JP4222332B2 - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車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としては、エンジンからの動力を遊星歯車機構と第１モータとによりトルク変換して車軸に出力すると共に第２モータからも変速機を介して車軸に動力を出力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）。このハイブリッド車では、車速やアクセル操作に基づいて車軸に出力すべき要求トルクを算出し、この要求トルクに基づいてエンジンと２つのモータと変速機とを制御している。
特開平２００２−２２５５７８号公報

上述のような構成のハイブリッド車では、通常は、エンジンの効率が良くなる制約に基づいてエンジンから出力すべき運転ポイントとしてトルクや回転数を設定し、エンジンがこうした運転ポイントで運転されるようエンジンと２つのモータとを制御する。こうした制御を行なうと、車速やエンジンの運転ポイントによっては第２モータから値０近傍のトルクを出力する状態に至るときが生じる。この場合、アクセル操作の変化や車両の走行状態などにより第２モータから出力するトルクが正負に反転し、変速機などのギヤ機構から異音が生じることがある。

本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、電動機に接続された変速機などのギヤ機構から異音が発生するのを抑制することを目的とする。

本発明のハイブリッド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。

本発明のハイブリッド車は、
内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続され、電力と動力との入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、
前記車軸にギヤ機構を介して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とりを行なう蓄電手段と、
前記車軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
所定の制約を用いて前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記車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通常制御を実行すると前記電動機から出力する駆動力が値０を含む所定駆動力範囲外となるときには該通常制御を実行し、前記通常制御を実行すると前記電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲内となるときには該電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲外となると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記車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非通常制御を実行する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車では、通常は、車軸に要求される要求駆動力に基づいて所定の制約を用いて設定された目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に要求駆動力に基づく駆動力が車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。このような通常制御を実行すると電動機から出力する駆動力が値０を含む所定駆動力範囲内となるときには、電動機から出力する駆動力が所定駆動力範囲外となると共に設定された要求駆動力に基づく駆動力が車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。これにより、電動機から出力する駆動力が値０を含む所定駆動力範囲内となることに基づいて生じ得るギヤ機構から異音が発生するのを抑制することができる。ここで、「所定の制約」には、内燃機関が効率よく運転される制約が含まれる。

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、前記設定された要求駆動力と前記設定された目標運転ポイントとに基づいて前記電動機から出力すべき目標駆動力を設定し、該設定した目標駆動力が前記所定駆動力範囲外となるときには前記通常制御を実行し、該設定した目標駆動力が前記所定駆動力範囲内となるときには前記非通常制御を実行する手段であるものとすることもできる。

また、本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は前記非通常制御として前記電動機から前記所定駆動力範囲を上回る駆動力が出力されるよう制御する手段であるものとすることもできるし、前記制御手段は前記非通常制御として前記電動機から前記所定駆動力範囲を下回る駆動力が出力されるよう制御する手段であるものとすることもできる。いずれの場合でも、電動機から出力する駆動力が所定駆動力範囲内となるのを回避することができる。

さらに、本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記非通常制御として前記目標運転ポイントとは異なる運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう制御する手段であるものとすることもできる。この場合、前記制御手段は、前記非通常制御として前記電動機から出力する駆動力を前記所定駆動力範囲から外れる方向に基づいて前記目標運転ポイントとは異なる運転ポイントを設定すると共に該設定した運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう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、蓄電手段の過充電や過放電を抑制することができる。

あるいは、本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記非通常制御を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なう手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の過充電や過放電を抑制することができる。

本発明のハイブリッド車において、前記電動機は変速機を介して前記車軸に連結されてなるものとすることもできる。この場合、前記制御手段は、前記通常制御を実行すると前記電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲内となるときには前記変速機の変速比が変更されるよう該変速機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、変速比を変更することにより電動機から出力する駆動力を変化させ、所定駆動力範囲内となるのを回避することができる。

さらに、本発明のハイブリッド車において、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回転軸との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回転軸に動力を入出力可能な電動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接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し前記第１の回転子と前記第２の回転子との相対的な回転により回転する対回転子電動機であるものとすることもできる。

本発明のハイブリッド車の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続され電力と動力との入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、前記車軸にギヤ機構を介して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とりを行なう蓄電手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
（ａ）前記車軸に要求される要求駆動力を設定し、
（ｂ）所定の制約を用いて前記設定した要求駆動力に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、
（ｃ）前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定した要求駆動力に基づく駆動力が前記車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通常制御を実行すると前記電動機から出力する駆動力が値０を含む所定駆動力範囲外となるときには該通常制御を実行し、前記通常制御を実行すると前記電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲内となるときには該電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲外となると共に前記設定した要求駆動力に基づく駆動力が前記車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非通常制御を実行する
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車の制御方法では、通常は、車軸に要求される要求駆動力に基づいて所定の制約を用いて設定された目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に要求駆動力に基づく駆動力が車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。このような通常制御を実行すると電動機から出力する駆動力が値０を含む所定駆動力範囲内となるときには、電動機から出力する駆動力が所定駆動力範囲外となると共に設定された要求駆動力に基づく駆動力が車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。これにより、電動機から出力する駆動力が値０を含む所定駆動力範囲内となることに基づいて生じ得るギヤ機構から異音が発生するのを抑制することができる。ここで、「所定の制約」には、内燃機関が効率よく運転される制約が含まれる。

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、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載した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、動力出力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。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３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して、最終的には車両の駆動輪３９ａ，３９ｂ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を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。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、バッテリ５０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、バッテリ５０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。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。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。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ハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、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残容量（ＳＯＣ）も演算している。

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，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の動作について説明する。図２は、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（例えば数ｍｓｅｃ）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，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，バッテリ５０の充放電要求量Ｐｂ＊などの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、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１により検出されたバッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（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。さらに、バッテリ５０の充放電要求量Ｐｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）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、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３９ａ，３９ｂ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に要求される要求パワー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、要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和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。

設定した要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１２０）。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と要求パワーＰｅ＊とに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図４に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。

次に、設定した目標回転数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Ｓ１３０）。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２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、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ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下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ２，Ｔｍａｘ２を次式（３）および式（４）により計算すると共に（ステップＳ１４０）、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（５）により計算し（ステップＳ１５０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ２，Ｔｍａｘ２で仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１６０）。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、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ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（５）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。

Tmin2＝(Win−Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmax2＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr (5)

次に、設定したトルク指令Ｔｍ２＊の大きさが閾値Ｔｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、トルク指令Ｔｍ２＊が値０近傍の所定トルク範囲となる範囲を設定するものであり、モータＭＧ２の特性などにより定めることができる。モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を閾値Ｔｒｅｆと比較するのは、モータＭＧ２からの出力トルクが値０近傍で推移したときには、若干のアクセル開度Ａｃｃの変化や路面勾配，路面抵抗などの外乱によりモータＭＧ２からの出力トルクが正負に反転し、減速ギヤ３５などのギヤ機構から異音が発生し得るか否かを判定するためである。

モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の大きさが閾値Ｔｒｅｆ以上であるときには、こうした異音の発生は生じないと判断し、設定したエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ２５０）、駆動制御ルーチンを終了する。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、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。また、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。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の大きさが閾値Ｔｒｅｆ以上のときには、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する際にエンジン２２を効率よく動作させ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要求トルクＴｒ＊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、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の大きさが閾値Ｔｒｅｆ未満であるときには、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が値０以上であるか否かを判定し（ステップＳ１８０）、トルク指令Ｔｍ２＊が値０以上であるときには、閾値Ｔｒｅｆより大きなトルクＴｓｅｔをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に再設定し（ステップＳ１９０）、逆にトルク指令Ｔｍ２＊が値０未満であるときには、マイナスの値のトルクＴｓｅｔをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に再設定する（ステップＳ２００）。そして、エンジン２２からのトルクが駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに作用する直達トルクＴｅｒが、再設定したトルク指令Ｔｍ２＊により駆動されるモータＭＧ２から出力されるトルクがリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと要求トルクＴｒ＊との差分になるよう次式（６）により目標トルクＴｅ＊を計算して再設定すると共に（ステップＳ２１０）、上述の式（５）の仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐをトルク指令Ｔｍ２＊に置き換えると共にトルク指令Ｔｍ１＊を仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐに置き換えたものを仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐについて解いた式（７）によりモータＭＧ１の仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐを計算する（ステップＳステップＳ２２０）。そして、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に現在のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を乗じて得られるモータＭＧ２の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１で割ることによりモータＭＧ１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Ｔｍｉｎ１，Ｔｍａｘ１を次式（８）および式（９）により計算すると共に（ステップＳ２３０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ１，Ｔｍａｘ１により仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐを制限した値としてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を再設定し（ステップＳ２４０）、設定した目標回転数Ｎｅ＊や再設定した目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に，再設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。再設定した目標トルクＴｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊で運転されたときにエンジン２２から目標トルクＴｅ＊が出力されるようスロットル開度を制御すると共に燃料噴射制御や点火制御を行なう。これにより、エンジン２２は図４に例示した動作ラインより若干トルクを増減した運転ポイントで運転される。

Te*=(1+ρ)・(Tr*−Tm2*・Gr) (6)
Tm1tmp＝(Gr・Tm2*−Tr*)・ρ (7)
Tmin1＝(Win−Tm2*・Nm2)/Nm1 (8)
Tmax1＝(Wout−Tm2*・Nm2)/Nm1 (9)

図６に、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が閾値Ｔｒｅｆ未満となるときの動力分配統合機構３０における共線図の一例を示す。図示するように、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の大きさが閾値Ｔｒｅｆ未満となるときは、モータＭＧ２からの出力パワーが値０近傍になることであるから、バッテリ充放電要求量Ｐｂ＊を考慮しなければ、モータＭＧ１は値０近傍で回転することになる。バッテリ充放電要求量Ｐｂ＊を考慮しても、バッテリ充放電要求量Ｐｂ＊はさほど大きな値ではないから、モータＭＧ１は値０近傍で回転することになる。このとき、上述の式（５）の釣合方程式により導かれるモータＭＧ２の仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐは、トルクＴｓｅｔが小さな値であることから、小さい値となり、通常は、トルク制限Ｔｍｉｎ２，Ｔｍａｘ２の範囲内となる。同様に、式（７）で計算される仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐもトルク制限Ｔｍｉｎ１，Ｔｍａｘ１の範囲内となる。このため、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐはそのままステップＳ１６０でモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定され、仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐはそのままステップＳ２４０でモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定される。エンジン２２の目標トルクＴｅ＊は、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が値０以上のときには小さくなるよう再設定され、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が値０未満のときには大きくなるよう再設定される。このため、エンジン２２から出力されるパワーは要求パワーＰｅ＊より増減し、その分だけバッテリ充放電要求量Ｐｂ＊から増減した電力によりバッテリ５０が充放電されることになる。しかし、上述したように、通常はバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊が設定されるから、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊をトルクＴｓｅｔに変更してもバッテリ５０を過充電や過放電することがない。したがって、こうして設定されたモータＭＧ１，ＭＧ２からトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊のトルクが出力されるよう制御することにより、モータＭＧ２の出力トルクを値０近傍の範囲外とすると共に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力することができる。この結果、モータＭＧ２から値０近傍のトルクが出力される状態を継続することにより生じ得る減速ギヤ３５などのギヤ機構から異音が発生するの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によれば、モータＭＧ２から値０近傍のトルクが出力されるときには、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を所定トルク範囲外となるトルクＴｓｅｔかマイナスのトルクＴｓｅｔに再設定すると共に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊が出力されるようエンジン２２の目標トルクＴｅ＊とモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を再設定するから、モータＭＧ２の出力トルクを値０近傍の範囲外とすると共に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力することができる。この結果、モータＭＧ２から値０近傍のトルクが出力される状態を継続することにより生じ得る減速ギヤ３５などのギヤ機構から異音が発生するのを抑制することができる。もとより、モータＭＧ２から値０近傍の所定トルク範囲外のトルクが出力されるときには、エンジン２２を効率よく運転する動作ライン上の運転ポイントで運転するから、車両のエネルギ効率を向上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から値０近傍のトルクが出力されるときには、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の符号に基づいてトルクＴｓｅｔやマイナスのトルクＴｓｅｔをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定するものとしたが、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の符号に拘わらず、トルクＴｓｅｔをトルク指令Ｔｍ２＊に設定したり、マイナスのトルクＴｓｅｔをトルク指令Ｔｍ２＊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、モータＭＧ２から値０近傍のトルクが出力されるときには、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊が出力されるようエンジン２２の目標トルクＴｅ＊とモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とを再設定するものとしたが、さらに、エンジン２２から要求パワーＰｅ＊が出力されるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊も再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、モータＭＧ２から値０近傍のトルクが出力されるときには、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊が出力されるようエンジン２２の目標トルクＴｅ＊とモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とを再設定するものとしたが、トルクＴｓｅｔやマイナスのトルクＴｓｅｔをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定するだけでエンジン２２の目標トルクＴｅ＊やモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を再設定しないものとしても構わない。この場合、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａには要求トルクＴｒ＊と異なるトルクが出力されることになるが、トルクＴｓｅｔは小さな値であるから、運転者に大きな違和感を与えることはない。なお、この場合、トルクＴｓｅｔやマイナスのトルクＴｓｅｔは、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で行なうのが好ましい。

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、減速ギヤ３５に換えてモータＭＧ２の動力を複数段に変速してリングギヤ軸３２ａに出力可能な変速機を備え、トルク指令Ｔｍ２＊の大きさが閾値Ｔｒｅｆ未満のときには変速機の変速比を変更することによりトルク指令Ｔｍ２＊が所定トルク範囲外に設定されるよう制御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、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３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における車輪３９ｃ，３９ｄ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３９ａ，３９ｂ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３９ａ，３９ｂ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。

実施例では、モータＭＧ２から値０近傍の所定トルク範囲内のトルクが出力されるときにはモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が所定トルク範囲外となるよう再設定する本発明の実施例をハイブリッド自動車２０として説明したが、ハイブリッド自動車２０の制御方法の形態としてもよい。

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、自動車製造産業などに利用可能である。

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。 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目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊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の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が閾値Ｔｒｅｆ未満となるときの動力分配統合機構３０における共線図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、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、３９ｃ，３９ｄ 車輪、４０ モータＥＣＵ、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、４８ 回転軸、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ 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、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、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. 内燃機関と、
   前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続され、電力と動力との入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、
   前記車軸に変速機を介して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とりを行なう蓄電手段と、
   前記車軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
   所定の制約を用いて前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
   前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記車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通常制御を実行すると前記電動機から出力する駆動力が値０を含む所定駆動力範囲内とならないときには該通常制御を実行し、前記通常制御を実行すると前記電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲内となるときには、前記変速機の変速比の変更により該電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲外となり、該電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲を上回る駆動力となるときには前記目標運転ポイントに比してトルクが小さくなる方向の運転ポイントで前記内燃機関が運転され該電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲を下回る駆動力となるときには前記目標運転ポイントに比してトルクが大きくなる方向の運転ポイントで前記内燃機関が運転され、前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記車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前記変速機とを制御する非通常制御を実行する制御手段と、
   を備えるハイブリッド車。
2. 前記制御手段は、前記設定された要求駆動力と前記設定された目標運転ポイントとに基づいて前記電動機から出力すべき目標駆動力を設定し、該設定した目標駆動力が前記所定駆動力範囲外となるときには前記通常制御を実行し、該設定した目標駆動力が前記所定駆動力範囲内となるときには前記非通常制御を実行する手段である請求項１記載のハイブリ
   ッド車。
3. 前記制御手段は、前記非通常制御として、前記電動機から出力する駆動力が値０以上のときには前記電動機から前記所定駆動力範囲を上回る駆動力が出力されるよう制御し、前記電動機から出力する駆動力が値０未満のときには前記電動機から前記所定駆動力範囲を下回る駆動力が出力されるよう制御する手段である請求項１または２記載のハイブリッド車。
4. 前記制御手段は、前記非通常制御を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なう手段である請求項１ないし３いずれか記載のハイブリッド車。
5. 前記所定の制約は前記内燃機関が効率よく運転される制約である請求項１ないし４いずれか記載のハイブリッド車。
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回転軸との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、前記回転軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える手段である請求項１ないし５いずれか記載のハイブリッド車。
7. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、前記第１の回転子と前記第２の回転子との相対的な回転により回転する対回転子電動機である請求項１ないし５いずれか記載のハイブリッド車。
8. 内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続され電力と動力との入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、前記車軸に変速機を介して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とりを行なう蓄電手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
   （ａ）前記車軸に要求される要求駆動力を設定し、
   （ｂ）所定の制約を用いて前記設定した要求駆動力に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、
   （ｃ）前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定した要求駆動力に基づく駆動力が前記車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通常制御を実行すると前記電動機から出力する駆動力が値０を含む所定駆動力範囲内とならないときには該通常制御を実行し、前記通常制御を実行すると前記電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲内となるときには、前記変速機の変速比の変更により該電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲外となり、該電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲を上回る駆動力となるときには前記目標運転ポイントに比してトルクが小さくなる方向の運転ポイントで前記内燃機関が運転され該電動機から出力する駆動力が前記所定駆動力範囲を下回る駆動力となるときには前記目標運転ポイントに比してトルクが大きくなる方向の運転ポイントで前記内燃機関が運転され、前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記車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前記変速機とを制御する非通常制御を実行する
   ハイブリッド車の制御方法。
   

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