JP2014184893A

JP2014184893A - ハイブリッド自動車

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Publication number: JP2014184893A
Application number: JP2013061935A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Endo; 弘樹遠藤; Koji Hokoi; 耕司鉾井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2033-03-25
Also published as: JP6094301B2

Abstract

【課題】エンジンを運転停止して走行している最中に低車速でエンジンを始動しなければならなくなるのを抑制する。
【解決手段】バッテリの電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆより高いときやバッテリの蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ未満のときには（Ｓ１２０，Ｓ１３０），バッテリの入力制限Ｗｉｎを始動用入力制限Ｗｉｎｓに設定し（Ｓ１４０）、バッテリの電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ以下で且つバッテリの蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上のときには（Ｓ１２０，Ｓ１３０），バッテリの入力制限Ｗｉｎより所定値αだけ小さな値（絶対値としては大きな値）を始動用入力制限Ｗｉｎｓに設定する（Ｓ１５０）。そして、モータ運転モードでの走行中に始動時充電電力Ｐｓｃｈが始動用入力制限Ｗｉｎｓ未満となったとき（絶対値としては大きくなったとき）にエンジンを始動する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、エンジンと、第１モータと、車軸に連結された駆動軸とエンジンの出力軸と第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と、駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、第１モータおよび第２モータと電力をやりとり可能なバッテリと、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、第１モータと、車軸に連結された駆動軸とエンジンのクランクシャフトと第１モータの回転軸とにリングギヤとキャリアとサンギヤとが接続された動力分配統合機構と、駆動軸に回転子が接続された第２モータと、第１モータや第２モータと電力をやりとりするバッテリと、を備え、バッテリの入力制限に基づいて間欠運転禁止車速を設定し、エンジンの停止中に、車速が間欠運転禁止車速未満のときには所定の始動条件が成立したときにエンジンを始動し、車速が間欠運転禁止車速以上のときには所定の始動条件に拘わらずエンジンを始動するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、こうした制御を行なうことにより、エンジンを始動するときにバッテリに入力制限を超える電力が入力されるのを抑制している。

特開２００７−１３１１０３号公報

上述のハイブリッド自動車では、バッテリの温度が低く且つバッテリの残容量が大きいときには、入力制限の大きさが十分に小さい（大きく制限された値となる）ことから、間欠運転禁止車速が低くなり、所定の始動条件に拘わらず低車速でエンジンを始動しなければならなくなる、という課題があった。

本発明のハイブリッド自動車は、エンジンを運転停止して走行している最中に低車速でエンジンを始動しなければならなくなるのを抑制することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、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、
エンジンと、第１モータと、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と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやりとり可能なバッテリと、前記エンジンを運転停止して前記第２モータからの動力によって走行するモータ走行中には、前記エンジンの始動時に前記バッテリに入出力される電力が前記バッテリの始動判定用入力制限を超えるのが予測されたときに、前記第１モータによって前記エンジンがモータリングされて始動されるよう該エンジンと該第１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であって、
前記制御手段は、前記モータ走行中には、前記バッテリの温度が温度閾値以上のときまたは前記バッテリの蓄電割合が蓄電割合閾値以下のときには、前記バッテリの温度と蓄電割合とに基づく第１の値を前記始動判定用入力制限に設定し、前記バッテリの温度が前記温度閾値未満で且つ前記バッテリの蓄電割合が前記蓄電割合閾値以上のときには、前記第１の値より絶対値が大きな第２の値を前記始動判定用入力制限に設定する手段である、
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、エンジンを運転停止して第２モータからの動力によって走行するモータ走行中には、エンジンの始動時にバッテリに入出力される電力がバッテリの始動判定用入力制限を超えるのが予測されたときに、第１モータによってエンジンがモータリングされて始動されるようエンジンと第１モータとを制御するものにおいて、モータ走行中には、バッテリの温度が温度閾値以上のときまたはバッテリの蓄電割合が蓄電割合閾値以下のときには、バッテリの温度と蓄電割合とに基づく第１の値を始動判定用入力制限に設定し、バッテリの温度が温度閾値未満で且つバッテリの蓄電割合が蓄電割合閾値以上のときには、第１の値より絶対値が大きな第２の値を始動判定用入力制限に設定する。バッテリの温度が低く且つ蓄電割合が高いときには、バッテリの入力制限の絶対値が十分に小さくなる（大きく制限された値となる）。したがって、このように始動判定用入力制限を設定することにより、バッテリの温度が低く且つ蓄電割合が高いとき、即ち、バッテリの入力制限の絶対値が十分に小さいときに、他の始動条件（車両に要求される要求パワーの条件など）に拘わらず低車速でエンジンを始動しなければならなくなるのを抑制することができる。ここで、第１の値，第２の値は、それぞれ、第１の時間，第１の時間より短い第２の時間に亘ってバッテリを充電可能な電力（バッテリの電圧が許容上限電圧を超えない電力）である、ものとすることもできる。また、第２の値は、第１の値より所定値だけ大きな値である、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。バッテリ５０の電池温度Ｔｂと入出力制限基本値Ｗｉｎｔｍｐ，Ｗｏｕｔｔｍｐとの関係の一例を示す説明図である。バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと出力制限用補正係数ｋｏｕｔ，入力制限用補正係数ｋｉｎとの関係の一例を示す説明図である。実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行される始動条件成立判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。エンジン２２を始動する際のプラネタリギヤ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。始動時充電電力設定用マップの一例を示す説明図である。

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、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ５０と、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、家庭用電源などの外部電源に接続されてバッテリ５０を充電可能な充電器６０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、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の運転状態を検出する各種センサから信号、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θｃｒ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，燃焼室内に取り付けられた圧力センサからの筒内圧力Ｐｉｎ，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブや排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサからのカムポジションθｃａ，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開度ＴＨ，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，同じく吸気管に取り付けられた温度センサからの吸気温Ｔａ，排気系に取り付けられた空燃比センサからの空燃比ＡＦ，同じく排気系に取り付けられた酸素センサからの酸素信号Ｏ２などが入力ポートを介して入力されており、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，イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号，吸気バルブの開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構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。また、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ＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクシャフト２６に取り付けられた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に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転角速度ωｍ１，ωｍ２や回転数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、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電圧センサ５１ａからの端子間電圧Ｖｂやバッテリ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，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、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とに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい許容入出力電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。ここで、実施例では、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎは、所定時間ｔ１（例えば４秒や５秒，７秒など）に亘ってバッテリ５０を充電可能な電力（バッテリ５０の端子間電圧Ｖｂが許容上限電圧Ｖｂｍａｘを上回らない電力）に相当し、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは、所定時間ｔ１（例えば４秒や５秒，７秒など）に亘ってバッテリ５０を放電可能な電力（バッテリ５０の端子間電圧Ｖｂが許容下限電圧Ｖｂｍａｘを下回らない電力）に相当するものとした。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、実施例では、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値としての入出力制限基本値Ｗｉｎｔｍｐ，Ｗｏｕｔｔｍｐを設定し、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づいて出力制限用補正係数ｋｏｕｔと入力制限用補正係数ｋｉｎとを設定し、設定した入出力制限基本値Ｗｉｎｔｍｐ，Ｗｏｕｔｔｍｐに補正係数ｋｉｎ，ｋｏｕｔを乗じることによって設定するものとした。図２にバッテリ５０の電池温度Ｔｂと入出力制限基本値Ｗｉｎｔｍｐ，Ｗｏｕｔｔｍｐとの関係の一例を示し、図３にバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと出力制限用補正係数ｋｏｕｔ，入力制限用補正係数ｋｉｎとの関係の一例を示す。こうして設定される入力制限Ｗｉｎは、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｌｏ（例えば、０℃や５℃，１０℃など）より低い領域で電池温度Ｔｂが低いほど大きく制限された値（絶対値が小さな値）となり、蓄電割合ＳＯＣが所定値Ｓｈｉ（例えば、５５％や６０％，６５％など）より高い領域で蓄電割合ＳＯＣが大きいほど大きく制限された値となる。また、出力制限Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｌｏより低い領域で電池温度Ｔｂが低いほど大きく制限された値となり、蓄電割合ＳＯＣが所定値Ｓｌｏ（例えば、３５％や４０％，４５％など）より低い領域で蓄電割合ＳＯＣが小さいほど大きく制限された値となる。

充電器６０は、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にリレー６２を介して接続されており、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電力ライン５４に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ６４と、を備える。

ＨＶＥＣＵ７０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。ＨＶＥＣＵ７０には、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，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などが入力ポートを介して入力されている。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。

エンジン運転モードでは、ＨＶＥＣＵ７０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と車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて走行に要求される（駆動軸３６に出力すべき）要求トルクＴｒ＊を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｒ（例えば、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２や車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算し、計算した走行用パワーＰｄｒｖ＊からバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づくバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときが正の値）を減じて車両に要求される（エンジン２２から出力すべき）要求パワーＰｅ＊を設定する。そして、要求パワーＰｅ＊を効率よくエンジン２２から出力することができるエンジン２２の回転数ＮｅとトルクＴｅとの関係としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）を用いてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定し、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにするための回転数フィードバック制御によってモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共にモータ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に作用するトルクを要求トルクＴｒ＊から減じてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とについてはエンジンＥＣＵ２４に送信し、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信する。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＊とによってエンジン２２が運転されるようエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行ない、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で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、エンジン２２を効率よく運転しながらバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊を駆動軸３６に出力して走行することができる。このエンジン運転モードでは、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊が停止用閾値Ｐｓｔｏｐ以下に至ったときなどエンジン２２の停止条件が成立したときに、エンジン２２の運転を停止してモータ運転モードに移行する。

モータ運転モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定する共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信する。そして、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で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、エンジン２２を運転停止した状態でバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊を駆動軸３６に出力して走行することができる。このモータ運転モードでは、エンジン運転モードと同様に計算した要求パワーＰｅ＊が停止用閾値Ｐｓｔｏｐより大きな始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ以上に至ったときなどエンジン２２の始動条件が成立したときに、エンジン２２を始動してエンジン運転モードに移行する。

ここで、エンジン２２の始動は、エンジン２２をクランキングするためのクランキングトルクＴｃｒをモータＭＧ１から出力すると共にこのクランキングトルクＴｃｒの出力に伴って駆動軸３６に作用するトルクをキャンセルするためのキャンセルトルクＴｃｎをモータＭＧ２から出力することによってエンジン２２をクランキングし、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数（例えば、１０００ｒｐｍや１２００ｒｐｍなど）以上に至ったときに燃料噴射制御や点火制御などを開始する、ことによって行なわれる。なお、このエンジン２２の始動の最中もバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ２の駆動制御が行なわれる。即ち、モータＭＧ２から出力すべきトルクは、要求トルクＴｒ＊とキャンセルトルクＴｃｎとの和のトルクとなる。

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システム停止した後に電源プラグ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、リレー６２をオンとし、充電器６０を制御することによって外部電源からの電力によりバッテリ５０を満充電やそれより若干低い充電状態として定められた所定の充電状態（例えば、８０％や８５％，９０％など）まで充電する。そして、バッテリ５０の充電後にシステム起動したときには、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２５％，３０％など）以下に至るまではモータ運転モードでの走行（電動走行）をエンジン運転モードでの走行（ハイブリッド走行）より優先して走行する電動走行優先モードによって走行し、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｖ以下に至った後はエンジン運転モードでの走行（ハイブリッド走行）をモータ運転モードでの走行（電動走行）より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。なお、上述の始動用閾値Ｐｓｔａｒｔは、電動走行優先モードではバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定し、ハイブリッド走行優先モードではエンジン２２を効率よく運転できる要求パワーＰｅ＊の範囲の下限（出力制限Ｗｏｕｔがある程度大きな値（例えば、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｌｏより高く且つ蓄電割合ＳＯＣが所定値Ｓｌｏより大きいときの値）のときの出力制限Ｗｏｕｔより十分に小さな値）を用いるものとした。

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、モータ運転モードで走行している最中にエンジン２２の始動条件が成立したか否かを判定する際の動作について説明する。図４は、実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行される始動条件成立判定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、モータ運転モードで走行しているときに所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

始動条件成立判定ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、車速センサ８８からの車速Ｖや要求パワーＰｅ＊，バッテリ５０の電池温度Ｔｂや蓄電割合ＳＯＣや入力制限Ｗｉｎなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、要求パワーＰｅ＊は、上述の駆動制御で計算されたものを入力するものとした。また、バッテリ５０の電池温度Ｔｂ，蓄電割合ＳＯＣ，入力制限Ｗｉｎは、それぞれ、温度センサ５１ｃにより検出されたもの，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演算されたもの，バッテリ５０の電池温度Ｔｂと蓄電割合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、入力した車速Ｖに基づいて、エンジン２２の始動時にバッテリ５０に充電されると想定される電力としての始動時充電電力Ｐｓｃｈ（＜０）を設定する（ステップＳ１１０）。図５は、エンジン２２を始動する際のプラネタリギヤ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。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であるリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。また、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されてプラネタリギヤ３０を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されて駆動軸３６に作用するトルクとを示す。この図５から解るように、走行中にエンジン２２を始動する際には、始動開始時（モータＭＧ１によるクランキング開始時）のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１は負の値となる。したがって、エンジン２２のクランキングを開始してからモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が値０を超えるまでは、モータＭＧ１は発電機として機能することになる。車速Ｖが高いほどエンジン２２のクランキング開始時のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１は小さくなる（絶対値としては大きくなる）から、エンジン２２のクランキング時のモータＭＧ１の発電電力（の最大値）が大きくなる。実施例では、これを踏まえて、車速Ｖと始動時充電電力Ｐｓｃｈとの関係を予め定めて始動時充電電力設定用マップとして記憶しておき、車速Ｖが与えられると記憶したマップから対応する始動時充電電力Ｐｓｃｈを導出して設定するものとした。始動時充電電力設定用マップの一例を図６に示す。始動時充電電力Ｐｓｃｈは、図示するように、車速Ｖが高いほど負側（バッテリ５０を充電する側）に大きな値に設定される。

続いて、バッテリ５０の電池温度Ｔｂを閾値Ｔｂｒｅｆと比較すると共に（ステップＳ１２０）、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを閾値Ｓｒｅｆと比較する（ステップＳ１３０）。ここで、閾値Ｔｂｒｅｆや閾値Ｓｒｅｆは、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎが大きく制限された値（絶対値が十分に小さな値）となるか否かを判定するために用いられるものであり、閾値Ｔｂｒｅｆは、例えば、−５℃や−１０℃，−１５℃などを用いることができ、閾値Ｓｒｅｆは、例えば、８０％や８５％，９０％などを用いることができる。

バッテリ５０の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆより高いときや、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ未満のときには、エンジン２２の始動条件が成立したか否かの判定に用いる始動判定用入力制限Ｗｉｎｓにバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを設定する（ステップＳ１４０）。一方、バッテリ５０の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ以下で且つバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上のときには、始動判定用入力制限Ｗｉｎｓに、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎから所定値αを減じた値（入力制限Ｗｉｎより所定値αだけ絶対値が大きな値）を設定する（ステップＳ１５０）。ここで、所定値αは、例えば、５ｋＷや７ｋＷ，１０ｋＷなどを用いることができる。実施例では、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎは、所定時間ｔ１（例えば４秒や５秒，７秒など）に亘ってバッテリ５０を充電可能な電力（バッテリ５０の端子間電圧Ｖｂが許容上限電圧Ｖｂｍａｘを超えない電力）に相当し、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎから所定値αを減じた値は、所定時間ｔ１より短い所定時間ｔ２（例えば０．８秒や１秒，１．２秒など）に亘ってバッテリ５０を充電可能な電力に相当するものとした。

こうして始動用入力制限Ｗｉｎｓを設定すると、始動時充電電力Ｐｓｃｈを始動用入力制限Ｗｉｎｓと比較し（ステップＳ１６０）、始動時充電電力Ｐｓｃｈが始動用入力制限Ｗｉｎｓ以上のとき（始動時充電電力Ｐｓｃｈが始動用入力制限Ｗｉｎの範囲内のとき）には、要求パワーＰｅ＊を始動用閾値Ｐｓｔａｒｔと比較する（ステップＳ１７０）。ここで、ステップＳ１６０，Ｓ１７０の処理は、エンジン２２の始動条件が成立したか否かを判定する処理である。即ち、実施例では、エンジン２２の始動条件として、始動時充電電力Ｐｓｃｈが始動用入力制限Ｗｉｎｓ未満である条件（エンジン２２の始動時にバッテリ５０の充放電電力が始動用入力制限Ｗｉｎｓを超えると予測される条件）や、要求パワーＰｅ＊が始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ以上である条件（他の始動条件）を用いるものとしたのである。

始動時充電電力Ｐｓｃｈが始動用入力制限Ｗｉｎｓ以上で且つ要求パワーＰｅ＊が始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ未満のときには、エンジン２２の始動条件は成立していないと判断し、始動条件成立判定フラグＦに値０を設定して（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。この場合、モータ運転モードでの走行を継続する。

一方、始動時充電電力Ｐｓｃｈが始動用入力制限Ｗｉｎｓ未満のときや、要求パワーＰｅ＊が始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ以上のときには、エンジン２２の始動条件が成立したと判断し、始動条件成立判定フラグＦに値１を設定して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。こうして始動条件成立判定フラグＦに値１を設定すると、エンジン２２を始動してエンジン運転モードに移行する。

ここで、バッテリ５０の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ以下で且つバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上のときには、始動判定用入力制限Ｗｉｎｓに、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎから所定値αを減じた値（入力制限Ｗｉｎより所定値αだけ絶対値が大きな値）を設定する理由について説明する。実施例のハイブリッド自動車２０では、充電器６０を備えていることから、バッテリ５０の充電後にシステム起動したときには、その直後に、バッテリ５０の電池温度Ｔｂが十分に低く且つバッテリ５０が十分に高い充電状態となっている（入力制限Ｗｉｎの絶対値が十分に小さな値となっている）場合がある。この場合に始動用入力制限Ｗｉｎｓに入力制限Ｗｉｎを設定すると、モータ運転モードで走行しているときに、他の始動条件（実施例では要求パワーＰｅ＊の条件）に拘わらず比較的低い車速（例えば、２０ｋｍ／ｈや２５ｋｍ／ｈ，３０ｋｍ／ｈなど）でエンジン２２を始動しなければならないという不都合を生じ得る。これに対して、実施例では、この場合に始動用入力制限Ｗｉｎｓに値（Ｗｉｎ−α）を設定することにより、始動時充電電力Ｐｓｃｈが始動用入力制限Ｗｉｎｓ未満になる車速Ｖを高くする（例えば、５０ｋｍ／ｈや６０ｋｍ／ｈ，７０ｋｍ／ｈなど）ことができ、こうした不都合が生じるのを抑制することができる。なお、実施例では、値（Ｗｉｎ＋α）は、所定時間ｔ１より短い所定時間ｔ２（例えば０．８秒や１秒，１．２秒など）に亘ってバッテリ５０を充電可能な電力に相当するものとしたから、エンジン２２の始動に要する時間（例えば、数百ｍｓｅｃなど）であればバッテリ５０を保護できると考えられる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータ運転モードでの走行中に始動時充電電力Ｐｓｃｈが始動用入力制限Ｗｉｎｓ未満となったとき（絶対値としては大きくなったとき）にエンジン２２を始動するものにおいて、バッテリ５０の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆより高いときやバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ未満のときにはバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを始動用入力制限Ｗｉｎｓに設定し、バッテリ５０の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ以下で且つバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上のときには、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎより所定値αだけ小さな値（絶対値としては大きな値）を始動用入力制限Ｗｉｎｓに設定するから、バッテリ５０の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ以下で且つバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上のとき（入力制限Ｗｉｎの絶対値が小さいとき）に要求パワーＰｅ＊などの他の始動条件に拘わらず低車速でエンジン２２を始動しなければならなくなるの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、始動時充電電力Ｐｓｃｈは、車速Ｖ（エンジン２２を始動するときのモータＭＧ１の発電電力）に基づいて設定するものとしたが、車速ＶとモータＭＧ２の消費電力とに基づいて設定するものとしてもよい。これは、エンジン２２の始動時のモータＭＧ２の消費電力によってバッテリ５０に充電される電力が異なるためである。

実施例のハイブリッド自動車２０では、他の始動条件として、要求パワーＰｅ＊が始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ以上である条件を考えるものとしたが、これに加えてまたは代えて、要求トルクＴｒ＊が始動用閾値Ｔｓｔａｒｔ以上である条件などを考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、充電器６０を備えるものとしたが、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、プラネタリギヤ３０が「プラネタリギヤ」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、図４の始動条件成立判定ルーチンを実行するなどするＨＶＥＣＵ７０と、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０と、が「制御手段」に相当する。

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、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、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）、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）、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、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

エンジンと、第１モータと、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と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやりとり可能なバッテリと、前記エンジンを運転停止して前記第２モータからの動力によって走行すモータ走行中には、前記エンジンの始動時に前記バッテリに入出力される電力が前記バッテリの始動判定用入力制限を超えるのが予測されたときに、前記第１モータによって前記エンジンがモータリングされて始動されるよう該エンジンと該第１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であって、
前記制御手段は、前記モータ走行中には、前記バッテリの温度が温度閾値以上のときまたは前記バッテリの蓄電割合が蓄電割合閾値以下のときには、前記バッテリの温度と蓄電割合とに基づく第１の値を前記始動判定用入力制限に設定し、前記バッテリの温度が前記温度閾値未満で且つ前記バッテリの蓄電割合が前記蓄電割合閾値以上のときには、前記第１の値より絶対値が大きな第２の値を前記始動判定用入力制限に設定する手段である、
ハイブリッド自動車。