JP2013103578A - ハイブリッド車両の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン回転数と車速との関係により設定される仮想的な変速段の走行状態において、電力収支の破綻を回避させることを目的とする。
【解決手段】 エンジンとモータ・ジェネレータと蓄電装置とを備え、エンジンの回転数に制限回転数Ｎｅｍａｘ，Ｎｅｍｉｎを設定することで、車速に対するエンジンの回転数の比率が一定になるようにエンジンの回転数を制御することができるハイブリッド車両の駆動制御装置において、車両の駆動要求量Ｐｒｅｑを満たすべく蓄電装置が放電する際に、その蓄電装置の電力量Ｗｏｕｔが所定の閾値Ｗｏｕｔｔｈより小さい場合、エンジンの制限回転数Ｎｅｍａｘ，Ｎｅｍｉｎを高回転数側に変更させる制限回転数変更手段を備える。
【選択図】 図２

Description

この発明は、車両の制御装置に関し、特にハイブリッド車両の駆動制御装置に関するものである。

従来、エンジンと、プラネタリギヤのキャリアに接続されるとともにリングギヤに出力部材が連結され、さらにサンギヤに接続された第１モータと、その出力部材側に接続された第２モータとを備えたハイブリッド車両において、エンジンの回転数に対して異なるトルクを出力する二つの動作ラインを用いてエンジンを運転して走行するハイブリッド動力源が開発されている。

例えば、特許文献１には、車速変化量に対するエンジン回転数変化量の比を固定した複数の仮想目標シフト段、いわゆるシーケンシャルシフトポジションと、走行状態に応じて仮想目標シフト段と上下限値に基づいて緩変化する実行用シフト段とに基づいて、要求トルクやエンジンの運転ポイントを適正に設定する技術が開示されている。

また、特許文献２には、燃費用動作ラインと高トルク用動作ラインとを有し、要求トルクが所定トルク以上の場合、高トルク用動作ラインでエンジン動作点を制御する技術が開示されている。さらに、モータから出力されるトルクを低減可能であることが記載されている。特許文献３には、シリーズ型のハイブリッド車両において、車速の増加に応じて目標エンジン回転数を増加させることが記載されている。

特開２００８−２４７０７３号公報 特開２００８−１８０３３１号公報 特開２０１０−１７３３８９号公報

２モータタイプのハイブリッド車両では、加速時の車速変化とエンジン回転変化との乖離があるため、運転者の感じる加速感を損なわせるという課題があった。上記特許文献１に記載の技術は、エンジン回転数と車速の上昇比を固定し、擬似的に有段変速のような動作を可能とするようにエンジン回転数を制御するものであり、運転者の感じる加速感を改善するものであった。

しかしながら、変速比固定制御を行った場合、運転者の要求するトルクに対して、エンジンが出力できる動力が制限されるので、運転者の要求トルクひいては要求パワーを実現するためには、要求駆動力に対するエンジン出力の不足分をバッテリから出力される放電電力によるモータトルクによって補うことになる。その際、バッテリに蓄積された電力が消費され、バッテリの充電状態を示すＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を低下させる。したがって、要求パワーを満たすための不足分をモータ出力で補うため、電力収支がマイナスに作用し続け電力収支を破綻させる虞があり、改良の余地があった。

そこで、この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、車速とエンジン回転数との比率である変速比を保持するこによる擬似的な変速段が設定される場合において、電力収支の破綻を回避するとともに運転者が要求するパワーを実現するハイブリッド車両の駆動制御装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関と、蓄電装置の電力によって駆動されるモータとを駆動源として備え、前記内燃機関の回転数に制限回転数を設定することで車速に対する前記内燃機関の回転数の比率が一定になるように前記内燃機関の回転数を制御することができるハイブリッド車両の駆動制御装置において、前記比率が一定になるように前記内燃機関の回転数を制御している状態で、前記ハイブリッド車両に対する駆動要求量を満たすべく前記蓄電装置が放電する際にその蓄電装置の出力可能電力量が予め定めた基準値より小さい場合に、前記内燃機関に係る制限回転数を高回転数側に変更させる制限回転数変更手段を備えることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１の発明において、前記車速の変化率に対する内燃機関の回転数の変化率の比率が、前記制限回転数の変更前後で同一となるように前記内燃機関の回転数を制御する手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置である。

請求項３に係る発明は、請求項１または２の発明において、前記内燃機関の出力トルクと回転数とで決まる運転点を、所定の等出力線上の運転点のうち燃費性能が良い運転点に設定することを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置である。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかの発明において、前記変更された制限回転数は、前記蓄電装置が放電しないような高回転数側であることを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置である。

請求項５に係る発明は、請求項１から３のいずれかの発明において、前記内燃機関が出力した動力の一部によって駆動されて発電する発電機をさらに備え、または、前記モータは前記内燃機関が出力した動力の一部によって駆動されて発電する機能を備えた発電電動機であって、前記蓄電装置は、前記発電機または前記発電電動機が発電した電力を充電し、前記変更された制限回転数は、前記蓄電装置の電力量が前記発電された電力によって増加するような高回転数側であることを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置である。

請求項１の発明によれば、内燃機関の回転数が制限されている場合であっても、運転者が要求するパワーを満たす動力を発揮することができるとともに、制限回転数を高回転数側に変更させることで、運転者が要求するパワーに応じるためのアシストに使用される蓄電装置からの持ち出し電力を、その変更前に比べて低減させることができる。また、変更後の制限回転数が、内燃機関からの動力のみで運転者が要求するパワーを満たすことが可能な高回転数側である場合、そのアシストするための電力消費がなくなり蓄電装置の充電率の低下を防止できるとともに、電力収支がマイナスとなることを防止することができる。

請求項２の発明によれば、内燃機関に係る制限回転数が高回転数側に変更された場合であっても、車速の変化率に対する内燃機関の回転数の変化率の比率が、その変更処理前後で、同一の比率となるため、加減速における違和感を運転者に与えることを防止できる。

請求項３の発明によれば、いわゆる内燃機関の最適燃費線上を動作するように、内燃機関の回転数および出力トルクで決まる運転点が決定されるため、内燃機関の回転数が制限された制御下であっても、運転者が要求するパワーを発揮させるとともに、燃費性能が良い状態で車両を走行させることができる。

請求項４の発明によれば、変更後の制限回転数は、内燃機関からの動力のみで運転者が要求するパワーを満たすことが可能な高回転数側であり、そのアシストするための電力消費がなくなり蓄電装置の充電率の低下を防止できるとともに、電力収支がマイナスとなることを防止することができる。

請求項５の発明によれば、内燃機関の回転数が制限されている場合であっても、変更後の制限回転数に制御させれることで、内燃機関からの動力のみで運転者が要求するパワー満たすともに、電力収支をゼロ以上の領域に維持することが可能になる。また、変更後の制限回転数は、発電機または発電電動機を発電させ、その電力を蓄電装置に充電することができるような高回転数であるため、蓄電装置の充電率を上昇させることができる。さらに、蓄電装置が出力可能な電力量に応じて制限回転数の変更処理が行われるため、蓄電装置への過放電を防止することもできる。

この発明に係る車両における駆動系統の一例であるハイブリッド駆動機構を模式的に示した図である。 この発明の一実施形態におけるエンジン回転数制限の変更処理フローを示した図である。 この実施形態における車両の車速とエンジン回転数と蓄電装置の出力可能電力量との関係を示し、エンジン回転数制限の変更処理前後の状態を示した図である。 動力分割機構についての共線図であって、（ａ）はエンジン回転数制限の変更前の状態を示す共線図であり、（ｂ）はエンジン回転数制限の変更後の状態を示す共線図である。 ２モータタイプのハイブリッド車両における動力分割機構についての共線図である。 エンジン回転数とエンジントルクとエンジンパワーとの関係を示したエンジン運転点設定用マップを示した図である。

以下、この発明における実施形態について説明する。この発明で対象とするハイブリッド車両は、内燃機関と二つの発電電動機とを駆動力源とする車両である。まず、その車両における駆動系統の構成について図１を参照して説明する。図１は、その車両における駆動系統の一例であって、ハイブリッド駆動機構を模式的に示した図である。車両２０は、いわゆる２モータタイプのハイブリッド車両であって、エンジン（Ｅ／Ｇ）１と第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２と第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３とが、動力分割機構４を介してそれぞれに連結されている。すなわち、このエンジン１と第１モータ・ジェネレータ２とは、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の回転数を制御するように構成されている。

エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、水素ガスエンジン、天然ガスエンジンなどのいずれかであって、特に回転数や出力トルクに応じて燃料消費量もしくは燃料消費率が変化する内燃機関である。したがって、エンジン１は、燃費を重視した運転を行う場合には、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅが個別に制御される内燃機関である。この実施形態ではガソリンエンジンをエンジン１とし、エンジントルクＴｅは、吸気量によって制御され、具体的には電子スロットルバルブ１２によって制御される。なお、ディーゼルエンジンの場合には燃料噴射量によってエンジントルクＴｅが制御される。

動力分割機構４は、複数の回転要素が差動作用をなす遊星歯車機構によって構成されている。図１に例示する動力分割機構４は、三つの回転要素を含むシングルピニオン型遊星歯車機構である。具体的には、この動力分割機構４における反力要素であるサンギヤ４Ｓに第１モータ・ジェネレータ２が連結され、そのサンギヤ４Ｓと同心円上に配置されている内歯歯車であるリングギヤ４Ｒが出力要素となっている。そのリングギヤ４Ｒに第２モータ・ジェネレータ３が連結されている。そして、これらサンギヤ４Ｓとリングギヤ４Ｒとに噛み合っているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリヤ４Ｃが入力要素となっており、そのキャリヤ４Ｃにエンジン１が連結されている。

また、動力分割機構４の出力要素となっているリングギヤ４Ｒは、出力軸５を介してデファレンシャル６に連結され、そのデファレンシャル６から左右の駆動輪７に動力を伝達するように構成されている。その出力軸５には、駆動トルクを付加して力行作用を行い、またエネルギ回生を行うための第２モータ・ジェネレータ４が連結されている。なお、リングギヤ４Ｒと出力軸５との間、あるいは第２モータ・ジェネレータ３と出力軸５との間に減速機や変速機を配置することもできる。

ここで、エンジン１と第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３とに連結された動力分割機構４についての共線図について説明する。図５は、シングルピニオン型遊星歯車機構により構成された動力分割機構４についての共線図である。サンギヤ４Ｓに連結された第１モータ・ジェネレータ２を示す線とリングギヤ４Ｒに連結された第２モータ・ジェネレータ４を示す線との間にキャリヤ４Ｃに連結されたエンジン１を示す線が位置する。また、サンギヤ４Ｓを示す線とキャリヤ４Ｃを示す線との間隔を「１」とした場合、キャリヤ４Ｃに連結されたエンジン１を示す線とリングギヤ４Ｒに連結された第２モータ・ジェネレータ３を示す線との間隔がギヤ比ρに相当する間隔となっている。なお、ギヤ比ρは、動力分割機構４を構成している遊星歯車機構におけるサンギヤ４Ｓの歯数Ｚｓとリングギヤ４Ｒの歯数Ｚｒとの比（Ｚｓ／Ｚｒ）である。これら各回転要素および連結された構成を示す線上における基線からの距離が、それぞれの回転要素の回転数すなわち各構成の回転数を示し、各回転要素および各構成の回転数を示す点を結んだ線は直線となる。また、図５に例示する矢印の示す方向は、各回転要素のトルクの方向を示すものである。

例えば、エンジン１が動力を出力して走行している状態では、図５に示すように、リングギヤ４Ｒに走行抵抗などのいわゆる負のトルクが作用し、また入力要素であるキャリヤ４Ｃにはエンジン１が出力したトルクＴｅ、すなわち正方向のトルクが作用している。この状態でサンギヤ４Ｓに負方向のトルク、いわゆるサンギヤ４Ｓの回転数を減じる方向のトルクを作用させると、リングギヤ４ＲにはエンジントルクＴｅを増幅した正方向のトルクが作用し、これが走行抵抗などの負方向のトルクに打ち勝つことにより車両２０が走行する。そのサンギヤ４Ｓに作用させる負方向のトルクは、これに連結されている第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させることにより発生させることができる。この第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させる場合、図５から明らかなように、第１モータ・ジェネレータ２の回転数Ｎｍ１を低下させればエンジン回転数Ｎｅが低下する。一方、第１モータ・ジェネレータ２の回転数Ｎｍ１を上昇させればエンジン回転数Ｎｅが上昇する。

したがって、この動力分割機構４を介して連結されたエンジン１と第１モータ・ジェネレータ２において、エンジン１の回転数Ｎｅは、第１モータ・ジェネレータ２によって制御される。言い換えれば、動力分割機構４が差動作用をなすことにより、発電機能を有する電動機である第１モータ・ジェネレータ２の回転数Ｎｍ１に応じてエンジン１の回転数Ｎｅを変化させることができる。

第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３とは、いずれも、モータと発電機のいずれか一方もしくは両方の機能を有するものである。この第１モータ・ジェネレータ２は、エンジン回転数の制御のために発電機として機能するとともに、例えばエンジン１のモータリング（クランキング）のために電動機として機能させることも可能である。これらの機能もしくは動作の制御のために、第１モータ・ジェネレータ２はインバータ８を介してバッテリもしくはキャパシタなどの蓄電装置１０に接続されている。また、第２モータ・ジェネレータ３は、出力軸５に付加するトルクを制御し、すなわち力行制御の際にモータとして機能し、またはエネルギ回生の際には発電機として機能する。これらの機能もしくは動作の制御のために、第２モータ・ジェネレータ３はインバータ９を介して蓄電装置１０に接続されている。さらに、モータ・ジェネレータ２，３の間で電力を相互に授受できるようになっている。また、これら第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３はいずれも、ハイブリッドコントローラ１１によりインバータ８，９を介して駆動制御される。

この車両２０では、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の回転数Ｎｅを制御するとともに、この第１モータ・ジェネレータ２が発電した電力を使用して、第２モータ・ジェネレータ３をモータとして機能させることにより、出力軸５に駆動トルク付加するように構成されている。また、この第２モータ・ジェネレータ３でエネルギ回生を行うこともできる。例えば、車両２０が惰性走行もしくは減速している場合、エンジン１に対する燃料の供給および点火を停止させ、この状態で第２モータ・ジェネレータ３を出力軸５から伝達されるトルクで駆動させて発電機として機能させる。この結果、第２モータ・ジェネレータ３は発電に要するトルクを出力軸５に対して、その回転を止める方向の負のトルク（制動トルク）として作用させて制動力を生じさせる。

蓄電装置１０は、電力を充放電する二次電池などであり、第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３のいずれかにより生じた電力を充電し、もしくは不足する出力に応じた電力を放電する。この蓄電装置１０は、ハイブリッドコントローラ１１により充電率や出力可能電力量などが管理される。蓄電装置１０が二次電池である場合、過充電や過放電により電池が劣化することを防止するため、ハイブリッドコントローラ１１の制御により蓄電装置１０の使用状況や温度などに応じて、適正な中間領域における蓄電状態に維持される。なお、中間領域とは、温度条件や健全度などによって変化するものであって、例えば蓄電装置１０で許容できる電力量の制限値（電力量上限値）と、蓄電装置１０から放電できる電力量の制限値（電力量下限値）との間における幅である。

また、第２モータ・ジェネレータ３で発電された電力は蓄電装置１０に供給されて、第２モータ・ジェネレータ３を駆動させる電力は蓄電装置１０から供給される。このため、蓄電装置１０がいわゆる満充電もしくはこれに近い状態になっていれば、第２モータ・ジェネレータ３で発電した電力は蓄電装置１０に供給されず、また蓄電装置１０の保有電力量Ｗｏｕｔが低下していれば、第２モータ・ジェネレータ３に電力は供給されなくなる。なお、第２モータ・ジェネレータ３で発電した電量は、インバータ９，８を介して第１モータ・ジェネレータ２へ供給されモータとして機能させる電力として消費されてもよい。

ハイブリッドコントローラ１１は、エンジン１の出力トルクＴｅの制御すなわち電子スロットルバルブ１２の開度の制御や、各インバータ８，９を介した各モータ・ジェネレータ２，３の駆動制御などを行う。このハイブリッドコントローラ１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を中心とするいわゆるマイクロコンピュータを主体として構成された電子制御装置であって、各種処理プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）や、データの送受信を可能にさせるインターフェイスなどを備えている。したがって、ハイブリッドコントローラ１１は、入力されたデータおよび予め記憶部に記憶されたデータに基づいてプログラムを使用して演算処理を実行し、電子スロットルバルブ１２や各インバータ８，９に指令信号を出力するように構成されている。また、ハイブリッドコントローラ１１には、車速Ｖを示す車速検出信号や、車輪速センサ１３によって検出した車輪速信号や、アクセルペダル１４の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１５からのアクセル開度信号などがデータとして入力される。

このハイブリッドコントローラ１１は、いわゆるモータ用電子制御装置やバッテリ用電子制御装置として作動するものである。例えば、モータ用電子制御装置として作動する場合、第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３とを駆動制御するための各種検出信号が入力され、各インバータ８，９へのスイッチング制御信号などが出力される。具体的には、第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３との回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの検出値を示す入力信号に基づいて、第１モータ・ジェネレータ２の回転数Ｎｍ１と、第２モータ・ジェネレータ３の回転数Ｎｍ２とを算出する。この算出した回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２に基づいて、目標回転数Ｎｍ１＊，Ｎｍ２＊となるように各モータ・ジェネレータ２，３を制御する。

また、バッテリ用電子制御装置として作動する場合、蓄電装置１０を管理するための各種検出信号が図示しない各種センサからハイブリッドコントローラ１１に入力される。例えば、端子間電圧や充放電電流や蓄電装置１０の温度などのデータが入力される。この場合、ハイブリッドコントローラ１１は、図示しない電流センサから入力された充放電電流の積算値に基づいて、蓄電の装置１０から出力可能な電力量Ｗｏｕｔを算出する。この出力可能電力量Ｗｏｕｔに基づき蓄電装置１０の充放電を管理する。例えば、出力可能電力量Ｗｏｕｔが電力量上限値の付近の場合、すなわち蓄電装置１０が満充電もしくはそれに近い状態の場合、モータ・ジェネレータ２，３で発電した電力は蓄電装置１０に充電されない。また、出力可能電力量Ｗｏｕｔが電力量下限値よりも低下した場合、モータ・ジェネレータ２，３に蓄電装置１０からの電力は供給されない。なお、電力下限値はゼロ以上の値であってもよい。すなわち、蓄電装置２０の完全放電を示す充電率０％の状態を電力量下限値と設定した場合に電力量下限値はゼロであり、その充電率が０％よりも大きい状態を電力量下限値と設定した場合に電力量下限値はゼロよりも大きい値である。

また、このハイブリッドコントローラ１１は、運転者によるアクセルペダル１４の踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ１５からの検出値に対応するアクセル開度Ａｃｃと、その際の車両２０の速度である車速Ｖとに基づいて駆動輪７，７に連結された出力軸５に出力すべき運転者要求駆動力を算出する。したがって、この車両２０の動作として、運転者要求トルク駆動力に対応する動力、すなわち運転者要求パワー（駆動要求量）Ｐｒｅｑが出力軸５に伝達され出力されるように、エンジン１と第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３とを駆動制御をする。

さらに、燃費の効率性が高いエンジン１の運転点すなわちエンジントルクＴｅとエンジン回転数Ｎｅとによって、エンジン１が駆動するように制御される。例えば、等燃費率線と等出力線との関係から、同一出力を得る際に燃費率が最良となる運転条件が決定される運転点設定用マップなどを参照して運転点が設定される。その運転条件を満たす動作ライン上、いわゆる最適燃費線Ｃｆ上もしくは高効率燃費性の領域内を、運転点が動作するようにエンジン１を駆動制御する。

上述した車両２０を対象とするこの発明に係る駆動制御装置は、エンジン回転数Ｎｅと車速Ｖとの関係に基づいた擬似的な有段変速制御を行い、蓄電装置１０から出力可能な電力量Ｗｏｕｔに応じてエンジン１の回転数の制限値（制限回転数）を変更し、すなわち蓄電装置１０の電力を消費する必要がないような制限回転数に変更することにより、電力収支の破綻を回避するように制御するものである。これは、蓄電装置１０から出力可能な電力を維持するために、エンジン１の運転点（動作点）のうち主にエンジン回転数Ｎｅを制御して、電力収支の破綻を回避させるためである。

また、この発明に係る実施形態の説明において、擬似とは、機械要素に対する制御上のことを表現するものである。例えば、擬似的な変速段とは、変速機など機械要素によって設定される変速比に対して、制御上で設定されかつ固定される変速比を擬似的と表現するものである。より具体的には、この擬似変速段は、車速に対するエンジン回転数の比率を変速比（擬似変速比）として、その比率が所定値に制御上で固定されるものである。また、擬似的な有段変速制御とは、擬似的に有段的な変速をさせる制御であって、複数の所定値に固定された複数の擬似変速段を使用した有段変速を制御することである。

さらに、この発明に係る駆動制御装置は、擬似的な有段変速制御における走行中、車両全体における変速比が、現在設定されている擬似変速段に係る擬似変速比となるようにエンジン１の回転数Ｎｅを制御するとともに、車速の変化率に対するエンジン回転数の変化率の比率を一定に制御するものである。例えば、動力分割機構４に連結されたエンジン１と第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３とを含む機構を第１の減速機もしくは変速機（第１減速機）とみなし、上述したリングギヤ４Ｒと出力軸５との間あるいは第２モータ・ジェネレータ３と出力軸５との間に第２の減速機もしくは変速機（第２減速機）を配置することもできる。その場合、この実施形態における擬似変速比は、それら第１，２の減速機もしくは変速機毎の変速比を示すものではなく、車両全体の駆動系統による変速比である。

次に、シフトポジションに応じた車両２０の動作および運転制御について説明する。この車両２０は、図示しないシフトレバーにより選択されるシフトポジションとして、駐車時に用いる駐車ポジションであるＰポジション、後進走行用のリバースポジションであるＲポジション、中立のニュートラルポジションであるＮポジション、通常の前進走行用のドライブポジションであるＤポジションを備えている。これらのシフトポジションに加えて、車速Ｖに対するエンジン回転数Ｎｅの比率（擬似変速比）を所定値に固定した複数の擬似的な変速段（擬似変速段）において走行する擬似有段変速モードを可能にするシーケンシャルシフトポジションであるＳポジションを備えている。よって、この発明に係る駆動制御装置を備えた車両２０は、オートマチックトランスミッションやＣＶＴをベースにした自動変速制御を行う車両であって、Ｓポジションが選択された際に、変速比を固定した有段変速のように制御する擬似有段変速モードが選択可能な車両、いわゆるシーケンシャルシフトマチックを備えたハイブリッド車両である。

その擬似変速段は擬似変速比を所定値に固定制御した変速段であり、それぞれ整数の段数をもった複数の擬似変速段を有する車両である。Ｓポジションであるシーケンシャルシフトポジションは、この複数の擬似変速段のうちいずれかの擬似変速段を選択可能にする制御を実施して走行させるものである。さらに、この車両２０は、Ｓポジションに加え、任意の擬似変速段をアップシフトさせるアップシフト指示ポジションと、ダウンシフトさせるダウンシフト指示ポジション等を備え、図示しないシフトレバーに基づく運転者の変速段選択操作を受け付けるものであってもよい。すなわち、エンジン回転数Ｎｅに制限回転数を設定することで、車速Ｖに対するエンジン回転数Ｎｅの比率が一定になるようにエンジン回転数Ｎｅを制御するものである。また、複数の擬似変速段ごとに予め変速比を設定しておき、その擬似変速段に対応する変速比と、取得された車速Ｖとに基づいてエンジン１の制限回転数を設定してもよい。言い換えれば、その取得された車速Ｖすなわち駆動輪７の回転数が同一であっても、その際の擬似変速段が異なる場合では、それらにおける変速比は当然に異なり、それらの擬似変速段における制限回転数が異なることも明らかである。

例えば、シフトポジションとしてＤポジションを選択すると、エンジン１が効率よく運転されるように運転制御される。これは、車両２０のアクセル開度に基づく駆動力特性が、Ｄポジション選択中にはＤポジション用の駆動力特性に制御されるためである。また、シフトポジションとしてＳポジションを選択すれば、擬似有段変速モードにより運転されるように運転制御される。より具体的には、運転者により図示しないシフトレバーのシフトポジションとしてＳポジションが選択されると、その際の車速Ｖなどに応じて擬似変速段中の何れかが初期段として設定される。さらに、Ｓポジション選択中にはＳポジション用の駆動力特性に制御される。Ｓポジションが選択された後、例えば後述する制限回転数の変更が実施された場合であっても、Ｓポジションにシフトレバーが選択されている限り、Ｓポジション用の駆動力特性に制御されるものである。

この擬似変速走行モードにおける初期段の設定後は、シフトレバーがアップシフト指示ポジションにセットされるごとに擬似変速段が１段ずつ上げられる。一方、シフトレバーがダウンシフト指示ポジションにセットされるごとに擬似変速段が１段ずつ下げられる。したがって、Ｓポジションを選択中において、車両２０の車速Ｖの増減など走行状態が変化した際であっても、すなわちアップシフト指示ポジションまたはダウンシフト指示ポジションのいずれかが選択されない限り、現在設定されている擬似変速段を維持したまま擬似有段変速モードにおける運転制御が継続される。

次に、エンジン１の制限回転数の変更処理について説明する。図２は、ハイブリッドコントローラ１１の制御によりエンジン１の制限回転数を変更する処理フローを示した図である。ハイブリッドコントローラ１１は、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだことに対応するアクセル開度Ａｃｃと、その際の車両２０における車速Ｖとに基づいて、運転者が要求する駆動力を算出する。この運転者要求駆動力と、その車速Ｖとに基づいて、駆動要求量である運転者が要求するパワーＰｒｅｑを算出する（ステップＳ１０１）。

上記運転者が要求するパワーＰｒｅｑが算出されると、ハイブリッドコントローラ１１は、現在の走行モードが擬似有段変速モードであるか否かを判別する（ステップＳ１０２）。例えば、この走行モード判別は、図示しないシフトレバーがＳポジションを選択しているか否かにより判別される。また、車両２０の状態や走行状態などを示す各種の車両データを含む車両状態テーブルがＲＡＭなどの記憶部に記憶されており、この車両状態テーブルを参照し、走行モード項目が擬似有段変速モードを示すフラグであるか否かを判別し、走行モードを判別するものであってもよい。なお、この車両状態テーブルには、蓄電装置１０の充電率や充放電可能な電力量や充放電を管理する制御上下限値などの車両データが格納されていてもよい。

上記走行モード判別の結果、擬似有段変速モードでないと判別した場合（ステップＳ１０２でＮｏの場合）、上記算出した運転者要求パワーＰｒｅｑに基づき、予めＲＯＭなどの記憶部に記憶されているエンジン運転点設定用マップを参照し、このマップ上において運転者要求パワーＰｒｅｑを満たし、かつ最適燃費線Ｃｆなどの動作ライン上を動作するエンジン回転数ＮｅとエンジントルクＴｅとを算出し（ステップＳ１０７）、エンジン回転数の制限回転数を変更せずにこの処理フローを終了する。なお、エンジン運転点設定用マップとは、図６に例示するようなエンジン回転数ＮｅとエンジントルクＴｅと等出力線と最適燃費線Ｃｆで示される動作ラインとの関係を予め定めたものである。また、このエンジン運転点設定用マップにおける運転者要求パワーＰｒｅｑは、いずれかの等出力線により示されるものである。

一方、上記走行モード判別の結果、擬似有段変速モードであると判別された場合（ステップＳ１０２でＹｅｓの場合）、記憶部に記憶された車両データを参照し、蓄電装置１０の出力可能な電力量Ｗｏｕｔと、エンジン１の制限回転数である回転数上限値Ｎｅｍａｘおよび回転数下限値Ｎｅｍｉｎとを読み出す（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。なお、これら出力可能電力量Ｗｏｕｔやエンジン１における上昇側の制限回転数（回転数上限値）Ｎｅｍａｘおよび下降側の制限回転数（回転数下限値）Ｎｅｍｉｎは、ほかの車両データとともに車両状態テーブルに格納されており、もしくはこれ以外のテーブルに格納され記憶部に記憶されているものであってもよい。また、蓄電装置１０のＳＯＣと充放電を管理する制御上下限値に基づき、その際の出力可能な電力量Ｗｏｕｔを算出するものであってもよい。

上記出力可能電力量Ｗｏｕｔが読み込まれると、この出力可能電力量Ｗｏｕｔが、閾値Ｗｏｕｔｔｈよりも小さいか否かを判別する（ステップＳ１０５）。この閾値Ｗｏｕｔｔｈは、蓄電装置１０から出力可能な電力を維持できるように設定されるものであって、例えば電力量下限値より大きい値に設定される。

上記電力量判別の結果、出力可能電力量Ｗｏｕｔが閾値Ｗｏｕｔｔｈ以上の場合（ステップＳ１０５でＮｏの場合）、上記算出した運転者要求パワーＰｒｅｑに基づき、エンジン運転点設定用マップを参照し、このマップ上において運転者要求パワーＰｒｅｑを満たし、かつ最適燃費線Ｃｆなどの動作ライン上を動作するエンジン回転数ＮｅとエンジントルクＴｅとを算出し（ステップＳ１０７）、エンジン回転数の制限回転数を変更せずにこの処理フローを終了する。

一方、上記電力量判別の結果、出力可能電力量Ｗｏｕｔが閾値Ｗｏｕｔｔｈよりも小さいと判別された場合（ステップＳ１０５でＹｅｓの場合）、エンジン１における制限回転数の変更量を算出し、エンジン回転数Ｎｅの制限値である制限回転数を変更する（ステップＳ１０６）。この制限回転数には、エンジン回転Ｎｅの上昇側の制限回転数である回転数上限値Ｎｅｍａｘと下降側の制限回転数である回転数下限値Ｎｅｍｉｎとがいずれも含まれる。すなわち、この処理で変更させる制限回転数は、回転数上限値Ｎｅｍａｘと回転数下限値Ｎｅｍｉｎとのいずれをも含むものである。具体的には、回転数上下限値Ｎｅｍａｘ，Ｎｅｍｉｎはいずれも、高回転数側の回転数に変更させる。この制限回転数の変更処理は、例えば図４に例示する動力分割機構４についての共線図のように制御状態を変化させるものであって、図４（ｂ）に示す共線図の制御状態を満たすエンジン回転数Ｎｅが可能な制限回転数となるように、エンジン１の制限回転数の変更量が算出される。

ここで、図３，４を参照して、エンジン１における制限回転数の変更量の算出処理について具体的に説明する。図３は擬似有段変速モードにおける車速Ｖとエンジン１における制限回転数Ｎｅと蓄電装置１０の出力可能電力量Ｗｏｕｔとの関係を示すものであり、図４（ａ）はエンジン１の制限回転数の変更する前における共線図であり、図４（ｂ）はエンジン１の制限回転数を変更した後における共線図である。なお、図４に例示する共線図は、図５に例示する共線図と同様に、動力分割機構４の各回転要素および連結された各構成を示す線と、ギヤ比ρに相当する間隔と、基線からの距離が回転数とを示すものである。

擬似有段変速モードの走行状態では、図３に例示するように、所定時間幅における車速Ｖの変化量に対するエンジン回転数Ｎｅの変化量との比率が所定値に固定されるようにエンジン１の回転数Ｎｅが制御されている。言い換えれば、車速の変化率に対するエンジン回転数の変化率の比率が一定となるようにエンジン回転数Ｎｅが制御される。

その制御状態において、運転者による加速要求による車速Ｖの増加に応じて、エンジン１の回転数Ｎｅは擬似変速比を満たすように増加する。すなわち、エンジン回転数Ｎｅは回転数制限の制御を受けるために、エンジンパワーＰｅが制限され、運転者要求パワーＰｒｅｑを満たすために蓄電装置１０から出力される放電パワーＰｂａｔｏｕｔを使用する。この放電パワーＰｂａｔｏｕｔの出力に伴い、図３に例示するように蓄電装置１０の電力が消費され、出力可能電力量Ｗｏｕｔが減少する。この放電パワーＰｂａｔｏｕｔを出力している状態は、図４（ａ）に例示する共線図で示される。

この図４（ａ）に例示するエンジン回転数Ｎｅは、エンジン回転数の制限値である制限回転数に達している。そのため、運転者要求パワーＰｒｅｑを満たすために、第１モータ・ジェネレータ２はモータとして機能するように制御され、負方向に回転するとともに負方向のトルクを出力するように制御されている。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２において蓄電装置１０の電力を消費する。また、第２モータ・ジェネレータ３はモータとして機能し、正回転するとともに正方向のトルクを出力するように制御されているため、蓄電装置１０の電力を消費する。なお、リングギヤ４Ｒには正方向のトルクであるエンジン直行分トルクが伝達されるとともに、第２モータ・ジェネレータ３が出力する正方向のトルクが付加されている。

この制御状態では、モータ・ジェネレータ２，３はいずれもモータとして機能し電力収支がマイナスに作用するため、蓄電装置１０の出力可能電力量Ｗｏｕｔが減少し続ける。言い換えれば、蓄電装置１０の電力が消費されるものの、エンジン１が出力する動力（エンジンパワー）Ｐｅと蓄電装置１０が出力する電力（放電パワー）Ｐｂａｔｏｕｔとの和により運転者要求パワーＰｒｅｑが満たされる。しかし、運転者要求パワーＰｒｅｑに対する不足分のパワーを蓄電装置１０からの放電電力Ｐｂａｔｏｕｔで補うために、この蓄電装置１０から出力可能な電力が減少し、電力収支がマイナスに作用し続ける。

そこで電力収支の破綻を回避するため、図３に例示するように、蓄電装置１０と出力可能電力量Ｗｏｕｔが閾値Ｗｏｕｔｔｈより小さくなった場合に、エンジン１の制限回転数を高回転数側の回転数に変更する。この変更後の制限回転数は、エンジンパワーＰｅと蓄電装置１０から持ち出したパワー（放電パワー）Ｐｂａｔｏｕｔとの和が運転者要求パワーＰｒｅｑを満たし、かつ電力収支をゼロもしくは蓄電装置１０に充電できる制御状態となるようなエンジン回転数Ｎｅである。

このエンジンパワーＰｅは、図６に例示するエンジン運転点設定用マップのように、エンジン１における回転数Ｎｅと出力トルクＴｅとの関係により算出される。例えば、等しいパワーのエンジンパワーＰｅを出力する場合、等出力線上に運転点が設定され、エンジン回転数Ｎｅを増加させればエンジントルクＴｅが減少され、エンジン回転数Ｎｅを減少させればエンジントルクＴｅが増加される。また、エンジントルクＴｅが一定に保たれている場合において、エンジン回転数Ｎｅを上昇させると、エンジンパワーＰｅが上昇することとなる。さらに、エンジン運転点が最適燃費線Ｃｆ上を動作するように制御されている場合、エンジン回転数Ｎｅの上昇に伴いエンジンパワーＰｅが上昇する。したがって、このエンジンパワーＰｅを実現するエンジン回転数と、現在のエンジン回転数との差分により、この変更処理における制限回転数の変更量が算出される。

この変更後の制限回転数について、図４（ｂ）に例示する共線図を参照して説明する。この制限回転数の変更後の制御状態では、電力収支がゼロもしくはプラスに作用するように、すなわち第２モータ・ジェネレータ３がモータとして機能する場合には第１モータ・ジェネレータ２が発電機として機能するように制御される。したがって、第１モータ・ジェネレータ２が発電機として機能できるエンジン回転数Ｎｅを実現するような制限回転数に変更され、すなわち制限回転数を高回転数側に変更させ、第１モータ・ジェネレータ２が正方向の回転をするとともに負方向のトルクを出力するように制御される。

この制限回転数を高回転数側に変更させた後、この変更前のエンジン回転数よりも高回転数側で回転するように制御されているエンジン回転数Ｎｅによれば、エンジン１から出力されるトルクＴｅは増大され、リングギヤ４Ｒに作用するエンジン直行分トルクが増大する。よって、出力軸５に連結されたリングギヤ４Ｒにおけるトルクの割合において、第２モータ・ジェネレータ３が出力する必要があるトルクが、この制限回転数の変更前に比べて相対的に減少する。

また、第１モータ・ジェネレータ２が発電機として機能するように出力するトルクは、第２モータ・ジェネレータ３がモータとして機能するように出力するトルクより大きくなるように、第１モータ・ジェネレータ２が制御されている。これにより、電力収支はプラスに作用するような制御状態である。したがって、変更後の制限回転数は、この制御状態を実現できるエンジン回転数であればよい。

ここで、図４の処理フローの説明に戻ると、エンジン１の制限回転数が変更された後、ハイブリッドコントローラ１１は、予めＲＯＭなどの記憶部に記憶されているエンジン運転点設定用マップを参照し、この変更したエンジン１の制限回転数および上記算出した運転者要求パワーＰｒｅｑとに基づき、このマップ上において運転者要求パワーＰｒｅｑを満たし、かつ最適燃費線Ｃｆなどの動作ライン上を動作するエンジン回転数ＮｅとエンジントルクＴｅとを算出し（ステップＳ１０７）、この処理フローを終了する。

また、図３に例示する車速とエンジン回転数との関係から明らかなように、このエンジン１の制限回転数の変更処理の前後において、車速の変化率とエンジン回転数の変化率との比率は一定のまま変化しないものである。所定時間Δｔにおけるエンジン回転数Ｎｅの変化量ΔＮｅは制限回転数の変更前後において不変であって、図３に例示するエンジン回転数Ｎｅの変化を示す線分の傾きは同じであり、エンジン回転数の変化率が制限回転数の変更前後で同一である。言い換えれば、車両の加速時、車速の上昇比に対するエンジン回転数の上昇比は、エンジン回転数制限の変更処理の有無によらず、固定された比率となるようにエンジン回転数Ｎｅは制御される。さらに、エンジン１の制限回転数を変更した後であっても、車両２０のアクセル開度Ａｃｃに基づく駆動力特性は、Ｓポジション用の駆動力特性に制御され、Ｄポジション用の駆動力特性とは異なるように制御される。

以上説明してきた通り、この発明に係るハイブリッド車両の駆動制御装置によれば、ハイブリッド車両の電力状態や蓄電装置１０の充電状態に応じて、エンジン１に係る制限回転数を変更することができる。

また、エンジン回転数制限の制御中には、エンジン１の制限回転数の変更前後に拘わらず、エンジン回転数Ｎｅと、エンジントルクＴｅと、ドライバーの要求するパワーＰｒｅｑと、蓄電装置１０からの放電パワーＰｂａｔｏｕｔと、等出力線であるエンジンパワーＰｅと、エンジン１における最適燃費線Ｃｆとの関係から、このエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅは最適燃費線Ｃｆ上を動作する制御が可能である。

さらに、エンジン１の制限回転数の変更処理を、車両２０が出力可能な電力量Ｗｏｕｔの制限値に基づいて実施させることができる。

なお、この発明に係るハイブリッド車両の駆動制御装置は、上述してきた実施形態に限定されるものではなく、この発明の目的を逸脱しない範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、ハイブリッドコントローラ１１はモータ用電子制御装置およびバッテリ用電子制御装置として機能することを説明したが、この発明はそれに限定されず、ハイブリッドコントローラ１１とは別にモータ用電子制御装置とバッテリ用電子制御装置とを備えているものであってもよい。具体的には、ハイブリッドコントローラ１１は図示しないモータ用電子制御装置およびバッテリ用電子制御装置と各種信号の入出力可能に電気的接続され、モータ用電子制御装置およびバッテリ用電子制御装置は、ハイブリッドコントローラ１１からの制御を受け、第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３とを駆動制御し、蓄電装置１０およびインバータ８，９を制御するものであってもよい。

また、上述の実施形態において、ハイブリッドコントローラ１１が蓄電装置１０の出力可能電力量Ｗｏｕｔに基づき放充電を管理することを説明したが、この発明はそれに限定されず、出力可能電力量Ｗｏｕｔに代わりＳＯＣに基づき放充電を管理するものでもよい。例えば、ハイブリッドコントローラ１１は、電流センサから入力された充放電電流の積算値に基づいて、蓄電装置１０の充電率を示すＳＯＣを算出する。このＳＯＣに基づき蓄電装置１０の充放電を管理する。ＳＯＣが制御上限値の付近の場合、すなわち蓄電装置１０が満充電もしくはそれに近い状態の場合、モータ・ジェネレータ２，３で発電した電力は蓄電装置１０に充電されない。また、蓄電装置１０のＳＯＣが制御下限値よりも低下した場合、モータ・ジェネレータ２，３に蓄電装置１０からの電力は供給されない。したがって、蓄電装置１０の適切なＳＯＣを維持するために、エンジン１の運転点（動作点）のうち主にエンジン回転数Ｎｅを制御して、電力収支の破綻を回避させる制御であってもよい。

また、上述の電力量判別は、出力可能電力量Ｗｏｕｔが閾値Ｗｏｕｔｔｈ以下であるか否かにより判別してもよい。これは蓄電装置１０の完全放電状態を示す充電率０％を閾値Ｗｏｕｔｔｈと設定することが可能であり、このとき閾値Ｗｏｕｔｔｈは電力量下限値と等しくなりゼロに設定されるためである。すなわち、出力可能電力量Ｗｏｕｔが電力量下限値を下回らなければよいものであって、その閾値Ｗｏｕｔｔｈが電力量下限値と等しい値であってもよい。

また、上述の実施形態では擬似有段変速モードを、マニュアルトランスミッションのようにシフトレバーによる選択操作に応じてシーケンシャルシフトポジションを選択する場合について説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、車両２０の運転席近傍に設置された操作パネルや操作ボタンなどにより擬似有段変速モードが選択されるものであってもよい。また、擬似有段変速モード中における変速動作もマニュアルトランスミッションのような変速操作に基づくものでなく、オートマチックトランスミッションなどのように自動変速するものであってもよい。

１…エンジン（Ｅ／Ｇ）、 ２…第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）、 ３…第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）、 ４…動力分割機構、 ５…出力軸、 ６…デファレンシャル、 ７…駆動輪、 ８，９…インバータ、 １０…蓄電装置、 １１…ハイブリッドコントローラ、 １２…電子スロットルバルブ、 １３…車輪速センサ、 １４…アクセルペダル、 １５…アクセル開度センサ。

Claims (5)

1. 内燃機関と、蓄電装置の電力によって駆動されるモータとを駆動源として備え、前記内燃機関の回転数に制限回転数を設定することで車速に対する前記内燃機関の回転数の比率が一定になるように前記内燃機関の回転数を制御することができるハイブリッド車両の駆動制御装置において、
   前記比率が一定になるように前記内燃機関の回転数を制御している状態で、前記ハイブリッド車両に対する駆動要求量を満たすべく前記蓄電装置が放電する際にその蓄電装置の出力可能電力量が予め定めた基準値より小さい場合に、前記制限回転数を高回転数側に変更させる制限回転数変更手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
2. 前記車速の変化率に対する内燃機関の回転数の変化率の比率が、前記制限回転数の変更前後で同一となるように前記内燃機関の回転数を制御する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
3. 前記内燃機関の出力トルクと回転数とで決まる運転点を、所定の等出力線上の運転点のうち燃費性能が良い運転点に設定することを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
4. 前記変更された制限回転数は、前記蓄電装置が放電しないような高回転数側である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
5. 前記内燃機関が出力した動力の一部によって駆動されて発電する発電機をさらに備え、または、前記モータは前記内燃機関が出力した動力の一部によって駆動されて発電する機能を備えた発電電動機であって、
   前記蓄電装置は、前記発電機または前記発電電動機が発電した電力を充電し、
   前記変更された制限回転数は、前記蓄電装置の電力量が前記発電された電力によって増加するような高回転数側である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。

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