JP6350395B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、プラネタリギヤの３つの回転要素に第１モータの回転軸，エンジンの出力軸，車軸に連結された駆動軸を共線図において回転軸，出力軸，駆動軸の順に並ぶように接続し、駆動軸に第２モータを接続し、第１モータおよび第２モータとバッテリとの間で電力をやりとりする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、プラネタリギヤのキャリヤとサンギヤとリングギヤとにエンジンと第１モータと車軸に連結された駆動軸とを接続し、駆動軸に第２モータを接続し、第１モータおよび第２モータとバッテリとの間で電力をやりとりする構成において、リバース走行する際に、燃料カットを行なっているエンジンを第１モータによってモータリングすることによって、エンジンのフリクションをリバース走行用のアシストトルクとして用いるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−５７６１７号公報

こうしたハイブリッド自動車では、リバース走行する際に、第１モータによってエンジンをモータリングしてエンジンの回転数を上昇させると、エンジンのフリクションに起因して駆動軸に作用するトルク（フリクション起因トルク）だけでなく、エンジンおよび第１モータのイナーシャに起因して駆動軸に作用するトルク（イナーシャ起因トルク）も、リバース走行用のアシストトルクとして用いることができる。しかし、第１モータによってエンジンをモータリングしてエンジンの回転数を比較的大きい回転数まで上昇させるためには、第１モータで比較的大きい電力を消費することになる。このため、バッテリの最大許容出力が比較的小さいときなどには、第１モータによってエンジンをモータリングしてエンジンの回転数を比較的大きい回転数まで上昇させることが困難となることがある。エンジンの回転数を比較的高い回転数まで上昇させる場合と上昇させない場合とが生じると、運転者に加速フィーリングの違和感（エンジンの回転数を上昇させるか否かによる音の違い）を感じさせる可能性がある。

本発明のハイブリッド自動車は、後進走行する際に、運転者に加速フィーリングの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、
動力を入出力可能な第１モータと、
車軸に連結された駆動軸と前記エンジンの出力軸と前記第１モータの回転軸とに３つの回転要素が共線図において前記駆動軸，前記出力軸，前記回転軸の順に並ぶように接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第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可能なバッテリと、
後進走行時には、燃料噴射を行なっていない前記エンジンが前記第１モータによってモータリングされて前記エンジンの回転数が上昇するように前記第１モータ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、
前記制御手段は、後進走行時に前記バッテリの蓄電割合，温度，最大許容出力の少なくとも１つが閾値未満のときには、前記エンジンの運転によって前記エンジンの回転数が上昇するように前記エンジンを制御する手段である、
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、後進走行時には、燃料噴射を行なっていないエンジンが第１モータによってモータリングされてエンジンの回転数が上昇するように第１モータを制御する。しかし、後進走行時にバッテリの蓄電割合，温度，最大許容出力の少なくとも１つが閾値未満のときには、エンジンの運転によってエンジンの回転数が上昇するようにエンジンを制御する。これにより、後進走行時にバッテリの蓄電割合，温度，最大許容出力の少なくとも１つが閾値未満のときに、エンジンの回転数を上昇させないものに比して、運転者に加速フィーリングの違和感（エンジンの回転数を上昇させるか否かによる音の違い）を感じさせ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、前記後進走行時に、走行用の要求トルクの絶対値が閾値よりも大きくなったときに、前記第１モータによって前記エンジンをモータリングすることによる前記エンジンの回転数の上昇が開始するように、または、前記エンジンを運転することによる該エンジンの回転数の上昇が開始するように、制御する手段であるものとしてもよい。

また、本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記後進走行時に、前記第１モータによって前記エンジンをモータリングするときと、前記エンジンを運転するときと、で前記エンジンの回転数の単位時間あたりの上昇量が同一となるように制御する手段であるものとしてもよい。こうすれば、運転者に加速フィーリングの違和感を感じさせるのをより抑制することができる。

さらに、本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記後進走行時に、前記第１モータによって前記エンジンをモータリングするときと、前記エンジンを運転するときと、で前記エンジンの回転数が同一の要求回転数まで上昇するように制御する手段であるものとしてもよい。こうすれば、運転者に加速フィーリングの違和感を感じさせるのをより抑制することができる。

本発明の一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によって実行される後進走行時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 燃料噴射を行なっていないエンジン２２をモータＭＧ１によってモータリングしながら後進走行する際のプラネタリギヤ３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。 後進走行する際の様子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、本発明の一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や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や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、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素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や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、演算した蓄電割合ＳＯＣと、温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂと、に基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である。入力制限Ｗｉｎは、値０以下の範囲内で設定され、電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｌｏ（例えば、−５℃，０℃，５℃など）よりも低いときに閾値Ｔｂｌｏ以上のときに比して大きくなる（絶対値としては小さくなる）ように設定され、蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｉ（例えば、６０％，６５％，７０％など）よりも大きいときに閾値Ｓｈｉ以下のときに比して大きくなる（絶対値としては小さくなる）ように設定される。出力制限Ｗｏｕｔは、値０以上の範囲内で設定され、電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｌｏよりも低いときに閾値Ｔｂｌｏ以上のときに比して小さくなるように設定され、蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｌｏ（例えば、３０％，３５％，４０％など）よりも小さいときに閾値Ｓｌｏ以上のときに比して小さくなるように設定される。

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や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

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）などがある。

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、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６の要求駆動力を設定し、要求駆動力に見合う要求動力が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを運転制御する。エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２との運転モードとしては、以下の（１）〜（３）の３つのモードがある。
（１）トルク変換運転モード：要求動力に対応する動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共に、エンジン２２から出力される動力の全てが、プラネタリギヤ３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモード
（２）充放電運転モード：要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共に、エンジン２２から出力される動力の全てまたは一部が、バッテリ５０の充放電を伴ってプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモード
（３）モータ運転モード：エンジン２２の運転を停止して、要求動力が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２を駆動制御するモード

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、後進走行する際の動作について説明する。図２は、実施例のＨＶＥＣＵ７０によって実行される後進走行時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、シフトポジションＳＰが後進走行用ポジションのときに所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

後進走行時制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、アクセル開度Ａｃｃ，駆動軸３６の回転数Ｎｒ，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、アクセル開度Ａｃｃは、アクセルペダルポジションセンサ８４によって検出された値を入力するものとした。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を通信によって入力して駆動軸３６の回転数Ｎｒとして用いるものとした。バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ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。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと駆動軸３６の回転数Ｎｒ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（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと駆動軸３６の回転数Ｎｒと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃ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トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図３に示す。シフトポジションＳＰが後進走行用ポジションのときには、図示するように、要求トルクＴｒ＊に負の値が設定される。

続いて、フラグＦが値０か値１かを判定し（ステップＳ１２０）、フラグＦが値０のときには、要求トルクＴｒ＊を負の閾値Ｔｒｅｆと比較する（ステップＳ１３０）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、エンジン２２の回転数Ｎｅの上昇を開始するか否かを判定するために用いられる閾値であり、モータＭＧ２の負側の定格トルクＴｍ２ｌｉｍ，バッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔをモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除して得られる値（Ｗｏｕｔ／Ｎｍ２）などに基づいて設定することができる。また、フラグＦは、シフトポジションＳＰが後進走行用ポジションに設定されたときに初期値として値０が設定され、その後に、要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満になったとき（要求トルクＴｒ＊の絶対値が閾値Ｔｒｅｆの絶対値よりも大きくなったとき）に値０から値１に切り替えられるフラグである。

ステップＳ１３０で要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上のとき（要求トルクＴｒ＊の絶対値が閾値Ｔｒｅｆの絶対値以下のとき）には、エンジン２２の回転数Ｎｅの上昇を開始しないと判断し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定する（ステップＳ１４０）。

続いて、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の仮の値としての仮トルクＴｍ２ｔｍｐに要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１５０）。また、バッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔをモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除して、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から出力してもよいトルクの下限（絶対値としては上限）としてのトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎを計算する（ステップＳ１６０）。そして、モータＭＧ２の仮トルクＴｍ２ｔｍｐをトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎと定格トルクＴｍ２ｌｉｍとで制限（下限ガード）して、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１７０）。

こうしてモータ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、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。こうした制御により、トルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ（＝Ｗｏｕｔ／Ｎｍ２）とモータＭＧ２の定格トルクＴｍ２ｌｉｍとの範囲内で、要求トルクＴｒ＊を駆動軸３６に出力することができる。

ステップＳ１３０で要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満になったとき（要求トルクＴｒ＊の絶対値が閾値Ｔｒｅｆの絶対値よりも大きくなったとき）には、エンジン２２の回転数Ｎｅの上昇を開始すると判断し、フラグＦに値１を設定し（ステップＳ１９０）、ステップＳ２００に進む。こうしてフラグＦに値１を設定すると、次回以降に本ルーチンが実行されたときには、ステップＳ１２０でフラグＦが値１であると判定され、ステップＳ１３０，Ｓ１９０の処理を行なわずに、ステップＳ２００に進む。

ステップＳ２００では、次式（１）に示すように、前回に本ルーチンを実行したときに設定したエンジン２２の目標回転数（前回Ｎｅ＊）に上昇レートＲｕｐを加えた値を要求回転数Ｎｅｔａｇで制限（上限ガード）してエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ２００）。ここで、要求回転数Ｎｅｔａｇは、エンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させる際の要求値であり、例えば、２０００ｒｐｍ，２５００ｒｐｍ，３０００ｒｐｍなどを用いることができる。また、上昇レートＲｕｐは、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を要求回転数Ｎｅｔａｇに向けて上昇させる際の目標回転数Ｎｅ＊の単位時間当たり（本ルーチンの実行間隔当たり）の上昇量であり、例えば、０．４ｒｐｍ／ｍｓｅｃ，０．５ｒｐｍ／ｍｓｅｃ，０．６ｒｐｍ／ｍｓｅｃなどを単位時間あたりに換算した値を用いることができる。なお、フラグＦを値０から値１に切り替えるまでは、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊には値０が設定されている。したがって、ステップＳ２００の処理は、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を、値０から要求回転数Ｎｅｔａｇに向けて上昇レートＲｕｐずつ上昇させ、要求回転数Ｎｅｔａｇに至った後は要求回転数Ｎｅｔａｇとする処理となる。

Ne*=min(前回Ne*+Rup,Netag) (1)

次に、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを閾値Ｗｒｅｆと比較する（ステップＳ２１０）。ここで、閾値Ｗｒｅｆは、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが比較的大きいか否かを判定するために用いられる閾値である。バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ以上のときには、出力制限Ｗｏｕｔが比較的大きいと判断し、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と駆動軸３６の回転数Ｎｒとプラネタリギヤ３０のギヤ比ρ（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）とを用いて、次式（２）により、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算する（ステップＳ２２０）。続いて、計算したモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とモータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１とプラネタリギヤ３０のギヤ比ρとを用いて、式（３）により、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２３０）。ここで、式（２）は、プラネタリギヤ３０の回転要素に対する力学的な関係式である。燃料噴射を行なっていないエンジン２２をモータＭＧ１によってモータリングしながら後進走行する際のプラネタリギヤ３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を図４に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤの回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリヤの回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２であるリングギヤ（駆動軸３６）の回転数Ｎｒを示す。また、図中、Ｒ軸における２つの太線矢印は、モータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにモータＭＧ１から出力されてプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルク（−Ｔｍ１＊／ρ）と、モータＭＧ２をトルク指令Ｔｍ２＊で駆動したときにモータＭＧ２から出力されて駆動軸３６に作用するトルクと、を示す。以下、トルク（−Ｔｍ１＊／ρ）を直行トルクＴｍｐという。なお、直行トルクＴｍｐには、エンジン２２のフリクションに起因して駆動軸３６に作用するトルク（以下、「フリクション起因トルク」という）と、エンジン２２およびモータＭＧ１のイナーシャに起因して駆動軸３６に作用するトルク（以下、「イナーシャ起因トルク」という）と、が含まれる。式（２）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。また、式（３）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させる（エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させる）ためのフィードバック制御における関係式である。式（３）中、「ｋ１」は比例項のゲインであり、「ｋ２」は積分項のゲインである。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nr/ρ (2)
Tm1*=k1・(Nm1*-Nm1)+k2・∫(Nm1*-Nm1)dt (3)

続いて、次式（４）に示すように、直行トルクＴｍｐ（＝−Ｔｍ１／ρ）を要求トルクＴｒ＊から減じて、モータＭＧ２の仮トルクＴｍ２ｔｍｐを計算する（ステップＳ２４０）。式（４）は、図４の共線図を用いれば容易に導くことができる。また、式（５）に示すように、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊にモータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）をバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔから減じた値をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除して、モータＭＧ２のトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎを計算する（ステップＳ２５０）。そして、モータＭＧ２の仮トルクＴｍ２ｔｍｐをトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎと定格トルクＴｍ２ｌｉｍとで制限（下限ガード）して、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２６０）。

Tm2tmp=Tr*+Tm1*/ρ (4)
Tm2min=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (5)

こうしてモータ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Ｓ２７０）、本ルーチンを終了する。このように、燃料噴射を行なっていないエンジン２２をモータＭＧ１によってモータリングすることにより、直行トルクＴｍｐを後進走行用のアシストトルクとして用いることができるから、駆動軸３６に出力可能なトルクの下限値（絶対値としては上限値）をより大きくすることができる。この結果、後進走行性能を向上させることができる。

ステップＳ２１０でバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ未満のときには、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが比較的小さいと判断し、エンジン２２が運転されているか否かを判定する（ステップＳ２８０）。そして、エンジン２２が運転されていないと判定されたときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上か否かを判定する（ステップＳ２９０）。ここで、閾値Ｎｒｅｆは、エンジン２２の運転（燃料噴射制御，点火制御など）を開始する回転数であり、例えば、３００ｒｐｍ，４００ｒｐｍ，５００ｒｐｍなどを用いることができる。エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ未満のときには、上述のステップＳ２２０〜Ｓ２７０の処理によって、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信して、本ルーチンを終了する。

ステップＳ２９０でエンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上になると、エンジン２２の運転を開始し（ステップＳ３００）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ３１０）、上述のステップＳ１５０〜Ｓ１７０の処理と同様に、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ３２０〜Ｓ３４０）。そして、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ３５０）、本ルーチンを終了する。エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を受信すると、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定し、エンジン２２が目標トルクＴｅ＊で運転されるようにエンジン２２の吸入空気量制御，燃料噴射制御，点火制御などを行なう。

モータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングしてエンジン２２の回転数Ｎｅを要求回転数Ｎｅｔａｇまで上昇させるためには、モータＭＧ１で比較的大きい電力を消費することになる。このため、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ未満のとき（出力制限Ｗｏｕｔが比較的小さいとき）には、このモータリングによってエンジン２２の回転数Ｎｅを要求回転数Ｎｅｔａｇまで上昇させることが困難となることがある。しかし、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔによって、エンジン２２の回転数Ｎｅを要求回転数Ｎｅｔａｇまで上昇させる場合と上昇させない場合とが生じると、運転者に加速フィーリングの違和感（エンジンの回転数を上昇させるか否かによる音の違い）を感じさせる可能性がある。これを考慮して、実施例では、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ未満のときには、エンジン２２の運転を開始して、エンジン２２の運転によってエンジン２２の回転数Ｎｅを要求回転数Ｎｅｔａｇまで上昇させるものとした。これにより、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ未満のときに、エンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させないものに比して、運転者に加速フィーリングの違和感を感じさせるのを抑制することができる。

図５は、後進走行する際のアクセル開度Ａｃｃ，車速Ｖ，要求トルクＴｒ＊，エンジン２２の回転数Ｎｅ，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊，直行トルクＴｍｐ（＝−Ｔｍ１＊／ρ），駆動軸３６に出力されるトルクＴｒの時間変化の様子の一例を示す説明図である。図５中、ケースＡ（実線）は、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ以上のときの様子を示し、ケースＢ（破線）は、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ未満のときの様子を示す。なお、要求トルクＴｒ＊とエンジン２２の回転数Ｎｅ（目標回転数Ｎｅ＊）とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊については、簡単のために、ケースＡとケースＢとで同一となる場合を考えるものとした。ケースＡの場合、図中実線に示すように、時刻ｔ１１に、アクセル開度Ａｃｃが比較的大きく踏み込まれて要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満になると、その後、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に負の値を設定してモータＭＧ２から負のトルクを出力しつつ、モータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングしてエンジン２２の回転数Ｎｅを要求回転数Ｎｅｔａｇまで上昇させて保持する。これにより、フリクション起因トルクとイナーシャ起因トルクとを含む直行トルクＴｍｐを後進走行用のアシストトルクとして用いることができるから、駆動軸３６に出力されるトルクの大きさをより大きくすることができ、後進走行性能を向上させることができる。そして、時刻ｔ１３にエンジン２２の回転数Ｎｅ（目標回転数Ｎｅ＊）が要求回転数Ｎｅｔａｇに至ると、その後、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングによってエンジン２２の回転数Ｎｅを要求回転数Ｎｅｔａｇで保持する。このため、直行トルクＴｍｐにイナーシャ起因トルクが含まれなくなることによって、駆動軸３６に出力されるトルクＴｒの大きさが小さくなる。勿論、このときでも、駆動軸３６に出力されるトルクの大きさは、直行トルクＴｍｐが生じない場合に比して大きい。一方、ケースＢの場合、図中破線に示すように、時刻ｔ１１に、アクセル開度Ａｃｃが比較的大きく踏み込まれて要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満になると、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に負の値を設定してモータＭＧ２から負のトルクを出力しつつ、モータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングしてエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させる。そして、時刻ｔ１２にエンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上に至ると、エンジン２２の運転を開始し、エンジン２２の運転によってエンジン２２の回転数Ｎｅを要求回転数Ｎｅｔａｇまで上昇させて保持する。これにより、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ未満のときに、エンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させないものに比して、運転者に加速フィーリングの違和感を感じさせるのを抑制することができる。なお、ケースＢの場合、エンジン２２の運転を開始するまでは、ケースＡと同様に直行トルクＴｍｐを後進走行用のアシストトルクとして用いることができるが、エンジン２２の運転を開始すると、直行トルクＴｍｐが生じなくなるから、駆動軸３６に出力されるトルクの大きさがケースＡよりも小さくなる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、後進走行する際に、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ以上のときには、モータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングしてエンジン２２の回転数Ｎｅを要求回転数Ｎｅｔａｇまで上昇させ、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ未満のときには、エンジン２２の運転によってエンジン２２の回転数Ｎｅを要求回転数Ｎｅｔａｇまで上昇させる。これにより、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ未満のときに、エンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させないものに比して、運転者に加速フィーリングの違和感を感じさせるのを抑制することができる。

また、実施例のハイブリッド自動車２０では、後進走行する際に、モータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングしてエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させるときと、エンジン２２の運転によってエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させるときとで、同一の要求回転数Ｎｅｔａｇおよび同一の上昇レートＲｕｐを用いる。これにより、運転者に加速フィーリングの違和感を感じさせるのをより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、後進走行する際に、モータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングしてエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させるときと、エンジン２２の運転によってエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させるときとで、同一の要求回転数Ｎｅｔａｇを用いるものとしたが、異なる要求回転数Ｎｅｔａｇ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、後進走行する際に、モータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングしてエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させるときと、エンジン２２の運転によってエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させるときとで、同一の上昇レートＲｕｐを用いるものとしたが、異なる上昇レートＲｕｐ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、後進走行する際において、エンジン２２の運転によってエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させる条件として，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗｒｅｆ未満である第１条件を用いるものとした。しかし、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが上述の閾値Ｓｌｏ以下の閾値Ｓｒｅｆ未満である第２条件を用いるものとしてもよいし、バッテリ５０の電池温度Ｔｂが上述の閾値Ｔｂｌｏ以下の閾値Ｔｂｒｅｆ未満である第３条件を用いるものとしてもよい。第２条件は、蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｌｏ未満のときに閾値Ｓｌｏ以上のときに比して小さくなるようにバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが設定されることに基づくものであり、第３条件は、バッテリ５０の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｌｏ未満のときに閾値Ｔｂｌｏ以上のときに比して小さくなるようにバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが設定されることに基づくものである。また、第１条件，第２条件，第３条件の２つ又は３つを組み合わせて用いるものとしてもよい。これらの場合、２つまたは３つの条件の少なくとも１つが成立するときに、エンジン２２の運転によってエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させるものとすればよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、後進走行する際に、要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満になったとき（要求トルクＴｒ＊の絶対値が閾値Ｔｒｅｆの絶対値よりも大きくなったとき）に、エンジン２２の回転数Ｎｅの上昇を開始するものとした。しかし、後進走行する際には、要求トルクＴｒ＊に拘わらず、エンジン２２の回転数Ｎｅの上昇を開始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、後進走行する際に、要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満になったときには、その後に、要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上になったときでも、目標回転数Ｎｅ＊に応じた、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングまたはエンジン２２の運転を継続するものとした。しかし、要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上になったときには、目標回転数Ｎｅ＊に応じた、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングまたはエンジン２２の運転を終了す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、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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. エンジンと、
   動力を入出力可能な第１モータと、
   車軸に連結された駆動軸と前記エンジンの出力軸と前記第１モータの回転軸とに３つの回転要素が共線図において前記駆動軸，前記出力軸，前記回転軸の順に並ぶように接続されたプラネタリギヤと、
   前記駆動軸に動力を入出力可能な第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可能なバッテリと、
   後進走行時には、燃料噴射を行なっていない前記エンジンが前記第１モータによってモータリングされて前記エンジンの回転数が上昇するように前記第１モータ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、
   前記制御手段は、後進走行時に前記バッテリの蓄電割合，温度，最大許容出力の少なくとも１つが閾値未満のときには、前記エンジンの運転によって前記エンジンの回転数が上昇するように前記エンジンを制御する手段であり、
   更に、前記制御手段は、前記後進走行時に、前記第１モータによって前記エンジンをモータリングするときと、前記エンジンを運転するときと、で前記エンジンの回転数が同一の要求回転数まで上昇するように制御する手段である、
   ハイブリッド自動車。
   

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