JP2012232714A

JP2012232714A - 補機駆動制御装置

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Publication number: JP2012232714A
Application number: JP2011104314A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Fukumura; 光正福村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2012-11-29

Abstract

【課題】補機を駆動するための電動モータの小型化に有利な補機駆動制御装置を提供する。
【解決手段】走行用動力源として設けられた内燃機関３と、内燃機関３の出力軸３ａと相互に動力が伝達されるように接続可能な複数の補機８ａ〜８ｅとを備えた車両１に適用される補機駆動制御装置において、内燃機関３と補機８ａ〜８ｅとの間の動力伝達経路中に設けられてこれらの間の動力伝達を断続可能なクラッチ１２と、各補機８ａ〜８ｅと相互に動力を伝達可能なように接続された統合モータ１５とを備え、補機８ａ〜８ｅが要求する駆動力が判定値未満の場合にはクラッチ１２を解放状態に切り替えて統合モータ１５で補機８ａ〜８ｅを駆動する第１駆動モードを実行し、補機８ａ〜８ｅが要求する駆動力が判定値以上の場合にはクラッチ１２を係合状態に切り替えて内燃機関３で補機８ａ〜８ｅを駆動する第２駆動モードを実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関及び電動モータで補機を駆動可能な補機駆動制御装置に関する。

複数の補機が設けられたハイブリッド車両に適用され、全ての補機を２つの電動モータで駆動する補機駆動装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。

特開２００８−１５５７１９号公報特開平１０−２９１４１５号公報特開２００２−２７４１６６号公報特開２００４−２９１７０７号公報特開２００２−３７１８８０号公報

特許文献１の装置では、各補機が全て動作している場合にはそれらの補機が要求する駆動力を２つの電動モータから供給する必要がある。そのため、接続されている全ての補機を最大負荷で同時に動作させることが可能な駆動力を出力可能な電動モータが必要となる。この場合、電動モータが大型化するおそれがある。

そこで、本発明は、補機を駆動するための電動モータの小型化に有利な補機駆動制御装置を提供することを目的とする。

本発明の補機駆動制御装置は、走行用動力源として設けられた内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と相互に動力が伝達されるように接続可能な補機と、を備えた車両に適用され、前記補機と相互に動力を伝達可能なように接続された電動モータと、前記補機及び前記電動モータと前記内燃機関の出力軸との間で相互に動力が伝達される係合状態とその動力伝達を遮断する解放状態とに切り替え可能なクラッチ手段と、前記補機が要求する駆動力が予め設定した所定の判定値未満の場合には前記クラッチ手段を前記解放状態に切り替えて前記電動モータで前記補機を駆動する第１駆動モードを実行し、前記補機が要求する駆動力が前記判定値以上の場合には前記クラッチ手段を前記係合状態に切り替えて前記内燃機関で前記補機を駆動する第２駆動モードを実行する制御手段と、を備えている（請求項１）。

本発明の補機駆動制御装置によれば、補機が要求する駆動力が判定値以上の場合には内燃機関で補機を駆動するので、電動モータに補機を最大負荷で駆動することが可能な出力を要求する必要がない。これにより電動モータの最大出力を抑えることができるので、電動モータを小型化できる。

本発明の補機駆動制御装置の一形態において、前記内燃機関の出力軸は、トランスアクスルを介して前記車両の駆動輪と相互に動力を伝達可能なように接続され、前記車両には、前記トランスアクスルに設けられて前記駆動輪及び前記内燃機関の出力軸のそれぞれと相互に動力を伝達可能なように接続され、かつ電動機及び発電機として機能するモータ・ジェネレータと、前記モータ・ジェネレータで発生した電気を充電可能かつ前記電動モータに電気を供給可能なバッテリと、が設けられ、前記クラッチ手段を前記解放状態に切り替えるとともに前記モータ・ジェネレータを発電機として機能させて電気を発生させ、その電気を前記バッテリに充電するとともに前記バッテリの電気を用いて前記電動モータを駆動して前記補機を駆動した場合の前記車両のエネルギ効率である第１エネルギ効率を算出する第１エネルギ効率算出手段と、前記クラッチ手段を前記係合状態に切り替えて前記内燃機関の動力で前記補機を駆動した場合の前記車両のエネルギ効率である第２エネルギ効率を算出する第２エネルギ効率算出手段と、をさらに備え、前記制御手段は、前記第１エネルギ効率が前記第２エネルギ効率より高い場合には前記第１駆動モードを実行し、前記第１エネルギ効率が前記第２エネルギ効率以下の場合には前記第２駆動モードを実行してもよい（請求項２）。この形態によれば、第１エネルギ効率と第２エネルギ効率とを比較し、エネルギ効率が高い方の駆動モードを実行する。そのため、車両の燃費を向上できる。なお、モータ・ジェネレータには内燃機関及び駆動輪の両方から動力を入力可能であるため、モータ・ジェネレータを発電機として機能させた場合には内燃機関及び駆動輪の少なくともいずれか一方から入力された動力を利用して発電を行うことができる。

この形態においては、停止している前記内燃機関を始動し、その後前記クラッチ手段を前記係合状態に切り替えて前記内燃機関の動力で前記補機を駆動する場合の前記車両のエネルギ効率である第３エネルギ効率を、前記内燃機関の始動時に生じるエネルギ損失を考慮して算出する第３エネルギ効率算出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記内燃機関が停止しているときに前記第１エネルギ効率と前記第３エネルギ効率とを比較し、前記第１エネルギ効率が前記第３エネルギ効率より高い場合には前記第１駆動モードを実行し、前記第１エネルギ効率が前記第３エネルギ効率以下の場合には前記内燃機関を始動して前記第２駆動モードを実行してもよい（請求項３）。この場合、内燃機関の運転状態に拘わらず最もエネルギ効率が高い駆動モードが実行されるので、車両の燃費をさらに向上できる。

また、前記制御手段は、前記バッテリの充電量が予め設定した所定の下限値以下の場合には前記第２駆動モードを実行してもよい（請求項４）。この場合、バッテリの充電量が過度に減少することを防止できる。そのため、電動モータによる補機の駆動が要求された場合に動力不足になることを抑制できる。

本発明の補機駆動制御装置の一形態においては、所定の回生条件が成立した場合に前記モータ・ジェネレータを発電機として機能させ、前記駆動輪から入力されるエネルギで前記モータ・ジェネレータを駆動して前記バッテリの充電を行う回生制御手段と、前記回生条件の成立時に前記バッテリへの充電を制限すべき所定の制限条件が成立している場合には前記クラッチ手段を前記係合状態に切り替える回収エネルギ増加手段と、をさらに備えていてもよい（請求項５）。この形態によれば、バッテリへの充電が制限された場合には駆動輪から入力されたエネルギで補機を駆動するので、そのエネルギを無駄に捨てることを防止できる。また、駆動輪から入力された運動エネルギを電気エネルギ等に変換することなく利用するので、エネルギ効率を改善できる。

この形態において、前記電動モータは、発電機として機能可能であり、前記車両には、前記電動モータと電気的に接続されるとともに前記バッテリと電気の授受が可能なように電気的に接続された補機用バッテリがさらに設けられ、前記回収エネルギ増加手段は、前記回生条件の成立時に前記制限条件が成立している場合には前記電動モータを発電機として機能させて前記補機用バッテリへの充電を行ってもよい（請求項６）。この形態によれば、バッテリへの充電が制限されても駆動輪から入力されたエネルギが補機用バッテリに充電されるので、エネルギの回収率を改善できる。また、補機用バッテリにも充電を行うことにより電動モータで補機を駆動する際に充電量が不足することを抑制できる。さらに、このように補機用バッテリに充電することにより、連続高負荷運転などでモータ・ジェネレータの温度が高い場合やモータ・ジェネレータが故障している場合に電動モータでモータ・ジェネレータのバックアップを行うことができる。

本発明の補機駆動制御装置の一形態において、前記制御手段は、前記車両に要求されている駆動力が所定の判定駆動力より大きい場合には前記第１駆動モードを実行してもよい（請求項７）。これにより駆動輪の駆動に使用可能な動力を増加できるので、車両の加速性能を向上させることができる。

本発明の補機駆動制御装置の一形態において、前記制御手段は、前記電動モータの動作を制限すべき動作制限条件が成立した場合には前記第２駆動モードを実行してもよい（請求項８）。これにより電動モータの過負荷や過熱を防止できる。また、これにより電動モータに要求される出力や上限温度等の仕様を下げることができるので、コストを低減できる。

以上に説明したように、本発明の補機駆動制御装置によれば、最大負荷の補機を電動モータで駆動する必要がないため、電動モータの最大出力を抑えることができる。そのため、電動モータを小型化できる。

本発明の一形態に係る補機駆動制御装置が組み込まれた車両を模式的に示す図。第１駆動モードにおける動力の流れを説明するための図。第２駆動モードにおける動力の流れを説明するための図。第３駆動モードにおける動力の流れを説明するための図。制御装置が実行する駆動モード切替制御ルーチンを示すフローチャート。駆動モード切替制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。本発明の一形態に係る補機駆動制御装置の変形例を示す図。

図１は、本発明の一形態に係る補機駆動制御装置が組み込まれた車両を模式的に示している。車両１は、左右の駆動輪２を駆動するための走行用動力源として内燃機関３を備えている。なお、便宜上この図では駆動輪２を１つしか示していない。内燃機関３の出力軸３ａと駆動輪２とは、不図示の変速機構及びデファレンシャル機構を備えたトランスアクスル４を介して相互に動力を伝達可能なように接続されている。トランスアクスル４は、モータ・ジェネレータ（以下、ＭＧと略称する。）５を備えている。ＭＧ５は、ロータ５ａとその外周側に同軸に配置されたステータ５ｂとを備え、電動機及び発電機として機能する周知のものである。ＭＧ５は、駆動輪２及び内燃機関３の出力軸３ａのそれぞれと相互に動力を伝達可能なように接続されている。そのため、ＭＧ５は、電動機として機能させることにより駆動輪２に動力を出力できる。また、ＭＧ５は、発電機として機能させることにより内燃機関３から出力された動力や駆動輪２から入力されたエネルギで発電を行うことができる。このように車両１はパラレル方式のハイブリッド車両として構成されている。

ＭＧ５は、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）６を介してバッテリ７と電気的に接続されている。ＰＣＵ６は、直流電流及び交流電流を制御するための周知のものである。このＰＣＵ６によりバッテリ７からＭＧ５に供給される電力及びＭＧ５からバッテリ７に充電される電力が制御される。

車両１には、複数の補機８ａ〜８ｅが設けられている。例えば、内燃機関３の冷却水を循環させるための冷却水ポンプ、エアコンのコンプレッサ、車両１で使用する負圧を発生させるためのバキュームポンプ、ブレーキの油圧を制御して車両の姿勢を安定させるための車両安定制御装置、及びＭＧ５の冷却水を循環させるためのＭＧ冷却水ポンプ等が補機として設けられている。各補機８ａ〜８ｅは、それぞれ補機クラッチ９ａ〜９ｅを介して共通の回転軸１０と接続されている。補機クラッチ９ａは、補機８ａと回転軸１０との間で動力が伝達される係合状態とその動力伝達が遮断される解放状態とに切替可能に構成されている。他の補機クラッチ９ｂ〜９ｅも同様に構成されている。なお、以降では各補機８ａ〜８ｅ及び各補機クラッチ９ａ〜９ｅを区別する必要が無い場合には、単に補機８、補機クラッチ９と呼ぶ。なお、補機クラッチ９としては、電磁クラッチが用いられる。

回転軸１０には、プーリ１１が固定されている。内燃機関３の出力軸３ａにはクラッチ手段としてのクラッチ１２を介してプーリ１３が連結されている。クラッチ１２は、出力軸３ａとプーリ１３との間で動力が伝達される係合状態とその動力伝達を遮断する解放状態とに切替可能に構成されている。このクラッチ１２にも電磁クラッチが用いられる。プーリ１１とプーリ１３との間にはベルト１４が巻き掛けられている。そのため、クラッチ１２が係合状態の場合には内燃機関３にて回転軸１０が回転駆動され、これにより各補機８ａ〜８ｅが駆動される。

車両１には、各補機８ａ〜８ｅを駆動可能なように電動モータとしての統合モータ１５が設けられている。この統合モータ１５は、ロータ１５ａとその外周側に同軸に配置されたステータ１５ｂとを備え、電動機及び発電機と機能するように構成されている。この図に示すようにロータ１５ａは、回転軸１０と連結されている。統合モータ１５は、補機用バッテリとしての補機電源１６と電気的に接続されている。統合モータ１５と補機電源１６とは、補機電源１６から統合モータ１５に電力を供給可能、かつ統合モータ１５で発電された電力を補機電源１６に充電可能に接続されている。バッテリ７と補機電源１６とは、相互に電気の授受を行うことが可能なようにＤＣＤＣコンバータ１７を介して電気的に接続されている。

なお、本明細書では、バッテリ７又は補機電源１６から放電される放電側の電力をプラスで表し、バッテリ７又は補機電源１６に充電される充電側の電力をマイナスで表す。そのため、例えばバッテリ７に充電される電力は、それを示す値が小さいほど充電される電力が多いことになる。

ＭＧ５、統合モータ１５、各補機クラッチ９ａ〜９ｅ及びクラッチ１２の動作は、制御装置２０にて制御される。制御装置２０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。制御装置２０は、車両１を適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。例えば、アクセル開度等に基づいて内燃機関３に供給すべき燃料量を算出し、その算出した量の燃料が供給されるように内燃機関３の燃料供給装置を制御するプログラムを保持している。制御装置２０は、これらのプログラムを実行することにより内燃機関３、ＭＧ５等の制御対象に対する制御を行っている。制御装置２０には、車両１に係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。例えば、車両１の速度に対応した信号を出力する車速センサ２１、アクセル開度に対応した信号を出力するアクセル開度センサ２２、バッテリ７の充電状態を監視するための第１センサ２３、及び補機電源１６の充電状態を監視するための第２センサ２４等が接続されている。なお、第１センサ２３及び第２センサ２４としては、具体的には電流センサ及び電圧センサが設けられている。この他にも内燃機関３の吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ、内燃機関３の出力軸３ａの回転速度に対応した信号を出力するクランク角センサ等の種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。また、図示は省略したが制御装置２０にはエアコンのスイッチ等も接続されている。

制御装置２０は、各補機８ａ〜８ｅの動作状態等に応じて各補機クラッチ９ａ〜９ｅを制御する。補機クラッチ９は、それが取り付けられている補機８に対して起動が要求された場合に係合状態に切り替えられ、その補機８の停止が要求された場合に解放状態に切り替えられる。例えば、エアコンのコンプレッサに取り付けられている補機クラッチ９は、エアコンのスイッチがオフに切り替えられた場合に解放状態に切り替えられ、スイッチがオンに切り替えられた場合に係合状態に切り替えられる。また、補機クラッチ９が係合状態の補機８においては、補機８の負荷に応じてその補機８が要求する駆動力が変化する。このように各補機クラッチ９ａ〜９ｅの状態が切り替えられたり補機８が要求する駆動力が変化すると、回転軸１０を回転駆動するために必要な駆動力が変化する。

制御装置２０は、各補機クラッチ９の状態や各補機８ａ〜８ｅが要求する駆動力に応じてこれら補機８ａ〜８ｅを駆動するための駆動モードを切り替える。この車両１には、統合モータ１５で補機８を駆動する第１駆動モード、内燃機関３で補機８を駆動する第２駆動モード、及び駆動輪２から入力されるエネルギで補機８を駆動する第３駆動モードが駆動モードとして設定されている。図２〜図４を参照して各駆動モードについて説明する。これらの図において太い実線は電気動力の流れを示し、太い破線は機械動力の流れを示している。なお、第１駆動モード及び第２駆動モードでは内燃機関３の動力をトランスアクスル４を介して駆動輪２に伝達し、これにより駆動輪２を駆動しているがその機械動力の流れの図示は省略した。

図２は、第１駆動モードにおける動力の流れを説明するための図である。第１駆動モードでは、クラッチ１２が解放状態に切り替えられる。内燃機関３は運転され、矢印ＭＰ１で示すように内燃機関３の動力はトランスアクスル４に伝達される。ＭＧ５は発電機として機能させ、内燃機関３の動力の少なくとも一部を利用して発電が行われる。また、車両１の減速時には矢印ＭＰ２で示したように駆動輪２から入力されたエネルギでＭＧ５を駆動し、これによっても発電を行う。なお、車両１の加速時等、駆動輪２を内燃機関３で駆動する必要がある場合にはトランスアクスル４から駆動輪２に動力が伝達される。ＭＧ５で発生した電気は矢印ＥＰ１で示すようにバッテリ７に充電される。バッテリ７からは、矢印ＥＰ２で示すようにＤＣＤＣコンバータ１７を介して補機電源１６に電気が供給される。そして、矢印ＥＰ３で示すように補機電源１６から供給される電力で統合モータ１５が運転される。これにより矢印ＭＰ３で示すように統合モータ１５から回転軸１０に動力が供給されて各補機８が駆動される。なお、このように第１駆動モードを実行して駆動輪２から入力されたエネルギをバッテリ７に充電することにより、制御装置２０が本発明の回生制御手段として機能する。

図３は、第２駆動モードにおける動力の流れを説明するための図である。第２駆動モードでは、クラッチ１２が係合状態に切り替えられる。内燃機関３は運転され、矢印ＭＰ４で示したように内燃機関３の動力は回転軸１０に伝達される。そして、これにより各補機８が駆動される。上述したように図示は省略したが、内燃機関３の動力はトランスアクスル４にも伝達され、これにより駆動輪２が駆動される。

図４は、第３駆動モードにおける動力の流れを説明するための図である。第３駆動モードでは、クラッチ１２が係合状態に切り替えられる。内燃機関３は、出力軸３ａが駆動輪２から入力されたエネルギで回転駆動されるように燃料の供給が停止される。これにより矢印ＭＰ５で示すように駆動輪２から入力されたエネルギにて補機８が駆動される。ＭＧ５は発電機として機能させ、矢印ＥＰ４で示すようにＭＧ５で発生した電気はバッテリ７に充電される。また、統合モータ１５も発電機として機能させ、矢印ＥＰ５で示すように統合モータ１５で発生した電気は補機電源１６に充電される。

図５は、制御装置２０が車両１の走行状態等に応じてこれら駆動モードを適宜に切り替えるために実行する駆動モード切替制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、車両１の走行状態等に拘わらず所定の周期で繰り返し実行される。この制御ルーチンを実行することにより、制御装置２０が本発明の制御手段として機能する。

この制御ルーチンにおいて制御装置２０は、まずステップＳ１１で車両１に係る情報（車両情報）及び車両１に対する操作情報（車両操作情報）を取得する。車両情報としては、例えば車速、アクセル開度、バッテリ７の充電量、及び補機電源１６の充電量等が取得される。また、クラッチ１２及び各補機クラッチ９ａ〜９ｅの状態、及び各補機８ａ〜８ｅが要求する駆動力も取得される。車両操作情報としては、例えばエアコンのスイッチが操作されたか否か等が取得される。

次のステップＳ１２において制御装置２０は、車両１が減速中か否か判定する。車両１が減速中と判定した場合にはステップＳ１３に進み、制御装置２０は回生可能電力Ｐｌｉｍ及び回生原資出力Ｐｉｎを算出する。回生可能電力Ｐｌｉｍは、バッテリ７で受入可能な電力である。周知のようにこの電力は、バッテリ７の充電量が多いほど、また温度が高いほど小さくなる。そのため、回生可能電力Ｐｌｉｍは、バッテリ７の充電量や温度に基づいて算出すればよい。回生原資出力Ｐｉｎは、減速時に駆動輪２から入力されたエネルギ、すなわち回生エネルギ原資によりＭＧ５で発生が見込まれる電力からＭＧ５とバッテリ７との間の送電経路における電力損失を減じた値である。回生エネルギ原資は、車両１の減速度が大きいほど大きくなる。そのため、回生原資出力Ｐｉｎは、車速等に基づいて算出すればよい。なお、上述したようにバッテリ７への充電側の電力はマイナスで表されるため、回生可能電力Ｐｌｉｍ及び回生原資出力Ｐｉｎはいずれもマイナスの値になる。

続くステップＳ１４において制御装置２０は、回生可能電力Ｐｌｉｍが回生原資出力Ｐｉｎ以下か否か判定する。回生可能電力Ｐｌｉｍが回生原資出力Ｐｉｎより大きい、すなわちＭＧ５で発生が見込まれる電力を全てバッテリ７で受け入れることができないと判定した場合にはステップＳ１５に進み、制御装置２０は補機８の駆動モードを第３駆動モードに切り替える。なお、この処理を実行することにより制御装置２０が本発明の回収エネルギ増加手段として機能する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１２で減速中ではないと判定した場合、又はステップＳ１４で回生可能電力Ｐｌｉｍが回生原資出力Ｐｉｎ以下、すなわちＭＧ５で発生が見込まれる電力を全てバッテリ７で受け入れることができると判定した場合にはステップＳ１６に進み、制御装置２０は第１エネルギ効率Ｅ１を算出する。第１エネルギ効率Ｅ１は、現在の車両１の走行状態で第１駆動モードを実施した場合に見込まれる車両１のエネルギ効率である。車両１のエネルギ効率は、内燃機関３に入力されたエネルギのうち車両１の各部（例えば駆動輪２及び補機８等）の駆動に使用されたエネルギの割合で示される。第１エネルギ効率Ｅ１は以下の式（１）にて算出される。なお、この処理を実行することにより制御装置２０が本発明の第１エネルギ効率算出手段として機能する。

この式（１）においてエンジン入力は、内燃機関３に入力されるエネルギである。これは例えば内燃機関３に供給される燃料量等に基づいて推定される。エンジン出力は、内燃機関３から出力されるエネルギである。これは例えば内燃機関３の回転数及び吸入空気量等に基づいて推定される。主機系伝達損失は、内燃機関３からトランスアクスル４を介して駆動輪２に動力が伝達される際に生じる機械的エネルギ損失である。これは、例えばトランスアクスル４の変速機構のギア比等に基づいて推定される。なお、これらエンジン入力、エンジン出力、及び主機系伝達損失は、第１駆動モードを実行した場合に予想される内燃機関３の運転点における値が使用される。これらの算出は、例えば予め実験や数値計算等により内燃機関３の運転状態とエンジン入力、エンジン出力、及び主機系伝達損失との関係を求めて制御装置２０のＲＯＭにマップとして記憶させておき、そのマップを参照して行えばよい。

式（１）における第１補機系伝達損失は、バッテリ７から統合モータ１５に電気を送る際に発生する電気的エネルギ損失と、統合モータ１５から補機８に動力を伝達する際に生じる機械的エネルギ損失とを加えた値である。第１補機系伝達損失には、さらに図２に矢印ＥＰ１で示したＭＧ５で発生した電気をバッテリ７に充電する経路での電気的エネルギ損失、及び矢印ＭＰ２及びＥＰ１で示した駆動輪２から入力されたエネルギを電気に変換してバッテリ７に充電する経路での機械的及び電気的エネルギ損失を加えてもよい。なお、矢印ＥＰ１、ＭＰ２で示した経路でのエネルギ損失は、予め設定した時間範囲における平均値が用いられる。

次のステップＳ１７において制御装置２０は第２エネルギ効率Ｅ２を算出する。第２エネルギ効率Ｅ２は、現在の車両１の走行状態で第２駆動モードを実施した場合に見込まれる車両１のエネルギ効率である。第２エネルギ効率Ｅ２は以下の式（２）にて算出される。なお、この処理を実行することにより制御装置２０が本発明の第２エネルギ効率算出手段として機能する。

この式（２）のエンジン入力、エンジン出力、及び主機系伝達損失は、上述した式（１）で使用したものと同じである。ただし、第１駆動モードを実施した場合と第２駆動モードを実施した場合とでは、予想される内燃機関３の運転点が異なる。そこで、式（２）では、第２駆動モードを実行した場合に予想される内燃機関３の運転点における値が使用される。第２補機系伝達損失は、図３に矢印ＭＰ４で示した内燃機関３からベルト１４を介して補機８に動力を伝達する経路で生じる機械的エネルギ損失である。

次のステップＳ１８において制御装置２０は、第１エネルギ効率Ｅ１が第２エネルギ効率Ｅ２より大きいか否か判定する。第１エネルギ効率Ｅ１が第２エネルギ効率Ｅ２より大きい場合にはステップＳ１９に進み、統合モータ１５による補機８の駆動を制限すべきモータ駆動制限条件が成立しているか否か判定する。モータ駆動制限条件は、例えば補機８の負荷が統合モータ１５の最大出力より大きい場合や、補機８を統合モータ１５で駆動するとモータ１５の温度が所定の上限温度以上になると予想される場合に成立したと判定される。また、現在の車両１の走行状態に基づいて補機８の駆動モードが第１駆動モードに維持される時間を推定し、その時間が所定の下限時間以下の場合又は所定の上限時間以上の場合に成立したと判定してもよい。

モータ駆動制限条件が不成立の場合はステップＳ２０に進み、制御装置２０はバッテリ７の充電量が所定の切替下限値より大きいか否か判定する。上述したように第１駆動モードでは、バッテリ７の電気を統合モータ１５に供給する。そこで、第１駆動モードを選択可能なバッテリ７の充電量の下限値として切替下限値を設定する。なお、切替下限値は、例えばバッテリ７の容量や第１駆動モードにおける統合モータ１５の消費電力に基づいて設定すればよい。

充電量が切替下限値より大きい場合にはステップＳ２１に進み、制御装置２０は燃費よりも車両１の走行性能を優先すべき走行性能優先条件が成立しているか否か判定する。この条件は、例えばドライバが車両１に対して要求している駆動力が予め設定した判定駆動力より大きい場合に成立したと判定される。また、アクセルが急に踏み込まれた場合など車両１の加速性能を向上させる必要がある場合に成立したと判定してもよい。走行性能優先条件が成立している場合にはステップＳ２２に進み、制御装置２０は補機８が要求する駆動力（補機駆動力）が予め設定した判定値未満か否か判定する。判定値は、駆動モードの切り替えを判断するときの基準として設定される値である。周知のように内燃機関３の熱効率は、内燃機関３の負荷が大きくなるほど良くなる。そこで、判定値には、例えば統合モータ１５の最大出力よりも小さい値であり、かつ内燃機関３の熱効率が所定の下限効率以上になる値が設定される。

補機駆動力が判定値未満の場合にはステップＳ２３に進み、制御装置２０は補機８の駆動モードを第１駆動モードに切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１８が否定判定された場合、ステップＳ１９が肯定判定された場合、ステップＳ２０が否定判定された場合、ステップＳ２１が否定判定された場合、又はステップＳ２２が否定判定された場合にはステップＳ２４に進み、制御装置２０は補機８の駆動モードを第２駆動モードに切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

以上に説明したように、本発明によれば、補機駆動力が判定値以上の場合には第２駆動モードが実施されるので、統合モータ１５に全ての補機８を最大負荷で駆動することが可能な出力を要求する必要がない。これにより統合モータ１５の最大出力を抑えることができるので、統合モータ１５を小型化できる。また、これによりコストを低減できる。

本発明では、第１エネルギ効率Ｅ１と第２エネルギ効率Ｅ２とを比較し、その結果に応じて効率が高い方の駆動モードを実施する。これにより車両１の燃費を向上できる。

本発明では、走行性能優先条件が成立している場合には第１駆動モードが選択されるので、駆動輪２の駆動に使用可能な動力を増加させることができる。そのため、車両１の加速性能を向上させることができる。本発明では、モータ駆動制限条件が成立している場合には第２駆動モードが選択されるので、統合モータ１５が過負荷になったり過熱したりすることを防止できる。また、これにより統合モータ１５に要求される出力や上限温度等の仕様を下げることができるので、コストを低減できる。

本発明では、バッテリ７の充電量が切替下限値以下の場合には第２駆動モードが選択されるので、バッテリ７の充電量が過度に減少することを防止できる。そのため、統合モータ１５による補機８の駆動が要求された場合に動力不足になることを抑制できる。

本発明では、回生可能電力Ｐｌｉｍが回生原資出力Ｐｉｎより大きい場合には第３駆動モードが選択されるので、駆動輪２から入力されたエネルギで補機８が駆動される。そのため、エネルギを無駄に捨てることを防止できる。また、駆動輪２から入力された運動エネルギを電気エネルギ等に変換することなく利用するので、エネルギ効率を改善できる。さらに第３駆動モードでは統合モータ１５で発電を行うので、駆動輪２から入力されたエネルギの回収率を向上できる。また、このように補機電源１６にも充電することにより統合モータ１５で補機８を駆動する際に充電量が不足することを抑制できる。

なお、図５のステップＳ１８〜Ｓ２１の処理は無くてもよいし、それらの一部だけが有ってもよい。また、処理を実行する順番も図５に示した順番に限定されず、統合モータ１５やバッテリ７の仕様に応じて適宜に変更してよい。

また、図１に示した形態においてクラッチ１２を設ける位置は、内燃機関３とプーリ１３との間に限定されない。クラッチ１２は、内燃機関３と補機８との間の動力伝達を断続できるように設けられていればよい。そのため、例えばプーリ１１と統合モータ１５との間にクラッチ１２を設けてもよい。

図６は、本発明の駆動モード切替制御ルーチンの変形例を示すフローチャートである。なお、図６において図５と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。この変形例では、上述した図５にステップＳ３１〜Ｓ３４の処理が追加される。なお、それ以外は図５と同じであるため、ステップＳ１１〜Ｓ１５の図示は省略した。

この制御ルーチンにおいて制御装置２０はステップＳ１６まで図５と同様に処理を進める。次のステップＳ３１において制御装置２０は内燃機関３が停止中か否か判定する。内燃機関３が運転中の場合はステップＳ１７に進み、以降は図５の制御ルーチンと同様に処理を進める。一方、内燃機関３が停止中の場合はステップＳ３２に進み、制御装置２０は第３エネルギ効率Ｅ３を算出する。この第３エネルギ効率Ｅ３は、停止している内燃機関３を始動し、その後第２駆動モードを実施した場合に見込まれる車両１のエネルギ効率である。すなわち、この第３エネルギ効率Ｅ３は、内燃機関３の始動時に生じるエネルギ損失を考慮した第２エネルギ効率Ｅ２である。そのため、第３エネルギ効率Ｅ３は、上述した式（２）にて算出できる。ただし、第３エネルギ効率Ｅ３を算出する場合には、第２補機系伝達損失に内燃機関３の始動に必要なエネルギを損失として加算する。それ以外は、第２エネルギ効率Ｅ２を算出するときと同じ値を使用すればよい。なお、この処理を実行することにより制御装置２０が本発明の第３エネルギ効率算出手段として機能する。

次のステップＳ３３において制御装置２０は、第１エネルギ効率Ｅ１が第３エネルギ効率Ｅ３より大きいか否か判定する。第１エネルギ効率Ｅ１が第３エネルギ効率Ｅ３より大きい場合にはステップＳ１９に進み、以降は図５の制御ルーチンと同様に処理を進める。一方、第１エネルギ効率Ｅ１が第３エネルギ効率Ｅ３以下の場合にはステップＳ３４に進み、制御装置２０はＭＧ５にて内燃機関３を始動する。続いてステップＳ２４を実行し、その後今回の制御ルーチンを終了する。

この変形例では、内燃機関３の運転状態に拘わらず最もエネルギ効率が高い駆動モードが選択されるので、車両１の燃費をさらに向上できる。

図７は、本形態に係る補機駆動制御装置の変形例を示している。なお、この図において図１と共通の部分については同一の符号を付して説明を省略する。この図に示したように変形例では、補機８ａ、８ｂの駆動軸にそれぞれ補機クラッチ９ａ、９ｂを介してプーリ３０ａ、３０ｂが取り付けられている。また、統合モータ１５のロータ１５ａにもプーリ３１が取り付けられている。そして、これらのプーリ３０ａ、３０ｂ、３１と内燃機関３に連結されているプーリ１３とにベルト３２が巻き掛けられている。この変形例では、ベルト３２により各補機８ａ、８ｂに動力が伝達される。この変形例においても上述した制御を実行し、これにより補機８の駆動モードを切り替えることにより統合モータ１５を小型化できる。また、車両１の燃費を向上できる。なお、この変形例では、プーリの代わりにスプロケットを設けるとともに各スプロケットにチェーンを巻き掛けてチェーン伝動としてもよい。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される車両は、パラレル方式のハイブリッド車両に限定されない。シリーズ方式のハイブリッド車両、シリーズパラレル方式のハイブリッド車両、又は内燃機関の動力を駆動輪と発電機とに分割可能な動力分割方式のハイブリッド車両に本発明を適用してもよい。また、外部充電可能ないわゆるプラグインハイブリッド車両に適用してもよい。さらに本発明は、内燃機関のみが走行用動力源として搭載された車両に適用してもよい。

本発明が適用される車両に設けられている補機は、上述した形態で示したものに限定されない。例えば、内燃機関にオイルを供給するためのオイルポンプ、トランスミッションにオイルを供給するためのオイルポンプ、パワーステアリング用のオイルポンプ、及びバッテリ及びＰＣＵを冷却するための冷媒を循環させる冷媒ポンプ等が補機として設けられていてもよい。

クラッチ及び補機クラッチは、電磁クラッチに限定されない。例えば、油圧式の摩擦クラッチ及び流体クラッチでもよい。補機クラッチは、全ての補機に対して設けられていなくてもよい。例えば、負荷が軽い補機には補機クラッチを設けなくてもよい。

上述した形態では、第３駆動モードにおいて統合モータによる発電を行っているが、この発電は行わなくてもよい。例えば、回生可能電力が回生原資出力より大きい場合であっても回生エネルギ原資が少ない場合には、統合モータによる発電を中止し、駆動輪から入力されたエネルギを全て補機の駆動に使用してもよい。

また、統合モータで発電を行わない場合には、電動機としてのみ機能する電動モータを統合モータとして設けてもよい。

１車両
２駆動輪
３内燃機関
３ａ出力軸
４トランスアクスル
５モータ・ジェネレータ
７バッテリ
８ａ〜８ｅ補機
１２クラッチ（クラッチ手段）
１５統合モータ（電動モータ）
１６補機電源（補機用バッテリ）
２０制御装置（制御手段、第１エネルギ効率算出手段、第２エネルギ効率算出手段、第３エネルギ効率算出手段、回生制御手段、回収エネルギ増加手段）

Claims

走行用動力源として設けられた内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と相互に動力が伝達されるように接続可能な補機と、を備えた車両に適用され、
前記補機と相互に動力を伝達可能なように接続された電動モータと、前記補機及び前記電動モータと前記内燃機関の出力軸との間で相互に動力が伝達される係合状態とその動力伝達を遮断する解放状態とに切り替え可能なクラッチ手段と、前記補機が要求する駆動力が予め設定した所定の判定値未満の場合には前記クラッチ手段を前記解放状態に切り替えて前記電動モータで前記補機を駆動する第１駆動モードを実行し、前記補機が要求する駆動力が前記判定値以上の場合には前記クラッチ手段を前記係合状態に切り替えて前記内燃機関で前記補機を駆動する第２駆動モードを実行する制御手段と、を備えている補機駆動制御装置。
前記内燃機関の出力軸は、トランスアクスルを介して前記車両の駆動輪と相互に動力を伝達可能なように接続され、
前記車両には、前記トランスアクスルに設けられて前記駆動輪及び前記内燃機関の出力軸のそれぞれと相互に動力を伝達可能なように接続され、かつ電動機及び発電機として機能するモータ・ジェネレータと、前記モータ・ジェネレータで発生した電気を充電可能かつ前記電動モータに電気を供給可能なバッテリと、が設けられ、
前記クラッチ手段を前記解放状態に切り替えるとともに前記モータ・ジェネレータを発電機として機能させて電気を発生させ、その電気を前記バッテリに充電するとともに前記バッテリの電気を用いて前記電動モータを駆動して前記補機を駆動した場合の前記車両のエネルギ効率である第１エネルギ効率を算出する第１エネルギ効率算出手段と、前記クラッチ手段を前記係合状態に切り替えて前記内燃機関の動力で前記補機を駆動した場合の前記車両のエネルギ効率である第２エネルギ効率を算出する第２エネルギ効率算出手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記第１エネルギ効率が前記第２エネルギ効率より高い場合には前記第１駆動モードを実行し、前記第１エネルギ効率が前記第２エネルギ効率以下の場合には前記第２駆動モードを実行する請求項１に記載の補機駆動制御装置。
停止している前記内燃機関を始動し、その後前記クラッチ手段を前記係合状態に切り替えて前記内燃機関の動力で前記補機を駆動する場合の前記車両のエネルギ効率である第３エネルギ効率を、前記内燃機関の始動時に生じるエネルギ損失を考慮して算出する第３エネルギ効率算出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記内燃機関が停止しているときに前記第１エネルギ効率と前記第３エネルギ効率とを比較し、前記第１エネルギ効率が前記第３エネルギ効率より高い場合には前記第１駆動モードを実行し、前記第１エネルギ効率が前記第３エネルギ効率以下の場合には前記内燃機関を始動して前記第２駆動モードを実行する請求項２に記載の補機駆動制御装置。
前記制御手段は、前記バッテリの充電量が予め設定した所定の下限値以下の場合には前記第２駆動モードを実行する請求項２又は３に記載の補機駆動制御装置。
所定の回生条件が成立した場合に前記モータ・ジェネレータを発電機として機能させ、前記駆動輪から入力されるエネルギで前記モータ・ジェネレータを駆動して前記バッテリの充電を行う回生制御手段と、前記回生条件の成立時に前記バッテリへの充電を制限すべき所定の制限条件が成立している場合には前記クラッチ手段を前記係合状態に切り替える回収エネルギ増加手段と、をさらに備えている請求項２〜４のいずれか一項に記載の補機駆動制御装置。
前記電動モータは、発電機として機能可能であり、
前記車両には、前記電動モータと電気的に接続されるとともに前記バッテリと電気の授受が可能なように電気的に接続された補機用バッテリがさらに設けられ、
前記回収エネルギ増加手段は、前記回生条件の成立時に前記制限条件が成立している場合には前記電動モータを発電機として機能させて前記補機用バッテリへの充電を行う請求項５に記載の補機駆動制御装置。
前記制御手段は、前記車両に要求されている駆動力が所定の判定駆動力より大きい場合には前記第１駆動モードを実行する請求項１〜６のいずれか一項に記載の補機駆動制御装置。
前記制御手段は、前記電動モータの動作を制限すべき動作制限条件が成立した場合には前記第２駆動モードを実行する請求項１〜７のいずれか一項に記載の補機駆動制御装置。