JP2009248794A - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低温時に内燃機関を始動する際に二次電池などの蓄電装置からの放電量を抑制する。
【解決手段】外気温センサからの外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ未満の極低温時であってシステム起動後に最初にエンジンを始動するときには（Ｓ１６０，Ｓ１７０）、二つのモータを共に矩形波制御モードで駆動してエンジンが始動されて走行するよう二つのモータを駆動するインバータをスイッチング制御する（Ｓ１９０）。これにより、極低温時に二次電池としてのバッテリからの放電量を抑制することができる。
【選択図】図５

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、この種の車両としては、エンジンと、インバータにより駆動される交流電動発電機と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、エンジンを交流電動発電機により始動するときには交流電動発電機の機械共振周波数より低い低搬送波周波数でインバータのＰＷＭ制御を行ない、車載機器を交流電動発電機により駆動するときには機械共振周波数より高い高搬送波周波数でインバータのＰＷＭ制御を行なうことにより、共振による騒音の抑止とエンジン始動時のスイッチング損失の低減とを図るものとしている。
特開２００２−１５３０９６号公報

走行用の電動機やエンジンをモータリング可能な発電機を備えるハイブリッド車では、通常のエンジン始動時には、良好な応答性を得るために電動機や発電機を駆動するインバータを正弦波制御（ＰＷＭ制御）することが一般的に行なわれている。一方、−２０℃や−３０℃などの極低温下では、エンジンのフリクションが大きいためにエンジン２２の始動に時間を要し、バッテリからの放電も多くなることや、バッテリの出力密度も低下することから、バッテリからの放電を抑制することが好ましい。このため、上述の車両のように、低搬送波周波数を用いてスイッチングによる電力損失を低減することも考えられるが、バッテリへの出力要求を更に低減してバッテリの保護を図ることが望まれる。

本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、低温時に内燃機関を始動する際に二次電池などの蓄電装置からの放電量を抑制す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、前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力のやり取りを行なう蓄電手段と、を備えるハイブリッド車であって、
外気温を検出する外気温検出手段と、
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、
前記検出された外気温が所定温度未満の低温時にシステム起動後に最初に前記内燃機関を始動する際には、前記設定された要求駆動力により走行すると共に少なくとも矩形波制御によって前記発電機により前記内燃機関がクランキングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機用インバータ回路と前記電動機用インバータ回路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、外気温が所定温度未満の低温時にシステム起動後に最初に内燃機関を始動する際には、走行に要求される要求駆動力により走行すると共に少なくとも矩形波制御によって発電機により内燃機関がクランキングされて始動されるよう内燃機関と発電機用インバータ回路と電動機用インバータ回路とを制御する。これにより、ＰＷＭ制御によって発電機を駆動するものに比して発電機用インバータ回路のスイッチングによる電力損失が抑制されるから、低温時に内燃機関を始動する際に蓄電手段からの放電量を抑制することができる。

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、矩形波制御によって前記電動機が駆動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、低温時に内燃機関を始動する際に蓄電手段からの放電量を更に抑制することができる。

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、前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力のやり取りを行なう蓄電手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
外気温が所定温度未満の低温時にシステム起動後に最初に前記内燃機関を始動する際には、走行に要求される要求駆動力により走行すると共に少なくとも矩形波制御によって前記発電機により前記内燃機関がクランキングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機用インバータ回路と前記電動機用インバータ回路とを制御する、
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、外気温が所定温度未満の低温時にシステム起動後に最初に内燃機関を始動する際には、走行に要求される要求駆動力により走行すると共に少なくとも矩形波制御によって発電機により内燃機関がクランキングされて始動されるよう内燃機関と発電機用インバータ回路と電動機用インバータ回路とを制御する。これにより、ＰＷＭ制御によって発電機を駆動するものに比して発電機用インバータ回路のスイッチングによる電力損失が抑制されるから、低温時に内燃機関を始動する際に蓄電手段からの放電量を抑制することができる。

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り、図２はモータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系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１に示すように、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に減速ギヤ３５を介して接続されたモータＭＧ２と、直流電流を交流電流に変換してモータＭＧ１，ＭＧ２に供給可能なインバータ４１，４２と、バッテリ５０からの電力をその電圧を変換してインバータ４１，４２に供給可能な昇圧回路５５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、例えば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には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号、例えば、エンジン２２を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ２３からの冷却水温Ｔｗやエンジン２２のクランクシャフト２６のクランク角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が入力されている。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。なお、エンジンＥＣＵ２４は、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も演算している。

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、図２に示すように、いずれも外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備え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および昇圧回路５５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は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６は、それぞれインバータ４１，４２が電力ライン５４として共用する正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとの間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータＭＧ１，ＭＧ２を回転駆動することができる。インバータ４１，４２は、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとを共用しているから、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。なお、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとには平滑用のコンデンサ５７が接続されている。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のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６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。また、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

昇圧回路５５は、図２に示すように、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとにより構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ４１，４２の正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと負極母線５４ｂとにはそれぞれバッテリ５０の正極端子と負極端子とが接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフ制御することによりバッテリ５０の直流電力をその電圧を昇圧してインバータ４１，４２に供給したり正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに作用している直流電圧を降圧してバッテリ５０を充電したりすることができる。リアクトルＬと負極母線５４ｂとには平滑用のコンデンサ５８が接続されている。以下、昇圧回路５５より電力ライン５４側を高電圧系といい、昇圧回路５５よりバッテリ５０側を低電圧系という。

バッテリ５０は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池として構成されており、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。また、バッテリＥＣＵ５２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、演算した残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０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５０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５０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３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４にバッテリ５０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。

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、電圧センサ５７ａからのコンデンサ５７の電圧（以下、高電圧系の電圧ＶＨという）や電圧センサ５８ａからのコンデンサ５８の電圧，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，車両周辺の温度を検出する外気温センサ８９からの外気温Ｔｏｕｔ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からは、昇圧回路５５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。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。なお、ハイブリッド用電子制御ユニット７０による昇圧回路５５の駆動制御は、モータＭＧ１，ＭＧ２の各トルク指令と回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とに基づいて電圧指令ＶＨ＊を設定し、高電圧系の電圧ＶＨが電圧指令ＶＨ＊になるよう電圧センサ５７ａからの検出電圧を用いてフィードバック制御により昇圧回路５５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御することによって行なわれる。

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。なお、実施例では、車両がシステム起動された直後には、モータ運転モードが選択されるものとした。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図５は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動時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、エンジン２２の始動要求がなされたときに実行される。エンジン２２の始動要求は、実施例では、モータ運転モードのときに、エンジン２２に要求される動力がエンジン２２を比較的効率よく運転することができるパワー領域の下限値近傍の閾値以上となったときや、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）がエンジン２２を始動するために必要な電力量に相当する残容量より若干大きな閾値未満となったときなどになされるものとした。

始動時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，外気温センサ８９からの外気温Ｔｏｕｔ，エンジン２２の回転数Ｎｅ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，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、エンジン２２の回転数Ｎｅは図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいて演算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータ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。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。

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＊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６に要求トルク設定用マップの一例を示す。

続いて、エンジン２２の始動開始、即ち、本ルーチンの実行開始からの経過時間ｔに基づいて始動時のトルクマップを用いてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。（ステップＳ１２０）。エンジン２２の始動時にモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定するクランキング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図７に示す。実施例のトルクマップは、エンジン２２の始動指示がなされた時間ｔ１１の直後からレート処理を用いて比較的大きなトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定してエンジン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ｔ１２にエンジン２２を安定して所定回転数Ｎｒｅｆ以上でモータリングすることができるトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定し、電力消費や駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａ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が回転数Ｎｒｅｆに至った時間ｔ１３からレート処理を用いてトルク指令Ｔｍ１＊を値０とし、エンジン２２の完爆が判定される時間ｔ１４までトルク指令Ｔｍ１＊を値０に設定する。ここで、所定回転数Ｎｒｅｆは、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（例えば９００ｒｐｍや１０００ｒｐｍなど）である。

次に、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと設定したモータ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（１）および式（２）により計算すると共に（ステップＳ１３０）、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（３）により計算し（ステップＳ１４０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐ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Ｓ１５０）。図８に、エンジン２２をモータリングしている状態で走行しているとき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。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を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（３）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、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。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (1)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (2)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (3)

こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、入力した外気温Ｔｏｕｔが極低温の状態を示す閾値Ｔｒｅｆ（例えば−２０℃や−３０℃など）以上であるか否かと（ステップＳ１６０）、車両のシステム起動後に最初にエンジン２２を始動するときであるか否かと（ステップＳ１７０）、を判定し、外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ以上のときや外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ未満であってもシステム起動後に最初の始動でないときには、モータＭＧ１，ＭＧ２を共に正弦波制御モードで制御する指示信号と設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊とをモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ１８０）、外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ未満でシステム起動後に最初の始動であるときには、モータＭＧ１，ＭＧ２を共に矩形波制御モードで制御する指示信号と設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊とをモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１９０）。制御モードの指示信号とトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊とを受信したモータＥＣＵ４０は、指示信号に応じた制御モードによりトルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なうと共に、指示信号に応じた制御モードによりトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４２のトランジスタＴ２１〜Ｔ２６のスイッチング制御を行なう。システム起動後に最初の始動時であるか否かは、システム起動時にリセットされると共にシステム起動後の始動回数としてＲＡＭ７６の所定領域に記憶されて始動毎にインクリメントされるカウンタを用いて判定することができる。ここで、外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ未満の極低温時であって車両のシステム起動後に最初にエンジン２２を始動するときにだけ矩形波制御モードでモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する理由を説明する。図９に、各制御モードにおけるモータＭＧ１から出力されるトルクとインバータ４１の電力損失との関係の一例を示す。図示するように、モータＭＧ１から出力されるトルクが大きくなると制御モードに関係なくインバータ４１の損失が大きくなる傾向があるが、トルクの大きさに関係なく矩形波制御モード，過変調制御モード，正弦波制御モードの順で損失が大きくなる傾向がある。後者の傾向は、インバータ回路のスイッチングによる電力損失が主たる原因と考えられる。なお、正弦波制御モードは、三角波比較によるＰＷＭ（パルス幅変調）制御における三角波の振幅以下の振幅で正弦波状の信号を生成して変換されたＰＷＭ信号でインバータ回路をスイッチングする制御モードであり、過変調制御モードは、三角波の振幅を越えた振幅で正弦波状の信号を生成して変換されたＰＷＭ信号でインバータ回路をスイッチングする制御モードであり、矩形波制御モードは、矩形波状の信号でインバータ回路をスイッチングする制御である。ところで、トルクの変化に対する応答性は、矩形波制御モード，過変調制御モード，正弦波制御モードの順で良くなることから、通常のエンジン始動時には、正弦波制御モードでモータＭＧ１を駆動するのが好ましい。一方、極低温下でのエンジン始動時には、エンジン２２のフリクションが大きく始動に時間を要してバッテリ５０からの放電量が多くなったり、二次電池としてのバッテリ５０の出力密度も低下すると考えられるため、損失の少ない矩形波制御モードでモータＭＧ１を駆動することにより、バッテリ５０からの放電量を抑制することができる。また、システム起動後に最初の始動のときにだけ矩形波制御モードを用いるのは、２回目以降の始動時はエンジン２２がある程度は暖機されてモータＭＧ１による始動時間が最初の始動時ほどは必要とされないと考えられるためである。さらに、実施例では、極低温下でシステム起動後に最初の始動時にはモータＭＧ２も矩形波制御モードで駆動するものとしたから、バッテリ５０からの放電量を更に抑制することができる。これは、モータＭＧ２から出力されるトルクとインバータ４２の損失との関係も、モータＭＧ１の図９に示す関係と同様の傾向があることに基づく。

そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが前述した所定回転数Ｎｒｅｆ以上に至っているか否かを判定し（ステップＳ２００）、回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｒｅｆ未満のときにはステップＳ１００に戻り、回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｒｅｆ以上に至ったときには燃料噴射制御と点火制御とが開始されるよう制御信号をエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ２１０）、エンジン２２の完爆が判定されるまでステップＳ１００以降の処理を繰り返し実行して（ステップＳ２２０）、始動時駆動制御ルーチンを終了する。燃料噴射制御と点火制御とを開始する制御信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の燃料噴射制御と点火制御とを開始する。こうした制御により、エンジン２２を始動しながらバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力して走行することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、外気温センサ８９からの外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ未満の極低温時であってシステム起動後に最初にエンジン２２を始動するときにはモータＭＧ１，ＭＧ２を共に矩形波制御モードで駆動してエンジン２２が始動されて走行するようインバータ４１，４２をスイッチング制御するから、極低温時に二次電池としてのバッテリ５０からの放電量を抑制することができる。もとより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力して走行することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ未満でシステム起動後に最初にエンジン２２を始動するときには、モータＭＧ１とモータＭＧ２とを共に矩形波制御モードで駆動するものとしたが、モータＭＧ１だけを矩形波制御モードで駆動すると共にモータＭＧ２を正弦波制御モードや過変調制御モードで制御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、外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ以上のときや外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ未満であってもシステム起動後に最初の始動時でないときには、モータＭＧ１，ＭＧ２を正弦波制御モードで駆動するものとしたが、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊と回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とに基づいて正弦波制御モード，過変調制御モード，矩形波制御モードのいずれかの制御モードをモータ毎に選択してモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動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、外気温センサ８９からの外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ未満のときに極低温時と判定してモータＭＧ１，ＭＧ２を矩形波制御モードで駆動するものとしたが、外気温センサ８９に代えて水温センサ２３からの冷却水温Ｔｗが閾値未満のときや温度センサ５１からの電池温度Ｔｂが閾値未満のときなどに低温時と判定してモータＭＧ１，ＭＧ２を矩形波制御モードで駆動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、昇圧回路５５を備えるものとしたが、昇圧回路５５を備えないものとしてもよい。

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１０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１０における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に出力するものとしてもよい。

また、こうしたハイブリッド自動車の形態に限定されるものではなく、こうしたハイブリッド自動車の制御方法の形態としても構わない。

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、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ４１が「発電機用インバータ回路」に相当し、インバータ４２が「電動機用インバータ回路」に相当し、バッテリ５０が「蓄電手段」に相当し、外気温センサ８９が「外気温検出手段」に相当し、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定する図５の駆動制御ルーチンのステップＳ１１０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「要求駆動力設定手段」に相当し、外気温センサ８９からの外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ未満の極低温時にシステム起動後にエンジン２２を最初に始動するときにはモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ４１，４２を共に矩形波制御モードで駆動する指示信号とエンジン２２のクランキング用に設定したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１とバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊により走行するよう設定したモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを送信しエンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｒｅｆ以上になったときにエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御の開始を指示する図５の始動時駆動制御ルーチンのステップＳ１２０〜Ｓ２２０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を行なうエンジンＥＣＵ２４と指示された制御モードとトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊とに基づいてインバータ４１，４２のスイッチング制御を行なうモータＥＣＵ４０とが「制御手段」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。「３軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構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て４以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる差動作用を有するものなど、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の３軸に接続され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もの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。「発電機用インバータ回路」としては、インバータ４１に限定されるものではなく、発電機を駆動するものであれば如何なるタイプのインバータ回路であっても構わない。「電動機用インバータ回路」としては、インバータ４２に限定されるものではなく、電動機を駆動するものであれば如何なるタイプのインバータ回路であっても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ５０に限定されるものではなく、キャパシタなど、発電機用インバータ回路および電動機用インバータ回路を介して発電機および電動機と電力のやりとりを行なうものであれば如何なるものとしても構わない。「外気温検出手段」としては、外気温センサ８９に限定されるものではなく、外気温を検出可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「要求駆動力設定手段」としては、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定するものに限定されるものではなく、アクセル開度Ａｃｃだけに基づいて要求トルクを設定するものや走行経路が予め設定されているものにあっては走行経路における走行位置に基づいて要求トルクを設定するものなど、走行に要求される要求駆動力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、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、外気温センサ８９からの外気温Ｔｏｕｔが閾値Ｔｒｅｆ未満の極低温時にシステム起動後にエンジン２２を最初に始動するときにはエンジン２２のクランキング用に設定したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊および矩形波制御モードによってモータＭＧ１を駆動するインバータ４１をスイッチング制御しバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊により走行するよう設定したモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊および矩形波制御モードによってモータＭＧ２を駆動するインバータ４２をスイッチング制御すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｒｅｆ以上にな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するものに限定されるものではなく、検出された外気温が所定温度未満の低温時にシステム起動後に最初に内燃機関を始動する際には、設定された要求駆動力により走行すると共に少なくとも矩形波制御によって発電機により内燃機関がクランキングされて始動されるよう内燃機関と発電機用インバータ回路と電動機用インバータ回路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。

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。 モータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。 バッテリ５０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５０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。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動時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の始動時にモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定する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。 エンジン２２をモータリングしている状態で走行しているとき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ＭＧ１から出力されるトルクとインバータ４１の損失との関係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。

符号の説明

２０，１２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ 水温センサ、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、５４ａ 正極母線、５４ｂ 負極母線、５５ 昇圧回路、５７，５８ コンデンサ、５７ａ，５８ａ 電圧センサ、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、８９ 外気温センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ、Ｌ リアクトル。

Claims (3)

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、前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力のやり取りを行なう蓄電手段と、を備えるハイブリッド車であって、
   外気温を検出する外気温検出手段と、
   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、
   前記検出された外気温が所定温度未満の低温時にシステム起動後に最初に前記内燃機関を始動する際には、前記設定された要求駆動力により走行すると共に少なくとも矩形波制御によって前記発電機により前記内燃機関がクランキングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機用インバータ回路と前記電動機用インバータ回路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、矩形波制御によって前記電動機が駆動されるよう制御する手段である請求項１記載のハイブリッド車。
3. 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、前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力のやり取りを行なう蓄電手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
   外気温が所定温度未満の低温時にシステム起動後に最初に前記内燃機関を始動する際には、走行に要求される要求駆動力により走行すると共に少なくとも矩形波制御によって前記発電機により前記内燃機関がクランキングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機用インバータ回路と前記電動機用インバータ回路とを制御する、
   ことを特徴とするハイブリッド車の制御方法。

Images