JP5682639B2

JP5682639B2 - ハイブリッド自動車

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Publication number: JP5682639B2
Application number: JP2013005994A
Authority: JP
Inventors: 正幸馬場
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2033-01-17
Also published as: US20140200758A1; JP2014136493A; CN103935358A

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、エンジンと、第１モータと、車軸に連結された駆動軸とエンジンの出力軸と第１モータの回転軸とにリングギヤとキャリアとサンギヤとが接続されたプラネタリギヤと、駆動軸に回転軸が接続された第２モータと、第１モータや第２モータと電力をやりとりするバッテリと、目標回転数と目標トルクとから運転ポイントでエンジンを運転しながら走行に要求されるパワーにバッテリの充電要求量を加えた走行要求パワーで走行するようエンジンと第１モータと第２モータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、第１モータと、車軸に連結された駆動軸とエンジンの出力軸と第１モータの回転軸とにリングギヤとキャリアとサンギヤとが接続されたプラネタリギヤと、駆動軸に回転軸が接続された第２モータと、第１モータや第２モータと電力をやりとりするバッテリと、を備えるハイブリッド自動車において、バッテリの状態が許容入出力範囲内の状態にないときには、通常の動作ラインよりも低パワー側を高回転とすることでパワーの変化に対する回転数の変化が通常より小さくなる動作ラインを用いてエンジンの目標回転数と目標トルクとからなる運転ポイントを設定し、エンジンを設定した運転ポイントで運転しながら要求パワーで走行するようエンジン，第１モータ，第２モータとを制御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、こうした制御により、要求パワーに対するエンジンの応答性を高くして、要求された動力を駆動軸にスムースに出力することができる

特開２００６−７７６００号公報

一般に、上述のハイブリッド自動車のように、エンジンの要求パワーに応じて動作ラインを変更するものとして、ドライバの加速要求が大きいときにはエンジンを運転する際の動作ラインを通常のエンジンを効率良く運転する動作ラインからより要求パワーの応答性を高くした動作ラインに変更するものがある。こうしたハイブリッド自動車では、要求パワーに対してエンジンの応答性は高くなるもののエンジンを燃費が良好となるよう運転ができないため、自動車全体のエネルギ効率は低下してしまう。また、こうした動作ラインの変更を行なわず、通常の動作ライン上でエンジンを運転すると、加速要求と運転者が想定するエンジンの回転数の変化とにずれが生じて、ドラビリが悪化する場合がある。

本発明のハイブリッド自動車は、加速要求がなされたときに、ドラビリの低下を抑制すると共にエネルギ効率の低下を抑制することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、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自動車は、
エンジンと、第１モータと、車軸に連結された駆動軸と前記エンジンの出力軸と第１モータの回転軸とにリングギヤとキャリアとサンギヤとが接続されたプラネタリギヤと、前記駆動軸に回転軸が接続された第２モータと、前記第１モータや前記第２モータと電力をやりとりするバッテリと、設定された目標運転ポイントで前記エンジンを運転しながら前記走行に要求されるパワーにバッテリの充電要求量を加えた走行要求パワーで走行するよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、加速が要求されたときには、前記目標回転数が走行要求パワーから前記バッテリの出力制限を減じたエンジン出力パワーと前記エンジンを効率良く運転するより前記エンジンから高いトルクを出力されることを優先する高トルク制約とに基づいて制御開始回転数と制御開始トルクからなる制御開始ポイントを設定し、前記エンジン出力パワーと前記エンジンを効率よく運転可能な所定の制約とに基づいて中間回転数と中間トルクとからなる中間運転ポイントを設定し、前記目標回転数を前記制御開始回転数から前記中間回転数に向けて所定の時間変化で変化させると共に前記エンジンから前記エンジン出力パワーが出力されるよう前記目標運転ポイントを設定し、その後、前記エンジンの回転数が前記中間回転数に至ったときには、前記走行要求パワーと前記所定の制約とに基づく制御終了回転数と制御終了転トルクとからなる制御終了運転ポイントを設定し、前記目標回転数を前記中間回転数から前記制御終了回転数に向けて前記所定の時間変化で変化させると共に前記所定の制約の元で前記エンジンが運転されるよう前記目標運転ポイントを設定する手段である
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、加速が要求されたときには、目標回転数が走行要求パワーからバッテリの出力制限を減じたエンジン出力パワーとエンジンを効率良く運転するよりエンジンから高いトルクを出力されることを優先する高トルク制約とに基づいて制御開始回転数と制御開始トルクからなる制御開始ポイントを設定し、エンジン出力パワーとエンジンを効率よく運転可能な所定の制約とに基づいて中間回転数と中間トルクとからなる中間運転ポイントを設定し、目標回転数を制御開始回転数から中間回転数に向けて所定の時間変化で変化させると共にエンジンからエンジン出力パワーが出力されるよう目標運転ポイントを設定し、設定された目標運転ポイントで前記エンジンを運転しながら走行要求パワーで走行するようエンジンと第１モータと第２モータとを制御する。目標回転数が前記制御開始回転数から中間回転数に向けて所定の時間変化で変化するよう目標回転数を設定するから、加速が要求されたときのドラビリの低下を抑制することができる。その後、エンジンの回転数が中間回転数に至ったときには、走行要求パワーと所定の制約とに基づく制御終了回転数と制御終了転トルクとからなる制御終了運転ポイントを設定し、目標回転数を中間回転数から制御終了回転数に向けて所定の時間変化で変化させると共に所定の制約の元でエンジンが運転されるよう目標運転ポイントを設定し、設定された目標運転ポイントでエンジンを運転しながら走行要求パワーで走行するようエンジンと第１モータと第２モータとを制御する。エンジンの回転数を中間回転数から制御終了回転数に向けて所定の時間変化で変化させることができるからドラビリの低下を抑制できると共にエンジンを所定の制約の下で運転することができるからエネルギ効率の向上を図ることができる。これにより、加速要求がなされたときのドラビリの低下を抑制すると共にエネルギ効率の向上を図ることができる。

こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記所定の時間変化は、前記バッテリの蓄電量が大きいほど変化が大きくなるよう設定されるものとすることもできるし、前記所定の時間変化は、路面勾配が大きいほど変化が大きくなるよう設定されるものとすることもできる。こうすれば、より迅速にエンジンの回転数を上昇させることができる。

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により実行される加速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。バッテリ５０における電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。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の通常時の動作ラインおよび高トルクラインの一例と中間回転数Ｎｍｉｄｌ，中間トルクＴｍｉｄｌ，制御開始回転数Ｎｓｔ，制御開始トルクＴｓｔ，制御終了回転数Ｎｓｔｏｐ，制御終了トルクＴｓｔｏｐ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。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊の時間変化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。

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、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。

ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵ７０という）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。ＨＶＥＣＵ７０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。ＨＶＥＣＵ７０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、特に、加速が要求されたときの動作について説明する。図２は、ＨＶＥＣＵ７０により実行される加速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、アクセルペダル８３が踏み込まれてアクセル開度Ａｃｃが所定開度（例えば、５０％以上など）になったときに、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

加速時駆動制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０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からの入出力を許容される電力の限界値としての入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ（バッテリ５０から出力される電力を正の値とする）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に蓄電可能な電力の最大値に対する蓄電されている電力の割合としての残容量（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て入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定したものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。図３に電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図４にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。

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＊と走行に要求される走行要求パワーＰｄｒｖ＊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５に要求トルク設定用マップの一例を示す。走行要求パワーＰｄｒｖ＊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、走行要求パワーＰｄｒｖ＊から出力制限Ｗｏｕｔを減じたものをエンジン２２から出力が要求される要求パワーＰｅ＊として設定し（ステップＳ１２０）、設定した要求パワーＰｅ＊と、エンジン２２を効率よく動作させる通常時の動作ラインに基づいて中間回転数Ｎｍｉｄｌと中間トルクＴｍｉｄｌとを設定し（ステップＳ１３０），設定した要求パワーＰｅ＊と、エンジン２２を効率よく動作させるよりエンジン２２から高トルクを出力することを優先させる高トルクラインに基づいて制御開始回転数Ｎｓｔと制御開始トルクＴｓｔとを設定し（ステップＳ１４０），設定した走行要求パワーＰｄｒｖ＊と、エンジン２２を効率よく動作させる通常時の動作ラインに基づいて制御終了回転数Ｎｓｔｏｐと制御終了トルクＴｓｔｏｐとを設定する（ステップＳ１５０）。ここで、通常時の動作ラインは、同一パワーを出力可能なエンジン２２の運転ポイントのうち、最も効率がよい運転ポイントを出力するパワーの変化に対して連ねたラインとして予め定めたものである。また、高トルクラインは、同一パワーを出力可能なエンジン２２の運転ポイントのうち、最も高いトルクでエンジン２２を運転可能な運転ポイントを出力するパワーの変化に対して連ねたラインとして予め定めたものであるである。エンジン２２の通常時の動作ラインおよび高トルクラインの一例と中間回転数Ｎｍｉｄｌ，中間トルクＴｍｉｄｌ，制御開始回転数Ｎｓｔ，制御開始トルクＴｓｔ，制御終了回転数Ｎｓｔｏｐ，制御終了トルクＴｓｔｏｐとを設定する様子を図６に示す。図中、行要求パワーＰｄｒｖ＊から出力制限Ｗｏｕｔを減じた要求パワーＰｅ＊が一定の曲線（破線１）と高トルクラインとの交点として、制御開始回転数Ｎｓｔと制御開始トルクＴｓｔとを求めることができ、走行要求パワーＰｄｒｖ＊から出力制限Ｗｏｕｔを減じた要求パワーＰｅ＊が一定の曲線（破線１）と通常時の動作ラインとの交点として、中間回転数Ｎｍｉｄｌと中間トルクＴｍｉｄｌとを求めることができ、走行要求パワーＰｄｒｖ＊が設定された要求パワーＰｅ＊が一定の曲線（破線２）と通常時の動作ラインとの交点として、制御終了回転数Ｎｓｔｏｐと制御終了トルクＴｓｔｏｐとを求めることができる。

こうして中間回転数Ｎｍｉｄｌ，中間トルクＴｍｉｄｌ，制御開始回転数Ｎｓｔ，制御開始トルクＴｓｔ，制御終了回転数Ｎｓｔｏｐ，制御終了トルクＴｓｔｏｐとを設定したら、次に、エンジン２２の回転数Ｎｅと中間回転数Ｎｍｉｄｌとを比較する（ステップＳ１６０）。回転数Ｎｅが中間回転数Ｎｍｉｄｌ未満であるときには、制御開始回転数Ｔｓｔから中間回転数Ｎｍｉｄｌに向けて時間の経過と共に所定レートＲで回転数が上昇するようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定し（ステップＳ１７０）、要求パワーＰｅ＊を目標回転数Ｎｅ＊で除したものとしてエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ１８０）。ここで、所定レートＲは、加速が要求されたときに乗員が違和感を感じないエンジン２２の回転数の時間変化として予め定めた値を用いるものとした。一般に、運転者は、加速を要求したときには、エンジン２２から出力されるトルクが大きくなり、回転数が上昇していくことを期待する。ステップＳ１７０，Ｓ１８０の処理のように、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定することにより、こうした運転者が期待する挙動で車両に走行させることができる。

続いて、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７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)

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Ｓ２２０）、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Ｓ２３０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘにより仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（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、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７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Ｓ２５０）、本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。こうした制御により、エンジン２２の回転数を制御開始回転数Ｎｓｔから中間回転数Ｎｍｉｄｌに所定レートＲで上昇させながら、走行要求パワーＰｄｒｖ＊に基づくパワーで車両を走行させることができるから、加速時に運転者の期待する挙動で車両を走行させることが、ドラビリの低下を抑制することができる。このとき、エンジン２２は走行要求パワーＰｄｒｖ＊から出力制限Ｗｏｕｔを減じた要求パワーＰｅ＊を出力するよう運転されるから、バッテリ５０から出力制限Ｗｏｕｔ分の電力を放電しながら走行することになり、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）は徐々に低下していく。

こうしてエンジン２２の回転数Ｎｅが上昇して中間回転数Ｎｍｉｄｌ以上に至ったときには、中間回転数Ｎｍｉｄｌから制御終了回転数Ｎｓｔｏｐに向けて時間の経過と共に所定レートＲで回転数が上昇するようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定し（ステップＳ１９０）、図６に例示した通常の動作ラインと目標回転数Ｎｅ＊が一定のラインとの交点としてエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定し（ステップＳ２００）、上述したステップＳ２１０〜Ｓ２５０の処理を実行して、本ルーチンを終了する。こうした処理により、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とからなる運転ポイントを通常の動作ライン上で移動させながらエンジン２２の回転数を制御終了回転数Ｎｓｔｏｐに向けて上昇させることができる。これにより、エンジン２２を効率の良く運転させながらエンジン２２の回転数を上昇させることができるから、エネルギ効率の向上を図ることができると共にドラビリの低下を抑制することができる。このとき、エンジン２２から出力されるパワーは走行要求パワーＰｄｒｖ＊になるよう増加するから、ステップＳ１００〜Ｓ１８０，Ｓ２１０〜Ｓ２５０の処理で低下したバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）の回復を図ることができる。これにより、バッテリ５０を適正に管理することができる。図８にエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊の時間変化の一例を示す。こうした制御により、エンジン２２の回転数Ｎｅを所定レートＲで増加させることができ、ドラビリの低下を抑制すると共に、車両を走行要求パワーＰｄｒｖ＊で走行させることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、加速が要求されたときには、エンジン２２の回転数を制御開始回転数Ｎｓｔから中間回転数Ｎｍｉｄｌに所定レートＲで上昇させながら走行要求パワーＰｄｒｖ＊に基づくパワーで車両が走行するようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御し、その後、エンジン２２の回転数を中間回転数Ｎｍｉｄｌから制御終了回転数Ｎｓｔｏｐに所定レートＲで上昇させると共にエンジン２２の運転ポイントが通常の動作ライン上になるようエンジン２２を運転しながら走行要求パワーＰｄｒｖ＊に基づくパワーで車両が走行するようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御する。これにより、加速要求がなされたときに、運転者の期待する挙動で車両を走行させることができ、ドラビリの低下を抑制すると共にエネルギ効率の低下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、ステップＳ１７０，Ｓ１９０の処理で用いる所定レートＲとして、加速が要求されたときに乗員が違和感を感じないエンジン２２の回転数の時間変化として予め定めた値を用いるものとしたが、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が大きいほど変化が大きくなるよう設定してもよいし、路面勾配が大きいほど変化が大きくなるよう設定してもよい。こうすれば、より迅速にエンジン２２の回転数を上昇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、バッテリ５０の状態を判定するのに、バッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて設定されたバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの値を用いるものとしたが、バッテリ５０の電池温度Ｔｂを用いるものとしてもよく、また、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）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、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９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９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１０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。

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、エンジン２２が「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「第１モータ」に相当し、動力分配統合機構３０が「プラネタリギヤ」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、図２に例示した加速時駆動制御ルーチンを実行するＨＶＥＣＵ７０とＨＶＥＣＵ７０からのエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信してエンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４とＨＶＥＣＵ７０からのモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信してモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。

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、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

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、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

エンジンと、第１モータと、車軸に連結された駆動軸と前記エンジンの出力軸と第１モータの回転軸とにリングギヤとキャリアとサンギヤとが接続されたプラネタリギヤと、前記駆動軸に回転軸が接続された第２モータと、前記第１モータや前記第２モータと電力をやりとりするバッテリと、設定された目標運転ポイントで前記エンジンを運転しながら前記走行に要求されるパワーにバッテリの充電要求量を加えた走行要求パワーで走行するよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、加速が要求されたときには、前記目標回転数が走行要求パワーから前記バッテリの出力制限を減じたエンジン出力パワーと前記エンジンを効率良く運転するより前記エンジンから高いトルクを出力されることを優先する高トルク制約とに基づいて第１運転回転数と第１運転トルクからなる第１運転ポイントを設定し、前記エンジン出力パワーと前記エンジンを効率良く運転可能な所定の制約とに基づいて第２運転回転数と第２運転トルクとからなる第２運転ポイントを設定し、前記目標回転数を前記第１運転回転数から前記第２運転回転数に向けて所定の時間変化で変化させると共に前記エンジンから前記エンジン出力パワーが出力されるよう前記目標運転ポイントを設定し、その後、前記エンジンの回転数が前記第２運転回転数に至ったときには、前記走行要求パワーと前記所定の制約とに基づく第３運転回転数と第３運転トルクとからなる第３運転ポイントを設定し、前記目標回転数を前記第２運転回転数から前記第３運転回転数に向けて前記所定の時間変化で変化させると共に前記所定の制約の元で前記エンジンが運転されるよう前記目標運転ポイントを設定する手段である
ハイブリッド自動車。
請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
前記所定の時間変化は、前記バッテリの蓄電量が大きいほど変化が大きくなるよう設定される
ハイブリッド自動車。
請求項１または２記載のハイブリッド自動車であって、
前記所定の時間変化は、路面勾配が大きいほど変化が大きくなるよう設定される
ハイブリッド自動車。