JP2016222092A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】後進走行する際に第１モータによってエンジンをモータリングするときに、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間が必要以上に短くなるのを抑制する。【解決手段】後進走行する際に第１モータによってエンジンをモータリングするときには（Ｓ１２０，Ｓ１３０）、要求トルクＴｒ＊が小さい（絶対値としては大きい）ときに要求トルクＴｒ＊が大きい（絶対値としては小さい）ときよりも大きくなるように上昇レートＲｕｐを設定し（Ｓ１８０）、エンジンの目標回転数Ｎｅ＊を上昇レートＲｕｐを用いて上昇させる（Ｓ１９０）。そして、エンジンの回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるように第１モータを制御する（Ｓ２００，Ｓ２１０，Ｓ２４０）。【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、プラネタリギヤの３つの回転要素に第１モータの回転軸，エンジンの出力軸，車軸に連結された駆動軸を共線図において回転軸，出力軸，駆動軸の順に並ぶように接続すると共に駆動軸に第２モータを接続したハイブリッド自動車に関する。
従来、この種のハイブリッド自動車としては、プラネタリギヤのキャリヤとサンギヤとリングギヤとにエンジンと第１モータと車軸に連結された駆動軸とを接続すると共に駆動軸に第２モータを接続した構成において、リバース走行する際に、第１モータによってエンジンをモータリングすることによって、エンジンのフリクションをリバース走行用のアシストトルクとして用いるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、リバース走行する際に、エンジンのフリクションをリバース走行用のアシストトルクとして用いる必要があるときには、走行用の要求トルクに応じた要求パワーに応じてエンジンのフリクションパワーを設定し、このフリクションパワーを満たすようにエンジンの目標回転数を設定する。そして、燃料カットを行なっているエンジンが目標回転数で回転するように第１モータによってエンジンをモータリングする。これにより、エンジンのフリクションをリバース走行用のアシストトルクとして用いることができる。
特開２００６−５７６１７号公報
こうしたハイブリッド自動車では、リバース走行する際に、第１モータによってエンジンをモータリングしてエンジンの回転数を上昇させるときには、エンジンのフリクションに起因して駆動軸に作用するトルク（フリクション起因トルク）だけでなく、エンジンおよび第１モータのイナーシャに起因して駆動軸に作用するトルク（イナーシャ起因トルク）も、リバース走行用のアシストトルクとして用いることができる。このときにおいて、エンジンの回転数の単位時間あたりの上昇量（上昇率）が大きいときには、この上昇率が小さいときよりも、イナーシャ起因トルクの大きさが大きくなる。また、エンジンの回転数の上昇率が大きいときには、この上昇率が小さいときよりも、エンジンの回転数が目標回転数に至るまでの時間が短くなるから、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間が短くなる。これらの理由により、エンジンの回転数の上昇率を要求トルクの大きさに拘わらずに比較的大きくすると、要求トルクの大きさによっては、イナーシャ起因トルクの大きさが必要以上に大きくなり、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間が必要以上に短くなってしまう可能性がある。
本発明のハイブリッド自動車は、後進走行する際に第１モータによってエンジンをモータリングするときに、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間が必要以上に短くなるのを抑制することを主目的とする。
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド自動車は、
エンジンと、
動力を入出力可能な第１モータと、
前記第１モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と車軸に連結された駆動軸とに３つの回転要素が共線図において前記回転軸，前記出力軸，前記駆動軸の順に並ぶように接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、
前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやりとり可能なバッテリと、
後進走行する際には、走行用の要求トルクに応じて走行するように少なくとも前記第２モータを制御する制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、前記後進走行する際に、燃料噴射を行なっていない前記エンジンを前記第１モータによってモータリングするときには、前記要求トルクの絶対値が大きいときに該要求トルクの絶対値が小さいときよりも大きくなるように前記エンジンの回転数の単位時間あたりの上昇量の目標値である目標上昇率を設定し、前記エンジンの回転数が前記目標上昇率で上昇するように前記第１モータを制御する手段である、
ことを要旨とする。
この本発明のハイブリッド自動車では、後進走行する際には、走行用の要求トルクに応じて走行するように少なくとも第２モータを制御する。そして、後進走行する際に、燃料噴射を行なっていないエンジンを第１モータによってモータリングするときには、要求トルクの絶対値が大きいときに要求トルクの絶対値が小さいときよりも大きくなるようにエンジンの回転数の単位時間あたりの上昇量の目標値である目標上昇率を設定し、エンジンの回転数が目標上昇率で上昇するように第１モータを制御する。これにより、エンジンの回転数の目標上昇率を要求トルクの大きさに拘わらずに比較的大きい値とするものに比して、エンジンおよび第１モータのイナーシャに起因して駆動軸に作用するトルク（以下、「イナーシャ起因トルク」という）の大きさが必要以上に大きくなるのを抑制し、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間が必要以上に短くなるのを抑制することができる。
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記後進走行する際に、前記要求トルクの絶対値が閾値よりも大きくなったときに、前記第１モータによる前記エンジンのモータリングを開始する手段であるものとしてもよい。ここで、閾値は、第２モータの定格トルクを用いるものとしてもよい。
また、本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記後進走行する際に、前記エンジンを前記第１モータによってモータリングするときには、前記要求トルクの絶対値が大きいときに該要求トルクの絶対値が小さいときよりも大きくなるように要求回転数に設定し、前記エンジンの回転数が前記要求回転数まで上昇するように前記第１モータを制御する手段であるものとしてもよい。上述したように、要求トルクの絶対値が大きいときに要求トルクの絶対値が小さいときよりも大きくなるようにエンジンの目標上昇率を設定する。このため、要求トルクの絶対値が大きいときに要求トルクの絶対値が小さいときよりも大きくなるように要求回転数に設定することにより、要求トルクの絶対値が比較的大きいときでも、エンジンの回転数が要求回転数に至るまでの時間をある程度確保することができる。この結果、要求トルクの絶対値が比較的大きいときでも、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間をある程度確保することができる。
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ＨＶＥＣＵ７０によって実行される後進走行時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。 要求回転数設定用マップの一例を示す説明図である。 上昇レート設定用マップの一例を示す説明図である。 燃料噴射を行なっていないエンジン２２をモータＭＧ１によってモータリングしながら後進走行する際のプラネタリギヤ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の一例を示す説明図である。 後進走行する際のアクセル開度Ａｃｃ，車速Ｖ，要求トルクＴｒ＊，エンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇおよび回転数Ｎｅ，直行トルクＴｍｐ，駆動軸３６に出力されるトルクＴｒの時間変化の様子の一例を示す説明図である。
次に、本発明を実施するため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、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０と、を備える。
エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン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によって運転制御されている。
エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートから入力されている。エンジンＥＣＵ２４に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・エンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒ
・スロットルバルブ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からのスロットル開度ＴＨ
エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４から出力される制御信号としては、以下のものを挙げることができる。
・スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの制御信号
・燃料噴射弁への制御信号
・イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号
エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってエンジン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ＨＶＥＣＵ７０に出力する。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒ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を演算している。
プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、ダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。
モータＭＧ１は、例えば同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。インバータ４１，４２は、電力ライン５４を介してバッテリ５０と接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０によって、インバータ４１，４２の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・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からの回転位置θｍ１，θｍ２
・モータＭＧ１，ＭＧ２の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流
モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、ＨＶＥＣＵ７０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の駆動状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。
バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。このバッテリ５０は、上述したように、電力ライン５４を介してインバータ４１，４２と接続されている。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は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリＥＣＵ５２に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの電池電圧Ｖｂ
・バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂ
・バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂ
バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合である。
ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・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
ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４，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，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、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトレバー８１の操作位置（シフトポジションセンサ８２によって検出されるシフトポジションＳＰ）としては、駐車時に用いる駐車ポジション（Ｐポジション），後進走行用のリバースポジション（Ｒポジション），中立のニュートラルポジション（Ｎポジション），前進走行用のドライブポジション（Ｄポジション）などがある。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６の要求駆動力を設定し、要求駆動力に見合う要求動力が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを運転制御する。エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２との運転モードとしては、以下の（１）〜（３）の３つのモードがある。
（１）トルク変換運転モード：要求動力に対応する動力がエンジン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全てが、プラネタリギヤ３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモード
（２）充放電運転モード：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、エンジン２２から出力される動力の全てまたは一部が、バッテリ５０の充放電を伴ってプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモード
（３）モータ運転モード：エンジン２２の運転を停止して、要求動力が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２を駆動制御するモード
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、後進走行する際の動作について説明する。図２は、実施例のＨＶＥＣＵ７０によって実行される後進走行時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が走行走行用ポジションのときに所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
後進走行時制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、アクセル開度Ａｃｃ，駆動軸３６の回転数Ｎｒなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、アクセル開度Ａｃｃは、アクセルペダルポジションセンサ８４によって検出された値を入力するものとした。駆動軸３６の回転数Ｎｒは、モータＥＣＵ４０によって演算されたモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を通信によって入力して駆動軸３６の回転数Ｎｒとして用いるものとした。
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと駆動軸３６の回転数Ｎｒとに基づいて、走行に要求される（駆動軸３６に要求される）要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと駆動軸３６の回転数Ｎｒ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図示しないＲＯＭに記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると、この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。要求トルク設定用マップの一例を図３に示す。シフトポジションＳＰが走行走行用ポジションのときには、図示するように、要求トルクＴｒ＊に負の値が設定される。
続いて、フラグＦが値０か値１かを判定し（ステップＳ１２０）、フラグＦが値０のときには、要求トルクＴｒ＊をモータＭＧ２の負側の定格トルクＴｍ２ｌｉｍと比較する（ステップＳ１３０）。ここで、ステップＳ１３０の処理は、要求トルクＴｒ＊をモータＭＧ２からのトルクだけで賄うことができるか否かを判定するために行なわれる。また、フラグＦは、シフトポジションＳＰが後進走行用ポジションに設定されたときに初期値として値０が設定され、その後に、要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ未満になったときに値０から値１に切り替えられるフラグである。なお、要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ未満になるときとしては、後進方向の段差を乗り越えようとするとき，溝に嵌まっているときなどが考えられる。
ステップＳ１３０で要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ以上のとき（要求トルクＴｒ＊の絶対値が定格トルクＴｍ２ｌｉｍの絶対値以下のとき）には、要求トルクＴｒ＊をモータＭＧ２からのトルクだけで賄うことができると判断する。そして、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ１４０）、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１５０）。
こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。モータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信すると、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようにインバータ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Ｓ１３０で要求トルクＴｒ＊が定格トルクＴｍ２ｌｉｍ未満になったとき（要求トルクＴｒ＊の絶対値が定格トルクＴｍ２ｌｉｍの絶対値よりも大きいとき）には、要求トルクＴｒ＊をモータＭＧ２からのトルクだけで賄うことができなくなったと判断し、フラグＦに値１を設定する（ステップＳ１６０）。フラグＦを値０から値１に切り替えると、後述するように、燃料噴射を行なっていないモータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを開始する。
続いて、要求トルクＴｒ＊と駆動軸３６の回転数Ｎｒとに基づいてエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇを設定する（ステップＳ１７０）。ここで、エンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇは、実施例では、要求トルクＴｒ＊と駆動軸３６の回転数Ｎｒとエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇとの関係を予め定めて要求回転数設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、要求トルクＴｒ＊と駆動軸３６の回転数Ｎｒとが与えられると、このマップから対応するエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇを導出して設定するものとした。要求回転数設定用マップの一例を図４に示す。例えば、図４中、「Ｎｅ１」，「Ｎｅ２」，「Ｎｅ３」は、それぞれ１０００ｒｐｍ程度，２０００ｒｐｍ程度，３０００ｒｐｍ程度などとすることができる。図示するように、エンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇは、駆動軸３６の回転数Ｎｒが小さい（絶対値としては大きい即ち値０から遠い）ときに駆動軸３６の回転数Ｎｒが大きい（絶対値としては小さい即ち値０に近い）ときよりも小さくなるように、具体的には、駆動軸３６の回転数Ｎｒが小さいほど小さくなる傾向に設定するものとした。また、エンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇは、要求トルクＴｒ＊が小さい（絶対値としては大きい即ち値０から遠い）ときに要求トルクＴｒ＊が大きい（絶対値としては小さい即ち値０に近い）ときよりも大きくなるように、具体的には、要求トルクＴｒ＊が小さいほど大きくなる傾向に設定するものとした。これらの理由については後述する。
続いて、要求トルクＴｒ＊に基づいて、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊の上昇レートＲｕｐを設定する（ステップＳ１８０）。そして、次式（１）に示すように、前回のエンジン２２の目標回転数（前回Ｎｅ＊）に上昇レートＲｕｐを加えた値を要求回転数Ｎｅｔａｇで制限（上限ガード）してエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ１９０）。なお、フラグＦを値０から値１に切り替えるまでは、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊には値０が設定されている。ここで、上昇レートＲｕｐは、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を要求回転数Ｎｅｔａｇに向けて上昇させる際の目標回転数Ｎｅ＊の単位時間当たり（本ルーチンの実行間隔当たり）の上昇量であり、実施例では、要求トルクＴｒ＊と上昇レートＲｕｐとの関係を予め定めて上昇レート設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、要求トルクＴｒ＊が与えられると、このマップから対応する上昇レートＲｕｐを導出して設定するものとした。上昇レート設定用マップの一例を図５に示す。図示するように、上昇レートＲｕｐは、要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ以上の領域では、正の範囲内の比較的小さい所定値Ｒｕｐ１（例えば、０．４ｒｐｍ／ｍｓｅｃ，０．５ｒｐｍ／ｍｓｅｃ，０．６ｒｐｍ／ｍｓｅｃなどを本ルーチンの実行間隔当たりに換算した値）を設定するものとした。また、上昇レートＲｕｐは、要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ未満の領域では、要求トルクＴｒ＊が小さい（絶対値としては大きい即ち定格トルクＴｍ２ｌｉｍから遠い）ときに要求トルクＴｒ＊が大きい（絶対値としては小さい即ち定格トルクＴｍ２ｌｉｍに近い）ときよりも大きくなるように、具体的には、要求トルクＴｒ＊が小さいほど大きくなる傾向に設定するものとした。この理由については後述する。また、ステップＳ１９０の処理は、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を、要求回転数Ｎｅｔａｇに向けて上昇レートＲｕｐずつ上昇させ、要求回転数Ｎｅｔａｇに至った後は要求回転数Ｎｅｔａｇとする処理である。
Ne*=min(前回Ne*+Rup,Netag) (1)
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と駆動軸３６の回転数Ｎｒとプラネタリギヤ３０のギヤ比ρ（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）とを用いて、次式（２）により、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算する（ステップＳ２００）。続いて、計算したモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊と現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とプラネタリギヤ３０のギヤ比ρとを用いて、式（３）により、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２１０）。ここで、式（２）は、プラネタリギヤ３０の回転要素に対する力学的な関係式である。燃料噴射を行なっていないエンジン２２をモータＭＧ１によってモータリングしながら後進走行する際のプラネタリギヤ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の一例を図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であるキャリヤの回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２であるリングギヤ（駆動軸３６）の回転数Ｎｒを示す。また、図中、Ｒ軸における２つの太線矢印は、モータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにモータＭＧ１から出力されてプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルク（−Ｔｍ１＊／ρ）と、モータＭＧ２をトルク指令Ｔｍ２＊で駆動したときにモータＭＧ２から出力されて駆動軸３６に作用するトルクと、を示す。以下、トルク（−Ｔｍ１＊／ρ）を直行トルクＴｍｐという。なお、直行トルクＴｍｐには、エンジン２２のフリクションに起因して駆動軸３６に作用するトルク（以下、「フリクション起因トルク」という）と、エンジン２２およびモータＭＧ１のイナーシャに起因して駆動軸３６に作用するトルク（以下、「イナーシャ起因トルク」という）と、が含まれる。フリクション起因トルクの大きさは、エンジン２２の回転数Ｎｅ（目標回転数Ｎｅ＊）が大きいときに、この回転数Ｎｅが小さいときよりも大きくなる。また、イナーシャ起因トルクの大きさは、エンジン２２の回転数Ｎｅの単位時間あたりの上昇量（上昇率）が大きい（値０から遠い）ときに、この上昇率が小さい（値０に近い）ときよりも大きくなる。式（２）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。また、式（３）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させる（エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊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る。式（３）中、「ｋ１」は比例項のゲインであり、「ｋ２」は積分項のゲインである。
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nr/ρ (2)
Tm1*=k1・(Nm1*-Nm1)+k2・∫(Nm1*-Nm1)dt (3)
続いて、次式（４）に示すように、直行トルクＴｍｐ（＝−Ｔｍ１／ρ）を要求トルクＴｒ＊から減じて、モータＭＧ２の仮トルクＴｍ２ｔｍｐを計算し（ステップＳ２２０）、式（５）に示すように、計算した仮トルクＴｍ２ｔｍｐを定格トルクＴｍ２ｌｉｍで制限（下限ガード）してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２３０）。そして、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。モータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信すると、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようにインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
Tm2tmp=Tr*+Tm1*/ρ (4)
Tm2*=max(Tm2tmp,Tm2lim) (5)
ここで、図４の要求回転数設定用マップ（要求トルクＴｒ＊と駆動軸３６の回転数Ｎｒとエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇとの関係）と、図５の上昇レート設定用マップ（要求トルクＴｒ＊と上昇レートＲｕｐとの関係）と、について説明する。
まず、図５の上昇レート設定用マップの要求トルクＴｒ＊と上昇レートＲｕｐとの関係について説明する。いま、要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ未満のときを考える。このときに、上昇レートＲｕｐを大きくすると、上昇レートＲｕｐを小さくするときよりも、イナーシャ起因トルクの大きさが大きくなる。しかし、上昇レートＲｕｐを大きくすると、上昇レートＲｕｐを小さくするときよりも、エンジン２２の回転数Ｎｅ（目標回転数Ｎｅ＊）が要求回転数Ｎｅｔａｇに至るまでの時間が短くなるから、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間が短くなる。このため、要求トルクＴｒ＊に拘わらずに上昇レートＲｕｐとして比較的大きい値を用いると、要求トルクＴｒ＊が比較的大きい（絶対値としては比較的小さい即ち定格トルクＴｍ２ｌｉｍに比較的近い）ときに、イナーシャ起因トルクの大きさが必要以上に大きくなり、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間が必要以上に短くなってしまう可能性がある。実施例では、これを考慮して、要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ未満のときにおいて、要求トルクＴｒ＊が小さいときに要求トルクＴｒ＊が大きいときよりも大きくなるように上昇レートＲｕｐを設定するものとした。これにより、イナーシャ起因トルクの大きさが必要以上に大きくなるのを抑制し、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間が必要以上に短くなるのを抑制することができる。そして、イナーシャ起因トルクの大きさが必要以上に大きくなるのを抑制することにより、直行トルクＴｍｐの大きさが必要以上に大きくなる（直行トルクＴｍｐがモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍに対する要求トルクＴｒ＊の超過分（Ｔｒ＊−Ｔｍ２ｌｉｍ）に対して過度になる）のを抑制することができる。基本的に、直行トルクＴｍｐは、モータＭＧ２から駆動軸３６に出力するトルクよりも損失が大きい。したがって、直行トルクＴｍｐの大きさが必要以上に大きくなるのを抑制することにより、直行トルクＴｍｐの大きさが必要以上に大きくなることによる車両全体の損失の増加を抑制し、車両全体のエネルギ効率の低下を抑制することができる。
続いて、図４の要求回転数設定用マップの駆動軸３６の回転数Ｎｒとエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇとの関係について説明する。図６の共線図から分かるように、駆動軸３６の回転数Ｎｒが小さいときには、駆動軸３６の回転数Ｎｒが大きいときよりも、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１に対するエンジン２２の回転数Ｎｅ、即ち、値（Ｎｅ−Ｎｍ１）が小さくなり、プラネタリギヤ３０のピニオンギヤの回転数（モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が正のときの回転方向を正とする）が大きくなる。このため、駆動軸３６の回転数Ｎｒが小さいときには、駆動軸３６の回転数Ｎｒが大きいときよりも、モータＭＧ１の上限回転数に対応するエンジン２２の回転数Ｎｅが小さくなると共にプラネタリギヤ３０のピニオンギヤの上限回転数に対応するエンジン２２の回転数Ｎｅが小さくなる。実施例では、これを考慮して、駆動軸３６の回転数Ｎｒが小さいときに駆動軸３６の回転数Ｎｒが大きいときよりも小さくなるようにエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇを設定するものとした。これにより、部品の保護を図ることができる。
さらに、図４の要求回転数設定用マップの要求トルクＴｒ＊とエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇとの関係について説明する。実施例では、上述したように、要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ未満のときにおいて、要求トルクＴｒ＊が小さいときに要求トルクＴｒ＊が大きいときよりも大きくなるように上昇レートＲｕｐを設定するものとした。したがって、要求トルクＴｒ＊が比較的小さいときには、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊が要求回転数Ｎｅｔａｇに到達するまでの時間が短くなりやすい。したがって、これを考慮して、要求トルクＴｒ＊が小さいときに要求トルクＴｒ＊が大きいときよりも大きくなるようにエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇを設定するものとした。これにより、要求トルクＴｒ＊が比較的小さいときでも、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊が要求回転数Ｎｅｔａｇに到達するまでの時間をある程度確保することができる。この結果、要求トルクＴｒ＊が比較的小さいときでも、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間をある程度確保することができる。
ステップＳ１２０でフラグＦが値１のときには、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを開始していると判断し、ステップＳ１３０の処理（要求トルクＴｒ＊をモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍと比較する処理）を実行することなく、ステップＳ１７０〜Ｓ２４０の処理を実行して、本ルーチンを終了する。したがって、要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ未満になった後に定格トルクＴｍ２ｌｉｍ以上になったときには、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを継続することになる。
図７は、後進走行する際のアクセル開度Ａｃｃ，車速Ｖ，要求トルクＴｒ＊，エンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇおよび回転数Ｎｅ，直行トルクＴｍｐ，駆動軸３６に出力されるトルクＴｒの時間変化の様子の一例を示す説明図である。図７の例では、時刻ｔ１１からアクセル開度Ａｃｃが大きくなって要求トルクＴｒ＊が小さくなり（絶対値としては大きくなり）、時刻ｔ１２に要求トルクＴｒ＊が定格トルクＴｍ２ｌｉｍ未満になると、燃料噴射を行なっていないエンジン２２のモータＭＧ１によるモータリングを開始すると判断する。そして、時刻ｔ１２からは、要求トルクＴｒ＊に応じてエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇおよび上昇レートＲｕｐを設定し、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を上昇レートＲｕｐを用いて要求回転数Ｎｅｔａｇに向けて上昇させて、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにモータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングする。このときには、フリクション起因トルクとイナーシャ起因トルクとを含む直行トルクＴｍｐによって、駆動軸３６に出力されるトルクＴｒの大きさを大きくすることができる。そして、このときに、要求トルクＴｒ＊が小さいときに要求トルクＴｒ＊が大きいときよりも大きくなるように上昇レートＲｕｐを設定することにより、イナーシャ起因トルクの大きさが必要以上に大きくなるのを抑制することができ、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間が必要以上に短くなるのを抑制することができると共に車両全体のエネルギ効率の低下を抑制することができる。また、要求トルクＴｒ＊が小さいときに要求トルクＴｒ＊が大きいときよりも大きくなるようにエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇを設定することにより、要求トルクＴｒ＊が比較的小さいときでも、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間をある程度確保することができる。そして、時刻ｔ１３にエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊が要求回転数Ｎｅｔａｇに至ると、時刻ｔ１３からは、要求回転数Ｎｅｔａｇを目標回転数Ｎｅ＊に設定し、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにモータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングする。この場合、直行トルクＴｍｐにイナーシャ起因トルクが含まれなくなることによって、駆動軸３６に出力されるトルクＴｒの大きさが小さくなる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、後進走行する際にモータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングするときには、要求トルクＴｒ＊が小さい（絶対値としては大きい）ときに要求トルクＴｒ＊が大きい（絶対値としては小さい）ときよりも大きくなるように上昇レートＲｕｐを設定し、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を上昇レートＲｕｐを用いて上昇させる。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となると共に要求トルクＴｒ＊に応じて走行するようにモータＭＧ１とモータＭＧ２とを制御する。これにより、イナーシャ起因トルクの大きさが必要以上に大きくなるのを抑制し、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間が必要以上に短くなるのを抑制することができる。そして、イナーシャ起因トルクの大きさが必要以上に大きくなるのを抑制することにより、直行トルクＴｍｐの大きさが必要以上に大きくなるのを抑制し、車両全体の損失の増加を抑制し、車両全体のエネルギ効率の低下を抑制することができる。
また、実施例のハイブリッド自動車２０では、後進走行する際にモータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングするときには、要求トルクＴｒ＊が小さい（絶対値としては大きい）ときに要求トルクＴｒ＊が大きい（絶対値としては小さい）ときよりも大きくなるように要求回転数Ｎｅｔａｇを設定し、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を上昇レートＲｕｐを用いて要求回転数Ｎｅｔａｇに向けて上昇させる。これにより、要求トルクＴｒ＊が比較的小さいときでも、イナーシャ起因トルクを生じさせる時間をある程度確保することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、後進走行する際において、要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ未満になったとき（要求トルクＴｒ＊の絶対値が定格トルクＴｍ２ｌｉｍの絶対値よりも大きくなったとき）に、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを開始するものとした。しかし、後進走行する際において、要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍよりも若干大きい閾値未満になったときに、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを開始するものとしてもよい。また、後進走行する際には、要求トルクＴｒ＊に拘わらず、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを開始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、後進走行する際において、要求トルクＴｒ＊がモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ未満になった後に定格トルクＴｍ２ｌｉｍ以上になったときには、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを継続するものとした。しかし、後進走行する際において、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを行なっているときに、要求トルクＴｒ＊が定格トルクＴｍ２ｌｉｍ以上になったときには、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを終了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、後進走行する際において、要求トルクＴｒ＊が小さい（後進走行用の値として大きい）ときに要求トルクＴｒ＊が大きいときよりも大きくなるように、具体的には、要求トルクＴｒ＊が小さいほど大きくなる傾向にエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇを設定するものとした。しかし、後進走行する際において、要求トルクＴｒ＊を考慮せずにエンジン２２の要求回転数Ｎｅｔａｇを設定するものとしてもよい。
実施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「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「第１モータ」に相当し、プラネタリギヤ３０が「プラネタリギヤ」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。
なお、実施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、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。
２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ クランクポジションセンサ、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 プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、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、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ＥＣＵ５２）、５４ 電力ライン、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (3)

  1. エンジンと、
    動力を入出力可能な第１モータと、
    前記第１モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と車軸に連結された駆動軸とに３つの回転要素が共線図において前記回転軸，前記出力軸，前記駆動軸の順に並ぶように接続されたプラネタリギヤと、
    前記駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、
    前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやりとり可能なバッテリと、
    後進走行する際には、走行用の要求トルクに応じて走行するように少なくとも前記第２モータを制御する制御手段と、
    を備えるハイブリッド自動車であって、
    前記制御手段は、前記後進走行する際に、燃料噴射を行なっていない前記エンジンを前記第１モータによってモータリングするときには、前記要求トルクの絶対値が大きいときに該要求トルクの絶対値が小さいときよりも大きくなるように前記エンジンの回転数の単位時間あたりの上昇量の目標値である目標上昇率を設定し、前記エンジンの回転数が前記目標上昇率で上昇するように前記第１モータを制御する手段である、
    ハイブリッド自動車。
  2. 請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
    前記制御手段は、前記後進走行する際に、前記要求トルクの絶対値が閾値よりも大きくなったときに、前記第１モータによる前記エンジンのモータリングを開始する手段である、
    ハイブリッド自動車。
  3. 請求項１または２記載のハイブリッド自動車であって、
    前記制御手段は、前記後進走行する際に、前記エンジンを前記第１モータによってモータリングするときには、前記要求トルクの絶対値が大きいときに該要求トルクの絶対値が小さいときよりも大きくなるように要求回転数に設定し、前記エンジンの回転数が前記要求回転数まで上昇するように前記第１モータを制御する手段である、
    ハイブリッド自動車。
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