JP5838869B2

JP5838869B2 - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: JP5838869B2
Application number: JP2012055496A
Authority: JP
Inventors: 駒田　英明; 英明駒田; 鈴木　陽介; 陽介鈴木; 弘達北畠; 雄二岩瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: JP2013189047A

Description

この発明は、走行のための駆動力源として内燃機関および発電機能のある電動機を備えているハイブリッド車両の走行を制御する制御装置に関し、特に、内燃機関の運転を停止した状態で電動機のみを駆動力源として走行するＥＶ走行が可能なハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

ハイブリッド車両は、駆動力源としてガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関、およびモータ・ジェネレータなどの発電機能のある電動機を搭載した車両であり、内燃機関と電動機とが持つそれぞれの特性を生かすことにより、燃費を向上させることができ、また排気ガスの低減を図ることができる車両である。例えば、内燃機関を燃焼効率の良い運転点で運転し、かつ車両に要求される駆動トルクを電動機で付加することができる。さらに、減速時にエネルギ回生を行いその際に発生させた電力を走行のために使用することもできる。そのため、走行に対する要求を満たしつつ、燃費を向上させ、かつ排ガスの低減を図ることが可能である。そのようなハイブリッド車両に関する発明の一例が特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載されたハイブリッド車両は、内燃エンジンと、その内燃エンジンからのトルクが入力される発電機モータと、電力が供給されて駆動される電気モータと、サンギヤ、リングギヤ、およびキャリアの３個の歯車要素から構成されるプラネタリギヤユニットとを備えていて、サンギヤと発電機モータとが連結され、リングギヤと出力軸とが連結され、キャリアと内燃エンジンとが連結された構成となっている。そして、キャリアの回転を停止させるためのワンウェイクラッチあるいはブレーキなどの制動手段が設けられている。

また、この特許文献１には、一般に、発電機モータの出力による駆動力は車速が低いほど大きいことから、例えば、車速が３０km/hより低い場合は、内燃エンジンを停止し、発電機モータの出力によって車両の駆動力を発生させ、車速が３０km/h以上の場合には、内燃エンジンの駆動力によって車両の駆動力の不足分を補うようにした制御例が記載されている。

特開平８−２９５１４０号公報

一般にハイブリッド車両は、内燃エンジンおよび電動機の両方の出力により走行するいわゆるＨＶ走行と、内燃エンジンを停止させ電動機の出力のみで走行するいわゆるＥＶ走行とが可能である。特に、上記の特許文献１に記載されているハイブリッド車両では、プラネタリギヤユニットのキャリアの回転、すなわち内燃エンジンの出力軸の回転を固定する制動手段が設けられていることから、その制動手段により内燃エンジンの出力軸の回転を停止させた状態で、発電機モータおよび電気モータの２つの電動機の出力により、ＥＶ走行を行うことができる。

そのようなＥＶ走行の状態は、プラネタリギヤユニットのサンギヤをＳ、リングギヤをＲ、キャリアをＣとし、また、発電機モータをＭＧ１、電気モータをＭＧ２、そして内燃エンジンをＥＮＧとすると、図５，図６の共線図のように表すことができる。すなわち、図５に示す状態は、ＭＧ２の出力のみで走行するＥＶ走行であり、ＭＧ２を正転方向（エンジンの出力軸の回転方向と同じ方向）に力行させ、そのＭＧ２の出力トルクのみにより駆動力を発生させて車両を走行させている。そして、図６に示す状態は、ＭＧ１およびＭＧ２の２つの電動機の出力で走行するＥＶ走行であり、ＭＧ２を正転方向に力行させるとともに、ＭＧ１を逆転方向（エンジンの出力軸の回転方向と反対方向）に力行させ、それらＭＧ１およびＭＧ２の出力トルクにより駆動力を発生させて車両を走行させている。

このうち図６に示すＭＧ１およびＭＧ２の出力トルクによるＥＶ走行では、キャリアに設けられたブレーキもしくはワンウェイクラッチによってエンジン出力軸の回転数を０に固定して反力を発生させることにより、ＭＧ２の出力トルクの回転方向と逆向きに発生させたＭＧ１の出力トルクを、ＭＧ２の出力トルクに付加することができる。そのため、それらＭＧ１およびＭＧ２の出力トルクによる大きな駆動力で車両を走行させることができる。

ところで、ハイブリッド車両が上記のようなＥＶ走行している際に、電動機に電力を供給する蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ；State Of Charge）が低下した場合には、エンジンを起動し、そのエンジンの出力により電動機を発電機として駆動して電力を発生させ、バッテリを充電する必要がある。バッテリのＳＯＣが過度に低下すると、バッテリの充放電性能や耐久性が低下してしまうからである。そのために、従来のハイブリッド車両では、例えば、ＥＶ走行時にバッテリのＳＯＣが下限として定めた閾値よりも低下した場合に、エンジンを始動し、そのエンジンの出力によって発電機を駆動してバッテリを充電するように構成されている。

上記のようなＥＶ走行時におけるエンジンの始動は、例えば図７の共線図に示すように、ＭＧ１で反力を発生させることによって行うことができる。すなわち、前述の図６に示したＥＶ走行の状態から、エンジン出力軸の回転数を０に固定していたブレーキを解放するとともに、ＭＧ２で走行のためのトルクを出力しつつ、ＭＧ１を回生させ、ＭＧ２の出力トルクの回転方向と逆方向の回生トルクを反力として発生させる。その結果、エンジン出力軸の回転数を引き上げて、エンジンを始動させることができる。

あるいは、キャリアの制動手段としてワンウェイクラッチが用いられている場合には、上記のようにワンウェイクラッチによってエンジン出力軸の逆転方向への回転が規制され、かつＭＧ２が走行のためのトルクを出力している状態で、ＭＧ１を回生させ、ＭＧ２の出力トルクの回転方向と逆方向の回生トルクを反力として発生させる。その結果、ワンウェイクラッチによるエンジン出力軸の逆転方向への回転に対する規制が解除され、エンジン出力軸の回転数が正転方向に引き上げられるので、エンジンを始動させることができる。

しかしながら、車両がＭＧ１およびＭＧ２の両方の電動機の出力によってＥＶ走行している際に、例えば上記のようにバッテリのＳＯＣが低下したことにより、ＭＧ１の出力でエンジンを始動させる場合には、車両の駆動力が一時的に低下し、それに起因して運転者にショックや違和感を与えてしまう可能性がある。すなわち、ＭＧ１によってエンジンを始動する際に、ＭＧ１は、逆転方向の回生トルクを出力するように制御されるので、既にＥＶ走行のための駆動トルクを出力しているＭＧ１は、制御状態が力行から回生へ切り替えられることになる。したがって、その制御状態の切り替えの過程では、ＭＧ１の駆動トルクは一時的にかつ不可避的に０になる。そのため、ＥＶ走行時におけるエンジン始動の際に、ＭＧ１による駆動トルクが一時的に０まで低下することから、それに伴いエンジン始動時に車両の駆動力が低下し、その結果、運転者にショックや違和感を与えてしまうおそれがあった。

なお、上記のようなＭＧ１のトルクの一時的な低下は、ＭＧ２の出力トルクを増大させることによって補償することが可能である。しかしながら、それは、ＭＧ２に補償分のトルクを出力する余裕が残っている場合に限られる。すなわち、ＭＧ２も既にＥＶ走行のための駆動トルクを出力している状態であるため、ＥＶ走行中の車両に対する要求駆動力が大きい場合には、補償分のトルクを更に出力する余裕がなくなり、ＭＧ２によるトルク補償を行うことができない場合がある。したがって、ＭＧ２の出力トルクによって補償するとしても、上記のようなＥＶ走行中のエンジン始動時における車両駆動力の低下を完全に防止することはできない。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、ＥＶ走行中におけるＳＯＣの過度の低下を回避するためのエンジン始動を確実に行うとともに、そのエンジン始動の際のショックや違和感の発生を防止もしくは抑制することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、内燃機関および複数の電動機を駆動力源とするハイブリッド車両であって、第１回転要素、第２回転要素、および第３回転要素を有する差動歯車装置からなる動力分割機構と、前記各電動機に対する駆動電力を供給しかつ前記各電動機で発電された発電電力を蓄電するバッテリと、前記内燃機関の出力軸の回転を固定もしくは制限する固定手段とを備え、前記出力軸と前記第１回転要素とが連結され、前記複数の電動機のうち第１電動機の回転軸と前記第２回転要素とが連結され、第２電動機の回転軸と前記第３回転要素および駆動軸とがそれぞれ連結されたハイブリッド車両の制御装置において、前記バッテリの充電状態の程度を示すＳＯＣに対する前記内燃機関の始動の要否を判断するための閾値として、第１の閾値と、前記第１の閾値よりも値が低い第２の閾値とを設定し、前記内燃機関の運転を停止しかつ前記固定手段により前記出力軸の回転を停止させた状態で前記電動機のみを駆動力源として走行するＥＶ走行時に、前記ＳＯＣが前記第１の閾値と前記第２の閾値との間である場合は、前記ハイブリッド車両への要求駆動力が前記内燃機関の始動を判断するための閾値として予め定めた所定値以下になった場合に、前記第１電動機の出力により前記出力軸の回転数を上昇させて前記内燃機関を始動させ、前記ＳＯＣが前記第２の閾値よりも低い場合には、前記要求駆動力の大小にかかわらず、前記第１電動機の出力により前記出力軸の回転数を上昇させて前記内燃機関を始動させる始動手段を備えていることを特徴とする制御装置である。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記始動手段が、前記所定値を前記ＳＯＣが低いほど大きくなる可変値とするとともに、前記ＳＯＣが前記第１の閾値と前記第２の閾値との間であり、前記要求駆動力が前記ＳＯＣの大きさに応じて決められた前記所定値以下になった場合に、前記第１電動機の出力により前記出力軸の回転数を上昇させて前記内燃機関を始動させる手段を含むことを特徴とする制御装置である。

請求項１の発明では、内燃機関の運転を停止して電動機のみの出力によりハイブリッド車両を走行させるＥＶ走行時に、バッテリのＳＯＣ低下に伴う内燃機関の始動の要否を判断するための閾値として第１の閾値と第２の閾値とが設定される。すなわち、内燃機関の始動の必要性を判断するための閾値が、第１の閾値と第２の閾値との間の所定の幅を持った値の範囲として設定されている。そして、ＥＶ走行中にバッテリのＳＯＣが第１の閾値と第２の閾値との間の範囲内に低下した場合は、そのＥＶ走行における要求駆動力が所定値以下になった場合に、内燃機関が始動される。一方、バッテリのＳＯＣが第２の閾値よりも低い値に低下した場合には、直ちに内燃機関が始動される。

したがって、請求項１の発明によれば、ＥＶ走行中にバッテリのＳＯＣが低下し、内燃機関を始動してバッテリを充電する必要性が生じた場合に、ＳＯＣが未だ第２の閾値以上である場合は、要求駆動力が所定値以下になった場合に、内燃機関が始動される。すなわち、バッテリのＳＯＣが第１の閾値以下になった場合でも、ＳＯＣが第２の閾値までは低下していない場合には、ＥＶ走行時に電動機が出力する駆動トルクが可及的に小さくなる状況を待って、内燃機関が始動される。そのため、ＥＶ走行時に内燃機関を始動する際の駆動トルクの低下を可及的に少なくすることができ、その駆動トルクの低下に起因するショックや違和感の発生を防止もしくは抑制することができる。そして、ＳＯＣが第２の閾値よりも低くなり、ＳＯＣの余裕がないと判断される場合に、内燃機関を確実に始動してバッテリのＳＯＣを速やかに上昇させることができる。そのため、ＳＯＣが過度に低下してしまうことによるバッテリ性能の低下を回避することができる。

また、請求項２の発明によれば、ＥＶ走行中にバッテリのＳＯＣが第１の閾値以下になり、かつ未だ第２の閾値までは低下していない場合に、ＳＯＣの大きさに応じて内燃機関の始動を開始するための条件が設定される。すなわち、バッテリのＳＯＣが低いほど内燃機関の始動開始を判断する要求駆動力のレベルが大きくなるように設定される。言い換えると、バッテリのＳＯＣが高いほど、内燃機関の始動開始を判断する要求駆動力のレベルが小さくなるように設定される。したがって、第１の閾値と第２の閾値との間の範囲でバッテリのＳＯＣが比較的高い場合は、ＥＶ走行時に電動機が出力する駆動トルクが小さくなる状況を待って、内燃機関が始動される。そのため、電動機が、内燃機関を始動するために駆動トルクの低下が生じる以前の、要求駆動力に適正に対応した駆動トルクを出力している状況を、可及的に長く継続させることができる。また、ＥＶ走行時に内燃機関を始動する際の駆動トルクの低下を可及的に少なくすることができ、その駆動トルクの低下に起因するショックや違和感の発生を防止もしくは抑制することができる。そして、バッテリのＳＯＣが低下するにつれて、内燃機関の始動開始を判断する要求駆動力のレベルが大きくなるように設定される。その結果、電動機で内燃機関を始動する際に低下する駆動トルクの低下量が徐々に増大することになり、そのため、内燃機関の始動開始を判断する要求駆動力のレベルが大きい場合に相対的に大きなショックが発生する頻度を減少させることができる。

この発明で制御の対象とするハイブリッド車両のドライブトレーンおよび制御系統の一例を示す模式図である。この発明で制御の対象とするハイブリッド車両のドライブトレーンの他の例を示す模式図である。この発明の制御装置による制御の一例を説明するためのフローチャートである。図３に示すこの発明の制御装置による制御を実行した場合のハイブリッド車両の挙動を説明するためのタイムチャートである。従来およびこの発明で制御の対象とするハイブリッド車両におけるＥＶ走行（ＭＧ２・単独駆動）状態を説明するための共線図である。従来およびこの発明で制御の対象とするハイブリッド車両におけるＥＶ走行（ＭＧ１，ＭＧ２・両駆動）状態を説明するための共線図である。従来およびこの発明で制御の対象とするハイブリッド車両におけるＥＶ走行（ＭＧ１，ＭＧ２・両駆動）時にＭＧ１でエンジンを始動させる状態を説明するための共線図である。

つぎに、この発明を図を参照して具体的に説明する。この発明で制御の対象とするハイブリッド車両のドライブトレーンおよび制御系統を図１に示してある。すなわち、この図１に示す車両Ｖｅは、いわゆる２モータタイプのハイブリッド車両であって、駆動力源としてエンジン１と２基のモータ・ジェネレータ２，３とを備え、エンジン１が出力する動力を第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２と駆動軸４とに分割するとともに、第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３の出力する動力を直接駆動軸４に伝達できるように構成されている。

エンジン（ＥＮＧ）１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンあるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関である。この図１では、スロットル開度や燃料噴射量などの負荷を電気的に制御することが可能な電子制御式のスロットルバルブや電子制御式の燃料噴射装置等を備えていて、所定の負荷に対して回転数を電気的に制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できるガソリンエンジンが搭載された例を示している。

第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３は、いずれも、駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機としての機能との両方を兼ね備えた電動機である。それら第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３としては、例えば、永久磁石式同期モータ（ＰＭ）あるいは誘導モータ（ＩＭ）などの交流モータが用いられる。

エンジン１が出力する動力を第１モータ・ジェネレータ２と駆動軸４とに分割するための動力分割機構５が設けられている。この動力分割機構５は、第１回転要素、第２回転要素、および第３回転要素の３つの回転要素を有する差動歯車装置により構成されていて、この図１に示す例では、サンギヤ５ｓとリングギヤ５ｒとの間に配置したピニオンギヤをキャリア５ｃによって自転および公転が可能に保持したシングルピニオン型の遊星歯車機構が採用されている。

動力分割機構５のキャリア５ｃにエンジン１の出力軸１ａが連結され、サンギヤ５ｓに第１モータ・ジェネレータ２の回転軸２ａが連結され、そしてリングギヤ５ｒに駆動軸４および第２モータ・ジェネレータ３の回転軸３ａがそれぞれ互いに連結されている。すなわち、この図１に示す例では、キャリア５ｃがこの発明における第１回転要素に相当し、サンギヤ５ｓがこの発明における第２回転要素に相当し、そしてリングギヤ５ｒがこの発明における第３回転要素に相当している。このような遊星歯車機構から構成される動力分割機構５の各回転要素が差動機構として機能することにより、サンギヤ５ｓすなわち第１モータ・ジェネレータ２の回転数に応じて、キャリア５ｃすなわちエンジン１の回転数が変化するようになっている。したがって、第１モータ・ジェネレータ２の出力を制御することにより、エンジン１のエンジン回転数を制御できるように構成されている

上記の動力分割機構５に対して駆動軸４が連結されている。具体的には、動力分割機構５のリングギヤ５ｒに、駆動軸４がカウンタギヤ６およびデファレンシャル７を介して動力伝達可能に連結されている。カウンタギヤ６は、共に一体回転するようカウンタ軸６ａに固定された大径ギヤ６ｂと、その大径ギヤ６ｂよりも径が小さい小径ギヤ６ｃとから構成されていて、大径ギヤ６ｂと動力分割機構５のリングギヤ５ｒとが噛み合わされ、小径ギヤ６ｃと駆動軸４が組み込まれたデファレンシャル７のリングギヤ７ａとが噛み合わされている。したがって、エンジン１および第１モータ・ジェネレータ２は、それぞれ、動力分割機構５、カウンタギヤ６、およびデファレンシャル７を介して、駆動軸４と互いに動力伝達可能に連結されている。

上記のように、第１モータ・ジェネレータ２が、動力分割機構５、カウンタギヤ６、およびデファレンシャル７を介在させて駆動軸４との間で動力伝達を行うように構成されているのに対して、第２モータ・ジェネレータ３は、動力分割機構５を介さずに、カウンタギヤ６およびデファレンシャル７のみを介在させて駆動軸４との間で直接動力伝達を行うように構成されている。すなわち、第２モータ・ジェネレータ３の回転軸３ａには、その回転軸３ａと一体に回転するドライブギヤ３ｂが固定されていて、そのドライブギヤ３ｂとカウンタギヤ６の大径ギヤ６ｂとが噛み合わされている。したがって、第２モータ・ジェネレータ３は、カウンタギヤ６およびデファレンシャル７を介して、駆動軸４と互いに動力伝達可能に連結されるとともに、カウンタギヤ６を介して、動力分割機構５のリングギヤ５ｒに対しても互いに動力伝達可能に連結されている。

なお、第２モータ・ジェネレータ３のドライブギヤ３ｂは、カウンタギヤ６の大径ギヤ６ｂよりも径が小さい歯車により構成されていて、それらドライブギヤ３ｂと大径ギヤ６ｂとのギヤ対は、第２モータ・ジェネレータ３に対する減速機構（リダクションギヤ）となっている。したがって、第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクを増幅させてデファレンシャル７および駆動軸４へ伝達することができ、第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクによる大きな駆動力を発生させることができる。

さらに、この発明における車両Ｖｅのギヤトレーンでは、動力分割機構５のキャリア５ｃの回転すなわちエンジン１の出力軸１ａの回転を固定する固定手段として、キャリア５ｃおよび出力軸１ａの回転を選択的に固定するブレーキ装置８が設けられている。このブレーキ装置８としては、例えば、ディスクブレーキやドラムブレーキなどの摩擦式の係合装置、あるいはドグクラッチ・ブレーキやスプラインなどの噛み合い式の係合装置を用いることができる。この図１では、シンクロメッシ機構などの同期連結装置を備えたドグブレーキを採用した例を示している。

なお、この発明における固定手段としては、上記のようなドグブレーキあるいは摩擦ブレーキなどのブレーキ装置８の他に、図２に示すような、ワンウェイクラッチ９を用いることも可能である。この場合のワンウェイクラッチ９は、外輪９ａがギヤトレーンのケーシング（図示せず）などに、その回転が不可能なように固定されていて、内輪９ｂがエンジン１の出力軸１ａと一体回転するように取り付けられている。そして出力軸１ａおよびキャリア５ｃの正転方向（すなわちエンジン１の回転方向と同じ方向）への回転を許容し、出力軸１ａおよびキャリア５ｃの逆転方向（すなわちエンジン１の回転方向と反対方向）への回転を制止するように構成されている。したがって、このワンウェイクラッチ９は、エンジン１の出力軸１ａおよび動力分割機構５のキャリア５ｃの回転を正転方向の一方向のみに制限するものであって、この発明における固定手段となっている。

前述のように、第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３は、いずれも、モータと発電機との両方の機能を有する周知の交流モータにより構成されている。したがって、それら第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３は、それぞれ、インバータ（図示せず）を介してバッテリ１０に連結されている。すなわち、インバータによって第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３とバッテリ１０との間で授受される電力を制御することにより、それら各モータ・ジェネレータ２，３がモータとして機能させられる場合の回転数やトルクを制御し、あるいはそれら各モータ・ジェネレータ２，３が発電機として機能させられる場合の発電量を制御するように構成されている。

また、上記の第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３は、インバータを介して、それらの間で電力を相互に供給できるように構成されている。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３のいずれか一方により発生させた電力を、他方のモータ・ジェネレータで消費できるようになっている。例えば、エンジン１の出力により第１モータ・ジェネレータ２が駆動されて発電機として機能させられた場合に、その第１モータ・ジェネレータ２で発生させた電力を第２モータ・ジェネレータ３へ供給し、第２モータ・ジェネレータ３をモータとして機能させることができる。したがって、エンジン１が出力した動力の一部を、第１モータ・ジェネレータ２により電力に一旦変換した後、第２モータ・ジェネレータ３により再び動力に変換して、その動力を駆動軸４に伝達することができるようになっている。

上記のエンジン１、および各モータ・ジェネレータ２，３の動作状態を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）１１が設けられている。この電子制御装置１１には、車両Ｖｅの車速を検出する車速センサ１２、例えばアクセルペダルやアクセルレバーなどによる運転者のアクセル操作を検出するアクセル開度センサ１３、バッテリ１０のＳＯＣを検出するＳＯＣセンサ１４、あるいは、エンジン１の出力軸の回転速度を検出するエンジン回転数センサ（図示せず）や、各モータ・ジェネレータ２，３の回転軸の回転速度を検出するためのレゾルバ（図示せず）などの各種センサ装置類からの検出信号が入力される。これに対して、電子制御装置１１からは、エンジン１を制御する（すなわち、エンジン１のスロットルバルブあるいは燃料噴射装置等を制御する）信号、各モータ・ジェネレータ２，３を制御する（すなわち、インバータおよびバッテリ１０を制御する）信号などが出力されるように構成されている。

上記のように構成された車両Ｖｅでは、エンジン１と、第１モータ・ジェネレータ２および／または第２モータ・ジェネレータ３との両方の出力により走行するいわゆるＨＶ走行と、エンジン１の運転を停止させ、第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３の出力のみ、もしくは第２モータ・ジェネレータ３の出力のみで走行するいわゆるＥＶ走行とが可能である。

第２モータ・ジェネレータ３のみの出力によるＥＶ走行では、前述の図５に示した従来例と同様に、第２モータ・ジェネレータ３を正転方向に力行させ、その第２モータ・ジェネレータ３が出力する駆動トルクによって車両Ｖｅが走行させられる。また、第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３によるＥＶ走行では、前述の図６に示した従来例と同様に、ブレーキ装置８を係合させてエンジン１の出力軸１ａの回転を停止させた状態で、第２モータ・ジェネレータ３を正転方向に力行させるとともに、第１モータ・ジェネレータ２を逆転方向に力行させ、それら第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３が出力する駆動トルクによって車両Ｖｅが走行させられる。

なお、図２に示した車両Ｖｅの構成例のように、固定手段としてワンウェイクラッチ９を用いた場合には、上記のように第２モータ・ジェネレータ３を正転方向に力行させつつ、第１モータ・ジェネレータ２を逆転方向に力行させることにより、ワンウェイクラッチ９が自ら係合し、エンジン１の出力軸１ａの回転が固定される。したがって、ワンウェイクラッチ９を用いる場合でも、上記のようなブレーキ装置８を用いる場合と同様に、第２モータ・ジェネレータ３の駆動トルクの回転方向と逆向きに出力させた第１モータ・ジェネレータ２の駆動トルクを、第２モータ・ジェネレータ３の駆動トルクに付加することができる。そのため、それら第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３の出力による大きな駆動力で車両Ｖｅを走行させることができる。

そして、上記のような第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３の出力によるＥＶ走行から、エンジン１を始動させてＨＶ走行へ移行する場合には、前述の図７に示した従来例と同様に、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の始動が行われる。すなわち、第２モータ・ジェネレータ３でＥＶ走行のための駆動トルクを出力しつつ、第１モータ・ジェネレータ２を回生させて、逆転方向の回生トルクを反力として発生させることにより、エンジン１の回転数を引き上げて、エンジン１を始動させることができる。

上記のようなＥＶ走行中に第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１を始動させる場合には、ＥＶ走行時に車両Ｖｅの駆動力の増大に寄与していた第１モータ・ジェネレータ２の駆動トルクが回生トルクに切り替えられるので、その駆動トルクがなくなる分、車両Ｖｅの駆動力が一時的に低下して落ち込むことになる。この発明におけるハイブリッド車両の制御装置では、上記のような駆動力の落ち込みによるショックや違和感の発生を防止するために、以下の制御を実行するように構成されている。その制御の一例を、図３のフローチャートに示してある。このフローチャートで示されるルーチンは、所定の短時間毎に繰り返し実行される。図３において、先ず、車両Ｖｅの走行状態がＣＤ（Charge
Depleting）モードであるか否か、すなわち車両ＶｅがＥＶ走行していて、バッテリ１０に蓄えられた電力が消費されている状態であるか否かが判断される（ステップＳ１）。これは、エンジン１、第１モータ・ジェネレータ２、および第２モータ・ジェネレータ３の制御状態から総合的に判断することができる。

車両Ｖｅの走行状態がＣＤモードでないこと、すなわち車両ＶｅがＥＶ走行していないことにより、このステップＳ１で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。

これに対して、車両Ｖｅの走行状態がＣＤモードであること、すなわち車両ＶｅがＥＶ走行していることにより、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、ステップＳ２へ進み、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値α以下であるか否かが判断される。このエンジン始動閾値αは、ＥＶ走行時に、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン１の始動の要否を判断するための上限側の閾値として予め設定されたものであり、この発明における第１の閾値に相当する閾値である。

バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値αよりも高いことにより、このステップＳ２で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。この場合は、ＥＶ走行中であっても、バッテリ１０は未だ十分に充電量が残っている状態であり、直ちにエンジン１の出力により第１モータ・ジェネレータ２を駆動して発電させる必要はないと判断できるためである。

これに対して、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値α以下であることにより、ステップＳ２で肯定的に判断された場合には、ステップＳ３へ進み、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値β以上であるか否かが判断される。このエンジン始動閾値βは、ＥＶ走行時に、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン１の始動の要否を判断するための下限側の閾値として予め設定されたものであり、上記のエンジン始動閾値αよりも低い値に設定されている。したがって、このエンジン始動閾値βが、この発明における第２の閾値に相当する閾値である。

バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値β以上であることにより、このステップＳ３で肯定的に判断された場合は、ステップＳ４へ進み、要求駆動トルクが所定値δ以下であるか否かが判断される。要求駆動トルクは、車速およびアクセル開度などに基づいて決まる車両Ｖｅの要求駆動力をトルクに換算したものであり、この場合は、ＥＶ走行時に第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３に対して出力することが要求されるトルクである。そして所定値δは、ＥＶ走行中にバッテリ１０のＳＯＣが低下した場合に、エンジン１の始動の開始を判断するための閾値として予め設定されたものであって、ＥＶ走行中にエンジン１を始動させる際に生じる第１モータ・ジェネレータ２の駆動トルクの落ち込みが許容し得るものであるか否かを判断するための閾値である。したがって、この所定値δが、この発明における所定値に相当する閾値である。

要求駆動トルクが所定値δよりも大きいことにより、このステップＳ４で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。これは、ＥＶ走行中にバッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値α以下に低下した場合であっても、要求駆動トルクが相対的に大きいことから、仮にその状態で第１モータ・ジェネレータ２によるエンジン１の始動を行った場合には、それ以前のＥＶ走行における第１モータ・ジェネレータ２の駆動トルクが０になることによる駆動力の落ち込みが大きくなり、運転者にショックや違和感を与えてしまう可能性があるからである。したがって、このステップＳ４で実行される制御は、運転者に対するショックや違和感の発生を防止するために、ＥＶ走行中の第１モータ・ジェネレータ２によるエンジン１の始動を、第１モータ・ジェネレータ２が出力する駆動トルクが小さくなる状況を待って実行させるためのものである。

これに対して、要求駆動トルクが所定値δ以下であることにより、ステップＳ４で肯定的に判断された場合には、ステップＳ５へ進み、エンジン１の始動が開始される。この場合のエンジン１の始動は、前述したように、第２モータ・ジェネレータ３がＥＶ走行のための駆動トルクを出力している状態で、第１モータ・ジェネレータ２でエンジン１の回転数を上昇させることにより行われる。そして、この場合に、このステップＳ５で実行されるエンジン１の始動は、上記のステップＳ４で第１モータ・ジェネレータ２が出力する駆動トルクが小さくなるのを待った後に、あるいは第１モータ・ジェネレータ２が出力する駆動トルクが小さくなるタイミングで実行される。そのため、エンジン１を始動する際の駆動力の落ち込みが少なくなり、その駆動力の落ち込みに起因するショックや違和感の発生を確実に防止もしくは抑制することができる。

一方、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値βよりも低いことにより、前述のステップＳ３で否定的に判断された場合には、ステップＳ４の制御を飛ばして、上記のステップＳ５へ進み、エンジン１の始動が開始される。すなわち、この場合に、ステップＳ５で実行されるエンジン１の始動は、前述のステップＳ４で第１モータ・ジェネレータ２が出力する駆動トルクが小さくなる状況を待つことなく、直ちに実行される。バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値βよりも低くなり過ぎると、バッテリ１０の充放電性能や耐久性が低下してしまうおそれが生じるが、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値βを超えて低下した場合には、上記のように、直ちにエンジン１が始動されて、バッテリ１０の充電が開始される。そのため、バッテリ１０のＳＯＣが過度に低下してしまうことによるバッテリ性能の低下を確実に回避することができる。

上記のようにして、ステップＳ５でエンジン１が始動されると、車両Ｖｅの走行状態が、ＣＤモードからＣＳ（Charge Sustaining）モードへ移行する（ステップＳ６）。すなわち、ＥＶ走行していた車両Ｖｅが、そのエンジン１が始動されてＨＶ走行することになる。そしてその後、このルーチンを一旦終了する。なお、このＣＳモードでは、車両Ｖｅは基本的にＨＶ走行することになるが、例えば軽負荷の場合にはＥＶ走行することもある。したがって、ＣＳモード中にエンジン１の運転停止および再始動が行われる場合もあるが、その場合は、バッテリ１０のＳＯＣが充電が必要になるまで低下することはないので、この発明の制御の対象にはしていない。

なお、この発明では、バッテリ１０のＳＯＣが低下したことを運転者に認識させるための告知手段を設けておくことが好ましい。例えば、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値αやエンジン始動閾値βの近くまで低下した場合に、音声や効果音を発してＳＯＣの低下を運転者に知らせる警告装置や、光や文字を表示してＳＯＣの低下を運転者に知らせる表示装置などを装備することができる。そのような告知手段を装備することにより、ＳＯＣの低下を早期に運転者に認識させることができ、例えば運転者の意志によってエンジン１を始動させ、ＳＯＣの過度の低下を未然に防止することができる。また、運転者がＳＯＣの低下を早期に認識できることにより、その後のエンジン１の始動時に生じる駆動力低下を、運転者に予見させておくことができ、エンジン１を始動する際の駆動力低下をショックや違和感に感じさせずに済ませることができる。すなわち、ドライバビリティの低下を回避させることができる。

上記のように図３のフローチャートに示す制御を実行した場合の車両Ｖｅの挙動を、図
４のタイムチャートに示してある。車両Ｖｅは、ＥＶ走行中にバッテリ１０の電力を消費することにより、バッテリ１０のＳＯＣが徐々に低下する。そして、時刻ｔ_１でバッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値α以下になると、そのＳＯＣがエンジン始動閾値β以上であるか否かが判断され、未だＳＯＣがエンジン始動閾値βまで低下していない場合には、要求駆動トルクが所定値δ以下である場合に、エンジン１が始動される。具体的には、この図４のタイムチャートにおいて一点鎖線で示すように、アクセル開度が所定値δに相当する所定値δ’以下になる時刻ｔ_２で、エンジン１が始動される。

この場合は、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値αとエンジン始動閾値βとの間の範囲内で、すなわちＳＯＣがエンジン始動閾値β以下まで低下する以前に、エンジン１が始動され、バッテリ１０の充電が再開される。そのため、バッテリ１０のＳＯＣが過度に低下してしまうことはない。そして、アクセル開度が所定値δ’以下の状態で、すなわち、そのアクセル開度に基づいて決まる要求駆動トルクが所定値δ以下の状態でエンジン１の始動が行われる。そのため、始動時の駆動力の落ち込みを少なくすることができ、その駆動力の落ち込みに起因するショックや違和感の発生を確実に防止もしくは抑制することができる。

一方、バッテリ１０のＳＯＣが更に低下し、時刻ｔ_３でＳＯＣがエンジン始動閾値βよりも低くなった場合には、アクセル開度の大小、すなわち要求駆動力の大小にかかわらず、直ちにエンジン１が始動され、バッテリ１０の充電が再開される。そのため、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値βよりも低い状態が速やかに解消され、ＳＯＣが過度に低下してしまうことによるバッテリ性能の低下を確実に回避することができる。

なお、エンジン１が始動された後、すなわち、車両Ｖｅの走行状態がＣＤモード（ＥＶ走行）からＣＳモード（ＨＶ走行）へ移行された後は、バッテリ１０はＳＯＣ制御中心値Ｔを目標値として制御される。図４のタイムチャートからも分かるように、このＳＯＣ制御中心値Ｔは、エンジン始動閾値αとエンジン始動閾値βとのほぼ中間の値となっている。言い換えれば、エンジン始動閾値αおよびエンジン始動閾値βは、それぞれ、このＳＯＣ制御中心値Ｔを基準値として、ＳＯＣ制御中心値Ｔの上下にそれぞれ所定の幅を持った値として設定されている。

また、図４のタイムチャートのアクセル開度における所定値Ｕは、ＣＤモードにおいて第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３の両方を稼働させる領域を示すためのものである。すなわち、図４のタイムチャートで、ＣＤモードにおいてアクセル開度が所定値Ｕよりも低い領域では、車両Ｖｅは第２モータ・ジェネレータ３のみを稼働させてＥＶ走行している。そしてアクセル開度が所定値Ｕよりも高い領域では、車両Ｖｅは第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３および第２モータ・ジェネレータ３の両方を稼働させてＥＶ走行している。

（他の制御例）
前述の図３のフローチャートで示した制御例において、ステップＳ４で閾値としている所定値δは、ＥＶ走行８中にバッテリ１０のＳＯＣが低下した場合にエンジン１の始動の開始を判断するために、予め設定された既定値であり、この発明における所定値に相当する閾値である。これに加えて、この発明における所定値は、バッテリ１０のＳＯＣの大きさに応じて決められる可変値とすることもできる。すなわち、この発明における所定値の他の例としてここで説明する所定値εは、ＥＶ走行中にバッテリ１０のＳＯＣが低下した場合に、エンジン１の始動の開始を判断するための閾値として、バッテリ１０のＳＯＣの大きさに応じて随時設定されるものであって、ＳＯＣの大きさを考慮して、ＥＶ走行中にエンジン１を始動させる際に生じる第１モータ・ジェネレータ２の駆動トルクの落ち込みが許容し得るものであるか否かを判断するための閾値である。

具体的には、上記の所定値εは、バッテリ１０のＳＯＣが低いほど大きな値となるように、そのＳＯＣの大きさに応じて設定される。すなわち、バッテリ１０のＳＯＣが相対的に高い場合は、所定値εは相対的に小さい値に設定される。そしてバッテリ１０のＳＯＣが相対的に低い場合には、所定値εは相対的に大きい値に設定される。したがって、バッテリ１０のＳＯＣが相対的に高い場合は、エンジン１の始動開始を判断する要求駆動トルクのレベルが相対的に小さくなり、バッテリ１０のＳＯＣが相対的に低い場合には、エンジン１の始動開始を判断する要求駆動トルクのレベルが相対的に大きくなる。

このように所定値εをバッテリ１０のＳＯＣの大きさに応じて決められる可変値とすることにより、バッテリ１０のＳＯＣが低下するにつれて、エンジン１の始動開始を判断する要求駆動トルクのレベルが大きくなるように設定される。その結果、第１モータ・ジェネレータ２でエンジン１を始動する際に低下する駆動トルクの低下量が徐々に増大することになる。そのため、エンジン１の始動開始を判断する要求駆動トルクのレベルが大きいために、相対的に大きなショックが発生する状況になる頻度を減少させることができる。

なお、所定値εは、上記のようにバッテリ１０のＳＯＣの大きさに応じて決められることに加えて、車速の大きさに応じて決められる可変値とすることもできる。例えば、所定の車速毎に、上記のようにバッテリ１０のＳＯＣの大きさに応じて決められる可変値とすることができる。そうすることにより、より精度の良い制御を実行することができる。

以上のように、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、ＥＶ走行中にバッテリ１０のＳＯＣが低下し、エンジン１を始動してバッテリ１０を充電する必要性が生じた場合に、ＳＯＣが未だエンジン始動閾値β以上である場合は、要求駆動トルクが所定値δ（もしくは所定値ε）以下になった場合に、エンジン１が始動される。すなわち、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値α以下になった場合でも、ＳＯＣがエンジン始動閾値βまでは低下していない場合には、ＥＶ走行時に第１モータ・ジェネレータ２が出力する駆動トルクが可及的に小さくなる状況を待って、エンジン１が始動される。そのため、ＥＶ走行時にエンジン１を始動する際の駆動トルクの低下を可及的に少なくすることができ、その駆動トルクの低下に起因するショックや違和感の発生を確実に防止もしくは抑制することができる。そして、ＳＯＣがエンジン始動閾値βよりも低くなり、バッテリ１０の余裕がないと判断される場合には、エンジン１を確実に始動してバッテリ１０のＳＯＣを速やかに上昇させることができる。そのため、ＳＯＣが過度に低下してしまうことによるバッテリ１０の性能の低下を確実に回避することができる。

ここで、上述した具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を実行する機能的手段が、この発明における「始動手段」に相当する。

なお、上述した具体例では、この発明における駆動力制御の対象とするハイブリッド車両として、内燃機関としてエンジン１と、電動機として第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３とを備えた、いわゆる２モータタイプのハイブリッド車両の構成を例に挙げて説明したが、例えば、エンジンと、３基以上の複数のモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両であってもよい。また、外部電源から直接バッテリを充電することが可能ないわゆるプラグインハイブリッド車両であってもよい。

１…エンジン（ＥＮＧ；内燃機関）、１ａ…出力軸、２…第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１；電動機）、２ａ…回転軸、３…第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２；電動機）、３ａ…回転軸、４…駆動軸、５…動力分割機構、５ｃ…キャリア（第１回転要素）、５ｓ…サンギヤ（第２回転要素）、５ｒ…リングギヤ（第３回転要素）、８…ブレーキ装置（固定手段）、９…ワンウェイクラッチ（固定手段）、１０…バッテリ、１１…電子制御装置（ＥＣＵ）、１４…ＳＯＣセンサ、Ｖｅ…ハイブリッド車両。

Claims

内燃機関および複数の電動機を駆動力源とするハイブリッド車両であって、第１回転要素、第２回転要素、および第３回転要素を有する差動歯車装置からなる動力分割機構と、前記各電動機に対する駆動電力を供給しかつ前記各電動機で発電された発電電力を蓄電するバッテリと、前記内燃機関の出力軸の回転を固定もしくは制限する固定手段とを備え、前記出力軸と前記第１回転要素とが連結され、前記複数の電動機のうち第１電動機の回転軸と前記第２回転要素とが連結され、第２電動機の回転軸と前記第３回転要素および駆動軸とがそれぞれ連結されたハイブリッド車両の制御装置において、
前記バッテリの充電状態の程度を示すＳＯＣに対する前記内燃機関の始動の要否を判断するための閾値として、第１の閾値と、前記第１の閾値よりも値が低い第２の閾値とを設定し、前記内燃機関の運転を停止しかつ前記固定手段により前記出力軸の回転を停止させた状態で前記電動機のみを駆動力源として走行するＥＶ走行時に、前記ＳＯＣが前記第１の閾値と前記第２の閾値との間である場合は、前記ハイブリッド車両への要求駆動力が前記内燃機関の始動を判断するための閾値として予め定めた所定値以下になった場合に、前記第１電動機の出力により前記出力軸の回転数を上昇させて前記内燃機関を始動させ、前記ＳＯＣが前記第２の閾値よりも低い場合には、前記要求駆動力の大小にかかわらず、前記第１電動機の出力により前記出力軸の回転数を上昇させて前記内燃機関を始動させる始動手段を備えていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
前記始動手段は、前記所定値を前記ＳＯＣが低いほど大きくなる可変値とするとともに、前記ＳＯＣが前記第１の閾値と前記第２の閾値との間であり、前記要求駆動力が前記ＳＯＣの大きさに応じて決められた前記所定値以下になった場合に、前記第１電動機の出力により前記出力軸の回転数を上昇させて前記内燃機関を始動させる手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。