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、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として構成されたエンジン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を介して複数のピニオンギヤ33を連結したキャリア34が接続されると共に駆動輪39a,39bにギヤ機構60とデファレンシャルギヤ62とを介して連結された駆動軸としてのリングギヤ軸32aにリングギヤ32が接続されて遊星歯車機構として構成された3軸式の動力分配統合機構30と、例えば周知の同期発電電動機として構成されて動力分配統合機構30のサンギヤ31にロータが接続されたモータMG1と、例えば周知の同期発電電動機として構成されて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに変速機60を介してロータが接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2を駆動するための駆動回路として構成されたインバータ41,42と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されインバータ41,42を介してモータMG1,MG2と電力をやり取りするバッテリ50と、駆動輪39a,39bや図示しない従動輪のブレーキを制御するためのブレーキアクチュエータ92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、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24によりその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がなされている。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が入力されており、エンジンECU24からは、図示しないスロットルバルブや燃料噴射弁,点火プラグ,可変バルブタイミング機構などへの駆動制御信号が出力されている。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。また、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、即ちエンジン回転数Neも演算している。
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、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の正極側の出力端子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から放電可能な蓄電量の全容量に対する割合としての蓄電割合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を演算したりする。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。
変速機60は、モータMG2の回転軸48とリングギヤ軸32aとの接続および接続の解除を行なうと共に両軸の接続をモータMG2の回転軸48の回転数を2段に減速してリングギヤ軸32aに伝達するよう構成されている。変速機60の構成の一例を図2に示す。この図2に示す変速機60は、ダブルピニオンの遊星歯車機構60aとシングルピニオンの遊星歯車機構60bと二つのブレーキB1,B2とにより構成されている。ダブルピニオンの遊星歯車機構60aは、外歯歯車のサンギヤ61と、このサンギヤ61と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ62と、サンギヤ61に噛合する複数の第1ピニオンギヤ63aと、この第1ピニオンギヤ63aに噛合すると共にリングギヤ62に噛合する複数の第2ピニオンギヤ63bと、複数の第1ピニオンギヤ63aおよび複数の第2ピニオンギヤ63bを連結して自転かつ公転自在に保持するキャリア64とを備えており、サンギヤ61はブレーキB1のオンオフによりその回転を自由にまたは停止できるようになっている。シングルピニオンの遊星歯車機構60bは、外歯歯車のサンギヤ65と、このサンギヤ65と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ66と、サンギヤ65に噛合すると共にリングギヤ66に噛合する複数のピニオンギヤ67と、複数のピニオンギヤ67を自転かつ公転自在に保持するキャリア68とを備えており、サンギヤ65はモータMG2の回転軸48に、キャリア68はリングギヤ軸32aにそれぞれ連結されていると共にリングギヤ66はブレーキB2のオンオフによりその回転が自由にまたは停止できるようになっている。ダブルピニオンの遊星歯車機構60aとシングルピニオンの遊星歯車機構60bとは、リングギヤ62とリングギヤ66、キャリア64とキャリア68とによりそれぞれ連結されている。変速機60は、ブレーキB1,B2を共にオフとすることによりモータMG2の回転軸48をリングギヤ軸32aから切り離すことができ、ブレーキB1をオフとすると共にブレーキB2をオンとしてモータMG2の回転軸48の回転を比較的大きな減速比で減速してリングギヤ軸32aに伝達し(以下、この状態をLoギヤの状態という)、ブレーキB1をオンとすると共にブレーキB2をオフとしてモータMG2の回転軸48の回転を比較的小さな減速比で減速してリングギヤ軸32aに伝達する(以下、この状態をHiギヤの状態という)。
ブレーキアクチュエータ92は、ブレーキペダル85の踏み込みに応じて生じるブレーキマスターシリンダ90の圧力(ブレーキ圧)と車速Vとにより車両に作用させる制動力におけるブレーキの分担分に応じた制動トルクが駆動輪39a,39bや図示しない従動輪に作用するようブレーキホイールシリンダ96a〜96dの油圧を調整する。以下、ブレーキアクチュエータ92の作動により駆動輪39a,39bや図示しない従動輪に制動力を作用させる場合を油圧ブレーキと称する。ブレーキアクチュエータ92は、ブレーキ用電子制御ユニット(以下、ブレーキECUという)94により制御されている。ブレーキECU94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ブレーキアクチュエータ92を駆動制御したり、必要に応じてブレーキアクチュエータ92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に出力する。
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。また、ハイブリッド用電子制御ユニット70からは、変速機60への制御信号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,ブレーキECU94,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,ブレーキECU94,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。また、実施例のハイブリッド自動車20では、ブレーキペダル85が踏み込まれたときには、ブレーキペダル85の踏み込みに応じて生じるブレーキマスターシリンダ90の圧力(ブレーキ踏力)と車速Vとにより車両に作用させるべき要求制動力を設定し、この要求制動力が油圧ブレーキと回生ブレーキとの協調により車両に作用するように、油圧ブレーキの分担分に応じた制動トルクが駆動輪39a,39bや従動輪に作用するようブレーキアクチュエータ92を制御すると共に回生ブレーキの分担分に応じた制動トルクが駆動輪39a,39bに作用するようモータMG2を駆動制御(回生制御)する。
また、実施例のハイブリッド自動車20では、シフトレバー81のシフトポジションSPとして、駐車時に用いる駐車ポジション(Pポジション)、後進走行用のリバースポジション(Rポジション)、中立のニュートラルポジション(Nポジション)、前進走行用の通常のドライブポジション(Dポジション)の他に、シーケンシャルシフトポジション(Sポジション)、アップシフト指示ポジションおよびダウンシフト指示ポジションが用意されている。シフトポジションSPとしてDポジションを選択すると、実施例のハイブリッド自動車20は、効率よく且つパワーの出力の応答性が比較的良好となるようエンジン22を運転するように駆動制御する。また、シフトポジションSPとしてSポジションを選択すれば、主として減速時に、車速Vに対するエンジン22の回転数の比を例えば6段階(SP1〜SP6)に変更することが可能となる。実施例では、運転者によりシフトレバー81がSポジションにセットされると、シフトポジションSPが5段目のSP5とされ、シフトポジションセンサ82によりシフトポジションSP=SP5である旨が検出される。以後、シフトレバー81がアップシフト指示ポジションにセットされるとシフトポジションSPが1段ずつ上げられる(アップシフトされる)一方、シフトレバー81がダウンシフト指示ポジションにセットされるとシフトポジションSPが1段ずつ下げられ(ダウンシフトされ)、シフトポジションセンサ82は、シフトレバー81の操作に応じて現在のシフトポジションSPを出力する。
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。
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,シフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,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により検出されたモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて演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、バッテリ50の電池温度Tbとバッテリ50の蓄電割合(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。
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T*を設定する(ステップS110)。ここで、要求トルクT*の設定は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vとの関係を予め求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とが与えられるとマップから対応する要求トルクT*を導出することにより行なうものとした。要求トルク設定用マップの一例を図4に示す。要求トルク設定用マップでは、図4に示すように、走行中にアクセル開度Accが0%、即ちアクセルオフされたときには、エンジンブレーキに相当する制動力が設定される。なお、図示しないが、シフトポジションSPがRポジションのときには、DポジションやSポジションと要求トルクT*および車速Vの符号が逆向きとなる。要求トルクT*が設定されると、緩変化基準点Tbs(基準トルクに相当)を中心として所定値Trtだけ大きい値と所定値Trtだけ小さい値とをそれぞれ上下限値として要求トルクT*を制限処理(緩変化処理)して処理後要求トルクTpsmoを設定する(ステップS120)。緩変化基準点Tbsについての詳細は後述する。
続いて、ブレーキペダルポジションBPからブレーキオンか否かを判定し(ステップS130)、ブレーキオンのときには、ブレーキペダルポジションBPと車速Vとに基づいて車両に作用すべき制動力における回生ブレーキの分担分の制動トルク(回生協調トルクTreg)と油圧ブレーキの分担分の制動トルク(ブレーキトルクTb*)とを設定する(ステップS140)。ここで、回生協調トルクTregとブレーキトルクTb*の設定は、実施例では、ブレーキペダルポジションBP(ブレーキ踏力)と回生協調トルクTregおよびブレーキトルクTbkとの関係を車速V毎に予め求めて制動トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、ブレーキペダルポジションBP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回生協調トルクTregおよびブレーキトルクTbkを導出することにより行なうものとした。図5に中低車速時における制動トルク設定用マップの一例を示す。なお、図示しないが、高車速時や極低車速時には、中低車速時に比して油圧ブレーキの分担分が大きくなるよう制動トルク設定用マップを作成するものとした。一方、ブレーキオフのときには、回生協調トルクTregとブレーキトルクTb*とにそれぞれ値0を設定する(ステップS150)。
次に、エンジン制御指令を設定すると共に(ステップS160)、モータMG1から出力すべきトルクの仮の値である仮モータトルクTm1tmpを設定する(ステップS170)。ここで、エンジン制御指令と仮モータトルクTm1tmpの設定は、エンジン22が運転中のときには、処理後要求トルクTpsmoにリングギヤ32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との和としての値をエンジン22から出力すべきパワーであるエンジン要求パワーPe*として設定し、エンジン要求パワーPe*をエンジン22から効率良く出力するための運転ポイントとしての目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定し、エンジン22の目標回転数Ne*とモータMG2の回転数Nm2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*と入力したモータMG1の回転数Nm1とに基づいて式(2)により仮モ−タトルクTm1tmpを計算することにより行なう。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。エンジン22からパワーを出力している状態で走行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とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図6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が変速機60を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。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。シフトレバー81がSポジションにセットされているときには、エンジン制御指令と仮モータトルクTm1tmpの設定は、指定されている段に応じた車速Vに対するエンジン22の回転数の比となるようエンジン22の目標回転数Ne*を設定し、設定したエンジン22の目標回転数Ne*とモータMG2の回転数Nm2と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて式(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*と入力したモータMG1の回転数Nm1とに基づいて式(2)により仮モ−タトルクTm1tmpを計算することにより行なう。
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/ρ (1)
Tm1tmp=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
仮モータトルクTm1tmpが設定されると、式(3)および式(4)を共に満たすモータ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Tm1min,Tm1maxを設定し(ステップS180)、設定した仮トルクTm1tmpを式(5)によりトルク制限Tm1min,Tm1maxで制限してモータMG1のトルク指令Tm1*を設定する(ステップ190)。ここで、式(3)はモータMG1やモータMG2によりリングギヤ軸32aに出力されるトルクの総和が値0から処理後要求トルクTpsmoまでの範囲内となる関係であり、式(4)はモータMG1とモータMG2とにより入出力される電力の総和が入出力制限Win,Woutの範囲内となる関係である。トルク制限Tm1min,Tm1maxの一例を図7に示す。トルク制限Tm1min,Tm1maxは、図中斜線で示した領域内のトルク指令Tm1*の最大値と最小値として求めることができる。
0≦−Tm1/ρ+Tm2・Gr≦Tpsmo (3)
Win≦Tm1・Nm1+Tm2・Nm2≦Wout (4)
Tm1*=max(min(Tm1tmp,Tm1max),Tm1min) (5)
ステップS160〜S190の処理は、エンジン22を始動するときには、エンジン22の回転数Neが迅速に増加するよう比較的大きなトルクをモ−タトルク指令Tm1*が設定され、エンジン22の回転数Neが所定回転数Nrefに至ると、エンジン22の燃料噴射制御や点火制御が開始されるよう燃料噴射指令や点火指令が設定される(始動処理)。また、エンジン22を停止するときには、エンジン22の燃料噴射が停止されるよう燃料噴射停止指令が設定されると共にエンジン22の回転数Neが迅速に減少して目標とするクランク角で停止するようモ−タトルク指令Tm1*が設定される(停止処理)。ここで、エンジン22の始動条件としては、走行に要求される要求動力(パワー)が所定動力以上のときやエンジン22の熱を用いて乗員室内を暖房する図示しない暖房装置に暖房が要求されたとき、蓄電割合SOCが所定割合未満となってバッテリ50の充電が要求されたときなどに成立し、停止条件としては、始動条件の全てが成立しなくなったときに成立する。なお、エンジン22が停止中のときには、モータMG1のモータトルク指令Tm1*には値0が設定される。
こうしてエンジン22の運転指令とモータトルク指令Tm1*とを設定すると、設定したモータトルク指令Tm1*と動力分配統合機構30のギヤ比ρとに基づいて式(6)によりモータMG1から出力されるトルクがリングギヤ軸32a側に伝達されるトルクである直達トルクTepを計算し(ステップS200)、処理後要求トルクTpsmoから直達トルクTepを減じて押し当てトルクTpushと初爆補正トルクTfireと回生協調トルクTregとを加えたものを変速機60の現在のギヤ比Grで割った式(7)によりモータMG2から出力すべきトルクの仮の値である仮モータトルクTm2tmpを計算し(ステップS210)、バッテリ50の入出力制限Win,Woutと設定したモータトルク指令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で割ることによりトルク制限Tm2min,Tm2maxを式(8)および式(9)計算すると共に(ステップS220)、設定した仮モータトルクTm2tmpを式(10)によりトルク制限Tm2min,Tm2maxで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS230)。
Tep=-Tm1*/ρ (6)
Tm2tmp=(Tpsmo-Tep+Treg+Tpush+Tfire)/Gr (7)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (8)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (9)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (10)
ここで、押し当てトルクTpushは、停車時にエンジン22のトルク脈動によって動力分配統合機構30などのギヤ機構に歯打ちが生じないようモータMG2からのトルクによりギヤを片側に押し当てるためのトルクであり、図8の押し当て制御ルーチンにより設定されたものが用いられる。押し当て制御ルーチンでは、停車中か否かを判定し(ステップS300)、停車中でない即ち走行中のときには押し当てトルクTpushに値0を設定する(ステップS370)。一方、停車中のときには、エンジン22が始動処理中か否か(ステップS310)、エンジン22が停止処理中か否か(ステップS320)、エンジン22が自立運転中か否か(ステップS330)、エンジン22が負荷運転中か否か(ステップS340)、エンジン22がレーシング(空吹かし)中か否か(ステップS350)、イグニッションオフ時か否か(ステップS360)をそれぞれ判定し、ステップS310〜S360の判定のいずれかが肯定的な判定のときには、ギヤ機構のギヤを片側に押し当てるために必要なトルクとして予め定められた所定トルクTsetを押し当てトルクTpushに設定し(ステップS380)、いずれもが否定的な判定のときには、押し当てトルクTpushに値0を設定する(ステップS370)。また、初爆補正トルクTfireは,エンジン22を始動する際の初爆時にリングギヤ軸32a側に作用する正方向のトルクをキャンセルするためにモータMG2から出力する負方向のトルクであり、図9の初爆補正ルーチンにより設定されたものが用いられる。初爆補正ルーチンでは、エンジン22が始動処理中であるか否か(ステップS440)、エンジン22の燃料噴射制御と点火制御とが開始されたか否か(ステップS450)をそれぞれ判定し、始動処理中でないか始動処理中であっても燃料噴射制御と点火制御とが開始されていないときには、初爆補正トルクTfireに値0を設定する(ステップS450)。一方、始動処理中で且つ燃料噴射制御と点火制御とが開始されているときには、燃焼噴射制御と点火制御の開始からの経過時間tを計測し(ステップS420)、経過時間tが予め定められた初爆発生期間内にあるか否かを判定する(ステップS430)。経過時間tが初爆発生期間内にないときには、初爆補正トルクTfireに値0を設定し(ステップS450)、経過時間tが初爆発生期間内にあるときには、初爆時にリングギヤ軸32a側に作用する正方向のトルクをキャンセルするために必要なトルクとして経過時間tに応じて予め定められたトルクを初爆補正トルクTfireに設定する(ステップS440)。回生協調トルクTregについては前述した。こうした押し当てトルクTpushや初爆補正トルクTfire,回生協調トルクTregは、ドライバビリティを向上させたりエネルギー効率を高めたりする等のシステム上の要件で適宜付加されるトルクであり、運転者によるアクセルペダル83の踏み込みに拘わらず設定される。
そして、変速機60の変速が要求されているか否かを判定し(ステップS240)、変速が要求されているときには、変速要求に応じた変速段に変更されるよう変速機60を制御する(ステップS250)。ここで、変速の要求は、変速機60がLoギヤの状態で車速VがLo−Hi変速線を上回ったときにHiギヤへの変更(アップシフト)の要求としてなされ、変速機60がHiギヤの状態で車速VがHi−Lo変速線を下回ったときにLoギヤへの変更(ダウンシフト)の要求としてなされる。なお、前述したように、Hiギヤの状態の変更はブレーキB1をオンとすると共にブレーキB2をオフ状態とすることにより行なわれ、Loギヤの状態への変更はブレーキB1をオフとすると共にブレーキB2をオンとすることにより行なわれる。また、モータMG2のトルク指令Tm2*に負の値が設定されている状態で変速機60の変速比の変更(ダウンシフト)が要求されたときには、モータMG2のトルク(制動力)を油圧ブレーキに置き換えるトルク置き換え処理を伴って変速制御が行なわれる。図10は、トルク置き換え処理を伴う変速制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。変速制御ルーチンでは、モータMG2のトルク指令Tm2*に変速機60のギヤ比Grを乗じてブレーキ協調トルクTbrkを設定し(ステップS500)、レート処理によりモータMG2のトルク指令Tm2*を値0まで徐々に変化させると共にブレーキトルクTb*をブレーキ協調トルクTbrkに相当する分まで徐々に変化させることによりトルクの置き換えを実行し(ステップS510)、トルクの置き換えが完了すると、変速制御を開始し(ステップS520)、変速制御が完了すると(ステップS530)、レート処理によりモータMG2のトルク指令Tm2*を値0からブレーキ協調トルクTbrkに相当する分まで徐々に変化させると共にブレーキトルクTb*を値0まで徐々に変化させることによりトルク戻しを実行すると共に(ステップS540)ブレーキ協調トルクTbrkを値0に戻して(ステップS550)、本ルーチンを終了する。このように、ステップS230で設定されたモータMG2のトルク指令Tm2*は、トルク置き換え処理を伴う変速制御が行なわれると、変速制御が完了するまで値0とされる。
エンジン22の制御指令とモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*とを設定すると、次周回のステップS120で用いる緩変化基準点Tbsを設定し(ステップS260)、設定した制御指令をエンジンECU24に送信し、設定したトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信し、設定したブレーキトルクTb*をブレーキECU94に送信して(ステップS270)、本ルーチンを終了する。制御指令として目標回転数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、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。こうした制御により、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でエンジン22を効率よく運転して駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行することができる。また、エンジンECU24が制御指令として始動処理における燃料噴射指令や点火指令を受信したり停止処理における燃料噴射停止指令を受信すると、受信した指令に応じた燃料噴射制御や点火制御を行なう。また、ブレーキペダル85が踏み込まれているときには、基本的には、トルク指令Tm2*を受信したモータECU40が、トルク指令Tm2*に応じた制動トルクがモータMG2から出力されるようインバータ42のスイッチング素子のスイッチング制御(回生制御)を行ない、ブレーキトルクTb*を受信したブレーキECU94が、ブレーキトルクTb*が車両に作用するようブレーキアクチュエータ92の制御を行なう。
次に、緩変化基準点Tbsを設定する処理について説明する。図11は、緩変化基準点設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。緩変化基準点設定ルーチンでは、図3の駆動制御ルーチンのステップS230で設定されたモータMG2のトルク指令Tm2*に変速機60の現在のギヤ比Grを乗じることにより実行トルクTmpを計算し(ステップS600)、駆動制御ルーチンのステップS120で設定された処理後要求トルクTpsmoから直達トルクTepを減じて更にブレーキ協調トルクTbrkを加えることによりユーザー要求トルクTprqusを計算し(ステップS610)、回生協調トルクTregと押し当てトルクTpushと初爆補正トルクTfireとの和により付加トルクTpaddを計算する(ステップS620)。ここで、実行トルクTmpは駆動制御ルーチンで最終的に設定されるモータMG2のトルク指令Tm2*をリングギヤ軸32a上のトルクに換算したものを示し、ユーザー要求トルクTprqusは処理後要求トルクTpsmoのうちモータMG2が本来分担すべきトルクを示し、付加トルクTpaddはシステム上の要件で付加されるトルク(回生協調トルクTreg,押し当てトルクTpush,初爆補正トルクTfire)を示す。
こうして実行トルクTmp,ユーザー要求トルクTprqus,付加トルクTpaddを計算すると、付加トルクTpaddが値0以上か否かを判定する(ステップS630)。付加トルクTpaddが値0以上のときには、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqusと付加トルクTpaddとの和(以下、この和のトルクをシステム要件トルクと呼ぶ)よりも大きいか否か(ステップS640)、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqus以上か否か(ステップS650)を判定する。実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)よりも大きいときには、実行トルクTmpからシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)を減じてユーザー要求トルクTprqusを加えたもの(即ち、実行トルクTmpから付加トルクTpaddを減じたもの)をモータトルク基準点Tbstmpに設定し(ステップS660)、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)以下で且つユーザー要求トルクTprqus以上のときには、ユーザー要求トルクTprqusをモータトルク基準点Tbstmpに設定し(ステップS670)、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqus未満のときには、実行トルクTmpをモータトルク基準点Tbstmpに設定する(ステップS680)。
一方、付加トルクTpaddが値0未満のときには、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqusよりも大きいか否か(ステップS690)、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)以上か否か(ステップS700)を判定する。実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqusよりも大きいときには、実行トルクTmpをモータトルク基準点Tbstmpに設定し(ステップS710)、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqus以下で且つシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)以上のときには、ユーザー要求トルクTprqusをモータトルク基準点Tbstmpに設定し(ステップS720)、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)未満のときには、システム要件トルク(Tprqus+Tpadd)から実行トルクTmpを減じたものをユーザー要求トルクTprqusから減じてモータトルク基準点Tbstmpを設定(即ち、実行トルクTmpから付加トルクTpaddを減じたものを設定)する(ステップS730)。
こうしてモータトルク基準点Tbstmpを設定すると、設定したモータトルク基準点Tbstmpに直達トルクTerを加えて更にブレーキ協調トルクTbrkを減じることにより緩変化基準点Tbsを設定して(ステップS740)、本ルーチンを終了する。
図12に、付加トルクTpaddが値0以上の場合の実行トルクTmpとシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)とユーザー要求トルクTprqusと緩変化基準点Tbsとの関係を示し、図13に、付加トルクTpaddが値0未満の場合の実行トルクTmpとシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)とユーザー要求トルクTprqusと緩変化基準点Tbsとの関係を示す。図12に示すように、緩変化基準点Tbs(モータトルク基準点Tbstmp)は、付加トルクTpaddが値0以上の場合、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)よりも大きいときには実行トルクTmpから付加トルクTpaddを減じたトルクに相当するトルクとなり(図12(a)参照)、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)以下でユーザー要求トルクTprqus以上のときにはユーザー要求トルクTprqusに相当するトルクとなり(図12(b)参照)、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqus未満のときには実行トルクTmpに相当するトルクとなる(図12(c)参照)。また、図13に示すように、付加トルクTpaddが値0未満の場合、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqusよりも大きいときには実行トルクTmpに相当するトルクとなり(図13(d)参照)、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqus以下で且つシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)以上のときにはユーザー要求トルクTprqusに相当するトルクとなり(図13(e)参照)、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)未満のときには実行トルクTmpから付加トルクTpaddを減じたトルクに相当するトルクとなる(図13(f)参照)。実行トルクTmpはシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)に対してステップS220,S230のトルク制限Tm2max,Tm2minに相当する上下限制限が施されたものであるから、システム要件トルク(Tprqus+Tpadd)が上下限制限に掛からない場合には実行トルクTmpとシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)とが一致するが、システム要件トルク(Tprqus+Tpadd)が上下限制限に掛かる場合には実行トルクTmpとシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)とは一致しない。後者の場合、上下限制限による制限トルクは、実行トルクTmpからシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)を減じたもの(Tmp−(Tprqus+Tpadd))として計算することができる。以上を踏まえると、緩変化基準点Tbs(モータトルク基準点Tbstmp)の設定は、付加トルクTpaddと制限トルク(Tmp−(Tprqus+Tpadd))の符号が同じ場合、ユーザー要求トルクTprqusに制限トルク(Tmp−(Tprqus+Tpadd))分だけを加えたものを設定し、付加トルクTpaddと制限トルク(Tmp−(Tprqus+Tpadd))の符号が反対の場合、制限トルク(Tmp−(Tprqus+Tpadd))を付加トルクTpaddで相殺した後の残余の制限分があるとき(即ち、制限トルクの絶対値が付加トルクの絶対値よりも大きいとき)にはその残余の制限分をユーザー要求トルクTprqusに加えたものを設定し、残余の制限分がないとき(即ち、制限トルクの絶対値が付加トルクの絶対値以下のとき)にはユーザー要求トルクTprqusを設定するものと言うことができる。ここで、緩変化基準点Tbsとして実行トルクTmpを用いて次周回の要求トルクT*に対してレート処理を施すものとすれば、通常は、リングギヤ軸32aに出力されるトルクの変化はレートに沿ったスムーズなものとなる。しかしながら、アクセルペダル83の踏み込みや踏み戻しが急激に行なわれたりシフトレバー81によるシフトチェンジがなされたりして要求トルクT*が前周回の要求トルクT*に対して大きく変化すると、実行トルクTmpにはシステム上の要件で設定される付加トルクTpaddが含まれてるために、付加トルクTpadd分に引きずられて要求トルクT*の変化が制限され、運転者が意図しないトルクが出力される場合が生じる。実施例では、こうした場合を考慮して、緩変化基準点Tbsに付加トルクTpadd分が含まれないようにしているのである。なお、システム要件トルク(Tprqus+Tpadd)が上下限制限に掛からない場合には、実行トルクTmpとシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)とが一致するから、処理後要求トルクTpsmoが緩変化基準点Tbsとして設定されることになる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、付加トルクTpaddが値0以上の場合、緩変化基準点Tbsとして、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)よりも大きいときには実行トルクTmpから付加トルクTpaddを減じたトルクを設定し、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)以下でユーザー要求トルクTprqus以上のときにはユーザー要求トルクTprqusを設定し、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqus未満のときには実行トルクTmpを設定し、付加トルクTpaddが値0未満の場合、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqusよりも大きいときには実行トルクTmpを設定し、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqus以下で且つシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)以上のときにはユーザー要求トルクTprqusを設定し、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)未満のときには実行トルクTmpから付加トルクTpaddを減じたトルクに基づいて設定することにより、緩変化基準点Tbsに付加トルクTpaddが反映されないようにするから、付加トルクTpadd分を含む実行トルクTmpを緩変化基準点Tbsとして設定するものに比して、要求トルクT*の変化に迅速に対応することができ、運転者の意図しないトルクが出力されるのを抑制することができる。この結果、ドライバビリティの向上を図ることができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、緩変化基準点Tbsに付加トルクTpadd分が一切含まれないように緩変化基準点Tbsを設定するものとしたが、付加トルクTpaddの一部が含まれるように緩変化基準点Tbsを設定するものとしてもよい。例えば、図11の緩変化基準点設定ルーチンで設定された緩変化基準点Tbsに対して付加トルクTpaddに値0よりも大きく値1よりも小さい係数(例えば、0.3や0.5など)を乗じたものを加算するなどとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、付加トルクTpaddとして、回生協調トルクTregと押し当てトルクTpushと初爆補正トルクTfireとを適用するものとしたが、これに限定されるものではなく、システム上の要件で付加される如何なるトルクを付加トルクとして適用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から出力すべきトルクである仮モータトルクTm2tmpに対してバッテリ50の入出力制限Win,Woutに基づくトルク制限Tm2max,Tm2minを施すことによりモータMG2のトルク指令Tm2*を設定するものとしたが、これに限られず、バッテリ50の定格値に基づくトルク制限など仮モータトルクTm2tmpに対して適用される上下限制限であれば、如何なる上下限制限であっても構わない。
実施例のハイブリッド自動車20では、変速機60を介して駆動軸としてのリングギヤ軸32aにモータMG2を取り付けるものとしたが、リングギヤ軸32aにモータMG2を直接取り付けるものとしてもよいし、変速機60に代えて減速ギヤを介してリングギヤ軸32aにモータMG2を取り付け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、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14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14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。
実施例では、本発明をエンジン22と動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とを備えるハイブリッド自動車20に適用して説明したが、これに限られず、走行用のモータを備える自動車であれば、例えば、エンジンの出力軸を変速機を介して駆動軸に接続すると共にエンジンの出力軸にモータが接続されたハイブリッド自動車などの他のタイプのハイブリッド自動車に適用するものとしてもよいし、エンジンを備えない電気自動車に適用するものとしてもよい。
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段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、モータMG2が「電動機」に相当し、バッテリ50が「二次電池」に相当し、アクセル開度Acc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T*を設定し、緩変化基準点Tbsを中心として所定値Trtだけ大きい値と所定値Trtだけ小さい値とをそれぞれ上下限値として要求トルクT*を制限(緩変化処理)して処理後要求トルクTpsmoを設定し、付加トルクTpaddとして回生協調トルクTregや押し当てトルクTpush,初爆補正トルクTfireを設定し、処理後要求トルクTpsmoをリングギヤ軸32aに出力するためにモータMG2から出力すべき仮モータトルクTm2tmpを設定し、仮モータトルクTm2tmpをトルク制限Tmax,Tminで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する図3の駆動制御ルーチンを所定時間間隔毎に繰り返し実行するハイブリッド用電子制御ユニット70とトルク指令Tm2*によりモータMG2を制御するモータECU40とが「制御手段」に相当し、付加トルクTpaddが値0以上の場合、緩変化基準点Tbsとして、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)よりも大きいときには実行トルクTmpから付加トルクTpaddを減じたトルクを設定し、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)以下でユーザー要求トルクTprqus以上のときにはユーザー要求トルクTprqusを設定し、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqus未満のときには実行トルクTmpを設定し、付加トルクTpaddが値0未満の場合、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqusよりも大きいときには実行トルクTmpを設定し、実行トルクTmpがユーザー要求トルクTprqus以下で且つシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)以上のときにはユーザー要求トルクTprqusを設定し、実行トルクTmpがシステム要件トルク(Tprqus+Tpadd)未満のときには実行トルクTmpから付加トルクTpaddを減じたトルクを設定する図11の緩変化基準点設定ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「基準トルク設定手段」に相当する。また、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、動力分配統合機構30が「遊星歯車機構」に相当する。また、ブレーキアクチュエータ92が「ブレーキ装置」に相当する。
ここで、「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、駆動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。「二次電池」としては、リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池など充放電可能なものであれば如何なる二次電池であっても構わない。「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。「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、動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの発電機としても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段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、課題を解決するための手段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、実施例は課題を解決するための手段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。