JP4306085B2 - 燃料電池を備える車両およびその制御方法 - Google Patents

燃料電池を備える車両およびその制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4306085B2
JP4306085B2 JP2000110709A JP2000110709A JP4306085B2 JP 4306085 B2 JP4306085 B2 JP 4306085B2 JP 2000110709 A JP2000110709 A JP 2000110709A JP 2000110709 A JP2000110709 A JP 2000110709A JP 4306085 B2 JP4306085 B2 JP 4306085B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
fuel cell
battery
power source
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000110709A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2001224105A (ja
Inventor
淳 田端
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2000110709A priority Critical patent/JP4306085B2/ja
Priority to EP00110847A priority patent/EP1055545B1/en
Priority to DE60007917T priority patent/DE60007917T2/de
Priority to US09/576,444 priority patent/US6672415B1/en
Publication of JP2001224105A publication Critical patent/JP2001224105A/ja
Priority to US10/686,861 priority patent/US7028795B2/en
Priority to US11/325,501 priority patent/US7273120B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4306085B2 publication Critical patent/JP4306085B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Control Of Transmission Device (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電手段を備える車両に関し、その一態様として燃料電池を備える車両およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンと電動機とを動力源とするハイブリッド車両が提案されている。ハイブリッド車両の一形態として、電動機とエンジンの双方の動力を駆動軸に出力可能なパラレルハイブリッド車両と呼ばれる構成がある。パラレルハイブリッド車両は、電動機を適宜動力源として用いることにより、エンジンを効率の良い領域で運転させることができる。また、電動機による回生制動を行うことにより、車両の運動エネルギを電力として回収することができる。これらの作用に基づき、ハイブリッド車両は、燃費および環境性に優れるという特性を有する。
【０００３】
こうしたパラレルハイブリッド車両の中には、電動機の電源として燃料電池を搭載した車両も提案されている（例えば、特開平３−１４８３３０記載の車両）。燃料電池とは、燃料として最終的に供給される水素の酸化により発電を行う装置をいう。燃料電池から排出されるのは、水蒸気であり、有害な成分が含まれないため環境性に非常に優れるという利点がある。
【０００４】
但し、燃料電池は、昨今開発が行われている装置である。従って、燃料電池の出力特性と従来の熱機関の有する特性の長所どうしを最適に組みあわせる点でまだ不十分であった。燃料電池を搭載したハイブリッド車両の提案は、かかる状況を踏まえてなされたものであり、広く普及しているエンジンの特性と、燃料電池の特性との活用を図ったものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃料電池を搭載した従来のハイブリッド車両では、燃料電池が限定的に用いられているに過ぎず、燃料電池の特性が十分に活かされていなかった。また、燃費に優れるというハイブリッド車両としての特性も十分に活かされていなかった。一般に燃料電池で発電を行う際には、十分に暖機する必要があり、その意味で発電要求に対する応答性が低い特性があるが、かかる特性を補償して要求電力を出力する方法についても十分な検討がなされていなかった。
【０００６】
エンジンは、出力トルクに脈動その他の変動を生じるのが通常である。駆動軸にトルクを出力する機関として、エンジンの他に電動機を備える車両では、電動機のトルクを制御することにより、エンジンから駆動軸に出力されるトルク変動を抑制することができる。トルク変動を抑制する制御において、燃料電池を電動機の電源としてどのように活用すべきかという点についても十分に検討されていなかった。
【０００７】
エンジンからのトルクが要求トルクよりも大きいときは、電動機を回生運転し、負荷を与えることにより、要求トルクを実現できる。エンジンからのトルクが要求トルクに満たない場合には、電動機を力行運転することにより、要求トルクを実現できる。このように、トルク変動の抑制には、電動機との間で電力の抽出および供給の双方を伴うのが通常である。従来は、二次電池を用いてかかる制御がなされていたが、燃料電池は発電のみを行う発電手段の一種であるため、二次電池を置換することはできない。
【０００８】
二次電池を用いてトルク変動を抑制する場合、電動機との間での電力の抽出および供給の収支がとれず、二次電池の電力を過度に消費することが多いという課題が指摘されていた。電動機から回生する電力を二次電池に充電する際に生じる充電効率、二次電池に蓄えられた電力を放電する際に生じる放電効率に起因して、トルク変動を抑制するための機械的動力と二次電池の電力との変換に損失が生じるためである。ここで生じる損失を他の電源で補償する提案がなされており、燃料電池をかかる補償用の電源として利用することは可能である。例えば、制振のために電動機を力行する際に、二次電池の放電は、先に回生で得られた電力までに留め、不足分の電力を燃料電池から供給する態様が挙げられる。しかしながら、二次電池から供給される電力は、充電時の損失および放電時の損失の双方の影響を受けた低効率の電力である。かかる電力を主として使用することは、制振時のエネルギ効率の低下を招く。このような利用は、発電効率に優れる燃料電池の利点を十分に活用したものとは言えない。同様の課題は、トルク変動を抑制するための電源として、二次電池と何らかの発電手段を備える車両において共通の課題であった。
【０００９】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、燃料電池を搭載したハイブリッド車両において、燃料電池の有する特性およびハイブリッド車両の有する特性をさらに有効活用する技術を提供することを目的とする。また、熱機関から出力されるトルク変動を電動機のトルクにより効率的に抑制する技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題を解決するために、本発明は次の構成を採った。
本発明のハイブリッド車両は、
電動機と熱機関とを動力源として備えるハイブリッド車両であって、
前記電動機の電源として燃料電池と、二次電池とを備えるとともに、両者から電動機に供給される電力をそれぞれ調整可能な調整手段を備え、
車両の運転状態に応じて、前記電源および動力源の作動を制御する制御手段を備えることを要旨とする。
【００１１】
かかるハイブリッド車両によれば、電源として燃料電池と二次電池とを備える。既に説明した通り、燃料電池は環境性に優れた高効率のエネルギ源であるという特性を有している。その一方で、燃料電池は、燃料の酸化反応によって発電するため、燃料を消費した後は十分な発電を行うことができない短所がある。また、反応が進み、発電が開始されるまでに時間遅れが生じるという短所もある。これに対し、二次電池は、電力を消費した後でも、充電によって電力状態を回復することができる可逆的なエネルギ源であり、速やかに電力を供給することができるという特性を有している。
【００１２】
上記ハイブリッド車両は、このように特性の異なる２種類の電源を搭載し、制御手段によって両者を適宜使い分けることによって、それぞれの電源の特性を活かした運転を実現することができる。燃料電池のみを電源として搭載したハイブリッド車両では、燃料電池用の燃料を消費した後は電動機を動力源として使用することができないという制約が生じる。これに対し、本発明のハイブリッド車両では、２種類の電源を搭載し、両者を使い分けることによって、電源に起因する制約を抑えて柔軟に電動機を駆動することが可能となる。従って、上記ハイブリッド車両によれば、電動機と熱機関という２種類の動力源の特性をそれぞれ活かした運転を実現することができる。さらに、二次電池を搭載しているため、回生制動により車両の運動エネルギを電力として回収することも可能である。これらの作用により、本発明のハイブリッド車両は、燃料電池としての特性、およびハイブリッド車両としての特性を活かし、燃費および環境性に優れた運転を実現することができる。なお、熱機関とは、内燃機関および外燃機関など熱を利用して動力を出力する種々の機関を含む。本明細書にいう動力とは、ハイブリッド車両の走行に直接利用される動力に限らないことはいうまでもない。例えば、発電のみに利用する態様で熱機関から動力を出力する場合も含まれる。
【００１３】
本発明のハイブリッド車両において、前記電源および動力源の使い分けについては、車両の運転状態に応じて以下に示す種々の設定が可能である。
例えば、本発明のハイブリッド車両において、
前記二次電池の残容量を検出する残容量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記運転状態が前記電動機を動力源とするよう予め設定された状態にある場合において、前記残容量が予め設定された所定値以上の場合には前記燃料電池の残燃料量に関わらず前記二次電池を電源として使用することにより前記二次電池を優先的に使用して該電動機を駆動する手段であるものとすることができる。
【００１４】
かかるハイブリッド車両によれば、二次電池の残容量が所定値以上の高い状態にある場合には、二次電池を電源として電動機を駆動する。先に説明した通り、二次電池は充電することにより残容量を回復することができる。また、回生制動によって車両の運動エネルギを回収するためには、二次電池の満充電に対して余裕のある充電状態までに留めることが好ましい。残容量が十分残っている場合に、二次電池を積極的に利用することにより、二次電池についての上述の特性を活用することができる。
【００１５】
上記ハイブリッド車両において、二次電池の残容量が所定値よりも小さい場合には、熱機関を動力源として使用するものとしてもよいが、
かかる場合には、さらに、前記残容量が前記所定値よりも小さい場合には、前記燃料電池を電源として前記電動機を駆動する手段であるものとすることも好ましい。
【００１６】
このように制御することにより、二次電池の残容量が低い場合でも、電動機を駆動することができる。その分、電動機を広い範囲で活用することができる。電動機は熱機関よりも環境性に優れる動力源である。また、燃料電池も環境性に優れる電源である。従って、上記ハイブリッド車両のように、二次電池の残容量が比較的少ない場合に燃料電池を活用すれば、燃料電池用の燃料の消費を抑えつつ、環境性に優れた運転を実現することができる。これらの制御は、電源について二次電池を燃料電池よりも優先的に使用する制御とほぼ同義である。
【００１７】
以上で説明した電源の使い分けの基準となる所定値は、燃料電池の発電能力、燃料電池用の燃料の搭載量、二次電池の充電容量などに基づいて、車両を円滑かつ効率よく運転可能な範囲で適宜設定することができる。
例えば、所定値については、次の設定を行うものとしてもよい。
即ち、前記制御手段が、さらに、前記燃料電池を電源とする場合において、該燃料電池から前記電動機の駆動に必要な電力の十分な供給が行われるまでの過渡期では、不足分の電力を前記二次電池からの電力で補償する手段である場合には、
前記所定値は、前記補償を実現可能な電力に基づいて設定された残容量であるものとすることができる。
【００１８】
燃料電池は、発電を開始してから、実際に所望の電力が得られるまでに時間遅れが生じるのが通常である。上述の制御によれば、燃料電池から所望の電力が得られるまでの過渡期においては、二次電池により電力の不足を補償することができる。上述の所定値の設定によれば、かかる補償を実現可能な電力量を二次電池に残した状態で燃料電池への電源の切り替えが行われる。従って、上記電力の補償を確実に行うことができ、電力の極端な変動を伴うことなく、円滑に電源を切り替えることができる。
【００１９】
本発明のハイブリッド車両において、動力源の使い分けも種々の設定が可能である。例えば、
高トルクを要求する状態として予め設定された条件を具備するか否かを判定する高トルク判定手段を備え、
前記制御手段は、高トルクを要求する状態に該当すると判定された場合に、前記熱機関と前記電動機の双方を動力源として駆動する手段であるものとすることができる。
こうすれば、双方の動力源を併用して、非常に高いトルクを出力することができる。
【００２０】
ここで、高トルクを要求する状態に対応した条件も種々の設定が可能である。
例えば、
車両がアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を備える場合には、
前記条件は、アクセル開度の変化率が予め設定された所定値以上となる条件であるものとすることができる。
急加速を行うために、運転者がアクセルを急激に踏み込むことにより、高トルクが要求されたものと判定されることになる。
【００２１】
また、別の条件として、
要求トルクを入力する要求トルク入力手段を備え、
前記条件は、要求トルクが予め設定された所定値以上となる条件であるものとすることもできる。
【００２２】
要求トルクは直接入力するものとしてもよいし、例えば、アクセル開度と車速とに基づいて設定するものとしてもよい。かかる条件では、例えば、登坂路などでアクセルの踏み込み量の絶対値が大きくなることにより、高トルクが要求されたものと判定されることになる。
【００２３】
さらに、別の条件として、
高トルクを要求する運転モードを、該車両の運転者が選択するためのスイッチを備え、
前記高トルク判定手段は、該スイッチの操作状態に基づいて前記判定を行う手段であるものとすることができる。
こうすれば、運転者の操作に応じて高トルクを出力することが可能となり、ハイブリッド車両の利便性が向上する。
【００２４】
スイッチとしては、上記運転モードの選択に固有のスイッチとすることもできるし、その他の機能を兼用するスイッチとすることもできる。例えば、熱機関および電動機からの動力を、自動変速機を介して出力するよう構成されている場合を考える。自動変速機は車速等に応じて所定のマップに従ってギヤ比を変更する。かかる構成の車両においては、自動変速機の変速モードを変更するスイッチを上述の運転モードを選択するためのスイッチとして兼用することができる。例えば、車速に対し、通常よりもギヤ比の大きい変速段を使用する変速モードが設定されている場合には、スイッチの操作によって該モードが選択された場合に、高トルクが要求されているものと判定することができる。また、自動変速を解除し、手動での変速モードが選択された場合に、高トルクが要求されているものと判定することもできる。
【００２５】
高トルクが要求された場合において電動機を駆動するための電源の使い分けについても種々の設定が可能であるが、
前記二次電池の残容量を検出する残容量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記残容量が予め設定された所定値以上の場合に、前記二次電池を電源として該電動機を駆動する手段であるものとすることが望ましい。
また、かかる場合においては、さらに、前記残容量が前記所定値よりも小さい場合には、前記燃料電池を電源として前記電動機を駆動する手段であるものとすることが望ましい。
【００２６】
即ち、二次電池を燃料電池よりも優先して使用することが望ましい。こうすることにより、先に説明した通り、燃料電池と二次電池のそれぞれの特性を活かした電源の使い分けが可能となる。なお、上記所定値についても、先に説明したのと同様、二次電池の容量などに応じて適切な値を設定することができる。
【００２７】
本発明のハイブリッド車両においては、
前記燃料電池および二次電池とを電源として駆動する第２の電動機と、
前記燃料電池および二次電池から該第２の電動機に供給される電力をそれぞれ調整可能な調整手段と、
前記熱機関および前記第２の電動機に結合された補機とを備え、
前記制御手段は、さらに、前記熱機関の運転が停止している場合に、前記第２の電動機を駆動する手段であるものとすることもできる。
【００２８】
ここで、補機とは、エアコン、パワーステアリングなど、走行のための動力の出力に直接関与はしないが、車両の運転中に駆動する必要がある種々の機器をいう。補機は、走行に用いられる動力源の種類に関わらず駆動する必要があるのが通常である。上記ハイブリッド車両によれば、補機を駆動可能な動力源として、熱機関の他、第２の電動機を搭載する。従って、熱機関が停止している場合でも、第２の電動機により補機を駆動することができ、ハイブリッド車両を円滑に運転することができる。
【００２９】
補機を駆動するために第２の電動機に供給する電源の使い分けも種々の設定が可能であるが、
前記二次電池の残容量を検出する残容量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記残容量が予め設定された所定値以上の場合に、前記二次電池を電源として前記第２の電動機を駆動する手段とすることが望ましい。
また、かかる場合には、さらに、前記残容量が前記所定値よりも小さい場合には、前記燃料電池を電源として前記第２の電動機を駆動する手段とすることが望ましい。
【００３０】
即ち、二次電池を燃料電池よりも優先して使用することが望ましい。こうすることにより、先に説明した通り、燃料電池と二次電池のそれぞれの特性を活かした電源の使い分けが可能となる。なお、上記所定値についても、先に説明したのと同様、二次電池の容量などに応じて適切な値を設定することができる。
【００３１】
本発明のハイブリッド車両においては、電動機と熱機関の動力を共通の駆動軸に出力するものとして構成することもできるし、それぞれ異なる駆動軸に結合して構成することもできる。電動機と熱機関とを異なる駆動軸に結合すれば、いわゆる四輪駆動車両を構成することができる。なお、かかる場合において、熱機関を結合した駆動軸にさらに電動機を結合しても構わないことはいうまでもない。
【００３２】
四輪駆動可能な構成において、電動機を駆動するための電源の使い分けも種々の設定が可能であるが、
前記二次電池の残容量を検出する残容量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記残容量が予め設定された所定値以上の場合に、前記二次電池を電源として前記電動機を駆動する手段であるものとすることが望ましい。また、かかる場合においては、さらに、前記残容量が前記所定値よりも小さい場合には、前記燃料電池を電源として前記電動機を駆動する手段であるものとすることが望ましい。
【００３３】
即ち、二次電池を燃料電池よりも優先して使用することが望ましい。こうすることにより、先に説明した通り、燃料電池と二次電池のそれぞれの特性を活かした電源の使い分けが可能となる。なお、上記所定値についても、先に説明したのと同様、二次電池の容量などに応じて適切な値を設定することができる。
【００３４】
以上で説明した種々の制御により、燃料電池と二次電池との適切な使い分けを行うことができる。例えば、燃料電池は、二次電池の残容量が比較的低い場合に運転される。ここで、燃料電池は、運転を開始してから、所望の電力が出力されるまでに時間遅れが生じるのが通常である。従って、本発明のハイブリッド車両においては、かかる時間遅れを補償可能な手段を備えておくことが望ましい。
【００３５】
かかる補償手段としては、先に説明したように、燃料電池から十分な電力が出力されていない間は、二次電池によって電力の不足を補うものとすることも可能である。
また、前記燃料電池から前記電動機への電力の供給が要求されていない場合においても、該燃料電池を作動させ、予め設定された所定の電力を出力させる制御を行う手段とすることも可能である。
【００３６】
もっともかかる制御を実行した場合には、燃料電池用の燃料の浪費につながる可能性がある。そこで、上記ハイブリッド車両においては、
前記動力源が出力すべき動力を増大すべき可能性が低い状態として予め設定された所定の条件を具備するか否かを判断する動力予測判断手段を備え、
前記制御手段は、前記所定の条件を具備すると判定された場合には、前記所定の電力を抑制する制御を行う手段であるものとすることが望ましい。
【００３７】
燃料電池での時間遅れが影響を与えるのは、燃料電池からの電力で電動機を駆動する必要が生じる場合である。ハイブリッド車両が停車している場合や制動している場合など、動力を出力して駆動している状態に該当しない走行状態にある場合には、電動機を速やかに駆動する必要が生じる可能性は比較的低い。即ち、燃料電池への発電要求が生じる可能性は比較的低い。上記ハイブリッド車両によれば、燃料電池への発電要求が生じる可能性が低いと判断される場合には、燃料電池から出力される電力を抑制する。従って、燃料電池用の燃料が浪費されるのを抑制することができる。電力の抑制の一態様として、燃料電池の運転を完全に停止するものとしても構わない。
【００３８】
発電要求が生じる可能性が低いと判断される条件は、種々の設定が可能である。
例えば、
前記動力源の動力を車両の運転状態に応じて変速して駆動軸に出力する変速機と、
該変速機の作動状態を操作する操作手段とを備える場合には、
前記所定の条件は、該操作手段により前記変速機の作動状態が非駆動状態に設定されている条件であるものとすることができる。
非駆動状態とは、動力の伝達を行わないニュートラル状態にある場合や、停車時に使用される状態にある場合が該当する。
【００３９】
また、別の条件として、
前記車両が制動中であるか否かを判定する制動判定手段を備え、
前記所定の条件は、前記車両の制動が行われている条件であるものとすることもできる。
制動の判定は、車速の変化率に基づいて行うものとしてもよいし、ブレーキペダルの踏み込みの有無、アクセルが全閉状態にあるか否かなどの操作状況に応じて判断するものとしてもよい。
【００４０】
さらに、別の条件として、
該車両が走行する経路が渋滞しているか否かに関する情報を取得する情報取得手段を備え、
前記所定の条件は、前記経路が渋滞している条件であるものとしてもよい。
その他、種々の条件を設定することができる。
【００４１】
本発明は、以上で説明した通り、燃料電池および二次電池という２種類の電源と、電動機および熱機関という２種類の動力源とを適切に使い分けるハイブリッド車両として構成することが望ましいが、必ずしもかかる構成にのみ限定されるものではない。つまり、燃料電池のみを電源としつつ、動力源を適切に制御するハイブリッド車両として構成することも可能である。
即ち、電動機と熱機関とを駆動軸に動力を出力するための動力源として備えるハイブリッド車両であって、
少なくとも前記熱機関から出力される動力を前記駆動軸に伝達する際の変速比を変更可能な変速機と、
前記電動機に電力を供給する燃料電池とを備え、
車両の運転状態に応じて、前記燃料電池、動力源、および変速機の作動を制御する制御手段を備えるハイブリッド車両とすることもできる。
【００４２】
かかるハイブリッド車両は、電源は１種類であるが、２種類の動力源を備える。しかも、動力源から出力される動力を伝達する際の変速比を変速可能な変速機を備える。かかる構成において、変速機を制御しつつ、電動機と熱機関とを使い分けることにより、両者の特性を活かした制御を実現することができる。ここで適用される制御は、２種類の電源を備えるハイブリッド車両において説明した種々の制御のうち、動力源の使い分けや燃料電池の運転状態の制御に関与する内容を適用可能であるが、特に、次の態様からなる制御を適用することが望ましい。
【００４３】
第１の制御態様として、
高トルクを要求する状態として予め設定された条件を具備するか否かを判定する高トルク判定手段を備え、
前記制御手段は、高トルクを要求する状態に該当すると判定された場合に、前記熱機関と前記電動機の双方を動力源として駆動する手段であるものとすることができる。
【００４４】
第２の制御態様として、
高トルクを要求する運転モードを、該車両の運転者が選択するためのスイッチを備える場合には、
前記制御手段は、該スイッチが所定の操作状態にある場合に、前記熱機関と前記電動機の双方を動力源として駆動する手段であるものとすることができる。
【００４５】
第３の制御態様として、
前記制御手段は、前記燃料電池から前記電動機への電力の供給が要求されていない場合においても、該燃料電池を作動させ、予め設定された所定の電力を出力させる制御を行う手段であるものとすることができる。
【００４６】
第３の制御態様においては、
前記動力源が出力すべき動力を増大すべき可能性が低い状態として予め設定された所定の条件を具備するか否かを判断する動力予測判断手段を備え、
前記制御手段は、前記所定の条件を具備すると判定された場合には、前記所定の電力を抑制する制御を行う手段であるものとすることが望ましい。
【００４７】
この場合において、所定の条件は種々の設定が可能であり、
前記変速機の作動状態を操作する操作手段とを備える場合には、
前記所定の条件は、該操作手段により前記変速機の作動状態が非駆動状態に設定されている条件であるものとすることができる。
【００４８】
また、
前記車両が制動中であるか否かを判定する制動判定手段を備え、
前記所定の条件は、前記車両の制動が行われている条件であるものとすることもできる。
【００４９】
さらに、
該車両が走行する経路が渋滞しているか否かに関する情報を取得する情報取得手段を備え、
前記所定の条件は、前記経路が渋滞している条件であるものとすることもできる。
【００５０】
以上で説明した種々の態様の制御を適用すれば、２種類の電源を備えるハイブリッド車両について説明したのと同様、動力源の適切な使い分け、燃料電池の運転状態の適切な制御をすることができる。
【００５１】
本発明を、燃料電池および二次電池という２種類の電源と、電動機および熱機関という２種類の動力源とを備えるハイブリッド車両として構成する場合には、以下に示す通り、電力を発生するための動力源として熱機関を活用する態様も採ることができる。
即ち、前記電動機の電源として、さらに前記熱機関から出力される動力を電力に変換する発電機を備え、
前記制御手段は、
該ハイブリッド車両の運転状態が、前記燃料電池の発電を開始すべき状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、
該燃料電池を使用すべき状態にあると判定された場合において、該燃料電池が発電可能になるまでの期間に、燃料電池を除く電源により該燃料電池からの電力を補償して、要求された電力を出力する電力補償手段とを備え、
該電力補償手段は、
前記燃料電池が発電可能になるまでの期間に補償すべき電力量を推定する電力量推定手段と、
前記二次電池の残容量を検出する残容量検出手段と、
前記推定された電力量が前記二次電池から出力可能か否かを該残容量に基づいて判定する二次電池電力量判定手段と、
前記推定された電力量を前記二次電池から出力不能と判断された場合には、前記熱機関を運転して前記発電機による発電を行う熱機関制御手段とを備えるハイブリッド車両とすることができる。
【００５２】
先に説明した通り、燃料電池は、発電要求が出されてから実際に十分な電力を供給可能になるまでの応答遅れが生じることがあるが、上記構成によれば、二次電池と熱機関に結合された発電機とを使い分けて要求電力を安定して出力することができる。この場合において、二次電池の電力を発電機よりも優先的に使用する、即ち、二次電池の電力が不足する場合にのみ熱機関を運転するように制御することにより、上記ハイブリッド車両は、燃費および環境性を向上することができる。
【００５３】
このように熱機関の動力を電力の発電に利用するハイブリッド車両においては、その動力をさらに走行にも利用可能な態様を採ることもできるが、前記熱機関は、前記発電機を駆動する動力のみを出力する態様を採ることが望ましい。かかる態様では、熱機関は、燃料電池が発電可能な状態になるまでの補助的な動力源として位置づけられるため、非常に小型の機関で足りる。従って、動力系統全体の小型化を図ることができるとともに、燃費および環境性を向上することもできる。
【００５４】
燃料電池による発電の遅れを、常に二次電池および発電機で補償する制御を行うものとしてもよいが、
前記燃料電池の温度状態を検出する温度状態検出手段と、
該燃料電池の温度が所定以下の冷間時であると判断される場合に、前記電力補償手段を有効に機能せしめる冷間時制御手段とを備えるものとしてもよい。燃料電池の応答遅れは冷間時に特に顕著であるから、かかる遅れによる影響を回避することができる。この場合、燃料電池が冷間時でなければ応答遅れを十分に補償できる電力が二次電池に残されている状態で、燃料電池の発電要求を出す制御を併せて実行することが望ましい。こうすれば、通常は二次電池で応答遅れを補償し、冷間時は二次電池と発電機とを利用して応答遅れを補償することが可能となる。仮に、冷間時まで含めて二次電池で補償可能な状態で燃料電池の発電要求を出す制御を行うものとすれば、発電要求を出す判断基準となる二次電池の残容量が非常に高くなり二次電池の有効活用が図れないが、燃料電池の運転開始までに特に時間を要する冷間時には発電機も使用するものとすれば、判断基準となる残容量を低減させることができるため、二次電池をより有効に活用することができる。
【００５５】
燃料電池の応答遅れを熱機関の動力で発電して補償する場合、熱機関は、前記二次電池で不足する電力量を少なくとも補償可能な範囲で運転すれば足りるが、更に運転効率を優先して設定された運転状態で該熱機関を運転する制御を行うことが、燃費および環境性の向上という観点から好ましい。このように運転効率を優先して運転状態を設定すれば、二次電池で不足する電力量を補償する範囲を超える動力が出力される場合もある。かかる場合には、余剰の電力を二次電池に充電すればよい。また、二次電池への充電を併せて行った結果、二次電池の残容量が燃料電池の応答遅れを補償可能な程度に増加した場合には、その時点で熱機関の運転を停止する制御を併せて行うことも好適である。
【００５６】
本発明は、次の構成を採ることも可能である。
駆動軸に動力を出力する動力源としての熱機関と、該熱機関から駆動軸に出力されるトルクの変動を相殺可能な部位にトルクを付与する電動機とを備える車両であって、
前記電動機と電力をやりとりする電力系統として、電力を充電する蓄電手段と、発電手段とを備え、
前記熱機関のトルク変動を相殺するトルクを前記電動機の目標トルクとして設定する目標トルク設定手段と、
該目標トルクの符号に応じて前記蓄電手段と発電手段とを使い分けて、該電動機を前記目標トルクで運転する制御手段とを備える車両としての構成である。
【００５７】
かかる車両によれば、以下に示す作用に基づき、トルク変動を抑制する制御を行う際のエネルギ効率を向上することができる。熱機関から出力されるトルクの変動は、電動機のトルクを制御することにより抑制することができる。要求トルクよりも実際に熱機関から出力されている実トルクが大きい場合には、電動機で負のトルクを与えることによりトルク変動を相殺することができる。要求トルクよりも実トルクが小さい場合には、電動機で正のトルクを与えることによりトルク変動を相殺することができる。この制御において、上記構成の車両では、電動機の目標トルクの正負に応じて電源系統の使い分けを行う。目標トルクが負の場合には、電動機で回生された電力を蓄電手段に蓄え、目標トルクが正の場合には、発電手段から電力を供給して電動機を力行する。目標トルクが正の場合には、蓄電手段から電動機への電力の供給は行わない。電動機の力行時には、発電手段から電力を供給するため、この期間のエネルギ効率を向上することができる。例えば蓄電手段から電力を供給するものとすれば、その電力は、主として熱機関が過去に出力した余剰の動力に基づくものであり、その動力に対して蓄電手段への充電時に生じる損失および放電時に生じる損失の双方が含まれている。これに対し、発電手段から電力を供給する場合には、蓄電手段への充放電を経ないため、電力を高い効率で供給することができるのである。
【００５８】
本発明の有効性は、蓄電手段の充放電特性にも影響を受ける。蓄電手段の充放電効率は、やりとりされる電力、蓄電状態に応じて非線形な特性を示す場合がある。また、二次電池のように化学変化により電力を充放電する蓄電手段においては、充放電の周期によって効率が影響を受ける場合もある。熱機関のトルク変動は、比較的高い周期で生じるため、蓄電手段の電力で、トルク変動を相殺しようとすれば、効率が特に低い状態での放電が頻繁に行われる可能性がある。本発明は、高効率の発電手段を用いてトルク変動を相殺することにより、放電効率が低い状態で蓄電手段が放電を行うことを回避することができる。この結果、蓄電手段の電力は、放電効率が高い運転状態で利用することが可能となり、トルク変動を抑制する制御時のみならず、車両の運転効率全体を向上することができる。
【００５９】
蓄電手段には、一例として二次電池やキャパシタを用いることができる。発電手段には、一例として、燃料電池や発電機を用いることができる。燃料電池は運転効率の面で有用である。発電機は、熱機関により駆動する態様で適用することができる。この場合、発電機が熱機関に与える負荷は電動機に必要とされる電力に関わらず一定となるよう制御されることが望ましい。
【００６０】
トルク変動を抑制する車両の構成としては、上述の通り、トルク変動を相殺する電動機の目標トルクの正負に応じて蓄電手段と発電手段とを切り替えて使う構成の他、
前記駆動軸にトルクを付加する第１および第２の電動機と、
前記駆動軸に出力すべきトルクを保持する条件、前記トルク変動を相殺する条件、前記第１の電動機のトルクが０以下となる条件、前記第２の電動機のトルクが０以上となる条件を満足する範囲で、前記第１および第２の電動機の目標トルクをそれぞれ設定する目標トルク設定手段と、
第１の電動機と前記蓄電手段との間でやりとりされる電力、第２の電動機と前記発電手段との間でやりとりされる電力を制御して、それぞれの電動機を前記目標トルクで運転する制御手段とを備える構成を採ることもできる。
つまり、トルク変動を相殺するために付加されるべきトルクの値に応じて、電源のみならず電動機をも使い分ける構成に相当する。かかる構成によっても、電源を使い分ける構成と同様、高い効率でトルク変動の抑制を行うことができる。
【００６１】
トルク変動を抑制する本発明の車両においては、
前記蓄電手段の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段を備え、
前記制御手段は、さらに前記蓄電手段の蓄電状態に応じて前記蓄電手段と発電手段とを使い分けて前記電動機の運転を行う手段とすることが望ましい。
一例として、該蓄電手段の蓄電量が所定以下の蓄電状態にある場合にのみ、前記符号に応じた使い分けを伴う制御を実行する態様を採ることができる。
こうすることにより、蓄電手段の過充電を回避することができる。
【００６２】
本発明は、以下に示すハイブリッド車両の制御方法として構成することもできる。
即ち、本発明の制御方法は、
動力源として、燃料電池と二次電池とを電源とする電動機と、熱機関とを備えるハイブリッド車両の運転を制御する制御方法であって、
（ａ） 前記二次電池の残容量を検出する工程と、
（ｂ） 前記車両の運転状態が前記電動機を動力源とするよう予め設定された所定の状態にあるか否かを判定する工程と、
（ｃ） 前記所定の状態にあると判定された場合において、前記残容量が予め設定された所定値以上の場合に、前記二次電池を電源として該電動機を駆動する工程とを備える制御方法である。
【００６３】
かかる制御方法においては、さらに、
（ｄ） 前記所定の状態にあると判定された場合において、前記残容量が前記所定値よりも小さい場合には、前記燃料電池を電源として前記電動機を駆動する工程を備えるものとしてもよい。
【００６４】
また、本発明は、燃料電池、二次電池、発電機を備えた熱機関を電源として備えるハイブリッド車両において、各電源の運転を制御する制御方法であって、
（Ａ） 該ハイブリッド車両の運転状態が、前記燃料電池の発電を開始すべき状態にあるか否かを判定する工程と、
（Ｂ） 該燃料電池を使用すべき状態にあると判定された場合において、該燃料電池が発電可能になるまでの期間に、燃料電池を除く電源により該燃料電池からの電力を補償して、要求された電力を出力する工程とを備え、
前記工程（Ｂ）は、
（Ｂ１） 前記燃料電池が発電可能になるまでの期間に補償すべき電力量を推定する工程と、
（Ｂ２） 前記二次電池の残容量を検出する工程と、
（Ｂ３） 前記推定された電力量が前記二次電池から出力可能か否かを該残容量に基づいて判定する工程と、
（Ｂ４） 前記推定された電力量を前記二次電池から出力不能と判断された場合には、前記熱機関を運転して前記発電機による発電を行う工程とを備える制御方法として構成することもできる。
【００６５】
また、駆動軸に動力を出力する動力源としての熱機関と、該熱機関から駆動軸に出力されるトルクの変動を相殺可能な部位にトルクを付与する電動機とを備える車両の運転を制御する制御方法であって、
前記熱機関のトルク変動を検出する工程と、
該トルク変動を相殺するトルクを前記電動機の目標トルクとして設定する工程と、
該電動機を前記目標トルクで運転する際に、前記電動機と電力をやりとりする電力系統として備えられた蓄電手段と、発電手段とを、該目標トルクの符号に応じて使い分ける工程とを備える制御方法として構成してもよい。
【００６６】
これらの制御方法によれば、先にハイブリッド車両または車両について説明したのと同様の作用により、燃料電池の特性およびハイブリッド車両としての特性の双方を十分に活用して、ハイブリッド車両を運転することが可能となる。また、熱機関のトルク変動を効率的に抑制することが可能となる。なお、制御方法として構成する場合においても、先にハイブリッド車両等で説明した種々の付加的要素を含めることができることは言うまでもない。
【００６７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．装置の構成：
Ａ２．一般的動作：
Ａ３．ＥＶ走行制御処理：
Ａ４．補機駆動制御処理：
Ａ５．パワーアシスト制御処理：
Ａ６．停車・減速制御処理：
Ａ７．第１変形例：
Ａ８．第２変形例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｃ１．装置の構成：
Ｃ２．ＥＶ走行制御処理ルーチン：
Ｃ３．燃料電池起動処理ルーチン：
Ｄ．その他の変形例：
Ｅ．第４実施例：
Ｅ１．制振制御処理ルーチン：
Ｅ２．第１変形例：
【００６８】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．装置の構成：
図１は実施例としてのハイブリッド車両の概略構成図である。本実施例のハイブリッド車両の動力源は、エンジン１０とモータ２０である。図示する通り、本実施例のハイブリッド車両の動力系統は、上流側からエンジン１０、入力クラッチ１８、モータ２０、トルクコンバータ３０、および変速機１００を直列に結合した構成を有している。即ち、エンジン１０のクランクシャフト１２は、入力クラッチ１８を介してモータ２０に結合されている。入力クラッチ１８をオン・オフすることにより、エンジン１０からの動力の伝達を断続することができる。モータ２０の回転軸１３は、また、トルクコンバータ３０にも結合されている。トルクコンバータの出力軸１４は変速機１００に結合されている。変速機１００の出力軸１５はディファレンシャルギヤ１６を介して車軸１７に結合されている。以下、それぞれの構成要素について順に説明する。
【００６９】
エンジン１０は通常のガソリンエンジンである。但し、エンジン１０は、ガソリンと空気の混合気をシリンダに吸い込むための吸気バルブ、および燃焼後の排気をシリンダから排出するための排気バルブの開閉タイミングを、ピストンの上下運動に対して相対的に調整可能な機構を有している（以下、この機構をＶＶＴ機構と呼ぶ）。ＶＶＴ機構の構成については、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。エンジン１０は、ピストンの上下運動に対して各バルブが遅れて閉じるように開閉タイミングを調整することにより、いわゆるポンピングロスを低減することができる。この結果、エンジン１０をモータリングする際にモータ２０から出力すべきトルクを低減させることもできる。ガソリンを燃焼して動力を出力する際には、ＶＶＴ機構は、エンジン１０の回転数に応じて最も燃焼効率の良いタイミングで各バルブが開閉するように制御される。
【００７０】
モータ２０は、三相の同期モータであり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ２２と、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されたステータ２４とを備える。モータ２０はロータ２２に備えられた永久磁石による磁界とステータ２４の三相コイルによって形成される磁界との相互作用により回転駆動する。また、ロータ２２が外力によって回転させられる場合には、これらの磁界の相互作用により三相コイルの両端に起電力を生じさせる。なお、モータ２０には、ロータ２２とステータ２４との間の磁束密度が円周方向に正弦分布する正弦波着磁モータを適用することも可能であるが、本実施例では、比較的大きなトルクを出力可能な非正弦波着磁モータを適用した。
【００７１】
モータ２０の電源としては、バッテリ５０と燃料電池システム６０とが備えられている。モータ２０と各電源との間には、電源の使い分けをするための切替スイッチ８４が設けられている。ここでは模式的にモータ２０をバッテリ５０および燃料電池システム６０に選択的に接続可能なスイッチ８４を示したが、切替スイッチ８４はモータ２０をバッテリ５０および燃料電池６０の双方に接続可能な構成のスイッチを用いることが望ましい。
【００７２】
ステータ２４は切替スイッチ８４および駆動回路５１を介してバッテリ５０に電気的に接続される。また、切替スイッチ８４および駆動回路５２を介して燃料電池システム６０に接続される。駆動回路５１，５２は、それぞれトランジスタインバータで構成されており、モータ２０の三相それぞれに対して、ソース側とシンク側の２つを一組としてトランジスタが複数備えられている。これらの駆動回路５１，５２は、制御ユニット７０と電気的に接続されている。制御ユニット７０が駆動回路５１，５２の各トランジスタのオン・オフの時間をＰＷＭ制御するとバッテリ５０および燃料電池システム６０を電源とする擬似三相交流がステータ２４の三相コイルに流れ、回転磁界が形成される。モータ２０は、かかる回転磁界の作用によって、先に説明した通り電動機または発電機として機能する。
【００７３】
図２は燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。燃料電池システム６０は、メタノールを貯蔵するメタノールタンク６１、水を貯蔵する水タンク６２、燃焼ガスを発生するバーナ６３、空気の圧縮を行なう圧縮機６４、バーナ６３と圧縮機６４とを併設した蒸発器６５、改質反応により燃料ガスを生成する改質器６６、燃料ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度を低減するＣＯ低減部６７、電気化学反応により起電力を得る燃料電池６０Ａを主な構成要素とする。これらの各部の動作は、制御ユニット７０により制御される。
【００７４】
燃料電池６０Ａは、固体高分子電解質型の燃料電池であり、電解質膜、カソード、アノード、およびセパレータとから構成されるセルを複数積層して構成されている。電解質膜は、例えばフッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。カソードおよびアノードは、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレータは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。カソードおよびアノードとの間に燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。
【００７５】
燃料電池システム６０の各構成要素は次の通り接続されている。メタノールタンク６１は配管で蒸発器６５に接続されている。配管の途中に設けられたポンプＰ２は、流量を調整しつつ、原燃料であるメタノールを蒸発器６５に供給する。水タンク６２も同様に配管で蒸発器６５に接続されている。配管の途中に設けられたポンプＰ３は、流量を調整しつつ、水を蒸発器６５に供給する。メタノールの配管と、水の配管とは、それぞれポンプＰ２，Ｐ３の下流側で一つの配管に合流し、蒸発器６５に接続される。
【００７６】
蒸発器６５は、供給されたメタノールと水とを気化させる。蒸発器６５には、バーナ６３と圧縮機６４とが併設されている。蒸発器６５は、バーナ６３から供給される燃焼ガスによってメタノールと水とを沸騰、気化させる。バーナ６３の燃料は、メタノールである。メタノールタンク６１は、蒸発器６５に加えてバーナ６３にも配管で接続されている。メタノールは、この配管の途中に設けられたポンプＰ１により、バーナ６３に供給される。バーナ６３には、また、燃料電池６０Ａでの電気化学反応で消費されずに残った燃料排ガスも供給される。バーナ６３は、メタノールと燃料排ガスのうち、後者を主として燃焼させる。バーナ６３の燃焼温度はセンサＴ１の出力に基づいて制御されており、約８００℃から１０００℃に保たれる。バーナ６３の燃焼ガスは、蒸発器６５に移送される際にタービンを回転させ、圧縮機６４を駆動する。圧縮機６４は、燃料電池システム６０の外部から空気を取り込んでこれを圧縮し、この圧縮空気を燃料電池６０Ａの陽極側に供給する。
【００７７】
蒸発器６５と改質器６６とは配管で接続されている。蒸発器６５で得られた原燃料ガス、即ちメタノールと水蒸気の混合ガスは、改質器６６に搬送される。改質器６６は、供給されたメタノールと水とからなる原燃料ガスを改質して水素リッチな燃料ガスを生成する。なお、蒸発器６５から改質器６６への搬送配管の途中には、温度センサＴ２が設けられており、この温度が通常約２５０℃の所定値になるようにバーナ６３に供給するメタノール量が制御される。なお、改質器６６における改質反応では酸素が関与する。この改質反応に必要な酸素を供給するために、改質器６６には外部から空気を供給するためのブロワ６８が併設されている。
【００７８】
改質器６６とＣＯ低減部６７とは配管で接続されている。改質器６６で得られた水素リッチな燃料ガスは、ＣＯ低減部６７に供給される。改質器６６での反応課程において、通常は燃料ガスに一酸化炭素（ＣＯ）が一定量含まれる。ＣＯ低減部６７は、この燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる。固体高分子型の燃料電池では、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素が、アノードにおける反応を阻害して燃料電池の性能を低下させてしまうからである。ＣＯ低減部６７は、燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素へと酸化することにより、一酸化炭素濃度を低減させる。
【００７９】
ＣＯ低減部６７と燃料電池６０Ａのアノードとは配管で接続されている。一酸化炭素濃度が下げられた燃料ガスは、燃料電池６０Ａの陰極側における電池反応に供される。また、先に説明した通り、燃料電池６０Ａのカソード側には圧縮された空気を送り込むための配管が接続されている。この空気は、酸化ガスとして燃料電池６０Ａの陽極側における電池反応に供される。
【００８０】
以上の構成を有する燃料電池システム６０は、メタノールと水を用いた化学反応によって電力を供給することができる。本実施例では、メタノールタンク６１，水タンク６２内のメタノールおよび水の残量に応じて、燃料電池の運転状態を制御する。かかる制御を実現するため、それぞれのタンクには、容量センサ６１ａ、６２ａが設けられている。なお、本実施例では、メタノールおよび水を用いる燃料電池システム６０を搭載しているが、燃料電池システム６０は、これに限定されるものではなく、種々の構成を適用することができる。なお、以下の説明では燃料電池システム６０をまとめて燃料電池６０と称するものとする。
【００８１】
トルクコンバータ３０は、流体を利用した周知の動力伝達機構である。トルクコンバータ３０の入力軸、即ちモータ２０の出力軸１３と、トルクコンバータ３０の出力軸１４とは機械的に結合されてはおらず、互いに滑りをもった状態で回転可能である。両者の末端には、それぞれ複数のブレードを有するタービンが備えられており、モータ２０の出力軸１３のタービンとトルクコンバータ３０の出力軸１４のタービンとが互いに対向する状態でトルクコンバータ内部に組み付けられている。トルクコンバータ３０は密閉構造をなしており、中にはトランスミッション・オイルが封入されている。このオイルが前述のタービンにそれぞれ作用することで、一方の回転軸から他方の回転軸に動力を伝達することができる。しかも、両者はすべりをもった状態で回転可能であるから、一方の回転軸から入力された動力を、回転数およびトルクの異なる回転状態に変換して他方の回転軸に伝達することができる。トルクコンバータ３０には、両回転軸の滑りが生じないよう、所定の条件下で両者を結合するロックアップクラッチも設けられている。ロックアップクラッチのオン・オフは制御ユニット７０により制御される。
【００８２】
変速機１００は、内部に複数のギヤ、クラッチ、ワンウェイクラッチ、ブレーキ等を備え、変速比を切り替えることによってトルクコンバータ３０の出力軸１４のトルクおよび回転数を変換して出力軸１５に伝達可能な機構である。図３は変速機１００の内部構造を示す説明図である。本実施例の変速機１００は、大きくは副変速部１１０（図中の破線より左側の部分）と主変速部１２０（図中の破線より右側の部分）とから構成されており、図示する構造により前進５段、後進１段の変速段を実現することができる。
【００８３】
変速機１００の構成について回転軸１４側から順に説明する。図示する通り、回転軸１４から入力された動力は、オーバードライブ部として構成された副変速部１１０によって所定の変速比で変速されて回転軸１１９に伝達される。副変速部１１０は、シングルピニオン型の第１のプラネタリギヤ１１２を中心に、クラッチＣ０と、ワンウェイクラッチＦ０と、ブレーキＢ０により構成される。第１のプラネタリギヤ１１２は、遊星歯車とも呼ばれるギヤであり、中心で回転するサンギヤ１１４、サンギヤの周りで自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ１１５、更にプラネタリピニオンギヤの外周で回転するリングギヤ１１８の３種類のギヤから構成されている。プラネタリピニオンギヤ１１５は、プラネタリキャリア１１６と呼ばれる回転部に軸支されている。
【００８４】
一般にプラネタリギヤは、上述の３つのギヤのうち２つのギヤの回転状態が決定されると残余の一つのギヤの回転状態が決定される性質を有している。プラネタリギヤの各ギヤの回転状態は、機構学上周知の計算式（１）によって与えられる。
Ｎｓ＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｃ−Ｎｒ／ρ；
Ｎｃ＝ρ／（１＋ρ）×Ｎｓ＋Ｎｒ／（１＋ρ）；
Ｎｒ＝（１＋ρ）Ｎｃ−ρＮｓ；
Ｔｓ＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ）＝ρＴｒ；
Ｔｒ＝Ｔｃ／（１＋ρ）；
ρ＝サンギヤの歯数／リングギヤの歯数 ・・・（１）；
【００８５】
ここで、
Ｎｓはサンギヤの回転数；
Ｔｓはサンギヤのトルク；
Ｎｃはプラネタリキャリアの回転数；
Ｔｃはプラネタリキャリアのトルク；
Ｎｒはリングギヤの回転数；
Ｔｒはリングギヤのトルク；
である。
【００８６】
副変速部１１０では、変速機１００の入力軸に相当する回転軸１４がプラネタリキャリア１１６に結合されている。またこのプラネタリキャリア１１６とサンギヤ１１４との間にワンウェイクラッチＦ０とクラッチＣ０とが並列に配置されている。ワンウェイクラッチＦ０はサンギヤ１１４がプラネタリキャリア１１６に対して相対的に正回転、即ち変速機への入力軸１４と同方向に回転する場合に係合する方向に設けられている。サンギヤ１１４には、その回転を制止可能な多板ブレーキＢ０が設けられている。副変速部１１０の出力に相当するリングギヤ１１８は回転軸１１９に結合されている。回転軸１１９は、主変速部１２０の入力軸に相当する。
【００８７】
かかる構成を有する副変速部１１０は、クラッチＣ０又はワンウェイクラッチＦ０が係合した状態ではプラネタリキャリア１１６とサンギヤ１１４とが一体的に回転する。先に示した式（１）に照らせば、サンギヤ１１４とプラネタリキャリア１１６の回転数が等しい場合には、リングギヤ１１８の回転数もこれらと等しくなるからである。このとき、回転軸１１９は入力軸１４と同じ回転数となる。またブレーキＢ０を係合させてサンギヤ１１４の回転を止めた場合、先に示した式（１）においてサンギヤ１１４の回転数Ｎｓに値０を代入すれば明らかな通り、リングギヤ１１８の回転数Ｎｒはプラネタリキャリア１１６の回転数Ｎｃよりも高くなる。即ち、回転軸１４の回転は増速されて回転軸１１９に伝達される。このように副変速部１１０は、回転軸１４から入力された動力を、そのままの状態で回転軸１１９に伝える役割と、増速して伝える役割とを選択的に果たすことができる。
【００８８】
次に、主変速部１２０の構成を説明する。主変速部１２０は三組のプラネタリギヤ１３０，１４０，１５０を備えている。また、クラッチＣ１，Ｃ２、ワンウェイクラッチＦ１，Ｆ２およびブレーキＢ１〜Ｂ４を備えている。各プラネタリギヤは、副変速部１１０に備えられた第１のプラネタリギヤ１１２と同様、サンギヤ、プラネタリキャリアおよびプラネタリピニオンギヤ、並びにリングギヤから構成されている。三組のプラネタリギヤ１３０，１４０，１５０は次の通り結合されている。
【００８９】
第２のプラネタリギヤ１３０のサンギヤ１３２と第３のプラネタリギヤ１４０のサンギヤ１４２とは互いに一体的に結合されており、これらはクラッチＣ２を介して入力軸１１９に結合可能となっている。これらのサンギヤ１３２，１４２が結合された回転軸には、その回転を制止するためのブレーキＢ１が設けられている。また、該回転軸が逆転する際に係合する方向にワンウェイクラッチＦ１が設けられている。さらにこのワンウェイクラッチＦ１の回転を制止するためのブレーキＢ２が設けられている。
【００９０】
第２のプラネタリギヤ１３０のプラネタリキャリア１３４には、その回転を制止可能なブレーキＢ３が設けられている。第２のプラネタリギヤ１３０のリングギヤ１３６は、第３のプラネタリギヤ１４０のプラネタリキャリア１４４および第４のプラネタリギヤ１５０のプラネタリキャリア１５４と一体的に結合されている。更に、これら三者は変速機１００の出力軸１５に結合されている。
【００９１】
第３のプラネタリギヤ１４０のリングギヤ１４６は、第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２に結合されるとともに、回転軸１２２に結合されている。回転軸１２２はクラッチＣ１を介して主変速部１２０の入力軸１１９に結合可能となっている。第４のプラネタリギヤ１５０のリングギヤ１５６には、その回転を制止するためのブレーキＢ４と、リングギヤ１５６が逆転する際に係合する方向にワンウェイクラッチＦ２とが設けられている。
【００９２】
変速機１００に設けられた上述のクラッチＣ０〜Ｃ２およびブレーキＢ０〜Ｂ４は、それぞれ油圧によって係合および解放する。図１中に示す通り、変速機１００には電動式の油圧ポンプ１０２から、これらのクラッチおよびブレーキを作動させるための作動油が供給されている。詳細な図示は省略したが、変速機１００には作動を可能とする油圧配管および油圧を制御するためのソレノイドバルブ等が設けられた油圧制御部１０４により、油圧を制御することができる。本実施例のハイブリッド車両では、制御ユニット７０が油圧制御部１０４内のソレノイドバルブ等に制御信号を出力することによって、各クラッチおよびブレーキの作動を制御する。
【００９３】
本実施例の変速機１００は、クラッチＣ０〜Ｃ２およびブレーキＢ０〜Ｂ４の係合および解放の組み合わせによって、前進5段・後進1段の変速段を設定することができる。また、いわゆるパーキングおよびニュートラルの状態も実現することができる。図４は各クラッチ、ブレーキ、およびワンウェイクラッチの係合状態と変速段との関係を示す説明図である。この図において、○印はクラッチ等が係合した状態であることを意味し、◎は動力源ブレーキ時に係合することを意味し、△印は係合するものの動力伝達に閑係しないことを意味している。動力源ブレーキとは、エンジン１０およびモータ２０による制動をいう。なお、ワンウェイクラッチＦ０〜Ｆ２の係合状態は、制御ユニット７０の制御信号に基づくものではなく、各ギヤの回転方向に基づくものである。
【００９４】
図４に示す通り、パーキング（Ｐ）およびニュートラル（Ｎ）の場合には、クラッチＣ０およびワンウェイクラッチＦ０が係合する。クラッチＣ２およびクラッチＣ１の双方が解放状態であるから、主変速部１２０の入力軸１１９から下流には動力の伝達がなされない。
【００９５】
第１速（１ｓｔ）の場合には、クラッチＣ０，Ｃ１およびワンウェイクラッチＦ０，Ｆ２が係合する。また、エンジンブレーキをかける場合には、さらにブレーキＢ４が係合する。この状態では、変速機１００の入力軸１４は第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２に直結された状態に等しくなり、動力は第４のプラネタリギヤ１５０の変速比に応じた変速比で出力軸１５に伝達される。リングギヤ１５６は、ワンウェイクラッチＦ２の作用により逆転しないように拘束され、事実上回転数は値０となる。
【００９６】
第２速（２ｎｄ）の場合には、クラッチＣ１、ブレーキＢ３、ワンウェイクラッチＦ０が係合する。また、エンジンブレーキをかける場合には、さらにクラッチＣ０が係合する。この状態では、変速機１００の入力軸１４は第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２および第３のプラネタリギヤ１４０のリングギヤ１４６に直結された状態に等しい。一方、第２のプラネタリギヤ１３０のプラネタリキャリア１３４は固定された状態となる。第２のプラネタリギヤ１３０および第３のプラネタリギヤ１４０について見れば、両者のサンギヤ１３２、１４２の回転数は等しい。また、リングギヤ１３６とプラネタリキャリア１４４の回転数は等しい。これらの条件下で、先に説明した式（１）に照らせば、プラネタリギヤ１３０、１４０の回転状態は一義的に決定される。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第１速（１ｓｔ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第１速（１ｓｔ）のトルクよりも低くなる。
【００９７】
第３速（３ｒｄ）の場合には、クラッチＣ０，Ｃ１、ブレーキＢ２、ワンウェイクラッチＦ０，Ｆ１が係合する。また、エンジンブレーキをかける場合には、さらにブレーキＢ１が係合する。この状態では、変速機１００の入力軸１４は第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２および第３のプラネタリギヤ１４０のリングギヤ１４６に直結された状態に等しい。一方、第２および第３のプラネタリギヤ１３０、１４０のサンギヤ１３２、１４２はブレーキＢ２およびワンウェイクラッチＦ１の作用により逆転が禁止された状態となり、事実上回転数は値０となる。かかる条件下で、第２速（２ｎｄ）の場合と同様、先に説明した式（１）に照らせば、プラネタリギヤ１３０、１４０の回転状態は一義的に決定され、出力軸１５の回転数も一義的に決定される。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第２速（２ｎｄ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第２速（２ｎｄ）のトルクよりも低くなる。
【００９８】
第４速（４ｔｈ）の場合には、クラッチＣ０〜Ｃ２およびワンウェイクラッチＦ０が係合する。ブレーキＢ２も同時に係合するが、動力の伝達には無関係である。この状態では、クラッチＣ１，Ｃ２が同時に係合するため、入力軸１４は第２のプラネタリギヤ１３０のサンギヤ１３２、第３のプラネタリギヤ１４０のサンギヤ１４２およびリングギヤ１４６、第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２に直結された状態となる。この結果、第３のプラネタリギヤ１４０は入力軸１４と同じ回転数で一体的に回転する。従って、出力軸１５も入力軸１４と同じ回転数で一体的に回転する。従って第４速（４ｔｈ）では、出力軸１５は第３速（３ｒｄ）よりも高い回転数で回転する。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第３速（３ｒｄ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第３速（３ｒｄ）のトルクよりも低くなる。
【００９９】
第５速（５ｔｈ）の場合には、クラッチＣ１、Ｃ２、ブレーキＢ０が係合する。ブレーキＢ２も係合するが、動力の伝達には無関係である。この状態では、クラッチＣ０が解放されるため、副変速部１１０で回転数が増速される。つまり、変速機１００の入力軸１４の回転数は、増速されて主変速部１２０の入力軸１１９に伝達される。一方、クラッチＣ１，Ｃ２が同時に係合するため、第４速（４ｔｈ）の場合と同様、入力軸１１９と出力軸１５とは同じ回転数で回転する。先に説明した式（１）に照らせば、副変速部１１０の入力軸１４と出力軸１１９の回転数、トルクの関係を求めることができ、出力軸１５の回転数、トルクを求めることができる。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第４速（４ｔｈ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第４速（４ｔｈ）のトルクよりも低くなる。
【０１００】
リバース（Ｒ）の場合には、クラッチＣ２、ブレーキＢ０、Ｂ４が係合する。このとき、入力軸１４の回転数は副変速部１１０で増速された上で、第２のプラネタリギヤ１３０のサンギヤ１３２、第３のプラネタリギヤ１４０のサンギヤ１４２に直結された状態となる。既に説明した通り、リングギヤ１３６、プラネタリキャリア１４４、１５４の回転数は等しくなる。リングギヤ１４６とサンギヤ１５２の回転数も等しくなる。また、第４のプラネタリギヤ１５０のリングギヤ１５６の回転数はブレーキＢ４の作用により値０となる。これらの条件下で先に説明した式（１）に照らせば、プラネタリギヤ１３０、１４０、１５０の回転状態は一義的に決定される。このとき出力軸１５は負の方向に回転し、後進が可能となる。
【０１０１】
以上で説明した通り、本実施例の変速機１００は、前進５段、後進１段の変速を実現することができる。入力軸１４から入力された動力は、回転数およびトルクの異なる動力として出力軸１５から出力される。出力される動力は、第１速（１ｓｔ）から第５速（５ｔｈ）の順に回転数が上昇し、トルクが低減する。これは入力軸１４に負のトルク、即ち制動力が付加されている場合も同様である。入力軸１４にエンジン１０およびモータ２０により、一定の制動力が付加された場合、第１速（１ｓｔ）から第５速（５ｔｈ）の順に出力軸１５に付加される制動力は低減する。なお、変速機１００としては、本実施例で適用した構成の他、周知の種々の構成を適用可能である。変速段が前進５速よりも少ないものおよび多いもののいずれも適用可能である。
【０１０２】
変速機１００の変速段は、制御ユニット７０が車速等に応じて設定する。運転者は、車内に備えられたシフトレバーを手動で操作し、シフトポジションを選択することによって、使用される変速段の範囲を変更することが可能である。図５は本実施例のハイブリッド車両におけるシフトポジションの操作部１６０を示す説明図である。この操作部１６０は車内の運転席横のフロアに車両の前後方向に沿って備えられている。
【０１０３】
図示する通り、操作部としてシフトレバー１６２が備えられている。運転者はシフトレバー１６２を前後方向にスライドすることにより種々のシフトポジションを選択することができる。シフトポジションは、前方からパーキング（Ｐ）、リバース（Ｒ）、ニュートラル（Ｎ）、ドライブポジション（Ｄ）、４ポジション（４）、３ポジション（３）、２ポジション（２）およびローポジション（Ｌ）の順に配列されている。
【０１０４】
パーキング（Ｐ）、リバース（Ｒ）、ニュートラル（Ｎ）は、それぞれ図４で示した係合状態に対応する。ドライブポジション（Ｄ）は、図４に示した第１速（１ｓｔ）から第５速（５ｔｈ）までを使用して走行するモードの選択を意味する。以下、４ポジション（４）は第４速（４ｔｈ）まで、３ポジション（３）は第３速（３ｒｄ）まで、２ポジション（２）は第２速（２ｎｄ）までおよびローポジション（Ｌ）は第１速（１ｓｔ）のみを使用して走行するモードの選択を意味する。
【０１０５】
操作部１６０には、この他、スポーツモードスイッチ１６３が設けられている。スポーツモードスイッチ１６３は、頻繁に加減速を行う場合などに運転者により操作される。通常、変速機１００の変速段は車速とアクセル開度に応じて設定されたマップに従って切り替えられる。スポーツモードスイッチ１６３がオンになっている場合は、全体に低速段側の変速段が使用されるようにマップが変更される。
【０１０６】
なお、シフトポジションの選択および目標減速度の設定を行うための操作部は、本実施例で示した構成（図５）以外にも種々の構成を適用することが可能である。また、スポーツモードスイッチ１６３に代えて、またはスポーツモードスイッチ１６３とともに運転者が変速段をマニュアルで切り替えられるモードを設けるものとしてもよい。変速段をマニュアルで切り替えるモードを設けた場合、シフトレバー１６２で変速段を切り替えるものとしてもよいし、これとは別の操作部を設けるものとしてもよい。後者としては、例えば、ステアリング部に変速段をアップ・ダウンするためのスイッチを設ける構成が挙げられる。
【０１０７】
スポーツモードが選択された場合には、車内の計器板に表示される。図６は本実施例におけるハイブリッド車両の計器板を示す説明図である。この計器板は、通常の車両と同様、運転者の正面に設置されている。計器板には、運転者から見て左側にガソリンの燃料計２０２、燃料電池用の燃料計２０３、速度計２０４が設けられており、右側にエンジン水温計２０８、エンジン回転計２０６が設けられている。燃料電池用の燃料計２０３は、図示する通り、メタノールの残量と、改質に用いられる水の残量とを左右の指針でそれぞれ示すように構成されている。中央部にはシフトポジションを表示するシフトポジションインジケータ２２０が設けられており、その左右に方向指示器インジケータ２１０Ｌ、２１０Ｒが設けられている。また、スポーツモードインジケータ２２２がシフトポジションインジケータ２２０の上方に設けられている。スポーツモードインジケータ２２２は、スポーツモードスイッチ１６３がオンになっている場合に点灯する。
【０１０８】
本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１０などの動力源から出力される動力は、補機の駆動にも用いられる。図１に示す通り、エンジン１０には補機駆動装置８２が結合されている。補機には、エアコンのコンプレッサやパワーステアリング用のポンプ等が含まれる。ここでは、エンジン１０の動力を利用して駆動される補機類をまとめて補機駆動装置８２として示した。補機駆動装置８２は、具体的にはエンジン１０のクランクシャフトにプーリやベルトを介して結合されており、クランクシャフトの回転動力によって駆動される。
【０１０９】
補機駆動装置８２には、また、補機駆動用モータ８０も結合されている。補機駆動用モータ８０は、切替スイッチ８３を介して燃料電池６０およびバッテリ５０に接続されている。補機駆動用モータ８０は、モータ２０と同様の構成を有しており、エンジン１０の動力によって運転され、発電を行うことができる。補機駆動用モータ８０で発電された電力はバッテリ５０に充電することができる。また、補機駆動用モータ８０は、バッテリ５０および燃料電池６０から電力の供給を受けて力行することもできる。本実施例のハイブリッド車両は、後述する通り、所定の条件下では、エンジン１０の運転が停止される。補機駆動用モータ８０を力行すれば、エンジン１０が停止している時でも補機駆動装置８２を駆動することができる。もちろん、エンジン１０が停止している場合に、入力クラッチ１８をオンにして、モータ２０の動力で補機駆動装置８２を駆動するものとしてもよい。
【０１１０】
本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１０、モータ２０、トルクコンバータ３０、変速機１００、補機駆動用モータ８０等の運転を制御ユニット７０が制御している（図１参照）。制御ユニット７０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭ等を備えるワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＲＯＭに記録されたプログラムに従い、ＣＰＵが後述する種々の制御処理を行う。制御ユニット７０には、かかる制御を実現するために種々の入出力信号が接続されている。図７は制御ユニット７０に対する入出力信号の結線を示す説明図である。図中の左側に制御ユニット７０に入力される信号を示し、右側に制御ユニット７０から出力される信号を示す。
【０１１１】
制御ユニット７０に入力される信号は、種々のスイッチおよびセンサからの信号である。かかる信号には、例えば、燃料電池用の燃料残量、燃料電池温度、エンジン１０の回転数、エンジン１０の水温、イグニッションスイッチ、バッテリ残容量ＳＯＣ、バッテリ温度、車速、トルクコンバータ３０の油温、シフトポジション、サイドブレーキのオン・オフ、フットブレーキの踏み込み量、エンジン１０の排気を浄化する触媒の温度、アクセル開度、スポーツモードスイッチ１６３のオン・オフ、車両の加速度センサなどがある。制御ユニット７０には、その他にも多くの信号が入力されているが、ここでは図示を省略した。
【０１１２】
制御ユニット７０から出力される信号は、エンジン１０，モータ２０，トルクコバータ３０，変速機１００等を制御するための信号である。かかる信号には、例えば、エンジン１０の点火時期を制御する点火信号、燃料噴射を制御する燃料噴射信号、補機駆動用モータ８０の運転を制御する補機駆動用モータ制御信号、モータ２０の運転を制御するモータ制御信号、変速機１００の変速段を切り替える変速機制御信号、変速機１００の油圧を制御するためのＡＴソレノイド信号およびＡＴライン圧コントロールソレノイド信号、エンジン１０からモータ２０側への動力の伝達をオン・オフする入力クラッチを制御する入力クラッチコントロールソレノイド、トルクコンバータ３０のロックアップを行うためのＡＴロックアップコントロールソレノイド、モータ２０の電源の切替スイッチ８４の制御信号、補機駆動用モータ８０の電源の切替スイッチ８３の制御信号、燃料電池システム６０の制御信号などがある。制御ユニット７０からは、その他にも多くの信号が出力されているが、ここでは図示を省略した。
【０１１３】
Ａ２．一般的動作：
次に、本実施例のハイブリッド車両の一般的動作について説明する。先に図１で説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は動力源としてエンジン１０とモータ２０とを備える。制御ユニット７０は、車両の走行状態、即ち車速およびトルクに応じて両者を使い分けて走行する。両者の使い分けは予めマップとして設定され、制御ユニット７０内のＲＯＭに記憶されている。
【０１１４】
図８は車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。図中の領域ＭＧはモータ２０を動力源として走行する領域である。領域ＭＧの外側の領域は、エンジン１０を動力源として走行する領域である。以下、前者をＥＶ走行と呼び、後者をエンジン走行と呼ぶものとする。図１の構成によれば、エンジン１０とモータ２０の双方を動力源として走行することも可能ではあるが、本実施例では、かかる走行領域は設けていない。
【０１１５】
図示する通り、本実施例のハイブリッド車両は、まずＥＶ走行で発進する。かかる領域では、入力クラッチ１８をオフにして走行する。ＥＶ走行により発進した車両が図８のマップにおける領域ＭＧと領域ＥＧの境界近傍の走行状態に達した時点で、制御ユニット７０は、入力クラッチ１８をオンにするとともに、エンジン１０を始動する。入力クラッチ１８をオンにすると、エンジン１０はモータ２０により回転させられる。制御ユニット７０は、エンジン１０の回転数が所定値まで増加したタイミングで燃料を噴射し点火する。また、ＶＶＴ機構を制御して、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングをエンジン１０の運転に適したタイミングに変更する。
【０１１６】
こうしてエンジン１０が始動して以後、領域ＥＧ内ではエンジン１０のみを動力源として走行する。かかる領域での走行が開始されると、制御ユニット７０は駆動回路５１，５２のトランジスタを全てシャットダウンする。この結果、モータ２０は単に空回りした状態となる。
【０１１７】
制御ユニット７０は、このように車両の走行状態に応じて動力源を切り替える制御を行うとともに、変速機１００の変速段を切り替える処理も行う。変速段の切り替えは動力源の切り替えと同様、車両の走行状態に予め設定されたマップに基づいてなされる。マップは、シフトポジションによっても相違する。図８にはＤポジション、４ポジション、３ポジションに相当するマップを示した。このマップに示す通り、制御ユニット７０は、車速が増すにつれて変速比が小さくなるように変速段の切り替えを実行する。
【０１１８】
ドライブポジション（Ｄ）では、図８に示す通り、第５速（５ｔｈ）までの変速段を用いて走行する。４ポジションでは、このマップにおいて、第４速（４ｔｈ）までの変速段を用いて走行する。４ポジションでは、図８における５ｔｈの領域であっても第４速（４ｔｈ）が使用される。同様に３ポジションの場合には、図８のマップにおいて、第３速（３ｒｄ）までの変速段を用いて走行する。
【０１１９】
２ポジション、Ｌポジションでは、マップを各シフトポジションに固有のものに変更して変速段の制御を行う。図９は２ポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。２ポジションでは、第１速および第２速の変速段が使用される。２ポジションのマップ（図９）において、第１速と第２速の切り替えを行う境界は、Ｄポジションのマップ（図８）と同じである。２ポジションでは、Ｄポジションに比較して領域ＭＧの範囲が相違する。
【０１２０】
２ポジションでは、第３速が使用されないため、領域ＭＧについて、Ｄポジションのマップ（図８）中の第３速を使用する領域（ハッチングを付した部分）を領域ＭＧから除外する設定とすることも可能である。本実施例では、かかる領域よりも広い範囲で２ポジションにおける領域ＭＧを設定した。図９中の破線は、Ｄポジションのマップとの対比のために示したものであり、Ｄポジションのマップ中の第２速と第３速との境界に対応する曲線である。このように領域ＭＧ中で第２速に対応する領域を広げることにより、２ポジションにおいても十分にモータ２０を動力源として活用することができ、ハイブリッド車両の燃費を向上することができる。なお、第２速に対応する領域の設定に当たっては、モータ２０の定格を考慮して、広げた領域（図９中のハッチングを付した領域）における走行感覚がＤポジションにおける該当領域と大差ないよう設定することが望ましい。
【０１２１】
図１０はＬポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。Ｌポジションでは、第１速のみが使用される。２ポジションにおけるマップの設定で説明したのと同様の理由により、Ｌポジションでは、２ポジションに比較して領域ＭＧの範囲が相違する。Ｌポジションにおける領域ＭＧは、２ポジションのマップにおいて、領域ＭＧ中の第１速に対応する領域よりも広い範囲に設定されている。図１１はＲポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。Ｒポジションでは後進するため、領域ＭＧの広さは前進方向のシフトポジションにおけるマップとは個別に設定した。
【０１２２】
変速段の切り替えはこのマップによる切り替えの他、運転者がアクセルペダルを急激に踏み込むことにより一段変速比が高い側に変速段を移す、いわゆるキックダウンと呼ばれる切り替えも行われる。また、スポーツモードが選択されている場合には、変速比の低い変速段を使用する領域をそれぞれ拡張して設定したマップに基づいて変速が行われる。これらの切り替え制御は、エンジンのみを動力源とし、自動変速装置を備えた周知の車両と同様である。なお、変速段と車両の走行状態との関係は、図８〜図１１に示した他、変速機１００の変速比に応じて種々の設定が可能である。
【０１２３】
なお、図８〜図１１では、車両の走行状態に応じてＥＶ走行とエンジン走行とを使い分ける場合のマップを示した。本実施例の制御ユニット７０は、全ての領域をエンジン走行で行う場合のマップも備えている。かかるマップは、図８〜図１１において、ＥＶ走行の領域（領域ＭＧ）を除いたものとなっている。ＥＶ走行には電力が必要である。制御ユニット７０は、バッテリ５０および燃料電池システム６０から電力を確保できる場合には、ＥＶ走行とエンジン走行とを使い分けて運転を行う。十分な電力を確保できない場合には、エンジン走行で運転する。ＥＶ走行で発進を開始した場合でも、発進後に電力が十分確保できない状況に至った場合には、車両の走行状態が領域ＭＧ内にあってもエンジン走行に切り替えられる。かかる使い分けの制御については後述する。
【０１２４】
次に、本実施例のハイブリッド車両の制動について説明する。本実施例のハイブリッド車両は、ブレーキペダルを踏み込むことによって付加されるホイールブレーキと、エンジン１０およびモータ２０からの負荷トルクによる動力源ブレーキの２種類のブレーキによる制動が可能である。モータ２０の負荷トルクによるブレーキとは、いわゆる回生制動であり、ハイブリッド車両の運動エネルギをモータ２０で電力として回収する制動方法である。回収された電力はバッテリ５０に充電される。動力源ブレーキによる制動は、アクセルペダルの踏み込みを緩めた場合に行われる。ブレーキペダルを踏み込めば、車両には動力源ブレーキとホイールブレーキの総和からなる制動力が付加される。
【０１２５】
本実施例のハイブリッド車両は、制御ユニット７０が、エンジン１０、モータ２０等を制御することによって、上述した走行を可能としている。制御は、車両の種々の運転モードごとに用意された所定の制御処理を実行することにより、行われる。以下では、本実施例のハイブリッド車両について、代表的な運転モードに対し、それぞれ制御処理の内容を説明する。
【０１２６】
Ａ３．ＥＶ走行制御処理：
図１２はＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。制御ユニット７０内のＣＰＵが所定の時間間隔で周期的に実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、車速、アクセル開度、バッテリ残容量ＳＯＣ、燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが以後の処理に関与する。
【０１２７】
次に、ＣＰＵは車両の運転状態がＭＧ領域に該当するか否かを判定する（ステップＳ２０）。ＭＧ領域は、図８〜図１１に示した通り、シフトポジションに応じて車速およびアクセル開度との関係で特定されている。ステップＳ１０で入力された諸量に基づいて、運転状態がＭＧ領域に該当するか否かを判定するのである。運転状態がＭＧ領域に該当しない場合には、ＥＶ走行は実行しない。従って、かかる場合には、ＣＰＵは以後の処理を行わずにＥＶ走行制御処理ルーチンを終了する。
【０１２８】
ステップＳ２０において、運転状態がＭＧ領域に該当すると判断された場合には、ＣＰＵはバッテリ５０と燃料電池６０とを使い分けるための処理を行う。これら２つの電源の使い分けを行うために、ＣＰＵは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。所定の値ＬＯ１の設定については後述する。
【０１２９】
残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ１以上である場合には、バッテリ５０の充電状態が高いため、バッテリ５０を電源として、モータ２０を駆動するための処理を行う（ステップＳ５０）。まず、電源の切替スイッチ８４を制御して、バッテリ５０とモータ２０とを接続する。また、モータ２０の運転の可否を示すフラグをオンにするとともに、モータ２０の目標運転状態、即ち目標回転数と目標トルクとを特定する。本実施例では、モータ２０の運転自体は、別途用意されたルーチンで実行するものとしているため、ここでは、該ルーチンに受け渡すデータの設定を行うのである。目標回転数は、ステップＳ１０で入力された車速に変速機１００の変速比およびディファレンシャルギヤの変速比などを乗じることで特定される。目標トルクは、車速とアクセル開度とに応じて予め設定されたマップによって特定される。これらの目標運転状態が、別途用意された制御処理に受け渡されることにより、モータ２０は該目標運転状態で運転される。
【０１３０】
モータ２０を駆動する制御処理について説明する。図１３はモータ駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。この処理が開始されると、ＣＰＵはモータ２０の駆動を許可する運転フラグがオンになっているか否かを判定する（ステップＳ１）。運転フラグがオンでない場合には、モータ２０を駆動すべきでないと判断して、何も処理を行うことなくモータ駆動制御ルーチンを終了する。
【０１３１】
モータ２０の運転フラグがオンになっている場合には、次に、モータ２０の目標運転状態、即ち目標回転数および目標トルクを入力する（ステップＳ２）。目標運転状態は、上述のＥＶ走行制御処理などの運転制御処理でそれぞれ設定されている。こうして入力された目標運転状態に基づき、ＣＰＵはモータ２０に印加すべき電圧Ｖｄ、Ｖｑを設定する（ステップＳ３）。Ｖｄ，Ｖｑとは、それぞれモータ２０のｄ軸電圧、ｑ軸電圧を意味する。本実施例では、同期モータの制御方法として周知の技術であるベクトル制御を適用する。ベクトル制御では、ロータの回転とともに回転するｄ軸およびｑ軸方向の電圧がモータ２０の出力トルクを制御する本質的なパラメータとして扱われる。これらの電圧は、目標回転数および目標トルクに応じて予め設定され、テーブルとして記憶されている。ＣＰＵはステップＳ２で入力された目標運転状態に基づき、このテーブルを参照して、印加電圧Ｖｄ，Ｖｑを設定するのである。
【０１３２】
こうしてｄ軸方向、ｑ軸方向の電圧を設定すると、ＣＰＵはそれらの電圧をモタ２０のＵ，Ｖ，Ｗ相の各コイルに印加すべき電圧に変換する（ステップＳ４）。かかる変換は、２相／３相変換と呼ばれる。ｄ軸方向およびｑ軸方向の電圧値に、ロータの回転位置に応じた周知のマトリックスを乗じることで変換することができる。こうして設定された各相の電圧に基づき、ＣＰＵはトランジスタをＰＷＭ制御する（ステップＳ５）。即ち、各相に接続されたそれぞれのトランジスタのオン・オフの割合を電圧に応じて調整する制御を行う。以上の処理により、ＣＰＵはモータ２０の運転を制御することができる。
【０１３３】
図１２に戻り、ＥＶ走行制御処理について再び説明する。ＭＧ領域内では、モータ２０のみを動力源として走行する。従って、上記処理によってモータ２０が動力源として指定された場合は、エンジンの運転を停止する（ステップＳ７０）。ここでは、エンジンの運転可否を特定するフラグをオフにする。実際には、別途用意されたエンジンの運転の制御処理で、その運転が停止される。
【０１３４】
ステップＳ３０において、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ１よりも小さい場合には、充電状態が低いと判断し、バッテリ５０の電力の使用を回避する。従って、ＣＰＵは燃料電池６０が電源として使用可能であるか否かの判断を行う。この判断として、ＣＰＵは燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ４０）。所定の値Ｆ１の設定については後述する。残燃料量ＦＣＬが値Ｆ１以上である場合には、燃料電池６０が電源として使用可能であると判断し、ＣＰＵは燃料電池６０を電源として、モータ２０を駆動するための処理を行う（ステップＳ６０）。同時にモータ２０の目標運転状態を設定する。モータ２０の目標運転状態の設定方法は、ステップＳ５０と同じである。また、モータ２０のみを動力源として走行するため、エンジンの運転を停止する処理を行う（ステップＳ７０）。
【０１３５】
ステップＳ６０では、電源の切替スイッチ８４を制御して燃料電池６０とモータ２０とを接続する。もちろん、切替スイッチ８４は燃料電池６０とバッテリ５０とを完全に選択的に使用するように切り替えることも可能である。但し、本実施例では、燃料電池６０の特性を考慮し、バッテリ５０と燃料電池６０とを徐々に切り替える制御を行っている。燃料電池６０は化学反応を利用しているため、発電の指示を出してから実際に所望の電力が得られるまで時間遅れが存在するのが通常である。従って、ステップＳ６０において電源を瞬時に燃料電池６０に切り替えると、走行に必要な電力が十分に得られない可能性がある。本実施例では、かかる時間遅れを考慮して、燃料電池６０の電力が不足する分を補償するようにバッテリ５０を用い、燃料電池６０から所望の電力が出力されるようになった時点で完全に燃料電池６０を電源とするように切替スイッチ８４を制御する。かかる制御は、切替スイッチ８４がバッテリ５０と燃料電池６０にそれぞれ接続される時間を変更することで実現可能である。また、モータ２０をバッテリ５０および燃料電池６０の双方と常に接続された状態にして、各駆動回路５１，５２のスイッチングをそれぞれ制御して、各電源から供給される電圧を徐々に変更するものとしてもよい。
【０１３６】
ステップＳ４０において、燃料電池の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ１よりも低い場合には、燃料電池６０を電源として使用することを回避する。かかる場合には、使用可能な電源が存在しないことになる。従って、ＣＰＵはＭＧ領域内であるとはいえ、モータ２０を動力源とするＥＶ走行を断念し、エンジンを動力源として走行する処理を行う（ステップＳ８０）。つまり、モータ２０の運転可否を示すフラグをオフにするとともに、エンジンの運転可否を示すフラグをオンにする。エンジンの目標運転状態は、車速とアクセル開度によって設定される。ＣＰＵは、以上の処理を繰り返し実行することでＭＧ領域における運転を制御する。
【０１３７】
図１４はＥＶ走行制御処理における各動力源および電源の出力の変化を示す説明図である。停車している状態からＥＶ走行が開始された場合を例にとって、モータ出力、バッテリ出力、燃料電池出力およびエンジン出力の時間変化を示した。時刻ａ０において、ＥＶ走行が開始されるとする。また、この時点では、バッテリ５０の残容量ＳＯＣがＬＯ１以上残っているものとする。かかる状態では、バッテリ５０を電源としてＥＶ走行が開始されるから、時刻ａ０以降で、モータ出力およびバッテリ出力が所定の状態まで上昇する。燃料電池およびエンジンは使用されないため、出力は値０のままである。
【０１３８】
時刻ａ１において、モータ出力は要求値に達したものとする。この時点に達して以降もバッテリ５０の残容量が十分に残っている場合を図中に実線で示した。モータ出力は要求値で一定となり、バッテリ出力も一定値となる。燃料電池およびエンジンは使用されないため、値０を維持する。
【０１３９】
一方、時刻ａ１に達した時点で、バッテリ５０の残容量が所定の値ＬＯ１よりも低くなった場合を図中に一転鎖線で示した。この場合には、バッテリ５０から燃料電池６０に電源を切り替えてモータ２０が駆動される。燃料電池６０は時刻ａ１から運転が開始されるが、電力の立ち上がりは比較的遅く、十分な電力を出力するのは時刻ａ２に至ってからである。先に説明した通り、燃料電池が十分に電力を出力するようになるまでの遅れ時間Ｔｄ１では、電力の不足を補償するようにバッテリ５０の電力が使用される。従って、図示する通り、バッテリ５０の電力は時刻ａ１において不連続的に値０に低減するのではなく、時刻ａ２までかけて徐々に低減する。時刻ａ２に至った後は、燃料電池のみを電源としてモータ２０が駆動される。
【０１４０】
時刻ａ４において燃料電池用の残燃料量が所定の値Ｆ１よりも低くなったものとする。かかる状態では、モータ２０の駆動を停止し、エンジン走行に切り替える。図示する通り、時刻ａ４からａ５にかけてモータ２０の出力が低下するとともに、エンジンの出力が増加する。なお、ここで示したのは、一例に過ぎず、モータ２０を動力源とするＥＶ走行中にモータ出力が変動する場合など、各出力は種々の態様で変化し得ることは言うまでもない。
【０１４１】
ここで、上述の処理で用いられたＦ１（ステップＳ４０）の設定について説明する。所定の値Ｆ１はステップＳ４０で説明した通り、燃料電池６０を電源として使用するか否かの基準となる値である。所定の値Ｆ１については、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、燃料が残っている限り、燃料電池６０を電源として使用することになる。ＥＶ走行のみを考慮すれば、値０として設定するのが運転効率および環境性の観点から好ましい。しかし、値０にした場合には、他の運転モードで燃料電池を使用する必要性が生じた場合に、ＥＶ走行で既に燃料が消費されており、燃料電池を使用し得ない可能性も生じる。
【０１４２】
本実施例では、他の運転モードを考慮して、正の所定値に設定した。即ち、ＥＶ走行制御処理では、燃料電池用の燃料を完全に消費することがないように設定した。本実施例のハイブリッド車両は、後述する通り、ＥＶ走行以外の運転モードにおいても、種々のモードで電源を必要とする。運転効率および環境性の観点から、ＥＶ走行よりも電源の必要性が高い運転モードも存在する。かかるモードで燃料電池を電源として確保しやすくするため、本実施例では、ＥＶ走行時には、燃料電池用の燃料の使用を抑制するものとした。換言すれば、所定の値Ｆ１以上の燃料が存在し、燃料に比較的余裕がある場合にのみ燃料電池を電源とすることにしているのである。
【０１４３】
次に、上述の処理で用いられたＬＯ１（ステップＳ３０）の設定について説明する。所定の値ＬＯ１はステップＳ３０で説明した通り、バッテリ５０を電源として使用するか否かの基準となる値である。所定の値ＬＯ１については、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、バッテリ５０に電力が残っている限り、バッテリ５０を電源として使用することになる。本実施例では、燃料電池６０を電源として使用する場合の過渡的な状態を考慮して所定値ＬＯ１を設定した。先に説明した通り、燃料電池６０への電源の切り替え時には、燃料電池６０から十分な電力が出力されるまでの遅れを考慮して、バッテリ５０を過渡的に使用するものとしている。従って、本実施例では、かかる遅れ時間において、燃料電池６０の電力を補償し得る電力をバッテリ５０から十分に出力できるように所定の値ＬＯ１を設定した。
【０１４４】
なお、バッテリ５０の電力は一旦消費しても走行中に再び充電することが可能である。例えば、ハイブリッド車両の制動時にモータ２０を回生運転することにより、運動エネルギを電力として回収し、バッテリ５０の充電を行うことができる。これに対し、燃料電池６０による電力は、一過性のものである。つまり、一旦燃料を消費すると、外部から燃料補給しない限り増加することはない。かかる観点から、燃料電池６０よりもバッテリ５０の電力を積極的に使用することが望ましい。本実施例では、バッテリ５０の電力を積極的に使用するため、値ＬＯ１は上述の過渡的な使用を可能とする下限値に若干の余裕を見込んだ値に設定した。
【０１４５】
基準値ＬＯ１の設定について具体的に説明する。図１５はバッテリ５０を使用する判断基準値の設定方法について示す説明図である。ここでは、判断基準値をＣＡＳＥ１〜ＣＡＳＥ３の３通りに変化させた場合の状態をそれぞれ示した。ＣＡＳＥ１は上述の所定値ＬＯ１を比較的高い値ＳＯＣ１に設定した場合に対応する。かかる場合には、ＳＯＣ１に相当する残容量を残して燃料電池６０の使用が開始されることになる。電源が燃料電池６０に完全に移行した後は、バッテリ５０には、図中のハッチングで示す容量が残っている。かかる状態でハイブリッド車両を回生制動した場合を考える。回生制動によって得られる電力（以下、回生電力と呼ぶ）は制動前後の車速や車両の重量に応じて変動するが、ここでは平均的な回生電力を図示した。基準値ＬＯ１を高い値に設定したＣＡＳＥ１では、バッテリＳＯＣの残容量が比較的高い状態に保たれる結果、バッテリ５０の充電限界内で回生電力を全て充電することができなくなる。従って、ＣＡＳＥ１では回生電力の一部（図中の塗りつぶした部分）が廃棄される。この分、ハイブリッド車両は、車両の運動エネルギを活用できなくなるため、エネルギ効率が低下する。
【０１４６】
ＣＡＳＥ２は基準値ＬＯ１を中程度の値ＳＯＣ２に設定した場合に対応する。かかる設定にすれば、回生電力を充電限界内でバッテリ５０に充電することができる。ＣＡＳＥ３は基準値ＬＯ１を低い値ＳＯＣ３に設定した場合に対応する。かかる設定でも、回生電力を十分にバッテリ５０に充電することができる。これらの設定であれば、ハイブリッド車両の運動エネルギを効率的に活用することが可能となる。
【０１４７】
一方、ＣＡＳＥ２とＣＡＳＥ３とを比較すれば、ＣＡＳＥ２の方が電源が早く燃料電池６０に切り替えられる。ＥＶ走行に要する総電力がＣＡＳＥ２とＣＡＳＥ３で同じであるとすれば、ＣＡＳＥ２の方が燃料電池６０を長時間使用することになり、燃料電池用の燃料を多大に消費することになる。既に説明した通り、燃料電池用の燃料は一旦消費すれば、外部からの供給を受けない限り回復し得ない。従って、燃料電池の燃料消費は抑制することが好ましい。
【０１４８】
また、所定値ＬＯ１を極端に低くすれば、燃料電池６０に電源を切り替える過渡期においてバッテリ５０で電力を補償することができなくなる。過渡期に必要となる電力は、要求される電力によっても変動するが、燃料電池６０の特性に応じて概ね設定することができる。本実施例では、これらの観点から、図中のＳＯＣ３に示す通り、過渡期の出力に要するＳＯＣに対して若干余裕を見込んだ上で、可能な限り低い値に基準値ＬＯ１を設定した。
【０１４９】
以上で説明したＥＶ走行制御処理によれば、ＭＧ領域においてバッテリ５０と燃料電池６０とを使い分けてＥＶ走行することができる。バッテリ５０の充電量が高い場合には、燃料電池６０の残燃料量ＦＣＬの値に関わらずバッテリ５０を電源として使用することになる。換言すれば、バッテリ５０を電源として優先的に使用することになる。また、双方の電源が共に使用すべきでない状態にある場合には、エンジンを動力源としてエンジン走行することができる。
【０１５０】
バッテリ５０の電力は走行中に充電することで、消費前の状態に復元可能である。上記制御処理によれば、このように可逆的な電源を積極的に使用することにより、一過性の電源である燃料電池の使用を抑制することができる。換言すれば、燃料電池の使用が望まれる運転状態に備えて燃料を確保しておくことができる。従って、上記処理によれば、幅広い運転状態で、電源を適切に使用することができる。従って、運転効率および環境性に優れる動力源を十分に活用することが可能となる。
【０１５１】
また、上記制御処理によれば、バッテリ５０の電力を積極的に使用することで、車両のエネルギ効率を向上することもできる。本実施例のハイブリッド車両は、モータ２０を回生運転することにより、制動時に車両の運動エネルギを電力として回生することができる。ここで、例えば、バッテリ５０が満充電に近い場合には、回生した電力を十分に蓄えることができないため、車両の運動エネルギを効率的に活用することができない。これに対し、上記制御を実行すれば、バッテリ５０の電力を積極的に活用する結果、回生した電力をバッテリ５０に蓄えることができ、その後の走行に活用することができる。従って、上記制御処理によれば、ハイブリッド車両のエネルギ効率を向上することができる。
【０１５２】
Ａ４．補機駆動制御処理：
図１６は補機駆動制御処理ルーチンのフローチャートである。図１に示した通り、本実施例のハイブリッド車両は、エンジン１０および補機駆動用モータ８０の動力で補機駆動装置を駆動することができる。補機駆動制御処理ルーチンとは、補機駆動装置を駆動する際の動力源および電源の使い分けを制御する処理である。この処理も、制御ユニット７０内のＣＰＵが所定の時間間隔で周期的に実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ１１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、車速、アクセル開度、バッテリ残容量ＳＯＣ、燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが以後の処理に関与する。
【０１５３】
次に、ＣＰＵは車両の運転状態がＭＧ領域に該当するか否かを判定する（ステップＳ１２０）。判定方法は、ＥＶ走行処理ルーチンのステップＳ２０と同様である。運転状態がＭＧ領域に該当しない場合には、エンジン１０が運転中であることを意味する。かかる場合には、エンジン１０の動力によって補機を駆動することが可能である。従って、ＣＰＵは以後の処理を行わずに補機駆動制御処理ルーチンを終了する。
【０１５４】
ステップＳ１２０において、運転状態がＭＧ領域に該当すると判断された場合には、原則としてエンジン１０の運転が停止される。エンジン１０の運転が停止された場合でも、エアコンやパワーステアリング等の補機は駆動する必要がある。ＭＧ領域では、利用可能な電源があれば、補機駆動用モータ８０によって補機駆動装置８２を駆動する。従って、ＣＰＵは補機駆動用の電源として、バッテリ５０と燃料電池６０とを使い分けるための処理を行う。これら２つの電源の使い分けを行うために、ＣＰＵは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。所定の値ＬＯ２の設定については後述する。
【０１５５】
残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ２以上である場合には、バッテリ５０の充電状態が高いため、バッテリ５０を電源として、補機駆動用モータ８０を駆動するための処理を行う（ステップＳ１５０）。まず、電源の切替スイッチ８３を制御して、バッテリ５０と補機駆動用モータ８０とを接続する。また、補機駆動用モータ８０の運転の可否を示すフラグをオンにするとともに、補機駆動用モータ８０の目標運転状態、即ち目標回転数と目標トルクとを予め設定された値に特定する。本実施例では、補機駆動用モータ８０の運転自体は、別途用意されたルーチンで実行するものとしているため、ここでは、該ルーチンに受け渡すデータの設定を行う。目標回転数および目標トルクは、駆動すべき補機に応じて予め設定されている。これらの目標運転状態が、別途用意された制御処理に受け渡されることにより、補機駆動用モータ８０は該目標運転状態で運転される。補機駆動用モータ８０の制御処理は、モータ２０について図１３で示した処理と同じである。
【０１５６】
補機駆動用モータ８０で補機駆動装置８２を駆動する場合には、エンジンの運転を停止する（ステップＳ１７０）。ここでは、エンジンの運転可否を特定するフラグをオフにする。実際には、別途用意されたエンジンの運転の制御処理で、その運転が停止される。なお、エンジン１０の運転を停止する際には、次にエンジン１０から車軸に動力を出力する必要が生じた場合に備え、入力クラッチ１８を結合する処理を行う。
【０１５７】
ステップＳ１３０において、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ２よりも小さい場合には、充電状態が低いと判断し、バッテリ５０の電力の使用を回避する。従って、ＣＰＵは燃料電池６０が電源として使用可能であるか否かの判断を行う。この判断として、ＣＰＵは燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ２以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４０）。所定の値Ｆ２の設定については後述する。残燃料量ＦＣＬが値Ｆ２以上である場合には、燃料電池６０が電源として使用可能であると判断し、ＣＰＵは燃料電池６０を電源として、補機駆動用モータ８０を駆動するための処理を行う（ステップＳ１６０）。補機駆動用モータ８０の目標運転状態の設定方法は、ステップＳ１５０と同じである。また、エンジンの運転を停止する処理を行う（ステップＳ１７０）。
【０１５８】
ステップＳ１６０では、電源の切替スイッチ８３を制御して燃料電池６０と補機駆動用モータ８０とを接続する。本実施例では、ＥＶ走行制御処理と同様、燃料電池６０からの電力の立ち上がり遅れを考慮し、バッテリ５０と燃料電池６０とを徐々に切り替える。つまり、燃料電池６０の電力が不足する分を補償するようにバッテリ５０を用い、燃料電池６０から所望の電力が出力されるようになった時点で完全に燃料電池６０を電源とするように切替スイッチ８３を制御する。かかる制御は、切替スイッチ８３がバッテリ５０と燃料電池６０にそれぞれ接続される時間を変更することで実現可能である。また、補機駆動用モータ８０をバッテリ５０および燃料電池６０の双方と常に接続された状態にして、各駆動回路５１，５２のスイッチングをそれぞれ制御して、各電源から供給される電圧を徐々に変更するものとしてもよい。
【０１５９】
ステップＳ１４０において、燃料電池の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ２よりも低い場合には、燃料電池６０を電源として使用することを回避する。かかる場合には、使用可能な電源が存在しないことになる。従って、ＣＰＵはエンジンを動力源として補機駆動装置８２を駆動する処理を行う（ステップＳ１８０）。つまり、補機駆動用モータ８０の運転可否を示すフラグをオフにするとともに、エンジンの運転可否を示すフラグをオンにするのである。ＣＰＵは、以上の処理を繰り返し実行することで補機駆動装置８２の駆動を制御する。
【０１６０】
なお、ステップＳ１８０の処理では、エンジン１０を運転するとはいえ、必ずしもエンジン１０の動力を車軸に出力する必要がある訳ではない。例えば、停車中においては、車軸に動力を出力する必要はないが、補機駆動装置８２は停車中でも駆動する必要がある。本実施例では、補機駆動処理のステップＳ１８０において、エンジン１０とモータ２０との間に設けられた入力クラッチ１８の制御をも実行する。即ち、エンジン１０の動力を車軸に出力する必要があるか否かを判定し、出力する必要がある場合には入力クラッチ１８を結合状態とする。出力する必要がない場合には、入力クラッチ１８を解放状態とする。もちろん、かかる制御は、エンジン１０による補機の駆動を効率的に行うためのものであり、車軸への動力の出力要求に関わらず、入力クラッチ１８を結合状態に維持するものとしても構わない。
【０１６１】
ステップＳ１８０においてエンジン１０を運転する場合、エンジンの目標運転状態としては、駆動すべき補機に応じた要求動力に加え、バッテリ５０を充電するための動力が設定される。ステップＳ１８０においてエンジン１０を駆動する必要が生じた場合には、バッテリ５０の電力が値ＬＯ２よりも低くなっており、燃料電池６０の残燃料量が値Ｆ２よりも少なくなっていることを意味する。つまり、バッテリ５０と燃料電池６０の双方の電源共に使用できない状態にあることを意味する。従って、エンジン１０を運転しつつ電力を回復可能なバッテリ５０を充電し、後の運転に利用可能な電源の確保を行う。エンジン１０の動力は補機駆動装置８２を介して補機駆動用モータ８０に伝達される。従って、エンジン１０の動力によって補機駆動用モータ８０を運転し発電することにより、バッテリ５０を充電することができる。この際、電源の切替スイッチ８３は当然バッテリ５０側に接続される。
【０１６２】
かかる処理の結果、一旦エンジン１０により補機の駆動が開始された後でも、所定時間経過してバッテリ５０の充電状態が回復すれば、再びバッテリ５０を電源とする補機駆動用モータ８０による駆動に切り替えられる。但し、エンジン１０と補機駆動用モータ８０との切り替えが頻繁に行われることを回避し、バッテリ５０の充電状態が十分に回復してから補機駆動用モータ８０への切り替えを行うため、ステップＳ１３０の処理が実行されると、ステップＳ１３０の判断基準となる値ＬＯ２は所定時間継続して補機駆動用モータ８０を運転可能な程度に高い値に変更される。もちろん、ステップＳ１３０で一旦変更された値ＬＯ２は、再びバッテリ５０を電源とする運転が再開された時点で、当初の値に戻される。
【０１６３】
図１７は補機駆動制御処理における動力源の切り替えの様子を示す説明図である。ここでは、エンジン１０を動力源として補機を駆動している状態から補機駆動用モータ８０を動力源として補機を駆動する状態への切り替えを例にとって、エンジンクランクシャフトの回転数、トルクコンバータ３０のロックアップクラッチ、入力クラッチ１８および補機駆動用モータの動力の時間変化を示した。時刻ｂ１において、補機駆動用の動力をエンジン１０から補機駆動用モータ８０に切り替えるべき判断がなされたものとする。上記フローチャートのステップＳ１３０の判断の結果、ステップＳ１５０の処理が実行される場合に相当する。
【０１６４】
エンジン１０を動力源として補機を駆動している間は、先に説明した通り、入力クラッチ１８は解放されている。一方、補機駆動用モータ８０により補機を駆動する場合には、車軸への動力の出力に備え、入力クラッチを結合する。従って、図示するとおり、時刻ｂ１以降で入力クラッチ油圧が上昇し、エンジン１０はモータ２０側に結合される。但し、この結合時にはエンジン１０が回転中であるため、直接モータ２０側に結合すれば、車軸に予期しないトルクが出力されるなどの可能性がある。従って、入力クラッチ１８を結合すると同時にトルクコンバータ３０のロックアップクラッチの油圧を低減し、クラッチを解放する。ロックアップクラッチを解放すれば、トルクコンバータ３０の入出力軸間で滑りが生じるから、上述の弊害を回避することができる。こうして、時刻ｂ２において入力クラッチ１８の結合およびロックアップクラッチの解放が完了すると、エンジン１０の運転を停止するとともに、補機駆動用モータ８０の運転を開始する。以降、補機駆動用モータ８０の動力によって補機を駆動する。
【０１６５】
ここで、上述の処理で用いられたＦ２（ステップＳ１４０）の設定について説明する。所定の値Ｆ２は燃料電池６０を電源として使用するか否かの基準となる値であり、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、燃料が残っている限り、燃料電池６０を電源として使用することになる。ＥＶ走行制御処理における値Ｆ１と同様、本実施例では、他の運転モードを考慮して、正の所定値に設定した。即ち、補機駆動制御処理では、燃料電池用の燃料を完全に消費することがないように設定した。但し、補機駆動制御処理では燃費および環境性の観点から、ＥＶ走行に比較して燃料電池を用いる必要性が高いと考えられる。従って、本実施例では、補機駆動制御処理で用いる値Ｆ２は、ＥＶ走行制御処理における値Ｆ１よりも若干低い値に設定した。
【０１６６】
次に、上述の処理で用いられたＬＯ２（ステップＳ１３０）の設定について説明する。所定の値ＬＯ２はステップＳ１３０で説明した通り、バッテリ５０を電源として使用するか否かの基準となる値である。所定の値ＬＯ２については、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、バッテリ５０に電力が残っている限り、バッテリ５０を電源として使用することになる。先に説明した通り、本実施例では、補機駆動に用いられる動力源に応じて判断基準となる値ＬＯ２を変更している。エンジン１０が動力源として用いられる場合には、バッテリ５０の充電を行うために、基準値ＬＯ２を高い値に設定する。バッテリ５０を電源とする補機駆動用モータ８０が動力源として用いられる場合には、基準値ＬＯ２を低い値に設定する。低い値は、燃料電池６０を電源として使用する場合の過渡期における電力の補償が可能な範囲で設定した。高い値は、満充電に対し、回生制動で充電する程度の余裕を持った範囲で設定した。
【０１６７】
基準値ＬＯ２の設定について図１３を用いて具体的に説明する。先にＥＶ走行制御処理で説明したのと同様、回生制動時の充電余裕、燃料電池に電源を切り替える際の過渡期に必要な電力、および燃料電池用の燃料消費の抑制を考慮して、基準値ＬＯ２は図１５中の低い値ＳＯＣ３相当に設定した。補機駆動制御処理では、これに加えてエンジン１０で補機を駆動する際には、バッテリ５０への充電が行われるよう基準値ＬＯ２を変更している。この場合の基準値は図１５中の高い値ＳＯＣ１に設定した。
【０１６８】
補機駆動制御処理ルーチンは周期的に繰り返し実行される処理である。使用可能な電源がないと判断され、一旦エンジン１０による補機の駆動が開始された後、再び補機駆動制御処理ルーチンが実行されれば、バッテリ５０が使用できるか否かの判断（ステップＳ１３０）が実行される。この時、判断の基準値ＬＯ２が当初の設定、即ち図１５中のＳＯＣ３のままの場合を考える。エンジン１０の動力によってバッテリ５０がわずかに充電されると、バッテリ５０の残容量は、基準値ＳＯＣ３を超える。この結果、ステップＳ１３０において、バッテリ５０が電源として使用可能であると判断される。従って、エンジン１０による補機の駆動およびバッテリ５０の充電は終了され、バッテリ５０を電源とする補機用モータ８０により補機が駆動される。しかし、バッテリ５０の残容量は基準値ＳＯＣ３をわずかに超えた程度であるため、補機用モータ８０を駆動して電力を消費すると、ごく短期間の間に残容量は再びＳＯＣ３以下に低減する。このように、基準値ＬＯ２を値ＳＯＣ３で一定にしておくと、エンジン１０の運転とバッテリ５０を用いた補機用モータ８０の運転とが頻繁に切り替えられる現象が生じる。
【０１６９】
これに対し、本実施例では、エンジン１０によるバッテリ５０の充電が開始された時点で基準値ＬＯ２を図１５中の低い値ＳＯＣ３から高い値ＳＯＣ１に変更する。こうすることで、バッテリ５０の残容量がＳＯＣ１を超えるまで充電が継続される。残容量がＳＯＣ１を超えると、ステップＳ１３０の判断の結果、再びバッテリ５０を電源とする補機用モータ８０の駆動が開始される。補機用モータ８０の駆動が開始された時点で基準値ＬＯ２は、図１５中の低い値ＳＯＣ３に戻される。従って、バッテリ５０の残容量がＳＯＣ３以下になるまで、補機用モータ８０の駆動は継続される。このように基準値ＬＯ２の設定に一種のヒステリシスを持たせることによって、本実施例では、エンジン１０の運転と補機用モータ８０の駆動との切り替えを円滑に行っている。
【０１７０】
なお、充電時に用いられる高い値は充電限界を用いることも可能ではある。但し、充電時の基準値を高くすれば、エンジン１０の運転時間が長くなるため、燃費および環境性の面で不利益が生じる。また、充電途中で補機駆動処理ルーチンが終了し、ハイブリッド車両が走行を開始する場合もある。充電時の基準値を高く設定した場合には、走行を開始した後、回生電力を充電する余裕が少なくなる可能性も生じる。本実施例では、これらの面を考慮し、充電時の基準値を充電限界よりも若干低い値に設定した。
【０１７１】
以上で説明した補機駆動制御処理によれば、ＭＧ領域においてバッテリ５０と燃料電池６０とを使い分けて補機を駆動することができる。バッテリ５０の充電量が高い場合には、燃料電池６０の残燃料量ＦＣＬの値に関わらずバッテリ５０を電源として使用することになる。換言すれば、バッテリ５０を電源として優先的に使用することになる。また、双方の電源が共に使用すべきでない状態にある場合には、エンジンを動力源として補機を駆動することができる。エンジンを動力源とする場合には、同時にバッテリ５０の充電を行うこともできる。
【０１７２】
このようにバッテリ５０を燃料電池６０よりも優先して使用することにより、一過性の電源である燃料電池の使用を抑制することができる。換言すれば、燃料電池の使用が望まれる運転状態に備えて燃料を確保しておくことができる。従って、上記処理によれば、幅広い運転状態で、電源を適切に使用することができる。また、バッテリ５０の電力を積極的に使用することで、回生制動時に充電するための余裕を確保しやすくなり、車両のエネルギ効率を向上することもできる。
【０１７３】
Ａ５．パワーアシスト制御処理：
図１８はパワーアシスト制御処理ルーチンのフローチャートである。図１に示した通り、本実施例のハイブリッド車両は、エンジン走行している際に、さらにモータ２０を駆動することにより、エンジン１０の出力を補助し、高トルクを出力して走行することができる。パワーアシスト制御処理ルーチンとは、このように高トルクが要求された場合に、エンジン１０とモータ２０の双方を動力源として走行する際の動力源および電源の使い分けを制御する処理である。この処理も、制御ユニット７０内のＣＰＵが所定の時間間隔で周期的に実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ２１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、車速、アクセル開度、バッテリ残容量ＳＯＣ、燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが以後の処理に関与する。
【０１７４】
次に、ＣＰＵはアクセル開度の変化率Δθ、即ち単位時間当たりのアクセル開度の変化が所定の値Δθ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。一般に高トルクは車両を急加速する場合などに要求される。かかる場合には、アクセルが急激に踏み込まれるのが通常である。従って、本実施例では、アクセル開度の変化率に基づいて高トルクが要求されているか否かを判定している。アクセル開度率Δθが所定の値Δθ１よりも小さい場合には、高トルクが要求されていないことを意味する。かかる場合には、さらにモータ２０を駆動するパワーアシストは要求されていないことになる。従って、ＣＰＵは以後の処理を行わずにパワーアシスト制御処理ルーチンを終了する。
【０１７５】
ステップＳ２２０において、アクセル開度Δθが所定の値Δθ１以上である場合には、高トルクが要求されていると判断し、原則としてモータ２０によるパワーアシストを実行する。従って、ＣＰＵはモータ２０を駆動するための電源として、バッテリ５０と燃料電池６０とを使い分けるための処理を行う。これら２つの電源の使い分けを行うために、ＣＰＵは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ３以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。所定の値ＬＯ３の設定については後述する。
【０１７６】
残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ３以上である場合には、バッテリ５０の充電状態が高いため、バッテリ５０を電源として、モータ２０を駆動するための処理を行う（ステップＳ２６０）。まず、電源の切替スイッチ８３を制御して、バッテリ５０とモータ２０とを接続する。また、モータ２０の運転の可否を示すフラグをオンにするとともに、モータ２０の目標運転状態、即ち目標回転数と目標トルクとを予め設定された値に特定する。目標回転数は、ステップＳ２１０で入力された車速に変速機１００の変速比およびディファレンシャルギヤの変速比などを乗じることで特定される。目標トルクは、車速とアクセル開度の変化率とに応じて予め設定されたマップによって特定される。これらの目標運転状態が、別途用意された制御処理に受け渡されることにより、モータ２０は該目標運転状態で運転される。なお、この場合、エンジン１０は従前の状態での運転を継続する。
【０１７７】
ステップＳ２３０において、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ３よりも小さい場合には、充電状態が低いと判断し、バッテリ５０の電力の使用を回避する。従って、ＣＰＵは燃料電池６０が電源として使用可能であるか否かの判断を行う。この判断として、ＣＰＵは燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ３以上であるか否かを判断する（ステップＳ２４０）。所定の値Ｆ３の設定については後述する。残燃料量ＦＣＬが値Ｆ３以上である場合には、燃料電池６０が電源として使用可能であると判断し、ＣＰＵは燃料電池６０を電源として、モータ２０を駆動するための処理を行う。但し、本実施例では、燃料電池によりバッテリ５０を充電し（ステップＳ２５０）、バッテリ５０の電力を用いてモータ２０を駆動するものとした（ステップＳ２６０）。
【０１７８】
燃料電池６０によりバッテリ５０を充電するものとしたのは、燃料電池６０の特性を考慮したものである。既に説明した通り、燃料電池６０は発電を開始してからの電力の立ち上がり遅れが生じる。パワーアシスト制御処理では、モータ２０から出力すべき動力は頻繁に変動する可能性が高く、当然、電源から出力すべき電力も頻繁に変動する可能性が高い。電源は、かかる変動に十分追随して電力を出力する必要がある。燃料電池６０のみを電源として使用した場合は、かかる変動に十分追随することができない。本実施例では、かかる観点から、応答性の高いバッテリ５０を電源として使用するため、燃料電池６０によりバッテリ５０を充電するものとしたのである。もちろん、かかる処理に代えて、燃料電池６０とバッテリ５０の双方をモータ２０の電源として接続し、駆動回路５１，５２のスイッチングを制御することにより、要求に応じた応答性で電力を出力するよう、双方の電源から出力される電力を制御するものとしてもよい。
【０１７９】
ステップＳ２４０において、燃料電池の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ３よりも低い場合には、燃料電池６０を電源として使用することを回避する。かかる場合には、使用可能な電源が存在しないことになる。従って、ＣＰＵはパワーアシストされた状態に相当する範囲までエンジン１０の出力を増大する（ステップＳ２７０）。電源が使用できない場合にはパワーアシストの中止、即ち高トルクの出力を中止することも可能ではある。しかし、高トルクの出力を中止した場合には電源の状態によってアクセル操作に対する車両の応答が相違することになる。かかる相違は、運転者に操作上の多大な違和感を与えるため、好ましくない。本実施例では、電源のいかんに関わらず、ほぼ一定の応答性が得られるよう、エンジン１０の出力を増大するものとしているのである。ＣＰＵは、以上の処理を繰り返し実行することでパワーアシストを実行する。
【０１８０】
図１９はパワーアシスト制御処理における電源の切り替えの様子を示す説明図である。パワーアシストが要求された場合を例にとって、モータ出力、バッテリ出力および燃料電池出力の時間変化を示した。時刻ｃ０において、パワーアシストの要求がなされたものとする。上記フローチャートのステップＳ２３０において、アクセル開度の変化率Δθが所定値Δθ１以上であると判断された場合に相当する。
【０１８１】
パワーアシストが要求されると、時刻ｃ０以降に図示する通り、モータ２０の出力が増大する。実際には、アクセルの踏み込み状態に応じてモータ２０の出力は変動するが、ここでは一定値まで出力が増大するものとして示した。時刻ｃ０の時点では、バッテリ５０の電力が十分であったものとする。この時点では、燃料電池出力値は０のままである。
【０１８２】
時刻ｃ１において、バッテリ５０の残容量が値ＬＯ３よりも低くなったものとする。この時点で、燃料電池６０の運転が開始され、図中に一点鎖線で示すように燃料電池から電力が出力される。なお、ステップＳ２５０で説明した通り、本実施例では、燃料電池６０の電力によりバッテリ５０を充電した上で、バッテリ５０の電力でモータ２０を駆動するものとしている。従って、時刻ｃ１以降で燃料電池６０の出力が増大した後もバッテリ５０の出力はモータ２０の出力に応じた値を維持する。バッテリ５０から出力される電力は実質的には燃料電池６０から出力されていることになる。
【０１８３】
時刻ｃ７においてパワーアシスト要求が終了したものとする。即ち、アクセル開度の変化率Δθが所定の値θ１よりも低くなったものとする。この結果、エンジン走行に移行するため、モータ２０の出力は値０に低下する。これに伴い、バッテリ５０の出力および燃料電池６０の出力も低下する。なお、図中に実線で示した通り、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが十分高い場合には、燃料電池の出力は値０で維持される。
【０１８４】
ここで、上述の処理で用いられたＦ３（ステップＳ２４０）の設定について説明する。所定の値Ｆ３は燃料電池６０を電源として使用するか否かの基準となる値であり、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、燃料が残っている限り、燃料電池６０を電源として使用することになる。ＥＶ走行制御処理における値Ｆ１と同様、本実施例では、他の運転モードを考慮して、正の所定値に設定した。パワーアシスト制御処理では燃料電池を用いる必要性が低いと考えられるため、本実施例では、パワーアシスト制御処理で用いる値Ｆ３は、ＥＶ走行制御処理における値Ｆ１よりも高い値に設定した。
【０１８５】
次に、上述の処理で用いられたＬＯ３（ステップＳ２３０）の設定について説明する。所定の値ＬＯ３はステップＳ２３０で説明した通り、バッテリ５０を電源として使用するか否かの基準となる値である。所定の値ＬＯ３については、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、バッテリ５０に電力が残っている限り、バッテリ５０を電源として使用することになる。但し、基準値ＬＯ３を極端に低い値に設定すると、燃料電池６０での発電に切り替えられた直後の車両の応答性が低下する可能性がある。モータ２０でパワーアシストを行う際には、比較的高い電力が要求される。基準値ＬＯ３を極端に小さい値に設定した場合には、燃料電池６０での電力の立ち上がり遅れを補償して十分な電力をモータ２０に供給できなくなる可能性がある。本実施例では、かかる点を考慮して、基準値ＬＯ３をＥＶ走行制御における基準値ＬＯ１よりも高い値に設定した。
【０１８６】
以上で説明したパワーアシスト制御処理によれば、エンジン走行領域においてバッテリ５０と燃料電池６０とを使い分けてモータ２０を駆動し、パワーアシストを行うことができる。この際、バッテリ５０を燃料電池６０よりも電源として優先的に使用することにより、一過性の電源である燃料電池の使用を抑制することができる。従って、上記処理によれば、幅広い運転状態で、電源を適切に使用することができる。また、バッテリ５０の電力を積極的に使用することで、回生制動時に充電するための余裕を確保しやすくなり、車両のエネルギ効率を向上することもできる。
【０１８７】
さらに、上述のパワーアシスト制御処理によれば、バッテリ５０の充電量が低くなった場合、燃料電池６０のみを電源とするのでなく、バッテリ５０と燃料電池６０とを併用する。両者を併用することにより、燃料電池６０における低応答性をバッテリ５０で補償することができ、運転者の要求に応じた高い応答性でモータ２０の駆動を実現することができる。
【０１８８】
また、上述のパワーアシスト制御処理では、燃料電池用の残燃料量が所定値Ｆ３よりも低くなった場合には、エンジン１０の出力を増加する。かかる処理を行うことにより、電源の有無による運転者への違和感を抑制することができる。また、電源が使用できない場合に、補機駆動用モータ８０を用いた発電およびバッテリ５０の充電は実行しない。こうすることにより、電源が使用できない場合でも、エンジン１０から十分なトルクを出力することができる。また、エンジン１０の動力を直接車軸に出力することにより、エンジン１０から出力される動力を一旦電力に置換した上で、モータ２０により再び動力に変換して出力する場合に比べて高効率での運転が可能となる。
【０１８９】
Ａ６．停車・減速制御処理：
図２０は停車・減速制御処理ルーチンのフローチャートである。停車・減速制御処理ルーチンとは、車両が停車または減速中において、燃料電池６０を適切な運転状態に制御する処理である。この処理も、制御ユニット７０内のＣＰＵが所定の時間間隔で周期的に実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ３１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、車速、アクセル開度、フットブレーキ、サイドブレーキ、燃料電池温度、エンジン温度が以後の処理に関与する。
【０１９０】
次に、ＣＰＵは停車・減速中であるか否かを判定する（ステップＳ３２０）。停車・減速中であるか否かは種々の条件によって判断される。本実施例では、以下の諸条件のうち少なくとも一つが満足されることにより、停車・減速中であるものと判断している。つまり、「シフトポジションがＮまたはＰポジションであること」、「フットブレーキまたはサイドブレーキがオンになっていること」、「アクセル開度が全閉状態であること」、「車速が低減していること」、「車速がほぼ値０とみなせる範囲であること」の諸条件である。
【０１９１】
これらの条件を全て満足していない場合には、車両は定常走行中または加速中であると判断される。従って、ＣＰＵは燃料電池６０の運転状態を発電対応モードに設定し（ステップＳ３７０）、停車・減速制御処理ルーチンを終了する。発電対応モードとは、燃料電池６０に発電要求があった場合に速やかに発電を開始できるよう、予め一定の電力を発電しておく運転モードをいう。発電対応モードで出力すべき電力は、燃料電池６０に発電が要求された後、燃料電池の特性、実際に電力が出力されるまでの立ち上がり遅れとして許容される時間、燃料電池用の燃料量などに応じてそれぞれ適切な値を設定することができる。本実施例のハイブリッド車両では、既に説明した通り、それぞれの運転制御処理において、燃料電池６０を必ずしも使用するとは限らないため、ステップＳ３７０を省略することもできる。
【０１９２】
ステップＳ３２０において、停車・減速中であると判定された場合、ＣＰＵは次に燃料電池の暖機が必要であるか否かを判定する（ステップＳ３３０）。燃料電池の温度が低い場合には、発電するまでに長時間を要する。かかる状態では、燃料電池６０を走行中に十分活用することができない。従って、ステップＳ３３０において、燃料電池６０の温度が所定以下であり、暖機が必要であると判定された場合には、燃料電池６０の電力の立ち上がり遅れが所定の範囲に入るよう、燃料電池６０の暖機処理を実行する（ステップＳ３５０）。具体的には燃料電池６０を一旦フル発電モードに設定して運転を行う。なお、ここで出力される電力は、バッテリ５０の充電や車両に搭載された種々の電力機器の稼働に使用することができる。
【０１９３】
ステップＳ３３０において燃料電池の暖機が必要ないと判断された場合、ＣＰＵは次にエンジン１０の暖機が必要であるか否かを判定する（ステップＳ３４０）。暖機の必要性は、エンジン１０の水温が所定の温度以上であるか否かによって判断される。エンジン１０の暖機が必要であると判断された場合には、エンジン１０の暖機を行う。通常の車両では、エンジン１０を所定のアイドル回転数で運転することにより暖機を行う。一般にかかる暖機方法は、燃費を低下させるとともにエミッションを排出し環境面でも好ましくない。本実施例では、エンジン１０をモータ２０でモータリングさせ、エンジン１０のシリンダで生じる摩擦およびポンピングによる発熱を利用してエンジン１０の暖機を行う。このためには、モータ２０を駆動する電力が必要である。従って、ＣＰＵはステップＳ３４０においてエンジン１０の暖機が必要であると判断した場合には、電源確保のため、燃料電池をフル発電モードで駆動する（ステップＳ３５０）。
【０１９４】
一方、ステップＳ３４０においてエンジン１０の暖機が必要でないと判断された場合は、しばらくの間は、電力が要求されないと判断される。従って、ＣＰＵは燃料電池６０をスタンバイモードで運転する（ステップＳ３６０）。スタンバイモードとは、発電対応モード（ステップＳ３７０）と同様、所定の電力を出力するように燃料電池を運転するモードであるが、出力される電力を非常に小さい値に抑制したモードをいう。即ち、燃料電池用の燃料の消費を抑制しつつ、燃料電池６０の温度が低下し再び暖機が必要となることを防止する程度の電力を出力するよう運転する。具体的な電力は、燃料電池６０の特性を考慮して、設定することができる。
【０１９５】
なお、上記フローチャートでは、ステップＳ３６０において燃料電池６０をスタンバイモードで運転するものとして例示した。これに対し、ステップＳ３６０において、バッテリ５０の残容量に応じて、燃料電池６０をスタンバイモードで運転する場合と運転を停止する場合とを使い分けるものとしてもよい。即ち、バッテリ５０の残容量が所定値以上である場合には、燃料電池６０の電力が早急に必要とされる可能性が低いため、ステップＳ３６０において燃料電池を停止することができる。バッテリ５０の残容量が所定値よりも低い場合には、燃料電池６０の電力が早急に必要とされる可能性があるため、ステップＳ３６０において燃料電池をスタンバイモードで運転する。かかる使い分けの様子を以下に具体的に示す。
【０１９６】
図２１は停車・減速制御処理における電源の切り替えの様子を示す明図である。ここでは、バッテリ５０の残容量に応じて燃料電池の運転状態を切り替える場合を例示した。所定のアクセル開度で走行中にアクセルが全閉になった場合を例にとって、燃料電池出力、バッテリ出力およびアクセル開度の時間変化を示した。図中の実線はバッテリ５０の残容量が所定値以上である場合に対応し、一点鎖線はバッテリ５０の残容量が所定値よりも低い場合に対応する。
【０１９７】
時刻ｄ０において、アクセルが全閉になったものとする。これにより、ステップＳ３２０において停車・減速中であるとの判断条件が満足されたものとする。燃料電池６０およびエンジン１０の暖機は必要ない状態にあるものとすると、先に示した制御処理に従って、ステップＳ３６０の処理が実行される。
【０１９８】
まず、バッテリ５０の残容量が高い場合、即ち図中の実線で示した状態について説明する。バッテリ５０の残容量が高い場合、既に種々の運転モードで説明した通り、バッテリ５０が燃料電池６０よりも優先的に使用されるから、時刻ｄ０以前はバッテリ５０の出力のみが所定値となっている。燃料電池６０の出力は値０のままである。時刻ｄ０において停車・減速中であるとの判断条件が満足されると、電力が要求されなくなるから、バッテリ５０の出力は値０に低減する。一方、燃料電池６０も電力を要求される可能性が低いため、ステップＳ３６０の処理として運転が停止される。従って、燃料電池６０の出力は値０を維持する。
【０１９９】
時刻ｄ１に至り、再びアクセルが踏み込まれると、ステップＳ３４０の停車・減速中であるとの判断条件が満足されなくなる。従って、ハイブリッド車両は、モータ２０から動力を出力して走行する。バッテリ５０の残容量が高い場合には、モータ２０はバッテリ５０を電源として駆動される。従って、図示する通り、時刻ｄ１以降では、バッテリ出力が所定の値まで上昇する。燃料電池６０の電力は使用されないため、値０を維持する。
【０２００】
次にバッテリ５０の残容量が低い場合について説明する。図中の一点鎖線に該当する。残容量が低いため、バッテリ５０の電力は使用されない。時刻ｄ０以前では、燃料電池６０から所定の電力が出力され、バッテリ５０の出力は値０となる。
【０２０１】
時刻ｄ１においてアクセルが全閉となり、停車・減速中であると判断されると、先に示したフローチャート（図２０）のステップＳ３６０の処理が実行される。バッテリ５０の残容量が低い場合には、燃料電池６０から電力を速やかに出力する必要が生じる可能性があるため、燃料電池６０はスタンバイモードで運転される。即ち、燃料電池６０は微少な電力を出力し続ける。バッテリ５０の出力は値０が維持される。
【０２０２】
時刻ｄ１において、再びアクセルが踏み込まれると、ハイブリッド車両はモータ２０を駆動して走行する。モータ２０は燃料電池６０を電源として駆動される。従って、図示する通り、燃料電池６０の出力は時刻ｄ１以降で所定の値まで増加する。バッテリ５０の電力は使用されないため、値０を維持する。燃料電池６０は時刻ｄ０〜ｄ１の間でスタンバイモードで運転されているため、電力を比較的速やかに出力することができる。なお、ここでは、バッテリ５０の電力を一切使用しない場合を例示した。これに対し、先に説明した種々の運転モードに準じて、燃料電池６０から十分な電力が出力されるまでの過渡期において、残容量で許容される範囲でバッテリ５０の電力を併用するものとしてもよい。
【０２０３】
以上で説明した停車・減速制御処理によれば、走行中など燃料電池６０の電力が要求される可能性が高い場合には、発電対応モード（図２０のステップＳ３７０）で運転することができる。この結果、燃料電池６０の電力の立ち上がり遅れを短縮することができる。
【０２０４】
一方、上述の停車・減速制御処理では、燃料電池６０の電力が要求される可能性が低い場合には、燃料電池６０をスタンバイモードで運転する（図２０のステップＳ３６０）。この結果、燃料電池用の燃料の浪費を回避できる。また、燃料電池６０の運転状態をバッテリ５０の残容量に応じて停止またはスタンバイモードで切り替えることもできる。こうすれば、さらに燃料電池用の燃料の浪費を回避することができる。
【０２０５】
図２０のフローチャートでは、停車・減速中であると判断された場合に燃料電池６０をスタンバイモードで運転する例を示した。上記制御処理は、燃料電池６０の電力が要求され得る場合には速やかに対応可能な状態で燃料電池６０を運転し、電力が要求される可能性が低い場合には燃料の消費を抑えた状態で燃料電池６０を運転するものである。上述のフローチャートでは、電力が要求される可能性が低い場合の一例として停車・減速中を挙げたに過ぎない。かかる場合に限らず、出力する動力を増大する可能性が低いと予測される場合には同様の処理を適用することができる。
【０２０６】
例えば、ハイブリッド車両が走行する予定経路の交通情報を取得するシステムを搭載している場合には、かかる制御を停車・減速中に限らず走行中にまで実行することも可能である。近年では、人工衛星からの信号に基づき車両の位置を地図上で特定するとともに、外部から送信される交通情報に基づき走行する予定経路が渋滞しているか否かを検知することが可能なシステムが提案されている。走行する予定経路が渋滞していると判断される場合には、ハイブリッド車両の動力を急激に増大する要求が生じる可能性は低い。従って、図２０の処理のステップＳ３２０において、「予定経路が渋滞していること」という判定条件を加えるものとしてもよい。こうすれば、渋滞している場合には、燃料電池６０をスタンバイモードで運転することができ、燃料の消費を抑制することができる。その他、予定経路が降坂路である場合など種々の条件に応じて、燃料電池６０をスタンバイモードとすることができる。
【０２０７】
以上で説明した本実施例のハイブリッド車両によれば、それぞれの制御処理で説明した通り、バッテリ５０および燃料電池６０という２種類の電源を運転状態に応じて適切に使い分けることができる。また、モータ２０およびエンジン１０という２種類の動力源を適切に使い分けることができる。この結果、燃費および環境性に優れた運転を実現することができる。
【０２０８】
Ａ７．第１変形例：
上述の実施例では、エンジン１０とモータ２０とを動力源として選択的に使用する場合を例示した。両者を共に駆動するのは、アクセルが急激に踏み込まれた場合に実行するパワーアシスト制御処理（図１８）のみであった。これに対し、予めアクセル開度が所定以上の場合にはエンジン１０とモータ２０とを共に駆動するよう制御することも可能である。かかる場合の制御処理を第１変形例として説明する。
【０２０９】
第１変形例では、動力源および変速段の関係につき、図８〜図１１で示したマップと異なる設定のマップを使用する。図２２は第１変形例について変速段の切り替えの様子を示す説明図である。シフトポジションが、Ｄポジション、４ポジション、３ポジションの場合に対応するマップである。モータ２０を動力源として走行するＥＶ領域の設定および変速機１００の変速段の設定は、図８の場合と同じである。第１変形例のマップでは、アクセル開度が高い所定の範囲でＭＧアシスト領域が設定されている点で、実施例のマップと相違する。ＭＧアシスト領域とは、エンジン１０およびモータ２０の双方を駆動して高トルクを出力する領域をいう。実施例におけるパワーアシストに相当する運転状態である。第１変形例では、マップに予め設定されているため、アクセルが急激に踏み込まれているか否かに関わらず、所定以上の開度で踏み込まれた場合にＭＧアシスト運転が実行される。
【０２１０】
ＭＧアシスト領域は、それぞれのシフトポジションで設定されている。図２３は第１変形例について２ポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。ＭＧ領域および変速段の設定は、実施例の場合（図９）と同じである。第１変形例のマップでは、２ポジションにおいても、アクセル開度が高い所定の範囲でＭＧアシスト領域が設定されている。ＭＧアシスト領域の設定は、Ｄポジション等（図２２）の場合と同じに設定した。もちろん、シフトポジションに応じて異なる範囲に設定することも可能である。
【０２１１】
図２４は第１変形例についてＬポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。ＭＧ領域および変速段の設定は、実施例の場合（図１０）と同じである。ＬポジションにおけるＭＧアシスト領域も、Ｄポジション等（図２２）の場合と同じに設定した。図２５は第１変形例についてＲポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。ＭＧ領域および変速段の設定は、実施例の場合（図９）と同じである。第１変形例のマップでは、Ｒポジションにおいても、アクセル開度が高い所定の範囲でＭＧアシスト領域が設定されている。Ｒポジションでは高トルクが要求される可能性は低いため、ＲポジションではＭＧアシスト領域を設けない設定とすることも可能である。
【０２１２】
図２６は第１変形例におけるパワーアシスト制御処理ルーチンのフローチャートである。図２２〜図２５中のＭＧアシスト領域において電源の使い分けおよび動力源の制御を行う処理である。この処理も、実施例と同様、制御ユニット７０内のＣＰＵが所定の時間間隔で周期的に実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ４１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、車速、アクセル開度、バッテリ残容量ＳＯＣ、燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが以後の処理に関与する。
【０２１３】
次に、ＣＰＵはアクセル開度θが所定の値θＬ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４２０）。所定の値θＬは、シフトポジションに応じて設定された図２２〜図２５のマップ中のＭＧアシスト領域における下限のアクセル開度で一般に高トルクは登坂路や高速走行時などに要求される。かかる場合には、アクセル開度が大きくなる。第１変形例における図２２〜図２５のマップでは、かかる場合に高トルクが出力されるようにＭＧアシスト領域が設定されている。アクセル開度θが所定の値θＬよりも小さい場合には、高トルクが要求されていないことを意味する。かかる場合には、さらにモータ２０を駆動するパワーアシストは要求されない。従って、ＣＰＵは以後の処理を行わずにパワーアシスト制御処理ルーチンを終了する。
【０２１４】
ステップＳ４２０において、アクセル開度θが所定の値θＬ以上である場合には、ＭＧアシスト領域に該当し、高トルクが要求されていると判断する。ＣＰＵは原則としてモータ２０によるパワーアシストを実行する。ＣＰＵはモータ２０を駆動するための電源として、バッテリ５０と燃料電池６０とを使い分けるための処理を行う。これら２つの電源の使い分けを行うために、ＣＰＵは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ４以上であるか否かを判定する（ステップＳ４３０）。所定の値ＬＯ４の設定については後述する。
【０２１５】
残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ４以上である場合には、バッテリ５０の充電状態が高いため、バッテリ５０を電源として、モータ２０を駆動するための処理を行う（ステップＳ４５０、Ｓ４７０）。まず、電源の切替スイッチ８３を制御して、バッテリ５０とモータ２０とを接続する。また、モータ２０の運転の可否を示すフラグをオンにするとともに、モータ２０の目標運転状態、即ち目標回転数と目標トルクとを予め設定された値に特定する。目標回転数は、ステップＳ４１０で入力された車速に変速機１００の変速比およびディファレンシャルギヤの変速比などを乗じることで特定される。目標トルクは、車速とアクセル開度の変化率とに応じて予め設定されたマップによって特定される。これらの目標運転状態が、別途用意された制御処理に受け渡されることにより、モータ２０は該目標運転状態で運転される。なお、この場合、エンジン１０は従前の状態での運転を継続する。
【０２１６】
ステップＳ４３０において、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ４よりも小さい場合には、充電状態が低いと判断し、バッテリ５０の電力の使用を回避する。従って、ＣＰＵは燃料電池６０が電源として使用可能であるか否かの判断を行う。この判断として、ＣＰＵは燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ４以上であるか否かを判断する（ステップＳ４４０）。所定の値Ｆ４の設定については後述する。残燃料量ＦＣＬが値Ｆ４以上である場合には、燃料電池６０が電源として使用可能であると判断し、ＣＰＵは燃料電池６０を電源として、モータ２０を駆動するための処理を行う（ステップＳ４６０，Ｓ４７０）。まず、電源の切替スイッチ８３を制御して、燃料電池６０とモータ２０とを接続する。また、モータ２０の運転の可否を示すフラグをオンにするとともに、モータ２０の目標運転状態、即ち目標回転数と目標トルクとを予め設定された値に特定する。目標運転状態の設定についてはバッテリ５０を電源とする場合と同じである。また、この場合も、エンジン１０は従前の状態での運転を継続する。
【０２１７】
ここで、第１変形例では、燃料電池６０を直接電源として使用するものとして説明した。先に実施例で説明したパワーアシスト制御処理（図１８）と同様、燃料電池６０でバッテリ５０を充電するものとしてもよい。第１変形例において燃料電池６０を直接電源として使用するものとしたのは、モータ２０の動力の変動が比較的緩やかであるためである。つまり、第１変形例のパワーアシスト処理は、予め設定された所定以上の開度でアクセルが踏み込まれている場合に実行される処理である。これは、定常的に高トルクが要求されている場合に相当する。かかる場合には、モータ２０から定常的なトルクを出力してエンジン１０をアシストすればよい。従って、燃料電池６０の応答性が低い点が車両の応答性に与える影響は比較的低い。一方、燃料電池６０の電力は、一旦バッテリ５０に蓄えてからモータ２０の駆動に使用するよりも、直接モータ２０の駆動に使用した方が効率がよい。第１変形例では、車両の応答性と運転効率の双方に鑑み、燃料電池６０の電力を直接モータ２０の駆動に使用するものとした。
【０２１８】
ステップＳ４４０において、燃料電池の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ４よりも低い場合には、燃料電池６０を電源として使用することを回避する。かかる場合には、使用可能な電源が存在しないことになる。従って、ＣＰＵはエンジン１０から出力されるトルクを増大するための処理を行う。第１変形例では変速段を低速側に変速するものとした（ステップＳ４８０）。可能であれば、エンジン１０の出力を増大するものとしてもよい。但し、第１変形例のパワーアシスト制御は、既にエンジン１０から高い動力が出力されている状態で実行されるため、エンジン１０の出力には余裕がない可能性が高い。第１変形例では、かかる観点から変速段の切り替えによって高トルクを出力させるものとした。電源を使用できない場合にかかる制御を行うのは、電源のいかんに関わらず、ほぼ一定の応答性が得られるようにするためである。ＣＰＵは、以上の処理を繰り返し実行することでパワーアシストを実行する。
【０２１９】
図２７はパワーアシスト制御処理における電源の切り替えの様子を示す説明図である。エンジン走行中にアクセルが所定以上の開度で踏み込まれた場合を例にとって、モータ出力、バッテリ出力および燃料電池出力の時間変化を示した。時刻ｅ０において、パワーアシストの要求がなされたものとする。上記フローチャートのステップＳ４３０において、アクセル開度θが所定値θＬ以上であると判断された場合に相当する。
【０２２０】
パワーアシストが要求されると、時刻ｅ０以降に図示する通り、モータ２０の出力が増大する。実際には、アクセルの踏み込み状態に応じてモータ２０の出力は変動するが、ここでは一定値まで出力が増大するものとして示した。時刻ｅ０の時点では、バッテリ５０の電力が十分であったものとする。この時点では、燃料電池出力は値０のままである。
【０２２１】
時刻ｅ２において、バッテリ５０の残容量が値ＬＯ４よりも低くなったものとする。この時点で、燃料電池６０の運転が開始され、図中に一点鎖線で示すように燃料電池から電力が出力される。燃料電池６０の出力が増大するにつれて、バッテリ５０の出力は低下する。時刻ｅ３では、電源は完全に燃料電池６０に切り替わる。バッテリ５０の残容量が高い場合の様子を実線で示した。バッテリ５０の出力はモータ２０の動力に応じた値で維持され、燃料電池６０の出力は値０で維持される。
【０２２２】
ここで、上述の処理で用いられたＦ４（ステップＳ４４０）の設定について説明する。所定の値Ｆ４は燃料電池６０を電源として使用するか否かの基準となる値であり、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、燃料が残っている限り、燃料電池６０を電源として使用することになる。ＥＶ走行制御処理における値Ｆ４と同様、ここでは他の運転モードを考慮して、正の所定値に設定した。パワーアシスト制御処理では燃料電池を用いる必要性が低いと考えられるため、パワーアシスト制御処理で用いる値Ｆ４は、ＥＶ走行制御処理における値Ｆ１よりも高い値に設定した。
【０２２３】
次に、上述の処理で用いられたＬＯ４（ステップＳ４３０）の設定について説明する。所定の値ＬＯ４はステップＳ４３０で説明した通り、バッテリ５０を電源として使用するか否かの基準となる値である。所定の値ＬＯ４については、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、バッテリ５０に電力が残っている限り、バッテリ５０を電源として使用することになる。但し、基準値ＬＯ４を極端に低い値に設定すると、燃料電池６０での発電に切り替えられた直後の車両の応答性が低下する可能性がある。モータ２０でパワーアシストを行う際には、比較的高い電力が要求される。基準値ＬＯ４を極端に小さい値に設定した場合には、燃料電池６０での電力の立ち上がり遅れを補償して十分な電力をモータ２０に供給できなくなる可能性がある。変形例では、かかる点を考慮して、基準値ＬＯ４をＥＶ走行制御における基準値ＬＯ１よりも高い値に設定した。
【０２２４】
以上で説明したパワーアシスト制御処理によれば、エンジン走行領域においてバッテリ５０と燃料電池６０とを使い分けてモータ２０を駆動し、パワーアシストを行うことができる。この際、バッテリ５０を燃料電池６０よりも電源として優先的に使用することにより、一過性の電源である燃料電池の使用を抑制することができる。従って、上記処理によれば、幅広い運転状態で、電源を適切に使用することができる。また、バッテリ５０の電力を積極的に使用することで、回生制動時に充電するための余裕を確保しやすくなり、車両のエネルギ効率を向上することもできる。
【０２２５】
また、上述のパワーアシスト制御処理では、燃料電池用の残燃料量が所定値Ｆ４よりも低くなった場合には、エンジン１０の出力を増加する。かかる処理を行うことにより、電源の有無による運転者への違和感を一定の範囲で抑制することができる。電源が使用できない場合に、補機駆動用モータ８０を用いた発電およびバッテリ５０の充電は実行しない。こうすることにより、電源が使用できない場合でも、エンジン１０から十分なトルクを出力することができる。また、エンジン１０の動力を直接車軸に出力することにより、エンジン１０から出力される動力を一旦電力に置換した上で、モータ２０により再び動力に変換して出力する場合に比べて高効率での運転が可能となる。
【０２２６】
Ａ８．第２変形例：
上述の実施例および第１変形例では、アクセル操作に基づいてパワーアシスト制御処理を実行する場合を例示した。これに対し、スイッチにより、パワーアシスト制御を実行するか否かを、運転者が任意に選択できるように制御することも可能である。かかる場合の制御処理を第２変形例として説明する。
【０２２７】
第２変形例では、動力源および変速段の関係につき、２種類のマップを使用する。一つは図８〜図１１に示した通常のマップである。もう一つは、パワーモードに対応したマップである。パワーモードとは、各車速およびアクセル開度で通常よりも高いトルクを出力するように設定された運転モードをいう。図８〜図１１１の各マップにおいて、低速側の変速段を使用する範囲をそれぞれ広げて設定されたマップがパワーモードに対応する。パワーモードでの運転は、運転者がシフトレバー近傍のスポーツモードスイッチ１６１がオンになった場合に実行される。第２変形例では、パワーモードがオンになった場合には、エンジン１０の動力をモータ２０でアシストするものとした。かかる場合における電源および動力源の使い分けについて説明する。なお、ここでは変速機１００がスポーツモードで変速される場合にパワーモード制御処理を実行するものとしているが、この他、変速機１００を運転者がマニュアルで切り替え可能な運転モードが選択された場合にパワーモード制御処理を実行するものとしてもよい。
【０２２８】
図２８はパワーモード制御処理ルーチンのフローチャートである。スポーツモードスイッチ１６１がオンになった場合に電源の使い分けおよび動力源の制御を行う処理である。この処理も、実施例と同様、制御ユニット７０内のＣＰＵが所定の時間間隔で周期的に実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ５１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、車速、アクセル開度、バッテリ残容量ＳＯＣ、燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが以後の処理に関与する。
【０２２９】
次に、ＣＰＵはパワーモードが選択されているか否かを判定する（ステップＳ５２０）。この判定は、スポーツモードスイッチ１６１がオンになっているか否かに基づいて行われる。パワーモードが選択されていない場合には、モータ２０を駆動するパワーアシストは実行されない。従って、ＣＰＵは以後の処理を行わずにパワーモード制御処理ルーチンを終了する。
【０２３０】
ステップＳ５２０において、パワーモードが選択されていると判断された場合には、ＣＰＵはモータ２０によるパワーアシストを実行する。このための処理として、ＣＰＵはモータ２０を駆動する電源として、バッテリ５０と燃料電池６０とを使い分けるための処理を行う。これら２つの電源の使い分けを行うために、ＣＰＵは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ５以上であるか否かを判定する（ステップＳ５３０）。所定の値ＬＯ５の設定については後述する。
【０２３１】
残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ５以上である場合には、バッテリ５０の充電状態が高いため、バッテリ５０を電源として、モータ２０を駆動するための処理を行う（ステップＳ５５０、Ｓ５７０）。まず、電源の切替スイッチ８３を制御して、バッテリ５０とモータ２０とを接続する。また、モータ２０の運転の可否を示すフラグをオンにするとともに、モータ２０の目標運転状態、即ち目標回転数と目標トルクとを予め設定された値に特定する。目標回転数は、ステップＳ５１０で入力された車速に変速機１００の変速比およびディファレンシャルギヤの変速比などを乗じることで特定される。目標トルクは、車速とアクセル開度の変化率とに応じて予め設定されたマップによって特定される。これらの目標運転状態が、別途用意された制御処理に受け渡されることにより、モータ２０は該目標運転状態で運転される。なお、この場合、エンジン１０は従前の状態での運転を継続する。
【０２３２】
ステップＳ５３０において、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ５よりも小さい場合には、充電状態が低いと判断し、バッテリ５０の電力の使用を回避する。従って、ＣＰＵは燃料電池６０が電源として使用可能であるか否かの判断を行う。この判断として、ＣＰＵは燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ５以上であるか否かを判断する（ステップＳ５４０）。所定の値Ｆ５の設定については後述する。残燃料量ＦＣＬが値Ｆ５以上である場合には、燃料電池６０が電源として使用可能であると判断し、ＣＰＵは燃料電池６０を電源として、モータ２０を駆動するための処理を行う（ステップＳ５６０，Ｓ５７０）。まず、電源の切替スイッチ８３を制御して、燃料電池６０とモータ２０とを接続する。また、モータ２０の運転の可否を示すフラグをオンにするとともに、モータ２０の目標運転状態、即ち目標回転数と目標トルクとを予め設定された値に特定する。目標運転状態の設定についてはバッテリ５０を電源とする場合と同じである。また、この場合も、エンジン１０は従前の状態での運転を継続する。
【０２３３】
ステップＳ５４０において、燃料電池の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ５よりも低い場合には、燃料電池６０を電源として使用することを回避する。かかる場合には、使用可能な電源が存在しないことになる。従って、ＣＰＵはパワーモードを解除する（ステップＳ５８０）。実施例および第１変形例のパワーアシスト処理（図１８，図２６）と異なり、エンジン１０の出力を増大する処理を行わないのは、パワーモードが運転者の意志によって選択されたモードであることを考慮したものである。パワーアシストモード（図１８、図２６）は、アクセル操作に応じて運転者の意図に関わらず実行される運転モードである。従って、電源の有無に関わらず、一定の応答性を実現する必要がある。これに対し、パワーモードは運転者が任意に選択するモードである。従って、電源が使用できない場合には、パワーモードの選択が許可されない旨を運転者に報知することにより、違和感のない運転を実現することができる。第２変形例では、ステップＳ５８０でパワーモードを解除すると同時に、運転席正面の計器板のスポーツモードインジケータ２２２を点滅させることで、該モードの解除を報知する。もちろん、ステップＳ５８０においてエンジン１０から出力されるトルクを増大する処理を実行するものとしても構わない。
【０２３４】
図２９はパワーモード制御処理における電源の切り替えの様子を示す説明図である。走行中にスポーツモードスイッチ１６１が操作された場合を例にとって、燃料電池出力、バッテリ出力およびアクセル開度の時間変化を示した。時刻ｆ０において、スポーツモードスイッチがオンにされ、パワーモードが設定されたものとする。パワーモードが設定されると燃料電池６０は電力が要求される可能性があるため、スタンバイモードとして、図中の時刻ｆ０以降に示すように少量の電力を出力する状態で運転される。
【０２３５】
時刻ｆ１以降でアクセルが踏み込まれると、これに伴い、モータ２０の要求出力が増大する。この時点でバッテリ５０の残容量が高い場合には、モータ２０に電力を供給するため、バッテリ５０の出力も増大する。バッテリ５０が電源として使用されるため、燃料電池６０はスタンバイモードでの運転を維持する。
【０２３６】
時刻ｆ４以降でもバッテリ５０の残容量が高い場合には、図中の実線で示すようにバッテリ５０の出力はアクセル開度に応じた値を維持し、燃料電池６０はスタンバイモードでの運転を維持する。一方、時刻ｆ４以降でバッテリ５０の残容量が低くなった場合を一点鎖線で示した。バッテリ５０の残容量が低下すると、電源は燃料電池６０に切り替えられる。図示する通り、時刻ｆ４以降で燃料電池６０の出力が増大する。これに伴いバッテリ５０の出力は値０まで低下する。
【０２３７】
ここで、上述の処理で用いられたＦ５（ステップＳ５４０）の設定について説明する。所定の値Ｆ５は燃料電池６０を電源として使用するか否かの基準となる値であり、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、燃料が残っている限り、燃料電池６０を電源として使用することになる。ＥＶ走行制御処理における値Ｆ５と同様、ここでは他の運転モードを考慮して、正の所定値に設定した。パワーモード制御処理では燃料電池を用いる必要性が低いと考えられるため、パワーモード制御処理で用いる値Ｆ５は、ＥＶ走行制御処理における値Ｆ１よりも高い値に設定した。
【０２３８】
次に、上述の処理で用いられたＬＯ５（ステップＳ５３０）の設定について説明する。所定の値ＬＯ５はステップＳ５３０で説明した通り、バッテリ５０を電源として使用するか否かの基準となる値である。所定の値ＬＯ５については、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、バッテリ５０に電力が残っている限り、バッテリ５０を電源として使用することになる。但し、基準値ＬＯ５を極端に低い値に設定すると、燃料電池６０での発電に切り替えられた直後の車両の応答性が低下する可能性がある。モータ２０でパワーアシストを行う際には、比較的高い電力が要求される。基準値ＬＯ５を極端に小さい値に設定した場合には、燃料電池６０での電力の立ち上がり遅れを補償して十分な電力をモータ２０に供給できなくなる可能性がある。変形例では、かかる点を考慮して、基準値ＬＯ５をＥＶ走行制御における基準値ＬＯ１よりも高い値に設定した。
【０２３９】
以上で説明したパワーモード制御処理によれば、エンジン走行領域において運転者の意志に応じて、バッテリ５０と燃料電池６０とを使い分けてモータ２０を駆動し、パワーアシストを行うことができる。図３０はパワーモードにおいて出力される動力の様子を示す説明図である。図示する通り、アクセル開度に応じてエンジン１０からのトルクに上乗せして、モータ２０のトルクが出力される。駆動軸には図中の実線で示したトルクが出力されることになる。実施例および第１変形例で示したパワーアシストに対し、全アクセル開度においてモータ２０からのトルクが上乗せされる点が相違する。このようにモータ２０からのトルクを付加することにより、運転者の意志に応じて加速性を向上することができ、ハイブリッド車両の操作性を高めることができる。
【０２４０】
また、パワーアシストをする際、バッテリ５０を燃料電池６０よりも電源として優先的に使用することにより、一過性の電源である燃料電池の使用を抑制することができる。従って、上記処理によれば、他の運転モードにおける燃料電池６０の使用を確保することができ、幅広い運転状態で、電源を適切に使用することができる。また、バッテリ５０の電力を積極的に使用することで、回生制動時に充電するための余裕を確保しやすくなり、車両のエネルギ効率を向上することもできる。
【０２４１】
また、上述のパワーモード制御処理では、燃料電池用の残燃料量が所定値Ｆ５よりも低くなった場合には、パワーモードを解除する（ステップＳ５８０）。また、これと同時にパワーモードの解除を運転者に報知する。かかる処理を行うことにより、動力の浪費を抑えて燃費を向上することができるとともに、運転者にとって違和感のない運転を実現することができる。電源が使用できない場合に、補機駆動用モータ８０を用いた発電およびバッテリ５０の充電は実行しない。こうすることにより、電源が使用できない場合でも、エンジン１０から十分なトルクを出力することができる。また、エンジン１０の動力を直接車軸に出力することにより、エンジン１０から出力される動力を一旦電力に置換した上で、モータ２０により再び動力に変換して出力する場合に比べて高効率での運転が可能となる。
【０２４２】
Ｂ．第２実施例：
次に、第２実施例としてのハイブリッド車両について説明する。第１実施例およびその変形例では、一の車軸にのみ動力を出力して走行するハイブリッド車両を例示した。本発明はかかる場合に限らず、二の車軸に動力を出力して走行するハイブリッド車両、いわゆる四輪駆動するハイブリッド車両に適用することもできる。四輪駆動するハイブリッド車両に適用した場合を第２実施例として以下に示す。
【０２４３】
図３１は第２実施例のハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。第２実施例では２つの車軸１７、１７Ａの双方に動力を出力可能な構成になっている点で第１実施例と相違する。第２実施例では、車軸１７Ａへの動力の出力を運転者が任意に操作することができるものとした。つまり、シフトレバー１６０近傍に図５で示したスポーツモードスイッチ１６３に代えて四輪駆動を指定するための４ＷＤモードスイッチを設け、該スイッチがオンになった場合のみ車軸１７，１７Ａの双方に動力が出力されるものとした。４ＷＤモードスイッチがオフの場合には第１実施例の車両と同様、車軸１７にのみ動力が出力される。もちろん、かかる構成は必須ではなく、車軸１７、１７Ａの双方に常時動力が出力される構成とすることも可能である。
【０２４４】
車軸１７に動力を出力するための構成は、第１実施例と同じである。即ち、エンジン１０、モータ２０、トルクコンバータ３０および変速機１００が直列に結合された構成となっている。モータ２０への電力は第１実施例と同様、バッテリ５０および燃料電池６０のそれぞれから供給可能となっている。
【０２４５】
車軸１７Ａに動力を出力するための構成は次の通りである。車軸１７Ａにはディファレンシャルギヤ１６Ａを介してモータ２０Ａが結合されている。モータ２０Ａはモータ２０と同様、三相同期モータである。モータ２０Ａにはバッテリ５０、燃料電池６０および補機駆動用モータ８０の３種類から電力を供給することができる。バッテリ５０および燃料電池６０の電力は、それぞれ駆動回路５１Ａ，５２Ａを介してモータ２０Ａに供給される。駆動回路５１Ａ，５２Ａは駆動回路５１，５２と同様、トランジスタインバータで構成されている。補機駆動用モータ８０はエンジン１０の動力によって発電することができる。モータ２０Ａには補機駆動用モータ８０で発電された電力を直接供給することが可能となっている。
【０２４６】
モータ２０Ａに電力を供給する電源は、切替スイッチ８５，８６の接続状態により切り替えることができる。図示する通り、切替スイッチ８６を切り替えることにより、バッテリ５０および燃料電池６０側と補機駆動用モータ８０側との間で電源を切り替えることができる。切替スイッチ８５を切り替えることにより、バッテリ５０と燃料電池６０との間で電源を切り替えることができる。
【０２４７】
なお、車軸１７、１７Ａはいずれを前車軸および後車軸としても構わない。エンジン１０が車両の前方に搭載されている場合、車軸１７側を後車軸として構成すれば、エンジン１０からの機械的な動力を車体を縦断して後車軸に伝達するためのプロペラシャフトが必要となる。これに対し、車軸１７Ａ側を後車軸として構成すれば、プロペラシャフトが不要となる。従って、エンジン１０と車軸１７とを近接させる構成を採ることにより、動力系統の構成を比較的簡易なものにすることができる利点がある。
【０２４８】
第２実施例において、車軸１７側の動力源および電源の使い分けに関しては、第１実施例で説明した種々の制御処理をそのまま適用することができる。ここでは、車軸１７Ａ側に動力を出力するモータ２０Ａの駆動に使用される電源の使い分けについて説明する。
【０２４９】
図３２は四輪駆動制御処理ルーチンのフローチャートである。制御ユニット７０内のＣＰＵが所定の時間間隔で周期的に実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ６１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、４ＷＤモードスイッチ、シフトポジション、車速、アクセル開度、バッテリ残容量ＳＯＣ、燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが以後の処理に関与する。
【０２５０】
次に、４ＷＤモードが選択されているか否かを判定する（ステップＳ６２０）。この判定は、４ＷＤモードスイッチのオン・オフに基づいてなされる。４ＷＤモードが選択されていない場合には、モータ２０Ａは駆動しない。従って、かかる場合には、ＣＰＵは以後の処理を行わずに四輪駆動制御処理ルーチンを終了する。
【０２５１】
ステップＳ６２０において、４ＷＤモードが選択されていると判断された場合には、ＣＰＵはモータ２０Ａの電源を使い分けるための処理を行う。先に説明した通り、モータ２０Ａには３種類の電源が存在する。これら３つの電源の使い分けを行うために、ＣＰＵは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ６以上であるか否かを判定する（ステップＳ６３０）。所定の値ＬＯ６の設定については後述する。
【０２５２】
残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ６以上である場合には、バッテリ５０の充電状態が高いため、バッテリ５０を電源として、モータ２０Ａを駆動するための処理を行う（ステップＳ６５０）。まず、電源の切替スイッチ８５，８６を制御して、バッテリ５０とモータ２０Ａとを接続する。また、モータ２０Ａの運転の可否を示すフラグをオンにするとともに、モータ２０Ａの目標運転状態、即ち目標回転数と目標トルクとを特定する。本実施例では、モータ２０Ａの運転自体は、別途用意されたルーチンで実行するものとしているため、ここでは、該ルーチンに受け渡すデータの設定を行うのである。目標回転数は、ステップＳ６１０で入力された車速に変速機１００の変速比およびディファレンシャルギヤの変速比などを乗じることで特定される。目標トルクは、車速とアクセル開度とに応じて予め設定されたマップによって特定される。これらの目標運転状態が、別途用意された制御処理に受け渡されることにより、モータ２０Ａは該目標運転状態で運転される。
【０２５３】
ステップＳ６３０において、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ６よりも小さい場合には、充電状態が低いと判断し、バッテリ５０の電力の使用を回避する。従って、ＣＰＵは燃料電池６０が電源として使用可能であるか否かの判断を行う。この判断として、ＣＰＵは燃料電池用の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ６以上であるか否かを判断する（ステップＳ６４０）。所定の値Ｆ６の設定については後述する。残燃料量ＦＣＬが値Ｆ６以上である場合には、燃料電池６０が電源として使用可能であると判断し、ＣＰＵは燃料電池６０を電源として、モータ２０Ａを駆動するための処理を行う（ステップＳ６６０〜Ｓ６８０）。同時にモータ２０Ａの目標運転状態を設定する。モータ２０Ａの目標運転状態の設定方法は、ステップＳ６５０と同じである。
【０２５４】
燃料電池６０を電源としてモータ２０Ａを駆動する場合には、燃料電池６０の電力の立ち上がり遅れを考慮し、バッテリ５０と燃料電池６０とを徐々に切り替える制御を行っている。処理の内容自体は第１実施例とほぼ同等であるが、ここでは改めてフローチャートを示す。燃料電池６０を電源とする場合、ＣＰＵは燃料電池６０から十分な電力が出力されるまでの過渡期に該当するか否かを判定する（ステップＳ６６０）。この判定は、燃料電池６０に対する電力の要求値と、実際に燃料電池６０から出力される電力との偏差に基づいて行われる。この偏差が、所定の範囲よりも大きい場合には、過渡期と判断されるし、小さい場合には過渡期ではないと判断される。
【０２５５】
燃料電池６０からの出力が過渡期に該当すると判断された場合には、ＣＰＵは燃料電池６０およびバッテリ５０の双方を電源としてモータ２０Ａを駆動する（ステップＳ６７０）。既に第１実施例でも説明した通り、要求電力と、実際に燃料電池６０から出力される電力との偏差をバッテリ５０からの電力で補償するのである。これに対し、燃料電池６０の運転が過渡期でないと判断された場合には、燃料電池６０から十分な電力が出力可能であるから、燃料電池６０のみを電源としてモータ２０Ａを駆動する（ステップＳ６８０）。
【０２５６】
ステップＳ６４０において、燃料電池の残燃料量ＦＣＬが所定の値Ｆ６よりも低い場合には、燃料電池６０を電源として使用することを回避する。かかる場合には、発電機、即ち補機駆動用モータ８０を電源としてモータ２０Ａを駆動する（ステップＳ６９０）。このため、補機駆動用モータ８０を回生すべき電力に応じた運転状態で運転する。負のトルクで運転が行われることになる。補機駆動用モータ８０はエンジン１０の動力で駆動されるから、同時にエンジン１０の要求動力を増大する。ＣＰＵは、以上の処理を繰り返し実行することで４ＷＤモードでの運転を制御する。
【０２５７】
図３３は四輪駆動制御処理における各動力源および電源の出力の変化を示す説明図である。走行中に４ＷＤモードが指定された場合を例にとって、モータ出力、バッテリ出力、燃料電池出力および発電機出力の時間変化を示した。時刻ｇ０において、４ＷＤモードが選択されたとする。また、この時点では、バッテリ５０の残容量ＳＯＣがＬＯ６以上残っているものとする。かかる状態では、バッテリ５０を電源としてモータ２０Ａの駆動が行われるから、時刻ｇ０以降で、モータ出力およびバッテリ出力が所定の状態まで上昇する。燃料電池６０および発電機は使用されないため、出力は値０のままである。
【０２５８】
時刻ｇ１に達した時点で、バッテリ５０の残容量が所定の値ＬＯ６よりも低くなったとする。この場合には、バッテリ５０から燃料電池６０に電源を切り替えてモータ２０Ａが駆動される。燃料電池６０は時刻ｇ１から運転が開始されるが、電力の立ち上がりは比較的遅く、十分な電力を出力するのは時刻ｇ２に至ってからである。時刻ｇ１〜ｇ２の区間が過渡期となる。過渡期では、燃料電池６０の電力の不足を補償するようにバッテリ５０の電力が使用される。従って、図示する通り、時刻ｇ１〜ｇ２の区間で燃料電池６０の出力が徐々に増大するとともに、バッテリ５０の電力は徐々に低減する。時刻ｇ２に至った後は、燃料電池６０のみを電源としてモータ２０Ａが駆動される。
【０２５９】
時刻ｇ４において燃料電池用の残燃料量が所定の値Ｆ６よりも低くなったものとする。かかる状態では、電源を燃料電池６０から発電機に切り替えてモータ２０Ａを駆動する。図示する通り、時刻ｇ４からｇ５にかけて燃料電池６０の電力が低下するとともに、発電機の出力が増加する。時刻ｇ５以降では、発電機のみを電源としてモータ２０Ａが駆動される。なお、ここで示したのは、一例に過ぎず、モータ２０Ａを動力源とする四輪駆動中にモータ出力が変動する場合など、各出力は種々の態様で変化し得ることは言うまでもない。
【０２６０】
ここで、上述の処理で用いられたＦ６（ステップＳ６４０）の設定について説明する。所定の値Ｆ６はステップＳ６４０で説明した通り、燃料電池６０を電源として使用するか否かの基準となる値である。所定の値Ｆ６については、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、燃料が残っている限り、燃料電池６０を電源として使用することになる。本実施例では、他の運転モードを考慮して、正の所定値に設定した。また、４ＷＤモードは運転者が任意に選択するモードであることから、このモードで燃料電池６０の電力によりモータ２０Ａを駆動する必要性は比較的低いと考え、基準値Ｆ６は他の制御処理における基準値よりも高い値に設定した。
【０２６１】
次に、上述の処理で用いられたＬＯ６（ステップＳ６３０）の設定について説明する。所定の値ＬＯ６はステップＳ６３０で説明した通り、バッテリ５０を電源として使用するか否かの基準となる値である。所定の値ＬＯ６については、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、バッテリ５０に電力が残っている限り、バッテリ５０を電源として使用することになる。本実施例では、燃料電池６０を電源として使用する場合の過渡的な状態を考慮して所定値ＬＯ６を設定した。つまり、燃料電池６０から十分な電力が出力されるまでの過渡期において、燃料電池６０の電力を補償し得る電力をバッテリ５０から十分に出力できるように所定の値ＬＯ６を設定した。
【０２６２】
以上で説明した四輪駆動制御処理によれば、４ＷＤモードが選択された場合においてバッテリ５０、燃料電池６０および発電機の３種類の電源を使い分けて四輪駆動することができる。バッテリ５０、燃料電池６０、発電機の優先順序で電源を使用する。
【０２６３】
バッテリ５０の電力は走行中に充電することで、消費前の状態に復元可能である。上記制御処理によれば、このように可逆的な電源を積極的に使用することにより、一過性の電源である燃料電池の使用を抑制することができる。換言すれば、燃料電池の使用が望まれる運転状態に備えて燃料を確保しておくことができる。従って、上記処理によれば、幅広い運転状態で、電源を適切に使用することができる。従って、運転効率および環境性に優れる動力源を十分に活用することが可能となる。また、バッテリ５０の電力を積極的に使用することにより、回生制動時に得られた電力をバッテリ５０に充電しやすくなる。従って、ハイブリッド車両の運転効率を向上することができる。
【０２６４】
また、上述の制御によれば、燃料電池６０を発電機よりも優先して使用する。発電機の電力を使用する際には、エンジン１０の出力増大が必要であり、燃費および環境性の不利益を伴う。上記制御処理では、燃料電池６０を優先的に使用することにより、かかる弊害を回避することができる。
【０２６５】
以上で説明した第２実施例のハイブリッド車両は、上述の制御および第１実施例で説明した種々の制御を実行することにより、複数の電源および動力源を適切に使い分けることができる。従って、燃費を抑制するとともに環境性に優れた運転を実現することができる。
【０２６６】
Ｃ．第３実施例：
Ｃ１：装置の構成：
第１実施例、第２実施例では、エンジンの動力を駆動軸に直接伝達可能な構成のハイブリッド車両を例示した。本発明は、エンジンの動力を発電のみに利用する態様で構成することも可能である。かかる場合のハイブリッド車両を第３実施例として以下に説明する。
【０２６７】
図３４は第３実施例としてのハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。このハイブリッド車両では、機械的な動力を出力する動力源としてエンジン２２４、モータ２２６を備える。モータ２２６の電源として燃料電池２６０、バッテリ２５０を備え、これらはそれぞれ駆動回路２５２，２５１を介してモータ２２６に結合されている。これらの各要素の構成は、それぞれ第１実施例におけるエンジン１０、モータ２０、燃料電池６０，バッテリ５０、駆動回路５２，５１と同じである。但し、第３実施例では、後述する通り、エンジン２２４を補助的な動力源として活用するため、排気量５０ｃｃ程度の比較的小型なエンジンを搭載した。
【０２６８】
エンジン２２４の出力軸は、発電機２８０に結合されており、その動力を直接車軸２１７に伝達することはできない。エンジン２２４から出力された動力は、発電機２８０で電力に変換され、バッテリ２５０の充電およびモータ２２６の駆動に使用される。この意味で、モータ２２６は、燃料電池２６０、バッテリ２５０に加えてエンジン２２４および発電機２８０のユニットを第３の電源として備えることになる。これらの電源の使い分けは切替スイッチ２８４、駆動回路２５２，２５１の作動によって制御される。
【０２６９】
モータ２２６は変速機構となるプラネタリギヤ２３０、無段変速機（以下、ＣＶＴと呼ぶ）１８０、ディファレンシャルギヤ２１６を介して車軸２１７に結合されている。プラネタリギヤ２３０との結合状態は次の通りである。モータ２２６のロータはプラネタリギヤ２３０のサンギヤ２３１に結合されている。また、クラッチ２４０を介してプラネタリキャリア２３２にも結合されている。プラネタリキャリア２３２は、ＣＶＴ１８０の入力側のプーリ１８１ａ，１８１ｂに結合されており、プラネタリギヤ２３０の出力軸として機能する。リングギヤ２３３には、その回転を制止可能なブレーキ２４１が備えられている。クラッチ２４０を係合し、ブレーキ２４１を解放すると、モータ２２６のロータはＣＶＴ１８０に直結された状態となる。クラッチ２４０を解放し、ブレーキ２４１を係合すると、第１実施例で説明したプラネタリギヤ２３０の作用に基づき、モータ２２６の動力はプラネタリギヤ２３０のギヤ比に応じて回転数が減速されてＣＶＴ１８０に伝達される。
【０２７０】
ＣＶＴ１８０は、入力側のプーリ１８１ａ，１８１ｂと出力側のプーリ１８２ａ，１８２ｂの間にベルト１８３を架けた構造をなしている。入力側のプーリ１８１ａ，１８１ｂおよび出力側のプーリ１８２ａ，１８２ｂはそれぞれ油圧により軸方向の間隔が可変に構成されている。プーリの間隔を変更すると、ベルト１８３がプーリに架かる部位の有効半径が変わるため、無段階に変速して動力を伝達することができる。第３実施例のハイブリッド車両は、このようにクラッチ２４０，２４１およびＣＶＴ１８０の動作を制御することで、幅広い範囲でモータ２２６の出力トルクを変速して車軸２１７に出力する。これらの動作は、第１実施例と同様、制御ユニット２７０により種々のマップに従って制御される。
【０２７１】
Ｃ２．ＥＶ走行制御処理ルーチン：
第３実施例では、モータ２２６の電源としてバッテリ２５０，燃料電池２６０、発電機２８０の３種類を備える。これらの使い分けは、以下に示すＥＶ走行制御処理に従って制御される。図３５は第３実施例におけるＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。制御ユニット２７０のＣＰＵが繰り返し実行する処理である点は第１実施例、第２実施例と同様である。また、電源の使い分けに関する基本的な考え方も、第１実施例と同様である。バッテリ２５０、燃料電池２６０、発電機２８０の優先順位で電源を使用する。つまり、バッテリ２５０の残容量が不足した場合に、燃料電池２６０での発電を行い、更に燃料電池２６０が燃料不足などの理由により発電不能である場合に発電機２８０を使用するのである。この意味で、エンジン２２４および発電機２８０は補助的な電源といえる。
【０２７２】
かかる制御を実現するために、ＥＶ走行制御処理が開始されると、第１実施例における処理（図１２参照）と同様、ＣＰＵは車両の運転状態を入力し（ステップＳ７００）、バッテリ２５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ１以上である場合には、バッテリ２５０を電源としてモータ２２６を駆動する（ステップＳ７０２，Ｓ７０６）。バッテリ２５０の残容量ＳＯＣがＬＯ１に満たない場合において、ＦＣ燃料の残量が値Ｆ１以上である場合には、燃料電池を電源とする（ステップＳ７０４，Ｓ７１０）。ＦＣ燃料の残量が少なく、燃料電池を使用できない場合には、エンジン２２４を駆動して発電機２８０で発電し電源とする（ステップＳ７０８）。これらの処理における値ＬＯ１，Ｆ１などの設定方法は、第１実施例と同様である。
【０２７３】
Ｃ３．燃料電池起動処理ルーチン：
第３実施例では、ＥＶ走行制御処理ルーチンにおいて、燃料電池２６０が電源として選択された場合において、燃料電池２６０が暖機前である等の理由により十分な電力を供給できない状態にある場合には、燃料電池起動処理として、バッテリ２５０および発電機２８０の電力で不足分の電力を補償する処理を行う。
【０２７４】
図３６は第３実施例における燃料電池起動処理ルーチンのフローチャートである。ＥＶ走行制御処理ルーチンのステップＳ７１０で燃料電池２６０の発電要求が出された場合に実行される。なお、ステップＳ７１０で発電要求が出された場合に必ず実行するものとしてもよいし、燃料電池２６０が暖機前の冷間時にのみ実行するものとしてもよい。
【０２７５】
燃料電池起動処理ルーチンでは、ＣＰＵはまず燃料電池２６０がスタンバイ状態にあるか否かを判定する（ステップＳ７１２）。ここでは、燃料電池２６０の温度が発電可能な程度に高いか否かで判断する。スタンバイ状態にある場合には、直ちに発電可能であるため、その他の処理を行うことなく、燃料電池２６０による電力の出力を開始する（ステップＳ７５０）。
【０２７６】
燃料電池２６０がスタンバイ状態にない場合には、発電可能に燃料電池２６０が暖機されるまで、以下に示す通り、バッテリ２５０および発電機２８０を用いて電力を補償する処理を実行する。まず、燃料電池２６０が発電を開始する状態に至るまでに必要な消費電力Ｅｓｔを予測する（ステップＳ７１４）。消費電力Ｅｓｔには、モータ２２６を駆動して車両を走行するために必要な電力の他、空調機器や照明機器などで消費される電力が含まれる。また、ヒータに通電して燃料電池２６０の暖機を行う場合には、その電力も含まれる。
【０２７７】
本実施例では、消費電力Ｅｓｔは燃料電池２６０の温度に基づくマップで求めるものとした。図３７は消費電力Ｅｓｔを与えるマップを示す説明図である。上段には、燃料電池２６０の温度に基づいて運転開始までの所要時間を与えるマップを示した。図中に破線で示す通り、燃料電池２６０の温度がＴｆｃである場合には、このマップを参照することにより、所要時間がｔｓｔと求められる。当然、燃料電池２６０の温度が高くなるほど所要時間は短くなる。なお、ここでは、温度と所要時間が直線的に変化する場合を例示したが、このマップは燃料電池２６０の構成に応じて実験、解析などによって設定可能であり、曲線的に設定されることもあり得る。
【０２７８】
図３７の下段には、所要時間と消費電力量との関係を与えるマップを示した。本実施例では、空調機器（Ａ／Ｃ）、照明機器（Ｈ／Ｌ）のオン・オフに応じて３通りのマップを使い分けるものとした。「ＣＡＳＥ Ａ」は空調機器、照明機器の双方がオンの場合である。「ＣＡＳＥ Ｂ」は照明機器のみがオンの場合である。「ＣＡＳＥ Ｃ」は空調機器のみがオンの場合である。図中に破線で示す通り、所要時間がｔｓｔの場合は、各ケースに対して消費電力量をＥａ，Ｅｂ，Ｅｃとそれぞれ求めることができる。ここでは、３つのケースについてマップを用意しているが、空調機器、照明機器以外の電力機器のオン・オフに応じて更に多数のマップを用意するものとしてもよい。曲線的に設定されたマップを用いることも可能である。通常は、消費電力量は所要時間に比例するから、マップを用いるまでなく演算で求めるものとしてもよい。なお、消費電力量はモータ２２６が出力すべきトルクなど車両の走行状態に応じて変動するが、本実施例では、各ケースごとに想定される最大値を設定した。
【０２７９】
図３６の制御処理について引き続き説明する。上述の処理によって消費電力量Ｅｓｔが設定されると、ＣＰＵは次にバッテリ２５０から出力可能な電力量Ｅｂｔを算出する（ステップＳ７１６）。出力可能な電力量Ｅｂｔは、バッテリ２５０の残容量から求めることができる。
【０２８０】
次に、ＣＰＵは消費電力量Ｅｓｔとバッテリ２５０が出力可能な電力量Ｅｂｔとを比較する（ステップＳ７１８）。消費電力量Ｅｓｔが電力量Ｅｂｔよりも大きい場合には、バッテリ２５０のみで電力を補償できないと判断してエンジン２２４を運転するとともに発電機２８０による発電を行い（ステップＳ７２２）、バッテリ２５０および発電機２８０の双方から要求電力を出力する（ステップＳ７５０）。消費電力量Ｅｓｔが電力量Ｅｂｔ以下の場合にはバッテリ２５０で電力を補償可能と判断し、エンジン２２４の運転および発電機２８０による発電を停止して（ステップＳ７２０）、バッテリ２５０から要求電力を出力する（ステップＳ７５０）。
【０２８１】
第３実施例で示した燃料電池起動制御処理による利点を具体例で説明する。図３８は燃料電池を起動する際のバッテリ２５０の残容量の推移を示す説明図である。燃料電池２６０の発電要求が出されてから、発電可能な状態になるまでの所要時間をｔｓｔとする。また、発電要求が出された時点でのバッテリ２５０の残容量をＳｏｃ１とする。
【０２８２】
燃料電池２６０の応答遅れをバッテリ２５０の電力のみによって補償する場合の残容量の変化を図中に実線で示した。ハイブリッド車両の走行状態、バッテリ２５０の残容量Ｓｏｃ１の値にも依るが、常にバッテリ２５０で補償するものとすれば、実線で示すように燃料電池２６０が運転を開始するまでにバッテリ２５０の電力を完全に消費してしまう可能性がある。かかる可能性を回避するためには、初期のバッテリ残容量Ｓｏｃ１を非常に高い値にしておく必要がある。これは、ＥＶ走行制御処理ルーチンのステップＳ７０２における値ＬＯ１を高くすることにつながる。この結果、バッテリ２５０の電力をわずかに消耗した時点で電源が燃料電池２６０に切り替えられるから、燃料電池２６０の過度の使用を招くことにもなる。
【０２８３】
本実施例での制御処理を行った場合の様子を図３８中に破線で示した。バッテリ２５０の初期の残容量Ｓｏｃ１だけでは、燃料電池２６０の運転開始まで電力を補償することができないと判断された場合には、エンジン２２４および発電機２８０の運転が行われる。従って、バッテリ２５０の残容量の低減を抑制することができ、電力を完全に消費する前に燃料電池２６０の運転を開始することができる。燃料電池２６０の運転が開始されれば、バッテリ２５０を充電することが可能となるから、残容量は徐々に増加する。
【０２８４】
ここで、エンジン２２４および発電機２８０を用いて電力の補償を行う場合のエンジン２２４の運転ポイントの設定方法について説明する。エンジン２２４の運転ポイントは、燃料電池２６０が運転を開始する時間ｔｓｔまでの間にバッテリ２５０の電力が完全に消費されることを回避可能な動力を出力できるように設定する必要がある。かかる動力を出力しさえすれば、エンジン２２４の運転ポイントは任意に設定可能であり、図３８中に一点鎖線で示すようにバッテリ２５０の電力消費を更に抑制できるように高い動力を出力するものとしてもよい。このように高い動力を出力しておけば、ある時刻ｔｃにおいてエンジン２２４の運転を中断し、その後はバッテリ２５０のみで電力を補償することも可能となる。かかる制御は、図３６の燃料電池起動処理を燃料電池の運転が開始されるまで所定のタイミングで繰り返し実行することにより、容易に実現することができる。エンジン２２４を早期に停止することができれば、その分、燃費および環境性を向上することができる場合もある。この他、エンジン２２４の運転ポイントは、バッテリ２５０の電力を一切消費しない動力を出力してもよいし、バッテリ２５０を充電可能な動力を出力するものとしてもよい。
【０２８５】
運転ポイントは、このように最低限の動力を出力しさえすれば、任意に設定可能であり、予め定めた一定の運転ポイントを選択することもできるが、本実施例では、以下に示す考え方に基づいて、運転効率を優先してエンジン２２４の運転ポイントを設定するものとした。図３９はエンジンの運転ポイント設定処理ルーチンのフローチャートである。燃料電池起動処理（図３６）のステップＳ７２２においてエンジン２２４の運転が指示された時に実行されるルーチンである。
【０２８６】
このルーチンが開始されると、ＣＰＵは、まず消費電力量Ｅｓｔおよび燃料電池の運転開始までの所要時間ｔｓｔを入力し（ステップＳ７３０）、これらの値に基づき「Ｐｒｅｑ＝Ｅｓｔ／ｔｓｔ」なる演算式に従って、要求動力Ｐｒｅｑを算出する（ステップＳ７３２）。要求動力Ｐｒｅｑは、消費電力量Ｅｓｔをｔｓｔの時間で平均的に出力すると考えた場合の動力に相当する。種々の損失や消費電力量の変動などを考慮して、若干の余裕を見込んだ設定してもよい。
【０２８７】
こうして設定された要求動力Ｐｒｅｑに基づいて、次の考え方に従ってエンジン２２４の運転ポイントを設定する。図４０はエンジンの運転ポイントと運転効率との関係を示す説明図である。図中の曲線Ｂはエンジン２２４が運転可能な回転数、トルクの限界を示している。曲線α１，α２・・・α６は等運転効率線であり、この順に運転効率が低下する。曲線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、出力される動力、即ちエンジン２２４の「回転数×トルク」が一定の曲線である。エンジン２２４の運転効率は、回転数、トルクに応じて変化し、出力すべき動力Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を設定すると、それに応じて最も効率のよい運転ポイントＡ１，Ａ２，Ａ３が定まる。このように各動力に対して運転効率が最も高い点の集合が曲線Ａである。この曲線Ａを動作曲線と呼ぶ。
【０２８８】
図４１は動作曲線上でエンジンを運転した場合の動力と運転効率との関係を示す説明図である。図示する通り、運転効率は、所定の動力Ｐｔｈを出力する運転ポイントＤＰ１で最大となり、動力がＰｔｈから外れるにつれて運転効率が徐々に低下する。この意味でＰｔｈは最適動力と言える。実際には、いくつかの極値が現れる場合もあるが、運転効率が最大となる最適動力Ｐｔｈが存在する点に変わりはない。
【０２８９】
本実施例では運転効率を優先するため、基本的には、最適動力Ｐｔｈをエンジン２２４の運転ポイントに設定する。従って、バッテリ２５０の不足分を補償するために最低限必要な要求動力Ｐｒｅｑが図４１中のＣ２のように最適動力Ｐｔｈよりも低い場合には、エンジン２２４からはＰｃｈ分だけ余剰に動力が出力されることになるから、この分、バッテリ２５０を充電することができる。要求動力Ｐｒｅｑが最適動力Ｐｔｈよりも低い場合には、要求動力に見合った運転ポイントＤＰ２で運転するよりも、余剰の動力を出力しつつ運転ポイントＤＰ１で運転した方が効率が高くなる。
【０２９０】
一方、最低限必要な要求動力Ｐｒｅｑが図４１中のＣ４のように最適動力Ｐｔｈよりも高い場合には、運転ポイントＤＰ１で運転したのではエンジン２２４から出力される動力が不足する。従って、エンジン２２４は運転効率が若干低下するものの要求動力に見合った運転ポイントＤＰ３で運転する必要が生じる。この場合、バッテリ２５０の充電を図るために、更に余剰の動力Ｐｃｈを出力しようとすれば、エンジン２２４の運転ポイントは図４１中の運転ポイントＤＰ４に移行するため、運転効率は更に低下する。従って、要求動力Ｐｒｅｑが最適動力Ｐｔｈよりも高い場合には、エンジン２２４は余剰の動力を出力することなく、要求動力Ｐｒｅｑに見合った運転ポイントで運転することが好ましい。
【０２９１】
本実施例では、上述の考え方に基づいてエンジン２２４の運転ポイントを設定する。従って、図３９に示す通り、ＣＰＵはエンジン２２４の要求動力Ｐｒｅｑが最適動力Ｐｔｈよりも高い場合には、最適動力Ｐｔｈに対応する運転ポイントＤＰ１を選択し（ステップＳ７３４，Ｓ７３６）、その他の場合には、動作曲線Ａ上で要求動力Ｐｒｅｑに見合った運転ポイントを選択する（ステップＳ７３８）。こうして設定された運転ポイントでエンジン２２４を運転することにより、効率よく電力の補償を行うことができる。
【０２９２】
以上で説明した第３実施例のハイブリッド車両によれば、燃料電池２６０に発電要求が出された場合に、バッテリ２５０と発電機２８０とを使い分けて、燃料電池２６０の発電の遅れを補償し、要求電力を安定して出力することができる。バッテリ２５０の電力が不足する場合には、発電機２８０で補償することができるため、より安定して電力を供給することが可能となる。また、電力を補償する際、発電機２８０よりもバッテリ２５０を優先的に使用することにより、燃費および環境性を向上することができる。
【０２９３】
Ｄ．その他の変形例：
以上で説明した種々の実施例および変形例に含まれる処理は、その一部を他の運転制御処理に適用するものとしても構わない。例えば、第１実施例の補機駆動制御処理（図１６）では、バッテリ５０の残容量が低下した場合にエンジン１０で充電を行う処理を示した。かかる処理を他の運転制御処理で適用するものとしてもよい。第３実施例で示した燃料電池起動制御処理（図３６）は、第１実施例および第２実施例に適用することも可能である。逆に、第１実施例、第２実施例で示した種々の処理を第３実施例のようにエンジンの動力を直接車軸に出力できないタイプのハイブリッド車両に適宜適用することも可能である。
【０２９４】
以上の実施例では、燃料電池６０およびバッテリ５０の双方を電源として搭載するハイブリッド車両を例示した。本発明は、燃料電池６０のみを電源として搭載するハイブリッド車両に適用することも可能である。かかる場合の制御処理としては、上述した実施例においてバッテリ５０の残容量を０とみなしたのと等価な制御処理を適用することができる。かかる構成のハイブリッド車両およびその制御処理でも、動力源の適切な使い分け、燃料電池の運転状態の適切な制御を実現することができる。なお、かかる構成のハイブリッド車両では、燃料電池の電力の立ち上がり時間の遅れを考慮して、走行に多大な影響を与えないように各制御に使用されるパラメータを設定することが望ましい。
【０２９５】
また、燃料電池の立ち上がり時間の遅れを補償するための付加的な要素を備えることも望ましい。例えば、実施例におけるバッテリ５０に変えてキャパシタを備えるものとしてもよい。キャパシタは燃料電池の電力を過渡的に補償する目的で使用する。つまり、燃料電池からの電力や回生電力によって予めキャパシタに電力を蓄えておき、燃料電池の立ち上がり遅れが生じるときには、キャパシタからの放電によって不足分の電力を補償するのである。このような構成を採れば、バッテリ５０を構成から省略した場合でも電力の極端な変動を抑制することができる。
【０２９６】
Ｅ．第４実施例：
第４実施例として、エンジンから出力される動力のトルクの変動を抑制する構成について説明する。第４実施例における車両の構成は、第１実施例と同じである（図１参照）。最初に、エンジンから出力される動力のトルク変動を抑制する制御の考えかたについて説明し、その後、具体的な処理内容を説明する。
【０２９７】
図４２はトルク変動を抑制する制御の原理を示す説明図である。エンジン１０から出力されるトルクの変動を、クランクシャフト１２に結合されたモータ２０で相殺する様子を示した。図示する通り、エンジン１０から出力されるトルクは、目標トルク近傍で脈動することが多い。ここでは、実際に出力されるトルクとエンジン１０が出力すべき目標トルクとの差分をトルク変動として図示した。実際に出力されるトルクは、目標トルクよりも大きくなる期間もあれば、小さくなる期間もある。なお、図４２では、周期的にトルク変動が生じる状態を図示したが、更に不規則なトルク変動が生じる場合もある。
【０２９８】
モータ２０では、エンジン１０のトルク変動を相殺するトルク（以下、制振トルクと呼ぶ）を出力する。制振トルクは、エンジン１０から出力される実トルクを補償して目標トルクを出力するためのトルクに相当し、トルク変動の位相を逆転したトルク、エンジン１０の目標トルクから実トルクを引いたトルクに相当する。モータ２０がエンジン１０に直接結合されている場合には、制振トルクがモータ２０の要求トルクとなる。モータ２０が変速機構を介してエンジン１０に結合されている場合には、変速機構の変速比を制振トルクに反映した値がモータ２０の要求トルクとなる。
【０２９９】
エンジン１０の実トルクが目標トルクよりも大きくなる期間では、制振トルクは負の値となり、モータ０は回生運転される（図中のハッチングを付した領域）。エンジン１０の実トルクが目標トルクに満たない期間では、制振トルクは正の値となり、モータ２０は力行される。
【０３００】
図４２の下段には、制振時にモータ２０との電力のやりとりをバッテリ５０で行ったと仮定した場合の充放電量の推移を模式的に示した。制振トルクが負となる期間では、モータ２０が回生運転されるため、バッテリ５０が充電される。この際、エンジン１０から出力された余剰の動力を１００％の効率で電力として回生することはできない。従って、現実の充電量は図中にハッチングを付した領域Ｅａに相当する値となり、本来の充電量よりも低くなる。一方、制振トルクが正となる期間では、モータ２０を力行運転するため、バッテリ５０の電力が消費される。この際、バッテリ５０の電力を１００％の効率で力行トルクに変換することはできない。従って、バッテリ５０の現実の消費電力は図中にハッチングを付した領域Ｅｂに相当する値となり、本来の消費量よりも大きくなる。このようにバッテリ５０の充放電時の効率が１００％に満たないことに起因して、バッテリ５０の充電量は、制振制御に伴って徐々に低下する。モータ２０の力行時に使用される電力は、バッテリ５０への充電効率と、バッテリ５０からの放電効率に起因する損失の双方を含んでおり、非効率的でもある。
【０３０１】
本実施例の制振制御は、このようにバッテリ５０の充電量の低下を回避するとともに、制振制御時の効率向上のため、モータ２０を回生運転する期間と、力行運転する期間とで電源の切り替えを行う。回生運転する際には、モータ２０をバッテリ５０に接続し、バッテリ５０への充電を行う。力行運転する際には、モータ２０を燃料電池６０と接続し、燃料電池６０から出力される電力を利用する。両者の切り替えは切替スイッチ８４の制御によって行われる。このように電源の使い分けを行った場合、制振制御中には、バッテリ５０は充電のみが行われるため、制振制御が長期間に亘って実行されると、バッテリ５０が過充電となる可能性がある。本実施例では、かかる状態を回避するため、制振制御中の電源の切り替えを行うか否かを、バッテリ５０の充電状態に応じて使い分けている。これらの制御は、次に示すフローチャートに従って実現される。
【０３０２】
Ｅ１．制振制御処理ルーチン：
図４３は制振制御処理ルーチンのフローチャートである。制御ユニット７０内のＣＰＵが他の制御処理とともに繰り返し実行する処理である。この処理が開始されるとＣＰＵは、シフトポジションを検出し、ニュートラル（Ｎ）ポジションまたはパーキング（Ｐ）ポジションであるか否かを判定する（ステップＳ８００）。これらのポジションにある場合には、ＣＰＵは制振制御を中止する（ステップＳ８１０）。パーキングポジションは、停車中に使われるポジションであり、エンジン１０にトルク変動が生じたとしても、車両の乗り心地に影響を与えるものではないからである。ニュートラルポジションは原則として停車中に使われるポジションであることに加え、エンジン１０のトルク変動が車軸に伝達されないため、トルク変動は車両の乗り心地に影響を与えないからである。
【０３０３】
シフトポジションが、ニュートラル（Ｎ）およびパーキング（Ｐ）以外にあるときは、車両が運転中であることを意味する。つまり、走行している状態および信号待ちなど一時的な停車状態にあることを意味する。かかる場合には、次のＦＣ燃料の残量が所定値以上である条件（ステップＳ８０２）、およびエンジンが駆動中である条件（ステップＳ８０６）の双方を満足する場合に、エンジン１０からのトルク変動の制振制御を実行する。
【０３０４】
ＦＣ燃料の残量を検出し、その残量が任意に設定された所定値以上残っている条件（ステップＳ８０２）は、制振制御中にモータ２０を力行するための電源として、燃料電池６０を利用することによるものである。ＦＣ燃料が所定値に満たない場合、即ち、ＦＣ燃料に十分な余裕がないと判断される場合には、ＣＰＵは、エンジン１０のアイドル回転数を増大する処理を行うとともに（ステップＳ８０４）、制振制御を中止する（ステップＳ８１０）。エンジン１０のアイドル回転数を増大するのは、エンジン１０のアイドル回転中に生じるトルク変動に起因して車両が共振するのを回避するためである。かかる観点から、ステップＳ８０４では、アイドル回転数の目標値を、車両の共振帯域を回避できる程度に増大する。
【０３０５】
エンジン１０が駆動中であるという条件（ステップＳ８０６）は、エンジン１０が停止中であれば制振制御の必要性がないからである。エンジン１０が駆動中でないと判断された場合には、ＣＰＵは制振制御を中止する（ステップＳ８１０）。なお、制振制御を実行するか否かの条件判断（ステップＳ８００，Ｓ８０２，Ｓ８０６）は、図４３に示した順序に限らず、種々の順序または並行して行うものとして構わない。
【０３０６】
以上の条件判断により、制振制御を実行すると判断された場合、ＣＰＵはバッテリ５０の充電状態に応じて制振制御時の電源の使い分けを行う。このため、ＣＰＵはバッテリ５０の残量ＳＯＣを検出し、ＳＯＣと所定の値Ｍｉ％との大小を比較する（ステップＳ８０８）。所定の値Ｍｉ％はバッテリ５０の過充電を回避できる範囲で任意に設定可能である。
【０３０７】
残量ＳＯＣが所定値Ｍｉ％に満たない場合には、ＣＰＵはモータ２０の回生時にバッテリ５０に電力を充電し、モータ２０の力行時に燃料電池６０を電源として使用する態様でモータ２０の駆動を制御する（ステップＳ８１２）。残量ＳＯＣが所定値Ｍｉ％以上である場合、ＣＰＵはモータ２０の回生時にバッテリ５０に電力を充電するが、過充電を回避するため、モータ２０の力行時の電源としてバッテリ５０を使用する態様でモータ２０の駆動を制御する（ステップＳ８１４）。なお、電源の使い分け制御の頻繁な切り替えを回避するため、ステップＳ８０８の判断にはヒステリシスを設けることが好ましい。
【０３０８】
モータ２０の制御は、次の処理によって行われる。図４４は制振制御におけるモータ制御処理ルーチンのフローチャートである。ＣＰＵはまず、エンジン１０から実際に出力されている実トルクからエンジン１０の目標トルクを引いた、トルク偏差ΔＴを検出する（ステップＳ８３０）。次に、このトルク偏差ΔＴを相殺するように、モータ２０の目標トルクＴｍｔを設定する（ステップＳ８３２）。第４実施例では、モータ２０がクランクシャフト１２に直結されているため、目標トルクＴｍｔは「−ΔＴ」と設定される。モータ２０が変速機を介してクランクシャフト１２に結合されている場合には、「−ΔＴ」に変速比を反映して、目標トルクＴｍｔが設定される。
【０３０９】
次に、ＣＰＵは電源の切り替え制御を行う。制振制御処理（図４３）において、回生時および力行時ともにバッテリ５０を電源とする設定がなされている場合（図４３のステップＳ８１４）には、電源の切り替えを実行する必要がないと判断し（ステップＳ８３４）、バッテリ５０を電源として使用するように切替スイッチ８４を制御する。制振制御処理において回生時と力行時で電源の使い分けを行う設定がなされている場合（図４３のステップＳ８１２）には、モータ２０の目標トルクＴｍｔの符号に応じて電源を使い分ける。即ち、目標トルクＴｍｔが０よりも大きい場合には、燃料電池６０を電源とするよう切替スイッチ８４を制御する（ステップＳ８４０）。目標トルクＴｍｔが０以下の場合には、バッテリ５０を電源とするよう切替スイッチ８４を制御する（ステップＳ８３８）。
【０３１０】
こうして電源が設定されると、ＣＰＵは目標トルクＴｍｔでモータ２０を駆動する制御を行う（ステップＳ８４２）。この制御は、先に図１３で説明した処理を適用できる。なお、燃料電池５０を電源として使用する場合、ＣＰＵは併せて燃料電池６０の運転状態も制御する。本実施例では、燃料電池６０に要求される最大電力を十分に発電可能な燃料ガスを、実際の要求電力に関わらず供給するよう制御するものとした。燃料電池６０への燃料ガスの供給遅れが生じると、要求された電力を速やかに出力することができない。エンジン１０のトルク変動は比較的高い周波数で生じるから、適切な制振制御を実現するためには、トルク変動に相当する応答性で燃料電池６０から電力を出力する必要が生じる。本実施例では、要求電力に対して十分な量の燃料ガスを常に燃料電池６０に供給しつつ、駆動回路５２のスイッチングによって、要求電力に見合った発電を行わせることにより、高い応答性での発電を実現している。燃料電池６０の要求電力が低い場合、供給された水素はそのまま燃料電池６０から排出されるが、排出された水素を燃料電池６０内に循環する配管を設けることにより、燃料の浪費を回避することができる。
【０３１１】
以上で説明した第４実施例の車両によれば、エンジン１０のトルク変動を抑制することができ、乗り心地を向上することができる。モータ２０の回生時と力行時とで電源を使い分けることにより、制振制御中の効率を向上することができる。図４２の下段に示した通り、バッテリ５０の電力を利用してモータ２０の力行を行うものとすれば、力行時に低効率のエネルギを利用することになるが、本実施例では、エネルギ源である燃料電池６０を電源として力行することにより、力行時におけるモータ２０の運転効率を向上することができ、制振制御におけるエネルギ効率を向上することができる。
【０３１２】
第４実施例では、バッテリ５０の残量ＳＣＯに応じて、力行時の電源を切り替える。従って、高効率での制振制御を実行しつつ、バッテリ５０の過充電を回避することもできる。
【０３１３】
Ｅ２．第１変形例：
第４実施例では、モータ２０のみを用いて制振制御を行う場合を例示した。本実施例の車両は、エンジン１０にトルクを付加できる電動機を２つ備えている。モータ２０と補機駆動用モータ８０である。制振制御は、これらの２つの電動機を力行時と回生時とで使い分ける態様で行ってもよい。このような使い分けを第４実施例の第１変形例として以下に説明する。
【０３１４】
図４５は第１変形例における制振制御の原理を示す説明図である。上段に示すようにエンジン１０からのトルクに変動が生じていたものとする。エンジン１０の実際の目標値は、図中に破線で示す値であるが、第１変形例では、エンジン１０から出力されるトルクの最低値を仮の目標トルクとして設定する。この結果、図示する通り、エンジン１０のトルク変動は正の値、即ち、仮の目標トルクよりも大きい側で生じる。
【０３１５】
第１変形例では、このトルク変動を補機駆動用モータ８０で相殺する。従って、補機駆動用モータ８０の制振トルクは、図４５の中段に示す通り、常に負の値となる。一方、このように制振トルクを付加すると、クランクシャフト１２の出力トルクは仮の目標トルクに相当する値となり、本来の目標トルクに満たない。第１変形例では、モータ２０を力行して、この不足分のトルクを出力する。モータ２０のトルクは、図中の下段に示す通り、力行側の一定値となる。
【０３１６】
こうした原理による制振制御は、次の処理に従って実現される。図４６は第４実施例の第１変形例における制振制御処理ルーチンのフローチャートである。制御ユニット７０のＣＰＵが繰り返し実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵはシフトポジション、ＦＣ燃料、エンジン駆動状態に基づき制振制御を行うか否かを判断する（ステップＳ８２０，Ｓ８２２，Ｓ８２６）。これらの判断内容および制振制御を行わないと判断された場合の処理（ステップＳ８２４，Ｓ８３２）は、第４実施例と同様である。
【０３１７】
第１変形例では、上記判定の結果、制振制御を行う場合の処理内容が第４実施例と相違する。まず、ＣＰＵは補機駆動用モータ８０の目標トルクを全域で回生となるよう設定し、トルク変動を相殺する（ステップＳ８２８）。ここでは、図４５に示した通り、エンジン１０から出力されるトルクの最低値よりも低い範囲に仮目標トルクを設定し、エンジン１０から出力される実トルクと仮目標トルクとの差分がトルク変動ΔＴに相当するものとみなして、図４４のステップＳ８３０，Ｓ８３２で説明したのと同様の方法によって補機駆動用モータ８０の目標トルクを設定する。こうして設定された目標トルクは常に負の値となるため、通常通り補機駆動用モータ８０を制御すれば、回生運転が行われる。
【０３１８】
図４５で説明した通り、補機駆動用モータ８０を回生運転し続けると、クランクシャフト１２に出力されるトルクは本来の目標値に満たなくなる。ＣＰＵは、この不足分のトルクをモータ２０で補償する制御を実行する。ここで、第１変形例では、バッテリ５０の残量ＳＯＣに基づいてモータ２０を力行するための電源を使い分ける。ＣＰＵはバッテリ５０の残量ＳＯＣが検出し、所定の値Ｍｉ２％との大小を比較する（ステップＳ８３０）。所定の値Ｍｉ２％は、バッテリ５０の過充電を回避できる範囲で任意に設定可能な値である。ＣＰＵは残量ＳＯＣが所定の値Ｍｉ２％に満たない場合、即ち、バッテリ５０に過充電のおそれがないと判断される場合には、燃料電池６０を電源としてモータ２０を駆動する（ステップＳ８３６）。残量ＳＯＣが所定の値Ｍｉ２％以上である場合には、バッテリ５０の過充電を回避するため、バッテリ５０を電源としてモータ２０を駆動する（ステップＳ８３４）。それぞれにおけるモータ２０の制御方法は、ステップＳ８２８の制御時に設定された仮目標トルクとエンジン１０から出力すべき目標トルクとの差分をモータ２０の要求トルクに設定することにより行われる。
【０３１９】
以上で説明した第１変形例の制振制御によっても、第４実施例と同様、制振用のトルクが負になる場合と、正になる場合とで電源を使い分けることにより効率的に制振することができる。第１変形例では、電源と電動機とをセットにして使い分ける態様に相当する。つまり、補機駆動用モータ８０はバッテリ５０との組み合わせで負の制振トルクの付加に供される。モータ２０は燃料電池６０との組み合わせで正のトルクの付加に供される。いずれにしても、エンジン１０から出力された動力が、本来の目標値よりも大きい場合に余剰の動力を電力として抽出する抽出先と、動力が不足する際にその不足分を補償する電力の供給源とが使い分けられている点では第４実施例と同様である。そして、かかる使い分けにより、正のトルクを付加する時の運転効率を向上することができ、制振制御中の運転効率を向上することができる。
【０３２０】
第１変形例では、補機駆動用モータ８０でトルク変動を相殺し、モータ２０で不足分のトルクを補償する態様を例示した。補機駆動用モータ８０とモータ２０の目標トルクは、前者が負のトルク、後者が正のトルクとなる範囲で、エンジン１０のトルク変動を相殺するように任意に設定することができる。一例として、図４５において仮目標トルクを、エンジン１０から出力されるトルクの最大値相当に設定してもよい。この場合には、エンジン１０のトルク変動は常に仮目標トルクよりも小さい範囲で生じるから、モータ２０で不足分のトルクを出力することになる。この結果、クランクシャフト１２からは本来の目標トルク以上のトルクが出力されるから、補機駆動用モータ８０で負荷をかけて余剰のトルクを低減させる。補機駆動用モータ８０の負荷トルクは一定値となる。かかる態様によっても、エンジン１０の制振制御を実現することができる。
【０３２１】
もちろん、第４実施例と同様、エンジン１０のトルク変動ΔＴは、実トルクと本来の目標トルクとの差分で設定してもよい。この場合トルク変動ΔＴが負の期間はモータ２０でその変動を相殺し、トルク変動ΔＴが正の期間は補機駆動用モータ８０でその変動を相殺する。
【０３２２】
第４実施例および第１変形例では、バッテリ５０と燃料電池６０とを使い分けて制振制御を行う場合を例示した。バッテリ５０は電力を充電可能な種々の蓄電手段に置換可能である。例えば、バッテリ５０に代えて、キャパシタを適用するものとしてもよい。燃料電池６０は、種々の発電手段に置換可能である。例えば、燃料電池６０に代えて、発電機を使用するものとしてもよい。第４実施例のように補機駆動用モータ８０を制振の制御に適用しない場合には、これを発電手段として用いることも可能である。この場合は、補機駆動用モータ８０の発電量が、エンジン１０のトルク変動の原因とならないよう、発電量を制御することが望ましい。一例として、制振制御に必要とされる電力に関わらず補機駆動用モータ８０の発電量をほぼ一定に維持する制御が挙げられる。制振制御に供されなかった電力はバッテリ５０に蓄電したり、その他の電力機器で消費すればよい。
【０３２３】
第４実施例および第１変形例では、図１に示したハードウェア構成の車輌を前提として説明した。ここで例示した制振制御は、かかる構成に限定されず、種々の車両に適用可能である。例えば、図１の構成からモータ２０を削除した構成の車輌に適用してもよい。この場合は、モータ２０に代えて補機駆動用モータ８０を用いることにより、第４実施例で例示した制御を実現することができる。先に図３４で示した構成の車輌に適用することも可能である。この場合には、図３４中の発電機２８０を用いて制振制御することができる。制振制御に使用される電動機は、必ずしも車両の動力源である必要はない。エンジン１０からの動力の伝達経路において、トルク変動を相殺できるトルクを付加可能な構成であれば、本発明の制振制御は、いかなる車両にも適用可能である。
【０３２４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態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、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例のハイブリッド車両では、エンジンとしてガソリンエンジン１５０を用いたが、ディーゼルエンジンその他の動力源となる装置を用いることができる。また、本実施例では、モータとして全て三相同期モータを適用したが、誘導モータその他の交流モータおよび直流モータを用いるものとしてもよい。また、本実施例では、種々の制御処理をＣＰＵがソフトウェアを実行することにより実現しているが、かかる制御処理をハード的に実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例としてのハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図３】変速機１００の内部構造を示す説明図である。
【図４】各クラッチ、ブレーキ、およびワンウェイクラッチの係合状態と変速段との関係を示す説明図である。
【図５】本実施例のハイブリッド車両におけるシフトポジションの操作部１６０を示す説明図である。
【図６】本実施例におけるハイブリッド車両の計器板を示す説明図である。
【図７】制御ユニット７０に対する入出力信号の結線を示す説明図である。
【図８】車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。
【図９】２ポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図１０】Ｌポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図１１】Ｒポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図１２】ＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図１３】モータ駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】ＥＶ走行制御処理における各動力源および電源の出力の変化を示す説明図である。
【図１５】バッテリ５０を使用する判断基準値の設定方法について示す説明図である。
【図１６】補機駆動制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図１７】補機駆動制御処理における動力源の切り替えの様子を示す説明図である。
【図１８】パワーアシスト制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図１９】パワーアシスト制御処理における電源の切り替えの様子を示す説明図である。
【図２０】停車・減速制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図２１】停車・減速制御処理における電源の切り替えの様子を示す明図である。
【図２２】第１変形例について変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図２３】第１変形例について２ポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図２４】第１変形例についてＬポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図２５】第１変形例についてＲポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図２６】第１変形例におけるパワーアシスト制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図２７】パワーアシスト制御処理における電源の切り替えの様子を示す説明図である。
【図２８】パワーモード制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図２９】パワーモード制御処理における電源の切り替えの様子を示す説明図である。
【図３０】パワーモードにおいて出力される動力の様子を示す説明図である。
【図３１】第２実施例のハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。
【図３２】四輪駆動制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図３３】四輪駆動制御処理における各動力源および電源の出力の変化を示す説明図である。
【図３４】第３実施例としてのハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。
【図３５】第３実施例におけるＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図３６】第３実施例における燃料電池起動処理ルーチンのフローチャートである。
【図３７】消費電力Ｅｓｔを与えるマップを示す説明図である。
【図３８】燃料電池を起動する際のバッテリ２５０の残容量の推移を示す説明図である。
【図３９】エンジンの運転ポイント設定処理ルーチンのフローチャートである。
【図４０】エンジンの運転ポイントと運転効率との関係を示す説明図である。
【図４１】動作曲線上でエンジンを運転した場合の動力と運転効率との関係を示す説明図である。
【図４２】トルク変動を抑制する制御の原理を示す説明図である。
【図４３】制振制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図４４】制振制御におけるモータ制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図４５】第１変形例における制振制御の原理を示す説明図である。
【図４６】第４実施例の第１変形例における制振制御処理ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…クランクシャフト
１３，１４，１５…出力軸
１６，１６Ａ…ディファレンシャルギヤ
１７，１７Ａ…車軸
１８…入力クラッチ
２０、２０Ａ…モータ
２２…ロータ
２４…ステータ
３０…トルクコンバータ
５０…バッテリ
５１，５１Ａ，５２，５２Ａ…駆動回路
６０…燃料電池システム
６０Ａ…燃料電池
６１…メタノールタンク
６２…水タンク
６１ａ，６２ａ…容量センサ
６３…バーナ
６４…圧縮機
６５…蒸発器
６６…改質器
６８…ブロワ
７０…制御ユニット
８０…補機駆動用モータ
８２…補機駆動装置
８３，８４，８５，８６…切替スイッチ
１００…変速機
１０２…電動オイルポンプ
１０４…油圧制御部
１１０…副変速部
１１２…第１のプラネタリギヤ
１１４…サンギヤ
１１５…プラネタリピニオンギヤ
１１６…プラネタリキャリア
１１８…リングギヤ
１１９…出力軸
１２０…主変速部
１２２…回転軸
１３０，１４０，１５０…プラネタリギヤ
１３２、１４２，１５２…サンギヤ
１３４、１４４，１５４…プラネタリキャリア
１３６、１４６，１５６…リングギヤ
１６０…操作部
１６１…スポーツモードスイッチ
１６２…シフトレバー
１６３…スポーツモードスイッチ
２０２…燃料計
２０３…燃料計
２０４…速度計
２０６…エンジン回転計
２０８…エンジン水温計
２１０…方向指示器インジケータ
２２０…シフトポジションインジケータ
２２２…スポーツモードインジケータ
２２４…エンジン
２２６…モータ
２３０…プラネタリギヤ
２３１…サンギヤ
２３２…プラネタリキャリア
２３３…リングギヤ
２４０…クラッチ
２４０，２４１…クラッチ
２４１…ブレーキ
２５０…バッテリ
２５０，燃料電池２６０…バッテリ
２５２，２５１…駆動回路
２６０…燃料電池
２７０…制御ユニット
２８０…発電機
２８４…切替スイッチ

Claims (20)

  1. 電動機と熱機関とを動力源として備えるハイブリッド車両であって、
    前記電動機の電源として燃料電池と、二次電池とを備えるとともに、両者から電動機に供給される電力をそれぞれ調整可能な調整手段を備え、
    車両の運転状態に応じて、前記電源および動力源の作動を制御する制御手段を備え、
    前記二次電池の残容量を検出する残容量検出手段を備え、
    前記制御手段は、前記運転状態が前記電動機を動力源とするよう予め設定された状態にある場合において、前記残容量が予め設定された所定値以上の場合には前記燃料電池の残燃料量に関わらず前記二次電池を電源として使用することにより前記二次電池を優先的に使用して該電動機を駆動する手段である、ハイブリッド車両。
  2. 請求項１記載のハイブリッド車両であって、
    前記制御手段は、さらに、前記残容量が前記所定値よりも小さい場合には、前記燃料電池を電源として前記電動機を駆動する手段であるハイブリッド車両。
  3. 請求項２記載のハイブリッド車両であって、
    前記制御手段は、さらに、前記燃料電池を電源とする場合において、該燃料電池から前記電動機の駆動に必要な電力の十分な供給が行われるまでの過渡期では、不足分の電力を前記二次電池からの電力で補償する手段であり、
    前記所定値は、前記補償を実現可能な電力に基づいて設定された残容量であるハイブリッド車両。
  4. 請求項１記載のハイブリッド車両であって、
    高トルクを要求する状態として予め設定された条件を具備するか否かを判定する高トルク判定手段を備え、
    前記制御手段は、高トルクを要求する状態に該当すると判定された場合に、前記熱機関と前記電動機の双方を動力源として駆動する手段であるハイブリッド車両。
  5. 請求項４記載のハイブリッド車両であって、
    アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を備え、
    前記条件は、アクセル開度の変化率が予め設定された所定値以上となる条件であるハイブリッド車両。
  6. 請求項４記載のハイブリッド車両であって、
    要求トルクを入力する要求トルク入力手段を備え、
    前記条件は、要求トルクが予め設定された所定値以上となる条件であるハイブリッド車両。
  7. 請求項４記載のハイブリッド車両であって、
    高トルクを要求する運転モードを、該車両の運転者が選択するためのスイッチを備え、
    前記高トルク判定手段は、該スイッチの操作状態に基づいて前記判定を行う手段であるハイブリッド車両。
  8. 請求項１記載のハイブリッド車両であって、
    前記燃料電池および二次電池とを電源として駆動する第２の電動機と、
    前記燃料電池および二次電池から該第２の電動機に供給される電力をそれぞれ調整可能な調整手段と、
    前記熱機関および前記第２の電動機に結合された補機とを備え、
    前記制御手段は、さらに、前記熱機関の運転が停止している場合に、前記第２の電動機を駆動する手段であるハイブリッド車両。
  9. 前記電動機と熱機関とは、それぞれ異なる駆動軸に結合された請求項１記載のハイブリッド車両。
  10. 請求項１記載のハイブリッド車両であって、
    前記制御手段は、前記燃料電池から前記電動機への電力の供給が要求されていない場合においても、該燃料電池を作動させ、予め設定された所定の電力を出力させる制御を行う手段であるハイブリッド車両。
  11. 請求項１０記載のハイブリッド車両であって、
    前記動力源が出力すべき動力を増大すべき可能性が低い状態として予め設定された所定の条件を具備するか否かを判断する動力予測判断手段を備え、
    前記制御手段は、前記所定の条件を具備すると判定された場合には、前記所定の電力を抑制する制御を行う手段であるハイブリッド車両。
  12. 請求項１１記載のハイブリッド車両であって、
    前記動力源の動力を車両の運転状態に応じて変速して駆動軸に出力する変速機と、
    該変速機の作動状態を操作する操作手段とを備え、
    前記所定の条件は、該操作手段により前記変速機の作動状態が非駆動状態に設定されている条件であるハイブリッド車両。
  13. 請求項１１記載のハイブリッド車両であって、
    前記車両が制動中であるか否かを判定する制動判定手段を備え、
    前記所定の条件は、前記車両の制動が行われている条件であるハイブリッド車両。
  14. 請求項１１記載のハイブリッド車両であって、
    該車両が走行する経路が渋滞しているか否かに関する情報を取得する情報取得手段を備え、
    前記所定の条件は、前記経路が渋滞している条件であるハイブリッド車両。
  15. 請求項１記載のハイブリッド車両であって、
    前記電動機の電源として、さらに前記熱機関から出力される動力を電力に変換する発電機を備え、
    前記制御手段は、
    該ハイブリッド車両の運転状態が、前記燃料電池の発電を開始すべき状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、
    該燃料電池を使用すべき状態にあると判定された場合において、該燃料電池が発電可能になるまでの期間に、燃料電池を除く電源により該燃料電池からの電力を補償して、要求された電力を出力する電力補償手段とを備え、
    該電力補償手段は、
    前記燃料電池が発電可能になるまでの期間に補償すべき電力量を推定する電力量推定手段と、
    前記二次電池の残容量を検出する残容量検出手段と、
    前記推定された電力量が前記二次電池から出力可能か否かを該残容量に基づいて判定する二次電池電力量判定手段と、
    前記推定された電力量を前記二次電池から出力不能と判断された場合には、前記熱機関を運転して前記発電機による発電を行う熱機関制御手段とを備えるハイブリッド車両。
  16. 請求項１５記載のハイブリッド車両であって、
    前記熱機関は、前記発電機を駆動する動力のみを出力する動力源であるハイブリッド車両。
  17. 請求項１５記載のハイブリッド車両であって、
    前記燃料電池の温度状態を検出する温度状態検出手段と、
    該燃料電池の温度が所定以下の冷間時であると判断される場合に、前記電力補償手段を有効に機能せしめる冷間時制御手段とを備えるハイブリッド車両。
  18. 請求項１５記載のハイブリッド車両であって、
    前記熱機関制御手段は、前記二次電池で不足する電力量を少なくとも補償可能な範囲で、運転効率を優先して設定された運転状態で該熱機関を運転する手段であるハイブリッド車両。
  19. 動力源として、燃料電池と二次電池とを電源とする電動機と、熱機関とを備えるハイブリッド車両の運転を制御する制御方法であって、
    （ａ） 前記二次電池の残容量を検出する工程と、
    （ｂ） 前記車両の運転状態が前記電動機を動力源とするよう予め設定された所定の状態にあるか否かを判定する工程と、
    （ｃ） 前記所定の状態にあると判定された場合において、前記残容量が予め設定された所定値以上の場合には前記燃料電池の残燃料量に関わらず前記二次電池を電源として使用することにより前記二次電池を優先的に使用して該電動機を駆動する工程とを備える制御方法。
  20. 請求項１９記載の制御方法であって、さらに、
    （ｄ） 前記所定の状態にあると判定された場合において、前記残容量が前記所定値よりも小さい場合には、前記燃料電池を電源として前記電動機を駆動する工程を備える制御方法。
JP2000110709A 1999-05-26 2000-04-12 燃料電池を備える車両およびその制御方法 Expired - Fee Related JP4306085B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000110709A JP4306085B2 (ja) 1999-05-26 2000-04-12 燃料電池を備える車両およびその制御方法
EP00110847A EP1055545B1 (en) 1999-05-26 2000-05-22 Hybrid vehicle with fuel cells incorporated therein and method of controlling the same
DE60007917T DE60007917T2 (de) 1999-05-26 2000-05-22 Hybrid Kraftfahrzeug mit eingebauten Brennstoffzellen und Steuerverfahren dafür
US09/576,444 US6672415B1 (en) 1999-05-26 2000-05-22 Moving object with fuel cells incorporated therein and method of controlling the same
US10/686,861 US7028795B2 (en) 1999-05-26 2003-10-17 Moving object with fuel cells incorporated therein and method of controlling the same
US11/325,501 US7273120B2 (en) 1999-05-26 2006-01-05 Moving object with fuel cells incorporated therein and method of controlling the same

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14591499 1999-05-26
JP11-145914 1999-12-02
JP11-343371 1999-12-02
JP34337199 1999-12-02
JP2000110709A JP4306085B2 (ja) 1999-05-26 2000-04-12 燃料電池を備える車両およびその制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001224105A JP2001224105A (ja) 2001-08-17
JP4306085B2 true JP4306085B2 (ja) 2009-07-29

Family

ID=27319070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000110709A Expired - Fee Related JP4306085B2 (ja) 1999-05-26 2000-04-12 燃料電池を備える車両およびその制御方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4306085B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220314991A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-06 Honda Motor Co., Ltd. Vehicle control system and vehicle control method

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4178830B2 (ja) 2002-05-08 2008-11-12 日産自動車株式会社 燃料改質システム
KR100461272B1 (ko) * 2002-07-23 2004-12-10 현대자동차주식회사 연료 전지 하이브리드 차량의 전원 단속장치
KR20040045743A (ko) * 2002-11-25 2004-06-02 현대자동차주식회사 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어방법
KR20040045744A (ko) * 2002-11-25 2004-06-02 현대자동차주식회사 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어방법
JP4461701B2 (ja) * 2003-04-22 2010-05-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池を搭載した移動体
JP4525008B2 (ja) 2003-07-02 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 エネルギ出力装置およびエネルギ出力装置の制御方法
JP4665381B2 (ja) * 2003-07-07 2011-04-06 ソニー株式会社 燃料電池システム及び電気機器
US8241097B2 (en) 2004-07-30 2012-08-14 Ford Global Technologies, Llc Environmental control system and method for a battery in a vehicle
CN100526106C (zh) * 2004-07-30 2009-08-12 福特环球技术公司 用于车内蓄电池的环境控制***和方法
US8206858B2 (en) 2005-01-24 2012-06-26 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Fuel cell system and starting method therefor
WO2006077971A1 (ja) 2005-01-24 2006-07-27 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha 燃料電池システムおよびその起動方法
JP4947252B2 (ja) * 2005-04-07 2012-06-06 トヨタ自動車株式会社 移動体及び管理方法
WO2007102763A1 (en) * 2006-03-09 2007-09-13 Volvo Technology Corporation Hybrid powertrain
JP2008132876A (ja) * 2006-11-28 2008-06-12 Toyota Motor Corp 車両制御装置
JP2008162491A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Toyota Motor Corp 車両およびその制御方法
JP4201044B2 (ja) 2007-01-09 2008-12-24 トヨタ自動車株式会社 車両およびその制御方法
JP4229185B2 (ja) 2007-01-12 2009-02-25 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド自動車およびその制御方法
JP2009126450A (ja) * 2007-11-27 2009-06-11 Toyota Motor Corp ハイブリッド車及びハイブリッド車の制御方法
JP2010063265A (ja) * 2008-09-03 2010-03-18 Toyota Industries Corp 燃料電池搭載車両
JP4525837B2 (ja) * 2009-08-31 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 エネルギ出力装置およびエネルギ出力装置の制御方法
DE102010010443A1 (de) * 2010-02-25 2011-08-25 Dr. Ing. h.c. F. Porsche Aktiengesellschaft, 70435 Anzeigevorrichtung eines Kraftfahrzeugs
JP5538034B2 (ja) * 2010-03-31 2014-07-02 富士重工業株式会社 車両の駆動力制御装置
JP6096411B2 (ja) * 2011-12-20 2017-03-15 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両の発電制御装置
JP5994304B2 (ja) * 2012-03-14 2016-09-21 日産自動車株式会社 車両のアイドル制御装置
JP5724935B2 (ja) * 2012-04-19 2015-05-27 トヨタ自動車株式会社 エンジンシステム
JP6167585B2 (ja) * 2013-03-21 2017-07-26 アイシン精機株式会社 ハイブリッド車両用駆動装置
JP6225218B2 (ja) * 2016-05-23 2017-11-01 公益財団法人鉄道総合技術研究所 燃料電池鉄道車両の電力制御方法
JP7043908B2 (ja) * 2018-03-15 2022-03-30 トヨタ自動車株式会社 発電装置を備えた車両および車両搭載発電装置の発電制御方法
JP7481156B2 (ja) 2020-04-23 2024-05-10 株式会社Subaru 車両制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220314991A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-06 Honda Motor Co., Ltd. Vehicle control system and vehicle control method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001224105A (ja) 2001-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4306085B2 (ja) 燃料電池を備える車両およびその制御方法
JP5103992B2 (ja) ハイブリッド車両の制御装置及びハイブリッド車両の制御方法。
JP5899274B2 (ja) ハイブリッド車両及びその制御方法
JP5799127B2 (ja) ハイブリッド車両の制御装置
US7028795B2 (en) Moving object with fuel cells incorporated therein and method of controlling the same
JP5496454B2 (ja) ハイブリッド車両の制御装置
JP5581915B2 (ja) ハイブリッド車両の制御装置
JP4973119B2 (ja) 車両の制御装置
JP2008044599A (ja) ハイブリッド車両の制御装置
JP2010155590A (ja) ハイブリッド車両の発進制御装置。
JP2008105494A (ja) ハイブリッド車両の変速制御装置
JP4337188B2 (ja) ハイブリッド式移動体およびその制御方法
JP5501269B2 (ja) ハイブリッド車両の制御装置
JP4207346B2 (ja) 燃料電池を備える移動体およびその制御方法
JP4258513B2 (ja) 駆動装置の制御装置
JP2011213285A (ja) ハイブリッド車両制御装置
JP2012086717A (ja) ハイブリッド車両の制御装置
JP4200635B2 (ja) ハイブリッド車両およびその制御方法
JP5563892B2 (ja) 電動車両
JP5598256B2 (ja) ハイブリッド車両の制御装置
JP2001298806A (ja) 車両用制御装置、制御方法および車両
JP4000750B2 (ja) 動力出力装置およびその制御方法
JP5527159B2 (ja) ハイブリッド車両の制御装置
JP4135302B2 (ja) 燃料電池を搭載したハイブリッド車両
JP5793847B2 (ja) ハイブリッド車両の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060525

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080617

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080729

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090414

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090427

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120515

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees