JP2013141858A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のエネルギ効率の向上を図ることができるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両の走行中において、バッテリの充電に使用された燃料エネルギ、エンジンの駆動中においてバッテリに充電された電気エネルギ、減速回生時における減速エネルギ、減速回生時においてバッテリに充電された電気エネルギより電気エネルギ充填効率を算出する。走行駆動力として使用された燃料エネルギ、エンジンによる走行駆動力よりエンジン駆動力効率を算出する。電気エネルギ充填効率よりもエンジン駆動力効率の方が高い運転状態である場合には、エンジン始動閾値を低くなる側に変更し、エンジンの駆動頻度を高めることでハイブリッドシステムのエネルギ効率の向上を図る。これにより、燃料消費率および電力消費率をともに改善することが可能になる。
【選択図】図５

Description

本発明は、走行駆動力源として内燃機関と電動機とが搭載されたハイブリッド車両の制御装置に係る。特に、本発明は、車両のエネルギ効率の向上を図るための対策に関する。

近年、環境保護の観点から、車両に搭載された内燃機関（以下、「エンジン」と呼ぶ場合もある）からの排気ガスの排出量低減や燃料消費率（燃費）の改善が望まれており、これらを満足する車両として、ハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両が実用化されている。

このハイブリッド車両は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンと、このエンジンの出力により発電された電力やバッテリ（蓄電装置）に蓄えられた電力により駆動する電動機（例えばモータジェネレータまたはモータ）とを備え、これらエンジンおよび電動機のいずれか一方または双方を走行駆動力源として利用しながら走行する。

この種のハイブリッド車両に採用されるパワートレーンの一例として、下記の特許文献１および特許文献２に開示されているように、エンジン、第１および第２の電動機（モータジェネレータ）、動力分割機構を構成する遊星歯車機構を備えたものが知られている。このパワートレーンでは、前記動力分割機構が差動機構として機能し、その差動作用によって、エンジンからの動力の主部を駆動輪に機械的に伝達し、そのエンジンからの動力の残部を第１電動機から第２電動機への電気パスを用いて電気的に伝達することにより、電気的に変速比が変更される変速機（電気式無段変速機）としての機能が発揮されるようになっている。これにより、駆動輪に要求される駆動力を得ながらも、燃料消費率が最適化されたエンジンの運転状態を得ることが可能になる。

また、車両の発進時や低速走行時のようにエンジン効率が低くなる領域では、エンジンを停止させて前記第２電動機のみの動力で駆動輪を駆動するようにしている。

なお、第２電動機のみの動力で駆動輪を駆動する場合（ＥＶ走行）と、第２電動機およびエンジンの両方の動力で駆動輪を駆動する場合（ＨＶ走行）との切り換えは、一般的には、運転者の要求パワーやバッテリの蓄電量（蓄電残量）等に応じて行われる。つまり、運転者の要求パワーが所定値以上となった場合にはエンジンを始動し、要求パワーを満たすようにする。また、バッテリの蓄電量が所定値以下になった場合にもエンジンを始動し、バッテリの充電（第１電動機の発電による充電）を行うようにする。

ハイブリッド車両におけるバッテリの充電制御として、例えば下記の特許文献３には、運転条件に応じてエンジンの自動停止／再始動を行うアイドルストップ制御を行う車両に対し、アイドルストップを行う頻度が低い走行状態であると判断される場合に、発電機の発電電圧を、アイドルストップを行う頻度が高い走行状態よりも低下させ、これによってバッテリの充電量の確保とエンジン出力の低減を行うことが開示されている。

特開２００８−１２６８０９号公報 特開２０１０−８９５４３号公報 特開２００５−２９１１５８号公報

しかしながら、特許文献３に開示されている技術では、アイドルストップを行う頻度のみに応じてバッテリの充電制御を行っているため、システム全体のエネルギ効率（電気エネルギの充電効率やエンジンによる駆動エネルギ効率など）を最適化するには未だ改良の余地があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両のエネルギ効率の向上を図ることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。

−発明の概要−
前記の目的を達成するために講じられた本発明の概要は、内燃機関の駆動エネルギ効率と電気エネルギの充電効率との比較により、より効率の高い側を優先的に使用するように内燃機関の始動／停止を制御するようにしている。

−解決手段−
具体的に、本発明は、走行用の動力を出力可能な内燃機関と、この内燃機関の動力および駆動輪の回転力の少なくとも一方を利用して発電されて蓄電装置に蓄電された電力を使用することにより走行用の動力が出力可能な電動機とを備え、前記内燃機関および電動機のうち少なくとも一つを走行駆動力源として走行するハイブリッド車両の制御装置を前提とする。このハイブリッド車両の制御装置に対し、前記内燃機関の駆動エネルギ効率が電気エネルギの充電効率よりも高くなる状況にある場合には、前記内燃機関の駆動エネルギ効率が電気エネルギの充電効率よりも低くなる状況にある場合に比べて、内燃機関の駆動頻度を高める側に制御する構成としている。

この特定事項により、内燃機関の駆動エネルギ効率が電気エネルギの充電効率よりも高くなる状況にある場合には内燃機関の駆動頻度を高めることで、高い内燃機関の駆動エネルギ効率を有効利用し、逆に、内燃機関の駆動エネルギ効率が電気エネルギの充電効率よりも低くなる状況にある場合には内燃機関の駆動頻度を低くすることで、高い電気エネルギの充電効率を有効利用することができる。これにより、燃料消費率および電力消費率の改善を図ることが可能になる。

本発明では、ハイブリッド車両において、内燃機関の駆動エネルギ効率および電気エネルギの充電効率のうち、より効率の高い側を優先的に使用することで、燃料消費率および電力消費率の改善を図ることが可能になる。

実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示す図である。 制御系の概略構成を示すブロック図である。 要求トルク設定マップの一例を示す図である。 エンジンの動作点を説明するための図である。 実施形態に係るエンジン始動閾値制御の手順を示すフローチャート図である。 エンジン始動閾値設定マップの一例を示す図である。 変形例に係るＷｏｕｔ制限制御の手順を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）方式のハイブリッド車両に本発明を適用した場合について説明する。

図１は本実施形態に係るハイブリッド車両１の概略構成を示す図である。この図１に示すように、ハイブリッド車両１は、前輪（駆動輪）６ａ，６ｂに駆動力を与えるための駆動系として、エンジン２と、エンジン２の出力軸としてのクランクシャフト２ａにダンパ２ｂを介して接続された３軸式の動力分割機構３と、この動力分割機構３に接続された発電可能な第１モータジェネレータＭＧ１と、動力分割機構３に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３ｅにリダクション機構７を介して接続された第２モータジェネレータＭＧ２とを備えている。これらクランクシャフト２ａ、動力分割機構３、第１モータジェネレータＭＧ１、第２モータジェネレータＭＧ２、リダクション機構７およびリングギヤ軸３ｅによって動力伝達系が構成されている。

また、前記リングギヤ軸３ｅは、ギヤ機構４および前輪用のデファレンシャルギヤ５を介して前輪６ａ，６ｂに接続されている。

また、このハイブリッド車両１は、車両の駆動系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（以下、ハイブリッドＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）という）１０を備えている。

−エンジンおよびエンジンＥＣＵ−
エンジン２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２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）１１によって、燃料噴射制御、点火制御、吸入空気量調節制御などの運転制御が行われる。

エンジンＥＣＵ１１は、ハイブリッドＥＣＵ１０と通信を行っており、このハイブリッドＥＣＵ１０からの制御信号に基づいてエンジン２を運転制御するとともに、必要に応じてエンジン２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ１０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ１１は、クランクポジションセンサ５６や水温センサ５７等が接続されている。クランクポジションセンサ５６は、クランクシャフト２ａが一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。このクランクポジションセンサ５６からの出力信号に基づいてエンジンＥＣＵ１１はエンジン回転速度Ｎｅを算出する。また、水温センサ５７はエンジン２の冷却水温度に応じた検出信号を出力する。

−動力分割機構−
動力分割機構３は、図１に示すように、外歯歯車のサンギヤ３ａと、このサンギヤ３ａと同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３ｂと、サンギヤ３ａに噛み合うとともにリングギヤ３ｂに噛み合う複数のピニオンギヤ３ｃと、これら複数のピニオンギヤ３ｃを自転かつ公転自在に保持するプラネタリキャリア３ｄとを備え、サンギヤ３ａとリングギヤ３ｂとプラネタリキャリア３ｄとを回転要素とし差動作用を行う遊星歯車機構として構成されている。この動力分割機構３では、プラネタリキャリア３ｄにエンジン２のクランクシャフト２ａが連結されている。また、サンギヤ３ａに第１モータジェネレータＭＧ１のロータ（回転子）が連結されている。さらに、リングギヤ３ｂに前記リングギヤ軸３ｅを介して前記リダクション機構７が連結されている。

そして、このような構成の動力分割機構３において、プラネタリキャリア３ｄに入力されるエンジン２の出力トルクに対して、第１モータジェネレータＭＧ１による反力トルクがサンギヤ３ａに入力されると、出力要素であるリングギヤ３ｂには、エンジン２から入力されたトルクより大きいトルクが現れる。この場合、第１モータジェネレータＭＧ１は発電機として機能する。第１モータジェネレータＭＧ１が発電機として機能するときには、プラネタリキャリア３ｄから入力されるエンジン２の駆動力が、サンギヤ３ａ側とリングギヤ３ｂ側とにそのギヤ比に応じて分配される。

一方、エンジン２の始動要求時にあっては、第１モータジェネレータＭＧ１が電動機（スタータモータ）として機能し、この第１モータジェネレータＭＧ１の駆動力がサンギヤ３ａおよびプラネタリキャリア３ｄを介してクランクシャフト２ａに与えられてエンジン２がクランキングされる。

また、動力分割機構３において、リングギヤ３ｂの回転速度（出力軸回転速度）が一定であるときに、第１モータジェネレータＭＧ１の回転速度を上下に変化させることにより、エンジン２の回転速度を連続的に（無段階に）変化させることができる。つまり、動力分割機構３が変速部として機能する。

−リダクション機構−
前記リダクション機構７は、図１に示すように、外歯歯車のサンギヤ７ａと、このサンギヤ７ａと同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ７ｂと、サンギヤ７ａに噛み合うとともにリングギヤ７ｂに噛み合う複数のピニオンギヤ７ｃと、これら複数のピニオンギヤ７ｃを自転自在に保持するプラネタリキャリア７ｄとを備えている。このリダクション機構７では、プラネタリキャリア７ｄがトランスミッションケースに固定されている。また、サンギヤ７ａが第２モータジェネレータＭＧ２のロータ（回転子）に連結されている。さらに、リングギヤ７ｂが前記リングギヤ軸３ｅに連結されている。

−パワースイッチ−
ハイブリッド車両１には、ハイブリッドシステムの起動と停止とを切り換えるためのパワースイッチ５１（図２参照）が設けられている。このパワースイッチ５１は、例えば、跳ね返り式のプッシュスイッチあって、押圧操作される毎に、スイッチＯｎとスイッチＯｆｆとが交互に切り替わるようになっている。

ここで、ハイブリッドシステムとは、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を走行用の駆動力源とし、そのエンジン２の運転制御、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の協調制御などを含む各種制御を実行することによってハイブリッド車両１の走行を制御するシステムである。

パワースイッチ５１は、ドライバを含む搭乗者により操作された場合に、その操作に応じた信号（ＩＧ−Ｏｎ指令信号またはＩＧ−Ｏｆｆ指令信号）をハイブリッドＥＣＵ１０に出力する。ハイブリッドＥＣＵ１０は、パワースイッチ５１から出力された信号などに基づいてハイブリッドシステムを起動または停止する。

具体的には、ハイブリッドＥＣＵ１０は、ハイブリッド車両１の停車中に、パワースイッチ５１が操作された場合には、後述するＰポジションで前記ハイブリッドシステムを起動する。これにより車両が走行可能な状態となる。なお、停車中のハイブリッドシステムの起動時には、Ｐポジションでハイブリッドシステムが起動されることから、アクセルオン状態であっても、駆動力が出力されることはない。車両が走行可能な状態とは、ハイブリッドＥＣＵ１０の指令信号により車両走行を制御できる状態であって、ドライバがアクセルオンすれば、ハイブリッド車両１が発進・走行できる状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ状態）のことである。なお、Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ状態には、エンジン２が停止状態で、第２モータジェネレータＭＧ２でハイブリッド車両１の発進・走行が可能な状態（ＥＶ走行が可能な状態）も含まれる。

また、ハイブリッドＥＣＵ１０は、例えば、ハイブリッドシステムが起動中で、停車時にＰポジションであるときに、パワースイッチ５１が操作（例えば、短押し）された場合にはハイブリッドシステムを停止する。

−モータジェネレータおよびモータＥＣＵ−
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれも、発電機として駆動できるとともに電動機として駆動できる周知の同期発電電動機により構成されており、インバータ２１，２２および昇圧コンバータ２３を介してバッテリ（蓄電装置）２４との間で電力のやりとりを行う。各インバータ２１，２２、昇圧コンバータ２３およびバッテリ２４を互いに接続する電力ライン２５は、各インバータ２１，２２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、モータジェネレータ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２４は、モータジェネレータ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、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支がバランスしている場合には、バッテリ２４は充放電されない。

モータジェネレータ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）１３により駆動制御される。このモータＥＣＵ１３には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のロータ（回転軸）の各回転位置を検出するＭＧ１回転速度センサ（レゾルバ）２６およびＭＧ２回転速度センサ２７からの信号や電流センサにより検出されるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されている。また、モータＥＣＵ１３からは、インバータ２１，２２へのスイッチング制御信号が出力されている。例えば、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかを発電機として駆動制御（例えば、第２モータジェネレータＭＧ２を回生制御）したり、電動機として駆動制御（例えば、第２モータジェネレータＭＧ２を力行制御）したりする。また、モータＥＣＵ１３は、ハイブリッドＥＣＵ１０と通信を行っており、このハイブリッドＥＣＵ１０からの制御信号にしたがって前述した如くモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するとともに、必要に応じてモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ１０に出力する。

−バッテリおよびバッテリＥＣＵ−
バッテリ２４は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）１４によって管理されている。このバッテリＥＣＵ１４には、バッテリ２４を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ２４の端子間に設置された電圧センサ２４ａからの端子間電圧、バッテリ２４の出力端子に接続された電力ライン２５に取り付けられた電流センサ２４ｂからの充放電電流、バッテリ２４に取り付けられたバッテリ温度センサ２４ｃからのバッテリ温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ２４の状態に関するデータを通信によりハイブリッドＥＣＵ１０に出力する。

また、バッテリＥＣＵ１４は、バッテリ２４を管理するために、電流センサ２４ｂにて検出された充放電電流の積算値に基づいて電力の残容量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を演算し、また、その演算した残容量ＳＯＣとバッテリ温度センサ２４ｃにて検出されたバッテリ温度Ｔｂとに基づいてバッテリ２４を充放電してもよい最大許容電力である入力制限Ｗｉｎ，出力制限Ｗｏｕｔを演算する。なお、バッテリ２４の入力制限Ｗｉｎ，出力制限Ｗｏｕｔは、バッテリ温度Ｔｂに基づいて入力制限Ｗｉｎ，出力制限Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ２４の残容量ＳＯＣに基づいて入力制限用補正係数と出力制限用補正係数とを設定し、前記設定した入力制限Ｗｉｎ，出力制限Ｗｏｕｔの基本値に前記補正係数を乗じることにより設定することができる。

−ブレーキ装置及びブレーキＥＣＵ１５−
前輪６ａ，６ｂには、ブレーキアクチュエータ３１からの油圧により作動する油圧ブレーキ３２ａ，３２ｂが取り付けられている。ブレーキアクチュエータ３１からの油圧の調節は、ブレーキＥＣＵ１５による駆動制御により行われている。これらブレーキＥＣＵ１５、ブレーキアクチュエータ３１、油圧ブレーキ３２ａ，３２ｂによってブレーキ装置が構成されている。

前記ブレーキＥＣＵ１５には、前後加速度センサ（Ｇセンサ）５８および車輪速度センサ５９等が接続されている。前後加速度センサ５８は、車体前後方向の加速度を検出するものであり、車両１の加減速度や路面勾配などの検出が可能である。また、車輪速度センサ５９は、各車輪６ａ，６ｂに設けられ、それぞれの車輪６ａ，６ｂの回転速度が検出可能である。また、ブレーキＥＣＵ１５からはブレーキアクチュエータ３１へ駆動信号が出力される。なお、ブレーキＥＣＵ１５は、ハイブリッドＥＣＵ１０と通信を行っており、ハイブリッドＥＣＵ１０からの制御信号に基づいてブレーキアクチュエータ３１を駆動制御すると共に必要に応じてブレーキアクチュエータ３１の状態や前輪６ａ，６ｂの状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ１０に出力する。

−ハイブリッドＥＣＵおよび制御系−
前記ハイブリッドＥＣＵ１０は、図２に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４０、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４２およびバックアップＲＡＭ４３などを備えている。ＲＯＭ４１は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ４１に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４０での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ４３は、例えばＩＧ−Ｏｆｆ時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＣＰＵ４０、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ４２およびバックアップＲＡＭ４３は、バス４６を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース４４および出力インターフェース４５と接続されている。

入力インターフェース４４には、後述するシフト操作装置６０のシフトレバー６１の操作位置等を検出するシフトポジションセンサ５０、前記パワースイッチ５１、アクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ５２、ブレーキペダルの踏み込み量に応じた信号を出力するブレーキペダルセンサ５３、車体速度に応じた信号を出力する車速センサ５４等が接続されている。

これにより、ハイブリッドＥＣＵ１０には、シフトポジションセンサ５０からのシフトポジション信号、パワースイッチ５１からのＩＧ−Ｏｎ信号やＩＧ−Ｏｆｆ信号、アクセル開度センサ５２からのアクセル開度信号、ブレーキペダルセンサ５３からのブレーキペダルポジション信号、車速センサ５４からの車速信号等が入力されるようになっている。

ここで前記シフト操作装置６０について簡単に説明する。図２に示すように、シフト操作装置６０は、運転席の近傍に配置され、変位操作可能なシフトレバー（シフトノブと呼ぶ場合もある）６１と、押し込み操作可能なＰスイッチ６２とを備えている。シフトレバー６１は、前進走行用のドライブレンジ（Ｄレンジ）、アクセルオフ時の制動力（エンジンブレーキ）が大きくなる前進走行用のブレーキレンジ（Ｂレンジ）、後進走行用のリバースレンジ（Ｒレンジ）、中立のニュートラルレンジ（Ｎレンジ）が設定されており、運転者が所望のレンジへシフトレバー６１を変位させることが可能となっている。これらＤレンジ、Ｂレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジの各位置はシフトポジションセンサ５０によって検出される。シフトポジションセンサ５０の出力信号はハイブリッドＥＣＵ１０に入力される。また、Ｐスイッチ６２は、運転者の押し込み操作によって駐車ポジション（Ｐポジション）を設定するものであり、このＰスイッチ６２の押し込み信号もシフトポジションセンサ５０によって検出される。そして、このＰスイッチ６２の押し込み操作に伴って、ハイブリッドＥＣＵ１０からの指令信号を図示しないパーキングＥＣＵが受けパーキングロック機構が作動して間接的に前輪６ａ，６ｂをロックする。

一方、入力インターフェース４４および出力インターフェース４５には、前記エンジンＥＣＵ１１、モータＥＣＵ１３、バッテリＥＣＵ１４、ブレーキＥＣＵ１５等が接続されており、ハイブリッドＥＣＵ１０は、これらエンジンＥＣＵ１１、モータＥＣＵ１３、バッテリＥＣＵ１４およびブレーキＥＣＵ１５との間で各種制御信号やデータの送受信を行っている。

前記ハイブリッドＥＣＵ１０は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン２のスロットル開度制御（吸入空気量制御）、燃料噴射量制御、および、点火時期制御などを含むエンジン２の各種制御を実行する。また、ハイブリッドＥＣＵ１０は後述する「エンジン始動閾値制御」も実行する。

−ハイブリッドシステムにおける駆動力の流れ−
このように構成されたハイブリッド車両１は、ドライバによるアクセルペダル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、駆動輪６ａ，６ｂに出力すべきトルク（要求トルク）を計算し、この要求トルクに対応する要求駆動力により走行するように、エンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とが運転制御される。図３は、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに応じて要求トルクＴｒを求める要求トルク設定マップの一例を示している。この要求トルク設定マップは、前記ＲＯＭ４１に記憶されており、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられることで要求トルクＴｒを抽出するものとなっている。

前記エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転制御として具体的には、燃料消費量の削減を図るために、要求トルクが比較的低い運転領域にあっては、第２モータジェネレータＭＧ２を利用して前記要求トルクが得られるようにする。一方、要求トルクが比較的高い運転領域にあっては、第２モータジェネレータＭＧ２を利用すると共に、エンジン２を駆動し、これら駆動力源（走行駆動力源）からの駆動力により、前記要求トルクが得られるようにする。

より具体的には、車両の発進時や低速走行時等であってエンジン２の運転効率が低い場合には、第２モータジェネレータＭＧ２のみにより走行（以下、「ＥＶ走行」ともいう）を行う。また、車室内に配置された走行モード選択スイッチによってドライバがＥＶ走行モードを選択した場合にもＥＶ走行を行う。

一方、通常走行（以下、ＨＶ走行ともいう）時には、例えば前記動力分割機構３によりエンジン２の駆動力を２経路に分け、その一方の駆動力で駆動輪６ａ，６ｂの直接駆動（直達トルクによる駆動）を行い、他方の駆動力で第１モータジェネレータＭＧ１を駆動して発電を行う。このとき、第１モータジェネレータＭＧ１の駆動により発生する電力で第２モータジェネレータＭＧ２を駆動して駆動輪６ａ，６ｂの駆動補助を行う（電気パスによる駆動）。

このように、前記動力分割機構３が差動機構として機能し、その差動作用によりエンジン２からの動力の主部を駆動輪６ａ，６ｂに機械的に伝達し、そのエンジン２からの動力の残部を第１モータジェネレータＭＧ１から第２モータジェネレータＭＧ２への電気パスを用いて電気的に伝達することにより、電気的に変速比が変更される電気式無段変速機としての機能が発揮される。これにより、駆動輪６ａ，６ｂ（リングギヤ軸３ｅ）の回転速度およびトルクに依存することなく、エンジン回転速度およびエンジントルクを自由に操作することが可能となり、駆動輪６ａ，６ｂに要求される駆動力を得ながらも、燃料消費率が最適化されたエンジン２の運転状態（後述する最適燃費動作ライン上の運転状態）を得ることが可能となる。

具体的に、図４を用いて説明する。この図４は横軸をエンジン回転速度とし、縦軸をエンジントルクとしたエンジン２の動作点を表す図である。図中の実線は最適燃費動作ラインであって、前述した動力分割機構３を利用した電気的変速機能によって、エンジン２を、この最適燃費動作ライン上の運転状態に制御することが可能となっている。具体的には、アクセル開度等に応じて決定される要求パワーライン（図中に二点鎖線で示すライン）と、前記最適燃費動作ラインとの交点(図中の点Ａ)をエンジン２の目標動作点（目標運転点）としてハイブリッドシステムが制御されることになる。

また、高速走行時には、さらにバッテリ２４からの電力を第２モータジェネレータＭＧ２に供給し、この第２モータジェネレータＭＧ２の出力を増大させて駆動輪６ａ，６ｂに対して駆動力の追加（駆動力アシスト；力行）を行う。

さらに、減速時には、第２モータジェネレータＭＧ２が発電機として機能して回生発電を行い、回収した電力をバッテリ２４に蓄える。なお、バッテリ２４の充電量（前記残容量；ＳＯＣ）が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン２の出力を増加して第１モータジェネレータＭＧ１による発電量を増やしてバッテリ２４に対する充電量を増加する。また、低速走行時においても必要に応じてエンジン２の出力を増加する制御を行う場合もある。例えば、前述のようにバッテリ２４の充電が必要な場合や、エアコンディショナ等の補機を駆動する場合や、エンジン２の冷却水の温度を所定温度まで上げる場合などである。

また、本実施形態のハイブリッド車両１においては、車両の運転状態やバッテリ２４の状態によって、燃費を向上させるために、エンジン２を停止させる。そして、その後も、ハイブリッド車両１の運転状態やバッテリ２４の状態を検知して、エンジン２を再始動させる。このように、ハイブリッド車両１においては、パワースイッチ５１がＯＮ位置であってもエンジン２は間欠運転（エンジン停止と再始動とを繰り返す運転）される。

−エンジン始動閾値制御−
次に、本実施形態の特徴であるエンジン始動閾値制御について説明する。このエンジン始動閾値制御は、ハイブリッドシステムのエネルギ効率を考慮し、その最適化を図るためにエンジン２の始動タイミングを調整するものである。つまり、エンジン２の駆動力を利用した前記第１モータジェネレータＭＧ１の発電や前記第２モータジェネレータＭＧ２による回生発電による電気エネルギ充填効率（以下、「電気エネルギ充填効率」という）と、エンジン２の駆動力を利用して走行する場合の駆動エネルギ効率（以下、「エンジン駆動力効率」という；本発明でいう内燃機関の駆動エネルギ効率）との比較により、効率の高い運転状態が得られるようにエンジン２の始動タイミングを調整するものである。

前記電気エネルギ充填効率は、エンジン２の駆動力を利用してバッテリ２４を充電する場合の単位燃料量あたりの充電電力量、および、回生発電が行われる場合の単位減速エネルギあたりの充電電力量に相関のある値として求められる（詳しくは後述する）。また、エンジン駆動力効率は、単位燃料量あたりの走行駆動力として求められる。

そして、エンジン駆動力効率よりも電気エネルギ充填効率の方が高い場合には、エンジン２の駆動が停止され、または、エンジン２が駆動される運転領域の範囲が制限される一方、電気エネルギ充填効率よりもエンジン駆動力効率の方が高い場合には、エンジン２が駆動され、または、エンジン２が駆動される運転領域の範囲が拡大されるように（エンジン２の駆動頻度を高めるように）、エンジン２の始動タイミングを調整するべくエンジン始動閾値を変更するようにしている。

次に、エンジン始動閾値制御の具体的な動作手順について図５のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートは、例えば、パワースイッチ５１がＯＮされて車両１が走行を開始した後、所定走行距離毎、または、所定時間毎に実行される。

先ず、ステップＳＴ１において、各種エネルギ情報の取得を行う。具体的には、車両１が所定距離（例えば１ｋｍ）だけ走行する毎における、
（ａ）バッテリ２４の充電に使用された燃料エネルギ（以下、「第１燃料エネルギ（単位走行距離あたりにバッテリ２４の充電に使用された燃料エネルギ量）」という；ｋＪ）、
（ｂ）エンジン２の駆動中においてバッテリ２４に充電された電気エネルギ（以下、「第１電気エネルギ（単位走行距離あたりにバッテリ２４に充電された電気エネルギ量）」という；ｋＪ）、
（ｃ）減速回生時における減速エネルギ（単位走行距離あたりの減速回生時における減速エネルギ量；ｋＪ）、
（ｄ）減速回生時においてバッテリ２４に充電された電気エネルギ（以下、「第２電気エネルギ（単位走行距離あたりの減速回生時においてバッテリ２４に充電された電気エネルギ量）」という；ｋＪ）、
（ｅ）走行駆動力として使用された燃料エネルギ（以下、「第２燃料エネルギ（単位走行距離あたりにおいて走行駆動力を得るために使用された燃料エネルギ量）」という；ｋＪ）、
（ｆ）エンジン２による走行駆動力（単位走行距離あたりの走行駆動力；ｋＪ）、
を取得する。

これらのエネルギ情報は、燃料噴射量、エンジン出力、バッテリ充電量、車速、モータジェネレータ出力、走行駆動力をそれぞれモニタリングしておき、現時点から遡って１ｋｍ走行分における各値またはその平均値を、前記ＲＯＭ４１に記憶された所定の演算式またはマップに当て嵌めることにより求められる。

なお、前記燃料噴射量は、エンジン２の各気筒に備えられたインジェクタ（燃料噴射弁）に対する噴射量指令値から取得される。また、インジェクタ内部に流量センサを備えさせることで燃料流量を検出するようにしてもよい。前記エンジン出力は、エンジン回転速度、吸気圧、吸気温度等をセンシングし、これらをパラメータとして求められる。また、クランクシャフト２ａにトルクセンサを備えさせ、このトルクセンサによって検出されたトルクとエンジン回転速度とをパラメータとしてエンジン出力を求めるようにしてもよい。また、バッテリ充電量は、前記バッテリＥＣＵ１４によって演算されるＳＯＣの変化量によって算出される。車速は、前記車速センサ５４からの車速信号に基づいて求められる。モータジェネレータ出力は、アクセル開度やバッテリ２４のＳＯＣ等をパラメータとして求められる。また、モータジェネレータに対するトルク指令値と回転速度センサ２６，２７によって検出されるロータ回転速度とによってモータジェネレータ出力を求めるようにしてもよい。走行駆動力は、前記エンジン出力と、動力分割機構３、ギヤ機構４およびデファレンシャルギヤ５における減速比と、駆動輪６ａ，６ｂの半径とをパラメータとして算出される。

そして、前記第１燃料エネルギは、例えば燃料噴射量、バッテリ充電量およびモータジェネレータ出力等をパラメータとして算出される。前記第１電気エネルギは、バッテリ充電量およびモータジェネレータ出力等をパラメータとして算出される。前記減速回生時における減速エネルギは、車速およびモータジェネレータ出力等をパラメータとして算出される。前記第２電気エネルギは、バッテリ充電量、車速およびモータジェネレータ出力等をパラメータとして算出される。前記第２燃料エネルギは、燃料噴射量、エンジン出力、車速および走行駆動力等をパラメータとして算出される。

これらエネルギ情報の算出手法は上述したものには限定されない。

これらエネルギ情報の取得を行った後、ステップＳＴ２に移り、電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）およびエンジン駆動力効率（Ｅｆ）それぞれの算出を行う。この場合、電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）の算出は下記の式（１）により、エンジン駆動力効率（Ｅｆ）の算出は下記の式（２）によりそれぞれ行われる。

Ｅｅ＝（第１電気エネルギ＋第２電気エネルギ）／
（第１燃料エネルギ＋減速回生時における減速エネルギ） …（１）
Ｅｆ＝エンジンによる走行駆動力／第２燃料エネルギ …（２）
そして、ステップＳＴ３では、前記算出したエンジン駆動力効率（Ｅｆ）が電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）よりも高い（効率が良い）か否かを判定する。エンジン駆動力効率（Ｅｆ）が電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）よりも低い（効率が悪い）またはエンジン駆動力効率（Ｅｆ）と電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）とが等しい場合にはステップＳＴ３でＮＯ判定され、そのままリターンされる。つまり、エンジン始動閾値の変更を行うことなくリターンされる。

一方、エンジン駆動力効率（Ｅｆ）が電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）よりも高い（効率が良い）場合にはステップＳＴ３でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ４に移る。このステップＳＴ４では、エンジン始動閾値を低下させる側に変更する。つまり、要求パワーが比較的低い領域からエンジン２を始動させるように変更する。このような動作が繰り返して実行される。

以下、このエンジン始動閾値を低下させる側に変更する場合の具体的な動作について説明する。

図６は、エンジン始動／停止の切り換えを行うためのマップの一例を示している。この図６に示すように、アクセル開度等によって設定される要求パワー（エンジン回転数とエンジントルクとの積として表される）として、基準エンジン始動閾値（基準エンジン始動パワーライン）と低下補正後のエンジン始動閾値（低下補正後のエンジン始動パワーライン）とがそれぞれ設定されており、低下補正後のエンジン始動閾値の方が基準エンジン始動閾値よりも低パワー側に設定されている。例えば基準エンジン始動閾値は３０ｋＷであり、低下補正後のエンジン始動閾値は２０ｋＷである。これら値はこれに限定されるものではなく、適宜設定される。

このため、エンジン駆動力効率（Ｅｆ）が電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）よりも低い（効率が悪い）またはエンジン駆動力効率（Ｅｆ）と電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）とが等しい場合であって前記ステップＳＴ３でＮＯ判定された場合には、アクセル開度等によって設定される要求パワーが、基準エンジン始動閾値よりも低い場合には、第２モータジェネレータＭＧ２の動力のみを用いた走行（エンジン停止）が行われる一方、アクセル開度等によって設定される要求パワーが、この基準エンジン始動閾値よりも高い場合には、エンジン２および第２モータジェネレータＭＧ２の両方の動力を用いた走行が行われることになる。つまり、現在、エンジン２が駆動している場合には、要求パワーが、基準エンジン始動閾値よりも低くなると、エンジン２が停止され、第２モータジェネレータＭＧ２の動力のみを用いた走行が行われることになる。つまり、エンジン２を早期に停止することで高い電気エネルギ充填効率を有効に使用した運転状態にする。

一方、エンジン駆動力効率（Ｅｆ）が電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）よりも高い（効率が良い）場合であって前記ステップＳＴ３でＹＥＳ判定された場合には、アクセル開度等によって設定される要求パワーが、低下補正後のエンジン始動閾値よりも低い場合には、第２モータジェネレータＭＧ２の動力のみを用いた走行（エンジン停止）が行われる一方、アクセル開度等によって設定される要求パワーが、この低下補正後のエンジン始動閾値よりも高い場合には、エンジン２および第２モータジェネレータＭＧ２の両方の動力を用いた走行が行われることになる。つまり、現在、エンジン２が駆動している場合には、要求パワーが、低下補正後のエンジン始動閾値に低下するまでエンジン２の駆動が継続されることになる。つまり、エンジン２を継続的に駆動させることで高いエンジン駆動力効率を有効に使用した運転状態にする。

なお、何れの場合においても、要求パワーがエンジン始動閾値よりも低い場合であっても、バッテリ２４の蓄電量ＳＯＣが所定値まで低下した場合には、バッテリ２４の充電（第１モータジェネレータＭＧ１の回生運転による充電）のためにエンジン２を始動させることになる。

このようにして、エンジン駆動力効率（Ｅｆ）が電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）よりも低い（効率が悪い）またはエンジン駆動力効率（Ｅｆ）と電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）とが等しい場合には、エンジン２を停止させる運転領域を拡大し、効率の高い側（電気エネルギ充填効率）を有効に使用する一方、エンジン駆動力効率（Ｅｆ）が電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）よりも高い（効率が良い）場合には、エンジン２を駆動させる運転領域を拡大し、効率の高い側（エンジン駆動力効率）を有効に使用するようにしている。

以上説明したように、本実施形態では、エンジン駆動力効率（Ｅｆ）と電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）との比較により、効率の高い側を優先的に利用できるようにエンジン２の始動／停止を切り換えている。このため、ハイブリッドシステムのエネルギ効率を最適化することができ、燃料消費率および電力消費率をともに改善することが可能になる。

また、本実施形態では、エンジン駆動力効率（Ｅｆ）が電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）よりも高い（効率が良い）場合に、エンジン２を駆動させる運転領域を拡大する（エンジン始動閾値を、基準エンジン始動閾値から低下補正後のエンジン始動閾値に変更する）場合について説明したが、このエンジン２を駆動させる運転領域を拡大させた後、エンジン駆動力効率（Ｅｆ）が電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）よりも低い（効率が悪い）またはエンジン駆動力効率（Ｅｆ）と電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）とが等しい状態となった際には、再び、エンジン２を駆動させる運転領域を縮小させる（エンジン始動閾値を、低下補正後のエンジン始動閾値から基準エンジン始動閾値に変更する）。

−Ｗｏｕｔ制限制御−
次に、変形例としてのＷｏｕｔ制限制御について説明する。このＷｏｕｔ制限制御は、ハイブリッドシステムのエネルギ効率を考慮し、その最適化を図るためにバッテリ２４の出力制限Ｗｏｕｔを調整するものである。つまり、電気エネルギ充填効率とエンジン駆動力効率との比較により、効率の高い運転状況となるようにバッテリ２４の出力制限Ｗｏｕｔを調整するものである。即ち、エンジン駆動力効率よりも電気エネルギ充填効率の方が高い場合には、バッテリ２４の出力制限Ｗｏｕｔを縮小する（バッテリ２４から出力可能な電力量を多くする）ことでエンジン２の駆動領域を縮小し、逆に、電気エネルギ充填効率よりもエンジン駆動力効率の方が高い場合には、バッテリ２４の出力制限Ｗｏｕｔを拡大する（バッテリ２４から出力可能な電力量を少なくする）ことでエンジン２の駆動領域を拡大するようにしている。

次に、Ｗｏｕｔ制限制御の具体的な動作手順について図７のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートも、例えば、パワースイッチ５１がＯＮされて車両１が走行を開始した後、所定走行距離毎、または、所定時間毎に実行される。また、この図７のフローチャートにおいて、前記実施形態において図５で示したフローチャートにおける各ステップと同一の動作については同ステップ番号を付し、その説明を省略する。

ステップＳＴ３の判定動作において、エンジン駆動力効率（Ｅｆ）が電気エネルギ充填効率（Ｅｅ）よりも高い（効率が良い）場合にはステップＳＴ３でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ４’に移る。このステップＳＴ４’では、バッテリ２４のＷｏｕｔ制限を拡大する側に補正する。

このようにしてバッテリ２４のＷｏｕｔ制限を拡大する側に補正することにより、要求駆動力を得るためにはエンジン２の駆動力が必要となることになり、エンジン２の駆動頻度が高まることになる。このため、効率の高い側であるエンジン駆動力効率（Ｅｆ）を優先的に利用することができ、この場合にも、ハイブリッドシステムのエネルギ効率を最適化することができ、燃料消費率および電力消費率をともに改善することが可能になる。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態および変形例では、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）方式のハイブリッド車両の制御に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）方式のハイブリッド車両や、４輪駆動方式のハイブリッド車両の制御にも適用できる。

また、前記実施形態および変形例では、第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２の２つの発電電動機が搭載されたハイブリッド車両１の制御に本発明を適用した例を示したが、１つの発電電動機が搭載されたハイブリッド車両（発電電動機とエンジンとの間にクラッチ等の断接機構を有するもの）や３つ以上の発電電動機が搭載されたハイブリッド車両の制御にも本発明は適用可能である。

また、前記実施形態および変形例では、電気エネルギ充填効率とエンジン駆動力効率とを比較することにより、エンジン始動閾値の変更やバッテリ２４の出力制限Ｗｏｕｔを調整するものとしていた。本発明はこれに限らず、取得された前記各種エネルギ情報に基づいて、エンジン始動閾値の変更やバッテリ２４の出力制限Ｗｏｕｔを調整するものとしてもよい。例えば、取得された前記各種エネルギ情報をパラメータとして、電気エネルギ充填効率およびエンジン駆動力効率の何れが高いかを求めるマップを前記ＲＯＭに記憶させておくことで、比較動作を経ることなしにエンジン始動閾値の変更やバッテリ２４の出力制限Ｗｏｕｔを調整するものである。

本発明は、内燃機関と電動機とが搭載されたハイブリッド車両において、エネルギ効率の最適化を図るための制御に適用可能である。

１ ハイブリッド車両
２ エンジン（内燃機関）
６ａ，６ｂ 駆動輪
２４ バッテリ（蓄電装置）
ＭＧ２ 第２モータジェネレータ（電動機）

Claims (1)

1. 走行用の動力を出力可能な内燃機関と、この内燃機関の動力および駆動輪の回転力の少なくとも一方を利用して発電されて蓄電装置に蓄電された電力を使用することにより走行用の動力が出力可能な電動機とを備え、前記内燃機関および電動機のうち少なくとも一つを走行駆動力源として走行するハイブリッド車両の制御装置において、
   前記内燃機関の駆動エネルギ効率が電気エネルギの充電効率よりも高くなる状況にある場合には、前記内燃機関の駆動エネルギ効率が電気エネルギの充電効率よりも低くなる状況にある場合に比べて、内燃機関の駆動頻度を高める側に制御する構成とされていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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