JP2005117779A - ハイブリッド車輌の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドライバに違和感を与えずにエンジンを始動可能なハイブリッド車輌の制御装置を提供する。
【解決手段】 ハイブリッド車輌は、プラネタリギヤユニットにより、エンジン２、第１モータ３、第２モータ４及び出力軸６が連結関係となっている。そのハイブリッド車輌の制御装置１には、エンジン２を駆動制御自在なエンジン制御手段２０と、第１モータ３及び第２モータ４を駆動制御自在なモータ制御手段２４とが備えられており、モータ制御手段２４が、エンジン制御手段２０によるエンジン２の停止制御中における走行中は、第１モータ３及び第２モータ４によってエンジン２を円滑に始動するための余力を残したモータ制限トルク以内で第１モータ３及び第２モータ４を駆動制御する。これにより、エンジン２を始動する際には、円滑にエンジン２を始動することが可能となり、ドライバに違和感を与えることを防ぐ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン、第１モータ、第２モータ、及び出力軸が４つの回転要素を有する差動歯車機構によって連結関係にあるハイブリッド車輌であって、走行中にエンジンを停止制御し得るハイブリッド車輌の制御装置に係り、詳しくは、第１モータ及び第２モータによりエンジンの始動を行うようなハイブリッド車輌の制御装置に関する。

近年、環境問題等により燃費向上や排出ガス低減のために様々なタイプのハイブリッド車輌が提案されている。このようなハイブリッド車輌の中には、例えば２つのプラネタリギヤが連結された形のプラネタリギヤユニット（いわゆるラビニヨ型やシンプソン型）などを用いて４つの回転要素のそれぞれにエンジン（入力軸）、第１モータ、第２モータ、出力軸を連結した構成からなる２モータ式のスプリットハイブリッド車輌が提案されている（例えば特許文献１参照）。該ハイブリッド車輌においては、エンジンを駆動制御し、第１モータ乃至第２モータにより回生・力行しつつ走行する、いわゆるスプリット走行や、エンジンを停止制御し、第１モータ及び第２モータの駆動力で走行する、いわゆるＥＶ走行などが可能となっている。

特開２００１−３０９５０７号公報。

ところで、上記ハイブリッド車輌のＥＶ走行状態からエンジンを始動する場合には、上述のようにエンジン、第１モータ、及び第２モータが連結関係にあるため、第１モータ乃至第２モータの回転数や出力トルクを制御することでエンジンをアイドル回転まで上昇させて始動することが可能である。即ち、例えばスタータなどの機構を設けることなく、エンジンの始動が可能であって、ハイブリッド車輌における部品数の低減、コンパクト化などを図ることができる。

しかしながら、第１モータ及び第２モータの出力、特にＥＶ走行中に主に駆動車輪へトルクを出力する第２モータの出力トルクが大きな状態では、該第２モータの出力能力に余力が少なくなり、エンジンを始動するためにエンジン回転数を上昇させる時間が長くなってしまう（即ち、エンジン回転角加速度が小さくなってしまう。）。そのため、エンジンを速やかに（円滑に）始動することができなくなり、ドライバが要求する要求トルクに応じられなくなる虞があったり、エンジン共振回転数となる時間が長くなって車輌全体に振動を生じさせたりするような問題が生じる。

また反対に、エンジンを速やかに始動するために、一旦第２モータの出力トルクを下げることも考えられるが、車輌の加速が一旦減少することになると共に、ドライバの要求トルクに一時的に応じることができなくなり、つまりエンジンを始動する際にドライバに違和感を与える虞がある。

そこで本発明は、第１モータ及び第２モータによってエンジンを円滑に始動するための余力を残したモータ制限トルクを演算し、エンジンの停止制御中には、該モータ制限トルク以内で第１モータ及び第２モータを駆動制御することで、上記課題を解決したハイブリッド車輌の制御装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る本発明は、エンジン（２）に接続された入力軸（５）と、第１モータ（３）と、第２モータ（４）と、駆動車輪（１２）に接続される出力軸（６）と、該入力軸（５）、該第１モータ（３）、該第２モータ（４）、及び該出力軸（６）にそれぞれ連結された４つの回転要素（Ｓ１及びＳ２、ＣＲ１及びＲ２、ＣＲ２、Ｒ１）を有する差動歯車機構（ＰＵ）と、を備えたハイブリッド車輌に用いられ、
前記エンジン（２）を駆動制御自在なエンジン制御手段（２０）と、前記第１モータ（３）及び前記第２モータ（４）を駆動制御自在なモータ制御手段（２４）と、を備え、前記エンジン（２）を停止すると共に、前記ハイブリッド車輌が走行し得るように前記第１モータ（３）及び前記第２モータ（４）を駆動制御し得、かつ前記第１モータ（３）及び前記第２モータ（４）を駆動制御することにより前記エンジン（２）を始動し得るハイブリッド車輌の制御装置（１）において、
前記モータ制御手段（２４）は、前記エンジン制御手段（２０）による前記エンジン（２）の停止制御中にて、前記第１モータ（３）及び前記第２モータ（４）によって前記エンジン（２）を円滑に始動するための余力を残したモータ制限トルク（例えばＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ）以内で前記第１モータ（３）及び前記第２モータ（４）の少なくとも一方を駆動制御する、
ことを特徴とするハイブリッド車輌の制御装置（１）にある。

請求項２に係る本発明は、車速（Ｖ）に対応した前記モータ制限トルク（例えばＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ）が記録されている制限トルクマップ（３１）を備え、
前記モータ制御手段（２４）は、前記車速（Ｖ）に基づき前記制限トルクマップ（３１）より読み出された前記モータ制限トルク（例えばＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ）以内で前記第１モータ（３）及び前記第２モータ（４）の少なくとも一方を駆動制御してなる、
請求項１記載のハイブリッド車輌の制御装置（１）にある。

請求項３に係る本発明は、前記モータ制限トルク（例えばＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ）を随時演算する制限トルク演算手段（２７）を備え、
前記モータ制御手段（２４）は、前記制限トルク演算手段（２７）により演算された前記モータ制限トルク（例えばＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ）以内で前記第１モータ（３）及び前記第２モータ（４）の少なくとも一方を駆動制御してなる、
請求項１記載のハイブリッド車輌の制御装置（１）にある。

請求項４に係る本発明は、前記モータ制御手段（２４）は、前記第１モータ（３）の回転数（Ｎ_ＭＧ１）を回転数制御し得る第１モータ制御手段（２５）と、前記第２モータ（４）の出力トルク（Ｔ_ＭＧ２）をトルク制御し得る第２モータ制御手段（２６）と、を有してなり、
前記制限トルク演算手段（２７）は、前記第２モータ制御手段（２６）により駆動制御される前記第２モータ（４）の出力トルク（Ｔ_ＭＧ２）によって前記エンジン（２）を始動する場合のエンジン回転角加速度（ｄωｅ）を演算し、該演算されたエンジン回転角加速度（ｄωｅ）に基づき前記モータ制限トルク（Ｔ_ＭＧ２_ｌｉｍ）を演算してなる、
請求項３記載のハイブリッド車輌の制御装置（１）にある。

請求項５に係る本発明は、前記第１モータ（３）及び前記第２モータ（４）に対して充放電自在なバッテリ（１６）と、
前記バッテリ（１６）の充電残量を検出自在なバッテリ残量検出手段（２９）と、
前記バッテリ残量検出手段（２９）により検出された前記バッテリ（１６）の充電残量に応じて、前記モータ制限トルク（例えばＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ）を補正する制限トルク補正手段（３０）と、を備えてなる、
請求項１ないし４のいずれか記載のハイブリッド車輌の制御装置（１）にある。

請求項６に係る本発明は、ドライバの要求するドライバ要求トルク（Ｔ_ＦＴＧ）を検出するドライバ要求トルク検出手段（２８）と、
前記ドライバ要求トルク（Ｔ_ＦＴＧ）に基づき、前記エンジン（２）を停止した状態の前記第１モータ（３）及び前記第２モータ（４）の出力トルク（Ｔ_ＭＧ１，Ｔ_ＭＧ２）を演算するモータトルク演算手段（２３）と、
前記モータトルク演算手段（２３）により演算された前記エンジン（２）を停止した状態の前記第１モータ（３）及び前記第２モータ（４）の出力トルク（Ｔ_ＭＧ１，Ｔ_ＭＧ２）が、前記モータ制限トルク（例えばＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ）以上である場合に、前記エンジン（２）の始動を判定するエンジン始動判定手段（２１）と、を備え、
前記エンジン制御手段（２０）は、前記エンジン始動判定手段（２１）の判定結果に基づき前記エンジン（２）を始動制御してなる、
請求項１ないし５のいずれか記載のハイブリッド車輌の制御装置（１）にある。

請求項７に係る本発明は、前記モータトルク演算手段（２３）により演算された前記エンジン（２）を停止した状態の前記第１モータ（３）及び前記第２モータ（４）の出力トルク（Ｔ_ＭＧ１，Ｔ_ＭＧ２）が、前記モータ制限トルク（例えばＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ）以内である場合に、前記エンジン（２）の停止を判定するエンジン停止判定手段（２２）を備え、
前記エンジン制御手段（２０）は、前記エンジン停止判定手段（２２）の判定結果に基づき前記エンジン（２）を停止制御してなる、
請求項６記載のハイブリッド車輌の制御装置（１）にある。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る本発明によると、モータ制御手段が、エンジン制御手段によるエンジンの停止制御中にて、第１モータ及び第２モータによってエンジンを円滑に始動するための余力を残したモータ制限トルク以内で第１モータ及び第２モータの少なくとも一方を駆動制御するので、エンジンを始動する際には、例えば一旦第１モータ及び第２モータの出力トルクを下げることなく、エンジンを円滑に始動することができ、それによりドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

請求項２に係る本発明によると、モータ制御手段は、例えばモータ制限トルクを随時演算することなく、車速に基づき制限トルクマップより読み出されたモータ制限トルク以内で第１モータ及び第２モータの少なくとも一方を駆動制御することができるので、エンジンを始動する際には、エンジンを円滑に始動することができ、それによりドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

請求項３に係る本発明によると、モータ制御手段は、制限トルク演算手段により演算されたモータ制限トルク以内で第１モータ及び第２モータの少なくとも一方を駆動制御することができるので、エンジンを始動する際には、エンジンを円滑に始動することができ、それによりドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

請求項４に係る本発明によると、制限トルク演算手段が、第２モータ制御手段により駆動制御される第２モータの出力トルクによってエンジンを始動する場合のエンジン回転角加速度を演算し、該演算されたエンジン回転角加速度に基づきモータ制限トルクを演算するので、第１モータ及び第２モータによりエンジンを始動する際のエンジン回転角加速度を、円滑にエンジンを始動させるようなエンジン回転角加速度にすることができ、それによりエンジンを円滑に始動することができて、ドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

請求項５に係る本発明によると、制限トルク補正手段が、バッテリ残量検出手段により検出されたバッテリの充電残量に応じて、モータ制限トルクを補正するので、例えばバッテリの充電残量が減少することにより第１モータ乃至第２モータに供給する電圧が降下し、第１モータ乃至第２モータの出力可能なトルクが低くなる場合であっても、第１モータ乃至第２モータからエンジンを円滑に始動するためのトルクが出力できなくなることを防ぐことができる。それにより、エンジンを始動する際には、エンジンを円滑に始動することができ、それによりドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

請求項６に係る本発明によると、ドライバ要求トルク検出手段がドライバの要求するドライバ要求トルクを検出し、モータトルク演算手段がドライバ要求トルクに基づき第１モータ及び第２モータの出力トルクを演算し、エンジン始動判定手段がモータトルク演算手段により演算された第１モータ及び第２モータの出力トルクが制限トルク演算手段により演算されたモータ制限トルク以上である場合にエンジンの始動を判定し、エンジン制御手段が、エンジン始動判定手段の判定結果に基づきエンジンを始動制御するので、第１モータ及び第２モータがモータ制限トルク以上になる前にエンジンを始動することができ、それによりエンジンを円滑に始動することができて、ドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

請求項７に係る本発明によると、エンジン停止判定手段がモータトルク演算手段により演算された第１モータ及び第２モータの出力トルクが制限トルク演算手段により演算されたモータ制限トルク以内である場合にエンジンの停止を判定し、エンジン制御手段がエンジン停止判定手段の判定結果に基づきエンジンを停止制御するので、エンジンを停止する際には、第１モータ及び第２モータの出力トルクをモータ制限トルク未満にすることができ、それにより、例えば直後にエンジンの始動が行われても、エンジンを円滑に始動することができて、ドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

以下、本発明に係る実施の形態を図１乃至図５に沿って説明する。図１は本発明に係るハイブリッド車輌の制御装置を示すブロック図、図２は本発明に係るハイブリッド車輌を示すスケルトン図、図３はハイブリッド車輌の制御装置の制御を示すフローチャート、図４は回転数が変化しない際の、エンジン、第１モータ、第２モータ及び出力軸のトルク関係を示す説明図、図５は回転数が変化する際の、エンジン、第１モータ、第２モータ及び出力軸のトルク関係を示す説明図である。

まず、本発明を適用し得るハイブリッド車輌を図２に沿って説明する。図２に示すように、ハイブリッド車輌には、エンジン（Ｅ／Ｇ）２と駆動車輪１２との間に自動変速機としてのトランスミッション１０が備えられている。該トランスミッション１０は、第１モータ（ＭＧ１）３と、第２モータ（ＭＧ２）４と、２つのプラネタリギヤが連結された形のシンプソンタイプのプラネタリギヤユニット（差動歯車機構）ＰＵとを有している。また、該プラネタリギヤユニットＰＵは、４つの回転要素として、サンギヤＳ１及びサンギヤＳ２、キャリヤＣＲ２、キャリヤＣＲ１及びリングギヤＲ２、リングギヤＲ１を有している。

該トランスミッション１０の入力軸５には、上記エンジン２のクランク軸が連結されており、該入力軸５は上記プラネタリギヤユニットＰＵのキャリヤＣＲ２に連結されている。該キャリヤＣＲ２はピニオンＰ２を有しており、該ピニオンＰ２は、サンギヤＳ２及びリングギヤＲ２に噛合している。該サンギヤＳ２は、サンギヤＳ１に連結されていると共に、第１モータ３の（図示を省略した）ロータに連結軸３ａを介して連結されている。サンギヤＳ１は、キャリヤＣＲ１が有するピニオンＰ１に噛合しており、該ピニオンＰ１はリングギヤＲ１に噛合している。該リングギヤＲ１は、第２モータ４の（図示を省略した）ロータに連結軸４ａを介して連結されている。また、該キャリヤＣＲ１は、上記リングギヤＲ２に連結されており、該キャリヤＣＲ１及び該リングギヤＲ２は、出力軸６に連結されており、該出力軸６は駆動車輪１２に連結されている。

即ち、プラネタリギヤユニットＰＵの４つの回転要素であるサンギヤＳ１及びサンギヤＳ２、キャリヤＣＲ２、キャリヤＣＲ１及びリングギヤＲ２、リングギヤＲ１がそれぞれ噛合して連結関係になっており、順に第１モータ３の回転数、エンジン２の回転数、出力軸６の回転数、第２モータ４の回転数が比例関係となるように連結されている（例えば特許文献１の図９、図１１、図１３、図１５参照）。

ついで、本発明に係るハイブリッド車輌の制御装置１について図１に沿って説明する。上記ハイブリッド車輌のトランスミッション１０には、上記第１モータ３及び第２モータ４に電力の供給・回生を制御自在に行うインバータ回路１５と、該インバータ回路１５を介して電力供給・充電（回生）を自在に行うバッテリ１６とが備えられている。

本ハイブリッド車輌の制御装置１には、制御部（ＥＣＵ）Ｕが備えられており、該制御部Ｕには、駆動車輪１２、或いは出力軸６の回転数を検出することにより車速を検出する車速センサ１７と、不図示の運転席に備えられたアクセルペダルの角度を検出することによりアクセル開度を検出するアクセル回度センサ１８とが接続されている。

また、該制御部Ｕには、上記エンジン２を例えばエンジン最適燃費マップＥｍａｐに基づき駆動制御自在なエンジン制御手段２０が備えられており、また、第１モータ３を回転数制御やトルク制御により駆動制御自在な第１モータ制御手段２５と、第２モータ４を回転数制御やトルク制御により駆動制御自在な第２モータ制御手段２６とを有するモータ制御手段２４が備えられている。

なお、上記第１モータ制御手段２５及び第２モータ制御手段２６は、インバータ回路１５に指令し、該インバータ回路１５により制御される電圧値・電流値によって第１モータ３及び第２モータ４の駆動制御を行うものであるが、本明細書中においては発明の理解を容易にするために、単に「第１モータ３及び第２モータ４を制御する」という。

そして、該制御部Ｕには、詳しくは後述するように本発明の要部となる、エンジン始動判定手段２１と、エンジン停止判定手段２２と、モータトルク演算手段２３と、制限トルク演算手段２７と、ドライバ要求トルク検出手段２８、バッテリ残量検出手段２９、制限トルク補正手段３０とが備えられている。なお、本発明に係るハイブリッド車輌の制御装置１においては、詳しくは後述するように制限トルク演算手段２７の替わりに制限トルクマップ３１を備えているものであってもよい。

つづいて、エンジン２の駆動中で走行する際の制御について説明する。例えばハイブリッド車輌が走行状態である際は、まず、上記車速センサ１７により車速Ｖが検出される。すると、該車速Ｖから出力軸６の回転数Ｎ_Ｏが演算される。

一方、ドライバ要求トルク検出手段２８は、上記車速Ｖと、アクセル開度センサ１８により検出されるアクセル開度Ａｄとに基づき、例えば不図示のマップなどから、ドライバが要求している車輌全体として出力軸６より出力する目標駆動トルク（ドライバ要求トルク）Ｔ_ＦＴＧを決定する（例えば特許文献１の図５参照）。

次にエンジン制御手段２０は、車速Ｖと目標駆動トルクＴ_ＦＴＧとに基づき、エンジン２より出力する必要なエンジン出力Ｅ_ＰＯＷを車速Ｖに基づく出力軸回転数Ｎｏと目標駆動トルクＴ_ＦＴＧとの積（Ｅ_ＰＯＷ＝Ｎｏ×Ｔ_ＦＴＧ）より演算する。そして、エンジン最適燃費マップＥｍａｐに基づきエンジン２が燃費効率上の最適な運転状態となる最適燃費曲線と、上記演算されたエンジン出力Ｅ_ＰＯＷとから、目標エンジン回転数Ｎ_ＥＴＧと目標エンジントルクＴ_ＥＴＧとを決定する（即ちＥ_ＰＯＷ＝Ｎ_ＥＴＧ×Ｔ_ＥＴＧ）（例えば特許文献１の図６参照）。

なお、例えばバッテリ１６の充電残量が少ない場合は、該バッテリ１６に充電するための分の充電量αを補正する形で上記エンジン出力Ｅ_ＰＯＷを演算し（Ｅ_ＰＯＷ＝Ｎｏ×Ｔ_ＦＴＧ＋α）、例えば反対にバッテリ１６の充電残量が多い場合は、該バッテリ１６より電力消費を行う分の放電量βを補正する形で上記エンジン出力Ｅ_ＰＯＷを演算し（Ｅ_ＰＯＷ＝Ｎｏ×Ｔ_ＦＴＧ−β）、これら補正されたエンジン出力Ｅ_ＰＯＷに基づき目標エンジン回転数Ｎ_ＥＴＧと目標エンジントルクＴ_ＥＴＧとを決定する。

つづいて、第１モータ制御手段２５は、上述のように演算された出力軸６の回転数Ｎ_Ｏと、エンジン制御手段２０により決定された目標エンジン回転数Ｎ_ＥＴＧとに基づき、上記プラネタリギヤユニットＰＵの（リングギヤＲ２とキャリヤＣＲ２とサンギヤＳ２との）ギヤ比の比例関係から第１モータ３の回転数（以下、「ＭＧ１回転数」という。）Ｎ_ＭＧ１を演算し、該第１モータ３がＭＧ１回転数Ｎ_ＭＧ１になるように、例えばインバータ回路１５の電流値・電圧値に基づき、或いは例えば第１モータ３に設けられた不図示の回転数センサにより検出される回転数に基づき、該第１モータ３のフィードバック制御を行う（回転数制御）。

また、該第１モータ制御手段２５は、第１モータ３を該ＭＧ１回転数Ｎ_ＭＧ１に制御するために発生する該第１モータ３の出力トルク（以下、「ＭＧ１トルク」という。）Ｔ_ＭＧ１を、例えばインバータ回路１５における電流値・電圧値などから演算する。なお、この際、第１モータ３の回転方向とトルク出力方向とが、同方向であれば第１モータ３において出力制御となり（即ち電力消費）、反対方向であれば第１モータ３において回生制御となる。

ついで、第２モータ制御手段２６は、上記目標駆動トルクＴ_ＦＴＧと、上記目標エンジントルクＴ_ＥＴＧと、上記ＭＧ１トルクＴ_ＭＧ１とに基づき、プラネタリギヤユニットＰＵの（キャリヤＣＲ１及びリングギヤＲ２と、キャリヤＣＲ２と、サンギヤＳ１及びサンギヤＳ２と、リングギヤＲ１との）ギヤ比の比例関係と、上記出力軸６に目標駆動トルクＴ_ＦＴＧが出力されるように第２モータ４の出力トルク（以下、「ＭＧ２トルク」という。）Ｔ_ＭＧ２を演算し、該ＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２になるように第２モータ４の駆動制御を行う（トルク制御）。

そして、上記エンジン制御手段２０によってエンジン２を、上記目標エンジン回転数Ｎ_ＥＴＧ及び上記目標エンジントルクＴ_ＥＴＧになるように駆動制御すると、出力軸６（駆動車輪１２）に略目標駆動トルクＴ_ＦＴＧとなる駆動トルクＴ_Ｏが出力される。

また、例えば車速Ｖが変化する場合、（車速Ｖが一定であってもアクセル開度Ａｄに基づき）エンジン回転数Ｎ_Ｅが変化する場合などは、ＭＧ１回転数Ｎ_ＭＧ１及びＭＧ２回転数Ｎ_ＭＧ２が変化することになる。すると、上記第１モータ３のロータ、連結軸３ａ、サンギヤＳ１及びサンギヤＳ２には、ＭＧ１回転数Ｎ_ＭＧ１の変化に応じて慣性モーメントＩ_ＭＧ１が発生し、また、上記第２モータ４のロータ、連結軸４ａ、リングギヤＲ１には、ＭＧ２回転数Ｎ_ＭＧ２の変化に応じて慣性モーメントＩ_ＭＧ２が発生する。またこの際、各慣性モーメントＩ_ＭＧ１，Ｉ_ＭＧ２と各回転角加速度ｄω_ＭＧ１，ｄω_ＭＧ２に応じて、それぞれイナーシャトルクＩ_ＭＧ１×ｄω_ＭＧ１，Ｉ_ＭＧ２×ｄω_ＭＧ２が発生する。

そこで、上述した第２モータ制御手段２６によりＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２を演算する際に、イナーシャトルクＩ_ＭＧ１×ｄω_ＭＧ１，Ｉ_ＭＧ２×ｄω_ＭＧ２の分を補正する形で該ＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２を演算し、該補正された形で演算されたＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２に基づき第２モータ４を制御する。これにより、第１モータ３及び第２モータ４に回転数変化が生じる場合でも、ドライバに対する走行フィーリングを悪化させずに、トルク制御を行うことができる。なお、イナーシャトルクＩ_ＭＧ１×ｄω_ＭＧ１の分を演算する際は、サンギヤＳ１に対するリングギヤＲ１のギヤ比に応じて演算することができる。

ついで、本発明の要部となるエンジン２の停止制御中における走行中、いわゆるＥＶ走行時の制御について説明する。例えば不図示の運転席などに設けられたイグニッションキーがＯＮされると、図３に示すように、本発明に係るハイブリッド車輌の制御装置１の制御が開始される（Ｓ１）。

例えば詳しくは後述するエンジン停止判定手段２２によりエンジン２の停止が判定されると（Ｓ２のＮｏ）、エンジン制御手段２０によりエンジン２が停止するように制御される。すると、図４に示すように、目標エンジン回転数Ｎ_ＥＴＧ及び目標エンジントルクＴ_ＥＴＧは０となり、０回転である目標エンジン回転数と車速Ｖに基づく出力軸６の回転数Ｎｏとに基づき、第１モータ制御手段２５により第１モータ３が制御されてＭＧ１回転数Ｎ_ＭＧ１になるように回転数制御される（つまりＭＧ１回転数Ｎ_ＭＧ１は逆回転となる）。

また、第２モータ制御手段２６は、上記目標駆動トルクＴ_ＦＴＧと、上記回転数制御されている第１モータ３のＭＧ１トルクＴ_ＭＧ１とに基づき、プラネタリギヤユニットＰＵのギヤ比の比例関係とから上記出力軸６に目標駆動トルクＴ_ＦＴＧが出力されるようにＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２を演算し、該ＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２になるように第２モータ４の駆動制御を行う。これにより、上記アクセル開度Ａｄに基づくドライバの要求トルクである目標駆動トルクＴ_ＦＴＧ通りの駆動トルクＴｏが出力軸６に出力される。

なおこの際、ＭＧ１トルクＴ_ＭＧ１とＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２と駆動トルクＴｏとの関係は、エンジン回転数Ｎｅが０のままである状態を維持するため、即ちプラネタリギヤユニットＰＵの各回転要素の回転数が上昇しないようにするため、以下に示す数式（１）の関係となる。

また、ＭＧ１トルクＴ_ＭＧ１とＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２との関係は、プラネタリギヤユニットＰＵの各回転要素のギヤ比の関係から、以下に示す数式（２）の関係となる。

なお、ａはリングギヤＲ１とキャリヤＣＲ１とのギヤ比、ｂはリングギヤＲ２とキャリヤＣＲ２とのギヤ比、ｃはサンギヤＳ２とキャリヤＣＲ２とのギヤ比である。

そして、上記式（１）及び式（２）の関係から、駆動トルクＴｏを出力するためのＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２は、以下に示す数式（３）により演算される。

つづいて、エンジン２を円滑に始動するための第２モータ４の制限トルクについて説明する。ＥＶ走行時においては、制限トルク演算手段２７により第２モータ４の制限トルク（モータ制限トルク）Ｔ_ＭＧ２_ｌｉｍが演算される。

詳細に説明すると、例えばエンジン２を停止した状態からエンジン２を始動するためには、図５に示すように、エンジン２がトルクを出力していないため、引き摺りトルク−Ｔｅが発生する。また、エンジン２を例えばアイドル回転数まで上昇させるため、エンジン２と、第１モータ３（連結軸３ａ、サンギヤＳ１、及びサンギヤＳ２）と、第２モータ４（連結軸４ａ、リングギヤＲ１）とには、それぞれ回転数変化が発生するので、それぞれの回転角加速度に応じたイナーシャトルクＩｅ×ｄωｅ，Ｉ_ＭＧ１×ｄω_ＭＧ１，Ｉ_ＭＧ２×ｄω_ＭＧ２が発生する。そのため、駆動トルクＴｏがそのままである際の、エンジン２、第１モータ３、第２モータ４におけるトルク作用をプラネタリギヤユニットＰＵの各回転要素のギヤ比の関係に基づき示すと、以下に示す数式（４）の関係となる。

また、第２モータ４の回転角加速度ｄω_ＭＧ２は、ギヤ比の関係からエンジン２の回転角加速度ｄωｅに置き換えると、以下に示す数式（５）の関係となる。

更に、第１モータ３の回転角加速度ｄω_ＭＧ１は、ギヤ比の関係からエンジン２の回転角加速度ｄωｅに置き換えると、以下に示す数式（６）の関係となる。

これら式（４）、式（５）、式（６）から、エンジン２の回転角加速度ｄωｅを示すと、以下に示す数式（７）の関係となる。

即ち、ＥＶ走行時における駆動トルクＴｏは、式（３）で示すようにＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２に比例するが、式（７）に示すように、ＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が大きくなるほど、エンジン２の回転角加速度ｄωｅが小さくなり、つまりエンジン回転数Ｎｅが上昇し難くなる。そこで、エンジン２を円滑に始動するため、即ちエンジン２を所定時間内にアイドル回転数まで上昇させるためには、第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２に制限を設けて余力を残しておく必要がある。

ここで、例えば第１モータ３が最大トルクであるＭＧ１トルクＴ_ＭＧ１_ｍａｘを出力している場合を想定して、上記式（７）に基づき第２モータ４の制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを示すと、以下に示す数式（８）の関係となる。

一方、エンジン２をアイドル回転数（例えば８００ｒｐｍ）まで上昇させる時間をｔ（例えば０．５秒）とすると、エンジン２の回転角加速度ｄωｅは、ｄωｅ＝アイドル回転数［ｒｐｍ］×２π÷６０／ｔ［ｓｅｃ］により求めることができるため、アイドル回転数と、エンジン２をアイドル回転数まで上昇させる時間ｔとを設定することで、第２モータ４の制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを設定することができる。

なお、上述したエンジン２の引き摺りトルク−Ｔｅは、例えばエンジン２が低温である場合など、エンジンオイルの粘性によって、その大きさが変化するので、つまりエンジン２の引き摺りトルク−Ｔｅの変化量に応じて制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍも補正する形となることが好ましい（式（４）、式（７）、及び式（８）参照）。

そして、図３に示すように、ＥＶ走行時、つまりエンジン制御手段２０によりエンジン２が停止制御されている間は、第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２を制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以内に制限しておき（Ｓ３）、リターンする（Ｓ６）。なお、勿論、第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２は、制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以内であれば、目標駆動トルク（ドライバ要求トルク）Ｔ_ＦＴＧに応じて出力される。

また、第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以内に制限されるので、このＥＶ走行時に出力軸６に出力されるＥＶ走行最大トルクＴｏ_ＥＶは、以下に示す数式（９）の関係となる。

以上の説明においては、制限トルク演算手段２７により第２モータ４の制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを演算して得るものについて説明したが、あらかじめ演算しておき、制限トルクマップ３１として備えておいてもよい。この際、車速Ｖに応じてＭＧ１回転数Ｎ_ＭＧ１、ＭＧ２回転数Ｎ_ＭＧ２、出力軸回転数Ｎｏが変化するため、エンジン２を始動する際のイナーシャトルクＩ_ＭＧ１×ｄω_ＭＧ１，Ｉ_ＭＧ２×ｄω_ＭＧ２も変化することになるので、制限トルクマップ３１には、車速Ｖ（即ち出力軸回転数Ｎｏ）に対応した制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍをあらかじめ演算して記録しておく。そして、車速Ｖに基づき制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを読み出すことで、随時演算することなく、制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを求めることができる。

つづいて、バッテリ１６の充電残量（ＳＯＣ）に応じて制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを補正する際について説明する。例えばインバータ回路１５内などに昇圧回路が備えられていないものにあっては、バッテリ１６の充電残量が低下するにつれて、第１モータ３乃至第２モータ４に供給する電圧が降下することになる。即ち第２モータ４に供給される電圧が降下することは、たとえ第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以内であっても、第２モータ４からエンジン２を円滑に始動するためのトルクが出力できない場合が生じる。

そこで、バッテリ残量検出手段２９によりバッテリ１６の充電残量を検出し、該検出されたバッテリ１６の充電残量に応じて（即ち充電残量が低下して第２モータ４に供給する電圧が降下した分に応じて）、制限トルク補正手段３０が制限トルク演算手段２７により演算された制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍが低くなるように補正する。これにより、第２モータ４からエンジン２を円滑に始動するためのトルクが出力できなくなることを防ぐことができる。

なお、上述した制限トルクマップ３１より制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを読み出して求める場合であっても、同様に制限トルク補正手段３０により演制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを補正することで、第２モータ４からエンジン２を円滑に始動するためのトルクが出力できなくなることを防ぐことができる。

つづいて、エンジン２を始動する際について説明する。上述したＥＶ走行時においては、モータトルク演算手段２３によって、目標駆動トルク（ドライバ要求トルク）Ｔ_ＦＴＧに応じて出力されるべき第１モータ３及び第２モータ４の出力トルク、特に上記式（３）に基づきエンジン２が停止している際のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が演算される。なお、ＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が演算されると、上記式（１）及び式（２）に基づき、ＭＧ１トルクＴ_ＭＧ１も決定されるので、本実施の形態では、ＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２だけを演算した場合について説明する。

例えばＥＶ走行中にモータトルク演算手段２３により演算されたＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が、上記制限トルク演算手段２７により演算された制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以上となると、即ち第２モータ４によりエンジン２が円滑に始動できなくなるので、エンジン始動判定２１によりエンジン２の始動が判定され、該判定に基づきエンジン制御手段２０が該エンジン２を始動制御する（Ｓ２のＹｅｓ）。これにより、第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以上となることはなく、エンジン２が円滑に始動される。

また、このエンジン２が始動された状態、つまり上述したエンジン２の駆動中で走行する状態では、ＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以上であって、つまりドライバ要求トルクＴ_ＦＴＧがＥＶ走行最大トルクＴｏ_ＥＶよりも大きいので（Ｓ４のＹｅｓ）、そのままリターンされる（Ｓ６）。

つづいて、エンジン２を停止する際について説明する。上述したエンジン２の駆動中で走行する状態においても、モータトルク演算手段２３によって、エンジン２が停止したている際の（即ちエンジン２が停止した場合を仮定して）、目標駆動トルク（ドライバ要求トルク）Ｔ_ＦＴＧに応じて出力されるべきＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が演算される。

このようにモータトルク演算手段２３により演算されたＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が、上記制限トルク演算手段２７により演算された制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以内となると、つまりドライバ要求トルクＴ_ＦＴＧがＥＶ走行最大トルクＴｏ_ＥＶよりも小さくなり（Ｓ４のＮｏ）、例えばエンジン２を停止した直後であっても第２モータ４によりエンジン２を円滑に始動できるので、エンジン停止判定２２によりエンジン２の停止が判定され（Ｓ５）、該判定に基づきエンジン制御手段２０が該エンジン２を停止制御し、リターンする（Ｓ６）。これにより、第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以上となることはなく、必ずエンジン２が円滑に始動される。以降、ハイブリッド車輌の走行中においては、ハイブリッド車輌の制御装置１によって、図３に示す制御が繰り返し行われる。

以上説明したように本発明に係るハイブリッド車輌の制御装置１によると、モータ制御手段２４が、エンジン制御手段２０によるエンジン２の停止制御中にて、エンジン２を円滑に始動するための余力を残した制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以内で第２モータ４を駆動制御するので、エンジン２を始動する際には、例えば一旦第１モータ３及び第２モータ４の出力トルクを下げることなく、エンジン２を円滑に始動することができ、それによりドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

また、モータ制御手段２４は、例えば制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを随時演算することなく、車速Ｖに基づき制限トルクマップ３１より読み出された制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以内で第２モータ４を駆動制御することができるので、エンジン２を始動する際には、エンジン２を円滑に始動することができ、それによりドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

更に、モータ制御手段２４は、制限トルク演算手段２７により随時演算された制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以内で第２モータ４を駆動制御することができるので、エンジン２を始動する際には、エンジン２を円滑に始動することができ、それによりドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

また、制限トルク演算手段２７が、第２モータ制御手段２６により駆動制御される第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２によってエンジン２を始動する場合のエンジン回転角加速度ｄωｅを演算し、該演算されたエンジン回転角加速度ｄωｅに基づきモータ制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを演算するので、第１モータ３及び第２モータ４によりエンジン２を始動する際のエンジン回転角加速度ｄωｅを、円滑にエンジン２を始動させるようなエンジン回転角加速度ｄωｅにすることができ、それによりエンジン２を円滑に始動することができて、ドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

更に、制限トルク補正手段３０が、バッテリ残量検出手段２９により検出されたバッテリ１６の充電残量に応じて、制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを補正するので、例えばバッテリ１６の充電残量が減少することにより第２モータ４に供給する電圧が降下し、第２モータ４の出力可能なトルクが低くなる場合であっても、第２モータ４からエンジン２を円滑に始動するためのトルクが出力できなくなることを防ぐことができる。それにより、エンジン２を始動する際には、エンジン２を円滑に始動することができ、それによりドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

また、ドライバ要求トルク検出手段２８がドライバの要求するドライバ要求トルクＴ_ＦＴＧを検出し、モータトルク演算手段２３がドライバ要求トルクＴ_ＦＴＧに基づき第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２を演算し、エンジン始動判定手段２１がモータトルク演算手段２３により演算されたＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が制限トルク演算手段２７により演算されたモータ制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以上である場合にエンジン２の始動を判定し、エンジン制御手段２０が、エンジン始動判定手段２１の判定結果に基づきエンジン２を始動制御するので、第２モータ４がモータ制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以上になる前にエンジン２を始動することができ、それによりエンジン２を円滑に始動することができて、ドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

更に、エンジン停止判定手段２２がモータトルク演算手段２３により演算された第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２が制限トルク演算手段２７により演算されたモータ制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以内である場合にエンジン２の停止を判定し、エンジン制御手段２０がエンジン停止判定手段２２の判定結果に基づきエンジン２を停止制御するので、エンジン２を停止する際には、第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２をモータ制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ未満にすることができ、それにより、例えば直後にエンジン２の始動が行われても、エンジン２を円滑に始動することができて、ドライバに違和感を与えることを防ぐことができる。

なお、本実施の形態においては、第２モータ４の制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍを演算し、ＥＶ走行時の第２モータ４を該制限トルクＴ_ＭＧ２_ｌｉｍ以内に制御するものについて説明したが、これに限らず、第１モータ３のＭＧ１トルクＴ_ＭＧ１と第２モータ４のＭＧ２トルクＴ_ＭＧ２との比例関係から（式（１）及び式（２）参照）、第１モータ３の制限トルクを演算し、ＥＶ走行時の第１モータ３を該制限トルク以内に制御するものであっても、同様に制御することが可能である。

また、以上に説明したトランスミッション１０の制御においては、第１モータ制御手段３２により第１モータ３を回転数制御し、第２モータ制御手段３３により第２モータ４をトルク制御するものについて説明したが、反対に第２モータ制御手段３３により第２モータ４を回転数制御し、第１モータ制御手段３２により第１モータ３をトルク制御するようにしてもよい。

更に、以上に説明したハイブリッド機構２０においては、いわゆるシンプソンタイプのプラネタリギヤユニットＰＵを用いたものを説明したが、例えばラビニヨタイプのプラネタリギヤユニットを用いてもよく、更に、例えばプラネタリギヤを２つ用いたものであってもよく、つまり４つの回転要素を有してそれら４つの回転要素にそれぞれ連結されたエンジン、第１モータ、第２モータ、及び出力軸を連結関係にするものであれば、どのようなものであってもよい。

また、本ハイブリッド機構２０においては、上述のように４つの回転要素を有する差動歯車機構（プラネタリギヤユニットＰＵ）を備えたものを一例として説明したが、例えば５つの回転要素を有して、４つの回転要素のそれぞれにエンジン、第１モータ、第２モータ、及び出力軸を連結する他に、５つ目の回転要素に例えばブレーキなどを連結するようなハイブリッド機構に本発明を用いてもよい。更に、例えば６つの回転要素を有している差動歯車機構を備えたハイブリッド機構に本発明を用いるものであってもよく、つまり少なくとも４つ以上の回転要素を有する差動歯車機構を備えたハイブリッド機構であれば、どのようなものに本発明を用いてもよい。

本発明に係るハイブリッド車輌の制御装置を示すブロック図。 本発明に係るハイブリッド車輌を示すスケルトン図。 ハイブリッド車輌の制御装置の制御を示すフローチャート。 回転数が変化しない際の、エンジン、第１モータ、第２モータ及び出力軸のトルク関係を示す説明図。 回転数が変化する際の、エンジン、第１モータ、第２モータ及び出力軸のトルク関係を示す説明図。

符号の説明

１ ハイブリッド車輌の制御装置
２ エンジン
３ 第１モータ
４ 第２モータ
５ 入力軸
６ 出力軸
１２ 駆動車輪
２０ エンジン制御手段
２１ エンジン始動判定手段
２２ エンジン停止判定手段
２３ モータトルク演算手段
２４ モータ制御手段
２５ 第１モータ制御手段
２６ 第２モータ制御手段
２７ 制限トルク演算手段
２８ ドライバ要求トルク検出手段
２９ バッテリ残量検出手段
３０ 制限トルク補正手段
３１ 制限トルクマップ
ＰＵ 差動歯車機構（プラネタリギヤユニット）
Ｓ１ 回転要素（サンギヤ）
Ｓ２ 回転要素（サンギヤ）
ＣＲ１ 回転要素（キャリヤ）
ＣＲ２ 回転要素（キャリヤ）
Ｒ１ 回転要素（リングギヤ）
Ｒ２ 回転要素（リングギヤ）
Ｎ_ＭＧ１ 第１モータの回転数
Ｔ_ＭＧ１ 第１モータの出力トルク
Ｔ_ＭＧ２ 第２モータの出力トルク
Ｔ_ＭＧ２_ｌｉｍ モータ制限トルク
Ｔ_ＦＴＧ ドライバ要求トルク
ｄωｅ エンジン回転角加速度
ｄω_MG１ 第１モータの回転角加速度
ｄω_MG2 第２モータの回転角加速度
Ｖ 車速

Claims (7)

1. エンジンに接続された入力軸と、第１モータと、第２モータと、駆動車輪に接続される出力軸と、該入力軸、該第１モータ、該第２モータ、及び該出力軸にそれぞれ連結された４つの回転要素を有する差動歯車機構と、を備えたハイブリッド車輌に用いられ、
   前記エンジンを駆動制御自在なエンジン制御手段と、前記第１モータ及び前記第２モータを駆動制御自在なモータ制御手段と、を備え、前記エンジンを停止すると共に、前記ハイブリッド車輌が走行し得るように前記第１モータ及び前記第２モータを駆動制御し得、かつ前記第１モータ及び前記第２モータを駆動制御することにより前記エンジンを始動し得るハイブリッド車輌の制御装置において、
   前記モータ制御手段は、前記エンジン制御手段による前記エンジンの停止制御中にて、前記第１モータ及び前記第２モータによって前記エンジンを円滑に始動するための余力を残したモータ制限トルク以内で前記第１モータ及び前記第２モータの少なくとも一方を駆動制御する、
   ことを特徴とするハイブリッド車輌の制御装置。
2. 車速に対応した前記モータ制限トルクが記録されている制限トルクマップを備え、
   前記モータ制御手段は、前記車速に基づき前記制限トルクマップより読み出された前記モータ制限トルク以内で前記第１モータ及び前記第２モータの少なくとも一方を駆動制御してなる、
   請求項１記載のハイブリッド車輌の制御装置。
3. 前記モータ制限トルクを随時演算する制限トルク演算手段を備え、
   前記モータ制御手段は、前記制限トルク演算手段により演算された前記モータ制限トルク以内で前記第１モータ及び前記第２モータの少なくとも一方を駆動制御してなる、
   請求項１記載のハイブリッド車輌の制御装置。
4. 前記モータ制御手段は、前記第１モータの回転数を回転数制御し得る第１モータ制御手段と、前記第２モータの出力トルクをトルク制御し得る第２モータ制御手段と、を有してなり、
   前記制限トルク演算手段は、前記第２モータ制御手段により駆動制御される前記第２モータの出力トルクによって前記エンジンを始動する場合のエンジン回転角加速度を演算し、該演算されたエンジン回転角加速度に基づき前記モータ制限トルクを演算してなる、
   請求項３記載のハイブリッド車輌の制御装置。
5. 前記第１モータ及び前記第２モータに対して充放電自在なバッテリと、
   前記バッテリの充電残量を検出自在なバッテリ残量検出手段と、
   前記バッテリ残量検出手段により検出された前記バッテリの充電残量に応じて、前記モータ制限トルクを補正する制限トルク補正手段と、を備えてなる、
   請求項１ないし４のいずれか記載のハイブリッド車輌の制御装置。
6. ドライバの要求するドライバ要求トルクを検出するドライバ要求トルク検出手段と、
   前記ドライバ要求トルクに基づき、前記エンジンを停止した状態の前記第１モータ及び前記第２モータの出力トルクを演算するモータトルク演算手段と、
   前記モータトルク演算手段により演算された前記エンジンを停止した状態の前記第１モータ及び前記第２モータの出力トルクが、前記モータ制限トルク以上である場合に、前記エンジンの始動を判定するエンジン始動判定手段と、を備え、
   前記エンジン制御手段は、前記エンジン始動判定手段の判定結果に基づき前記エンジンを始動制御してなる、
   請求項１ないし５のいずれか記載のハイブリッド車輌の制御装置。
7. 前記モータトルク演算手段により演算された前記エンジンを停止した状態の前記第１モータ及び前記第２モータの出力トルクが、前記モータ制限トルク以内である場合に、前記エンジンの停止を判定するエンジン停止判定手段を備え、
   前記エンジン制御手段は、前記エンジン停止判定手段の判定結果に基づき前記エンジンを停止制御してなる、
   請求項６記載のハイブリッド車輌の制御装置。
   
   

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