JP2008207593A - 車両およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シフトレバー81が駐車ポジションの状態でエンジン22が運転されているときに回転軸32aが回転しないようにする。
【解決手段】シフトレバー81が駐車ポジションの状態でエンジン22が運転されているときには、モータMG1から出力すべきトルク指令とエンジン22を潤滑する潤滑オイルの油温とに基づく回転制限制御用トルク以下の大きさの範囲内で回転軸32aに作用するトルクに対して回転軸32aの回転を制限できる程度をもってモータMG2のステータ46bに固定磁界を形成させる。これにより、油温に応じた回転制限制御用トルクを用いてモータMG2に固定磁界を形成させることができ、より適正に回転軸32aが回転しないようにすることができる。
【選択図】図1
【解決手段】シフトレバー81が駐車ポジションの状態でエンジン22が運転されているときには、モータMG1から出力すべきトルク指令とエンジン22を潤滑する潤滑オイルの油温とに基づく回転制限制御用トルク以下の大きさの範囲内で回転軸32aに作用するトルクに対して回転軸32aの回転を制限できる程度をもってモータMG2のステータ46bに固定磁界を形成させる。これにより、油温に応じた回転制限制御用トルクを用いてモータMG2に固定磁界を形成させることができ、より適正に回転軸32aが回転しないようにすることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、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、エンジンと、エンジンにキャリアが接続されると共に車軸にリングギヤが接続されたプラネタリギヤと、プラネタリギヤのサンギヤに接続された第1モータと、リングギヤに接続された第2モータと、を備え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、停車中に第1モータによりエンジンをモータリングして始動または停止する際に、エンジンの回転が安定しない低回転領域ではエンジントルクに基づく反力トルクを第2モータから出力し、高回転領域ではエンジンの回転数の変化率に基づく反力トルクを第2モータから出力することにより、それぞれの回転領域で反力トルクをより適正に設定してトルクショックを低減している。
特開2000−125413号公報
ところで、上述のハード構成に加えてリングギヤと車軸との間に有段の変速機を備える車両では、シフトポジションが駐車ポジションにあるときには、通常、車軸がロックされると共に有段の変速機によってリングギヤが車軸から切り離される。この状態でエンジンを運転する際には、シフトポジションが駐車ポジションから走行用ポジションにシフト変更されて変速機によってリングギヤと車軸とを接続する際のショックを抑制するためなどの理由により、リングギヤができるだけ回転しないようにすることが望まれる。
本発明の車両およびその制御方法は、内燃機関や電動機が接続された回転軸と車軸側との間の変速段の変更を伴う動力の伝達およびその解除を行なう変速機を備えるものにおいて、シフトポジションが駐車ポジションにある状態でエンジンを運転する際に、回転軸が回転しないようにすることを目的とする。
本発明の車両およびその制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の車両は、
内燃機関と、
回転軸と車軸側との間の変速段の変更を伴う動力の伝達および伝達の解除が可能な変速手段と、
前記回転軸に接続されると共に該回転軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記回転軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、
前記回転軸に回転子が接続され、固定子の回転磁界により該回転子を回転駆動させて該回転軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、
前記内燃機関の潤滑媒体の温度を反映する物理量である温度反映物理量を検出する温度反映物理量検出手段と、
シフトポジションが駐車ポジションにある駐車状態で前記内燃機関が運転されている際または該駐車状態で前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際、前記内燃機関の運転状態および/または前記電力動力入出力手段の駆動状態と前記検出された温度反映物理量とに基づく駆動力範囲内で前記回転軸に作用する駆動力に対して前記回転軸の回転を制限できる程度をもって前記固定子の磁界の向きが固定されるよう前記電動機を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
内燃機関と、
回転軸と車軸側との間の変速段の変更を伴う動力の伝達および伝達の解除が可能な変速手段と、
前記回転軸に接続されると共に該回転軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記回転軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、
前記回転軸に回転子が接続され、固定子の回転磁界により該回転子を回転駆動させて該回転軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、
前記内燃機関の潤滑媒体の温度を反映する物理量である温度反映物理量を検出する温度反映物理量検出手段と、
シフトポジションが駐車ポジションにある駐車状態で前記内燃機関が運転されている際または該駐車状態で前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際、前記内燃機関の運転状態および/または前記電力動力入出力手段の駆動状態と前記検出された温度反映物理量とに基づく駆動力範囲内で前記回転軸に作用する駆動力に対して前記回転軸の回転を制限できる程度をもって前記固定子の磁界の向きが固定されるよう前記電動機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、シフトポジションが駐車ポジションにある駐車状態で内燃機関が運転されている際または駐車状態で電力動力入出力手段により内燃機関がモータリングされて始動または停止される際には、内燃機関の運転状態および/または電力動力入出力手段の駆動状態と内燃機関の潤滑媒体の温度を反映する物理量である温度反映物理量とに基づく駆動力範囲内で回転軸に作用する駆動力に対して回転軸の回転を制限できる程度をもって固定子の磁界の向きが固定されるよう電動機を制御する。内燃機関や電力動力入出力手段の回転数を変更する際には、内燃機関や電動力入出力手段を含む慣性系のイナーシャに基づく駆動力が回転軸に作用するが、この駆動力は、潤滑媒体の温度に基づく内燃機関のフリクションの大きさによって内燃機関の回転数の変更されやすさが異なるため、潤滑媒体の温度によって異なる。したがって、内燃機関の運転状態や電力動力入出力手段の駆動状態に加えて潤滑媒体の温度を加味した駆動力範囲を用いて電動機を制御することにより、潤滑媒体の温度に応じて回転軸が回転しないようにすることができる。ここで、「内燃機関の運転状態」には、内燃機関の現在の運転状態に限られず、内燃機関の運転状態の目標としての目標運転状態も含まれる。また、「電力動力入出力手段の駆動状態」には、電力動力入出力手段の現在の駆動状態に限られず、電力動力入出力手段の駆動状態の目標としての目標駆動状態も含まれる。
こうした本発明の車両において、前記制御手段は、前記駐車状態で前記内燃機関が運転されている際には、前記検出された温度反映物理量により反映される潤滑媒体の温度が高いほど広くなる傾向に設定される前記駆動力範囲を用いて前記電動機を制御する手段であるものとすることもできる。これは、潤滑媒体の温度が高いほど、内燃機関のフリクションが小さくなり、内燃機関の回転数が変更されやすくなり、慣性系のイナーシャに基づいて回転軸に作用する駆動力の大きさが大きくなりやすいという理由に基づく。
また、本発明の車両において、前記制御手段は、前記駐車状態で前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際には、前記検出された温度反映物理量により反映される潤滑媒体の温度が高いほど狭くなる傾向に設定される駆動力範囲を用いて前記電動機を制御する手段であるものとすることもできる。これは、以下の理由に基づく。内燃機関を始動や停止させる際には、内燃機関をモータリングするために内燃機関の回転数を変更する方向に電力動力入出力手段から駆動力が出力され、内燃機関の回転数が変更される方向とは逆方向にイナーシャが生じる。潤滑媒体の温度が高いほど内燃機関の回転数が変更されやすくなり、内燃機関の回転数を変更する方向の駆動力を電力入出力手段から出力して内燃機関をモータリングする際には、電力動力入出力手段から出力される駆動力と慣性系のイナーシャとが逆方向になるため、回転軸に作用する駆動力は潤滑媒体の温度が高いほどその大きさが小さくなる。こうした理由により、潤滑媒体の温度が高いほど狭くなる傾向の駆動力範囲を用いるものとした。これにより、回転軸が回転しないようにしつつも電動機による電力消費を抑制することができる。この場合、前記制御手段は、前記駐車状態で前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際には、前記検出された温度反映物理量に基づいて、前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際の前記内燃機関の回転数の単位時間あたりの変化量である回転数変化率を推定し、該推定した回転数変化率に基づいて前記駆動力範囲を設定し、該設定した駆動力範囲を用いて前記電動機を制御する手段であるものとすることもできる。
さらに、本発明の車両において、前記電力動力入出力手段は、前記回転軸と前記出力軸と第3の軸との3軸を有し該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と、前記第3の軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段であるものとすることもできる。
あるいは、本発明の車両において、前記電力動力入出力手段は、前記回転軸と前記出力軸と第3の軸との3軸を有し該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と、前記第3の軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段であり、前記制御手段は、前記内燃機関の回転数を小さくする方向の前記発電機からの駆動力の出力を伴って前記内燃機関の回転数が大きくなるときには、前記検出された温度反映物理量により反映される潤滑媒体の温度が高いほど広くなる傾向に設定される前記駆動力範囲を用いて前記電動機を制御する手段であるものとすることもできる。これは、潤滑媒体の温度が高いほど慣性系のイナーシャに応じて回転軸に作用する駆動力の大きさが大きくなりやすく、内燃機関の回転数を小さくする方向の発電機からの駆動力の出力を伴って内燃機関の回転数が大きくなるときには、発電機からの駆動力の方向と慣性系のイナーシャの方向とが同じ方向になるため、潤滑媒体の温度が高いほど回転軸に作用する駆動力の大きさが大きくなりやすいという理由に基づく。
加えて、本発明の車両において、前記電力動力入出力手段は、前記回転軸と前記出力軸と第3の軸との3軸を有し該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と、前記第3の軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段であり、前記制御手段は、前記内燃機関の回転数を大きくする方向の前記発電機からの駆動力の出力を伴って前記内燃機関の回転数が大きくなるとき又は前記内燃機関の回転数を小さくする方向の前記発電機からの駆動力の出力を伴って前記内燃機関の回転数が小さくなるときには、前記検出された温度反映物理量により反映される潤滑媒体の温度が高いほど狭くなる傾向に設定される前記駆動力範囲を用いて前記電動機を制御する手段であるものとすることもできる。これは、潤滑媒体の温度が高いほど慣性系のイナーシャに応じて回転軸に作用する駆動力の大きさが大きくなりやすく、内燃機関の回転数を大きくする方向の発電機からの駆動力の出力を伴って内燃機関の回転数が大きくなるとき又は内燃機関の回転数を小さくする方向の発電機からの駆動力の出力を伴って内燃機関の回転数が小さくなるときには、発電機からの駆動力の方向と慣性系のイナーシャの方向とが逆方向になるため、潤滑媒体の温度が高いほど回転軸に作用する駆動力の大きさが小さくなりやすいという理由に基づく。
本発明の車両の制御方法は、
内燃機関と、回転軸と車軸側との間の変速段の変更を伴う動力の伝達および伝達の解除が可能な変速手段と、前記回転軸に接続されると共に該回転軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され電力と動力の入出力を伴って前記回転軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、前記回転軸に回転子が接続され固定子の回転磁界により該回転子を回転駆動させて該回転軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、を備える車両の制御方法であって、
シフトポジションが駐車ポジションにある駐車状態で前記内燃機関が運転されている際または該駐車状態で前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際、前記内燃機関の運転状態および/または前記電力動力入出力手段の駆動状態と前記内燃機関の潤滑媒体の温度を反映する物理量である温度反映物理量とに基づく駆動力範囲内で前記回転軸に作用する駆動力に対して前記回転軸の回転を制限できる程度をもって前記固定子の磁界の向きが固定されるよう前記電動機を制御する、
ことを要旨とする。
内燃機関と、回転軸と車軸側との間の変速段の変更を伴う動力の伝達および伝達の解除が可能な変速手段と、前記回転軸に接続されると共に該回転軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され電力と動力の入出力を伴って前記回転軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、前記回転軸に回転子が接続され固定子の回転磁界により該回転子を回転駆動させて該回転軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、を備える車両の制御方法であって、
シフトポジションが駐車ポジションにある駐車状態で前記内燃機関が運転されている際または該駐車状態で前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際、前記内燃機関の運転状態および/または前記電力動力入出力手段の駆動状態と前記内燃機関の潤滑媒体の温度を反映する物理量である温度反映物理量とに基づく駆動力範囲内で前記回転軸に作用する駆動力に対して前記回転軸の回転を制限できる程度をもって前記固定子の磁界の向きが固定されるよう前記電動機を制御する、
ことを要旨とする。
この本発明の車両の制御方法では、シフトポジションが駐車ポジションにある駐車状態で内燃機関が運転されている際または駐車状態で電力動力入出力手段により内燃機関がモータリングされて始動または停止される際には、内燃機関の運転状態および/または電力動力入出力手段の駆動状態と内燃機関の潤滑媒体の温度を反映する物理量である温度反映物理量とに基づく駆動力範囲内で回転軸に作用する駆動力に対して回転軸の回転を制限できる程度をもって固定子の磁界の向きが固定されるよう電動機を制御する。内燃機関や電力動力入出力手段の回転数を変更する際には、内燃機関や電動力入出力手段を含む慣性系のイナーシャに基づく駆動力が回転軸に作用するが、この駆動力は、潤滑媒体の温度に基づく内燃機関のフリクションの大きさによって内燃機関の回転数の変更されやすさが異なるため、潤滑媒体の温度によって異なる。したがって、内燃機関の運転状態や電力動力入出力手段の駆動状態に加えて潤滑媒体の温度を加味した駆動力範囲を用いて電動機を制御することにより、潤滑媒体の温度に応じて回転軸が回転しないようにすることができる。ここで、「内燃機関の運転状態」には、内燃機関の現在の運転状態に限られず、内燃機関の運転状態の目標としての目標運転状態も含まれる。また、「電力動力入出力手段の駆動状態」には、電力動力入出力手段の現在の駆動状態に限られず、電力動力入出力手段の駆動状態の目標としての目標駆動状態も含まれる。
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、本発明の第1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。第1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に接続された回転軸としてのリングギヤ軸32aに接続されたモータMG2と、リングギヤ軸32aの動力を変速して駆動輪39a,39bに連結された駆動軸36に出力する変速機60と、駆動輪39a,39bをロックするパーキングロック機構90と、自動車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、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する内燃機関であり、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により燃料噴射制御や点火制御,吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンECU24には、エンジン22の運転状態を検出する各種センサからの信号、例えば、エンジン22を冷却する冷却水の温度を検出する温度センサ22aからの冷却水温αw,エンジン22を潤滑する潤滑オイルの温度を検出する温度センサ22bからの油温αo,エンジン22のクランクシャフト26のクランク角を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどが入力されている。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ハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、エンジンECU24は、クランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neも演算している。
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には回転軸としてのリングギヤ軸32a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から変速機60,駆動軸36,デファレンシャルギヤ38を介して、最終的には車両の駆動輪39a,39bに出力される。
図2は、モータMG1,MG2やバッテリ50を中心とした電気駆動系の構成の概略を示す構成図である。モータMG1,MG2は、図1および図2に示すように、いずれも永久磁石が貼り付けられたロータ45a,46aと三相コイルが巻回されたステータ45b,46bとを有し、発電機として駆動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は、いずれも6個のトランジスタT1〜T6,T7〜T12とトランジスタT1〜T6,T7〜T12に逆並列接続された6個のダイオードD1〜D6,D7〜D12とにより構成されている。各6個のトランジスタT1〜T6,T7〜T12は、バッテリ50の正極が接続された正極母線とバッテリ50の負極が接続された負極母線とに対してソース側とシンク側とになるよう2個ずつペアで配置され、その接続点にモータMG1,MG2の三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。したがって、対をなすトランジスタT1〜T6,T7〜T12のオン時間の割合を調節することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータMG1,MG2を回転駆動することができる。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から構成されており、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は、CPU40a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、CPU40aの他に処理プログラムを記憶するROM40bと、データを一時的に記憶するRAM40c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。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のロータ45a,46aの回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からのモータMG1,MG2のロータ45a,46aの回転位置θm1,θm2や、モータMG1,MG2の三相コイルのU相,V相に流れる相電流を検出する電流センサ45U,45V,46U,46Vからの相電流Iu1,Iv1,Iu2,Iv2などが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42のトランジスタT1〜T6,T7〜T12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。なお、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からのロータ45a,46aの回転位置θm1,θm2に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2も演算している。
変速機60は、図示しないブレーキやクラッチを有し、回転軸としてのリングギヤ軸32aと駆動軸36との接続および接続の解除を行なうと共に両軸の接続をリングギヤ軸32aの回転数を4段に変速して駆動軸36に伝達できるよう構成されている。
パーキングロック機構90は、駆動軸36に取り付けられたパーキングギヤ92と、パーキングギヤ92と噛み合ってその回転駆動を停止した状態でロックするパーキングロックポール94と、から構成されている。パーキングロックポール94は、他のポジションから駐車ポジション(Pポジション)への操作信号または駐車ポジションから他のポジションへの操作信号を入力したハイブリッド用電子制御ユニット70により図示しないアクチュエータが駆動制御されることによって作動し、パーキングギヤ92との噛合およびその解除によりパーキングロックおよびその解除を行なう。駆動軸36は機械的に駆動輪39a,39bに接続されているから、パーキングロック機構90は間接的に駆動輪39a,39bをロックしていることになる。
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バッテリ電圧,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。また、バッテリECU52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)を演算したり、演算した残容量(SOC)と電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算している。
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,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からは、変速機60の図示しないブレーキやクラッチのアクチュエータへの駆動信号やパーキングロック機構90の図示しないアクチュエータへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。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。
なお、第1実施例のハイブリッド自動車20では、シフトポジションセンサ82により検出するシフトレバー81のポジションとしては、駐車ポジション(Pポジション)や中立ポジション(Nポジション),ドライブポジション(Dポジション),リバースポジション(Rポジション)などがある。シフトレバー81が駐車ポジションの状態のときには、通常、変速機60の図示しないブレーキやクラッチが開放されて回転軸としてのリングギヤ軸32aが駆動軸36から切り離される。
こうして構成された第1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とに基づいて回転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第1実施例のハイブリッド自動車20の動作、特にシフトレバー81が駐車ポジションにある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により実行される駐車状態運転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、シフトレバー81が駐車ポジションにある状態でエンジン22が運転されているときに所定時間毎(例えば、数msec毎)に繰り返し実行される。
駐車状態運転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、エンジン22の潤滑オイルの油温αoや、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,発電要求パワーP*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、油温αoは、温度センサ22bにより検出されたものをエンジンECU24から通信により入力するものとした。また、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のロータ45a,46a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。さらに、発電要求パワーP*は、バッテリ50の残容量SOCや電池温度Tb,図示しない補機の目標消費電力などに基づいて設定されてRAM76の所定アドレスに書き込まれたものを読み込むことにより入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、発電要求パワーP*に基づいてエンジン22が効率よく運転されるようエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*を設定し(ステップS110)、設定したエンジン22の目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2)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モータMG1の目標回転数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S120)。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。エンジン22が負荷運転される際の動力分配統合機構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4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であるリングギヤ32(リングギヤ軸32a)の回転数Nrを示す。また、図中、R軸上の太線矢印は、モータMG1から出力されたトルクTm1がリングギヤ軸32aに作用するトルクを示す。式(1)は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。式(2)は、エンジン22から出力されてサンギヤ31に作用するトルクに対して釣り合いを取るためのトルクと、モータMG1の目標回転数Nm1*と回転数Nm1との差を打ち消すためのトルクと、の和としてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定する式である。式(2)中、右辺第1項は図4の共線図から容易に導き出すことができる。また、式(2)中、右辺第2項および第3項はモータ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の項であり、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。
こうしてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定すると、トルク指令Tm1*に対応するトルクがモータMG1から出力されたときに回転軸としてのリングギヤ軸32aに作用すると推定されるトルクとしての推定軸トルクTrestをトルク指令Tm1*と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(3)により計算する(ステップS130)。ここで、式(3)は、図4の共線図により容易に導き出すことができる。
続いて、油温αoに基づいて補正トルクΔTを設定すると共に(ステップS140)、推定軸トルクTrestの絶対値に補正トルクΔTを加えることにより回転制限制御用トルクTm2を設定する(ステップS150)。まず、回転制限制御用トルクTm2について説明する。回転制限制御用トルクTm2は、モータMG2のステータ46bに形成される磁界の向きを固定することによりモータMG2のロータ46a(回転軸としてのリングギヤ軸32a)が回転しないようにする制御(以下、回転制限制御という)を実行する際にモータMG2の三相コイルに通電させる電流値を設定するために用いるトルクである。この回転制限制御用トルク制限Tm2は、第1実施例では、値0以上の値が設定されるものとした。図5は、回転制限制御の様子を示す説明図である。モータMG2を制御する際には、図5に示すように、モータMG2のステータ46bには、電流が通電されたU相,V相,W相の各々で形成される磁界を合成した合成磁界(図中、実線太線矢印参照)が形成される。回転制限制御では、この合成磁界が回転しないようにモータMG2を制御する。以下、こうした回転しない合成磁界を固定磁界と呼ぶ。固定磁界の向きがモータMG2のロータ46aの永久磁石により形成される磁界の向き(d−q座標系におけるd軸の向き)と一致するときには、モータMG2から駆動軸としてのリングギヤ軸32aにはトルクは出力されない。しかしながら、リングギヤ軸32aにトルクが作用することによってロータ46aが回転してステータ46bに形成される固定磁界の向きとロータ46aの現在の磁界の向き(d軸の向き)とがズレると、ステータ46bに形成される固定磁界の向きとロータ46aの現在の磁界の向きとが一致する方向にズレに応じてロータ46aにトルクが作用し(以下、このトルクを吸引トルクという)、リングギヤ軸32aに作用するトルクと吸引トルクとが釣り合う位置でロータ46aは停止する。ここで、吸引トルクは、固定磁界の向きとロータ46aの現在の磁界の向きとのズレが電気角でπ/2以下の範囲内のときにはそのズレが大きいほど大きくなり、且つ、固定磁界を形成させるためにステータ46bの三相コイルに通電させる電流値が大きいほど大きくなる。前述の回転制限制御用トルクTm2は、この三相コイルに通電させる電流値を定めるために用いられるものである。第1実施例では、回転制限制御用トルクTm2が大きいほど大きくなる傾向で、且つ、回転制限制御用トルクTm2以下の大きさ(−Tm2〜Tm2の範囲内)でリングギヤ軸32aに作用するトルクに対してリングギヤ軸32aが回転しないようにすることができる電流値を設定するものとした。こうしたモータMG2の制御の詳細については後述する。なお、d−q座標系において、d軸はロータ46aに貼り付けられた永久磁石により形成される磁界の方向であり、q軸はd軸に対して電気角でπ/2だけ進角させた方向である。次に、ステップS140で設定される補正トルクΔTについて説明する。補正トルクΔTは、第1実施例では、油温αoと補正トルクΔTとの関係を予め定めて補正トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、油温αoが与えられるとマップから対応する補正トルクΔTを導出して設定するものとした。補正トルク設定用マップの一例を図6に示す。補正トルクΔTは、図示するように、油温αoが高いほど大きくなる傾向に設定するものとした。これは、以下の理由による。いま、エンジン22が負荷運転されると共にモータMG1からエンジン22の回転数Neを小さくする方向のトルクが出力されて発電を行ないながらエンジン22からのトルクによりエンジン22の回転数Neを増加させるとき(例えば、図示しない補機による電力消費が大きいためにモータMG1による発電電力を大きくしたいときや、電池温度Tbをより上昇させるためにモータMG1による発電電力を大きくしたいときなど)を考える。モータMG1の発電トルクの大きさを小さくしてエンジン22の回転数Neを増加させるときには、エンジン22やモータMG1からなる慣性系のイナーシャに基づくトルクが回転軸としてのリングギヤ軸32aに作用するため、モータMG1からの発電トルクTm1に応じたトルク(−Tm1/ρ)よりも大きさが大きいトルクがリングギヤ軸32aに作用することになる。油温αoが比較的高いと、潤滑オイルの粘度が小さくエンジン22のフリクションが小さいため、エンジン22の回転数NeやモータMG1の回転数Nm1が変更されやすくなり、リングギヤ軸32aにより大きなトルクが作用することになる。第1実施例では、こうしたエンジン22の回転変動に備えて、油温αoに基づいて補正トルクΔTを設定する共にこれを用いて回転制限制御用トルクTm2を設定するのである。
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のトルク指令Tm1*,回転制限制御用トルクTm2を設定すると、設定した目標回転数Ne*と目標トルクTe*とについてはエンジンECU24に、モータMG1のトルク指令Tm1*と回転制限制御用トルクTm2とについてはモータECU40にそれぞれ送信して(ステップS160)、駐車状態運転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*と回転制限制御用トルクTm2とを受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されるようインバータ41のスイッチング素子のスイッチング制御を行なうと共に図7に例示する回転制限制御用トルク受信時第2モータ制御ルーチンを実行する。このように、モータMG1のトルク指令Tm1*に加えて油温αoを考慮した回転制限制御用トルクTm2を用いてモータMG2を制御することにより、油温αoが比較的高くてエンジン22のフリクションが比較的小さいときでも、エンジン22の回転数Neが変更される際に回転軸としてのリングギヤ軸32aが回転するのを抑制することができる。
次に、モータECU40により実行される図7の回転制限制御用トルク受信時第2モータ制御ルーチンについて説明する。このルーチンは、ハイブリッド用電子制御ユニット70から回転制限制御用トルクTm2を受信したときに実行される。回転制限制御用トルク受信時第2モータ制御ルーチンが実行されると、モータECU40のCPU40aは、まず、電流センサ46U,46Vからの三相コイルのU相,V相に流れる相電流Iu2,Iv2や回転制限制御用トルクTm2,制御用電気角θeset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S200)。ここで、回転制限制御用トルクTm2は、前述の図3の駐車状態運転制御ルーチンにより設定されたものをハイブリッド用電子制御ユニット70から通信により入力するものとした。また、制御用電気角θesetは、シフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でエンジン22が停止しているときや、エンジン22が運転されながらシフトポジションSPがドライブポジションなどから駐車ポジションにシフト操作されたときなどに回転位置検出センサ44から入力されたモータMG2のロータ46aの回転位置θm2に応じた電気角θe2を設定するものとした。
続いて、モータMG2の三相コイルのU相,V相,W相に流れる相電流Iu2,Iv2,Iw2の総和を値0として制御用電気角θesetを用いて次式(4)により相電流Iu2,Iv2をd軸およびq軸の電流Id2,Iq2に座標変換(3相−2相変換)し(ステップS210)、回転制限制御用トルクTm2に基づいて制御用電気角θesetにおけるd軸の電流指令Id2*を設定すると共にq軸の電流指令Iq2*に値0を設定する(ステップS220)。d軸の電流指令Id2*は、第1実施例では、回転制限制御用トルクTm2が大きいほど大きくなる傾向で、且つ、回転制限制御用トルクTm2以下の大きさ(−Tm2〜Tm2の範囲内)でリングギヤ軸32aに作用するトルクに対してリングギヤ軸32aが回転しないようにすることができる電流値を設定するものとした。
こうして電流指令Id2*,Iq2*を設定すると、設定した電流指令Id2*,Iq2*と電流Id2,Iq2とを用いて次式(5)および式(6)によりd軸およびq軸の電圧指令Vd2*,Vq2*を計算すると共に(ステップS230)、計算したd軸およびq軸の電圧指令Vd2*,Vq2*を制御用電気角θesetを用いて式(6)および式(7)によりモータMG2の三相コイルのU相,V相,W相に印加すべき電圧指令Vu2*,Vv2*,Vw2*に座標変換(2相−3相変換)し(ステップS240)、座標変換した電圧指令Vu2*,Vv2*,Vw2*をインバータ42のトランジスタT7〜T12をスイッチングするためのPWM信号に変換し(ステップS250)、変換したPWM信号をインバータ42のトランジスタT7〜T12に出力することによりモータMG2を駆動制御して(ステップS260)、回転制限制御用トルク受信時第2モータ制御ルーチンを終了する。ここで、式(5)および式(6)中、「k3」および「k5」は比例係数であり、「k4」および「k6」は積分係数である。
以上説明した第1実施例のハイブリッド自動車20によれば、シフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でエンジン22が運転されているときには、モータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて設定される回転制限制御用トルクTm2以下の大きさ(−Tm2〜Tm2の範囲内)で回転軸としてのリングギヤ軸32aに作用するトルクに対してリングギヤ軸32aの回転を制限できる程度をもってモータMG2のステータ46bに固定磁界が形成されるようモータMG2を制御するから、トルク指令Tm1*に加えて油温αoに応じてリングギヤ軸32aが回転しないようにすることができる。しかも、油温αoが高いほど大きくなる傾向に回転制限制御用トルクTm2を設定するから、エンジン22の回転数NeやモータMG1の回転数Nm1が変化しやすくなっても、即ちイナーシャに基づいてリングギヤ軸32aに作用するトルクの大きさが大きくなりやすいときでもリングギヤ軸32aが回転しないようにすることができる。
第1実施例のハイブリッド自動車20では、シフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でエンジン22が運転されているときには、油温αoが高いほど大きくなる傾向に補正トルクΔTを設定するものとしたが、シフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でエンジン22が運転されているときであってモータMG1から発電トルク(エンジン22の回転数Neを小さくする方向のトルク)Tm1の出力を伴ってエンジン22の回転数Neを大きくするときにだけ油温αoが高いほど大きくなる傾向に補正トルクΔTを設定するものとしてもよい。この場合、モータMG1からの発電トルクTm1の出力を伴ってエンジン22の回転数Neを変更しないときや小さくするとき,モータMG1からの力行トルク(エンジン22の回転数Neを大きくする方向のトルク)Tm1の出力を伴ってエンジン22の回転数Neを大きくするときには油温αoに拘わらず補正トルクΔTに値0または正の固定値を設定するものとしてもよい。また、モータMG1からの発電トルクTm1の出力を伴ってエンジン22の回転数Neを変更しないときには油温αoに拘わらず補正トルクΔTに値0または正の固定値を設定し、モータMG1からの発電トルクTm1の出力を伴ってエンジン22の回転数Neを小さくするときやモータMG1からの力行トルクTm1の出力を伴ってエンジン22の回転数Neを大きくするときには油温αoが高いほど小さくなる傾向に補正トルクΔTを設定するものとしてもよい。モータMG1からの発電トルクTm1の出力を伴ってエンジン22の回転数Neを小さくするときやモータMG1からの力行トルクTm1の出力を伴ってエンジン22の回転数Neを大きくするときには、モータMG1からの発電トルクTm1の一部がエンジン22やモータMG1の回転変動に伴うイナーシャによって打ち消されるため、リングギヤ軸32aに作用するトルクはモータMG1の発電トルクTm1に応じたトルク(−Tm1/ρ)よりも大きさが小さくなる。油温αoが高いほどエンジン22やモータMG1は回転変動しやすくなるため、モータMG1からの発電トルクTm1が同じでも油温αoが高いほどリングギヤ軸32aに作用するトルクは小さくなる。したがって、モータMG1からの発電トルクTm1の出力を伴ってエンジン22の回転数Neを小さくするときには、油温αoが高いほど小さくなる傾向に補正トルクΔTを設定するものとしてもよいのである。
第1実施例のハイブリッド自動車20では、図3の駐車状態運転制御ルーチンにおいて、モータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定するものとしたが、エンジン22の目標トルクTe*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定するものとしてもよいし、エンジン22の目標トルクTe*とモータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定するものとしてもよい。エンジン22の目標トルクTe*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定する場合、エンジン22の目標トルクTe*に基づいてリングギヤ軸32aに作用するトルク(Te*/(1+ρ))と油温αoに基づく補正トルクΔTとを用いて回転制限制御用トルクTm2を設定するものとしてもよい。また、モータMG1の駆動状態としては、モータMG1のトルク指令Tm1*に代えて、例えば、前回のモータMG1のトルク指令(前回Tm1*)や、モータMG1に通電されている電流などに基づいて設定されるモータMG1から現在出力されているトルクなどを用いるものとしてもよい。さらに、エンジン22の運転状態としては、エンジン22の目標トルクTe*に代えて、例えば、前回のエンジン22の目標トルク(前回Te*)や、エンジン22の吸入空気量などから推定されるエンジン22から現在出力されているトルクなどを用いるものとしてもよい。
第1実施例のハイブリッド自動車20では、シフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でエンジン22が運転されている際に、モータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて設定される回転制限制御用トルクTm2を用いてモータMG2を制御するものとしたが、シフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でエンジン22が運転されている際だけでなく、シフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でモータMG1によりエンジン22をモータリングして始動させたり停止させたりする際もモータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて設定される回転制限制御用トルクTm2を用いてモータMG2を制御するものとしてもよい。以下、この際の動作について第2実施例として説明する。
第2実施例のハイブリッド自動車20Bは、図1に例示した第1実施例のハイブリッド自動車20と同一のハード構成をしている。したがって、重複した説明を回避するため、第2実施例のハイブリッド自動車20Bのハード構成については、第1実施例のハイブリッド自動車20のハード構成と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。第2実施例では、モータMG1によりエンジン22をモータリングして始動または停止させる際の動作について説明する。図9は、駐車状態始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、シフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でエンジン22の始動指示がなされたときに実行される。
駐車状態始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、エンジン22の回転数Neやモータリング経過時間tを入力する(ステップS400)。ここで、エンジン22の回転数Neは、クランクシャフト26に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいて計算されたものをエンジンECU24から通信により入力するものとした。また、モータリング経過時間tは、停止状態のエンジン22のモータリングが開始されてからの時間として図示しないタイマにより計測された時間を入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、エンジン22の回転数Neやモータリング経過時間tを用いてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定する(ステップS410)。モータMG1のトルク指令Tm1*は、第2実施例では、エンジン22の回転数Neやモータリング経過時間tとモータMG1のトルク指令Tm1*との関係を予め定めてトルク指令設定用マップとして記憶しておき、エンジン22の回転数Neやモータリング経過時間tが与えられると記憶したマップから対応するトルク指令Tm1*を導出して設定するものとした。トルク指令設定用マップの一例を図4に示す。図9のトルク指令設定用マップでは、図示するように、エンジン22の始動指示がなされた時刻t1の直後からレート処理を用いて迅速に比較的大きなトルクをトルク指令Tm1*に設定してエンジン22の回転数Neを迅速に増加させる。続いて、エンジン22の回転数Neが共振回転数帯を通過したか共振回転数帯を通過するのに必要な時間以降の時刻t2に、エンジン22を安定して所定回転数Nref以上でモータリングすることができるトルクをトルク指令Tm1*に設定し、電力消費や駆動軸としてのリングギヤ軸32aにおける反力を小さくする。ここで、所定回転数Nrefは、燃料噴射制御や点火制御を開始する回転数であり、第2実施例では、共振回転数帯より余裕をもって大きな回転数を設定するものとした。そして、エンジン22の回転数Neが所定回転数Nrefに至った時刻t3からレート処理を用いて迅速にトルク指令Tm1*を値0とし、エンジン22の完爆が判定された時刻t4に終了する。このようにエンジン22の始動指示がなされた直後に大きなトルクをモータMG1のトルク指令Tm1*に設定してエンジン22をモータリングすることにより、迅速にエンジン22を所定回転数Nref以上に回転させて始動させることができる。
続いて、トルク指令Tm1*に対応するトルクがモータMG1から出力されたときにリングギヤ軸32aに作用すると推定されるトルクとしての推定軸トルクTrestをモータMG1のトルク指令Tm1*と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて前述の式(3)により計算する(ステップS420)。
そして、トルク指令Tm1*に対応するトルクがモータMG1から出力されたときのエンジン22の回転数Neの単位時間の変化量である推定回転数変化率ΔNeestを設定すると共に(ステップS430)、エンジン22やモータMG1からなる慣性系の慣性モーメントIと推定回転数変化率ΔNeestとの積を用いて推定される、慣性系のイナーシャに基づいてリングギヤ軸32aに作用するトルクを推定軸トルクTrestの絶対値から減じたものを回転制限制御用トルクTm2として設定し(ステップS440)、設定したモータMG1のトルク指令Tm1*や回転制限制御用トルクTm2をモータECU40に送信する(ステップS450)。モータMG1のトルク指令Tm1*や回転制限制御用トルクTm2を受信したモータECU40は、第1実施例と同様にモータMG1,MG2を制御する。また、推定回転数変化率ΔNeestは、第2実施例では、モータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて推定回転数変化率設定用マップとして記憶しておき、モータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとが与えられると記憶したマップから対応する推定回転数変化率ΔNeestを導出して設定するものとした。推定回転数変化率設定用マップの一例を図10に示す。推定回転数変化率ΔNeestは、図示するように、モータMG1のトルク指令Tm1*が大きいほど、且つ、油温αoが高いほど大きくなる傾向に設定される。エンジン22の回転数Neを大きくする方向のトルクを出力してエンジン22をモータリングする際には、慣性系のイナーシャによってモータMG1から出力されたトルクTm1に応じたトルク(−Tm1/ρ)よりも大きさが小さいトルクがリングギヤ軸32aに作用する。しかも、油温αoが高いほどエンジン22のフリクションは小さくなりエンジン22の回転数Neは大きくなりやすくなるため、モータMG1からあるトルクを出力したときに、油温αoが高いほどリングギヤ軸32aに作用するトルクは小さくなる。したがって、ステップS430,S440で、油温αoが高いほど小さくなる傾向に回転制限制御用トルクTm2を設定してもリングギヤ軸32aが回転しないようにすることができる。しかも、このように回転制限制御用トルクTm2を設定することにより、油温αoが比較的高いときに、モータMG2の電力消費を抑制することができる。
次に、エンジン22の回転数Neを閾値Nrefと比較し(ステップS460)、エンジン22の回転数Neが閾値Nrefに至っていないときにはステップS100に戻る。こうしてモータMG1からトルクを出力してエンジン22をモータリングすることによってエンジン22の回転数Neが閾値Nrefに至ると、燃料噴射制御や点火制御の指示をエンジンECU24に送信する(ステップS470)。この指示を受信したエンジンECU24は、エンジン22の燃料噴射制御や点火制御を行なう。そして、エンジン22が完爆したか否かを判定し(ステップS480)、エンジン22が完爆していないときにはステップS100に戻り、エンジン22が完爆したときに、始動時制御ルーチンを終了する。
以上、モータMG1によりエンジン22をモータリングして始動させる際について説明したが、モータMG1によりエンジン22をモータリングして停止させる際についても同様に考えることができる。即ち、エンジン22の回転数Neを小さくさせる方向のトルクをモータMG1から出力してエンジン22の回転数Neを小さくさせる際には、エンジン22やモータMG1からなる慣性系のイナーシャによってモータMG1から出力されるトルクTm1に対応するトルク(−Tm1/ρ)よりも大きさが小さいトルクがリングギヤ軸32aに作用する。そして、このリングギヤ軸32aに作用するトルクは油温αoが高いほど小さくなる。したがって、油温αoが高いほど小さくなる傾向に回転制限制御用トルクTm2を設定することができるのである。
以上説明した第2実施例のハイブリッド自動車20Bによれば、シフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でモータMG1によりエンジン22をモータリングして始動または停止させる際には、モータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて設定される回転制限制御用トルクTm2以下の大きさ(−Tm2〜Tm2の範囲内)で回転軸としてのリングギヤ軸32aに作用するトルクに対してリングギヤ軸32aの回転を制限できる程度をもってモータMG2のステータ46bに固定磁界が形成されるようモータMG2を制御するから、トルク指令Tm1*に加えて油温αoに応じてリングギヤ軸32aが回転しないようにすることができる。しかも、油温αoが高いほど小さくなる傾向に回転制限制御用トルクTm2を設定するから、モータMG2の電力消費を抑制することができる。
第2実施例のハイブリッド自動車20Bでは、図8の駐車状態始動制御ルーチンにおいて、モータMG1のトルク指令Tm1*に応じた推定軸トルクTrestと、油温αoを用いて設定される推定回転数変化率ΔNeestに基づいてリングギヤ軸32aに作用すると推定されるトルクと、を用いて回転制限制御用トルクTm2を設定するものとしたが、モータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定するものであれば、推定回転数変化率ΔNeestを設定しないものとしてもよい。
第2実施例のハイブリッド自動車20Bでは、図8の駐車状態始動制御ルーチンにおいて、モータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定するものとしたが、モータMG1の駆動状態として、モータMG1のトルク指令Tm1*に代えて、例えば、前回のモータMG1のトルク指令(前回Tm1*)や、モータMG1に通電されている電流などに基づいて設定されるモータMG1から現在出力されているトルクなどを用いるものとしてもよい。
第1実施例や第2実施例のハイブリッド自動車20,20Bでは、エンジン22の潤滑オイルの温度を検出する温度センサ22bを備え、図3の駐車状態運転制御ルーチンや図8の駐車状態始動制御ルーチンにおいて、温度センサ22bからの油温αoを用いるものとしたが、温度センサ22bを備えず、エンジン22の冷却水の温度を検出する温度センサ22aからの冷却水温αwなどから油温αoを推定して用いるものとしてもよい。
第1実施例や第2実施例のハイブリッド自動車20,20Bでは、モータMG2として三相交流電動機を用いるものとしたが、三相以外の多相交流電動機を用いるものとしてもよい。
第1実施例や第2実施例のハイブリッド自動車20,20Bでは、d−q座標系に対して回転制限制御用トルクTm2に基づいて制御用電気角θesetにおけるd軸の電流指令Id2*を設定すると共にq軸の電流指令Iq2*に値0を設定し、設定したd軸およびq軸の電流指令Id2*,Iq2*に基づいてモータMG2を制御するものとしたが、回転制限制御用トルクTm2に基づく電流をモータMG2に通電させてモータMG2のステータ46bの磁界の向きを固定するものであれば、3相−2相変換することなくモータMG2を制御するものとしてもよい。
第1実施例や第2実施例のハイブリッド自動車20,20Bでは、4段の変速段をもって変速可能な変速機60を用いるものとしたが、変速段は4段に限られるものではなく、2段以上の変速段をもって変速可能な変速機であればよい。
第1実施例や第2実施例のハイブリッド自動車20,20Bでは、駆動輪39a,39bに連結された駆動軸36に変速機60を介して接続された動力軸としてのリングギヤ軸32aにエンジン22からの動力を動力分配統合機構30を介して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120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132と駆動輪39a,39bに動力を出力する駆動軸36に変速機60を介して接続された動力軸32bに接続されたアウターロータ134とを有し、エンジン22の動力の一部を動力軸32b,変速機60,駆動軸36を介して駆動輪39a,39b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130を備えるものとしてもよい。
実施例では、ハイブリッド自動車の形態として用いるものとしたが、列車など自動車以外の車両の形態としてもよいし、自動車を含めた車両の制御方法の形態としてもよい。
ここで、実施例や変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「内燃機関」に相当し、変速機60が「変速手段」に相当し、動力分配統合機構30とモータMG1が「電力動力入出力手段」に相当し、モータMG2が「電動機」に相当し、バッテリ50が「蓄電手段」に相当し、温度センサ22bが「温度反映物理量検出手段」に相当し、シフトポジションSPが駐車ポジション状態にある状態でエンジン22が運転されている際にモータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定してモータECU40に送信する図3の駐車状態運転制御ルーチンのステップS130〜S170の処理を実行しシフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でモータMG1によりエンジン22をモータリングして始動させる際にモータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定してモータECU40に送信する図8の駐車状態始動制御ルーチンのS410〜S450の処理を実行しシフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でモータMG1によりエンジン22をモータリングして停止させる際にモータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定してモータECU40に送信する処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70と回転制限制御用トルクTm2を用いてモータMG2を制御する図7の回転制限制御用トルク受信時第2モータ制御ルーチンを実行するモータECU40とが「制御手段」に相当する。また、動力分配統合機構30が「3軸式動力入出力手段」に相当し、モータMG1が「発電機」に相当する。さらに、対ロータ電動機130も「電力動力入出力手段」に相当する。あるいは、温度センサ22aも「温度反映物理量検出手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としては、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する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「変速手段」としては、4段変速の変速機60に限定されるものではなく、回転軸と車軸側との間の変速段の変更を伴う動力の伝達および伝達の解除が可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「電力動力入出力手段」としては、動力分配統合機構30とモータMG1との組み合わせによるものや対ロータ電動機130に限定されるものではなく、回転軸に接続されると共に回転軸とは独立に回転可能に内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って回転軸と出力軸とに動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG2に限定されるものではなく、誘導電動機など、回転軸に回転子が接続され固定子の回転磁界により回転子を回転駆動させて回転軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ50に限定されるものではなく、キャパシタなど、電力動力入出力手段および電動機と電力をやりとり可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「温度反映物理量検出手段」としては、油温αoを検出する温度センサ22bに限定されるものではなく、内燃機関の潤滑媒体の温度を反映する物理量である温度反映物理量を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット70とモータECU40からなる組み合わせに限定されるものではなく、単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、シフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でエンジン22が運転されている際やシフトポジションSPが駐車ポジションにある状態でモータMG1によりエンジン22をモータリングして始動または停止させる際にモータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定してモータMG2を制御するものに限定されるものではなく、エンジン22の目標トルクTe*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定してモータMG2を制御するものとしたり、エンジン22の目標トルクTe*とモータMG1のトルク指令Tm1*と油温αoとに基づいて回転制限制御用トルクTm2を設定してモータMG2を制御するものとするなど、シフトポジションが駐車ポジションにある駐車状態で内燃機関が運転されている際または駐車状態で電力動力入出力手段により内燃機関がモータリングされて始動または停止される際、内燃機関の運転状態および/または電力動力入出力手段の駆動状態と内燃機関の潤滑媒体の温度を反映する物理量である温度反映物理量とに基づく駆動力範囲内で回転軸に作用する駆動力に対して回転軸の回転を制限できる程度をもって固定子の磁界の向きが固定されるよう電動機を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例や変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための最良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。
20,20B,120 ハイブリッド自動車、22 エンジン、22a,22b 温度センサ、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、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、32b 動力軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、36 駆動軸、38 デファレンシャルギヤ、39a,39b 駆動輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、40a CPU、40b ROM、40c RAM、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、45a,46a ロータ、45b,46b ステータ、45U,45V,46U,46V 電流センサ、47 温度センサ、50 バッテリ、51a 電圧センサ、51b 電流センサ、51c 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 変速機、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 パーキングロック機構、92 パーキングギヤ、94 パーキングロックポール、130 対ロータ電動機、132 インナーロータ、134 アウターロータ、MG1,MG2 モータ、D1〜D12 ダイオード、T1〜T12 トランジスタ。
Claims (8)
- 内燃機関と、
回転軸と車軸側との間の変速段の変更を伴う動力の伝達および伝達の解除が可能な変速手段と、
前記回転軸に接続されると共に該回転軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記回転軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、
前記回転軸に回転子が接続され、固定子の回転磁界により該回転子を回転駆動させて該回転軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、
前記内燃機関の潤滑媒体の温度を反映する物理量である温度反映物理量を検出する温度反映物理量検出手段と、
シフトポジションが駐車ポジションにある駐車状態で前記内燃機関が運転されている際または該駐車状態で前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際、前記内燃機関の運転状態および/または前記電力動力入出力手段の駆動状態と前記検出された温度反映物理量とに基づく駆動力範囲内で前記回転軸に作用する駆動力に対して前記回転軸の回転を制限できる程度をもって前記固定子の磁界の向きが固定されるよう前記電動機を制御する制御手段と、
を備える車両。 - 前記制御手段は、前記駐車状態で前記内燃機関が運転されている際には、前記検出された温度反映物理量により反映される潤滑媒体の温度が高いほど広くなる傾向に設定される前記駆動力範囲を用いて前記電動機を制御する手段である請求項1記載の車両。
- 前記制御手段は、前記駐車状態で前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際には、前記検出された温度反映物理量により反映される潤滑媒体の温度が高いほど狭くなる傾向に設定される駆動力範囲を用いて前記電動機を制御する手段である請求項1記載の車両。
- 前記制御手段は、前記駐車状態で前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際には、前記検出された温度反映物理量に基づいて、前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際の前記内燃機関の回転数の単位時間あたりの変化量である回転数変化率を推定し、該推定した回転数変化率に基づいて前記駆動力範囲を設定し、該設定した駆動力範囲を用いて前記電動機を制御する手段である請求項3記載の車両。
- 前記電力動力入出力手段は、前記回転軸と前記出力軸と第3の軸との3軸を有し該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と、前記第3の軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段である請求項1ないし4いずれか記載の車両。
- 請求項1記載の車両であって、
前記電力動力入出力手段は、前記回転軸と前記出力軸と第3の軸との3軸を有し該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と、前記第3の軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段であり、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数を小さくする方向の前記発電機からの駆動力の出力を伴って前記内燃機関の回転数が大きくなるときには、前記検出された温度反映物理量により反映される潤滑媒体の温度が高いほど広くなる傾向に設定される前記駆動力範囲を用いて前記電動機を制御する手段である
車両。 - 請求項1記載の車両であって、
前記電力動力入出力手段は、前記回転軸と前記出力軸と第3の軸との3軸を有し該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と、前記第3の軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段であり、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数を大きくする方向の前記発電機からの駆動力の出力を伴って前記内燃機関の回転数が大きくなるとき又は前記内燃機関の回転数を小さくする方向の前記発電機からの駆動力の出力を伴って前記内燃機関の回転数が小さくなるときには、前記検出された温度反映物理量により反映される潤滑媒体の温度が高いほど狭くなる傾向に設定される前記駆動力範囲を用いて前記電動機を制御する手段である
車両。 - 内燃機関と、回転軸と車軸側との間の変速段の変更を伴う動力の伝達および伝達の解除が可能な変速手段と、前記回転軸に接続されると共に該回転軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され電力と動力の入出力を伴って前記回転軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、前記回転軸に回転子が接続され固定子の回転磁界により該回転子を回転駆動させて該回転軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、を備える車両の制御方法であって、
シフトポジションが駐車ポジションにある駐車状態で前記内燃機関が運転されている際または該駐車状態で前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされて始動または停止される際、前記内燃機関の運転状態および/または前記電力動力入出力手段の駆動状態と前記内燃機関の潤滑媒体の温度を反映する物理量である温度反映物理量とに基づく駆動力範囲内で前記回転軸に作用する駆動力に対して前記回転軸の回転を制限できる程度をもって前記固定子の磁界の向きが固定されるよう前記電動機を制御する、
車両の制御方法。
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2007
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