JP2009096340A - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関を始動する際に蓄電装置を過大な電力により充電するのを抑制すると共に走行の継続を図る。
【解決手段】モータ走行中に走行用モータから動力を出力することができない異常が生じて直行走行モードに移行するためにエンジンの始動要求がなされたときに、エンジンの通常始動または非常始動のためのモータＭＧ１によるクランキング時の発電電力が、バッテリの入力制限Ｗｉｎの範囲内のときには、直ちにモータＭＧ１からの通常始動用トルクＴｃｒｋ１または非常始動用トルクＴｃｒｋ２によるクランキングを伴ってエンジンを始動し（Ｓ１２０とＳ１３０，Ｓ１５０とＳ１６０）、バッテリの入力制限Ｗｉｎの範囲外のときには、車速が低下して入力制限Ｗｉｎの範囲内となるのを待ってエンジンを始動するから（Ｓ１５０〜Ｓ１７０）、エンジンを始動する際にバッテリを過大な電力により充電するのを抑制すると共に走行の継続を図ることができる。
【選択図】図４

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、発電機と、エンジンの出力軸と発電機の回転軸とにそれぞれキャリアとサンギヤとを接続すると共に車軸に連結された駆動軸にリングギヤを接続した遊星歯車機構と、駆動軸に接続された電動機と、発電機および電動機と電力のやり取りが可能な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、電動機からの動力だけで走行するモータ走行中にエンジンを始動する際に、エンジンが安定して共振回転数より大きな所定回転数以上でモータリングされるよう発電機を制御するが、モータ走行中に発電機によるモータリングを開始するときには発電機は負回転しているために発電電力が生じる。
特開２００７−１３１１０３号公報

上述のハイブリッド車では、モータ走行中に電動機から動力を出力することができない異常が生じたことによりエンジンを始動する際には、電動機による電力消費は行なわれないため、負回転している発電機からの正のクランキングトルクによる発電電力によって、バッテリを過大な電力で充電する場合がある。この場合、車両が停止するの待ってエンジンを始動することも考えられるが、車両の走行を継続することができなくなってしまう。

本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、内燃機関を始動する際に蓄電装置を過大な電力により充電するのを抑制すると共に走行の継続を図ることを主目的とする。

本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、少なくとも上述の主目的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、
動力を入出力可能な発電機と、
車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸とに接続された遊星歯車機構と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記発電機および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充電する際の最大許容電力としての入力制限を設定する入力制限設定手段と、
前記電動機からの動力だけで走行している最中に該電動機から動力を出力することできない異常が生じたことにより前記内燃機関を始動する際、前記発電機による前記内燃機関のクランキング時の発電電力である始動時電力が前記設定された入力制限の範囲内のときには直ちに前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該発電機とを制御し、前記始動時電力が前記設定された入力制限の範囲外のときには前記始動時電力が前記設定された入力制限の範囲内となるのを待って前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該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。

この本発明のハイブリッド車では、車軸に連結された駆動軸に動力を入出力可能な電動機からの動力だけで走行している最中に電動機から動力を出力することできない異常が生じたことにより内燃機関を始動する際、動力を入出力可能な発電機による内燃機関のクランキング時の発電電力である始動時電力が発電機および電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段の状態に基づく蓄電手段を充電する際の最大許容電力としての入力制限の範囲内のときには直ちに発電機によるクランキングを伴って内燃機関が始動されるよう内燃機関と発電機とを制御し、始動時電力が入力制限の範囲外のときには始動時電力が入力制限の範囲内となるのを待って発電機によるクランキングを伴って内燃機関が始動されるよう内燃機関と発電機とを制御する。これにより、内燃機関を始動する際に蓄電手段を過大な電力により充電するのを抑制すると共に走行の継続を図ることができる。

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、前記内燃機関を安定して運転することができる第１の所定回転数以上とするための始動用トルクを前記発電機から出力することにより前記内燃機関を始動する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関を始動し安定して運転することができる。

また、本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記内燃機関を始動可能な最低の回転数である第２の所定回転数以上とするのに必要な始動用トルクを前記発電機から出力することにより前記内燃機関を始動する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関を安定して運転するための始動用トルクより小さいトルクにより内燃機関を始動することができる。

これらの本発明の内燃機関を第１または第２の所定回転数以上とするのに必要な始動用トルクを発電機から出力する態様のハイブリッド車において、前記発電機の回転数を取得する発電機回転数取得手段を備え、前記制御手段は、前記取得された発電機の回転数が前記設定された入力制限を前記発電機からの始動用トルクで除して得られる前記発電機の最小許容回転数以上のときに前記始動時電力が前記設定された入力制限の範囲内にあると判定する始動時電力判定手段を有し、該始動時電力判定手段による判定結果に基づいて前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該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し、前記発電機の回転数を取得する発電機回転数取得手段を備え、前記制御手段は、前記取得された発電機の回転数に前記発電機からの始動用トルクを乗じて得られる前記発電機の発電電力の絶対値が前記設定された入力制限の絶対値以下のときに前記始動時電力が前記設定された入力制限の範囲内にあると判定する始動時電力判定手段を有し、該始動時電力判定手段による判定結果に基づいて前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該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し、前記発電機の回転数を取得する発電機回転数取得手段を備え、前記制御手段は、前記設定された入力制限を前記取得された発電機の回転数で除して得られる前記発電機から出力可能な最大トルクが前記発電機からの始動用トルク以上のときに前記始動時電力が前記設定された入力制限の範囲内にあると判定する始動時電力判定手段を有し、該始動時電力判定手段による判定結果に基づいて前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該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、発電機による始動時電力が蓄電手段の入力制限の範囲内か範囲外かをより確実に判定することができる。

本発明のハイブリッド車の制御方法は、
内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸とに接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやり取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、
前記電動機からの動力だけで走行している最中に該電動機から動力を出力することできない異常が生じたことにより前記内燃機関を始動する際、前記発電機による前記内燃機関のクランキング時の発電電力である始動時電力が前記蓄電手段の状態に基づく該蓄電手段を充電する際の最大許容電力としての入力制限の範囲内のときには直ちに前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該発電機とを制御し、前記始動時電力が前記入力制限の範囲外のときには前記始動時電力が前記入力制限の範囲内となるのを待って前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該発電機とを制御する、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド車の制御方法では、車軸に連結された駆動軸に動力を入出力可能な電動機からの動力だけで走行している最中に電動機から動力を出力することできない異常が生じたことにより内燃機関を始動する際、動力を入出力可能な発電機による内燃機関のクランキング時の発電電力である始動時電力が発電機および電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段の状態に基づく蓄電手段を充電する際の最大許容電力としての入力制限の範囲内のときには直ちに発電機によるクランキングを伴って内燃機関が始動されるよう内燃機関と発電機とを制御し、始動時電力が入力制限の範囲外のときには始動時電力が入力制限の範囲内となるのを待って発電機によるクランキングを伴って内燃機関が始動されるよう内燃機関と発電機とを制御する。これにより、内燃機関を始動する際に蓄電手段を過大な電力により充電するのを抑制すると共に走行の継続を図ることができる。

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、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として構成されたエンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパを介してキャリアが接続された遊星歯車機構３０と、遊星歯車機構３０のサンギヤに回転子が接続された同期発電電動機としてのモータＭＧ１と、遊星歯車機構３０のリングギヤに接続されると共にデファレンシャルギヤ３４を介して駆動輪３６ａ，３６ｂに接続されたドライブシャフト３２に回転子が接続された同期発電電動機としてのモータＭＧ２と、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２に接続されたバッテリ４４と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット５０とを備える。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２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、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６と、図示しない入出力ポートとを備える。電子制御ユニット５０には、クランクシャフト２６の回転位置を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどのエンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号や、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの信号，インバータ４１，４２からモータＭＧ１，ＭＧ２への電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの相電流，バッテリ４４の出力端子近傍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４４に取り付けられた温度センサ４５からのバッテリ温度Ｔｂ，イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号，シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル６３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６４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル６５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６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８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。電子制御ユニット５０からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号やインバータ４１，４２へのスイッチング制御信号などが出力されている。また、電子制御ユニット５０は、クランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅを演算し、回転位置検出センサからの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算し、さらに、電流センサからの充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）を演算したり、演算した残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ４４を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。なお、バッテリ４４の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ４４の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。図２に電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図３にバッテリ４４の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。

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６３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいてドライブシャフト３２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ドライブシャフト３２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遊星歯車機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてドライブシャフト３２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４４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４４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遊星歯車機構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ドライブシャフト３２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ドライブシャフト３２に出力するよう運転制御するモータ運転モード、モータＭＧ２の駆動を停止してモータＭＧ１で反力を受け持ちながらエンジン２２からの動力が遊星歯車機構３０を介してドライブシャフト３２に伝達されるようエンジン２２とモータＭＧ１とを駆動制御して走行する直行走行モードなどがある。直行走行モードは、モータＭＧ２やインバータ４２に異常が生じてモータＭＧ２から動力を出力できなくなったときでも走行を確保する退避走行用のモードとして選択される。

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、モータ運転モードで走行（以下、モータ走行という）している最中にモータＭＧ２に異常が生じて直行走行モードに移行する際の動作について説明する。図４は電子制御ユニット５０により実行されるモータ異常時始動処理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、モータ走行中にモータＭＧ２から動力を出力できない異常が生じて直行走行モードに移行するためにエンジン２２の始動要求がなされたときに実行される。

モータ異常時始動処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１やバッテリ４４の入力制限Ｗｉｎなどの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の回転数Ｎｍ１は、回転位置検出センサにより検出されたモータＭＧ１の回転子の回転位置に基づいて演算されたものを入力するものとした。また、バッテリ４４の入力制限Ｗｉｎは、バッテリ４４の電池温度Ｔｂとバッテリ４４の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものを入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したバッテリ４４の入力制限ＷｉｎをモータＭＧ１から出力される通常始動用トルクＴｃｒｋ１で除することにより、エンジン２２を通常始動する際にモータＭＧ１に許容される最小の回転数である通常最小回転数Ｎｍｉｎ１を計算する（ステップＳ１１０）。図５に、エンジン２２を通常始動するときにモータＭＧ１から出力すべきトルクを設定する際のトルクマップの一例とエンジン２２の回転数Ｎｅの変化の様子の一例とを示す。実施例の通常始動用のトルクマップは、エンジン２２の始動指示がなされた時間ｔ１の直後からレート処理を用いて比較的大きな正の通常始動用トルクＴｃｒｋ１が設定されてエンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に増加させる。エンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数帯を通過したか共振回転数帯を通過するのに必要な時間以降の時間ｔ２にエンジン２２を安定して所定回転数Ｎｅ１以上でモータリングすることができるトルクを設定し、ドライブシャフト３２における反力を小さくする。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ１に至った時間ｔ３からレート処理を用いてトルクを値０とし、エンジン２２の完爆が判定された時間ｔ４から負のトルクを設定する。ここで、所定回転数Ｎｅ１は、エンジン２２を通常始動する際にエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始する回転数であり、例えば８００ｐｒｍや１０００ｒｐｍなどを用いることができる。ステップＳ１１０では、こうして予め定められた通常始動用トルクＴｃｒｋ１を用いて通常最小回転数Ｎｍｉｎ１を計算する。

続いて、入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が計算したモータＭＧ１の通常最小回転数Ｎｍｉｎ１以上であるか否かを判定し（ステップＳ１２０）、回転数Ｎｍ１が通常最小回転数Ｎｍｉｎ１以上のときには、バッテリ４４の入力制限Ｗｉｎの範囲内で直ちにエンジン２２を通常始動できると判断し、エンジン２２の通常始動を指示して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２の通常始動が指示されると、電子制御ユニット５０は、上述した通常始動用のトルクマップを用いて設定したモータＭＧ１のトルク指令でモータＭＧ１が駆動されると共にモータＭＧ２が駆動されないようインバータ４１，４２をスイッチング制御し、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ１以上に至ったときにエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始し、エンジン２２の完爆が判定されて始動が完了すると直行走行モード用の駆動制御を開始する。図６に、モータ走行中にモータＭＧ２から動力を出力できない異常が生じてエンジン２２の通常始動を開始したときの遊星歯車機構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。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１である遊星歯車機構３０のサンギヤの回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅである遊星歯車機構３０のキャリアの回転数を示し、Ｒ軸は車速Ｖ及びモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に対応する遊星歯車機構３０のリングギヤの回転数Ｎｒを示し、値ρは遊星歯車機構３０のギヤ比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）を示す。図示するように、モータＭＧ１から出力される正のトルクＴｍ１は、エンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させると共にドライブシャフト３２に負のトルクとして作用する。このとき、負回転しているモータＭＧ１から正の通常始動用トルクＴｃｒｋ１を出力してエンジン２２をクランキングすると発電電力が生じるが、モータＭＧ１の発電電力はバッテリ４４の入力制限Ｗｉｎを超えない。

ステップＳ１２０でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が通常最小回転数Ｎｍｉｎ１未満のときには、バッテリ４４の入力制限Ｗｉｎの範囲内で直ちにはエンジン２２を通常始動できないと判断し、バッテリ４４の入力制限ＷｉｎをモータＭＧ１から出力される通常始動用トルクＴｃｒｋ１より小さい非常始動用トルクＴｃｒｋ２で除することにより、エンジン２２を非常始動する際にモータＭＧ１に許容される最小の回転数である非常最小回転数Ｎｍｉｎ２を計算する（ステップＳ１４０）。ここで、非常始動用トルクＴｃｒｋ２は、エンジン２２を始動可能な最低の回転数として所定回転数Ｎｅ１より小さい始動最低回転数Ｎｅ２とするのに必要なトルクであり、通常始動用トルクＴｃｒｋ１より小さいトルクとして予め定められたものを用いるものとした。図７に、エンジン２２の非常始動用のトルクマップの一例とエンジン２２の回転数Ｎｅの変化の様子の一例とを示す。図中、実施例の始動最低回転数Ｎｅ２は、共振による振動が生じてもエンジン２２を迅速に始動することができる回転数（例えば、２００ｒｐｍや３００ｒｐｍなど）として予め定められた、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始する回転数である。

続いて、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が計算した非常最小回転数Ｎｍｉｎ２以上であるか否かを判定し（ステップＳ１５０）、回転数Ｎｍ１が非常最小回転数Ｎｍｉｎ２以上のときには、バッテリ４４の入力制限Ｗｉｎの範囲内で直ちにエンジン２２を非常始動できると判断し、エンジン２２の非常始動を指示して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２の非常始動が指示されると、電子制御ユニット５０は、上述した非常始動用のトルクマップを用いて設定したモータＭＧ１のトルク指令でモータＭＧ１が駆動されると共にモータＭＧ２が駆動されないようインバータ４１，４２をスイッチング制御し、エンジン２２の回転数Ｎｅが始動最低回転数Ｎｅ２以上に至ったときにエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始し、エンジン２２の完爆が判定されて始動が完了すると直行走行モード用の駆動制御を開始する。

ステップＳ１５０でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が非常最小回転数Ｎｍｉｎ２未満のときには、バッテリ４４の入力制限Ｗｉｎの範囲内で直ちにはエンジン２２を始動できないと判断して、エンジン２２の始動要求がなされても直ちに始動指示することなく、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を再び入力すると共に（ステップＳ１７０）、再入力した回転数Ｎｍ１が非常最小回転数Ｎｍｉｎ２未満となるのを待ってから（ステップＳ１５０）、エンジン２２の非常始動を指示して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。図８に、比較的高車速でモータ走行中にモータＭＧ２から動力を出力できない異常が生じて直行走行モードに移行するためにエンジン２２の始動要求がなされたときの遊星歯車機構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示す。図中、比較的高車速でモータ走行中にエンジン２２の始動要求がなされたときの状態を破線で示し、その後に車速が低下して、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１がバッテリ４４の入力制限Ｗｉｎに基づく非常最小回転数Ｎｍｉｎ２以上となったときの状態を実線で示す。破線で図示するように、エンジン２２の始動要求がなされたときにモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が通常最小回転数Ｎｍｉｎ１より小さい、即ち負側に大きいときには、モータＭＧ１からの正の通常始動用トルクＴｃｒｋ１によるクランキングを伴う通常始動を行なうと、モータＭＧ２による電力消費もないため、モータＭＧ１のクランキング時の発電電力によりバッテリ４４がその入力制限Ｗｉｎを超えて充電されてしまう。また、このとき、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が更に非常最小回転数Ｎｍｉｎ２より小さい、即ち負側に大きい場合には、モータＭＧ１からの正の非常始動用トルクＴｃｒｋ２によるクランキングを伴う非常始動を行なうものとしても、モータＭＧ１のクランキング時の発電電力によりバッテリ４４がその入力制限Ｗｉｎを超えて充電されてしまう。このため、走行抵抗などにより車速が低下する、即ちモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が値０に向けて大きく（絶対値としては小さく）なり非常最小回転数Ｎｍｉｎ２以上の実線の状態となるのを待ってからエンジン２２を非常始動することにより、バッテリ４４が過大な電力により充電されないようにすると共に車両を停止することなく走行を継続することができるのである。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータ走行中にモータＭＧ２から動力を出力することができない異常が生じてエンジン２２の始動要求がなされたときに、エンジン２２の通常始動または非常始動のためのモータＭＧ１によるクランキング時の発電電力が、バッテリ４４の入力制限Ｗｉｎの範囲内のときには直ちにモータＭＧ１からの通常始動用トルクＴｃｒｋ１または非常始動用トルクＴｃｒｋ２によるクランキングを伴ってエンジン２２を始動し、バッテリ４４の入力制限Ｗｉｎの範囲外のときには車速が低下して入力制限Ｗｉｎの範囲内となるのを待ってエンジン２２を始動するから、エンジン２２を始動する際にバッテリ４４を過大な電力により充電するのを抑制すると共に走行の継続を図ることができる。また、エンジン２２を通常始動する際にエンジン２２を安定して所定回転数Ｎｅ１以上でモータリングするのための通常始動用トルクＴｃｒｋ１を出力してエンジン２２を始動するから、エンジン２２を始動し安定して運転することができる。さらに、エンジン２２を非常始動する際にエンジン２２を始動可能な最低の始動最低回転数Ｎｅ２以上とするのに必要な非常始動用トルクＴｃｒｋ２を出力してエンジン２２を始動するから、通常始動用トルクＴｃｒｋ１より小さいトルクによりエンジン２２を始動することができる。しかも、モータＭＧ１に許容される通常最小回転数Ｎｍｉｎ１または非常最小回転数Ｎｍｉｎ２を計算して回転数Ｎｍ１と比較するから、モータＭＧ１によるクランキング時の発電電力がバッテリ４４の入力制限Ｗｉｎの範囲内か範囲外かをより確実に判定することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を通常始動したり非常始動したりするものとしたが、通常始動のみを行なうものとしたり、非常始動のみを行なうものとしてもよい。通常始動のみを行なう場合には、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が通常最小回転数Ｎｍｉｎ１以上のときには直ちにエンジン２２を通常始動し、回転数Ｎｍ１が通常最小回転数Ｎｍｉｎ１未満のときには回転数Ｎｍ１が通常最小回転数Ｎｍｉｎ１以上となるのを待ってエンジン２２を通常始動するものとすればよい。また、非常始動のみを行なう場合には、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が非常最小回転数Ｎｍｉｎ２以上のときには直ちにエンジン２２を非常始動し、回転数Ｎｍ１が非常最小回転数Ｎｍｉｎ２未満のときには回転数Ｎｍ１が非常最小回転数Ｎｍｉｎ２以上となるのを待ってエンジン２２を非常始動するものとすればよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を入力して通常最小回転数Ｎｍｉｎ１や非常最小回転数Ｎｍｉｎ２と比較するものとしたが、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１に代えて、車速センサ６８からの車速Ｖを入力してこの車速Ｖにギヤ比ρに基づく換算係数ｋを乗じて得られるモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を用いるものとしてもよいし、車速センサ６８からの車速Ｖと通常最小回転数Ｎｍｉｎ１や非常最小回転数Ｎｍｉｎ２を換算係数ｋで除して得られる判定用車速とを比較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ＭＧ１によるクランキング時の発電電力がバッテリ４４の入力制限Ｗｉｎの範囲内か範囲外を判定するために、モータＭＧ１に許容される通常最小回転数Ｎｍｉｎ１や非常最小回転数Ｎｍｉｎ２を計算して回転数Ｎｍ１と比較するものとしたが、モータＭＧ１に予測される発電電力を計算して入力制限Ｗｉｎと比較するものとしてもよいし、モータＭＧ１から出力可能な最大のトルクを計算してモータＭＧ１によるクランキング用トルクと比較するものとしてもよい。モータＭＧ１に予測される発電電力を計算して入力制限Ｗｉｎと比較する場合には、図４のモータ異常時始動処理ルーチンに代えて図９のモータ異常時始動処理ルーチンを実行するものとすればよく、モータＭＧ１から出力可能な最大のトルクを計算してモータＭＧ１によるクランキング用トルクと比較する場合には、図４のモータ異常時始動処理ルーチンに代えて図１０のモータ異常時始動処理ルーチンを実行するものとすればよい。図９のルーチンでは、ステップＳ１１０とＳ１２０，ステップＳ１４０とＳ１５０とＳ１７０の処理に代えて、ステップＳ２１０とＳ２２０，ステップＳ２３０〜Ｓ２５０の処理を行なう点を除いて、図４のルーチンと同一であるため、同一の処理について同一のステップ番号を付し、その詳細な説明を省略する。図９のルーチンでは、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１にモータＭＧ１からの通常始動用トルクＴｃｒｋ１を乗じることによりエンジン２２の通常始動時にモータＭＧ１に予測される通常発電電力Ｗｇ１を計算してバッテリ４４の入力制限Ｗｉｎと比較し（ステップＳ２１０，Ｓ２２０）、通常発電電力Ｗｇ１が入力制限Ｗｉｎ以上（絶対値としては入力制限Ｗｉｎ以下）のときには、直ちにエンジン２２を通常始動し（ステップＳ１３０）、通常発電電力Ｗｇ１が入力制限Ｗｉｎ未満のときには、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１にモータＭＧ１からの非常始動用トルクＴｃｒｋ２を乗じることによりエンジン２２の非常始動時にモータＭＧ１に予測される非常発電電力Ｗｇ２を計算してバッテリ４４の入力制限Ｗｉｎと比較し（ステップＳ２３０，Ｓ２４０）、非常発電電力Ｗｇ２が入力制限Ｗｉｎ以上のときには、直ちにエンジン２２を非常始動し（ステップＳ１６０）、非常発電電力Ｗｇ２が入力制限Ｗｉｎ未満のときには、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を再び入力すると共に再入力した回転数Ｎｍ１を用いて非常発電電力Ｗｇ２を再計算し（ステップＳ２５０，Ｓ２３０）、再計算した非常発電電力Ｗｇ２が入力制限Ｗｉｎ以上となるのを待って（ステップＳ２４０）、エンジン２２を非常始動する（ステップＳ１６０）。また、図１０のルーチンでは、ステップＳ１１０とＳ１２０，ステップＳ１４０とＳ１５０とＳ１７０の処理に代えて、ステップＳ３１０とＳ３２０，ステップＳ３３０とＳ３４０の処理を行なう点を除いて、図４のルーチンと同一であるため、同一の処理について同一のステップ番号を付し、その詳細な説明を省略する。図１０のルーチンでは、バッテリ４４の入力制限ＷｉｎをモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１で除することによりモータＭＧ１から出力可能な最大の最大出力トルクＴｇを計算してモータＭＧ１の通常始動用トルクＴｃｒｋ１と比較し（ステップＳ３１０，Ｓ３２０）、最大出力トルクＴｇが通常始動用トルクＴｃｒｋ１以上のときには、直ちにエンジン２２を通常始動し（ステップＳ１３０）、最大出力トルクＴｇが通常始動用トルクＴｃｒｋ１未満のときには、最大出力トルクＴｇと非常始動用トルクＴｃｒｋ２とを比較し（ステップＳ３３０）、最大出力トルクＴｇが非常始動用トルクＴｃｒｋ２以上のときには、直ちにエンジン２２を非常始動し（ステップＳ１６０）、最大出力トルクＴｇが非常始動用トルクＴｃｒｋ２未満のときには、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を再び入力して最大出力トルクＴｇを再計算すると共に再計算した最大出力トルクＴｇが非常始動用トルクＴｃｒｋ２以上となるのを待って（ステップＳ３４０，Ｓ３３０）、エンジン２２を非常始動する（ステップＳ１６０）。これらにより、モータＭＧ１によるクランキング時の発電電力がバッテリ４４の入力制限Ｗｉｎの範囲内か範囲外かをより確実に判定することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を直ちに始動できないときには、車速すなわちモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が低下するのを待ってエンジン２２を始動するものとしたが、車速が低下するのを待つ間にアクセルペダル６３の踏込みによりドライブシャフト３２に出力すべき要求トルクが電子制御ユニット５０により別途計算されている場合には、ドライブシャフト３２にはエンジン２２やモータＭＧ２からの動力は出力できないから、要求トルクが計算されていないものとするよう指示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の動力をドライブシャフト３２に出力するものとしたが、図１１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の動力をドライブシャフト３２が接続された車軸（駆動輪３６ａ，３６ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１１における車輪３８ａ，３８ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

実施例では、ハイブリッド自動車に適用して説明したが、自動車以外の列車などのハイブリッド車に適用してもよいし、こうしたハイブリッド車の制御方法の形態としてもよい。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、遊星歯車機構３０が「遊星歯車機構」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、バッテリ４４が「蓄電手段」に相当し、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くバッテリ４４の残容量（ＳＯＣ）とバッテリ４４の電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ４４を充電してもよい最大許容電力である入力制限Ｗｉｎを演算する電子制御ユニット５０が「入力制限設定手段」に相当し、モータ走行中にモータＭＧ２に異常が生じてエンジン２２の始動要求がなされたときにモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１がバッテリ４４の入力制限Ｗｉｎに基づく通常最小回転数Ｎｍｉｎ１や非常最小回転数Ｎｍｉｎ２以上のときにはエンジン２２の始動を指示し非常最小回転数Ｎｍｉｎ２未満のときには回転数Ｎｍ１が低下するのを待ってエンジン２２の始動を指示する図４のモータ異常時始動処理ルーチンを実行すると共に始動が指示されたときにエンジン２２が始動されるようモータＭＧ１とエンジン２２を制御する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。また、回転位置検出センサからの信号に基づいてモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を演算する電子制御ユニット５０が「発電機回転数取得手段」に相当し、モータＭＧ１の通常最小回転数Ｎｍｉｎ１や非常最小回転数Ｎｍｉｎ２を計算してモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と比較して判定する図４のモータ異常時始動処理ルーチンのステップＳ１１０，Ｓ１２０の処理やステップＳ１４０，Ｓ１５０，Ｓ１７０の処理を実行する電子制御ユニット５０が「始動時電力判定手段」に相当し、図９や図１０のモータ異常時始動処理ルーチンを実行すると共に始動が指示されたときにエンジン２２が始動されるようモータＭＧ１とエンジン２２を制御する電子制御ユニット５０も「制御手段」に相当し、車速センサ６８からの車速Ｖを入力してこの車速Ｖにギヤ比ρに基づく換算係数ｋを乗じてモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を得る電子制御ユニット５０も「発電機回転数取得手段」に相当し、モータＭＧ１の通常発電電力Ｗｇ１や非常発電電力Ｗｇ２を計算してバッテリ４４の入力制限Ｗｉｎと比較して判定する図９のモータ異常時始動処理ルーチンのステップＳ２１０，Ｓ２２０の処理やステップＳ２３０〜Ｓ２５０の処理を実行する電子制御ユニット５０も「始動時電力判定手段」に相当し、モータＭＧ１の最大出力トルクＴｇを計算して通常始動用トルクＴｃｒｋ１や非常始動用トルクＴｃｒｋ２と比較して判定する図１０のモータ異常時始動処理ルーチンのステップＳ３１０〜Ｓ３４０の処理を実行する電子制御ユニット５０も「始動時電力判定手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としては、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に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの発電機としても構わない。「遊星歯車機構」としては、上述の遊星歯車機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせたものなど、車軸に連結された駆動軸と内燃機関の出力軸と発電機の回転軸とに接続された遊星歯車機構であれば如何なるものとしても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「蓄電手段」としては、バッテリ４４に限定されるものではなく、キャパシタなど、発電機および電動機と電力のやり取りが可能であれば如何なるものとしても構わない。「入力制限設定手段」としては、バッテリ４４の残容量（ＳＯＣ）とバッテリ４４の電池温度Ｔｂとに基づいて入力制限Ｗｉｎを演算するものに限定されるものではなく、残容量（ＳＯＣ）や電池温度Ｔｂの他に例えばバッテリ４４の内部抵抗などに基づいて演算するものなど、蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段を充電する際の最大許容電力としての入力制限を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、単一の電子制御ユニットによるものに限定されるものではなく複数の電子制御ユニットからなるものとしてもよい。また、「制御手段」としては、図４や図９，図１０のモータ異常時始動処理ルーチンを実行すると共に始動が指示されたときにエンジン２２が始動されるようモータＭＧ１とエンジン２２を制御する電子制御ユニット５０に限定されるものではなく、電動機からの動力だけで走行している最中に電動機から動力を出力することできない異常が生じたことにより内燃機関を始動する際、発電機による内燃機関のクランキング時の発電電力である始動時電力が設定された入力制限の範囲内のときには直ちに発電機によるクランキングを伴って内燃機関が始動されるよう内燃機関と発電機とを制御し、始動時電力が設定された入力制限の範囲外のときには始動時電力が設定された入力制限の範囲内となるのを待って発電機によるクランキングを伴って内燃機関が始動されるよう内燃機関と発電機とを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。「発電機回転数取得手段」としては、回転位置検出センサからの信号に基づいてモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を演算する電子制御ユニット５０や車速センサ６８からの車速Ｖを入力してこの車速Ｖにギヤ比ρに基づく換算係数ｋを乗じてモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を得る電子制御ユニット５０に限定されるものではなく、発電機の回転数を取得するものであれば如何なるものとしても構わない。「始動時電力判定手段」としては、図４や図９，図１０のモータ異常時始動処理ルーチンの処理を実行する電子制御ユニット５０に限定されるものではなく、取得された発電機の回転数が設定された入力制限を発電機からの始動用トルクで除して得られる発電機の最小許容回転数以上のときに始動時電力が設定された入力制限の範囲内にあると判定するものや、取得された発電機の回転数に発電機からの始動用トルクを乗じて得られる発電機の発電電力の絶対値が設定された入力制限の絶対値以下のときに始動時電力が設定された入力制限の範囲内にあると判定するもの、設定された入力制限を取得された発電機の回転数で除して得られる発電機から出力可能な最大トルクが発電機からの始動用トルク以上のときに始動時電力が設定された入力制限の範囲内にあると判定するもののうちいずれかのものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

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。 バッテリ４４における電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。 バッテリ４４の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。 電子制御ユニット５０により実行されるモータ異常時始動処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 エンジン２２の通常始動時にモータＭＧ１から出力すべきトルクを設定する際のトルクマップの一例とエンジン２２の回転数Ｎｅの変化の様子の一例とを示す説明図である。 モータ走行中にエンジン２２の通常始動を開始したときの遊星歯車機構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２２の非通常始動時にモータＭＧ１から出力すべきトルクを設定する際のトルクマップの一例とエンジン２２の回転数Ｎｅの変化の様子の一例とを示す説明図である。 比較的高車速でモータ走行中にエンジン２２の始動が要求されたときの遊星歯車機構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。 変形例の電子制御ユニット５０により実行されるモータ異常時始動処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例の電子制御ユニット５０により実行されるモータ異常時始動処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 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。

符号の説明

２０，１２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２６ クランクシャフト、３０ 遊星歯車機構、３２ ドライブシャフト、３４ デファレンシャルギヤ、３６ａ，３６ｂ 駆動輪、３８ａ，３８ｂ 車輪、４１，４２ インバータ、４４ バッテリ、４５ 温度センサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (7)

1. 内燃機関と、
   動力を入出力可能な発電機と、
   車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸とに接続された遊星歯車機構と、
   前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
   前記発電機および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
   前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充電する際の最大許容電力としての入力制限を設定する入力制限設定手段と、
   前記電動機からの動力だけで走行している最中に該電動機から動力を出力することできない異常が生じたことにより前記内燃機関を始動する際、前記発電機による前記内燃機関のクランキング時の発電電力である始動時電力が前記設定された入力制限の範囲内のときには直ちに前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該発電機とを制御し、前記始動時電力が前記設定された入力制限の範囲外のときには前記始動時電力が前記設定された入力制限の範囲内となるのを待って前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該発電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、前記内燃機関を安定して運転することができる第１の所定回転数以上とするための始動用トルクを前記発電機から出力することにより前記内燃機関を始動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、前記内燃機関を始動可能な最低の回転数である第２の所定回転数以上とするのに必要な始動用トルクを前記発電機から出力することにより前記内燃機関を始動する手段である請求項１記載のハイブリッド車。
4. 請求項２または３記載のハイブリッド車であって、
   前記発電機の回転数を取得する発電機回転数取得手段を備え、
   前記制御手段は、前記取得された発電機の回転数が前記設定された入力制限を前記発電機からの始動用トルクで除して得られる前記発電機の最小許容回転数以上のときに前記始動時電力が前記設定された入力制限の範囲内にあると判定する始動時電力判定手段を有し、該始動時電力判定手段による判定結果に基づいて前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該発電機とを制御する手段である、
   ハイブリッド車。
5. 請求項２または３記載のハイブリッド車であって、
   前記発電機の回転数を取得する発電機回転数取得手段を備え、
   前記制御手段は、前記取得された発電機の回転数に前記発電機からの始動用トルクを乗じて得られる前記発電機の発電電力の絶対値が前記設定された入力制限の絶対値以下のときに前記始動時電力が前記設定された入力制限の範囲内にあると判定する始動時電力判定手段を有し、該始動時電力判定手段による判定結果に基づいて前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該発電機とを制御する手段である、
   ハイブリッド車。
6. 請求項２または３記載のハイブリッド車であって、
   前記発電機の回転数を取得する発電機回転数取得手段を備え、
   前記制御手段は、前記設定された入力制限を前記取得された発電機の回転数で除して得られる前記発電機から出力可能な最大トルクが前記発電機からの始動用トルク以上のときに前記始動時電力が前記設定された入力制限の範囲内にあると判定する始動時電力判定手段を有し、該始動時電力判定手段による判定結果に基づいて前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該発電機とを制御する手段である、
   ハイブリッド車。
7. 内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸とに接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやり取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、
   前記電動機からの動力だけで走行している最中に該電動機から動力を出力することできない異常が生じたことにより前記内燃機関を始動する際、前記発電機による前記内燃機関のクランキング時の発電電力である始動時電力が前記蓄電手段の状態に基づく該蓄電手段を充電する際の最大許容電力としての入力制限の範囲内のときには直ちに前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該発電機とを制御し、前記始動時電力が前記入力制限の範囲外のときには前記始動時電力が前記入力制限の範囲内となるのを待って前記発電機によるクランキングを伴って前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関と該発電機とを制御する、
   ことを特徴とするハイブリッド車の制御方法。

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