| 【発明の名称】 |
制御装置および動力出力装置並びにこれを搭載するハイブリッド自動車、制御装置の制御方法、動力出力装置の制御方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】延原 以清
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】エンジンとエンジンからの動力の一部を受けて発電可能なモータＭＧ１とエンジンと共に車軸に直接動力を出力可能なモータＭＧ２を搭載したハイブリッド自動車において、モータＭＧ２を制御する第２ＣＰＵに異常が生じたときには、モータＭＧ１を制御する第１ＣＰＵによりモータＭＧ２を制御する。
【解決手段】第１ＣＰＵ１０２は、第２ＣＰＵ１０４に異常が生じたと判断したときに、マルチプレクサ１０６に切り替え指令を出力して、モータＭＧ１のインバータ回路１１０とモータＭＧ２のインバータ回路１２０の両方をスイッチング制御する。このとき、キャリア周波数を通常よりも低く設定したり、フィードバック制御をオープンループ制御に移行したりして、処理負担の増加を低減する。これにより、処理負担を増加させることなく、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動して待避走行を行なうことができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１制御対象を制御する第１制御手段と第２制御対象を制御する第２制御手段とを含む複数の制御手段を備える制御装置であって、前記第１制御手段は、前記第２制御手段に異常が生じたときには、前記第２制御対象の制御を兼ねる手段である制御装置。
【請求項２】 請求項１記載の制御装置であって、前記第１制御手段は、所定の機能に制限を加えて、前記第１制御対象と共に前記第２制御対象を制御する手段である制御装置。
【請求項３】 請求項１または２記載の制御装置であって、前記第１制御手段と第２制御手段は、互いに相手の異常を監視すると共に、相手の異常を検出したときには、相手の制御対象の制御を兼ねる手段である制御装置。
【請求項４】 動力を出力可能な第１電動機と、動力を出力可能な第２電動機と、前記第１電動機および前記第２電動機の各々と電力をやり取り可能な二次電池と、該二次電池からの電力をスイッチング素子のスイッチングにより所望の交流電力に変換して前記第１電動機に供給可能な第１電力変換手段と、該第１電力変換手段のスイッチング素子をスイッチング制御する第１制御手段と、前記二次電池からの電力をスイッチング素子のスイッチングにより所望の交流電力に変換して前記第２電動機に供給可能な第２電力変換手段と、該第２電力変換手段のスイッチング素子をスイッチング制御する第２制御手段と、を備える動力出力装置であって、前記第１制御手段は、前記第２制御手段に異常が生じたときには、前記第２電力変換手段の制御を兼ねる手段である動力出力装置。
【請求項５】 請求項４記載の動力出力装置であって、前記第１制御手段は、前記第２制御手段の動作を監視して異常を判断する手段を含む動力出力装置。
【請求項６】 請求項４または５記載の動力出力装置であって、前記第１制御手段は、所定の機能に制限を加えて、前記第１電力変換手段と共に前記第２電力変換手段の制御を行なう手段である動力出力装置。
【請求項７】 請求項６記載の動力出力装置であって、前記第１制御手段は、前記所定の機能の制限として、前記第１電動機および／または前記第２電動機の回転数に制限を加えて制御を行なう手段である動力出力装置。
【請求項８】 請求項６記載の動力出力装置であって、前記第１制御手段は、前記所定の機能の制限として、前記第１電力変換手段および／または前記第２電力変換手段のスイッチング素子のスイッチング周期に制限を加えて制御を行なう手段である動力出力装置。
【請求項９】 請求項６記載の動力出力装置であって、前記第１制御手段は、所定の機能の制限として、フィードバック制御からオープンループ制御に切り替えて制御を行なう手段である動力出力装置。
【請求項１０】 請求項４ないし９いずれか記載の動力出力装置であって、前記第１制御手段と前記第２制御手段は、互いに相手の異常を監視すると共に、相手の異常を検出したときに、相手の電力変換手段の制御を兼ねる手段である動力出力装置。
【請求項１１】 請求項４ないし１０いずれか記載の動力出力装置を搭載し、駆動軸への動力の出力により走行可能なハイブリッド自動車であって、動力を出力可能な内燃機関を備え、前記第１電動機は、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を受けて発電可能な電動機であり、前記第２電動機は、前記第１電動機の発電電力および／または前記二次電池からの放電電力を用いて前記駆動軸に動力を出力可能な電動機であるハイブリッド自動車。
【請求項１２】 請求項１１記載のハイブリッド自動車であって、前記内燃機関の出力軸は、３軸のうち２軸が独立して動作可能で他の１軸が該２軸の動作に従属する３軸式の動力入出力機構を介して前記第１電動機の回転軸と前記駆動軸とに連結されてなり、前記第２電動機は、前記駆動軸に連結されてなるハイブリッド自動車。
【請求項１３】 第１制御対象を制御する第１制御手段と第２制御対象を制御する第２制御手段とを含む複数の制御手段を備える制御装置の制御方法であって、前記第２制御手段の異常を判定し、該異常が判定されたときに該第２制御手段に代わって前記第１制御手段により前記第１制御対象と共に前記第２制御対象を制御する制御装置の制御方法。
【請求項１４】 動力を出力可能な第１電動機と、動力を出力可能な第２電動機と、前記第１電動機および前記第２電動機の各々と電力のやり取りが可能な二次電池と、該二次電池からの電力をスイッチング素子のスイッチングにより所望の交流電力に変換して前記第１電動機に供給可能な第１電力変換手段と、該第１電力変換手段を制御する第１制御手段と、前記二次電池からの電力をスイッチング素子のスイッチングにより所望の交流電力に変換して前記第２電動機に供給可能な第２電力変換手段と、該第２電力変換手段を制御する第２制御手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、前記第２制御手段の異常を判定し、該異常が判定されたときに該第２制御手段に代わって前記第１制御手段により前記第１電力変換手段と共に前記第２電力変換手段を制御する動力出力装置の制御方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御装置および動力出力装置並びにこれを搭載するハイブリッド自動車、制御装置の制御方法、動力出力装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の制御装置としては、第１の電動機と第２の電動機とが搭載されたハイブリッド自動車における第１の電動機を制御する第１の制御手段と、第２の電動機を制御する第２の制御手段とを備えるものが提案されている（特開２０００−１５６９０３号公報など）。この制御装置では、第１の制御手段か第２の制御手段かのいずれかに異常が生じたときに、異常が生じた制御手段への電力供給を遮断してその異常な制御手段の制御対象である第１の電動機の駆動を停止すると共に、正常な制御手段の制御によりその正常な制御手段の制御対象である第２の電動機を駆動することにより、異常な状態での待避走行ができるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうした従来の制御装置では、第１の電動機と第２の電動機とがそれぞれ果たす役割によっては待避走行を行なうことが困難な場合がある。例えば、第１の電動機がエンジンからの動力の一部を受けて発電し、第２の電動機がその発電電力を用いてエンジンと共に車軸に動力を出力する構成のハイブリッド自動車においては、第２の電動機を制御する第２の制御手段に異常が生じたときには、第１制御手段の制御による第１の電動機の駆動のみでは、車軸に動力を全く出力できず、あるいは、十分な動力を出力できず、待避走行を行なうことができない場合がある。
【０００４】本発明の制御装置は、複数の制御対象を各々制御する複数の制御手段の一部に異常が生じたときであっても、より確実に異常対処が可能な装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の制御装置は、異常対処に必要な範囲内で機能制限して複数の制御対象を制御することを目的の一つとする。
【０００５】また、本発明の動力出力装置は、２つの電動機を各々制御する２つの制御手段の一つに異常が生じたときであっても、２つの電動機を駆動可能な装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置は、異常対処に必要な範囲内で機能制限して２つの電動機を駆動することを目的の一つとする。
【０００６】更に、本発明の動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車は、車軸に動力を出力可能な電動機を制御する制御手段に異常が生じたときであっても、正常な制御手段によりその電動機を制御してより確実に待避走行が行なえるハイブリッド自動車を提供することを目的の一つとする。
【０００７】また、本発明の制御装置の制御方法は、複数の制御対象を各々制御する複数の制御手段の一部に異常が生じたときであっても、より確実に異常対処が可能な方法を提供することを目的の一つとする。また、動力出力装置の制御方法は、２つの電動機を各々制御する２つの制御手段の一つに異常が生じたときであっても、その２つの電動機を駆動可能な方法を提供することを目的の一つとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本発明の制御装置および動力出力装置並びにこれを搭載するハイブリッド自動車、制御装置の制御方法、動力出力装置の制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００９】本発明の制御装置は、第１制御対象を制御する第１制御手段と第２制御対象を制御する第２制御手段とを含む複数の制御手段を備える制御装置であって、前記第１制御手段は、前記第２制御手段に異常が生じたときには、前記第２制御対象の制御を兼ねる手段であることを要旨とする。
【００１０】この本発明の制御装置では、第１制御手段は、第２制御手段に異常が生じたときには、第２制御対象の制御を兼ねるから、第２制御手段に異常が生じたときでも、第１制御対象および第２制御対象の両方を制御することができる。この結果、より確実な異常対処が可能となる。
【００１１】こうした本発明の制御装置において、前記第１制御手段は、所定の機能に制限を加えて、前記第１制御対象と共に前記第２制御対象を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、第１制御手段の処理性能を異常対処に備えて必要以上に高性能化することが避けられ、低コストで異常対処が可能となる。
【００１２】また、本発明の制御装置において、前記第１制御手段と前記第２制御手段は、互いに相手の異常を監視すると共に、相手の異常を検出したときには、相手の制御対象の制御を兼ねる手段であるとすることもできる。こうすれば、第１制御手段と第２制御手段のいずれに異常が生じても、その異常に対処することができる。
【００１３】本発明の動力出力装置は、動力を出力可能な第１電動機と、動力を出力可能な第２電動機と、前記第１電動機および前記第２電動機の各々と電力をやり取り可能な二次電池と、該二次電池からの電力をスイッチング素子のスイッチングにより所望の交流電力に変換して前記第１電動機に供給可能な第１電力変換手段と、該第１電力変換手段のスイッチング素子をスイッチング制御する第１制御手段と、前記二次電池からの電力をスイッチング素子のスイッチングにより所望の交流電力に変換して前記第２電動機に供給可能な第２電力変換手段と、該第２電力変換手段のスイッチング素子をスイッチング制御する第２制御手段と、を備える動力出力装置であって、前記第１制御手段は、前記第２制御手段に異常が生じたときには、前記第２電力変換手段の制御を兼ねる手段であることを要旨とする。
【００１４】この本発明の動力出力装置では、第２制御手段に異常が生じたときには、第１制御手段が、第２電力変換手段の制御を兼ねるから、第２制御手段に異常が生じても、第１電動機と第２電動機の両方を駆動することができる。この結果、より確実な異常対処が可能となる。
【００１５】こうした本発明の動力出力装置において、前記第１制御手段は、前記第２制御手段の動作を監視して異常を判断する手段を含むものとすることもできる。
【００１６】また、本発明の動力出力装置において、前記第１制御手段は、所定の機能に制限を加えて、前記第１電力変換手段と共に前記第２電力変換手段の制御を行なう手段であるものとすることもできる。こうすれば、第１制御手段の処理性能を必要以上に高性能化することが避けられる。この結果、低コストで異常対処が可能となる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記第１制御手段は、前記所定の機能の制限として、前記第１電動機および／または前記第２電動機の回転数に制限を加えて制御を行なう手段であるものとすることもできるし、第１制御手段は、前記所定の機能の制限として、前記第１電力変換手段および／または前記第２電力変換手段のスイッチング素子のスイッチング周期に制限を加えて制御を行なう手段であるものとすることもできる。更に、前記第１制御手段は、所定の機能の制限として、フィードバック制御からオープンループ制御に切り替えて制御を行なう手段であるものとすることもできる。
【００１７】更に、本発明の動力出力装置において、前記第１制御手段と前記第２制御手段は、互いに相手の異常を監視すると共に、相手の異常を検出したときには、相手の電力変換手段の制御を兼ねる手段であるものとすることもできる。こうすれば、第１制御手段と第２制御手段のいずれに異常が生じても、その異常に対処することができる。
【００１８】本発明のハイブリッド自動車は、上記各態様の本発明の動力出力装置を搭載し、駆動軸への動力の出力により走行可能なハイブリッド自動車であって、動力を出力可能な内燃機関を備え、前記第１電動機は、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を受けて発電可能な電動機であり、前記第２電動機は、前記第１電動機の発電電力および／または前記二次電池からの放電電力を用いて前記駆動軸に動力を出力可能な電動機であることを要旨とする。
【００１９】この本発明のハイブリッド自動車では、第２制御手段に異常が生じたときに、第１制御手段が、車輌を走行させる駆動軸に動力を出力可能な第２電動機を駆動するよう第２電力変換手段を制御するから、より確実な待避走行が可能となる。
【００２０】こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記内燃機関の出力軸は、３軸のうち２軸が独立して動作可能で他の１軸が該２軸の動作に従属する３軸式の動力入出力機構を介して前記第１電動機の回転軸と前記駆動軸とに連結されてなり、前記第２電動機は、前記駆動軸に連結されてなるものとすることもできる。
【００２１】本発明の制御装置の制御方法は、第１制御対象を制御する第１制御手段と、第２制御対象を制御する第２制御手段とを備える制御装置の制御方法であって、前記第２制御手段の異常を判定し、該異常が判定されたときに該第２制御手段に代わって前記第１制御手段により前記第１制御対象と共に前記第２制御対象を制御することを要旨とする。
【００２２】この本発明の制御装置の制御方法では、第２制御手段の異常を判定し、異常が判定されたときに第２制御手段に代わって第１制御手段により第１制御対象と共に第２制御対象を制御するから、第２制御手段に異常が生じたときでも、第１制御対象と第２制御対象の両方を制御することができる。この結果、より確実な異常対処が可能となる。
【００２３】本発明の動力出力装置の制御方法は、動力を出力可能な第１電動機と、動力を出力可能な第２電動機と、前記第１電動機および前記第２電動機の各々と電力のやり取りが可能な二次電池と、該二次電池からの電力をスイッチング素子のスイッチングにより所望の交流電力に変換して前記第１電動機に供給可能な第１電力変換手段と、該第１電力変換手段を制御する第１制御手段と、前記二次電池からの電力をスイッチング素子のスイッチングにより所望の交流電力に変換して前記第２電動機に供給可能な第２電力変換手段と、該第２電力変換手段を制御する第２制御手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、前記第２制御手段の異常を判定し、該異常が判定されたときに該第２制御手段に代わって前記第１制御手段により前記第１電力変換手段と共に前記第２電力変換手段を制御することを要旨とする。
【００２４】この本発明の動力出力装置の制御方法では、第２制御手段の異常を判定し、異常が判定されたときに第２制御手段に代わって第１制御手段により第１電力変換手段と共に第２電力変換手段を制御するから、第２制御手段に異常が生じたときでも、第１電動機と第２電動機の両方を駆動することができる。この結果、より確実な異常対処が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２とプラネタリギア３０を介して接続されたモータＭＧ１，ＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２の各々と電力のやり取りが可能なバッテリ６０と、ハイブリッド自動車２０全体をコントロールするハイブリッド電子制御ユニット（以下、ハイブリッドＥＣＵという）７０とを備える。
【００２６】エンジン２２は、ガソリンで駆動する内燃機関として構成されており、エンジン電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２８により運転制御される。エンジンＥＣＵ２８は、ハイブリッドＥＣＵ７０から入力されるエンジン要求出力に基づいてエンジン２２から要求動力を出力可能な運転ポイントのうち最も効率の良い運転ポイントでエンジン２２が運転されるよう燃料噴射量や吸入空気量の制御を行なう。
【００２７】プラネタリギア３０は、サンギア３２とリングギア３６とその間に複数設けられたプラネタリピニオンギア３４とから構成されている。プラネタリギア３０のプラネタリピニオンギア３４を連結するキャリア３５にはダンパ２６を介してエンジン２２のクランクシャフト２４が接続されており、サンギア３２にはサンギア軸３３を介してモータＭＧ１の回転軸４０が接続されている。リングギア３６のリングギア軸３７に設けられたギア３８は、モータＭＧ２の回転軸４４に設けられたギア４６とベルト４２を介して接続されている。また、モータＭＧ２の回転軸４４に設けられたギア４８は、ディファレンシャルギア５０を介して車輪５４の車軸５２に接続されている。したがって、リングギア３６は、モータＭＧ２に接続されると共に車軸５２に接続されていることになる。
【００２８】モータＭＧ１，ＭＧ２は、例えば、外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとからなる発電可能なＰＭ型の同期発電電動機として構成されており、モータ電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）１００により駆動制御される。図２は、モータＥＣＵ１００を中心としたモータ駆動制御システムの詳細な構成を示す構成図である。
【００２９】モータＭＧ１，ＭＧ２は、バッテリ６０の端子に接続された電力ラインを正極母線および負極母線とするインバータ回路１１０，１２０が各々備える６つのスイッチング素子のスイッチングにより生成される擬似的な三相交流電圧が三相コイルに印加されることにより駆動する。インバータ回路１１０，１２０の各スイッチング素子のスイッチング制御、即ちモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御を行なうモータＥＣＵ１００の第１ＣＰＵ１０２と第２ＣＰＵ１０４は、それぞれハイブリッドＥＣＵ７０から入力されるモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２からトルク指令値に相当するトルクが出力されるようインバータ回路１１０，１２０のスイッチング素子をスイッチング制御する。また、モータＥＣＵ１００には、モータＭＧ２の駆動制御が第１ＣＰＵ１０２と第２ＣＰＵ１０４のいずれによっても行なえるようインバータ回路１２０へ制御信号を出力するＣＰＵを切り替え可能なマルチプレクサ１０６が設けられており、第１ＣＰＵ１０２の指令に応じてインバータ回路１２０へ制御信号を出力するＣＰＵを切り替えることができるようになっている。第１ＣＰＵ１０２と第２ＣＰＵ１０４は、それぞれ図示しないＲＯＭとＲＡＭと入出力ポートと通信ポートとを備えており、１つのマイクロプロセッサを構成している。第１ＣＰＵ１０２と第２ＣＰＵ１０４とは、通信線を介してＣＰＵの動作状態の監視に関するデータ含む種々のデータのやり取りを行なうことができるようになっている。また、第１ＣＰＵ１０２には、入力ポートを介して、モータＭＧ１の三相コイルの各相に取り付けられた電流センサ１１１〜１１３からの各相電流やモータＭＧ１の回転軸４０に取り付けられた回転角センサ（例えば、レゾルバなど）１２２からの回転角が入力されると共に、モータＭＧ２の三相コイルの各相に取り付けられた電流センサ１１４〜１１６からの各相電流やモータＭＧ２の回転軸４４に取り付けられた回転角センサ１２４からの回転角なども入力されている。そして、第１ＣＰＵ１０２からは、マルチプレクサ１０６への切り替え信号が出力ポートを介して出力されている。また、第２ＣＰＵ１０４には、電流センサ１１４〜１１６からの各相電流や回転角センサ１２４からの回転角などが入力ポートを介して入力されている。なお、電流センサ１１１〜１１６は、モータＭＧ１とモータＭＧ２の三相コイルの各相全てに取り付けるものとしたが、各相のうちのいずれか２相に取り付けるものとしても構わない。また、図示しないが、電流センサ１１１〜１１６は２重化されており、それぞれ２つの信号が第１ＣＰＵ１０２，第２ＣＰＵ１０４に入力されている。
【００３０】バッテリ６０は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などのように充放電可能な単電池を複数直列に接続した組電池として構成されており、バッテリ電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）６２により管理される。このバッテリＥＣＵ６２によるバッテリ６０の管理としては、バッテリ６０の出力端子に接続された図示しない電流センサや電圧センサにより検出される充放電電流や端子間電圧に基づいて行なわれる充電状態ＳＯＣの演算や、同じく電流センサや電圧センサにより検出される充放電電流や端子間電圧に基づいて行なわれる単電池の均等化、バッテリ６０に取り付けられた図示しない温度センサにより検出される電池温度に基づいて行なわれる冷却管理などがある。
【００３１】ハイブリッドＥＣＵ７０は、図示しないがＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭと，一時的にデータを記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートなどを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０の通信ポートは、エンジンＥＣＵ２８やバッテリＥＣＵ６２、モータＥＣＵ１００の通信ポートと接続されており、エンジンＥＣＵ２８やバッテリＥＣＵ６２、モータＥＣＵ１００と種々のデータのやり取りが可能となっている。また、ハイブリッドＥＣＵ７０は、車輪５４に取り付けられた車輪速センサ５６からの車輪速や、アクセルペダル７２のポジション（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７３からのアクセルペダルポジションＡＰ、ブレーキペダル７４のポジション（踏み込み量）を検出するブレーキペダルポジションセンサ７５からのブレーキペダルポジションＢＰ、シフトレバー７６のポジションを検出するシフトポジションセンサ７７からのシフトポジションＳＰなどが入力ポートを介して入力されている。
【００３２】こうして構成されたハイブリッド自動車２０の動作について説明する。ハイブリッド自動車２０の定常運転時では、アクセルペダルポジションセンサ７３からのアクセルペダルポジションＡＰや車輪速センサ５６からの車輪速に基づいて、車軸５２に要求される動力を算出し、この動力とほぼ等しい値にエンジン２２の出力（トルクと回転数はエンジン２２が効率よく運転できる値に設定）が設定される。このときエンジン２２の出力の一部はプラネタリギア３０を介して直接車軸５２に伝達され、残余の出力はモータＭＧ１により電力として回生される。回生された電力は、モータＭＧ２が車軸５２を回転させるトルクを発生するために用いられる。車軸５２に伝達されるトルクが不足する場合には、モータＭＧ１により回生した電力やバッテリ６０に蓄えられた電力を用いてモータＭＧ２によりトルクアシストが行なわれる。また、ハイブリッド自動車２０が走行を開始する低速時では、モータＭＧ２の回転軸４４が車軸５２と連結されているから、エンジン２２を停止した状態でバッテリ６０に蓄えられた電力を用いてモータＭＧ２単独の駆動により車軸５２に動力を伝達して走行することもできる。このようにして、車軸５２に要求される動力に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２が駆動制御される。
【００３３】次に、モータＭＧ２を駆動制御する第２ＣＰＵの異常を監視する動作について説明する。図３は、モータＥＣＵ１００の第１ＣＰＵにより実行される異常監視処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、２ｍｓ毎）に繰り返し実行される。
【００３４】異常監視ルーチンが実行されると、モータＥＣＵ１００の第１ＣＰＵは、まず、第２ＣＰＵ１０４の状態を入力し（ステップＳ１００）、第２ＣＰＵ１０４が正常か否かを判定する処理を行なう（ステップＳ１０２）。この第２ＣＰＵ１０４の状態により異常を判定する処理としては、以下のものがある。例えば、回転角センサ１２４としてレゾルバを用いる場合には、このレゾルバによりモータＭＧ２の回転軸の回転角に応じて生成される電気信号（電圧波形）をデジタル信号に変換する、第２ＣＰＵ１０４に含まれるＲ／Ｄコンバータ（図示せず）の変換異常を監視することにより第２ＣＰＵ１０４の異常を判定する。これは、レゾルバ（回転角センサ１２４）からの生成された電気信号（電圧波形）を第１ＣＰＵ１０２に入力して、この電気信号をＡ／Ｄコンバータ（図示せず）によりサンプリングして得られた値から回転角を求めて、第２ＣＰＵ１０４のＲ／Ｄコンバータにより変換された回転角とを比較して正常範囲内にあるか否かを判定することにより行なわれる。また、モータＭＧ２の三相コイルの各相に流れる各相電流を監視することにより、第２ＣＰＵ１０４の異常を判定する。これは、電流フィードバック制御を行なう際、ハイブリッドＥＣＵ７０から入力されたトルク指令値とモータＭＧ２の回転角とに基づき設定されるモータＭＧ２の三相コイルの指令電流と、電流センサ１１４〜１１６により検出された各相電流とを比較して正常範囲内にあるか否かを判定することにより行なわれる。更に、モータＭＧ２への指令電流と電流センサ１１４〜１１６からの各相電流とに基づいて算出されるモータＭＧ２の指令電圧に対するインバータ回路１２０のスイッチング素子のスイッチングパターンが正常範囲内にあるか否かを判定することにより異常を判定する。これは、例えば、インバータ回路１２０のスイッチング素子へのスイッチング信号をフィルタを介して正弦波状の電圧波形とし、これとモータＭＧ２の指令電圧とで振幅や位相を比較することにより行なわれる。この他、第２ＣＰＵ１０４から一定周期のクロック信号を第１ＣＰＵ１０２へ出力してこの信号が所定周期以上発生しないときに第２ＣＰＵ１０４の異常を判断したり、メモリの内容をパリティやチェックサムなどの誤り検出符号により検出することにより第２ＣＰＵ１０４の異常を判定したり、予め定めたデータを通信線を介して第１ＣＰＵ１０２に出力して正しく通信されているかを判断することにより第２ＣＰＵ１０４の異常を判定したりすることもできる。
【００３５】こうした判定の結果、第２ＣＰＵ１０４は正常であると判定されたときには、モータＭＧ１側のキャリア周波数を通常の周波数（例えば、１０ｋＨｚ）に設定すると共に（ステップＳ１０４）、モータＭＧ１の電気角に同期した周波数の矩形波による制御やＰＷＭの変調率が値１を超える過変調ＰＷＭ領域における制御を許可して（ステップＳ１０６，１０８）、本ルーチンを終了する。ここで、矩形波による制御は、正弦波によるＰＷＭ制御に基づく最大出力以上の出力がモータに要求されたときに採用される制御であり、過変調ＰＷＭ領域における制御は、矩形波による制御と正弦波によるＰＷＭ制御との切り替え時にそのショックを低減するために採用される制御である。即ち、こうした制御は、要求出力に応じてモータから高トルクを発生させて回転数を上げるために行なわれる。
【００３６】一方、第２ＣＰＵ１０４が異常であると判定されたときには、第２ＣＰＵ１０４によるモータＭＧ２の駆動制御は行なえないと判断して、第１ＣＰＵ１０２によりモータＭＧ１と共にモータＭＧ２の駆動制御を行なう待避制御に向けた処理を行なう。まず、第１ＣＰＵ１０２は、マルチプレクサ１０６を第１ＣＰＵ１０２側に切り替える処理を行なう（ステップＳ１１０）。即ち、第２ＣＰＵ１０４からのインバータ回路１２０への制御信号の出力経路を遮断すると共に第１ＣＰＵ１０２からインバータ１２０へ制御信号を出力可能な状態とする。続いて、モータＭＧ２側に取り付けられた電流センサ１１４〜１１６が正常であるか否かを判定し（ステップＳ１１２）、電流センサ１１４〜１１６が正常であれば、モータＭＧ２側のキャリア周波数を通常（１０ｋＨｚ）よりも低い値（例えば、５ｋＨｚ）に設定し（ステップＳ１１４）、電流センサ１１４〜１１６が異常であれば、モータＭＧ２の駆動をオープンループ制御により実現されるよう設定する（ステップＳ１１６）。そして、モータＭＧ１側のキャリア周波数を通常よりも低い値（例えば、５ｋＨｚ）に設定して（ステップＳ１１８）、本ルーチンを終了する。こうして各種設定が行なわれると、この各種設定に基づいてモータ制御が行なわれる。図４は第１ＣＰＵ１０２により実行されるモータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、図３のルーチンにより設定されたキャリア周波数に応じたキャリアの周期毎のタイミングで繰り返し実行される。例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２のキャリア周波数が共に５ｋＨｚに設定されている場合には、０．２ｍｓｅｃ毎に、モータＭＧ１あるいはモータＭＧ２が１０ｋＨｚに設定されている場合には、０．１ｍｓｅｃ毎に実行される。
【００３７】モータ制御ルーチンが実行されると、第１ＣＰＵ１０２は、まず、第２ＣＰＵ１０４に異常が生じておりモータＭＧ２が制御対象となっているか否かを判定する（ステップＳ２００）。第２ＣＰＵ１０４に異常が生じておらずモータＭＧ２が制御対象となっていない場合には、通常通り、モータＭＧ１のみをフィードバック制御により駆動制御して（ステップＳ２０８）、本ルーチンを終了する。このときのフィードバック制御としては、例えば、ハイブリッドＥＣＵ７０から入力されたモータＭＧ２のトルク指令値とモータＭＧ２の回転角とから算出されるモータＭＧ２への指令電流と電流センサ１１４〜１１６からの各相電流との偏差に基づきこの偏差が零となるようにモータＭＧ２の電圧指令値を設定して出力することにより行なわれる。このとき、キャリア周波数は通常の周波数（１０ｋＨｚ）であり、モータＭＧ１の要求動力に応じて適宜、矩形波による制御や過変調ＰＷＭ領域での制御が行なわれる。
【００３８】一方、モータＭＧ２が制御対象となっている場合には、モータＭＧ２側の駆動にオープンループ制御が設定されているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。オープンループ制御が設定されていないときには、フィードバック制御によりモータＭＧ２を駆動制御し（ステップＳ２０４）、オープンループ制御が設定されているときには、オープンループ制御によりモータＭＧ２の駆動制御を行なう（ステップＳ２０６）。ここで、オープンループ制御は、例えば、ハイブリッドＥＣＵ７０から入力されたモータＭＧ２のトルク指令値とモータＭＧ２の回転軸の回転角とからマップによりモータＭＧ２の三相コイルに印加すべき目標電圧を導出して出力することにより行なわれる。そして、モータＭＧ１をフィードバック制御により駆動制御して（ステップＳ２０８）、本ルーチンを終了する。これにより、車軸５２に直接動力を出力できるモータＭＧ２の駆動が確保されるから、モータＭＧ２を制御する第２ＣＰＵ１０４に異常が生じても、ハイブリッド自動車２０を待避走行させることができる。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動に際し、フィードバック制御におけるキャリア周波数は通常の制御における周波数よりも低い周波数（５ｋＨｚ）であり、矩形波による制御や過変調ＰＷＭ領域での制御は禁止されてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数の上限が制限される。このように、第１ＣＰＵ１０２によりモータＭＧ１およびモータＭＧ２が駆動制御する際、キャリア周波数を通常よりも低く設定したり、モータＭＧ２をオープンループにより制御したりすることで、第１ＣＰＵ１０２によりモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御することに伴う全体の処理負担の増加を防ぐことができる。また、通常の制御で許可されている矩形波による制御や過変調ＰＷＭ領域での制御を禁止することで、かかる制御モードの切り替えに伴う処理負担を低減することができる。ただし、こうした制御機能制限は、車輌の待避走行に支障がない範囲内で行なわれるものである。
【００３９】以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、車軸５２に直接動力を出力できるモータＭＧ２を制御対象とする第２ＣＰＵ１０４に異常が生じたときであっても、第１ＣＰＵ１０２によりバックアップするから、モータＭＧ２の駆動を確保でき、十分な待避走行を行なうことができる。しかも、第１ＣＰＵ１０２は、制御機能を制限してモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するから、全体の処理負担を増大させることがない。この結果、第１ＣＰＵ１０２の処理能力を必要以上に高性能化する必要がなく低コストで異常対処が可能となる。
【００４０】実施例のハイブリッド自動車２０では、第２ＣＰＵ１０４に異常が生じたときに、第１ＣＰＵ１０２によりバックアップするものとしたが、第１ＣＰＵ１０２に異常が生じたときには、第２ＣＰＵ１０４によりバックアップする、即ち、第１ＣＰＵ１０２と第２ＣＰＵ１０４との間で動作状態を相互監視して、どちらか一方に異常が生じたときには、正常な他方によりバックアップするものとしても構わない。こうすれば、より確実な異常対処が可能となる。この場合、実施例のハイブリッド自動車２０の第１ＣＰＵ１０２と同様のバックアップのための系を第２ＣＰＵ１０４にも設ければよい。
【００４１】実施例のハイブリッド自動車２０では、第２ＣＰＵ１０４に異常が生じたときに第１ＣＰＵ１０２によりモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する際に、機能の制限として、キャリア周波数を通常よりも低く設定したり、オープンループ制御に移行したり、矩形波による制御や過変調ＰＷＭ領域での制御を禁止するように設定したりしたが、第１ＣＰＵ１０２の処理性能やモータＭＧ１，ＭＧ２の仕様に応じて、車輌の待避走行に支障をきたさない範囲内で適宜制御機能の制限を設定するものとしてもよい。例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２を制御する際のキャリア周波数を通常の周波数とすると共にモータＭＧ１，ＭＧ２をオープンループにより制御するものとしてもよく、モータＭＧ１，ＭＧ２をフィードバックにより制御すると共にキャリア周波数を通常の周波数よりも低い周波数に設定するものとしても構わない。また、第１ＣＰＵ１０２の処理性能が、モータＭＧ１，ＭＧ２を通常の制御により十分処理可能な程度に高性能であれば、制御機能の制限を行なわないものとしても構わない。
【００４２】実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２を制御する第２ＣＰＵ１０４に異常が生じたとき、モータＭＧ１を制御する第１ＣＰＵ１０２によりバックアップするものとしたが、ハイブリッドＥＣＵ１００やエンジンＥＣＵ２８、バッテリＥＣＵ６２などによりバックアップするものとしても構わない。
【００４３】以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明のこうした実施例に何ら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。例えば、ハイブリッド自動車以外の装置における複数の制御手段のうちの一部の異常に伴うバックアップなどに適用することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
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| 【出願日】 |
平成１３年７月６日（２００１．７．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−３２８０５（Ｐ２００３−３２８０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１月３１日（２００３．１．３１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２０７０３２（Ｐ２００１−２０７０３２） |
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