车辆及其控制方法以及驱动装置.pdf

当发生了驱动电机MG2的变换器变成一相短路的异常时，使该变换器变成三相短路的状态(S100)，并且，从与加速踏板的踏下量对应的要求转矩T*减去因伴随电机MG2的旋转所产生的逆电动势而作用于驱动轴的逆电动势作用转矩Tb、以及对应转向角θ的转向角作用转矩Ts，从而对执行用转矩Tr*进行设定(S120～S150)，对发动机和驱动电机MG1的变换器进行控制(S160～S200)，使得利用执行用转矩Tr*来进行行驶。由此能够使由发动机和电机MG1输出到驱动轴上的驱动力成为与要求转矩T*对应的驱动力。

1.  一种车辆，具备：
内燃机；
电力动力输入输出单元，其包括能够输入输出动力的发电机，该电力动力输入输出单元与车轴侧连接，并且，以能够独立于该车轴侧地进行旋转的方式与所述内燃机的输出轴连接，能够伴随电力和动力的输入输出而在所述车轴侧和所述输出轴上输入输出动力；
电动机，其能够在所述车轴或在与该车轴不同的车轴上输入输出动力，伴随旋转而产生逆电动势；
第一变换器电路，其用于驱动所述发电机；
第二变换器电路，其用于驱动所述电动机；
蓄电单元，其能够经由所述第一变换器电路和所述第二变换器电路而与所述发电机和所述电动机交换电力；
闭合电路形成异常检测单元，其对在所述第二变换器电路的一部分的相上形成闭合电路的闭合电路形成异常进行检测；
要求驱动力设定单元，其对行驶要求的要求驱动力进行设定；以及
控制单元，其在由所述闭合电路形成异常检测单元检测出闭合电路形成异常时，对所述第二变换器电路进行控制，使得该第二变换器电路的开关元件在预定的开关状态下停止，并且，对所述内燃机和所述第一变换器电路进行控制，使得利用基于抵消用驱动力和所述设定的要求驱动力的和的驱动力的执行用驱动力来进行行驶，所述抵消用驱动力用于抵消因逆电动势而作用于车辆的制动力的至少一部分，所述逆电动势是伴随所述电动机的旋转而产生的。

2.  根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述预定的开关状态是在所述第二变换器电路的全部的相上形成闭合电路的开关状态。

3.  根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述控制单元使用所述抵消用驱动力来对所述内燃机和所述第一变换器电路进行控制，所述抵消用驱动力是使用作为所述电动机的转速和所述抵消用驱动力的关系而预先确定的转速驱动力关系来得到的。

4.  根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述控制单元，按车辆的转向角越大、则转向角用驱动力越大的倾向来对该转向角用驱动力进行设定，并且，将该设定的转向角用驱动力、所述抵消用驱动力、和所述设定的要求驱动力的和的驱动力作为所述执行用驱动力，控制所述内燃机和所述第一变换器电路。

5.  根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述控制单元，对所述内燃机和所述第一变换器电路进行控制，使得在可以使所述蓄电单元进行充放电的最大容许电力、即输入输出限制的范围内，输出所述执行用驱动力来进行行驶。

6.  根据权利要求1所述的车辆，具备：
与所述电动机不同的第二电动机，其能够与所述蓄电单元交换电力，能够在所述车轴侧或在与该车轴不同的车轴上输入输出动力；和
第三变换器电路，其用于驱动所述第二电动机，
所述控制单元，对所述内燃机、所述第一变换器电路、和所述第三变换器电路进行控制，使得从所述第二电动机输出驱动力，利用所述执行用驱动力来进行行驶。

7.  根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述电力动力输入输出单元包括三轴式动力输入输出单元，所述三轴式动力输入输出单元与连接于所述车轴的驱动轴、所述内燃机的输出轴、和所述发电机的旋转轴这三个轴连接，基于在该三个轴中的任二个轴上输入输出的动力来在剩余的轴上输入输出动力。

8.  一种驱动装置，其与内燃机和能够充放电的蓄电单元一同安装在能够向驱动轴输出动力的动力输出装置中，具备：
电力动力输入输出单元，其包括能够与所述蓄电单元交换电力、且能够输入输出动力的发电机，该电力动力输入输出单元与所述驱动轴连接，并且，以能够独立于该驱动轴地进行旋转的方式与所述内燃机的输出轴连接，能够伴随电力和动力的输入输出而在所述驱动轴和所述输出轴上输入输出动力；
电动机，其能够在所述驱动轴上输入输出动力，伴随旋转而产生逆电动势；
第一变换器电路，其用于驱动所述发电机；
第二变换器电路，其用于驱动所述电动机；
蓄电单元，其能够经由所述第一变换器电路和所述第二变换器电路而与所述发电机和所述电动机交换电力；
闭合电路形成异常检测单元，其对在所述第二变换器电路的一部分的相上形成闭合电路的闭合电路形成异常进行检测；
要求驱动力设定单元，其对所述驱动轴要求的要求驱动力进行设定；以及
控制单元，其在由所述闭合电路形成异常检测单元检测出闭合电路形成异常时，对所述第二变换器电路进行控制，使得该第二变换器电路的开关元件在预定的开关状态下停止，并且，对所述内燃机和所述第一变换器电路进行控制，使得向所述驱动轴输出基于抵消用驱动力和所述设定的要求驱动力的和的驱动力的执行用驱动力，所述抵消用驱动力用于抵消因逆电动势而作用于所述驱动轴的制动力的至少一部分，所述逆电动势是伴随所述电动机的旋转而产生的。

9.  一种车辆的控制方法，所述车辆具备：
内燃机；
电力动力输入输出单元，其包括能够输入输出动力的发电机，该电力动力输入输出单元与车轴侧连接，并且，以能够独立于该车轴侧地进行旋转的方式与所述内燃机的输出轴连接，能够伴随电力和动力的输入输出而在所述车轴侧和所述输出轴上输入输出动力；
电动机，其能够在所述车轴或在与该车轴不同的车轴上输入输出动力，伴随旋转而产生逆电动势；
第一变换器电路，其用于驱动所述发电机；
第二变换器电路，其用于驱动所述电动机；以及
蓄电单元，其能够经由所述第一变换器电路和所述第二变换器电路而与所述发电机和所述电动机交换电力，
该控制方法的特征在于，
当发生了在所述第二变换器电路的一部分的相上形成闭合电路的闭合电路形成异常时，对该第二变换器电路进行控制，使得所述第二变换器电路的开关元件在预定的开关状态下停止，并且，对所述内燃机和所述第一变换器电路进行控制，使得利用基于抵消用驱动力和行驶要求的要求驱动力的和的驱动力的执行用驱动力来进行行驶，所述抵消用驱动力用于抵消因逆电动势而作用于所述驱动轴的制动力的至少一部分，所述逆电动势是伴随所述电动机的旋转而产生的。

车辆及其控制方法以及驱动装置
技术领域
本发明涉及车辆及其控制方法以及驱动装置，尤其涉及车辆及其控制方法、以及与内燃机和能够充放电的蓄电单元一同安装在能够向驱动轴输出动力的动力输出装置中的驱动装置。
背景技术
以往，作为这种车辆而提出了如下车辆：具备发动机、第一电机、行星齿轮机构以及连接于车轴侧的作为同步发电电动机的第二电机，并且能应对驱动第二电机的变换器的异常，所述行星齿轮机构与发动机的输出轴、第一电机的旋转轴以及车轴侧相连接(例如，参照专利文献1)。在该车辆中，当驱动与前轮连接的第二电机的变换器发生了过热的异常时，减小来自第二电机的转矩，并且增大来自连接于后轮的第三电机的转矩，由此在输出车辆要求的要求转矩的同时，抑制变换器的过热。
专利文献1：日本特开2006-197717号公报
发明内容
作为上述车辆中发生的异常，考虑有驱动第二电机的变换器的开关元件固定为导通的异常。在该情况下，考虑由于无法驱动第二电机，所以至少作为退避行驶而驱动发动机和第一电机，由此来确保行驶用所需的驱动力。此时，当例如将PM型的同步发电电动机用作第二电机时，在三相线圈中的一相上形成闭合电路，由于伴随第二电机的转子的旋转而产生的逆电动势，会在车辆上作用制动力，会无法利用与驾驶者的加速操作相应的驱动力来进行行驶。
本发明的车辆及其控制方法以及驱动装置的主要目的在于：即使是发生了在驱动电动机的变换器上形成闭合电路的闭合电路形成异常时，也能输出与要求相应的驱动力。
本发明的车辆及其控制方法以及驱动装置为了达成上述的主要目的而采用了以下方案。
本发明的车辆的特征在于具备：内燃机；电力动力输入输出单元，其包括能够输入输出动力的发电机，该电力动力输入输出单元与车轴侧连接，并且，以能够独立于该车轴侧地进行旋转的方式与所述内燃机的输出轴连接，能够伴随电力和动力的输入输出而在所述车轴侧和所述输出轴上输入输出动力；电动机，其能够在所述车轴或在与该车轴不同的车轴上输入输出动力，伴随旋转而产生逆电动势；第一变换器电路，其用于驱动所述发电机；第二变换器电路，其用于驱动所述电动机；蓄电单元，其能够经由所述第一变换器电路和所述第二变换器电路而与所述发电机和所述电动机交换电力；闭合电路形成异常检测单元，其对在所述第二变换器电路的一部分的相上形成闭合电路的闭合电路形成异常进行检测；要求驱动力设定单元，其对行驶要求的要求驱动力进行设定；以及控制单元，其在由所述闭合电路形成异常检测单元检测出闭合电路形成异常时，对所述第二变换器电路进行控制，使得该第二变换器电路的开关元件在预定的开关状态下停止，并且，对所述内燃机和所述第一变换器电路进行控制，使得利用基于抵消用驱动力和所述设定的要求驱动力的和的驱动力的执行用驱动力来进行行驶，所述抵消用驱动力用于抵消因逆电动势而作用于车辆的制动力的至少一部分，所述逆电动势是伴随所述电动机的旋转而产生的。
在本发明的车辆中，当发生了在用于驱动电动机的第二变换器电路的一部分的相上形成闭合电路的闭合电路形成异常时，对第二变换器电路进行控制，使得第二变换器电路的开关元件在预定的开关状态下停止，并且，对内燃机和第一变换器电路进行控制，使得利用基于抵消用驱动力和行驶要求的要求驱动力的和的驱动力的执行用驱动力来进行行驶，所述抵消用驱动力用于抵消因逆电动势而作用于车辆的制动力的至少一部分，所述逆电动势是伴随电动机的旋转而产生的。由此，能够使由内燃机和电力动力输入输出单元输出的驱动力与要求驱动力对应，从而能够利用对应于要求驱动力的驱动力来进行行驶。
在这样的本发明的车辆中可以为：所述预定的开关状态是在所述第二变换器电路的全部的相上形成闭合电路的开关状态。这样一来，能够减小因逆电动势而作用于车辆的制动力，所述逆电动势是伴随电动机的旋转而产生的。
另外，在本发明的车辆中也可以为：所述控制单元，使用所述抵消用驱动力来对所述内燃机和所述第一变换器电路进行控制，所述抵消用驱动力是使用作为所述电动机的转速和所述抵消用驱动力的关系而预先确定的转速驱动力关系来得到的。这样一来，能够容易地得到抵消用驱动力。
而且，在本发明的车辆中也可以为：所述控制单元，按车辆的转向角越大、则转向角用驱动力越大的倾向来对该转向角用驱动力进行设定，并且，将该设定的转向角用驱动力、所述抵消用驱动力、和所述设定的要求驱动力的和的驱动力作为所述执行用驱动力，控制所述内燃机和所述第一变换器电路。这样一来，能够使执行用驱动力成为对应转向角的驱动力，从而能够利用对应转向角的驱动力来进行行驶。
或者，在本发明的车辆中也可以为：所述控制单元，对所述内燃机和所述第一变换器电路进行控制，使得在可以使所述蓄电单元进行充放电的最大容许电力、即输入输出限制的范围内，输出所述执行用驱动力来进行行驶。这样一来，能够抑制因过大的电力而引起的蓄电单元的充放电。
另外，在本发明的车辆中也可以为，具备：与所述电动机不同的第二电动机，其能够与所述蓄电单元交换电力，能够在所述车轴侧或在与该车轴不同的车轴上输入输出动力；和第三变换器电路，其用于驱动所述第二电动机，所述控制单元，对所述内燃机、所述第一变换器电路、和所述第三变换器电路进行控制，使得从所述第二电动机输出驱动力，利用所述执行用驱动力来进行行驶。
在本发明的车辆中也可以为，所述电力动力输入输出单元包括三轴式动力输入输出单元，所述三轴式动力输入输出单元与连接于所述车轴的驱动轴、所述内燃机的输出轴、和所述发电机的旋转轴这三个轴连接，基于在该三个轴中的任二个轴上输入输出的动力来在剩余的轴上输入输出动力。
本发明的驱动装置与内燃机和能够充放电的蓄电单元一同安装在能够向驱动轴输出动力的动力输出装置中，特征在于具备：电力动力输入输出单元，其包括能够与所述蓄电单元交换电力、且能够输入输出动力的发电机，该电力动力输入输出单元与所述驱动轴连接，并且，以能够独立于该驱动轴地进行旋转的方式与所述内燃机的输出轴连接，能够伴随电力和动力的输入输出而在所述驱动轴和所述输出轴上输入输出动力；电动机，其能够在所述驱动轴上输入输出动力，伴随旋转而产生逆电动势；第一变换器电路，其用于驱动所述发电机；第二变换器电路，其用于驱动所述电动机；蓄电单元，其能够经由所述第一变换器电路和所述第二变换器电路而与所述发电机和所述电动机交换电力；闭合电路形成异常检测单元，其对在所述第二变换器电路的一部分的相上形成闭合电路的闭合电路形成异常进行检测；要求驱动力设定单元，其对所述驱动轴要求的要求驱动力进行设定；以及控制单元，其在由所述闭合电路形成异常检测单元检测出闭合电路形成异常时，对所述第二变换器电路进行控制，使得该第二变换器电路的开关元件在预定的开关状态下停止，并且，对所述内燃机和所述第一变换器电路进行控制，使得向所述驱动轴输出基于抵消用驱动力和所述设定的要求驱动力的和的驱动力的执行用驱动力，所述抵消用驱动力用于抵消因逆电动势而作用于所述驱动轴的制动力的至少一部分，所述逆电动势是伴随所述电动机的旋转而产生的。
在本发明的驱动装置中，当发生了在用于驱动电动机的第二变换器电路的一部分的相上形成闭合电路的闭合电路形成异常时，对第二变换器电路进行控制，使得所述第二变换器电路的开关元件在预定的开关状态下停止，并且，对内燃机和第一变换器电路进行控制，使得向驱动轴输出基于抵消用驱动力和驱动轴要求的要求驱动力的和的驱动力的执行用驱动力，所述抵消用驱动力用于抵消因逆电动势而作用于驱动轴的制动力的至少一部分，所述逆电动势是伴随电动机的旋转而产生的。由此，能够使由内燃机和电力动力输入输出单元输出的驱动力与要求驱动力对应，从而能够在驱动轴上输出与要求驱动力对应的驱动力。
本发明的车辆的控制方法是如下车辆的控制方法，所述车辆具备：内燃机；电力动力输入输出单元，其包括能够输入输出动力的发电机，该电力动力输入输出单元与车轴侧连接，并且，以能够独立于该车轴侧地进行旋转的方式与所述内燃机的输出轴连接，能够伴随电力和动力的输入输出而在所述车轴侧和所述输出轴上输入输出动力；电动机，其能够在所述车轴或在与该车轴不同的车轴上输入输出动力，伴随旋转而产生逆电动势；第一变换器电路，其用于驱动所述发电机；第二变换器电路，其用于驱动所述电动机；以及蓄电单元，其能够经由所述第一变换器电路和所述第二变换器电路而与所述发电机和所述电动机交换电力，该控制方法的特征在于，当发生了在所述第二变换器电路的一部分的相上形成闭合电路的闭合电路形成异常时，对该第二变换器电路进行控制，使得所述第二变换器电路的开关元件在预定的开关状态下停止，并且，对所述内燃机和所述第一变换器电路进行控制，使得利用基于抵消用驱动力和行驶要求的要求驱动力的和的驱动力的执行用驱动力来进行行驶，所述抵消用驱动力用于抵消因逆电动势而作用于所述驱动轴的制动力的至少一部分，所述逆电动势是伴随所述电动机的旋转而产生的。
在本发明的车辆的控制方法中，当发生了在用于驱动电动机的第二变换器电路的一部分的相上形成闭合电路的闭合电路形成异常时，对第二变换器电路进行控制，使得第二变换器电路的开关元件在预定的开关状态下停止，并且，对内燃机和第一变换器电路进行控制，使得利用基于抵消用驱动力和行驶要求的要求驱动力的和的驱动力的执行用驱动力来进行行驶，所述抵消用驱动力用于抵消因逆电动势而作用于车辆的制动力的至少一部分，所述逆电动势是伴随所述电动机的旋转而产生的。由此，能够使由内燃机和电力动力输入输出单元输出的驱动力与要求驱动力相对应，从而能够利用与要求驱动力对应的驱动力来进行行驶。
附图说明
图1是表示作为本发明的一个实施例的混合动力汽车20的概略结构的结构图。
图2是表示包括电机MG1、MG2、变换器41、42以及电池50等的电驱动系统的概略结构的结构图。
图3是表示由实施例的混合动力用电子控制单元70执行的直达行驶模式时驱动控制程序的一个例子的流程图。
图4是表示要求转矩设定用映射的一个例子的说明图。
图5是表示逆电动势作用转矩导出用映射的一个例子的说明图
图6是表示转向角转矩导出用映射的一个例子的说明图。
图7是表示示出以直达行驶模式进行行驶时的动力分配合并机构30的旋转元件的转速和转矩的力学上的关系的共线图的一个例子的说明图。
图8是表示变形例的混合动力汽车120的概略结构的结构图。
图9是表示变形例的混合动力汽车220的概略结构的结构图。
图10是表示变形例的混合动力汽车320的概略结构的结构图。
具体实施方式
接着，利用实施例来说明用于实施本发明的优选方式。图1是表示作为本发明的一个实施例的混合动力汽车20的概略结构的结构图。实施例的混合动力汽车20如图示那样，具备：发动机22、经由减震器(damper)28而与作为发动机22的输出轴的曲轴(crank shaft)26连接的3轴式的动力分配合并机构30、与动力分配合并机构30连接的能够发电的电机MG1、安装在与动力分配合并机构30连接的作为驱动轴的齿圈轴32a上的减速齿轮(gear)35、与该减速齿轮35连接的电机MG2、以及控制动力输出装置整体的混合动力用电子控制单元70。
发动机22是利用汽油或者轻油等碳氢化合物类的燃料来输出动力的内燃机，通过从检测发动机22的运行状态的各种传感器输入信号的发动机用电子控制单元(以下，称为发动机ECU)24来接受燃料喷射控制、点火控制、吸入空气量调节控制等运行控制。发动机ECU24与混合动力用电子控制单元70进行通信，利用来自混合动力用电子控制单元70的控制信号来对发动机22进行运行控制，并且根据需要将与发动机22的运行状态相关的数据输出到混合动力用电子控制单元70。需说明的是，发动机ECU24也基于来自未作图示的曲轴位置传感器(crank position sensor)的曲轴位置来运算曲轴26的转速、即发动机22的转速Ne。
动力分配合并机构30具备：外齿齿轮的太阳轮31、配置在与该太阳轮31的同心圆上的内齿齿轮的齿圈32、与太阳轮31啮合且与齿圈32啮合的多个行星齿轮(pinion gear)33、自转且公转自由地保持多个行星齿轮33的齿轮架(carrier)34，构成为将太阳轮31、齿圈32、以及齿轮架34作为旋转元件来进行差动作用的行星齿轮机构。动力分配合并机构30在齿轮架34上连结发动机22的曲轴26，在太阳轮31上连结电机MG1，在齿圈32上经由齿圈轴32a连结减速齿轮35，当电机MG1作为发电机发挥功能时，使从齿轮架34输入的来自发动机22的动力在太阳轮31侧和齿圈32侧根据其传动比来进行分配，当电机MG1作为电动机发挥功能时，合并从齿轮架34输入的来自发动机22的动力、和从太阳轮31输入的来自电机MG1的动力，在齿圈32侧进行输出。输出到齿圈32的动力从齿圈轴32a经由齿轮机构60和差速齿轮(differential gear)62，最终输出到车辆的驱动轮63a、63b。
图2是表示以电机MG1、MG2为中心的电驱动系统的概略结构的结构图。电机MG1、MG2被构成为包括在外表面都粘贴有永磁体的转子、和卷绕了三相线圈的定子(stator)的众所周知的PM型的同步发电电动机，经由变换器41、42与电池50交换电力。连接变换器41、42和电池50的电力线54被构成为各变换器41、42共用的正极母线和负极母线，能够使由电机MG1、MG2的任一个电机发电产生的电力在另一电机中进行消耗。因此，电池50由从电机MG1、MG2的任一个产生的电力和不足的电力而被充放电。需说明的是，当利用电机MG1、MG2取得电力收支的平衡时，电池50不进行充放电。变换器41包括6个晶体管T1～T6、以及与晶体管T1～T6的每一个反向并联连接的6个二极管D1～D6。晶体管T1～T6，每2个一组进行配置，使得相对于电力线54的正极母线和负极母线而成为源侧(source)和汇侧(sink)，三相线圈(U相、V相、W相)的每一个与成对的晶体管彼此的各个连接点连接。因此，在电压作用在电力线54的正极母线和负极母线之间的状态下，对成对的晶体管T1～T6的导通时间的比例进行控制，由此能够在三相线圈上形成旋转磁场，能够对电机MG1进行旋转驱动。变换器42也是由6个晶体管T7～T12和6个二极管D7～D12而与变换器41同样地构成的，通过对晶体管T7～T12的导通时间的比例进行控制，由此能够对电机MG2进行旋转驱动。电机MG1、MG2都由电机用电子控制单元(以下，称为电机ECU)40来驱动控制。为了驱动控制电机MG1、MG2而对电机ECU40输入所需的信号，例如输入来自对电机MG1、MG2的转子的旋转位置进行检测的旋转位置检测传感器43、44的信号、来自对流过电机MG1、MG2的三相线圈的各相的相电流进行检测的电流传感器45U、45V、45W、46U、46V、46W的相电流等，从电机ECU40向变换器41、42的晶体管T1～T6、T7～T12输出开关控制信号。电机ECU40与混合动力用电子控制单元70进行通信，利用来自混合动力用电子控制单元70的控制信号来对电机MG1、MG2进行驱动控制，并且，根据需要将与电机MG1、MG2的运行状态有关的数据输出到混合动力用电子控制单元70。需说明的是，电机ECU40也基于来自旋转位置检测传感器43、44的信号来运算电机MG1、MG2的转速Nm1、Nm2。
电池50由电池用电子控制单元(以下，称为电池ECU)52来进行管理。向电池ECU52输入管理电池50所需的信号，例如输入来自设置在电池50的端子间的未作图示的电压传感器的端子间电压、来自安装在与电池50的输出端子连接的电力线54上的未作图示的电流传感器的充放电电流、来自安装在电池50上的温度传感器51的电池温度Tb等，根据需要通过通信将与电池50的状态有关的数据输出到混合动力用电子控制单元70。另外，电池ECU52为了管理电池50而基于由电流传感器检测出的充放电电流的累计值来运算剩余容量(SOC)，基于运算出的剩余容量(SOC)和电池温度Tb来运算可以使电池50进行充放电的最大容许电力、即输入输出限制Win、Wout。
混合动力用电子控制单元70作为以CPU72为中心的微处理器(microprocessor)而被构成，除了CPU72之外具备存储处理程序的ROM74、暂时存储数据的RAM76、未作图示的输入输出端口以及通信端口。经由输入端口向混合动力用电子控制单元70输入有来自点火开关(ignitionswitch)80的点火信号、来自检测变速杆(shift lever)81的操作位置的档位传感器(shift position sensor)82的档位SP、来自检测加速踏板83的踏下量的加速踏板位置传感器84的加速踏板开度Acc、来自检测制动踏板85的踏下量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP、来自车速传感器88的车速V、来自检测未作图示的转向装置(steering)的转向角的转向角传感器89的转向角θ等。混合动力用电子控制单元70如上述那样，经由通信端口与发动机ECU24、电机ECU40、电池ECU52相连接，与发动机ECU24、电机ECU40、电池ECU52交换各种控制信号和数据。
这样构成的实施例的混合动力汽车20根据与驾驶者的加速踏板83的踏下量对应的加速踏板开度Acc和车速V，计算应输出到作为驱动轴的齿圈轴32a的要求转矩，对发动机22、电机MG1以及电机MG2进行运行控制，使得将与该要求转矩对应的要求动力输出到齿圈轴32a。作为发动机22、电机MG1、以及电机MG2的运行控制，包括如下等模式：转矩变换运行模式，对发动机22进行运行控制，使得从发动机22输出与要求动力相当的动力，并且，对电机MG1和电机MG2进行驱动控制，使得从发动机22输出的全部动力由动力分配合并机构30、电机MG1、以及电机MG2进行转矩变换而输出到齿圈轴32a；充放电运行模式，对发动机22进行运行控制，使得从发动机22输出与要求动力和电池50的充放电所需的电力的和相当的动力，并且，对电机MG1和电机MG2进行驱动控制，使得伴随电池50的充放电地使从发动机22输出的动力的全部或者其一部分由动力分配合并机构30、电机MG1、以及电机MG2进行转矩变换，伴随该转矩变换而在齿圈轴32a输出要求动力；电机运行模式，进行运行控制使得停止发动机22的运行，在齿圈轴32a输出来自电机MG2的与要求动力相当的动力。另外，作为即使当电机MG2、变换器42产生异常而变得无法驱动电机MG2时也确保行驶的退避行驶用的模式，也可准备直达(direct transmitting)行驶模式，该直达行驶模式下以如下方式进行运行控制来进行行驶，即、使电机MG2的运行停止，利用发动机22阻止反作用力，并且，利用动力分配机构30使来自电机MG1的负的转矩反转，作为正的转矩而输出到齿圈轴32a。
接着，对这样构成的实施例的混合动力汽车20的动作进行说明，特别是对MG2、变换器42产生异常而无法驱动电机MG2后、在直达行驶模式下进行行驶时的动作进行说明。图3是表示由混合动力用电子控制单元70执行的直达行驶模式时驱动控制程序的一个例子的流程图。在实施例中，通过由电机ECU40执行的未作图示的短路异常检测程序，基于来自电流传感器46U、46V、46W的相电流而检测出变换器42的晶体管T7～T12的一个固定为导通的异常、即在电机MG2的三相线圈的一相上发生短路的异常时，执行该程序。
当直达行驶模式时驱动控制程序被执行时，混合动力用电子控制单元70的CPU72首先执行输出对电机ECU40进行指示的控制信号的处理(步骤S100)，使得变成电机MG2的三相线圈的三相全部短路的状态。接收到该控制信号的电机ECU40进行开关控制，使得变换器42的晶体管T7～T12中的、与固定为导通的一个晶体管同一侧(图2的晶体管T7、T8、T9侧或者晶体管T10、T11、T12侧)的剩余两个晶体管也停止在成为导通的状态下。这样使变换器42在三相短路的状态下停止，是为了相比于一相短路的状态而作为整体来减小因逆电动势而产生的相电流，所述逆电动势是伴随电极MG2的旋转而产生的。
接着，输入来自加速踏板位置传感器84的加速踏板开度Acc、来自车速传感器88的车速V、来自转向角传感器89的转向角θ、电机MG1、MG2的转速Nm1、Nm2、电池50的输入输出限制Win、Wout等数据(步骤S110)，基于输入的加速踏板开度Acc和车速V，作为车辆要求的转矩来设定应该在与驱动轮63a、63b连结的作为驱动轴的齿圈轴32a上输出的要求转矩T^＊(步骤S120)。在此，电机MG1、MG2的转速Nm1、Nm2是从ECU40通过通信输入基于由旋转位置检测传感器43、44检测出的电机MG1、MG2的转子的旋转位置而运算出的结果来得到的。另外，电池50的输入输出限制Win、Wout是从电池ECU52通过通信输入基于电池50的电池温度Tb和电池50的剩余容量(SOC)而设定出的结果来得到的。在实施例中，要求转矩T^＊是如下那样得到的：预先确定加速踏板开度Acc、车速V以及要求转矩T^＊的关系而作为要求转矩设定用映射(map)存储在ROM74内，当提供加速踏板开度Acc和车速V后，从存储的映射导出对应的要求转矩T^＊来进行设定。图4示出要求转矩设定用映射的一个例子。
当这样地输入数据来设定要求转矩T^＊时，导出作为因逆电动势而作用于作为驱动轴的齿圈轴32a上的、作为负的转矩的逆电动势作用转矩Tb(步骤S130)，所述逆电动势是对应电机MG2的旋转而产生的，并且，导出作为负的转矩的转向角作用转矩Ts(步骤S140)，所述转向角作用转矩Ts是将对应转向角θ而作用于车辆的制动力变换成作用于齿圈轴32a的转矩而得到的，从设定的要求转矩T^＊减去导出的逆电动势作用转矩Tb和转向角作用转矩Ts，由此设定控制上应输出到作为驱动轴的齿圈轴32a上的执行用转矩Tr^＊(步骤S150)。在此，在实施例中，逆电动势作用转矩Tb通过实验等预先求得电机MG2的转速Nm2和逆电动势作用转矩Tb的关系，作为逆电动势作用转矩导出用映射存储到ROM74中，当提供转速Nm2后，从存储的映射导出对应的逆电动势作用转矩Tb。图5用实线示出逆电动势作用转矩导出用映射的一个例子。图中，虚线是为了与在不使变换器42成为三相短路的状态而保持发生了一相短路的异常的状态时、作用于齿圈轴32a的制动转矩进行比较而示出的线。这样，使变换器42成为三相短路，由此能够在电机MG2的转速Nm2变得大于值N1的区域内，与一相短路的状态时相比而减小逆电动势作用转矩Tb的绝对值。另外，在实施例中，转向角作用转矩Ts是通过实验等预先求得转向角θ和转向角作用转矩Ts的关系，作为转向角作用转矩导出用映射存储到ROM74中，当提供转向角θ后，从存储的映射导出对应的转向角作用转矩Ts。图6示出转向角作用转矩导出用映射的一个例子。如图所示那样，以转向角θ的绝对值越大、转向角作用转矩Ts作为绝对值变得越大的倾向进行设定，这是因为转向角θ的绝对值越大、作用于车辆的制动力越大。
当这样地设定执行用转矩Tr^＊时，将预定转速Neset设定为发动机22的目标转速Ne^＊，并且，基于设定的发动机22的目标转速Ne^＊和输入的发动机22的转速Ne，利用下述公式(1)来设定发动机22的目标转矩Te^＊(步骤S160)。在此，预定转速Neset是作为稍微大于能够使发动机22稳定地运行的转速范围的下限的转速、而根据发动机22的特性等预先确定的转速(例如，900rpm或1000rpm等)。另外，公式(1)是用于使发动机22以目标转速Ne^＊来运行的反馈控制中的关系式，在公式(1)中，右边第一项的“k1”是比例项的增益，右边第二项的“k2”是积分项的增益。
Te^*＝k1(Ne^*-Ne)+k2∫(Ne^*-Ne)dt    (1)
接着，通过下述公式(2)来计算应由电机MG1输出的转矩的临时的值、即临时转矩Tm1tmp(步骤S170)，所述公式(2)中对设定的执行用转矩Tr^＊乘以动力分配合并机构30的传动比ρ(太阳轮31的齿数/齿圈32的齿数)并将符号取反；通过对电池50的输入输出限制Win、Wout除以电机MG1的转速Nm1的公式(3)以及公式(4)，计算作为可以从电机MG1输出的转矩的上下限的转矩限制Tm1min、Tm1max(步骤S180)；利用公式(5)以转矩限制Tm1min、Tm1max对计算出的临时转矩Tm1tmp进行限制，设定电机MG1的转矩指令Tm1^＊(步骤S190)。
Tm1tmp＝-ρ·Tr^＊(2)
Tm1min＝Win/Nm1(3)
Tm1max＝Wout/Nm1(4)
Tm1^＊＝max(min(Tm1tmp，Tm1max)，Tm1min)(5)
当这样地设定发动机22的目标转速Ne^＊、目标转矩Te^＊、电机MG1的转矩指令Tm1^＊后，对发动机ECU24发送发动机22的目标转速Ne^＊和目标转矩Te^＊，对电机ECU40发送电机MG1的转矩指令Tm1^＊(步骤S200)，判断结束退避行驶、结束基于档位SP变更等的直达行驶模式的行驶的条件是否成立(步骤S210)，当结束条件不成立时，返回到步骤S110，重复步骤S110～S210的处理，当结束条件已成立时，结束直达行驶模式时驱动控制程序。接收到目标转速Ne^＊和目标转矩Te^＊的发动机ECU24，进行发动机22的吸入空气量控制、燃料喷射控制、点火控制等控制，使得发动机22运行在由目标转速Ne^＊和目标转矩Te^＊示出的运行点。另外，接收到转矩指令Tm1^＊的电机ECU40进行变换器41的晶体管T1～T6的开关控制，使得以转矩指令Tm1^＊驱动电机MG1。
图7表示示出以直达行驶模式进行行驶时的动力分配合并机构30的旋转元件的转速和转矩的力学关系的共线图。图中，左侧的S轴表示电机MG1的转速Nm1、即太阳轮31的转速，C轴表示发动机22的转速Ne、即齿轮架34的转速，R轴表示对电机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的传动比Gr后的齿圈32的转速Nr。图中，R轴上的2个向下箭头表示作用于齿圈轴32a的逆电动势作用转矩Tb和转向角作用转矩Ts，R轴上的向上箭头表示从电机MG1输出、作用于作为驱动轴的齿圈轴32a的转矩。当发生变换器42变成一相短路的状态的异常时，因逆电动势而在齿圈轴32a上作用制动转矩，所述逆电动势是伴随由车辆的行驶引起的电机MG2的旋转而产生的，但当不考虑该制动转矩而直接使用与加速踏板83的踏下量对应的要求转矩T^＊对电机MG1进行控制时，在作为驱动轴的齿圈轴32a上，只输出相比于要求转矩T^＊而减小制动转矩量的转矩，会无法利用与驾驶者的加速操作对应的驱动力来进行行驶。为此，在实施例中，为了抵消逆电动势作用转矩Tb而对执行用转矩Tr^＊进行设定，并对电机MG1进行控制。而且，使变换器42停止在三相短路的状态下，并且，将与基于转向角θ的转向角作用转矩Ts对应的转矩包含到执行用转矩Tr^＊中，对电机MG1进行控制，由此能够减小逆电动势作用转矩Tb的绝对值，并且使执行用转矩Tr^＊成为对应于转向角θ的驱动力，其结果，能够利用对应于要求转矩T^*的驱动力来进行行驶。
根据以上说明的实施例的混合动力汽车20，当发生了驱动电机MG2的变换器42变成一相短路的状态的异常时，对发动机22和驱动电机MG1的变换器41进行控制，使得利用基于转矩(-Tb)与对应于加速踏板83的踏下量的要求转矩T^*的和的转矩的执行用转矩Tr^*来进行行驶，所述转矩(-Tb)抵消因逆电动势而发生作用的逆电动势作用转矩Tb，所述逆电动势是伴随电机MG2的旋转而产生的，由此能够使由发动机22和电机MG1输出到作为驱动轴的齿圈轴32a上的驱动力成为对应于要求转矩T^*的驱动力，能够利用对应于要求转矩T^*的驱动力来进行退避行驶。另外，使变换器42变成三相短路的状态，由此能够减小作用在齿圈轴32a上的逆电动势作用转矩Tb。并且，使与基于转向角θ的转向角转矩Ts对应的转矩成为执行用转矩Tr^*，由此能够利用对应于转向角θ的驱动力来进行行驶。而且，利用预先确定了电机MG2的转速Nm2和逆电动势作用转矩Tb的关系的制动转矩导出用映射来导出逆电动势作用转矩Tb，由此能够容易地得到逆电动势作用转矩Tb。另外，利用在电池50的输入输出限制Win、Wout的范围内设定的电机MG1的转矩指令Tm1^*对电机MG1进行控制，由此能够抑制因过大的电力而引起的电池50的充放电。
在实施例的混合动力汽车20中，包含与基于转向角θ的转向角作用转矩Ts^*对应的转矩来设定执行用转矩Tr^*，但也可以不考虑转向角作用转矩Ts^*而设定执行用转矩Tr^*。
在实施例的混合动力汽车20中，利用预先确定了电机MG2的转速Nm2和逆电动势作用转矩Tb的关系的逆电动势作用转矩导出用映射，导出逆电动势作用转矩Tb，但也可以是基于来自电流传感器46U、46V、46W的相电流推定逆电动势作用转矩Tb等，只要能得到与作用在作为驱动轴的齿圈轴32a上的制动转矩的至少一部分相当的转矩，则可以是不利用预先确定的映射而得到逆电动势作用转矩Tb。
在实施例的混合动力汽车20中，当发生了驱动电机MG2的变换器42变成一相短路的状态的异常时进行控制，使得变换器42停止在三相短路的状态下，但也可以进行控制，使得变换器42停止在二相短路的状态下。
在实施例的混合动力汽车20中，对发生了驱动电机MG2的变换器42变成一相短路的状态的异常时的处理进行了说明，但也可以为发生了变换器42变成二相短路的状态的异常时的处理。
在实施例的混合动力汽车20中，经由减速齿轮35在作为驱动轴的齿圈轴32a上安装电机MG2，但也可以直接在齿圈轴32a上安装电机MG2，也可以代替减速齿轮35而经由2级变速、3级变速、4级变速等的变速器来在齿圈轴32a上安装电机MG2。
在实施例的混合动力汽车20中，利用减速齿轮35进行变速，将电机MG2的动力输出到齿圈轴32a，但是如图8的变形例的混合动力汽车120中示例的那样，也可以使电机MG2的动力连接到与连接了齿圈轴32a的车轴(与驱动轮63a、63b连接的车轴)不同的车轴(与图8中的车轮64a、64b连接的车轴)。
在实施例的混合动力汽车20中，在齿圈轴32a上输出来自发电机22和电机MG1的动力、和由减速齿轮35变速后的来自电机MG2的动力，但如在图9的变形例的混合动力汽车220中示例的那样，也可以在此基础上将电机MG3的动力输出到与连接了齿圈轴32a的车轴(与驱动轮63a、63b连接的车轴)不同的车轴(与图9中的车轮64a、64b连接的车轴)侧。该情况下，可以对驱动电机MG3的变换器243进行控制，使得从电机MG3输出实施例的电机临时转矩Tm1tmp中、与由转矩限制Tm1min、Tm1max限制后的转矩相当的转矩来进行行驶。
在实施例的混合动力汽车20中，经由动力分配合并机构30，在与驱动轮63a、63b连接的作为驱动轴的齿圈轴32a上输出发动机22的动力，但如在图10的变形例的混合动力汽车320中示例的那样，也可以具备双转子电动机330、和驱动该双转子电动机330的变换器341，所述双转子电动机330具有与发动机22的曲轴26连接的内部转子332、和与向驱动轮63a、63b输出动力的驱动轴连接的外部转子334，将发动机22的一部分的动力传递到驱动轴，并且将剩余的动力变换为电力。
另外，并不限定于适用于这样的混合动力汽车的装置，也可以是和内燃机、二次电池等的蓄电装置一起进行组入在动力输出装置中的驱动装置的方式，所述动力输出装置能安装于汽车以外的车辆、船舶、航空器等移动体上。而且，也可以是这样的车辆的控制方法的方式。
在此，说明实施例的主要要素和发明内容中记载的发明的主要要素的对应关系。在实施例中，发动机22相当于“内燃机”，动力分配合并机构30和作为“发电机”的电机MG1相当于“电力动力输入输出单元”，电机MG2相当于“电动机”，变换器41相当于“第一变换器电路”，变换器42相当于“第二变换器电路”，电池50相当于“蓄电单元”，执行未作图示的短路异常检测程序的电机ECU40相当于“闭合电路形成异常检测单元”，所述短路异常检测单元是基于来自电流传感器46U、46V、46W的相电流来检测变换器42的晶体管T7～T12的一个固定为导通的异常，执行基于加速踏板开度Acc和车速V来设定要求转矩Tr*的图3的驱动控制程序的步骤S120的处理的混合动力用电子控制单元70相当于“要求驱动力设定单元”，执行图3的直达行驶模式时驱动控制程序的步骤S100、S130～S200的处理的混合动力用电子控制单元70、基于目标转速Ne^*和目标转矩Te^*对发动机22进行控制的发动机ECU24、以及对晶体管T7～T12进行开关控制使得变换器42变为三相短路的状态、并利用转矩指令Tm1^*对电机MG1的变换器41进行开关控制的电机ECU40相当于“控制单元”，图3的直达行驶模式时驱动控制程序的步骤S100、S130～S200的处理是，当检测出电机MG2的三相线圈的一相发生短路的异常时，对电机ECU40进行指示，使得变换器42停止在三相短路的状态下，并且，设定发动机22的目标转速Ne^*、目标转矩Te^*、以及电机MG1的转矩指令Tm1^*，并发送到发动机ECU24、电机ECU40，使得利用基于要求转矩Tr^*、抵消逆电动势作用转矩Tb的转矩、和与转向角作用转矩Ts对应的转矩的和的执行用转矩Tr^*来进行行驶。另外，动力分配合并机构30相当于“三轴式动力输入输出单元”，电机MG3相当于“第二电动机”，变换器243相当于“第三变换器电路”，双转子电动机330也相当于“发电机”和“电力动力输入输出单元”，变换器341也相当于“第一变换器电路”。
在此，作为“内燃机”并不限定于利用汽油或轻油等碳氢化合物类的燃料来输出动力的内燃机，也可以是氢发动机等各种内燃机。作为“电力动力输入输出单元”并不限定于组合了动力分配合并机构30和电机MG1的单元、以及双转子电动机330，只要是如下那样的装置则可以是各种单元，即具有能够输入输出动力的发电机，与车轴侧连接，并且，以能够独立于该车轴侧地进行旋转的方式与内燃机的输出轴连接，能够伴随电力和动力的输入输出而在车轴侧和内燃机的输出轴上输入输出动力。作为“发电机”并不限定于作为同步发电电动机而构成的电机MG1、双转子电动机330，也可以是感应电动机等、能够输入输出动力的各种发电机。作为“电动机”并不限定于作为众所周知的PM型的同步发电电动机而构成的电机MG2，只要是能够在与电力动力输入输出单元连接的车轴和与该车轴不同的车轴上输入输出动力、且伴随旋转而会产生逆电动势的电动机，则可以是各种电动机。作为“第一变换器电路”，并不限定于变换器41、变换器341，也可以是用于驱动发电机的各种装置。作为“第二变换器电路”并不限定于变换器42，也可以是用于驱动电动机的各种装置。作为“蓄电单元”并不限定于作为二次电池的电池50，也可以是电容器等、能够与发电机和电动机交换电力的各种单元。作为“闭合电路形成异常检测单元”并不限定于基于来自电流传感器46U、46V、46的相电流、检测变换器42的晶体管T7～T12的一个固定为导通的异常的电机ECU40，也可以是基于来自检测晶体管T7～T12的各温度的温度传感器的温度来检测异常的单元等、能检测在第二变换器电路的一部分相上形成闭合电路的闭合电路形成异常的各种单元。作为“要求驱动力设定单元”并不限定于基于加速踏板开度Acc和车速V设定要求转矩Tr^*的单元，也可以是只基于加速踏板开度Acc设定要求转矩的单元、预先设定了行驶路径的情况下基于行驶路径中的行驶位置来设定要求转矩的单元等、能设定行驶要求的要求驱动力的各种单元。作为“控制单元”并不限定于包括混合动力用电子控制单元70、发动机ECU24、以及电机ECU40的组合，也可以由单一的电子控制单元来构成等。另外，作为“控制单元”并不限定于对变换器42进行开关控制使得变成三相短路的状态、并且设定发动机22的目标转速Ne^*、目标转矩Te^*以及电机MG1的转矩指令Tm1^*来对发动机22、电机MG1进行控制使得利用基于要求转矩Tr^*、抵消逆电动势作用转矩Tb的转矩和对应于转向角作用转矩Ts的转矩的和的执行用转矩Tr^*来进行行驶的单元，还可以如下那样的各种单元，即在由闭合电路形成异常检测单元检测出闭合电路形成异常时，对该第二变换器电路进行控制，使得第二变换器电路的开关元件停止在预定的开关状态下，并且，对内燃机和第一变换器电路进行控制，使得利用基于抵消用驱动力和行驶要求的要求驱动力的和的驱动力的执行用驱动力来进行行驶，所述抵消用驱动力用于抵消因逆电动势而作用于车辆的制动力的至少一部分，所述逆电动势是伴随电动机的旋转而产生的。作为“三轴式动力输入输出单元”并不限定于上述的动力分配合并机构30，也可以是采用双小齿轮式的行星齿轮机构的单元、组合多个行星齿轮机构而连接在4个以上的轴上的单元、如差速齿轮那样具有与行星齿轮不同的差动作用的单元等、能与连接于车轴的驱动轴、内燃机的输出轴、和发电机的旋转轴的这三个轴连接、基于在该三个轴中的任二个轴上输入输出的动力来在剩余的轴上输入输出动力的各种单元。作为“第二电动机”并不限于电机MG3，也可以是与电机MG2等的电动机不同的各种电动机，其能够与蓄电单元交换电力，能够在与电力动力输入输出单元连接的车轴侧或在与该车轴不同的车轴侧输入输出动力。作为“第三变换器电路”并不限定于变换器243，也可以是用于驱动第二电动机的各种装置。
需说明的是，实施例的主要要素和发明内容中记载的发明的主要要素的对应关系，是用于对实施例实施发明内容中记载的发明的优选方式进行具体说明的一个例子，因此并不是对发明内容中记载的发明的要素进行限定。即，对发明内容中记载的发明的解释，应该是基于该发明内容中的记载来进行的，实施例只不过是发明内容中记载的发明的具体的一个例子。
以上，利用实施例对用于实施本发明的优选方式进行了说明，但本发明并不限于上述的实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内当然可以由各种方式来实施。
工业上的实用性
本发明能够用于车辆的制作工业等。