JP2007230485A - ハイブリッド電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の運転に必要なトルクを適正に得ながらエンジンの排ガス特性を改善することが可能なハイブリッド電気自動車の制御装置を提供する。
【解決手段】車両の駆動輪１６に駆動力を伝達可能なエンジン２と電動機６とを備え、電動機６の回転数が所定の回転領域にある場合に、エンジン２と電動機６との少なくとも一方が出力すべき要求トルクが、エンジン２の出力可能な最大トルクより小さく設定された制限トルク以下のときにはエンジン２のみで要求トルクを出力するよう制御する一方、要求トルクが制限トルクより大きいときにはエンジン２が制限トルクを出力するようにエンジン２を制御すると共に、要求トルクに対して制限トルクが不足する分を補うように電動機６を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明はハイブリッド電気自動車の制御装置に関し、特にエンジンの駆動力と電動機の駆動力とがそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車の制御装置に関する。

従来より、エンジンと電動機とを車両に搭載し、エンジンの駆動力と電動機の駆動力とをそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能とした、いわゆるパラレル型ハイブリッド電気自動車が開発され実用化されている。
このようなパラレル型ハイブリッド電気自動車として、エンジンと自動変速機とを機械的に断接するクラッチを設け、このクラッチの出力軸と自動変速機の入力軸との間に電動機の回転軸を連結したハイブリッド電気自動車が、例えば特許文献１によって提案されている。

特許文献１に示されるようなハイブリッド電気自動車においては、クラッチを接続してエンジンと電動機の両方から駆動輪に駆動力を伝達可能とした状態と、クラッチを切断して電動機の駆動力のみを駆動輪に伝達可能とした状態とに切り換えられるようになっている。
このようなハイブリッド電気自動車では、車両の運転状態に応じてクラッチを制御することにより駆動力の伝達状態を切り換えたり、エンジン及び電動機を制御して必要な駆動力に対するエンジンと電動機の駆動力の配分を調整したりすることが可能であり、特許文献１のハイブリッド電気自動車では、車両発進時にクラッチを切断状態とし、電動機のみで駆動を行うことにより車両の発進をスムーズに行えるようにしている。

また、特許文献２には上記特許文献１と同様に電動機のみでも駆動力を伝達可能としたハイブリッド電気自動車が示されている。このハイブリッド電気自動車では、電動機の駆動力のみで走行しているときに急加速要求があった場合には、クラッチを接続してエンジンからも駆動力を伝達できるようになるまでの間、電動機の出力を一時的に増大させて加速遅れを低減するようにしている。

更に、特許文献３には、ナビゲーション装置からの情報に基づき車両が所定の低速走行区間を走行していることを検知した場合には、エンジンを切り離して電動機のみで低速走行するようにしたハイブリッド電気自動車が提案されている。
特開平５−１７６４０５号公報 特開２０００−２４５０１１号公報 特開２００５−１６０２７０号公報

ところが、一般的にエンジンは例えば７００〜２０００ｒｐｍの中回転領域や２５００ｒｐｍ以上の高回転領域など、所定の回転領域において高トルクを出力させた状態で運転すると、ＮＯｘ排出量が増大する傾向がある。
一方、上記特許文献１乃至３のハイブリッド電気自動車のように、単に車両の運転状態に応じてエンジンと電動機との駆動力の配分を行った場合には、このような中回転領域などにおいてエンジンの出力トルクを高トルクとした運転状態となることがあり、このような運転状態が継続した場合にはエンジンからのＮＯｘ排出量が増大してしまうという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両の運転に必要なトルクを適正に得ながらエンジンの排ガス特性を改善することが可能なハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置は、車両の駆動輪に駆動力を伝達可能なエンジンと、上記駆動輪に駆動力を伝達可能な電動機とを備え、上記車両の運転状態に応じて上記エンジンと上記電動機との少なくとも一方が出力すべき駆動トルクとして求めた要求駆動トルクに基づき、上記エンジン及び上記電動機を制御するようにしたハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、上記回転数検出手段によって検出された回転数が、所定の回転領域にある場合に、上記要求トルクが上記回転数検出手段によって検出された回転数において上記エンジンから出力可能な最大トルクより小さく設定された制限トルク以下のときには上記エンジンのみで上記要求トルクを出力するよう上記エンジンを制御する一方、上記要求トルクが上記制限トルクより大きいときには上記エンジンが上記制限トルクを出力するように上記エンジンを制御すると共に上記要求トルクに対して上記制限トルクが不足する分を補うように上記電動機を制御する統合制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両の運転状態に応じてエンジンと電動機との少なくとも一方が出力すべき駆動トルクとして求めた要求駆動トルクに基づき、エンジン及び電動機を制御する際に、電動機の回転数が所定の回転領域にあって、要求トルクが上記電動機の回転数においてエンジンから出力可能な最大トルクより小さく設定された制限トルク以下のときにはエンジンのみで要求トルクを出力するようエンジンが制御される一方、要求トルクが制限トルクより大きいときにはエンジンが制限トルクを出力するように制御されると共に要求トルクに対して制限トルクが不足する分を補うように電動機が制御される。

また、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記統合制御手段は、上記回転数検出手段によって検出された回転数が上記所定の回転領域にあって、上記回転数検出手段によって検出された回転数において上記電動機が出力可能な上限トルクと上記制限トルクとの合計が上記要求トルクに満たない場合には、上記電動機が上記上限トルクを出力するように上記電動機を制御すると共に、上記エンジンの出力トルクと上記電動機の出力トルクとの合計が上記要求トルクとなるように上記エンジンの出力トルクを上記制限トルクよりも増大させることを特徴とする（請求項２）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、電動機の回転数が所定の回転領域にあって、上記電動機の回転数において電動機が出力可能な上限トルクと制限トルクとを合わせても要求トルクを得ることができない場合には、電動機から上限トルクが出力されると共に、エンジンの出力トルクと電動機の出力トルクとの合計が要求トルクとなるようにエンジンの出力トルクが制限トルクから増大される。

また、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記エンジンは、その排気の一部を吸気側に還流するＥＧＲ装置と、少なくとも上記所定の回転領域内で上記エンジンの出力トルクが所定トルク以下となる出力トルク領域において上記ＥＧＲ装置を作動させるエンジン制御手段とを備え、上記制限トルクは、上記所定トルク近傍に設定されることを特徴とする（請求項３）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、所定の回転数領域でエンジンの出力トルクが制限トルク以下となるように制御が行われる際には、ほぼこれに合わせてＥＧＲ装置が作動し、エンジンの排気の一部が吸気側に還流される。
また、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記電動機と上記駆動輪との機械的な接続を維持した状態で上記エンジンと上記駆動輪との機械的な接続を切断可能なクラッチを更に備え、上記統合制御手段は、上記回転数検出手段によって検出された回転数が上記所定の回転領域より低い低回転領域にある場合に、上記要求トルクが上記回転数検出手段によって検出された回転数において上記電動機から出力可能な上限トルク以下のときには上記クラッチを切断状態として上記電動機が上記要求トルクを出力するように上記電動機を制御する一方、上記要求トルクが上記上限トルクより大きいときには上記電動機の出力トルクと上記エンジンの出力トルクとの合計が上記要求トルクとなるように上記クラッチの接続状態と上記エンジン及び上記電動機の出力トルクとを制御することを特徴とする（請求項４）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、電動機の回転数が所定の回転領域より低い低回転領域にあって、要求トルクが、上記電動機の回転数において電動機が出力可能な上限トルク以下のときにはクラッチを切断状態として電動機が要求トルクを出力するように電動機を制御することにより、電動機から出力された要求トルクが駆動輪に伝達される。一方、電動機の回転数が上記低回転領域にあって、要求トルクが上限トルクより大きいときには電動機の出力トルクとエンジンの出力トルクとの合計が要求トルクとなるようにクラッチの接続状態を制御しながらエンジン及び電動機の出力トルクが制御される。

更に、以上のようなハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記エンジンはディーゼルエンジンであることを特徴とする（請求項５）。

本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、電動機の回転数が所定の回転領域にあるときには、上記回転数においてエンジンが出力可能な最大トルクより小さく設定された制限トルク以下にエンジンの出力トルクが制限されるため、所定の回転領域においてＮＯｘ排出量が増大する高トルク領域よりも低いトルク領域でエンジンを運転することが可能となり、このような領域でエンジンを運転することによってＮＯｘ排出量の増大を防止することができる。

更に、このとき要求トルクに対してエンジンの出力トルクが不足する分については、電動機の出力トルクによって補うようにしたので、エンジン出力トルクの制限による車両の運転性能の低下を抑制することができる。
また、請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、エンジンの出力が制限トルクに制限されることによって要求トルクに対してエンジンの出力トルクが不足する分を電動機の出力トルクで補うようにしても要求トルクを得ることができない場合には、電動機の出力トルクを上限トルクとすると共に、エンジンの出力トルクと電動機の出力トルクとの合計が要求トルクとなるようにエンジンの出力トルクが制限トルクから増大されるようにした。これにより、要求トルクを確実に得ることができるようになり、車両の運転性能の低下を防止することが可能となる。また、電動機から最大限の出力トルクを得るようにしたので、エンジンの出力トルクが制限トルクを超える量を少なく抑えることが可能となり、ＮＯｘ排出量の増大を最低限度に留めることができる。

また、請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、所定の回転数領域ではＥＧＲ装置が作動してエンジンの排気の一部が吸気側に還流される領域にほぼ一致するようにエンジンの出力トルクが制限されるので、ＥＧＲが非作動となることが少なく、より一層ＮＯｘ排出量を低減することが可能となる。
また、請求項４のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、電動機の回転数が所定の回転領域より低い低回転領域にあって、電動機が要求トルクを出力可能なときにはクラッチを切断状態として電動機の出力トルクのみが駆動輪に伝達されるようにしたので、低回転領域では比較的運転効率の悪いエンジンを使用しないことにより、燃費が改善されると共に、車両発進時に電動機のトルクを使用することで車両をスムーズに発進させることができる。

一方、電動機の回転数が上記低回転領域にあって、電動機が要求トルクまではトルクを出力できないときには、クラッチの接続状態を制御しながらエンジン及び電動機の出力トルクを制御することにより、電動機の出力トルクとエンジンからクラッチを介して出力されるトルクとの和を要求トルクとすることが可能となり、トルクが不足することによる運転フィーリングの低下を防止することができる。

更に、請求項５のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、ディーゼルエンジンはガソリンエンジンと比較して全負荷及び無負荷以外の部分負荷領域においても燃費効率が良いため、エンジンの出力トルクと電動機の出力トルクとを併用するような場合においても、エンジンを効率的に運転することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態であるハイブリッド電気自動車１の制御装置の要部構成図である。ディーゼルエンジン（以下エンジンという）２の出力軸にはクラッチ４の入力軸が連結されており、クラッチ４の出力軸は永久磁石式同期電動機（以下電動機という）６の回転軸を介して自動変速機（以下変速機という）８の入力軸が連結されている。従って、本実施形態においては電動機６の回転数と変速機８の入力軸の回転数とは一致している。また、変速機８の出力軸はプロペラシャフト１０、差動装置１２及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１６に接続されている。

従って、クラッチ４が接続されているときには、エンジン２の出力軸と電動機６の回転軸の両方が、変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となり、クラッチ４が切断されているときには電動機６の回転軸のみが変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となる。
電動機６は、バッテリ１８に蓄えられた直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて供給されることによりモータとして作動し、その出力トルクが変速機８によって適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。また、車両減速時には電動機６が発電機として作動し、駆動輪１６の回転による運動エネルギが変速機８を介し電動機６に伝達されて交流電力に変換されることにより回生制動力を発生する。そして、この交流電力はインバータ２０によって直流電力に変換された後、バッテリ１８に充電され、駆動輪１６の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。

一方、エンジン２の出力トルクは、クラッチ４が接続されているときに電動機６の回転軸を経由して変速機８に伝達され、適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。従って、エンジン２の出力トルクが駆動輪１６に伝達されているときに電動機６がモータとして作動する場合には、エンジン２の出力トルクと電動機６の出力トルクとがそれぞれ変速機８を介して駆動輪１６に伝達されることになる。即ち、車両の駆動のために駆動輪１６に伝達されるべきトルクの一部がエンジン２から供給されると共に、残部が電動機６から供給される。

また、バッテリ１８の充電率（以下ＳＯＣという）が低下してバッテリ１８を充電する必要があるときには、電動機６が発電機として作動すると共に、エンジン２の出力トルクの一部を用いて電動機６を駆動することにより発電が行われ、発電された交流電力をインバータ２０によって直流電力に変換した後にバッテリ１８に充電するようにしている。
車両ＥＣＵ２２（統合制御手段）は、車両やエンジン２の運転状態、及びエンジンＥＣＵ（エンジン制御手段）２４、インバータＥＣＵ２６並びにバッテリＥＣＵ２８からの情報などに応じて、クラッチ４の接続・切断制御及び変速機８の変速段切換制御を行うと共に、これらの制御状態や車両の発進、加速、減速など様々な運転状態に合わせてエンジン２や電動機６を適切に運転するための統合制御を行う。

そして車両ＥＣＵ２２は、このような制御を行う際に、アクセルペダル３０の踏込量を検出するアクセル開度センサ３２や、車両の走行速度を検出する車速センサ３４及び電動機６の回転数を変速機８の入力回転数として検出する回転数センサ（回転数検出手段）３６の検出結果に基づき、車両の走行に必要な総トルクを演算し、この総トルクから、エンジン２が発生するトルク及び電動機６が発生するトルクを設定している。

なお、回転数センサ３６によって検出された変速機８の入力回転数は、上述のように電動機６の回転数であると共に、クラッチ４が接続されたときにはエンジン２の回転数でもある。
エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２の始動・停止制御やアイドル制御、或いは排ガス浄化装置（図示せず）の再生制御など、エンジン２自体の運転に必要な各種制御を行うと共に、車両ＥＣＵ２２によって設定されたエンジン２に必要とされるトルクをエンジン２が発生するよう、エンジン２の燃料の噴射量や噴射時期などを制御する。

また、エンジン２には、その排気の一部を吸気側に還流するＥＧＲ装置３８が設けられており、エンジンＥＣＵ２４はエンジン２の運転状態に応じてＥＧＲ装置３８を制御することにより、エンジン２の排ガス性能を改善するようにしている。
一方、インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２によって設定された電動機６が発生すべきトルクに基づきインバータ２０を制御することにより、電動機６をモータ作動または発電機作動させて運転制御する。

また、バッテリＥＣＵ２８は、バッテリ１８の温度や、バッテリ１８の電圧、インバータ２０とバッテリ１８との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１８のＳＯＣを求め、求めたＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ２２に送っている。
このように構成されたハイブリッド電気自動車１において、車両を走行させるために車両ＥＣＵ２２を中心として以下のような制御が行われる。

まず、車両が停車状態にあってエンジン２が停止しており、チェンジレバー（図示せず）がニュートラル位置にあるときに運転者がスタータスイッチ（図示せず）によってエンジン２を始動する操作を行うと、車両ＥＣＵ２２は変速機８がニュートラル位置となって電動機６と駆動輪１６との機械的な接続が遮断されていると共にクラッチ４が接続されていることを確認した後、インバータＥＣＵ２６に対してエンジン２の始動に必要な電動機６の駆動トルクを指示すると共に、エンジンＥＣＵ２４にエンジン２を運転するよう指示する。

インバータＥＣＵ２６は車両ＥＣＵ２２からの指示に基づき、電動機６をモータ作動させてトルクを発生させ、エンジン２をクランキングし、エンジンＥＣＵ２４がエンジン２への燃料の供給を開始することによりエンジン２が始動する。エンジン２の始動完了後は車両ＥＣＵ２２がクラッチ４を切断し、エンジン２はアイドル運転を行う。
このようにしてエンジン２を始動した後、車両が停止状態にあるときには、クラッチ４が切断されており、エンジン２はアイドル運転状態にある。

この状態から、運転者がチェンジレバーをドライブ位置などに操作するとクラッチ４が切断され、更にアクセルペダル３０を踏み込むと、車両ＥＣＵ２２はアクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量に応じ、車両を発進させ走行させるために変速機８に伝達すべき要求トルクを設定する。そして、この要求トルクと回転数センサ３６が検出した電動機６の回転数、即ち変速機８の入力回転数とに基づき、予め記憶している制御マップを用いてエンジン２及び電動機６が出力すべきトルクを設定すると共に、必要に応じてクラッチ４及び変速機８の制御を行っている。

このとき使用する制御マップは、図２に示すように変速機８の入力回転数と要求トルクとによって規定されており、要求トルクの上限値Ｔｍａｘより下方の領域において図中の実線によりいくつかの制御領域に分割されている。
図２において回転数Ｎ１及び回転数Ｎ２は、変速機８の入力回転数の中回転領域（所定の回転領域）を規定するものであり、例えば回転数Ｎ１が７００ｒｐｍ、回転数Ｎ２が２０００ｒｐｍとなっている。

変速機８の入力回転数は電動機６の回転数でもあり、図２中の一点鎖線は、各回転数において電動機６が出力可能な上限トルクＴｍを示している。この上限トルクＴｍは、図２に示すように回転数Ｎ１より低い低回転領域では領域の境界を示す実線と重複している。
また、変速機８の入力回転数は前述したようにクラッチ４が接続された状態ではエンジン２の回転数でもあり、図２中の二点鎖線は、回転数Ｎ１より高速側のエンジン回転数の領域においてエンジン２が出力可能な最大トルクＴｅを示すものである。

このような制御マップにおいて、回転数Ｎ１より低い低回転領域では、電動機６の上限トルクを示す曲線を境界として、制御領域がＭ１とＥ１の２つに分けられており、要求トルクが領域Ｍ１内にある場合には、電動機６のみで要求トルクを出力することが可能であることから、クラッチ４が切断されて電動機６の出力トルクのみが変速機８に伝達されるようになっている。

また、要求トルクが領域Ｅ１内にある場合には、電動機６の上限トルクだけでは要求トルクを得ることができないため、電動機６にそのときの回転数に対応した上限トルクを出力させると共に、要求トルクに対して上限トルクが不足する分をエンジン２から供給するようにしている。
このとき、要求トルクに対する上限トルクの不足分がわずかである場合には、エンジン２の出力トルクを同不足分に等しくすることが困難となることがあるが、このような場合にはクラッチ４を半クラッチ状態としてクラッチ４から変速機８に伝達されるトルクが上記不足分となるようにする。一方、エンジン２の出力トルクを上記不足分に等しくすることが可能である場合にはクラッチ４を完全に接続してエンジン２の出力トルクを変速機８に伝達するようにしている。

回転数Ｎ１からＮ２までの中回転領域では、制御領域がＥ２、Ｍ２及びＥ３の３つに分けられており、領域Ｅ２と領域Ｍ２との境界線は、エンジン２の最大トルクＴｅより小さく設定された制限トルクに対応している。
一般的なエンジンでは、中回転領域において出力トルクが高い領域ではトルクの増大と共にＮＯｘ排出量が急激に増大する傾向にあり、図３にはエンジン２の出力トルクとエンジン２の回転数とによりＮＯｘの増大する領域を一点鎖線で示している。

ここで、クラッチ４が接続されている場合にはエンジン２の回転数と変速機８の入力回転数とが等しくなることから、図２の領域Ｅ２を図３中に実線で示しており、図３に示すように、領域Ｅ２はＮＯｘの増大するトルク領域よりもトルクが小さい領域に設定されている。そして、要求トルクがこのような領域Ｅ２内にある場合には、クラッチ４を接続すると共に電動機６の出力トルクを０Ｎ・ｍとし、エンジン２のみで要求トルクを出力するように制御が行われる。

なお、エンジンＥＣＵ２４の制御によりＥＧＲ装置３８が作動してエンジン２の排気の一部が吸気側に還流される領域は、中回転領域において領域Ｅ２にほぼ一致している。
領域Ｍ２は領域Ｅ２に電動機６の上限トルクＴｍを上乗せして得られる領域であって、要求トルクが領域Ｍ２内にある場合には、クラッチ４を接続してエンジン２から制限トルクの出力トルクを出力させると共に、要求トルクに対してエンジン２の出力トルクが不足する分を電動機６に出力させる。

また、領域Ｅ３は、エンジン２から出力される制限トルクと電動機６から出力される上限トルクの合計だけでは要求トルクを得ることができない領域であり、車両の急加速や登坂時などの限られた条件のときに、このような領域に要求トルクが入ることがある。そして、要求トルクが領域Ｅ３内にある場合には、クラッチ４を接続状態とし、電動機６から上限トルクを出力させると共に、エンジンの出力トルクと電動機の出力トルクとの合計が要求トルクとなるようにエンジンの出力トルクを制限トルクから増大させる。このときの制限トルクからの増大量は、図２においてそのときの回転数における領域Ｅ３のトルク方向の幅以下となる。

回転数Ｎ２より高い回転領域では、電動機６から出力可能なトルクが小さくなると共にエンジン２を比較的高効率で運転可能であることから、領域Ｅ２の制御をそのまま適用してクラッチ４を接続すると共に電動機６の出力トルクを０Ｎ・ｍとし、エンジン２のみで要求トルクを出力するように制御しても良いが、本実施形態では、ＮＯｘ排出量の増大する回転数Ｎ３以上の領域（所定の回転領域）においてはエンジン２の制限トルクを境界として領域Ｅ２と領域Ｍ３とに分けている。ここで、領域Ｍ３は前述の領域Ｍ２と同様の制御が行われるものであり、説明を省略する。

このような制御マップを用いることにより、車両の発進及び走行の際のエンジン２及び電動機６の制御は以下のようになる。
まず、車両が停止した状態では変速機８の入力回転数は０ｒｐｍとなっているので、車両の発進時に適用される制御領域は回転数Ｎ１より低い低回転領域となる。そして、このような領域において、アクセルペダル３０の踏込量に応じて設定した要求トルクと回転数センサ３６によって検出された変速機８の入力回転数とによって定まる点が領域Ｍ１内にある場合には、クラッチ４を切断すると共に電動機６の出力トルクが要求トルクとなるように車両ＥＣＵ２２からインバータＥＣＵ２６に指示がなされる。

インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２が設定した要求トルクに応じてインバータ２０を制御し、バッテリ１８の直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて電動機６に供給される。電動機６は交流電力が供給されることによってモータ作動して要求トルクを出力し、電動機６の出力トルクは変速機８を介して駆動輪１６に伝達され、車両が発進する。

一方、アクセルペダル３０の踏込量に応じて設定した要求トルクと変速機８の入力回転数とによって定まる点が領域Ｅ１内にある場合には、電動機６から上限トルクを出力させるように車両ＥＣＵ２２からインバータＥＣＵ２６に指示がなされると共に、要求トルクに対して上限トルクが不足する分をエンジン２から出力するように車両ＥＣＵ２２からエンジンＥＣＵ２４に指示がなされる。

このとき、要求トルクに対する上限トルクの不足分わずかであるためにエンジン２の出力トルクを同不足分に等しくすることが困難である場合には、上記不足分がクラッチ４を介して変速機８に伝達されるように、クラッチ４を半クラッチ状態に制御すると共にエンジン２の出力トルクをエンジンＥＣＵ２４に指示する。また、エンジン２の出力トルクを上記不足分に等しくすることが可能である場合にはクラッチ４を完全に接続し、エンジン２の出力トルクが上記不足分に等しくなるようにエンジンＥＣＵ２４に指示する。

インバータＥＣＵ２６は、上述のようにしてインバータ２０を制御し、電動機６がモータ作動して上限トルクを出力する。
また、エンジンＥＣＵ２４は、車両ＥＣＵ２２から指示されたトルクをエンジン２が出力するようにエンジン２を制御し、エンジン２からの出力トルクと電動機６からの出力トルクとの合計が要求トルクとなって変速機８に伝達され、車両が発進する。

このように、車両の発進時には電動機６を優先的に使用し、上限トルクまで出力させるようにすることで、低回転領域で比較的運転効率の悪いエンジン２の使用割合を減らし、燃費を改善することができると共に、電動機６によって車両のスムーズな発進を行うことができる。
また、電動機６の出力トルクだけでは要求トルクを得ることができない場合には、エンジン２の出力トルクを併用して要求トルクを得るようにしたので、発進時にトルク不足となるようなことがなく、車両の良好な運転性能を確保することができる。

このようにして車両が発進加速し、走行状態になると、車両ＥＣＵ２２はアクセルペダル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量と、車速センサ３４によって検出された走行速度とに基づき車両の走行に必要な要求トルクを設定する。
そして、変速機８の入力回転数が上昇して回転数Ｎ１から回転数Ｎ２までの中回転領域に入ると、車両ＥＣＵ２２は回転数センサ３６によって検出された変速機８の入力回転数と要求トルクとで定まる点が図２の領域Ｅ２、Ｍ２及びＥ３のいずれにあるかによって制御を切り換える。

変速機８の入力回転数と要求トルクとによって定まる点が領域Ｅ２内にある場合には、車両ＥＣＵ２２がクラッチ４を接続し、電動機６の出力トルクを０Ｎ・ｍとするようインバータＥＣＵ２６に対して指示すると共に、エンジン２から要求トルクを出力するようにエンジンＥＣＵ２４に対して指示する。
インバータＥＣＵ２６は、インバータ２０を制御し、電動機６がモータ及び発電機のいずれでも作動しない状態として出力トルクを０Ｎ・ｍとし、エンジンＥＣＵ２４はエンジン２が要求トルクを出力するようにエンジン２を制御することにより、変速機８にはエンジン２が出力した要求トルクが伝達される。

クラッチ４が接続されることによって変速機８の入力回転数はエンジン２の回転数と等しくなるが、このようにエンジン２の出力トルクが領域Ｅ２を規定する制限トルク以下であることによって、エンジン２は図３に示すようにＮＯｘ排出量の比較的少ない領域で運転される。
ここで、エンジンＥＣＵ２４の制御によりＥＧＲ装置３８が作動してエンジン２の排気の一部が吸気側に還流される領域は、中回転領域において領域Ｅ２にほぼ一致していることから、エンジン２が領域Ｅ２内で制御されることによりＥＧＲ装置もほぼ同時に作動する。そして、ＥＧＲ装置３８が作動してエンジン２の排気の一部が吸気側に還流されることにより、エンジン２からのＮＯｘ排出量が低減されるため、エンジン２の排ガス特性がより一層良好なものとなる。

また、変速機８の入力回転数と要求トルクとによって定まる点が領域Ｍ２或いはＭ３内にある場合には、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を接続し、エンジン２の出力トルクが制限トルクとなるようエンジンＥＣＵ２４に指示すると共に、要求トルクに対してエンジン２の出力トルクが不足する分を電動機６が出力するようにインバータＥＣＵ２６に指示する。

エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２の出力トルクが制限トルクとなるようにエンジン２を制御し、インバータＥＣＵ２６は、電動機６がモータとして作動して出力トルクが車両ＥＣＵから指示されたトルクとなるようにインバータ２０を制御することにより、変速機８にはエンジン２の出力トルクと電動機６の出力トルクとの合計が要求トルクとなって変速機８に伝達される。

このときも、エンジン２の出力トルクが領域Ｅ２を規定する制限トルクとなることによって、エンジン２は図３に示すようにＮＯｘ排出量の比較的少ない領域で運転される。
また、前述したようにエンジン２が領域Ｅ２内で制御されることによりＥＧＲ装置もほぼ同時に作動し、エンジン２からのＮＯｘ排出量が低減されるため、エンジン２の排ガス特性がより一層良好なものとなる。

更に、エンジン２の出力トルクが制限トルクに制限されることによって要求トルクから不足する分を電動機６の出力トルクによって補うようにしたので、変速機８には車両の走行に必要な要求トルクが伝達され、トルク不足を生じることなく車両の良好な運転性能を確保することができる。
また、変速機８の入力回転数と要求トルクとによって定まる点が領域Ｅ３内にある場合には、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を接続状態とし、電動機６から上限トルクを出力するようインバータＥＣＵ２６に指示すると共に、エンジン２の出力トルクと電動機６の出力トルクとの合計が要求トルクとなるような出力トルクをエンジン２が出力するようエンジンＥＣＵ２４に指示する。従って、エンジンＥＣＵ２４に指示されるエンジン２の出力トルクは制限トルクよりも大きくなる。

インバータＥＣＵ２６は、電動機６がモータとして作動して上限トルクを出力するようにインバータ２０を制御し、エンジンＥＣＵ２４は、車両ＥＣＵ２２が指示した出力トルクをエンジン２が出力するようにエンジン２を制御することにより、変速機８にはエンジン２の出力トルクと電動機６の出力トルクとの合計が要求トルクとなって変速機８に伝達される。

このような制御を行うことにより、車両の急加速や登坂時などで一時的に大きな要求トルクが必要となった場合であっても、変速機８に要求トルクを確実に伝達することが可能となり、トルク不足を生じることなく車両の良好な運転性能を確保することができる。
また、高速走行などで変速機８の入力回転数が更に上昇し、回転数Ｎ２と回転数Ｎ３との間の回転領域に入った場合には、車両ＥＣＵ２２は領域Ｅ２の制御をそのまま適用してクラッチ４を接続すると共に電動機６の出力トルクを０Ｎ・ｍとするようインバータＥＣＵ２６に指示し、エンジン２から要求トルクを出力するようエンジンＥＣＵ２４に指示する。

インバータＥＣＵ２６は、インバータ２０を制御し、電動機６がモータ及び発電機のいずれでも作動しない状態として出力トルクを０Ｎ・ｍとし、エンジンＥＣＵ２４はエンジン２が要求トルクを出力するようにエンジン２を制御することにより、変速機８にはエンジン２が出力した要求トルクが伝達される。
回転数Ｎ２より高い高回転領域では、電動機６から出力可能なトルクが小さい上、エンジン２を高効率で運転可能であり、このようにして電動機６で電気エネルギを消費せずにエンジン２のみで要求トルクを得るようにすることにより、エネルギ効率を向上させながら車両の走行に必要な要求トルクを得ることができる。

以上のように、変速機８の入力回転数が所定の回転領域（回転数Ｎ１から回転数Ｎ２の間の回転領域、及び回転数Ｎ３以上の回転領域）にあるときには、急発進や登坂時などの特別な場合を除き、ＮＯｘ排出量が比較的少ないトルク領域として最大トルクより小さく設定された制限トルク以下にエンジン２の出力トルクを制限するようにしたので、エンジン２からのＮＯｘ排出量の増大を抑制して良好な排ガス性能を得ることができる。

また、このようなエンジン２の運転領域は、ＥＧＲ装置３８が作動する領域にほぼ一致しているため、ＥＧＲ装置３８の作動によってより一層ＮＯｘ排出量を低減することが可能となる。
更に、このときエンジン２の出力トルクが制限トルクに制限されることで要求トルクに対してエンジン２の出力トルクが不足する場合には、電動機６の出力トルクによって補うようにしたので、車両の走行に必要な要求トルクを確実に得ることができ、車両の良好な運転性能を確保することができる。

また、変速機８の入力回転数が中回転領域にあるときに、急発進や登坂時などのように大きな要求トルクが必要となって電動機６が出力する上限トルクとエンジン２の制限トルクだけでは要求トルクを得ることができない場合には、電動機６の出力トルクを上限トルクとすると共に、エンジン２の出力トルクを制限トルクよりも増大させるので、要求トルクを確実に得ることができ、車両の良好な運転性能を確保することが可能となる。

また、電動機から最大限の出力トルクを得るようにしたので、エンジンの出力トルクが制限トルクを超える量を少なく抑えることが可能となり、ＮＯｘ排出量の増大を最低限度に留めることができる。
更に、低回転領域では電動機６を優先的に使用し、電動機６が上限トルクまで出力できるようにすることで、低回転領域では比較的運転効率の悪いエンジン２の使用割合を減らして燃費を改善すると共に、車両をスムーズに発進させることができる。

また、エンジン２がディーゼルエンジンであるため、全負荷及び無負荷以外の部分負荷においても高効率で運転することが可能であり、エンジン２の出力トルクと電動機６の出力トルクとを併用するような場合であっても高効率で運転して良好な燃費性能を得ることができる。
なお、変速機８にエンジン２や電動機６の出力トルクを伝達して車両を走行させる場合の制御は以上の通りであるが、アクセルペダル３０の踏み込みが解除された場合には、エンジン２によるエンジンブレーキと電動機６の発電機作動による回生制動力とを用いて車両に適度の減速度を発生させ、車両を減速させる。このとき、電動機６の回生制動によって得られた交流電力をインバータ２０で直流電力に変換することによりバッテリ１８に充電して、駆動輪１６の回転による運動エネルギを電気エネルギとして回収することによりエネルギ効率を高めている。

以上で本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、電動機６をクラッチ４と変速機８との間に配置するようにしたが、電動機６の配置はこれに限られるものではなく、例えばエンジン２とクラッチ４との間に電動機６を配置したハイブリッド電気自動車のように、エンジン２の駆動力と電動機６の駆動力とがそれぞれ駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車であれば、中回転領域において上記実施形態と同じ制御を行うことができる。

また、上記実施形態では回転数センサ３６により電動機６の回転数を検出するようにしたが、変速機８の入力軸の回転数を検出するようにしても良いし、変速機８の出力回転数などを検出し、これを変速比を用いて電動機６の回転数に変換しても良い。
更に、上記実施形態では、低回転領域で要求トルクに対する電動機６の上限トルクの不足分がわずかである場合には、クラッチ４を半クラッチ制御すると共に要求トルクに対して上限トルクが不足する分がクラッチ４から変速機８に伝達されるようエンジン２を制御したが、クラッチ４を半クラッチとせずに完全に接続し、要求トルクからエンジン２の出力トルクを差し引いたトルクを電動機６が出力するように制御しても良い。

なお、上記実施形態ではエンジン２をディーゼルエンジンとしたが、エンジン形式はこれに限られるものではなく、ガソリンエンジンなどでも良い。
また、上記実施形態において、電動機６を永久磁石式同期電動機としたが電動機の形式もこれに限られるものではない。
更に、上記実施形態では変速機８を自動変速機としたが、変速機の形式はこれに限られるものではなく、無段変速機や手動式の変速機などであっても良い。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置の全体構成図である。 図１の制御装置で用いられる制御マップを示す図である。 図２の制御マップにおける領域Ｅ２とエンジンのＮＯｘ排出量との関係を示す図である。

符号の説明

１ ハイブリッド電気自動車
２ エンジン
４ クラッチ
６ 電動機
８ 変速機
１６ 駆動輪
２２ 車両ＥＣＵ（統合制御手段）
２４ エンジンＥＣＵ（エンジン制御手段）
３６ 回転数センサ（回転数検出手段）
３８ ＥＧＲ装置

Claims (5)

1. 車両の駆動輪に駆動力を伝達可能なエンジンと、上記駆動輪に駆動力を伝達可能な電動機とを備え、上記車両の運転状態に応じて上記エンジンと上記電動機との少なくとも一方が出力すべき駆動トルクとして求めた要求駆動トルクに基づき、上記エンジン及び上記電動機を制御するようにしたハイブリッド電気自動車の制御装置において、
   上記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、
   上記回転数検出手段によって検出された回転数が、所定の回転領域にある場合に、上記要求トルクが上記回転数検出手段によって検出された回転数において上記エンジンから出力可能な最大トルクより小さく設定された制限トルク以下のときには上記エンジンのみで上記要求トルクを出力するよう上記エンジンを制御する一方、上記要求トルクが上記制限トルクより大きいときには上記エンジンが上記制限トルクを出力するように上記エンジンを制御すると共に上記要求トルクに対して上記制限トルクが不足する分を補うように上記電動機を制御する統合制御手段と
   を備えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御装置。
2. 上記統合制御手段は、上記回転数検出手段によって検出された回転数が上記所定の回転領域にあって、上記回転数検出手段によって検出された回転数において上記電動機が出力可能な上限トルクと上記制限トルクとの合計が上記要求トルクに満たない場合には、上記電動機が上記上限トルクを出力するように上記電動機を制御すると共に、上記エンジンの出力トルクと上記電動機の出力トルクとの合計が上記要求トルクとなるように上記エンジンの出力トルクを上記制限トルクよりも増大させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
3. 上記エンジンは、その排気の一部を吸気側に還流するＥＧＲ装置と、少なくとも上記所定の回転領域内で上記エンジンの出力トルクが所定トルク以下となる出力トルク領域において上記ＥＧＲ装置を作動させるエンジン制御手段とを備え、
   上記制限トルクは、上記所定トルク近傍に設定されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
4. 上記電動機と上記駆動輪との機械的な接続を維持した状態で上記エンジンと上記駆動輪との機械的な接続を切断可能なクラッチを更に備え、
   上記統合制御手段は、上記回転数検出手段によって検出された回転数が上記所定の回転領域より低い低回転領域にある場合に、上記要求トルクが上記回転数検出手段によって検出された回転数において上記電動機から出力可能な上限トルク以下のときには上記クラッチを切断状態として上記電動機が上記要求トルクを出力するように上記電動機を制御する一方、上記要求トルクが上記上限トルクより大きいときには上記電動機の出力トルクと上記エンジンの出力トルクとの合計が上記要求トルクとなるように上記クラッチの接続状態と上記エンジン及び上記電動機の出力トルクとを制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
5. 上記エンジンはディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。

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