JP2007055473A - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリなどの蓄電装置の充放電管理をより適正に行なうと共に車両の燃費を向上させる。
【解決手段】 サンギヤ３１にモータＭＧ１を、リングギヤ３２に前輪６３ａ，６３ｂを、キャリア３４にエンジン２２のクランクシャフト２６を、それぞれ接続した動力分配統合機構３０のキャリア３４をクラッチＣ１により、サンギヤ３１をクラッチＣ２により、それぞれケースに接続する。そして、動力循環が生じるときには、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が小さいときにはクラッチＣ２をオンとしてモータＭＧ１を回転不能に固定して走行し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が小大きいときにはクラッチＣ１をオンとしてエンジン２２を回転不能に固定して走行する。これにより、バッテリ５０の充放電管理をより適正に行なうことができると共に車両の燃費を向上させることができる。
【選択図】 図１

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、車軸側にリングギヤを介して連結されたプラネタリギヤと、このプラネタリギヤのキャリアに出力軸が連結されたエンジンと、プラネタリギヤのサンギヤに回転軸が連結された発電機と、走行用の動力を出力可能な電動機と、発電機の回転軸を回転不能に固定可能なクラッチとを備えるものが提案されている（特許文献１参照）。このハイブリッド車では、運転者のアクセルペダルの踏み込み量に応じて設定される車両要求トルクとしての要求トルクに基づいて回転軸を回転可能な状態とするか回転不能な状態にするかを決定してクラッチをオンオフし、要求トルクが出力されるようエンジンや発電機や電動機を制御している。
特開２００４−２３６４０６号公報

上述のハイブリッド車では、車両に要求される要求トルクに応じて発電機の回転状態を設定しているため、発電機や電動機と電力をやりとりするバッテリの状態（放電可能な電力量の全容量に対する割合である残容量（ＳＯＣ））については考慮されておらず、バッテリを過放電したり過充電したりする場合が生じ得る。特に、ハイブリッド車の燃費を向上させるために小型で小容量のバッテリを搭載する場合、バッテリの過放電や過充電を回避すること、即ち、バッテリの充放電管理をより適正に行なうことは重要な課題となる。

本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、バッテリなどの蓄電装置の充放電管理をより適正に行なう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、車両の燃費を向上させ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、
前記内燃機関の出力軸と車軸と回転軸との３軸に連結され、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出力する３軸式動力入出力手段と、
前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、
走行用の動力を出力可能な電動機と、
前記内燃機関の出力軸を回転不能に固定可能な出力軸固定手段と、
前記回転軸を回転不能に固定可能な回転軸固定手段と、
前記発電機および前記電動機と動力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段から放電可能な電力量の全容量に対する割合としての蓄電量割合を検出する蓄電量割合検出手段と、
走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記検出された蓄電量割合に基づいて前記出力軸および前記回転軸が回転可能な状態とするか回転不能な状態とするかの回転可否状態を設定し、該設定された回転可否状態となるよう前記出力軸固定手段と前記回転軸固定手段とを制御すると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力で走行するよう前記内燃機関と前記発電機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、発電機や電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段から放電可能な電力量の全容量に対する割合としての蓄電量割合に基づいて内燃機関の出力軸の回転の可否と発電機の回転の可否との状態である回転可否状態を設定し、この設定した回転可否状態となるよう内燃機関の出力軸を回転不能に固定可能な出力軸固定手段と発電機の回転軸を回転不能に固定可能な回転軸固定手段とを制御すると共に走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力で走行するよう内燃機関と発電機と電動機とを制御する。ここで、内燃機関の出力軸と発電機の回転軸とを共に回転可能な状態とすれば、走行に要求される要求駆動力に見合う動力と内燃機関からの動力との差分で蓄電手段の蓄電量割合を増減することができ、内燃機関の出力軸を回転不能とすると共に発電機の回転軸を回転可能な状態とすれば、発電機と電動機とからの動力により走行するモータ走行状態となるから、蓄電手段の蓄電量割合を迅速に低下させることができ、内燃機関の出力軸を回転可能とすると共に発電機の回転軸を回転不能な状態とすれば、内燃機関からの動力を一定のギヤ比で車軸側に伝達すると共に走行に要求される要求駆動力に見合う動力と内燃機関からの動力との差分で蓄電手段の蓄電量割合を増減することができる。したがって、蓄電手段の蓄電量割合に応じて内燃機関の出力軸を回転不能に固定したり発電機の回転軸を回転不能に固定することにより、蓄電手段の蓄電量割合の適正な増減とエネルギ効率の向上とを図ることができる。この結果、蓄電手段の充放電管理をより適正に行なうことができると共に車両の燃費を向上させることができる。

こうした本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記出力軸および前記回転軸が共に回転可能な両回転可能状態と、前記出力軸が回転不能で前記回転軸が回転可能な機関回転不能状態と、前記出力軸が回転可能で前記回転軸が回転不能な発電機回転不能状態とのいずれかから前記回転可否状態を設定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、前記検出された蓄電量割合が第１の割合未満のときには前記発電機回転不能状態を設定する手段であるものとすることもできる。また、前記制御手段は、前記検出された蓄電量割合が第２の割合以上のときには前記機関回転不能状態を設定する手段であるものとすることもできる。さらに、前記制御手段は、前記検出された蓄電量割合が第１の割合以上で第２の割合未満のときには前記両回転可能状態を設定する手段であるものとすることもできる。

また、本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記設定された要求駆動力に見合う動力を前記内燃機関から出力しようとすると前記発電機を電動機として駆動する状態に至るときに前記検出された蓄電量割合に基づいて回転可否状態を設定する手段であるものとすることもできる。この場合、一部の電力については機械的な動力に変換されこれが再び電力に変換されるといった電力と動力の循環が生じ、エネルギ効率を低下させるから、これを回避することができる。この結果、車両の燃費を向上させることができる。

さらに、本発明のハイブリッド車において、車速を検出する車速検出手段を備え、前記制御手段は、前記検出された車速が所定車速以下のときには、前記検出された蓄電量割合に拘わらず、前記出力軸および前記回転軸が共に回転可能な状態となるよう回転可否状態を設定する手段であるものとすることもできる。上述した電力と動力の循環は、比較的降車速で巡航走行するときに生じやすいから、これを考慮したものとなる。したがって、上述した電力と動力の循環を回避することによる効果、即ち、車両の燃費を向上させる効果を奏することができる。

あるいは、本発明のハイブリッド車において、前記電動機は前記３軸式動力入出力手段が連結された車軸とは異なる車軸に動力を入出力するよう取り付けられてなるものとすることもできる。こうすれば、複数の車軸に走行用の動力を出力することができる。

本発明のハイブリッド車の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と車軸と回転軸との３軸に連結され、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出力する３軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、走行用の動力を出力可能な電動機と、前記内燃機関の出力軸を回転不能に固定可能な出力軸固定手段と、前記回転軸を回転不能に固定可能な回転軸固定手段と、前記発電機および前記電動機と動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）前記蓄電手段から放電可能な電力量の全容量に対する割合としての蓄電量割合に基づいて前記出力軸および前記回転軸を回転可能な状態とするか回転不能な状態とするかの回転可否状態を設定し、
（ｂ）前記設定した回転可否状態となるよう前記出力軸固定手段と前記回転軸固定手段とを制御すると共に走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力で走行するよう前記内燃機関と前記発電機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では、発電機や電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段から放電可能な電力量の全容量に対する割合としての蓄電量割合に基づいて内燃機関の出力軸の回転の可否と発電機の回転の可否との状態である回転可否状態を設定し、この設定した回転可否状態となるよう内燃機関の出力軸を回転不能に固定可能な出力軸固定手段と発電機の回転軸を回転不能に固定可能な回転軸固定手段とを制御すると共に走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力で走行するよう内燃機関と発電機と電動機とを制御する。ここで、内燃機関の出力軸と発電機の回転軸とを共に回転可能な状態とすれば、走行に要求される要求駆動力に見合う動力と内燃機関からの動力との差分で蓄電手段の蓄電量割合を増減することができ、内燃機関の出力軸を回転不能とすると共に発電機の回転軸を回転可能な状態とすれば、発電機と電動機とからの動力により走行するモータ走行状態となるから、蓄電手段の蓄電量割合を迅速に低下させることができ、内燃機関の出力軸を回転可能とすると共に発電機の回転軸を回転不能な状態とすれば、内燃機関からの動力を一定のギヤ比で車軸側に伝達すると共に走行に要求される要求駆動力に見合う動力と内燃機関からの動力との差分で蓄電手段の蓄電量割合を増減することができる。したがって、蓄電手段の蓄電量割合に応じて内燃機関の出力軸を回転不能に固定したり発電機の回転軸を回転不能に固定することにより、蓄電手段の蓄電量割合の適正な増減とエネルギ効率の向上とを図ることができる。この結果、蓄電手段の充放電管理をより適正に行なうことができると共に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、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載した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を介して接続されると共に前輪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、後輪６８ａ，６８ｂにデファレンシャルギヤ６７とギヤ機構６５とを介して接続された発電可能なモータＭＧ２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、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にはギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して前輪６３ａ，６３ｂがそれぞれ連結されている。動力分配統合機構３０のキャリア３４はクラッチＣ１により図示しないケースに回転不能に固定できるようになっており、サンギヤ３１はクラッチＣ２により図示しないケースに回転不能に固定できるようになっている。クラッチＣ１とクラッチＣ２とを共にオフとする状態では、動力分配統合機構３０は通常の作動歯車として機能し、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、ギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して前輪６３ａ，６３ｂに出力される。クラッチＣ１をオンとすると共にクラッチＣ２をオフとした状態では、動力分配統合機構３０はモータＭＧ１の回転軸に対して減速機として機能し、モータＭＧ１からの動力をトルクを増幅して前輪６３ａ，６３ｂ側に出力する。クラッチＣ１をオフとすると共にクラッチＣ２をオンとした状態では、動力分配統合機構３０はエンジン２２のクランクシャフト２６に対して増速機として機能し、エンジン２２からの動力をトルクを小さくして前輪６３ａ，６３ｂ側に出力する。クラッチＣ１およびクラッチＣ２を共にオンとする状態は、動力分配統合機構３０のすべての回転要素を回転不能にするため、通常は用いられない。

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に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度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自動車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とに基づいて前輪６３ａ，６３ｂおよび後輪６８ａ，６８ｂ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前輪６３ａ，６３ｂおよび後輪６８ａ，６８ｂ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、クラッチＣ１およびクラッチＣ２が共にオフの状態で、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前輪６３ａ，６３ｂおよび後輪６８ａ，６８ｂ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前輪６３ａ，６３ｂおよび後輪６８ａ，６８ｂ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前輪６３ａ，６３ｂおよび後輪６８ａ，６８ｂ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。また、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、前述したように、クラッチＣ１をオフとすると共にクラッチＣ２をオンとしてエンジン２２からの動力とモータＭＧ２からの動力とにより走行するモータ固定運転モードと、クラッチＣ１をオンとすると共にクラッチＣ２をオフとしてモータＭＧ１からの動力とモータＭＧ２からの動力とにより走行するエンジン固定運転モードと、がある。

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、特にクラッチＣ１，Ｃ２のオンオフを伴った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の残容量（ＳＯＣ），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の残容量（ＳＯＣ）は、バッテリ５０の充放電電流を積算することにより計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。さらに、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の電池温度とバッテリ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。

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動力分配統合機構３０のリングギヤ３２に作用させるべきトルクとしての要求トルクＴｒ＊とエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴｒ＊は、車両に要求されるトルクを動力分配統合機構３０のリングギヤ３２に作用させたときのトルクであり、実際にリングギヤ３２にこのトルクを作用させるものではない。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。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ３２の回転数（車速Ｖに換算係数ｋを乗じたもの）を乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。

続いて、設定した要求パワー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Ｓ１２０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと要求パワー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３２の回転数Ｎｒ（ｋ・Ｖ）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（ステップＳ１３０）。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３２に伝達されるトルクである。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-k・V/ρ (1)

こうして目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると、計算した目標回転数Ｎｍ１＊が正の値になるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。モータＭＧ１が負の回転数で回転する際の動力分配統合機構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６に示す。なお、図５はモータＭＧ１が正の回転数で回転する際のものである。モータＭＧ１が正の回転数で回転する図５の状態では、モータＭＧ１は発電機として機能するから、エンジン２２から出力される動力の一部をモータＭＧ１により電力に変換し、変換した電力の一部または全部はモータＭＧ２によって消費される。このとき、モータＭＧ２によって消費されなかった変換された電力はバッテリ５０の充電に用いられる。一方、モータＭＧ１が負の回転数で回転する図６の状態では、モータＭＧ１は電動機として機能するから、リングギヤ３２にはエンジン２２から出力される動力とモータＭＧ１から出力される動力との和となり、過剰な動力の出力を是正するためにモータＭＧ２は発電機として機能することになる。このとき、エンジン２２とモータＭＧ１とから出力された動力の一部をモータＭＧ２により電力として回生し、この回生した電力をモータＭＧ１により消費して動力として出力することになり、一部のエネルギに対して動力−電力−動力の循環（以下、動力循環という）が生じる。こうした動力循環はモータＭＧ１やモータＭＧ２の効率が何度も掛けられることになるから、車両としてのエネルギ効率は低下する。ステップＳ１４０の処理はこうした動力循環が生じるか否かを判定するものとなる。なお、この動力循環は、比較的高車速で巡航走行しているときに生じる。

ステップＳ１４０で目標回転数Ｎｍ１＊が正の値になると判定されると、クラッチＣ１およびクラッチＣ２をオフとして（ステップＳ１５０）、計算した目標回転数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＊を計算すると共に（ステップＳ１６０）、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Ｔｍ２ｔを式（３）により計算する（ステップＳ１７０）。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「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。また、式（３）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。なお、式（３）中の「Ｇ２」は、モータＭＧ２の回転数をリングギヤ３２の回転数に換算するギヤ比である。

Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
Tm2t=(Tr*+Tm1*/ρ)/G2 (3)

そして、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Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（４）および式（５）により計算し（ステップＳ２７０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔを制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２８０）。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、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。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tmax=(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Ｓ２９０）、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Ｓ１４０で目標回転数Ｎｍ１＊が正の値にならないと判定されると、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１８０）。ここで、閾値Ｓｒｅｆは、バッテリ５０をある程度充電することができる残容量（ＳＯＣ）として設定されている。バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以下であると判定されると、クラッチＣ１をオフとすると共にクラッチＣ１をオンとしてサンギヤ３１、即ちモータＭＧ２の回転軸をケースに回転不能に固定するモータ固定運転モードとし（ステップＳ１９０）、車速Ｖとギヤ比ρとに基づいて次式（６）によりキャリア３４の回転数としてエンジン２２の回転数Ｎｅを計算すると共に（ステップＳ２００）、計算した回転数Ｎｅと図４の動作ラインを用いて目標トルクＴｅ＊を設定し（ステップＳ２１０）、設定した目標トルクＴｅ＊を用いて式（７）により仮モータトルクＴｍ２ｔを計算する（ステップＳ２２０）。この状態におけ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７に示す。図中、破線は図６に示したモータＭＧ１が負の回転数で回転する状態のときの共線図である。図示するように、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きくなるため、エンジン２２から出力される動力は大きくなる。このため、モータＭＧ２は過剰な動力を電力に回生するために回生制御されることになる。なお、回生により得られる電力は、バッテリ５０の充電に用いられる。このように、目標回転数Ｎｍ１＊が正の値にならないときにモータ固定運転モードとしてエンジン２２を効率よく運転すると、過剰な動力がエンジン２２から出力され、これをモータＭＧ２で回生してバッテリ５０を充電することになる。このため、ステップＳ１８０でバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以下であるのを確認するのである。

Ne=k・V/(1+ρ) (6)
Tm2t=[Tr*-Te*/(1+ρ)]/G2 (7)

そして、上述したステップＳ２７０以降の処理、即ち、トルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘの計算処理，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の設定処理，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＊の送信処理を実行して、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１８０でバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆを超えると判定されると、エンジン２２の運転を停止すると共に（ステップＳ２３０）、クラッチＣ１をオンとすると共にクラッチＣ１をオフとしてリングギヤ３２、即ちエンジン２２のクランクシャフト２６をケースに回転不能に固定するエンジン固定運転モードとし（ステップＳ２４０）、トルクの前後分配率ｕを用いて次式（８）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共に（ステップＳ２５０）、同じくトルクの前後分配率ｕを用いて式（９）により仮モータトルクＴｍ２ｔを設定する（ステップＳ２６０）。この状態におけ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８に示す。図中、破線は図６に示したモータＭＧ１が負の回転数で回転する状態のときの共線図である。図示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６が固定され、モータＭＧ１とモータＭＧ２との動力により走行することになる。ここで、トルクの前後分配率ｕは、例えば０．５などのように定めることができる。このエンジン固定運転モードでは、両モータＭＧ１，ＭＧ２は共に電動機として駆動して電力を消費するから、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）を低下させる。このため、ステップＳ１８０でバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆより大きいことを確認するのである。

Tm1*=u・ρ・Tr* (8)
Tm2*=(1-u)・Tr*/G2 (9)

そして、上述したステップＳ２７０以降の処理、即ち、トルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘの計算処理，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の設定処理，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＊の送信処理を実行して、本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、動力循環が生じるときには、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に応じて動力循環を回避して要求トルクＴｒ＊に基づくトルクを出力して走行することができる。即ち、動力循環が生じるときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以下のときには、クラッチＣ１をオフとすると共にクラッチＣ２をオンとしてモータ固定運転モードとし、エンジン２２を効率よく運転すると共にバッテリ５０の充電を伴って動力循環を回避して要求トルクＴｒ＊に基づく動力を出力して走行することができ、動力循環が生じるときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆを超えているときには、クラッチＣ１をオンとすると共にクラッチＣ２をオフとしてエンジン固定運転モードとし、バッテリ５０からの電力を用いてモータＭＧ１とモータＭＧ２とにより動力循環を回避して要求トルクＴｒ＊に基づく動力を出力して走行することができるのである。この結果、バッテリ５０の充放電管理をより適正に行なうことができると共に車両のエネルギ効率（燃費）を向上させることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、動力循環が生じるときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以下のときには、クラッチＣ１をオフとすると共にクラッチＣ２をオンとしてモータ固定運転モードとし、エンジン２２を効率よく運転すると共にバッテリ５０の充電を伴って動力循環を回避して要求トルクＴｒ＊に基づく動力を出力して走行するものとしたが、エンジン２２については効率のよい運転ポイントから若干外れた運転ポイントで運転するものとしてもよい。この場合、エネルギ効率は若干低下するが、バッテリ５０の充電量を調整することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、動力循環が生じるときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆを超えているときには、クラッチＣ１をオンとすると共にクラッチＣ２をオフとしてエンジン固定運転モードとし、バッテリ５０からの電力を用いてモータＭＧ１とモータＭＧ２とにより動力循環を回避して要求トルクＴｒ＊に基づく動力を出力して走行するものとしたが、エンジン固定運転モードにすることなく、モータＭＧ２からの動力だけで走行するものとしてもよい。この場合、エンジン２２はその運転を停止するものとしてもよいし、車速Ｖに応じた回転数でトルクを出力しない自立運転を行なう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、動力循環が生じるときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に応じてモータ固定運転モードとエンジン固定運転モードとのうちのいずれかにより走行するものとしたが、動力循環は比較的高車速で巡航走行しているときに生じるから、車速Ｖが高車速のときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に応じてモータ固定運転モードとエンジン固定運転モードとのうちのいずれかにより走行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、動力循環が生じるときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に応じてモータ固定運転モードとエンジン固定運転モードとのうちのいずれかにより走行するものとしたが、動力循環が生じないときでもバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に応じてモータ固定運転モードとエンジン固定運転モードとのうちのいずれかにより走行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、動力循環が生じるときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以下のときにモータ固定運転モードとして走行し、動力循環が生じるときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆを超えているときにエンジン固定運転モードとして走行するものとしたが、動力循環が生じるときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が比較的小さな閾値Ｓ１以下のときにモータ固定運転モードとして走行し、動力循環が生じるときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が比較的大きな閾値Ｓ２を超えているときにエンジン固定運転モードとして走行し、動力循環が生じるときにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓ１を超えるが閾値Ｓ２以下のときにはモータ固定運転モードかエンジン固定運転モードかのいずれかを任意に選択して走行したり充放電運転モードにより走行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をギヤ機構６５やデファレンシャルギヤ６７を介して後輪６８ａ，６８ｂに連結するものとしたが、モータＭＧ２を動力分配統合機構３０のリングギヤ３２に連結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、エンジン２２と動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とからなる動力系を前輪６３ａ，６３ｂに連結し、モータＭＧ２を後輪６８ａ，６８ｂに連結するものとしたが、エンジン２２と動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とからなる動力系を後輪６８ａ，６８ｂに連結し、モータＭＧ２を前輪６３ａ，６３ｂに連結するものとしてもよい。

以上、本発明を実施するための最良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、ハイブリッド車の製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例である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。 モータＭＧ１が負の回転数で回転する際の動力分配統合機構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の一例を示す説明図である。 モータ固定運転モードの際の動力分配統合機構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の一例を示す説明図である。 エンジン固定運転モードの際の動力分配統合機構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の一例を示す説明図である。

符号の説明

２０ ハイブリッド自動車、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、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、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、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、６０，６５ ギヤ機構、６２，６７ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 前輪、６８ａ，６８ｂ 後輪、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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (9)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関の出力軸と車軸と回転軸との３軸に連結され、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出力する３軸式動力入出力手段と、
   前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、
   走行用の動力を出力可能な電動機と、
   前記内燃機関の出力軸を回転不能に固定可能な出力軸固定手段と、
   前記回転軸を回転不能に固定可能な回転軸固定手段と、
   前記発電機および前記電動機と動力のやりとりが可能な蓄電手段と、
   前記蓄電手段から放電可能な電力量の全容量に対する割合としての蓄電量割合を検出する蓄電量割合検出手段と、
   走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
   前記検出された蓄電量割合に基づいて前記出力軸および前記回転軸が回転可能な状態とするか回転不能な状態とするかの回転可否状態を設定し、該設定された回転可否状態となるよう前記出力軸固定手段と前記回転軸固定手段とを制御すると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力で走行するよう前記内燃機関と前記発電機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、前記出力軸および前記回転軸が共に回転可能な両回転可能状態と、前記出力軸が回転不能で前記回転軸が回転可能な機関回転不能状態と、前記出力軸が回転可能で前記回転軸が回転不能な発電機回転不能状態とのいずれかから前記回転可否状態を設定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、前記検出された蓄電量割合が第１の割合未満のときには前記発電機回転不能状態を設定する手段である請求項２記載のハイブリッド車。
4. 前記制御手段は、前記検出された蓄電量割合が第２の割合以上のときには前記機関回転不能状態を設定する手段である請求項２または３記載のハイブリッド車。
5. 前記制御手段は、前記検出された蓄電量割合が第１の割合以上で第２の割合未満のときには前記両回転可能状態を設定する手段である請求項２ないし４いずれか記載のハイブリッド車。
6. 前記制御手段は、前記設定された要求駆動力に見合う動力を前記内燃機関から出力しようとすると前記発電機を電動機として駆動する状態に至るときに前記検出された蓄電量割合に基づいて回転可否状態を設定する手段である請求項１ないし５いずれか記載のハイブリッド車。
7. 請求項１ないし５いずれか記載のハイブリッド車であって、
   車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出された車速が所定車速以下のときには、前記検出された蓄電量割合に拘わらず、前記出力軸および前記回転軸が共に回転可能な状態となるよう回転可否状態を設定する手段である
   ハイブリッド車。
8. 前記電動機は前記３軸式動力入出力手段が連結された車軸とは異なる車軸に動力を入出力するよう取り付けられてなる請求項１ないし７いずれか記載のハイブリッド車。
9. 内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と車軸と回転軸との３軸に連結され、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出力する３軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、走行用の動力を出力可能な電動機と、前記内燃機関の出力軸を回転不能に固定可能な出力軸固定手段と、前記回転軸を回転不能に固定可能な回転軸固定手段と、前記発電機および前記電動機と動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）前記蓄電手段から放電可能な電力量の全容量に対する割合としての蓄電量割合に基づいて前記出力軸および前記回転軸を回転可能な状態とするか回転不能な状態とするかの回転可否状態を設定し、
   （ｂ）前記設定した回転可否状態となるよう前記出力軸固定手段と前記回転軸固定手段とを制御すると共に走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力で走行するよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御する
   ハイブリッド車の制御方法。
   

Images