JP4258520B2

JP4258520B2 - 車両およびその制御方法

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Publication number: JP4258520B2
Application number: JP2006016248A
Authority: JP
Inventors: 秋広木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: JP2007196785A

Description

本発明は、車両およびその制御方法に関する。

従来、この種の車両としては、走行用の動力を出力可能なエンジンとモータとを備えるハイブリッド車両において、乗員室を空調する空調装置からの要求信号によりエンジンの間欠運転を変更するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、エンジンの運転中に空調停止要求があったときには所定時間経過した後にエンジン作動要求信号の出力を停止する。これにより、乗員がエアコンの運転スイッチを短い周期でオンオフしたときでも、エンジンの頻繁な始動・停止を抑制している。
特開２００１−１０７７７１号公報

運転者のアクセル操作などによりエンジンを間欠運転するハイブリッド車両では、エンジンを始動するときに始動時のショックを低減する必要から、乗員室を空調する空調装置のコンプレッサなどの補機の駆動を一時的に停止するものがある。この場合、運転者のアクセル操作に基づいて頻繁にエンジンを停止したり始動すると、空調性能の低下により乗員室の快適な空調を損なう場合が生じる。これに対して空調装置が作動しているときにはエンジンの間欠運転を禁止することも考えられるが、空調装置の作動によりエンジンの間欠運転が完全に禁止されると、車両の燃費が悪化する。

本発明の車両およびその制御方法は、乗員室のより適正な空調と車両の燃費の向上を両立させることを目的とする。

本発明の車両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。

本発明の車両は、
走行用の動力を出力する内燃機関と、
前記内燃機関からの動力の一部を用いて発電すると共に前記内燃機関をモータリング可能な発電モータリング手段と、
走行用の動力を入出力可能な電動機と、
前記発電モータリング手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段が接続された電気系からの電力を用いて乗員室を空気調和する空調装置と、
走行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、
前記空調装置の作動が要請されていないときには第１の時間以上の間隔による前記内燃機関の間欠運転を伴って前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記発電モータリング手段と前記電動機とを制御し、前記空調装置の作動が要請されているときには前記第１の時間より長い第２の時間以上の間隔による前記空調装置の作動の制限下の前記内燃機関の始動を伴った該内燃機関の間欠運転を伴って前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記発電モータリング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。

この本発明の車両では、乗員室を空気調和する空調装置の作動が要請されていないときには第１の時間以上の間隔による内燃機関の間欠運転を伴って走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう内燃機関とこの内燃機関からの動力の一部を用いて発電すると共に内燃機関をモータリング可能な発電モータリング手段と走行用の動力を入出力する電動機とを制御し、空調装置の作動が要請されているときには第１の時間より長い第２の時間以上の間隔による空調装置の作動の制限下の内燃機関の始動を伴った内燃機関の間欠運転を伴って要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう内燃機関と発電モータリング手段と電動機とを制御する。即ち、空調装置の作動が要請されているときにはより長い時間である第２の時間以上の間隔による内燃機関の間欠運転を伴うから、空調性能の低下を抑制し、乗員室のより適正な空調を行なうことができると共に内燃機関の間欠運転を禁止するものに比して車両の燃費を向上させることができる。しかも、空調装置の作動の制限下の内燃機関の始動を伴った内燃機関の間欠運転を伴うから、内燃機関の始動時に生じ得るショックを低減することができる。ここで、「第１の時間」は、内燃機関を間欠運転することができる最小の時間以上の時間であれば如何なる時間でもよい。また、「空調装置の作動の制限」は、空調装置が有するコンプレッサの停止が含まれる。

こうした本発明の車両において、前記制御手段は、前記空調装置の作動が要請されているときには前記内燃機関が始動されてから前記第２の時間が経過するまでは該内燃機関の運転を停止しない手段であるものとすることもできる。

また、本発明の車両において、前記発電モータリング手段は、前記内燃機関の出力軸と車軸とに連結され、電力と動力との入出力を伴って前記出力軸側と前記車軸側に動力を入出力する手段であるものとすることもできる。また、前記発電モータリング手段は、前記内燃機関の出力軸と車軸と回転軸との３軸に連結され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される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発電機と、を備える手段であるものとすることもできる。

本発明の車両の制御方法は、
走行用の動力を出力する内燃機関と、前記内燃機関からの動力の一部を用いて発電すると共に前記内燃機関をモータリング可能な発電モータリング手段と、走行用の動力を入出力可能な電動機と、前記発電モータリング手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記蓄電手段が接続された電気系からの電力を用いて乗員室を空気調和する空調装置と、を備える車両の制御方法であって、
（ａ）前記空調装置の作動が要請されていないときには、第１の時間以上の間隔による前記内燃機関の間欠運転を伴って走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記発電モータリング手段と前記電動機とを制御し、
（ｂ）前記空調装置の作動が要請されているときには、前記第１の時間より長い第２の時間以上の間隔による前記空調装置の作動の制限下の前記内燃機関の始動を伴った該内燃機関の間欠運転を伴って前記要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記発電モータリング手段と前記電動機とを制御する、
ことを特徴とする。

この本発明の車両の制御方法では、乗員室を空気調和する空調装置の作動が要請されていないときには第１の時間以上の間隔による内燃機関の間欠運転を伴って走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう内燃機関とこの内燃機関からの動力の一部を用いて発電すると共に内燃機関をモータリング可能な発電モータリング手段と走行用の動力を入出力する電動機とを制御し、空調装置の作動が要請されているときには第１の時間より長い第２の時間以上の間隔による空調装置の作動の制限下の内燃機関の始動を伴った内燃機関の間欠運転を伴って要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう内燃機関と発電モータリング手段と電動機とを制御する。即ち、空調装置の作動が要請されているときにはより長い時間である第２の時間以上の間隔による内燃機関の間欠運転を伴うから、空調性能の低下を抑制し、乗員室のより適正な空調を行なうことができると共に内燃機関の間欠運転を禁止するものに比して車両の燃費を向上させることができる。しかも、空調装置の作動の制限下の内燃機関の始動を伴った内燃機関の間欠運転を伴うから、内燃機関の始動時に生じ得るショックを低減することができる。ここで、「第１の時間」は、内燃機関を間欠運転することができる最小の時間以上の時間であれば如何なる時間でもよい。また、「空調装置の作動の制限」は、空調装置が有するコンプレッサの停止が含まれる。

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、乗員室９９を空気調和する空調装置９０と、車両の駆動系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。

空調装置９０は、乗員の要求に従って乗員室内の温度や湿度を調節する冷房および暖房機能を備えた空調装置として構成されており、電力ライン５４に接続されたインバータ９１を介して電力を供給され冷媒の圧縮を行なうコンプレッサ９２と、コンプレッサ９２で圧縮され図示しないコンデンサで液化された冷媒を膨張し気化することにより空気を冷却するエバポレータ９３と、外気や乗員室９９内の空気をエバポレータ９３側に吸引すると共にこのエバポレータ９３によって冷却された空気と図示しない熱交換器によって暖められた空気とを調和した空気を乗員室９９に吹き出させるブロワ９４と、ブロワ９４により吸引される空気を外気か乗員室９９内の空気かに切換える切換え機構９５と、乗員室９９内に取り付けられた操作パネル９６と、装置全体をコントロールする空調用電子制御ユニット（以下、空調用ＥＣＵという）９８とを備える。空調用ＥＣＵ９８には、操作用パネル９６に取り付けられて空調のオンオフを操作する空調スイッチ９６ａからの空調要請ＡＣ＊や同じく操作パネル９６に取り付けられて乗員室９９内の温度を設定する設定温度スイッチ９６ｂからの設定温度，操作パネル９６に取り付けられた乗員室９９内の温度を検出する温度センサ９６ｃからの乗員室温，乗員室９９の外部に取り付けられて外気温を検出する外気温センサ９７からの外気温などが入力されており、空調用ＥＣＵ９８からは、ブロワ９４や切換え機構９５を駆動制御する制御信号やインバータ９１へのスイッチング制御信号，コンプレッサ９２への駆動信号などが出力されている。また、空調用ＥＣＵ９８は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、必要に応じてハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号を受信し、空調装置９０の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に送信する。

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，空調用ＥＣＵ９８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、特に、空調装置９０の作動が要請されているときにエンジン２２を始動したり運転停止する際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により実行される通常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、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

通常時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，空調要請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、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、空調要請は、乗員の空調スイッチ９６ａのオンオフ操作に基づいて空調用ＥＣＵ９８から送信されたものを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、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。

続いて、エンジン２２が運転中であるか否かを判定し（ステップＳ１２０）、エンジン２２が運転中のときには空調要請がなされているか否か判定する（ステップＳ１３０）。エンジン２２が運転中で空調要請がなされているときには、エンジン２２を始動してから所定時間が経過するのを待って（ステップＳ１４０）、エンジン２２の運転を停止する条件が成立しているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１５０）。ここで、所定時間は、空調要請がなされているときに空調性能をある程度確保する必要から頻繁にエンジン２２の運転停止と始動とが行なわれないようにするための待ち時間であり、空調装置９０の性能や乗員室の状態などにより設定することができ、例えば、３０秒や１分，３分など種々の時間を用いることができる。なお、このように所定時間経過するのを待つ理由の詳細については後述する。エンジン２２の運転を停止する条件としては、例えばエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ（例えば、２ｋＷや４ｋＷ，６ｋＷなど）未満で効率の悪い低負荷領域となる条件やバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｈｉｇｈ（例えば、８０％や９０％などの高い値）に至った条件などを用いることができる。

エンジン２２を始動してから所定時間が経過していないと判定されたときやエンジン２２を始動してから所定時間経過しているがエンジン２２の運転を停止する条件が成立していないと判定されたときには、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Ｓ１６０）。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＊とに基づいて行なうことができる。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Ｓ１７０）。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を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ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、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。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の入出力制限Ｗｉｎ，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Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（３）および式（４）により計算すると共に（ステップＳ１９０）、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Ｓ２００）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ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Ｓ２１０）。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。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (5)

こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊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＊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Ｓ２２０）、通常時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。

一方、エンジン２２を始動してから所定時間が経過しており、かつ、エンジン２２の停止条件が成立していると判定されたときには（ステップＳ１４０、Ｓ１５０）、エンジン２２を停止するためにエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊に値０を設定すると共に（ステップＳ１８０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ１８５）、これらの設定値を用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ１９０〜Ｓ２１０）、設定した設定値をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２２０）、本ルーチンを終了する。モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊は、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０が設定されているから、リングギヤ軸３２ａに要求される要求トルクＴｒ＊をトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで制限することにより設定されることになる。値０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が運転停止するよう燃料噴射制御や点火制御などを停止する。

エンジン２２は運転中であるが空調要請がなされていないと判定されたときには（ステップＳ１２０，Ｓ１３０）、エンジン２２を始動してから所定時間が経過するのを待つことなく、エンジン２２の運転を停止する条件が成立しているか否かを判定し（ステップＳ１５０）、判定結果に基づく処理（ステップＳ１６０〜Ｓ２２０）を実行して本ルーチンを終了する。判定結果に基づく処理については上述した。

ステップＳ１２０でエンジン２２が運転中ではないと判定されたときには、エンジン２２の始動条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２３０）。ここで、エンジン２２の始動条件としては、例えばブレーキペダル８５の踏み込みにより車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ（例えば１０ｋｍ／ｈや５ｋｍ／ｈなどの低速）未満に至って次の加速要求に備える必要が生じた条件、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｌｏｗ（例えば、１０％や２０％などの低い値）に至ってモータＭＧ２によるモータ走行を継続することができない状態に至る可能性が生じた条件などを挙げることができる。エンジン２２の始動条件が成立していないときには、エンジン２２の運転停止を保持してモータ走行するようステップＳ１８０〜Ｓ２２０の処理を実行して本ルーチンを終了する。エンジン２２の始動条件が成立しているときには、エンジン２２を始動するために始動時駆動制御の開始を指示して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。始動時駆動制御の開始が指示されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、図２の通常時駆動制御ルーチンの実行を中止して、図６に例示するフローチャートにより実行される始動時駆動制御ルーチンの処理を開始する。なお、図２の通常時駆動制御ルーチンは始動時駆動制御ルーチンが終了すると、再び所定時間毎に繰り返し実行される。

始動時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、エンジン２２の始動に不要な補機、例えばバッテリ５０からの電力が供給される高圧系の電力ライン５４に接続された空調装置９０のコンプレッサ９２などの補機を駆動停止する（ステップＳ３００）。補機の駆動停止は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０から直接駆動停止できるものについては直接駆動停止し、空調装置９０のコンプレッサ９２のように直接駆動停止でいないときには駆動停止の制御信号を送信することにより行なう。

続いて、アクセル開度ＡｃｃやモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，車速Ｖ，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，エンジン２２の回転数Ｎｅなど制御に必要なデータを入力し（ステップＳ３１０）、図３のマップを用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Ｔｒ＊を設定する（ステップＳ３２０）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅ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計算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。

次に、エンジン２２の回転数Ｎｅや始動時駆動制御ルーチンの開始からの経過時間ｔを用いて始動マップからモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ３３０）。始動マップは、エンジン２２を始動する際のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅと経過時間ｔとの関係を設定したマップである。図７に始動マップの一例を示す。始動マップでは、図７に示すように、エンジン２２の始動指示がなされた時間ｔ１の直後からレート処理を用いて迅速に比較的大きなトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定してエンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に増加させる。エンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数帯を通過したか共振回転数帯を通過するのに必要な時間以降の時間ｔ２にエンジン２２を安定して点火開始回転数Ｎｆｉｒｅ以上でモータリングすることができるトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定し、電力消費や駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにおける反力を小さくする。ここで、点火開始回転数Ｎｆｉｒｅは、実施例では共振回転数帯より余裕をもって大きな回転数、例えば１０００ｒｐｍや１２００ｒｐｍなどのように設定されている。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅに至った時間ｔ３からレート処理を用いて迅速にトルク指令Ｔｍ１＊を値０とし、エンジン２２の完爆が判定された時間ｔ４から発電用のトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定する。このように、エンジン２２の始動指示がなされた直後に大きなトルクをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定してエンジン２２をモータリングすることにより、迅速にエンジン２２を点火開始回転数Ｎｆｉｒｅ以上に回転させて始動することができる。

こうしてモータＭＧ１のトルク指令ｍ１＊を設定すると、図２の通常時駆動制御ルーチンのステップＳ１９０〜Ｓ２１０の処理と同様にモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ３４０〜Ｓ３６０）、設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ３７０）。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。

モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定し送信すると、燃料噴射制御や点火制御を開始するまでは値０がセットされ燃料噴射制御や点火制御を開始したときに値１がセットされる燃料噴射開始フラグＦｆｉｒｅの値を調べ（ステップＳ３８０）、燃料噴射開始フラグＦｆｉｒｅが値０のときには、まだ燃料噴射制御や点火制御を開始していないと判断して、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅに至っているか否かを判定する（ステップＳ３９０）。エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅに至っていないときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが燃料噴射制御や点火制御の開始はまだ行なわないと判断してステップＳ３１０に戻ってステップＳ３１０〜Ｓ３９０までの処理を繰り返す。エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅに至ったときには、燃料噴射制御と点火制御の開始を指示する制御信号をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共に燃料噴射開始フラグＦｉｒｅに値１をセットし（ステップＳ４００）、エンジン２２が完爆に至ったか否かを判定し（ステップＳ４１０）、完爆に至っていないときにはステップＳ３１０に戻る。燃料噴射開始フラグＦｆｉｒｅに値１がセットされると、ステップＳ３８０で燃料噴射開始フラグＦｆｉｒｅが値１であると判定され、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅに至っているか否かを判定する処理を行なうことなく、エンジン２２が完爆に至っているか否かを判定し（ステップＳ４１０）、完爆に至っていないときにはステップＳ３１０に戻り、完爆に至ったときには、ステップＳ３００で駆動停止した補機を通常駆動に戻して（ステップＳ４２０）、本ルーチンを終了する。

このように、エンジン２２を始動するときには、空調装置９０のコンプレッサ９２が駆動しているときにはその駆動が一時的に停止されるため、頻繁にエンジン２２の運転停止と始動とが行なわれると、乗員室の空調性能が低下し、乗員に不快感を生じさせる。実施例では、上述したように図２の通常時駆動制御ルーチンで空調要請がなされているときには、エンジン２２が始動されてから所定時間経過するまではエンジン２２の運転停止の条件の成立の判定を行なわないようにすることにより、空調要請がなされているとき、即ち、空調装置９０のコンプレッサ９２が駆動しているときに、エンジン２２の運転停止と始動とが頻繁に行なわれないようにしている。これにより、乗員室の空調性能の低下に伴って乗員に不快感を生じさせるのを抑制している。エンジン２２が始動されてから所定時間経過するのを待ってエンジン２２の運転停止の条件の成立を判定する空調要請がなされているときの処理と、エンジン２２が始動されてから所定時間経過するのを待つことなくエンジン２２の運転停止の条件の成立を判定する空調要請がなされていないときの処理とを比較すると、空調要請がなされているときの処理は、空調要請がなされていないときにエンジン２２の始動と運転停止とを最も頻繁に行なう際の時間間隔（第１の時間間隔）より長い時間間隔（第２の時間間隔）でエンジン２２の始動と運転停止とを行なうものとなる。即ち、空調要請がなされていないときには第１の時間間隔以上の間隔をもってエンジン２２を間欠運転し、空調要請がなされているときには第１の時間間隔より長い第２の時間間隔以上の間隔をもってエンジン２２を間欠運転する、ものと言うことができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、空調要請がなされているときには、エンジン２２が始動されてから所定時間経過するのを待ってエンジン２２の運転停止の条件の成立を判定することにより、エンジン２２の始動時に空調装置９０のコンプレッサ９２が駆動停止されても、エンジン２２の運転停止と始動とが頻繁に行なわれないようにすることができるから、乗員室の空調性能が低下するのを抑制することができる。この結果、乗員室の空調性能の低下に伴って乗員に不快感を生じさせるのを抑制することができる。もとより、空調要請がなされれているときにエンジン２２の間欠運転を禁止するものに比して車両の燃費を向上させることができる。これらの結果、乗員室のより適正な空調と車両の燃費の向上を両立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、エンジン２２を始動するときには、空調装置９０のコンプレッサ９２を駆動停止するものとしたが、コンプレッサ９２の駆動を完全に停止するものだけでなく、コンプレッサ９２の駆動を制限するものとしても構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、空調要請がなされているときには、エンジン２２が始動されてから所定時間経過するのを待ってエンジン２２の運転停止の条件の成立を判定するものとしたが、エンジン２２の始動指示がなされてから所定時間経過するのを待ってエンジン２２の運転停止の条件の成立を判定するものとしてもよく、エンジン２２の始動時に空調装置９０のコンプレッサ９２などの補機を駆動停止してから所定時間経過するのを待ってエンジン２２の運転停止の条件の成立を判定するものとしてもよく、エンジン２２の始動時に駆動停止した空調装置９０のコンプレッサ９２などの補機の駆動を再開してから所定時間経過するのを待ってエンジン２２の運転停止の条件の成立を判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、空調要請がなされているときには、エンジン２２が始動されてから所定時間経過するのを待ってエンジン２２の運転停止の条件の成立を判定するものとしたが、空調要請がなされているときには、エンジン２２の運転停止の条件が成立してもエンジン２２が始動されてから所定時間経過するまではエンジン２２の運転停止を行なわないものとしても構わない。

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８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、本発明の実施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、車両の製造産業に利用可能である。

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により実行される通常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。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。実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動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。始動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バッテリ、５１温度センサ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４電力ライン、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、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、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、９０空調装置、９１インバータ、９２コンプレッサ、９３エバポレータ、９４ブロワ、９５切換え機構、９６操作パネル、９６ａ空調スイッチ、９６ｂ設定温度スイッチ、９６ｃ温度センサ、９７外気温センサ、９８空調用電子制御ユニット（空調用ＥＣＵ）、９９乗員室、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する内燃機関と、
前記内燃機関からの動力の一部を用いて発電すると共に前記内燃機関をモータリング可能な発電モータリング手段と、
走行用の動力を入出力可能な電動機と、
前記発電モータリング手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段が接続された電気系からの電力を用いて乗員室を空気調和する空調装置と、
走行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、
前記空調装置の作動が要請されていないときには前記内燃機関の始動と運転停止とを最も頻繁に行なう際の第１の時間間隔による前記内燃機関の間欠運転を伴って前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記発電モータリング手段と前記電動機とを制御し、前記空調装置の作動が要請されているときには前記第１の時間間隔より長い第２の時間間隔による前記空調装置の作動の制限下の前記内燃機関の始動を伴った該内燃機関の間欠運転を伴って前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記発電モータリング手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記空調装置の作動が要請されているときには前記内燃機関が始動されてから所定時間が経過するまでは該内燃機関の運転を停止しない手段である、
車両。
前記空調装置の作動の制限は、該空調装置が有するコンプレッサの停止である請求項１記載の車両。
前記発電モータリング手段は、前記内燃機関の出力軸と車軸とに連結され、電力と動力との入出力を伴って前記出力軸側と前記車軸側に動力を入出力する手段である請求項１または２記載の車両。
前記発電モータリング手段は、前記内燃機関の出力軸と車軸と回転軸との３軸に連結され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される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発電機と、を備える手段である請求項１または２記載の車両。