JP2010058579A

JP2010058579A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2010058579A
Application number: JP2008224591A
Authority: JP
Inventors: Eiji Maeda; 英治前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】回生制動時の発電電力を有効利用してエネルギー効率を向上させる。
【解決手段】ハイブリッド車両１０は、動力を出力可能なエンジン１２と、エンジン１２の動力を受けて発電可能なモータＭＧ１と、エンジン１２の動力を走行用動力として車輪４２に出力可能であると共にエンジン１２の動力の全部または一部をモータＭＧ１へ入力可能である動力分配機構１４と、バッテリ５０からの電力供給を受けて走行用動力を出力可能であると共に回生制動時には発電機として機能するモータＭＧ２と、エンジン１２、モータＭＧ１およびモータＭＧ２の各作動を制御するハイブリッドＥＣＵ６６とを備える。ハイブリッドＥＣＵ６６は、モータＭＧ２の回生制動時に、バッテリ５０が充電制限されている場合において、モータＭＧ２の発電電力を用いてモータＭＧ１を力行させる制御を実行する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド車両に係り、特に、回生制動時の発電電力を有効利用してエネルギー効率を向上させるハイブリッド車両に関する。

従来、ガソリンや軽油等を燃料として動力を出力するエンジンと、蓄電装置からの電力供給を受けて動力を出力する走行用モータと、エンジンの動力の全部または一部分配を受けて発電を行う発電用モータとを備えたハイブリッド車両が普及してきている。

このようはハイブリッド車両では、エンジン、発電用モータおよび走行用モータの各動力伝達系が例えば遊星歯車機構で構成される動力分配統合機構を介して接続されており、走行用モータの動力だけで走行するモータ走行（以下、ＥＶ走行ともいう）、エンジンからの動力だけで走行するエンジン走行モード、および、エンジンおよび走行用モータの両方からの動力で走行するハイブリッド走行モードを適宜に切り替えることで燃費向上を図っている。

上記のようなハイブリッド車両について、特許文献１には、車速が所定速度以上でエンジン停止指令が発せられたときに、発電機が上限回転数を超えて回転するのを防止して発電機を保護する技術が開示されている。また、特許文献２には、エンジンと発電機とがクラッチ機構によって選択的に連結され得る状態で搭載されたハイブリッド車両において、クラッチ機構によって発電機がエンジンを含む動力伝達系から連結解除されたときに発電機のロータが有する回転エネルギーを回生電力として回収し、これによりエネルギー効率を向上させることが開示されている。

特開平１０−２９５００３号公報特開２００５−１５１６９９号公報

ところで、上記のようにエンジンと発電用モータおよび走行用モータを搭載したハイブリッド車両において、運転者によるフットブレーキ操作やアクセル戻しによる減速時、あるいは、車両が下り坂を走行しているときなどに、走行用モータは車両制御部からの回生指令に応じて発電機として機能する回生制動状態になる。このとき走行用モータによって発電される回生電力は、バッテリに充電され、その後の走行用モータの力行等に用いられることでエネルギー効率の向上、ひいては燃費向上が図られている。

しかしながら、バッテリが満充電状態にあって充電制限されているときには、回生電力を充電することができないため、走行用モータによる回生制動を使えないことがある。この場合には、必要とされる制動力は、専ら運転者によるフットブレーキ操作に依存することになり、バッテリの充電制限がないときには回生電力として回収可能なエネルギーがブレーキでの摩擦による発熱として捨てられてしまう結果になっていた。

本発明の目的は、回生制動時の発電電力を有効利用してエネルギー効率を向上させるハイブリッド車両を提供することにある。

本発明に係るハイブリッド車両は、動力を出力可能なエンジンと、エンジンの動力を受けて発電可能な第１モータと、エンジンの動力を走行用動力として車輪に出力可能であると共にエンジンの動力の全部または一部を第１モータへ入力可能である動力分配機構と、蓄電装置からの電力供給を受けて走行用動力を出力可能であると共に回生制動時には発電機として機能する第２モータと、エンジン、第１モータおよび第２モータの各作動を制御する制御部と、を備えるハイブリッド車両であって、制御部は、第２モータの回生制動時に、前記蓄電装置が充電制限されている場合において、第２モータの発電電力を用いて第１モータを力行させる制御を実行することを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド車両において、前記動力分配機構を介して連結されるエンジンおよび第１モータ間の動力伝達系統に設けられエンジンと第１モータとを接続または接続解除するクラッチ機構をさらに備え、前記制御部は、前記クラッチ機構を接続解除した状態で第２モータの発電電力によって第１モータを逆転力行させてもよい。

また、本発明に係るハイブリッド車両において、前記制御部は、第２モータの発電電力によって第１モータを正転力行させてもよい。この場合、前記制御部は、第２モータの発電電力によって第１モータを正転力行させるとき、エンジンについて気筒休止または吸排気バルブ開放を行うことが好ましい。

また、本発明に係るハイブリッド車両において、前記制御部は、第２モータの発電電力が第１モータの上限回転数またはその付近での回転を維持できる程度に抑えるよう第２モータの回生制動を制御してもよい。

さらに、本発明に係るハイブリッド車両において、前記制御部は、前記第１モータの回生制動の制御に伴って不足する制動力を、機械式ブレーキ装置で補う制御を実行してもよい。

本発明に係るハイブリッド車両によれば、第２モータの回生制動時に、蓄電装置が充電制限されていても、第２モータの発電電力を用いて第１モータを力行させる制御を実行することで、蓄電装置に充電できない回生電力を第１モータのロータの回転エネルギーに変換して蓄えることができる。その結果、上記第１モータに蓄えられた回転エネルギーを後に有効利用することで、ハイブリッド車両におけるエネルギー効率の向上ひいては燃費向上を図れる。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態であるハイブリッド車両１０の概略構成を示す図である。図１において、動力伝達系は実線で、電力ラインは一点鎖線で、信号ラインは点線でそれぞれ示されている。ハイブリッド車両１０は、走行用の動力を出力可能なエンジン１２と、２つの３相交流同期型モータジェネレータ（以下、単に「モータ」という）ＭＧ１（第１モータ），ＭＧ２（第２モータ）と、動力分配統合機構１４とを備える。

エンジン１２は、ガソリンや軽油等を燃料とする内燃機関である。エンジン１２は、エンジン用ＥＣＵ(Electronic Control Unit)（以下、「エンジンＥＣＵ」という）１６と電気的に接続されており、エンジンＥＣＵ１６からの制御信号を受けて燃料噴射、点火、吸引空気量、吸気バルブおよび排気バルブの開閉等が制御されるようになっている。エンジン１２の回転数Ｎｅは、エンジン１２からの動力を出力する出力軸１３に近接して設けられた回転位置センサ１１から入力される検出値に基づいてエンジンＥＣＵ１６において算出される。

動力分配統合機構１４は、中心部に配置されるサンギヤ１８と、サンギヤ１８と同心上に配置され円環内周部に内歯を有するリングギヤ２０と、サンギヤ１８とリングギヤ２０の両方に噛合する複数のキャリア２２とを含んで構成される遊星歯車機構からなっている。複数のキャリア２２は、キャリア支持部材２６の端部にそれぞれ回転可能に取り付けられている。

動力分配統合機構１４において、キャリア支持部材２６に連結されるキャリア軸２８にはトルク衝撃緩和用のダンパ２４を介してエンジン１２の出力軸１３が連結され、サンギヤ１８にはモータＭＧ１のロータ２９に接続される回転軸３０がクラッチ機構７２を介して連結され、リングギヤ２０にはリングギヤ軸３２を介して減速機３４が連結されている。

上記クラッチ機構７２は、エンジン１２とモータＭＧ１との間の動力伝達系統に設けられており、ディスク式クラッチ、流体式クラッチ、ドグクラッチ等の周知構成のものを用いることができる。このクラッチ機構７２が接続（以下、オンもという）されるとサンギヤ１８およびキャリア２２等を介してエンジン１２とモータＭＧ１とが連結され、クラッチ機構７２が接続解除（以下、オフともいう）されるとエンジン１２とモータＭＧ１とが連結解除されるようになっている。

上記クラッチ機構７２がオンされている条件の下で上記動力分配統合機構１４では、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア軸２８を介してキャリア２２に入力されるエンジン１２からの動力がサンギヤ１８側とリングギヤ２０側とにそのギヤ比に応じて分配され、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア軸２８を介してキャリア２２に入力されるエンジン１２の動力とサンギヤ１８から入力されるＭＧ１からの動力が統合されてリングギヤ２０からリングギヤ軸３２を介して所定減速比のギヤ列を含む減速機３４へ入力されるようになっている。

モータＭＧ２のロータ３６に接続される回転軸３８もまた減速機３４に接続されており、モータＭＧ２が電動機として機能するときにはモータＭＧ２からの動力が減速機３４へ入力されるようになっている。

リングギヤ軸３２およびモータＭＧ２の回転軸３８の少なくとも一方から入力される動力は、減速機３４を介して車軸４０へ伝達され、これにより車輪４２が回転駆動される。一方、回生制動時に車輪４２および車軸４０から減速機３４を介して回転軸３８に動力が入力されるとき、モータＭＧ２は発電機として機能する。ここで、回生制動時は、運転者がブレーキ操作を行って車両速度を減速した場合に限らず、運転者がアクセルペダルの踏み込みを解除して車両加速を中止した場合や、車両が下り坂を重力作用によって走行している場合等を含む。

モータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ対応するインバータ４４，４６に電気的にそれぞれ接続され、各インバータ４４，４６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」という）４８を介して蓄電装置としてのバッテリ５０に電気的に接続されている。バッテリ５０は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池が好適に用いられる。また、バッテリに代えて、化学反応を伴わないキャパシタが蓄電装置として用いられてもよい。

モータＭＧ１，ＭＧ２が電動機として機能するとき、バッテリ５０から平滑コンデンサ５２を介して供給される直流電圧Ｖｂがコンバータ４８で出力電圧Ｖｃに昇圧されてから、平滑コンデンサ５４を介してインバータ４４，４６に入力され（コンバータ出力電圧Ｖｃはインバータ入力電圧およびシステム電圧ＶＨに相当する、以下に同じ）、インバータ４４，４６で交流電圧に変換されてモータＭＧ１，ＭＧ２に入力される。

逆に、モータＭＧ１，ＭＧ２が発電機として機能するとき、バッテリ５０が充電制限されていないことを条件に、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力される発電電力はインバータ４４，４６で交流電圧から直流電圧に変換されて後、コンバータ４８で降圧してバッテリ５０に充電される。また、インバータ４４，４６は、コンバータ４８に接続される電力ライン５６および接地ライン５８を共通にしていることから、モータＭＧ１，ＭＧ２のうち一方のモータで発電した電力がコンバータ４８を介さずに他方のモータに供給されて回転駆動または力行させることもできる。

さらに、モータＭＧ１は、印加する交流電圧を調整してトルク制御することにより、エンジン回転数を連続的に変速し得る無段変速機として機能し得ると共に、後述する回転角センサの検出値に基づいて算出されるモータ回転数が上限回転数を超えて回転することが抑制される。

インバータ４４，４６は、モータ用ＥＣＵ（以下、モータＥＣＵという）６０にそれぞれ電気的に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータＥＣＵ６０から送信される制御信号に基づいてそれぞれ作動制御される。また、モータＭＧ１，ＭＧ２には、各ロータ２９，３６の回転角を検出する回転角センサ３１，３７が設けられている。各回転角センサ３１，３７による検出値は、モータＥＣＵ６０に入力されて各モータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を算出するために用いられる。

バッテリ５０には、充電状態または残容量（ＳＯＣ:State Of Charge）を検出するための電流センサ６２が設けられている。電流センサ６２による検出値は、バッテリ用ＥＣＵ（以下、「バッテリＥＣＵ」という）６４に入力される。また、バッテリＥＣＵ６４には、図示しない電圧センサで検出されるバッテリ電圧Ｖｂや、図示しない温度センサによって検出されるバッテリ温度等が入力されるようになっている。バッテリＥＣＵ６４は、電流センサ６２により検出される充放電電流の積算値に基づいてバッテリ残容量ＳＯＣが適正範囲に維持されるように監視しており、満充電状態では充電制限信号を、適正範囲下限近傍では出力制限および充電要求の信号を後述するハイブリッド用ＥＣＵへ出力する。

エンジンＥＣＵ１６、モータＥＣＵ６０およびバッテリＥＣＵ６４は、ハイブリッド用ＥＣＵ（以下、ハイブリッドＥＣＵという）６６に電気的に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６６は、制御プログラムを実行するＣＰＵ、制御プログラム等を格納するＲＯＭ、各種検出値を随時に読み出しおよび書換え可能に記憶するＲＡＭ等から構成されている。ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジン１２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を統括的に作動制御すると共にバッテリ５０を管理する機能を有する。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジンＥＣＵ１６との間で、必要に応じてエンジン制御信号を送信し、必要に応じてエンジン作動状態に関するデータ（例えばエンジン回転数Ｎｅ等）を受信する。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、モータＥＣＵ６０との間で、必要に応じて要求トルク指令Ｔｒ＊を送信し、必要に応じてモータ作動状態に関するデータ（例えばモータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、モータ電流等）を受信する。さらに、ハイブリッドＥＣＵ６６は、バッテリＥＣＵ６４からバッテリ残容量ＳＯＣ、バッテリ電圧、バッテリ温度、充電制限信号、および出力制限信号等のバッテリ管理に必要なデータを受信する。

ハイブリッドＥＣＵ６６には、また、車速センサ６８およびアクセル開度センサ７０が電気的に接続されており、ハイブリッド車両１０の走行速度である車速Ｓｖと、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃとがそれぞれ入力される。

さらに、図２に示すように、ハイブリッド車両１０は、車輪４２にブレーキをかけて車両１０を減速または停止させるための機械式のブレーキ装置７４が各車輪４２に対応して設けられている。ブレーキ装置７４には、例えば油圧式ディスクブレーキが好適に用いられるが、公知のどのような機械式ブレーキ機構が用いられてもよい。また、ブレーキ装置７４は、ブレーキ用ＥＣＵ（以下、ブレーキＥＣＵという）７６によって作動制御される。ブレーキＥＣＵ７６は、ハイブリッドＥＣＵに電気的に接続されている。

ハイブリッドＥＣＵ６６には、運転者操作による図示しないフットブレーキの踏み込み量または踏み込み力を検出するブレーキセンサ７８が電気的に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６６は、ブレーキセンサ７８から検出値Ｂｋの入力を受けて、要求される制動力をブレーキ装置７４によって発生させるようブレーキＥＣＵ７６に対して指令を送信するようになっている。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、後述するようにモータＭＧ２の回生制動が制限されることによって不足する制動力を補填するようブレーキＥＣＵ７６に対して指令を送信することもできる。

続いて、上記構成からなるハイブリッド車両１０におけるエンジン１２およびモータＭＧ１，ＭＧ２の作動について概略的に説明する。なお、ここではクラッチ機構７２がオンされていて、エンジン１２とモータＭＧ１とが連結状態にあることを条件としている。

例えば、ハイブリッド車両１０の始動時、モータＭＧ１をいわゆるセルモータとして利用してエンジン１２を始動する。このエンジン始動時、モータＭＧ１は、バッテリ５０からコンバータ４８およびインバータ４４を介して供給される電力によって駆動される。ただし、これに続く車両発進時にモータＭＧ２から出力される動力だけで発進する場合、ここでのエンジン始動は暖機運転のためだけのものとなる。

ハイブリッド車両１０が停車状態から発進するとき、通常は、バッテリ５０からコンバータ４８およびインバータ４６を介してモータＭＧ２に電力供給して駆動し、モータＭＧ２だけから動力を出力させて発進する（モータ走行モード）。ただし、このときバッテリ５０の残容量ＳＯＣが低下していてバッテリＥＣＵ６４からの充電要求があるときには、エンジン１２から出力されて動力分配統合機構１４で分配された動力をモータＭＧ１の回転軸３０に入力して発電し、発電された電力をバッテリ５０に充電する。

例えば、ハイブリッド車両１０が低速走行しているときや坂を下っているとき等の比較的軽負荷走行時には、低中回転領域での効率が比較的良くないエンジン１２から動力を出力させると燃費が悪化するため、エンジン１２を停止させる一方で、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを監視しながらモータＭＧ２だけからの動力で走行する（モータ走行モード）。このとき、バッテリ残容量ＳＯＣが低下してくると、バッテリＥＣＵ６４からの充電要求に応じてエンジン１２を適宜に間欠作動させ、エンジン動力によりモータＭＧ１で発電してバッテリ５０に充電する。

例えば、ハイブリッド車両１０がほぼ一定の安定した速度で走行している通常走行時には、中高速回転領域で効率が比較的良好になるエンジン１２から動力を出力させて走行する（エンジン走行モード）。このとき、必要に応じて、例えばアクセルが一時的に大きく踏み込まれて急加速するとき等には、エンジン動力の分配を受けて発電状態にあるモータＭＧ１やバッテリ５０から電力供給してモータＭＧ２からも動力を出力させ、エンジン１２の動力をアシストする（ハイブリッド走行モード）。また、バッテリ残容量ＳＯＣ低下している場合には、エンジン１２の出力を上昇させてモータＭＧ１へ分配される動力を大きくし、モータＭＧ１により発電される電力の一部をバッテリ５０に充電する。

例えば、ブレーキ操作によってハイブリッド車両１０が減速される回生制動時には、車輪４２から車軸４０および減速機３４を介して回転軸３８に動力が入力され、モータＭＧ２が発電機として機能する。回生制動時には、モータＭＧ２の回転抵抗に伴う制動力がハイブリッド車両１０に作用すると共に、モータＭＧ２によって発電された回生電力がインバータ４６で直流電圧に変換されコンバータ４８で降圧されてから充電制限がかかっていないバッテリ５０に充電される。

次に、上記ハイブリッド車両１０のハイブリッドＥＣＵ６６（制御部）において実行される制御について、図３および図４Ａ−４Ｃを参照して説明する。図３はその制御手順を示すフローチャート、図４Ａ−４ＣはモータＭＧ１、エンジン１２およびモータＭＧ２の各回転数の関係を示す共線図である。なお、ここではハイブリッドＥＣＵ６６だけで制御部を構成するものとして説明するが、例えばモータＥＣＵ６０等の他のＥＣＵと協働して制御部を構成してもよい。また、図３に示す制御手順は、モータＭＧ２回生指令が発せられると所定時間毎に繰り返し実行される。

図４Ａではオン状態にあるクラッチ機構７２は１本の太線で示され、図４Ｂ，４Ｃではオフ状態にあるクラッチ機構７２が２本の太線で示されている。また、図４Ａ−４Ｃ（図７Ａ−７Ｃについても同様）において、中央の横軸が回転数「０」の位置を示し、「０」より上のプラス領域は正方向の回転数領域を、「０」より下のマイナス領域は負方向の回転数領域をそれぞれ示す。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、ブレーキセンサ７８、アクセル開度センサ７０、車速センサ６８等による検出結果に基づいてハイブリッド車両１０が回生可能な状態にあると判定されると、モータＥＣＵ６０にモータＭＧ２回生指令を送信するとともに、図３の制御手順を開始する。

図４Ａ中の直線８０は、モータ走行モードでの通常の回生制動状態を示す。このとき、モータＭＧ２は、正方向の或る回転数で回転しながら発電を行っている。また、エンジン１２は運転停止状態にあって回転数ゼロである。一方、モータＭＧ２は、オン状態にあるクラッチ機構７２を介してエンジン１２とモータＭＧ１とが連結され、かつ、モータＭＧ１に対するのと同じ回転力がリングギヤ軸３２を介して動力分配統合機構１４に入力されることによって、モータＭＧ２の回転の反動として負方向の或る回転数で空転している状態にある。

まず、ハイブリッドＥＣＵ６６は、バッテリ５０についての充電制限があるか否かを判定する（ステップＳ１０）。この判定は、バッテリＥＣＵ６４からの充電制限信号に基づいて行う。充電制限がかかっていない場合（ステップＳ１０でＮＯ）、通常運転を実行し（ステップＳ２６）、処理を終了する。ここでの通常運転では、モータＭＧ２によって発電される回生電力がバッテリ５０に充電される。

一方、バッテリ５０に充電制限がかかっている場合（ステップＳ１０でＹＥＳ）、クラッチ機構７２をオフしてモータＭＧ１とエンジン１２との間の連結を解除して（ステップＳ１２）、モータＭＧ２による回生電力８２でモータＭＧ１を逆転力行させる（ステップＳ１４）。このときの状態が図４Ｂに示される。このように逆転力行されるモータＭＧ１は、クラッチ機構７２がオフされているためにエンジン１２の影響を受けることなく負方向に回転数が増加していく。これにより、充電制限によってバッテリ５０に充電できない回生電力が、モータＭＧ１のロータ２９の回転エネルギーとして蓄えられる。

そして、回転角センサ３１の検出値から算出されるモータＭＧ１の回転数が所定の上限回転数に達すると、それ以降、モータＭＧ１の回転数は上限回転数またはその付近に維持される（ステップＳ１６）。そのために、モータＭＧ２による回生電力をモータＭＧ１の回転数を維持できる程度に抑えるように、モータＭＧ２の回生制動を制御または制限する。このとき、モータＭＧ２の回生制動の制限に伴って不足するハイブリッド車両１０の制動力は、機械式のブレーキ装置７４によって補うことができる。このような制動力の補填は、ハイブリッドＥＣＵ６６からブレーキＥＣＵ７６への指令送信によって自動的に実行されてもよいし、あるいは、制動力不足を感じた運転者によるブレーキ操作に委ねられてもよい。

次いで、モータＭＧ２についての力行指令があるまで、モータＭＧ１の回転数を上限回転数またはその付近に維持する制御が継続される（ステップＳ１８でＮＯ、ステップＳ１６）。そして、モータＭＧ２の力行指令があると（ステップＳ１８でＹＥＳ）、モータＥＣＵ６０にモータＭＧ１回生指令を送信し、これによりモータＭＧ１はロータ２９に蓄えられた回転エネルギーで回生発電を行い、その回生電力８４がモータＭＧ２に供給されてモータ駆動電力として用いられる（ステップＳ２０）。このときの状態が図４Ｃに示される。

回生状態にあるモータＭＧ１の回転数は次第に低下してくるが、回転が停止するまでモータＭＧ１による回生電力でモータＭＧ２を力行させる制御を継続し（ステップＳ２２でＮＯ、ステップＳ２０）。そして、モータＭＧ１が回転停止すると（ステップＳ２２でＹＥＳ）、クラッチ機構７２をオンしてモータＭＧ１とエンジン１２とを連結してから（ステップＳ２４）、通常運転に移行して（ステップＳ２６）、処理を終了する。ここでの通常運転では、モータＭＧ２はバッテリ５０からの電力供給を受けて力行されることになる。

なお、ここではモータＭＧ１が回転停止するまでモータＭＧ１の回生電力でモータＭＧ２の力行を行うものとして説明したが、回転停止する前にモータＭＧ１の回転数または回生電力が所定の閾値以下になったときに、クラッチ機構７２をオンしてバッテリ５０からモータＭＧ２に電力供給する通常運転に切り替えるようにしてもよい。

上述したように本実施形態のハイブリッド車両１０によれば、モータＭＧ２の回生制動時に、バッテリ５０が充電制限されていても、モータＭＧ２の回生電力を用いてモータＭＧ１を逆転力行させる制御を実行することで、バッテリ５０に充電できない回生電力をモータＭＧ１のロータ２９の回転エネルギーに変換して蓄えておくことができる。その結果、モータＭＧ１に蓄えられた回転エネルギーを後に回生電力に変換してモータＭＧ２の力行に有効利用することができ、ハイブリッド車両１０におけるエネルギー効率の向上ひいては燃費向上を図れる。

次に、本発明に係る第２の実施形態であるハイブリッド車両８５について、図５〜７Ｃを参照して説明する。図５は、ハイブリッド車両８５の概略構成図、図６はハイブリッド車両８５のエンジンＥＣＵ６６において実行される制御手順を示すフローチャート、図７Ａ−７Ｃは図６に示す制御状態を示す図４Ａ−４Ｃとほぼ同様の共線図である。

図５に示される本実施形態のハイブリッド車両８５は、第１実施形態のハイブリッド車両１０と比べて、モータＭＧ１とエンジン１２との間を連結または連結解除するクラッチ機構が設けられていない点においてのみ異なっている。したがって、他の同一の構成には同一符号を付し、ハイブリッド車両８５の作動の概略説明を含めて、重複することとなる再度の説明を援用により省略する。

続いて、図６および図７Ａ−７Ｃを参照して、ハイブリッドＥＣＵ６６における制御手順について説明する。なお、ここではハイブリッドＥＣＵ６６だけで制御部を構成するものとして説明するが、例えばモータＥＣＵ６０等の他のＥＣＵと協働して制御部を構成してもよい。また、図６に示す制御手順は、モータＭＧ２回生指令が発せられると所定時間毎に繰り返し実行される。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、ブレーキセンサ７８、アクセル開度センサ７０、車速センサ６８等による検出結果に基づいてハイブリッド車両８５が回生可能な状態にあると判定されると、モータＥＣＵ６０にモータＭＧ２回生指令を送信するとともに、図６の制御手順を開始する。

図７Ａ中の直線８６は、モータ走行モードでの通常の回生制動状態を示す。このとき、モータＭＧ２は、正方向の或る回転数で回転しながら回生発電を行っている。また、エンジン１２は運転停止状態にあって回転数ゼロである。一方、モータＭＧ２は、モータＭＧ１に対するのと同じ回転力がリングギヤ軸３２を介して動力分配統合機構１４に入力されることによって、モータＭＧ２の回転の反動として負方向の或る回転数で空転している状態にある。

一方、バッテリ５０に充電制限がかかっている場合（ステップＳ１０でＹＥＳ）、エンジン１２の全気筒について燃料供給を停止した状態で、吸気バルブおよび排気バルブを全閉にして気筒休止させるか、または、吸気バルブおよび排気バルブを全開にして（ステップＳ３０）、モータＭＧ２による回生電力８８でモータＭＧ１を正転力行させる（ステップＳ３２）。このときの状態が図７Ｂに示される。図７Ｂにおいて、非運転状態にあるエンジン１２は正方向の或る回転数で回転しているが、上記のように気筒休止または全バルブ開放によってポンピングロスを抑制してエンジン回転抵抗を低減しているため、正転力行されるモータＭＧ１は、エンジン１２の空回転と共に正方向に回転数が増加していく。これにより、充電制限によってバッテリ５０に充電できない回生電力が、モータＭＧ１のロータ２９の回転エネルギーとして蓄えられる。

そして、回転角センサ３１の検出値から算出されるモータＭＧ１の回転数が所定の上限回転数に達すると、それ以降、モータＭＧ１の回転数は上限回転数またはその付近に維持される（ステップＳ１６）。そのために、モータＭＧ２による回生電力をモータＭＧ１の回転数を維持できる程度に抑えるように、モータＭＧ２の回生制動を制御または制限する。このとき、モータＭＧ２の回生制動の制限に伴って不足するハイブリッド車両８５の制動力は、機械式のブレーキ装置７４によって補うことができる。このような制動力の補填は、ハイブリッドＥＣＵ６６からブレーキＥＣＵ７６への指令送信によって自動的に実行されてもよいし、あるいは、制動力不足を感じた運転者によるブレーキ操作に委ねられてもよい。

次いで、モータＭＧ２についての力行指令があるまで、モータＭＧ１の回転数を上限回転数またはその付近に維持する制御が継続される（ステップＳ１８でＮＯ、ステップＳ１６）。そして、モータＭＧ２の力行指令があると（ステップＳ１８でＹＥＳ）、モータＥＣＵ６０にモータＭＧ１回生指令を送信し、これによりモータＭＧ１はロータ２９に蓄えられた回転エネルギーで回生発電を行い、その回生電力９０がモータＭＧ２に供給されてモータ駆動電力として用いられる（ステップＳ２０）。このときの状態が図７Ｃに示される。

回生状態にあるモータＭＧ１の回転数は次第に低下してくるが、回転が停止するまでモータＭＧ１による回生電力でモータＭＧ２を力行させる制御を継続し（ステップＳ２２でＮＯ、ステップＳ２０）。そして、モータＭＧ１が回転停止すると（ステップＳ２２でＹＥＳ）、エンジン１２の気筒休止または全バルブ開放を通常状態に復帰させてから（ステップＳ３２）、通常運転に移行して（ステップＳ２６）、処理を終了する。ここでの通常運転では、モータＭＧ２はバッテリ５０からの電力供給を受けて力行されることになる。

なお、ここではモータＭＧ１が回転停止するまでモータＭＧ１の回生電力でモータＭＧ２の力行を行うものとして説明したが、回転停止する前にモータＭＧ１の回転数または回生電力が所定の閾値以下になったときに、エンジン１２を通常状態に復帰させてバッテリ５０からモータＭＧ２に電力供給する通常運転に切り替えるようにしてもよい。

上述したように本実施形態のハイブリッド車両８５によれば、モータＭＧ２の回生制動時に、バッテリ５０が充電制限されていても、モータＭＧ２の回生電力を用いてモータＭＧ１を正転力行させる制御を実行することで、バッテリ５０に充電できない回生電力をモータＭＧ１のロータ２９の回転エネルギーに変換して蓄えておくことができる。その結果、モータＭＧ１に蓄えられた回転エネルギーを後に回生電力に変換してモータＭＧ２の力行に有効利用することができ、ハイブリッド車両８５におけるエネルギー効率の向上ひいては燃費向上を図れる。

なお、上記においてはポンピングロスを抑制してエンジン回転抵抗を低減するべく気筒休止または全バルブ開放を行うものとして説明したが、これらを行わなくてもエンジン１２の空回転は可能であるため上記ステップＳ３０を省略することもできる。

第１実施形態のハイブリッド車両の概略構成図である。図１のハイブリッド車両におけるブレーキ装置を示す図である。ハイブリッドＥＣＵにおいて実行される制御手順を示すフローチャートである。図３の制御手順の一状態を示す共線図である。図３の制御手順の一状態を示す共線図である。図３の制御手順の一状態を示す共線図である。第２実施形態のハイブリッド車両の概略構成図である。ハイブリッドＥＣＵにおいて実行される制御手順を示すフローチャートである。図６の制御手順の一状態を示す共線図である。図６の制御手順の一状態を示す共線図である。図６の制御手順の一状態を示す共線図である。

符号の説明

１０,８５ハイブリッド車両、１１回転位置センサ、１２エンジン、１３出力軸、１４動力分配統合機構、１６エンジンＥＣＵ、１８サンギヤ、２０リングギヤ、２２キャリア、２４ダンパ、２６キャリア支持部材、２８キャリア軸、２９ロータ、３０回転軸、３１回転角センサ、３２リングギヤ軸、３４減速機、３６ロータ、３７回転角センサ、３８回転軸、４０車軸、４２車輪、４４，４６インバータ、４８コンバータ、５０バッテリ、５２,５４平滑コンデンサ、５６電力ライン、５８接地ライン、６０モータＥＣＵ、６２電流センサ、６４バッテリＥＣＵ、６６ハイブリッドＥＣＵ、６８車速センサ、７０アクセル開度センサ、７２クラッチ機構、７４ブレーキ装置、７６ブレーキＥＣＵ、７８ブレーキセンサ、ＭＧ１,ＭＧ２モータ。

Claims

動力を出力可能なエンジンと、エンジンの動力を受けて発電可能な第１モータと、エンジンの動力を走行用動力として車輪に出力可能であると共にエンジンの動力の全部または一部を第１モータへ入力可能である動力分配機構と、蓄電装置からの電力供給を受けて走行用動力を出力可能であると共に回生制動時には発電機として機能する第２モータと、前記エンジン、第１モータおよび第２モータの各作動を制御する制御部と、を備えるハイブリッド車両であって、
前記制御部は、第２モータの回生制動時に、前記蓄電装置が充電制限されている場合において、第２モータの発電電力を用いて第１モータを力行させる制御を実行することを特徴とするハイブリッド車両。
請求項１に記載のハイブリッド車両において、
前記動力分配機構を介して連結されるエンジンおよび第１モータ間の動力伝達系統に設けられエンジンと第１モータとを接続または接続解除するクラッチ機構をさらに備え、
前記制御部は、前記クラッチ機構を接続解除した状態で第２モータの発電電力によって第１モータを逆転力行させることを特徴とするハイブリッド車両。
請求項１に記載のハイブリッド車両において、
前記制御部は、第２モータの発電電力によって第１モータを正転力行させることを特徴とするハイブリッド車両。
請求項２または３に記載のハイブリッド車両において、
前記制御部は、第２モータの発電電力が第１モータの上限回転数またはその付近での回転を維持できる程度に抑えるよう第２モータの回生制動を制御することを特徴とするハイブリッド車両。
請求項４に記載のハイブリッド車両において、
前記制御部は、前記第１モータの回生制動の制御に伴って不足する制動力を、機械式ブレーキ装置で補う制御を実行することを特徴とするハイブリッド車両。
請求項３に記載のハイブリッド車両において、
前記制御部は、第２モータの発電電力によって第１モータを正転力行させるとき、エンジンについて気筒休止または吸排気バルブ開放を行うことを特徴とするハイブリッド車両。