JP5991375B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、車両の動力源として内燃機関およびモータなどの種類の異なる動力装置を備えているハイブリッド車両の制御装置に関する。
従来、内燃機関と電動機とを備えたハイブリッド車両として、内燃機関が出力した動力を、動力分割機構によって発電機能を備える電動機側と駆動輪に接続された出力側とに分割して伝達するように構成された車両が知られている。その動力分割機構は、例えば複数の回転要素からなる差動機構によって構成され、いずれか一つの回転要素に内燃機関が連結され、他の一つの回転要素に電動機が連結され、更に他の一つの回転要素が出力部材となっていて、これら三つの回転要素による差動作用によって、内燃機関から入力された動力を電動機側と出力部材側とに分割し、かつ電動機が反力を生じることによりその電動機の回転数に応じて内燃機関の回転数を適宜に制御するように構成されている。その電動機は発電機として機能することにより反力を生じるので、その電動機が生じた電力を機械的な駆動力に変化して出力する第２の電動機を出力部材もしくは出力軸に連結して設けることも行われており、この種のハイブリッド形式はツーモータハイブリッドと称されることもある。ハイブリッド車両は、このように駆動力源として内燃機関と電動機とを備えており、しかもそれぞれを独立して制御し、駆動させることができる。このため、ハイブリッド車両では、内燃機関のみで走行するモードや、電動機のみで走行するモードや、内燃機関と電動機との双方により走行するモードなど複数の走行モードを設定することができる。
例えば、米国特許出願公開第２００９／００８２１７１号明細書には、動力源としてエンジンと二つのモータ・ジェネレータとを備え、クラッチもしくはブレーキを介して第１のモータ・ジェネレータおよびエンジンに連結されるリングギヤと、第２のモータ・ジェネレータに連結されたサンギヤと、出力メンバを介して駆動輪に接続されるキャリヤとからなる遊星歯車機構を備えたハイブリッド車両が記載されている。特に、それらクラッチやブレーキの係合・解放の状態と、動作させる動力源との組み合わせにより、複数の走行モードを設定できる電気的変速機構が開示されている。その電気的変速機構は、両方のモータ・ジェネレータを駆動させるツーモータ電動モードと、第２モータ・ジェネレータのみを駆動させるワンモータ電動モードと、エンジンおよび第２モータ・ジェネレータを駆動させる分割モードとに走行モードを遷移させることができるように構成されている。
また、特開平０８−２９５１４０号公報には、遊星歯車機構によって動力分割機構を構成し、エンジンが出力した動力をキャリヤに入力するとともに、サンギヤに発電機モータが連結され、リングギヤからトルクを出力するとともにそのトルクに電気モータによるトルクを加減するように構成されたハイブリッド車両が記載されている。このハイブリッド車両は、エンジンをキャリヤと共に固定するブレーキを更に備えている。エンジンを停止させて発電機モータの動力で走行する場合、キャリヤをブレーキによって固定することにより、動力分割機構を減速機として機能させることができる。
ハイブリッド車両は、内燃機関をエネルギー効率の良い運転点で運転し、またエネルギー回生を行うなどのことにより、燃料消費量を可及的に低減することを目的の一つとして開発された車両である。したがってバッテリなどの蓄電装置における蓄電残量が十分にあり、またアクセル開度などで表される負荷が小さいなどの場合には、電動機に給電してその電動機の出力で走行するいわゆるＥＶ走行モードを設定することが行われている。その場合、内燃機関は燃料の消費を低減するために停止させ、またいわゆる連れ回りによる動力損失を避けるために、駆動輪に動力を伝達する構成要素から切り離れる。
一方、電動機を駆動するべく蓄電装置から取り出すことのできる電力には限度があるから、ＥＶ走行モードで走行している過程で、内燃機関を始動して走行のための駆動力を確保し、また蓄電装置に蓄電することが必要になる。あるいは、アクセルペダルが踏み込まれるなどのことにより要求駆動力が増大した場合には、その要求駆動力を出力するために内燃機関を始動する必要が生じる。内燃機関を始動するためのいわゆるモータリングトルクは、ハイブリッド車両では動力源として搭載されている電動機によって発生させることになる。すなわち、前述した各文献に記載されているハイブリッド車両では、二つのモータ・ジェネレータを共に電動機として機能させていわゆるＥＶ走行を行うように構成されているので、内燃機関を始動する場合には、それらの電動機のうちのいずれか一方を内燃機関のモータリングに使用することになる。そのため、例えばＥＶ走行中に蓄電残量が低下して内燃機関の始動の判定が成立し、直ちに内燃機関をモータリングすると、二つのモータ・ジェネレータで出力していた駆動力が、一つのモータ・ジェネレータで出力する駆動力に低下してしまい、そのような駆動力の低下がショックとなって搭乗者に体感されたり、あるいは意図しない駆動力低下が違和感の要因となったりする可能性がある。また、内燃機関を始動するべき状態が成立した際に、その時点の駆動力をいずれか一方のモータ・ジェネレータで出力し、かつ他方のモータ・ジェネレータを内燃機関のモータリングに使用するように、走行のための駆動力を出力するモータ・ジェネレータを変更するとすれば、その変更制御が複雑なものにならざるを得ず、また制御に時間が掛かって内燃機関の始動の遅れが生じる可能性がある。
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って、内燃機関を停止して電動機で走行している状態でその電動機を使用して内燃機関を始動する場合に、駆動力の変化を抑制でき、また特に遅れを生じることなく内燃機関を始動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ことを目的とする。
上記の目的を達成するためにこの発明は、内燃機関と蓄電装置から電力が供給される二つの電動機とを備え、前記内燃機関が出力する動力を使用して走行する状態と、前記内燃機関を停止させ、かつ少なくともいずれか一つの前記電動機が出力する動力を使用して走行する状態とを選択できるように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、前記内燃機関を停止させ、かつ前記二つの電動機に前記蓄電装置から電力を供給してこれら二つの電動機を使用して走行している状態で、前記蓄電装置の蓄電残量が、前記内燃機関を始動することの判定が成立する第１基準値より大きい値に予め定められた第２基準値以下となる条件を満たすことを判断する判断手段と、前記判断手段によって前記条件を満すことが判断された場合に、前記二つの電動機が出力する動力を使用して前記ハイブリッド車両を走行させる駆動力を、前記いずれか一つの前記電動機が出力できる設計上予め定められた最大駆動力より小さい許容駆動力に制限する駆動力制限手段とを備えていることを特徴とするものである。
この発明は、上記の発明において、前記駆動力制限手段は、前記許容駆動力を前記蓄電装置の蓄電残量の低下に応じて低下させるように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置である。
この発明は、上記の発明において、前記第２基準値は、前記ハイブリッド車両の動作状態を示す検出値に応じて変化するように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置である。
この発明は、上記の発明において、前記２つの電動機を内蔵し、かつ前記内燃機関から出力された駆動力を駆動輪に向けて出力するトランスアクスルと、前記２つの電動機を制御するコントローラとを更に備え、前記検出値は、前記２つの電動機の温度と、前記コントローラの温度と、前記２つの電動機の温度もしくはコントローラの温度に基づいて推定される前記トランスアクスルの温度と、車速との少なくともいずれか一つを含むことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置である。
この発明は、上記の発明において、前記第２基準値は、前記２つの電動機の温度と、前記コントローラの温度と、前記２つの電動機の温度もしくはコントローラの温度に基づいて推定される前記トランスアクスルの温度とのいずれかの温度が高い場合に、その温度が低い場合より大きい値に設定されることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置である。
この発明は、上記の発明において、前記第２基準値は、前記車速が速い場合に、車速が遅い場合より大きい値に設定されることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置である。
この発明は、上記の発明において、前記駆動力制限手段は、前記許容駆動力を、車速が速い場合に車速が遅い場合と比較して小さい値に設定するように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置である。
この発明は、上記の発明において、前記駆動力制限手段は、前記許容駆動力を、前記２つの電動機の温度と、前記コントローラの温度と、前記２つの電動機の温度もしくはコントローラの温度に基づいて推定される前記トランスアクスルの温度とのいずれかの温度が高い場合に、その温度が低い場合より小さい値に設定するように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置である。
この発明によれば、内燃機関を停止させて二つの電動機から出力される動力を使用して走行している状態で、判断手段により蓄電残量が第１の基準値以下であると判断された場合、駆動力制限手段により駆動力を許容駆動力に制限できるので、内燃機関を始動させる際に駆動力不足が発生することを防止できる。また、駆動力を制限しているものの、車両は許容駆動力内で走行できるので、二つの電動機を動力源として機能させて電費の良い状態での走行が可能になる。さらに、蓄電残量が内燃機関の始動条件となる蓄電残量についての閾値より低下することを回避でき、蓄電装置が劣化することを防止することができる。
この発明によれば、駆動力制限手段により二つの電動機を使用して走行するための駆動力を、いずれか一つの電動機を使用して走行できる最大駆動力以下となるように制限しているので、他方の電動機を内燃機関の始動に使用しても、その内燃機関を始動させることが原因となる駆動力不足の発生を防止できる。したがって、内燃機関を始動させる際に駆動力が一時的に低下したり、ショックが発生したり、搭乗者に違和感を与えたりすることを防止でき、もしくは抑制できる。
この発明によれば、蓄電残量の変化に応じて許容駆動力を変化させることができるので、車両の走行状態に応じて許容駆動力を制限できるとともに、その許容駆動力が必要以上に低下することを防止できる。そのため、車両が走行状態に応じた十分な駆動力を発揮できる。
この発明によれば、内燃機関の始動判定に用いられる第２の基準値よりも大きい値である第１の基準値と蓄電残量との比較結果に基づいて、駆動力を許容駆動力に制限できようになり、内燃機関の始動を予測して駆動力を制限できるようになる。そのため、エンジン始動条件が成立した際には、許容駆動力に制限された駆動力で走行しているので、始動時の駆動力不足を防止もしくは抑制できる。さらに、その第１の基準値は、車両の動作状態を示す検出値に応じて変化するので、急激に蓄電残量が低下して内燃機関が始動しても、十分な蓄電残量を確保した状態で走行することができる。加えて、蓄電装置が過放電して劣化することを防止できる。
この発明によれば、構成要素の温度により第１の基準値を変化させることができるようになるため、電動機や、コントローラや、トランスアクスルなどが高温状態になり劣化することを防止できる。
この発明によれば、蓄電装置の蓄電残量についての基準値を、車速や各種の構成要素の温度に応じて変化させることができるので、車両が走行するための駆動力を発揮できる蓄電残量が有る状態で、その駆動力を許容駆動力に制限することができるようになる。
この発明によれば、許容駆動力を、相対的に高車速側もしくは高温側で小さい値となるように制限するので、それら高車速側もしくは高温側で内燃機関を始動させたとしても、走行のための駆動力が不足することを防止できる。
この発明のハイブリッド車両の制御装置による制御を説明するためのフローチャートである。 ＳＯＣの変化に基づいて制限される許容駆動力が変化することを示した図である。 ＳＯＣの推移と許容駆動力の推移との関係を示したタイムチャートである。 この発明に係るハイブリッド車両の制御装置を搭載した車両を模式的に示したスケルトン図である。 動力分割機構を構成する遊星歯車機構についての共線図であり、（ａ）はＥＶモードの場合、（ｂ）はエンジン始動の場合をそれぞれ示す。 ＳＯＣと車速とに基づいて制限される許容駆動力を示した図である。 車速の変化に基づいて制限される許容駆動力が変化することを示した図である。 温度の変化に基づいて制限される許容駆動力が変化することを示した図である。 この発明に係るハイブリッド車両の制御装置の別の例を模式的に示したスケルトン図である。 この発明に係るハイブリッド車両の制御装置の別の例を模式的に示したスケルトン図である。
以下、この発明を具体例に基づいて説明する。この発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、電動機から出力された動力のみにより走行する状態、いわゆるＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）モードから、電動機および内燃機関から出力された動力により走行する状態、いわゆるＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）モードへのモード移行を制御するものである。具体的には、ＥＶモードからＨＶモードに切り替わる際に内燃機関を始動されるように構成された車両を対象として、内燃機関を始動させることが予測された場合には、ＥＶモード中にＨＶモードへ切り替わる準備状態として電動機が出力した動力により走行できる駆動力を制限するハイブリッド車両の制御装置である。すなわち、この発明が対象とする車両は、種類の異なる動力装置として内燃機関および電動機を備えたハイブリッド車両である。なお、以下の説明において、「モード」を「走行モード」という場合がある。さらに、ＥＶモードに設定された車両が走行することを「ＥＶ走行」、同様に、ＨＶモードで走行することを「ＨＶ走行」という場合がある。以下、図面を参照して、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置の具体例を説明する。
まず、この発明の一実施形態におけるハイブリッド車両の制御装置を搭載した車両の構成要素と、動力源からの動力を伝達する経路について説明する。図４は、そのハイブリッド車両の制御装置が搭載された車両を模式的に示したスケルトン図であり、動力伝達経路を模式的に示している。このハイブリッド車両では種類の異なる動力装置として、ガソリンエンジンやディーゼル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エンジン１と、電力が供給されて動力を出力する機能と外力によって強制的に回転させられて発電する機能とを兼ね備えた第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とを備えている。動力源とは、駆動輪で駆動力を発生させるための動力を出力する機能を発揮している動力装置のことをいう。また、動力伝達経路とは、動力装置から出力された動力を伝達する経路のことをいう。なお、図中では、エンジン１を「ＥＮＧ」と併記し、同様に第１モータ・ジェネレータ２を「ＭＧ１」、第２モータ・ジェネレータ３を「ＭＧ２」と記す場合がある。また、モータ・ジェネレータ２，３は、図示しない蓄電装置から蓄電されている電力を供給され、もしくは蓄電装置へ発電した電力を供給するように構成されている。
そのエンジン１から駆動輪に到る動力伝達経路中には、エンジン１が出力した動力を分割する機能を有する動力分割機構４が設けられている。動力分割機構４は、三つの回転要素を備えた差動機構によって構成され、図４に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。その遊星歯車機構、すなわち動力分割機構４は、外歯歯車であるサンギヤＳｎと、サンギヤＳｎに対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤＲｇと、サンギヤＳｎとリングギヤＲｇと噛み合った状態で配置されているピニオンギヤＰｎを自転可能かつ公転可能に保持しているキャリヤＣｒと備えている。サンギヤＳｎに第１モータ・ジェネレータ２が連結されている。キャリヤＣｒにエンジン１が連結されている。リングギヤＲｇに出力側の部材を介して図示しない駆動輪が連結されている。
その動力分割機構４のキャリヤＣｒには、エンジン１から動力が伝達される回転軸５が一体的に回転するように連結されている。その回転軸５は、エンジン１のクランクシャフトと一体的に回転するように形成されている。さらに、図４に例示するように、動力伝達経路におけるエンジン１と動力分割機構４との間には、回転軸５およびキャリヤＣｒの回転を選択的に止めるブレーキ機構Ｂが設けられている。締結要素であるこのブレーキ機構Ｂは、エンジン１と動力分割機構４との間でトルク伝達を可能にさせる解放状態と、そのトルク伝達を不可能にさせる係合状態とを切り替えることができるように構成されている。
このブレーキ機構Ｂは、回転軸５の停止とその停止の解除とを行う機構であれば噛み合い式の機構や摩擦式の機構などのいずれの形式の機構であってもよい。例えば、図４に示す例では、ドグクラッチなどの噛み合い式のクラッチにより構成されている。そのブレーキ機構Ｂの構成を説明すると、図４に例示するように、回転軸５に一体化されたハブ６が設けられている。そのハブ６の外周部にはスプラインが形成され、そのスプラインに嵌合するスリーブ７が、ハブ６の外周側に配置されている。そして、スリーブ７は、図示しないアクチュエータによって、ハブ６の外周側を軸線方向で前後動するように構成されている。すなわち、スリーブ７の外周部にもスプラインが形成されており、スリーブ７の外周部のスプラインに嵌合する円筒状部材８がケーシングなどの固定部に一体化されて設けられている。したがって、ブレーキ機構Ｂは、スリーブ７を利用してハブ６と固定部とを結合させることにより、回転軸５およびキャリヤＣｒの回転を止めるように構成されている。
また、動力分割機構４のリングギヤＲｇには、出力部材である出力ギヤ９が一体となって回転するように連結されている。出力ギヤ９は、カウンタギヤ対１０を介して終減速機であるデファレンシャル１５に連結されている。すなわち、カウンタシャフト１２に取り付けられたカウンタドリブンギヤ１１が出力ギヤ９に噛み合っており、またカウンタシャフト１２と一体のカウンタドライブギヤ１３がデファレンシャル１５のリングギヤ１４に噛み合っている。これらカウンタドリブンギヤ１１およびカウンタシャフト１２ならびにカウンタドライブギヤ１３がカウンタギヤ対１０を構成している。そして、このデファレンシャル１５から車軸１６を介して左右の駆動輪に動力を伝達するように構成されている。
さらに、動力分割機構４のサンギヤＳｎには、第１モータ・ジェネレータ２が連結されている。第１モータ・ジェネレータ２におけるロータと一体化された回転軸は、第１モータ・ジェネレータ２から動力を出力する出力軸であって、その回転軸が、動力分割機構４のサンギヤＳｎに一体的に回転するように連結されている。
また、図示されていないが、このハイブリッド車両には、モータ・ジェネレータ２，３に給電するための電力を蓄電するバッテリなどの蓄電装置と、そのモータ・ジェネレータ２，３と蓄電装置と間に設けられたインバータとが搭載されている。また、バッテリやインバータなどモータ・ジェネレータ２，３を制御するための器械がこの発明におけるコントローラに相当している。また、エネルギー回生し、モータ・ジェネレータ２，３が発電した電力をインバータを介して蓄電装置に蓄電するように構成されている。さらに、モータ・ジェネレータ２，３はトランスアクスルに内蔵されてその一部を構成している。
加えて、このハイブリッド車両には、動力装置の動作状態と締結要素の動作状態とを制御する電子制御装置が設けられている。この電子制御装置は、演算処理装置と記憶装置と入出力インターフェースとを主体とするマイクロコンピュータにより構成されている。すなわち、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置が、この電子制御装置によって構成されている。
その電子制御装置に対しては、エンジン１の回転数、モータ・ジェネレータ２，３の回転数、蓄電装置の蓄電残量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、車速、加速度、アクセルペダルの操作状態、ブレーキペダルの操作状態、車軸１６の回転数、駆動輪の回転数などを検出するセンサ信号が入力される。また、電子制御装置の記憶装置には各種の制御プログラムとともに各種データが記憶されている。そのため、電子制御装置に入力される信号および記憶されているデータに基づいて、電子制御装置から構成要素を制御する信号が出力される。例えば、エンジン１を制御する信号、モータ・ジェネレータ２，３を制御する信号、ブレーキ機構Ｂを制御する信号などがある。なお、以下の説明において、蓄電装置の蓄電残量ＳＯＣを、単に「ＳＯＣ」と記して説明する。
さらに、電子制御装置が備える記憶装置に、車両の走行状況に応じた検出値が記憶されるように構成されている。具体的には、車速や、ＳＯＣや、モータ・ジェネレータ２，３の温度や、インバータの温度や、バッテリの温度や、コントローラの温度や、駆動力や、要求駆動力などの検出値と、車速の変化や、ＳＯＣの変化や、温度の変化などの推移とが、電子制御装置の記憶装置に記憶されている。なお、コントローラの温度は、バッテリの温度もしくはインバータの温度から推定されてもよい。また、記憶装置には、走行モードを切り替える制御で参照されるマップが記憶されてもよい。
つぎに、図５を参照して、動力分割機構４を構成している遊星歯車機構についての共線図を説明する。図５に示す共線図は、動力分割機構などの差動装置が備える複数の回転要素を縦線で示し、縦線同士の間隔をその縦線で示される回転要素同士のギヤ比に対応した間隔として、それらの回転要素の回転数を縦線方向の長さによって表した周知の図である。したがって、各回転要素に連結されたエンジン１と第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３と関係が図５に例示する共線図で示されている。その動力分割機構４はシングルピニオン型遊星歯車機構により構成されているので、共線図においては左右両側に第１モータ・ジェネレータ２が連結されたサンギヤＳｎと第２モータ・ジェネレータ３が連結されたリングギヤＲｇとを表す縦線が位置し、これら縦線の間にブレーキ機構Ｂによって回転が止められ、またはエンジン１に連結されるキャリヤＣｒを表す縦線が位置している。
さらに、このハイブリッド車両の制御装置は、少なくとも二つの走行モードを設定することができる。例えば、エンジン１を停止させモータ・ジェネレータ２，３のうち少なくともいずれか一つを動力源として機能させるＥＶモードと、エンジン１および第２モータ・ジェネレータ３を動力源として機能させるＨＶモードとを設定することができる。加えて、締結要素であるブレーキ機構Ｂの係合状態もしくは解放状態に応じた走行モードが設定される。以下、各走行モードについて詳細に説明する。
まず、ハイブリッド車両の制御装置によって設定される複数の走行モードのうちＥＶモードについて詳細に説明する。具体的には、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が動力源として機能する走行モードである。すなわち、エンジン１を停止させ、第１モータ・ジェネレータ２からの出力トルクと第２モータ・ジェネレータ３からの出力トルクとに基づいて車両を走行させるＥＶモードである。そのＥＶモードは、ブレーキ機構Ｂを係合させた状態で、第１モータ・ジェネレータ２を負回転させ、かつ第２モータ・ジェネレータ３を正回転させることにより設定される。正回転とは、エンジン１の回転方向と同じ方向の回転である。また、負回転とは、エンジン１の回転方向と反対方向の回転である。このＥＶモードを共線図で示せば、図５（ａ）に例示する通りである。この場合、第１モータ・ジェネレータ２が出力したトルクは、動力分割機構４のサンギヤＳｎに伝達される。また、第２モータ・ジェネレータ３が出力したトルクは、動力分割機構４のリングギヤＲｇと連結されたカウンタギヤ対１０に伝達される。
また、ＥＶモードにおけるトルク増幅について図５（ａ）の共線図で説明すると、ブレーキ機構Ｂによって固定されているキャリヤＣｒを支点とし、サンギヤＳｎを力点、リングギヤＲｇを作用点としたテコの原理で説明できる。サンギヤＳｎを示す縦線とキャリヤＣｒを示す縦線との間隔を「１」とすると、キャリヤＣｒを示す縦線とリングギヤＲｇを示す縦線との間隔がサンギヤＳｎの歯数とリングギヤＲｇの歯数との比すなわちギヤ比になるから、力点に作用する力が作用点では増大されるテコの原理が働く。したがって、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を大きくさせる方向に作用するトルクは、動力分割機構４によって増幅されて出力ギヤ９に伝達される。また、第１モータ・ジェネレータ２からサンギヤＳｎに作用するトルクは、負回転方向に作用するトルク、いわゆる反力トルクである。したがって、共線図に示すように力点であるサンギヤＳｎに図中下向きに作用する反力トルクが働くことにより、出力ギヤ９に作用するトルクが増大される。そのため、ＥＶモードにおいて、発進時などの低車速の状態での駆動トルクもしくは最大トルクを大きくすることができ、運転者による要求に即した走行が可能になる。
つぎに、エンジン１を動力源として機能させるＨＶモードについて説明する。このＨＶモードでは、エンジン１が出力した動力が、動力分割機構４により、第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させる動力と、駆動輪を駆動させる動力とに分割される。また、ＥＶモードからＨＶモードに切り替わる際に、エンジン１が第１モータ・ジェネレータ２により始動される。このエンジン１の始動時を共線図で示せば、図５（ｂ）に例示する通りである。この場合、第１モータ・ジェネレータ２が出力するトルクは、エンジン１の回転数を制御するために使用される。さらに、電動機として機能する第２モータ・ジェネレータ３が出力したトルクは駆動輪に伝達される。すなわち、ＨＶモードは、ＳＯＣが低下している場合や比較的高車速で走行する場合に設定される走行モードであり、主にエンジン１の出力に基づいて走行し、そのエンジン１の出力の一部を電力に一旦変換して駆動輪に伝達する走行モードである。したがって、ＨＶモードは、ブレーキ機構Ｂを解放させた状態で、エンジン１を動作させ、かつ第１モータ・ジェネレータ２で発電した電力で第２モータ・ジェネレータ３を正回転させることにより設定される。具体的には、この実施形態におけるＨＶモードでは、ブレーキ機構Ｂを解放してエンジン１を駆動し、そのエンジン１の動力を動力分割機構４に入力し、さらにエンジン１が出力した動力を第１モータ・ジェネレータ２側と出力ギヤ９側とに分割し、第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させ、その電力を第２モータ・ジェネレータ３に供給してこれを電動機として機能させる。
また、ＨＶモードにおけるトルク増幅について共線図で説明すると、キャリヤＣｒに作用するトルクの回転方向とは反対方向のトルクを第１モータ・ジェネレータ２によってサンギヤＳｎに作用させると、エンジン１から入力されたトルクを増幅させたトルクがリングギヤＲｇから出力される。したがって、第１モータ・ジェネレータ２は発電機として機能して反力トルクをサンギヤＳｎに作用させ、その結果発生した電力が第２モータ・ジェネレータ３に供給されて第２モータ・ジェネレータ３は電動機として機能して正回転する。結局、エンジン１が出力したトルクの一部は、いわゆる直達トルクとしてキャリヤＣｒからリングギヤＲｇに伝達されて出力され、他のトルクは一旦電力に変換された後、第２モータ・ジェネレータ３から機械的なトルクとしてカウンタギヤ対１０を介して出力される。したがって、ＨＶモードでは、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン回転数を連続的に変化させて回転数を適宜に制御することができる。この制御機能を利用してエンジン回転数を燃費の良い回転数に設定できるので、車両の全体としての燃費を向上させることができる。また、前述したように、ＥＶモードではエンジン１を停止させておき、ＨＶモードではエンジン１を動作させているため、ＥＶモードからＨＶモードに切り替える場合、その切り替えの過程でエンジン１を始動させることになる。この実施形態におけるハイブリッド車両の制御装置では、ＳＯＣが変化することにより走行モードが切り替えられることがある。
ここで、ＨＶモードとＥＶモードとを切り替える制御に用いられる基準値について説明する。この実施形態における基準値として、第１基準値と第２基準値とがある。第１基準値とは、エンジン１を始動させるか否かの判断に用いる基準値であって、ＥＶモードからＨＶモードへ走行モードを切り替える基準値である。一方、第２基準値とは、停止させているエンジン１を始動させることを予測するための判断に用いる基準値であって、車両を走行させる駆動力を許容駆動力に制限する制御を実施するための基準値である。例えば、図２などに例示するように、ＳＯＣについての基準値として、第１基準値である基準値Ａ０と、第２基準値である基準値Ａ１とを設定できる。要するに、基準値とは、ＥＶモードからＨＶモードへと走行モードを切り替える制御に用いるために設計上決められた値である。なお、この実施形態では、後述にて詳細に説明するように、車両の走行状態に応じて第１基準値を変更可能に構成されている。また、許容駆動力とは、ＥＶモード中に第１モータ・ジェネレータ２から出力された動力と第２モータ・ジェネレータ３から出力された動力とに基づいて車両を走行させる駆動力を制限する制限値である。すなわち、許容駆動力は、ツーモータにおける設計上予め定められた最大駆動力以下であり、モータ・ジェネレータ２，３による駆動力を許容駆動力以下に制限して車両を走行させることができるように構成されている。
例えば、図２には、ＥＶモード中のＳＯＣの変化に基づいて制限される許容駆動力を例示した。二つのモータ・ジェネレータ２，３における設計上の最大駆動力が最大駆動力Ｆ１であり、第２モータ・ジェネレータ３における設計上の最大駆動力が最大駆動力Ｆ０である。さらに、許容駆動力は、ＳＯＣが基準値Ａ１より多い場合には、ツーモータにおける最大駆動力Ｆ１となるように制御され、ＳＯＣが基準値Ａ０より少ない場合には、第２モータ・ジェネレータ３における最大駆動力Ｆ０以下となるように制限される。そして、ＳＯＣが減少して基準値Ａ１より小さくなると、許容駆動力は最大駆動力Ｆ１より小さくなるように低減され、ＳＯＣの変化に応じて漸減される。例えば、図２に例示するように、ＳＯＣの変化量に比例するようにして許容駆動力を低減させる。すなわち、駆動力を許容駆動力に制限するとともに、その許容駆動力をＳＯＣの変化に応じて変化させるように構成されている。なお、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、図２に例示するような制御例に限定されない。例えば、ＳＯＣが基準値Ａ０より少なくなる前に許容駆動力がワンモータにおける最大駆動力Ｆ０より小さくなるように制御してもよく、もしくはＳＯＣが基準値Ａ０に到達した際に許容駆動力と最大駆動力Ｆ０との差分が所定値以内となるように許容駆動力を低減させるように制御してもよい。この所定値とは、当然に、最大駆動力Ｆ１と最大駆動力Ｆ０との差分より小さい値である。このために、エンジン１を始動させる際のトルク不足の防止、もしくは不足分の低減をできるようになるので、ショックを低減させることができるようになる。
つぎに、図１を参照して、走行モードを切り替える制御フローについて説明する。図１は、エンジン１を停止させて二つのモータ・ジェネレータ２，３を使用して走行している場合に、その走行モードで駆動力を制限する制御の一例を示している。具体的には、エンジン１の始動に先立って、予備的に駆動力の最大値を制限する制御例であり、この制御は前述した電子制御装置によって実行される。まず、ハイブリッド車両がＥＶモードに設定されているか否かが判断される（ステップＳ１）。この判断は、例えば電子制御装置が出力しているモード設定信号や、記憶装置に記憶されている各走行モードの領域を区画しているマップなどに基づいて行うことができる。ＥＶモード以外の走行モードに設定されていることによりステップＳ１で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなく図１に示すルーチンを一旦終了する。
一方、ＥＶモードに設定され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、二つのモータ・ジェネレータ２，３による駆動力を制限する条件の成立が判断される。図１に示す制御例では、ＳＯＣが基準値Ａ１より小さいか否かが判断される（ステップＳ２）。なお、前述の条件は、図１に示す例ではＳＯＣであるが、この発明ではこれに限らず、車速や、各モータ・ジェネレータ２，３の温度やインバータの温度などの他の物理量を条件に加えてもよい。そのＳＯＣが基準値Ａ１以上であることによりステップＳ２で否定的に判断された場合、特に制御を行うことなく図１のルーチンを一旦終了する。
そして、ＳＯＣが基準値Ａ１より少ないことによりステップＳ２で肯定的に判断された場合には、二つのモータ・ジェネレータ２，３による駆動力を制限し、かつＳＯＣの変化に基づいてその駆動力の制限値を変化させる（ステップＳ３）。具体的には、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が出力する動力を使用して走行する状態での駆動力を、その最大駆動力Ｆ１より小さい値である許容駆動力に制限し、かつその制限値として機能する許容駆動力が、ＳＯＣの変化に応じて変化するように制御する。したがって、図３に例示するように、駆動力を許容駆動力に制限している制御中では、ＳＯＣが減少すると許容駆動力は低減し、ＳＯＣが増加すると許容駆動力は増大する。
その図３を参照して、車両の走行状態に応じて許容駆動力が制限される過程を説明する。図３は、ＳＯＣの推移に応じて許容駆動力が制限される一例を示したタイムチャートである。このハイブリッド車両がＥＶモードで走行している状態では、二つのモータ・ジェネレータ２，３を動力源として機能させているため、蓄電装置からの放電量が多くなりＳＯＣが次第に減少する。そして、ＳＯＣが基準値Ａ１に到達すると、エンジン１は燃料が供給されずに停止状態を維持し、また二つのモータ・ジェネレータ２，３は給電された動作状態を維持しながら、許容駆動力の制限が実施される。この場合、実際には二つのモータ・ジェネレータ２，３により出力可能な駆動力は、最大駆動力Ｆ１であるが、その駆動力に制限値を設けて、その制限値が最大駆動力Ｆ１より小さくなるように制御される。
そのような制御状態（図３に示す「許容駆動力制限」の範囲内）において、ＳＯＣの変化に応じて許容駆動力が変化するように制御されている。そして、ＳＯＣが更に低下して基準値Ａ０より少なくなると、ＥＶモードからＨＶモードに切り替えられる。このＨＶモードへの切り替えは、停止しているエンジン１を第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクでモータリングし、所定の回転数に達した際に燃料を供給してエンジン１を始動し、始動完了後は、そのエンジン回転数を第１モータ・ジェネレータ２によって制御することにより行われる。また、ＳＯＣが基準値Ａ０に到達する前に、許容駆動力は、第２モータ・ジェネレータ３による最大駆動力Ｆ０よりも小さくなるように低減されている。そのため、ハイブリッド車両の走行のための駆動力を二つのモータ・ジェネレータ２，３から出力している状態から、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクがエンジン１のモータリングに使用され始めたとしても、この時点では第２モータ・ジェネレータ３による最大駆動力Ｆ０以下の駆動力を使用して走行されており、第２モータ・ジェネレータ３のみで駆動力を担保できるため、ハイブリッド車両の駆動力が特に変化しない。つまり、ＨＶモードへ移行する前に第１モータ・ジェネレータ２の出力を利用することなく走行できるため、第１モータ・ジェネレータ２でエンジン始動を実行してＥＶモードからＨＶモードへ移行してもトルク変動を低減または防止することができる。すなわち、図２に例示する場合では、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクが駆動トルクに影響を与えない。したがって、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクをモータリングトルクに使用しても、駆動力が一時的に低下したり、あるいはショックが発生したり、搭乗者に違和感を与えたりすることが防止もしくは抑制される。
前述した具体例では、ＳＯＣによってＥＶモードとＨＶモードとの境界を規定しているが、ハイブリッド車両での電力の消費は、エアコンやヘッドライトなどによっても生じるので、各走行モードの境界を規定する物理量は、ＳＯＣに限られないのであって、他の物理量をその境界値に採用してもよい。ここで説明するハイブリッド車両の制御装置における他の具体例では、その物理量として少なくとも車速と温度とのいずれか一つに基づいて各走行モードの境界を規定し、またそれらＳＯＣと車速と温度との変化に応じて許容駆動力を変化させる制御を実施するように構成されている。
具体的には、図６から図８を参照して、車速と温度とを用いた制御例について説明する。図７は、車速の変化に応じて許容駆動力を制御する例を示した図である。図８は、温度の変化に応じて許容駆動力を制御する例を示した図である。すなわち、これらは図２に例示したＳＯＣに代えて、他の物理量として、車速や、温度を採用した例である。例えば、図７に例示するように、車速が車速についての基準値Ｖ１よりも速くなると、駆動力を許容駆動力に制限し、その許容駆動力が、ツーモータにおける最大駆動力Ｆ１よりも小さくなるように車速の増大に応じて低減される。例えば、車速の変化量に比例して許容駆動力を低減させる。そして、車速がさらに増大して基準値Ｖ０に到達するとエンジン１が始動される。また、図８に例示するように、温度が温度についての基準値Ｔ１より高温になると、駆動力を許容駆動力に制限し、その許容駆動力が、ツーモータにおける最大駆動力Ｆ１よりも小さくなるように温度の増大に応じて低減される。例えば、温度の変化量に比例して許容駆動力を低減させる。そして、温度がさらに増大して基準値Ｔ０に到達するとエンジン１が始動される。例えば、車速が基準値Ｖ０に到達する前、もしくは温度が基準値Ｔ０に到達する前に、許容駆動力の制限値は、第２モータ・ジェネレータ３における最大駆動力Ｆ０以下となるように低減されている。したがって、エンジン始動条件に車速や温度を含めることができるので、それら車速と温度に基づいて、駆動力を許容駆動力に制限することで、多様な車両の状態に応じて駆動力不足を防止もしくは低減させることができるようになる。なお、ここで前述した温度には、モータ・ジェネレータ２，３の温度と、インバータの温度と、コントローラの温度と、トランスアクスルの温度とのいずれか一つが含まれる。
また、図６には、車速とＳＯＣとに基づいて許容駆動力を制御する例を示す。その図６に示す点線は、車速の変化に基づいて許容駆動力を低減させた場合の推移を示した線である。加えて、図中に複数の点線が示されているが、それらはＳＯＣの大小に基づいて異なる車速から許容駆動力を制限する制御を実施した場合の推移を示す。例えば、ＳＯＣが少ない場合には、相対的に低車速側で許容駆動力の低減制御を開始する。一方、ＳＯＣが多い場合には、相対的に高車速側で許容駆動力の低減制御を開始する。すなわち、車速についての基準値Ｖ１は、ＳＯＣが多い場合に、ＳＯＣが少ない場合に比べて大きい値になるように設定されている。このように、第２基準値は他の物理量の変化に応じてその値が変化するように構成されている。例えば、ＳＯＣについての第２基準値である基準値Ａ１は、車速が速い場合に、車速が遅い場合に比べて大きい値に設定される。また、その基準値Ａ１は、温度が高い場合に、温度が低い場合に比べて大きい値に設定される。これにより、十分なＳＯＣが確保されている状態では、二つのモータ・ジェネレータ２，３による走行状態をより長く継続させることができるので、電費の良い走行状態を継続することができるようになる。また、走行している車両の状態に基づいて、許容駆動力を低減することができるようになり、車速などＳＯＣとは異なる物理量を始動判別のパラメータに用いてエンジン１を始動させる場合であっても、一時的は駆動力不足や、ショックなどを防止もしくは低減することができるようになる。
つぎに、図９および図１０を参照して、ハイブリッド車両の制御装置における他の具体例について説明する。ここで説明する例は、前述した例における締結要素の構成を変更し、動力伝達経路を形成する構成要素を変更したものである。なお、前述の具体例で説明した構成と同様の構成については説明を省略し、その構成における参照符号を引用する。図９は、締結要素としてクラッチ機構を備えている車両のスケルトン図である。例えば、前述の実施形態におけるブレーキ機構Ｂに代えて、摩擦式の係合要素や、一方向クラッチによって構成されたクラッチ機構Ｃを備えている。図９に示す例では、クラッチ機構Ｃとして一方向クラッチ２１を備え、その一方向クラッチ２１が、エンジン１の回転軸５を選択的に固定できるように構成されている。また、クラッチ機構Ｃは、前述したブレーキ機構Ｂと同様に電子制御装置により動作を制御され、ＥＶモードからＨＶモードへ切り替わる際に解放状態にされる。
また、図１０は、動力分割機構の回転要素に連結された構成要素を変更するとともに、動力伝達経路を切断もしくは接続する締結要素を複数備えたハイブリッド車両のスケルトン図である。この具体例では、動力分割機構４のサンギヤＳｎに第２モータ・ジェネレータ３が連結され、リングギヤＲｇにエンジン１および第１モータ・ジェネレータ２が連結され、キャリヤＣｒに出力ギヤ９が連結されている。したがって、エンジン１はクラッチ機構Ｃ１およびクラッチ機構Ｃ２を介してリングギヤＲｇに連結されている。また、第１モータ・ジェネレータ２は、クラッチ機構Ｃ２を介してリングギヤＲｇに連結されている。さらに、ブレーキ機構Ｂ１が設けられており、そのブレーキ機構Ｂ１がリングギヤＲｇを選択的にケーシングなどの固定部に連結するように構成されている。すなわち、ブレーキ機構Ｂ１によりリングギヤＲｇの回転が選択的に止められるように構成されている。なお、クラッチ機構Ｃ１はエンジン１を切り離す装置であって、そのエンジン１とクラッチ機構Ｃ１との間には、トルクコンバータなどの伝動装置３１が設けられていてもよい。
このように、図１０に例示する構成であっても、前述の具体例で説明した構成と同様に、複数の走行モードを設定でき、また走行モードの切り替えが可能である。例えば、ＥＶモードに設定される場合、モータ・ジェネレータ２，３が動力源として機能するとともに、ブレーキ機構Ｂ１が解放され、かつクラッチ機構Ｃ１が解放されるとともにクラッチ機構Ｃ２が係合される。この状態で、ＳＯＣや車速や温度などと第２基準値との比較判別に基づいて、駆動力を許容駆動力に制限することができる。そして、それらの物理量と第１基準値との比較判別の結果、エンジン始動条件が成立すると、係合状態にあるクラッチ機構Ｃ１を介してエンジン１に連結されている第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクがエンジン始動用に用いられる。そのエンジン１を始動させる際の締結要素の動作状態は、解放状態であったブレーキ機構Ｂ１は係合状態に、係合状態であったクラッチ機構Ｃ２は解放状態に、解放状態もしくは係合状態にあったクラッチ機構Ｃ１は係合状態になる。したがって、駆動力を許容駆動力に制限し、かつその許容駆動力を第２モータ・ジェネレータ３における最大駆動力Ｆ０以下に低減させているので、ＨＶモードに切り替える過程で、第１モータ・ジェネレータ２をエンジン１のクランキングに用いることができる。さらに、クラッチ機構Ｃ１が係合状態の場合、係合状態のクラッチ機構Ｃ２を解放すればよく、その応答性を向上させることができる。なお、これらクラッチ機構Ｃ１，Ｃ２とブレーキ機構Ｂ１は、摩擦式の締結要素であってもよく、噛み合い式の締結要素であってもよい。
ここで前述した具体例と、この発明との関係を簡単に説明すると、前述した図１に示すステップＳ２の制御を実行する機能的手段あるいは電子制御装置が、この発明における判断手段に相当し、またステップＳ３の制御を実行する機能的手段あるいは電子制御装置が、この発明における駆動力制限手段に相当する。また、図２，図３，図６から図８までに例示するように駆動力を制限する機能的手段が、その駆動力制限手段に相当する。
なお、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、前述してきた実施形態に限定されず、この発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、前述したＥＶモードとＨＶモードとには、それぞれ複数の走行モードが含まれていてもよい。具体的には、ＨＶモードについて、低車速高負荷に適した走行モードや、実質的は変速比が１以下となる、いわゆるオーバードライブ状態に適した走行モードをＨＶモードとして設定できるように構成されていてもよい。
また、前述の具体例では、各物理量とその物理量についての基準値との比較判断の結果を大小により表現しているが、特にこの表現には限定されない。例えば、車速が基準値よりも高速もしくは低速や、温度が基準値よりも高温もしくは低温や、ＳＯＣが基準値よりも多いもしくは少ないなど表現上の相違であって、特に発明を限定するものではない。さらに、前述の具体例では、蓄電装置の蓄電残量をＳＯＣとして記載したが、このＳＯＣは蓄電残量に限定されない。例えば、ＳＯＣは、蓄電装置の蓄電率や蓄電装置から出力可能は電力量などと表現できるが、要は、蓄電装置の蓄電状態を示す物理量であればよい。
１…エンジン（ＥＮＧ）、 ２…モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）、 ３…モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）、 ４…動力分割機構、 ５…回転軸、 ６…ハブ、 ７…スリーブ、 ８…円筒状部、 ９…出力ギヤ、 １０…カウンタギヤ対、 １５…デファレンシャル、 １６…車軸（ＯＵＴ）、 Ｂ…ブレーキ機構、 Ｓｎ…サンギヤ、 Ｐｎ…ピニオンギヤ、 Ｒｇ…リングギヤ、 Ｃｒ…キャリヤ。

Claims (8)

  1. 内燃機関と蓄電装置から電力が供給される二つの電動機とを備え、前記内燃機関が出力する動力を使用して走行する状態と、前記内燃機関を停止させ、かつ少なくともいずれか一つの前記電動機が出力する動力を使用して走行する状態とを選択できるように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、
    前記内燃機関を停止させ、かつ前記二つの電動機に前記蓄電装置から電力を供給してこれら二つの電動機を使用して走行している状態で、前記蓄電装置の蓄電残量が、前記内燃機関を始動することの判定が成立する第１基準値より大きい値に予め定められた第２基準値以下となる条件を満たすことを判断する判断手段と、
    前記判断手段によって前記条件を満すことが判断された場合に、前記二つの電動機が出力する動力を使用して前記ハイブリッド車両を走行させる駆動力を、前記いずれか一つの前記電動機が出力できる設計上予め定められた最大駆動力より小さい許容駆動力に制限する駆動力制限手段と
    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。
  2. 前記駆動力制限手段は、前記許容駆動力を前記蓄電装置の蓄電残量の低下に応じて低下させるように構成されてい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基準値は、前記ハイブリッド車両の動作状態を示す検出値に応じて変化するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  4. 前記２つの電動機を内蔵し、かつ前記内燃機関から出力された駆動力を駆動輪に向けて出力するトランスアクスルと、前記２つの電動機を制御するコントローラとを更に備え、
    前記検出値は、前記２つの電動機の温度と、前記コントローラの温度と、前記２つの電動機の温度もしくはコントローラの温度に基づいて推定される前記トランスアクスルの温度と、車速との少なくともいずれか一つを含む
    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. 前記第２基準値は、前記２つの電動機の温度と、前記コントローラの温度と、前記２つの電動機の温度もしくはコントローラの温度に基づいて推定される前記トランスアクスルの温度とのいずれかの温度が高い場合に、その温度が低い場合より大きい値に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. 前記第２基準値は、前記車速が速い場合に、車速が遅い場合より大きい値に設定されることを特徴とする請求項４または５に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  7. 前記駆動力制限手段は、前記許容駆動力を、車速が速い場合に車速が遅い場合と比較して小さい値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  8. 前記駆動力制限手段は、前記許容駆動力を、前記２つの電動機の温度と、前記コントローラの温度と、前記２つの電動機の温度もしくはコントローラの温度に基づいて推定される前記トランスアクスルの温度とのいずれかの温度が高い場合に、その温度が低い場合より小さい値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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