JP4196958B2 - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関する。
従来、この種のハイブリッド車としては、車軸にギヤ機構を介して連結された駆動軸に遊星歯車機構を介して内燃機関とモータＭＧ１とを接続すると共に駆動軸にモータＭＧ２を接続し、エンジンの始動要求が運転者の意思に基づくものであるか否かによってエンジンの始動形態を選択するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車では、運転者が要求パワーを要求しているときのように運転者の意図によるエンジン始動のときには比較的大きなクランキングトルクをもってモータＭＧ１を駆動制御し、バッテリの残容量が少なくなったときなどのように運転者の意図しないエンジン始動のときには比較的小さなクランキングトルクをもってモータＭＧ１を駆動制御することにより、運転者の意図しないエンジン始動の際のトルクショックを低減している。
特開２００４−１４３９５７号公報
こうしたハイブリッド車では、エンジンを始動する際のトルクショックを低減するだけでなく、ギヤ機構におけるガタ打ちのショックや歯打ち音の発生を抑制することも課題の一つとして考えられる。一方、運転者の要求にはできるだけ対処することが望ましい。したがって、これらの両立を図ることが望まれる。
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、内燃機関を始動する際にギヤのガタ打ちのショックや歯打ち音が生じるのを抑制することを目的の一つとする。また、本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、運転者の要求に対処することを目的の一つとする。さらに、本発明のハイブリッド車は、蓄電装置の過放電を抑制することを目的の一つとする。
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部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車は、
車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、動力を入出力可能な電動機とを備えるハイブリッド車であって、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、
前記駆動軸と前記電動機の回転軸とをギヤ機構により接続すると共に両軸の間で動力を伝達可能なギヤ式動力伝達手段と、
前記電動機および前記電力動力入出力手段と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸に出力すべき要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
所定の運転停止条件の成立に基づく前記内燃機関の停止要求と所定の運転開始条件の成立に基づく前記内燃機関の始動要求とを行なう停止始動要求手段と、
前記停止始動要求手段により前記始動要求がなされたとき、前記ギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件を満たすときには前記内燃機関が始動されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記ギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件を満たさないときには前記始動要求に拘わらずに該内燃機関の運転停止した状態を継続して前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明のハイブリッド車では、所定の運転開始条件の成立に基づく内燃機関の始動要求がなされたときにギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件を満たすときには、内燃機関が始動されると共に駆動軸に出力すべき要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。一方、所定の運転開始条件の成立に基づく内燃機関の始動要求がなされたときにギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件を満たさないときには、始動要求に拘わらずに内燃機関の運転停止した状態を継続して要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。これにより、内燃機関を始動する際にギヤ機構にガタ打ちのショックや歯打ち音が生じるのを抑制することができる。この結果、ドライバビリティの悪化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車において、前記制御手段は、前記始動要求がなされたときに、前記電動機から出力しているトルクが所定トルク以上のときには前記ギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件の一つを満たすとして前記内燃機関が始動されるよう制御し、前記電動機から出力しているトルクが前記所定トルク未満のときには前記ギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件の一つを満たさないとして前記内燃機関の運転停止した状態を継続するよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、ギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件を満たしているか否かをより適正に判定することができる。
また、本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記始動要求がなされたときに、前記設定された要求駆動力が所定駆動力以上のときには前記ギヤ機構のガタ詰めの程度に拘わらずに前記内燃機関が始動されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、運転者の要求に対処することができる。
さらに、本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記始動要求がなされたときに、前記蓄電手段の蓄電量が所定蓄電量未満のときには前記ギヤ機構のガタ詰めの程度に拘わらずに前記内燃機関が始動されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の過放電を抑制することができる。この場合、前記制御手段は、前記始動要求がなされたときに前記蓄電手段の蓄電量が前記所定蓄電量以上であり且つ前記ギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件を満たさないことにより前記内燃機関の運転停止した状態を継続している最中に前記蓄電手段の蓄電量が前記所定蓄電量未満に至ったときには前記ギヤ機構のガタ詰めの程度に拘わらずに前記内燃機関が始動されるよう制御する手段であるものとすることもできる。
或いは、本発明のハイブリッド車において、前記設定された要求駆動力に基づいて前記駆動軸に要求される要求パワーを設定する要求パワー設定手段を備え、前記停止始動要求手段は、前記蓄電手段の蓄電量が小さいほど小さくなる傾向に閾値を設定し前記設定された要求パワーが該設定した閾値より大きいときには前記所定の運転開始条件が成立するとして前記内燃機関の始動要求を行なう手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の残容量が小さいほど所定の運転開始条件の成立を容易にすることができる。
本発明のハイブリッド車において、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した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、前記回転軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える手段であるものとすることもできるし、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、前記第１の回転子と前記第２の回転子との相対的な回転により回転する対回転子電動機であるものとすることもできる。
本発明のハイブリッド車の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、前記駆動軸と前記電動機の回転軸とをギヤ機構により接続すると共に両軸の間で動力を伝達可能なギヤ式動力伝達手段と、前記電動機および前記電力動力入出力手段と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
所定の運転開始条件の成立に基づく前記内燃機関の始動要求がなされたとき、前記ギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件を満たすときには前記内燃機関が始動されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記ギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件を満たさないときには前記始動要求に拘わらずに該内燃機関の運転停止した状態を継続して前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
ことを特徴とする。
この本発明のハイブリッド車の制御方法によれば、所定の運転開始条件の成立に基づく内燃機関の始動要求がなされたときにギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件を満たすときには、内燃機関が始動されると共に駆動軸に出力すべき要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。一方、所定の運転開始条件の成立に基づく内燃機関の始動要求がなされたときにギヤ機構のガタ詰めの程度が所定条件を満たさないときには、始動要求に拘わらずに内燃機関の運転停止した状態を継続して要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。これにより、内燃機関を始動する際にギヤ機構にガタ打ちのショックや歯打ち音が生じるのを抑制することができる。この結果、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。
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、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、減速ギヤ３５を介して動力分配統合機構３０に接続されたモータＭＧ２と、車両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２２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）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。
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にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５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からギヤ機構３７，デファレンシャルギヤ３８，車軸３６を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに出力される。
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、共に発電機として駆動することが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として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２の一方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とモータＭＧ２と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、共に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からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２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、回転位置検出センサ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンによりモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。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。
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電圧センサ５１ａからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた電流センサ５１ｂからの充放電電流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。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサ５１ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて残容量ＳＯＣも演算している。
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の踏み込み量に対応したアクセル開度Ａｃｃ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。なお、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。
こうして構成された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とに基づいて駆動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ハイブリッド自動車２０の動作について説明する。図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆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、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に実行される。
駆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、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や車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の残容量ＳＯＣ，バッテリ５０が充放電すべき充放電要求パワーＰｂ＊，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔなどのデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、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の回転子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。また、残容量ＳＯＣは、電流センサ５１ｂにより検出される充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて計算されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。充放電要求パワーＰｂ＊は、バッテリ５０の残容量ＳＯＣなどに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。さらに、出力制限Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂと残容量ＳＯＣとに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信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、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊とエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖ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ＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶した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。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｅ＊は、要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０が充放電すべき充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和により設定するものとした。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除することにより求めたり、車速Ｖに換算計数ｋを乗じることにより求めたりすることができる。
続いて、バッテリ５０の残容量ＳＯＣに基づいて閾値Ｐｒｅｆを設定し（ステップＳ１２０）、要求パワーＰｅ＊を閾値Ｐｒｅｆと比較すると共にバッテリ５０の残容量ＳＯＣを閾値Ｓｒｅｆと比較することによりエンジン２２を運転するか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、閾値Ｐｒｅｆは、エンジン２２を運転するか否かを運転者の要求に基づいて判定するために用いられるものであり、実施例では、バッテリ５０の残容量ＳＯＣと閾値Ｐｒｅｆとの関係を予め定めてマップとして記憶しておき、残容量ＳＯＣが与えられると記憶したマップから対応する閾値Ｐｒｅｆを導出して設定するものとした。バッテリ５０の残容量ＳＯＣと閾値Ｐｒｅｆとの関係の一例を図４に示す。閾値Ｐｒｅｆは、図示するように、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが小さいほど小さくなる傾向に設定するものとした。これにより、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが小さいほど、エンジン２２が運転されているときにはその状態が保持されやすくなり、エンジン２２が運転停止されているときには始動要求がなされやすくなる。このように閾値Ｐｒｅｆを設定する理由については後述する。また、閾値Ｓｒｅｆは、エンジン２２を運転するか否かをバッテリ５０の状態に基づいて判定するために用いられるものであり、バッテリ５０の特性などにより定められる。
要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ以下であり且つバッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上のときには、エンジン２２の運転を停止すべきであると判断し、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊に共に値０を設定すると共に（ステップＳ１４０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ１５０）、バッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔをモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除することによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Ｔｍａｘを計算すると共に（ステップＳ１６０）、要求トルクＴｒ＊を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除することによりモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを計算し（ステップＳ１７０）、計算した仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐをトルク制限Ｔｍａｘで制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２７０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。
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，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とについてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ２８０）、駆動制御ルーチンを終了する。値０の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が運転されているときにはその運転を停止し、エンジン２２が運転停止されているときにはその状態を保持する。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
一方、ステップＳ１３０で要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆより大きいときやバッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ未満のときには、エンジン２２を運転すべきであると判断し、エンジン２２が運転停止されているか否かを判定する（ステップＳ１８０）。エンジン２２が運転停止されていない、即ち運転されていると判定されたときには、要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ２３０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーＰｅ＊とに基づいて目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定することにより行なわれる。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する様子を図５に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。
目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を次式（１）により計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を式（２）により計算する（ステップＳ２４０）。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。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軸はリングギヤ３２（リングギヤ軸３２ａ）の回転数Ｎｒを示す。モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊は、この共線図における回転数の関係を用いることにより容易に導くことができる。したがって、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御することによりエンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。式（２）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における関係式であり、式（２）中、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。なお、図６におけるＲ軸上の上向きの２つの太線矢印は、エンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに直接伝達されるトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。
Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/(Gr・ρ) …(1)
Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt …(2)
モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりトルク制限Ｔｍａｘを次式（３）により計算すると共に（ステップＳ２５０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとを用いて仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（４）により計算し（ステップＳ２６０）、計算した仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐをトルク制限Ｔｍａｘで制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２７０）。なお、式（４）は、前述した図６の共線図から容易に導き出すことができる。
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（３）
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …（４）
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，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を対応する各ＥＣＵに送信して（ステップＳ２８０）、駆動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を始動すると共にエンジン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。
ステップＳ１８０でエンジン２２が運転停止されていると判定されたときには、エンジン２２の始動要求がなされていると判断し、モータＭＧ２から出力されているトルクとして前回設定されたモータＭＧ２のトルク指令（前回Ｔｍ２＊）を閾値Ｔｍ２ｒｅｆと比較する（ステップＳ１９０）。ここで、閾値Ｔｍ２ｒｅｆは、ギヤ機構３７やデファレンシャルギヤ３８などにおいてギヤのガタ詰めが行なわれているか否か、即ちガタ打ちのショックや歯打ち音を生じるおそれがないか否かを判定するために用いられるものであり、実施例では、エンジン２２を始動する際に駆動軸としてのリングギヤ３２ａに作用するトルク脈動の最大振幅に略一致するトルクやそれより大きいトルクを減速ギヤ３５の減速比Ｇｒで除したものを設定するものとした。いま、エンジン２２を始動するときを考える。このとき、モータＭＧ１のモータリングによってエンジン２２のピストンの往復運動やピストンの摩擦に起因するトルク脈動などが駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに作用する。このため、モータＭＧ２からリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクが比較的小さいときには、トルク脈動によってリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクの符号が反転し、これによってギヤ機構３７やデファレンシャルギヤ３８などにおいてガタ打ちのショックや歯打ち音を生じる場合がある。ステップＳ１９０の処理は、こうしたガタ打ちのショックや歯打ち音を生じるおそれがないか否かを判定するのである。モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）が閾値Ｔｍ２ｒｅｆ以上のときには、ギヤのガタ詰めが行なわれておりガタ打ちのショックや歯打ち音を生じるおそれはないと判断し、エンジン２２を始動し（ステップＳ２２０）、ステップＳ２３０以降の処理を実行する。
ステップＳ１９０でモータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）が閾値Ｔｍ２ｒｅｆ未満のときには、要求トルクＴｒ＊を閾値Ｔｒｅｆと比較する（ステップＳ２００）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、運転者がアクセルペダル８３を比較的大きく踏み込んだときなどのように駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに比較的大きなトルクが要求されているか否かを判定するために用いられるものであり、車両の特性などにより定められる。要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上のときには、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに比較的大きなトルクが要求されていると判断し、エンジン２２を始動し（ステップＳ２２０）、ステップＳ２３０以降の処理を実行する。これにより、運転者の加速要求に対処することができる。なお、このときには、ギヤ機構３７やデファレンシャルギヤ３８などにおいてガタ打ちのショックや歯打ち音を生じるおそれはあるものの、運転者が加速要求をしていることから、これらは許容される。一方、要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満のときには、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを閾値Ｓｒｅｆと比較する（ステップＳ２１０）。ここで、閾値Ｓｒｅｆは、実施例では、ステップＳ１３０の処理で用いられる値と同一の値を設定するものとするが、異なる値を設定するものとしてもよい。バッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上のとき、即ちエンジン２２の始動要求がなされたときにギヤ機構３７やデファレンシャルギヤ３８などにおいてガタ打ちのショックや歯打ち音を生じるおそれがあり且つ駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求されているトルクはそれほど大きくなく且つバッテリ５０の残容量ＳＯＣもそれほど低下していないときには、エンジン２２の始動要求に拘わらずエンジン２２の運転停止状態が保持されるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊に共に値０を設定し（ステップＳ１４０）、ステップＳ１５０以降の処理を実行する。これにより、エンジン２２を始動する際に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに作用するトルク脈動によってギヤ機構３７やデファレンシャルギヤ３８などにガタ打ちのショックや歯打ち音を生じるのを抑制することができる。一方、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ未満のときには（ステップＳ２１０）、エンジン２２を始動し（ステップＳ２２０）、ステップＳ２３０以降の処理を実行する。これにより、バッテリ５０の過放電を抑制することができる。なお、エンジン２２の始動要求がなされたときに（ステップＳ１３０，Ｓ１８０）、モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）が閾値Ｔｍ２ｒｅｆ未満であり要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満でありバッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上であって（ステップＳ１７０〜Ｓ１９０）エンジン２２の運転停止状態が保持されている最中に（ステップＳ１４０）バッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ未満に至ったときにも、モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）および要求トルクＴｒ＊に拘わらずにエンジン２２は始動される（ステップＳ２２０）。しかしながら、これらのようにバッテリ５０の状態に基づいてエンジン２２を始動する場合には、エンジン２２を始動する際にギヤ機構３７やデファレンシャルギヤ３８などにガタ打ちのショックや歯打ち音を生じるおそれがあるから、ドライバビリティの悪化を抑制するため、バッテリ５０の状態に基づくエンジン２２の始動はできるだけ避けることが好ましい。前述したステップＳ１２０でバッテリ５０の残容量ＳＯＣが小さいほど小さくなる傾向に閾値Ｐｒｅｆを設定するのはこのためである。即ち、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが小さいほど、エンジン２２が運転されているときにはエンジン２２の運転の継続を容易にすることによりバッテリ５０の残容量ＳＯＣの低下を抑制し、エンジン２２が運転停止されているときにはエンジン２２の始動要求の条件の成立を容易にすることによりバッテリ５０の残容量ＳＯＣの低下に基づくエンジン２２の始動頻度を低減するのである。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２の始動要求がなされたとき、モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）がギヤのガタ詰めが行なわれているかを判定するための閾値Ｔｍ２ｒｅｆ以上のときにはエンジン２２を始動し、モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）が閾値Ｔｍ２ｒｅｆ未満のときにはエンジン２２を始動しないから、ギヤ機構３７やデファレンシャルギヤ３８などにガタ打ちのショックや歯打ち音を生じるのを抑制することができる。しかも、モータＭＧ２から出力されるトルク（前回Ｔｍ２＊）が閾値Ｔｍ２ｒｅｆ未満であっても要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上のときやバッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ未満のときにはエンジン２２を始動するから、前者では運転者の加速要求に対処することができ、後者ではバッテリ５０の過放電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によれば、エンジン２２を運転するか否かを判定するための閾値Ｐｒｅｆをバッテリ５０の残容量ＳＯＣが小さいほど小さくなる傾向に設定するから、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが小さいほど、エンジン２２が運転されているときにはその状態が継続されやすくなり、エンジン２２が運転停止されているときにはエンジン２２の始動要求の条件が成立しやくすなる。この結果、バッテリ５０の残容量ＳＯＣの低下を抑制したり、バッテリ５０の残容量ＳＯＣの低下に基づくエンジン２２の始動頻度を低減することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、主として、図２の駆動制御ルーチンのステップＳ１３０，Ｓ１８０でエンジン２２の始動要求がなされたときにステップＳ１９０〜Ｓ２１０の条件のうちのいずれかの成立によってエンジン２２を始動する処理について説明したが、この場合、エンジン２２の停止要求がなされたときには、ステップＳ１９０〜Ｓ２１０の条件のうちのいずれの条件の成立によりエンジン２２が始動されたかによってエンジン２２を停止する条件を設定するものとしてもよい。例えば、バッテリ５０の状態に基づいてエンジン２２が始動されたときには（ステップＳ２１０，Ｓ２２０）バッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆより大きい閾値Ｓｒｅｆ２（例えば、５３％や５５％など）以上となったときにエンジン２２を運転停止し、モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）または要求トルクＴｒ＊に基づいてエンジン２２が始動されたときには（ステップＳ１９０，Ｓ２００，Ｓ２２０）バッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆより大きく且つ閾値Ｓｒｅｆ２より小さい閾値Ｓｒｅｆ３（例えば、５０％など）以上となったときにエンジン２２を運転停止するものとしてもよい。こうすれば、バッテリ５０の状態によらずにエンジン２２が始動されたときには、バッテリ５０の状態に基づいてエンジン２２が始動されたときに比してバッテリ５０の残容量ＳＯＣが小さい状態でエンジン２２を運転停止することができるから、エネルギ効率の向上を図ることができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、図４で例示したように、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが小さいほど小さくなる傾向に閾値Ｐｒｅｆを設定するものとしたが、バッテリ５０の残容量ＳＯＣに拘わらず固定値を閾値Ｐｒｅｆに設定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、エンジン２２の始動要求がなされたとき、モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）を用いてギヤ機構３７やデファレンシャルギヤ３８などにガタ打ちのショックや歯打ち音を生じるおそれがあるか否かを判断するものとしたが、モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）に限られず、ガタ打ちのショックや歯打ち音を生じるおそれがあるか否かを判断することができるものであればよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の始動要求がなされたとき、モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）が閾値Ｔｍ２ｒｅｆ未満であっても要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上のときにはエンジン２２を始動するものとしたが、モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）が閾値Ｔｍ２ｒｅｆ未満のときには要求トルクＴｒ＊に拘わらずエンジン２２を始動しないものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の始動要求がなされたとき、モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）が閾値Ｔｍ２ｒｅｆ未満であってもバッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ未満のときには、エンジン２２を始動するものとしたが、モータＭＧ２から出力されているトルク（前回Ｔｍ２＊）が閾値Ｔｍ２ｒｅｆ未満のときには、バッテリ５０の残容量ＳＯＣに拘わらずエンジン２２を始動しないものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪３９ａ，３９ｂが接続された車軸３６）とは異なる車軸（図７における車輪３９ｃ，３９ｄに接続された車軸３６ｂ）に接続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、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図８の変形例のハイブリッド自動車２２０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２３２と駆動輪３９ａ，３９ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸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２３０を備えるものとしてもよい。
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。 ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動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。 バッテリ５０の残容量ＳＯＣと閾値Ｐｒｅｆとの関係の一例を示す説明図である。 エンジン２２の動作ラインと目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
２０，１２０，２２０，３２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、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、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、３６，３６ｂ 車軸、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ 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ＥＣＵ）、５４ 電力ライン、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、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ、２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (7)

  1. 車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、動力を入出力可能な電動機とを備えるハイブリッド車であって、
    前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、
    前記駆動軸と前記電動機の回転軸とをギヤ機構により接続すると共に両軸の間で動力を伝達可能なギヤ式動力伝達手段と、
    前記電動機および前記電力動力入出力手段と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
    前記駆動軸に出力すべき要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
    所定の運転停止条件の成立に基づく前記内燃機関の停止要求と所定の運転開始条件の成立に基づく前記内燃機関の始動要求とを行なう停止始動要求手段と、
    前記停止始動要求手段により前記始動要求がなされたとき、前記電動機から出力しているトルクが所定トルク以上のときには前記内燃機関が始動されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記電動機から出力しているトルクが前記所定トルク未満のときには前記始動要求に拘わらずに該内燃機関の運転停止した状態を継続して前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
    を備えるハイブリッド車。
  2. 前記制御手段は、前記始動要求がなされたときに、前記設定された要求駆動力が所定駆動力以上のときには前記電動機から出力しているトルクに拘わらずに前記内燃機関が始動されるよう制御する手段である請求項１記載のハイブリッド車。
  3. 前記制御手段は、前記始動要求がなされたときに、前記蓄電手段の蓄電量が所定蓄電量未満のときには前記電動機から出力しているトルクに拘わらずに前記内燃機関が始動されるよう制御する手段である請求項１または２記載のハイブリッド車。
  4. 前記制御手段は、前記始動要求がなされたときに前記蓄電手段の蓄電量が前記所定蓄電量以上であり且つ前記電動機から出力しているトルクが前記所定トルク未満であることにより前記内燃機関の運転停止した状態を継続している最中に前記蓄電手段の蓄電量が前記所定蓄電量未満に至ったときには前記電動機から出力しているトルクに拘わらずに前記内燃機関が始動されるよう制御する手段である請求項３記載のハイブリッド車。
  5. 請求項１ないし４いずれか記載のハイブリッド車であって、
    前記設定された要求駆動力に基づいて前記駆動軸に要求される要求パワーを設定する要求パワー設定手段を備え、
    前記停止始動要求手段は、前記蓄電手段の蓄電量が小さいほど小さくなる傾向に閾値を設定し、前記設定された要求パワーが該設定した閾値より大きいときには前記所定の運転開始条件が成立するとして前記内燃機関の始動要求を行なう手段である
    ハイブリッド車。
  6. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した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、前記回転軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える手段である請求項１ないし５いずれか記載のハイブリッド車。
  7. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、前記第１の回転子と前記第２の回転子との相対的な回転により回転する対回転子電動機である請求項１ないし５いずれか記載のハイブリッド車。
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