JP2011183880A - ハイブリッド車両およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両のリバース走行における走行性能を向上させる。
【解決手段】エンジンからの動力を用いて発電するモータＭＧ１からの電力によりバッテリを強制的に充電すべき状態でモータＭＧ２からの動力によりハイブリッド自動車がリバース走行するときに、運転者による駆動力要求の度合を示すアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ未満であると共にバッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の強制充電開始値Ｓ０以上であることを条件にバッテリ５０の強制的な充電の実行が解除される（ステップＳ１２４−Ｓ１２６，Ｓ１３５，Ｓ１４５，Ｓ１５０−Ｓ１８０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関と、第１電動機と、内燃機関の出力軸に接続される第１要素、第１電動機の回転軸に接続される第２要素、および駆動軸に接続される第３要素を有すると共に、第１要素が共線図上で第２要素と第３要素との間に位置するように構成された遊星歯車機構と、走行用の動力を出力可能な第２電動機と、第１および第２電動機と電力をやり取り可能な蓄電装置とを含むハイブリッド車両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両として、モータＭＧ２から駆動軸としてのリングギヤ軸に出力される動力によりリバース走行している最中にエンジンからの動力を用いてモータＭＧ１により発電される電力によりバッテリを強制的に充電するときに、エンジンの目標トルクに所定の充電用トルクを設定すると共にエンジンの目標回転数にバッテリの残容量が小さいほど大きな回転数を設定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車両では、遊星歯車機構の特性により、エンジンの出力トルクが同一であれば当該エンジンの出力トルクに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸に作用するトルクがエンジンの回転数に拘わらず同一となることから、エンジンの回転数を大きくすることでモータＭＧ１による発電量を増やすことができる。

特開２００４−５６９２２号公報

しかしながら、上述のようなハイブリッド車両では、リバース走行中にバッテリを充電するためにエンジンが運転されると、車両を前進させる方向のトルクがエンジンから駆動軸としてのリングギヤ軸に出力されることから、車両を後進させる方向のトルクを出力するモータは、運転者の要求に応じたトルクに加えて、エンジンから駆動軸に出力される車両を前進させる方向のトルクをキャンセルするトルクを出力しなければならない。このため、従来のハイブリッド車両では、運転者が期待するリバース走行における走行性能を充分に満たすことができないおそれもある。

そこで、本発明のハイブリッド車両およびその制御方法は、リバース走行における走行性能を向上させることを主目的とする。

本発明によるハイブリッド車両およびその制御方法は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。

本発明によるハイブリッド車両は、
内燃機関と、動力を入出力可能な第１電動機と、前記内燃機関の出力軸に接続される第１要素、前記第１電動機の回転軸に接続される第２要素、および駆動軸に接続される第３要素を有すると共に、前記第１要素が共線図上で前記第２要素と前記第３要素との間に位置するように構成された遊星歯車機構と、走行用の動力を出力可能な第２電動機と、前記第１および第２電動機と電力をやり取り可能な蓄電装置とを含むハイブリッド車両において、
前記内燃機関からの動力を用いて発電する前記第１電動機からの電力により前記蓄電装置を強制的に充電すべき状態で前記第２電動機からの動力によりリバース走行するときに、運転者による駆動力要求の度合が所定度合未満であると共に前記蓄電装置の充電割合が所定値以上であることを条件に前記蓄電装置の強制的な充電の実行を解除することを特徴とする。

このハイブリッド車両は、内燃機関の出力軸に接続される第１要素、第１電動機の回転軸に接続される第２要素、および駆動軸に接続される第３要素を有すると共に、第１要素が共線図上で第２要素と第３要素との間に位置するように構成された遊星歯車機構を含むものであり、第２要素に接続された第１電動機が第１要素に接続された内燃機関からの動力を用いて発電する際には、ハイブリッド車両の進行方向に拘わらず、遊星歯車機構の作用により内燃機関から車両を前進させる方向のトルクが第３要素に接続された駆動軸に出力される。従って、内燃機関からの動力を用いて発電する第１電動機からの電力により蓄電装置が強制的に充電されている状態で第２電動機からの動力によりハイブリッド車両がリバース走行するときには、運転者の要求に応じたトルクに加えて、内燃機関から駆動軸に出力される車両を前進させる方向のトルクをキャンセルするトルクを第２電動機から出力しなければならず、それによりリバース走行における走行性能が低下してしまうおそれもある。これを踏まえて、このハイブリッド車両では、内燃機関からの動力を用いて発電する第１電動機からの電力により蓄電装置を強制的に充電すべき状態で第２電動機からの動力によりハイブリッド車両がリバース走行するときに、運転者による駆動力要求の度合が所定度合未満であると共に蓄電装置の充電割合が所定値以上であることを条件に蓄電装置の強制的な充電の実行が解除される。これにより、第２電動機から車両を後進させる方向に比較的大きなトルクを出力する必要が少なく、かつ蓄電装置の充電割合が極端に低下しているおそれがないときに、蓄電装置の強制的な充電を解除することで内燃機関から車両を前進させる方向のトルクが駆動軸に出力されないようにすることができるので、第２電動機の負担を減らしてリバース走行における走行性能を向上させることが可能となる。

また、前記蓄電装置の強制的な充電の実行を解除するときに、前記内燃機関が実質的にトルクを出力しないように自立運転されると共に、前記第１電動機に対するトルク指令が値０に設定されてもよい。これにより、内燃機関の運転を継続しつつ蓄電装置の強制的な充電の実行を解除すると共に内燃機関から車両を前進させる方向のトルクが駆動軸に出力されないようにすることが可能となり、蓄電装置の強制的な充電の解除条件が不成立となったときには、速やかに蓄電装置の強制的な充電を再開することができる。

更に、前記蓄電装置の強制的な充電の実行を解除するときに、前記内燃機関は、燃料供給が停止された状態で前記第１電動機によりモータリングされてもよい。これにより、第１電動機のモータリングに伴って蓄電装置に蓄えられた電力が若干消費されるものの、当該モータリングにより車両を後進させる方向のトルクを駆動軸に出力することができるので、第２電動機の負担を減らしてリバース走行における走行性能を向上させることが可能となり、蓄電装置の強制的な充電の解除条件が不成立となったときには、速やかに蓄電装置の強制的な充電を再開することができる。

更に、前記蓄電装置の強制的な充電は、該蓄電装置の充電割合が予め定められた強制充電開始値未満になると開始されると共に、該充電割合が前記強制充電開始値よりも大きい強制充電終了値に達すると終了してもよい。これにより、蓄電装置の充電割合を良好に確保することが可能となる。

また、前記内燃機関からの動力を用いて発電する前記第１電動機からの電力により前記蓄電装置を強制的に充電すべき状態で前記第２電動機からの動力により所定車速を上回る車速でリバース走行するときには、前記充電割合が前記強制充電終了値に達するまで前記蓄電装置の強制的な充電の実行が解除されないことにしてもよい。これにより、車速が比較的低い速度となる一般に常用されるリバース走行における走行性能を向上させると共に、必要以上に蓄電装置の強制的な充電が解除されないようにして蓄電装置の充電割合を速やかに増加させることが可能となる。

本発明によるハイブリッド車両の制御方法は、
内燃機関と、動力を入出力可能な第１電動機と、前記内燃機関の出力軸に接続される第１要素、前記第１電動機の回転軸に接続される第２要素、および駆動軸に接続される第３要素を有すると共に、前記第１要素が共線図上で前記第２要素と前記第３要素との間に位置するように構成された遊星歯車機構と、走行用の動力を出力可能な第２電動機と、前記第１および第２電動機と電力をやり取り可能な蓄電装置とを含むハイブリッド車両の制御方法において、
前記内燃機関からの動力を用いて発電する前記第１電動機からの電力により前記蓄電装置を強制的に充電すべき状態で前記第２電動機からの動力によりリバース走行するときに、運転者による駆動力要求の度合が所定度合未満であると共に前記蓄電装置の充電割合が所定値以上であることを条件に前記蓄電装置の強制的な充電の実行を解除することを特徴とする。

この方法によれば、第２電動機から車両を後進させる方向に比較的大きなトルクを出力する必要が少なく、かつ蓄電装置の充電割合が極端に低下しているおそれがないときに、蓄電装置の強制的な充電を解除することで内燃機関から車両を前進させる方向のトルクが駆動軸に出力されないようにすることができるので、第２電動機の負担を減らしてリバース走行における走行性能を向上させることが可能となる。

本発明の実施例に係るハイブリッド車両であるハイブリッド自動車２０の概略構成図である。 実施例のハイブリッドＥＣＵ７０により実行される強制充電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の動作ラインと回転数ＮｅとトルクＴｅとの相関曲線とを例示する説明図である。 ハイブリッド自動車２０が前進走行す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。 ハイブリッド自動車２０がリバース走行す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。 変形例に係るハイブリッド自動車１２０の概略構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係るハイブリッド車両であるハイブリッド自動車２０の概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０は、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸であるクランクシャフト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に連結された減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに接続されたモータＭＧ２と、ハイブリッド自動車２０の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（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０等とを備えるものである。

エンジン２２は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて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による燃料噴射量や点火時期、吸入空気量等の制御を受ける。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２に対して設けられて当該エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号や上記センサからの信号等に基づいてエンジン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ＥＣＵ７０に出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ（第２要素）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（第３要素）３２と、サンギヤ３１と噛合すると共にリングギヤ３２と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（第１要素）３４とを有し、これら３つの要素が互いに差動回転できるように構成されたシングルピニオン式遊星歯車機構である。かかる動力分配統合機構３０の第１要素であるキャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、第２要素であるサンギヤ３１にはモータＭＧ１の回転軸が、第３要素であるリングギヤ３２には駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａと減速ギヤ３５とを介してモータＭＧ２の回転軸がそれぞれ連結されている。動力分配統合機構３０は、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側と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３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して最終的に駆動輪である車輪３９ａ，３９ｂに出力される。

モータＭＧ１およびＭＧ２は、何れも発電機として作動すると共に電動機として作動可能な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を介して二次電池であるバッテリ５０と電力のやり取りを行う。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２の何れか一方により発電される電力を他方のモータで消費できるようになっている。従って、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２の何れかから生じた電力や不足する電力により充放電され、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとることにすれば、バッテリ５０は充放電されないことになる。モータＭＧ１，ＭＧ２は、何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等が入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号等が出力される。また、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンを実行し、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。更に、モータＥＣＵ４０は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号等に基づいてモータ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ＥＣＵ７０に出力する。

バッテリ５０は、リチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素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５４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からのバッテリ温度Ｔｂ等が入力される。バッテリＥＣＵ５２は、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ＥＣＵ７０に出力する。更に、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バッテリ５０の充電割合を示す残容量ＳＯＣを算出したり、残容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の充電に許容される電力である許容充電電力としての入力制限Ｗｉｎとバッテリ５０の放電に許容される電力である許容放電電力としての出力制限Ｗｏｕｔとを算出したりする。バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定すると共に、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。

また、バッテリＥＣＵ５２は、残容量ＳＯＣに基づいてバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊を算出する。実施例では、残容量ＳＯＣと充放電要求パワーＰｂ＊との関係を予め定めた充放電要求パワー設定用マップがバッテリＥＣＵ５２の図示しないＲＯＭに記憶されており、バッテリＥＣＵ５２は、当該マップから与えられた残容量ＳＯＣに対応したものが充放電要求パワーＰｂ＊として導出・設定される。すなわち、実施例のバッテリＥＣＵ５２は、充放電要求パワー設定用マップに従って、例えば、残容量ＳＯＣが予め定められた強制充電開始値Ｓ０（例えば４０％）未満になると、バッテリ５０が強制的に充電されるように、充放電要求パワーＰｂ＊を一定の充電電力（負の値）Ｐｃに設定すると共に、残容量ＳＯＣが強制充電開始値Ｓ０から当該強制充電開始値Ｓ０よりも大きい強制充電終了値Ｓ１（例えば５０％）までの範囲にあるときには、充放電要求パワーＰｂ＊を残容量ＳＯＣに比例する充電電力（負の値）に設定する。これにより、実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを良好に確保することが可能となる。また、バッテリＥＣＵ５２は、充放電要求パワー設定用マップに従って、例えば、残容量ＳＯＣが強制充電終了値Ｓ１から当該強制充電終了値Ｓ１よりも大きい所定値までの範囲にあるときに、充放電要求パワーＰｂ＊を残容量ＳＯＣに比例する放電電力（正の値）に設定すると共に、残容量ＳＯＣが当該所定値を超えると、充放電要求パワー＊を一定の放電電力（正の値）Ｐｄに設定する。

ハイブリッドＥＣＵ７０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や、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６、図示しない入出力ポートおよび通信ポート等を備える。ハイブリッドＥＣＵ７０は、上述したようにエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２等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等と各種制御信号やデータのやり取りを行う。また、ハイブリッドＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）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（シフトポジション）に対応したシフトレンジＳＲを検出するシフトレンジセンサ８２からのシフトレンジＳＲ、アクセルペダル８３の踏み込み量（アクセル操作量）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ストロークセンサ８６からのブレーキペダルストロークＢＳ、車速センサ８７からの車速Ｖ等が入力ポートを介して入力される。なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトレバー８１のシフトポジションとして、駐車時に選択される駐車レンジ（Ｐレンジ）に対応したＰポジション、後進走行用のリバースレンジ（Ｒレンジ）に対応したＲポジション、中立のニュートラルレンジ（Ｎレンジ）に対応したＮポジション、通常の前進走行用のドライブレンジ（Ｄレンジ）に対応したＤポジション、複数の仮想シフトレンジＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３，ＳＲ４，ＳＲ５およびＳＲ６からの任意の仮想シフトレンジの選択を可能とするシーケンシャルシフトレンジ（Ｓレンジ）に対応したシーケンシャルシフトポジション（Ｓポジション）、アップシフト指示ポジションおよびダウンシフト指示ポジションが用意されている。

上述のように構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、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Ｔｒ＊が計算され、この要求トルクＴｒ＊に基づくトルクがリングギヤ軸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の運転制御モードとしては、要求トルクＴｒ＊に見合うパワーがエンジン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から出力されるパワー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、要求トルクＴｒ＊とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合うパワーがエンジン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から出力されるパワー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トルクＴｒ＊に基づくトルクがリングギヤ軸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を停止して要求トルクＴｒ＊に基づくトルクをリングギヤ軸３２ａに出力するようにモータＭＧ２を駆動制御するモータ運転モード等がある。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、トルク変換運転モードや充放電運転モードのもとで所定条件が成立した場合、エンジン２２を自動的に停止・始動させる間欠運転が実行される。

次に、上述のように構成された実施例のハイブリッド自動車２０においてバッテリ５０が強制的に充電されるようにバッテリＥＣＵ５２により充放電要求パワーＰｂ＊として負の値である充電電力が設定されたときの動作について説明する。図２は、バッテリＥＣＵ５２により充放電要求パワーＰｂ＊として負の値である充電電力が設定された状態で運転者によりアクセルペダル８３が踏み込まれたときに実施例のハイブリッドＥＣＵ７０により所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に実行される強制充電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。なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、残容量ＳＯＣが予め定められた強制充電開始値Ｓ０（４０％）未満になると、上述のように、バッテリＥＣＵ５２により充放電要求パワーＰｂ＊が負の値である充電電力が設定されると共に、モータＭＧ１により発電された電力でバッテリ５０を充電することができるように、ハイブリッドＥＣＵ７０による統括的な制御のもと、基本的にエンジン２２が始動される。ここでは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣとの関係からエンジン２２が始動された後にモータＭＧ１からの電力によりバッテリ５０が充電されている状態を例にとって図２の強制充電時駆動制御ルーチンを説明する。

図２のルーチンの開始に際して、ハイブリッドＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、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、シフトレンジセンサ８２からのシフトレンジＳＲ、車速センサ８７からの車速Ｖ、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、バッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊、残容量ＳＯＣ、入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔといった制御に必要なデータの入力処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、モータＥＣＵ４０により回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいて計算されるものであってモータＥＣＵ４０から通信により入力されるものである。また、バッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊や残容量ＳＯＣ、入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリＥＣＵ５２から通信により入力されるものである。

ステップＳ１００のデータ入力処理の後、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速ＶとシフトレンジＳＲとに基づいてリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定した上で、車両全体に要求される要求パワーＰ＊を設定する（ステップＳ１１０）。実施例では、アクセル開度Ａｃｃ、車速ＶおよびシフトレンジＳＲと要求トルクＴｒ＊との関係が予め定められて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶されており、要求トルクＴｒ＊としては、与えられたアクセル開度Ａｃｃと車速ＶとシフトレンジＳＲとに対応したものが当該マップから導出・設定される。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。なお、図３からわかるように、実施例では、ハイブリッド自動車２０がリバース走行する際の車速とトルクとは、それぞれ負の値として取り扱われる。また、実施例において、要求パワーＰ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒとの積から充放電要求パワーＰｂ＊を減じた値に損失分Ｌｏｓｓを加算することにより計算される。すなわち、要求パワーＰ＊は、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力するのに要求されるパワーとバッテリ５０を充放電するのに要するパワーと損失分との和となる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、図示するようにモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除するか、あるいは車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めることができる。

次いで、ステップＳ１００にて入力したシフトレンジＳＲがＲレンジ（リバースレンジ）であるか否かを判定し（ステップＳ１２０）、シフトレンジＳＲが前進走行用のＤレンジ（ドライブレンジ）またはＳレンジ（シーケンシャルシフトレンジ）であれば、ステップＳ１１０にて設定した要求パワーＰ＊に基づいてエンジン２２の目標運転ポイントである目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定すると共に設定した目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信する（ステップＳ１３０）。実施例のステップＳ１３０では、エンジン２２を効率よく動作させるために予め定められた動作ラインと要求パワーＰ＊とに基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とが設定される。図４に、エンジン２２の動作ラインと要求パワーＰ＊が一定となることを示す回転数ＮｅとトルクＴｅとの相関曲線とを例示する。同図に示すように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、上記動作ラインと要求パワーＰ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定となることを示す相関曲線との交点として求めることができる。ハイブリッドＥＣＵ７０から目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに基づいてスロットル開度制御や燃料噴射制御、点火時期制御等を実行する。

ステップＳ１３０の処理の後、目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρ（サンギヤ３１の歯数／リングギヤ３２の歯数）とを用いて次式（１）に従いモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算した上で、目標トルクＴｅ＊や計算した目標回転数Ｎｍ１＊、現在の回転数Ｎｍ１等を用いて次式（２）に従いモータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ１４０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。図５にハイブリッド自動車２０が前進走行す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を例示する。モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を求めるための式（１）は、この共線図における回転数の関係を用いれば容易に導出することができる。そして、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) …（１）
Tm1*=-ρ/(1+ρ)・Te*+k1・(Nm1*-Nm1)+k2・∫(Nm1*-Nm1)dt …（２）

モータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊を設定したならば、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとステップＳ１５０にて設定したモータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ１，ＭＧ２の現在の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とを用いてモータ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（３）および（４）に従い計算する（ステップＳ１５０）。更に、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の仮の値である仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを次式（５）に従い計算する（ステップＳ１６０）。そして、モータＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ２＊をトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値に設定する（ステップＳ１７０）。このようしてモータＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、リングギヤ軸３２ａに出力するトルクをバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内に制限することができる。なお、式（５）は、図５の共線図から容易に導出することができる。こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定したならば、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信し（ステップＳ１８０）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。ハイブリッドＥＣＵ７０からトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊に従ってモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊に従ってモータＭＧ２が駆動されるようにインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（３）
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（４）
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …（５）

一方、ステップＳ１２０にてシフトレンジＳＲがＲレンジ（リバースレンジ）であると判断された場合には、ステップＳ１００にて入力した車速Ｖの絶対値が所定車速Ｖｒｅｆ（例えば５ｋｍ／ｈ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２２）。ステップＳ１２２にて車速Ｖの絶対値が所定車速Ｖｒｅｆ（例えば５ｋｍ／ｈ）を上回っていると判断された場合、すなわちハイブリッド自動車２０が所定車速Ｖｒｅｆを上回る車速でリバース走行している場合には、上述のステップＳ１３０からＳ１８０の処理を実行し、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。また、ステップＳ１２２にて車速Ｖの絶対値が所定車速Ｖｒｅｆ（例えば５ｋｍ／ｈ）以下であると判断された場合、すなわちハイブリッド自動車２０が所定車速Ｖｒｅｆ以下の車速でリバース走行している場合には、更に、ステップＳ１００にて入力したアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ（例えば８０％）未満であるか否かを判定する（ステップＳ１２４）。ステップＳ１２４にてアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ（例えば８０％）以上であると判断された場合、すなわち運転者による駆動力要求の度合が相当に大きい場合には、上述のステップＳ１３０からＳ１８０の処理を実行し、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。そして、ステップＳ１２４にてアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ未満であると判断された場合には、更に、ステップＳ１００にて入力したバッテリ５０の残容量ＳＯＣが上述の強制充電開始値Ｓ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２６）。ステップＳ１２６にて残容量ＳＯＣが強制充電開始値Ｓ０未満であってバッテリ５０の残容量ＳＯＣが極端に低下しているおそれがある場合には、上述のステップＳ１３０からＳ１８０の処理を実行し、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。

これにより、ステップＳ１２２，Ｓ１２４およびＳ１２６の何れかにおいて否定判断がなされた場合、ハイブリッド自動車２０は、エンジン２２からの動力を用いて発電するモータＭＧ１からの電力によりバッテリ５０が充電される状態でモータＭＧ２からの動力によりリバース走行することになる。そして、これらの場合には、図６に示すように、動力分配統合機構３０のサンギヤ３１に接続されたモータＭＧ１が動力分配統合機構３０のキャリア３４に接続されたエンジン２２からの動力を用いて発電することから、遊星歯車機構である動力分配統合機構３０の作用により車両を前進させる方向のトルクがエンジン２２から動力分配統合機構３０のリングギヤ３２に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力される。従って、モータＭＧ２は、運転者の要求に応じた要求トルクＴｒ＊に相当するトルクと、エンジン２２からリングギヤ軸３２ａに出力される車両を前進させる方向のトルク（−１／ρ・Ｔｍ１＊）をキャンセルするトルクとの和を出力する（図２のステップＳ１６０参照）。

これに対して、ステップＳ１２２，Ｓ１２４およびＳ１２６にて肯定判断がなされた場合、すなわちハイブリッド自動車２０がハイブリッド自動車２０が所定車速Ｖｒｅｆ以下の車速でリバース走行しており、運転者によるアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ未満であり、かつバッテリ５０の残容量ＳＯＣが強制充電開始値Ｓ０以上である場合には、各燃焼室への燃料噴射と混合機の点火とが継続された状態で実質的にトルクを出力することなく所定の自立回転数（例えばアイドル時の回転数であり、８００〜１２００ｒｐｍ程度）で回転するようにエンジン２２を自立運転させるべくエンジンＥＣＵ２４に対して自立運転指令を送信すると共に（ステップＳ１３５）、モータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊を値０に設定する（ステップＳ１４５）。そして、上述のステップＳ１５０からＳ１８０の処理を実行した上で、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。ハイブリッドＥＣＵ７０から自立運転指令を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の爆発燃焼を継続させるのに最低必要な燃料噴射量を設定し、設定した量の燃料が各燃焼室に供給されるように燃料噴射制御を実行すると共にエンジン２２の爆発燃焼を継続させるべく点火時期制御を実行する。また、ハイブリッドＥＣＵ７０からトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ２＊に従ってモータＭＧ２が駆動されるようにインバータ４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

これにより、エンジン２２からの動力を用いて発電するモータＭＧ１からの電力によりバッテリ５０を強制的に充電すべき状態でモータＭＧ２からの動力によりリバース走行するときには、バッテリ５０の充電が実行されていたとしても、運転者によるアクセル開度Ａｃｃが所定開度ａｒｅｆ未満であると共にバッテリ５０の残容量ＳＯＣが強制充電開始値Ｓ０以上であることを条件にバッテリ５０の強制的な充電の実行が解除されることになる。すなわち、実施例では、ハイブリッド自動車２０が所定車速Ｖｒｅｆ以下の車速でリバース走行しており、運転者によるアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ未満であり、かつバッテリ５０の残容量ＳＯＣが強制充電開始値Ｓ０以上である場合、エンジン２２が自立運転されると共にモータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊が値０に設定されるので、エンジン２２の運転が継続されたままモータＭＧ１による発電が停止されることになる。

以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２からの動力を用いて発電するモータＭＧ１からの電力によりバッテリ５０を強制的に充電すべき状態でモータＭＧ２からの動力によりハイブリッド自動車２０がリバース走行するときに、運転者による駆動力要求の度合を示すアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ未満であると共にバッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の強制充電開始値Ｓ０以上であることを条件にバッテリ５０の強制的な充電の実行が解除される（ステップＳ１２４−Ｓ１２６，Ｓ１３５，Ｓ１４５，Ｓ１５０−Ｓ１８０）。これにより、モータＭＧ２から車両を後進させる方向に比較的大きなトルクを出力する必要が少なく、かつバッテリ５０の残容量ＳＯＣが極端に低下しているおそれがないときに、バッテリ５０の強制的な充電を解除することでエンジン２２から車両を前進させる方向のトルクが駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されないようにすることができるので、残容量ＳＯＣの低下を抑えつつ、モータＭＧ２の負担を減らしてリバース走行における走行性能を向上させることが可能となる。

また、上記実施例では、ステップＳ１２２，Ｓ１２４およびＳ１２６にて肯定判断がなされてバッテリ５０の強制的な充電の実行を解除するときに、エンジン２２が実質的にトルクを出力しないように自立運転されると共に、モータＭＧ１に対するトルク指令が値０に設定される（ステップＳ１３５，Ｓ１４５）。これにより、エンジン２２の運転を継続しつつバッテリ５０の強制的な充電の実行を解除すると共にエンジン２２から車両を前進させる方向のトルクが駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されないようにすることが可能となり、その後にバッテリ５０の強制的な充電の解除条件が不成立となったときには、速やかにバッテリ５０の強制的な充電を再開することができる。

更に、上記実施例では、エンジン２２からの動力を用いて発電するモータＭＧ１からの電力によりバッテリ５０を強制的に充電すべき状態でハイブリッド自動車２０がモータＭＧ２からの動力により所定車速Ｖｒｅｆを上回る車速Ｖでリバース走行しているときには、残容量ＳＯＣが強制充電終了値Ｓ１に達するまでバッテリ５０の強制的な充電の実行が解除されないことになる。これにより、車速Ｖが比較的低い速度となる一般に常用されるリバース走行における走行性能を向上させると共に、必要以上にバッテリ５０の強制的な充電が解除されないようにして残容量ＳＯＣを速やかに増加させることが可能となる。

なお、上記実施例では、ステップＳ１２２，Ｓ１２４およびＳ１２６にて肯定判断がなされてバッテリ５０の強制的な充電の実行を解除するときに、エンジン２２が自立運転されると共にモータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊が値０に設定されるが、ステップＳ１２２，Ｓ１２４およびＳ１２６にて肯定判断がなされたときの処理は、これに限られるものではない。すなわち、ステップＳ１２２，Ｓ１２４およびＳ１２６にて肯定判断がなされたときに、エンジンＥＣＵ２４にエンジン２２に対する燃料供給を停止させるべく燃料カット指令を送信すると共に、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に正の所定値を設定し、それにより燃料供給が停止された状態にあるエンジン２２をモータＭＧ１によりモータリングしてもよい。これにより、モータＭＧ１のモータリングに伴ってバッテリ５０に蓄えられた電力が若干消費されるものの、図６において白抜矢印で示すように、モータＭＧ１のモータリングにより車両を後進させる方向のトルクを駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力することができるので、モータＭＧ２の負担をより一層低減してリバース走行における走行性能をより向上させることが可能となる。また、この場合も、バッテリ５０の強制的な充電の解除条件が不成立となったときには、速やかにバッテリ５０の強制的な充電を再開することができる。更に、上記実施例では、ステップＳ１２６において、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが極端に低下しているおそれがないか判定するために、残容量ＳＯＣと強制充電開始値Ｓ０とを比較しているが、ステップＳ１２６では、強制充電開始値Ｓ０とは異なる値（例えば、強制充電開始値Ｓ０よりも多少大きい値）を閾値として用いてもよい。

また、上記実施例のハイブリッド自動車２０では、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとモータＭＧ２とがモータＭＧ２の回転数を減速してリングギヤ軸３２ａに伝達する減速ギヤ３５を介して連結されているが、減速ギヤ３５の代わりに、例えばＨｉ，Ｌｏの２段の変速段あるいは３段以上の変速段を有したモータＭＧ２の回転数を変速してリングギヤ軸３２ａに伝達する変速機を採用してもよい。更に、実施例のハイブリッド自動車２０は、モータＭＧ２の動力を動力分配統合機構３０のリングギヤ３２に接続されたリングギヤ軸３２ａに出力するものであるが、本発明の適用対象はこれに限られるものでもない。すなわち、本発明は、図７に示す変形例に係るハイブリッド自動車１２０のように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａ（車輪３９ａ，３９ｂ）とは異なる軸（図７における車輪３９ｃ，３９ｄに接続された軸）に出力するものに適用されてもよい。

そして、本発明において、「内燃機関」は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて動力を出力するエンジン２２に限られず、水素エンジンといったような他の如何なる形式のものであっても構わない。また、「第１電動機」や「第２電動機」は、モータＭＧ１，ＭＧ２のような同期発電電動機に限られず、誘導電動機といったような他の如何なる形式のものであっても構わない。また、「遊星歯車機構」は、内燃機関に接続される第１要素が共線図上で第１電動機に接続される第２要素と駆動軸に接続される３要素との間に位置するように構成されたものであれば、シングルピニオン式遊星歯車機構以外のものとされてもよい。更に、「蓄電装置」は、外部電源からの電力により充電可能に構成されたものであってもよい。何れにしても、上記実施例は、課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するため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く、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。

以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら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、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。

本発明は、ハイブリッド車両の製造産業等において利用可能である。

２０，１２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、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、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ〜３９ｄ 車輪、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、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトレンジセンサ、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 ブレーキペダルストロークセンサ、８７ 車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (6)

1. 内燃機関と、動力を入出力可能な第１電動機と、前記内燃機関の出力軸に接続される第１要素、前記第１電動機の回転軸に接続される第２要素、および駆動軸に接続される第３要素を有すると共に、前記第１要素が共線図上で前記第２要素と前記第３要素との間に位置するように構成された遊星歯車機構と、走行用の動力を出力可能な第２電動機と、前記第１および第２電動機と電力をやり取り可能な蓄電装置とを含むハイブリッド車両において、
   前記内燃機関からの動力を用いて発電する前記第１電動機からの電力により前記蓄電装置を強制的に充電すべき状態で前記第２電動機からの動力によりリバース走行するときに、運転者による駆動力要求の度合が所定度合未満であると共に前記蓄電装置の充電割合が所定値以上であることを条件に前記蓄電装置の強制的な充電の実行を解除することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両において、
   前記蓄電装置の強制的な充電の実行を解除するときに、前記内燃機関が実質的にトルクを出力しないように自立運転されると共に、前記第１電動機に対するトルク指令が値０に設定されることを特徴とするハイブリッド車両。
3. 請求項１に記載のハイブリッド車両において、
   前記蓄電装置の強制的な充電の実行を解除するときに、前記内燃機関は、燃料供給が停止された状態で前記第１電動機によりモータリングされることを特徴とするハイブリッド車両。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載のハイブリッド車両において、
   前記蓄電装置の強制的な充電は、該蓄電装置の充電割合が予め定められた強制充電開始値未満になると開始されると共に、該充電割合が前記強制充電開始値よりも大きい強制充電終了値に達すると終了することを特徴とするハイブリッド車両。
5. 請求項４に記載のハイブリッド車両において、
   前記内燃機関からの動力を用いて発電する前記第１電動機からの電力により前記蓄電装置を強制的に充電すべき状態で前記第２電動機からの動力により所定車速を上回る車速でリバース走行するときには、前記充電割合が前記強制充電終了値に達するまで前記蓄電装置の強制的な充電の実行が解除されないことを特徴とするハイブリッド車両。
6. 内燃機関と、動力を入出力可能な第１電動機と、前記内燃機関の出力軸に接続される第１要素、前記第１電動機の回転軸に接続される第２要素、および駆動軸に接続される第３要素を有すると共に、前記第１要素が共線図上で前記第２要素と前記第３要素との間に位置するように構成された遊星歯車機構と、走行用の動力を出力可能な第２電動機と、前記第１および第２電動機と電力をやり取り可能な蓄電装置とを含むハイブリッド車両の制御方法において、
   前記内燃機関からの動力を用いて発電する前記第１電動機からの電力により前記蓄電装置を強制的に充電すべき状態で前記第２電動機からの動力によりリバース走行するときに、運転者による駆動力要求の度合が所定度合未満であると共に前記蓄電装置の充電割合が所定値以上であることを条件に前記蓄電装置の強制的な充電の実行を解除することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。

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