JP6260595B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関する。
従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、第1モータと、第1モータとエンジンと車軸に連結された駆動軸とにサンギヤとキャリヤとリングギヤとが接続されたプラネタリギヤと、駆動軸に接続された第2モータと、第1モータおよび第2モータと電力をやりとりするバッテリと、を備える構成において、アクセルオフ時に、第2モータの回生駆動と燃料噴射を停止した状態のエンジンの第1モータによるモータリングとによって車両に制動力を作用させるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド自動車では、アクセルオフ時に、第1モータによってエンジンをモータリングして第1モータで電力を消費させることにより、バッテリの過充電を抑制している。
特開2014−125078号公報
一般に、バッテリは、比較的大きい充電電力(充電電流)での充電が継続されると、劣化が促進されやすい。このため、バッテリの劣化の促進を抑制するために、バッテリの充電が継続されるときには、バッテリの許容充電電力を、バッテリの充電電力が大きいときに小さいときよりも、充電が開始されてから充電電力を急減させ始めるまでの時間が短くなると共に充電電力を急減させ始める際の単位時間当たりの減少量(減少率)が大きくなるように設定することが行なわれている。クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされているときに、制動要求における要求制動力に拘わらずに一律の回転数でエンジンをモータリングすると、要求制動力が比較的大きいときに、充電電力が比較的大きくなり、充電電力を急減させ始めるまでの時間が比較的短くなると共に充電電力を急減させ始める際の減少率が比較的大きくなる。充電電力を急減させ始める際には、エンジンの回転数を急増させ始めて第1モータの消費電力を急増させ始める必要があり、エンジンの回転数の単位時間当たりの増加量が比較的大きいと、運転者に違和感を与える可能性がある。
本発明のハイブリッド自動車は、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に運転者に違和感を与えるのを抑制することを主目的とする。
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド自動車は、
エンジンと、
第1モータと、
前記第1モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と車軸に連結された駆動軸とに3つの回転要素が共線図において前記回転軸,前記出力軸,前記駆動軸の順に並ぶように接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に接続された第2モータと、
前記第1モータおよび前記第2モータと電力をやりとりするバッテリと、
前記バッテリの許容充電電力および許容放電電力を設定する設定手段と、
前記バッテリが前記許容充電電力および前記許容放電電力の範囲内で充放電されながら走行するように前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータとを制御する制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記設定手段は、前記バッテリの充電が継続されるときには、前記許容充電電力を、前記バッテリの充電電力が大きいときに小さいときよりも、前記充電が開始されてから前記充電電力を急減させ始めるまでの時間が短くなると共に前記充電電力を急減させ始める際の単位時間当たりの減少量が大きくなるように設定し、
前記制御手段は、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされて、前記第2モータの回生駆動と燃料噴射を停止した状態の前記エンジンの前記第1モータによるモータリングとによって前記許容充電電力の範囲内で前記バッテリが充電されると共に前記制動要求における要求制動力が車両に作用するように前記第1モータと前記第2モータとを制御する所定制御を実行する際、前記充電が開始されてから前記充電電力が急減し始めるまでは、前記要求制動力が大きいときに小さいときよりも大きい回転数で前記エンジンがモータリングされるように制御する、
ことを要旨とする。
この本発明のハイブリッド自動車では、バッテリが許容充電電力および許容放電電力の範囲内で充放電されながら走行するようにエンジンと第1モータと第2モータとを制御する。そして、バッテリの充電が継続されるときには、許容充電電力を、バッテリの充電電力が大きいときに小さいときよりも、充電が開始されてから充電電力を急減させ始めるまでの時間が短くなると共に充電電力を急減させ始める際の単位時間当たりの減少量が大きくなるように設定する。ここで、「急減」は、単位時間当たりの減少量が所定減少量よりも大きいことを意味する。そして、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされて、第2モータの回生駆動と燃料噴射を停止した状態のエンジンの第1モータによるモータリングとによって許容充電電力の範囲内でバッテリが充電されると共に制動要求における要求制動力が車両に作用するように第1モータと第2モータとを制御する所定制御を実行する際、充電が開始されてから充電電力が急減し始めるまでは、要求制動力が大きいときに小さいときよりも大きい回転数でエンジンがモータリングされるように制御する。これにより、充電が開始されてから充電電力が急減し始めるまで、要求制動力に拘わらずに一律の回転数でエンジンがモータリングされるように制御するものに比して、要求制動力が比較的大きいときに、第1モータの消費電力を大きくしてバッテリの充電電力を小さくすることになる。したがって、バッテリの充電電力が急減し始めるまでの時間が短くなるのを抑制し、エンジンの回転数が急増し始めるまでの時間が短くなるのを抑制することができる。また、バッテリの充電電力が急減し始める際の単位時間当たりの減少量が大きくなるのを抑制し、エンジンの回転数が急増し始める際の単位時間当たりの増加量が大きくなるのを抑制することもできる。これらの結果、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求が継続しているときに、運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、所定制御を実行する際、前記充電が開始されてから前記充電電力が急減し始めるまでにおいて、前記要求制動力が閾値以下のときには、前記第1モータによって前記エンジンをモータリングしないものとしてもよい。こうすれば、第1モータでの電力消費を抑制することができる。
本発明のハイブリッド自動車において、前記設定手段は、前記充電が継続されるときには、前記許容充電電力を、前記バッテリの温度が低いときに高いときよりも前記充電が開始されてから前記充電電力を急減させ始めるまでの時間が短くなるように設定し、前記制御手段は、前記クルーズコントロールまたは前記可変スピードリミッタ制御の実行中に前記制動要求がなされて前記所定制御を実行する際、前記充電電力が急減し始めるまでは、前記要求制動力が大きいときに小さいときよりも大きく且つ前記バッテリの温度が低いときに高いときよりも大きい回転数で前記エンジンがモータリングされるように制御するものとしてもよい。こうすれば、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求が継続しているときに、運転者に違和感を与えるのをバッテリの温度に応じてより適切に抑制することができる。
この態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記クルーズコントロールまたは前記可変スピードリミッタ制御の実行中に前記制動要求がなされて前記所定制御を実行する際、前記充電電力が急減し始めるまでは、前記バッテリの温度が低いときに高いときよりも小さくなるように前記バッテリの要求充電電力を設定し、前記要求充電電力を前記許容充電電力で制限して前記バッテリの目標充電電力を設定し、前記要求制動力が大きいときに小さいときよりも大きくなり且つ前記目標充電電力が小さいときに大きいときよりも大きくなるように前記エンジンの目標回転数を設定し、前記目標回転数で前記エンジンがモータリングされるように制御するものとしてもよい。こうすれば、バッテリの温度に応じて要求充電電力を設定し、これに応じて目標充電電力を設定し、要求制動力と目標充電電力とに応じて目標回転数を設定することにより、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求が継続しているときに、運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。
本発明の実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 実施例のHVECU70によって繰り返し実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 バッテリ50の充電が継続されるときの充放電電力Pb(充放電電流Ib)と入力制限Winとの関係の一例を示す説明図である。 バッテリ50の充電が継続されるときの電池温度Tbと入力制限Winとの関係の一例を示す説明図である。 要求充放電電力設定用マップの一例を示す説明図である。 目標回転数設定用マップの一例を示す説明図である。 クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされているときのバッテリ50の充放電電力Pbおよび入力制限Winとエンジン22の回転数Neとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。 目標回転数設定用マップの一例を示す説明図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、プラネタリギヤ30と、モータMG1,MG2と、インバータ41,42と、バッテリ50と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、「HVECU」という)70と、を備える。
エンジン22は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、「エンジンECU」という)24によって運転制御されている。
エンジンECU24は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートから入力されている。エンジンECU24に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・エンジン22のクランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ23からのクランク角θcr
・スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットル開度TH
エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンECU24から出力される制御信号としては、以下のものを挙げることができる。
・スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの制御信号
・燃料噴射弁への制御信号
・イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号
エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されており、HVECU70からの制御信号によってエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをHVECU70に出力する。エンジンECU24は、クランクポジションセンサ23からのクランク角θcrに基づいて、クランクシャフト26の回転数、即ち、エンジン22の回転数Neを演算している。
プラネタリギヤ30は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ30のサンギヤには、モータMG1の回転子が接続されている。プラネタリギヤ30のリングギヤには、駆動輪38a,38bにデファレンシャルギヤ37を介して連結された駆動軸36が接続されている。プラネタリギヤ30のキャリヤには、ダンパ28を介してエンジン22のクランクシャフト26が接続されている。
モータMG1は、例えば同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されている。モータMG2は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸36に接続されている。インバータ41,42は、電力ライン54を介してバッテリ50と接続されている。モータMG1,MG2は、モータ用電子制御ユニット(以下、「モータECU」という)40によって、インバータ41,42の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
モータECU40は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。モータECU40に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・モータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの回転位置θm1,θm2
・モータMG1,MG2の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流
モータECU40からは、インバータ41,42の図示しない複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータECU40は、HVECU70と通信ポートを介して接続されており、HVECU70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の駆動状態に関するデータをHVECU70に出力する。モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からのモータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2を演算している。
バッテリ50は、リチウムイオン二次電池として構成されている。このバッテリ50は、上述したように、電力ライン54を介してインバータ41,42と接続されている。バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、「バッテリECU」という)52によって管理されている。
バッテリECU52は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリECU52に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・バッテリ50の端子間に設置された電圧センサ51aからの電池電圧Vb
・バッテリ50の出力端子に取り付けられた電流センサ51bからの電池電流Ib(バッテリ50から放電するときが正の値)
・バッテリ50に取り付けられた温度センサ51cからの電池温度Tb
バッテリECU52は、HVECU70と通信ポートを介して接続されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータをHVECU70に出力する。バッテリECU52は、電流センサ51bからの電池電流Ibの積算値に基づいて蓄電割合SOCを演算している。蓄電割合SOCは、バッテリ50の全容量に対するバッテリ50から放電可能な電力の容量の割合である。また、バッテリECU52は、バッテリ50の入力制限Winおよび出力制限Woutを演算している。入力制限Winは、バッテリ50を充電してもよい許容充電電力であり、出力制限Woutは、バッテリ50から放電してもよい許容放電電力である。
HVECU70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。HVECU70に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号
・シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP
・アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc
・ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP
・車速センサ88からの車速V
・車間距離センサ89からの先行車との車間距離D
・クルーズコントール(車速を自動的に略一定に保持しながら走行する定速制御,先行車との車間距離を自動的に略一定に保持しながら走行(追従走行)する車間制御)の実行を指示するクルーズコントロールスイッチ90からのスイッチ信号
・可変スピードリミッタ制御の実行を指示する可変スピードリミッタ制御スイッチ91からのスイッチ信号
クルーズコントロールスイッチ90は、オンオフの切替に加えて、オンのときに目標車速V*,目標車間距離D*などを運転者が設定できるように構成されている。また、可変スピードリミッタ制御スイッチ91は、オンオフの切替に加えて、オンのときに上限車速Vlimなどを運転者が設定できるように構成されている。
HVECU70は、上述したように、エンジンECU24,モータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24,モータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
なお、実施例のハイブリッド自動車20では、シフトレバー81の操作位置(シフトポジションセンサ82によって検出されるシフトポジションSP)としては、駐車時に用いる駐車ポジション(Pポジション),後進走行用のリバースポジション(Rポジション),中立のニュートラルポジション(Nポジション),前進走行用のドライブポジション(Dポジション),アクセルオフ時にDポジションよりも大きい制動力を車両に作用させるブレーキポジション(Bポジション)などが用意されている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、クルーズコントロールと可変リミッタ制御との何れも実行していないときには、シフトポジションSPとアクセル開度Accと車速Vとに基づいて走行に要求される(駆動軸36に要求される)要求トルクTr*を設定する。そして、エンジン22を運転または運転停止して、バッテリ50の充放電電力Pb(=Vb・Ib)が入出力制限Win,Woutの範囲内となり且つ要求トルクTr*に基づくトルクが駆動軸36に出力されるように、エンジン22とモータMG1,MG2とを制御する。
また、実施例のハイブリッド自動車20では、クルーズコントロールスイッチ90がオンとされると、クルーズコントロールとして、定速制御または車間制御を実行する。定速制御と車間制御との何れを実行するかの選択は、例えば、先行車の有無などによって決定することができる。定速制御では、車速Vが目標車速Vcc*となるように要求トルクTr*を設定し、エンジン22を運転または運転停止して、バッテリ50の充放電電力Pbが入出力制限Win,Woutの範囲内となり且つ要求トルクTr*に基づくトルクが駆動軸36に出力されるように、エンジン22とモータMG1,MG2とを制御する。車間制御では、先行車との車間距離Dが目標車間距離D*となるように要求トルクTr*を設定し、エンジン22を運転または運転停止して、バッテリ50の充放電電力Pbが入出力制限Win,Woutの範囲内となり且つ要求トルクTr*に基づくトルクが駆動軸36に出力されるように、エンジン22とモータMG1,MG2とを制御する。このクルーズコントロールは、実施例では、クルーズコントロールスイッチ90がオフとされたとき,ブレーキペダル85が踏み込まれたとき,可変スピードリミッタ制御スイッチ91がオンとされたときなどに解除される。
さらに、実施例のハイブリッド自動車20では、可変スピードリミッタ制御スイッチ91がオンとされると、可変スピードリミッタ制御を実行する。可変スピードリミッタ制御では、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて車速Vが上限車速Vlimを超えないように要求トルクTr*を設定し、エンジン22を運転または運転停止して、バッテリ50の充放電電力Pbが入出力制限Win,Woutの範囲内となり且つ要求トルクTr*に基づくトルクが駆動軸36に出力されるように、エンジン22とモータMG1,MG2とを制御する。この可変スピードリミッタ制御は、可変スピードリミッタ制御スイッチ91がオフとされたとき,クルーズコントロールスイッチ90がオンとされたときなどに解除される。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされているとき(要求トルクTr*が負の値のとき)の動作について説明する。図2は、実施例のHVECU70によって繰り返し実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
図2の制御ルーチンが実行されると、HVECU70は、まず、駆動軸36の回転数Nr,エンジン22の回転数Ne,電池温度Tb,バッテリ50の入力制限Win,要求トルクTr*,フラグFcc,Fasl,Fbrなどのデータを入力する(ステップS100)。ここで、駆動軸36の回転数Nrは、モータECU40によって演算されたモータMG2の回転数Nm2を回転数Nrとして通信によって入力するものとした。エンジン22の回転数Neは、エンジンECU24によって演算された値を通信によって入力するものとした。電池温度Tbは、温度センサ51cによって検出された値をバッテリECU52から通信によって入力するものとした。バッテリ50の入力制限Winは、バッテリECU52によって演算された値を通信によって入力するものとした。要求トルクTr*は、上述したように設定された値を入力するものとした。フラグFcc,Fasl,Fbrは、HVECU70によって実行される図示しないフラグ設定ルーチンによって設定された値を入力するものとした。フラグ設定ルーチンでは、HVECU70は、フラグFccについては、クルーズコントールを実行していないとき,実行しているときにそれぞれ値0,値1を設定し、フラグFaslについては、可変スピードリミッタ制御を実行していないとき,実行しているときにそれぞれ値0,値1を設定し、フラグFbrについては、制動要求がなされていない,なされているときにそれぞれ値0,値1を設定する。
ここで、バッテリ50の入力制限Winについて説明する。バッテリECU52は、バッテリ50の入力制限Winを、値0以下の範囲内で、電池温度Tbと、蓄電割合SOCと、バッテリ50の充電が継続されるときの充放電電力Pb(=Vb・Ib)と、に基づいて設定するものとした。
まず、電池温度Tbおよび蓄電割合SOCと入力制限Winとの関係について説明する。この関係では、入力制限Winを、電池温度Tbが低いときに高いときよりも大きく(充電側の値として小さく)なり且つ蓄電割合SOCが大きいときに小さいときよりも大きく(充電側の値として小さく)なるように設定する。具体的には、入力制限Winを、電池温度Tbが低いほど大きくなり且つ蓄電割合SOCが大きいほど大きくなるように設定する。これは、バッテリ50の温度特性および蓄電割合特性によるものである。
続いて、バッテリ50の充電が継続されるときの充放電電力Pbと入力制限Winとの関係について説明する。図3は、この関係の一例を示す説明図である。図中、実線,破線,一点鎖線は、それぞれ、電池温度Tbが一律の温度で、バッテリ50の充電が開始されるときの充放電電力Pbが各電力Pb1,Pb2,Pb3(Pb3<Pb2<Pb1<0)のときの入力制限Winの様子を示す。なお、この図では、各電力Pb1,Pb2,Pb3を入力制限Winで制限(下限ガード)した電力が充放電電力Pbに相当する。この関係では、図3に示すように、入力制限Winを、充放電電力Pbが小さい(充電側の値として大きい)ときに大きいときよりも、バッテリ50の充電が開始されてから充放電電力Pbを急増(充電側の値として急減)させ始めるまでの時間が短くなると共に充放電電力Pbを急増させ始める際の単位時間当たりの増加量(充電側の値として減少量)が大きくなるように設定する。これは、バッテリ50の充電が継続されるときの履歴(充放電電力Pb(充放電電流Ib)の積算値)に応じて、バッテリ50でのリチウムの析出などを抑制してバッテリ50の劣化の促進を抑制するためである。なお、「急増(急減)」は、単位時間当たりの増加量(減少量)が所定増加量(所定減少量)よりも大きいことを意味する。
さらに、バッテリ50の充電が継続されるときの電池温度Tbと入力制限Winとの関係について説明する。図4は、この関係の一例を示す説明図である。図中、実線,破線,一点鎖線,二点鎖線は、それぞれ、バッテリ50の充電が開始されるときの充放電電力Pbが一律の電力Pb4(Pb4<0)で、電池温度Tbが各温度Tb1,Tb2,Tb3,Tb4(Tb1>Tb2>Tb3>Tb4)のときの入力制限Winの様子を示す。なお、この図では、図3と同様に、電力Pb4を入力制限Winで制限(下限ガード)した電力が充放電電力Pbに相当する。この関係では、入力制限Winを、電池温度Tbが低いときに高いときよりも、バッテリ50の充電が開始されてから充放電電力Pbを急増(充電側の値として急減)させ始めるまでの時間が短くなるように設定する。これは、バッテリ50の充電が継続されるときの電池温度Tbに応じて、バッテリ50でのリチウムの析出などを抑制してバッテリ50の劣化の促進を抑制するためである。
こうしてデータを入力すると、フラグFcc,Faslの値を調べると共に(ステップS102)、フラグFbrの値を調べる(ステップS104)。ステップS102でフラグFcc,Faslが共に値0のときには、クルーズコントールも可変リミッタ制御も実行していないと判断し、本ルーチンを終了する。ステップS102でフラグFccまたはフラグFaslが値1で且つステップS104でフラグFbrが値0のときには、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御を実行しているときで制動要求がなされていないと判断し、本ルーチンを終了する。これらの場合については、本発明の中核をなさないため、詳細な説明は省略する。
ステップS102でフラグFccまたはフラグFaslが値1で且つステップS104でフラグFbrが値1のときには、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御を実行しているときで制動要求がなされていると判断し、要求トルクTr*に駆動軸36の回転数Nrを乗じて、車両に要求される要求パワーPr*を計算すると共に(ステップS110)、要求トルクTr*をモータMG2のトルク指令Tm2*に設定する(ステップS120)。前進走行時(駆動軸36の回転数Nrが正のとき)には、要求トルクTr*と同様に、要求パワーPr*も負の値となる。
そして、電池温度Tbに基づいてバッテリ50の要求充放電電力Pbtagを値0未満の範囲(バッテリ50を充電する範囲)内で設定し(ステップS130)、設定した要求充放電電力Pbtagを入力制限Winと要求パワーPr*とで制限(下限ガード)してバッテリ50の目標充放電電力Pb*を設定する(ステップS140)。ここで、要求充放電電力Pbtagは、実施例では、電池温度Tbと要求充放電電力Pbtagとの関係を予め定めて要求充放電電力設定用マップとして図示しないROMに記憶しておき、電池温度Tbと車速Vとが与えられると、このマップから対応する要求充放電電力Pbtagを導出して設定するものとした。要求充放電電力設定用マップの一例を図5に示す。図示するように、要求充放電電力Pbtagは、電池温度Tbが低いときに高いときよりも大きく(充電側の値として小さく)なるように、具体的には、電池温度Tbが低いほど大きくなるように設定するものとした。要求充放電電力Pbtagをこのように設定する理由については後述する。
こうしてバッテリ50の目標充放電電力Pb*を設定すると、設定した目標充放電電力Pb*から要求パワーPr*を減じた値を目標モータリングパワーPmt*として設定し(ステップS150)、設定した目標モータリングパワーPmt*に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*を設定する(ステップS160)。ここで、目標モータリングパワーPmt*は、燃料噴射を停止した状態のエンジン22をモータMG1によってモータリングするときの消費パワー(消費電力)の目標値である。また、エンジン22の目標回転数Ne*は、実施例では、目標モータリングパワーPmt*とエンジン22の目標回転数Ne*との関係を予め定めて目標回転数設定用マップとして図示しないROMに記憶しておき、目標モータリングパワーPmt*が与えられると、このマップから対応する目標回転数Ne*を導出して設定するものとした。目標回転数設定用マップの一例を図6に示す。エンジン22の目標回転数Ne*は、目標モータリングパワーPmt*が大きいときに小さいときよりも大きくなるように、具体的には、目標モータリングパワーPmt*が大きいほど大きくなるように、設定するものとした。これは、エンジン22の回転数Neが大きいときに小さいときよりもエンジン22のフリクションが大きくなり、モータMG1での消費電力が大きくなるためである。
いま、要求充放電電力Pbtagを目標充放電電力Pb*として設定するときを考える。ここで、要求充放電電力Pbtagを目標充放電電力Pb*として設定するときとしては、基本的には、バッテリ50の充電が開始されてからバッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めるまでが該当する。実施例では、上述したように、電池温度Tbが低いときに高いときよりも大きく(充電側の値として小さく)なるように要求充放電電力Pbtagを設定するものとした。したがって、電池温度Tbが低いときに高いときよりも目標モータリングパワーPmt*が大きくなってエンジン22の目標回転数Ne*が大きくなる。また、実施例では、要求トルクTr*(要求パワーPr*)を考慮せずに要求充放電電力Pbtagを設定するものとした。したがって、要求トルクTr*が小さい(制動側の値として大きい)ときに大きいときよりも目標モータリングパワーPmt*が大きくなってエンジン22の目標回転数Ne*が大きくなる。
また、バッテリ50の入力制限Winを目標充放電電力Pb*として設定するときを考える。ここで、入力制限Winを目標充放電電力Pb*として設定するときとしては、基本的には、バッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めた以降が該当する。このときには、入力制限Winに応じて目標モータリングパワーPmt*およびエンジン22の目標回転数Ne*を設定することになる。したがって、入力制限Winが大きくなる(充電側の値として小さくなる)のに従ってエンジン22の目標回転数Ne*が大きくなる。
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*を設定すると、エンジン22の回転数Neと目標回転数Ne*とを用いて次式(1)によってモータMG1のトルク指令Tm1*を設定する(ステップS170)。ここで、式(1)は、エンジン22を目標回転数Ne*で回転させるための回転数フィードバック制御における関係式であり、式(1)中、右辺第1項の「k1」は比例項のゲインであり、右辺第2項の「k2」は積分項のゲインである。
Tm1*=k1・(Ne*-Ne)+k2・∫(Ne*-Ne)dt (1)
そして、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定すると、設定したトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信して(ステップS180)、本ルーチンを終了する。モータECU40は、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を受信すると、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようにインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
こうした制御を行なうことにより、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされているときに、モータMG2の回生駆動と、燃料噴射を停止した状態のエンジン22のモータMG1によるモータリングと、によってバッテリ50の入力制限Winの範囲内でバッテリ50を充電しながら車両に制動力を作用させることができる。なお、このとき、駆動軸36に作用するトルクは、モータMG2の回生駆動によって駆動軸36に作用するトルクと、モータMG1によってエンジン22をモータリングすることによって駆動軸36に作用するトルクと、の和になる。しかし、基本的に、後者のトルクは前者のトルクに比して十分に小さい(例えば10分の1〜20分の1程度)ことから、実施例では、要求トルクTr*をトルク指令Tm2*に設定するものとした。なお、ステップS140で要求充放電電力Pbtagが要求パワーPr*以下のときには、要求パワーPr*と目標充放電電力Pb*とが等しくなるから、ステップS150で目標モータリングパワーPmt*が値0となり、ステップS160でエンジン22の目標回転数Ne*が値0となる。この場合、エンジン22をモータMG1によってモータリングしないものとした。これにより、モータMG1での無駄な電力消費を抑制することができる。
そして、要求トルクTr*(要求パワーPr*)を考慮せずに要求充放電電力Pbtag,目標充放電電力Pb*を設定することによって、バッテリ50の充電が開始されてからバッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めるまでにおいて、要求トルクTr*(要求パワーPr*)が小さい(制動側の値として大きい)ときに大きいときよりも、目標モータリングパワーPmt*,エンジン22の目標回転数Ne*が大きくなるようにする。このようにして、要求トルクTr*が比較的小さいときに、バッテリ50の充放電電力Pbが急増し始めるまでの、モータMG1の消費電力が大きくなるようにし、バッテリ50の充放電電力Pbが小さく(充電側の値として大きく)なるのを抑制する。上述したように、入力制限Winは、充放電電力Pbが小さい(充電側の値として大きい)ときに大きいときよりも、バッテリ50の充電が開始されてから充放電電力Pbを急増(充電側の値として急減)させ始めるまでの時間が短くなると共に充放電電力Pbを急増させ始める際の単位時間当たりの増加量(充電側の値として減少量)が大きくなるように設定される。したがって、バッテリ50の充放電電力Pbが急増し始めるまでのバッテリ50の充放電電力Pbが小さく(充電側の値として大きく)なるのを抑制することにより、以下の効果を奏する。まず、バッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めるまでの時間が短くなるのを抑制し、エンジン22の回転数Neが急増し始めるまでの時間が短くなるのを抑制することができる。また、バッテリ50の充放電電力Pbが急増し始める際の単位時間当たりの増加量(充電側の値として減少量)が大きくなるのを抑制し、エンジン22の回転数Neが急増し始める際の単位時間当たりの増加量が大きくなるのを抑制することもできる。これらの結果、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中で制動要求が継続しているときに、運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。
次に、電池温度Tbが低いときに高いときよりも大きく(充電側の値として小さく)なるように要求充放電電力Pbtagを設定する理由について説明する。上述したように、入力制限Winは、電池温度Tbが低いときに高いときよりも、バッテリ50の充電が開始されてから充放電電力Pbを急増(充電側の値として急減)させ始めるまでの時間が短くなるように設定される。したがって、図5に示したように、電池温度Tbが低いときに高いときよりも大きくなるように要求充放電電力Pbtagを設定することにより、バッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めるまでの時間が短くなるのを抑制し、エンジン22の回転数Neが急増し始めるまでの時間が短くなるのを抑制することができる。この結果、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中で制動要求が継続しているときに、運転者に違和感を与えるのを電池温度Tbに応じてより適切に抑制することができる。
図7は、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされているときのバッテリ50の充放電電力Pbおよび入力制限Winとエンジン22の回転数Neとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。図中、実線は、実施例の様子を示し、破線は、比較例の様子を示す。実施例では、制動開始時のエンジン22の目標回転数Ne*(回転数Ne)を要求トルクTr*(要求パワーPr*)が小さい(制動側の値として大きい)ときに大きいときよりも大きくする。また、比較例としては、制動開始時のエンジン22の目標回転数Ne*(回転数Ne)を要求トルクTr*に拘わらずに一律の値とする場合を考えるものとした。実施例では、バッテリ50の充電が開始されてからバッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めるまでにおいて、要求トルクTr*(要求パワーPr*)が小さい(制動側の値として大きい)ときに大きいときよりも、エンジン22の回転数Neを大きくすることにより、図示するように、比較例に比して、バッテリ50の充放電電力Pbが小さく(充電側の値として大きく)なるのを抑制する。したがって、バッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めるまでの時間が短くなるのを抑制し、エンジン22の回転数Neが急増し始めるまでの時間が短くなるのを抑制することができる。また、バッテリ50の充放電電力Pbが急増し始める際の単位時間当たりの増加量(充電側の値として減少量)が大きくなるのを抑制し、エンジン22の回転数Neが急増し始める際の単位時間当たりの増加量が大きくなるのを抑制することもできる。これらの結果、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中で制動要求が継続しているときに、運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20では、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされて、モータMG2の回生駆動と、燃料噴射を停止した状態のエンジン22のモータMG1によるモータリングと、によってバッテリ50の入力制限Winの範囲内でバッテリ50を充電しながら車両に制動力を作用させる際、バッテリ50の充電が開始されてからバッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めるまでにおいて、要求トルクTr*(要求パワーPr*)が小さい(制動側の値として大きい)ときに大きいときよりもエンジン22の目標回転数Ne*(回転数Ne)が大きくなるようにする。これにより、要求トルクTr*が比較的小さいときに、バッテリ50の充放電電力Pbが小さく(充電側の値として大きく)なるのを抑制する。したがって、バッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めるまでの時間が短くなるのを抑制し、エンジン22の回転数Neが急増し始めるまでの時間が短くなるのを抑制することができる。また、バッテリ50の充放電電力Pbが急増し始める際の単位時間当たりの増加量(充電側の値として減少量)が大きくなるのを抑制し、エンジン22の回転数Neが急増し始める際の単位時間当たりの増加量が大きくなるのを抑制することもできる。これらの結果、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中で制動要求が継続しているときに、運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされているときには、電池温度Tbが低いときに高いときよりも大きく(充電側の値として小さく)なるように要求充放電電力Pbtagを設定するものとした。しかし、電池温度Tbに拘わらずに一律の値を用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされているときには、電池温度Tbが低いときに高いときよりも大きく(充電側の値として小さく)なるように要求充放電電力Pbtagを設定するものとした。しかし、クルーズコントロールの実行中に制動要求がなされているときには、電池温度Tbに代えてまたは加えて、車速Vに応じて要求充放電電力Pbtagを設定するものとしてもよい。この場合、車速Vが高いときに低いときよりも大きく(充電側の値として小さく)なるように要求充放電電力Pbtagを設定するものとしてもよい。こうすれば、車速Vが高いときに低いときよりもエンジン22の目標回転数Ne*(回転数Ne)を大きくすることになるから、即ち、車速Vの減少に応じてエンジン22の目標回転数Ne*(回転数Ne)が減少するから、クルーズコントロールのうち車間制御の実行中に先行車の減速に応じて減速するときに、運転者に減速フィーリングを与えることができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされているときには、要求トルクTr*を考慮せずに要求充放電電力Pbtagを設定することによって、バッテリ50の充電が開始されてからバッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めるまでにおいて、要求トルクTr*(要求パワーPr*)が小さい(制動側の値として大きい)ときに大きいときよりもエンジン22の目標回転数Ne*が大きくなるようにするものとした。しかし、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされているときには、バッテリ50の充電が開始されてからバッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めるまでにおいて、要求充放電電力Pbtagを設定せずに、要求トルクTr*(要求パワーPr*)が小さい(制動側の値として大きい)ときに大きいときよりも大きくなるように且つバッテリ50の充放電電力Pbが入力制限Winの範囲内となるようにエンジン22の目標回転数Ne*を直接設定するものとしてもよい。この場合、バッテリ50の充電が開始されてからバッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めるまでのエンジン22の目標回転数Ne*は、例えば、要求トルクTr*とエンジン22の目標回転数Ne*との関係を予め定めて変形例の目標回転数設定用マップとして図示しないROMに記憶しておき、要求トルクTr*が与えられると、このマップから対応する目標回転数Ne*を導出して設定することができる。変形例の目標回転数設定用マップの一例を図8に示す。図示するように、エンジン22の目標回転数Ne*は、要求トルクTr*が負の閾値Tref以上である(制動側の値として閾値Tref以下である)ときには値0を設定し、要求トルクTr*が閾値Tref未満のときには、要求トルクTr*が小さい(制動側の値として大きい)ときに大きいときよりも大きくなるように具体的には要求トルクTr*が小さいほど大きくなるように設定することができる。エンジン22の目標回転数Ne*が値0のときには、モータMG1によってエンジン22をモータリングせず、エンジン22の目標回転数Ne*が値0よりも大きいときには、モータMG1によってエンジン22を目標回転数Ne*でモータリングする。閾値Trefは、一律の値を用いるものとしてもよいし、電池温度Tbなどに基づいて適宜設定するものとしてもよい。バッテリ50の充放電電力Pbが急増(充電側の値として急減)し始めた以降のエンジン22の目標回転数Ne*は、バッテリ50の充放電電力Pbが入力制限Winの範囲内となるように、具体的には、入力制限Winの急増(充電側の値として急減)に応じて大きくなるように設定することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされているときにおいて、要求パワーPr*が要求充放電電力Pbtag以上である(制動側の値として要求充放電電力Pbtag以下である)ときには、要求パワーPr*と目標充放電電力Pb*とが等しくなり、目標モータリングパワーPmt*,エンジン22の目標回転数Ne*が値0となり、モータMG1によってエンジン22をモータリングしないものとした。しかし、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされているときには、要求パワーPr*が要求充放電電力Pbtag以上であるときも含めて、要求トルクTr*が小さい(制動側の値として大きい)ときに大きいときよりも大きい回転数でエンジン22をモータMG1によってモータリングするものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、バッテリ50は、リチウムイオン二次電池として構成されるものとした。しかし、バッテリ50は、ニッケル水素二次電池などとして構成されるものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「エンジン」に相当し、モータMG1が「第1モータ」に相当し、プラネタリギヤ30が「プラネタリギヤ」に相当し、モータMG2が「第2モータ」に相当し、バッテリ50が「バッテリ」に相当し、バッテリECU52が「設定手段」に相当し、HVECU70とエンジンECU24とモータECU40とが「制御手段」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。
20 ハイブリッド自動車、22 エンジン、23 クランクポジションセンサ、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 プラネタリギヤ、36 駆動軸、37 デファレンシャルギヤ、38a,38b 駆動輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51a 電圧センサ、51b 電流センサ、51c 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU52)、54 電力ライン、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、89 車間距離センサ、90 クルーズコントロールスイッチ、91 可変スピードリミッタ制御スイッチ、MG1,MG2 モータ。

Claims (4)

  1. エンジンと、
    第1モータと、
    前記第1モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と車軸に連結された駆動軸とに3つの回転要素が共線図において前記回転軸,前記出力軸,前記駆動軸の順に並ぶように接続されたプラネタリギヤと、
    前記駆動軸に接続された第2モータと、
    前記第1モータおよび前記第2モータと電力をやりとりするバッテリと、
    前記バッテリの許容充電電力および許容放電電力を設定する設定手段と、
    前記バッテリが前記許容充電電力および前記許容放電電力の範囲内で充放電されながら走行するように前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータとを制御する制御手段と、
    を備えるハイブリッド自動車であって、
    前記設定手段は、前記バッテリの充電が継続されるときには、前記許容充電電力を、前記バッテリの充電電力が大きいときに小さいときよりも、前記充電が開始されてから前記充電電力を急減させ始めるまでの時間が短くなると共に前記充電電力を急減させ始める際の単位時間当たりの減少量が大きくなるように設定し、
    前記制御手段は、クルーズコントロールまたは可変スピードリミッタ制御の実行中に制動要求がなされて、前記第2モータの回生駆動と燃料噴射を停止した状態の前記エンジンの前記第1モータによるモータリングとによって前記許容充電電力の範囲内で前記バッテリが充電されると共に前記制動要求における要求制動力が車両に作用するように前記第1モータと前記第2モータとを制御する所定制御を実行する際、前記充電が開始されてから前記充電電力が急減し始めるまでは、前記要求制動力が大きいときに小さいときよりも大きい回転数で前記エンジンがモータリングされるように制御する、
    ハイブリッド自動車。
  2. 請求項1記載のハイブリッド自動車であって、
    前記制御手段は、前記所定制御を実行する際、前記充電が開始されてから前記充電電力が急減し始めるまでにおいて、前記要求制動力が閾値以下のときには、前記第1モータによって前記エンジンをモータリングしない、
    ハイブリッド自動車。
  3. 請求項1または2記載のハイブリッド自動車であって、
    前記設定手段は、前記充電が継続されるときには、前記許容充電電力を、前記バッテリの温度が低いときに高いときよりも前記充電が開始されてから前記充電電力を急減させ始めるまでの時間が短くなるように設定し、
    前記制御手段は、前記クルーズコントロールまたは前記可変スピードリミッタ制御の実行中に前記制動要求がなされて前記所定制御を実行する際、前記充電電力が急減し始めるまでは、前記要求制動力が大きいときに小さいときよりも大きく且つ前記バッテリの温度が低いときに高いときよりも大きい回転数で前記エンジンがモータリングされるように制御する、
    ハイブリッド自動車。
  4. 請求項3記載のハイブリッド自動車であって、
    前記制御手段は、前記クルーズコントロールまたは前記可変スピードリミッタ制御の実行中に前記制動要求がなされて前記所定制御を実行する際、前記充電電力が急減し始めるまでは、前記バッテリの温度が低いときに高いときよりも小さくなるように前記バッテリの要求充電電力を設定し、前記要求充電電力を前記許容充電電力で制限して前記バッテリの目標充電電力を設定し、前記要求制動力が大きいときに小さいときよりも大きくなり且つ前記目標充電電力が小さいときに大きいときよりも大きくなるように前記エンジンの目標回転数を設定し、前記目標回転数で前記エンジンがモータリングされるように制御する、
    ハイブリッド自動車。
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