JP2007176418A - 車両およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】減速走行中など内燃機関からの動力は不要であるが制動力を得るのに負圧が必要となる場合に燃費の低下を抑制しながら十分な負圧を得る。
【解決手段】エンジンから動力を出力する必要がないときにブースタ負圧Ｐｂｓｔが不足するときには、エンジンを１８０度の範囲内で揺動させるための揺動トルクをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定すると共に（Ｓ２００）、この揺動に伴ってブレーキブースタに負圧を供給するようスロットルバルブを開閉する。これにより、燃費の低下を抑制しながら十分な負圧を得ることができ、十分な制動力を確保することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両およびその制御方法に関し、詳しくは、吸入空気量を調整可能なスロットルを有する内燃機関を搭載した車両およびその制御方法に関する。

従来、この種の車両としては、減速走行中にエンジンを自動停止している最中にブレーキ踏力が増加したときには、エンジンをモータリング可能なモータを駆動してエンジンを空回りさせることによりブレーキブースタ負圧を増加するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、このようにブレーキブースタ負圧を増加することにより、エンジンの運転停止の状態を維持しながら減速度の低下を抑制している。
特開２００２−１７３００９号公報

上述の車両では、エンジンをモータでモータリングするため、バッテリからモータに電力を供給する必要があるが、バッテリから放電可能な電力量が少ないときなどのバッテリの状態によっては十分な電力を供給することができない場合がある。この場合、エンジンを始動すればよいが、減速走行中のエンジンの運転は燃費を低下させてしまう。

本発明の車両およびその制御方法は、減速走行中など内燃機関からの動力は不要であるが制動力を得るのに負圧が必要となる場合に燃費の低下を抑制しながら十分な負圧を得ることを目的の一つとする。また、本発明の車両およびその制御方法は、制動力を含めた要求駆動力を出力して走行することを目的の一つとする。

本発明の車両およびその制御方法は、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。

本発明の車両は、
吸入空気量を調整可能なスロットルを有する内燃機関を搭載した車両であって、
前記内燃機関の吸気系と管路によって接続され、操作者による制動要求操作と前記内燃機関の吸気系の負圧とを用いて車両に制動力を付与する制動力付与手段と、
前記管路に取り付けられ、該管路における前記内燃機関の吸気系側の圧力が前記制動力付与手段側の圧力より小さいときには開口し、前記内燃機関の吸気系側の圧力が前記制動力付与手段側の圧力より大きいときには閉口する開閉手段と、
前記内燃機関の出力軸を回転可能な電動機と、
前記内燃機関からの動力が不要な状態で前記内燃機関の吸気系の負圧に対する所定の要請条件が成立したとき、前記内燃機関の出力軸が所定角度範囲で揺動するよう前記電動機を制御すると共に該揺動に対応して前記スロットルが開閉されるよう前記内燃機関を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の車両では、内燃機関からの動力が不要な状態で内燃機関の吸気系の負圧に対する所定の要請条件が成立したときには、内燃機関の出力軸が所定角度範囲で揺動するよう内燃機関の出力軸を回転可能な電動機を制御すると共にこの揺動に対応して内燃機関の吸入空気量を調整可能なスロットルが開閉されるよう内燃機関を制御する。即ち、電動機により内燃機関の出力軸を回転させずに揺動させてピストンを上下させ、この揺動に伴ってスロットルを開閉することにより内燃機関の吸気系に負圧を生じさせ、これを制動力付与手段に供給するのである。内燃機関の吸気系はピストンの上下とスロットルの開閉により負圧を生じたり正圧を生じたりするが、内燃機関の吸気系と制動力付与手段とを接続する管路に取り付けられた開閉手段が、内燃機関の吸気系側の圧力が制動力付与手段側の圧力より小さいときには開口し、内燃機関の吸気系側の圧力が制動力付与手段側の圧力より大きいときには閉口することにより、制動力付与手段側には負圧のみが供給されることになる。こうした制御により、内燃機関の出力軸を回転させることなく、減速走行中など内燃機関からの動力は不要であるが制動力を得るのに負圧が必要となる場合に燃費の低下を抑制しながら十分な負圧を得ることができる。

こうした本発明の車両において、前記所定角度範囲は、前記内燃機関の一部の気筒の吸気行程の角度範囲内であるものとすることもできる。また、前記制御手段は、前記所定角度範囲で吸気行程にある気筒のピストンが下死点側に移動するときには前記スロットルが全閉となり、該気筒のピストンが上死点側に移動するときには前記スロットルが全開となるよう制御する手段であるものとすることもできる。

また、本発明の車両において、走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、走行用の動力を出力可能な駆動源と、を備え、前記制御手段は、前記設定された要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機と前記駆動源と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、要求駆動力によって走行することができる。この場合、前記内燃機関の出力軸と車軸側と前記電動機の回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段を備えるものとすることもできる。

本発明の車両の制御方法は、
吸入空気量を調整可能なスロットルを有する内燃機関と、前記内燃機関の吸気系と管路によって接続され操作者による制動要求操作と前記内燃機関の吸気系の負圧とを用いて車両に制動力を付与する制動力付与手段と、前記管路に取り付けられ該管路における前記内燃機関の吸気系側の圧力が前記制動力付与手段側の圧力より小さいときには開口し前記内燃機関の吸気系側の圧力が前記制動力付与手段側の圧力より大きいときには閉口する開閉手段と、前記内燃機関の出力軸を回転可能な電動機と、を備える車両の制御方法であって、
前記内燃機関からの動力が不要な状態で前記内燃機関の吸気系の負圧に対する所定の要請条件が成立したときには、前記内燃機関の出力軸が所定角度範囲で揺動するよう前記電動機を制御すると共に該揺動に対応して前記スロットルが開閉されるよう前記内燃機関を制御する、
ことを特徴とする。

この本発明の車両の制御方法では、内燃機関からの動力が不要な状態で内燃機関の吸気系の負圧に対する所定の要請条件が成立したときには、内燃機関の出力軸が所定角度範囲で揺動するよう内燃機関の出力軸を回転可能な電動機を制御すると共にこの揺動に対応して内燃機関の吸入空気量を調整可能なスロットルが開閉されるよう内燃機関を制御する。即ち、電動機により内燃機関の出力軸を回転させずに揺動させてピストンを上下させ、この揺動に伴ってスロットルを開閉することにより内燃機関の吸気系に負圧を生じさせ、これを制動力付与手段に供給するのである。内燃機関の吸気系はピストンの上下とスロットルの開閉により負圧を生じたり正圧を生じたりするが、内燃機関の吸気系と制動力付与手段とを接続する管路に取り付けられた開閉手段が、内燃機関の吸気系側の圧力が制動力付与手段側の圧力より小さいときには開口し、内燃機関の吸気系側の圧力が制動力付与手段側の圧力より大きいときには閉口することにより、制動力付与手段側には負圧のみが供給されることになる。こうした制御により、内燃機関の出力軸を回転させることなく、減速走行中など内燃機関からの動力は不要であるが制動力を得るのに負圧が必要となる場合に燃費の低下を抑制しながら十分な負圧を得ることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての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の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な４気筒の内燃機関として構成されており、図２に示すように、吸気管１２１に取り付けられたエアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入する共に各気筒に設けられた燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２３の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。

エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、クランクシャフト２３の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温，燃焼室内に取り付けられた圧力センサ１４３からの筒内圧力Ｐｉｎ，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジション，吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号ＡＦ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温，空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ，酸素センサ１３５ｂからの酸素信号などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、各気筒に設けられた各燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。

また、エンジン２２の吸気管１２１のスロットルバルブ１２４の下流側には、吸気管１２１の負圧をブレーキブースタ９０に供給する負圧管９４が分岐しており、この負圧管９４にはブレーキブースタ９０の負圧が保持されるよう逆止弁９６が取り付けられている。なお、ブレーキブースタ９０は、周知の負圧サーボ式ブレーキブースタとして構成されており、外気による圧力とエンジン２２の吸気管１２１の負圧との差圧により図示しないダイヤフラムに作用する力を運転者がブレーキペダル８５を踏む踏力に加えてマスターシリンダ９２内の図示しないピストンを押す力として作用させる。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の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８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，ブレーキブースタ９０に取り付けられた負圧センサ９８からのブースタ負圧Ｐｂｓｔ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン２２への動力要求が不要なときにブレーキブースタ９０の負圧が低下したときの動作について説明する。図３は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動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、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃやブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，負圧センサ９８からのブースタ負圧Ｐｂｓｔ，クランクシャフト２６のクランク角ＣＡなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１により検出されたバッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。さらに、クランク角ＣＡは、クランクシャフト２６に取り付けられたクランクポジションセンサ１４０からの信号をエンジンＥＣＵ２４を介して入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度ＡｃｃやブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊とエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度ＡｃｃやブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度ＡｃｃやブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図４に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めることができる。

次に、設定した要求パワーＰｅ＊を閾値Ｐｒｅｆと比較する（ステップＳ１２０）。閾値Ｐｒｅｆは、実施例では、エンジン２２を効率よく運転可能なパワー範囲の下限値近傍の値として設定されている。要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ以上のときには、設定した要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１３０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーＰｅ＊とに基づいて行なわれる。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図５に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。

続いて、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１４０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図６に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（１）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転したときにエンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。また、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)

モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算すると、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（３）および式（４）により計算すると共に（ステップＳ２１０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（５）により計算し（ステップＳ２２０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２３０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式（５）は、前述した図６の共線図から容易に導き出すことができる。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (5)

こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ２４０）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

ステップＳ１２０で要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満と判定されたときには、ブースタ負圧Ｐｂｓｔを閾値Ｐｂｒｅｆと比較する（ステップＳ１５０）。ここで、閾値Ｐｂｒｅｆは、ブレーキペダル８５の踏み込みに対して十分な負圧を発生可能なブレーキブースタ９０の負圧として設定されている。ブースタ負圧Ｐｂｓｔが閾値Ｐｂｒｅｆより小さいとき、即ち、十分な負圧が確保されているときには、エンジン２２の運転を停止するためにエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に値０を設定すると共に目標トルクＴｅ＊に値０を設定し（ステップＳ１６０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊にも値０を設定して（ステップＳ１７０）、ステップＳ２１０〜Ｓ２３０の処理によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２４０）、駆動制御ルーチンを終了する。値０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が運転されているときには燃料噴射を停止すると共に点火を停止してエンジン２２の運転を停止し、エンジン２２が運転停止しているときにはその運転停止状態を保持する。

ステップＳ５１０でブースタ負圧Ｐｂｓｔが閾値Ｐｂｒｅｆより大きいとき、即ち、負圧が不十分なときには、エンジンＥＣＵ２４に負圧要請指示を出力し（ステップＳ１８０）、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に値０を設定すると共に目標トルクＴｅ＊にも値０を設定する（ステップＳ１９０）。そして、クランク角ＣＡに基づいて揺動トルクをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定し（ステップＳ２００）、ステップＳ２１０〜Ｓ２３０の処理によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２４０）、駆動制御ルーチンを終了する。ステップＳ２００のトルク指令Ｔｍ１＊の設定は、図７に例示する揺動時トルク指令設定ルーチンにより実行される。このルーチンでは、まず、クランク角ＣＡを１８０度の範囲内に補正すると共に（ステップＳ３００）、前回のクランク角ＣＡとの差としてクランク角差ΔＣＡを計算する（ステップＳ３１０）。そして、クランク角差ΔＣＡの符号を判定すると共に（ステップＳ３２０）、補正後のクランク角ＣＡを閾値Ｃｒｅｆ１や閾値Ｃｒｅｆ２と比較する（ステップＳ３３０，Ｓ３４０）。ここで、閾値Ｃｒｅｆ１は１８０度の範囲内で比較的小さな角度（例えば、２０度や３０度など）として設定され、閾値Ｃｒｅｆ２は１８０度の範囲内で比較的大きな角度（例えば、１５０度や１６０度など）として設定されている。クランク角差ΔＣＡが正で補正後のクランク角ＣＡが閾値Ｃｒｅｆ２未満のときにはクランク角ＣＡが増加する方向に作用するトルクとして設定された値ＴｓｅｔをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定し（ステップＳ３５０）、クランク角差ΔＣＡが正でも補正後のクランク角ＣＡが閾値Ｃｒｅｆ２以上のときにはクランク角ＣＡが減少する方向にトルクが作用するよう符号を変更した値Ｔｓｅｔ（−Ｔｓｅｔ）をモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定する（ステップＳ３６０）。一方、クランク角差ΔＣＡが負で補正後のクランク角ＣＡが閾値Ｃｒｅｆ１以上のときにはクランク角ＣＡが減少する方向にトルクが作用するよう符号を変更した値Ｔｓｅｔ（−Ｔｓｅｔ）をモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定し（ステップＳ３７０）、クランク角差ΔＣＡが負でも補正後のクランク角ＣＡが閾値Ｃｒｅｆ１未満のときにはクランク角ＣＡが増加する方向にトルクが作用するよう値ＴｓｅｔをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定する（ステップＳ３８０）。即ち、クランク角ＣＡが増加しているときには閾値Ｃｒｅｆ２を超えるまでは正のトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定し、クランク角ＣＡが閾値Ｃｒｅｆ２を超えてからその後減少して閾値Ｃｒｅｆ１を超えるまでは負のトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定するのである。これにより、エンジン２２の一部の気筒におけるピストン１３２は、上死点より下の位置と下死点より上の位置で往復運動することになる。なお、こうしたエンジン２２を揺動するトルクをモータＭＧ１から出力しても、その反力としてのトルクについてはモータＭＧ２によりキャンセルするから、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにはバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊を出力することができる。

負圧要請指示を受信したエンジンＥＣＵ２４は、図８に例示する揺動時スロットル制御ルーチンを実行する。このルーチンでは、まず、クランク角ＣＡを１８０度の範囲内に補正すると共に（ステップＳ４００）、前回のクランク角ＣＡとの差としてクランク角差ΔＣＡを計算する（ステップＳ４１０）。そして、クランク角差ΔＣＡの符号を判定し（ステップＳ４２０）、クランク角差ΔＣＡが正のときにはスロットルバルブ１２４を全開とし（ステップＳ４３０）、クランク角差ΔＣＡが負のときにはスロットルバルブ１２４を全閉とする（ステップＳ４４０）。クランク角差ΔＣＡが負のときにはピストン１３２は下方に移動しているから、スロットルバルブ１２４を全閉とすることにより負圧管９４側に負圧を作用させ、クランク角差ΔＣＡが正のときにはピストン１３２は上方に移動しているから、スロットルバルブ１２４を全開とすることにより負圧管９４側に大きな正圧が作用しないようにしている。実施例では、負圧管９４には逆止弁９６が取り付けられているから、負圧管９４のブレーキブースタ９０側には負圧のみが供給されることになる。上述したように、負圧要請時は、エンジン２２の一部の気筒におけるピストン１３２が上死点より下の位置と下死点より上の位置で往復運動するから、これに合わせてスロットルバルブ１２４を全閉したり全開することにより、負圧管９４側に十分な負圧を供給することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２から動力を出力する必要がないときにブースタ負圧Ｐｂｓｔが不足するときには、エンジン２２を１８０度の範囲内で揺動させると共にこの揺動に伴って負圧管９４に負圧を供給するようスロットルバルブ１２４を開閉することにより、燃費の低下を抑制しながら十分な負圧を得ることができる。これにより、十分な制動力を確保することができる。しかも、このようにエンジン２２を揺動させているときでもこの揺動に伴ってリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクについてはモータＭＧ２によりキャンセルするから、リングギヤ軸３２ａにはバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊を出力することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２として４気筒の内燃機関を用いるものとしたが、４気筒の内燃機関に限定されるものではなく、エンジン２２として、３気筒以下の内燃機関を用いるものとしてもよいし、５気筒以上の内燃機関を用いるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図９における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１０の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

このように、ハイブリッド自動車に適用するだけでなく、エンジンを間欠運転可能であれば電動機や発電機を搭載しない自動車に適用するものとしてもよい。例えば、減速時に車軸側からエンジンを切り離してエンジンを自動停止する自動車に適用することもできる。

また、こうした自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両に適用するものとしてもよいし、車両に搭載された内燃機関の制御方法の形態としてもよい。

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、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。

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。 エンジン２２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用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される揺動時トルク指令設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 エンジンＥＣＵ２４により実行される揺動時スロットル制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２４ａ ＣＰＵ、２４ｂ ＲＯＭ、２４ｃ ＲＡＭ、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、９０ ブレーキブースタ、９２ マスターシリンダ、９４ 負圧管、９６ 逆止弁、９８ 負圧センサ、１２１ 吸気管、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３６，スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４３ 圧力センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、１５０ 可変バルブタイミング機構。２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (6)

1. 吸入空気量を調整可能なスロットルを有する内燃機関を搭載した車両であって、
   前記内燃機関の吸気系と管路によって接続され、操作者による制動要求操作と前記内燃機関の吸気系の負圧とを用いて車両に制動力を付与する制動力付与手段と、
   前記管路に取り付けられ、該管路における前記内燃機関の吸気系側の圧力が前記制動力付与手段側の圧力より小さいときには開口し、前記内燃機関の吸気系側の圧力が前記制動力付与手段側の圧力より大きいときには閉口する開閉手段と、
   前記内燃機関の出力軸を回転可能な電動機と、
   前記内燃機関からの動力が不要な状態で前記内燃機関の吸気系の負圧に対する所定の要請条件が成立したとき、前記内燃機関の出力軸が所定角度範囲で揺動するよう前記電動機を制御すると共に該揺動に対応して前記スロットルが開閉されるよう前記内燃機関を制御する制御手段と、
   を備える車両。
2. 前記所定角度範囲は、前記内燃機関の一部の気筒の吸気行程の角度範囲内である請求項１記載の車両。
3. 前記制御手段は、前記所定角度範囲で吸気行程にある気筒のピストンが下死点側に移動するときには前記スロットルが全閉となり、該気筒のピストンが上死点側に移動するときには前記スロットルが全開となるよう制御する手段である請求項１または２記載の車両。
4. 請求項１ないし３いずれか記載の車両であって、
   走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
   走行用の動力を出力可能な駆動源と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記設定された要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機と前記駆動源とを制御する手段である
   車両。
5. 前記内燃機関の出力軸と車軸側と前記電動機の回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段を備える請求項４記載の車両。
6. 吸入空気量を調整可能なスロットルを有する内燃機関と、前記内燃機関の吸気系と管路によって接続され操作者による制動要求操作と前記内燃機関の吸気系の負圧とを用いて車両に制動力を付与する制動力付与手段と、前記管路に取り付けられ該管路における前記内燃機関の吸気系側の圧力が前記制動力付与手段側の圧力より小さいときには開口し前記内燃機関の吸気系側の圧力が前記制動力付与手段側の圧力より大きいときには閉口する開閉手段と、前記内燃機関の出力軸を回転可能な電動機と、を備える車両の制御方法であって、
   前記内燃機関からの動力が不要な状態で前記内燃機関の吸気系の負圧に対する所定の要請条件が成立したときには、前記内燃機関の出力軸が所定角度範囲で揺動するよう前記電動機を制御すると共に該揺動に対応して前記スロットルが開閉されるよう前記内燃機関を制御する、
   ことを特徴とする車両の制御方法。
   

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