JP6443229B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関し、特に、４軸式の動力分割合成機構を搭載したハイブリッド車両の制御装置に関する。

２つのモータジェネレータの回転軸と、エンジンの出力軸と、駆動輪に動力を伝達する駆動軸とが、それぞれ異なる４つの回転要素に接続された４軸式の動力分割合成機構を搭載したハイブリッド車両が知られている。

特許文献１では、エンジンの回転変動をゼロに保持し、２つのモータジェネレータを駆動して走行させるモータ走行が提案されている。

また、特許文献２では、モータ走行時に、２つのモータジェネレータのうち一方のモータジェネレータへの通電を遮断することで消費電力を低減させることが提案されている。

特開２００５−８１９３１号公報 特開２００７−３２５４７４号公報

特許文献１に記載のような４軸式の動力分割合成機構を搭載したハイブリッド車両においても、エンジンを停止させて走行するモータ走行時には、特許文献２に記載のように、一方のモータジェネレータへの通電を遮断することで消費電力を低減させることができる。

しかしながら、モータ走行時において、一方のモータジェネレータへの通電を遮断してモータジェネレータのトルクがゼロになると、目標駆動トルクと他方のモータジェネレータのトルクとが決定され他方のモータジェネレータが駆動されると、エンジンの出力軸にトルクがかかるためエンジンが回転してしまい、エンジン回転が共振域にとどまった場合、車両振動につながり、乗員に違和感を与える可能性がある。

特許文献１に記載のものにおいては、エンジンの出力軸と、動力分割合成機構の回転要素との間にブレーキ機構を備えているため、一方のモータジェネレータへの通電を遮断した場合であってもエンジンの出力軸が回転することを防止することができるが、ブレーキ機構を備えるため構造が複雑となる。

そこで、本発明は、ブレーキ機構を備えなくても、モータ走行中に消費電力を低減しつつ、エンジンが回転すること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を目的としている。

上記課題を解決するハイブリッド車両の制御装置の発明の一態様は、サンギアが第１電動機のロータ軸に連結された第１遊星歯車機構と、リングギアが第２電動機のロータ軸に連結された第２遊星歯車機構とを有し、第１遊星歯車機構のリングギアが第２遊星歯車機構のプラネタリギアにプラネタリキャリアを介して第１電動機のロータ軸周りに公転可能に連結され、第１遊星歯車機構のプラネタリキャリアと第２遊星歯車機構のサンギアとが内燃機関の出力軸に一体回転可能に連結され、第１遊星歯車機構のリングギアが出力伝達機構を介して駆動軸を回転させるように形成された動力分割合成機構と、内燃機関の出力軸の回転を一方向に固定する固定機構と、を備えたハイブリッド車両の制御装置において、内燃機関を停止させて第１電動機及び第２電動機を駆動させて走行するモータ走行時において、ハイブリッド車両が前進中であり、かつ、アクセル開度と車速に基づいて設定される目標駆動トルクが所定値未満である場合、第１電動機を駆動して力行トルクを出力し、第２電動機を駆動して回生トルクを出力し、ハイブリッド車両が前進中であり、かつ、目標駆動トルクが所定値以上である場合、第１電動機への通電を遮断し第２電動機を駆動して力行トルクを出力する制御部を備え、制御部は、第２遊星歯車機構のサンギア歯数とリングギア歯数との比と、内燃機関の回転を抑制する方向に働く内燃機関のフリクショントルクとにより所定値を算出するものである。

このように本発明の一態様によれば、ブレーキ機構を備えなくても、モータ走行中に消費電力を低減しつつ、エンジンが回転することを防止することができる。

図１は、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示す図であり、その概念ブロック図である。 図２は、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示す図であり、その目標駆動トルクを算出するマップを示す図である。 図３は、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示す図であり、そのモータ走行時の前進中かつ加速走行中のエンジン、駆動軸、第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータの各回転速度の関係を示す共線図である。 図４は、従来のハイブリッド車両の制御装置のモータ走行時の前進中かつ減速走行中のエンジン、駆動軸、第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータの各回転速度の関係を示す共線図である。 図５は、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示す図であり、そのモータ走行時の前進中かつ減速走行中のエンジン、駆動軸、第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータの各回転速度の関係を示す共線図である。 図６は、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示す図であり、そのモータ走行時の後退中かつ減速走行中のエンジン、駆動軸、第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータの各回転速度の関係を示す共線図である。 図７は、従来のハイブリッド車両の制御装置のモータ走行時の後退中かつ加速走行中のエンジン、駆動軸、第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータの各回転速度の関係を示す共線図である。 図８は、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示す図であり、そのモータ走行時の後退中かつ加速走行中のエンジン、駆動軸、第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータの各回転速度の関係を示す共線図である。 図９は、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示す図であり、その前進時のモータ走行制御処理を説明するフローチャートである。 図１０は、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示す図であり、その後退時のモータ走行制御処理を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１において、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搭載した車両１００は、駆動機構１と、制御部としてのハイブリッドＥＣＵ（Electronic Control Unit）３２と、エンジンＥＣＵ３３と、モータＥＣＵ３４とを含んで構成される。

駆動機構１は、内燃機関としてのエンジン２と、エンジン２の出力軸３と、電力から駆動力を生成するとともに駆動されることにより電力を生成する第１電動機としての第１モータジェネレータ４及び第２電動機としての第２モータジェネレータ５と、車両１００の駆動輪６に動力を伝達可能に接続された駆動軸７と、動力分割合成機構１０を構成する第１遊星歯車機構８及び第２遊星歯車機構９とを含んで構成される。

エンジン２は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行なう４サイクルのエンジンによって構成されている。エンジン２の出力軸３は、第１遊星歯車機構８と第２遊星歯車機構９とに連結されている。

出力軸３には、固定機構としてのワンウェイクラッチ４０が設けられており、ワンウェイクラッチ４０は、第１遊星歯車機構８及び第２遊星歯車機構９からエンジン２の出力軸３に逆回転のトルクがかかった場合に、この逆回転のトルクをエンジン２に伝達させないように構成されている。

第１モータジェネレータ４は、第１遊星歯車機構８に連結された回転軸としてのロータ軸１３と、ロータ１４と、ステータ１５とを有している。ロータ１４には、複数の永久磁石が埋め込まれている。ステータ１５は、ステータコア及びステータコアに巻き掛けられた三相コイルを有している。ステータ１５の三相コイルは、第１インバータ１９に接続されている。

このように構成された第１モータジェネレータ４において、ステータ１５の三相コイルに三相交流電力が供給されると、ステータ１５によって回転磁界が形成され、この回転磁界にロータ１４に埋め込まれた永久磁石が引かれることにより、ロータ１４がロータ軸１３周りに回転駆動される。すなわち、第１モータジェネレータ４は、電動機として機能し、車両１００を駆動する駆動力を生成する。

また、ロータ１４がロータ軸１３周りに回転すると、ロータ１４に埋め込まれた永久磁石によって回転磁界が形成され、この回転磁界によりステータ１５の三相コイルに誘導電流が流れることにより、三相コイルの両端に電力が発生する。すなわち、第１モータジェネレータ４は、発電機としても機能し、バッテリ２１を充電する電力を生成する。

第１インバータ１９は、バッテリ２１から供給される直流電力を三相交流電力に変換して第１モータジェネレータ４に供給する。第１インバータ１９は、モータＥＣＵ３４から入力される制御信号によって第１モータジェネレータ４に供給する三相交流電力を変化させるようになっている。また、第１インバータ１９は、第１モータジェネレータ４が発電した三相交流電力を直流電力に変換してバッテリ２１を充電する。

第２モータジェネレータ５は、第２遊星歯車機構９に連結された回転軸としてのロータ軸１６と、ロータ１７と、ステータ１８とを有している。ロータ１７には、複数の永久磁石が埋め込まれている。ステータ１８は、ステータコア及びステータコアに巻き掛けられた三相コイルを有している。ステータ１８の三相コイルは、第２インバータ２０に接続されている。

このように構成された第２モータジェネレータ５において、ステータ１８の三相コイルに三相交流電力が供給されると、ステータ１８によって回転磁界が形成され、この回転磁界にロータ１７に埋め込まれた永久磁石が引かれることにより、ロータ１７がロータ軸１６周りに回転駆動される。すなわち、第２モータジェネレータ５は、電動機として機能し、車両１００を駆動する駆動力を生成する。

また、ロータ１７がロータ軸１６周りに回転すると、ロータ１７に埋め込まれた永久磁石によって回転磁界が形成され、この回転磁界によりステータ１８の三相コイルに誘導電流が流れることにより、三相コイルの両端に電力が発生する。すなわち、第２モータジェネレータ５は、発電機としても機能し、バッテリ２１を充電する電力を生成する。

第２インバータ２０は、バッテリ２１から供給される直流電力を三相交流電力に変換して第２モータジェネレータ５に供給する。第２インバータ２０は、モータＥＣＵ３４から入力される制御信号によって第２モータジェネレータ５に供給する三相交流電力を変化させるようになっている。また、第２インバータ２０は、第２モータジェネレータ５が発電した三相交流電力を直流電力に変換してバッテリ２１を充電する。

第１遊星歯車機構８は、サンギア２２と、サンギア２２に噛み合う複数のプラネタリギア２３と、複数のプラネタリギア２３に噛み合うリングギア２５とを有し、プラネタリギア２３を自転可能に支持するプラネタリキャリア２４が設けられている。

第２遊星歯車機構９は、サンギア２６と、サンギア２６に噛み合う複数のプラネタリギア２７と、複数のプラネタリギア２７に噛み合うリングギア２９とを有し、プラネタリギア２７を自転可能に支持するプラネタリキャリア２８が設けられている。

第１遊星歯車機構８のサンギア２２は、第１モータジェネレータ４のロータ１４と一体に回転するように、ロータ軸１３に連結されている。第１遊星歯車機構８のプラネタリキャリア２４と、第２遊星歯車機構９のサンギア２６とは、エンジン２の出力軸３に一体回転可能に連結されている。

第１遊星歯車機構８のリングギア２５は、第２遊星歯車機構９のプラネタリギア２７にプラネタリキャリア２８を介してロータ軸１３周りに公転可能に連結されている。また、第１遊星歯車機構８のリングギア２５は、図示しないデファレンシャルギア及びその他のギアを含む出力伝達機構３１を介して駆動軸７を回転させるように形成されている。

第２遊星歯車機構９のリングギア２９は、第２モータジェネレータ５のロータ１７と一体に回転するようにロータ軸１６に連結されている。このように、動力分割合成機構１０は、エンジン２の出力軸３と、第１モータジェネレータ４のロータ軸１３と、第２モータジェネレータ５のロータ軸１６と、駆動軸７とが連結された歯車機構を構成する。

したがって、動力分割合成機構１０は、エンジン２と、第１モータジェネレータ４と、第２モータジェネレータ５と、駆動軸７との間で駆動力を授受させるようになっている。例えば、動力分割合成機構１０は、エンジン２と、第１モータジェネレータ４と、第２モータジェネレータ５とによって生成された動力を駆動軸７に伝達するようになっている。

ハイブリッドＥＣＵ３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

ハイブリッドＥＣＵ３２のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをハイブリッドＥＣＵ３２として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ハイブリッドＥＣＵ３２として機能する。ハイブリッドＥＣＵ３２は、エンジンＥＣＵ３３及びモータＥＣＵ３４に接続され、これら各ＥＣＵと相互にデータのやりとりを行なう。

ハイブリッドＥＣＵ３２の入力ポートには、アクセル開度センサ４１、シフトポジションセンサ４２、車速センサ４３、バッテリ状態検出センサ４４、駆動部状態検出センサ４５を含む各種センサ類が接続されている。

アクセル開度センサ４１は、運転者による図示しないアクセルペダルの踏み込み量をアクセル開度として検出する。シフトポジションセンサ４２は、運転者によるシフトレバーの操作により選択されたシフト位置を検出する。シフト位置は、例えば、前進、後進、停車のいずれかが選択される。

車速センサ４３は、例えば、駆動軸７の回転速度から車速を検出する。車速センサ４３は、車両１００が前進方向に進んでいる場合は正の車速を出力し、車両が後進方向に進んでいる場合は負の車速を出力する。

バッテリ状態検出センサ４４は、バッテリ２１の充放電電流、電圧及びバッテリ温度を検出する。ハイブリッドＥＣＵ３２は、バッテリ状態検出センサ４４から入力される充放電電流の値、電圧の値及びバッテリ温度の値に基づき、バッテリ２１の残容量などを検出する。

バッテリ状態検出センサ４４は、例えば、バッテリ２１の充放電電流を検出する電流センサに、電圧を検出する電圧センサ及びバッテリ温度を検出するバッテリ温度センサを付設した構成を用いることができる。なお、電流センサと電圧センサとバッテリ温度センサとを別に設けてもよい。

駆動部状態検出センサ４５は、エンジン２や第１モータジェネレータ４、第２モータジェネレータ５の回転速度や出力トルクを検出する。

エンジンＥＣＵ３３は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、ＲＯＭと、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

エンジンＥＣＵ３３のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをエンジンＥＣＵ３３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、エンジンＥＣＵ３３として機能する。また、エンジンＥＣＵ３３は、ハイブリッドＥＣＵ３２に接続され、相互にデータのやりとりを行なう。

エンジンＥＣＵ３３は、ハイブリッドＥＣＵ３２からのトルク指令信号により、エンジン２の出力トルクがトルク指令信号に設定されたトルク指令値になるようにエンジン２を制御する。エンジンＥＣＵ３３は、不図示のインジェクタやスロットルバルブを制御することにより燃料噴射量や吸入空気量を制御させて、エンジン２の出力トルクを制御する。

モータＥＣＵ３４は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、ＲＯＭと、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

モータＥＣＵ３４のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをモータＥＣＵ３４として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、モータＥＣＵ３４として機能する。

また、モータＥＣＵ３４の出力ポートには、第１インバータ１９と第２インバータ２０とが接続されている。第１インバータ１９及び第２インバータ２０には、バッテリ２１が接続されている。また、モータＥＣＵ３４は、ハイブリッドＥＣＵ３２に接続され、相互にデータのやりとりを行なう。

モータＥＣＵ３４は、ハイブリッドＥＣＵ３２からのトルク指令信号により、第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５のそれぞれの出力トルクがトルク指令信号に設定されたそれぞれのトルク指令値になるように第１インバータ１９及び第２インバータ２０を制御する。モータＥＣＵ３４は、第１インバータ１９及び第２インバータ２０を制御することにより第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５へ供給される三相交流電力を制御し、第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５の出力トルクを制御する。

このような車両１００において、ハイブリッドＥＣＵ３２は、アクセル開度センサ４１により検出されたアクセル開度と、シフトポジションセンサ４２により検出されたシフト位置と、車速センサ４３により検出された車速などに基づいて目標駆動トルクを算出し、目標駆動トルクを駆動軸７に出力させるようにエンジン２、第１モータジェネレータ４、第２モータジェネレータ５を制御する。

ハイブリッドＥＣＵ３２は、例えば、アクセル開度と、シフト位置と、車速と、により目標駆動トルクが決まるマップにより目標駆動トルクを決定する。ハイブリッドＥＣＵ３２は、図２に示すようなマップに基づいて目標駆動トルクを決定する。目標駆動トルクを決めるマップは、予め実験等により求められ、ハイブリッドＥＣＵ３２のＲＯＭに記憶されている。なお、図２において、目標駆動トルクは、車両１００が前進中であっても後退中であっても、進行方向に加わるトルクを正のトルクとしている。

また、ハイブリッドＥＣＵ３２は、バッテリ状態検出センサ４４の検出結果により求められたバッテリ２１の残容量が所定容量値より低い場合は、エンジン２の燃料噴射を行なわせてエンジン２を駆動させる。一方、ハイブリッドＥＣＵ３２は、バッテリ２１の残容量が所定容量値以上の場合は、エンジン２の燃料噴射を停止させ、第１モータジェネレータ４への通電を遮断させ、第２モータジェネレータ５により車両１００を駆動させるモータ走行を行なう。

図３は、モータ走行時の前進中かつ加速走行中の共線図である。図３の共線図において、各縦軸は、図中、左から第１モータジェネレータ４のロータ軸１３の回転速度、エンジン２の出力軸３の回転速度すなわちエンジン回転速度、駆動軸７の回転速度、第２モータジェネレータ５のロータ軸１６の回転速度をそれぞれ表している。

なお、共線図上では、第１モータジェネレータ４や第２モータジェネレータ５、駆動軸７の回転速度は、エンジン２の回転方向と同じ向きの回転を正としている。また、トルクの方向と大きさを矢印で示している。トルクは、第１遊星歯車機構８及び第２遊星歯車機構９の回転要素を正の回転方向へ回転させる向きを正のトルクとしている。

また、図３の共線図において、横軸における各軸間の距離比は、第１遊星歯車機構８及び第２遊星歯車機構９の各ギアの歯数の比により定まる。ここで、Ｋ１は、第１遊星歯車機構８のリングギア歯数Zr1とサンギア歯数Zs1の比、Zr1/Zs1である。Ｋ２は、第２遊星歯車機構９のサンギア歯数Zs2とリングギア歯数Zr2の比、Zs2/Zr2である。

モータ走行時の前進中かつ加速走行中において、ハイブリッドＥＣＵ３２は、駆動軸７に目標駆動トルクを出力させるよう、第２モータジェネレータ５に力行トルクを出力させる。

このとき、図３に示すように、第１モータジェネレータ４にはトルクが発生せず空転し、エンジン２と第２モータジェネレータ５のトルクには、以下の式（１）が成立するため、エンジン２は逆回転方向にトルクを受ける。
Ｔｍｇ２×Ｋ２＝Ｔｅｇ×１...（１）

ここで、Ｔｍｇ２は、第２モータジェネレータから動力分割合成機構１０の回転要素に出力されるトルクであり、正回転方向を正とする。また、Ｔｅｇは、動力分割合成機構１０の回転要素からエンジン２に出力されるトルクであり、逆回転方向を正とする。

第２モータジェネレータ５は、力行トルク、すなわち、正回転方向にトルクを出力しており、図３の共線図及び式（１）から、動力分割合成機構１０の回転要素からエンジン２に出力されるトルクは正の方向（逆回転方向）のトルクであることが分かる。

これは、動力分割合成機構１０の回転要素がエンジン２を逆回転させる方向にトルクを出力する状態であるが、本実施形態では、エンジン２の出力軸３が正回転方向のみに回転するようにワンウェイクラッチ４０が接続されているため、エンジン２は逆回転することはない。

図４は、モータ走行時の前進中かつ減速走行中の共線図である。減速走行中は、アクセル開度が減少し、目標駆動トルクが減少して負の値となる。ハイブリッドＥＣＵ３２は、駆動軸７に目標駆動トルクを出力させるよう、第２モータジェネレータ５に回生トルクを出力させる。

このとき、図４に示すように、第１モータジェネレータ４にはトルクが発生せず空転し、エンジン２と第２モータジェネレータ５のトルクには、上述の式（１）が成立するため、エンジン２は負の方向（正回転方向）にトルクを受ける。

第２モータジェネレータ５は、回生トルク、すなわち、逆回転方向にトルクを出力しており、Ｔｍｇ２は負の値である。このため、図３の共線図及び式（１）から、Ｔｅｇも負であることが分かる。Ｔｅｇは、エンジン２が逆回転する方向に受けるトルクを正と定義しているため、動力分割合成機構１０の回転要素からエンジン２に出力されるトルクは正回転方向のトルクである。

ワンウェイクラッチ４０は、エンジン２が正回転方向にのみ回転するように回転方向を固定する機構であるため、エンジン２はトルクを受け、エンジンフリクショントルクを超えるトルクを受けると正回転してしまう。

本実施形態において、ハイブリッドＥＣＵ３２は、前進中で目標駆動トルクがゼロ未満、すなわち減速走行を行なう場合、以下の式（２）及び（３）を満たす目標ＭＧ１トルクを第１モータジェネレータ４のトルク指令値として、第１モータジェネレータ４にトルクを出力させる。
目標駆動トルク＝−目標ＭＧ１トルク×Ｋ１＋目標ＭＧ２トルク×（１＋Ｋ２）...（２）
目標ＭＧ１トルク×（Ｋ１＋１）＝目標ＭＧ２トルク×Ｋ２...（３）
ここで、目標ＭＧ１トルク及び目標ＭＧ２トルクは、目標駆動トルクを駆動軸７に出力させるために第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５に出力させるトルクである。

図５は、本実施形態の制御を適用したモータ走行時の前進中かつ減速走行中を示す共線図である。上述の式（２）及び（３）を満たすように第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５からトルクが出力され、以下の式（４）のような駆動軸７まわりのトルク釣り合いが成立する。
Ｔｍｇ１×（Ｋ１＋１）＋Ｔｅｇ＝Ｔｍｇ２×Ｋ２...（４）

ここで、Ｔｍｇ１は、第１モータジェネレータ４から動力分割合成機構１０の回転要素に出力されるトルクであり、正回転方向を正とする。

Ｔｅｇは、逆回転方向を正としているため、トルク釣り合い式である式（４）においてＴｅｇ≧０となる場合、動力分割合成機構１０の回転要素からエンジン２に正回転方向のトルクが出力されることはなく、エンジン２が回転することを防止することができる。

式（４）を変形すると、以下の式（５）を導き出せる。
−Ｔｍｇ１×（Ｋ１＋１）＋Ｔｍｇ２×Ｋ２＝Ｔｅｇ≧０...（５）
式（５）を満たすようにＴｍｇ１及びＴｍｇ２（いずれも正回転方向を正とする）であればよく、以下の式（６）を満たせばよい。
Ｔｍｇ１≦Ｔｍｇ２×Ｋ２／（Ｋ１＋１）...（６）

減速走行時は、Ｔｍｇ２は負であるため式（６）を満たすにはＴｍｇ１は負となる。すなわち、第１モータジェネレータ４は力行トルク（第１モータジェネレータ４は逆回転中であり、負のトルクを出力＝力行トルク）を出力し、第１モータジェネレータ４の力行トルクが大きいほど動力分割合成機構１０の回転要素からエンジン２に逆回転方向にかかるトルクは大きくなるが、ワンウェイクラッチ４０によってエンジン２の回転が防止される。

ここで、第１インバータ１９の通電を遮断して第１モータジェネレータ４の出力トルクをゼロにする場合、Ｔｍｇ１＝０を代入して式（６）を満たすときエンジン２の回転が防止される。すなわち、Ｔｍｇ２がゼロ以上である（力行トルクを出力している、または、力行及び回生トルクを出力しない）場合は、第１インバータ１９の通電を遮断してもエンジン２の回転を防止できることとなる。

図６は、モータ走行時の後退中かつ減速走行中の共線図である。減速走行中は、アクセル開度が減少し、目標駆動トルクが減少して負の値となる。ハイブリッドＥＣＵ３２は、駆動軸７に目標駆動トルクを出力させるよう、第２モータジェネレータ５に回生トルクを出力させる。

このとき、図６に示すように、第１モータジェネレータ４にはトルクが発生せず空転し、エンジン２と第２モータジェネレータ５のトルクには、上述の式（１）が成立するため、エンジン２は逆回転方向にトルクを受ける。ここで、上述の前進中の場合、Ｔｍｇ２は、正回転方向つまり力行方向のトルクを正としたが、後退の場合は、共線図による説明の都合上、逆回転方向つまり回生方向のトルクを正とすることで前進の場合と同様に式（１）が満たされる。

式（１）において、後退中かつ減速走行中の場合、第２モータジェネレータ５は回生トルクを出力するため、定義よりＴｍｇ２は正の値となる。したがって、式（１）からＴｅｇも正の値となり、エンジン２は、動力分割合成機構１０の回転要素から逆回転方向のトルクを受けるが、ワンウェイクラッチ４０によってエンジン２が逆回転することはない。

図７は、モータ走行時の後退中かつ加速走行中の共線図である。加速走行中は、アクセル開度が増加し、目標駆動トルクが増加して正の値となる。ハイブリッドＥＣＵ３２は、駆動軸７に目標駆動トルクを出力させるよう、第２モータジェネレータ５に力行トルクを出力させる。

このとき、図７に示すように、第１モータジェネレータ４にはトルクが発生せず空転し、エンジン２と第２モータジェネレータ５のトルクには、上述の後退中かつ減速走行中と同様、上述の式（１）が成立するため、エンジン２は正回転方向にトルクを受ける。Ｔｍｇ２は、後退中には逆回転（回生）方向のトルクを正としており、この場合Ｔｍｇ２は負の値となるため、Ｔｅｇも負の値となる。Ｔｅｇは、エンジン２が逆回転する方向に受けるトルクを正と定義しているため、この場合エンジン２は、エンジン２が正回転する方向にトルクを受ける状態となる。

すなわち、前進中かつ減速走行中と同様に、ワンウェイクラッチ４０によってエンジン２の回転が固定されず、エンジン２は、エンジンフリクショントルクを超えるトルクを受けると正回転してしまう。

ここで、第１モータジェネレータ４の出力トルクをゼロにする場合、Ｔｍｇ１＝０を代入して式（６）を満たすときエンジン２の回転が防止される。すなわち、Ｔｍｇ２がゼロ以上であることだが、後退中では、Ｔｍｇ２を回生方向のトルクを正としているため、第２モータジェネレータ５が回生トルクを出力している、または、力行及び回生トルクを出力しないことが条件となり、これは車両１００が減速時または定速走行時ということであり、前進中と制御条件が逆となる。

目標駆動トルクは、前進中、後退中ともに進行方向と同方向にはたらく（つまり、力行トルク）を正と定義しているため、後退中は、式（２）とは目標駆動トルクと目標ＭＧ１トルク及び目標ＭＧ２トルクの正負関係が入れ替わり、以下の式（２）'のようになる。
目標駆動トルク＝目標ＭＧ１トルク×Ｋ１−目標ＭＧ２トルク×（１＋Ｋ２）...（２）'

第１モータジェネレータ４の出力トルクをゼロにする場合、目標ＭＧ２トルクは、−目標駆動トルク／（１＋Ｋ２）となるため、第１インバータ１９の通電を遮断して第１モータジェネレータ４をオフにしてもエンジン２が回転しないＴｍｇ２の条件はＴｍｇ２がゼロ以上であることなので、目標駆動トルクはゼロ以下の時であることが確認できる。

本実施形態において、ハイブリッドＥＣＵ３２は、後退中で目標駆動トルクがゼロより大きい、すなわち加速走行を行なう場合、上述の式（２）'及び（３）を満たす目標ＭＧ１トルクを第１モータジェネレータ４のトルク指令値として、第１モータジェネレータ４にトルクを出力させる。

図８は、本実施形態の制御を適用したモータ走行時の後退中かつ加速走行中を示す共線図である。上述の式（２）'及び（３）を満たすように第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５からトルクが出力される。

後退中の加速走行中は、Ｔｍｇ２は負であるため式（６）を満たすにはＴｍｇ１は負となる。すなわち、第１モータジェネレータ４は回生トルク（第１モータジェネレータ４は正回転中であり、負のトルクを出力＝回生トルク）を出力し、第１モータジェネレータ４の回生トルクが大きいほど動力分割合成機構１０の回転要素からエンジン２に逆回転方向にかかるトルクは大きくなるが、ワンウェイクラッチ４０によってエンジン２の回転が防止される。

なお、以上の説明では、エンジンフリクションを考慮しない場合を示したが、エンジンフリクションを考慮した場合、エンジンフリクショントルク（エンジン２の回転を抑制する方向にはたらくトルク）をＴｅｆとすると、前進中の場合、上述の式（５）のＴｅｇにＴｅｇ−Ｔｅｆを代入するため、上述の式（６）は以下の式（６）'のようになる。
Ｔｍｇ１≦（Ｔｍｇ２×Ｋ２＋Ｔｅｆ）／（Ｋ１＋１）...（６）'

式（６）'より、前進中の減速走行中（Ｔｍｇ２＜０）においては、Ｔｍｇ１はエンジンフリクショントルクを考慮しない場合よりもエンジンフリクショントルク分だけ大きく（負のトルクが小さく）なってもエンジン２が回転することを防ぐことができる。

つまり、エンジンフリクションを考慮すると、前進中の減速走行中（Ｔｍｇ２＜０）である場合、必ずしも第１モータジェネレータ４が負のトルクを出力しなければならないということはない。

すなわち、第１モータジェネレータ４への通電を遮断して第２モータジェネレータ５のみで目標駆動トルクを満たす回生トルクを出力した場合において、上述の式（５）のＴｍｇ１にゼロ、ＴｅｇにＴｅｇ−Ｔｅｆを代入した以下の式（５）'を満たすＴｍｇ２であれば、減速走行時において第１モータジェネレータ４への通電を遮断してもエンジン２が回転することを防止することができる。
Ｔｍｇ２×Ｋ２＋Ｔｅｆ＝Ｔｅｇ≧０...（５）'
すなわち、第１モータジェネレータ４への通電を遮断してもエンジン２が回転することのないＴｍｇ２の下限値は式（５）'より−Ｔｅｆ／Ｋ２である。

エンジンフリクションを考慮した場合、ハイブリッドＥＣＵ３２は、車両１００の前進中において、Ｔｍｇ２が−Ｔｅｆ／Ｋ２以下であれば、第１モータジェネレータ４への通電を遮断し、Ｔｍｇ２が−Ｔｅｆ／Ｋ２より大きければ第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５の両方を駆動させる。

また、上述の式（２）より、Ｔｍｇ２の条件を目標駆動トルクに変換すると、目標駆動トルクが−（１＋Ｋ２）Ｔｅｆ／Ｋ２以上であれば、第１モータジェネレータ４への通電を遮断してもエンジン２が回転することはなく、目標駆動トルクが−（１＋Ｋ２）Ｔｅｆ／Ｋ２より小さい場合は、第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５の両方を駆動することで、エンジン２の回転を防ぐことができる。

一方、後退中の場合、上述の式（６）'のＴｍｇ１にゼロを代入した式を満たすＴｍｇ２が、第１モータジェネレータ４への通電を遮断してもエンジン２が回転しない条件である。上述の式（５）'より、Ｔｍｇ２が−Ｔｅｇ／Ｋ２以上である場合には、第１モータジェネレータ４への通電を遮断してもエンジン２が回転することを防止することができる。

エンジンフリクションを考慮した場合、ハイブリッドＥＣＵ３２は、車両１００の後退中において、Ｔｍｇ２が−Ｔｅｇ／Ｋ２以上であれば、第１モータジェネレータ４への通電を遮断し、Ｔｍｇ２が−Ｔｅｆ／Ｋ２未満であれば第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５の両方を駆動させる。

また、上述の式（２）'より、Ｔｍｇ２の条件を目標駆動トルクに変換すると、目標駆動トルクがＴｅｆ×（１＋Ｋ２）／Ｋ２以下であれば、第１モータジェネレータ４への通電を遮断してもエンジン２が回転することはなく、目標駆動トルクがＴｅｆ×（１＋Ｋ２）／Ｋ２より大きい場合は、第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５の両方を駆動させることで、エンジン２の回転を防ぐことができる。

以上のように構成された本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置による前進時のモータ走行制御処理について、図９を参照して説明する。なお、以下に説明する前進時のモータ走行制御処理は、モータ走行に移行し前進走行時に開始され、予め設定された時間間隔で実行され、モータ走行の前進走行が終了すると実行が停止される。

まず、ハイブリッドＥＣＵ３２は、目標駆動トルクが所定値より小さいか否かを判定する（ステップＳ１１）。ここで、所定値は、例えば、エンジンフリクションを考慮していない場合はゼロでよく、エンジンフリクションを考慮する場合は−（１＋Ｋ２）Ｔｅｆ／Ｋ２とするとよい。

目標駆動トルクが所定値より小さいと判定した場合、ハイブリッドＥＣＵ３２は、上述の式（２）及び（３）を満たすように第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５を駆動して目標駆動トルクを駆動軸７に出力させる（ステップＳ１２）。

一方、目標駆動トルクが所定値より小さくないと判定した場合、ハイブリッドＥＣＵ３２は、第１モータジェネレータ４への通電を遮断して、第２モータジェネレータ５のみを駆動して目標駆動トルクを駆動軸７に出力させる（ステップＳ１３）。

次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置による後退時のモータ走行制御処理について、図１０を参照して説明する。なお、以下に説明する後退時のモータ走行制御処理は、モータ走行に移行し後退走行時に開始され、予め設定された時間間隔で実行され、モータ走行の後退走行が終了すると実行が停止される。

まず、ハイブリッドＥＣＵ３２は、目標駆動トルクが所定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ２１）。ここで、所定値は、例えば、エンジンフリクションを考慮していない場合はゼロでよく、エンジンフリクションを考慮する場合はＴｅｆ×（１＋Ｋ２）／Ｋ２とするとよい。

目標駆動トルクが所定値より大きいと判定した場合、ハイブリッドＥＣＵ３２は、上述の式（２）'及び（３）を満たすように第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５を駆動して目標駆動トルクを駆動軸７に出力させる（ステップＳ２２）。

一方、目標駆動トルクが所定値より大きくないと判定した場合、ハイブリッドＥＣＵ３２は、第１モータジェネレータ４への通電を遮断して、第２モータジェネレータ５のみを駆動して目標駆動トルクを駆動軸７に出力させる（ステップＳ２３）。

なお、図９、図１０のフローチャートの所定値は、第１モータジェネレータ４の通電を遮断してもエンジンが正回転することのない目標駆動トルクの値であれば一定の効果を得ることができる。

したがって、エンジンフリクションを考慮せず、簡易的に所定値をゼロとして、前進走行の加速及び定速走行時、または、後退走行の減速及び定速走行時には第１モータジェネレータ４の通電を遮断し、前進走行の減速走行時、または、後退走行の加速走行時には第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５のトルクを制御してエンジン２が正回転することを防止するようにしてもよい。

また、所定値を正の値として、エンジン２が正回転するか否かの境目である閾値にヒステリシスを持たせ、エンジン２が正回転することを防止する確実性を向上させるようにしても、効果の度合は低減するが、ある程度の消費電力の削減効果を得ることができる。

また、目標駆動トルクに基づいて第１モータジェネレータ４の通電を遮断するか否かを判定したが、目標ＭＧ２トルクがゼロ未満である場合には第１モータジェネレータ４の通電を遮断し、目標ＭＧ２トルクがゼロ以上である場合には第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５のトルクを制御するようにしてもよい。

このように、上述の実施形態では、エンジン２の出力軸３の回転を一方向に固定するワンウェイクラッチ４０と、エンジン２を停止させて第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５を駆動させて走行するモータ走行時において、車両１００が前進中であり、かつ、アクセル開度と車速に基づいて設定される目標駆動トルクが所定値未満である場合、第１モータジェネレータ４を駆動して力行トルクを出力させ、車両１００が前進中であり、かつ、目標駆動トルクが所定値以上である場合、第１モータジェネレータ４への通電を遮断するハイブリッドＥＣＵ３２と、を備える。

これにより、車両１００の前進中において、目標駆動トルクが所定値未満である場合、第１モータジェネレータ４に力行トルクを出力させることでエンジン２の回転が防止され、目標駆動トルクが所定値以上である場合、ワンウェイクラッチ４０によってエンジンの回転が防止される。このため、ブレーキ機構を備えなくても、モータ走行中に消費電力を低減しつつ、エンジン２が回転することを防止することができる。したがって、エンジン２が共振域で回転せず、車両振動を抑制することができる。

また、エンジン２の出力軸３の回転を一方向に固定するワンウェイクラッチ４０と、エンジン２を停止させて第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５を駆動させて走行するモータ走行時において、車両１００が後退中であり、かつ、アクセル開度と車速に基づいて設定される目標駆動トルクが所定値より大きい場合、第１モータジェネレータ４を駆動して回生トルクを出力させ、車両１００が後退中であり、かつ、目標駆動トルクが所定値以下である場合、第１モータジェネレータ４への通電を遮断するハイブリッドＥＣＵ３２と、を備える。

これにより、車両１００の後退中において、目標駆動トルクが所定値より大きい場合、第１モータジェネレータ４に回生トルクを出力させることでエンジン２の回転が防止され、目標駆動トルクが所定値以下である場合、ワンウェイクラッチ４０によってエンジンの回転が防止される。このため、ブレーキ機構を備えなくても、モータ走行中に消費電力を低減しつつ、エンジン２が回転することを防止することができる。したがって、エンジン２が共振域で回転せず、車両振動を抑制することができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

２ エンジン（内燃機関）
３ 出力軸
４ 第１モータジェネレータ（第１電動機）
５ 第２モータジェネレータ（第２電動機）
７ 駆動軸
８ 第１遊星歯車機構
９ 第２遊星歯車機構
１０ 動力分割合成機構
１３ ロータ軸（回転軸）
１６ ロータ軸（回転軸）
１９ 第１インバータ
２０ 第２インバータ
２１ バッテリ
３２ ハイブリッドＥＣＵ（制御部）
４０ ワンウェイクラッチ（固定機構）
４１ アクセル開度センサ
４３ 車速センサ
４４ バッテリ状態検出センサ

Claims (2)

1. サンギアが第１電動機のロータ軸に連結された第１遊星歯車機構と、リングギアが第２電動機のロータ軸に連結された第２遊星歯車機構とを有し、前記第１遊星歯車機構のリングギアが前記第２遊星歯車機構のプラネタリギアにプラネタリキャリアを介して前記第１電動機のロータ軸周りに公転可能に連結され、前記第１遊星歯車機構のプラネタリキャリアと前記第２遊星歯車機構のサンギアとが内燃機関の出力軸に一体回転可能に連結され、前記第１遊星歯車機構のリングギアが出力伝達機構を介して駆動軸を回転させるように形成された動力分割合成機構と、
   前記内燃機関の出力軸の回転を一方向に固定する固定機構と、を備え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て前記第１電動機及び前記第２電動機を駆動させて走行するモータ走行時において、前記ハイブリッド車両が前進中であり、かつ、アクセル開度と車速に基づいて設定される目標駆動トルクが所定値未満である場合、前記第１電動機を駆動して力行トルクを出力し、前記第２電動機を駆動して回生トルクを出力し、前記ハイブリッド車両が前進中であり、かつ、前記目標駆動トルクが前記所定値以上である場合、前記第１電動機への通電を遮断し前記第２電動機を駆動して力行トルクを出力する制御部を備え、
   前記制御部は、前記第２遊星歯車機構のサンギア歯数とリングギア歯数との比と、前記内燃機関の回転を抑制する方向に働く内燃機関のフリクショントルクとにより前記所定値を算出することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. サンギアが第１電動機のロータ軸に連結された第１遊星歯車機構と、リングギアが第２電動機のロータ軸に連結された第２遊星歯車機構とを有し、前記第１遊星歯車機構のリングギアが前記第２遊星歯車機構のプラネタリギアにプラネタリキャリアを介して前記第１電動機のロータ軸周りに公転可能に連結され、前記第１遊星歯車機構のプラネタリキャリアと前記第２遊星歯車機構のサンギアとが内燃機関の出力軸に一体回転可能に連結され、前記第１遊星歯車機構のリングギアが出力伝達機構を介して駆動軸を回転させるように形成された動力分割合成機構と、
   前記内燃機関の出力軸の回転を一方向に固定する固定機構と、を備え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て前記第１電動機及び前記第２電動機を駆動させて走行するモータ走行時において、前記ハイブリッド車両が後退中であり、かつ、アクセル開度と車速に基づいて設定される目標駆動トルクが所定値以下である場合、前記第１電動機への通電を遮断し前記第２電動機を駆動させて回生トルクを出力し、前記ハイブリッド車両が後退中であり、かつ、前記目標駆動トルクが前記所定値より大きい場合、前記第１電動機を駆動させて回生トルクを出力し、前記第２電動機を駆動させて力行トルクを出力する制御部を備え、
   前記制御部は、前記第２遊星歯車機構のサンギア歯数とリングギア歯数との比と、前記内燃機関の回転を抑制する方向に働く内燃機関のフリクショントルクとにより前記所定値を算出することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

Images