JP5867219B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と電動機とを制御しながら走行するハイブリッド車両に関する。

ハイブリッド車両は、車両を走行させる駆動力を発生する駆動源として、内燃機関と電動機とを搭載している。即ち、ハイブリッド車両は、機関及び電動機の少なくとも一方が発生するトルクを車両の駆動輪に接続された駆動軸に伝達することによって走行する。以下、内燃機関は単に「機関」とも称呼される。

このようなハイブリッド車両は、ユーザのアクセル操作量に応じてハイブリッド車両の駆動軸に要求されるトルク（即ち、ユーザ要求トルク）を決定し、そのユーザ要求トルクと駆動軸の回転速度（即ち、車速相当値）との積に応じる値に基づいてユーザ要求出力を決定する。次いで、ハイブリッド車両は、そのユーザ要求出力に基づいて機関要求出力を算出し、その機関要求出力を機関から出力させる。このとき、機関が最も効率良く運転され得る状態となるように機関出力トルクＴｅと機関回転速度Ｎｅとが決定される。即ち、ハイブリッド車両は、機関が最も効率良く運転され得る状態となるように機関の運転状態（機関出力トルクＴｅ及び機関回転速度Ｎｅ）を調整しながら、機関要求出力と等しい出力を機関から出力させる。そして、その機関出力トルクＴｅに基づくトルクが駆動軸に作用したときにユーザ要求トルクに対して不足するトルクを電動機が出力するトルクによって補うように電動機を駆動する。

更に、ハイブリッド車両は、機関の運転を間欠的に停止する間欠運転を行う。例えば、ハイブリッド車両は、機関要求出力が機関停止閾値よりも小さく、従って、機関を効率良く運転できない場合、機関の運転を停止する。更に、ハイブリッド車両は、機関の運転停止中に機関要求出力が機関始動閾値よりも大きくなり、従って、機関を効率良く運転できる場合、機関の運転を開始する。

ところが、このような間欠運転を行うハイブリッド車両において、機関が停止している場合にユーザがアクセル操作量を頻繁に変更すると（例えば、アクセル操作量を増大しその後直ちに減少させる操作等を行うと）、機関は一旦始動されるが、その後直ちに停止される。この場合、機関が運転されている期間において機関が行う仕事量は極めて小さい。一方、機関の始動のために燃料及び電力が消費される。その結果、ハイブリッド車両の燃費が間欠運転によって却って悪化する場合が生じる。

そこで、従来のハイブリッド車両は、車速が低下している場合にアクセル操作量が増大された場合或いは車速が一定又は増大している場合にアクセル操作量が減少された場合（即ち、開度変化条件が成立した場合）、その時点から一定時間が経過するまで、機関が運転中であれば機関を自立運転状態に維持して継続的に運転し、機関が停止中であれば機関の運転停止状態を維持する（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１０−２３４８７２号公報

上記従来のハイブリッド車両によれば、例えば、機関が停止中であるときに開度変化条件が成立すると、その時点から一定時間が経過するまで機関は始動されない。従って、機関停止中にユーザが急な加速を希望してアクセル操作量を大きい値にまで増大した場合、或いは、ユーザが継続的な加速を希望してアクセル操作量を比較的大きい値に維持している場合であっても、一定時間が経過するまで機関が始動されないので、ハイブリッド車両を十分に加速できない可能性がある。

また、上記従来のハイブリッド車両によれば、例えば、機関が運転中であるときに開度変化条件が成立すると、その時点から一定時間が経過するまで機関は停止されない。従って、機関運転中にユーザがアクセル操作量を「０」にまで戻したときであっても、機関の運転が不必要に継続され、結果として燃費が悪化する可能性がある。

本発明は上述した課題に対処するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、ユーザがアクセル操作量を短時間だけ僅かに増大するような運転を行った場合に機関が始動されることを回避しつつ、ユーザが真に加速を要求している場合には機関を始動させ、機関の出力によりユーザの加速要求を満たすことが可能なハイブリッド車両を提供することにある。

本発明によるハイブリッド車両は、内燃機関と、電動機と、車両の駆動軸と前記機関とをトルク伝達可能に連結するとともに同駆動軸と前記電動機とをトルク伝達可能に連結する動力伝達機構と、制御装置と、を備える。

前記制御装置は、
前記機関の運転停止中にユーザのアクセル操作量に応じて定まる機関要求出力が機関始動閾値よりも大きくなったとき前記機関の運転を開始し、前記機関の運転中に前記機関要求出力が機関停止閾値よりも小さくなったとき前記機関の運転を停止する間欠運転を実行しながら、前記ユーザのアクセル操作量に応じて定まる前記駆動軸に要求されるトルクであるユーザ要求トルクに等しいトルクを前記機関の出力トルクと前記電動機の出力トルクとを制御することにより同駆動軸に作用させる。

更に、前記制御装置は、
前記機関が停止している場合、前記アクセル操作量がゼロでない状態の継続時間が長いほど前記機関始動閾値が小さくなるように同機関始動閾値を設定するように構成されている。

これによれば、機関が停止している場合、ユーザがアクセル操作量をゼロから僅かに増大させた直後においては、アクセル操作量がゼロでない状態の継続時間が短いので、機関始動閾値は比較的大きい値に設定される。従って、ユーザがその後直ちにアクセル操作量をゼロに戻した場合には、ユーザのアクセル操作量に応じて定まる機関要求出力は機関始動閾値よりも大きくならない。その結果、機関は始動されず、停止状態を維持するので、機関の始動のために燃料及び電力が消費されない。従って、燃費が悪化しない。

一方、機関が停止している場合、ユーザがアクセル操作量をゼロから大きく増大させたときには、ユーザのアクセル操作量に応じて定まる機関要求出力が機関始動閾値よりも大きくなる。その結果、機関が直ちに始動され、機関の出力が車両の加速に使用される。その結果、ユーザの加速要求を満たすことができる。

他方、機関が停止している場合、ユーザがアクセル操作量をゼロから僅かに増大させた状態を維持していると、アクセル操作量がゼロでない状態の継続時間が長くなる。従って、機関始動閾値が次第に低下するので、この状態がある程度続いた時点にて機関は始動される。その結果、ユーザが継続的な加速を望んでいる場合には機関の出力をその加速要求を満たすために使用することができる。

本発明のハイブリッド車両において、
前記制御装置は、
前記機関が運転されている場合、前記機関が運転されている状態の継続時間が長いほど前記機関停止閾値が大きくなるように同機関停止閾値を設定するように構成されることが好適である。

これによれば、機関が始動された直後においては、機関の運転継続時間が短いので、機関停止閾値は小さい。よって、ユーザが大きくアクセル操作量を減少させない限り、機関の運転は停止されない。その結果、機関の停止及び始動が頻繁に繰り返されることを回避することができる。即ち、機関が短時間だけ運転されることによる燃費の悪化を防止することができる。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の概略図である。 図２は、図１に示したパワーマネジメントＥＣＵのＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図３は、アクセル操作量及び車速と、ユーザ要求トルクと、の関係を示したグラフである。 図４は、図１に示したパワーマネジメントＥＣＵのＣＰＵが参照する機関始動閾値のルックアップテーブル（マップ）である。 図５は、機関回転速度及び機関出力トルクと、最適機関動作ラインと、の関係を示したグラフである。 図６は、ハイブリッド車両の走行中における遊星歯車装置の共線図である。 図７は、図１に示したパワーマネジメントＥＣＵのＣＰＵが参照する機関始動閾値のルックアップテーブル（マップ）である。

以下、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両について図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
（構成）
図１に示したように、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両１０は、第１発電電動機ＭＧ１、第２発電電動機ＭＧ２、内燃機関２０、動力分配機構３０、駆動力伝達機構５０、第１インバータ６１、第２インバータ６２、昇圧コンバータ６３、蓄電装置としてのバッテリ６４、パワーマネジメントＥＣＵ７０、バッテリＥＣＵ７１、モータＥＣＵ７２及びエンジンＥＣＵ７３等を備えている。

ＥＣＵは、エレクトリックコントロールユニットの略称であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ（又は不揮発性メモリ）及びインターフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。バックアップＲＡＭは車両１０の図示しないイグニッション・キー・スイッチがオン状態にあるかオフ状態にあるかに関わらずデータを保持することができる。

第１発電電動機（モータジェネレータ）ＭＧ１は、発電機及び電動機の何れとしても機能することができる同期発電電動機である。第１発電電動機ＭＧ１は本例において主として発電機としての機能を発揮する。第１発電電動機ＭＧ１は、出力軸としての第１シャフト４１を備えている。

第２発電電動機（モータジェネレータ）ＭＧ２は、第１発電電動機ＭＧ１と同様、発電機及び電動機の何れとしても機能することができる同期発電電動機である。第２発電電動機ＭＧ２は本例において主として電動機としての機能を発揮する。第２発電電動機ＭＧ２は、出力軸としての第２シャフト４２を備えている。

機関２０は、４サイクル・火花点火式・多気筒・内燃機関である。機関２０は、吸気管及びインテークマニホールドを含む吸気通路部２１、スロットル弁２２、スロットル弁アクチュエータ２２ａ、複数の燃料噴射弁２３、点火プラグを含む複数の点火装置２４、機関２０の出力軸であるクランクシャフト２５、エキゾーストマニホールド２６、排気管２７、上流側の三元触媒２８及び下流側の三元触媒２９を含んでいる。なお、機関２０は図示しない可変吸気弁制御装置（ＶＶＴ）を備えていてもよい。

スロットル弁２２は吸気通路部２１に回転可能に支持されている。
スロットル弁アクチュエータ２２ａはエンジンＥＣＵ７３からの指示信号に応答してスロットル弁２２を回転し、吸気通路部２１の通路断面積を変更できるようになっている。
燃料噴射弁２３のそれぞれは、各気筒に対応するように各気筒のインテークポートに配設され、エンジンＥＣＵ７３からの指示信号に応答して燃料噴射量を変更できるようになっている。

点火プラグを含む点火装置２４のそれぞれは、エンジンＥＣＵ７３からの指示信号に応答して点火用火花を各気筒の燃焼室内において所定のタイミングにて発生するようになっている。

上流側の三元触媒２８は、排気浄化用触媒であり、エキゾーストマニホールド２６の排気集合部に配設されている。即ち、触媒２８は機関２０の排気通路に設けられている。三元触媒は、機関２０から排出される未燃物（ＨＣ，ＣＯ等）及びＮＯｘを同時に浄化する。

下流側の三元触媒２９は、排気浄化用触媒であり、エキゾーストマニホールド２６の排気集合部に接続された排気管２７に設けられている。

機関２０は、燃料噴射量を変更すること、及び、スロットル弁アクチュエータ２２ａによりスロットル弁２２の開度を変更することによって吸入空気量を変更すること等により、機関２０の発生するトルク及び機関回転速度（従って、機関出力）を変更することができる。

動力分配機構３０は周知の遊星歯車装置３１を備えている。遊星歯車装置３１はサンギア３２と、複数のプラネタリギア３３と、リングギア３４と、を含んでいる。

サンギア３２は第１発電電動機ＭＧ１の第１シャフト４１に接続されている。従って、第１発電電動機ＭＧ１はサンギア３２にトルクを出力することができる。更に、第１発電電動機ＭＧ１は、サンギア３２から第１発電電動機ＭＧ１（第１シャフト４１）に入力されるトルクによって回転駆動され得る。第１発電電動機ＭＧ１は、サンギア３２から第１発電電動機ＭＧ１に入力されるトルクによって回転駆動されることにより発電することができる。

複数のプラネタリギア３３のそれぞれは、サンギア３２と噛合するとともにリングギア３４と噛合している。プラネタリギア３３の回転軸（自転軸）はプラネタリキャリア３５に設けられている。プラネタリキャリア３５はサンギア３２と同軸に回転可能となるように保持されている。従って、プラネタリギア３３は、サンギア３２の外周を自転しながら公転することができる。プラネタリキャリア３５は機関２０のクランクシャフト２５に接続されている。よって、プラネタリギア３３は、クランクシャフト２５からプラネタリキャリア３５に入力されるトルクによって回転駆動され得る。

リングギア３４は、サンギア３２と同軸に回転可能となるように保持されている。

上述したように、プラネタリギア３３はサンギア３２及びリングギア３４と噛合している。従って、プラネタリギア３３からサンギア３２にトルクが入力されたときには、そのトルクによってサンギア３２が回転駆動される。プラネタリギア３３からリングギア３４にトルクが入力されたときには、そのトルクによってリングギア３４が回転駆動される。逆に、サンギア３２からプラネタリギア３３にトルクが入力されたときには、そのトルクによってプラネタリギア３３が回転駆動される。リングギア３４からプラネタリギア３３にトルクが入力されたときには、そのトルクによってプラネタリギア３３が回転駆動される。

リングギア３４はリングギアキャリア３６を介して第２発電電動機ＭＧ２の第２シャフト４２に接続されている。従って、第２発電電動機ＭＧ２はリングギア３４にトルクを出力することができる。更に、第２発電電動機ＭＧ２は、リングギア３４から第２発電電動機ＭＧ２（第２シャフト４２）に入力されるトルクによって回転駆動され得る。第２発電電動機ＭＧ２は、リングギア３４から第２発電電動機ＭＧ２に入力されるトルクによって回転駆動されることにより、発電することができる。

更に、リングギア３４はリングギアキャリア３６を介して出力ギア３７に接続されている。従って、出力ギア３７は、リングギア３４から出力ギア３７に入力されるトルクによって回転駆動され得る。リングギア３４は、出力ギア３７からリングギア３４に入力されるトルクによって回転駆動され得る。

駆動力伝達機構５０は、ギア列５１、ディファレンシャルギア５２及び駆動軸（ドライブシャフト）５３を含んでいる。

ギア列５１は、出力ギア３７とディファレンシャルギア５２とを動力伝達可能に歯車機構により接続している。ディファレンシャルギア５２は駆動軸５３に取り付けられている。駆動軸５３の両端には駆動輪５４が取り付けられている。従って、出力ギア３７からのトルクはギア列５１、ディファレンシャルギア５２、及び、駆動軸５３を介して駆動輪５４に伝達される。この駆動輪５４に伝達されたトルクによりハイブリッド車両１０は走行することができる。

第１インバータ６１は、第１発電電動機ＭＧ１及び昇圧コンバータ６３に電気的に接続されている。従って、第１発電電動機ＭＧ１が発電しているとき、第１発電電動機ＭＧ１が発生した電力は、第１インバータ６１及び昇圧コンバータ６３を介してバッテリ６４に供給される。逆に、第１発電電動機ＭＧ１は昇圧コンバータ６３及び第１インバータ６１を介してバッテリ６４から供給される電力によって回転駆動させられる。

第２インバータ６２は、第２発電電動機ＭＧ２及び昇圧コンバータ６３に電気的に接続されている。従って、第２発電電動機ＭＧ２が発電しているとき、第２発電電動機ＭＧ２が発生した電力は、第２インバータ６２及び昇圧コンバータ６３を介してバッテリ６４に供給される。逆に、第２発電電動機ＭＧ２は昇圧コンバータ６３及び第２インバータ６２を介してバッテリ６４から供給される電力によって回転駆動させられる。

更に、第１発電電動機ＭＧ１の発生する電力は第２発電電動機ＭＧ２に直接供給可能であり、且つ、第２発電電動機ＭＧ２の発生する電力は第１発電電動機ＭＧ１に直接供給可能である。

バッテリ６４は、本例においてリチウムイオン電池である。但し、バッテリ６４は放電及び充電が可能な蓄電装置であればよく、ニッケル水素電池及び他の二次電池であってもよい。

パワーマネジメントＥＣＵ７０（以下、「ＰＭＥＣＵ７０」と表記する。）は、バッテリＥＣＵ７１、モータＥＣＵ７２及びエンジンＥＣＵ７３と通信により情報交換可能に接続されている。

ＰＭＥＣＵ７０は、パワースイッチ８１、シフトポジションセンサ８２、アクセル操作量センサ８３、ブレーキスイッチ８４及び車速センサ８５等と接続され、これらのセンサ類が発生する出力信号を入力するようになっている。

パワースイッチ８１はハイブリッド車両１０のシステム起動用スイッチである。ＰＭＥＣＵ７０は、何れも図示しない車両キーがキースロットに挿入され且つブレーキペダルが踏み込まれているときにパワースイッチ８１が操作されると、システムを起動する（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ状態となる）ように構成されている。

シフトポジションセンサ８２は、ハイブリッド車両１０の運転席近傍に運転者により操作可能に設けられた図示しないシフトレバーによって選択されているシフトポジションを表す信号を発生するようになっている。シフトポジションは、Ｐ（パーキングポジション）、Ｒ（後進ポジション）、Ｎ（ニュートラルポジション）及びＤ（走行ポジション）を含む。

アクセル操作量センサ８３は、運転者により操作可能に設けられた図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル操作量ＡＰ）を表す出力信号を発生するようになっている。アクセル操作量ＡＰは加速操作量と表現することもできる。アクセルペダルが操作されていないとき、アクセル操作量ＡＰはゼロ（「０」）である。
ブレーキスイッチ８４は、運転者により操作可能に設けられた図示しないブレーキペダルが操作されたときに、ブレーキペダルが操作された状態にあることを示す出力信号を発生するようになっている。
車速センサ８５は、ハイブリッド車両１０の車速ＳＰＤを表す出力信号を発生するようになっている。

ＰＭＥＣＵ７０は、バッテリＥＣＵ７１により算出されるバッテリ６４の残容量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を入力するようになっている。この残容量ＳＯＣはバッテリ６４の残容量に相関を有するパラメータであるので、残容量関連パラメータとも称呼される。残容量ＳＯＣは、バッテリ６４に流出入する電流の積算値等に基づいて周知の手法により算出される。

ＰＭＥＣＵ７０は、更に、バッテリＥＣＵ７１により算出されるバッテリ６４の瞬時出力Ｗｏｕｔ（単位はＷ）を入力するようになっている。瞬時出力Ｗｏｕｔはバッテリ瞬時出力Ｗｏｕｔとも称呼される。バッテリ瞬時出力Ｗｏｕｔは、バッテリ６４が単位時間あたりに出力することができる電力の上限値である。バッテリ瞬時出力Ｗｏｕｔは残容量ＳＯＣと相関を有し、残容量ＳＯＣが所定値（例えば、４０％）以上であるとき略一定値となり、残容量ＳＯＣが所定値未満であるとき残容量ＳＯＣが小さくなるほど小さくなる。

ＰＭＥＣＵ７０は、モータＥＣＵ７２を介して、第１発電電動機ＭＧ１の回転速度（以下、「ＭＧ１回転速度Ｎｍ１」と称呼する。）を表す信号及び第２発電電動機ＭＧ２の回転速度（以下、「ＭＧ２回転速度Ｎｍ２」と称呼する。）を表す信号を入力するようになっている。

なお、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１は、モータＥＣＵ７２によって「第１発電電動機ＭＧ１に設けられ且つ第１発電電動機ＭＧ１のロータの回転角度に対応する出力値を出力するレゾルバ９６の出力値」に基づいて算出されている。同様に、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２は、モータＥＣＵ７２によって「第２発電電動機ＭＧ２に設けられ且つ第２発電電動機ＭＧ２のロータの回転角度に対応する出力値を出力するレゾルバ９７の出力値」に基づいて算出されている。

ＰＭＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ７３を介して、エンジン状態を表す種々の出力信号を入力するようになっている。このエンジン状態を表す出力信号には、機関回転速度Ｎｅ、スロットル弁開度ＴＡ及び機関の冷却水温ＴＨＷ等が含まれている。

モータＥＣＵ７２は、第１インバータ６１、第２インバータ６２及び昇圧コンバータ６３に接続されている。モータＥＣ７２は、ＰＭＥＣＵ８０からの指令（後述する「ＭＧ１指令トルクＴｍ１＊及びＭＧ２指令トルクＴｍ２＊）に基づいて、これらに指示信号を送出するようになっている。これにより、モータＥＣＵ７２は、第１インバータ６１及び昇圧コンバータ６３を用いて第１発電電動機ＭＧ１を制御し、且つ、第２インバータ６２及び昇圧コンバータ６３を用いて第２発電電動機ＭＧ２を制御するようになっている。

エンジンＥＣＵ７３は、エンジンアクチュエータである「スロットル弁アクチュエータ２２ａ、燃料噴射弁２３及び点火装置２４等」と接続されていて、これらに指示信号を送出するようになっている。更に、エンジンＥＣＵ７３は、エアフローメータ９１、スロットル弁開度センサ９２、冷却水温センサ９３、機関回転速度センサ９４及び空燃比センサ９５等と接続されていて、これらの発生する出力信号を取得するようになっている。

エアフローメータ９１は、機関２０に吸入される単位時間あたりの空気量を計測し、その空気量（吸入空気流量）Ｇａを表す信号を出力するようになっている。
スロットル弁開度センサ９２は、スロットル弁２２の開度（スロットル弁開度）を検出し、その検出したスロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
冷却水温センサ９３は、機関２０の冷却水の温度を検出し、その検出した冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。この冷却水温ＴＨＷは、触媒２８の温度に強い相関を有するパラメータであり、触媒温度パラメータとも称呼される。

機関回転速度センサ９４は、機関２０のクランクシャフト２５が所定角度だけ回転する毎にパルス信号を発生するようになっている。エンジンＥＣＵ７３は、このパルス信号に基づいて機関回転速度Ｎｅを取得するようになっている。

空燃比センサ９５は、エキゾーストマニホールド２６の排気集合部であって、上流側の三元触媒２８よりも上流位置に配設されている。空燃比センサ９５は、所謂「限界電流式広域空燃比センサ」である。空燃比センサ９５は排ガスの空燃比を検出し、その検出した排ガスの空燃比（検出空燃比）ａｂｙｆｓを出力するようになっている。なお、検出空燃比ａｂｙｆｓは排ガスの空燃比が大きくなる（リーンになる）ほど大きくなる。

エンジンＥＣＵ７３は、これらのセンサ等から取得される信号及びＰＭＥＣＵ７０からの指令に基づいて「スロットル弁アクチュエータ２２ａ、燃料噴射弁２３及び点火装置２４（更には、図示しない可変吸気弁制御装置）」に指示信号を送出することにより、機関２０を制御するようになっている。なお、機関２０には図示しないカムポジションセンサが設けられている。エンジンＥＣＵ７３は、機関回転速度センサ９４及びカムポジションセンサからの信号に基いて、特定の気筒の吸気上死点を基準とした機関２０のクランク角度（絶対クランク角）を取得するようになっている。

（作動：駆動制御）
次に、ハイブリッド車両１０の作動について説明する。なお、以下に述べる処理は「ＰＭＥＣＵ７０のＣＰＵ及びエンジンＥＣＵ７３のＣＰＵ」により実行される。但し、以下においては、記載を簡素化するため、ＰＭＥＣＵ７０のＣＰＵを「ＰＭ」と表記し、且つ、エンジンＥＣＵ７３のＣＰＵを「ＥＧ」と表記する。

ＰＭ及びＥＧは互いに協調しながら、第１発電電動機ＭＧ１、第２発電電動機ＭＧ２及び機関２０の運転を制御してハイブリッド車両１０を走行させる。後述するように、機関２０の始動条件（運転開始条件）及び運転停止条件を可変とする点を除き、これらの制御は、例えば、特開２００９−１２６４５０号公報（米国公開特許番号 ＵＳ２０１０／０２４１２９７）、及び、特開平９−３０８０１２号公報（米国出願日１９９７年３月１０日の米国特許第６，１３１，６８０号）等に詳細に記載されている。これらは、参照することにより本願明細書に組み込まれる。

ＰＭは、シフトポジションが走行ポジションにある場合、所定時間が経過する毎に図２にフローチャートにより示した「駆動制御ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＰＭは図２のステップ２００から処理を開始し、以下に述べるステップ２０５乃至ステップ２２０の処理を順に行う。

ステップ２０５：ＰＭは、アクセル操作量ＡＰと車速ＳＰＤとに基づいてリングギア要求トルクＴｒ＊を取得する。更に、ＰＭは、リングギア要求トルクＴｒ＊に基づいてユーザ要求出力Ｐｒ＊を決定する。

より具体的に述べると、駆動軸５３に作用するトルク（駆動軸トルク）とリングギア３４の回転軸に作用するトルクとは比例関係にある。従って、ユーザがハイブリッド車両１０の走行のために要求しているユーザ要求トルクＴｕ＊とリングギア要求トルクＴｒ＊とは比例関係にある。

そこで、ＰＭは図３に示した「アクセル操作量ＡＰ及び車速ＳＰＤと、ユーザ要求トルクＴｕ＊と、の間の関係」を「アクセル操作量ＡＰ及び車速ＳＰＤと、リングギア要求トルクＴｒ＊と、の間の関係」に変換したテーブルをトルクマップMapTr*(AP,SPD)としてＲＯＭ内に記憶している。そして、ＰＭは、そのトルクマップMapTr*(AP,SPD)に現時点の「アクセル操作量ＡＰ及び車速ＳＰＤ」を適用することにより、リングギア要求トルクＴｒ＊を取得する。このように、ユーザ要求トルクＴｕ＊はユーザのアクセル操作量ＡＰに応じて定まる「駆動軸５３に要求されるトルク（車両要求駆動力）」であり、リングギア要求トルクＴｒ＊もユーザのアクセル操作量ＡＰに応じて定まる要求トルクである。

一方、駆動軸５３に要求されている出力（パワー）は、ユーザ要求トルクＴｕ＊と実際の車速ＳＰＤとの積（Ｔｕ＊・ＳＰＤ）に等しい。この積（Ｔｕ＊・ＳＰＤ）はリングギア要求トルクＴｒ＊とリングギア３４の回転速度Ｎｒとの積（Ｔｒ＊・Ｎｒ）に等しい。従って、以下、積（Ｔｒ＊・Ｎｒ）を「ユーザ要求出力Ｐｒ＊」と称呼する。即ち、ユーザ要求出力Ｐｒ＊は、ユーザ要求トルクＴｕ＊に基づいて決定される出力である。

ステップ２１０：ＰＭは、残容量ＳＯＣに基づいてバッテリ充電要求出力Ｐｂ＊を取得する。バッテリ充電要求出力Ｐｂ＊は、残容量ＳＯＣを所定の残容量中心値ＳＯＣcent近傍に維持するためにバッテリ６３を充電すべき電力又はバッテリ６３から放電すべき電力に応じた値である。

ステップ２１５：ＰＭは、ユーザ要求出力Ｐｒ＊とバッテリ充電要求出力Ｐｂ＊との和に損失Ｐｌｏｓｓを加えた値（Ｐｒ＊＋Ｐｂ＊＋Ｐｌｏｓｓ）を機関要求出力Ｐｅ＊として取得する。機関要求出力Ｐｅ＊は機関２０に要求される出力である。

ステップ２２０：ＰＭは、機関２０の運転の運転が停止しているか否か（機関運転停止中であるか否か）を判定する。

（ケース１：機関２０の運転が停止している場合）
いま、機関２０の運転が停止していると仮定する。この場合、ＰＭはステップ２２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２２５に進み、機関始動閾値Ｐｅonthを算出する。より具体的に述べると、ＰＭＥＣＵ７０は、図４に示した「車速ＳＰＤ及びアクセルペダルＯＮ時間Taconと、機関始動閾値Ｐｅonthと、の関係を規定したルックアップテーブルMapPeonth(SPD,Tacon)」をＲＯＭ内に記憶している。アクセルペダルＯＮ時間Taconは、アクセルペダルが踏み込まれている状態、即ち、アクセル操作量ＡＰが「０」ではない状態の継続時間である。ＰＭは、アクセルペダルＯＮ時間Taconを図示しないルーチンにより別途取得している。

ＰＭは、実際の車速ＳＰＤとアクセルペダルＯＮ時間Taconとを図４に示したテーブルMapPeonth(SPD,Tacon)に適用することにより機関始動閾値Ｐｅonthを取得する。このテーブルMapPeonth(SPD,Tacon)によれば、機関始動閾値Ｐｅonthは、アクセルペダルＯＮ時間Taconが短いほど大きくなるように決定される。換言すると、機関始動閾値Ｐｅonthは、アクセルペダルＯＮ時間Taconが長いほど小さくなるように決定される。

更に、このテーブルMapPeonth(SPD,Tacon)によれば、機関始動閾値Ｐｅonthは、車速ＳＰＤが高いほど小さくなるように決定される。但し、機関始動閾値Ｐｅonthは、車速ＳＰＤが高くなるにつれて増大されたり減少されたりしてもよい。

次に、ＰＭは図２のステップ２３０に進み、機関要求出力Ｐｅ＊が「ステップ２２５にて決定された機関始動閾値Ｐｅonth」よりも大きいか否かを判定する。

機関要求出力Ｐｅ＊が機関始動閾値Ｐｅonthよりも大きい場合、ＰＭはステップ２３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２３５に進み、機関２０の運転を開始する指示（始動指示）をエンジンＥＣＵ７３に送信する。エンジンＥＣＵ７３はこの指示に基づいて機関２０を始動させる。従って、機関要求出力Ｐｅ＊が機関始動閾値Ｐｅonthよりも大きいとの条件は機関始動条件である。その後、ＰＭは、以下に述べるステップ２４０乃至ステップ２６５の処理を順に行い、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ２４０：ＰＭは、機関要求出力Ｐｅ＊と等しい出力が機関２０から出力され、且つ、機関２０の運転効率が最良となるように機関２０を運転する。即ち、ＰＭは、機関要求出力Ｐｅ＊に応じた最適機関動作点に基づいて目標機関出力トルクＴｅ＊及び目標機関回転速度Ｎｅ＊を決定する。

より具体的に述べると、ある出力をクランクシャフト２５から出力させたとき機関２０の運転効率（燃費）が最良となる機関動作点が各出力毎に最適機関動作点として実験等により予め求められている。これらの最適機関動作点を、機関出力トルクＴｅと機関回転速度Ｎｅとによって規定されるグラフ上にプロットし、更に、これらのプロットを結ぶことによって形成されるラインが最適機関動作ラインとして求められる。このようにして求められる最適機関動作ラインが図５に実線Ｌoptにより示されている。図５において、破線により示されている複数のラインＣ０〜Ｃ５のそれぞれは、同じ出力をクランクシャフト２５から出力させることができる機関動作点を結んだライン（等出力ライン）である。

ＰＭは、機関要求出力Ｐｅ＊と等しい出力が得られる最適機関動作点を検索し、その検索された最適動作点に対応する「機関出力トルクＴｅ及び機関回転速度Ｎｅ」を「目標機関出力トルクＴｅ＊及び目標機関回転速度Ｎｅ＊」のそれぞれとして決定する。例えば、機関要求出力Ｐｅ＊が図５のラインＣ２に対応する出力と等しい場合、ラインＣ２と実線Ｌoptとの交点Ｐ１に対する機関出力トルクＴｅ１が目標機関出力トルクＴｅ＊として決定され、交点Ｐ１に対する機関回転速度Ｎｅ１が目標機関回転速度Ｎｅ＊として決定される。

ステップ２４５：ＰＭは、下記（１）式に、リングギア３４の回転速度Ｎｒとして「回転速度Ｎｒと等しい第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２」を代入するとともに、機関回転速度Ｎｅとして目標機関回転速度Ｎｅ＊を代入することにより、「サンギア３２の目標回転速度Ｎｓ＊と等しいＭＧ１目標回転速度Ｎｍ１＊」を算出する。

Ｎｓ＝Ｎｒ−（Ｎｒ−Ｎｅ）・（１＋ρ）／ρ …（１）
（Ｎｍ１＊＝Ｎｍ２−（Ｎｍ２−Ｎｅ＊）・（１＋ρ）／ρ）

上記（１）式において、「ρ」は下記の（２）式により定義される値である。即ち、「ρ」は、リングギア３４の歯数に対するサンギア３２の歯数である。

ρ＝（サンギア３２の歯数／リングギア３４の歯数） …（２）

ここで、上記（１）式の根拠について簡単に説明する。遊星歯車装置３１における各ギアの回転速度の関係は図６に示した周知の共線図により表される。共線図に示される直線は動作共線Ｌと称呼される。この共線図から理解されるように、リングギア３４の回転速度Ｎｒとサンギア３２の回転速度Ｎｓとの差（Ｎｒ−Ｎｓ）に対する機関回転速度Ｎｅとサンギア３２の回転速度Ｎｓとの差（Ｎｅ−Ｎｓ）の比（＝（Ｎｅ−Ｎｓ）／（Ｎｒ−Ｎｓ））は、値（１＋ρ）に対する１の比（＝１／（１＋ρ））に等しい。この比例関係に基づいて上記（１）式が導かれる。

更に、ＰＭは図２のステップ２４５にて、下記（３）式に従って第１発電電動機ＭＧ１に出力させるべきトルクであるＭＧ１指令トルクＴｍ１＊を算出する。（３）式において、値ＰＩＤ（Ｎｍ１＊−Ｎｍ１）は「ＭＧ１目標回転速度Ｎｍ１＊と第１発電電動機ＭＧ１の実際の回転速度Ｎｍ１」との差に応じたフィードバック量である。即ち、値ＰＩＤ（Ｎｍ１＊−Ｎｍ１）は、実際の回転速度Ｎｍ１をＭＧ１目標回転速度Ｎｍ１＊に一致させるためのフィードバック量である。

Ｔｍ１＊＝Ｔｅ＊・（ρ／（１＋ρ））＋ＰＩＤ（Ｎｍ１＊−Ｎｍ１） …（３）

ここで、上記（３）式の根拠について説明する。クランクシャフト２５に目標機関出力トルクＴｅ＊と等しいトルクが発生させられている場合（即ち、機関出力トルクがＴｅ＊である場合）、この機関出力トルクＴｅ＊は遊星歯車装置３１によりトルク変換される。その結果、機関出力トルクＴｅ＊は、サンギア３２の回転軸に下記（４）式により表されるトルクＴｅｓとなって作用し、リングギア３４の回転軸に下記（５）式により表されるトルクＴｅｒとなって作用する。

Ｔｅｓ＝Ｔｅ＊・（ρ／（１＋ρ）） …（４）

Ｔｅｒ＝Ｔｅ＊・（１／（１＋ρ）） …（５）

動作共線が安定であるためには動作共線の力の釣り合いをとればよい。従って、図６に示したように、サンギア３２の回転軸には上記（４）式により求められるトルクＴｅｓと大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ１を作用させ、且つ、リングギア３４の回転軸には下記の（６）式により表されるトルクＴｍ２を作用させればよい。即ち、トルクＴｍ２は、リングギア要求トルクＴｒ＊に対するトルクＴｅｒの不足分と等しい。このトルクＴｍ２が、後述する図２のステップ２５０にてＭＧ２指令トルクＴｍ２＊として採用される。

Ｔｍ２＝Ｔｒ＊−Ｔｅｒ …（６）

一方、サンギア３２が目標回転速度Ｎｓ＊にて回転すれば（即ち、第１発電電動機ＭＧ１の実際の回転速度Ｎｍ１がＭＧ１目標回転速度Ｎｍ１＊に一致すれば）、機関回転速度Ｎｅは目標機関回転速度Ｎｅ＊に一致する。以上から、ＭＧ１指令トルクＴｍ１＊は上記（３）式により求められる。

ステップ２５０：ＰＭは、上記（５）式及び上記（６）式に従って、第２発電電動機ＭＧ２に出力させるべきトルクであるＭＧ２指令トルクＴｍ２＊を算出する。なお、ＰＭは、下記の（７）式に基づいて、ＭＧ２指令トルクＴｍ２＊を決定してもよい。

Ｔｍ２＊＝Ｔｒ＊−Ｔｍ１＊／ρ …（７）

ステップ２５５：ＰＭは、機関２０が最適機関動作点にて運転されるように（換言すると、機関出力トルクが目標機関出力トルクＴｅ＊となるように）、ＥＧに指令信号を送出する。これにより、ＥＧは、スロットル弁アクチュエータ２２ａによりスロットル弁２２の開度を変更するとともに、それに応じて燃料噴射量を変更し、機関出力トルクＴｅが目標機関出力トルクＴｅ＊となるように機関２０を制御する。

ステップ２６０：ＰＭは、ＭＧ１指令トルクＴｍ１＊をモータＥＣＵ７２に送信する。モータＥＣＵ７２は、第１発電電動機ＭＧ１の発生トルクがＭＧ１指令トルクＴｍ１＊に一致するように第１インバータ６１及び昇圧コンバータ６３を制御する。
ステップ２６５：ＰＭは、ＭＧ２指令トルクＴｍ２＊をモータＥＣＵ７２に送信する。モータＥＣＵ７２は、第２発電電動機ＭＧ２の発生トルクがＭＧ２指令トルクＴｍ２＊に一致するように第２インバータ６２及び昇圧コンバータ６３を制御する。

以上の処理により、リングギア３４にはリングギア要求トルクＴｒ＊と等しいトルクが機関２０及び第２発電電動機ＭＧ２によって作用させられる。更に、残容量ＳＯＣが所定値ＳＯＣLoｔｈよりも小さい場合、機関２０の発生する出力はバッテリ充電要求出力Ｐｂ＊だけ増大させられる。従って、トルクＴｅｒは大きくなるので、上記（６）式から理解されるように、ＭＧ２指令トルクＴｍ２＊は小さくなる。その結果、第１発電電動機ＭＧ１が発電する電力のうち第２発電電動機ＭＧ２にて消費される電力が少なくなるので、第１発電電動機ＭＧ１が発電する余剰の電力（第２発電電動機ＭＧ２によって消費されない電力）によってバッテリ６４が充電される。

これに対し、ＰＭがステップ２３０の処理を実行する時点において、機関要求出力Ｐｅ＊が機関始動閾値Ｐｅonth以下であると、ＰＭはそのステップ２３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２７０に進み、ＭＧ１指令トルクＴｍ１＊を「０」に設定する。次いで、ＰＭはステップ２７５に進んでＭＧ２指令トルクＴＭ２＊にリングギア要求トルクＴｒ＊を設定する。その後、ＰＭは前述したステップ２６０及びステップ２６５の処理を実行する。この結果、機関２０は始動されず（運転停止状態を維持し）、且つ、ユーザ要求トルクＴｕ＊は第２発電電動機ＭＧ２の発生するトルクのみによって満足される。

（ケース２：機関２０の運転が停止していない場合）
いま、機関２０が運転中であると仮定する。この場合、ＰＭはステップ２２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２８０に進み、機関停止閾値Ｐｅoffthを算出する。より具体的に述べると、ＰＭＥＣＵ７０は、図７に示した「車速ＳＰＤ及び機関運転時間（機関運転継続時間）Tegonと、機関停止閾値Ｐｅoffthと、の関係を規定したルックアップテーブルMapPeoffth(SPD,Tegon)」をＲＯＭ内に記憶している。機関運転時間Tegonは、機関２０の運転継続時間（機関２０が始動されてから運転を継続している時間）である。ＰＭは、機関運転時間Tegonを図示しないルーチンにより別途取得している。

ＰＭは、実際の車速ＳＰＤと機関運転時間Tegonとを図７に示したテーブルMapPeoffth(SPD,Tegon)に適用することにより機関停止閾値Ｐｅoffthを取得する。このテーブルMapPeoffth(SPD,Tegon)によれば、機関停止閾値Ｐｅoffthは、機関運転時間Tegonが長いほど大きくなるように決定される。換言すると、機関停止閾値Ｐｅoffthは、機関運転時間Tegonが短いほど小さくなるように決定される。

更に、このテーブルMapPeoffth(SPD,Tegon)によれば、機関停止閾値Ｐｅoffthは、車速ＳＰＤが高いほど小さくなるように決定される。但し、機関停止閾値Ｐｅoffthは、車速ＳＰＤが高くなるにつれて増大されたり減少されたりしてもよい。

次に、ＰＭは図２のステップ２８５に進み、機関要求出力Ｐｅ＊が「ステップ２８０にて決定された機関停止閾値Ｐｅoffth」よりも小さいか否かを判定する。

機関要求出力Ｐｅ＊が機関停止閾値Ｐｅoffthよりも小さい場合、ＰＭはステップ２８５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２９０に進み、機関２０の運転を停止する指示（運転停止指示）をエンジンＥＣＵ７３に送信する。エンジンＥＣＵ７３はこの指示に基づいて機関２０の運転を停止する。従って、機関要求出力Ｐｅ＊が機関停止閾値Ｐｅoffthよりも小さいとの条件は機関停止条件である。その後、ＰＭは、ステップ２７０、ステップ２７５、ステップ２６０及びステップ２６５の処理を行い、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

この結果、機関２０の運転が停止され、且つ、ユーザ要求トルクＴｕ＊は第２発電電動機ＭＧ２の発生するトルクのみによって満足される。

これに対し、ＰＭがステップ２８５の処理を実行する時点において、機関要求出力Ｐｅ＊が機関停止閾値Ｐｅoffth以上であると、ＰＭはステップ２８５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２４０乃至ステップ２６５の処理を順に行う。この結果、機関２０の運転が継続され、且つ、ユーザ要求出力Ｐｒ＊は機関２０及び第２発電電動機ＭＧ２の発生するトルクにより満足される。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両１０は、
内燃機関２０と、
電動機（第２発電電動機ＭＧ２）と、
前記電動機を駆動する電力を同電動機に供給可能な蓄電装置（バッテリ６４）と、
前記蓄電装置を充電する電力を前記機関２０の出力を用いて発生可能な発電機（第１発電電動機ＭＧ１）と、
車両の駆動軸５３と前記機関２０とをトルク伝達可能に連結するとともに同駆動軸５３と前記電動機（第２発電電動機ＭＧ２）とをトルク伝達可能に連結する動力伝達機構（３０、５０）と、
制御装置（ＰＭＥＣＵ７０、モータＥＣＵ７２及びエンジンＥＣＵ７３等）と、
を備える。

更に、その制御装置は、
機関２０の運転停止中にユーザのアクセル操作量ＡＰに応じて定まる機関要求出力Ｐｅ＊（図２のステップ２０５乃至ステップ２１５を参照。）が機関始動閾値Ｐｅonthよりも大きくなったとき機関２０の運転を開始し（図２のステップ２３０及びステップ２３５を参照。）、機関２０の運転中に機関要求出力Ｐｅ＊が機関停止閾値Ｐｅoffthよりも小さくなったとき機関２０の運転を停止する（図２のステップ２８５及びステップ２９０を参照。）。即ち、制御装置は、機関２０の間欠運転を実行する。更に、制御装置は、アクセル操作量ＡＰに応じて定まるユーザ要求トルクＴｕ＊（駆動軸５３に要求されるトルク）に等しいトルクを「機関２０の出力トルクと電動機（第２発電電動機ＭＧ２）の出力トルクと」を制御することにより駆動軸５３に作用させる（図２のステップ２４０乃至ステップ２６５、ステップ２７０、及び、ステップ２７５を参照。）。

加えて、前記制御装置は、
機関２０が停止している場合、アクセル操作量ＡＰがゼロでない状態の継続時間（アクセルペダルＯＮ時間Tacon）が長いほど機関始動閾値Ｐｅonthが小さくなるように、機関始動閾値Ｐｅonthを設定する（図２のステップ２２５及び図４のテーブルを参照。）。

従って、機関停止中に、ユーザがアクセルペダルを短期間だけ軽く踏み込んだ場合には、機関始動閾値Ｐｅonthが大きい値に設定されるので、機関２０が始動されない。よって、機関２０の始動のために燃料及び電力が無駄に消費されないので、ハイブリッド車両１０の燃費を向上することができる。更に、機関停止中に、ユーザがアクセルペダルを大きく踏み込んだ場合、及び、アクセルペダルを継続的に踏み込んでいる場合、機関２０は始動される。その結果、機関２０の出力を用いてハイブリッド車両１０の加速性能を向上することができる。

更に、前記制御装置は、
機関２０が運転されている場合、機関２０が運転されている状態の継続時間（機関運転時間Tegon）が長いほど機関停止閾値Ｐｅoffthが大きくなるように、機関停止閾値Ｐｅoffthを設定する（図２のステップ２８０及び図７のテーブルを参照。）。

従って、機関２０が一旦始動された後には、機関２０の運転が短期間内に停止される頻度が低下するので、機関２０の始動回数を低減することができ、その結果、ハイブリッド車両１０の燃費を向上することができる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、ハイブリッド車両１０の動力伝達構成は上記実施形態形態に限定されることはない。即ち、電動機及び機関を用いてハイブリッド車両の駆動力を発生させるとともに機関を間欠運転できる構成を備えたハイブリッド車両であれば、本発明を適用することができる。

１０…ハイブリッド車両、２０…内燃機関、２２…スロットル弁、２２ａ…スロットル弁アクチュエータ、２３…燃料噴射弁、２５…クランクシャフト、３０…動力分配機構、３１…遊星歯車装置、５０…駆動力伝達機構、５３…駆動軸、８３…アクセル操作量センサ、８５…車速センサ。

Claims (2)

1. 内燃機関と、
   電動機と、
   車両の駆動軸と前記機関とをトルク伝達可能に連結するとともに同駆動軸と前記電動機とをトルク伝達可能に連結する動力伝達機構と、
   前記機関の運転停止中にユーザのアクセル操作量に応じて定まる機関要求出力が機関始動閾値よりも大きくなったとき前記機関の運転を開始し、前記機関の運転中に前記機関要求出力が機関停止閾値よりも小さくなったとき前記機関の運転を停止する間欠運転を実行しながら、前記ユーザのアクセル操作量に応じて定まる前記駆動軸に要求されるトルクであるユーザ要求トルクに等しいトルクを前記機関の出力トルクと前記電動機の出力トルクとを制御することにより同駆動軸に作用させる制御装置と、
   を含むハイブリッド車両において、
   前記制御装置は、
   前記機関が停止している場合、前記アクセル操作量がゼロでない状態の継続時間が長いほど前記機関始動閾値が小さくなるように同機関始動閾値を設定するように構成されたハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両において、
   前記制御装置は、
   前記機関が運転されている場合、前記機関が運転されている状態の継続時間が長いほど前記機関停止閾値が大きくなるように同機関停止閾値を設定するように構成されたハイブリッド車両。

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