JP5867109B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行駆動源に内燃機関および電動機を併用するハイブリッド車両に装備されるハイブリッド車両の制御装置に関する。

近時、車両の走行駆動源に内燃機関（以下、エンジンともいう）と電動機（以下、モータともいう）を併用することで、アイドル運転時間の短縮やエネルギ回生に加えてエンジンの小型化を可能にして、大幅な燃費低減を実現したハイブリッド車両が普及してきた。このようなハイブリッド車両では、走行駆動源側の静粛性の向上に伴って、走行駆動源から駆動車輪に至るまでの動力伝達機構における振動騒音の低減が高度に要求されるようになっており、動力伝達系の振動騒音の低減に寄与し得る制御装置が提案されている。

そのような制御装置としては、例えば凹凸路面による車輪のスリップと駆動トルクの周期的な変動が発生し、そのトルク変動の周期が車両のバネ下共振周波数域に一致する場合に、エンジンの出力を一時的に低下（または停止）させることで、トルクリミッタ機構を設けることなく、エンジンから動力伝達機構への入力軸に捩り共振による過大なトルクが発生するのを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−４０１７４号公報

しかしながら、上述のような従来のハイブリッド車両の制御装置は、走行駆動トルクの変動周期が車両のバネ下共振周波数域に一致するような悪路走行に入ると、エンジン出力を低下させて総駆動トルクを低下させるというものに過ぎなかった。

そのため、ハイブリッド車両が加速や減速の状態でなく、そのハイブリッド駆動装置がフローティング（浮動）状態で回っているような場合に、悪路走行に入ると、駆動車輪のタイヤが波状路等の凹凸路面により繰返しスリップしたりグリップされたりしてドライブシャフトにトルク変動や捩れが発生し易く、ドライブシャフト上のトルク作用方向（駆動トルクの正負）が周期的に反転することで、歯車を有する動力伝達機構に連続する歯打ち音が生じ易くなるという問題があった。

そこで、本発明は、ハイブリッド車両の悪路走行時における歯打ち音を防止する制御を実行することのできるハイブリッド車両の制御装置を提供するものである。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関および電動機を併有する走行駆動源を備え、該走行駆動源の出力軸から駆動車輪側に伝達される総駆動トルクに応じた走行駆動力を発生させるハイブリッド車両に装備され、前記総駆動トルクの指令値を設定するとともに、該指令値に応じて前記内燃機関および前記電動機の出力を制御するハイブリッド車両の制御装置であって、前記総駆動トルクに該総駆動トルクの作用方向を周期的に反転させるトルク変動が生じることを条件に、前記総駆動トルクのうち前記内燃機関の出力に基づく第１トルクの比率を小さくするよう前記総駆動トルクのうち前記電動機の出力に基づく第２トルクを大きくすることを特徴とする。

本発明では、走行駆動源の出力軸から駆動車輪側に伝達される総駆動トルクの作用方向を反転させるような周期的なトルク変動が生じると、総駆動トルクのうち内燃機関の出力に基づく第１トルクの比率を小さくし、電動機の出力に基づく第２トルクを大きくするように、内燃機関および電動機の出力が制御される。したがって、総駆動トルクに作用方向の周期的な反転を生じさせる捩り方向の振動入力に対して、内燃機関の出力に基づく第１トルクの比率を低下させるよう電動機出力に基づく第２トルクが高められることで、総駆動トルクがトルク増加方向に迅速にシフトされ、出力軸上で総駆動トルクの作用方向が反転することが有効に抑制される。その結果、ハイブリッド車両の悪路走行時における歯打ち音を防止することができる。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、好ましくは、（２）前記第１トルクの比率を小さくするよう前記第２トルクを大きくするとき、前記総駆動トルクのうち前記第１トルクを小さくするとともに、前記総駆動トルクのうち前記第２トルクを大きくするものである。

この場合、総駆動トルクのうち第１トルクを小さくし、第２トルクを大きくすることから、総駆動トルクのうち電動機出力に応じた第２トルクの比率を十分に高めて、総駆動トルクの作用方向の反転を第２トルクの増加によって抑制する制御の効果を高めることができる。

上記（２）の構成を有するハイブリッド車両の制御装置においては、（３）前記第２トルクを大きくするときの前記第２トルクの増加分は、前記総駆動トルクの前記作用方向が正方向に維持される範囲内で設定されるのがよい。

この場合、総駆動トルクの作用方向が正方向に維持されることから、総駆動トルクの反転を伴うトルク変動によって生じる歯打ちが確実に防止可能となる。

上記（３）の構成を有するハイブリッド車両の制御装置においては、（４）前記第２トルクの増加分が、前記トルク変動の変動幅に応じて可変設定されるのがより好ましい。

この場合、第２トルクの増加分が必要以上に大きくなることがなく、通常の制御への復帰や第２トルクを増加させるための駆動力配分の切替えが容易化される。

本発明においては、（５）前記トルク変動の変動幅が予め設定された閾値変動幅を超えることを条件に、前記第２トルクの増加分が前記トルク変動の変動幅に応じて可変設定されるのがよい。

これにより、ばね下共振を惹起し易い波状路等の悪路走行時に、出力軸におけるトルクの作用方向が反転することが有効に抑制される。なお、ここにいう閾値変動幅は、走行駆動源の出力軸上のトルク変動が耳障りな歯打ち音を惹起する程度の振動入力に相当するときのそのトルク変動幅として予め設定され、例えば総駆動力の指令値の２倍に近いトルク変動の振幅として設定される。

本発明においては、（６）前記総駆動トルクの指令値が略一定値に設定され、かつ、前記出力軸に前記作用方向が周期的に反転するトルク変動が生じることを条件に、前記第１トルクの比率を小さくするよう前記第２トルクを大きくすることが望ましい。

この場合、総駆動トルクの変動に応じた第２トルクの増加分によって、出力軸における総駆動トルクの作用方向が反転することが有効に抑制される。

また、本発明においては、（７）前記電動機が、前記内燃機関によって駆動されるとき発電機として作動することができる第１電動機と、前記内燃機関に駆動されることなく前記出力軸に前記第２トルクを作用させることができる第２電動機と、によって構成され、前記内燃機関の出力および前記第１電動機の発電負荷のうち少なくとも一方の制御によって前記第１トルクを変化させることもできる。

この場合、内燃機関および第１電動機のいずれかにより第１トルクを、第２電動機により第２トルクを、それぞれ総駆動トルクの変動に応じて迅速にかつ的確に制御できる。

本発明によれば、総駆動トルクに周期的な正負反転を伴うトルク変動を生じさせる捩り方向の振動入力に対して、第１トルクの低下によってトルク変動の悪化が有効に抑制されるとともに電動機出力に基づく第２トルクの比率が高められ、その第２トルクが増大されるようにしているので、総駆動トルクをトルク増加方向に迅速にシフトさせることで、出力軸上での総駆動トルクの作用方向の反転を有効に抑制することができる。その結果、ハイブリッド車両の悪路走行時における歯打ち音を防止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ができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置を備えたハイブリッド車両の走行駆動システムの概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置において悪路走行時に実行される駆動力配分制御を説明するタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置において実行される悪路走行時の駆動力配分制御の概略処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（一実施形態）
図１ないし図３は、本発明の一実施形態を示している。

図１に示すように、本実施形態のハイブリッド車両１は、要求出力に応じて制御される走行駆動用の原動機として、内燃機関であるエンジン１０と、それぞれ発電可能な電動機であるモータジェネレータ（以下、単にモータという）ＭＧ１、ＭＧ２とを含む、ハイブリッド駆動装置２０を備えている。

ハイブリッド駆動装置２０は、ハイブリッド車両の制御装置３０によって制御され、エンジン１０およびモータＭＧ１、ＭＧ２のうち少なくとも１つから出力される動力によって、ハイブリッド車両１を走行駆動することができるようになっている。

エンジン１０は、多気筒の内燃機関、例えば４サイクルのガソリンエンジンである。また、モータＭＧ１、ＭＧ２は、それぞれ変速機ケース５（詳細図示せず）の内部に収納されており、変速機ケース５はエンジン１０に締結されている。

モータＭＧ１、ＭＧ２は、それぞれ永久磁石同期発電電動機として構成され、供給される電力を回転動力に変換して出力する電動機の機能と、入力された回転動力を電力に変換して出力する発電機の機能とを併有している。また、モータＭＧ１は主に発電機として用いられ、モータＭＧ２は主に電動機として用いられるようになっている。

具体的には、モータＭＧ１は、複数の永久磁石をそれぞれ略Ｖ字型に配置してリラクタンストルクを利用可能にした内部磁石型のロータ５１と、３相コイルが巻回されたステータ５３とを有しており、ステータ５３がインバータ６１から交流電力の供給を受けて回転磁界を形成するとき、その回転磁界によってロータ５１が回転するようになっている。同様に、モータＭＧ２は、複数の永久磁石をそれぞれ略Ｖ字型に配置してリラクタンストルクを利用可能にした内部磁石型のロータ５２と、３相コイルが巻回されたステータ５４とを有しており、ステータ５４がインバータ６２から交流電力の供給を受けて回転磁界を形成するとき、その回転磁界によってロータ５２が回転するようになっている。また、モータＭＧ１、ＭＧ２には、それぞれロータ５１、５２の回転角位置を検出する図示しないレゾルバが設けられている。

また、ハイブリッド駆動装置２０は、エンジン１０およびモータＭＧ１、ＭＧ２のうち少なくとも１つから出力される回転動力を動力分割統合機構４０により統合し、総駆動力として出力するようになっている。すなわち、ハイブリッド駆動装置２０は、エンジン１０およびモータＭＧ１、ＭＧ２に加えて、これらの原動機からの動力を統合可能な動力分割統合機構４０を含んだ構成となっている。

さらに、ハイブリッド駆動装置２０は、動力分割統合機構４０から出力する回転動力である総駆動力を、減速機構７０を介して差動機構８０に伝達し、その差動機構８０から左右のドライブシャフト３を介して左右の駆動車輪２に差動可能に伝達するようになっている。そして、左右の駆動車輪２は、その伝達動力に応じてハイブリッド車両１の走行駆動力を発生させるようになっている。これら減速機構７０および差動機構８０は、動力分割統合機構４０から出力される総駆動力を左右の駆動車輪２に伝達する動力伝達機構となっている。

動力分割統合機構４０は、第１および第２の遊星歯車機構４０ａ、４０ｃと、両遊星歯車機構４０ａ、４０ｃに共通の出力要素４０ｂ（出力軸）と、によって構成されており、エンジン１０からの動力を走行駆動用と発電用の動力に分割したり、エンジン１０およびモータＭＧ１、ＭＧ２のうちいずれか１つまたは複数からの原動機出力を統合し総駆動力として出力したりする機能を有している。

第１の遊星歯車機構４０ａは、エンジン１０からの回転動力を、発電機モードのモータＭＧ１を駆動する動力と、ハイブリッド車両１の走行駆動のために減速機構７０側に出力される動力とに分割することができる動力分割機能を有している。また、モータＭＧ１が電動機モードで動作するときには、その動力を減速して出力する機能を併有している。

この第１の遊星歯車機構４０ａは、図示しないダンパ要素を介してエンジン１０の機関出力軸１２に結合された入力要素としての第１プラネタリキャリア４４と、モータＭＧ１のロータ５１に結合された入出力要素としての第１サンギヤ４２と、第１プラネタリキャリア４４に自転可能に支持されて第１サンギヤ４２の周りを公転することができる複数の第１プラネタリピニオン４３と、これら第１プラネタリピニオン４３が内接噛合する出力要素としての第１リングギヤ４５ａと、によって構成されている。

第２の遊星歯車機構４０ｃは、電動機モードのモータＭＧ２が出力した回転動力を減速してその出力トルクを増大させる減速機能を有しており、動力分割用の遊星歯車機構４０ａと同一の回転中心軸線上に配置されている。また、モータＭＧ２が発電機モードで動作するときには、出力要素４０ｂ側からの動力をモータＭＧ２に取り込む機能を併有している。

この第２の遊星歯車機構４０ｃは、モータＭＧ２のロータ５２に結合された入出力要素としての第２サンギヤ４６と、変速機ケース５に支持された固定要素としての第２プラネタリキャリア４７と、第２プラネタリキャリア４７に自転可能に支持された複数の第２プラネタリピニオン４８と、これら第２プラネタリピニオン４８が内接噛合する出力要素としての第２リングギヤ４５ｃと、によって構成されている。そして、この第２リングギヤ４５ｃが第１の遊星歯車機構４０ａの第１リングギヤ４５ａと一体に結合されて環状の出力要素４０ｂが構成され、その出力要素４０ｂにカウンタドライブギヤ４９が装着されている。すなわち、カウンタドライブギヤ４９が装着された出力要素４０ｂは、ハイブリッド駆動装置２０の出力軸となっており、この出力要素４０ｂから出力される総駆動力が減速機構７０を介して駆動車輪２側に伝達されるようになっている。

減速機構７０は、例えばカウンタドライブギヤ４９に噛合するカウンタドリブンギヤ７４と、カウンタドリブンギヤ７４に一体に結合するファイナルドライブギヤ７８とを含んで構成されている。また、差動機構８０は、ファイナルドライブギヤ７８に噛合するリングギヤ８２を有し、リングギヤ８２に伝達される動力を左右のドライブシャフト３を介して左右の駆動車輪２に差動可能に出力する公知のものである。これら減速機構７０および差動機構８０は、左右の駆動車輪２に、ハイブリッド駆動装置２０の動力分割統合機構４０から出力される総駆動力に応じた走行駆動力を発生させることができる。なお、左右の駆動車輪２およびドライブシャフト３の近傍には、車速センサ１０２として機能する左右の車輪速センサ（詳細図示せず）が設けられている。

一方、ハイブリッド駆動装置２０の出力を制御する制御装置３０（ハイブリッド車両の制御装置）は、図１に示すように、モータＥＣＵ６０、インバータ６１、６２、ＨＶＥＣＵ１００、アクセルポジションセンサ１０１、車速センサ１０２、ＥＶ走行選択スイッチ１０３、エコスイッチ１０４、主電池１０５（ハイブリッド駆動用の二次電池）、昇圧コンバータ１０６、電池監視ユニット１０７および図示しないスキッド制御ＥＣＵ等を含んで構成されている。

モータＥＣＵ６０は、インバータ６１、６２を介してモータＭＧ１、ＭＧ２を制御するための制御プログラムを格納しており、ＨＶＥＣＵ１００からのトルク指令値に応じて作動する。このモータＥＣＵ６０は、モータＭＧ１、ＭＧ２の電動機としての出力トルクや回転速度あるいは発電機出力を、ＨＶＥＣＵ１００からの指令値に応じて制御するようになっている。また、モータＥＣＵ６０は、例えばモータＭＧ１、ＭＧ２の内部磁石型のロータ５１、５２内の永久磁石の回転位置と両ロータ５１、５２の回転速度とを、前記レゾルバの検出信号を基に把握して、モータＭＧ１、ＭＧ２を高効率に制御できるようになっている。さらに、モータＥＣＵ６０は、モータＭＧ１、ＭＧ２のいずれか、例えばモータＭＧ１によってエンジン１０を始動させる場合に、その始動に必要な電力量を算出できるようになっている。

インバータ６１、６２は、モータＭＧ１、ＭＧ２に対応して設けられ、ハイブリッド駆動用の主電池１０５の電圧を高電圧に昇圧させる昇圧コンバータ１０６と協働して、高電圧の電流とモータＭＧ１、ＭＧ２の３相交流の間の変換を行う機能を有している。これら複数のインバータ６１、６２では、モータＥＣＵ６０からの指令値に応じて所定範囲内の任意の電圧と周波数でモータＭＧ１、ＭＧ２に駆動電流を供給できる。また、各インバータ６１、６２では、対応するモータＭＧ１またはＭＧ２で発電された交流電流を主電池１０５に充電するための直流電流に変換することができるようになっている。なお、モータＭＧ１、ＭＧ２に対するこのようなインバータ６１、６２を介した電力供給や電力回収は、モータＥＣＵ６０およびＨＶＥＣＵ１００により制御される。

アクセルポジションセンサ１０１は、ハイブリッド車両１に装備された図示しないアクセルペダルの操作量に対応する信号を、運転者からの要求アクセル開度Ａｃｃとして出力するものである。車速センサ１０２は、例えば公知の車輪速センサで構成される。

また、ＥＶ走行選択スイッチ１０３は、ハイブリッド駆動装置２０のモータＭＧ１、ＭＧ２のうちいずれか一方の電動機出力のみでハイブリッド車両１を走行させる電気自動車モードを選択したり、その選択状態を解除したりすることができるスイッチであり、運転者によってその選択状態（ＯＮ状態）と選択解除状態（ＯＦＦ状態）とに操作される。

エコスイッチ１０４は、ＨＶＥＣＵ１００に対して、ハイブリッド駆動装置２０の単位走行距離当りのエネルギ消費量を低減させることを通常より優先する走行駆動制御を要求する燃費優先走行モードの選択用および選択解除用のスイッチとして設けられている。

ハイブリッド駆動用の主電池１０５は、ハイブリッド車両１の発進時や加速時、登坂時等に電動機モードで作動するモータＭＧ１、ＭＧ２のいずれかに電力を供給する一方、発電機モードで作動するモータＭＧ１、ＭＧ２のいずれかからの発電電力（例えば、減速時の回生発電電流）によって充電され、蓄電することができるようになっている。

電池監視ユニット１０７は、電源監視プログラムを有しており、主電池１０５の電圧、電流および温度を表す電源監視情報をＨＶＥＣＵ１００に出力できるようになっている。

ＨＶＥＣＵ１００は、ハイブリッド駆動制御用の電子制御ユニットであり、本発明における駆動力配分の制御機構として機能する。

このＨＶＥＣＵ１００は、原動機であるエンジン１０およびモータＭＧ１、ＭＧ２を要求出力に応じて作動するように統合制御する統合制御プログラムを内蔵している。なお、ここにいう要求出力（要求パワー）とは、運転者のアクセルペダル操作量等に応じた要求出力、もしくはクルーズコントロール等の他の走行制御機能から要求される要求出力、またはそのような複数の要求出力に基づいて算出される要求出力である。

ＨＶＥＣＵ１００は、その詳細なハードウェア構成を図示しないが、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび書換え可能な不揮発性メモリを備えるとともに、Ａ／Ｄ変換器を有する入力インターフェース回路、ドライバやリレースイッチを有する出力インターフェース回路、他の車載ＥＣＵとの間でデータ通信を行う通信ポート等を含んで構成されている。ＲＯＭおよび書換え可能な不揮発性メモリ（以下、ＲＯＭ等という）には、例えば各種制御を実行するための制御プログラムが格納されるとともに、各種のマップや設定値データ等が格納されている。

このＨＶＥＣＵ１００は、例えば運転者のアクセルペダル操作量に対応するアクセルポジションセンサ１０１からの要求アクセル開度Ａｃｃと、車速センサ１０２からの車速信号、エンジン１０内の図示しないクランク角センサからのエンジン回転数信号等を検出するとともに、エコスイッチ１０４からの燃費優先走行モードの選択信号（ＯＮ信号）またはその選択後の解除信号（ＯＦＦ信号）を入力する。また、ＨＶＥＣＵ１００は、例えば図示しないスキッド制御ＥＣＵからの駆動力分割比（エンジン１０からの走行駆動のための配分動力と発電機作動時のモータＭＧ１またはＭＧ２への配分動力との比率）の要求値とを入力するようになっている。

そして、これらの入力情報を基に、ＨＶＥＣＵ１００は、ハイブリッド駆動装置２０の総駆動力に相当する要求パワーと、エンジン１０に要求されるパワー指令値（要求エンジンパワー）およびエンジン回転数と、モータＭＧ１、ＭＧ２へのトルク指令値等を算出して、パワー指令値およびエンジン回転数指令値を内蔵するエンジンＥＣＵに出力するとともに、トルク指令値をモータＥＣＵ６０に出力するようになっている。

より具体的には、ＨＶＥＣＵ１００は、要求パワーを把握すると、その要求パワーに対応するハイブリッド駆動装置２０のトータルの出力、すなわち、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂから出力される総駆動力に対応する総駆動トルクの指令値（および車速に依存する出力要素４０ｂの出力回転数）と、車両走行状態に応じた駆動力配分比率とを設定し、エンジン１０に要求されるパワー指令値およびエンジン回転数と、モータＭＧ１、ＭＧ２へのトルク指令値等を算出するようになっている。

ここにいう駆動力配分比率とは、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂに入力されるエンジン直達トルクと、モータＭＧ２から出力され第２の遊星歯車機構４０ｃで減速されて出力要素４０ｂに入力されるモータ側のトルク（以下、単にモータトルクという）との比率に対応するものであり、そのトルク比率と出力要素４０ｂの回転数［ｒｐｍ］とに応じた動力比率である。また、ここにいうエンジン直達トルクとは、モータＭＧ１の反力トルクが第１の遊星歯車機構４０ａの第１サンギヤ４２に加わる状態で第１プラネタリキャリア４４にエンジン１０の出力トルクが入力されるとき、複数の第１プラネタリピニオン４３を介して第１リングギヤ４５ａに伝達されるトルクである。

より具体的には、図２に示すように、ＨＶＥＣＵ１００は、総駆動力指令値Ｔｔｏｔａｌと共に、例えばモータＭＧ２の出力に基づく第２トルクの指令値をモータトルク指令値Ｔｔｍｓ［Ｎｍ］と、第１の遊星歯車機構４０ａの第１リングギヤ４５ａに伝達されるエンジン直達トルクに相当するエンジントルク直達分指令値Ｔｅｎｇｓ［Ｎｍ］とを、それぞれ設定するようになっている。

また、ＨＶＥＣＵ１００は、電池監視ユニット１０７からの電源監視情報に基づき、ハイブリッド駆動用の主電池１０５の放電量および回生量を常時把握して、主電池１０５の全電池容量に対する充電量比率に相当するＳＯＣ（State Of Charge）［％］を算出し、そのＳＯＣの変動範囲を主電池１０５の信頼性および寿命の面等から設定された所定の利用変動範囲内に制限するようになっている。

加えて、ＨＶＥＣＵ１００は、前記スキッド制御ＥＣＵと協働して、左右の駆動車輪２の回転速度を検出する車輪速センサ等の検出情報を基に、低μ路でのタイヤスリップ等により駆動力が急変し始めるときには、モータＭＧ１、ＭＧ２のトルク指令値を変化させ、アクセルペダル操作等による要求出力に応じた駆動力を路面に伝えるトラクション制御を実行するようになっている。

ＨＶＥＣＵ１００に内蔵されるエンジンＥＣＵは、ＨＶＥＣＵ１００からのエンジンパワー指令値および各種センサ情報を基にエンジン１０の出力を制御するための制御プログラムやマップを有している。このエンジンＥＣＵは、要求されるエンジン出力が得られるスロットル開度と、燃料噴射時間（燃料噴射時期および噴射期間）および点火時期とを、マップおよび各種センサ情報を基に算出するようになっている。そして、エンジンＥＣＵは、入力されたエンジンパワー指令値に応じて、図示しない電子制御スロットル弁、インジェクタおよびイグニッションコイルに対して制御信号を出力するようになっている。また、このエンジンＥＣＵは、ハイブリッド駆動装置２０がエンジン１０のみの動力で走行駆動力を発生させるときには、ＲＯＭ等に格納されたエンジン１０の機関回転速度および機関負荷に対して燃料消費率や機関出力の値を特定可能な機関性能マップ等に基づいて、エンジン１０を最適燃費に近い動作点に制御するようになっている。

一方、ＨＶＥＣＵ１００は、ＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、後述する推定トルク算出部１１１、積分算出部１１２および駆動力配分比率制御部１１３としての機能を発揮することができる。そして、これらの機能により、ＨＶＥＣＵ１００は、ハイブリッド車両１が波状路等の悪路を走行するとき、総駆動トルクの作用方向を周期的に反転させるトルク変動が生じることを条件に、総駆動トルクのうちエンジン１０の出力に基づく第１トルクの比率を小さくするよう、総駆動トルクのうちモータＭＧ２の出力に基づく第２トルクを大きくするようになっている。

推定トルク算出部１１１は、車速センサ１０２（車輪速センサ）で検出されるドライブシャフト３の回転速度に基づいて、左右のドライブシャフト３および出力要素４０ｂに周期的なトルク変動を生じさせる捩り方向の振動入力、例えば駆動車輪２のタイヤが波状路等の凹凸路面にぶつかってドライブシャフト３にトルク変動や捩れが発生するときの振動入力を、検出できるようになっている。この推定トルク算出部１１１は、一定の測定時間毎のドライブシャフト３の回転速度の変化量（凹凸路面上でスリップにより回転速度が大きくなりグリップにより回転速度が小さくなるような変化量）またはそれに対応するモータＭＧ２の回転変動量に基づいて、ＲＯＭ等に予め記憶格納された推定マップを参照し、または計算式を用いて、ドライブシャフト３上に作用するトルクＴｄｓ（図２中にＤ／Ｓ上トルクＴｄｓと記す）に対応する動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂ上の実際の負荷トルク（以下、これを単にＤ／Ｓ推定入力トルクという）を推定・算出するようになっている。

積分算出部１１２は、推定トルク算出部１１１で算出されたＤ／Ｓ推定入力トルクの単位検出時間毎の変動量の積分値を所定時間前から現時点までの積分期間について算出するようになっている。この積分算出部１１２は、波状路走行中のモータＭＧ２の回転数変動の変動振幅をモータＥＣＵ６０で把握し、その変動量の積分値を所定時間前から現時点までの積分期間について算出することで、Ｄ／Ｓ推定入力トルクの所定時間内の変動量積分値を算出するものであってもよい。

駆動力配分比率制御部１１３は、推定トルク算出部１１１および積分算出部１１２での算出結果に基づいて、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂに入力されるエンジン直達トルクとモータトルクとの比率である駆動力配分比率を可変制御するよう、エンジン１０およびモータＭＧ１、ＭＧ２の運転条件（要求エンジンパワー、エンジン回転数、トルク指令値）を可変設定するようになっている。

この駆動力配分比率制御部１１３は、現在のＤ／Ｓ推定入力トルクが所定値α以上に達し、かつ、Ｄ／Ｓ推定入力トルクの変動量の所定時間（例えば数秒）内における積分値が予め設定された判定閾値β以上に達するときには、波状路等の悪路を走行する状態であると判定して、ハイブリッド駆動装置２０の動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂから出力される総駆動トルクのうち、エンジン１０の出力に基づく第１トルクの比率を小さくするよう、モータＭＧ２の出力に基づく第２トルクを大きくするようになっている。すなわち、駆動力配分比率制御部１１３は、ハイブリッド車両が悪路走行中か否かによって、ハイブリッド駆動装置２０から出力される総駆動力におけるエンジン１０およびモータＭＧ２の出力（駆動力）の配分比率を変更するようになっている。

具体的には、駆動力配分比率制御部１１３は、悪路走行状態であると判定すると、第１トルクに相当する図２中の「エンジントルク直達分の指令値」を同図中に点線で示すように通常（同図中に実線で示す値）より小さくするとともに、第２トルクに対応する図２中の「モータトルクＴｔｍｓ」を同図中に点線で示すように通常（同図中に実線で示す値）より大きくするように、エンジン１０の要求パワーおよびモータＭＧ２のトルク指令値を可変設定する。ここで、第２トルクを大きくするときの第２トルクの増加分は、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂ上における実際の総駆動トルクであるＭＧ２軸上実トルクの作用方向が図２中に点線で示すように、正方向（走行駆動方向）に維持される範囲内で設定される。

また、ＨＶＥＣＵ１００の駆動力配分比率制御部１１３は、アクセル開度が略一定に保持されることで、動力分割統合機構４０から出力される総駆動トルクの指令値が加速駆動時や減速回生動作時等とは異なる略一定値に設定され、かつ、波状路等の悪路を走行することで動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂ上で実際の総駆動トルクの作用方向が周期的に反転（すなわち、トルクの正負が周期的に反転）するようなトルク変動が生じることを条件に、第１トルクの比率を小さくするとともに第２トルクを大きくするようになっている。ここでの第２トルクの増加分は、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂ上の実トルクであるＭＧ２軸上実トルクの変動幅Ｗおよび総駆動力（総駆動トルク）指令値Ｔｔｏｔａｌ［Ｎｍ］に応じて可変設定されるようになっている。なお、アクセル開度の変化により総駆動力が実質的に変化するときには、ドライブシャフト３上の実トルクが低トルク範囲内で周期的に正負に変動することはないので、総駆動力の実質的な変化が生じる加減速時は考慮しないでよい。

駆動力配分比率制御部１１３は、特に、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂ上の実トルクの変動幅Ｗが耳障りな歯打ち音を惹起する程度の振動入力に相当するときの値として予め設定された閾値変動幅を超えることを条件に、駆動力配分の変更が可能な運転状態か否かを判定した上で、第２トルクの増加分をトルク変動の変動幅に応じて可変設定するようになっている。

ここで、閾値変動幅は、走行駆動源の出力軸上のトルク変動が耳障りな歯打ち音を惹起する程度の振動入力に相当するときのトルク変動幅として予め設定され、例えば総駆動力の指令値の２倍に近いトルク変動の振幅として設定される。すなわち、閾値変動幅が総駆動力の指令値に対する正負両方向への振れ幅（図２中に振れ幅Ｗに相当）であるとき、その正方向または負方向への片側の振れ幅が総駆動力の指令値以上であれば、総駆動力に振動入力が加わったＭＧ２軸上トルクＴｔｍｇは常にゼロ以上となり、総駆動トルクの実トルクであるＭＧ２軸上トルクＴｔｍｇの正負反転（トルク作用方向の反転）が生じることがない。したがって、閾値変動幅は、総駆動力の指令値の２倍に近いトルク変動の振幅として設定される。

また、ここで、駆動力配分の変更が可能な運転状態とは、例えばバッテリ残量が大きく、モータＭＧ２の出力トルクの増大が可能であること、エンジン水温が暖機完了温度以上の常温に達しておりエンジン１０が安定した運転状態にあること、モータＭＧ２が過熱抑制のためにトルク制限が要求されるような温度（例えば１５０℃）に達していないこと、といった条件を満足するハイブリッド車両の運転状態である。

また、ここにいう駆動力配分の変更は、フロントトランスアクスルを構成するハイブリッド駆動装置２０以降の動力伝達系に対するモータトルクおよびエンジン直達トルクの動力伝達比を変え、できるだけモータ分を増加させて走行するものである。

駆動力配分比率制御部１１３は、また、エンジン１０の出力およびモータＭＧ１の発電負荷のうち少なくとも一方の制御によって第１トルクであるエンジン直達トルクを変化させることができるようになっており、例えばエンジン１０に要求されるエンジンパワーと共に、エンジントルク直達分指令値Ｔｅｎｇｓを可変設定する。

ＨＶＥＣＵ１００は、ハイブリッド車両１の減速時に、駆動車輪２からハイブリッド駆動装置２０に伝達される動力を、モータＭＧ２により電力に変換させて、主電池１０５に充電させる、いわゆる回生制動の制御を実行できるようになっている。

また、ＨＶＥＣＵ１００は、エンジン１０およびモータＭＧ１、ＭＧ２のうちいずれを原動機として動作させるかを、ドライバの要求操作入力等に対応する要求パワー、主電池１０５の蓄電状態、ＥＶ走行選択スイッチ１０３やエコスイッチ１０４、さらには図示しないスポーツ走行モード選択スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態等に応じて、決定するようになっている。したがって、ハイブリッド車両１は、エンジン１０からの動力のみで走行するエンジン走行、エンジン１０およびモータＭＧ１、ＭＧ２を併用して走行するＨＶ走行（ハイブリッド走行）、モータＭＧ１、ＭＧ２のいずれかからの動力のみによって走行するＥＶ走行（電気自動車走行）等のいずれかで走行できる。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態の車両制御装置においては、ＨＶＥＣＵ１００によるハイブリッド駆動制御の制御周期毎に、図３に概略の流れを示すような処理が実行される。また、この処理に先立って、ハイブリッド駆動制御の制御周期毎に、アクセルポジションセンサ１０１からの要求アクセル開度Ａｃｃやその時点での車速その他の車両走行状態に関するセンサ情報を基に、目標車速が算出される。

図３に概略の処理手順を示す本実施形態の制御プログラムは、波状路等の悪路走行時に動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂにおける駆動力配分を切り替えるものである。

この制御プログラムにおいては、まず、最初のステップＳ１１において、ＨＶＥＣＵ１００により、Ｄ／Ｓ推定入力トルクを算出する推定トルク算出部１１１の算出結果と、そのＤ／Ｓ推定入力トルクの単位検出時間毎の変動量の積分値を所定時間前から現時点までの積分期間について算出する積分算出部１１２の算出結果とに基づいて、波状路等の悪路を走行する状態であるか否かを判定する第１の判定ステップが実行される。具体的には、現在のＤ／Ｓ推定入力トルクが所定値α以上に達し、かつ、Ｄ／Ｓ推定入力トルクの変動量の積分値が判定閾値β以上に達するとき、駆動力配分比率制御部１１３により、波状路等の悪路を走行する状態であると判定される。

この第１の判定ステップＳ１１での判定結果（以下、第１の判定結果という）が悪路走行中でなければ、今回の処理は終了する（ステップＳ１１でＮＯの場合）。

一方、第１の判定結果が悪路走行中であれば（ステップＳ１１でＹＥＳの場合）、次いで、駆動力配分比率制御部１１３により、駆動力配分が可能な運転状態か否かを判定する第２の判定ステップが実行される（ステップＳ１２）。

具体的には、例えばバッテリ残量が大きく、モータＭＧ２の出力トルクの増大が可能であるか、エンジン水温が暖機完了温度以上の常温に達しておりエンジン１０が安定した運転状態にあるか、モータＭＧ２が過熱抑制のためにトルク制限が要求されるような温度に達していないか、といった条件の判定処理が実行される。

この第２の判定ステップＳ１２での判定結果（以下、第２の判定結果という）が、駆動力配分の変更が可能な運転状態でないというものであれば、次いで、ハイブリッド駆動装置２０のトータルの効率が良好となり、低燃費が実現できる通常の駆動力配分比率が駆動力配分比率制御部１１３によって設定される（ステップＳ１３）。

一方、第２の判定結果が、駆動力配分の変更が可能な運転状態であるというものであれば、駆動力配分比率制御部１１３により、現在の要求パワーに対応するハイブリッド駆動装置２０の総駆動力の範囲内で、モータトルクＴｔｍｓがＤ／Ｓ推定入力トルクより大きくなる条件での駆動力配分が設定される（ステップＳ１４）。

そして、このような、駆動力配分比率の設定が完了すると、今回の処理を終了する。

このように、本実施形態では、ハイブリッド車両が悪路走行中か否かによって、ハイブリッド駆動装置２０から出力される総駆動力におけるエンジン１０およびモータＭＧ２の出力（駆動力）の配分比率が変更される。すなわち、走行駆動源の出力軸であるハイブリッド駆動装置２０の動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂから駆動車輪２側に伝達される総駆動トルクの作用方向を反転させるような周期的なトルク変動が生じると、総駆動トルクのうちエンジン１０の出力に基づく第１トルクの比率を小さくし、モータＭＧ２の出力に基づく第２トルクを大きくするよう、エンジン１０およびモータＭＧ２の出力が制御される。そして、総駆動トルクに周期的な正負反転を伴うトルク変動を生じさせる捩り方向の振動入力に対して、エンジン１０の出力に基づく第１トルクの低下によってトルク変動の悪化が有効に抑制されるとともに、モータＭＧ２の出力に基づく第２トルクの比率が高められるよう第２トルクが増大されることで、図２に点線ＰＩで示すＭＧ２軸上実トルクＴｍｇのように、総駆動トルクが同図中に実線で示す従来値ＰＡからトルク増加方向に迅速にシフトされる。

これにより、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂ上で総駆動トルクの作用方向が反転すること、すなわち、出力要素４０ｂからドライブシャフト３までの動力伝達経路上におけるトルクが正負に判定することが有効に抑制され、ハイブリッド車両の悪路走行時における歯打ち音を防止することが可能となる。

本実施形態では、総駆動トルクのうち第１トルクを小さくするとともに、総駆動トルクのうち第２トルクを大きくするので、総駆動トルクのうち電動機出力に応じた第２トルクの比率を十分に高めることができ、総駆動トルクの作用方向の反転を第２トルクの増加によって抑制する制御の効果を高めることができる。

しかも、第２トルクを大きくするときの第２トルクの増加分は、総駆動トルクの作用方向が正方向に維持される範囲内で設定されるので、総駆動トルクの反転を伴うトルク変動によって生じる歯打ちが確実に防止できることになる。

また、第２トルクの増加分が、トルク変動の変動幅に応じて可変設定されるので、第２トルクの増加分が必要以上に大きくなることがなく、悪路走行終了時に通常の駆動力配分が設定される通常制御への復帰や、第２トルクを増加させるための駆動力配分の切替えが容易となる。

さらに、トルク変動の変動幅Ｗが予め設定された閾値変動幅を超えることを条件に、第２トルクの増加分がトルク変動の変動幅に応じて可変設定されるので、ばね下共振を惹起し易い波状路等の悪路走行時に、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂ上におけるトルクの作用方向が反転することが有効に抑制される。

加えて、本実施形態では、総駆動トルクの指令値（図２中のＴｔｏｔａｌ）が略一定値に設定され、かつ、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂに作用方向が周期的に反転するトルク変動が生じることを条件に、第１トルクの比率を小さくするよう第２トルクを大きくする。したがって、総駆動トルクの変動に応じた第２トルクの増加分によって、出力要素４０ｂ上における総駆動トルクの正負反転がより有効に抑制される。

また、本実施形態では、エンジン１０およびモータＭＧ１のいずれかによって第１トルクを制御でき、モータＭＧ２によって第２トルクを制御できるので、総駆動トルクの変動に応じて駆動力配分比率を迅速にかつ的確に制御できる。

このように、本実施形態においては、総駆動トルクに周期的な正負反転を伴うトルク変動を生じさせる捩り方向の振動入力に対して、エンジン１０の出力に基づく第１トルクの低下によってトルク変動の悪化が有効に抑制されるとともにモータＭＧ２の出力に基づく第２トルクの比率が高められ、その第２トルクが増大されるようにしているので、総駆動トルクをトルク増加方向に迅速にシフトさせることができる。したがって、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂ上での総駆動トルクの作用方向の反転を有効に抑制することができ、ハイブリッド車両の悪路走行時における歯打ち音を防止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ができる。

なお、上述の一実施形態においては、総駆動トルクのうちエンジン１０の出力に基づく第１トルクの比率を小さくするようモータＭＧ２の出力に基づく第２トルクを大きくするとき、総駆動力は略一定値としたが、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂからドライブシャフト３までの動力伝達経路上で歯打ち音を生じ得る程度の比較的小さい総駆動力の範囲内で、総駆動力がトルク変動周期に対し十分に長い期間にわたって徐々に変化するような場合であってもよい。また、第１トルクを小さくするのにエンジン１０の出力を低下させていたが、主電池１０５の充電状態に応じて、モータＭＧ１の発電負荷トルクをわずかに増加させるようにしてもよい。

また、上述の一実施形態においては、推定トルク算出部１１１および積分算出部１１２の算出結果に基づいて、ドライブシャフト３上のトルク作用方向（トルクの正負）を周期的に変動させたり、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂ上のトルク作用方向を周期的に反転させたりするトルク変動を検出していたが、動力分割統合機構４０の出力要素４０ｂからドライブシャフト３までの動力伝達経路上の任意の回転伝動要素のトルクを直接的に検出するセンサを設けてもよい。すなわち、そのトルク検出用のセンサの検出情報に基づき、ドライブシャフトトルクの周期的な正負反転や出力要素４０ｂ上のトルク作用方向の周期的な反転を検出することもできる。

さらに、上述の一実施形態においては、モータＭＧ１、ＭＧ２およびエンジン１０のうち少なくとも１つからの動力を基に走行駆動力を発生させるハイブリッド駆動装置２０を備えていたが、エンジン１０と少なくとも１つの電動機（電動モータ）を走行駆動用の原動機として備えたハイブリッド車両であれば、本発明を適用することができる。

動力分割統合機構４０や減速機構７０は、図１に示すものに限らず、他の構成を採ることができることは勿論である。

以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、総駆動トルクに周期的な正負反転を伴うトルク変動を生じさせる捩り方向の振動入力に対して、電動機出力に基づく第２トルクの比率を高めるので、総駆動トルクをトルク増加方向に迅速にシフトさせることで、出力軸上での総駆動トルクの作用方向の反転を有効に抑制することができ、その結果、ハイブリッド車両の悪路走行時における歯打ち音を防止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ができる。このような本発明は、走行駆動源に内燃機関および電動機を併用するハイブリッド車両に装備されるハイブリッド車両の制御装置全般に有用である。

１ ハイブリッド車両
２ 駆動車輪
３ ドライブシャフト
１０ エンジン（内燃機関）
１２ 機関出力軸
２０ ハイブリッド駆動装置（走行駆動源）
３０ 制御装置（ハイブリッド車両の制御装置）
４０ 動力分割統合機構
４０ａ 第１の遊星歯車機構
４０ｂ 出力要素（出力軸）
４０ｃ 第２の遊星歯車機構
４９ カウンタドライブギヤ
５１、５２ ロータ
５３、５４ ステータ
６０ モータＥＣＵ
６１、６２ インバータ
７０ 減速機構
８０ 差動機構
１００ ＨＶＥＣＵ（ハイブリッド駆動制御用の電子制御ユニット、駆動力配分制御機構）
１０１ アクセルポジションセンサ
１０２ 車速センサ（車輪速センサ）
１０５ 主電池（ハイブリッド駆動用の二次電池）
１１１ 推定トルク算出部
１１２ 積分算出部
１１３ 駆動力配分比率制御部
ＭＧ１ モータ
ＭＧ２ モータ（電動機、原動機）

Claims (6)

1. 内燃機関および電動機を併有する走行駆動源を備え、該走行駆動源の出力軸から駆動車輪側に伝達される総駆動トルクに応じた走行駆動力を発生させるハイブリッド車両に装備され、前記総駆動トルクの指令値を設定するとともに、該指令値に応じて前記内燃機関および前記電動機の出力制御および前記内燃機関に対する発電負荷制御を実行するハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記総駆動トルクが出力される前記走行駆動源の出力軸上に周期的にトルクの方向を反転させるトルク変動が生じることを条件に、前記出力制御および前記発電負荷制御により、前記総駆動トルクのうち前記内燃機関の出力に基づく第１トルクの比率を小さくするよう前記第１トルクを小さくするとともに、前記総駆動トルクのうち前記電動機の出力に基づく第２トルクを大きくすることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記電動機が、前記内燃機関によって駆動されるとき発電機として作動することができる第１電動機と、前記内燃機関に駆動されることなく前記出力軸に前記第２トルクを作用させることができる第２電動機と、によって構成され、
   前記第１トルクを小さくするとき、前記内燃機関の出力に対する前記第１電動機の発電負荷を増加させる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。
3. 前記第２トルクを大きくするときの前記第２トルクの増加分は、前記出力軸上の前記総駆動トルクを正方向に維持するように設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記第２トルクの増加分が、前記トルク変動の変動幅に応じて可変設定されることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 前記トルク変動の変動幅が予め設定された閾値変動幅を超えることを条件に、前記第２トルクの増加分が前記トルク変動の変動幅に応じて可変設定されることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置。
6. 前記総駆動トルクの指令値が略一定値に設定され、かつ、前記出力軸に前記トルク変動が生じることを条件に、前記第１トルクの比率を小さくするとともに前記第２トルクの比率を大きくすることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１の請求項に記載のハイブリッド車両の制御装置。

Images