JP2006232258A - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバビリティを向上させる。
【解決手段】駆動軸に要求される要求トルクＴｒ＊に基づいてエンジンの運転ポイントを設定し、設定した運転ポイントにおける仮目標回転数Ｎｅｔｍｐに対して一次遅れ処理を施した一次遅れ回転数Ｎｅ１を計算し（Ｓ１３０）、前回のエンジンの目標回転数変化量ΔＮｅ＊を所定値αだけ増減させたレート上限値Ｎｒｔｍａ，レート下限値Ｎｒｔｍｉをもって一次遅れ回転数Ｎｅ１に対してレート処理を施して目標回転数Ｎｅ＊を設定し（Ｓ１４０，Ｓ１５０）、設定した目標回転数Ｎｅ＊でエンジンが運転されると共に要求トルクＴｒ＊が駆動軸に出力されるようエンジン２２と二つのモータとを制御する。これにより、エンジンの回転数を二次曲線状に変化させることができるから、エンジンおよび第１モータからなる慣性系のイナーシャトルクを線形的に変化させることができ、イナーシャトルクに起因するショックを抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関する。

従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、エンジンのクランクシャフトにキャリアが接続されると共に車軸に連結された駆動軸にリングギヤが接続されたプラネタリギヤと、プラネタリギヤのサンギヤに接続された第１モータと、駆動軸に接続された第２モータと、第１モータおよび第２モータと電力をやりとりするバッテリとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車では、運転者によりアクセルペダルが踏み込まれて駆動軸の要求動力が増大したとき、要求動力に基づいてエンジンの運転ポイント（目標回転数と目標トルク）を設定すると共に設定したエンジンの目標回転数に対して一次遅れ処理により徐々に所望の値に移行するようにサンギヤの目標回転数（第１モータの目標回転数）を設定してエンジンと第１モータを制御し、要求動力が駆動軸に出力されるよう第２モータを制御している。
特開２００１−１６４９６０号公報

上述したハイブリッド車において、目標回転数をもって第１モータを制御する際に第１モータからみたエンジンと第１モータとからなる慣性系のイナーシャトルクが駆動軸側に伝達され、このイナーシャトルクが車両にショックを生じさせる場合がある。特に、車両を加速させる際に生じるイナーシャトルクは車両を減速させる方向のトルクとなるから、運転者によっては違和感を感じる場合もある。こうしたイナーシャトルクを考慮してバッテリからの出力を用いて第２モータを制御することも考えられるが、バッテリの出力を十分に用いることができないときには対応することができない。

本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、ドライバビリティをより向上させることを目的の一つとする。また、本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、内燃機関を含む慣性系の慣性力に起因して車両にショックが生じるのを抑制することを目的の一つとする。

本発明のハイブリッド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。

本発明のハイブリッド車は、
内燃機関と、
走行状態に対して独立して前記内燃機関の出力軸の回転を調整しながら該内燃機関からの動力の少なくとも一部を車軸側に伝達可能な回転調整動力伝達手段と、
前記車軸側に動力を出力可能な電動機と、
該電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
運転者により要求される要求動力に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定し、該設定した運転ポイントにおける回転数の変化に対して該内燃機関を含む慣性系の慣性トルクが連続的に変化するよう該運転ポイントを調整し、該調整した運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に該要求動力に基づく動力が前記車軸側に出力されるよう前記内燃機関と前記回転調整動力伝達手段と前記電動機とを制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車では、運転者により要求される要求動力に基づいて内燃機関の運転ポイントを設定し、設定した運転ポイントにおける回転数の変化に対して内燃機関を含む慣性系の慣性トルクが連続的に変化するよう運転ポイントを調整し、調整した運転ポイントで内燃機関が運転されると共に要求動力に基づく動力が車軸側に出力されるよう内燃機関と走行状態に対して独立して内燃機関の出力軸の回転を調整しながら内燃機関からの動力の少なくとも一部を車軸側に伝達可能な回転調整動力伝達手段と車軸側に動力を出力可能な電動機とを制御する。従って、内燃機関の運転ポイントを調整することにより内燃機関を含む慣性系の慣性力に起因して車両にショックが生じるのを抑制することができる。この結果、ドライバビリティをより向上させることができる。ここで、「連続的に変化」には、線形的に変化するものも含まれる。

こうした本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記要求動力に基づいて設定した運転ポイントにおける回転数の変化に対して前記内燃機関の出力軸の回転数が略二次曲線状に変化するよう該運転ポイントを調整する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の出力軸の回転数を略二次曲線状に変化するよう運転ポイントを調整することにより、内燃機関を含む慣性系の慣性トルクを線形的に変化させることができるから、内燃機関を含む慣性系の慣性力に起因して車両にショックが生じるのを抑制することができる。

また、本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記要求動力に基づいて設定した運転ポイントにおける回転数に対して所定の緩変化処理を施すことにより該運転ポイントを調整する手段であるものとすることもできる。この場合、前記制御手段は、前記所定の緩変化処理として時間の経過と共にレートを線形的に増減してなるレート処理を施すことにより前記運転ポイントを調整する手段であるものとすることもできる。こうすれば、レート処理を用いて内燃機関の出力軸の回転数を略二次曲線状に変化させることができる。さらにこの場合、前記制御手段は、前記所定の緩変化処理として前記要求動力に基づいて設定した運転ポイントにおける回転数に対して一次遅れ処理を施すと共に該一次遅れ処理を施した後の回転数に対して前記レート処理を施すことにより前記運転ポイントを調整する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の運転ポイントにおける回転数が変化する際のオーバーシュートを抑制することができる。

所定の緩変化処理を行なう態様の本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記所定の緩変化処理として、前記要求動力に基づいて設定した運転ポイントにおける回転数と現在の前記内燃機関の回転数との偏差に基づいて該内燃機関の回転数の上昇程度または下降程度の制限値を設定し、該制限値の範囲内で該内燃機関の回転数が上昇または下降するよう前記運転ポイントを調整する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の運転ポイントを迅速に変更することができると共にスムーズに収束させることができる。この場合、前記制御手段は、前記偏差が小さいほど前記内燃機関の回転数の上昇程度または下降程度が小さくなる傾向に前記制限値を設定する手段であるものとすることもできる。さらにこの場合、前記制御手段は、前記偏差が小さくなるほど単位時間当たりの前記内燃機関の回転数の上昇程度または下降程度が非線形的に小さくなるよう前記制限値を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の運転ポイントを更に迅速に変更することができると共にスムーズに収束させることができる。

本発明のハイブリッド車において、前記回転調整動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記車軸に連結された駆動軸と第３の軸の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１軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段であるものとすることもできるし、前記回転調整動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記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、電磁的な作用により該第１の回転子と該第２の回転子とを相対回転させる対回転子電動機であるものとすることもできるし、前記回転調整動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記車軸に連結された駆動軸とに接続され、該内燃機関からの動力を無段階に変速して該駆動軸に出力する無段変速機であるものとすることもできる。

本発明のハイブリッド車の制御方法は、
内燃機関と、走行状態に対して独立して前記内燃機関の出力軸の回転を調整しながら該内燃機関からの動力の少なくとも一部を車軸側に伝達可能な回転調整動力伝達手段と、前記車軸側に動力を出力可能な電動機と、該電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
（ａ）運転者により要求される要求動力に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定し、
（ｂ）該設定した運転ポイントにおける回転数の変化に対して該内燃機関を含む慣性系の慣性トルクが連続的に変化するよう該運転ポイントを調整し、
（ｃ）該調整した運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に該要求動力に基づく動力が前記車軸側に出力されるよう前記内燃機関と前記回転調整動力伝達手段と前記電動機とを制御する
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車の制御方法によれば、運転者により要求される要求動力に基づいて内燃機関の運転ポイントを設定し、設定した運転ポイントにおける回転数の変化に対して内燃機関を含む慣性系の慣性トルクが連続的に変化するよう運転ポイントを調整し、調整した運転ポイントで内燃機関が運転されると共に要求動力に基づく動力が車軸側に出力されるよう内燃機関と走行状態に対して独立して内燃機関の出力軸の回転を調整しながら内燃機関からの動力の少なくとも一部を車軸側に伝達可能な回転調整動力伝達手段と車軸側に動力を出力可能な電動機とを制御する。従って、内燃機関の運転ポイントを調整することにより内燃機関を含む慣性系の慣性力に起因して車両にショックが生じるのを抑制することができる。この結果、ドライバビリティをより向上させることができる。ここで、「連続的に変化」には、線形的に変化するものも含まれる。

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、本発明の一実施形態としてのハイブリッド車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、動力出力装置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、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、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。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。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）も演算している。

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。

こうして構成された実施例のハイブリッド車２０は、運転者によるアクセルペダル８３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を計算し、この要求トルク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とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２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動力分配統合機構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動力分配統合機構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。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド車２０の動作について説明する。図２は、実施例のハイブリッド車２０の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、８ｍｓｅｃ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の残容量ＳＯＣ，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなどの制御に必要なデータを入力する処理を行なう（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。残容量ＳＯＣは、電流センサにより検出されたバッテリ５０の充放電電流に基づいて演算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。入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、残容量ＳＯＣや電池温度など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＊とエンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。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。図３に要求トルク設定用のマップの一例を示す。また、要求パワーＰｅ＊は、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の充放電要求パワーＰｂ＊と損失Ｌｏｓｓとの和により計算されたものを設定するものとした。ここで、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることにより求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることにより求めたりすることができる。また、充放電要求パワーＰｂ＊は、バッテリ５０の残容量ＳＯＣやアクセル開度Ａｃｃに基づいて設定することができる。

要求パワーＰｅ＊を設定すると、設定した要求パワーＰｅ＊とエンジン２２を効率よく運転させる動作ラインとに基づいてエンジン２２の仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとを設定する（ステップＳ１２０）。エンジン２２の動作ラインの一例および仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとを設定する様子を図４に示す。図示するように、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐ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。

仮目標回転数Ｎｅｔｍｐを設定すると、設定した仮目標回転数Ｎｅｔｍｐに一次遅れ処理を施して一次遅れ回転数Ｎｅ１を計算する（ステップＳ１３０）。なお、一次遅れ処理は、周知の技術であるからその説明は省略する。そして、前回このルーチンの後述するステップＳ１６０で計算した前回の目標回転数変化量ΔＮｅ＊に所定値αを加えたものをレート上限値Ｎｒｔｍａに設定すると共に前回の目標回転数変化量ΔＮｅ＊から所定値αを減じたものをレート下限値Ｎｒｔｍｉに設定し（ステップＳ１４０）、計算した一次遅れ回転数Ｎｅ１と前回の目標回転数Ｎｅ＊にレート上限値Ｎｒｔｍａを加えたものとを比較して小さい方と前回の目標回転数Ｎｅ＊にレート下限値Ｎｒｔｍｉを減じたものとを比較し、両者のうち大きい方をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に設定する（ステップＳ１５０）。即ち、一次遅れ回転数Ｎｅ１に対してレート上限値Ｎｒｔｍａとレート下限値Ｎｒｔｍｉとによりレートリミット処理を施したものをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定するのである。レートリミット処理では、レート上限値Ｎｒｔｍａとレート下限値Ｎｒｔｍｉとを前回の目標回転数変化量ΔＮｅ＊に対して所定値αだけ増減させて設定するから、一次遅れ回転数Ｎｅ１がレート上限値Ｎｒｔｍａよりも高い状態が継続しているときには目標回転数Ｎｅ＊は二次曲線状に増加していくことになり、一次遅れ回転数Ｎｅ１がレート下限値Ｎｒｔｍｉよりも低い状態が継続しているときには目標回転数Ｎｅ＊は二次曲線状に減少していくことになる。ここで、所定値αは、目標回転数Ｎｅ＊を二次曲線状に変化させる際の変化の度合いを定めたものである。こうして目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、設定した目標回転数Ｎｅ＊から前回の目標回転数Ｎｅ＊を減じて前述したステップＳ１４０で用いる目標回転数変化量ΔＮｅ＊を計算すると共に（ステップＳ１６０）、仮目標トルクＴｅｔｍｐをエンジン２２の目標トルクＴｅ＊に設定する（ステップＳ１７０）。

そして、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＊を設定すると共に設定した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて次式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ１８０）。動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図を図５に示す。図中、左のＳ軸はサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２（リングギヤ軸３２ａ）の回転数Ｎｒを示す。前述したように、サンギヤ３１の回転数はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１でありキャリア３４の回転数はエンジン２２の回転数Ｎｅであるから、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊はリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒとエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて式（１）により計算することができる。したがって、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御することにより、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。ここで、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「ＫＰ」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ＫＩ」は積分項のゲインである。なお、図５における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＊がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。

Nm1*=(Ne*・(1+ρ)-Nm2/Gr)/ρ …（１）
Tm1*=前回Tm1*＋KP（Nm1*-Nm1)＋KI∫(Nm1*-Nm1)dt …（２）

モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを設定すると、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と減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとに基づいて要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに作用させるためにモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを次式（３）により計算すると共に（ステップＳ１９０）、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとモータＭ
Ｇ１のトルク指令Ｔｍ１＊と現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とに基づいて次式（４）および次式（５）によりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの下限，上限としてのトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘを計算し（ステップＳ２００）、計算した仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐと計算したトルク制限Ｔｍ２ｍａｘとのうち小さい方と計算したトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎとを比較して大きい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定する（ステップＳ２１０）。これにより、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊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。

Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …（３）
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（４）
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（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Ｓ２２０）、本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。

図６に、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐの変化に対する目標回転数Ｎｅ＊の時間変化の様子を示す。いま、運転者がアクセルペダル８３を大きく踏み込んだ場合を考える。この場合、リングギヤ軸３２ａに要求される要求トルクＴｒ＊は急増するから、これに伴って要求パワーＰｅ＊が急増し仮目標回転数Ｎｅｔｍｐも急増する。このとき、実施例では、ステップＳ１４０，Ｓ１５０で目標回転数Ｎｅｔｍｐの急激な変化に対して目標回転数Ｎｅ＊が二次曲線状に変化するように設定され（図中Ａ区間参照）、この設定された目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２が運転されるよう目標回転数Ｎｍ１＊を設定してモータＭＧ１を制御する。ここで、モータＭＧ１を制御する際におけるモータＭＧ１の回転子に作用するイナーシャトルクは、モータＭＧ１からみたエンジン２２とモータＭＧ１とからなる慣性系の慣性モーメントＩにモータＭＧ１の回転角加速度ωを乗じたものとなり、これが動力分配統合機構３０を介してリングギヤ軸３２ａに伝達される。このとき、モータＭＧ１の回転角加速度ωはモータＭＧ１の回転数の時間微分と同意であるから、目標回転数Ｎｍ１＊の時間微分を線形的に変化、即ち、目標回転数Ｎｍ１＊に対応する目標回転数Ｎｅ＊を二次曲線状に変化させることにより、モータＭＧ１からリングギヤ軸３２ａに伝達されるイナーシャトルクを線形的に変化させることができる。従って、イナーシャトルクに起因してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクのショックを抑制することができる。特に、アクセルペダル８３が大きく踏み込まれて仮目標回転数Ｎｅｔｍｐが増大するときにはモータＭＧ１からリングギヤ軸３２ａに作用するイナーシャトルクは車両を減速させる方向に働くから、こうした減速感を抑制することができる。ステップＳ１４０，Ｓ１５０で仮目標回転数Ｎｅｔｍｐの変化に対して二次曲線状に変化するよう目標回転数Ｎｅ＊を設定するのは、こうした理由による。その後、目標回転数Ｎｅ＊が仮目標回転数Ｎｅｔｍｐに近づいたときにはステップＳ１３０の一次遅れ処理による一次遅れ回転数Ｎｅ１がそのまま目標回転数Ｎｅ＊として設定されるから（図中Ｂ区間参照）、モータＭＧ１（エンジン２２）のオーバーシュートが抑制される。なお、運転者が踏み込んでいたアクセルペダル８３を急激に戻して要求トルクＴｒ＊が急減したときも同様に考えることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド車２０によれば、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求される要求トルクＴｒ＊に基づいてエンジン２２を効率よく運転させる運転ポイント（仮目標回転数Ｎｅｔｍｐ，仮目標トルクＴｅｔｍｐ）を設定し、設定した仮目標回転数Ｎｅｔｍｐの変化に対して二次曲線状に変化するようレート処理をもって目標回転数Ｎｅ＊を設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２が運転されると共に要求トルクＴｒ＊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，ＭＧ２を制御するから、エンジン２２およびモータＭＧ１からリングギヤ軸３２ａに伝達されるイナーシャトルクを線形的に変化させることができる。この結果、エンジン２２およびモータＭＧ１からなる慣性系のイナーシャトルクに起因するトルクショックの発生を抑制することができ、ドライバビリティをより向上させることができる。しかも、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐに対して一次遅れ処理を施した後の一次遅れ回転数Ｎｅ１に対してレート処理を施して目標回転数Ｎｅ＊を設定するから、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１がオーバーシュートするのを抑止することができる。

実施例のハイブリッド車２０では、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐに対してステップＳ１３０による一次遅れ処理を施すと共に一次遅れ処理を施して得られる一次遅れ回転数Ｎｅ１に対してステップＳ１４０，Ｓ１５０によるレート処理を施すことにより目標回転数Ｎｅ＊を設定するものとしたが、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐに対して直接ステップＳ１４０，Ｓ１５０によるレート処理を施して目標回転数Ｎｅ＊を設定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド車２０では、ステップＳ１４０，Ｓ１５０によるレート処理により仮目標回転数Ｎｅｔｍｐの変化に対して目標回転数Ｎｅ＊を二次曲線状に変化させるものとしたが、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐの変化に対して目標回転数Ｎｅ＊を二次曲線状に変化させることができれば他の如何なる処理、例えば、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐに対して二次遅れ要素を適用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、図２の駆動制御ルーチンのステップＳ１３０ででエンジン２２の仮目標回転数Ｎｅｔｍｐに一次遅れ処理を施して一次遅れ回転数Ｎｅ１を計算するものとしたが、一次遅れ回転数Ｎｅ１に代えて図７に例示する駆動制御ルーチンのステップＳ１３０ａ，Ｓ１３０ｂによる処理後回転数Ｎｅ１を計算するものとしてもよい。以下、図７の駆動制御ルーチンについて説明するが、図７のルーチンの各ステップのうち図２のルーチンのステップの同一の処理については同一のステップ番号を付し、その説明は重複するから省略する。図７の駆動制御ルーチンでは、ステップＳ１２０で仮目標回転数Ｎｅｔｍｐを設定すると、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐから前回の目標回転数Ｎｅ＊を減じた回転偏差（Ｎｅｔｍｐ−前回Ｎｅ＊）に基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅの上昇レートおよび下降レートの制限値としての回転数制限ΔＮｅｌｉｍを設定し（ステップＳ１３０ａ）、回転数偏差（Ｎｅｔｍｐ−前回Ｎｅ＊）が正の値のときには仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと前回の目標回転数Ｎｅ＊に回転数制限ΔＮｅｌｉｍを加えた回転数（前回Ｎｅ＊＋ΔＮｅｌｉｍ）とのうち小さい方を処理後回転数Ｎｅ１として設定し、回転数偏差（Ｎｅｔｍｐ−前回Ｎｅ＊）が負の値のときには仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと前回の目標回転数Ｎｅ＊に回転数制限ΔＮｅｌｉｍを加えた回転数（前回Ｎｅ＊＋ΔＮｅｌｉｍ）とのうち大きい方を処理後回転数Ｎｅ１として設定し（ステップＳ１３０ｂ）、ステップＳ１４０以降の処理を実行して本ルーチンを終了する。ここで、回転数制限ΔＮｅｌｉｍは、この例では、回転偏差（Ｎｅｔｍｐ−前回Ｎｅ＊）と回転数制限ΔＮｅｌｉｍとの関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、回転偏差が与えられるとマップから対応する回転数制限ΔＮｅｌｉｍを導出して設定するものとした。このマップの一例を図８に示す。図示するように、回転偏差が小さくなるほど非線形性をもって回転数制限ΔＮｅｌｉｍが値０に近づくようマップを作成した。これは、運転者によるアクセルペダル８３の急な操作により仮目標回転数Ｎｅｔｍｐが急変したときにエンジン２２の回転数Ｎｅを仮目標回転数Ｎｅｔｍｐに向けて迅速に近づけると共に仮目標回転数Ｎｅｔｐｍに近づいたときにはエンジン２２の回転数Ｎｅをスムーズに仮目標回転数Ｎｅｔｐｍに収束させるためである。なお、この例では、回転偏差が小さくなるほど非線形性をもって値０に近づくよう回転数制限ΔＮｅｌｉｍを設定するものとしたが、エンジン２２の回転数Ｎｅを仮目標回転数Ｎｅｔｍｐに迅速に近づける効果は若干落ちるが、回転偏差が小さくなるほど線形性をもって値０に近づくよう回転数制限ΔＮｅｌｉｍを設定するものとしてもよい。また、この例では、回転偏差を仮目標回転数Ｎｅｔｍｐから前回の目標回転数Ｎｅ＊を減じて計算するものとしたが、エンジン２２のクランクシャフトに取り付けられた回転数センサによりエンジン２２の回転数Ｎｅを直接検出するものとし、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐから検出した回転数Ｎｅを減じて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やその変形例では、ステップＳ１７０でエンジン２２の目標トルクＴｅ＊に仮目標トルクＴｅｔｍｐを設定するものとしたが、目標トルクＴｅ＊に要求パワーＰｅ＊をステップＳ１５０で設定した目標回転数Ｎｅ＊で割ったものを設定するものとしてもよい。こうすれば、目標回転数Ｎｅ＊に拘わらず要求パワーＰｅ＊を出力することができる。

実施例のハイブリッド車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９の変形例のハイブリッド車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９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。

実施例のハイブリッド車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１０の変形例のハイブリッド車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。

実施例のハイブリッド車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１１の変形例のハイブリッド車３２０に例示するように、エンジン２２と、エンジン２２のクランクシャフトにクラッチＣＬを介して接続されると共に駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸に接続されエンジン２２からの動力を無段階に変速して出力するＣＶＴ３３０と、駆動軸に動力を出力するモータ３４０とを備えるものとしてもよい。

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、自動車や列車などの車両に関する産業に利用可能である。

本発明の一実施形態としてのハイブリッド車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車２０の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および仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐ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の各回転要素の回転数およびトルクの力学的な関係を示す共線図である。 仮目標回転数Ｎｅｔｍｐの変化に対する目標回転数Ｎｅ＊の時間変化の様子を示す説明図である。 変形例の駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。 回転偏差（Ｎｅｔｍｐ−前回Ｎｅ＊）と回転数制限ΔＮｅｌｉｍとの関係の一例を示すマップである。 変形例のハイブリッド車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車２２０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車３２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０，３２０ ハイブリッド車、２２ エンジン、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、６４ａ，６４ｂ 車輪、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、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、３３０
ＣＶＴ、３４０ モータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (12)

1. 内燃機関と、
   走行状態に対して独立して前記内燃機関の出力軸の回転を調整しながら該内燃機関からの動力の少なくとも一部を車軸側に伝達可能な回転調整動力伝達手段と、
   前記車軸側に動力を出力可能な電動機と、
   該電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
   運転者により要求される要求動力に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定し、該設定した運転ポイントにおける回転数の変化に対して該内燃機関を含む慣性系の慣性トルクが連続的に変化するよう該運転ポイントを調整し、該調整した運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に該要求動力に基づく動力が前記車軸側に出力されるよう前記内燃機関と前記回転調整動力伝達手段と前記電動機とを制御する制御手段と
   を備えるハイブリッド車。
2. 前記制御手段は、前記要求動力に基づいて設定した運転ポイントにおける回転数の変化に対して前記内燃機関の出力軸の回転数が略二次曲線状に変化するよう該運転ポイントを調整する手段である請求項１記載のハイブリッド車。
3. 前記制御手段は、前記要求動力に基づいて設定した運転ポイントにおける回転数に対して所定の緩変化処理を施すことにより該運転ポイントを調整する手段である請求項１または２記載のハイブリッド車。
4. 前記制御手段は、前記所定の緩変化処理として時間の経過と共にレートを線形的に増減してなるレート処理を施すことにより前記運転ポイントを調整する手段である請求項３記載のハイブリッド車。
5. 前記制御手段は、前記所定の緩変化処理として前記要求動力に基づいて設定した運転ポイントにおける回転数に対して一次遅れ処理を施すと共に該一次遅れ処理を施した後の回転数に対して前記レート処理を施すことにより前記運転ポイントを調整する手段である請求項４記載のハイブリッド車。
6. 前記制御手段は、前記所定の緩変化処理として、前記要求動力に基づいて設定した運転ポイントにおける回転数と現在の前記内燃機関の回転数との偏差に基づいて該内燃機関の回転数の上昇程度または下降程度の制限値を設定し、該制限値の範囲内で該内燃機関の回転数が上昇または下降するよう前記運転ポイントを調整する手段である請求項３または４記載のハイブリッド車。
7. 前記制御手段は、前記偏差が小さいほど前記内燃機関の回転数の上昇程度または下降程度が小さくなる傾向に前記制限値を設定する手段である請求項６記載のハイブリッド車。
8. 前記制御手段は、前記偏差が小さくなるほど単位時間当たりの前記内燃機関の回転数の上昇程度または下降程度が非線形的に小さくなるよう前記制限値を設定する手段である請求項７記載のハイブリッド車。
9. 前記回転調整動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記車軸に連結された駆動軸と第３の軸の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１軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段である請求項１ないし８いずれか記載のハイブリッド車。
10. 前記回転調整動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記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、電磁的な作用により該第１の回転子と該第２の回転子とを相対回転させる対回転子電動機である請求項１ないし８いずれか記載のハイブリッド車。
11. 前記回転調整動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記車軸に連結された駆動軸とに接続され、該内燃機関からの動力を無段階に変速して該駆動軸に出力する無段変速機である請求項１ないし８いずれか記載のハイブリッド車。
12. 内燃機関と、走行状態に対して独立して前記内燃機関の出力軸の回転を調整しながら該内燃機関からの動力の少なくとも一部を車軸側に伝達可能な回転調整動力伝達手段と、前記車軸側に動力を出力可能な電動機と、該電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
    （ａ）運転者により要求される要求動力に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定し
    、
    （ｂ）該設定した運転ポイントにおける回転数の変化に対して該内燃機関を含む慣性系の慣性トルクが連続的に変化するよう該運転ポイントを調整し、
    （ｃ）該調整した運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に該要求動力に基づく動力が前記車軸側に出力されるよう前記内燃機関と前記回転調整動力伝達手段と前記電動機とを制御する
    ハイブリッド車の制御方法。
    

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