JP6443353B2 - 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する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、遊星歯車のサンギヤに発電機モータを、キャリヤにエンジンを、リングギヤに駆動軸を接続し、駆動軸に推進モータを接続し、エンジンの逆回転（負回転）を禁止するワンウェイクラッチを備え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、エンジンの停止中に、最大加速が要求されていて、推進モータと発電モータとの推定合計トルクが推進モータとエンジンとの最大合計トルクよりも小さいときに、エンジンを始動する。

特開２００３−２０１８８０号公報

上述のハード構成のハイブリッド自動車では、エンジンを回転規制状態として推進モータからのトルクと発電機モータからのトルク（発電機モータを負回転させる方向のトルク）とによって走行するいわゆる両駆動を選択することができる。また、エンジンを始動する際には、発電機モータからのトルク（発電機モータを正回転させる方向のトルク）によってエンジンをクランキングして始動する。したがって、両駆動からエンジンを始動する際には、発電機モータからのトルクの向きが反転することから、発電機モータから出力されて駆動軸に作用するトルクの向きが反転し、駆動軸に出力されるトータルのトルクがある程度大きく減少する可能性がある。アクセルペダルの早踏みが行なわれたときに、こうした現象が生じると、運転者にもたつき感を感じさせやすくなる。

本発明のハイブリッド自動車は、アクセルペダルの早踏みが行なわれたときに、運転者にもたつき感を感じさせ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、
前記エンジンと前記第１モータ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第１モータ，前記エンジン，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、
前記エンジンの回転を規制可能な回転規制機構と、
第１走行モードのときよりも第２走行モードのときに同一のアクセル開度に対して大きくなるように前記駆動軸に要求される要求トルクを設定し、前記エンジンを回転状態として前記エンジンを運転しながら走行するハイブリッド走行または前記エンジンを回転規制状態として前記エンジンを運転せずに少なくとも前記第２モータからのトルクによって走行する電動走行によって、前記要求トルクを用いて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、
前記制御手段は、前記電動走行において、前記第２モータからのトルクだけによって走行する単駆動と前記第１モータおよび前記第２モータからのトルクによって走行する両駆動とのうち、前記要求トルクが前記単駆動で前記駆動軸に出力可能な最大トルク以下の選択閾値以下のときには、前記単駆動を選択し、前記要求トルクが前記選択閾値よりも大きいときには、前記両駆動を選択し、
更に、前記制御手段は、前記電動走行で前記要求トルクが始動閾値よりも大きくなったときには、前記第１モータからのトルクによって前記エンジンがクランキングされて始動されるように制御する、
ハイブリッド自動車であって、
前記アクセル開度の単位時間当たりの増加量であるアクセル操作速度が速度閾値よりも大きいときには、前記始動閾値に前記選択閾値以下の値を設定する始動閾値設定手段を備え、
前記速度閾値は、前記第２走行モードのときに、前記第１走行モードのときよりも小さくなるように定められている、
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、電動走行において、第２モータからのトルクだけによって走行する単駆動と第１モータおよび第２モータからのトルクによって走行する両駆動とのうち、要求トルクが単駆動で駆動軸に出力可能な最大トルク以下の選択閾値以下のときには、単駆動を選択し、要求トルクが選択閾値よりも大きいときには、両駆動を選択する。また、電動走行で要求トルクが始動閾値よりも大きくなったときには、第１モータからのトルクによってエンジンがクランキングされて始動されるように制御する。そして、アクセル開度の単位時間当たりの増加量であるアクセル操作速度が速度閾値よりも大きいとき（アクセルペダルの早踏みが行なわれたとき）には、始動閾値に選択閾値以下の値を設定する。したがって、現在が単駆動のときには、要求トルクが始動閾値よりも大きくなったときに、単駆動からエンジンを始動することになる。これにより、両駆動からエンジンを始動する際に比して、エンジンを始動する際の、駆動軸に出力されるトータルのトルクの減少を抑制することができる。この結果、アクセルペダルの早踏みが行なわれたときに、運転者にもたつき感を感じさせるのを抑制することができる。しかも、速度閾値は、第２走行モードのときに、第１走行モードのときよりも小さくなるように定められている。第１走行モードのときよりも第２走行モードのときに同一のアクセル開度に対して大きくなるように要求トルクを設定するから、或るトルクを駆動軸に出力する場合、第２走行モードのときには第１走行モードのときよりもアクセル開度が小さい。したがって、第２走行モードのときに、第１走行モードのときよりも速度閾値を小さくすることにより、速度閾値をより適切なものとすることができる。

ここで、「回転規制機構」は、エンジンの正回転を許容すると共にエンジンの負回転を規制（禁止）するワンウェイクラッチを用いるものとしてもよいし、エンジンを回転不能に固定すると共に回転自在に解放するブレーキを用いるものとしてもよい。

こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記始動閾値設定手段は、前記アクセル操作速度が前記速度閾値以下のときには、前記始動閾値に前記選択閾値よりも大きい値を設定するものとしてもよい。こうすれば、エンジンの始動を抑制することができる。

この場合、前記始動閾値設定手段は、前記アクセル操作速度が前記速度閾値以下のときには、前記始動閾値に、前記両駆動で前記駆動軸に出力可能な最大トルクよりも大きい値を設定するものとしてもよい。こうすれば、エンジンの始動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。 単駆動のときのプラネタリギヤ３０の共線図の一例を示す説明図である。 両駆動のときのプラネタリギヤ３０の共線図の一例を示す説明図である。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 実施例のＨＶＥＣＵ７０によって実行される始動判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 エンジン２２を始動する際のプラネタリギヤ３０の共線図の一例を示す説明図である。 単駆動最大トルクＴｐｍａｘ１，両駆動最大トルクＴｐｍａｘ２，単駆動と両駆動との選択閾値Ｔｐｒｅｆ，始動閾値Ｔｓｔ（値Ｔｓｔ１または値Ｔｓｔ２）の関係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１に示すように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、ワンウェイクラッチＣ１と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、充電器６０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、例えば、クランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒなどが入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための各種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は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。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おり、外歯歯車のサンギヤ３１と、内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１およびリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリヤ３４と、を有する。サンギヤ３１には、モータＭＧ１の回転子が接続されている。リングギヤ３２には、駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８およびギヤ機構３７を介して連結された駆動軸３６が接続されている。キャリヤ３４には、エンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。したがって、モータＭＧ１，エンジン２２，駆動軸３６は、プラネタリギヤ３０の共線図において、この順に並ぶように、プラネタリギヤ３０の３つの回転要素としてのサンギヤ，キャリヤ，リングギヤに接続されていると言える。

ワンウェイクラッチＣ１は、エンジン２２のクランクシャフト２６（プラネタリギヤ３０のキャリヤ３４）と、車体に固定されたケース２１と、に取り付けられている。このワンウェイクラッチＣ１は、ケース２１に対するエンジン２２の正回転を許容すると共にケース２１に対するエンジン２２の負回転を規制（禁止）する。

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３１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、回転子が減速ギヤ３５を介して駆動軸３６に接続されている。インバータ４１，４２は、モータＭＧ１，ＭＧ２に接続されると共にバッテリ５０に電力ライン５４を介して接続されている。電力ライン５４には、平滑用のコンデンサ５７が取り付けられている。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、例えば、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などが入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の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いる。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おり、上述したように、インバータ４１，４２に電力ライン５４を介して接続されている。このバッテリ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いる。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。

充電器６０は、電力ライン５４に接続されており、ＡＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータと、を備える。ＡＣ／ＤＣコンバータは、電源プラグ６１を介して供給される外部電源からの交流電力を直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＡＣ／ＤＣコンバータからの直流電力の電圧を変換してバッテリ５０側に供給する。この充電器６０は、電源プラグ６１が家庭用電源などの外部電源に接続されているときに、ＨＶＥＣＵ７０によって、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータとが制御されることにより、外部電源からの電力をバッテリ５０に供給する。

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
・モードスイッチ８９からのモード信号

ここで、モードスイッチ８９は、ノーマルモードと、ノーマルモードに比してパワーの出力を優先するパワーモードと、ノーマルモードに比して燃費を優先するエコモードと、の間で走行モードの切替を運転者が指示するためのスイッチである。

ＨＶＥＣＵ７０からは、充電器６０への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。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、ＣＤ（ChargeDepleting）モードまたはＣＳ（ChargeSustaining）モードにおいて、ノーマルモード，パワーモード，エコモードの何れかの走行モードで、ハイブリッド走行（ＨＶ走行）または電動走行（ＥＶ走行）によって、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに応じた駆動軸３６の要求トルクＴｐ＊を用いて走行するようにエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御する。

ここで、ＣＤモードは、ＨＶ走行とＥＶ走行とのうちＥＶ走行をＣＳモードよりも優先するモードである。実施例では、システム起動したときにバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｖ１（例えば４５％，５０％，５５％など）よりも大きいときには、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｖ２（例えば２５％，３０％，３５％など）以下に至るまでは、ＣＤモードで走行し、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｖ２以下に至った以降は、システム停止するまでＣＳモードで走行するものとした。また、システム起動したときにバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｖ１以下のときには、システム停止するまでＣＳモードで走行するものとした。なお、自宅などの充電ポイントでシステムが停止しているときに電源プラグ６１が外部電源に接続されると、充電器６０を制御することにより、外部電源からの電力を用いてバッテリ５０を充電する。

また、ＨＶ走行は、エンジン２２（プラネタリギヤ３０のキャリヤ３４）を回転状態として、エンジン２２を運転しながら走行するモードである。ＥＶ走行は、エンジン２２（プラネタリギヤ３０のキャリヤ３４）を回転規制状態として、エンジン２２を運転せずに少なくともモータＭＧ２からのトルクによって走行するモードである。ＥＶ走行には、モータＭＧ２からのトルクだけによって走行する単駆動と、モータＭＧ１およびモータＭＧ２からのトルクによって走行する両駆動と、がある。

ＨＶ走行，ＥＶ走行（単駆動，両駆動）のときには、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０との協調制御によって、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御する。以下、ＥＶ走行（単駆動，両駆動），ＨＶ走行の順に説明する。

図２，図３は、それぞれ、単駆動のとき，両駆動のときのプラネタリギヤ３０の共線図の一例を示す説明図である。図２，図３中、Ｓ軸は、サンギヤ３１の回転数であると共にモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を示し、Ｃ軸は、キャリヤ３４の回転数であると共にエンジン２２の回転数Ｎｅを示し、Ｒ軸は、リングギヤ３２の回転数であると共に駆動軸３６の回転数Ｎｐを示し、Ｍ軸は、減速ギヤ３５の減速前のギヤの回転数であると共にモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を示す。「ρ」は、プラネタリギヤ３０のギヤ比（サンギヤ３１の歯数／リングギヤ３２の歯数）を示し、「Ｇｒ」は、減速ギヤ３５の減速比を示す。図２中、Ｍ軸の太線矢印は、モータＭＧ２から出力しているトルクＴｍ２を示し、Ｒ軸の太線矢印は、モータＭＧ２から出力されて駆動軸３６に作用するトルク（Ｔｍ２・Ｇｒ）を示す。図３中、Ｓ軸の太線矢印は、モータＭＧ１から出力しているトルクＴｍ１を示し、Ｍ軸の太線矢印は、モータＭＧ２から出力しているトルクＴｍ２を示し、Ｒ軸の２つの太線矢印は、モータＭＧ１，ＭＧ２からトルクＴｍ１，Ｔｍ２を出力しているときに駆動軸３６に作用するトルク（−Ｔｍ１／ρ＋Ｔｍ２・Ｇｒ）を示す。

以下、共線図において、回転数については、図２，図３の値０よりも上側を正回転とすると共に図２，図３の値０よりも下側を負回転とし、トルクについては、図２，図３の上向きを正とすると共に図２，図３の下向きを負とする。この場合、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と駆動軸３６の回転数Ｎｐとの符号は互いに異なるから、減速ギヤ３５の減速比Ｇｒは、負の値となる。

単駆動のときには、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、走行モード（ノーマルモード，パワーモード，エコモード）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要求トルクＴｐ＊を設定する。ここで、要求トルクＴｐ＊は、実施例では、走行モードとアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｐ＊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、走行モードとアクセル開度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Ｔｐ＊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４に示す。図４（ａ）は、ノーマルモードのときのマップを示し、図４（ｂ）は、パワーモードのときのマップを示し、図４（ｃ）は、エコモードのときのマップを示す。また、図４（ｂ）および図４（ｃ）では、比較のために、ノーマルモードのときのアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｐ＊との関係を破線で示した。図示するように、実施例では、同一のアクセル開度Ａｃｃに対する要求トルクＴｐ＊が、パワーモード，ノーマルモード，エコモードの順に小さくなるように定めるものとした。なお、ノーマルモード，パワーモードがそれぞれ本発明の「第１走行モード」，「第２走行モード」に相当すると考えることもできるし、エコモード，ノーマルモードがそれぞれ本発明の「第１走行モード」，「第２走行モード」に相当すると考えることもできる。

続いて、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共に、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔおよびモータＭＧ２の負側（図２の下向き側）の定格トルクＴｍ２ｒｔ１の範囲内で要求トルクＴｐ＊が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する。ここで、モータＭＧ２の負側の定格トルクＴｍ２ｒｔ１は、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の絶対値が大きいほど絶対値が小さくなる。そして、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＥＣＵ４０は、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の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

これにより、図２に示すように、モータＭＧ２から負のトルクＴｍ２を出力して駆動軸３６に正のトルク（Ｔｍ２・Ｇｒ）を作用させて走行することができる。なお、単駆動で駆動軸３６に出力可能な単駆動最大トルクＴｐｍａｘ１は、モータＭＧ２の負側の定格トルクＴｍ２ｒｔ１に減速ギヤ３５の減速比Ｇｒを乗じた値（Ｔｍ２ｒｔ１・Ｇｒ）に等しい。これは、図２の共線図から容易に導くことができる。この単駆動最大トルクＴｐｍａｘ１は、駆動軸３６の回転数Ｎｐが大きいほど小さくなる。

両駆動のときには、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、単駆動のときと同様に要求トルクＴｐ＊を設定する。続いて、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔおよびモータＭＧ１，ＭＧ２の負側（図３の下向き側）の定格トルクＴｍ１ｒｔ１，Ｔｍ２ｒｔ１の範囲内で要求トルクＴｐ＊が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する。ここで、モータＭＧ１の負側の定格トルクＴｍ１ｒｔ１は、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の絶対値が大きいほど絶対値が小さくなる。そして、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＥＣＵ４０は、上述のようにインバータ４１，４２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

これにより、図３に示すように、モータＭＧ１，ＭＧ２から負のトルクＴｍ１，Ｔｍ２を出力して駆動軸３６に正のトルク（−Ｔｍ１／ρ＋Ｔｍ２・Ｇｒ）を作用させて走行することができる。なお、両駆動で駆動軸３６に出力可能な両駆動最大トルクＴｐｍａｘ２は、モータＭＧ１の負側の定格トルクＴｍ１ｒｔ１にプラネタリギヤ３０のギヤ比ρの逆数と値（−１）とを乗じた値と、モータＭＧ２の負側の定格トルクＴｍ２ｒｔ１に減速ギヤ３５の減速比Ｇｒを乗じた値と、の和（−Ｔｍ１ｒｔ１／ρ＋Ｔｍ２ｒｔ１・Ｇｒ）に等しい。これは、図３の共線図から容易に導くことができる。この両駆動最大トルクＴｐｍａｘ２は、駆動軸３６の回転数Ｎｐが大きいほど小さくなる。

実施例では、ＥＶ走行のときにおいて、単駆動と両駆動とのうち、要求トルクＴｐ＊が単駆動最大トルクＴｐｍａｘ１よりも小さい選択閾値Ｔｐｒｅｆ以下のときには、単駆動を選択し、要求トルクＴｐ＊が選択閾値Ｔｐｒｅｆよりも大きいときには、両駆動を選択するものとした。なお、選択閾値Ｔｐｒｅｆは、駆動軸３６の回転数Ｎｐが大きいほど小さくなる。

また、実施例では、両駆動のときには、モータＭＧ２からのトルクが単駆動と両駆動との選択閾値Ｔｐｒｅｆを減速ギヤ３５の減速比Ｇｒで除した値（Ｔｐｒｅｆ／Ｇｒ）または負側の定格トルクＴｍ２ｒｔ１付近となるように、駆動軸３６に出力するトータルのトルクのうち、モータＭＧ１から出力して駆動軸３６に作用させるトルクと、モータＭＧ２から出力して駆動軸３６に作用させるトルクと、の分担割合を調節するものとした。

ＨＶ走行のときには、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、上述したのと同様に要求トルクＴｐ＊を設定する。続いて、設定した要求トルクＴｐ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｐを乗じて走行に要求される要求パワーＰｐ＊を計算する。ここで、駆動軸３６の回転数Ｎｐは、例えば、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５の減速比Ｇｒで除して得られる回転数，車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数などを用いることができる。続いて、要求パワーＰｐ＊からバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときが正の値）を減じて車両に要求される要求パワーＰｅ＊を計算する。そして、エンジン２２から要求パワーＰｅ＊が出力されると共に、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔおよびモータＭＧ１，ＭＧ２の負側の定格トルクＴｍ１ｒｔ１，Ｔｍ２ｒｔ１の範囲内で、要求トルクＴｐ＊が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する。そして、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊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に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０から目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を受信すると、この目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊に基づいてエンジン２２が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ＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０からトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信すると、上述のようにインバータ４１，４２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

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、ＣＤモードでＥＶ走行のときにエンジン２２を始動するか否かを判定する際の動作について説明する。図４は、実施例のＨＶＥＣＵ７０によって実行される始動判定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、ＣＤモードでＥＶ走行のとき（エンジン２２の始動判定を行なっていないとき）に繰り返し実行される。

図５の始動判定ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、アクセル開度Ａｃｃ，要求トルクＴｐ＊，走行モード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。要求トルクＴｐ＊は、上述の制御によって設定された値を入力するものとした。走行モードは、モードスイッチ８９からのモード信号に応じたモードを入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、アクセル開度Ａｃｃから前回のアクセル開度（前回Ａｃｃ）を減じた値を本ルーチンの実行間隔Δｔで除して、アクセル開度Ａｃｃの単位時間当たりの増加量としてのアクセル操作速度ΔＡｃｃを計算する（ステップＳ１１０）。

続いて、走行モード（ノーマルモード，パワーモード，エコモード）に基づいて、アクセルペダル８３の早踏みが行なわれたか否かを判定するための早踏み閾値ΔＡｒｅｆを設定する（ステップＳ１２０）。実施例では、走行モードがパワーモードのときには、早踏み閾値ΔＡｒｅｆに所定値ΔＡ１を設定し（ステップＳ１３０）、走行モードがノーマルモードのときには、早踏み閾値ΔＡｒｅｆに所定値ΔＡ１よりも大きい所定値ΔＡ２を設定し（ステップＳ１４０）、走行モードがエコモードのときには、早踏み閾値ΔＡｒｅｆに所定値ΔＡ２よりも大きい所定値ΔＡ３を設定する（ステップＳ１５０）、ものとした。ここで、所定値ΔＡ１は、例えば、０．５％／１０ｍｓｅｃ程度の値を用いることができ、所定値ΔＡ２は、例えば、１．０％／１０ｍｓｅｃ程度の値を用いることができ、所定値ΔＡ３は、例えば、１．５％／１０ｍｓｅｃ程度の値を用いることができる。

こうしてアクセル操作速度ΔＡｃｃおよび早踏み閾値ΔＡｒｅｆを設定すると、アクセル操作速度ΔＡｃｃを早踏み閾値ΔＡｒｅｆと比較し（ステップＳ１６０）、アクセル操作速度ΔＡｃｃが早踏み閾値ΔＡｒｅｆ以下のときには、アクセルペダル８３の早踏みは行なわれていないと判断し、要求トルクＴｐ＊についてのエンジン２２の始動閾値Ｔｓｔに値Ｔｓｔ１を設定する（ステップＳ１７０）。ここで、値Ｔｓｔ１は、実施例では、両駆動最大トルクＴｐｍａｘ２よりも若干大きい値を用いるものとした。この値Ｔｓｔ１は、駆動軸３６の回転数Ｎｐが大きいほど小さくなる。

そして、要求トルクＴｐ＊を始動閾値Ｔｓｔと比較し（ステップＳ１９０）、要求トルクＴｐ＊が始動閾値Ｔｓｔ以下のときには、ＥＶ走行を継続すると判定して、本ルーチンを終了し、要求トルクＴｐ＊が始動閾値Ｔｓｔよりも大きくなったときには、エンジン２２を始動すると判定して（ステップＳ２００）、本ルーチンを終了する。

エンジン２２を始動すると判定すると、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０との協調制御により、エンジン２２を始動する。図６は、エンジン２２を始動する際のプラネタリギヤ３０の共線図の一例を示す説明図である。モータＭＧ１によってエンジン２２をクランキングするときには、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとモータＭＧ１の正側の定格トルクＴｍ１ｒｔ２とモータＭＧ２の負側の定格トルクＴｍ２ｒｔ１との範囲内で、エンジン２２をクランキングするための正のトルクＴｍ１をモータＭＧ１から出力すると共に、モータＭＧ１から出力されて駆動軸３６に作用するトルク（−Ｔｍ１／ρ）をキャンセルするためのキャンセルトルクＴｃｒと要求トルクＴｐ＊との和の正のトルク（Ｔｃｒ＋Ｔｐ＊）を減速ギヤ３５の減速比Ｇｒで除したトルクをモータＭＧ２から出力する。こうしてエンジン２２がクランキングされてエンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数（例えば、８００ｒｐｍ，１０００ｒｐｍなど）よりも大きくなると、エンジン２２の運転制御（燃料噴射制御，点火制御など）を開始する。そして、エンジン２２の始動を完了すると、ＨＶ走行に移行する。

いま、始動閾値Ｔｓｔに値Ｔｓｔ１を設定するときを考えているから、両駆動で要求トルクＴｐ＊が始動閾値Ｔｓｔ（＝Ｔｓｔ１）よりも大きくなったときに、エンジン２２を始動して、ＨＶ走行に移行することになる。

ステップＳ１６０でアクセル操作速度ΔＡｃｃが早踏み閾値ΔＡｒｅｆよりも大きいときには、アクセルペダル８３の早踏みが行なわれたと判断し、始動閾値Ｔｓｔに値Ｔｓｔ２を設定し（ステップＳ１８０）、ステップＳ１９０以降の処理を実行する。ここで、値Ｔｓｔ２は、実施例では、単駆動と両駆動との選択閾値Ｔｐｒｅｆよりも若干小さい値を用いるものとした。この値Ｔｓｔ２は、値Ｔｓｔ１と同様に、駆動軸３６の回転数Ｎｐが大きいほど小さくなる。したがって、単駆動で要求トルクＴｐ＊が始動閾値Ｔｓｔ（＝Ｔｓｔ２）よりも大きくなったときに、エンジン２２を始動して、ＨＶ走行に移行することになる。

ここで、アクセル操作速度ΔＡｃｃと早踏み閾値ΔＡｒｅｆとの大小関係に応じて始動閾値Ｔｓｔを設定する理由について説明する。図７は、単駆動最大トルクＴｐｍａｘ１，両駆動最大トルクＴｐｍａｘ２，単駆動と両駆動との選択閾値Ｔｐｒｅｆ，始動閾値Ｔｓｔ（値Ｔｓｔ１または値Ｔｓｔ２）の関係の一例を示す説明図である。図７に示すように、大きい側から順に、値Ｔｓｔ１，両駆動最大トルクＴｐｍａｘ２，単駆動最大トルクＴｐｍａｘ１，選択閾値Ｔｐｒｅｆ，値Ｔｓｔ２となる。

いま、ＣＤモードにおけるＥＶ走行のときを考えているから、ＣＳモードよりもＥＶ走行を優先することが要求されている。アクセル操作速度ΔＡｃｃが早踏み閾値ΔＡｒｅｆ以下のときには、始動閾値Ｔｓｔとして両駆動最大トルクＴｐｍａｘ２よりも大きい値Ｔｓｔ１を設定することにより、エンジン２２の始動、即ち、ＥＶ走行からＨＶ走行への移行をより抑制することができる。

しかし、始動閾値Ｔｓｔとして値Ｔｓｔ１を用いると、両駆動からエンジン２２を始動することになる。図３と図６とから分かるように、両駆動からエンジン２２を始動する際には、モータＭＧ１からのトルクが負から正に切り替わることから、モータＭＧ１から出力されて駆動軸３６に作用するトルクが正から負に切り替わり、駆動軸３６に出力されるトータルの正のトルクがある程度大きく減少する可能性がある。アクセルペダル８３の早踏みが行なわれたときに、こうした現象が生じると、運転者にもたつき感を感じさせやすくなる。また、両駆動のときには、モータＭＧ２からのトルクが単駆動モードと両駆動との選択閾値Ｔｐｒｅｆを減速ギヤ３５の減速比Ｇｒで除した値（Ｔｐｒｅｆ／Ｇｒ）または負側の定格トルクＴｍ２ｒｔ１付近となっていることから、上述のキャンセルトルクＴｃｒを、モータＭＧ２から駆動軸３６に作用させることができない場合がある。この場合、運転者にもたつき感をより感じさせる（長い時間に亘って感じさせる）可能性がある。

実施例では、アクセル操作速度ΔＡｃｃが早踏み閾値ΔＡｒｅｆよりも大きいときには、アクセルペダル８３の早踏みが行なわれたと判断し、始動閾値Ｔｓｔに値Ｔｓｔ２を設定する。これにより、現在が単駆動のときには、要求トルクＴｐ＊が始動閾値Ｔｓｔよりも大きくなったときに、単駆動からエンジン２２を始動することになる。図２と図６とから分かるように、単駆動からエンジン２２を始動する際には、モータＭＧ１からのトルクが値０から正のトルクに切り替わる。これにより、モータＭＧ１からのトルクが負から正に切り替わるものに比して、エンジン２２を始動する際の、駆動軸３６に出力されるトータルの正のトルクの減少を抑制することができる。この結果、アクセルペダル８３の早踏みが行なわれたときに、運転者にもたつき感を感じさせるのを抑制することができる。また、値Ｔｓｔ２を、モータＭＧ２から駆動軸３６にキャンセルトルクＴｃｒを作用させることができる程度に単駆動最大トルクＴｐｍａｘ１よりも小さい値とすれば、駆動軸３６に出力されるトータルの正のトルクの減少をより十分に抑制することができ、運転者にもたつき感を感じさせるのをより抑制することができる。

しかも、実施例では、早踏み閾値ΔＡｒｅｆを、パワーモード，ノーマルモード，エコモードの順に大きくなるように設定する。上述したように、同一のアクセル開度Ａｃｃに対する要求トルクＴｐ＊をパワーモード，ノーマルモード，エコモードの順に小さくなるように設定するから、同一の要求トルクＴｐ＊に対するアクセル開度Ａｃｃは、パワーモード，ノーマルモード，エコモードの順に大きくなる。したがって、上述の傾向に早踏み閾値ΔＡｒｅｆを設定することにより、早踏み閾値ΔＡｒｅｆをより適切なものとすることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、ＣＤモードにおけるＥＶ走行のときにおいて、アクセル操作速度ΔＡｃｃが早踏み閾値ΔＡｒｅｆよりも大きいときには、始動閾値Ｔｓｔに単駆動と両駆動との選択閾値Ｔｐｒｅｆよりも小さい値Ｔｓｔ２を設定する。これにより、現在が単駆動のときには、要求トルクＴｐ＊が始動閾値Ｔｓｔよりも大きくなったときに、単駆動からエンジン２２を始動することになる。この結果、アクセルペダル８３の早踏みが行なわれたときに、両駆動からエンジン２２を始動するものに比して、運転者にもたつき感を感じさせるのを抑制することができる。しかも、早踏み閾値ΔＡｒｅｆを、パワーモード，ノーマルモード，エコモードの順に大きくなるように設定する。これにより、早踏み閾値ΔＡｒｅｆをより適切なものとすることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、ＣＤモードにおけるＥＶ走行のときにエンジン２２を始動するか否かを判定する際の動作について説明した。エンジン２２を始動してＨＶ走行に移行した後には、例えば、要求トルクＴｐ＊が値Ｔｓｔ２以下になったときに、エンジン２２を停止してＥＶ走行に移行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、ＣＤモードにおけるＥＶ走行のときにエンジン２２を始動するか否かを判定する際の動作について説明した。ＣＳモードにおけるＥＶ走行のときには、例えば、アクセル操作速度ΔＡｃｃと早踏み閾値ΔＡｒｅｆとの大小関係に拘わらずに始動閾値Ｔｓｔに値Ｔｓｔ２を設定し、要求トルクＴｐ＊が始動閾値Ｔｓｔよりも大きくなったときに、エンジン２２を始動してＨＶ走行に移行するものとしてもよい。ＣＳモードのときには、ＣＤモードのときよりもバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが低いことが多い。したがって、このように始動閾値Ｔｓｔを設定することにより、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣの低下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、ＣＤモードにおけるＥＶ走行のときにエンジン２２を始動するか否かを判定する際の動作について説明した。ＣＤモードとＣＳモードとを選択しない場合には（例えば、充電器６０を備えないハイブリッド自動車など）、ＥＶ走行のときに、常時、実施例と同様に、エンジン２２を始動するか否かを判定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、単駆動と両駆動との選択閾値Ｔｐｒｅｆは、単駆動最大トルクＴｐｍａｘ１よりも小さい値とした。しかし、この選択閾値Ｔｐｒｅｆは、単駆動最大トルクＴｐｍａｘ１と同一の値としてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、始動閾値Ｔｓｔの設定に用いる値Ｔｓｔ１は、両駆動最大トルクＴｐｍａｘ２よりも大きい値を用いるものとした。しかし、値Ｔｓｔ１は、両駆動最大トルクＴｐｍａｘ２と同一の値を用いるものとしてもよいし、両駆動最大トルクＴｐｍａｘ２よりも小さく選択閾値Ｔｐｒｅｆよりも大きい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、始動閾値Ｔｓｔの設定に用いる値Ｔｓｔ２は、単駆動と両駆動との選択閾値Ｔｐｒｅｆよりも小さい値を用いるものとした。しかし、値Ｔｓｔ２は、選択閾値Ｔｐｒｅｆと同一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、走行モードとして、ノーマルモードとパワーモードとエコモードとを備えるものとした。しかし、走行モードとして、ノーマルモードに加えて、パワーモードとエコモードとのうち何れか１つを備えるものとしてもよい。ノーマルモードとパワーモードとを備える場合、ノーマルモード，パワーモードがそれぞれ本発明の「第１走行モード」，「第２走行モード」に相当する。また、ノーマルモードとエコモードとを備える場合、エコモード，ノーマルモードがそれぞれ本発明の「第１走行モード」，「第２走行モード」に相当する。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２のクランクシャフト２６（プラネタリギヤ３０のキャリヤ３４）には、ワンウェイクラッチＣ１が取り付けられているものとした。しかし、ワンウェイクラッチＣ１に代えて、エンジン２２のクランクシャフト２６をケース２１に対して回転不能に固定（接続）すると共にエンジン２２のクランクシャフト２６をケース２１に対して回転自在に解放するブレーキを設けるものとしてもよい。この場合、ＥＶ走行では、ブレーキを係合状態としてエンジン２２を回転規制状態とし、ＨＶ走行では、ブレーキを解放状態としてエンジン２２を回転状態とすればよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２が減速ギヤ３５を介して駆動軸３６に接続されているものとした。しかし、モータＭＧ２が駆動軸３６に直結されるものとしてもよい。また、モータＭＧ２が変速機を介して駆動軸３６に接続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、ワンウェイクラッチＣ１が「回転規制機構」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当し、図５の始動判定ルーチンを実行するＨＶＥＣＵ７０が「始動閾値設定手段」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、２１ ケース、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、３０ プラネタリギヤ、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリヤ、３５ 減速ギヤ、３６ 駆動軸、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 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ＥＣＵ）、５４ 電力ライン、５７ コンデンサ、６０ 充電器、６１ 電源プラグ、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 モードスイッチ、Ｃ１ ワンウェイクラッチ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. エンジンと、
   第１モータと、
   前記エンジンと前記第１モータ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第１モータ，前記エンジン，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、
   前記エンジンの回転を規制可能な回転規制機構と、
   第１走行モードのときよりも第２走行モードのときに同一のアクセル開度に対して大きくなるように前記駆動軸に要求される要求トルクを設定し、前記エンジンを回転状態として前記エンジンを運転しながら走行するハイブリッド走行または前記エンジンを回転規制状態として前記エンジンを運転せずに少なくとも前記第２モータからのトルクによって走行する電動走行によって、前記要求トルクを用いて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、
   前記制御手段は、前記電動走行において、前記第２モータからのトルクだけによって走行する単駆動と前記第１モータおよび前記第２モータからのトルクによって走行する両駆動とのうち、前記要求トルクが前記単駆動で前記駆動軸に出力可能な最大トルク以下の選択閾値以下のときには、前記単駆動を選択し、前記要求トルクが前記選択閾値よりも大きいときには、前記両駆動を選択し、
   更に、前記制御手段は、前記電動走行で前記要求トルクが始動閾値よりも大きくなったときには、前記第１モータからのトルクによって前記エンジンがクランキングされて始動されるように制御する、
   ハイブリッド自動車であって、
   前記アクセル開度の単位時間当たりの増加量であるアクセル操作速度が速度閾値よりも大きいときには、前記始動閾値に前記選択閾値以下の値を設定し、前記アクセル操作速度が前記速度閾値以下のときには、前記始動閾値に、前記両駆動で前記駆動軸に出力可能な最大トルクよりも大きい値を設定する始動閾値設定手段を備え、
   前記速度閾値は、前記第２走行モードのときに、前記第１走行モードのときよりも小さくなるように定められている、
   ハイブリッド自動車。
   
   

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