機の回転速度の絶対値が０付近で停滞している場合、前記複数のスイッチング素子のいずれかに短絡故障が発生していると判定し、
   前記遮断制御の実行後において前記エンジンが回転していない場合または前記第１回転電機の回転速度の絶対値が０付近で停滞していない場合、前記複数のスイッチング素子に短絡故障が発生していないと判定する、ハイブリッド車両。
2. 前記複数のスイッチング素子は、各々が上側アームおよび下側アームを有する三相の駆動アームを構成するように、前記電源装置および前記第１回転電機の間に電気的に接続され、
   前記制御装置は、前記短絡故障が発生していると判定した場合は第１退避走行制御を行ない、前記短絡故障が発生していないと判定した場合は第２退避走行制御を行ない、
   前記第１退避走行制御は、前記エンジンの動力を用いずに前記第２回転電機の動力を用いて前記ハイブリッド車両を走行させる制御であり、
   前記第２退避走行制御は、前記第１インバータの前記三相の前記上側アームまたは前記下側アームを導通状態にする三相オン制御を実行することよって前記エンジンをクランキングし、前記クランキングによって前記エンジンを始動させた後に前記第１インバータをゲート遮断状態にして前記エンジンおよび前記第２回転電機の動力を用いて前記ハイブリッド車両を走行させる制御である、請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記第１インバータは、前記上側アームが異常であるのか前記下側アームが異常であるのかを識別可能な態様で前記フェール信号を前記制御装置に出力し、
   前記制御装置は、前記三相オン制御を実行する際、前記上側アームおよび前記下側アームのうち、異常が発生していない側のアームを導通状態にする、請求項２に記載のハイブリッド車両。

Images