JP5267677B2

JP5267677B2 - ハイブリッド車およびその制御方法

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Publication number: JP5267677B2
Application number: JP2011540375A
Authority: JP
Inventors: 啓司海田; 崇彦平沢
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-11-13
Also published as: JPWO2011058654A1; US8583309B2; CN102596671B; EP2500223A4; CN102596671A; EP2500223B1; EP2500223A1; US20120226406A1; WO2011058654A1

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、エンジンと、エンジンの回転数に対応する回転数で回転して発電する発電機（モータＭＧ１）と、モータＭＧ１を駆動する第１のインバータと、車軸に連結された電動機（モータＭＧ２）と、モータＭＧ２を駆動するための第２のインバータと、第１，第２のインバータを介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリと、を備えるものにおいて、エンジンが運転停止されている状態でシフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されたときに、エンジンを始動してからインバータをゲート遮断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、インバータをゲート遮断した後、バッテリの残容量が閾値以上のときには比較的低い回転数でエンジンを自立運転し、バッテリの残容量が閾値未満のときにはモータＭＧ１で発生する逆起電力が第１，第２のインバータに作用する電圧よりも大きくなる回転数でエンジンを自立運転することにより、インバータのゲート遮断を継続しながらのバッテリの充電を可能にしている。

特開２００９−１８４５００号公報

しかしながら、上述のハイブリッド車では、シフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されたときに直ちにエンジンを始動するため、バッテリの残容量が比較的高いときなどバッテリの充電を行なう必要がないときでも、エンジンの自立運転によって燃料が消費されることになる。

本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、シフトポジションがニュートラルポジションのときに、燃料消費を抑制しながら必要に応じて二次電池を充電することを主目的とする。

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車は、
内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で、前記内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し、該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、
前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、
車軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、
前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な二次電池と、
前記二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合を検出する蓄電割合検出手段と、
シフトポジションがニュートラルポジションで前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で前記検出された蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として前記発電機により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記内燃機関の始動後は前記発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発電機用インバータ回路を制御すると共に前記発電機で回転に伴って発生する逆起電力が前記発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車では、シフトポジションがニュートラルポジションで発電機用インバータ回路および電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したときには、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として発電機により内燃機関がモータリングされて始動されるよう内燃機関と発電機とを制御し、内燃機関の始動後は発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発機用インバータ回路を制御すると共に発電機で回転に伴って発生する逆起電力が発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関を制御する。即ち、所定条件が成立したときには、停車確保状態であることを条件として内燃機関を始動し、内燃機関の始動後に、発電機で発生する逆起電力により二次電池を充電するのである。したがって、シフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されてから所定条件が成立するまでは内燃機関を始動しないから、シフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されたときに直ちに内燃機関を始動して自立運転するものに比して所定条件が成立する前の内燃機関の燃料消費を抑制することができる。また、内燃機関の始動後は、発電機で発生する逆起電力により二次電池を充電することができる。ここで、「停車確保状態」には、ブレーキ操作量が予め定められた所定操作量以上のときや、パーキングブレーキによって車軸がロックされているときなどが含まれる。

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、前記内燃機関の始動後、前記停車確保状態であるときには、前記内燃機関からの動力を用いた前記発電機の発電電力による前記二次電池の充電が行なわれるよう前記内燃機関と前記発電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、本発明のハイブリッド車において、情報を報知する報知手段を備え、前記制御手段は、前記所定条件が成立したときに前記停車確保状態でないときには、前記停車確保状態にするための操作の実行を運転者に促すための情報を報知するよう前記報知手段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、情報の報知後に運転者の操作によって停車確保状態になったときに内燃機関を始動し、その後に、二次電池を充電することができる。

さらに、本発明のハイブリッド車において、前記発電機用インバータ回路は、前記発電機で発生する逆起電力に対して全波整流を行なうことが可能な複数のダイオードを有する回路である、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、前記車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構を備え、前記電動機は、前記駆動軸に動力を入出力可能である、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に動力を入出力可能で前記内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、車軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な二次電池と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
シフトポジションがニュートラルポジションで前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で前記二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として前記発電機により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記内燃機関の始動後は前記発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発電機用インバータ回路を制御すると共に前記発電機で回転に伴って発生する逆起電力が前記発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を制御する、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド車の制御方法では、シフトポジションがニュートラルポジションで発電機用インバータ回路および電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したときには、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として発電機により内燃機関がモータリングされて始動されるよう内燃機関と発電機とを制御し、内燃機関の始動後は発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発機用インバータ回路を制御すると共に発電機で回転に伴って発生する逆起電力が発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関を制御する。即ち、所定条件が成立したときには、停車確保状態であることを条件として内燃機関を始動し、内燃機関の始動後に、発電機で発生する逆起電力により二次電池を充電するのである。したがって、シフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されてから所定条件が成立するまでは内燃機関を始動しないから、シフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されたときに直ちに内燃機関を始動して自立運転するものに比して所定条件が成立する前の内燃機関の燃料消費を抑制することができる。また、内燃機関の始動後は、発電機で発生する逆起電力により二次電池を充電することができる。ここで、「停車確保状態」には、ブレーキ操作量が予め定められた所定操作量以上のときや、パーキングブレーキによって車軸がロックされているときなどが含まれる。

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。モータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系の構成図である。ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるＮポジション時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。インバータ４１，４２をゲート遮断しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数の関係を示す共線図の一例を示す説明図である。変形例のＮポジション時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。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。

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、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を駆動するためのインバータ４１，４２と、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、車両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、例えば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には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２６のクランク角を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどが入力されている。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。なお、エンジンＥＣＵ２４は、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジション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。

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、いずれも外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ４１，４２は、図２のモータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系の構成図に示すように、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６は、それぞれインバータ４１，４２が電力ライン５４として共用する正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとの間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータＭＧ１，ＭＧ２を回転駆動することができる。インバータ４１，４２は、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとを共用しているから、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。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。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

バッテリ５０は、リチウムイオン二次電池として構成されており、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電圧センサ５１ａからの端子間電圧Ｖｂ，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ハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。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バッテリ５０に蓄えられている蓄電量の全容量（蓄電容量）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最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、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と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。

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，駆動輪６３ａ，６３ｂをロックまたはロック解除する図示しない足踏み式のパーキングブレーキの操作用のパーキングブレーキペダル８７の操作状態を検出するパーキングブレーキセンサ８８からの操作信号，車速センサ８９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。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、各種情報を表示可能なディスプレイ９０への信号などが出力ポートを介して出力されている。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。なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトポジションセンサ８２により検出するシフトポジションＳＰとしては、駐車ポジション（Ｐポジション）や中立ポジション（Ｎポジション），ドライブポジション（Ｄポジション），リバースポジション（Ｒポジション）などがある。

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３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Ｎポジション時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、シフトポジションＳＰがＮポジションのときに繰り返し実行される。以下の説明では、エンジン２２が運転停止されている最中にシフトポジションＳＰがＮポジションにシフト変更された場合について説明する。なお、シフトポジションＳＰがＮポジションにシフト変更されたときには、インバータ４１，４２をゲート遮断する（トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６をすべてオフ状態する）。

Ｎポジション時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が運転されているか否かを示すエンジン運転フラグＦｅや、停車が確保されている停車確保状態であるか否かを示すブレーキフラグＦｂ，バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン運転フラグＦｅは、エンジン２２が運転されているときに値１が設定され、エンジン２２が運転されていないときに値０が設定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。また、ブレーキフラグＦｂは、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により、停車確保状態であるときに値１が設定され、停車確保状態でないときには値０が設定されたものを入力するものとした。ここで、停車確保状態であるか否かは、実施例では、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と、パーキングブレーキセンサ８８からの操作信号に基づいて得られる図示しないパーキングブレーキによって駆動輪６３ａ，６３ｂがロックされているか否かを示すロック情報と、を用いて判定するものとし、具体的には、ブレーキペダルポジションＢＰが閾値ＢＰｒｅｆ（例えば、４０％や５０％など）以上のときやパーキングブレーキによって駆動輪６３ａ，６３ｂがロックされているときには停車確保状態であると判定し、ブレーキペダルポジションＢＰが閾値ＢＰｒｅｆ未満でパーキングブレーキによって駆動輪６３ａ，６３ｂがロックされていないときには停車確保状態でないと判断するものとした。バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣは、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、シフトポジションＳＰがＮポジションの状態でバッテリ５０を充電するために行なわれるエンジン２２とモータＭＧ１との制御である充電制御を行なうときに値１が設定されると共に充電制御を行なわないときに値０が設定される充電制御フラグＦｃの値を調べ（ステップＳ１１０）、充電制御フラグＦｃが値０のときには、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを閾値Ｓｌｏｗと比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｓｌｏｗは、充電制御の開始が要求される蓄電割合ＳＯＣの上限として定められるものであり、例えば、２５％や３０％などを用いることができる。バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｌｏｗより大きいときには、充電制御の開始は要求されていないと判断し、充電制御フラグＦｃに値０を設定して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。

バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｌｏｗ以下のとき（例えば、図示しない空調装置のエアコンプレッサなどの補機の駆動によってバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが低下して閾値Ｓｌｏｗ以下になったときなど）には、充電制御の開始が要求されていると判断し、エンジン運転フラグＦｅの値を調べ（ステップＳ１３０）、エンジン運転フラグＦｅが値０のとき、即ち、エンジン２２が運転されていないときには、ブレーキフラグＦｂの値を調べる（ステップＳ１４０）。そして、ブレーキフラグＦｂが値１のとき、即ち、停車確保状態であるときには、エンジン２２を始動する制御信号をモータＥＣＵ４０とエンジンＥＣＵ２４とに送信してエンジン２２を始動し（ステップＳ１５０）、充電制御フラグＦｃに値０を設定して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２を始動する制御信号を受信したモータＥＣＵ４０は、エンジン２２をモータリングするためのトルクがモータＭＧ１から出力されるようモータＭＧ１を制御し、エンジン２２を始動する制御信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ（例えば、１０００ｒｐｍや１２００ｒｐｍなど）に至ったときに燃料噴射と点火とを開始してエンジン２２を始動する。

一方、ステップＳ１４０でブレーキフラグＦｂが値０のとき、即ち、停車確保状態でないときには、ブレーキペダル８５かパーキングブレーキペダル８７を踏み込むことによって停車確保状態にするようにディスプレイ９０に警告情報（例えば、「ブレーキペダルを踏み込んでください。」や「パーキングブレーキをオンとしてください。」などの文字や画像など）を表示出力し（ステップＳ１６０）、充電制御フラグＦｃに値０を設定して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。そして、その後に、運転者によってブレーキペダル８５かパーキングブレーキペダル８７が踏み込まれてブレーキフラグＦｂが値１になると（ステップＳ１４０）、エンジン２２を始動する制御信号をモータＥＣＵ４０とエンジンＥＣＵ２４とに送信してエンジン２２を始動する（ステップＳ１５０）。

こうしてエンジン２２が始動されると、ステップＳ１３０でエンジン運転フラグＦｅが値１であり、モータＭＧ１を駆動するためのインバータ４１のゲート遮断指令をモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ１８０）、エンジン２２の自立運転用の目標回転数Ｎｅ＊に比較的大きい回転数Ｎ１を設定し（ステップＳ１９０）、設定した目標回転数Ｎｅ＊とエンジン２２の自立運転指令とをエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ２００）、充電制御フラグＦｃに値１を設定して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と自立運転指令とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊で自立運転されるようエンジン２２における吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などの制御を行なう。また、回転数Ｎ１は、モータＭＧ１で回転に伴って発生する逆起電力がインバータ４１，４２に作用する電圧よりも大きくなる範囲で設定することができる。インバータ４１，４２をゲート遮断しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数の関係を示す共線図の一例を図４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（値０）を示す。図４から明らかなように、エンジン２２が回転しているときには、動力分配統合機構３０の回転要素における回転数の関係（ギヤ比ρ）に応じた回転数でモータＭＧ１が回転するため、この回転によってモータＭＧ１では逆起電力が発生する。この逆起電力はモータＭＧ１の回転数が大きいほど大きくなるものであり、インバータ４１をゲート遮断している状態では、逆起電力がインバータ４１，４２に作用する電圧以下のときにはこの逆起電力に基づく電流は電力ライン５４に流れないが、逆起電力がインバータ４１，４２に作用する電圧よりも大きいときにはインバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６が全波整流回路として機能するため、逆起電力に基づく電流は電力ライン５４に流れてバッテリ５０に充電される。実施例では、こうしたバッテリ５０の充電が行なわれる範囲で回転数Ｎ１を設定するものとし、例えば、３０００ｒｐｍや３５００ｒｐｍ，４０００ｒｐｍなどを用いることができる。このように回転数Ｎ１でエンジン２２を自立運転することにより、モータＭＧ１で回転に伴って発生する逆起電力によってバッテリ５０を充電することができる。

ステップＳ１１０で充電制御フラグＦｃが値１のときには、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを閾値Ｓｈｉと比較する（ステップＳ２２０）。ここで、閾値Ｓｈｉは、充電制御の終了が要求される蓄電割合ＳＯＣの下限として定められるものであり、例えば、４５％や５０％などを用いることができる。バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｉ未満のときには、ステップＳ１８０〜Ｓ２１０の処理を実行して本ルーチンを終了する。これにより、バッテリ５０の充電が継続される。一方、蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｉ以上のときには、充電制御の終了が要求されていると判断し、エンジン２２を運転停止する制御信号をエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ２３０）、充電制御フラグＦｃに値０を設定して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２を運転停止する制御信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の制御を終了する。これにより、バッテリ５０の充電が終了する。このように蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｉ以上のときにエンジン２２を運転停止することにより、バッテリ５０を充電しないときにエンジン２２の運転を継続するものに比して無駄な燃料消費を抑制することができる。なお、この場合、インバータ４１，４２のゲート遮断は継続される。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、シフトポジションＳＰがＮポジションでバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｌｏｗ以下のときに、停車が確保されていることを条件としてモータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングして始動し、エンジン２２の始動後は、インバータ４１をゲート遮断すると共にモータＭＧ１で発生する逆起電力がインバータ４１，４２に作用する電圧よりも大きくなる回転数Ｎ１でエンジン２２を自立運転するから、シフトポジションＳＰがＮポジションにシフト変更されたときに直ちにエンジン２２を始動するものに比してバッテリ５０の充電を開始する前のエンジン２２の燃料消費を抑制することができると共に、エンジン２２の始動後はモータＭＧ１で発生する逆起電力によりバッテリ５０を充電することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２が運転停止されている最中にシフトポジションＳＰがＮポジションにシフト変更された場合について説明したが、エンジン２２が運転されている状態でシフトポジションＳＰがＮポジションにシフト変更されたときには、エンジン２２を運転停止し、その後に、実施例と同様に、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｌｏｗ以下になったときに停車が確保されていることを条件としてエンジン２２を始動することにより、実施例と同様の効果を奏することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、ブレーキペダルポジションＢＰとパーキングブレーキによって駆動輪６３ａ，６３ｂがロックされているか否かを示すロック情報とを用いて停車確保状態であるか否かを判断するものとしたが、ブレーキペダルポジションＢＰとロック情報とのうち一方だけを用いて停車確保状態であるか否かを判断するものとしてもよい。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、パーキングブレーキは、駆動輪６３ａ，６３ｂをロックまたはロック解除する足踏み式のものを用いるものとしたが、手動によるレバー式やスイッチ式のものなどを用いるものとしてもよいし、また、従動輪をロックまたはロック解除するものをを用い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の始動後は、回転数Ｎ１で自立運転することにより、モータＭＧ１で発生した逆起電力によってバッテリ５０を充電するものとしたが、エンジン２２の始動後に停車確保状態であるとき（エンジン２２の始動前から停車確保状態が継続されているときや、エンジン２２の始動後に停車確保状態が一旦解除されその後に再び停車確保状態になったとき）には、エンジン２２からの動力を用いたモータＭＧ１の発電電力によってバッテリ５０を充電するものとしてもよい。この場合のＮポジション時制御ルーチンの一例を図５に示す。このルーチンは、ステップＳ３００〜Ｓ３２０の処理を追加した点を除いて図３のＮポジション時制御ルーチンと同一である。したがって、同一の処理については同一のステップ番号を付し、その詳細な説明は省略する。このＮポジション時制御ルーチンでは、エンジン２２が始動されてステップＳ１３０でエンジンフラグＦｅが値１のときには、ブレーキフラグＦｂの値を調べ（ステップＳ３００）、ブレーキフラグＦｂが値１のときには、バッテリ５０の充電用のエンジン２２の回転数として予め設定された値Ｎｃｈ（例えば、２０００ｒｐｍや２５００ｒｐｍなど）をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定すると共にバッテリ５０の充電用のエンジン２２のトルクとして予め設定された値Ｔｃｈをエンジン２２の目標トルクＴｅ＊として設定してこれらをエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ３１０）、設定した目標トルクＴｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）により計算される値をモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定してモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ３２０）、充電制御フラグＦｃに値１を設定して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。これにより、エンジン２２からの動力を受けてモータＭＧ１で発電される電力によってバッテリ５０を充電することができる。しかも、この場合には、モータＭＧ１で発生する逆起電力をインバータ４１，４２に作用する電圧よりも大きくする必要がないため、回転数Ｎｃｈとしては、通常、回転数Ｎ１よりも低い回転数を用いることができる。したがって、エンジン２２の回転数Ｎｅが高くなることによる違和感を運転者に与えるのを抑制することができる。なお、式（１）は、前述の図４の共線図を用いれば容易に導くことができる。

Tm1*=-ρ・Te*/(1+ρ) (1)

実施例のハイブリッド自動車２０では、充電制御の実行中にバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｉ以上に至ったときには、エンジン２２を運転停止するものとしたが、回転数Ｎ１より低い回転数Ｎ２でエンジン２２を自立運転するものとしてもよい。ここで、回転数Ｎ２は、モータＭＧ１で発生する逆起電力が高電圧系の電圧ＶＨ以下となる範囲で設定することができ、例えば、１０００ｒｐｍや１２００ｒｐｍなどを用いることができる。この場合でも、シフトポジションＳＰがＮポジションにシフト変更されてから充電制御の開始が要求されるまでは実施例と同様にエンジン２２を運転停止することにより、燃料消費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、警告情報（例えば、「ブレーキペダルを踏み込んでください。」や「パーキングブレーキをオンとしてください。」などの文字や画像など）をディスプレイ９０に表示出力するものとしたが、これに代えて又は加えて、図示しないスピーカから警告情報を音声出力するものとしてもよい。また、こうした警告情報を出力しないものとしてもよい。

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６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６における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に出力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７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に発電用のモータＭＧ１が接続されていると共に駆動輪６３ａ，６３ｂにモータＭＧ２が接続され、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ４１，４２にバッテリ５０が接続されているものとしてもよい。

また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両の形態としてもよい。また、ハイブリッド車の制御方法の形態としてもよい。

実施例の主要な要素と発明の概要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「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、インバータ４１が「発電機用インバータ回路」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ４２が「電動機用インバータ回路」に相当し、バッテリ５０が「二次電池」に相当し、充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを演算するバッテリＥＣＵ５２が「蓄電割合検出手段」に相当し、シフトポジションＳＰがＮポジションでバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｌｏｗ以下のときに、停車が確保されていることを条件としてエンジン２２を始動する制御信号をモータＥＣＵ４０とエンジンＥＣＵ２４とに送信し、エンジン２２の始動後は、インバータ４１のゲート遮断指令をモータＥＣＵ４０に送信すると共にエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に比較的大きい回転数Ｎ１を設定してこれと自立運転指令とをエンジンＥＣＵ２４に送信するハイブリッド用電子制御ユニット７０と、エンジン２２を始動する制御信号を受信したときにエンジン２２をモータリングするためのトルクがモータＭＧ１から出力されるようモータＭＧ１を制御し、インバータ４１のゲート遮断指令を受信したときにインバータ４１をゲート遮断し、インバータ４２のゲート遮断指令を受信したときにインバータ４２をゲート遮断するモータＥＣＵ４０と、エンジン２２を始動する制御信号を受信したときにエンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆに至ったときに燃料噴射と点火とを開始し、目標回転数Ｎｅ＊と自立運転指令とを受信したときに目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２が自立運転されるようエンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４と、が「制御手段」に相当する。また、動力分配統合機構３０が「遊星歯車機構」に相当する。

ここで、「内燃機関」としては、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に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し回転に伴って逆起電力を発生するものであれば如何なるタイプの発電機であっても構わない。「発電機用インバータ回路」としては、インバータ４１に限定されるものではなく、発電機を駆動するものであれば如何なるインバータ回路としても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、車軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「電動機用インバータ回路」としては、インバータ４２に限定されるものではなく、電動機を駆動するものであれば如何なるインバータ回路としても構わない。「二次電池」としては、リチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ５０に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池，鉛蓄電池など、発電機用インバータ回路および電動機用インバータ回路を介して発電機や電動機と電力のやりとりが可能なものであれば如何なるタイプの二次電池であっても構わない。「蓄電割合検出手段」としては、充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを演算するものに限定されるものではなく、バッテリ５０の開放電圧に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算するものなど、二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、シフトポジションＳＰがＮポジションでバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｌｏｗ以下のときに、停車が確保されていることを条件としてモータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングして始動し、エンジン２２の始動後は、インバータ４１をゲート遮断すると共にモータＭＧ１で発生する逆起電力がインバータ４１，４２に作用する電圧よりも大きくなる回転数Ｎ１でエンジン２２を自立運転するものに限定されるものではなく、シフトポジションがニュートラルポジションで発電機用インバータ回路および電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として発電機により内燃機関がモータリングされて始動されるよう内燃機関と発電機とを制御し、内燃機関の始動後は、発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発機用インバータ回路を制御すると共に発電機で回転に伴って発生する逆起電力が発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。「遊星歯車機構」としては、上述の動力分配統合機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて４以上の軸に接続されるものなど、車軸に連結された駆動軸と内燃機関の出力軸と発電機の回転軸との３軸に３つの回転要素が接続されたものであれば如何なるものとしても構わない。

なお、実施例の主要な要素と発明の概要の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が発明の概要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、発明の概要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、発明の概要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、実施例は発明の概要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、ハイブリッド車の製造産業などに利用可能である。

Claims

内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で、前記内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し、該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、
前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、
車軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、
前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な二次電池と、
前記二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合を検出する蓄電割合検出手段と、
シフトポジションがニュートラルポジションで前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で前記検出された蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として前記発電機により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記内燃機関の始動後は前記発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発電機用インバータ回路を制御すると共に前記発電機で回転に伴って発生する逆起電力が前記発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を制御する制御手段と、
を備えるハイブリッド車。
請求項１記載のハイブリッド車であって、
前記制御手段は、前記内燃機関の始動後、前記停車確保状態であるときには、前記内燃機関からの動力を用いた前記発電機の発電電力による前記二次電池の充電が行なわれるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御する手段である、
ハイブリッド車。
請求項１記載のハイブリッド車であって、
情報を報知する報知手段を備え、
前記制御手段は、前記所定条件が成立したときに前記停車確保状態でないときには、前記停車確保状態にするための操作の実行を運転者に促すための情報を報知するよう前記報知手段を制御する手段である、
ハイブリッド車。
請求項１に記載のハイブリッド車であって、
前記車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構を備え、
前記電動機は、前記駆動軸に動力を入出力可能である、
ハイブリッド車。
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で前記内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、車軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な二次電池と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
シフトポジションがニュートラルポジションで前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で前記二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として前記発電機により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記内燃機関の始動後は前記発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発電機用インバータ回路を制御すると共に前記発電機で回転に伴って発生する逆起電力が前記発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を制御する、
ことを特徴とするハイブリッド車の制御方法。