JP2006152827A - 自動車およびその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 空調装置による乗員室の暖房の必要から内燃機関の運転を継続するものとしても車両の燃費を向上させる。
【解決手段】 車両要求パワーＰ＊はエンジンを比較的効率よく運転することができる下限値近傍の値として設定された閾値Ｐｒｅｆ未満ではあるが空調装置９０による暖房の必要性からエンジン運転要求ＥＧ＊がオンとされたときには（Ｓ１２０，Ｓ１５０）、エンジンパワーＰｅ＊に閾値Ｐｒｅｆを設定すると共にバッテリの上限ＳＯＣに通常の値Ｓ１より大きな値Ｓ２を設定し（Ｓ１６０，Ｓ１７０）、バッテリの充電を伴ったエンジンの負荷運転を実行する。これにより、単にエンジンを自立運転するものに比して、車両の燃費を向上させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車およびその制御方法に関する。
従来、この種の自動車としては、外気の温度と乗員室に設けられた暖房用の空気の吹き出し口における空気吹出温度とに基づいてエンジンのアイドルストップの許可および禁止を設定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、暖房中は、外気の温度が第１所定温度未満のときや空気吹出温度が第２所定温度以上のときにはエンジンのアイドルストップを禁止することにより、空調装置の暖房性能を確保しようとしている。
特開２００１−３４１５１５号公報
しかしながら、上述の自動車では、空調装置による乗員室の暖房の必要からエンジンのアイドルストップを禁止することにより暖房性能を確保することができるものの、エンジンの運転が継続されるため、車両の燃費は低下してしまう。また、エンジンの他に走行用のモータを備えるハイブリッド車では、冷間期の始動直後にモータ走行するときには、バッテリ温度が低いためにバッテリの能力を十分に発揮できない場合が生じる。更に、こうした冷間期の始動直後ではモータ温度も低いためにモータもその能力を十分に発揮できない場合がある。
本発明の自動車およびその制御方法は、空調装置による乗員室の暖房の必要から内燃機関の運転を継続するものとしても車両の燃費を向上させることを目的の一つとする。また、本発明の自動車およびその制御方法は、冷間期の始動直後における二次電池などの蓄電装置や電動機などを早期に暖機することを目的の一つとする。
本発明の自動車およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の自動車は、
走行用の動力を出力可能な内燃機関と、
前記内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電機と、
前記発電機からの電力を充電可能な蓄電手段と、
前記内燃機関を熱源として乗員室を暖房すると共に所定の条件に基づいて該内燃機関の運転要求として暖房用運転要求を設定する暖房手段と、
走行用の動力を含む車両要求パワーに基づいて前記内燃機関の運転要求であるパワー用運転要求を設定するパワー用運転要求設定手段と、
前記パワー用運転要求設定手段によるパワー用運転要求が設定されているパワー要求状態のときには前記内燃機関から前記車両要求パワーに基づく動力が出力されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記パワー用運転要求設定手段によるパワー用運転要求が設定されていないときに前記暖房手段による暖房用運転要求が設定されている暖房要求状態のときには前記内燃機関が負荷運転されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記パワー用運転要求設定手段によるパワー用運転要求も前記暖房手段による暖房用運転要求も設定されていない非要求状態のときには前記内燃機関の運転が停止されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の自動車では、走行用の動力を含む車両要求パワーに基づいて走行用の動力を出力可能な内燃機関の運転要求であるパワー用運転要求が設定されているパワー要求状態のときには内燃機関から車両要求パワーに基づく動力が出力されるよう内燃機関とこの内燃機関の動力を用いて発電する発電機とを制御する。これにより、車両要求パワーに基づく動力を内燃機関から出力することができる。また、パワー用運転要求が設定されていないときに内燃機関を熱源として乗員室を暖房する暖房手段により内燃機関の運転要求として暖房用運転要求が設定されている暖房要求状態のときには内燃機関が負荷運転されるよう内燃機関と発電機とを制御する。これにより、内燃機関を単に自立運転（アイドル運転を含む）する場合に比して車両の燃費を向上させることができる。冷間期の始動直後ではこうした内燃機関の負荷運転により蓄電手段も加温されるから、蓄電手段の温度を早期に上昇させてその性能を十分に発揮させることができる。さらに、パワー用運転要求も暖房用運転要求も設定されていない非要求状態のときには内燃機関の運転が停止されるよう内燃機関と発電機とを制御する。これにより、車両の燃費を向上させることができる。
こうした本発明の自動車において、前記制御手段は前記暖房要求状態のときに前記内燃機関を負荷運転する際には前記蓄電手段が充電されるよう制御する手段であるものとすることもできるし、前記制御手段は前記暖房要求状態のときには前記蓄電手段の充電要求を大きくすることにより前記内燃機関を負荷運転する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段に充電された電力を後に用いることができるから、内燃機関を単に自立運転する場合に比して車両の燃費を向上させることができる。
また、本発明の自動車において、前記制御手段は、前記パワー要求状態と前記非要求状態のときには第１の充電量を上限として前記蓄電手段が充放電されるよう制御し、前記暖房要求状態のときには前記第１の充電量より大きな充電量を上限として前記蓄電手段が充放電されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より多くの電力を蓄電手段に充電することができる。
本発明の自動車において、走行用の動力を出力可能な電動機を備え、前記蓄電手段は前記電動機に電力を供給可能な手段であり、前記制御手段は、前記パワー要求状態のときには前記内燃機関から前記車両要求パワーに基づく動力が出力されると共に走行用の動力が出力されるよう前記内燃機関と前記電動機と前記発電機とを制御し、前記暖房要求状態のときには前記内燃機関が負荷運転されると共に走行用の動力が出力されるよう前記内燃機関と前記電動機と前記発電機とを制御し、前記非要求状態のときには前記内燃機関の運転が停止されると共に走行用の動力が出力されるよう前記内燃機関と前記電動機と前記発電機とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、いずれの状態のときでも走行用の動力を出力することができる。ここで、暖房要求状態のときには内燃機関が負荷運転されるから、冷間期の始動直後でも早期に電動機を加温してその性能を発揮させることができる。
この電動機を備える態様の本発明の自動車において、前記制御手段は、前記暖房要求状態のときに前記内燃機関を負荷運転する際には該内燃機関からの動力の少なくとも一部が走行用の動力として用いられるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関からの動力を蓄電手段の充電だけでなく走行用の動力にも用いることができる。
また、電動機を備える態様の本発明の自動車において、前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段を備えるものとすることもできる。また、電動機を備える態様の本発明の自動車において、前記発電機は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と車軸に連結された駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、該第１の回転子と該第２の回転子の相対的な回転により回転する対回転子発電機であるものとすることもできる。これらの場合、前記電動機は前記車軸または該車軸とは異なる車軸に動力を出力可能に連結されてなるものとすることもできる。
本発明の自動車の制御方法は、
走行用の動力を出力可能な内燃機関と、前記内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電機と、前記発電機からの電力を充電可能な蓄電手段と、前記内燃機関を熱源として乗員室を暖房する暖房手段と、を備える自動車の制御方法であって、
走行用の動力を含む車両要求パワーに基づいて前記内燃機関の運転要求がなされたときには該内燃機関から該車両要求パワーに基づく動力が出力されるよう該内燃機関と前記発電機とを制御し、前記車両要求パワーに基づいて前記内燃機関の運転要求がなされていないときに前記暖房手段による前記乗員室の暖房に基づいて前記内燃機関の運転要求がなされたときには前記内燃機関が負荷運転されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記車両要求パワーに基づいても前記暖房手段による前記乗員室の暖房に基づいても前記内燃機関の運転要求がなされないときには前記内燃機関の運転が停止されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御する
ことを特徴とする。
この本発明の自動車の制御方法では、走行用の動力を含む車両要求パワーに基づいて走行用の動力を出力可能な内燃機関の運転要求がなされたときには内燃機関から車両要求パワーに基づく動力が出力されるよう内燃機関と発電機とを制御する。これにより、車両要求パワーに基づく動力を内燃機関から出力することができる。また、車両要求パワーに基づいて内燃機関の運転要求がなされていないときに内燃機関を熱源として乗員室を暖房する暖房手段による乗員室の暖房に基づいて内燃機関の運転要求がなされたときには内燃機関が負荷運転されるよう内燃機関と発電機とを制御する。これにより、内燃機関を単に自立運転（アイドル運転を含む）する場合に比して車両の燃費を向上させることができる。冷間期の始動直後ではこうした内燃機関の負荷運転により蓄電手段も加温されるから、蓄電手段の温度を早期に上昇させてその性能を十分に発揮させることができる。さらに、車両要求パワーに基づいても暖房手段による乗員室の暖房に基づいても内燃機関の運転要求がなされないときには内燃機関の運転が停止されるよう内燃機関と発電機とを制御する。これにより、車両の燃費を向上させることができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
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、エンジン２２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を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、乗員室２１の空調を行なう空調装置９０と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、冷却水の温度（エンジン水温）Ｔｗを検出する冷却水温度センサ２３などのエンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力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により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０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ハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、電力ライン５４に接続されたインバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。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からの信号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されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０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ハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。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図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，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ハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、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の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）を演算したり、この残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなども演算している。
空調装置９０は、エンジン２２の冷却系に取り付けられ冷却水との熱交換を行なう熱交換器９１と、外気や乗員室２１内の空気を熱交換器９１側に吸引すると共にこの熱交換器９１による熱交換によって暖められた空気を乗員室２１に吹き出させるブロワ９３と、ブロワ９３により吸引される空気を外気か乗員室２１内の空気かに切り替える切替機構９２と、乗員室２１に取り付けられた操作パネル９４と、装置全体をコントロールする空調用電子制御ユニット（以下、空調用ＥＣＵという）９８とを備える。空調用ＥＣＵ９８には、操作パネル９４に取り付けられてヒータのオンオフを操作するブロワスイッチ９４ａからのブロワスイッチ信号ＢＳＷや同じく操作パネル９４に取り付けられて乗員室２１内の温度を設定する設定温度スイッチ９４ｂからの設定温度Ｔ＊，操作パネル９４に取り付けられて乗員室２１内の温度を検出する温度センサ９４ｃからの乗員室温Ｔｉｎ，乗員室２１の外部に取り付けられて外気温を検出する外気温センサ９５からの外気温Ｔｏｕｔなどが入力されており、これらの入力信号に基づいて乗員室温Ｔｉｎが設定温度Ｔ＊となるようブロワ９３を駆動制御すると共にエンジン水温Ｔｗに基づいてエンジン２２の運転要求ＥＧ＊を設定する。エンジン２２の運転要求ＥＧ＊は、例えば、エンジン水温Ｔｗが第１の温度（例えば６０℃）未満のときにオンとすると共にエンジン水温Ｔｗが第２の温度（例えば８０℃）以上のときにオフとするなど種々の手法により設定することができる。また、空調用ＥＣＵ９８は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、必要に応じて設定したエンジン運転要求ＥＧ＊や空調装置９０の状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に送信する。
ハイブリッド用電子制御ユニット７０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と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０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，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。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、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。
次に、こうして構成されたハイブリッド自動車２０の動作、特に空調装置９０により設定されるエンジン運転要求ＥＧ＊のオンオフに基づく駆動制御の際の動作について説明する。図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０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、ハイブリッド用電子制御ユニット７０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，バッテリ５０の充放電要求Ｐｂ＊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により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計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、温度センサ５１により検出されたバッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（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。さらに、バッテリ５０の充放電要求Ｐｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とその目標値である目標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とに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された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＊と車両に要求される車両要求パワーＰ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。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。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。車両要求パワーＰ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求Ｐｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めることができる。
次に、設定した車両要求パワーＰ＊を閾値Ｐｒｅｆと比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｐｒｅｆは、車両要求パワーＰ＊に基づいてエンジン２２を運転するか否かを判定する閾値であり、実施例ではエンジン２２を比較的効率よく運転することができる下限値近傍の値を用いた。車両要求パワーＰ＊が閾値Ｐｒｅｆ以上のときには、車両要求パワーＰ＊によりエンジン２２の運転が必要と判断し、車両要求パワーＰ＊をエンジンパワーＰｅ＊に設定すると共に（ステップＳ１３０）、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）の上限値としての上限ＳＯＣに通常の値Ｓ１（例えば、８０％など）を設定する（ステップＳ１４０）。このように、上限ＳＯＣが設定されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０はこれをバッテリＥＣＵ５２に送信する。この上限ＳＯＣを受信したバッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が上限ＳＯＣを超えないよう充放電要求Ｐｂ＊を設定する。
続いて、設定したエンジンパワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１８０）。この設定は、実施例では、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインとエンジンパワーＰｅ＊とに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図４に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。
次に、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構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目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１９０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構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を図５に示す。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に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ３２の回転数Ｎｒ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。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転したときにエンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。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*=前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt (2)
こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令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）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割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Ｔｍａｘ，Ｔｍｉｎを次式（３）および式（４）により計算すると共に（ステップＳ２３０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（５）により計算し（ステップＳ２４０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘ，Ｔｍｉｎで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２５０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式（５）は、前述した図５の共線図から容易に導き出すことができる。
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmin＝(Win−Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr (5)
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＊と目標トルク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にそれぞれ送信して（ステップＳ２６０）、駆動制御ルーチンを終了する。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が運転されているときにはエンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行ない、エンジン２２が運転停止中のときにはエンジン２２を始動してエンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が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。
ステップＳ１２０で車両要求パワーＰ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満であると判定されると、エンジン運転要求ＥＧ＊を調べ（ステップＳ１５０）、エンジン運転要求ＥＧ＊がオフのときには、エンジン２２の運転は必要ないと判断し、エンジン２２を停止するために目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに値０を設定すると共に（ステップＳ２００）、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）の上限ＳＯＣに通常の値Ｓ１を設定し（ステップＳ２１０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定する（ステップＳ２２０）。そして、設定したトルク指令Ｔｍ１＊を用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ２３０〜Ｓ２５０）、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルク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にそれぞれ送信して（ステップＳ２６０）、駆動制御ルーチンを終了する。値０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が運転されているときにはエンジン２２を停止するよう燃料噴射制御や点火制御などの制御を停止し、エンジン２２が運転停止されているときには運転停止の状態を保持する。なお、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊は、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０が設定されているから、基本的には、要求トルクＴｒ＊が設定されることになる。
ステップＳ１２０で車両要求パワーＰ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満であると判定され、更にステップＳ１５０でエンジン運転要求ＥＧ＊がオンであると判定されると、車両要求パワーＰ＊によってはエンジン２２の運転は必要ないが空調装置９０による暖房のためにエンジン２２の運転が必要と判断し、エンジンパワーＰｅ＊に閾値Ｐｒｅｆを設定すると共に（ステップＳ１６０）、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）の上限ＳＯＣに通常の値Ｓ１より大きな値Ｓ２（例えば８５％など）を設定する（ステップＳ１７０）。ここで、エンジンパワーＰｅ＊に閾値Ｐｒｅｆを設定するのは、エンジン２２を比較的効率よく負荷運転するためである。また、上限ＳＯＣを通常の値Ｓ１より大きな値Ｓ２に設定するのは、より多くの電力をバッテリ５０に充電するためである。こうしてエンジンパワーＰｅ＊を設定すると、エンジンパワーＰｅ＊に基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると共に（ステップＳ１８０）、設定した目標回転数Ｎｅ＊に基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定し（ステップＳ１９０）、更に、設定したトルク指令Ｔｍ１＊に基づいてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定して（ステップＳ２３０〜Ｓ２５０）、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルク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にそれぞれ送信して（ステップＳ２６０）、駆動制御ルーチンを終了する。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、エンジンパワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ以上のときと同様に、エンジン２２が運転されているときにはエンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行ない、エンジン２２が運転停止中のときにはエンジン２２を始動してエンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。
いま、冷間期に充放電要求Ｐｂ＊が値０であり、車両要求パワーＰ＊によってはエンジン２２の運転は必要ないが空調装置９０による暖房のためにエンジン２２の運転が必要と判断される場合、即ち、車両要求パワーＰ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満でエンジン運転要求ＥＧ＊がオンの場合を考える。この場合、車両要求パワーＰ＊は充放電要求Ｐｂ＊が値０であるから、走行に必要なパワー（Ｔｒ＊・Ｎｍ２／Ｇｒ）は閾値Ｐｒｅｆ未満の値となる。一方、エンジンパワーＰｅ＊には閾値Ｐｒｅｆが設定されるから、エンジン２２から出力するパワーは走行に必要なパワーより大きくなる。このため、モータＭＧ１により発電される電力の方がモータＭＧ２により消費される電力より大きくなるから、バッテリ５０は充電されることになる。上述したように、バッテリ５０の上限ＳＯＣには通常の値Ｓ１より大きな値Ｓ２が設定されるから、過剰な発電電力のより多くをバッテリ５０に充電することができる。したがって、上述の駆動制御は、車両要求パワーＰ＊によってはエンジン２２の運転は必要ないが空調装置９０による暖房のためにエンジン２２の運転が必要と判断される場合には、バッテリ５０の充電を伴うことによってエンジン２２を負荷運転するものとなる。こうしてバッテリ５０に充電された電力は、エンジン水温Ｔｗが高くなった以降に放電側の充放電要求Ｐｂ＊として設定され、走行用の動力として用いられる。また、エンジン２２を負荷運転すると、エンジン２２を迅速に暖機することができるから、エンジン２２の熱によりバッテリ５０を迅速に加温することができる。この結果、冷間期の始動直後におけるバッテリ５０の加温を迅速に行なうことができ、バッテリ５０の性能を十分に発揮させることができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、車両要求パワーＰ＊によってはエンジン２２の運転は必要ないが空調装置９０による暖房のためにエンジン２２の運転が必要と判断される場合には、バッテリ５０の充電を伴うことによってエンジン２２を負荷運転することができる。この結果、単にエンジン２２を自立運転（アイドル運転）するものに比して、車両の燃費（エネルギ効率）を向上させることができる。しかも、バッテリ５０の上限ＳＯＣに通常の値Ｓ１より大きな値Ｓ２を設定するから、過剰な発電電力のより多くをバッテリ５０に充電することができる。これにより、更に車両の燃費を向上させることができる。また、エンジン２２の負荷運転により、エンジン２２を迅速に暖機し、エンジン２２の熱によりバッテリ５０を迅速に加温することができる。この結果、冷間期の始動直後におけるバッテリ５０の加温を迅速に行なうことができ、バッテリ５０の性能を十分に発揮させることができる。もとより、車両要求パワーＰ＊によるエンジン２２の運転の必要の有無や空調装置９０による暖房のためのエンジン２２の運転の必要の有無に拘わらず、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊を駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、車両要求パワーＰ＊によってはエンジン２２の運転は必要ないが空調装置９０による暖房のためにエンジン２２の運転が必要と判断される場合には、エンジンパワーＰｅ＊に閾値Ｐｒｅｆを設定してエンジン２２を負荷運転するものとしたが、エンジンパワーＰｅ＊に閾値Ｐｒｅｆより大きな値や小さな値を設定してエンジン２２を負荷運転するものとしても構わない。
実施例のハイブリッド自動車２０では、車両要求パワーＰ＊によってはエンジン２２の運転は必要ないが空調装置９０による暖房のためにエンジン２２の運転が必要と判断される場合には、エンジンパワーＰｅ＊に閾値Ｐｒｅｆを設定することより、バッテリ５０の充電を伴ってエンジン２２を負荷運転するものとしたが、充放電要求Ｐｂ＊を充電側の大きな値に再設定することにより、車両要求パワーＰ＊を閾値Ｐｒｅｆ以上としてエンジン２２を負荷運転するものとしてもよい。この場合、充放電要求Ｐｂ＊の再設定は、車両要求パワーＰ＊が閾値Ｐｒｅｆを超えるものとすれば如何なる値に再設定してもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、車両要求パワーＰ＊によってはエンジン２２の運転は必要ないが空調装置９０による暖房のためにエンジン２２の運転が必要と判断される場合には、バッテリ５０の上限ＳＯＣに通常の値Ｓ１より大きな値Ｓ２を設定するものとしたが、空調装置９０による暖房のためにエンジン２２を運転する場合でもバッテリ５０の上限ＳＯＣを通常の値Ｓ１に保持するものとしても構わない。
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図６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の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図６における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪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７の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。このように、エンジンから走行用の動力を出力することができると共にエンジンを間欠運転することができ、エンジンを熱源として乗員室を暖房する空調装置を備え、空調装置による暖房のためにエンジンを運転するときにはエンジンを負荷運転することができるものであれば、如何なる構成としても構わない。
以上、本発明の実施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。
本発明は、自動車製造産業などに利用可能である。
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。 ハイブリッド用電子制御ユニット７０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。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
２０ ハイブリッド自動車、２１ 乗員室、２２ エンジン、２３ 冷却水温度センサ、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、９０ 空調装置、９１ 熱交換器、９２ 切替機構、９３ ブロワ、９４ 操作パネル、９４ａ ブロワスイッチ、９４ｂ 設定温度スイッチ、９４ｃ 温度センサ、９５ 外気温センサ、９８ 空調用電子制御ユニット（空調用ＥＣＵ）、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (10)

  1. 走行用の動力を出力可能な内燃機関と、
    前記内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電機と、
    前記発電機からの電力を充電可能な蓄電手段と、
    前記内燃機関を熱源として乗員室を暖房すると共に所定の条件に基づいて該内燃機関の運転要求として暖房用運転要求を設定する暖房手段と、
    走行用の動力を含む車両要求パワーに基づいて前記内燃機関の運転要求であるパワー用運転要求を設定するパワー用運転要求設定手段と、
    前記パワー用運転要求設定手段によるパワー用運転要求が設定されているパワー要求状態のときには前記内燃機関から前記車両要求パワーに基づく動力が出力されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記パワー用運転要求設定手段によるパワー用運転要求が設定されていないときに前記暖房手段による暖房用運転要求が設定されている暖房要求状態のときには前記内燃機関が負荷運転されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記パワー用運転要求設定手段によるパワー用運転要求も前記暖房手段による暖房用運転要求も設定されていない非要求状態のときには前記内燃機関の運転が停止されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御する制御手段と、
    を備える自動車。
  2. 前記制御手段は、前記暖房要求状態のときに前記内燃機関を負荷運転する際には前記蓄電手段が充電されるよう制御する手段である請求項１記載の自動車。
  3. 前記制御手段は、前記暖房要求状態のときには前記蓄電手段の充電要求を大きくすることにより前記内燃機関を負荷運転する手段である請求項１記載の自動車。
  4. 前記制御手段は、前記パワー要求状態と前記非要求状態のときには第１の充電量を上限として前記蓄電手段が充放電されるよう制御し、前記暖房要求状態のときには前記第１の充電量より大きな充電量を上限として前記蓄電手段が充放電されるよう制御する手段である請求項１ないし３いずれか記載の自動車。
  5. 請求項１ないし４いずれか記載の自動車であって、
    走行用の動力を出力可能な電動機を備え、
    前記蓄電手段は、前記電動機に電力を供給可能な手段であり、
    前記制御手段は、前記パワー要求状態のときには前記内燃機関から前記車両要求パワーに基づく動力が出力されると共に走行用の動力が出力されるよう前記内燃機関と前記電動機と前記発電機とを制御し、前記暖房要求状態のときには前記内燃機関が負荷運転されると共に走行用の動力が出力されるよう前記内燃機関と前記電動機と前記発電機とを制御し、前記非要求状態のときには前記内燃機関の運転が停止されると共に走行用の動力が出力されるよう前記内燃機関と前記電動機と前記発電機とを制御する手段である
    自動車。
  6. 前記制御手段は、前記暖房要求状態のときに前記内燃機関を負荷運転する際には該内燃機関からの動力の少なくとも一部が走行用の動力として用いられるよう制御する手段である請求項５記載の自動車。
  7. 前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段を備える請求項５または６記載の自動車。
  8. 前記発電機は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と車軸に連結された駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、該第１の回転子と該第２の回転子の相対的な回転により回転する対回転子発電機である請求項５または６記載の自動車。
  9. 前記電動機は前記車軸または該車軸とは異なる車軸に動力を出力可能に連結されてなる請求項７または８記載の自動車。
  10. 走行用の動力を出力可能な内燃機関と、前記内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電機と、前記発電機からの電力を充電可能な蓄電手段と、前記内燃機関を熱源として乗員室を暖房する暖房手段と、を備える自動車の制御方法であって、
    走行用の動力を含む車両要求パワーに基づいて前記内燃機関の運転要求がなされたときには該内燃機関から該車両要求パワーに基づく動力が出力されるよう該内燃機関と前記発電機とを制御し、前記車両要求パワーに基づいて前記内燃機関の運転要求がなされていないときに前記暖房手段による前記乗員室の暖房に基づいて前記内燃機関の運転要求がなされたときには前記内燃機関が負荷運転されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記車両要求パワーに基づいても前記暖房手段による前記乗員室の暖房に基づいても前記内燃機関の運転要求がなされないときには前記内燃機関の運転が停止されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御する
    ことを特徴とする自動車の制御方法。
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