JP4086042B2 - 自動車およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車およびその制御方法に関する。

従来、この種の自動車としては、エンジンとモータとが搭載され、アクセル操作に基づいてモータからの動力のみを用いて走行するモータ走行モードとエンジンからの動力を用いて走行するエンジン走行モードとを切り換えて走行し、運転者によりスポーツ走行モードが選択されたときにはモータ走行モードに拘わらずエンジンを駆動したままとして走行するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、スポーツ走行モードが選択されているときには、モータ走行モードに拘わらずエンジンの駆動を維持するから、モータ走行モード時にエンジンを停止させるものに比してアクセル操作に対してモータ走行モードからエンジン走行モードへ移行する際にも高い動力応答性を得ることができる。
特開平１０−８９１１６号公報

ところで、こうした制御を、プラネタリギヤのサンギヤに第１モータ，キャリアにエンジン，リングギヤに駆動軸が接続されると共に駆動軸に第２モータが接続された自動車に適用する場合を考えると、エンジンを駆動させたままであってもエンジンの運転状態によっては駆動軸に出力する動力の増減を迅速に行なえない場合が生じる。例えば、エンジンが低い回転数で運転されている場合にアクセルペダルが大きく踏み込まれたときには、エンジンの回転数はゆっくりとしか上昇しないから、エンジンから出力される動力が不足して駆動軸に出力される動力が不足する場合がある。バッテリの出力を用いて第２モータから動力を出力することによりこうしたエンジンからの動力の不足に対応することもできるが、バッテリからの出力を充分に用いることができないときには対応することができない。

本発明の自動車およびその制御方法は、第１走行モードと第２走行モードとを選択できる自動車において、第２走行モードが選択されたときには蓄電手段の蓄電状態に拘わらずより迅速に内燃機関から動力の増減をさせて走行できるようにすることを目的とする。

本発明の自動車およびその制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の自動車は、
駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車であって、
内燃機関と、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
該蓄電手段の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段と、
前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、
第１走行モードと第２走行モードとを含む複数の走行モードを選択的に設定するモード設定手段と、
前記モード設定手段により第１走行モードが設定されたときには前記内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、前記モード設定手段により第２走行モードが設定されたときには前記検出された蓄電状態に基づいて前記内燃機関の運転に対する制約として前記第１の制約より該内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定する運転制約設定手段と、
該運転制約設定手段により設定された制約に基づいて前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

本発明の自動車では、モード設定手段により第１走行モードが設定されたときには内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、モード設定手段により第２走行モードが設定されたときには検出された蓄電手段の蓄電状態に基づいて内燃機関の運転に対する制約として第１の制約より内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定し、設定された制約に基づいて内燃機関が運転されると共に要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。この結果、第２走行モードが選択されたときには、蓄電手段の蓄電状態に拘わらずより迅速に駆動軸に出力する動力を増減させて走行できるようにすることができる。

また、本発明の自動車において、前記第２の制約は、前記蓄電手段から瞬時に供給できる蓄電量が小さいほど前記内燃機関の回転数の下限制限が大きくなる傾向を有する制約であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の蓄電量が少ないほど、即ち、電動機から出力できる動力の幅が小さいほど迅速に内燃機関から出力する動力を増減できるから、蓄電手段の蓄電量に拘わらず迅速に駆動軸に出力する動力を増減させて走行できるようにすることができる。

そして、本発明の自動車において、前記第２の制約は、車速が大きくなるほど前記内燃機関の回転数の下限制限が大きくなる傾向を有する制約であるものとすることもできる。こうすれば、第２走行モードが選択されたときには、車速が大きくなるほど内燃機関を高めの回転数で運転することができる。

さらに、本発明の自動車において、前記制御手段は、前記第１走行モードが設定されているときには、前記第１の制約に基づいて前記内燃機関を運転すべき実行用運転ポイントを設定すると共に該設定した実行用運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを運転制御し、前記第２走行モードが設定されているときには、前記第１の制約に基づいて前記内燃機関を運転すべき仮運転ポイントを設定し、該設定した仮運転ポイントにおける回転数が前記第２の制約を満たしているときには該設定した仮運転ポイントを実行用運転ポイントして設定すると共に該設定した実行用運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、該設定した仮運転ポイントにおける回転数が前記第２の制約を満たしていないときには該仮運転ポイント近傍の該第２の制約を満たす運転ポイントを実行用運転ポイントとして設定すると共に該設定した実行用運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する手段であるものとすることもできる。

また、本発明の自動車において、前記第１の制約は、前記内燃機関を効率よく運転する制約であるものとすることもできる。こうすれば、第１走行モードが選択されたときには内燃機関を効率よく運転することができる。

そして、本発明の自動車において、前記蓄電手段は、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能なキャパシタと、前記電力動力入出力手段および前記電動機に対して前記キャパシタと並列接続され直流電力を電圧変換する電圧変換器と、該電圧変換器による電圧変換を介して前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な二次電池と、を備える手段であり、前記蓄電状態検出手段は、前記蓄電状態として前記キャパシタの蓄電状態を検出する手段であるものとすることもできる。

さらに、本発明の自動車において、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段であるものとすることもできるし、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第１の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第２の回転子とを備え、該第１の回転子と該第２の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する対回転子電動機であるものとすることもできる。

本発明の自動車の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され、電力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、該蓄電手段の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段と、を備え、前記駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車の制御方法であって、
（ａ）前記駆動軸に要求される要求動力を設定し、
（ｂ）第１走行モードと第２走行モードとを含む複数の走行モードを選択的に設定し、
（ｃ）第１走行モードが設定されたときには前記内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、第２走行モードが設定されたときには前記検出された蓄電状態に基づいて前記内燃機関の運転に対する制約として前記第１の制約より該内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定し、
（ｄ）該設定された制約に基づいて前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
ことを要旨とする。

本発明の自動車の制御方法では、第１走行モードが設定されたときには内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、第２走行モードが設定されたときには検出された蓄電手段の蓄電状態に基づいて内燃機関の運転に対する制約として第１の制約より内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定し、設定された制約に基づいて内燃機関が運転されると共に要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。この結果、第２走行モードが選択されたときには、蓄電手段の蓄電状態に拘わらずより迅速に駆動軸に出力する動力を増減させて走行できるようにすることができる。

次に、本発明を実施するための最良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、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト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に取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２とＤＣ／ＤＣコンバータ５０を介して電力のやり取りを行なう二次電池５２と、モータＭＧ１，ＭＧ２に対してＤＣ／ＤＣコンバータ５０と並列に接続されたキャパシタ５５と、モータＭＧ１，ＭＧ２と装置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７０とを備える。

エンジン２２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内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力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により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。このエンジンＥＣＵ２４には、クランクシャフト２６に取り付けられたクランクポジションセンサなど図示しない各種センサなどから信号が入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０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ハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ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３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に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３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、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６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる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ＤＣ／ＤＣコンバータ５０（二次電池５２）やキャパシタ５５と電力のやり取りを行なう。インバータ４１，４２とＤＣ／ＤＣコンバータ５０とキャパシタ５５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のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、二次電池５２やキャパシタ５５は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、二次電池５２やキャパシタ５５は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いず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などが入力されており、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が出力されている。また、モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０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ハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

二次電池５２（ＤＣ／ＤＣコンバータ５０），キャパシタ５５は、電源用電子制御ユニット（以下、電源ＥＣＵという）５６によって管理されている。電源ＥＣＵ５６には、二次電池５２を管理するのに必要な信号、例えば，二次電池５２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，二次電池５２の出力端子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，二次電池５２に取り付けられた温度センサ５８からの電池温度Ｔｂや、キャパシタ５５を管理するのに必要な信号、例えば、キャパシタ５５の端子間に取り付けられた電圧センサ５９からの端子間電圧などが入力されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の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、電源ＥＣＵ５６は、必要に応じて二次電池５２の状態やキャパシタ５５の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、電源ＥＣＵ５６では、二次電池５２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残容量ＳＯＣ１を演算したり、キャパシタ５５を管理するために電圧センサ５９により検出されたキャパシタ５５の端子間電圧に基づいて残容量ＳＯＣ２を演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０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。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、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、運転者の操作により走行モードを燃費重視の通常走行モードまたは加速重視のスポーツ走行モードに設定する走行モード設定スイッチ８９からのモード設定信号Ｍなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，電源ＥＣＵ５６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，電源ＥＣＵ５６と各種制御信号やデータのやり取りを行なっている。

実施例のハイブリッド自動車２０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を計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸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とが運転制御される。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動力と二次電池５２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二次電池５２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動力がリングギヤ軸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リングギヤ軸３２ａ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。

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、特に走行モードが通常走行モードまたはスポーツ走行モードに設定されたときの駆動制御の動作について説明する。図２は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制
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、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、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や車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，二次電池５２の残容量ＳＯＣ１，キャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２，走行モード設定スイッチ８９からのモード設定信号Ｍ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により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計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。また、二次電池５２の残容量ＳＯＣ１やキャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２は、電源ＥＣＵ５６で演算されたものを電源ＥＣＵ５６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、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂ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＊とエンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速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、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと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。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものに二次電池５２の充放電要求量Ｐｂ＊およびキャパシタ５５の充放電要求量Ｐｃａｐ＊を加えたものとして計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めることができる。二次電池５２の充放電要求量Ｐｂ＊は、二次電池５２の残容量ＳＯＣ１などにより設定するものとする。また、キャパシタ５５の充放電要求量Ｐｃａｐ＊は、キャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２などにより設定するものとする。なお、要求パワーＰｅ＊は、説明を容易とするためにロス（Ｌｏｓｓ）がないものとして計算したが、実際には、ロスを考慮して計算される。

次に、キャパシタ５５の充放電要求量Ｐｃａｐ＊に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ５０の電圧指令Ｖｃ＊を設定する（ステップＳ１２０）と共にステップＳ１１０の処理で設定した要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとを設定する（ステップＳ１３０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ライン（例えば、最適燃費ライン）と要求パワーＰｅ＊とに基づいて行なう。エンジン２２の動作ラインの一例と仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとを設定する様子を図４に示す。図示するように、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとは、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅｔｍｐ×Ｔｅｔｍｐ）が一定の曲線との交点により求めることができる。

続いて、走行モードがスポーツ走行モードに設定されているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。この走行モードの判定は、走行モード設定スイッチ８９からのモード設定信号Ｍに基づいて行なう。走行モードがスポーツ走行モードに設定されていないと判定されたときには、走行モードが通常走行モードに設定されていると判断して、ステップＳ１５０処理に進み、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐを設定し（ステップＳ１５０）、目標トルクＴｅ＊に仮目標エンジントルクＴｅｔｍｐを設定する（ステップＳ１６０）。このように、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とは、エンジン２２が効率よく（例えば、最適燃費で）運転できる動作ラインの回転数とトルクとになるような制約を課されている。

続いて、設定したエンジン２２の目標回転数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＊と現在の回転数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Ｓ２１０）。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。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図５に示す。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に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ３２の回転数Ｎｒ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。なお、Ｒ軸上の二つの太線矢印は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転したときにエンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクと、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。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（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*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt …（２）

こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、二次電池５２の出力制限Ｗｂｏｕｔおよびキャパシタ５５の出力制限Ｗｃｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１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）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Ｔｍａｘを次式（３）により計算する（ステップＳ２２０）と共に要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（４）により計算し（ステップＳ２３０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘと仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとを比較して小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ２４０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、二次電池５２の出力制限Ｗｂｏｕｔおよびキャパシタ５５の出力制限Ｗｃｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式（３）は、前述した図５の共線図から容易に導き出すことができる。

Tmax＝(Wbout+Wcout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（３）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（４）

こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊やモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊およびトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊，ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の電圧指令Ｖｃ＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とについてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の電圧指令Ｖｃ＊は電源ＥＣＵ５６にそれぞれ送信して（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。ここで、エンジン２２が出力するトルクの制御は、図示しないスロットルバルブの開度を制御することで行なってもよいし、エンジン２２に吸排気バルブの開閉タイミングを連続的に変更することができる連続可変バルブタイミング機構を設け、吸排気バルブのタイミングを変更することで行ってもよい。また、目標回転数Ｎｍ１＊やトルク指令Ｔｍ１＊，トルク指令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。そして、電圧指令Ｖｃ＊を受信した電源ＥＣＵ５６は、電力ライン５４に作用する電圧が電圧指令Ｖｃ＊となるようＤＣ／ＤＣコンバータ５０のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

このように通常走行モードが設定されているとき、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに対してエンジン２２が効率よく運転できる動作ラインの回転数とトルクとになるよう制約を課すので、エンジン２２を効率よく運転すると共に運転者が要求
する動力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。

一方、ステップＳ１４０で走行モードがスポーツ走行モードに設定されていると判定されたとき、即ち、運転者が迅速に動力を出力したいために走行モード設定スイッチ８９を操作し走行モードをスポーツ走行モードに設定したときには、下限エンジン回転数設定マップによりエンジン２２の回転数の下限値としての下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎを設定する（ステップＳ１７０）。ここで、下限エンジン回転数設定マップは、車速Ｖとキャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２とその車速およびその残容量でのエンジン２２の回転数の下限値との関係として求められるものであり、図６にその一例を示す。下限エンジン回転数設定マップにおいて、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎは、エンジン２２が増減できる動力の幅が充分広く、且つ、動力の増減を迅速にできる回転数になるよう設定されており、キャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２が小さいほど、また、車速Ｖが大きくなるほど大きくなるよう設定されている。なお、下限回転数Ｎｅｍｉｎは、車速Ｖが参照車速Ｖｒｅｆ（例えば、６０［ｋｍ／ｈ］）以上であるときには一定値となるよう設定されている。これは、その回転数以上であれば、エンジン２２が増減できる動力の幅が充分広く、且つ、動力の増減も充分迅速に行なうことができるからである。

下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎが入力されると、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎと仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐとを比較し（ステップＳ１８０）、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎが仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐより大きいときには、エンジン２２の回転数を下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎに設定した方がエンジン２２が増減できる動力の幅が広く、且つ、動力の増減を迅速に行なうことができるので、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎを設定し（ステップＳ１９０）、設定された下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎと要求パワーＰｅ＊とからエンジン２２の目標トルクＴｅ＊（Ｐｅ＊／Ｎｅ＊）を計算し（ステップＳ２００）、ステップＳ２１０以降へ進み、本ルーチンを終了する。一方、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎが仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐより低いときは、仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐによる運転でエンジン２２の動力の増減を迅速に行なうことができるから、ステップＳ１５０へ進み、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐを設定する（ステップＳ１５０）と共に目標トルクＴｅ＊に仮目標エンジントルクＴｅｔｍｐを設定し（ステップＳ１６０）、ステップＳ２１０以降へ進み、本ルーチンを終了する。

このように、スポーツ走行モードが設定されているときに下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎを下限としてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、アクセルペダル８３が踏み込まれていなくてもエンジン２２の回転数は下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎに保持されるから下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎが大きいほど次にアクセルペダル８３が大きく踏み込まれたときにエンジン２２から迅速に動力を出力できるようになるし、アクセルペダル８３が戻されたときにエンジン２２のフリクションにより駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力される動力を迅速に減らすことができるようになる。今、キャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２が比較的多いときにアクセルペダル８３が大きく踏み込まれた場合を考える。この場合、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎとしては比較的小さな値が設定されるから、エンジン２２から出力される動力はそれほど迅速には大きくならない。しかし、このときにエンジン２２から出力される動力では要求パワーＰｅ＊に不足する動力が主に二次電池５２より応答が良いキャパシタ５８からの放電によって賄われるから、リングギヤ軸３２ａには要求トルクＴｒ＊が出力される。このとき、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎに小さな値を設定することにより、エンジン２２を効率の良い運転ポイント（仮目標エンジンＮｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとで示されるポイント）にできる限り近い運転ポイントで運転させることができるから、燃費の悪化を抑制することができる。次に、キャパシタ５８の残容量ＳＯＣ２が比較的少ないときにアクセルペダル８３が大きく踏み込まれた場合を考える。この場合、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎとしては比較的大きな値が設定されるから、エンジン２２から出力される動力は迅速に大きくなる。したがって、キャパシタ５８が充分に放電できないときでもリングギヤ軸３２ａには要求トルクＴｒ＊が出力される。キャパシタ５８の残容量ＳＯＣ２に基づいて下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎを設定するのはこうした理由による。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、スポーツ走行モードが設定されているときには、キャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２を考慮してエンジン２２を高めの回転数で運転するからより迅速にエンジン２２から出力される動力の増減を行なうことができると共に迅速に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力される動力の増減を行なうことができる。また、通常走行モードが設定されているとき、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに対してエンジン２２が効率よく運転できる動作ラインの回転数とトルクとになるよう制約を課すので、エンジン２２を効率よく運転すると共に運転者が要求する動力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。

実施例のハイブリッド自動車２０では、スポーツ走行モードが設定されたときには、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎをキャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２と車速Ｖとに基づいて設定するものとしたが、キャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２だけに基づいて設定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、スポーツ走行モードが設定されたときには、キャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２に基づいて下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎを設定するものとしたが、二次電池５２の残容量ＳＯＣ１に基づいて設定したり、キャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２と二次電池５２の残容量ＳＯＣ１とに基づいて設定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、スポーツ走行モードが設定されたときには、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊は、キャパシタ５５の残容量ＳＯＣ２と車速Ｖと基づいて設定される下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎまたは仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐのいずれか大きい方の値に設定されるものとしたが、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎと仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐとを比較することなく下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定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、通常走行モードが設定されているとき、エンジン２２に効率よく運転できる回転数およびトルクになるよう制約を課したが、エンジン２２に効率よりトルクの出力を優先するような制約など他の制約を課すものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、走行モードとして通常走行モードとスポーツ走行モードと二つの走行モードを設定できるものとしたが、走行モードの数はいくつでもよく必要に応じて三つ以上の走行モードを設定できるものしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、走行モードを運転者からの操作により設定されるものとしたが、走行履歴やカーナビゲーションシステムからの道路勾配情報などに基づいて自動的に設定したり、運転者の操作から運転者の意図する走行モードを推定して自動的に設定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、二次電池５２とキャパシタ５５とを備えるものとしたが、キャパシタ５５のみを備えるものとしてもよいし、応答性は若干落ちるものの二次電池５０のみ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、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図７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の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における車輪６４ａ，６４ｂ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の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａ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２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸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。

以上、本発明を実施するための最良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、自動車産業などに利用可能である。

本発明の一実施例である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用電子制御ユニット７０により実行される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の動作ラインの一例と仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとを設定する様子を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。 下限エンジン回転数設定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。

符号の説明

２０，１２０，２２０ 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、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、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 ＤＣ／ＤＣコンバータ、５２ 二次電池、５４ 電力ライン、５５ キャパシタ、５６ 電源用電子制御ユニット（電源ＥＣＵ）、５８ 温度センサ、５９ 電圧センサ、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ， 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、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、８９，走行モード設定スイッチ、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 (8)

1. 駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車であって、
   内燃機関と、
   該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、
   前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
   前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
   該蓄電手段の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段と、
   前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、
   第１走行モードと第２走行モードとを含む複数の走行モードを選択的に設定するモード設定手段と、
   前記モード設定手段により第１走行モードが設定されたときには前記内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、前記モード設定手段により第２走行モードが設定されたときには前記検出された蓄電状態に基づいて前記内燃機関の運転に対する制約として前記第１の制約より該内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定する運転制約設定手段と、
   前記第１走行モードが設定されているときには、前記第１の制約に基づいて前記内燃機関を運転すべき実行用運転ポイントを設定して該設定した実行用運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを運転制御し、前記第２走行モードが設定されているときには、前記第１の制約に基づいて前記内燃機関を運転すべき仮運転ポイントを設定し、該設定した仮運転ポイントにおける回転数が前記第２の制約を満たしているときには該設定した仮運転ポイントを実行用運転ポイントして設定して該設定した実行用運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、該設定した仮運転ポイントにおける回転数が前記第２の制約を満たしていないときには該仮運転ポイント近傍の該第２の制約を満たす運転ポイントを実行用運転ポイントとして設定して該設定した実行用運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
   を備える自動車。
2. 前記第２の制約は、前記蓄電手段から瞬時に供給できる蓄電量が小さいほど前記内燃機関の回転数の下限制限が大きくなる傾向を有する制約である請求項１記載の自動車。
3. 前記第２の制約は、車速が大きくなるほど前記内燃機関の回転数の下限制限が大きくなる傾向を有する制約である請求項１または２記載の自動車。
4. 前記第１の制約は、前記内燃機関を効率よく運転する制約である請求項１ないし３いずれか記載の自動車。
5. 請求項１ないし４いずれか記載の自動車であって、
   前記蓄電手段は、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能なキャパシタと、前記電力動力入出力手段および前記電動機に対して前記キャパシタと並列接続され直流電力を電圧変換する電圧変換器と、該電圧変換器による電圧変換を介して前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な二次電池と、を備える
   手段であり、
   前記蓄電状態検出手段は、前記蓄電状態として前記キャパシタの蓄電状態を検出する手段である
   自動車。
6. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段である請求項１ないし５いずれか記載の自動車。
7. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第１の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第２の回転子とを備え、該第１の回転子と該第２の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する対回転子電動機である請求項１ないし５いずれか記載の自動車。
8. 内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、該蓄電手段の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段と、を備え、前記駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車の制御方法であって、
   （ａ）前記駆動軸に要求される要求動力を設定し、
   （ｂ）第１走行モードと第２走行モードとを含む複数の走行モードを選択的に設定し、
   （ｃ）第１走行モードが設定されたときには前記内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、第２走行モードが設定されたときには前記検出された蓄電状態に基づいて前記内燃機関の運転に対する制約として前記第１の制約より該内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定し、
   （ｄ）前記第１走行モードが設定されているときには、前記第１の制約に基づいて前記内燃機関を運転すべき実行用運転ポイントを設定して該設定した実行用運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを運転制御し、前記第２走行モードが設定されているときには、前記第１の制約に基づいて前記内燃機関を運転すべき仮運転ポイントを設定し、該設定した仮運転ポイントにおける回転数が前記第２の制約を満たしているときには該設定した仮運転ポイントを実行用運転ポイントして設定して該設定した実行用運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、該設定した仮運転ポイントにおける回転数が前記第２の制約を満たしていないときには該仮運転ポイント近傍の該第２の制約を満たす運転ポイントを実行用運転ポイントとして設定して該設定した実行用運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
   自動車の制御方法。
   
   

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