JP2015205673A

JP2015205673A - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP2015205673A
Application number: JP2014089359A
Authority: JP
Inventors: 晃司三輪; Koji Miwa; 河合　高志; Takashi Kawai; 高志河合; 憲治板垣; Kenji Itagaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2034-04-23
Also published as: US9522670B2; DE102015106028A1; CN105035077A; KR20150122591A; US20150307080A1; KR101660636B1; DE102015106028B4; CN105035077B; JP5924366B2

Abstract

【課題】内燃機関の熱効率を向上させて燃費を向上させることが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関及び第２ＭＧを走行用動力源として備え、内燃機関の出力軸に第１ＭＧが動力伝達可能に接続されているハイブリッド車両に適用され、車両要求出力Ｐｖが所定の始動閾値Ｐｓｔａ以上になった場合に内燃機関を始動し、車両要求出力Ｐｖが所定の停止閾値Ｐｓｔｐ以下になった場合に内燃機関を停止させる制御装置において、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上になってから車両要求出力Ｐｖが停止閾値Ｐｓｔｐ以下になるまでの間、所定の出力下限値ＰＬ以上の出力パワーが内燃機関から出力されるように内燃機関が制御される。出力下限値ＰＬには、車両要求出力Ｐｖが所定の始動閾値Ｐｓｔａ以上になったときの始動閾値Ｐｓｔａが設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関及び少なくとも一つのモータ・ジェネレータを走行用動力源として備えたハイブリッド車両に適用され、車両要求出力が所定の始動閾値以上になった場合に内燃機関を始動し、車両要求出力が所定の停止閾値以下になった場合に内燃機関を停止させる制御装置に関する。

内燃機関及び少なくとも一つのモータ・ジェネレータを走行用動力源として備えたハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両として、車両要求出力が所定の始動閾値以上になった場合には内燃機関を始動して主に内燃機関で車両を走行させ、車両要求出力が所定の停止閾値以下になった場合には内燃機関を停止させてモータ・ジェネレータで車両を走行させるものが知られている。また、内燃機関で車両を走行させる際に、バッテリの充電状態が所定値未満かつ内燃機関への要求パワーが所定パワー未満の場合には、内燃機関への要求パワーにバッテリの端子間電圧に基づいて算出されるかさ上げパワーを加えたパワーが内燃機関から出力されるように内燃機関を制御するものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。

特開２０１１−２４０７５７号公報特開平１１−２９９００４号公報特開２０１１−２５５８２４号公報

特許文献１に示されている制御では、内燃機関への要求パワーと所定パワーとの差がかさ上げパワーより大きい場合でも、内燃機関の出力パワーがかさ上げパワー分しか上昇しない。そのため、この場合には、運転効率が悪い運転領域で内燃機関が運転されるおそれがある。

そこで、本発明は、内燃機関の熱効率を向上させて燃費を向上させることが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の制御装置は、内燃機関及びモータ・ジェネレータを走行用動力源として備え、前記内燃機関の出力軸に前記モータ・ジェネレータ又は発電機が動力伝達可能に接続されているハイブリッド車両に適用され、前記車両に要求されている出力パワーである車両要求出力が予め設定された所定の始動閾値以上になった場合に前記内燃機関を始動し、前記車両要求出力が前記始動閾値より小さい所定の停止閾値以下になった場合に前記内燃機関を停止させる制御装置において、前記車両要求出力が前記始動閾値以上になってから前記車両要求出力が前記停止閾値以下になるまでの間、所定の出力下限値以上の出力パワーが前記内燃機関から出力されるように前記内燃機関を制御する出力制御手段を備え、前記出力下限値には、前記停止閾値より大きい出力パワーが設定されている（請求項１）。

本発明の制御装置によれば、車両要求出力が始動閾値以上になってから停止閾値以下になるまでの間、内燃機関は出力下限値以上の出力パワーを出力するように制御される。そのため、出力下限値を適切に設定することにより、出力パワーが低く熱効率が悪くなる運転領域で内燃機関を運転することを抑制できる。これにより内燃機関の熱効率を向上させることができるので、燃費を向上させることができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記出力下限値は、前記車両要求出力が前記始動閾値以上になったときの当該始動閾値に基づいて設定されてもよい（請求項２）。また、前記出力下限値には、前記車両要求出力が前記始動閾値以上になったときの当該始動閾値が設定されてもよい（請求項３）。一般的に、始動閾値には、この始動閾値以上の出力パワーで運転すれば内燃機関を熱効率が良い運転領域で運転できる出力パワーが設定される。そのため、このように出力下限値を設定することにより、熱効率が悪い運転領域で内燃機関を運転することを抑制できる。

本発明の制御装置の一形態において、前記出力制御手段は、前記車両要求出力が前記始動閾値以上になってから前記車両要求出力が前記停止閾値以下になるまでの間、前記車両要求出力が前記始動閾値未満の場合には前記内燃機関の出力パワーが前記出力下限値になるように前記内燃機関を制御してもよい（請求項４）。このように内燃機関を制御することにより、内燃機関を熱効率が良い運転領域で運転しつつ内燃機関の出力パワーを車両要求出力に近付けることができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記出力制御手段は、前記車両要求出力が前記始動閾値以上になってから前記車両要求出力が前記停止閾値以下になるまでの間、前記車両要求出力が前記始動閾値未満であり、かつ前記内燃機関の出力パワーが前記出力下限値になるように前記内燃機関を制御する場合に、前記車両要求出力と前記出力下限値の差に相当する出力パワーが前記モータ・ジェネレータ又は前記発電機で発電に消費されてバッテリに充電されるように前記モータ・ジェネレータ又は前記発電機を制御してもよい（請求項５）。このようにモータ・ジェネレータ又は発電機を制御することにより、前記車両要求出力と前記出力下限値の差に相当する出力パワーをバッテリに電気として蓄えることができる。

また、前記車両要求出力が前記始動閾値未満であり、かつ前記内燃機関から前記出力下限値以上の出力パワーが出力されるように前記内燃機関が連続して運転された時間が、予め設定された所定の判定時間以上になった場合には、前記出力制御手段による前記内燃機関の制御を禁止して前記車両要求出力で前記内燃機関が運転されるように前記内燃機関を制御する時間禁止手段をさらに備えていてもよい（請求項６）。周知のようにバッテリに長時間連続してバッテリの充電を行うとバッテリの劣化を早める。そのため、このように出力制御手段による内燃機関の制御を禁止することにより、バッテリの劣化を抑制できる。したがって、バッテリの寿命を延ばすことができる。

前記車両要求出力が前記始動閾値未満であり、かつ前記内燃機関から前記出力下限値以上の出力パワーが出力されるように前記内燃機関が運転されて前記バッテリに充電された充電量の積算値が、予め設定された所定の判定充電量以上になった場合には、前記出力制御手段による前記内燃機関の制御を禁止して前記車両要求出力で前記内燃機関が運転されるように前記内燃機関を制御する充電量禁止手段をさらに備えていてもよい（請求項７）。周知のようにバッテリが充電過多になるとバッテリの劣化を早める。そのため、このように出力制御手段による内燃機関の制御を禁止することにより、バッテリの劣化を抑制できる、バッテリの寿命を延ばすことができる。

以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、車両要求出力が始動閾値以上になってから停止閾値以下になるまでの間、内燃機関は出力下限値以上の出力パワーを出力するように制御される。そのため、出力下限値を適切に設定することにより、内燃機関の熱効率を向上させることができるので、燃費を向上させることができる。

本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれたハイブリッド車両を概略的に示す図。車両要求出力、ドライバ要求パワー、及びエンジンの出力パワーの時間変化の一例を示す図。車両制御装置が実行するモード切替制御ルーチンを示すフローチャート。車両制御装置が実行するエンジン制御ルーチンを示すフローチャート。図４のエンジン制御ルーチンを実行してエンジンを制御した場合の車両要求出力とエンジンの出力パワーの時間変化の一例を示す図。要求エンジン出力が出力下限値以下のときには予め設定した所定の嵩上げパワーを要求エンジン出力に加算する制御でエンジンを制御した場合の車両要求出力とエンジンの出力パワーの時間変化の一例を示す図。本発明の第２の形態に係る制御装置において車両制御装置が実行するエンジン制御ルーチンを示すフローチャート。第２の形態に係る制御装置において車両制御装置が実行する禁止フラグ切替ルーチンを示すフローチャート。図７のエンジン制御ルーチンを実行してエンジンを制御したときのバッテリのＳＯＣ、バッテリの入出力、エンジンの出力パワー、及びエンジンの熱効率の時間変化の一例を示す図。本発明の制御装置が適用される他のハイブリッド車両を概略的に示す図。

（第１の形態）
以下、本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれたハイブリッド車両を概略的に示している。車両１Ａは、内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１１と、第１モータ・ジェネレータ（以下、第１ＭＧと略称することがある。）１２と、第２モータ・ジェネレータ（以下、第２ＭＧと略称することがある。）１３とを備えている。エンジン１１は、複数の気筒を有する周知の火花点火式内燃機関である。第１ＭＧ１２及び第２ＭＧ１３は、ハイブリッド車両に搭載されて電動機及び発電機として機能する周知のモータ・ジェネレータである。そのため、これらに関する詳細な説明を省略する。第１ＭＧ１２は、インバータ１４を介してバッテリ１５と電気的に接続されている。第２ＭＧ１３は、インバータ１６を介してバッテリ１５と電気的に接続されている。

エンジン１１の出力軸１１ａ及び第１ＭＧ１２の出力軸１２ａは、動力分割機構１７と接続されている。動力分割機構１７には、車両１Ａの駆動輪２に動力を伝達するための出力部１８も接続されている。出力部１８は、第１ドライブギヤ１９と、第１ドライブギヤ１９と噛み合うとともにカウンタ軸２０に固定されたカウンタギヤ２１と、カウンタ軸２０に固定された出力ギヤ２２とを備えている。出力ギヤ２２は、デファレンシャル機構２３のケースに設けられたリングギヤ２３ａと噛み合っている。デファレンシャル機構２３は、リングギヤ２３ａに伝達された動力を左右の駆動輪２に分配する周知の機構である。なお、この図では左右の駆動輪２のうちの一方のみを示す。

動力分割機構１７は、差動機構としての遊星歯車機構２４を備えている。遊星歯車機構２４は、シングルピニオン型の遊星歯車機構であり、サンギヤＳと、リングギヤＲと、ピニオンギヤＰと、キャリアＣとを備えている。サンギヤＳは、外歯歯車である。リングギヤＲは、サンギヤＳに対して同軸的に配置された内歯歯車である。ピニオンギヤＰは、サンギヤＳ及びリングギヤＲのそれぞれと噛み合っている。キャリアＣは、ピニオンギヤＰを自転可能かつサンギヤＳの周囲を公転可能に保持している。サンギヤＳは、第１ＭＧ１２の出力軸１２ａと連結されている。キャリアＣは、エンジン１１のクランク軸１１ａと連結されている。リングギヤＲは、第１ドライブギヤ１９と連結されている。

第２ＭＧ１３の出力軸１３ａには、第２ドライブギヤ２５が設けられている。第２ドライブギヤ２５は、カウンタギヤ２１と噛み合っている。

エンジン１１、第１ＭＧ１２、及び第２ＭＧ１３の動作は、車両制御装置３０にて制御される。車両制御装置３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。車両制御装置３０は、車両１Ａを適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。車両制御装置３０は、これらのプログラムを実行することによりエンジン１１及び各ＭＧ１２、１３等の制御対象に対する制御を行っている。なお、車両制御装置３０は、各インバータ１４、１６を制御することにより各ＭＧ１２、１３を制御する。車両制御装置３０には、車両１Ａに係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。車両制御装置３０には、例えば車速センサ３１、クランク角センサ３２、アクセル開度センサ３３、及びＳＯＣセンサ３４が接続されている。車速センサ３１は、車両１Ａの速度（車速）に対応した信号を出力する。クランク角センサ３２は、エンジン１１の出力軸１１ａの回転数に対応した信号を出力する。アクセル開度センサ３３は、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセル開度に対応した信号を出力する。ＳＯＣセンサ３４は、バッテリ１５の充電状態（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）に対応した信号を出力する。なお、以下ではこの充電状態をＳＯＣと称することがある。この他にも車両制御装置３０には種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。

次に車両制御装置３０が実行する制御について説明する。車両制御装置３０は、車両１Ａの減速時に第２ＭＧ１３を発電機として機能させて回生発電を行い、これによりエネルギを回収する。車両１Ａには複数の走行モードが設けられており、車両制御装置３０は車両１Ａに要求されている出力パワー（以下、車両要求出力と称することがある。）Ｐｖに応じてこれらの走行モードを切り替える。車両要求出力Ｐｖは、運転者が車両１Ａに要求している出力パワー（ドライバ要求パワー）に、バッテリ１５を充電するために要求されるパワーを加算した値である。複数の走行モードとしては、例えばＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）モード及びＨＶ（ＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）モードが設けられている。ＥＶモードは、第２ＭＧ１３のみで駆動輪２を駆動する走行モードである。そのため、車両要求出力Ｐｖは第２ＭＧ１３から出力される。ＨＶモードは、主にエンジン１１で駆動輪２を駆動する走行モードである。ただし、ＨＶモードでは、車両要求出力Ｐｖに対してエンジン１１の出力パワーが不足する場合には、第２ＭＧ１３で駆動輪２の駆動をアシストする。すなわち、エンジン１１の出力パワーが不足しない場合には車両要求出力Ｐｖはエンジン１１から出力される。また、ＨＶモードでは、必要に応じて第１ＭＧ１２を電動機として機能させ、エンジン１１の出力パワーの一部で第１ＭＧ１２を駆動して発電を行う。

車両制御装置３０は、車両要求出力Ｐｖが予め設定された所定の始動閾値Ｐｓｔａ以上になった場合にエンジン１１を始動して走行モードをＨＶモードに切り替える。一方、車両制御装置３０は、車両要求出力Ｐｖが予め設定された所定の停止閾値Ｐｓｔｐ以下になった場合にはエンジン１１を停止させて走行モードをＥＶモードに切り替える。始動閾値Ｐｓｔａには、この始動閾値Ｐｓｔａ以上のパワーを出力するようにエンジン１１を運転すればエンジン１１を熱効率が高い運転領域で運転可能な出力パワーが設定される。停止閾値Ｐｓｔｐには、始動閾値Ｐｓｔａより小さい値が設定される。このように始動閾値Ｐｓｔａと停止閾値Ｐｓｔｐとを異ならせることにより、エンジン１１の始動及び停止の頻度を低減する。

また、車両制御装置３０は、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上になったときの始動閾値Ｐｓｔａを出力下限値ＰＬに設定する。そして、車両制御装置３０は、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上になってから車両要求出力Ｐｖが停止閾値Ｐｓｔｐ以下になるまでの間、すなわちＨＶモードの間、その設定した出力下限値ＰＬ以上の出力でエンジン１１が運転されるようにエンジン１１を制御する。具体的には、車両制御装置３０は、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ（＝出力下限値ＰＬ）未満の場合にはエンジン１１の出力が出力下限値ＰＬになるようにエンジン１１を制御する。なお、このようにエンジン１１を制御する場合には、車両要求出力Ｐｖより大きいパワーがエンジン１１から出力される。この場合、車両制御装置３０は、第１ＭＧ１２を発電機として機能させ、余剰分のパワーを用いて発電を行う。発生した電気はバッテリ１５に充電される。

図２を参照してこれらの制御を具体的に説明する。この図の上の図は、車両要求出力Ｐｖ及びドライバ要求パワーの時間変化の一例を示している。なお、実線Ｌ１が車両要求出力Ｐｖの時間変化を示し、実線Ｌ２がドライバ要求パワーの時間変化を示している。上述したように車両要求出力Ｐｖは、バッテリ１５を充電するために要求されるパワーをドライバ要求パワーに加算した値である。この図に示した例では、バッテリ１５を充電する必要があるため、車両要求出力Ｐｖがドライバ要求パワーより大きくなっている。なお、この図において車両要求出力Ｐｖとドライバ要求パワーとの差が、バッテリ１５を充電するために要求されるパワーである。この図の下の図は、エンジン１１の出力パワーの時間変化の一例を示している。実線Ｌ３が上述したようにエンジン１１を制御したときのエンジン１１の出力パワーの時間変化を示している。なお、この図には、比較例として、車両要求出力Ｐｖのパワーがエンジン１１から出力されるようにエンジン１１を制御した場合のエンジン１１の出力パワーの時間変化を破線Ｌ４で示した。

図２に示した例では、時刻ｔ１において車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上になっている。そのため、エンジン１１を始動している。また、走行モードをＨＶモードに切り替える。そして、車両要求出力Ｐｖがエンジン１１から出力されるようにエンジン１１を制御する。その後、時刻ｔ２において車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ未満になると、出力下限値ＰＬのパワーがエンジン１１から出力されるようにエンジン１１を制御する。その後、時刻ｔ３において車両要求出力Ｐｖが停止閾値Ｐｓｔｐ以下になるとエンジン１１を停止している。そして、走行モードをＥＶモードに切り替える。このように制御することにより、破線Ｌ４の比較例と比較して斜線を付した領域Ａ１のパワーが余剰に発生する。上述したように、この余剰分のパワーは発電に用いられ、バッテリ１５に充電される。

図３及び図４は、このような制御を実現するために車両制御装置３０が実行する制御ルーチンを示している。図３は、車両制御装置３０が車両１Ａの走行モードを切り替えるために実行するモード切替制御ルーチンを示している。図４は、ＨＶモードにおいて車両制御装置３０がエンジン１１を制御するために実行するエンジン制御ルーチンを示している。これらの制御ルーチンは、車両１Ａの走行中に所定の周期で繰り返し実行される。

まず、図３の制御ルーチンを説明する。この制御ルーチンにおいて車両制御装置３０は、まずステップＳ１１で車両１Ａの状態を取得する。車両１Ａの状態としては、例えば車速、エンジン１１の回転数、アクセル開度、及びバッテリ１５の充電状態等が取得される。この他に、この処理ではアクセル開度に基づいてドライバ要求パワーを算出する。また、バッテリ１５の充電状態に基づいてバッテリ１５の充電が必要か否か判定し、充電が必要な場合には充電状態に応じてバッテリ１５の充電に必要な要求パワーを算出する。なお、これらの要求パワーはいずれも周知の算出方法で算出すればよいため、詳細な説明を省略する。そして、これら算出した要求パワーから車両要求出力Ｐｖを算出する。

次のステップＳ１２において車両制御装置３０は、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上か否か判定する。車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上と判定した場合はステップＳ１３に進み、車両制御装置３０は出力下限値ＰＬが設定済みであることを示す設定フラグがオンの状態か否か判定する。設定フラグがオンの状態であると判定した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、設定フラグがオフの状態であると判定した場合はステップＳ１４に進み、車両制御装置３０は出力下限値ＰＬを設定する。上述したように出力下限値ＰＬには、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上になったときの始動閾値Ｐｓｔａが設定される。また、この処理において、車両制御装置３０は設定フラグをオンの状態に切り替える。続くステップＳ１５において、車両制御装置３０はエンジン１１を始動する。次のステップＳ１６において、車両制御装置３０は車両１Ａの走行モードをＨＶモードに切り替える。なお、既に走行モードがＨＶモードであった場合には、ＨＶモードを維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ未満と判定した場合はステップＳ１７に進み、車両制御装置３０は車両要求出力Ｐｖが停止閾値Ｐｓｔｐ以下か否か判定する。車両要求出力Ｐｖが停止閾値Ｐｓｔｐより大きいと判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、車両要求出力Ｐｖが停止閾値Ｐｓｔｐ以下と判定した場合はステップＳ１８に進み、車両制御装置３０は設定フラグがオフの状態か否か判定する。設定フラグがオフの状態であると判定した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、設定フラグがオンの状態であると判定した場合はステップＳ１９に進み、車両制御装置３０はエンジン１１を停止する。なお、既にエンジン１１が停止していた場合はその状態を維持する。また、この処理において、車両制御装置３０は設定フラグをオフの状態に切り替える。次のステップＳ２０において車両制御装置３０は車両１Ａの走行モードをＥＶモードに切り替える。なお、既に走行モードがＥＶモードであった場合には、ＥＶモードを維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

次に図４の制御ルーチンについて説明する。なお、図４において図３と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この制御ルーチンにおいて車両制御装置３０は、まずステップＳ２１で車両１Ａの走行モードがＨＶモードであるか否か判定する。走行モードがＥＶモードと判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、走行モードがＨＶモードと判定した場合はステップＳ１１に進み、車両制御装置３０は車両１Ａの状態を取得する。次のステップＳ２２において、車両制御装置３０は要求エンジン出力Ｐｅを設定する。車両要求出力Ｐｖに対してエンジン１１の出力パワーが不足する場合には、エンジン１１から出力可能なパワーの最大値が要求エンジン出力Ｐｅに設定される。一方、車両要求出力Ｐｖをエンジン１１から出力可能な場合には、車両要求出力Ｐｖが要求エンジン出力Ｐｅに設定される。続くステップＳ２３において車両制御装置３０は、要求エンジン出力Ｐｅが出力下限値ＰＬより大きいか否か判定する。要求エンジン出力Ｐｅが出力下限値ＰＬより大きいと判定した場合はステップＳ２４に進み、車両制御装置３０はエンジン１１から出力すべき目標出力Ｐｔに要求エンジン出力Ｐｅを設定する。一方、要求エンジン出力Ｐｅが出力下限値ＰＬ以下と判定した場合はステップＳ２５に進み、車両制御装置３０は目標出力Ｐｔに出力下限値ＰＬを設定する。

ステップＳ２４又はステップＳ２５にて目標出力Ｐｔを設定した後はステップＳ２６に進み、車両制御装置３０はエンジン出力制御を実行する。このエンジン出力制御では、設定した目標出力Ｐｔがエンジン１１から出力されるようにエンジン１１を制御する。次のステップＳ２７において、車両制御装置３０は発電制御を実行する。この発電制御では、目標出力Ｐｔからドライバ要求パワーを減算したパワーが発電で消費されるように第１ＭＧ１２の発電量を制御する。なお、目標出力Ｐｔからドライバ要求パワーを減算したパワーがゼロ以下になる場合には、発電量をゼロにする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

以上に説明したように、第１の形態では、ＨＶモードにおいて要求エンジン出力Ｐｅが出力下限値ＰＬ以下の場合には目標出力Ｐｔに出力下限値ＰＬが設定される。すなわち、エンジン１１は、出力下限値ＰＬ以上のパワーを出力するように制御される。そのため、出力が低く熱効率が悪くなる運転領域でエンジン１１を運転することを抑制できる。これによりエンジン１１の熱効率を向上させることができるので、燃費を向上させることができる。また、第１の形態では、要求エンジン出力Ｐｅが出力下限値ＰＬ以下の場合には目標出力Ｐｔに出力下限値ＰＬが設定されるので、運転者に与える違和感を抑制できる。

図５及び図６を参照してこれらの作用効果について説明する。図５は、上述した図４のエンジン制御でエンジン１１を制御した場合の車両要求出力Ｐｖとエンジン１１の出力パワーの時間変化の一例を示している。図６は、要求エンジン出力Ｐｅが出力下限値ＰＬ以下のときには予め設定した所定の嵩上げパワーＰａｄｄを要求エンジン出力Ｐｅに加算する制御（以下、比較例の制御と称することがある。）でエンジン１１を制御した場合の車両要求出力Ｐｖとエンジン１１の出力パワーの時間変化の一例を示している。なお、図５及び図６における車両要求出力Ｐｖの時間変化は同じである。すなわち、図５の上の図と図６の上の図とは同じである。図５及び図６で共通の部分には、同一の符号を付している。これらの図に示した例では、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間及び時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間において運転者が車両１Ａに減速を要求している。そのため、これらの期間において要求エンジン出力Ｐｅが出力下限値ＰＬ以下に低下している。

図６に示すように、比較例の制御でエンジン１１を制御した場合、要求エンジン出力Ｐｅが出力下限値ＰＬ以下になると所定の嵩上げパワーＰａｄｄが加算される。そのため、例えば時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間のように、出力下限値ＰＬと要求エンジン出力Ｐｅとの差が嵩上げパワーＰａｄｄより小さい場合には、エンジン出力パワーが減速前より大きくなる。そのため、運転者が減速を要求しているにも拘わらずエンジン１１の回転数が増加したりエンジン音が大きくなったりする。したがって、運転者に違和感を与える。また、時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間のように、出力下限値ＰＬと要求エンジン出力Ｐｅとの差が嵩上げパワーＰａｄｄより大きい場合には、嵩上げパワーＰａｄｄを加算した後のエンジン出力パワーが出力下限値ＰＬに達しない。そのため、熱効率が悪い運転領域でエンジン１１を運転することになる。したがって、エンジン１１の熱効率が低下する。

これに対して、第１の形態の制御でエンジン１１を制御した場合には、図５に示すように、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間及び時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間においてエンジン出力パワーが出力下限値ＰＬになるようにエンジン１１を制御する。そのため、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間においてはエンジン出力パワーが小さくなるので、運転者に与える違和感を抑制できる。そして、時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間では、エンジン１１の出力パワーが出力下限値ＰＬになるので、熱効率が良い運転領域でエンジン１１を運転できる。これによりエンジン１１の熱効率を向上させることができるので、燃費を向上させることができる。

なお、図１の車両１Ａでは、第１ＭＧ１２が本発明の発電機に相当する。図４の制御ルーチンを実行することにより、車両制御装置３０が本発明の出力制御手段として機能する。

（第２の形態）
次に図７〜図９を参照して本発明の第２の形態に係る制御装置を説明する。なお、この形態においても車両１Ａについては図１が参照される。また、この形態においても車両制御装置３０は図３のモード切替制御ルーチンを実行する。図７は、第２の形態において車両制御装置３０が実行するエンジン制御ルーチンを示している。図７のルーチンでは、図４のステップＳ１１とステップＳ２２の間にステップＳ３１が設けられている点が異なり、それ以外は図４と同じである。そのため、図７において図４と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。

図７の制御ルーチンでは、ステップＳ２２で要求エンジン出力Ｐｅを設定した後ステップＳ３１に進み、車両制御装置３０は要求エンジン出力Ｐｅが出力下限値ＰＬ以下であっても目標出力Ｐｔに出力下限値ＰＬを設定することを禁止する禁止フラグがオンの状態か否か判定する。この禁止フラグは、図８に示す禁止フラグ切替ルーチンにて設定される。禁止フラグがオフの状態であると判定した場合はステップＳ２３に進み、以降は図４と同様に処理を進める。

一方、禁止フラグがオンの状態であると判定した場合はステップＳ２３をスキップしてステップＳ２４に進み、以降は図４と同様に処理を進める。

図８の禁止フラグ切替ルーチンについて説明する。このルーチンは車両１Ａの走行中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、このルーチンにおいて図３又は図４と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。

このルーチンにおいて車両制御装置３０は、まずステップＳ２１で車両１Ａの走行モードがＨＶモードか否か判定する。走行モードがＥＶモードと判定した場合は、ステップＳ１１及びステップＳ４１〜Ｓ４４をスキップしてステップＳ４５に進む。一方、走行モードがＨＶモードと判定した場合はステップＳ１１に進み、車両制御装置３０は車両１Ａの状態を取得する。次のステップＳ４１において車両制御装置３０は、エンジン１１を出力下限値ＰＬの出力パワーで連続して運転した時間（以下、継続時間と称することがある。）が予め設定した所定の判定時間以上か否か判定する。継続時間は、例えば図７のステップＳ２６の処理においてカウントすればよい。そして、例えば要求エンジン出力Ｐｅが下限値より大きくなった場合又はエンジン１１を停止させた場合にそのカウントをゼロにリセットすればよい。なお、このようなカウント方法は周知の方法を用いればよいため、詳細な説明は省略する。判定時間は、例えばバッテリ１５の仕様に応じて適宜に設定すればよい。周知のように、長時間連続してバッテリ１５の充電を行うとバッテリ１５の劣化を早める。そこで、判定時間には、例えばバッテリ１５の劣化を抑制可能な時間が設定される。

継続時間が判定時間未満と判定した場合はステップＳ４２に進み、車両制御装置３０は積算充電量が予め設定した所定の判定充電量以上か否か判定する。積算充電量は、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上になってからバッテリ１５に充電された充電量の積算値である。この積算充電量は、例えば図７のステップＳ２７にてバッテリ１５に充電した充電量に基づいて算出すればよい。そして、例えばエンジン１１を停止させた場合に積算充電量をゼロにリセットすればよい。なお、この積算充電量の算出方法は周知の方法を用いればよいため、詳細な説明は省略する。判定充電量は、例えばバッテリ１５の仕様に応じて適宜に設定すればよい。周知のように、バッテリ１５が充電過多になるとバッテリ１５の劣化を早める。そこで、判定充電量には、例えばバッテリ１５の劣化を抑制可能な積算充電量が設定される。

積算充電量が判定充電量未満と判定した場合はステップＳ４３に進み、車両制御装置３０は車速が予め設定した所定の判定車速以上か否か判定する。上述したように車両１Ａでは、減速時に第２ＭＧ１３にて回生発電を行う。周知のように車速が高くなるほど、減速時に回生発電で発生する電気エネルギの量が多くなる。そのため、バッテリ１５が充電過多になるおそれがある。そこで、判定車速には、例えば回生発電時にバッテリ１５の充電過多を回避可能な車速が設定される。なお、このような車速は、バッテリ１５の容量などに応じて適宜に設定すればよい。

車速が判定車速未満と判定した場合はステップＳ４４に進み、車両制御装置３０はバッテリ１５のＳＯＣが予め設定した所定の判定ＳＯＣ以上か否か判定する。バッテリ１５のＳＯＣが高すぎると減速時に回生発電で充電過多になるおそれがある。そこで、判定ＳＯＣには、例えば回生発電時にバッテリ１５の充電過多を回避可能なＳＯＣが設定される。なお、このようなＳＯＣは、バッテリ１５の容量などに応じて適宜に設定すればよい。

バッテリ１５のＳＯＣが判定ＳＯＣ未満と判定した場合はステップＳ４５に進み、車両制御装置３０は禁止フラグをオフに切り替える。その後、今回のルーチンを終了する。

一方、ステップＳ４１にて継続時間が判定時間以上と判定した場合、ステップＳ４２にて積算充電量が判定充電量以上と判定した場合、ステップＳ４３にて車速が判定車速以上と判定した場合、又はステップＳ４４にてバッテリ１５のＳＯＣが判定ＳＯＣ以上と判定した場合はステップＳ４６に進み、車両制御装置３０は禁止フラグをオンの状態に切り替える。その後、今回のルーチンを終了する。

図９は、図７及び図８に示したルーチンでエンジン１１を制御したときのバッテリ１５のＳＯＣ、バッテリ１５の入出力、エンジン１１の出力パワー、及びエンジン１１の熱効率の時間変化の一例を示している。なお、バッテリ１５の入出力に関しては、正（＋）がバッテリ１５への充電（入力）を示し、負（−）がバッテリ１５からの放電（出力）を示している。また、実線Ｌ１１がこの入出力の時間変化を示し、実線Ｌ１２がバッテリ１５への入力の時間変化を示している。この図に示した例では、破線で囲んだ期間Ｐ１１、Ｐ１２においてバッテリ１５のＳＯＣが判定ＳＯＣ以上になってエンジン１１の出力パワーがほぼゼロになっている。また、破線で囲んだ期間Ｐ１３においては、継続時間が判定時間以上になったり積算充電量が判定充電量以上になったりしてエンジン１１の出力パワーが数回一時的にほぼゼロになっている。

以上に説明したように、この形態では、継続時間が判定時間以上になったり積算充電量が判定充電量以上になったりした場合には、要求エンジン出力Ｐｅが出力下限値ＰＬ以下であっても目標出力Ｐｔに出力下限値ＰＬを設定することを禁止する。そのため、バッテリ１５の劣化を抑制できる。また、車速が判定車速以上になったりバッテリ１５のＳＯＣが判定ＳＯＣ以上になったりした場合にも目標出力Ｐｔに出力下限値ＰＬを設定することを禁止するので、さらにバッテリ１５の劣化を抑制できる。

なお、図８に示した例では、継続時間、積算充電量、車速、及びバッテリ１５のＳＯＣの全てを用いて目標出力Ｐｔに出力下限値ＰＬを設定することを禁止するか否か判定したが、この判定はこれらのうちの少なくとも１つを用いて行えばよい。すなわち、ステップＳ４１のみを用いて禁止するか否か判定してもよいし、ステップＳ４２のみを用いて禁止するか否か判定してもよい。さらに、これらのうちの２つ以上を適宜に組み合わせて禁止するか否か判定してもよい。

なお、図８のステップＳ４１及び図７のステップＳ３１を実行することにより、車両制御装置３０が本発明の時間禁止手段として機能する。また、図８のステップＳ４２及び図７のステップＳ３１を実行することにより、車両制御装置３０が本発明の充電量禁止手段として機能する。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の制御装置が適用される車両は、図１に示した車両１Ａに限定されない。例えば、図１０に示したハイブリッド車両１Ｂに本発明を適用してもよい。なお、図１０において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この車両１Ｂは、エンジン１１及び１つのモータ・ジェネレータ４０を走行用動力源として備えている。この図に示すようにエンジン１１の出力軸１１ａは、モータ・ジェネレータ４０の出力軸４０ａと接続されている。そして、モータ・ジェネレータ４０の出力軸４０ａは、変速機４１の入力軸４１ａと接続されている。変速機４１としては、例えば周知の自動変速機や無段変速機が設けられる。変速機４１の出力軸４１ａは、デファレンシャル機構２３と接続されている。この車両１Ｂでは、エンジン１１で駆動輪２を駆動できる。また、エンジン１１を停止させ、モータ・ジェネレータ４０のみで駆動輪２を駆動できる。

このような車両１Ｂにも上述した各形態の制御を適用することにより、熱効率が悪い運転領域でエンジン１１が運転されることを抑制できる。そのため、エンジン１１の熱効率を向上させることができる。したがって、燃費を向上させることができる。

上述した各形態では、出力下限値ＰＬに始動閾値Ｐｓｔａを設定したが、出力下限値ＰＬに設定される出力パワーはこの値に限定されない。例えば、出力下限値ＰＬには、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上になったときの始動閾値Ｐｓｔａに基づいて適宜の値を設定してよい。例えば、始動閾値Ｐｓｔａより若干小さい出力パワーを設定してもよい。また、出力下限値ＰＬには、エンジン１１を熱効率が良い運転領域で運転可能なように停止閾値Ｐｓｔｐより大きい適宜の出力パワーを予め設定しておいてもよい。

上述した各形態では、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ未満の場合には、エンジン１１の出力パワーを出力下限値ＰＬに制御したが、この際のエンジン１１の出力パワーはこの出力下限値ＰＬに限定されない。例えば、エンジン１１の出力パワーが出力下限値ＰＬより若干大きい値になるようにエンジン１１を制御してもよい。

さらに、始動閾値Ｐｓｔａが車速等に応じて変化する場合には、出力下限値ＰＬも車速に応じて変化させてもよい。例えば、車速が速くなるほど始動閾値Ｐｓｔａが大きくなる場合には、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上になってから車両要求出力Ｐｖが停止閾値Ｐｓｔｐ以下になるまでの間、車速が速くなるほど出力下限値ＰＬを大きくなるように車速に応じて出力下限値ＰＬを変化させてもよい。ただし、この場合であっても、出力下限値ＰＬは、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上になったとき、すなわち走行モードをＨＶモードに切り替えたときの始動閾値Ｐｓｔａ未満に変更しない。これにより、車両要求出力Ｐｖが始動閾値Ｐｓｔａ以上になってから車両要求出力Ｐｖが停止閾値Ｐｓｔｐ以下になるまでの間、エンジン１１からは走行モードをＨＶモードに切り替えたときの始動閾値Ｐｓｔａ以上の出力パワーが出力される。そのため、熱効率が悪い運転領域でエンジン１１が運転されることを抑制できる。

本発明が適用される車両の内燃機関は、火花点火式の内燃機関に限定されず、ディーゼル内燃機関であってもよい。上述した各形態では、動力分割機構としてシングルピニオン型の遊星歯車機構を用いたが、ダブルピニオン型の遊星歯車機構を動力分割機構として使用してもよい。

１Ａ、１Ｂハイブリッド車両
１１内燃機関
１１ａ出力軸
１２第１モータ・ジェネレータ（発電機）
１３第２モータ・ジェネレータ
１５バッテリ
３０車両制御装置（出力制御手段、時間禁止手段、充電量禁止手段）
４０モータ・ジェネレータ
Ｐｖ車両要求出力
Ｐｓｔａ始動閾値
Ｐｓｔｐ停止閾値
ＰＬ出力下限値

Claims

内燃機関及びモータ・ジェネレータを走行用動力源として備え、前記内燃機関の出力軸に前記モータ・ジェネレータ又は発電機が動力伝達可能に接続されているハイブリッド車両に適用され、
前記車両に要求されている出力パワーである車両要求出力が予め設定された所定の始動閾値以上になった場合に前記内燃機関を始動し、前記車両要求出力が前記始動閾値より小さい所定の停止閾値以下になった場合に前記内燃機関を停止させる制御装置において、
前記車両要求出力が前記始動閾値以上になってから前記車両要求出力が前記停止閾値以下になるまでの間、所定の出力下限値以上の出力パワーが前記内燃機関から出力されるように前記内燃機関を制御する出力制御手段を備え、
前記出力下限値には、前記停止閾値より大きい出力パワーが設定されている制御装置。
前記出力下限値は、前記車両要求出力が前記始動閾値以上になったときの当該始動閾値に基づいて設定される請求項１に記載の制御装置。
前記出力下限値には、前記車両要求出力が前記始動閾値以上になったときの当該始動閾値が設定される請求項１又は２に記載の制御装置。
前記出力制御手段は、前記車両要求出力が前記始動閾値以上になってから前記車両要求出力が前記停止閾値以下になるまでの間、前記車両要求出力が前記始動閾値未満の場合には前記内燃機関の出力パワーが前記出力下限値になるように前記内燃機関を制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置。
前記出力制御手段は、前記車両要求出力が前記始動閾値以上になってから前記車両要求出力が前記停止閾値以下になるまでの間、前記車両要求出力が前記始動閾値未満であり、かつ前記内燃機関の出力パワーが前記出力下限値になるように前記内燃機関を制御する場合に、前記車両要求出力と前記出力下限値の差に相当する出力パワーが前記モータ・ジェネレータ又は前記発電機で発電に消費されてバッテリに充電されるように前記モータ・ジェネレータ又は前記発電機を制御する請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御装置。
前記車両要求出力が前記始動閾値未満であり、かつ前記内燃機関から前記出力下限値以上の出力パワーが出力されるように前記内燃機関が連続して運転された時間が、予め設定された所定の判定時間以上になった場合には、前記出力制御手段による前記内燃機関の制御を禁止して前記車両要求出力で前記内燃機関が運転されるように前記内燃機関を制御する時間禁止手段をさらに備えている請求項５に記載の制御装置。
前記車両要求出力が前記始動閾値未満であり、かつ前記内燃機関から前記出力下限値以上の出力パワーが出力されるように前記内燃機関が運転されて前記バッテリに充電された充電量の積算値が、予め設定された所定の判定充電量以上になった場合には、前記出力制御手段による前記内燃機関の制御を禁止して前記車両要求出力で前記内燃機関が運転されるように前記内燃機関を制御する充電量禁止手段をさらに備えている請求項５又は６に記載の制御装置。