JP5704151B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、走行用の動力源としてエンジン（内燃機関）及び電動機が搭載されるとともに、動力伝達系に動力分割機構を備えた車両の制御装置に関する。
車両の一例として、エンジンと、動力を入出力可能な第１電動機（第１モータジェネレータＭＧ１）と、サンギヤ、そのサンギヤと同心に配置されたリングギヤ、及び、それらサンギヤ及びリングギヤと噛み合うピニオンギヤを自転及び公転自在に支持するプラネタリキャリアの３つの回転要素を有する動力分割機構（遊星歯車機構）と、駆動輪に動力を入出力可能な第２電動機（第２モータジェネレータＭＧ２）とを備え、前記動力分割機構の３つの回転要素のうちのプラネタリキャリアにエンジンの出力軸（クランクシャフト）が連結され、サンギヤに第１電動機の回転軸が連結され、リングギヤに駆動輪が連結されたハイブリッド車両がある。
こうした構成のハイブリッド車両にあっては、エンジンや動力伝達系のギヤ等の耐久性を考慮したエンジン動作範囲が設定されている（例えば、特許文献１及び２参照）。このような特許文献に記載の技術では、エンジン動作範囲を、エンジン高回転かつ低車速域についてはサンギヤとリングギヤの回転差によって自転するピニオンギヤの回転数（回転速度）が許容回転数（制限値）を超えないように制限する範囲としており、また、エンジン低回転かつ高車速域についても同様にしてエンジン動作範囲を制限している。
特開２０１０−２６４８５２号公報 特開２０１２−０４６０５３号公報
ところで、上記エンジン動作範囲について、エンジン高回転かつ低車速域の場合とエンジン低回転かつ高車速域の場合とにおいて、ピニオンギヤ回転数の制限値の設け方を同じとすると、次のような点が問題となる。
まず、エンジン高回転かつ低車速域の場合とエンジン低回転かつ高車速域の場合とでは車両のトルク要求が異なるため、ピニオンギヤ回転数の過渡変化が異なる。
具体的に説明すると、エンジン低回転かつ高車速域での過渡変化の例として、高車速走行中にアクセルオフによりエンジン回転数を下げる場合などが想定される。このような場合には、第１モータジェネレータＭＧ１のトルクによってエンジン回転数が引き下げられる。
一方、エンジン高回転かつ低車速域での過渡変化の例として、登坂時のアクセルペダル踏み込みにより低車速でエンジン回転数を上昇させる場合が想定される。このような場合には、エンジン回転数を増加するためにエンジントルクが上昇する。さらに、車両の出力トルクを稼ぐために第２モータジェネレータＭＧ２のトルク出力も大きくなる。ここで、第２モータジェネレータＭＧ２への電流供給量を増やすために、第１モータジェネレータＭＧ１は回生動作を行う。このため、エンジンに対して第１モータジェネレータＭＧ１は負荷として働くので、エンジン回転数は、上記エンジン低回転かつ高車速域の場合に比べて変化し難くなる。つまり、エンジン低回転かつ高車速域の場合の方がエンジンの回転数が変化しやすくなるので、ピニオンギヤ回転数の過渡変化の速度が速くなる（ピニオンギヤの過回転が生じやすくなる）。
そして、このようにエンジン高回転かつ低車速域の場合とエンジン低回転かつ高車速域の場合とでピニオンギヤ回転数の過渡変化が異なるにも関わらず、上記した従来制御のように、エンジン高回転かつ低車速域の場合とエンジン低回転かつ高車速域の場合とにおいてピニオンギヤ回転数の制限値の設け方を同じにすると、その一方側に合わせて制限値を設定した場合、他方側において過回転が発生しやすくなってピニオンギヤの耐久性に悪影響を与えたり、また、不必要にエンジン動作範囲を限定することによる車両性能の低下が発生したりする。
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、動力伝達系に動力分割機構を備えた車両において、車両性能の確保と動力分割機構のピニオンギヤの耐久性の担保とを両立することが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明は、走行用動力源であるエンジンと、動力を入出力可能な第１電動機と、サンギヤ、リングギヤ、及び、それらサンギヤ及びリングギヤの両方に噛み合うピニオンギヤを自転及び公転自在に支持するプラネタリキャリアを有し、前記プラネタリキャリアが前記エンジンの出力軸に連結され、前記サンギヤが前記第１電動機の回転軸に連結され、前記リングギヤが駆動輪に連結された動力分割機構と、前記駆動輪に動力を入出力可能な第２電動機とを備えた車両の制御装置を前提としている。そして、このような車両の制御装置において、前記動力分割機構のピニオンギヤの回転数の制限値によって決まるエンジン動作範囲について、エンジン高回転かつ低車速側のピニオンギヤ回転数の制限値の絶対値が、エンジン低回転かつ高車速側のピニオンギヤ回転数の制限値の絶対値に比べて高く設定されており、この設定のエンジン動作範囲に基づいて前記エンジンの動作を制御するように構成されていることを技術的特徴としている。
本発明にあっては、エンジン低回転かつ高車速側の方が、エンジン高回転かつ低車速側に比べてピニオンギヤ回転数の過渡変化の速度が速くなる（ピニオンギヤの過回転が生じやすくなる）という点を考慮して、ピニオンギヤの回転数の制限値によって決まるエンジン動作範囲について、エンジン高回転かつ低車速側のピニオンギヤ回転数の制限値の絶対値を、エンジン低回転かつ高車速側のピニオンギヤ回転数の制限値の絶対値に比べて高くなるように設定している。このような設定により、エンジン高回転かつ低車速側でのエンジン動作範囲の不必要な限定を回避しながらも、エンジン低回転かつ高車速側でのピニオンギヤの過回転（オーバーシュート）を回避することができる。
このように、本発明によれば、エンジン動作範囲を適切に設定することができるので、車両性能の確保とピニオンギヤの耐久性の担保とを両立することが可能になる。
本発明によれば、動力伝達系に動力分割機構を備えた車両において、車両性能の確保と動力分割機構のピニオンギヤの耐久性の担保とを両立することが可能になる。
本発明を適用するハイブリッド車両の一例を示す概略構成図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 エンジン動作範囲の一例を示す図である。 エンジン高回転かつ低車速域における動力分割機構の各回転要素の回転数を表す共線図（ａ）、及び、エンジン低回転かつ高車速域の場合における動力分割機構の各回転要素の回転数を表す共線図（ｂ）を併記して示す図である。 エンジン動作制御の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）方式のハイブリッド車両に本発明を適用した場合について説明する。
図１は本発明を適用するハイブリッド車両の概略構成を示す図である。この図１に示すように、ハイブリッド車両ＨＶは、車両走行用の駆動力を発生するエンジン（内燃機関）１、主に発電機として機能する第１モータジェネレータＭＧ１（第１電動機）、主に電動機として機能する第２モータジェネレータＭＧ２（第２電動機）、動力分割機構３、リダクション機構４、カウンタドライブギヤ５１、カウンタドリブンギヤ５２、ファイナルギヤ５３、デファレンシャル装置５４、左右のドライブシャフト６１，６１、左右の駆動輪（前輪）６，６、左右の従動輪（後輪：図示せず）、及び、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００などを備えており、このＥＣＵ１００により実行されるプログラムによって本発明の車両の制御装置が実現される。
なお、ＥＣＵ１００は、例えば、ＨＶ（ハイブリッド）ＥＣＵ、エンジンＥＣＵ、バッテリＥＣＵなどによって構成されており、これらのＥＣＵが互いに通信可能に接続されている。
次に、エンジン１、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、動力分割機構３、リダクション機構４、及び、ＥＣＵ１００などの各部について説明する。
−エンジン−
エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなど、燃料を燃焼させて動力を出力する公知の動力装置であって、吸気通路１１に設けられたスロットルバルブ１３のスロットル開度、燃料噴射装置１５（図２参照）による燃料噴射量、及び、点火装置１６（図２参照）の点火時期などの運転状態を制御できるように構成されている。エンジン１には、出力軸であるクランクシャフト１０の回転角（クランク角）を検出するクランクポジションセンサ１０１が配置されている。このクランクポジションセンサ１０１の出力信号からエンジン回転数Ｎｅを算出することができる。また、エンジン１には排気通路１２が接続されており、燃焼後の排気ガスは排気通路１２を経て図示しない酸化触媒等の排気浄化装置による浄化が行われた後に大気中に放出される。
上記エンジン１のスロットルバルブ１３の制御には、例えば、エンジン回転数Ｎｅ及びドライバのアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）等のエンジン１の状態に応じた最適な吸入空気量（目標吸気量）が得られるようにスロットル開度を制御する周知の電子スロットル制御が採用されている。スロットルバルブ１３の開度はスロットル開度センサ１０３によって検出される。
そして、エンジン１の出力は、クランクシャフト１０及びダンパ２を介してインプットシャフト２１に伝達される。ダンパ２は、例えばコイルスプリング式トランスアクスルダンパであってエンジン１のトルク変動を吸収する。
−モータジェネレータ−
図１に示すように、第１モータジェネレータＭＧ１は、インプットシャフト２１に対して相対回転自在に支持された永久磁石からなるロータＭＧ１Ｒと、３相巻線が巻回されたステータＭＧ１Ｓとを備えた交流同期発電機であって、発電機として機能するとともに電動機（電動モータ）としても機能する。また、第２モータジェネレータＭＧ２も同様に、インプットシャフト２１に対して相対回転自在に支持された永久磁石からなるロータＭＧ２Ｒと、３相巻線が巻回されたステータＭＧ２Ｓとを備えた交流同期発電機であって、電動機（電動モータ）として機能するとともに発電機としても機能する。
図２に示すように、第１モータジェネレータＭＧ１及び第２モータジェネレータＭＧ２は、それぞれインバータ２００を介してバッテリ（蓄電装置）３００に接続されている。インバータ２００はＥＣＵ１００によって制御され、そのインバータ２００の制御により各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回生または力行（アシスト）が設定される。その際の回生電力はインバータ２００を介してバッテリ３００に充電される。また、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動用電力はバッテリ３００からインバータ２００を介して供給される。
−動力分割機構−
図１に示すように、動力分割機構３は、複数の歯車要素の中心で自転する外歯歯車のサンギヤＳ３と、サンギヤＳ３に外接しながらその周辺を自転しつつ公転する外歯歯車のピニオンギヤＰ３と、ピニオンギヤＰ３と噛み合うように中空環状に形成された内歯歯車のリングギヤＲ３と、ピニオンギヤＰ３を支持するとともに、このピニオンギヤＰ３の公転を通じて自転するプラネタリキャリアＣＡ３とを有する遊星歯車機構によって構成されている。
プラネタリキャリアＣＡ３はエンジン１側のインプットシャフト２１に回転一体に連結されている。サンギヤＳ３は、第１モータジェネレータＭＧ１のロータＭＧ１Ｒに回転一体に連結されている。リングギヤＲ３は、カウンタドライブギヤ５１、カウンタドリブンギヤ５２、ファイナルギヤ５３及びデファレンシャル装置５４を介してドライブシャフト６１，６１（駆動輪６，６）に連結されている。これにより、上記サンギヤＳ３、リングギヤＲ３、プラネタリキャリアＣＡ３が、動力分割機構（遊星歯車機構）３の３つの回転要素を構成している。
そして、このような構成の動力分割機構３において、プラネタリキャリアＣＡ３に入力されるエンジン１の出力トルクに対して、第１モータジェネレータＭＧ１による反力トルクがサンギヤＳ３に入力されると、出力要素であるリングギヤＲ３には、エンジン１から入力されたトルクより大きいトルクが現れる。この場合、第１モータジェネレータＭＧ１は発電機として機能する。第１モータジェネレータＭＧ１が発電機として機能するときには、プラネタリキャリアＣＡ３から入力されるエンジン１の駆動力が、サンギヤＳ３側とリングギヤＲ３側とにそのギヤ比に応じて分配される。
一方、エンジン１の始動要求時にあっては、第１モータジェネレータＭＧ１が電動機（スタータモータ）として機能し、この第１モータジェネレータＭＧ１の駆動力がサンギヤＳ３及びプラネタリキャリアＣＡ３を介してクランクシャフト１０に与えられてエンジン１がクランキングされる。
また、車両の走行中にあっては、動力分割機構３において、リングギヤＲ３の回転速度（出力軸回転速度）が一定であるときに、第１モータジェネレータＭＧ１の回転速度を上下に変化させることにより、エンジン１の回転速度（回転数）を連続的に（無段階に）変化させることができる。つまり、動力分割機構３が変速部として機能する。
−リダクション機構−
リダクション機構４は、複数の歯車要素の中心で自転する外歯歯車のサンギヤＳ４と、キャリア（トランスアクスルケース）ＣＡ４に回転自在に支持され、サンギヤＳ４に外接しながら自転する外歯歯車のピニオンギヤＰ４と、ピニオンギヤＰ４と噛み合うように中空環状に形成された内歯歯車のリングギヤＲ４とを有する遊星歯車機構によって構成されている。リダクション機構４のリングギヤＲ４と、上記動力分割機構３のリングギヤＲ３と、カウンタドライブギヤ５１とは互いに一体となっている。また、サンギヤＳ４は第２モータジェネレータＭＧ２のロータＭＧ２Ｒと回転一体に連結されている。
このリダクション機構４は、第２モータジェネレータＭＧ２の駆動力を適宜の減速比で減速する。この減速された駆動力は、カウンタドライブギヤ５１、カウンタドリブンギヤ５２、ファイナルギヤ５３、デファレンシャル装置５４、及び、ドライブシャフト６１，６１を介して左右の駆動輪６，６に伝達される。
−シフト操作装置−
この例のハイブリッド車両ＨＶにはシフト操作装置８（図２参照）が設けられている。シフト操作装置８にはシフトレバー８１が変位可能に設けられている。この例のシフト操作装置８には、前進走行用のドライブレンジ（Ｄレンジ）、アクセルオフ時の制動力（エンジンブレーキ）が大きな前進走行用のブレーキレンジ（Ｂレンジ）、後進走行用のリバースレンジ（Ｒレンジ）、中立のニュートラルレンジ（Ｎレンジ）が設定されており、ドライバが所望のレンジへシフトレバー８１を変位させることが可能となっている。これらＤレンジ、Ｂレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジの各位置は、シフトポジションセンサ１０４によって検出される。シフトポジションセンサ１０４の出力信号はＥＣＵ１００に入力される。
また、シフトレバー８１の近傍には、駐車用のパーキングポジション（Ｐポジション）に設定するためのＰポジションスイッチ１０５（図２参照）が設けられている。Ｐポジションスイッチ１０５は、シフトポジションをパーキングポジション（Ｐポジション）とパーキング以外のポジション（非Ｐポジション）との間で切り替えるためのスイッチであって、ドライバにより操作された場合に操作信号をＥＣＵ１００に出力する。
−パワースイッチ−
ハイブリッド車両ＨＶには、ハイブリッドシステム（車両システム）の起動と停止とを切り替えるためのパワースイッチ１０６（図２参照）が設けられている。パワースイッチ１０６は、例えば、跳ね返り式のプッシュスイッチあって、押圧操作されるごとに、スイッチＯｎとスイッチＯｆｆとが交互に切り替わるようになっている。ここで、ハイブリッドシステムとは、エンジン１の運転制御、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御、エンジン１及びモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の協調制御などを含む各種制御を実行することによってハイブリッド車両ＨＶの走行を制御するシステムである。
パワースイッチ１０６は、ドライバを含むユーザにより操作された場合に、その操作に応じた信号（ＩＧ−Ｏｎ指令信号またはＩＧ−Ｏｆｆ指令信号）をＥＣＵ１００に出力する。ＥＣＵ１００は、パワースイッチ１０６から出力された信号などに基づいてハイブリッドシステムを起動または停止する。
具体的には、ＥＣＵ１００は、パワースイッチ１０６の操作（ＩＧ−Ｏｎ操作）によりＩＧ−Ｏｎ指令信号が入力されると、上記ハイブリッドシステムを起動する。これにより車両が走行可能な状態となる。車両が走行可能な状態とは、ＥＣＵ１００の指令信号により車両走行を制御できる状態であって、ドライバがアクセルオンすれば、ハイブリッド車両ＨＶが発進・走行できる状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ状態）のことである。なお、Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ状態には、エンジン１が停止状態で、第２モータジェネレータＭＧ２でハイブリッド車両ＨＶの発進・走行が可能な状態も含まれる。
また、ＥＣＵ１００は、例えば、ハイブリッドシステムが起動中で、停車時にＰポジションであるときに、パワースイッチ１０６が操作（例えば、短押し）された場合にはハイブリッドシステムを停止する。
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、上記したハイブリッドシステムを実行する電子制御装置であって、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びバックアップＲＡＭなどを備えている。
ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはイグニッションのＯＦＦ時などにおいて保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
図２に示すように、ＥＣＵ１００には、クランクポジションセンサ１０１、アクセルペダル７（図１参照）の開度を検出するアクセル開度センサ１０２、エンジン１のスロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ１０３、シフトポジションセンサ１０４、Ｐポジションスイッチ１０５、パワースイッチ１０６、車両の速度に応じた信号を出力する車速センサ１０７、ブレーキペダルに対する踏力（ブレーキ踏力）を検出するブレーキペダルセンサ１０８、バッテリ３００の充放電電流を検出する電流センサ１０９、及び、バッテリ温度センサ１１０などが接続されている。さらに、ＥＣＵ１００には、エンジン冷却水温を検出する水温センサ、吸入空気量を検出するエアフロメータなどのエンジン１の運転状態を示すセンサなどが接続されており、これらの各センサからの信号がＥＣＵ１００に入力される。
また、ＥＣＵ１００には、エンジン１のスロットルバルブ１３を開閉駆動するスロットルモータ１４、燃料噴射装置（インジェクタ等）１５、及び、点火装置（点火プラグ及びイグナイタ等）１６などが接続されている。
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１のスロットルバルブ１３の開度制御（吸入空気量制御）、燃料噴射量制御（インジェクタの開閉制御）、点火時期制御（点火プラグの駆動制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。また、ＥＣＵ１００は、後述するエンジン動作範囲（マップ）に基づいてエンジン１の動作を制御する。
さらに、ＥＣＵ１００は、バッテリ３００を管理するために、上記電流センサ１０９にて検出された充放電電流の積算値や、バッテリ温度センサ１１０にて検出されたバッテリ温度などに基づいて、バッテリ３００の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）や、バッテリ３００の入力制限Ｗｉｎ及び出力制限Ｗｏｕｔなどを演算する。
また、ＥＣＵ１００には上記インバータ２００が接続されている。インバータ２００は、例えば、ＥＣＵ１００からの指令信号（例えば、第１モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値、第２モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値）に応じてバッテリ３００からの直流電流を、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する電流に変換する一方、エンジン１の動力により第１モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電流、及び、回生ブレーキにより第２モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電流を、バッテリ３００に充電するための直流電流に変換する。また、インバータ２００は、第１モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電流を走行状態に応じて、第２モータジェネレータＭＧ２の駆動用電力として供給する。
−ハイブリッドシステムの制御等−
このように構成されたハイブリッド車両ＨＶは、ドライバによるアクセルペダル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、駆動輪６，６に出力すべきトルク（要求トルク）を計算し、この要求トルクに対応する要求駆動力により走行するようにエンジン１とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とが運転制御される。
エンジン１及びモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転制御として、具体的には、燃料消費量の削減を図るために、要求トルクが比較的低い運転領域にあっては、第２モータジェネレータＭＧ２を利用して前記要求トルクが得られるようにする。一方、要求トルクが比較的高い運転領域にあっては、第２モータジェネレータＭＧ２を利用するとともに、エンジン１を駆動し、これら駆動源からの駆動力により、前記要求トルクが得られるようにする。
より具体的には、車両の発進時や低速走行時等であってエンジン１の運転効率が低い場合には、第２モータジェネレータＭＧ２のみにより走行（ＥＶ走行）を行う。また、車室内に配置された走行モード選択スイッチによってドライバがＥＶ走行モードを選択した場合にもＥＶ走行を行う。
一方、通常走行（ＨＶ走行またはエンジン走行）時には、例えば、動力分割機構３によりエンジン１の駆動力を２経路に分け、その一方の駆動力で駆動輪６，６の直接駆動（直達トルクによる駆動）を行い、他方の駆動力で第１モータジェネレータＭＧ１を駆動して発電を行う。このとき、第１モータジェネレータＭＧ１の駆動により発生する電力で第２モータジェネレータＭＧ２を駆動して駆動輪６，６の駆動補助を行う（電気パスによる駆動）。
このように、動力分割機構３が差動機構として機能し、その差動作用によりエンジン１からの動力の主部を駆動輪６，６に機械的に伝達し、そのエンジン１からの動力の残部を第１モータジェネレータＭＧ１から第２モータジェネレータＭＧ２への電気パスを用いて電気的に伝達することにより、電気的に変速比が変更される電気式無段変速機としての機能が発揮される。これにより、駆動輪６，６の回転速度（回転数）及びトルクに依存することなく、エンジン回転速度及びエンジントルクを自由に操作することが可能となり、駆動輪６，６に要求される駆動力を得ながらも、燃料消費率が最適化されたエンジン１の運転状態を得ることが可能となる。
また、高速走行時には、さらにバッテリ３００からの電力を第２モータジェネレータＭＧ２に供給し、この第２モータジェネレータＭＧ２の出力を増大させて駆動輪６，６に対して駆動力の追加（駆動力アシスト；力行）を行う。
また、減速時には、第２モータジェネレータＭＧ２が発電機として機能して回生発電を行い、回収した電力をバッテリ３００に蓄える。なお、バッテリ３００の充電量（前記残容量；ＳＯＣ）が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン１の出力を増加して第１モータジェネレータＭＧ１による発電量を増やしてバッテリ３００に対する充電量を増加する。また、低速走行時においても必要に応じてエンジン１の出力を増加する制御を行う場合もある。例えば、前述のようにバッテリ３００の充電が必要な場合や、エアコンディショナ等の補機を駆動する場合や、エンジン１の冷却水の温度を所定温度まで上げる場合などである。
また、本実施形態のハイブリッド車両ＨＶにおいては、車両の運転状態やバッテリ３００の状態によって、燃費を改善させるために、エンジン１を停止させる。そして、その後も、ハイブリッド車両ＨＶの運転状態やバッテリ３００の状態を検知して、エンジン１を再始動させる。このように、ハイブリッド車両ＨＶにおいては、エンジン１が間欠運転（エンジン停止と再始動とを繰り返す運転）される。
−エンジン動作範囲−
本実施形態においては、エンジンや動力伝達系のギヤの耐久性などを考慮して、エンジン１の動作を許容するエンジン動作範囲が予め設定されている。そのエンジン動作範囲の一例を図３に示す。
図３に示すエンジン動作範囲は、車速Ｖとエンジン回転数（回転速度）Ｎｅとをパラメータとしてエンジン１の動作範囲（エンジン回転数制限範囲）を定めたものであり、この図３に示すエンジン動作範囲がマップとしてＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶されている。
図３に示すエンジン動作範囲において、図中Ｒａに示す領域つまりエンジン高回転かつ低車速域では、エンジン回転数Ｎｅの上限値がエンジン最高回転数（エンジン１自体の許容回転数）Ｎｅmaxよりも低い回転数に制限されている。具体的には、図中Ｒａで示す領域については、第１モータジェネレータＭＧ１の最高回転数（許容回転数）から決まる制限値（ＭＧ１正回転側の制限値）Ｎmg1limと、動力分割機構３のサンギヤＳ３（第１モータジェネレータＭＧ１）とリングギヤＲ３との差速（回転速度差）により自転するピニオンギヤＰ３の回転数の制限値Ｎpinlima（ピニオンギヤ負回転側の制限値）とによってエンジン動作範囲（エンジン回転数Ｎｅの上限値）が制限されている。このエンジン高回転かつ低車速側（ピニオンギヤ負回転側）のピニオンギヤＰ３の回転数の制限値Ｎpinlimaについては後述する。
また、図３に示すエンジン動作範囲において、図中Ｒｂに示す領域つまりエンジン低回転かつ高車速域（車速Ｖａ（例えば、Ｖａ＝９０〜１００ｋｍ／ｈ）以上の領域）については、動力分割機構３のサンギヤＳ３（第１モータジェネレータＭＧ１）とリングギヤＲ３との差速（回転速度差）により自転するピニオンギヤＰ３の回転数の制限値Ｎpinlimb（ピニオンギヤ正回転側の制限値）によってエンジン動作範囲（エンジン回転数Ｎｅの下限値）が制限されている。このエンジン低回転かつ高車速側（ピニオンギヤ正回転側）のピニオンギヤＰ３の回転数の制限値Ｎpinlimbについては後述する。
＜特徴部分＞
本実施形態では、図３に示すエンジン動作範囲のうち、ピニオンギヤ回転数の制限値によって決まるエンジン動作範囲について、エンジン高回転かつ低車速側の方が、エンジン低回転かつ高車速側と比較して、ピニオンギヤ回転数の制限値が高くなるように設定している点に特徴がある。
この点について図４（ａ）、（ｂ）を参照して以下に説明する。なお、図４（ａ）、（ｂ）において、４本の縦軸は、それぞれ、第１モータジェネレータＭＧ１（サンギヤＳ３）の回転数、エンジン１（プラネタリキャリアＣＡ３）の回転数、駆動輪６（リングギヤＲ３）の回転数、ピニオンギヤＰ３の回転数を表す軸である。
まず、エンジン低回転かつ高車速域である場合、図４（ｂ）の共線図に示すように、第１モータジェネレータＭＧ１が負回転側となり、ピニオンギヤＰ３が正回転側となる。このようなエンジン低回転かつ高車速域（ピニオンギヤ正回転側の領域）での過渡変化の例として、上述したように、高車速走行中にアクセルオフによりエンジン回転数Ｎｅを下げる場合などが想定される。このような場合には、第１モータジェネレータＭＧ１のトルクによってエンジン回転数Ｎｅが引き下げられ、ピニオンギヤＰ３の回転数が正側に上昇する（図４（ｂ）の破線参照）。
一方、エンジン高回転かつ低車速域である場合、図４（ａ）の共線図に示すように、第１モータジェネレータＭＧ１が正回転側となり、ピニオンギヤＰ３が負回転側となる。こうしたエンジン高回転かつ低車速域での過渡変化の例として、登坂時のアクセルペダル踏み込みにより低車速でエンジン回転数Ｎｅを上昇させる場合が想定される。このような場合には、ピニオンギヤＰ３の回転数が負側に上昇し（図４（ａ）の破線参照）、また、エンジン回転数Ｎｅを増加するためエンジントルクが上昇する。さらにハイブリッド車両ＨＶの出力トルクを稼ぐために第２モータジェネレータＭＧ２のトルク出力も大きくなる。ここで、第２モータジェネレータＭＧ２への電流供給量を増やすために、第１モータジェネレータＭＧ１は回生動作を行う。このため、エンジン１に対して第１モータジェネレータＭＧ１は負荷として働くので、エンジン回転数Ｎｅは、上記エンジン低回転かつ高車速域の場合に比べて変化し難くなる。つまり、エンジン低回転かつ高車速域の場合の方が、エンジン回転数Ｎｅが変化しやすくなるので、ピニオンギヤＰ３の回転数の過渡変化の速度が速くなる（ピニオンギヤＰ３の過回転が生じやすくなる）。
そして、このようにエンジン高回転かつ低車速域の場合とエンジン低回転かつ高車速域の場合とでピニオンギヤＰ３の回転数の過渡変化が異なるにも関わらず、エンジン高回転かつ低車速域の場合とエンジン低回転かつ高車速域の場合とにおいて、ピニオンギヤＰ３の回転数の制限値の設け方を同じにすると、その一方側に合わせて制限値を設定した場合、他方側において過回転が発生しやすくなってピニオンギヤＰ３の耐久性に悪影響を与えたり、また、不必要にエンジン動作範囲を限定することによる車両性能の低下が発生したりする。
このような点を考慮して、本実施形態では、図３に示すエンジン動作範囲のうち、ピニオンギヤ回転数の制限値によって決まるエンジン動作範囲について、エンジン高回転かつ低車速側（ピニオンギヤ負回転側）のピニオンギヤ回転数の制限値Ｎpinlima（絶対値）を、エンジン低回転かつ高車速側（ピニオンギヤ正回転側）のピニオンギヤ回転数の制限値Ｎpinlimb（絶対値）と比較して高く設定している。そして、このような設定により、低車速時において、同じ車速であれば、エンジン動作範囲をより高回転（高出力）側まで使えるようになるため、加速性能（動力性能）の低下を最小限に抑えることができるようになる。また、エンジン低回転かつ高車速側についてはピニオンギヤＰ３の過回転を回避することが可能な制限値（ピニオンギヤ回転数の制限値）を設定することができる。
このように、本実施形態によれば、エンジン高回転かつ低車速側（ピニオンギヤ負回転側）でのエンジン動作範囲の不必要な限定を回避しながらも、エンジン低回転かつ高車速側（ピニオンギヤ正回転側）でのピニオンギヤの過回転（オーバーシュート）を回避することができる。これにより車両性能の確保とピニオンギヤの耐久性の担保とを両立することが可能になる。
なお、上記エンジン高回転かつ低車速側（ピニオンギヤ負回転側）のピニオンギヤ回転数の制限値Ｎpinlimaについては、例えば、車速Ｖ（駆動輪回転数）とエンジン回転数Ｎｅとをパラメータとして、リングギヤＲ３とピニオンギヤＰ３との歯数比（ＺR3／ＺP3）及びピニオンギヤＰ３の耐久性などを考慮して、実験・シミュレーションによって許容回転数を求め、その許容回転数の上限値をピニオンギヤ回転数の制限値Ｎpinlimaとすればよい。
また、エンジン低回転かつ高車速側（ピニオンギヤ正回転側）のピニオンギヤ回転数の制限値Ｎpinlimbについては、例えば、上記したピニオンギヤ回転数の過渡変化の相違（エンジン高回転かつ低車速側と比較してエンジン低回転かつ高車速域の場合の方がピニオンギヤＰ３の回転数の過渡変化の速度が速くなるという点）を考慮して、上記したエンジン高回転かつ低車速側の制限値Ｎpinlimaよりも低い値（｜Ｎpinlimb｜＜｜Ｎpinlima｜）であって、ピニオンギヤＰ３の過回転（オーバーシュート）を回避することが可能な回転数（上限値）を実験・シミュレーションによって適合すればよい。
そして、本実施形態にあっては、ＥＣＵ１００は、上記した特徴を有するエンジン動作範囲に基づいてエンジン１の動作を制御する。
具体的に、図５に示すように、ＥＣＵ１００は、車速センサ１０７の出力信号から車速Ｖを取得する（ステップＳＴ１０１）とともに、図３に示すエンジン動作範囲（マップ）を読み出す（ステップＳＴ１０２）。次に、ＥＣＵ１００は、現在の車速Ｖに応じたエンジン動作範囲（図３に示す実線Ｌで囲まれた範囲（エンジン回転数制限範囲））内でエンジン１が動作するようにハイブリッドシステムを制御する（ステップＳＴ１０３）。具体的には、例えば、クランクポジションセンサ１０１の出力信号から算出されるエンジン回転数Ｎｅがエンジン動作範囲Ｌを超えないように（例えば、エンジン高回転かつ低車速域の場合は制限値Ｎmg1limまたはＮpinlimaで制限されるエンジン回転数Ｎｅ（上限値）を超えないように、また、エンジン低回転かつ高車速域の場合は制限値Ｎpinlimbで制限されるエンジン回転数Ｎｅ（下限値）を超えないように）、エンジン１の回転数Ｎｅを第１モータジェネレータＭＧ１によって制御する。
なお、図５の制御ルーチンはＥＣＵ１００において所定の間隔（例えば数ｍｓｅｃ）で繰り返して実行される。また、図５の制御に用いる車速Ｖについては、例えば、駆動輪６や従動輪の車輪の回転速度を検出する車輪速センサの出力信号から算出するようにしてもよい。
−他の実施形態−
以上の実施形態では、ＦＦ方式の車両（ハイブリッド車両）に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られることなく、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）方式の車両や、４輪駆動方式の車両にも適用できる。
本発明は、走行用の動力源としてエンジン（内燃機関）及び電動機が搭載されるとともに、動力伝達系に動力分割機構を備えた車両の制御に有効に利用することができる。
１ エンジン
１０ クランクシャフト（エンジンの出力軸）
３ 動力分割機構
Ｓ３ サンギヤ
Ｐ３ ピニオンギヤ
Ｒ３ リングギヤ
ＣＡ３ プラネタリキャリア
ＭＧ１ 第１モータジェネレータ（第１電動機）
ＭＧ２ 第２モータジェネレータ（第２電動機）
６ 駆動輪
１００ ＥＣＵ
１０１ クランクポジションセンサ
１０７ 車速センサ

Claims (1)

  1. 走行用動力源であるエンジンと、
    動力を入出力可能な第１電動機と、
    サンギヤ、リングギヤ、及び、それらサンギヤ及びリングギヤの両方に噛み合うピニオンギヤを自転及び公転自在に支持するプラネタリキャリアを有し、前記プラネタリキャリアが前記エンジンの出力軸に連結され、前記サンギヤが前記第１電動機の回転軸に連結され、前記リングギヤが駆動輪に連結された動力分割機構と、
    前記駆動輪に動力を入出力可能な第２電動機と、
    を備えた車両の制御装置であって、
    前記動力分割機構のピニオンギヤの回転数の制限値によって決まるエンジン動作範囲について、エンジン高回転かつ低車速側のピニオンギヤ回転数の制限値の絶対値が、エンジン低回転かつ高車速側のピニオンギヤ回転数の制限値の絶対値に比べて高く設定されており、この設定のエンジン動作範囲に基づいて前記エンジンの動作を制御するように構成されていることを特徴とする車両の制御装置。
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