JP2014125078A

JP2014125078A - ハイブリッド自動車

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Publication number: JP2014125078A
Application number: JP2012282654A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Endo; 弘樹遠藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN103895522A; US20140180517A1; US9037333B2; CN103895522B; JP5712999B2

Abstract

【課題】バッテリが過大な電力で充電されることを抑制すると共にエンジンの回転による振動を抑制する。
【解決手段】ＥＶ優先走行モードのときに充電電力Ｐｉｎが高電圧バッテリの入力制限Ｗｉｎより小さいときには（ステップＳ１２０，Ｓ１２５）、第１モータでエンジンをモータリングせずに走行用の動力を出力する第２モータと電力をやりとりする高電圧バッテリの入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で第２モータを回生駆動させる（ステップＳ１７０〜Ｓ２１０）。これにより、高電圧バッテリが過大な電力により充電されるのを抑制しながらエンジンの回転に伴う振動を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、走行用の動力を出力可能なエンジンと、エンジンをモータリング可能な第１モータと、走行用の動力を出力可能な第２モータと、第１モータおよび第２モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、第２モータを回生駆動するときには、車両に要求される要求制動力が車両に作用するようエンジンと第１モータと第２モータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、走行駆動源としての第１のモータジェネレータと、エンジンに設けられた第２のモータジェネレータと、第１，第２のモータジェネレータからの電力が供給されるバッテリとを備えるハイブリッド車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車では、エンジンが始動する前の第１のモータジェネレータによる単独走行時において、エンジンの冷却水温が暖機完了温度未満である場合の車両減速時には、バッテリへの回生による制動と共に、第２のモータジェネレータによりエンジンを強制回転させて第２のモータジェネレータでバッテリの電力を消費することにより、バッテリへの過充電を抑制している。

特開２０１１−２０１３９４号公報

しかしながら、上述のハイブリッド車では、バッテリへの過充電を抑制しているが、第２のモータジェネレータによりエンジンを強制回転させているため、エンジンの回転に伴う振動が生じてしまう。こうした振動は、運転者に違和感を与えるため、抑制されることが望ましい。特に、エンジンとモータからの動力で走行するハイブリッド走行よりエンジンの運転を停止してモータ走行を優先させるときには、こうしたエンジンの回転に伴う振動は運転者の意図しない振動でもあるため、極力抑制されることが望ましい。

本発明のハイブリッド車は、ハイブリッド走行よりモータ走行を優先させるモータ走行優先時に、バッテリが過大な電力で充電されることを抑制すると共にエンジンの回転による振動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は、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自動車は、
走行用の動力を出力可能なエンジンと、前記エンジンをモータリング可能な第１モータと、走行用の動力を出力可能な第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、前記第２モータを回生駆動するときには、車両に要求される要求制動力が車両に作用するよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記制御手段は、前記エンジンからの動力と前記第２モータからの動力とを用いて走行するハイブリッド走行より前記エンジンの運転を停止して前記第２モータからの動力を用いて走行するモータ走行を優先させているときに前記第２モータからの回生電力が前記バッテリを充電可能な電力の最大値である最大充電電力を超える充電電力超過時には、前記エンジンの回転を前記充電電力超過時でないときより制限しながら、前記最大充電電力の範囲内で前記第２モータが回生駆動されるよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する手段である
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、前記エンジンからの動力と前記第２モータからの動力とを用いて走行するハイブリッド走行より前記エンジンの運転を停止して前記第２モータからの動力を用いて走行するモータ走行を優先させているときに前記第２モータからの回生電力が前記バッテリを充電可能な電力の最大値である最大充電電力を超える充電電力超過時には、エンジンの回転を充電電力超過時でないときより制限しながら、最大充電電力の範囲内で第２モータが回生駆動されるようエンジンと第１モータと第２モータとを制御する。これにより、バッテリが過大な電力で充電されることを抑制すると共にエンジンの回転による振動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、前記バッテリの蓄電量が所定値以上であるとき、または、前記モータ走行を指示するモータ走行スイッチがオンされたときに、前記ハイブリッド走行より前記モータ走行を優先させる手段であるものとすることもできる。こうすれば、バッテリの蓄電量が所定値以上であるときやモータ走行スイッチがオンされたときに、バッテリが過大な電力で充電されることを抑制することができる。

また、本発明のハイブリッド自動車において、情報を表示する情報表示手段を備え、前記制御手段は、前記充電電力超過時には、前記エンジンの回転が制限されていることが表示されるよう前記情報表示手段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、エンジンの回転が制限されることにより、運転者が違和感を覚えるのを抑制することができる。

さらに、本発明のハイブリッド自動車において、前記車両に摩擦力による制動を付与する摩擦ブレーキ装置を備え、前記制御手段は、前記充電電力超過時には、前記要求制動力が車両に作用するよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータと前記摩擦ブレーキ装置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、充電電力超過摩擦時でも充分な制動力を車両に付与することができる。

そして、本発明のハイブリッド自動車において、車軸に連結された駆動軸と前記エンジンの出力軸と前記第１モータの回転軸とに３つの回転要素が接続されたプラネタリギヤを備え、前記第２モータは、回転軸が前記駆動軸に接続されてなるものとすることもできる。この場合において、外部電源に接続されて該外部電源からの電力を用いて前記バッテリを充電可能な充電手段を備えるものとすることもできる。

本発明の一実施例としての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。ＨＶＥＣＵ７０により実行されるアクセルオフ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。目標回転数設定用マップの一例を示す説明図である。アクセルオフのときのプラネタリギヤ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。アクセルオフのときのプラネタリギヤ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。ＥＶ走行優先モードのときにモータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを行なう場合の目標回転数設定用マップ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。変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。変形例のハイブリッド自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。

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、本発明の一実施例としての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、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力するエンジン２２と、エンジン２２を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３６に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、例えば定格電圧が２００Ｖなどのリチウムイオン二次電池として構成されてシステムメインリレー５６とインバータ４１，４２とを介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりする高電圧バッテリ５０と、高電圧バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２と、各ＥＣＵや補機５９などが接続された電力ライン（以下、低電圧系電力ラインという）５４ｂに接続された例えば定格電圧が１２Ｖなどの鉛蓄電池として構成された低電圧バッテリ５８と、インバータ４１，４２と高電圧バッテリ５０とを接続する電力ライン（以下、高電圧系電力ラインという）５４ａからの電力を降圧して低電圧系電力ライン５４ｂに供給するＤＣ／ＤＣコンバータ５７と、家庭用電源などの外部電源に接続されて高電圧バッテリ５０を充電可能な充電器６０と、駆動輪３８ａ，３８ｂや駆動輪３８ａ，３８ｂと異なる車輪３９ａ，３９ｂのブレーキを制御するためのブレーキアクチュエータ９２と、車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、車両に走行に関する様々な情報を視認可能に表示する表示装置９８と、を備える。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサからのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサからの冷却水温Ｔｗ，スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットルポジション，吸気管に取り付けられたエアフローメータからの吸入空気量Ｑａなどの信号が入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁への駆動信号や、スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号、イグニッションコイルへの制御信号などが出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０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出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４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も演算している。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。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からの回転位置θｍ１，θｍ２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ポートを介して入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子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。また、モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０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ＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいて回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、高電圧バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、高電圧バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの端子間電圧Ｖｂや高電圧バッテリ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電流センサ５１ｂからの充放電電流Ｉｂ，高電圧バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じて高電圧バッテリ５０の状態に関するデータを通信によりＨＶＥＣＵ７０に送信する。また、バッテリＥＣＵ５２は、高電圧バッテリ５０を管理するために、電流センサ５１ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてそのときの高電圧バッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいて高電圧バッテリ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、実施例では、高電圧バッテリ５０を放電する電力を正の値とし、高電圧バッテリ５０を充電する電力を負の値とし、出力制限Ｗｏｕｔは正の値で、入力制限Ｗｉｎは負の値であるものとする。

充電器６０は、リレー６２を介して高電圧系電力ライン５４ａに接続されており、電源プラグ６８を介して供給される外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ６６と、ＡＣ／ＤＣコンバータ６６からの直流電力の電圧を変換して高電圧系電力ライン５４ａ側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ６４と、を備える。

ブレーキアクチュエータ９２は、ブレーキペダルの踏み込みに応じて生じるブレーキマスターシリンダ９０の圧力（ブレーキ圧）と車速Ｖとにより車両に作用させる制動力におけるブレーキの分担分に応じた制動力が車輪（駆動輪３８ａ，３９ｂや車輪３９ａ，３９ｂ）に作用するようブレーキホイールシリンダ９６ａ〜９６ｄの油圧を調整したり、ブレーキペダルの踏み込みに無関係に、車輪に制動力が作用するようブレーキホイールシリンダ９６ａ〜９６ｄの油圧を調整したりすることができるように構成されている。以下、ブレーキアクチュエータ９２の作動により車輪に作用させる制動力を「油圧ブレーキ」と称することがある。ブレーキアクチュエータ９２は、ブレーキ用電子制御ユニット（以下、ブレーキＥＣＵという）９４により制御されている。ブレーキＥＣＵ９４は、ブレーキマスターシリンダ９０に取り付けられた図示しないマスターシリンダ圧センサからのブレーキ踏力ＢＰＦや、駆動輪３８ａ，３８ｂに取り付けられた図示しない車輪速センサからの左右の車輪速（以下、駆動輪速という）Ｖｄｒ，Ｖｄｌ、車輪３９ａ，３９ｂに取り付けられた図示しない車輪速センサからの左右の車輪速（以下、従動輪速という）Ｖｎｒ，Ｖｎｌ、図示しない操舵角センサからの操舵角などの信号を入力して、運転者がブレーキペダルを踏み込んだときに駆動輪３８ａ，３９ｂや車輪３９ａ，３９ｂのいずれかがロックによりスリップするのを防止するアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）制御や運転者がアクセルペダルを踏み込んだときに駆動輪３８ａ，３９ｂのいずれかが空転によりスリップするのを防止するトラクションコントロール（ＴＲＣ），車両が旋回走行しているときに姿勢を保持する姿勢保持制御（ＶＳＣ）なども行なう。ブレーキＥＣＵ９４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってブレーキアクチュエータ９２を駆動制御したり、必要に応じてブレーキアクチュエータ９２の状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。

ＨＶＥＣＵ７０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。ＨＶＥＣＵ７０には、パワースイッチ８０からのプッシュ信号やシフトレバー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，電源プラグ６８の外部電源への接続を検出する接続検出センサ６９からの接続検出信号，エンジン２２の間欠運転を伴ってエンジン２２からの動力とモータＭＧ２からの動力とを用いて走行するハイブリッド走行の指示およびハイブリッド走行指示の解除が可能なＨＶ走行指示スイッチ９９からの走行指示信号などが入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０からは、システムメインリレー５６やリレー６２への駆動信号，ＤＣ／ＤＣコンバータ６４やＡＣ／ＤＣコンバータ６６へのスイッチング制御信号，ＤＣ／ＤＣコンバータ５７へのスイッチング制御信号，表示装置９８への表示信号などが出力ポートを介して出力されている。ＨＶＥＣＵ７０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。

こうして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３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を計算し、この要求トルクＴｒ＊に対応する要求動力が駆動軸３６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と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プラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３６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、要求動力と高電圧バッテリ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高電圧バッテリ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プラネタリギヤ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駆動軸３６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駆動軸３６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、トルク変換運転モードと充放電運転モードとは、いずれもエンジン２２の運転を伴って要求動力が駆動軸３６に出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モードという。

また、実施例のハイブリッド自動車２０では、自宅や予め設定された充電ポイントで車両を停止している状態で電源プラグ６８が外部電源に接続されてその接続が接続検出センサ６９によって検出されると、システムメインリレー５６とリレー６２とがオンされていることを確認し、システムメインリレー５６とリレー６２とがオンとされていないときにはオンとして、充電器６０を制御して外部電源からの電力により高電圧バッテリ５０を充電する。そして、高電圧バッテリ５０の充電後には、高電圧バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣがエンジン２２の始動を行なうことができる程度に設定された閾値Ｓｈｖ（例えば、２０％や３０％など）に至るまでは、エンジン２２からの動力とモータＭＧ２からの動力とを用いて走行するハイブリッド走行に比してモータＭＧ２からの動力だけを用いて走行するＥＶ走行を優先して走行するＥＶ走行優先モードによって走行し、高電圧バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｖに至った以降は、ＥＶ走行に比してハイブリッド走行を優先して走行するハイブリッド走行優先モードによって走行する。ハイブリッド走行では、蓄電割合ＳＯＣを予め定めれた制御中心割合Ｓｒｅｆ（Ｓｒｅｆ１）を中心とした所定範囲内に保ちながら要求動力により走行するようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２が制御される。

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、ＥＶ走行優先モードに走行している際にアクセルオフされたときの動作について説明する。図２は、ＨＶＥＣＵ７０により実行されるアクセルオフ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、アクセルオフ時に所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。なお、アクセルオフ時には、ＨＶＥＣＵ７０は、エンジン２２が運転されていれば、このルーチンと並行してエンジンＥＣＵ２４に燃料カット指令を送信し、燃料カット指令を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の燃料噴射と点火とを停止する。

アクセルオフ時駆動制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、まず、車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２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、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。

こうしてデータを入力すると、車速Ｖに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪３８ａ，３８ｂ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、アクセルオフ時の車速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、車速Ｖ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３に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求トルクＴｒ＊は、図示するように、車速Ｖが大きいほど小さくなる（制動力として大きくなる）傾向に設定するものとした。

続いて、ＥＶ走行優先モードにより走行しているか否か（ステップＳ１２０）を調べ、
ＥＶ走行優先モードで走行していないときには、車速Ｖに基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ１３０）。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊は、実施例では、車速Ｖと目標回転数Ｎｅ＊との関係を予め定めて目標回転数設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、車速Ｖが与えられると記憶したマップから対応する目標回転数Ｎｅ＊を導出して設定するものとした。図４に目標回転数設定用マップの一例を示す。目標回転数Ｎｅ＊は、図示するように、車速Ｖが高いほど大きくなる傾向に設定するものとした。

こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とプラネタリギヤ３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１４０）。ここで、式（１）は、プラネタリギヤ３０の回転要素に対する力学的な関係式である。アクセルオフのときのプラネタリギヤ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図５に示す。なお、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。式（１）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。また、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（３）中、右辺第１項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第２項の「ｋ２」は積分項のゲインである。

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

こうしてモータトルク指令Ｔｍ１＊を設定したら、要求トルクＴｒ＊に設定したトルク指令Ｔｍ１＊をプラネタリギヤ３０のギヤ比ρで除したものを加えてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を次式（３）により計算し（ステップＳ１５０）、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。こうした制御により、ＥＶ走行優先モードで走行していないときには、燃料噴射を停止した状態のエンジン２２をモータＭＧ１でモータリングすることによりリングギヤ軸３２ａに作用する制動力（いわゆるエンジンブレーキ）とモータＭＧ２の回生駆動によってリングギヤ軸３２ａに作用する制動力とにより、要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力することができる。

Tm2*=Tr*+Tm1*/ρ (3)

ＥＶ走行優先モードで走行しているときには（ステップＳ１２０）、続いて、上述したステップＳ１３０〜Ｓ１６０の処理を実行したときにモータＭＧ２の回生駆動により高電圧バッテリ５０を充電する充電電力Ｐｉｎが入力制限Ｗｉｎより小さいか否か（高電圧バッテリ５０が過大な電力で充電されるか否か）を調べる（ステップＳ１２５）。ここで、充電電力Ｐｉｎは、ステップＳ１３０〜Ｓ１５０の処理と同様の方法で得られたモータトルク指令Ｔｍ２＊にモータ回転数Ｎｍ２を乗じた電力であるものとした。

充電電力Ｐｉｎが入力制限Ｗｉｎ以上であるとき、即ち、エンジン２２をモータＭＧ１でモータリングしながらモータＭＧ２を回生駆動させても高電圧バッテリ５０が過大な電力で充電されないときには、ステップＳ１３０〜Ｓ１６０の処理を実行して本ルーチンを終了する。こうした制御により、燃料噴射を停止した状態のエンジン２２をモータＭＧ１でモータリングすることによりリングギヤ軸３２ａに作用する制動力とモータＭＧ２の回生駆動によってリングギヤ軸３２ａに作用する制動力とにより、要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力することができる。

充電電力Ｐｉｎが入力制限Ｗｉｎより小さい、即ち、エンジン２２をモータＭＧ１でモータリングしながらモータＭＧ２を回生駆動させると高電圧バッテリ５０が過大な電力で充電される場合には、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ１７０）、モータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルク（−Ｔｍ１＊／ρ）を要求トルクＴｒ＊から減じてモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値としての仮トルクＴｍ２ｔｍｐに設定し（ステップＳ１８０）、式（５）および式（６）に示すように、高電圧バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との差分をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除してモータ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Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘを計算し（ステップＳ１９０）、式（７）に示すように、仮トルクＴｍ２ｔｍｐをトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘで制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ２００）、設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２１０）。図６は、プラネタリギヤ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。式（４）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。こうした制御により、エンジン２２をモータＭＧ１でモータリングせずに高電圧バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２の回生駆動よってリングギヤ軸３２ａに制動力を作用させることができる。

Tm2tmp=Tr*+Tm1*/ρ (4)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (5)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (6)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (7)

こうした制御を行なう理由について説明する。エンジン２２をモータＭＧ１でモータリングすると、エンジン２２の回転に伴う振動により運転者が違和感を覚えることがある。特に、ＥＶ優先走行モードのときには、エンジンの回転に伴う振動を運転者が意図していないため、こうした振動は運転者により大きな違和感を与えてしまう。実施例では、ＥＶ優先走行モードのときには、モータＭＧ１でモータリングしないから、エンジン２２の回転に伴う振動を抑制し、こうした振動により運転者が違和感を覚えることを抑制することができる。また、高電圧バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２を回生駆動させるから、高電圧バッテリ５０が過大な電力により充電されるのを抑制することができる。したがって、高電圧バッテリ５０が過大な電力により充電されるのを抑制しながらエンジン２２の回転に伴う振動を抑制することができる。

こうした制御を行なった後、表示装置９８に「エンジンブレーキが浅くなる」ことを表示して（ステップＳ２２０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２をモータＭＧ１でモータリングせずに高電圧バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２の回生駆動よってリングギヤ軸３２ａに制動力を作用させると、高電圧バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎが充電電力として小さい（充電電力は負の値であるから、入力制限Ｗｉｎが値としては大きい）場合、モータＭＧ２の回生駆動による制動力が要求トルクＴｒ＊より制動力として小さくなる（制動力は負の値であるから、モータＭＧ２の回生駆動による制動力が要求トルクＴより値としては大きくなる）場合がある。こうした場合に、運転者が意図したものより制動力が小さくなって、運転者が違和感を覚えることがあるが、「エンジンブレーキが浅くなる」ことを表示装置９８に表示することにより、運転者が制動力が小さくなることを視認することができ、運転者が意図した制動力が車両に作用せずに運転者が違和感を覚えることを抑制することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、ＥＶ優先走行モードのときに充電電力Ｐ１が高電圧バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎより小さいときには、モータＭＧ１でモータリングせずに高電圧バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２を回生駆動させるから、高電圧バッテリ５０が過大な電力により充電されるのを抑制しながらエンジン２２の回転に伴う振動を抑制することができる。

また、表示装置９８に「エンジンブレーキが浅くなる」ことを表示することにより、運転者が意図した制動力が車両に作用せずに運転者が違和感を覚えることを抑制すことができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、ＥＶ優先走行モードのときに充電電力Ｐ１が高電圧バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎより小さいときには、ステップＳ１７０の処理でトルク指令Ｔｍ１＊を値０に設定してモータＭＧ１でエンジン２２をモータリングしないものとしたが、車速Ｖに基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定し、ステップＳ１４０の処理と同様に、上述した式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とに基づいて上述した式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算し、ステップＳ１８０以降の処理でこうして計算したトルク指令Ｔｍ１＊を用いてトルク指令Ｔｍ２＊を設定するものとしてもよい。このときに、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊は、図７に示すように、ＥＶ優先走行モードのときはＥＶ優先走行モードでないときに比べて、車速Ｖに対するエンジン２２の回転数が低くなる傾向に設定するものとするのが望ましい。こうすれば、ＥＶ優先走行モードのときはＥＶ優先走行モードでないときに比べてエンジン２２の回転を制限することができ、エンジン２２の回転に伴う振動を抑制することができる。また、エンジン２２の回転に伴う制動力を車両に付与することができるから、モータＭＧ２の回生駆動により制動力が要求トルクＴｒ＊より大きくなる（制動力としては小さくなる）ことを抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、高電圧バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｖに至るまでのＥＶ走行優先モード時にモータＭＧ１でモータリングせずに高電圧バッテリ５０の入出力制限Ｗｉ，Ｗｏｕｔｎの範囲内でモータＭＧ２を回生駆動させるものとしたが、図示しないＥＶ走行を指示するＥＶ走行指示スイッチがオンされてＥＶ走行しているときにモータＭＧ１でモータリングせずに高電圧バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２を回生駆動させ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、ステップＳ２２０の処理でエンジン２２の回転が制限されてエンジンブレーキが浅くなる旨を表示装置９８に表示するものとしたが、ステップＳ２２０の処理を実行せずにこうした表示を行なわないものとしてもよい。この場合において、要求トルクＴｒ＊からモータＭＧ２の回生駆動による制動力（Ｔｍ２＊）を減じた不足分の制動力（＝Ｔｒ＊−Ｔｍ２＊）が車両に作用するようブレーキアクチュエータ９２を制御するものとしてもよい。こうすれば、要求トルクＴｒ＊を車両に作用させることができ、運転者が意図する制動力を車両に作用させることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２からの動力を駆動軸３６に出力するものとしたが、図８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からの動力を駆動軸３６が接続された車軸（駆動輪３８ａ，３８ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１における車輪３９ａ，３９ｂに接続された車軸）に接続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、エンジン２２からの動力をプラネタリギヤ３０を介して駆動輪３８ａ，３８ｂに接続された駆動軸３６に出力するものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフトに接続されたインナーロータ２３２と駆動輪３８ａ，３８ｂに動力を出力する駆動軸３６に接続されたアウターロータ２３４とを有しエンジン２２からの動力の一部を駆動軸３６に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備え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、家庭用電源などの外部電源に接続されて高電圧バッテリ５０を充電可能な充電器６０を備えるものとしたが、図１０の変形例のハイブリッド自動車３２０に例示するように、充電器６０を備えないものとしてもよい。

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「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「第１モータ」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、高電圧バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、モータＭＧ２を回生駆動するときには、要求トルクＴｒ＊が車両に作用するエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２を制御し、ＥＶ優先走行モードのときに充電電力Ｐ１が高電圧バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎより小さいときには、モータＭＧ１をモータリングせずに高電圧バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２が駆動するようエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，ＨＶＥＣＵ７０が「制御手段」に相当する。

ここで、「エンジン」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もの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エンジンであっても構わない。「第１モータ」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、エンジンをモータリング可能なものであれば如何なるタイプのモータであっても構わない。「第２モータ」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、走行用の動力を出力可能なものであれば如何なるタイプのモータであっても構わない。「バッテリ」としては、リチウムイオン二次電池として構成された高電圧バッテリ５０に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池，鉛蓄電池など、如何なるタイプのバッテリであっても構わない。「制御手段」としては、モータＭＧ２を回生駆動するときには、要求トルクＴｒ＊が車両に作用するエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２を制御し、ＥＶ優先走行モードのときに充電電力Ｐ１が高電圧バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎより小さいときには、モータＭＧ１をモータリングせずに高電圧バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２が駆動するようエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，ＨＶＥＣＵ７０に限定されるものではなく、第２モータを回生駆動するときには、車両に要求される要求制動力が車両に作用するようエンジンと第１モータと第２モータとを制御し、エンジンからの動力と第２モータからの動力とを用いて走行するハイブリッド走行よりエンジンの運転を停止して第２モータからの動力を用いて走行するモータ走行を優先させているときに第２モータからの回生電力がバッテリを充電可能な電力の最大値である最大充電電力を超える充電電力超過時には、エンジンの回転を充電電力超過時でないときより制限しながら、最大充電電力の範囲内で第２モータが回生駆動されるようエンジンと第１モータと第２モータ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、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０，１２０，２２０，３２０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）、２６クランクシャフト、３０プラネタリギヤ、３６駆動軸、３７デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ駆動輪、３９ａ，３９ｂ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高電圧バッテリ、５１ａ電圧センサ、５１ｂ電流センサ、５１ｃ温度センサ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ａ高電圧系電力ライン、５４ｂ低電圧系電力ライン、５６システムメインリレー、５７ＤＣ／ＤＣコンバータ、５８低電圧バッテリ、５９補機、６０充電器、６２リレー、６４ＤＣ／ＤＣコンバータ、６６ＡＣ／ＤＣコンバータ、６８電源プラグ、６９接続検出センサ、７０ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８０パワースイッチ、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、９０ブレーキマスターシリンダ、９２ブレーキアクチュエータ、９４ブレーキＥＣＵ、９６ａ〜９６ｄブレーキホイールシリンダ、９８表示装置、９９、ＨＶ走行指示スイッチ、２３０対ロータ電動機、２３２インナーロータ、２３４アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

走行用の動力を出力可能なエンジンと、前記エンジンをモータリング可能な第１モータと、走行用の動力を出力可能な第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、前記第２モータを回生駆動するときには、車両に要求される要求制動力が車両に作用するよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記制御手段は、前記エンジンからの動力と前記第２モータからの動力とを用いて走行するハイブリッド走行より前記エンジンの運転を停止して前記第２モータからの動力を用いて走行するモータ走行を優先させているときに前記第２モータからの回生電力が前記バッテリを充電可能な電力の最大値である最大充電電力を超える充電電力超過時には、前記エンジンの回転を前記充電電力超過時でないときより制限しながら、前記最大充電電力の範囲内で前記第２モータが回生駆動されるよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する手段である
ハイブリッド自動車。
請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、前記バッテリの蓄電量が所定値以上であるとき、または、前記モータ走行を指示するモータ走行スイッチがオンされたときに、前記ハイブリッド走行より前記モータ走行を優先させる手段である
ハイブリッド自動車。
請求項１または２記載のハイブリッド自動車であって、
情報を表示する情報表示手段を備え、
前記制御手段は、前記充電電力超過時には、前記エンジンの回転が制限されていることが表示されるよう前記情報表示手段を制御する手段である
ハイブリッド自動車。
請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載のハイブリッド自動車において、
前記車両に摩擦力による制動を付与する摩擦ブレーキ装置を備え、
前記制御手段は、前記充電電力超過時には、前記要求制動力が車両に作用するよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータと前記摩擦ブレーキ装置とを制御する手段である
ハイブリッド自動車。
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載のハイブリッド自動車において、
車軸に連結された駆動軸と前記エンジンの出力軸と前記第１モータの回転軸とに３つの回転要素が接続されたプラネタリギヤを備え、
前記第２モータは、回転軸が前記駆動軸に接続されてなる
ハイブリッド自動車。
請求項５記載のハイブリッド自動車において、
外部電源に接続されて該外部電源からの電力を用いて前記バッテリを充電可能な充電手段を備える
ハイブリッド自動車。