JP2010023731A - ハイブリッド車の回生制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生制動時のエンジン回転数の変動を抑制して違和感を防止できるハイブリッド車の回生制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の回転数を制御するための第１モータと、車両の慣性エネルギを回生して発電する第２モータと、これらのモータとの間で電力を授受する蓄電装置とを有し、前記車両の慣性エネルギで前記第２モータを駆動して発電する回生制動時に前記蓄電装置が受け入れる電力が制限されることにより前記第２モータで発電した電力の一部を前記第１モータに供給して第１モータにより前記内燃機関を強制的に回転させている回生状態を判断する判断手段（ステップＳ２）と、前記回生状態の判断が成立している場合には、前記蓄電装置が受け入れる電力の制限の緩和量を前記回生状態の判断が成立していない場合の緩和量よりも小さくする充電制限手段（ステップＳ３）とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の動力装置を備えたハイブリッド車におけるエネルギ回生を制御するための装置に関し、特にモータの制御が蓄電装置による制限を受けている場合の制御を行う装置に関するものである。

ハイブリッド車やインホイールモータ式の車両では、走行のための駆動力をモータで発生させるように構成されている。例えばハイブリッド車では、ガソリンエンジンなどの内燃機関の回転数を第１のモータ・ジェネレータによって制御し、その第１のモータ・ジェネレータで発生した電力によってモータを駆動して、内燃機関およびモータを駆動力源とするように構成された例が知られている。また、インホイールモータでは、車輪ごとにモータを設け、各車輪の駆動力を個別に制御できるように構成されている。

このように複数の駆動力源を搭載している車両では、いずれかの駆動力源が出力したトルクに、他の駆動力源のトルクを加えたり、あるいは反対にいずれかの駆動力源が出力したトルクの一部を他の駆動力源で吸収したりすることができ、このような機能を利用して各種の制御が、従来、行われている。例えば特許文献１には、インホイールモータ式の車両において、車体の上下振動による接地荷重の変動を抑制するために、前輪と後輪とのいずれか一方の駆動力を他方の駆動力とは反対方向に生じさせるように構成された装置が記載されている。

また、特許文献２には、バッテリの残存量が空充電の場合および満充電の場合のエンジンブレーキに関する制御が記載されている。すなわち、特許文献２には、バッテリが空充電状態の減速時にエンジンのスロットルバルブを開いてそのフリクションロスを低減することにより、エンジンによる制動力を小さくしてジェネレータによるエネルギ回生の効率を向上させ、また反対に満充電状態での減速時には、ジェネレータによるエネルギ回生を行うことができないので、エンジンのスロットルバルブを閉じてエンジンによる制動力を増大させるように構成された装置が記載されている。

特開２００７−１２４８６８号公報 特開２０００−２８２９０８号公報

上述したようにモータを動力源の一つとして搭載している車両では、モータを振動抑制やエネルギ回生などの多様の用途に使用することができ、燃費や乗り心地などを改善することができる。しかしながら、そのような制御は、バッテリなどの蓄電装置に対する充電や蓄電装置からの放電によって行われるので、蓄電装置の耐久性や蓄電装置を使用する他の制御との関係で蓄電装置に対する充電や蓄電装置からの放電が制限されている場合には、前記の振動抑制制御や回生制御などのモータを使用した制御が制限されることがある。

その一例を説明すると、内燃機関と第１のモータ・ジェネレータとを差動作用のある動力分割機構を介して連結するとともに、その動力分割機構における出力要素に第２のモータ・ジェネレータを連結したハイブリッド駆動装置が知られており、この種のハイブリッド駆動装置を搭載した車両が減速する場合に第２のモータ・ジェネレータを発電機として機能させてエネルギ回生を行い、その発電に要するトルクを制動トルクとするいわゆる回生制動が行われる。その回生制動で発生した電力は、バッテリなどの蓄電装置に充電することになるが、蓄電装置が既にある程度以上に充電されていると、蓄電装置の耐久性の維持などの要請で充電が制限される。このような場合、第２のモータ・ジェネレータで発生した電力のうち蓄電装置に充電できない電力を第１のモータ・ジェネレータに供給してこれをモータとして駆動し、こうすることにより、燃料の供給および点火を休止している内燃機関を強制的に回転させることにエネルギを消費して回生制動力を維持できる。

車両の回生制動時に内燃機関を強制的に連れ回している場合、回生トルクを発生している第２のモータ・ジェネレータで発電した電力は、蓄電装置と第１のモータ・ジェネレータとに供給される。その蓄電装置の充電容量（ＳＯＣ）は時々刻々変化し、それに伴って蓄電装置に対する充電制限量も変動するので、充電容量の変化すなわち充電制限量の変化に伴って第１のモータ・ジェネレータが発生するトルクが変化する。第１のモータ・ジェネレータは内燃機関の回転数を引き上げるように作用しているから、そのトルクが変化すると、内燃機関の回転数が変化することになる。その場合、運転者はアクセルペダルを踏み込むなどの加速操作を行っていないから、内燃機関の回転数が変化すると、運転者の意図しない挙動の変化、あるいは操作を行っていない挙動の変化が生じることになるので、違和感の原因となる。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、蓄電装置による制限が行われている場合であっても違和感を生じさせることなく回生制動を行うことができるハイブリッド車の回生制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、内燃機関と、その内燃機関の回転数を制御するための第１モータと、車両の慣性エネルギを回生して発電する第２モータと、これら第１モータおよび第２モータとの間で電力を授受する蓄電装置とを有するハイブリッド車の回生制御装置において、前記車両の慣性エネルギで前記第２モータを駆動して発電する回生制動時に前記蓄電装置が受け入れる電力が制限されることにより前記第２モータで発電した電力の一部を前記第１モータに供給して第１モータにより前記内燃機関を強制的に回転させている回生状態を判断する判断手段と、前記回生状態の判断が成立している場合には、前記蓄電装置が受け入れる電力の制限の緩和量を前記回生状態の判断が成立してない場合の緩和量よりも小さくする充電制限手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記充電制限手段は、前記蓄電装置が受け入れる電力の制限の変化速度を、前記回生状態の判断が成立した場合は、その判断が成立していない場合よりも小さくするように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の回生制御装置である。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記充電制限手段は、前記緩和量もしくは変化速度を前記車両の車速が高車速ほど、小さくするように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の回生制御装置である。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記第１モータおよび第２モータの少なくともいずれか一方のモータによって前記車両のばね上振動を抑制する制振制御の実行中であることを判断する制振判断手段を更に備え、前記充電制限手段は、前記ばね上振動を抑制する制振制御が実行されていることが判断された場合に前記緩和量もしくは変化速度を小さくするように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の回生制御装置である。

請求項５の発明は、内燃機関と、その内燃機関の回転数を制御するための第１モータと、車両の慣性エネルギを回生して発電する第２モータと、これら第１モータおよび第２モータとの間で電力を授受する蓄電装置とを有するハイブリッド車の回生制御装置において、前記第１モータおよび第２モータの少なくともいずれか一方のモータによって前記車両のばね上振動を抑制する制振制御の実行中であることを判断する制振判断手段と、前記車両の慣性エネルギで前記第２モータを駆動して発電する回生制動時に前記蓄電装置が受け入れる電力が制限されることにより前記第２モータで発電した電力の一部を前記第１モータに供給して第１モータにより前記内燃機関を強制的に回転させている回生状態を判断する判断手段と、前記制振制御中であることの判断が成立し、かつ前記回生状態であることの判断が成立した場合に、前記制振制御による前記ばね上振動を抑制するトルクの制限値を小さくするガード制御手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記ガード制御手段は、前記車両の車速が速い場合には遅い場合に比較して前記制限値を相対的に小さくするように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の回生制御装置である。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記トルクの制限値を前記車速に応じて変化させる場合に、レートリミット処理を行う手段を更に備えていることを特徴とするハイブリッド車の回生制御装置である。

請求項１の発明によれば、車両が惰性走行しているなど内燃機関が動力を出力していない場合、第２モータが車両の慣性エネルギで駆動されて発電し、エネルギ回生を行う。その電力は、蓄電装置での受け入れが制限されている場合に第１モータに供給され、第１モータが内燃機関の回転数を引き上げるように駆動されて、第１モータで電力が消費される。こうして制動を行っている状態であっても蓄電装置が受け入れることの可能な電力量、すなわち電力制限量が変動するが、蓄電装置が受け入れる電力量を緩和する場合、その緩和量が抑制される。具体的には、第１モータで内燃機関の回転数を引き上げている回生制動を行っていない場合に対して、緩和量が小さくされる。その結果、内燃機関の回転数を制御している第１モータに供給される電力の変動が防止もしくは抑制されるので、内燃機関の回転数が維持され、もしくはその回転数が過度に変動することがなくなり、違和感などを防止することができる。

また、請求項２の発明によれば、前記電力の制限を緩和する速度が、前記の回生状態において相対的に遅くされるので、請求項１の発明と同様に、内燃機関の回転数の変動を抑制もしくは防止することができる。

請求項３の発明によれば、エネルギ量の多い高車速時には、前記電力の制限の緩和を相対的に抑制するので、第２モータによる動力変動が大きい場合であっても内燃機関の回転数の変動を抑制することができる。

請求項４の発明によれば、ばね上制振を行っていることにより蓄電装置の充電容量が変化したり、それに伴って前記電力の制限が変化するとしても、内燃機関の回転数を第１モータで引き上げている制動時の内燃機関の回転数の変動を抑制もしくは防止することができる。

請求項５の発明によれば、車両が惰性走行しているなど内燃機関が動力を出力していない場合、第２モータが車両の慣性エネルギで駆動されて発電し、エネルギ回生を行う。その電力は、蓄電装置での受け入れが制限されている場合に第１モータに供給され、第１モータが内燃機関の回転数を引き上げるように駆動されて、第１モータで電力が消費される。また、ばね上振動を抑制する制振制御が実行されている場合、いずれかのモータが駆動トルクを出力し、あるいはトルクを吸収し、したがって蓄電装置の充電もしくは放電が生じる。こうして制動を行っている状態で蓄電装置の受け入れることの可能な電力量、すなわち電力制限量が変動するが、ばね上振動を抑制するトルクの制限値が小さくされ、すなわち制振トルクが相対的に小さくなるので、蓄電装置の電力制限値の変動が抑制され、それに伴って内燃機関の回転数を制御している第１モータに供給される電力の変動が防止もしくは抑制されるので、内燃機関の回転数が維持され、もしくはその回転数が過度に変動することなくなり、違和感などを防止することができる。

請求項６の発明によれば、エネルギ量の多い高車速時には、制振トルクの制限値が、より小さく設定されるので、第２モータによる動力変動が大きい場合であっても内燃機関の回転数の変動を抑制することができる。

請求項７の発明によれば、ばね上制振制御でのトルクの制限値を変更する場合、レートリミット処理を施すことにより相対的に遅延させて変更し、特に高車速ほどレートリミットを小さくするので、蓄電装置の電力制限値の変動を緩慢にして内燃機関の回転数の変化を抑制することができる。

この発明は、動力装置として内燃機関と二つのモータとを備えている車両に適用することができる。その駆動系統（パワートレーン）の構成について説明すると、図５はその駆動系統の一例であるハイブリッド駆動機構を模式的に示しており、内燃機関（Ｅ／Ｇ）１と第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２とが、動力分割機構３を介して互いに連結されている。その内燃機関１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、水素ガスエンジン、天然ガスエンジンなどのいずれかであって、特に回転数や出力トルクに応じて燃料消費量（もしくは燃料消費率）が変化する。したがって燃費を重視した運転を行う場合には、回転数および出力トルクが個別に制御される内燃機関１である。

この種の内燃機関１の典型的な例がガソリンエンジンであり、以下の説明では内燃機関１をエンジン１と記す。ガソリンエンジンの場合、出力トルクは吸気量によって制御され、より具体的には電子スロットルバルブ４によって制御される。なお、ディーゼルエンジンの場合には燃料噴射量によって出力トルクが制御される。

上記のエンジン１と第１モータ・ジェネレータ２とは、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の回転数を制御するように構成されている。すなわち、動力分割機構３は三つの回転要素が互いに差動作用を行う差動機構によって構成されており、図５に示す例は、シングルピニオン型遊星歯車機構によって動力分割機構３を構成した例である。この動力分割機構３における反力要素であるサンギヤ３Ｓに第１モータ・ジェネレータ２が連結され、そのサンギヤ３Ｓと同心円上に配置されている内歯歯車であるリングギヤ３Ｒが出力要素となっている。そして、これらサンギヤ３Ｓとリングギヤ３Ｒとに噛み合っているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリヤ３Ｃが入力要素となっており、そのキャリヤ３Ｃにエンジン１が連結されている。

出力要素となっている上記のリングギヤ３Ｒは、出力軸５を介してデファレンシャル６に連結され、そのデファレンシャル６から左右の駆動輪７に動力を伝達するように構成されている。その出力軸５には、制振トルクや駆動トルクを付加し、またエネルギ回生を行うための第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）８が連結されている。この第２モータ・ジェネレータ８がこの発明における第２モータに相当している。また、上記の第１モータ・ジェネレータ２がこの発明の第１モータに相当している。なお、リングギヤ３Ｒと出力軸５との間、あるいは第２モータ・ジェネレータ８と出力軸５との間に減速機や変速機を配置することもできる。

シングルピニオン型遊星歯車機構から構成されている上記の動力分割機構３についての共線図を図６に示しており、サンギヤ３Ｓを示す線とリングギヤ３Ｒを示す線との間にキャリヤ３Ｃを示す線が位置し、サンギヤ３Ｓを示す線とキャリヤ３Ｃを示す線との間隔を“１”とした場合、キャリヤ３Ｃを示す線とリングギヤ３Ｒを示す線との間隔がギヤ比ρに相当する間隔となっている。なお、ギヤ比ρは、動力分割機構３を構成している遊星歯車機構におけるサンギヤ３Ｓの歯数Ｚｓとリングギヤ３Ｒの歯数Ｚｒとの比（Ｚｓ／Ｚｒ）である。これら各回転要素を示す線上における基線からの距離がそれぞれの回転要素の回転数を示し、各回転要素の回転数を示す点を結んだ線は直線となる。なお、図６における矢印は、各回転要素のトルクの方向を示す。

エンジン１が動力を出力して走行している状態では、図６に示すように、リングギヤ３Ｒに走行抵抗などのいわゆる負のトルクが作用しており、また入力要素であるキャリヤ３Ｃにはエンジン１が出力したいわゆる正のトルクが作用している。この状態でサンギヤ３Ｓに負のトルク（サンギヤ３Ｓの回転数を減じる方向のトルク）を作用させると、リングギヤ３Ｒにはエンジントルクを増幅した正方向のトルクが作用し、これが走行抵抗などの負のトルクに打ち勝つことにより車両が走行する。そのサンギヤ３Ｓに作用させる負方向のトルクは、これに連結されている第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させることにより発生させることができる。この場合、図６から知られるように、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を低下させればエンジン回転数が低下し、また反対に第１モータ・ジェネレータ２の回転数を高くすればエンジン回転数が上昇する。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン回転数を制御することができる。

第１モータ・ジェネレータ２は上記のように、エンジン回転数の制御のために発電機として機能するが、これに加えて例えばエンジン１のモータリング（クランキング）のために電動機として機能させることも可能であり、このような機能もしくは動作の制御のために、第１モータ・ジェネレータ２はインバータ９を介してバッテリもしくはキャパシタなどの蓄電装置１０に接続されている。また、第２モータ・ジェネレータ８は出力軸５に付加するトルクを制御し、またエネルギ回生の際には発電機として機能し、このような機能もしくは動作の制御のためにインバータ１１を介して蓄電装置１０に接続されている。そして、各モータ・ジェネレータ２，８の間で電力を相互に授受できるようになっている。

そして、前述した電子スロットルバルブ４の開度を制御することによるエンジン１の出力トルクの制御や、各インバータ９，１１を介した各モータ・ジェネレータ２，８の制御などを行うためのハイブリッド（ＨＶ）コントローラ１２が設けられている。このハイブリッドコントローラ１２は、マイクロコンピュータを主体として構成された電子制御装置であり、入力されたデータおよび予め記憶しているデータならびにプログラムを使用して演算を行い、その演算の結果を電子スロットルバルブ４や各インバータ９，１１に指令信号として出力するように構成されている。なお、このハイブリッドコントローラ１２には、車速Ｖを示す検出信号、車輪速センサ１３によって検出した車輪速信号、アクセルペダル１４の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１５からのアクセル開度信号などがデータとして入力されている。

上述した車両では、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の回転数を制御するとともに、その第１モータ・ジェネレータ２で得られた電力を使用して第２モータ・ジェネレータ８を電動機として機能させることにより、出力軸５にトルクを付加するように構成されている。また、エネルギ回生を行うことも可能である。すなわち、車両が惰性走行している場合あるいは減速時に、エンジン１に対する燃料の供給および点火を停止し、その状態で第２モータ・ジェネレータ８を出力軸５から伝達されるトルクで駆動して発電機として機能させる。その結果、発電に要するトルクが出力軸５に対してその回転を止める方向の負のトルクとして作用し、制動力を生じさせることができる。また、発電された電力は蓄電装置１０に供給されて蓄電装置１０に充電される。

その場合、蓄電装置１０の充電容量（ＳＯＣ）が既にある程度十分になっていれば、蓄電装置１０の耐久性の維持などの要請で、それ以上には充電することが制限される。すなわち、蓄電装置１０で受け入れることのできる電力Ｗinが制限される。このような電力制限がある場合には、第２モータ・ジェネレータ８で発生した電力もしくはその一部を第１モータ・ジェネレータ２に供給して第１モータ・ジェネレータ２をモータとして機能させる。そして、燃料の供給および点火が停止されているエンジン１をその第１モータ・ジェネレータ２によって強制的に回転させることにより、電力が消費され、こうすることにより第２モータ・ジェネレータ８によるエネルギ回生が継続されて回生制動力が維持される。

また、上記のハイブリッド車では、前述した第２モータ・ジェネレータ８によっていわゆるばね上制振を行うことができる。なお、ばね上制振とは、路面の凹凸に起因する振動を懸架装置（図示せず）によって抑制するばね下制振に対して、動力源から出力されるトルクの変動に起因する振動と、路面の凹凸に起因するばね上の振動とを抑制する制御である。

図７にばね上制振制御装置を説明するための制御ブロックを示してある。この制御ブロックは例えば前述したハイブリッドコントローラ１２によって実行される制御を模式的に示したものであり、先ず、車両に対する要求トルクＴｔとエンジントルクＴｅとから主トルクＴm1を求めるようになっている。ここで、要求トルクＴｔはばね上制振トルクを含まないトルクであり、一例として駆動力要求量と車速ならびにマップとから求めることができる。その駆動力要求量は、前述したアクセル開度や図示しないクルーズコントロールからの要求信号で表されるものである。また、マップは車両の特性を決めているものであって、駆動力要求量と車速とをパラメータとして、車両が発生するべき駆動トルクを定めたものである。

一方、エンジントルクＴｅはエンジン１が出力するいわゆる直達トルクであり、上記の要求トルクＴｔとその時点の車速（もしくはエンジン回転数）とから求められる要求出力Ｐを最適燃費で出力する場合のトルクである。これは、例えばマップから求めることができ、そのマップの一例を図８に模式的に示してある。図８において、符号Ｐで示す線が等出力線であり、上記のようにして要求出力Ｐを求め、その要求出力Ｐを示す線と最適燃費線Ｃｆとが交わる点が最適燃費での運転であり、その最適燃費運転点での出力トルクがエンジントルクＴｅとなる。その最適燃費線Ｃｆは、エンジン１のスロットルバルブを全開にした状態を示す線と近似しており、したがってエンジントルクＴｅはフルスロットル（いわゆるＷＯＴ）の状態でのエンジントルクとほぼ等しいトルクになる。そして、要求トルクＴｔからエンジントルクＴｅを減じることにより主トルクＴm1が求められる。なおその場合、エンジン１の初爆の際の初爆トルクＴｆをエンジントルクＴｅから減算してもよい。

上述のようにして求められた主トルクＴm1にガード処理を施すガード処理器Ｇ１が設けられている。そのガード処理は、第２モータ・ジェネレータ８の容量あるいは特性を考慮して、そのトルク指令値の上限値と下限値とを制限するためのものであり、予め設定してある上限値を超える主トルクＴm1の値および予め設定してある下限値未満の主トルクＴm1の値をカットするように構成されている。こうしてガード処理された主トルクＴm1から前述した初爆トルクＴｆを減算することができ、その初爆トルクＴｆを減算した主トルクＴm2にガード処理を施すガード処理器Ｇ２が設けられている。これは、初爆トルクＴｆを減算した主トルクＴm2の上下限値を制限するためのものである。

さらに、第２のガード処理器Ｇ２で処理された主トルクＴm2に対して緩変化処理を施す緩変化処理器ＬR1が設けられている。制御対象である第２モータ・ジェネレータ８の応答性には限界があるから、演算されて求められた上記の主トルクＴm2を第２モータ・ジェネレータ８の応答限界内の値に制限する処理（いわゆるレート・リミット処理）が、緩変化処理である。

上記の緩変化処理された主トルクＴm3およびエンジントルクＴｅに基づいて振動を低減もしくは減殺するためのばね上制振トルク（以下、単に制振トルクと記す）Ｔｖを求めるための制振トルク演算器Ｃｖが設けられている。この制振トルク演算器Ｃｖは、主トルクＴm3およびエンジントルクＴｅからなるいわゆる実行トルクの変動を抑制するように制振トルクＴｖを求める演算器である。なお、この制振トルク演算器Ｃｖには、車輪速Ｖｗが信号として入力されている。したがって、制振トルク演算器Ｃｖは、上記の実行トルクおよび路面からの入力トルク（路面の凹凸を乗り越えた場合などに駆動系統に駆動輪側から伝達されるトルク）に基づいてそれらの変動を抑制するように制振トルクＴｖを算出するように構成されている。

上記の制振トルク演算器Ｃｖで求められた制振トルクＴｖにフィルタ処理を施すフィルタＦが設けられている。このフィルタＦは、制振トルクＴｖのうち、除去するべき振動成分と同じ振動帯域の制振トルクＴｖに相当する成分を通過させ、他の帯域の成分を除去するためのものであり、例えば車両の前後振動の要因となる低周波成分を制振トルクＴｖによって低減もしくは減殺する場合にはローパスフィルタが採用され、また駆動系統の捻りなどに起因する中周波数の成分を制振トルクＴｖによって低減もしくは減殺する場合にバンドパスフィルタが採用される。

フィルタ処理された制振トルクＴｖに所定のゲインを掛け合わせる演算器Ａｐが設けられ、さらにゲインを掛けた制振トルクＴｖを、前述した主トルクＴm3に加算する加算器Ａ１が設けられている。なお、初爆トルクＴｆによる影響をも考慮する場合には、更に、初爆トルクＴｆを加えてもよい。こうして求められた主トルクＴm4には、上下限の制限を受けていないトルクが加算されているので、第２モータ・ジェネレータ８の容量もしくは特性に応じたガード処理をその主トルクＴm4に施すためのガード処理器Ｇ３が設けられている。初爆トルクＴｆの影響を考慮する場合には、このガード処理器Ｇ３でガード処理された主トルクＴm4から初爆トルクＴｆを減算することができ、そうした場合、ガード処理されていない初爆トルクＴｆ分の変動が生じるので、初爆トルクＴｆが減算された主トルクＴm5に、再度、ガード処理するガード処理器Ｇ４が設けられている。

主トルクに加減算される制振トルクＴｖや初爆トルクＴｆは演算して求められたものであって、その変化の程度は制限を受けていないので、第４のガード処理器Ｇ４でガード処理された主トルクＴm5に対して、第２モータ・ジェネレータ８の応答性を考慮した緩変化処理（いわゆるレート・リミット処理）を施すための緩変化処理器ＬR2が設けられている。そして、この緩変化処理器ＬR2で緩変化処理した後に電動機トルク指令Ｔmを出力するように構成されている。すなわち、この発明に係る駆動力制御装置は、要求トルクＴｔとエンジントルクＴｅとから求められた主トルクにフィルタ処理を施さずに、制振トルクＴｖのみにフィルタ処理を施し、そのフィルタ処理を施した制振トルクＴｖを主トルクに加算し、電動機トルク指令値を求めるように構成されている。

上述した第２モータ・ジェネレータ８を使用する制振制御では、第２モータ・ジェネレータ８を発電機として機能させ、それに伴う負のトルクを出力軸５に加え、あるいは第２モータ・ジェネレータ８をモータとして機能させ、それに伴う正のトルクを出力軸５に加える。その場合に第２モータ・ジェネレータ８で発電された電力は蓄電装置１０に供給され、また第２モータ・ジェネレータ８を駆動する電力は蓄電装置１０から供給される。そのため、蓄電装置１０がいわゆる満充電もしくはそれに近い状態になっていれば、第２モータ・ジェネレータ８で発電した電力を蓄電装置１０に供給できず、また蓄電装置１０の電力残存量（ＳＯＣ）が低下していれば、第２モータ・ジェネレータ８に電力を供給できなくなる。すなわち、このような場合、第２モータ・ジェネレータ８を使用したばね上制振制御が制限される。

上述したように回生制動およびばね上制振制御を行っている場合のエンジン１および各モータ・ジェネレータ２，８の動作状態を図９に共線図で示してある。図９において矢印はトルクの作用している方向を示しており、第１モータ・ジェネレータ２およびこれが連結されているサンギヤ３Ｓにはこれを正回転させる方向にトルクが作用し、またエンジン１およびこれが連結されているキャリヤ３Ｃには摩擦による負の方向のトルクが作用している。さらに、第２モータ・ジェネレータ８およびこれが連結されているリングギヤ３Ｒには回生制動による負の方向のトルクが作用し、これに加えてばね上制振のために正あるいは負の方向のトルクが繰り返し作用している。

このような回生制動およびばね上制振制御は各モータ・ジェネレータ２，８および蓄電装置１０を使用して行い、その場合に蓄電装置１０の充電容量（もしくは電力残存量：ＳＯＣ）によって制御の制限を受ける。その場合のパワー収支について説明すると、パワー収支を守るためには，以下の式が成り立つ必要がある。
Ｗin≦Ｐg ＋Ｐm −Ｐloss≦Ｗout （１）
ここで、Ｗinは蓄電装置１０で受け入れることのできる電力の制限値（充電電力制限値）、Ｗoutは蓄電装置１０から放電できる電力の制限値（放電電力制限値）、Ｐgは発電電力、Ｐmはモータ駆動することにより消費される電力、Ｐlossは電力損失量である。

（１）式を解いてパワー収支を守る第１モータ・ジェネレータ２の上下限トルクが、
Ｔgmn ≦Ｔg ≦Ｔgmx
と決まる。なお、Ｔgは第１モータ・ジェネレータ２の制御目標トルク、Ｔgmnはその下限ガード（下限トルク値）、Ｔgmxはその上限ガード（上限トルク値）である。

制御目標トルクＴgにＴgmnとＴgmxの上下限ガードをかければパワー収支を守ることができる。しかし、制御目標トルクＴgに上下限ガードをかけるのではなく、エンジン１の動作点（主にエンジン回転数）を調節してパワー収支を守るようにする。その理由は、制御目標トルクＴgを上下限ガードに収めるよりもエンジン回転数制御を優先することが好ましく、これに反して、エンジン動作点を考慮せず制御目標トルクＴgに上下限ガードをかけるとエンジン回転数制御が所期どおりに実行することが難しくなり、違和感を生じさせるからである。

よって、制御目標トルクＴｇに上下限ガードをかけてパワー収支を守るのではなく、パワー収支が守れるように、エンジン回転数を調節する。

そこで、第１モータ・ジェネレータ２について運動方程式を立てる。
Ｉg ×ｄng／ｄｔ＝Ｔg （２）
なお、Ｉgは第１モータ・ジェネレータ２の慣性モーメント、ｄng／ｄｔは第１モータ・ジェネレータ２の回転速度である。

ここで，目標トルクＴgにＴgmnとＴgmxとを代入すれば、
Ｔgmn ≦Ｔg ≦Ｔgmx
を満たす第１モータ・ジェネレータ２の回転角度ｎgの変化量すなわち回転速度ｄng／ｄｔも決まる。その回転速度ｄng／ｄｔを△ｎgとすると、
△ｍgmn ≦△ｎg ≦△ｎgmx （３）

これをエンジン回転数に換算すると、
△ｎe ＝ρ／（１＋ρ）ｘ△ｍg （４）
となる。なお、ρは動力分割機構３を構成している遊星歯車機構のギヤ比である。

以上のようにして、エンジン１の回転数レートリミットが求まる。
△ｎemn ≦△ｎe ≦△ｎemx （５）

エンジンの回転数を（５）式を満たすように制御すれば、エンジン回転数を目標とする回転数に維持しつつ、パワー収支を守ることができる。

上述したようにエンジン回転数を制御する場合、蓄電装置１０における電力制限値Ｗin，Ｗoutを上下限するパワー収支を維持する制御になるから、その上下限値Ｗin，Ｗoutが変動すれば、それに伴ってエンジン回転数の上下限値△ｎemn，△ｎemxも変動する。すなわち、エンジン回転変動を引き起こす。特に、ばね上制振制御で蓄電装置１０の電力を多量に使用すると、これが蓄電装置１０の上下限値Ｗin，Ｗoutを変動させる要因になるので，エンジン１の回転数変動が顕著になる可能性がある。このような回転数変動が回生制動時に生じると、加減速操作（アクセル操作）を行っていないにも拘わらず、エンジン１の回転数が大小に変化することになるので、違和感の原因となる。

この発明の制御装置は、エンジン１の回転数を第１モータ・ジェネレータ２で引き上げている回生制動時におけるエンジン回転数の変動を防止もしくは抑制して違和感を与えることを回避するために、以下の制御を実行するように構成されている。図１はその制御の一例を説明するためのフローチャートであって、先ず、ばね上制振制御の実行中であるか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１を実行する機能的手段がこの発明の制振判断手段に相当し、前述した図７にブロック図で示すシステムが稼働しているか否かによって判断することができる。

ばね上制振制御が実行されていることによりステップＳ１で肯定的に判断された場合には、第２モータ・ジェネレータ８で発電した電力を使用して第１モータ・ジェネレータ２を駆動し、その第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の回転数を引き上げている回生制動中か否かが判断される（ステップＳ２）。前述したように、車両が惰性走行している場合、あるいは減速している場合、第２モータ・ジェネレータ８で発電することにより制動力を生じさせ、その電力を蓄電装置１０が受け入れることが制限されていれば、エンジンブレーキ状態あるいは制動力を保証するために、燃料の供給および点火が中止されているエンジン１を第１モータ・ジェネレータ２によって強制的に回転させることにより電力を消費する。なお、このステップＳ２を実行する機能的手段がこの発明の判断手段に相当する。

上述した蓄電装置１０で受け入れる電力の制限（Ｗin制限）がある状態で回生制動が行われている場合、すなわちステップＳ２で肯定的に判断された場合には、蓄電装置１０での電力制限値Ｗinの変動に基づいて第１モータ・ジェネレータ２のトルクＴgが変化し、それによってエンジン１の回転数が変動する可能性がある。そこで図１に示す制御例では、前記の電力制限値Ｗinを算出する際に、蓄電装置１０での充電量を拡大する側のレートリミット、すなわち電力制限を緩和する演算におけるレートリミットを相対的に小さくする（ステップＳ３）。

上記の電力制限値Ｗinは、蓄電装置１０における充電量あるいは充電容量（ＳＯＣ）に応じて変化し、充電量が多いほど電力制限値Ｗinが小さくなる。すなわち、受け入れ可能な電力量が少なくなる。また、蓄電装置１０における充電と放電とは、車両の状況に応じて常時変化して行われているので、蓄電装置１０の充電量およびそれに基づく電力制限値Ｗinは逐次変化している。そのため、回生制動時の蓄電装置１０での電力制限値Ｗinを逐次算出して前述したインバータ９，１１を制御することになるが、エンジンブレーキ力を保証しつつ回生制動を行っている場合には、電力制限を緩和するように電力制限値Ｗinを算出する際に遅れ処理を施し、かつその遅れを大きくする。具体的に説明すると、レートリミットΔＷinとして、通常時のレートリミットΔＷin1と、エンジン回転数を吊り上げている時のレートリミットΔＷin2とを予め用意するとともに、これらのレートリミットΔＷin1，Ｗin2を（ΔＷin1＜Ｗin2）の関係に設定しておき、エンジンブレーキ力を保証しつつ回生制動を行っている場合には（ΔＷin＝Ｗin2）とする。

これは、蓄電装置１０で受け入れる制限を緩和して充電量を拡大するにあたり、その緩和量を相対的に抑制する制御であり、したがって上記のレートリミットを小さくする以外に、緩和量を予め定めた勾配で変化させ、あるいは充電量の拡大速度（もしくは勾配）を予め定めた速度（もしくは勾配）に制限することとしてもよい。したがって、このステップＳ３を実行する機能的手段がこの発明の充電制限手段に相当する。

一方、ばね上制振制御が実行されていないことにより前述したステップＳ１で否定的に判断された場合、および回生制動を行っているとしても第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の回転数を引き上げていないことによりステップＳ２で否定的に判断された場合、蓄電装置１０の電力制限値Ｗinの算出処理として通常の処理が実行される（ステップＳ４）。この通常の算出処理とは、前述したステップＳ３によるようなレートリミット処理を行わない電力制限値Ｗinの算出であり、あるいはレートリミットを行うとしても前述したステップＳ３でのレートリミットより大きい処理、すなわち電力制限値Ｗinの緩和（充電量の拡大）を相対的に大きくする処理である。すなわち、レートリミットΔＷinとして通常時の値ΔＷin1を選択して採用する（ΔＷin＝Ｗin1）。なお、上記の各レートリミットΔＷin1，Ｗin2は、共に、車速が速いほど、大きい値とし、またエンジン水温あるいは油温が極低温ほど、小さい値とすることが望ましい。温度に応じてレートリミットΔＷin1，Ｗin2を設定する場合、温度に応じてこれらのレートリミットΔＷin1，Ｗin2を大きい値に設定するとしても、予め定めた温度を超えた場合には、レートリミットΔＷin1，Ｗin2を次第に低下させることが好ましい。

なお、上記のレートリミットを相対的に小さくするのは、充電量を拡大する場合の電力制限を緩和する場合に限定することが好ましい。これとは反対に充電量を縮小するように電力制限を変更する場合にその変更の度合いを小さくしたり、変更の速度を遅くすると、蓄電装置１０に過剰に電力を供給したり、それに伴って蓄電装置１０の耐久性が低下する事態が生じる可能性が高くなって好ましくないからである。

ところで、回生制動を行う場合、車速が速いほど車両の有する慣性エネルギが大きいので回生エネルギが大きくなり、そのため蓄電装置１０の電力制限値Ｗinが大きく変動する可能性がある。したがって充電量を拡大する際に電力制限値Ｗinを算出するためにレートリミット（あるいは電力制限値Ｗinの緩和量）は、車速に応じて異ならせることが好ましく、より具体的には、高車速ほど、レートリミット（あるいは電力制限値Ｗinの緩和量）を小さくすることが好ましい。その一例を図２に線図で示してあり、実際の制御ではこの図２のようなマップを予め用意し、その時点の車速からレートリミットを読み出して電力制限値Ｗinの算出に使用すればよい。

上述したようにこの発明の制御装置は、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の回転数を引き上げる制御を伴う回生制動制御の際に、第２モータ・ジェネレータ８を使用してばね上制振制御を実行している際における、エンジン１の回転数の過剰な変動を防止もしくは抑制するためのものである。その制御は、電力の変動を抑制する制御であるから、この発明では、上述した蓄電装置１０の電力制限値Ｗinの変動を抑制することに替えて、ばね上制振制御におけるガード値を通常の場合とは異なるように制御することとしてもよい。

その例を図３にフローチャートで示してあり、先ず、ばね上制振制御の実行中であるか否かが判断される（ステップＳ１１）。これは、前述した図１に示す制御例におけるステップＳ１での制御と同様の制御である。ばね上制振制御が実行されていることによりステップＳ１１で肯定的に判断された場合には、第２モータ・ジェネレータ８で発電した電力を使用して第１モータ・ジェネレータ２を駆動し、その第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の回転数を引き上げている回生制動中か否かが判断される（ステップＳ１２）。これは、前述した図１に示す制御例におけるステップＳ２での制御と同様の制御である。

そして、ステップＳ１２で肯定的に判断された場合、すなわちばね上制振制御が実行され、かつ第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の回転数を引き上げている回生制動制御が実行されている場合、ばね上制振トルクのガード値が小さくされる（ステップＳ１３）。このガード値を小さくする制御は、制振トルクの上限値を相対的に小さいトルクに制限し、および／または下限値を相対的に大きいトルクに制限する制御であるから、結局、蓄電装置１０からの放電や充電が制限もしくは抑制される。その結果、ステップＳ１３の制御が実行されることにより、第１モータ・ジェネレータ２に対する電力の変動およびそのトルクの変動が抑制もしくは防止されるので、惰性走行もしくは減速時にエンジン回転数が意図せずに変化したり、それに伴って違和感が生じたりすることを回避もしくは防止することができる。

なお、ばね上制振制御が実行されていないことにより前述したステップＳ１１で否定的に判断された場合、および回生制動を行っているとしても第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の回転数を引き上げていないことによりステップＳ１２で否定的に判断された場合には、ばね上制振トルクのガード値を特には小さくせずに、設計上予め設定した通常のガード値を選択する（ステップＳ１４）。

また、高車速ほど車両の慣性エネルギが大きく、したがって高車速ほど、回生制動時の電力の変動が大きいことは前述したとおりである。そのため、回生制動時のエンジン回転数の変動を防止もしくは抑制するためにばね上制振トルクのガード値を小さくする場合にも、例えば図４に示すように、高車速ほど制振トルクのガード値を小さくすることが好ましい。

さらに、制振トルクのガード値を車速や蓄電装置１０の充電量（ＳＯＣ）などに基づいて変化させる場合、その変化速度あるいは変化割合を抑制するためにレートリミット処理を施すことが好ましい。このようにすれば、蓄電装置１０の充電量あるいは放電量が急激に変化することが防止されるので、エンジン回転数の変動をより確実に防止もしくは抑制することができる。

なお、この発明は上述した具体例に限定されないのであって、対象とするハイブリッド車の構成は上述した構成以外のものであってもよく、例えばエンジンおよび第１モータ・ジェネレータによって後輪を駆動し、第２モータ・ジェネレータによって前輪を駆動する構成のものであってもよい。

この発明に係る制御装置で実行される制御例を説明するためのフローチャートである。 その電力制限量を算出するために使用するレートリミットの値と車速との関係を示す線図である。 この発明に係る制御装置で実行される他の制御例を説明するためのフローチャートである。 その制振トルクガード値と車速との関係を示す線図である。 この発明で対象とする車両もしくはパワートレーンの一例を示す概略図である。 その動力分割機構についての共線図である。 この発明に係る制御装置の一例を説明するためのブロック図である。 最適燃費で運転した場合のエンジントルクを説明するための等パワー線図である。 エンジン回転数を引き上げている回生制動とばね上制振とを行っている状態の第１および第２のモータ・ジェネレータならびにエンジンの動作状態を説明するための共線図である。

符号の説明

１…エンジン（内燃機関）、 ２…第１モータ・ジェネレータ、 ５…出力軸、 ７…駆動輪、 ８…第２モータ・ジェネレータ、 ９，１１…インバータ、 １２…ハイブリッドコントローラ。

Claims (7)

1. 内燃機関と、その内燃機関の回転数を制御するための第１モータと、車両の慣性エネルギを回生して発電する第２モータと、これら第１モータおよび第２モータとの間で電力を授受する蓄電装置とを有するハイブリッド車の回生制御装置において、
   前記車両の慣性エネルギで前記第２モータを駆動して発電する回生制動時に前記蓄電装置が受け入れる電力が制限されることにより前記第２モータで発電した電力の一部を前記第１モータに供給して第１モータにより前記内燃機関を強制的に回転させている回生状態を判断する判断手段と、
   前記回生状態の判断が成立している場合には、前記蓄電装置が受け入れる電力の制限の緩和量を前記回生状態の判断が成立していない場合の緩和量よりも小さくする充電制限手段と
   を備えていることを特徴とするハイブリッド車の回生制御装置。
2. 前記充電制限手段は、前記蓄電装置が受け入れる電力の制限の変化速度を、前記回生状態の判断が成立した場合は、その判断が成立していない場合よりも小さくするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の回生制御装置。
3. 前記充電制限手段は、前記緩和量もしくは変化速度を前記車両の車速が高車速ほど、小さくするように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車の回生制御装置。
4. 前記第１モータおよび第２モータの少なくともいずれか一方のモータによって前記車両のばね上振動を抑制する制振制御の実行中であることを判断する制振判断手段を更に備え、
   前記充電制限手段は、前記ばね上振動を抑制する制振制御が実行されていることが判断された場合に前記緩和量もしくは変化速度を小さくするように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のハイブリッド車の回生制御装置。
5. 内燃機関と、その内燃機関の回転数を制御するための第１モータと、車両の慣性エネルギを回生して発電する第２モータと、これら第１モータおよび第２モータとの間で電力を授受する蓄電装置とを有するハイブリッド車の回生制御装置において、
   前記第１モータおよび第２モータの少なくともいずれか一方のモータによって前記車両のばね上振動を抑制する制振制御の実行中であることを判断する制振判断手段と、
   前記車両の慣性エネルギで前記第２モータを駆動して発電する回生制動時に前記蓄電装置が受け入れる電力が制限されることにより前記第２モータで発電した電力の一部を前記第１モータに供給して第１モータにより前記内燃機関を強制的に回転させている回生状態を判断する判断手段と、
   前記制振制御中であることの判断が成立し、かつ前記回生状態であることの判断が成立した場合に、前記制振制御による前記ばね上振動を抑制するトルクの制限値を小さくするガード制御手段と
   を備えていることを特徴とするハイブリッド車の回生制御装置。
6. 前記ガード制御手段は、前記車両の車速が速い場合には遅い場合に比較して前記制限値を相対的に小さくするように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド車の回生制御装置。
7. 前記トルクの制限値を前記車速に応じて変化させる場合に、レートリミット処理を行う手段を更に備えていることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車の回生制御装置。

Images