図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力するエンジン22と、エンジン22を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して複数のピニオンギヤ33を連結したキャリア34が接続されると共に駆動輪63a,63bにデファレンシャルギヤ62とギヤ機構60とを介して連結された駆動軸としてのリングギヤ軸32aにリングギヤ32が接続されたプラネタリギヤ30と、例えば周知の同期発電電動機として構成されてプラネタリギヤ30のサンギヤ31に回転子が接続されたモータMG1と、例えば周知の同期発電電動機として構成されて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに減速ギヤ35を介して回転子が接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2を駆動するためのインバータ41,42と、インバータ41,42のスイッチング素子を制御することによってモータMG1,MG2を駆動制御するモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ41,42を介してモータMG1,MG2と電力をやりとりするバッテリ50と、バッテリ50を管理するバッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52と、車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット(以下、HVECUという)70と、を備える。
エンジンECU24は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。エンジンECU24には、エンジン22の運転状態を検出する各種センサから信号、例えば、クランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサからのクランクポジションθcrやエンジン22の冷却水の温度を検出する水温センサからの冷却水温Tw,燃焼室内に取り付けられた圧力センサからの筒内圧力Pin,燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブや排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサからのカムポジションθca,スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットルポジションTP,吸気管に取り付けられたエアフローメータからの吸入空気量Qa,同じく吸気管に取り付けられた温度センサからの吸気温Ta,排気系に取り付けられた空燃比センサからの空燃比AF,同じく排気系に取り付けられた酸素センサからの酸素信号O2などが入力ポートを介して入力されており、エンジンECU24からは、エンジン22を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁への駆動信号やスロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号,イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号,吸気バルブの開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンECU24は、HVECU70と通信しており、HVECU70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをHVECU70に出力する。なお、エンジンECU24は、クランクシャフト26に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neも演算している。
モータECU40は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの回転位置θm1,θm2や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流などが入力ポートを介して入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、モータECU40は、HVECU70と通信しており、HVECU70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをHVECU70に出力する。なお、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からのモータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいてモータMG1,MG2の回転角速度ωm1,ωm2や回転数Nm1,Nm2も演算している。
バッテリECU52は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ50の端子間に設置された電圧センサからの端子間電圧Vbやバッテリ50の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた電流センサからの充放電電流Ib,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51からの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりHVECU70に送信する。また、バッテリECU52は、バッテリ50を管理するために、電流センサにより検出された充放電電流Ibの積算値に基づいてそのときのバッテリ50から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算したりしている。なお、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、電池温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定し、バッテリ50の蓄電割合SOCに基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。
HVECU70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に、処理プログラムを記憶するROM74やデータを一時的に記憶するRAM76,入出力ポート,通信ポートを備える。HVECU70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号やシフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。HVECU70は、上述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクTr*を計算し、この要求トルクTr*に対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とを運転制御する。エンジン22とモータMG1とモータMG2との運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてがプラネタリギヤ30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されてリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや、要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード,エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸32aに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。なお、トルク変換運転モードと充放電運転モードとは、いずれもエンジン22の運転を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようエンジン22とモータMG1とモータMG2とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モードという。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作について説明する。図2は、実施例のHVECU70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば数msec毎)に繰り返し実行される。
駆動制御ルーチンが実行されると、HVECU70のCPU72は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや車速センサ88からの車速V,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ50の入出力制限Win,Woutなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されたモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータECU40から通信により入力するものとした。また、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、バッテリ50の電池温度Tbとバッテリ50の蓄電割合SOCとに基づいて設定されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて走行に要求される要求トルクTr*を設定し(ステップS110)、設定した要求トルクTr*に駆動軸としてのリングギヤ軸32aの回転数Nr(例えば、モータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで除して得られる回転数や、車速Vに換算係数kを乗じて得られる回転数など)を乗じて走行に要求される走行用パワーPdrv*を計算し(ステップS112)、計算した走行用パワーPdrv*からバッテリ50の充放電要求パワーPb*(バッテリ50から放電するときが正の値)を減じて車両に要求される要求パワーPe*を計算する(ステップS114)。ここで、要求トルクTr*は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTr*との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクTr*を導出して設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図3に示す。
続いて、エンジン22が運転中であるか運転停止中であるかを判定し(ステップS120)、エンジン22が運転中であると判定されたときには、要求パワーPe*を停止用閾値Pstopと比較する(ステップS130)。このステップS130の処理は、エンジン運転モードでの走行(エンジン22の運転)を継続するかエンジン運転モードからモータ運転モードに移行する(エンジン22を運転停止する)かを判定する処理である。
要求パワーPe*が停止用閾値Pstopより大きいときには、エンジン運転モードでの走行を継続すると判断し、図4に例示するエンジン目標運転ポイント設定処理によりエンジン22の目標運転ポイントとしての目標回転数Ne*および目標トルクTe*を設定する(ステップS140)。以下、図2の駆動制御ルーチンの説明を一旦中断し、図4のエンジン目標運転ポイント設定処理について説明する。
図4のエンジン目標運転ポイント設定処理では、HVECU70のCPU72は、まず、要求パワーPe*と、エンジン22を効率よく動作させる(効率を優先する)動作ラインとしての燃費動作ラインと、に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*の第1の仮の値としての燃費回転数Neefおよび燃費トルクTeefを設定する(ステップS300)。以下、燃費回転数Neefおよび燃費トルクTeefからなる運転ポイントを燃費運転ポイントという。また、燃費動作ラインの一例と燃費回転数Neefおよび燃費トルクTeefを設定する様子とを図5に示す。燃費回転数Neefおよび燃費トルクTeefは、図示するように、燃費動作ラインと要求パワーPe*が一定の曲線(要求パワーPe*の等パワーライン)との交点として求めることができる。
続いて、車速Vに基づいて、NV(ノイズ・バイブレーション)動作ラインおよびNVパワー範囲を設定する(ステップS310)。ここで、NV動作ラインは、エンジンの効率よりエンジン騒音の抑制を優先する動作ラインであり、燃費動作ラインのうちエンジン騒音によって運転者に違和感を与え得る違和感領域内の部分を車速Vに応じて高回転数低トルク側に移行させて設定するものとした。また、NVパワー範囲は、燃費運転ポイントでエンジン22を運転するとエンジン騒音によって運転者に違和感を与え得るパワー範囲である。NV動作ラインは、実施例では、車速VとNV動作ラインとの関係を予め定めてNV動作ライン設定用マップとしてROM74に記憶しておき、車速Vが与えられると記憶したマップから対応するNV動作ラインを導出して設定するものとした。NV動作ライン設定用マップの一例を図6に示す。NV動作ラインは、図示するように、車速Vが低いほどエンジン22の運転領域のうち低回転数領域におけるトルクが小さくなる(燃費動作ラインから離れる)傾向に設定するものとした。一般に、エンジン22は、低回転数領域では、高トルク領域で運転する(燃費動作ライン上の運転ポイントで運転する)ときに、低トルク領域で運転するときに比して高効率で運転することができるが、低回転数高トルク領域で運転すると、エンジン22の振動などに基づくいわゆるこもり音などのエンジン騒音が生じ、運転者に違和感や不快感を与える場合がある。また、一般に、ハイブリッド自動車20では、車速Vが高いほど走行に起因する騒音である走行騒音(こもり音などのエンジン騒音は除く)が大きくなり、運転者に与える暗騒音が大きくなる。実施例では、車速Vが高いほど走行騒音が大きくなりこもり音などのエンジン騒音をより大きくマスクすることができる(違和感領域やNVパワー範囲が狭くなる)ことを考慮して、車速Vが高いほど燃費動作ラインに近づく傾向(車速Vが低いほど燃費動作ラインから高回転数低トルク側に離れる傾向)に動作ラインを設定するものとした。これにより、運転者にこもり音などのエンジン騒音による違和感や不快感を与えない範囲で、エンジン22をある程度効率の高い(燃費運転ポイントに対して効率の低下分が小さい)運転ポイントで運転することができる。NVパワー範囲は、設定したNV動作ラインと燃費動作ラインとの低パワー側の交点(図6の白丸印参照)のパワーより大きく、且つ、NV動作ラインと燃費動作ラインとの高パワー側の交点(図6の白四角印参照)のパワーより小さい範囲を設定するものとした。このNVパワー範囲は、図示するように、車速Vが低いほど下限側および上限側に広い範囲となる。
こうしてNVパワー範囲を設定すると、要求パワーPe*がNVパワー範囲内か否かを判定する(ステップS320,330)。この判定は、燃費運転ポイントでエンジン22を運転するとこもり音などのエンジン騒音によって運転者に違和感や不快感を与え得るか否かを判定する処理である。
要求パワーPe*がNVパワー範囲外のときには、燃費運転ポイントでエンジン22を運転してもこもり音などのエンジン騒音によって運転者に違和感や不快感を与えないと判断し、燃費回転数Neefおよび燃費トルクTeefをエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*に設定して(ステップS340)、本ルーチンを終了する。
一方、要求パワーPe*がNVパワー範囲内のときには、燃費運転ポイントでエンジン22を運転するとこもり音などのエンジン騒音によって運転者に違和感や不快感を与え得ると判断し、要求パワーPe*と、NV動作ラインと、に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*の第2の仮の値としてのNV回転数NenvおよびNVトルクTenvを設定し(ステップS350)、設定したNV回転数NenvおよびNVトルクTenvをエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*に設定して(ステップS360)、本ルーチンを終了する。以下、NV回転数NenvおよびNVトルクTenvからなる運転ポイントをNV運転ポイントという。また、NV動作ラインの一例とNV回転数NenvおよびNVトルクTenvを設定する様子とを図7に示す。図7では、参考のために、燃費運転ポイント(燃費回転数Neef,燃費トルクTeef)についても図示した。NV回転数NenvおよびNVトルクTenvは、図示するように、NV動作ラインと要求パワーPe*が一定の曲線(要求パワーPe*の等パワーライン)との交点として求めることができる。こうして設定したNV運転ポイントは、燃費運転ポイントに比して高回転数低トルク側の運転ポイントとなる。
以上、図4の目標運転ポイント設定処理について説明した。図2の駆動制御ルーチンの説明に戻る。ステップS140でエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*を設定すると、エンジン22の目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(=Nm2/Gr)とプラネタリギヤ30のギヤ比ρとを用いて次式(1)によりモータMG1の目標回転数Nm1*を計算すると共に計算したモータMG1の目標回転数Nm1*と入力したモータMG1の回転数Nm1とエンジン22の目標トルクTe*とプラネタリギヤ30のギヤ比ρとを用いて式(2)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を計算する(ステップS150)。ここで、式(1)は、プラネタリギヤ30の回転要素に対する力学的な関係式である。図8は、エンジン22からパワーを出力しながら走行しているときのプラネタリギヤ30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。図中、左のS軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤ31の回転数を示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるキャリア34の回転数を示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで除して得られるリングギヤ32の回転数Nrを示す。また、R軸上の2つの太線矢印は、モータMG1から出力されてプラネタリギヤ30を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクと、モータMG2から出力されて減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。式(1)は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。また、式(2)は、モータMG1を目標回転数Nm1*で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式(2)中、右辺第2項の「k1」は比例項のゲインであり、右辺第3項の「k2」は積分項のゲインである。
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*=-ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
続いて、次式(3)に示すように、要求トルクTr*にモータMG1のトルク指令Tm1*をプラネタリギヤ30のギヤ比ρで除したものを加えて更に減速ギヤ35のギヤ比Grで除してモータMG2から出力すべきトルクの仮の値としての仮トルクTm2tmpを計算すると共に(ステップS160)、式(4)および式(5)に示すように、バッテリ50の入出力制限Win,Woutと設定したトルク指令Tm1*に現在のモータMG1の回転数Nm1を乗じて得られるモータMG1の消費電力(発電電力)との差分をモータMG2の回転数Nm2で除することによりモータMG2から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Tm2min,Tm2maxを計算し(ステップS170)、式(6)に示すように、設定した仮トルクTm2tmpをトルク制限Tm2min,Tm2maxで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS180)。ここで、式(3)は、図8の共線図から容易に導くことができる。
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (3)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (5)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (6)
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定すると、エンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*についてはエンジンECU24に、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40に送信して(ステップS190)、本ルーチンを終了する。エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*とからなる目標運転ポイントで運転されるようエンジン22の吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを行なう。また、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。こうした制御により、燃費運転ポイントまたはNV運転ポイントでエンジン22を運転しながらバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*(走行用パワーPdrv*)を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行することができる。そして、要求パワーPe*がNVパワー範囲外のときには、燃費運転ポイントでエンジン22を運転することにより、エンジン22を効率よく運転することができ、要求パワーPe*がNVパワー範囲内のときには、NV運転ポイントでエンジン22を運転することにより、運転者にこもり音などのエンジン騒音による違和感や不快感を与えるのを抑制することができる。
ステップS130で要求パワーPe*が停止用閾値Pstop以下のときには、エンジン運転モードからモータ運転モードに移行すると判断し、エンジン22を運転停止し(ステップS200)、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定し(ステップS210)、要求トルクTr*を減速ギヤ35おギヤ比Grで除してモータMG2の仮トルクTm2tmpを計算し(ステップS220)、バッテリ50の入出力制限Win,WoutをモータMG2の回転数Nm2で除してトルク制限Tm2min,Tm2maxを計算し(ステップS230)、上述の式(6)に示すように、仮トルクTm2tmpをトルク制限Tm2min,Tm2maxで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し(ステップS240)、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信して(ステップS250)、本ルーチンを終了する。こうした制御により、エンジン22を運転停止してバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*(走行用パワーPdrv*)を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行することができる。
こうしてモータ運転モードでの走行を開始すると、次回に本ルーチンが実行されたときには、ステップS120でエンジン22が運転停止中であると判定されるから、図9の始動用閾値設定処理により始動用閾値Pstartを設定し(ステップS260)、要求パワーPe*を停止用閾値Pstopより大きな始動用閾値Pstartと比較する(ステップS270)。このステップS270の処理は、モータ運転モードでの走行(エンジン22の運転停止)を継続するかモータ運転モードからエンジン運転モードに移行する(エンジン22を始動して運転する)かを判定する処理である。なお、図9の始動用閾値設定処理の説明については後述する。
要求パワーPe*が始動用閾値Pstart未満のときには、モータ運転モードでの走行を継続すると判断し、上述したように、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してモータECU40に送信して(ステップS210〜S250)、本ルーチンを終了する。
一方、要求パワーPe*が始動用閾値Pstart以上のときには、モータ運転モードからエンジン運転モードに移行すると判断し、エンジン22を始動する(ステップS280)。図10は、エンジン22を始動するときのプラネタリギヤ30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。エンジン22の始動は、エンジン22をクランキングするためのトルクをモータMG1から出力すると共にこのトルクの出力に伴って駆動軸としてのリングギヤ軸32aに作用するトルクをキャンセルするためのキャンセルトルクをモータMG2から出力することによってエンジン22をクランキングし、エンジン22の回転数Neが所定回転数(例えば、1000rpmや1200rpmなど)に至ったときに燃料噴射制御や点火制御などを開始する、ことによって行なわれる。なお、このエンジン22の始動の最中もバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG2の駆動制御が行なわれる。即ち、モータMG2から出力すべきトルク(仮トルクTm2tmp)は、要求トルクTr*とキャンセルトルクとの和のトルクとなる。
こうしてエンジン22を始動すると、エンジン運転モードで走行するために、上述したように、エンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してエンジンECU24やモータECU40に送信して(ステップS140〜S190)、本ルーチンを終了する。
以上、図2の駆動制御ルーチンについて説明した。次に、図9の始動用閾値設定処理について説明する。図9の始動用閾値設定処理では、HVECU70のCPU72は、まず、図4のエンジン目標運転ポイント設定処理のステップS300〜S330の処理と同様に、エンジン22の燃費運転ポイントしての燃費回転数Neefおよび燃費トルクTeefを設定し、NV動作ラインおよびNVパワー範囲を設定し、要求パワーPe*がNVパワー範囲内か否かを判定する(ステップS400〜S430)。
そして、要求パワーPe*がNVパワー範囲外のときには、燃費回転数Neefおよび燃費トルクTeefを、現在の要求パワーPe*でエンジン22を始動すると運転されると想定される想定運転ポイントとしての想定回転数Neestおよび想定トルクTeestとして設定する(ステップS440)。一方、要求パワーPe*がNVパワー範囲内のときには、図4のエンジン目標運転ポイント設定処理のステップS350の処理と同様に、エンジン22のNV運転ポイントとしてのNV回転数NenvおよびNVトルクTenvを設定し(ステップS450)、設定したNV回転数NenvおよびNVトルクTenvをエンジン22の想定運転ポイントとしての想定回転数Neestおよび想定トルクTeestとして設定する(ステップS460)。このステップS440〜S460の処理は、図4のエンジン目標運転ポイント設定処理のステップS340〜S360の処理に対応するものである。
こうしてエンジン22の想定回転数Neestおよび想定トルクTeestを設定すると、想定運転ポイントがNV動作ライン上の運転ポイント(燃費動作ラインから外れた運転ポイント)であるか否かを判定する(ステップS470)。この処理は、現在の要求パワーPe*でエンジン22を始動すると、運転者にこもり音による違和感や不快感を与えないようにするために、燃費動作ライン上の運転ポイントより低効率の運転ポイントでエンジン22を運転することになるか否かを判定する処理である。
想定運転ポイントがNV動作ライン上の運転ポイントでない(燃費動作ライン上の運転ポイントである)ときには、停止用閾値Pstopより若干大きな値Ps1を始動用閾値Pstartに設定して(ステップS510)、本ルーチンを終了する。ここで、値Ps1を停止用閾値Pstopより若干大きな値とするのは、エンジン22の始動と運転停止とが頻繁に生じないようにヒステリシスを持たせるためのものであり、例えば、停止用閾値Pstopより数kW程度大きな値などを用いることができる。
想定運転ポイントがNV動作ライン上の運転ポイントであるときには、エンジン22の燃費運転ポイント(燃費回転数Neef,燃費トルクTeef)の効率ηefと、NV運転ポイント(NV回転数Nenv,NVトルクTenv)の効率ηnvと、を用いて燃費運転ポイントでエンジン22を運転する場合に対するNV運転ポイントでエンジン22を運転する場合の効率悪化程度Defを計算し(ステップS490)、効率悪化程度Defを閾値Drefと比較する(ステップS500)。ここで、燃費運転ポイントの効率ηefやNV運転ポイントの効率ηnvは、実施例では、エンジン22の運転ポイント(回転数,トルク)と効率ηとの関係を予め定めて効率設定用マップとしてROM74に記憶しておき、エンジン22の運転ポイントが与えられると記憶したマップから対応する効率ηを導出して効率ηefや効率ηnvとして設定するものとした。参考のために、エンジン22の燃費運転ポイントやNV運転ポイントとエンジン22の効率を等高線と示す効率曲線の一例とを図11に示す。また、効率悪化程度Defは、燃費運転ポイントの効率ηefからNV運転ポイントの効率ηnvを減じて計算することができる。
効率悪化程度Defが閾値Drefより大きいときには、値Ps1より大きな値Ps2を始動用閾値Pstartに設定して(ステップS520)、本ルーチンを終了し、効率悪化程度Defが閾値Dref以下のときには、値Ps1より大きく値Ps2より小さな値Ps3を始動用閾値Pstartに設定して(ステップS530)、本ルーチンを終了する。値Ps2や値Ps3は、実施例では、車速Vと値Ps2や値Ps3との関係を予め定めてROM74に記憶しておき、車速Vが与えられると記憶したマップから対応する値Ps2や値Ps3を導出して設定するものとした。車速Vと値Ps2や値Ps3との関係の一例を図12に示す。値Ps2や値Ps3は、図示するように、値Ps1より大きな範囲内で、車速Vが高いほど小さくなる傾向に設定するものとした。値Ps2は、例えば、車速Vに応じたNV動作ラインと燃費動作ラインとの高パワー側の交点(図6の白四角印参照)のパワーやその近傍のパワーなどを用いることができる。また、値Ps3は、例えば、燃費運転ポイントに対するNV運転ポイントの効率の低下分と、始動用閾値Pstartを値Ps1に対して大きくする(モータ運転モードでの走行を継続しやすくする)ことによるモータMG2やバッテリ50での電力ロスの増加分と、を考慮して燃費運転ポイントでエンジン22を運転しながら走行するときに比して車両のエネルギ効率の低下分が最小またはその近傍となるパワーなどを用いることができる。
このように、想定運転ポイントがNV動作ライン上の運転ポイントとなるときに、想定運転ポイントが燃費動作ライン上の運転ポイントとなるときに比して始動用閾値Pstartを大きな値とすることにより、エンジン22が始動されにくくなるから、エンジン22がNV動作ライン上の運転ポイントで運転されるのを抑制することができ、エンジン22の効率ひいては車両のエネルギ効率が低下するのを抑制することができる。また、想定運転ポイントがNV動作ライン上の運転ポイントとなるときにおいて、効率悪化程度Defが閾値Dref以下のときに、効率悪化程度Defが閾値Drefより大きいときに比して始動用閾値Pstartを小さな値とすることにより、効率悪化程度Defが比較的小さいときにはNV動作ライン上の運転ポイントでのエンジン22の運転をある程度許容することができ、エンジン22の始動しにくさを段階的なものとすることができる。さらに、効率悪化程度Defが閾値Drefより大きいときに、NV動作ラインと燃費動作ラインとの高パワー側の交点のパワーやそれより大きなパワーを値Ps2として始動用閾値Pstartに設定する場合、エンジン22がNV運転ポイントで運転されるのをより抑制することができる。加えて、効率悪化程度Defが閾値Dref以下のときに、燃費運転ポイントでエンジン22を運転しながら走行するときに比して車両のエネルギ効率の低下分が最小となるパワーを値Ps3として始動用閾値Pstartに設定する場合、より効率よくモータ運転モードからエンジン運転モードに移行することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、エンジン22の運転停止中において、エンジン22を始動するとNV動作ラインと要求パワーPe*とに応じたNV運転ポイント(NV回転数Nenv,NVトルクTenv)でエンジン22を運転することになるときには、エンジン22を始動すると燃費動作ラインと要求パワーPe*とに応じた燃費運転ポイント(燃費回転数Neef,燃費トルクTeef)でエンジン22を運転することになるときに比して大きな値を始動用閾値Pstartに設定するから、エンジン22がNV運転ポイントで運転されるのを抑制することができ、エンジン22の効率ひいては車両のエネルギ効率が低下するのを抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、想定運転ポイントがNV動作ライン上の運転ポイントであるときにおいて、効率悪化程度Defが閾値Drefより大きいときには、値Ps1より大きな値Ps2を始動用閾値Pstartに設定し、効率悪化程度Defが閾値Dref以下のときには、値Ps1より大きく値Ps2より小さな値Ps3を始動用閾値Pstartに設定するものとしたが、値Ps1より大きな値を始動用閾値Pstartに設定するものであればよいから、例えば、効率悪化程度Defと閾値Drefとの大小関係に拘わらず値Ps2や値Ps3などを始動用閾値Pstartに設定するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、値Ps2や値Ps3は、値Ps1より大きな範囲内で、車速Vが高いほど小さくなる傾向に設定するものとしたが、値Ps1より大きな範囲内の固定値(車速Vに拘わらず一定の値)を用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、要求パワーPe*がNVパワー範囲内か否かに応じて、燃費運転ポイント(燃費回転数Neef,燃費トルクTeef)またはNV運転ポイント(NV回転数Nenv,NVトルクTenv)を、エンジン22を運転中の目標運転ポイント(目標回転数Ne*,目標トルクTe*)やエンジン22を運転停止中の想定運転ポイント(想定回転数Neest,想定トルクTeest)に設定するものとしたが、要求パワーPe*が一定の曲線(要求パワーPe*の等パワーライン)がNV動作ラインを通過するか否かに応じてこれらの設定を行なうものとしてもよいし、燃費運転ポイントがエンジン22の運転領域のうち運転者にこもり音などのエンジン騒音による違和感や不快感を与え得る領域に含まれるか否かに応じてこれらの設定を行なうものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、要求パワーPe*がNVパワー範囲内のときにおいて、燃費運転ポイント(燃費回転数Neef,燃費トルクTeef)でエンジン22を運転する場合に対するNV運転ポイント(NV回転数Nenv,NVトルクTenv)でエンジン22を運転する場合の効率悪化程度Defを計算するものとしたが、NV動作ラインと燃費動作ラインとの高パワー側の交点(図6の白四角印参照)でエンジン22を運転する場合に対するNV運転ポイント(NV回転数Nenv,NVトルクTenv)でエンジン22を運転する場合の効率悪化程度Defを計算するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2からの動力を駆動輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図13の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2からの動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪63a,63bに接続された車軸)とは異なる車軸(図13における車輪64a,64bに接続された車軸)に出力するものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「エンジン」に相当し、モータMG1が「第1モータ」に相当し、プラネタリギヤ30が「プラネタリギヤ」に相当し、モータMG2が「第2モータ」に相当し、バッテリ50が「バッテリ」に相当し、図2の駆動制御ルーチンを実行するHVECU70と、HVECU70からのエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とに基づいてエンジン22を制御するエンジンECU24と、HVECU70からのモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*に基づいてモータMG1,MG2を制御するモータECU40と、が「制御手段」に相当する。
ここで、「エンジン」としては、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力するエンジン22に限定されるものではなく、水素エンジンなど、如何なるタイプのエンジンであっても構わない。「第1モータ」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG1に限定されるものではなく、誘導電動機など、如何なるタイプのモータであっても構わない。「プラネタリギヤ」としては、プラネタリギヤ30(シングルピニオン式のプラネタリギヤ)に限定されるものではなく、ダブルピニオン式のプラネタリギヤや、複数のプラネタリギヤの組み合わせによって構成されたものなど、車軸に連結された駆動軸とエンジンの出力軸と第1モータの回転軸とに3つの回転要素が接続されたものであれば如何なるタイプのプラネタリギヤであっても構わない。「第2モータ」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG2に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に機械的機構を介して回転軸が接続されたものであれば如何なるタイプのモータであっても構わない。「バッテリ」としては、リチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ50に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池,鉛蓄電池など、第1モータおよび第2モータと電力をやりとりするものであれば如何なるタイプのバッテリであっても構わない。「制御手段」としては、HVECU70とエンジンECU24とモータECU40とからなる組み合わせに限定されるものではなく、単一の電子制御ユニットによって構成されるものなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、エンジン22の運転停止中に、要求トルクTr*に基づく要求パワーPe*が始動用閾値Pstart以上に至ったときには、エンジン22が始動されて、エンジン22から要求パワーPe*が出力されながら要求トルクTr*によって走行するようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御し、エンジン22の運転中には、要求パワーPe*がNVパワー範囲外のときには燃費動作ラインと要求パワーPe*とに応じた燃費運転ポイント(燃費回転数Neef,燃費トルクTeef)でエンジン22が運転されるよう制御し、要求パワーPe*がNVパワー範囲内のときにはNV動作ラインと要求パワーPe*とに応じたNV運転ポイントでエンジン22が運転されるよう制御し、エンジン22の運転停止中において、エンジン22を始動するとNV運転ポイント(NV回転数Nenv,NVトルクTenv)でエンジン22を運転することになるときには、エンジン22を始動すると燃費運転ポイント(燃費回転数Neef,燃費トルクTeef)でエンジン22を運転することになるときに比して大きな値を始動用閾値Pstartに設定するものに限定されるものではなく、エンジンの運転停止中に、走行に要求される要求トルクに基づく車両に要求される要求パワーが始動用閾値以上に至ったときには、エンジンが始動されて、エンジンから要求パワーが出力されながら要求トルクによって走行するようエンジンと第1モータと第2モータとを制御し、エンジンの運転中において、エンジンの効率を優先する第1動作ラインと要求パワーとに応じた燃費運転ポイントでエンジンを運転するとエンジン騒音によって運転者に違和感を与え得る違和感想定時でないときには、燃費運転ポイントでエンジンが運転されるよう制御し、違和感想定時には、エンジンの効率よりエンジン騒音の抑制を優先する第2動作ラインと要求パワーとに応じた騒音抑制運転ポイントでエンジンが運転されるよう制御し、エンジンの運転停止中において、エンジンを始動すると騒音抑制運転ポイントでエンジンを運転することになる騒音抑制想定時には、エンジンを始動すると燃費運転ポイントでエンジンを運転することになる燃費優先想定時に比して大きな値を始動用閾値に設定する、ものであれば如何なるものとしても構わない。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。