JP5515334B2

JP5515334B2 - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP5515334B2
Application number: JP2009056884A
Authority: JP
Inventors: 敬米盛; 宣英瀬尾; 泰文赤木; 英明藤田; 真紹竹本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2010208486A

Description

本発明は、エンジンとモータとを併用して走行するハイブリッド車両の制御装置に関する技術分野に属する。

一般に、ハイブリッド車両としてはシリーズ方式と呼ばれるものと、パラレル方式と呼ばれるものとがある。シリーズ方式のものは、エンジンでジェネレータを駆動して発電を行い、電力をバッテリに蓄える。そして、バッテリからモータに電力を供給し、このモータによって走行用の駆動力を得るようにしている。一方、パラレル方式のものは、エンジンとモータとを併用して走行するよう構成されている。つまり、エンジンでジェネレータを駆動してバッテリを充電する点は上記シリーズ方式と同様であるが、該シリーズ方式とは異なり、バッテリの電力で駆動するモータによる走行だけでなく、エンジンのみによる走行やエンジン及びモータの双方による走行も可能に構成されている。そして、通常、発進時にはモータで走行し、車速が上がってくるとモータからエンジンに駆動源を切り換えて走行するようにしている。また、急発進や急加速のように大きな駆動力を要する場合にはモータとエンジンの双方によって走行するようにしている。

上記のパラレル方式のハイブリッド車両では、例えば、モータは駆動輪に直結する一方、エンジンはクラッチを介して駆動輪に連結する。そして、モータのみで走行する際には上記クラッチを切り、エンジンのみ又はエンジン及びモータの両方で走行する際には上記クラッチを締結するようにしている。

一方、例えば特許文献１に示されているように、ハイブリッド車両において、エンジンの出力軸に連結される第１のロータと、この第１のロータの外周側に配設されかつ駆動輪と連結される第２のロータと、この第２のロータの外周側に配設されるステータとを設け、第１のロータ及びステータにコイルをそれぞれ配設し、第２のロータに磁石を配設して、第１のロータと第２のロータとで第１のモータを構成し、第２のロータとステータとで第２のモータを構成することが提案されている。
特開平９−５６０１０号公報

上記パラレル方式のハイブリッド車両では、シリーズ方式とは異なり、上記のような、エンジンと駆動輪とを断接するクラッチが必要になるが、そのクラッチにおける駆動輪側とエンジン側との回転差が大きな状態でクラッチを締結すると、クラッチの損傷を招くという問題があり、また、例えばエンジン側の回転が低い状態でクラッチを締結すると、車体に減速によるショックが生じるという問題がある。このようにクラッチを設ける構成では、種々の問題が生じるため、ハイブリッド車両においても、クラッチをなくすようにすることが要求されている。

そこで、上記特許文献１の構成を採用することが考えられ、この構成では、第１のモータにおける第１のロータと第２のロータとを電磁的に断接することができるので、上記クラッチを廃止することが可能になる。そして、エンジンで第２のロータを駆動する場合には、第１のモータを制御して、第１のロータと第２のロータとを電磁力で結合した状態とする。また、この状態で第２のモータを駆動すれば、エンジン及び第２のモータの双方で第２のロータを駆動することが可能になる。さらに、車両の発進時等のように、エンジンを停止した状態で、第２のモータのみで第２のロータを駆動することができる（第１のロータのコイルはバッテリと接続されずに開放状態にされる）。

ところで、上記特許文献１の構成を採用した場合において、エンジンを始動させるには、バッテリから第１のロータのコイルに電力を供給することで第１のロータにクランキングトルクを発生させ、このクランキングトルクでエンジンをクランキングして始動させることが好ましい。

しかし、第２のモータのみで第２のロータを駆動しているときに、上記のようにしてエンジンを始動させると、第２のロータ（つまり駆動輪）には、上記クランキングトルクの反作用による、車両を減速させるトルクが生じて、駆動輪の駆動トルクが急激に低下してしまう。このような車両走行中の駆動トルクの変化は、車両の走行に悪影響を及ぼす可能性があるとともに、乗員に違和感を与えてしまう。また、車両の停止中にエンジンを始動した場合、上記クランキングトルクの反作用により、第２のロータ（駆動輪）が車両前進時とは反対方向に回転して、車両が後退する可能性がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記のような第１及び第２のモータを備えたハイブリッド車両において、第１のモータによりエンジンを始動する場合に、その始動に伴って生じる不具合を解消しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明では、エンジンと、該エンジンの出力軸に連結され、第１のコイルを有する第１のロータと、該第１のロータの外周側に配設されかつ駆動輪と連結され、磁石を有して第１のロータと共に第１のモータを構成する第２のロータと、該第２のロータの外周側に配設されかつ第２のコイルを有して該第２のロータと共に第２のモータを構成するステータと、上記第１のコイルの電流制御を行うための第１のインバータと、上記第２のコイルの電流制御を行うための第２のインバータと、上記第１のコイルへ上記第１のインバータを介して電力を供給するとともに、上記第２のコイルへ上記第２のインバータを介して電力を供給するバッテリとを備えたハイブリッド車両の制御装置を対象として、上記エンジンの作動を制御するとともに、上記第１及び第２のインバータの作動を制御して上記第１及び第２のモータの作動を制御する制御手段を備え、上記制御手段は、上記ハイブリッド車両の走行時でかつ上記エンジンの停止中には、上記第２のインバータにより、上記バッテリから上記第２のコイルへ電力を供給させる第１の運転制御を行うとともに、上記ハイブリッド車両の走行時でかつ上記エンジンの運転時には、該エンジン並びに上記第１及び第２のインバータの作動制御により、上記第２のロータを上記第１のロータに対して所定回転速度だけ差を持たせた状態で回転させる第２の運転制御を行うよう構成されており、更に上記制御手段は、上記第１の運転制御を実行中に上記エンジンを始動させる際に、上記第１のインバータにより、上記バッテリから上記第１のコイルへ電力を供給して上記第１のロータにクランキングトルクを発生させるとともに、上記第２のコイルへの供給電力量を、上記クランキングトルクの反作用により上記第２のロータに生じるトルク分を打ち消すように増大させ、上記ハイブリッド車両の停止中に上記エンジンを始動させる際には、上記第１のインバータにより、上記バッテリから上記第１のコイルへ電力を供給して上記第１のロータにクランキングトルクを発生させるとともに、上記第２のインバータにより、上記バッテリから上記第２のコイルへ、上記クランキングトルクの反作用により上記第２のロータに生じるトルクを打ち消すための電力を供給するよう構成され、上記ハイブリッド車両は、該ハイブリッド車両のブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダル踏み込み量検出手段を更に備え、更に上記制御手段は、上記ハイブリッド車両の走行時における上記第１の運転制御の実行中に、上記ブレーキペダル踏み込み量検出手段により検出された上記ブレーキペダル踏み込み量を入力して、上記エンジンの始動要求がありかつ該ブレーキペダル踏み込み量の変化率であるブレーキペダル踏み込み速度が、上記駆動輪にブレーキが急激に作用することを示す、所定値以上であるときに、上記エンジンを始動させるよう構成されているものとした。

上記の構成により、エンジンの始動の際に、第２のコイルへの供給電力量を増大することで、クランキングトルクの反作用により第２のロータに生じるトルク分を打ち消して、駆動輪の駆動トルクの低下を防止することができる。この結果、エンジン始動に伴う駆動輪の駆動トルクの変化を抑制することができ、これにより、車両の走行への悪影響を防止することができるとともに、乗員に違和感を与えるのを防止することができる。

また、車両の走行時でかつエンジンの運転時に、第２のロータを第１のロータに対して所定回転速度だけ差を持たせた状態で回転させるので、第１のコイルや第１のインバータの半導体スイッチング素子等の損傷を防止することができる。すなわち、第１のロータと第２のロータとを同じ回転速度で回転させると、第１のロータと第２のロータとを電磁力で結合するために、第１のコイルにおける各相の巻線に常に同じ電流を流し続ける必要が生じる。このため、第１のコイルや第１のインバータの半導体スイッチング素子等が損傷する可能性が高くなる。しかし、本発明では、第２のロータを第１のロータに対して所定回転速度だけ差を持たせた状態で回転させるので、第１のロータと第２のロータとを電磁力で結合するために第１のコイルに流さなければならない電流が刻々と変化し、これにより、第１のコイルや第１のインバータの半導体スイッチング素子等の損傷を防止することができる。

さらに、車両の停止中におけるエンジンの始動の際に、第２のコイルへ電力を供給することで、クランキングトルクの反作用により第２のロータに生じるトルクを打ち消すので、車両が後退するのを防止することができる。

さらにまた、乗員がブレーキペダルを勢い良く踏み込み操作したときに、エンジンが始動するので、そのときに駆動輪の駆動トルクが或る程度変化したとしても、乗員はそのことを感知し難くなる。

第２の発明では、第１の発明において、上記ハイブリッド車両は、該ハイブリッド車両の旋回状態を検出する旋回状態検出手段を更に備え、上記制御手段は、上記第１の運転制御の実行中に、上記旋回状態検出手段により検出された上記旋回状態を入力して、上記ハイブリッド車両が旋回しているときには、上記エンジンを始動させないよう構成されているものとする。

すなわち、車両が旋回しているときに、駆動輪の駆動トルクが変化すると、車両の挙動が不安定になる可能性があるが、本発明では、車両が旋回しているときにはエンジンを始動させないので、車両旋回時に挙動が不安定になるのを確実に防止することができる。

以上説明したように、本発明のハイブリッド車両の制御装置によると、エンジンの出力軸に連結され、第１のコイルを有する第１のロータと、駆動輪と連結され、第１のロータと共に第１のモータを構成する第２のロータと、第２のコイルを有して該第２のロータと共に第２のモータを構成するステータとを備えたハイブリッド車両の走行時でかつ上記エンジンの停止中に、上記バッテリから上記第２のコイルへ電力を供給させる運転制御を行い、該運転制御を実行中に上記エンジンを始動させる際に、上記バッテリから上記第１のコイルへ電力を供給して上記第１のロータにクランキングトルクを発生させるとともに、上記第２のコイルへの供給電力量を、上記クランキングトルクの反作用により上記第２のロータに生じるトルク分を打ち消すように増大させることにより、エンジン始動に伴う駆動輪の駆動トルクの変化を抑制して、車両の走行への悪影響を防止することができるとともに、乗員に違和感を与えるのを防止することができる。また、車両の停止中におけるエンジンの始動の際に、第２のコイルへ電力を供給することで、クランキングトルクの反作用により第２のロータに生じるトルクを打ち消すので、車両が後退するのを防止することができる。さらに、乗員がブレーキペダルを勢い良く踏み込み操作したときに、エンジンが始動するので、そのときに駆動輪の駆動トルクが或る程度変化したとしても、乗員はそのことを感知し難くなる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る制御装置が搭載されたハイブリッド車両１（以下、単に車両１という）の概略構成を示す。この車両１は、エンジン２と、該エンジン２の出力軸３に連結されて該出力軸３と共に回転する第１のロータ５と、この第１のロータ５の外周側に第１のロータ５と同軸上に回転自在に配設され、伝達機構１７（ギヤ等）を介して駆動輪１８と連結された第２のロータ６と、この第２のロータ６の外周側に配設されたステータ７とを備えている。尚、図１中、１９は、駆動輪１８（車両１）にブレーキを付与するブレーキ機構である。

図２にも示すように、第１のロータ５における外周側部分には、第１のコイル１１が巻かれているとともに、第２のロータ６の内周部には、複数の永久磁石１３が配設されている。これら第１のロータ５及び第２のロータ６（永久磁石１３を含む内周側部分）は第１のモータ２１を構成する。この第１のモータ２１は、第１及び第２のロータ５，６の一方をステータと見做せば、アウターロータ型又はインナロータ型の３相交流モータと同様の構成である。

また、第２のロータ６の外周部には、上記永久磁石１３とは別に複数の永久磁石１４が配設されているとともに、ステータ７の内周側部分には、第２のコイル１２が巻かれている。これら第２のロータ６（永久磁石１４を含む外周側部分）及びステータ７は第２のモータ２２を構成する。この第２のモータ２２は、インナロータ型の３相交流モータと同様の構成である。

上記エンジン２の出力軸３における上記第２のロータ６の軸方向外側の部分には、３つのスリップリング２５が設けられており、上記第１のコイル１１におけるＵ相、Ｖ相及びＷ相の各巻線のリード部１１ａが出力軸３内を通って各スリップリング２５にそれぞれ接続されている。そして、３つのスリップリング２５の外周側には、３つのブラシ２６がそれぞれ配設されてスリップリング２５に対して摺動するようになされている。上記ブラシ２６は、第１のインバータ３１（より詳しくは、第１のインバータ３１内の半導体スイッチング素子）に接続され、この第１のインバータ３１の電源ライン及び接地ラインが、充放電可能なバッテリ３３の電源端子（正極端子）及び接地端子とそれぞれ接続されている。このことで、第１のコイル１１とバッテリ３３とが第１のインバータ３１を介して接続されることとなる。

上記第１のインバータ３１は、第１のコイル１１の電流制御を行うために設けられたものであり、後述のコントローラ６１（図３参照）が第１のインバータ３１（半導体スイッチング素子）の作動を制御することで、第１のモータ２１の作動を制御する。これにより、バッテリ３３から第１のコイル１１へ電力を供給して第１のモータ２１を駆動したり、第１のコイル１１で発電させてその発電電力をバッテリ３３に充電させたりすることが可能になる。

上記バッテリ３３の電源端子及び接地端子は、更に昇圧コンバータ３４（本実施形態では、倍電圧回路を有するもの）を介して第２のインバータ３２の電源ライン及び接地ラインとそれぞれ接続され、この第２のインバータ３２（半導体スイッチング素子）は、第２のコイル１２（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各巻線）と接続されている。このことで、バッテリ３３は、第２のインバータ３２を介して第２のコイル１２とも接続されることになる。第２のインバータ３２は、第２のコイル１２の電流制御を行うために設けられたものであり、コントローラ６１が第２のインバータ３２（半導体スイッチング素子）の作動を制御することで、第２のモータ２２の作動を制御する。これにより、バッテリ３３から第２のコイル１２へ電力を供給して第２のモータ２２を駆動したり、第２のコイル１２で発電させてその発電電力をバッテリ３３に充電させたりすることが可能になる。尚、上記昇圧コンバータ３４は必ずしも必要なものではないが、上記昇圧コンバータ３４により、バッテリ３３の端子間電圧よりも高圧で第２のモータ２２を駆動することができ、第２のモータ２２を効率良く駆動することが可能になる。

図３に示すように、上記車両１には、該車両１の車速を検出する車速センサ４１と、該車両１の乗員のアクセルペダルの踏み込み量に相当するアクセル開度を検出するアクセル開度センサ４２と、該車両１の電動スロットルの開度を検出するスロットル開度センサ４３と、上記第１のロータ５の回転速度を検出する第１のロータ回転速度センサ４４と、上記第２のロータ６の回転速度を検出する第２のロータ回転速度センサ４５と、エンジン２の回転数を検出するエンジン回転数センサ４６と、エンジン２の排気を浄化するための触媒の温度を検出する触媒温度センサ４７と、車両１のステアリングの舵角を検出する舵角センサ４８と、上記バッテリ３３の端子間電圧（以下、バッテリ電圧という）を検出するバッテリ電圧センサ４９と、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するペダル踏み込み量検出手段としてのブレーキペダルセンサ５０と、車両１のブレーキの作動状態（つまり上記ブレーキ機構１９の作動状態）を検出するブレーキ検出手段としてのブレーキセンサ５１とが設けられている。これらセンサ４１〜５１により検出された検出情報が、制御手段としてのコントローラ６１に入力されるようになっている。

上記バッテリ電圧センサ４９は、バッテリ３３の残容量（充電状態（ＳＯＣ））を検出するものであり、バッテリ電圧が低くなるほどバッテリ３３の残容量が少ないことを示す。尚、バッテリ電圧に加えて、バッテリ３３に対する流出入電流値（電流センサにより検出する）の積算値を考慮して、バッテリ３３の残容量を検出するようにしてもよい。

上記ブレーキ機構１９は、乗員のブレーキペダルの踏み込み操作とは独立に作動させることが可能に構成されたものである。乗員がブレーキペダルを踏み込んだときには、コントローラ６１が、ブレーキ機構１９を、ブレーキペダルセンサ５０により検出される踏み込み量に応じたブレーキ力で作動させる。

上記アクセル開度センサ４２は、乗員のアクセルペダルの踏み込み量を検出するペダル踏み込み量検出手段を構成する。

上記コントローラ６１は、一般的なＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するものであって、上記入力情報に基づいて、上記エンジン２の作動制御（燃料噴射弁や点火プラグの作動制御）を行うとともに、上記第１及び第２のインバータ３１，３２の作動を制御して第１及び第２のモータ２１，２２の作動を制御し、また、上記ブレーキ機構１９の作動を制御する。

車両１が停止状態から発進（前進）する際には、本実施形態では、エンジン２を停止した状態で、第２のモータ２２を駆動する。すなわち、第２のインバータ３２を介してバッテリ３３から第２のコイル１２へ電力を供給する制御（第１の運転制御）を行う。これにより、第２のロータ６が回転駆動されて駆動輪１８が回転する。このとき、第１のコイル１１の各相の巻線はバッテリ３３と接続されずに開放状態とされるとともに、エンジン２及び第１のロータ５は停止している。

そして、車両１の走行中において、第２のモータ２２のみでは第２のロータ６（駆動輪１８）の駆動トルクが不足する場合、バッテリ電圧センサ４９により検出されたバッテリ電圧が所定電圧（バッテリ３３が機能する最低電圧よりも少し高い電圧）以下である場合（バッテリ３３の残容量が所定値以下である場合）、エンジン２の停止後において、それまでエンジン２の排気により活性化温度以上に温められていた触媒の温度（上記触媒温度センサ４７により検出）が基準温度（活性化温度よりも少し高い温度）よりも低くなったとき等においては、エンジン２を始動する。すなわち、第１のインバータ３１を介してバッテリ３３から第１のコイル１１へ電力を供給して、第１のロータ５に、第２のロータ６を土台にしてクランキングトルクを発生させる。これにより、エンジン２が出力軸３を介してクランキングされて始動する。このようにエンジン２が始動すると、基本的には、エンジン２が、出力軸３及び第１のロータ５（これらは第２のロータ６と同じ方向に回転する）を介して第２のロータ６を駆動する。第２のモータ２２は、エンジン２により駆動される第２のロータ６の駆動のアシスト（トルクアシスト）を行う。また、エンジン２のみで第２のロータ６を駆動する場合もある。尚、車両１の後退時には、第２のモータ２２のみで、第２のロータ６を前進時とは反対方向に回るように駆動する。

上記第２のコイル１２へ電力を供給して第２のモータ２２のみで第２のロータ６を駆動しているときにおいて上記エンジン２を始動させる際には、上記第２のコイル１２への供給電力量を、上記クランキングトルクの反作用により上記第２のロータ６に生じるトルク分を打ち消すように増大させる。すなわち、このように供給電力量を増大しない場合には、第２のロータ６に、上記クランキングトルクの反作用による、車両１を減速させるトルクが生じて、駆動輪１８の駆動トルクが急激に低下してしまう。そこで、本実施形態では、第２のコイル１２への供給電力量の増大によって、車両１を減速させるトルク分を打ち消して、駆動輪１８の駆動トルクの変化を抑制するようにしている。ここで、仮にこのような駆動トルクの変化が或る程度生じたとしても、車両１の乗員がそのことを感知し難くなるようにするために、乗員のアクセルペダルの踏み込み量の変化率であるアクセルペダル踏み込み速度が所定値以上であるときに、上記エンジン２を始動させるようにすることが好ましい。すなわち、その踏み込みによっても第２のコイル１２への供給電力量が急激に増大されるので、乗員が上記駆動トルクの変化を感知し難くなる。上記所定値は、このように乗員が駆動トルクの変化を感知し難くなるようなアクセルペダル踏み込み速度に設定すればよい。

本実施形態では、乗員のブレーキペダルの踏み込み量の変化率であるブレーキペダル踏み込み速度が所定値以上であるときに、上記エンジン２を始動させる。この場合、その踏み込みによって急激にブレーキがかかるので、乗員が上記駆動トルクの変化を感知し難くなる。この場合も、上記所定値を、乗員が駆動トルクの変化を感知し難くなるようなブレーキがかかるブレーキペダル踏み込み速度に設定すればよい。

また、舵角センサ４８により検出される舵角が所定角度以上であって車両が旋回していると判断されるときには、エンジン２を始動させないようにすることが好ましい。すなわち、車両１が旋回しているときに、駆動輪１８の駆動トルクが変化すると、車両１の挙動が不安定になる可能性があるので、このような旋回状態では、エンジン２を始動させないようにするのがよい。この場合、舵角センサ４８は、車両１の旋回状態を検出する旋回状態検出手段を構成することになる。

ここで、車両１の停止中にエンジン２を始動させ、車両１の発進の際に、エンジン２で第２のロータ６を駆動するようにしてもよい。この場合、第２のモータ２２が第２のロータ６の駆動をアシストするようにしてもよい。この車両１の停止中におけるエンジン２の始動の際にも、上記と同様に、バッテリ３３から第１のコイル１１へ電力を供給して第１のロータ５にクランキングトルクを発生させるとともに、バッテリ３３から第２のコイル１２へ、上記クランキングトルクの反作用により第２のロータ６に生じるトルクを打ち消すための電力を供給するようにする。これにより、車両１が停止状態から後退するのを防止することができる。この車両１の後退をより確実に防止するために、車両１の停止中におけるエンジン２の始動の際に、ブレーキセンサ５１により、上記ブレーキ機構１９が作動していないと判断されたときには、該ブレーキ機構１９を作動させるようにすることが好ましい。

エンジン２で第２のロータ６を駆動する場合（上記アシストを行う場合も含む）、第１のロータ５と第２のロータ６とを電磁的に結合して第１のロータ５から第２のロータ６へトルクを伝達するべく、第１のコイル１１に電流を流す必要がある。この場合、バッテリ３３から第１のコイル１１へ電力を供給して第１のコイル１１に電流を流すようにしてもよく、エンジン２の駆動力の一部を使用して、第１のコイル１１で発電させることで第１のコイル１１に電流を流すようにしてもよい。この発電電力のうち余った電力をバッテリ３３に充電させることも可能である。さらに、第１のロータ５と第２のロータ６とを電磁的に結合することに加えて、第２のロータ６をエンジン２と第１のモータ２１とで駆動するために、バッテリ３３から第１のコイル１１へ電力を供給することも可能である。

ここで、車両１の走行時でかつエンジン２の運転時において、第２のロータ６を第１のロータ５と同じ回転速度で回転駆動すると、第１のロータ５と第２のロータ６とを電磁力で結合するために、第１のロータ５のコイルにおける各相の巻線に常に同じ電流を流し続けなければならなくなる。これを回避するために、本実施形態では、コントローラ６１が、エンジン２並びに第１及び第２のインバータ３２の作動制御により、第２のロータ６を第１のロータ５に対して所定回転速度だけ差を持たせた状態で回転させる差回転制御（第２の運転制御）を行うようにしている。

上記差回転制御は、上記第２のロータ６を上記第１のロータ５よりも低速で回転させる低速制御、及び、上記第２のロータ６を上記第１のロータ５よりも高速で回転させる高速制御のうちのいずれか一方を選択的に行う制御であって、上記低速制御時において、上記エンジン回転数センサ４６により検出されたエンジン回転数が、該エンジン２の最高効率となる最高効率回転数よりも高く設定された第１設定回転数よりも高くなったときには、上記高速制御を行う一方、該高速制御時において、上記エンジン回転数が、上記最高効率回転数よりも低く設定された第２設定回転数よりも低くなったときには、上記低速制御を行う制御である。

上記第１及び第２設定回転数は、第１乃至第２設定回転数の範囲が上記最高効率回転数を含みかつ効率が比較的良好な範囲となるような値に設定される。例えば、第１設定回転数は３０００〜４０００ｒｐｍに設定され、第２設定回転数は、１５００〜２０００ｒｐｍに設定される。また、上記第１及び第２のロータ５，６の回転速度差である所定回転速度は、上記低速制御から上記高速制御に切り換えたときに、エンジン回転数が上記第２設定回転数と略同じになり、上記高速制御から上記低速制御に切り換えたときに、エンジン回転数が上記第１設定回転数と略同じになるような値が好ましい。例えば、第１設定回転数が４０００ｒｐｍであり、第２設定回転数が２０００ｒｐｍである場合、上記所定回転速度は、エンジン回転数に換算した値で１０００ｒｐｍとすればよい。

尚、上記のような差回転制御に限られるものではなく、第１及び第２のロータ５，６の回転速度が互いに異なっていればよい。

上記高速制御時には、基本的には、第２のコイル１２へ電力を供給して第２のモータ２２による上記アシストを行い、これにより、第２のロータ６を上記第１のロータ５よりも高速で回転させる。第１のコイル１１には、第１のロータ５と第２のロータ６とを電磁力で結合するために、バッテリ３３から電力を供給して電流を流すか、又は第１のコイル１１での発電により電流を流す。第１のコイル１１で発電しながらその発電電力をバッテリ３３を介して第２のコイル１２へ供給するようにしてもよい。第２のモータ２２による上記アシストの程度や、第１のコイル１１への電力の供給か又は発電かは、車速やアクセル開度に基づく車両要求トルクを考慮して、第１及び第２のロータ５，６の回転速度差が上記所定回転速度になるように適宜決定される（上記低速制御時も同様）。

尚、上記高速制御時に、バッテリ３３から第２のコイル１２へ電力を供給しないで、バッテリ３３から第１のコイル１１へ電力を供給して、第１のロータ５と第２のロータ６との結合だけでなく、第２のロータ６をエンジン２と第１のモータ２１とで駆動するようにすることが可能である（エンジントルクを低くして、その分だけ第１のモータ２１によりトルクアシストする）。

一方、上記低速制御時には、第１のロータ５と第２のロータ６とを電磁力で結合するために、第１のコイル１１にバッテリ３３から電力を供給して電流を流すか、又は第１のコイル１１での発電により電流を流すべく第１のインバータ３１を制御するとともに、第２のコイル１２の各相の巻線が開放状態となるように第２のインバータ３２を制御する（第２のコイル１２には電力を供給しないし、発電もしない）。

尚、上記低速制御時においても、バッテリ３３から第１のコイル１１に電力を供給することで、第２のロータ６をエンジン２と第１のモータ２１とで駆動することは可能である（エンジントルクを低くして、その分だけ第１のモータ２１によりトルクアシストする）。また、第２のコイル１２への電力供給により上記アシストを行うようにしてもよい。

上記コントローラ６１による差回転制御の基本動作を、図４及び図５のフローチャートを用いて説明する。図４は、エンジン制御のフローチャートであり、図５は、これに対応するインバータ制御（モータ制御）のフローチャートである。尚、図４及び図５のフローチャートでは、第１のモータ２１によるトルクアシストは、上記低速制御時及び高速制御時共に行わず、第２のモータ２２によるトルクアシストは、高速制御時のみ行うようにしている。

図４のエンジン制御から説明すると、最初のステップＳ１で、先ず低速制御を行い（図５のフローチャートのステップＳ１０１と同時に行う）、次のステップＳ２で、車速Ｖ、アクセル開度α、スロットル開度ＴＶＯ、エンジン回転数ＮＥ、及び、第１のロータ５の回転速度ＮＲ１を、それぞれ対応するセンサより読み込む。

次のステップＳ３では、少なくとも車速Ｖ及びアクセル開度αに基づいて、車両１を駆動するのに必要な車両要求トルクを計算し、次のステップＳ４で、現在、低速制御であるか否かを判定する。このステップＳ４の判定がＹＥＳであるとき（低速制御であるとき）には、ステップＳ５に進む一方、ステップＳ４の判定がＮＯであるとき（高速制御であるとき）には、ステップＳ１０に進む。

上記ステップＳ５では、上記車両要求トルクに基づいて、第１及び第２のモータ２２によるトルクアシストはないものとして、エンジン２が出力すべきエンジン要求トルクＴＥ１を計算し、次のステップＳ６で、エンジン要求トルクＴＥ１に基づいて、スロットル開度ＴＶＯ１を決定し（その決定した開度になるように電動スロットルを制御することを含む。以下、同じ。）、次のステップＳ７で、エンジン要求トルクＴＥ１に基づいて、燃料噴射弁による燃料噴射量Ｆ１を決定する（その決定した燃料噴射量になるように燃料噴射弁を制御することを含む。以下、同じ。）。

次のステップＳ８では、エンジン回転数ＮＥが第１設定回転数ＮＥ１よりも高いか否かを判定し、このステップＳ８の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ９に進んで、高速制御に切り換え（図５のステップＳ１０７と同時に行う）、しかる後にステップＳ２に戻る。一方、ステップＳ８の判定がＮＯであるときには、そのままステップＳ２に戻る。

上記ステップＳ４の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１０では、上記車両要求トルクに基づいて、第２のモータ２２によるトルクアシスト（図５のステップＳ１０８で求まるＴｒ１）を考慮して、エンジン要求トルクＴＥ２（ＴＥ２＜ＴＥ１）を計算し、次のステップＳ１１で、エンジン要求トルクＴＥ２に基づいて、スロットル開度ＴＶＯ２を決定し、次のステップＳ１２で、エンジン要求トルクＴＥ２に基づいて、燃料噴射弁による燃料噴射量Ｆ２を決定する。

次のステップＳ１３では、エンジン回転数ＮＥが第２設定回転数ＮＥ２よりも低いか否かを判定し、このステップＳ１３の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１４に進んで、低速制御に切り換え（図５のステップＳ１１１と同時に行う）、しかる後にステップＳ２に戻る。一方、ステップＳ１４の判定がＮＯであるときには、そのままステップＳ２に戻る。

インバータ制御の方は、最初のステップＳ１０１で、上記ステップＳ１と同時に低速制御を行い、次のステップＳ１０２で、車速Ｖ、アクセル開度α、第１のロータ５の回転速度ＮＲ１、及び、第２のロータ６の回転速度ＮＲ２を、それぞれ対応するセンサより読み込む。

次のステップＳ３では、少なくとも車速Ｖ及びアクセル開度αに基づいて、車両要求トルクを計算し（ステップＳ３と同じ）、次のステップＳ１０４で、現在、低速制御であるか否かを判定する。このステップＳ１０４の判定がＹＥＳであるとき（低速制御であるとき）には、ステップＳ１０５に進む一方、ステップＳ１０４の判定がＮＯであるとき（高速制御であるとき）には、ステップＳ１０８に進む。

上記ステップＳ１０５では、第１のインバータ３１をスイッチング制御して、第１のロータ５から第２のロータ６にエンジントルクＴＥ１を伝達することで、ステップＳ１０３の車両要求トルクを得るとともに、第１のロータ回転速度ＮＲ１が、第２のロータ回転速度ＮＲ２に所定回転速度ＮＲ０を加えた値になるようにする。

次のステップＳ１０６では、エンジン回転数ＮＥが第１設定回転数ＮＥ１よりも高いか否かを判定し（ステップＳ８と同じ）、このステップＳ１０６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１０７に進んで、高速制御に切り換え（ステップＳ９と同時に行う）、しかる後にステップＳ１０２に戻る。一方、ステップＳ１０６の判定がＮＯであるときには、そのままステップＳ１０２に戻る。

上記ステップＳ１０４の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１０８では、第２のモータ２２の発生トルクＴｒ１を計算し、次のステップＳ１０９で、第１のインバータ３１をスイッチング制御して、第１のロータ５から第２のロータ６にエンジントルクＴＥ２を伝達し、かつ、第２のインバータ３２をスイッチング制御する（発生トルクがＴｒ１となるように第２のモータ２２を駆動する）ことで、ステップＳ１０３の車両要求トルクを得る（エンジントルクＴＥ２に第２のモータ２２によるアシストトルクＴｒ１が加えられて、車両要求トルクを得る）とともに、第２のロータ回転速度ＮＲ２が、第１のロータ回転速度ＮＲ１に所定回転速度ＮＲ０を加えた値になるようにする。

次のステップＳ１１０では、エンジン回転数ＮＥが第２設定回転数ＮＥ２よりも低いか否かを判定し（ステップＳ１３と同じ）、このステップＳ１１０の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１１１に進んで、低速制御に切り換え（ステップＳ１４と同時に行う）、しかる後にステップＳ１０２に戻る。一方、ステップＳ１１０の判定がＮＯであるときには、そのままステップＳ１０２に戻る。

図６は、第２のモータ２２のみで第２のロータ６を駆動中にエンジン２を始動させる際の、コントローラ６１によるインバータ制御（モータ制御）の動作を示すフローチャートである。

最初のステップＳ２０１では、車速、アクセル開度、ブレーキペダル踏み込み量、バッテリ電圧、及び、触媒温度を、それぞれ対応するセンサより読み込み、次のステップＳ２０２で、少なくとも車速及びアクセル開度に基づいて、車両要求トルクを計算する。

次のステップＳ２０３では、エンジン始動要求があるか否かを判定する。すなわち、第２のモータ２２のみでは第２のロータ６の駆動トルクが不足する場合、バッテリ電圧が上記所定電圧以下である場合、エンジン２の停止後において、それまでエンジン２の排気により活性化温度以上に温められていた触媒の温度が上記基準温度よりも低くなったとき等には、エンジン始動要求があるとする。

上記ステップＳ２０３の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２０４に進んで、第２のインバータ３２をスイッチング制御して、ステップＳ２０２の車両要求トルクが発生するようにバッテリ３３から第２のコイル１２へ電力を供給して、第２のモータ２２のみで第２のロータ６を駆動し、しかる後にリターンする。

一方、上記ステップＳ２０３の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２０５に進んで、エンジン２が停止中であるか否かを判定する。このステップＳ２０５の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２０６に進んで、エンジン始動の条件を満たすか否かを判定する。すなわち、アクセルペダル踏み込み速度又はブレーキペダル踏み込み速度が所定値以上であるときや、舵角センサ４８により検出される舵角が所定角度よりも小さくて車両が旋回していないと判断されるときに、エンジン始動の条件を満たすとする。

上記ステップＳ２０６の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ２０４に進む一方、ステップＳ２０６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２０７に進んで、第１のインバータ３１をスイッチング制御して、第１のロータ５にクランキングトルクが発生するようにバッテリ３３から第１のコイル１１へ電力を供給するとともに、第２のインバータ３２をスイッチング制御して、ステップＳ２０２の車両要求トルクに加えて、上記クランキングトルクの反作用により第２のロータ６に生じるトルク分を打ち消すトルクが第２のロータ６に余分に生じるように、バッテリ３３から第２のコイル１２へ電力を供給し、しかる後にリターンする。

上記ステップＳ２０５の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２０８に進んで、第１及び第２のインバータ３１，３２をスイッチング制御して、上記の差回転制御を行い、しかる後にリターンする。

図７は、コントローラ６１によるブレーキ機構１９の作動制御（車両１の停止中にエンジン２を始動する場合のインバータ制御を含む）の動作を示すフローチャートである。

最初のステップＳ３０１では、ブレーキペダル踏み込み量、及び、車速をそれぞれ対応するセンサより読み込み、次のステップＳ３０２で、ブレーキペダルが踏み込まれているか否かを判定する。

上記ステップＳ３０２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３０３に進んで、ブレーキペダル踏み込み量からブレーキ力を計算し、次のステップＳ３０４で、ステップＳ３０３で計算したブレーキ力が作用するようにブレーキ機構１９を作動させ、しかる後にリターンする。

一方、上記ステップＳ３０２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ３０５に進んで、エンジン始動要求があるか否かを判定する。このステップＳ３０５の判定がＮＯであるときにはそのままリターンする一方、ステップＳ３０５の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３０６に進む。

上記ステップＳ３０６では、車両１が停止中であるか否かを判定し、このステップＳ３０６の判定がＮＯであるときにはそのままリターンする一方、ステップＳ３０６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３０７に進んで、エンジン始動トルク（クランキングトルク）に対応するブレーキ力を計算する。このブレーキ力は、本実施形態では、仮に後述のステップＳ３０８で第２のコイル１２へ電力を供給しなかったとしても、クランキングトルクの反作用により車両１が後退するのを阻止し得るようなブレーキ力とする。

次のステップＳ３０８では、第１のインバータ３１をスイッチング制御して、第１のロータ５にクランキングトルクが発生するようにバッテリ３３から第１のコイル１１へ電力供給し、かつ、第２のインバータ３２をスイッチング制御して、上記クランキングトルクの反作用により第２のロータ６に生じるトルクを打ち消すトルクが第２のロータ６に生じるようにバッテリ３３から第２のコイル１２へ電力供給するとともに、上記ステップＳ３０７で計算したブレーキ力が作用するようにブレーキ機構１９を作動させ、しかる後にリターンする。

したがって、本実施形態では、車両１の走行時でかつエンジン２の停止中には、第２のインバータ３２により、バッテリ３３から第２のコイル１２へ電力を供給させる第１の運転制御を行うとともに、車両１の走行時でかつエンジン２の運転時には、該エンジン２並びに第１及び第２のインバータ３１，３２の作動制御により、第２のロータ６を第１のロータ５に対して所定回転速度だけ差を持たせた状態で回転させる第２の運転制御（差回転制御）を行うようにしたので、エンジン２で第２のロータ６を駆動する場合（第２のモータ２２によりアシストを行う場合も含む）に、第１のロータ５と第２のロータ６とを電磁力で結合するために第１のコイル１１に流さなければならない電流を刻々と変化させることができ、この結果、第１のコイル１１や第１のインバータ３１の半導体スイッチング素子等の損傷を防止することができる。

また、上記第１の運転制御を実行中にエンジン２を始動させる際に、第１のインバータ３１により、バッテリ３３から第１のコイル１１へ電力を供給して第１のロータ５にクランキングトルクを発生させるとともに、第２のコイル１２への供給電力量を、上記クランキングトルクの反作用により第２のロータ６に生じるトルク分を打ち消すように増大させるので、上記クランキングトルクの反作用による駆動輪１８の駆動トルクの低下を防止することができ、この結果、駆動トルクの変化による車両１の走行への悪影響を防止することができるとともに、乗員に違和感を与えるのを防止することができる。

さらに、車両１の停止中にエンジン２を始動させる際に、第１のインバータ３１により、バッテリ３３から第１のコイル１１へ電力を供給して第１のロータ５にクランキングトルクを発生させるとともに、第２のインバータ３２により、バッテリ３３から第２のコイル１２へ、上記クランキングトルクの反作用により第２のロータ６に生じるトルクを打ち消すための電力を供給するようにすることで、車両１が後退するのを防止することができる。この車両１の停止中におけるエンジン２の始動時にブレーキ機構１９を作動させるようにすれば、車両１が後退するのをより確実に防止することができる。

本発明は、エンジンと、該エンジンの出力軸に連結され、第１のコイルを有する第１のロータと、該第１のロータの外周側に配設されかつ駆動輪と連結され、磁石を有して第１のロータと共に第１のモータを構成する第２のロータと、該第２のロータの外周側に配設されかつ第２のコイルを有して該第２のロータと共に第２のモータを構成するステータと、上記第１のコイルの電流制御を行うための第１のインバータと、上記第２のコイルの電流制御を行うための第２のインバータと、上記第１のコイルへ上記第１のインバータを介して電力を供給するとともに、上記第２のコイルへ上記第２のインバータを介して電力を供給するバッテリとを備えたハイブリッド車両の制御装置に有用である。

本発明の実施形態に係る制御装置が搭載されたハイブリッド車両の構成を示す概略図である。図１のII−II線断面図である。ハイブリッド車両の制御系の構成を示すブロック図である。コントローラによる差回転制御（エンジン制御）の基本動作を示すフローチャートである。コントローラによる差回転制御（インバータ制御）の基本動作を示すフローチャートである。第２のモータのみで第２のロータを駆動中にエンジンを始動させる際の、コントローラによるインバータ制御の動作を示すフローチャートである。コントローラによるブレーキの作動制御（車両停止中にエンジンを始動する場合のインバータ制御を含む）の動作を示すフローチャートである。

１ハイブリッド車両
２エンジン
３出力軸
５第１のロータ
６第２のロータ
７ステータ
１１第１のコイル
１２第２のコイル
１３永久磁石
１４永久磁石
１８駆動輪
１９ブレーキ機構
２１第１のモータ
２２第２のモータ
３１第１のインバータ
３２第２のインバータ
３３バッテリ
４２アクセル開度センサ（ペダル踏み込み量検出手段）
４８舵角センサ（旋回状態検出手段）
５０ブレーキペダルセンサ（ペダル踏み込み量検出手段）
５１ブレーキセンサ（ブレーキ検出手段）
６１コントローラ（制御手段）

Claims

エンジンと、該エンジンの出力軸に連結され、第１のコイルを有する第１のロータと、該第１のロータの外周側に配設されかつ駆動輪と連結され、磁石を有して第１のロータと共に第１のモータを構成する第２のロータと、該第２のロータの外周側に配設されかつ第２のコイルを有して該第２のロータと共に第２のモータを構成するステータと、上記第１のコイルの電流制御を行うための第１のインバータと、上記第２のコイルの電流制御を行うための第２のインバータと、上記第１のコイルへ上記第１のインバータを介して電力を供給するとともに、上記第２のコイルへ上記第２のインバータを介して電力を供給するバッテリとを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
上記エンジンの作動を制御するとともに、上記第１及び第２のインバータの作動を制御して上記第１及び第２のモータの作動を制御する制御手段を備え、
上記制御手段は、上記ハイブリッド車両の走行時でかつ上記エンジンの停止中には、上記第２のインバータにより、上記バッテリから上記第２のコイルへ電力を供給させる第１の運転制御を行うとともに、上記ハイブリッド車両の走行時でかつ上記エンジンの運転時には、該エンジン並びに上記第１及び第２のインバータの作動制御により、上記第２のロータを上記第１のロータに対して所定回転速度だけ差を持たせた状態で回転させる第２の運転制御を行うよう構成されており、
更に上記制御手段は、上記第１の運転制御を実行中に上記エンジンを始動させる際には、上記第１のインバータにより、上記バッテリから上記第１のコイルへ電力を供給して上記第１のロータにクランキングトルクを発生させるとともに、上記第２のコイルへの供給電力量を、上記クランキングトルクの反作用により上記第２のロータに生じるトルク分を打ち消すように増大させ、上記ハイブリッド車両の停止中に上記エンジンを始動させる際には、上記第１のインバータにより、上記バッテリから上記第１のコイルへ電力を供給して上記第１のロータにクランキングトルクを発生させるとともに、上記第２のインバータにより、上記バッテリから上記第２のコイルへ、上記クランキングトルクの反作用により上記第２のロータに生じるトルクを打ち消すための電力を供給するよう構成され、
上記ハイブリッド車両は、該ハイブリッド車両のブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダル踏み込み量検出手段を更に備え、
更に上記制御手段は、上記ハイブリッド車両の走行時における上記第１の運転制御の実行中に、上記ブレーキペダル踏み込み量検出手段により検出された上記ブレーキペダル踏み込み量を入力して、上記エンジンの始動要求がありかつ該ブレーキペダル踏み込み量の変化率であるブレーキペダル踏み込み速度が、上記駆動輪にブレーキが急激に作用することを示す、所定値以上であるときに、上記エンジンを始動させるよう構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置において、
上記ハイブリッド車両は、該ハイブリッド車両の旋回状態を検出する旋回状態検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記第１の運転制御の実行中に、上記旋回状態検出手段により検出された上記旋回状態を入力して、上記ハイブリッド車両が旋回しているときには、上記エンジンを始動させないよう構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。