JP5941973B2 - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達断接部を締結又は開放して、走行のための駆動源の形態を切り替えるハイブリッド車両及びその制御方法に関する。

特許文献１に開示されているシリーズパラレル複合電気自動車（ＳＰＨＶ）では、シリーズハイブリッド車（ＳＨＶ）モード又はパラレルハイブリッド車（ＰＨＶ）モードに切り替えられる。ＳＨＶモードでは、内燃機関の機械出力によって発電機が駆動され、発電機の発電電力及び電池の放電電力により電動機が駆動し、当該電動機により車輪が駆動される。ＰＨＶモードでは、内燃機関の機械出力によって車輪が駆動され、発進、加速又は制動等の際には、要求駆動力に対して内燃機関の機械出力では供給できない分が電動機により補われる。

ＳＨＶモードからＰＨＶモードへ切り替える場合、車速（電動機回転数）が所定値Ｖ１に至った時点で発電機のトルクを制御し、発電機回転数を電動機回転数に徐々に近付けていく。その後、両回転数が一致し且つ車速が所定値Ｖ２に至った時点でクラッチをオンし、発電機と電動機を機械連結させる。また、ＰＨＶモード時に電動機回転数が所定値より低くなった場合に、クラッチを開放することにより発電機と電動機の間の機械的連結を開くと、ＳＨＶモードに切り替えられる。

日本国特許第３０５２７５３号公報 日本国特開平９−２２４３０４号公報 国際公開第２０１１／０７４４８２号 国際公開第２０１１／０７４４８３号

上記説明した特許文献１のＳＰＨＶでは、ＳＨＶモードからＰＨＶモードへ切り替える際に行うクラッチ締結のための条件として、発電機回転数と電動機回転数の一致を条件としている。しかし、これら２つの回転数が一致していても、発電機の出力と電動機の出力が異なる状態でクラッチを締結するとショックが発生すると考えられる。すなわち、特許文献１のＳＰＨＶでは、発電機の回転数を電動機の回転数に一致させるだけでなく、各回転数の角速度の符号が一致し、かつ、発電機の出力を電動機の出力に近づける必要がある。

図１１及び図１２は、発電機を駆動する内燃機関の特性の一例を示すグラフである。当該グラフの縦軸は内燃機関のトルクを示し、横軸は内燃機関の回転数を示す。図１１及び図１２中の太い実線は、燃料消費率が最も良い内燃機関の運転点を結んだ線（以下「ＢＳＦＣボトムライン」という）である。ＳＨＶモードのとき、内燃機関は当該線上の運転点で運転される。また、図１１及び図１２中の一点鎖線は、トルク及び回転数は異なるが出力が同じとなる内燃機関の運転点を結んだ線（以下「等出力線」という）である。

特許文献１のＳＰＨＶのモードがＳＨＶモードであって内燃機関が図１１に示す運転点Ａで運転されている状態からＰＨＶモードへ切り替える際に、発電機の回転数を電動機の回転数に近付けるために内燃機関の回転数を図１１中の二点鎖線で示される値（所望回転数）まで落とす場合には、燃料消費率を維持しようとすると運転点がＢＳＦＣボトムラインに沿ってＡからＢに移る。その結果、内燃機関のトルクも回転数も下がるため、内燃機関の出力が低下する。このとき、発電機は電動機が要求する全ての電力を発電機が供給できず、電力の不足分は電池が供給するといった状況が生じ得る。

一方、同様の条件下で、内燃機関の出力を維持するために運転点を等出力線に沿ってＡからＣに移すと、運転点はＢＳＦＣボトムラインから外れるため、燃料消費率は低下する。

一方、ＳＨＶモードからＰＨＶモードへ切り替える際に内燃機関のトルクを変更する場合も同様である。図１２に示すように、内燃機関が運転点Ａで運転されている状態からＰＨＶモードへ切り替える際に、内燃機関のトルクを図１２中の二点鎖線で示される値（所望トルク）まで落とす場合には、燃料消費率を維持しようとすると運転点がＢＳＦＣボトムラインに沿ってＡからＤに移る。その結果、内燃機関の回転数に応じた発電機の回転数が電動機の回転数に一致しないため、この状態でクラッチを締結するとショックが発生すると考えられる。また、内燃機関の回転数もトルクも下がるため、内燃機関の出力が低下する。このとき、発電機は電動機が要求する全ての電力を発電機に供給できず、電力の不足分は電池が供給するといった状況が生じ得る。

一方、同様の条件下で、内燃機関の出力を維持するために運転点を等出力線に沿ってＡからＥに移すと、運転点はＢＳＦＣボトムラインから外れるため、燃料消費率は低下する。

また、上記説明した特許文献１のＳＰＨＶがＰＨＶモード時には、内燃機関の機械出力と状況に応じては電動機のアシスト出力とから要求駆動力が得られる。一方、ＳＨＶモード時には、電動機の出力のみから要求駆動力が得られる。したがって、ＰＨＶモードからＳＨＶモードへ切り替える際に、クラッチ開放の条件が成立してすぐにクラッチを開放しても、電動機に要求される出力の変化が大きいと、要求駆動力にすぐに対応できない場合がある。

例えば、ＳＨＶモードに切り替えられたときの電池の残容量が低いと、内燃機関の機械出力によって発電機を駆動し、発電機の発電電力により電動機を駆動する必要がある。しかし、内燃機関及び発電機の応答性は高くないため、クラッチが開放された直後は要求駆動力に応じた電力が電動機に供給されない場合がある。このとき、電動機は要求駆動力を出力できないため、クラッチを開放した際にショックが発生し、ドライバが違和感を覚える可能性がある。また、クラッチが開放された直後の要求駆動力に応じて電動機が必要とする電力と発電機の発電電力の差分を電池が補うためには、当該電池が十分な容量を有する必要がある。

本発明の目的は、総合的なエネルギー効率を考慮して動力伝達断接部の締結又は開放の判断を行うハイブリッド車両及びその制御方法を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明のハイブリッド車両は、内燃機関（例えば、実施の形態での内燃機関１１１）と、前記内燃機関の駆動によって発電する発電機（例えば、実施の形態での発電機１１３）と、電動機に電力を供給する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器１０１）と、駆動輪（例えば、実施の形態での駆動輪１３３）に接続され、前記蓄電器及び前記発電機の少なくとも一方からの電力供給によって駆動する前記電動機（例えば、実施の形態での電動機１０９）と、前記発電機と前記駆動輪の間に配置され、前記内燃機関から前記発電機を介した前記駆動輪までの動力の伝達経路を断接する動力伝達断接部（例えば、実施の形態でのクラッチ１１７）と、を備え、前記電動機及び前記内燃機関の少なくとも一方からの動力によって走行するハイブリッド車両であって、前記動力伝達断接部を開放して、前記ハイブリッド車両が前記内燃機関の動力による前記発電機の発電電力によって駆動される前記電動機を駆動源としたシリーズ走行を行うか、前記動力伝達断接部を締結して、前記ハイブリッド車両が少なくとも前記内燃機関を駆動源としたエンジン直結走行を行うかを判断する制御部（例えば、実施の形態でのマネジメントＥＣＵ１２３）を備え、前記制御部は、前記ハイブリッド車両におけるアクセル操作に応じたアクセルペダル開度及び前記ハイブリッド車両の走行速度に基づいて、前記ハイブリッド車両に要求される駆動力を算出する要求駆動力算出部（例えば、実施の形態での要求駆動力導出部２０１）と、前記蓄電器の状態に基づいて、前記蓄電器が最大限出力可能な最大補助電力を導出する最大補助電力導出部（例えば、実施の形態での最大補助電力導出部２０３）と、前記蓄電器の状態に基づいて、前記蓄電器の最大充電電力を導出する最大充電電力導出部（例えば、実施の形態での最大充電電力導出部２０５）と、前記ハイブリッド車両が前記エンジン直結走行を行うときの、前記要求駆動力算出部が算出した要求駆動力に対する前記内燃機関の回転数で、前記最大補助電力が前記電動機に供給される場合の前記内燃機関の仮想運転点と、前記最大充電電力が前記蓄電器に充電される場合の前記内燃機関の仮想運転点とが、前記ハイブリッド車両におけるエネルギー効率が前記シリーズ走行時よりも前記エンジン直結走行時の方が高くなる前記内燃機関の運転点の領域であるエンジン直結効率向上領域の内側に位置すれば、前記シリーズ走行から前記エンジン直結走行への移行を許可するエンジン直結移行判断部（例えば、実施の形態でのエンジン直結移行判断部２０７）と、を有し、前記エンジン直結効率向上領域は、前記エンジン直結走行時に前記蓄電器から出力可能な補助電力に応じた上限トルクと、前記エンジン直結走行時に前記蓄電器に充電可能な電力に応じた下限トルクとによって囲まれた領域であることを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明のハイブリッド車両では、前記エンジン直結移行判断部は、前記エンジン直結走行中の前記ハイブリッド車両における前記内燃機関の回転数で、前記最大補助電力が前記電動機に供給される場合の前記内燃機関の仮想運転点、又は前記最大充電電力が前記蓄電器に充電される場合の前記内燃機関の仮想運転点が前記エンジン直結効率向上領域の外側に位置する場合、前記エンジン直結走行の解除を決定することを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明のハイブリッド車両では、前記エンジン直結移行判断部は、前記ハイブリッド車両が前記エンジン直結走行に移行するために必要な電力が、前記蓄電器の充放電可能な電力の範囲外であるとき、前記シリーズ走行から前記エンジン直結走行への移行を禁止することを特徴としている。

さらに、請求項４に記載の発明のハイブリッド車両では、前記ハイブリッド車両が前記エンジン直結走行を行うときの前記内燃機関の仮想運転点が、燃料消費率が最も良い運転点を結んだ燃費最良ラインに近い運転点となるように、前記制御部は、前記要求駆動力と前記仮想運転点とに基づいて、前記電動機が出力するエネルギー又は前記内燃機関によって前記電動機が発電するエネルギーを設定することを特徴としている。
さらに、請求項５に記載の発明のハイブリッド車両では、前記エンジン直結効率向上領域は、前記電動機による出力補助及び前記内燃機関による前記電動機の発電に基づいて設定されることを特徴としている。
さらに、請求項６に記載の発明のハイブリッド車両では、前記動力伝達断接部が締結されると、前記内燃機関の出力が機械エネルギーとして１段の固定ギアに基づく特定の変速比で変換されて前記駆動輪に伝達されることを特徴としている。
さらに、請求項７に記載の発明のハイブリッド車両の制御方法では、内燃機関（例えば、実施の形態での内燃機関１１１）と、前記内燃機関の駆動によって発電する発電機（例えば、実施の形態での発電機１１３）と、電動機に電力を供給する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器１０１）と、駆動輪（例えば、実施の形態での駆動輪１３３）に接続され、前記蓄電器及び前記発電機の少なくとも一方からの電力供給によって駆動する前記電動機（例えば、実施の形態での電動機１０９）と、前記発電機と前記駆動輪の間に配置され、前記内燃機関から前記発電機を介した前記駆動輪までの動力の伝達経路を断接する動力伝達断接部（例えば、実施の形態でのクラッチ１１７）と、を備え、前記電動機及び前記内燃機関の少なくとも一方からの動力によって走行するハイブリッド車両の制御方法であって、前記ハイブリッド車両は、前記動力伝達断接部を開放して、前記ハイブリッド車両が前記内燃機関の動力による前記発電機の発電電力によって駆動される前記電動機を駆動源としたシリーズ走行を行うか、前記動力伝達断接部を締結して、前記ハイブリッド車両が少なくとも前記内燃機関を駆動源としたエンジン直結走行を行うかを判断する制御部（例えば、実施の形態でのマネジメントＥＣＵ１２３）を備え、前記制御部は、前記ハイブリッド車両におけるアクセル操作に応じたアクセルペダル開度及び前記ハイブリッド車両の走行速度に基づいて、前記ハイブリッド車両に要求される駆動力を算出し、前記蓄電器の状態に基づいて、前記蓄電器が最大限出力可能な最大補助電力を導出し、前記蓄電器の状態に基づいて、前記蓄電器の最大充電電力を導出し、前記ハイブリッド車両が前記エンジン直結走行を行うときの、前記要求駆動力に対する前記内燃機関の回転数で、前記最大補助電力が前記電動機に供給される場合の前記内燃機関の仮想運転点と、前記最大充電電力が前記蓄電器に充電される場合の前記内燃機関の仮想運転点とが、前記ハイブリッド車両におけるエネルギー効率が前記シリーズ走行時よりも前記エンジン直結走行時の方が高くなる前記内燃機関の運転点の領域であるエンジン直結効率向上領域の内側に位置すれば、前記シリーズ走行から前記エンジン直結走行への移行を許可し、前記エンジン直結効率向上領域は、前記エンジン直結走行時に前記蓄電器から出力可能な補助電力に応じた上限トルクと、前記エンジン直結走行時に前記蓄電器に充電可能な電力に応じた下限トルクとによって囲まれた領域であることを特徴としている。

請求項１〜６に記載の発明のハイブリッド車両及び請求項７に記載の発明のハイブリッド車両の制御方法によれば、総合的なエネルギー効率を考慮して動力伝達断接部の締結又は開放の判断を行うことができる。

シリーズ／パラレル方式のＨＥＶの内部構成を示すブロック図 図１に示したハイブリッド車両における駆動システムの主要部を概略的に示した図 ハイブリッド車両が（ａ）ＥＶ走行モード時、（ｂ）シリーズ走行モード時、（ｃ）エンジン走行モード時及び（ｄ）パラレル走行モード時の各駆動状態を示す図 内燃機関１１１の熱効率に関する特性を示すグラフ シリーズ走行モード時の内燃機関１１１の運転点を示すグラフ シリーズ走行モード時の電動機１０９の要求電力に対する内燃機関１１１の出力及び蓄電器１０１の出力の変化を示すグラフ ハイブリッド車両がエンジン直結走行時の内燃機関１１１の運転点を示すグラフ ハイブリッド車両における総合的なエネルギー効率がシリーズ走行モード時よりもエンジン直結走行時の方が高くなる領域を示す図 マネジメントＥＣＵ１２３の内部構成を示すブロック図 エンジン直結移行電力が蓄電器１０１の充放電可能な電力の範囲外であるために、エンジン直結移行判断部２０７がエンジン直結走行への移行を禁止する場合のタイミングチャートの一例 発電機を駆動する内燃機関の特性の一例を示すグラフ 発電機を駆動する内燃機関の特性の一例を示すグラフ

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）は、電動機及び内燃機関を備え、当該ＨＥＶの走行状態に応じて電動機及び／又は内燃機関の駆動力によって走行する。ＨＥＶには、大きく分けてシリーズ方式とパラレル方式の２種類がある。シリーズ方式のＨＥＶは、電動機の駆動力によって走行する。内燃機関は発電のためだけに用いられ、内燃機関の駆動力によって発電機で発電された電力は蓄電器に充電されるか、電動機に供給される。

シリーズ方式のＨＥＶの走行モードには、「ＥＶ走行モード」及び「シリーズ走行モード」の２つがある。ＥＶ走行モードでは、ＨＥＶは、蓄電器からの電源供給によって駆動する電動機の駆動力によって走行する。このとき内燃機関は駆動されない。また、シリーズ走行モードでは、ＨＥＶは、蓄電器及び発電機の双方からの電力の供給や発電機のみからの電力の供給等によって駆動する電動機の駆動力によって走行する。このとき、内燃機関は発電機における発電のために駆動される。

パラレル方式のＨＥＶは、電動機及び内燃機関のいずれか一方又は双方の駆動力によって走行する。特に、パラレル方式のＨＥＶが内燃機関のみの駆動力によって走行するモードを「エンジン走行モード」という。また、パラレル方式のＨＥＶが内燃機関及び電動機の双方からの駆動力によって走行するモードを「パラレル走行モード」という。

上記両方式を複合したシリーズ／パラレル方式のＨＥＶも知られている。当該方式では、当該ＨＥＶの走行状態に応じてクラッチを開放又は締結する（断接する）ことによって、駆動力の伝達系統をシリーズ方式及びパラレル方式のいずれかの構成に切り替える。

図１は、シリーズ／パラレル方式のＨＥＶの内部構成を示すブロック図である。図１に示すシリーズ／パラレル方式のＨＥＶ（以下「ハイブリッド車両」という）は、蓄電器(BATT)１０１と、温度センサ(TEMP)１０３と、コンバータ(CONV)１０５と、第１インバータ(第１INV)１０７と、電動機(MOT)１０９と、内燃機関(ENG)１１１と、発電機(GEN)１１３と、第２インバータ(第２INV)１１５と、クラッチ１１７と、ギアボックス（以下、単に「ギア」という。）１１９と、車速センサ１２１と、マネジメントＥＣＵ(FI/MG ECU)１２３と、モータＥＣＵ(MOT/GEN ECU)１２５と、バッテリＥＣＵ(BATT ECU)１２７とを備える。さらに、ハイブリッド車両は、電動機１０９の回転数を検出するレゾルバ等のセンサ（図示せず）及び発電機１１３の回転数を検出するレゾルバ等のセンサ（図示せず）を備える。

蓄電器１０１は、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、例えば１００〜２００Ｖの高電圧を供給する。蓄電セルは、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池である。温度センサ１０３は、蓄電器１０１の温度（以下「バッテリ温度」という）を検出する。温度センサ１０３によって検出されたバッテリ温度を示す信号は、バッテリＥＣＵ１２７に送られる。

コンバータ１０５は、蓄電器１０１の直流出力電圧を直流のまま昇圧又は降圧する。第１インバータ１０７は、直流電圧を交流電圧に変換して３相電流を電動機１０９に供給する。また、第１インバータ１０７は、電動機１０９の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換して蓄電器１０１に充電する。

電動機１０９は、ハイブリッド車両が走行するための動力を発生する。電動機１０９で発生したトルクは、ギア１１９を介して駆動軸１３１に伝達される。なお、電動機１０９の回転子はギア１１９に直結されている。また、電動機１０９は、回生ブレーキ時には発電機として動作し、電動機１０９で発電された電力は蓄電器１０１に充電される。

内燃機関１１１は、クラッチ１１７が切断されてハイブリッド車両がシリーズ走行する際には、発電機１１３のためだけに用いられる。但し、クラッチ１１７が締結されると、内燃機関１１１の出力は、ハイブリッド車両が走行するための機械エネルギーとして、発電機１１３、クラッチ１１７及びギア１１９を介して駆動軸１３１に伝達される。内燃機関１１１は、発電機１１３の回転子に直結されている。

発電機１１３は、内燃機関１１１の動力によって電力を発生する。発電機１１３によって発電された電力は、蓄電器１０１に充電されるか電動機１０９に供給される。第２インバータ１１５は、発電機１１３で発生した交流電圧を直流電圧に変換する。第２インバータ１１５によって変換された電力は蓄電器１０１に充電されるか、第１インバータ１０７を介して電動機１０９に供給される。

クラッチ１１７は、マネジメントＥＣＵ１２３からの指示に基づいて、内燃機関１１１から駆動輪１３３までの駆動力の伝達経路を断接する。ギア１１９は、例えば５速相当の１段の固定ギアである。したがって、ギア１１９は、発電機１１３を介した内燃機関１１１からの駆動力又は電動機１０９からの駆動力を、特定の変速比での回転数及びトルクに変換して、駆動軸１３１に伝達する。車速センサ１２１は、ハイブリッド車両の走行速度（車速）を検出する。車速センサ１２１によって検出された車速を示す信号は、マネジメントＥＣＵ１２３に送られる。

マネジメントＥＣＵ１２３は、ハイブリッド車両のドライバのアクセル操作に応じたアクセルペダル開度（ＡＰ開度）及び車速に基づく要求駆動力の算出、駆動力の伝達系統の切り替え、クラッチ１１７の断接に関する制御、内燃機関１１１の運転制御、及び蓄電器１０１の充放電制御等を行う。図１には、マネジメントＥＣＵ１２３による内燃機関１１１の制御が一点鎖線で示されている。マネジメントＥＣＵ１２３の詳細については後述する。

モータＥＣＵ１２５は、コンバータ１０５、第１インバータ１０７及び第２インバータ１１５をそれぞれ構成するスイッチング素子をスイッチング制御して、電動機１０９又は発電機１１３の動作を制御する。図１には、モータＥＣＵ１２５によるコンバータ１０５、第１インバータ１０７及び第２インバータ１１５の制御が一点鎖線で示されている。

バッテリＥＣＵ１２７は、温度センサ１０３から得られたバッテリ温度や、蓄電器１０１の充放電電流及び端子電圧等の情報に基づいて、蓄電器１０１の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）等を導出する。

図２は、図１に示したハイブリッド車両における駆動システムの主要部を概略的に示した図である。また、図３は、ハイブリッド車両が（ａ）ＥＶ走行モード時、（ｂ）シリーズ走行モード時、（ｃ）エンジン走行モード時及び（ｄ）パラレル走行モード時の各駆動状態と走行モード間の遷移を示す図である。

ＥＶ走行モード時のハイブリッド車両では、図３の（ａ）に示すように、クラッチ１１７は開放され、内燃機関１１１は停止されている。ハイブリッド車両は、蓄電器１０１からの電源供給によって駆動する電動機１０９の駆動力によって走行する。

シリーズ走行モード時のハイブリッド車両では、図３の（ｂ）に示すように、クラッチ１１７は開放され、ＡＰ開度及び車速等に基づく要求駆動力を電動機１０９が出力可能な電力を供給するべく内燃機関１１１が運転される。ハイブリッド車両は、発電機１１３からの電力供給によって駆動する電動機１０９の駆動力によって走行する。なお、シリーズ走行モード時のハイブリッド車両では、内燃機関１１１をＢＳＦＣボトムライン上の運転点で駆動し、図３の（ｂ）に一点鎖線で示すように、余剰電力分を蓄電器１０１に充電しても良い。また、内燃機関１１１をＢＳＦＣボトムライン上の運転点で駆動して得られる電力が要求駆動力に満たない場合には、発電機１１３からの電力供給に加え、図３の（ｂ）に二点鎖線で示すように、蓄電器１０１からの補助電力を電動機１０９に供給しても良い。

エンジン走行モード時のハイブリッド車両では、図３の（ｃ）に示すように、クラッチ１１７は締結され、ハイブリッド車両は、内燃機関１１１の駆動力によって走行する。エンジン走行モードでの走行時、電動機１０９の回転子及び発電機１１３の回転子は、内燃機関１１１の駆動と共に連れ回される。但し、モータＥＣＵ１２５は、発電機１１３が無負荷状態となるようゼロ電流制御を行う。なお、エンジン走行モード時のハイブリッド車両では、内燃機関１１１をＢＳＦＣボトムライン上の運転点で駆動し、図３の（ｃ）に一点鎖線で示すように、発電機として駆動される電動機１０９で発生した電力を蓄電器１０１に充電しても良い。

パラレル走行モード時のハイブリッド車両では、図３の（ｄ）に示すように、クラッチ１１７は締結され、ハイブリッド車両は、内燃機関１１１及び電動機１０９の双方の駆動力によって走行する。パラレル走行モードでの走行時、発電機１１３の回転子は、内燃機関１１１の駆動と共に連れ回される。但し、第２インバータ１１５は、発電機１１３が無負荷状態となるようゼロ電流制御を行う。

低中速の加速走行時にはクラッチ１１７を開放してＥＶ走行モード又はシリーズ走行モードに設定される。また、中高速の定常走行（クルーズ走行）時にはクラッチ１１７を締結してエンジン走行モードに設定され、中高速の加速走行時にはパラレル走行モードに設定される。走行モードの設定は、図１に示したマネジメントＥＣＵ１２３が、アクセルペダル開度（ＡＰ開度）及び車速等に基づいて走行フェーズを判断した上で行う。例えば、走行フェーズが「低中速加速走行」から「中速定常走行」に変わると、マネジメントＥＣＵ１２３は、クラッチ１１７を締結し、走行モードを「シリーズ走行モード」から「エンジン走行モード」に切り替える。

図４は、内燃機関１１１の熱効率に関する特性を示すグラフである。当該グラフの縦軸は内燃機関１１１のトルクを示し、横軸は内燃機関１１１の回転数を示す。図４中の太い実線は、燃料消費率が最も良い内燃機関１１１の運転点を結んだ線（ＢＳＦＣボトムライン）である。また、図４中の一点鎖線は、トルク及び回転数は異なるが出力が同じとなる内燃機関１１１の運転点を結んだ線（等出力線）である。また、図４中の楕円形の点線は、内燃機関１１１の出力効率が同じとなる運転点を結んだ線（等効率線）であり、内側の等効率線ほど出力効率が高い。なお、図４に示す最も内側の等効率線で囲まれた領域内のＢＳＦＣボトムライン上の運転点を「最高効率運転点」という。また、最高効率運転点で運転される内燃機関１１１の出力を「最高効率出力」という。

以下、クラッチ１１７を開放してシリーズ走行モードでハイブリッド車両が走行する際の内燃機関１１１の運転について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、シリーズ走行モード時の内燃機関１１１の運転点を示すグラフである。図６は、シリーズ走行モード時の電動機１０９の要求電力に対する内燃機関１１１の出力及び蓄電器１０１の出力の変化を示すグラフである。なお、電動機１０９の要求電力とは、ＡＰ開度及び車速等に基づく要求駆動力を電動機１０９が出力するために必要な電力である。マネジメントＥＣＵ１２３は、要求駆動力に機械損失及び電気損失の各推定値を加えた値から、電動機１０９の要求電力を算出する。

シリーズ走行モードでハイブリッド車両が走行する際、マネジメントＥＣＵ１２３は、クラッチ１１７を開放し、電動機１０９に要求電力を供給するべく内燃機関１１１の運転を制御する。但し、電動機１０９の要求電力は要求駆動力に応じて変化するため、発電機１１３が要求電力を出力するよう内燃機関１１１を運転すると、内燃機関１１１を常に最高効率運転点で運転できるとは限らない。しかし、エネルギー効率を鑑みると、最高効率運転点で内燃機関１１１を運転した方が好ましい。

本実施形態では、シリーズ走行モードでハイブリッド車両が走行する際、マネジメントＥＣＵ１２３は、内燃機関１１１を最高効率運転点に近い運転点で運転するよう制御する。但し、内燃機関１１１の動力による発電機１１３の発電電力が電動機１０９の要求電力よりも大きい場合、マネジメントＥＣＵ１２３は、余剰電力分を蓄電器１０１に充電するよう制御する。また、内燃機関１１１の動力による発電機１１３の発電電力が電動機１０９の要求電力に満たない場合、マネジメントＥＣＵ１２３は、発電機１１３からの電力に加え、蓄電器１０１が補助電力を電動機１０９に供給するよう制御する。したがって、電動機１０９の要求電力が変化しても、マネジメントＥＣＵ１２３は、図５にハッチングした丸で示される運転点で内燃機関１１１を運転するよう制御する。

図６には、電動機１０９の要求電力に対して本実施形態の制御が行われる内燃機関１１１の出力が一点鎖線で示され、内燃機関１１１の動力による発電機１１３の発電電力を補う蓄電器１０１の出力電力又は蓄電器１０１を充電する電力が二点鎖線で示される。また、発電機１１３が要求電力を発電するよう内燃機関１１１を運転する場合であって、充電も電力補助も行われない内燃機関１１１の出力が点線で示される。

図６に示すように、発電機１１３の要求電力が“Ｐａ”であるとき、マネジメントＥＣＵ１２３は、内燃機関１１１を図６に“Ａ”で示す運転点で運転するよう制御する。運転点Ａで運転される内燃機関の出力は、発電機１１３が要求電力Ｐａを発電するよう内燃機関１１１を運転する場合の運転点ａと比較して高い。したがって、マネジメントＥＣＵ１２３は、この出力の差分に相当する余剰電力分を蓄電器１０１に充電するよう制御する。

また、発電機１１３の要求電力が“Ｐｂ”であるとき、マネジメントＥＣＵ１２３は、内燃機関１１１を図６に“Ｂ”で示す運転点で運転するよう制御する。運転点Ｂで運転される内燃機関の出力は、発電機１１３が要求電力Ｐｂを発電するよう内燃機関１１１を運転する場合の運転点ｂと比較して低い。したがって、マネジメントＥＣＵ１２３は、運転点ｂで運転される内燃機関の出力に満たない分の補助電力を蓄電器１０１が供給するよう制御する。

なお、マネジメントＥＣＵ１２３は、バッテリＥＣＵ１２７が導出した蓄電器１０１のＳＯＣ及びバッテリ温度に基づいて、余剰電力の最大充電電力及び最大補助電力を設定する。例えば、蓄電器１０１のＳＯＣがしきい値よりも高いとき、マネジメントＥＣＵ１２３は、最大充電電力を０に近い値に設定し、最大補助電力を蓄電器１０１が出力可能な最大電力値に設定する。マネジメントＥＣＵ１２３は、余剰電力が最大充電電力を超えないようよう、また、補助電力が最大補助電力を超えないよう、内燃機関１１１の運転点を制御する。

次に、クラッチ１１７を締結してエンジン走行モード又はパラレル走行モードでハイブリッド車両が走行する際の内燃機関１１１の運転について、図７を参照して説明する。なお、以下、エンジン走行モード又はパラレル走行モードでの走行を「エンジン直結走行」という。図７は、ハイブリッド車両がエンジン直結走行時の内燃機関１１１の運転点を示すグラフである。

エンジン直結走行時、マネジメントＥＣＵ１２３は、クラッチ１１７を締結し、要求駆動力を出力する内燃機関１１１の運転を制御する。但し、要求駆動力はドライバのアクセル操作及び車速等に応じて変化するため、要求駆動力を出力するよう内燃機関１１１を運転すると、内燃機関１１１を常に最高効率運転点で運転できるとは限らない。しかし、エネルギー効率を鑑みると、最高効率運転点で内燃機関１１１を運転した方が好ましい。

本実施形態では、ハイブリッド車両がエンジン直結走行する際、マネジメントＥＣＵ１２３は、内燃機関１１１を最高効率運転点に近い運転点で運転するよう制御する。但し、内燃機関１１１の出力が要求駆動力よりも大きい場合、マネジメントＥＣＵ１２３は、余剰出力によって電動機１０９を発電機として駆動し、電動機１０９が発電した電力を蓄電器１０１に充電するよう制御する。また、内燃機関１１１の出力が要求駆動力に満たない場合、マネジメントＥＣＵ１２３は、蓄電器１０１が補助電力を電動機１０９に供給するよう制御する。これは、電動機１０９の動力が内燃機関１１１の出力を補う、上記説明したパラレル走行モードである。したがって、要求駆動力が変化しても、マネジメントＥＣＵ１２３は、図７にハッチングした丸で示される運転点で内燃機関１１１を運転するよう制御する。

以上説明したマネジメントＥＣＵ１２３の制御に基づく本実施形態のハイブリッド車両における総合的なエネルギー効率が導出される。図８は、ハイブリッド車両における総合的なエネルギー効率がシリーズ走行モード時よりもエンジン直結走行時の方が高くなる領域を示す図である。

図８に（ａ）で示すグラフでは、蓄電器１０１からの電力補助が行われる状態において、シリーズ走行モードよりもクラッチを締結してエンジン直結走行した方がエネルギー効率が向上する領域がハッチングによって示される。また、当該グラフには、エンジン直結走行時に蓄電器１０１から出力可能な補助電力に応じた当該領域の上限トルクが一点鎖線で示される。

図８に（ｂ）で示すグラフでは、蓄電器１０１の充電が行われる状態において、シリーズ走行モードよりもクラッチを締結してエンジン直結走行した方がエネルギー効率が向上する領域がハッチングによって示される。また、当該グラフには、エンジン直結走行時に蓄電器１０１に充電可能な電力に応じた当該領域の下限トルクが二点鎖線で示される。なお、（ａ）に一点鎖線で示す上限トルク及び（ｂ）に二点鎖線で示す下限トルクは、蓄電器１０１のＳＯＣ及びバッテリ温度に応じて異なる蓄電器１０１の充放電可能な電力範囲によって変化する。

（ａ）に一点鎖線で示す上限トルクと（ｂ）に二点鎖線で示す下限トルクを１つのグラフに重ねると、図８の（ｃ）にハッチングした領域で示すように、シリーズ走行モードよりもクラッチを締結してエンジン直結走行した方が総合的なエネルギー効率が向上する領域（以下「エンジン直結効率向上領域」という）が得られる。

図９は、マネジメントＥＣＵ１２３の内部構成を示すブロック図である。図９に示すように、マネジメントＥＣＵ１２３は、要求駆動力導出部２０１と、最大補助電力導出部２０３と、最大充電電力導出部２０５と、エンジン直結移行判断部２０７とを有する。

要求駆動力導出部２０１は、ＡＰ開度及び車速に基づいて、ハイブリッド車両に対する要求駆動力を導出する。最大補助電力導出部２０３は、バッテリＥＣＵ１２７が導出した蓄電器１０１のＳＯＣ及びバッテリ温度に基づいて、蓄電器１０１が最大限出力可能な最大補助電力を導出する。最大充電電力導出部２０５は、バッテリＥＣＵ１２７が導出した蓄電器１０１のＳＯＣ及びバッテリ温度に基づいて、蓄電器１０１の最大充電電力を導出する。

エンジン直結移行判断部２０７は、ハイブリッド車両がエンジン直結走行を行うときの、要求駆動力に対する内燃機関１１１の回転数Ｎａで、最大補助電力導出部２０３が導出した最大補助電力が電動機１０９に供給される場合の内燃機関１１１の仮想運転点（図８の（ｃ）に示す運転点Ａ）、及び、最大充電電力導出部２０５が導出した最大充電電力が蓄電器１０１に充電される場合の内燃機関１１１の仮想運転点（図８の（ｃ）に示す運転点Ｂ）の双方がエンジン直結効率向上領域の内側に位置すれば、エンジン直結走行への移行を許可する。このように、エンジン直結移行判断部２０７がシリーズ走行モードからエンジン直結走行への移行を許可した際には、マネジメントＥＣＵ１２３はクラッチ１１７の締結要求を行う。

一方、エンジン直結移行判断部２０７は、エンジン直結走行中のハイブリッド車両において内燃機関１１１が例えば回転数ＮＥｂで運転されている時、最大補助電力導出部２０３が導出した最大補助電力が電動機１０９に供給される場合の内燃機関１１１の仮想運転点（図８の（ｃ）に示す運転点Ｃ）、又は、最大充電電力導出部２０５が導出した最大充電電力が蓄電器１０１に充電される場合の内燃機関１１１の仮想運転点（図８の（ｃ）に示す運転点Ｄ）がエンジン直結効率向上領域の外側に位置する場合、エンジン直結走行の解除を決定する。このように、エンジン直結移行判断部２０７がエンジン直結走行の解除を決定した際には、マネジメントＥＣＵ１２３はクラッチ１１７の開放要求を行う。

また、エンジン直結移行判断部２０７は、蓄電器１０１の充放電可能な電力の範囲と、エンジン直結走行に移行するために必要な電力とに基づいて、エンジン直結走行への移行を禁止する。シリーズ走行モードで走行するハイブリッド車両がエンジン直結走行に移行するために必要な電力（以下「エンジン直結移行電力」という）は、エンジン直結走行時の内燃機関１１１の目標出力と、エンジン直結移行時に内燃機関１１１の回転数を目標回転数に合わせるために発電機１１３のトルクを調整するための電力と、電動機１０９に供給する電力との総和である。

エンジン直結走行への移行時には、内燃機関１１１の回転数を目標回転数に合わせているとき、内燃機関１１１のトルクをエンジン直結走行時の目標トルクに合わせるために必要な発電機１１３のトルクは大きくなる。但し、このとき、エンジン直結移行電力が蓄電器１０１の充放電可能な電力の範囲外であると、発電機１１３のトルクが制限されることが想定される。エンジン直結走行への移行時に発電機１１３のトルクが制限されると、内燃機関１１１のトルクの方が上回り、内燃機関１１１の回転数が上昇してしまう。したがって、本実施形態では、エンジン直結移行電力が蓄電器１０１の充放電可能な電力の範囲外であるとき、エンジン直結移行判断部２０７はエンジン直結走行への移行を禁止する。

図１０は、エンジン直結移行電力が蓄電器１０１の充放電可能な電力の範囲外であるために、エンジン直結移行判断部２０７がエンジン直結走行への移行を禁止する場合のタイミングチャートの一例である。なお、図１０に示すタイミングチャートでは、エンジン直結移行電力が蓄電器１０１の充放電可能な電力の範囲外であってもエンジン直結走行への移行が行われる場合の変化が一点鎖線で示される。

以上説明したように、本実施形態では、ハイブリッド車両がシリーズ走行モードで走行するときには、蓄電器１０１の充放電を前提に内燃機関１１１が最高効率運転点に近い運転点で運転され、ハイブリッド車両がエンジン直結走行するときも、蓄電器１０１の充放電を前提に内燃機関１１１が最高効率運転点に近い運転点で運転される。内燃機関１１１の出力効率はハイブリッド車両の総合的なエネルギー効率に大きな影響を与えるため、内燃機関１１１が最高効率運転点で運転されると、ハイブリッド車両の総合的なエネルギー効率が向上する。但し、シリーズ走行モード時のエネルギー効率とエンジン直結走行時のエネルギー効率はそれぞれ異なるため、シリーズ走行モードよりもエンジン直結走行した方が総合的なエネルギー効率が向上する「エンジン直結効率向上領域」を想定できる。

本実施形態では、シリーズ走行モードで走行するハイブリッド車両がエンジン直結走行に移行するか否かの判断を、エンジン直結走行時に蓄電器１０１からの電力補助が最大限行われる場合の内燃機関１１１の仮想運転点及びエンジン直結走行時に蓄電器１０１の充電が最大限行われる場合の内燃機関１１１の仮想運転点の双方が「エンジン直結効率向上領域」の内側に位置するか否かによって行う。このように、エンジン直結走行への移行の判断は、総合的なエネルギー効率の向上の如何に基づいて行われる。なお、シリーズ走行モードで走行するハイブリッド車両がエンジン直結走行に移行するために必要な電力であるエンジン直結移行電力が蓄電器１０１の充放電可能な電力の範囲外である際には、エンジン直結走行への移行が禁止される。

さらに、本実施形態では、エンジン直結走行中のハイブリッド車両において、蓄電器１０１からの電力補助を最大限行う場合の内燃機関１１１の仮想運転点及び蓄電器１０１の充電を最大限行う場合の内燃機関１１１の仮想運転点の少なくともいずれか一方が「エンジン直結効率向上領域」の外側に位置すれば、エンジン直結走行の解除が決定される。このように、エンジン直結走行の解除の判断も、総合的なエネルギー効率の向上の如何に基づいて行われる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

１０１ 蓄電器(BATT)
１０３ 温度センサ(TEMP)
１０５ コンバータ(CONV)
１０７ 第１インバータ(第１INV)
１０９ 電動機(MOT)
１１１ 内燃機関(ENG)
１１３ 発電機(GEN)
１１５ 第２インバータ(第２INV)
１１７ クラッチ
１１９ ギアボックス
１２１ 車速センサ
１２３ マネジメントＥＣＵ(FI/MG ECU)
１２５ モータＥＣＵ(MOT/GEN ECU)
１２７ バッテリＥＣＵ(BATT ECU)
１３１ 駆動軸
１３３ 駆動輪
２０１ 要求駆動力導出部
２０３ 最大補助電力導出部
２０５ 最大充電電力導出部
２０７ エンジン直結移行判断部

Claims (7)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関の駆動によって発電する発電機と、
   電動機に電力を供給する蓄電器と、
   駆動輪に接続され、前記蓄電器及び前記発電機の少なくとも一方からの電力供給によって駆動する前記電動機と、
   前記発電機と前記駆動輪の間に配置され、前記内燃機関から前記発電機を介した前記駆動輪までの動力の伝達経路を断接する動力伝達断接部と、を備え、前記電動機及び前記内燃機関の少なくとも一方からの動力によって走行するハイブリッド車両であって、
   前記動力伝達断接部を開放して、前記ハイブリッド車両が前記内燃機関の動力による前記発電機の発電電力によって駆動される前記電動機を駆動源としたシリーズ走行を行うか、前記動力伝達断接部を締結して、前記ハイブリッド車両が少なくとも前記内燃機関を駆動源としたエンジン直結走行を行うかを判断する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記ハイブリッド車両におけるアクセル操作に応じたアクセルペダル開度及び前記ハイブリッド車両の走行速度に基づいて、前記ハイブリッド車両に要求される駆動力を算出する要求駆動力算出部と、
   前記蓄電器の状態に基づいて、前記蓄電器が最大限出力可能な最大補助電力を導出する最大補助電力導出部と、
   前記蓄電器の状態に基づいて、前記蓄電器の最大充電電力を導出する最大充電電力導出部と、
   前記ハイブリッド車両が前記エンジン直結走行を行うときの、前記要求駆動力算出部が算出した要求駆動力に対する前記内燃機関の回転数で、前記最大補助電力が前記電動機に供給される場合の前記内燃機関の仮想運転点と、前記最大充電電力が前記蓄電器に充電される場合の前記内燃機関の仮想運転点とが、前記ハイブリッド車両におけるエネルギー効率が前記シリーズ走行時よりも前記エンジン直結走行時の方が高くなる前記内燃機関の運転点の領域であるエンジン直結効率向上領域の内側に位置すれば、前記シリーズ走行から前記エンジン直結走行への移行を許可するエンジン直結移行判断部と、を有し、
   前記エンジン直結効率向上領域は、前記エンジン直結走行時に前記蓄電器から出力可能な補助電力に応じた上限トルクと、前記エンジン直結走行時に前記蓄電器に充電可能な電力に応じた下限トルクとによって囲まれた領域であることを特徴とするハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
   前記エンジン直結移行判断部は、
   前記エンジン直結走行中の前記ハイブリッド車両における前記内燃機関の回転数で、前記最大補助電力が前記電動機に供給される場合の前記内燃機関の仮想運転点、又は前記最大充電電力が前記蓄電器に充電される場合の前記内燃機関の仮想運転点が前記エンジン直結効率向上領域の外側に位置する場合、前記エンジン直結走行の解除を決定することを特徴とするハイブリッド車両。
3. 請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
   前記エンジン直結移行判断部は、
   前記ハイブリッド車両が前記エンジン直結走行に移行するために必要な電力が、前記蓄電器の充放電可能な電力の範囲外であるとき、前記シリーズ走行から前記エンジン直結走行への移行を禁止することを特徴とするハイブリッド車両。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両であって、
   前記ハイブリッド車両が前記エンジン直結走行を行うときの前記内燃機関の仮想運転点が、燃料消費率が最も良い運転点を結んだ燃費最良ラインに近い運転点となるように、前記制御部は、前記要求駆動力と前記仮想運転点とに基づいて、前記電動機が出力するエネルギー又は前記内燃機関によって前記電動機が発電するエネルギーを設定することを特徴とするハイブリッド車両。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のハイブリッド車両であって、
   前記エンジン直結効率向上領域は、前記電動機による出力補助及び前記内燃機関による前記電動機の発電に基づいて設定されることを特徴とするハイブリッド車両。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のハイブリッド車両であって、
   前記動力伝達断接部が締結されると、前記内燃機関の出力が機械エネルギーとして１段の固定ギアに基づく特定の変速比で変換されて前記駆動輪に伝達されることを特徴とするハイブリッド車両。
7. 内燃機関と、
   前記内燃機関の駆動によって発電する発電機と、
   電動機に電力を供給する蓄電器と、
   駆動輪に接続され、前記蓄電器及び前記発電機の少なくとも一方からの電力供給によって駆動する前記電動機と、
   前記発電機と前記駆動輪の間に配置され、前記内燃機関から前記発電機を介した前記駆動輪までの動力の伝達経路を断接する動力伝達断接部と、を備え、前記電動機及び前記内燃機関の少なくとも一方からの動力によって走行するハイブリッド車両の制御方法であって、
   前記ハイブリッド車両は、
   前記動力伝達断接部を開放して、前記ハイブリッド車両が前記内燃機関の動力による前記発電機の発電電力によって駆動される前記電動機を駆動源としたシリーズ走行を行うか、前記動力伝達断接部を締結して、前記ハイブリッド車両が少なくとも前記内燃機関を駆動源としたエンジン直結走行を行うかを判断する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記ハイブリッド車両におけるアクセル操作に応じたアクセルペダル開度及び前記ハイブリッド車両の走行速度に基づいて、前記ハイブリッド車両に要求される駆動力を算出し、
   前記蓄電器の状態に基づいて、前記蓄電器が最大限出力可能な最大補助電力を導出し、
   前記蓄電器の状態に基づいて、前記蓄電器の最大充電電力を導出し、
   前記ハイブリッド車両が前記エンジン直結走行を行うときの、前記要求駆動力に対する前記内燃機関の回転数で、前記最大補助電力が前記電動機に供給される場合の前記内燃機関の仮想運転点と、前記最大充電電力が前記蓄電器に充電される場合の前記内燃機関の仮想運転点とが、前記ハイブリッド車両におけるエネルギー効率が前記シリーズ走行時よりも前記エンジン直結走行時の方が高くなる前記内燃機関の運転点の領域であるエンジン直結効率向上領域の内側に位置すれば、前記シリーズ走行から前記エンジン直結走行への移行を許可し、
   前記エンジン直結効率向上領域は、前記エンジン直結走行時に前記蓄電器から出力可能な補助電力に応じた上限トルクと、前記エンジン直結走行時に前記蓄電器に充電可能な電力に応じた下限トルクとによって囲まれた領域であることを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。

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