JP6617668B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、駆動力源としてエンジンと発電機能のあるモータとを備えたハイブリッド車両を対象とする制御装置に関し、特に車両を加速させる制御を行う制御装置に関するものである。

この種のハイブリッド車両は、要求駆動力が小さい場合には、モータの駆動力のみによって走行するモータ走行モードでの走行が可能である。また、そのモータ走行モードの状態でアクセルペダルが踏み込まれるなどによって要求駆動力が増大した場合には、エンジンを始動させて主にエンジンの動力で走行するハイブリッド走行モード（エンジン走行モードともいう）に切り替える。特許文献１にはこのような走行モードの切り替えが可能なハイブリッド車両の制御装置が記載されている。

特許文献１に搭載されたハイブリッド車両は、遊星歯車機構からなる動力分割機構のキャリアにエンジンが連結され、第１モータが動力分割機構におけるサンギヤに連結され、またリングギヤが出力部材に連結され、さらにその出力部材に対してトルクを付加できるように第２モータが設けられている。したがって、動力分割機構を構成している遊星歯車機構における共線図上では、第１モータが連結されているサンギヤと、第２モータのトルクが伝達されるリングギヤとの間に、エンジンが連結されているキャリアが位置することになる。

特開２００６−２４０６０８号公報

特許文献１に記載されている制御装置では、上記のハイブリッド走行モードで走行する際に、第１モータは、エンジン回転数の制御、ならびに、エンジントルクに応じたトルクを出力するように制御される。具体的には、エンジンは、燃費を良好にするために最適燃費運転点に沿うように制御される。その場合、第１モータは、要求駆動力などに応じた正回転方向に出力するエンジントルクに対する反力トルクをエンジンの回転方向とは反対方向（負回転方向）に出力することで反力受けとして機能する。

ハイブリッド走行モードで走行している状態で、加速要求があると、エンジントルクおよびエンジン回転数を増大させることになる。その場合、ハイブリッド走行モードでは、第１モータが発電のためのいわゆる負トルクを生じることによりエンジン回転数を最適燃費運転点での回転数に制御している。その負トルクが動力分割機構を構成している差動機構のギヤ比に応じて変化させられて駆動トルクとして作用している。しかしながら、上記の特許文献１に記載された制御装置では、加速要求によってエンジン回転数を増大させる場合、第１モータの回転数をエンジン回転数の増大方向と同じ方向に増大させており、その場合の第１モータのいわゆる正回転方向におけるトルクの増大分は、エンジン回転数を増大させるために要するイナーシャトルクに相当するトルクである。したがって、エンジン回転数を増大させるためのイナーシャトルクに相当する第１モータのトルクの増大分は、上記の発電のための負トルク、すなわち駆動トルクを減じるように作用する。つまり、特許文献１の制御装置では、エンジン回転数を増大させるためのイナーシャトルクに相当するトルクを第１モータによって出力させるように構成されていることにより、加速要求があった場合には駆動トルクの増大に遅れが生じ、加速性能が低下する可能性があった。

この発明は上記の技術的課題に着目して創作されたものであり、車両の加速性能の低下を抑制もしくは回避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するものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンと、駆動輪に駆動力を伝達する出力部材と、発電機能のある第１モータと、前記エンジンが出力した駆動力を前記出力部材と前記第１モータとに分割して伝達する動力分割機構とを備え、前記動力分割機構は、前記エンジンに連結された入力要素と、前記第１モータに連結された反力要素と、前記出力部材に連結された出力要素との少なくとも三つの回転要素を含み、加速要求に基づく要求エンジントルクに応じたトルクを前記駆動輪に作用させるべく前記第１モータが前記要求エンジントルクに対する反力トルクをエンジン回転数を下げる方向に出力す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、前記エンジンおよび前記第１モータを制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記加速要求に基づいて前記エンジン回転数を増大させる際に、前記エンジン回転数を増大させるために要する前記エンジンと前記第１モータとのイナーシャトルクを算出し、前記イナーシャトルクが急加速時のトルクである予め定められた閾値より大きい場合に、前記要求エンジントルクおよび前記イナーシャトルクを合算して前記エンジンの出力トルクを算出し、前記算出したエンジンの出力トルクを前記エンジンによって出力し、前記要求エンジントルクに対する反力トルクのみを前記第１モータによって出力し、かつ前記第１モータによる前記エンジン回転数の制御を中止するように構成されていることを特徴とするものである。

また、この発明では、前記コントローラは、前記イナーシャトルクを、現在のエンジン回転数と現在の目標エンジン回転数との偏差および前記現在の目標エンジン回転数と所定時間後の目標エンジン回転数との偏差に基づいて算出するように構成されていてよい。

また、この発明では、前記コントローラは、前記イナーシャトルクが予め定められた閾値以下である場合に、前記要求エンジントルクに基づいて前記エンジンの出力トルクを算出し、前記算出したエンジンの出力トルクを前記エンジンから出力し、前記要求エンジントルクに対する反力トルクおよび前記エンジン回転数を制御するためのトルクを前記第１モータによって出力するように構成されていてよい。

また、この発明では、前記加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる際に、前記エンジンの出力可能な最大トルクを出力した場合における前記入力要素に作用するトルクは、前記加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる際に、前記第１モータの出力可能な最大トルクを出力した場合における前記入力要素に作用するトルクより大きく構成されていてよい。

また、この発明では、前記エンジンは過給器を備え、前記イナーシャトルクに相当するトルクを前記過給器を作動させることにより前記エンジンの出力トルクを増大させるように構成されていてよい。

そして、この発明では、前記駆動輪と前記出力要素との間の動力伝達経路に連結された第２モータを備え、前記第１モータによって発電した電力を前記第２モータに供給し、前記供給された電力によって前記第２モータが出力する駆動力を前記駆動輪に付加するように構成されていてよい。

この発明によれば、加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる際に、その加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させるために要するエンジン回転数と第１モータの回転数とのイナーシャトルクが、予め定められた閾値より大きい場合には、運転者のアクセル操作量などに基づいて求まる要求エンジントルクに上記のイナーシャトルクを合算したトルクをエンジンにより出力するように構成されている。つまり、上述した第１モータでのエンジン回転数の制御を一時的に中止して、エンジンによってイナーシャトルクをも出力するように構成されている。そのため、第１モータは要求エンジントルクに対する反力トルクを確実に出力することができ、それに伴って、エンジンから機械的に駆動輪に伝達されるエンジントルクはほぼ低下することなく駆動輪に伝達され、すなわち駆動トルクが低下することを抑制することができる。したがって、このように駆動トルクが低下することを抑制することができるため、加速応答性などの加速性能が低下することを抑制もしくは回避することができる。

また、この発明によれば、エンジントルクのみを向上させるだけで加速性能を向上させることができる。具体的には、エンジンの出力可能な最大トルクと第１モータの出力可能な最大トルクとの関係は、加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる際に、エンジンの最大トルクを出力した場合における入力要素に作用するトルクの方が、加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる際に、第１モータの最大トルクを出力した場合における入力要素に作用するトルクよりも大きく構成されている。つまり、上述したようにイナーシャトルクが閾値より大きい場合にはエンジンの出力トルクによってイナーシャトルクを出力するため、第１モータで出力可能な最大トルクまで要求するエンジントルクとして指令することができる。言い換えれば、エンジン以外の構成はそのままで、例えば過給器を追加するなどによってエンジントルクのみを向上させることで加速性能を向上させることができる。

さらに、この発明によれば、上述したように、第１モータが確実に要求エンジントルクに対する反力トルクを出力することができるため、第１モータによって発電する発電量が増加する。そのため第１モータから第２モータに供給される電力も増大し、第２モータで出力する駆動力も増大する。したがって、上述したエンジンから機械的に駆動輪に伝達されるエンジントルクが低下することを抑制できることに加えて、第２モータで出力する駆動力が増加するため、車両全体としての駆動力が増加し、加速性能を向上させることができる。

この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両におけるパワートレーンの一例を模式的に示す図である。 この発明の実施形態で実行される制御例の一例を説明するためのフローチャートである。 図１に示すパワートレーンにおける動力分割機構で、イナーシャトルクをエンジンにより出力した場合の共線図である。 図２の制御例を実行した場合における目標エンジン回転数、エンジントルク、第１モータトルク、および、駆動力の変化の一例を説明するタイムチャートである。

つぎに、この発明の実施形態を図を参照しつつ説明する。先ず、この発明に係る実施形態の制御装置で対象とするハイブリッド車両について説明する。図１は、ハイブリッド車両Ｖｅ（以下、単に車両Ｖｅとも記す）のパワートレーンの一例を示すスケルトン図であり、このパワートレーンには、主原動機としてエンジン（ＥＮＧ）１、および、第１モータ（ＭＧ１）２ならびに第２モータ（ＭＧ２）３の複数の駆動力源を備えている。車両Ｖｅは、エンジン１が出力する動力を、動力分割機構４によって第１モータ２側と駆動軸５側とに分割して伝達するように構成されている。また、第１モータ２で発生した電力を第２モータ３に供給し、第２モータ３が出力する駆動力を駆動軸５および駆動輪６に付加することができるように構成されている。

第１モータ２および第２モータ３は、いずれも、駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機としての機能（発電機能）との両方を兼ね備えた電動機である。それら第１モータ２および第２モータ３としては、例えば、永久磁石式同期モータあるいは誘導モータなどの交流モータが用いられる。なお、上記の第１モータ２および第２モータ３は、図示しないインバータなどを介してバッテリやキャパシタなどの蓄電装置に電気的に接続されており、その蓄電装置から電力が給電され、または発電した電力を蓄電装置に充電することもできるように構成されている。

動力分割機構４は、エンジン１および第１モータ２と駆動輪６との間でトルクを伝達する伝動機構であり、サンギヤ７、リングギヤ８、および、キャリア９を有する遊星歯車機構によって構成されている。図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構が用いられている。遊星歯車機構のサンギヤ７に対して同心円上に、内歯歯車のリングギヤ８が配置されている。これらサンギヤ７とリングギヤ８とに噛み合っているピニオンギヤ１０がキャリア９によって自転および公転が可能なように保持されている。キャリア９がこの発明の実施形態における「入力要素」に相当し、サンギヤ７がこの発明の実施形態における「反力要素」に相当し、ならびに、リングギヤ８がこの発明の実施形態における「出力要素」に相当する。

動力分割機構４は、エンジン１および第１モータ２と同一の軸線上に配置されている。動力分割機構４を構成している遊星歯車機構のキャリア９に、エンジン１の出力軸１ａが連結されている。その出力軸１ａは、エンジン１から駆動輪６に到る動力伝達経路において動力分割機構４の入力軸となる。また、キャリア９には、エンジン１の出力軸１ａが連結されていることに加えて、オイルポンプ１１の回転軸１１ａが連結されている。このオイルポンプ１１は、動力分割機構４の潤滑および冷却のため、あるいは第１モータ２や第２モータ３の銅損や鉄損により生じる熱を冷却するために設けられている。そのオイルポンプ１１は、オイルの供給用のポンプとして、従来、車両のエンジンや変速機に用いられている一般的な構成のオイルポンプであって、例えばエンジン１によってオイルポンプ１１を駆動し、油圧を発生させるように構成されている。

遊星歯車機構のサンギヤ７には、第１モータ２が連結されている。第１モータ２は、動力分割機構４に隣接してエンジン１とは反対側（図１の左側）に配置されている。その第１モータ２のロータ２ａに一体となって回転するロータ軸２ｂが、サンギヤ７に連結されている。なお、ロータ軸２ｂおよびサンギヤ７の回転軸は中空軸になっている。それらロータ軸２ｂおよびサンギヤ７の回転軸の中空部に、上記のオイルポンプ１１の回転軸１１ａが配置されている。すなわち、その回転軸１１ａは、上記の中空部を通ってエンジン１の出力軸１ａに連結されている。

遊星歯車機構のリングギヤ８の外周部分に、この発明の実施形態における「出力部材」に相当する外歯歯車の第１ドライブギヤ１２がリングギヤ８と一体に形成されている。また、動力分割機構４および第１モータ２の回転軸線と平行に、カウンタシャフト１３が配置されている。このカウンタシャフト１３の一方（図１での右側）の端部に、上記の第１ドライブギヤ１２と噛み合うカウンタドリブンギヤ１４が一体となって回転するように取り付けられている。このカウンタドリブンギヤ１４は、第１ドライブギヤ１２よりも大径に形成されており、第１ドライブギヤ１２から伝達されたトルクを増幅させるように構成されている。一方、カウンタシャフト１３の他方（図１での左側）の端部には、カウンタドライブギヤ（ファイナルドライブギヤ）１５がカウンタシャフト１３に一体となって回転するように取り付けられている。カウンタドライブギヤ１５は、終減速機であるデファレンシャルギヤ１６のデフリングギヤ（ファイナルドリブンギヤ）１７と噛み合っている。したがって、動力分割機構４のリングギヤ８は、上記の第１ドライブギヤ１２、カウンタシャフト１３、カウンタドリブンギヤ１４、カウンタドライブギヤ１５、および、デフリングギヤ１７からなる出力ギヤ列１８を介して、駆動軸５および駆動輪６に動力伝達可能に連結されている。

この車両Ｖｅのパワートレーンは、上記の動力分割機構４から駆動軸５および駆動輪６に伝達されるトルクに、第２モータ３が出力するトルクを付加することができるように構成されている。具体的には、第２モータ３のロータ３ａに一体となって回転するロータ軸３ｂが、上記のカウンタシャフト１３と平行に配置されている。そのロータ軸３ｂの先端（図１での右端）に、上記のカウンタドリブンギヤ１４と噛み合う第２ドライブギヤ１９が一体となって回転するように取り付けられている。したがって、動力分割機構４のリングギヤ８には、上記のようなデフリングギヤ１７および第２ドライブギヤ１９を介して、第２モータ３が動力伝達可能に連結されている。すなわち、リングギヤ８は、第２モータ３と共に、デフリングギヤ１７を介して、駆動軸５および駆動輪６に動力伝達可能に連結されている。

上述したハイブリッド車両Ｖｅは、エンジン１を動力源としたハイブリッド走行（ＨＶ走行）や第１モータ２、第２モータ３を蓄電装置の電力で駆動して走行する電気走行モード（ＥＶ走行）などの走行形態が可能である。このような各モードの設定や切り替えは、電子制御装置（ＥＣＵ）２０により実行される。このＥＣＵ２０は、この発明における「コントローラ」に相当し、例えば、制御指令信号を伝送するように上記のエンジン１、第１モータ２および第２モータ３に電気的に接続されている。また、このＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや予め記憶しているデータならびにプログラムを使用して演算を行い、その演算結果を制御指令信号として出力するように構成されている。その入力されるデータは、車速、車輪速、アクセル開度、蓄電装置の充電残量（ＳＯＣ）などであり、また予め記憶しているデータは、各走行モードを決めてあるマップ、エンジン１の最適燃費運転点を決めてあるマップ、エンジン１の要求パワーＰｅ＿ｒｅｑを決めてあるマップなどである。そして、ＥＣＵ２０は、制御指令信号として、エンジン１の始動や停止の指令信号、第１モータ２のトルク指令信号、第２モータ３のトルク指令信号、エンジン１のトルク指令信号などを出力する。なお、図１では１つのＥＣＵ２０が設けられた例を示しているが、ＥＣＵは、例えばエンジン１や各モータ２，３など制御する装置ごと、あるいは制御内容ごとに複数設けられていてもよい。

ＨＶ走行は、上述したように主にエンジン１を動力源として車両Ｖｅを走行させる走行モードである。具体的には、エンジン１と動力分割機構４とを連結することにより、エンジン１から出力された動力を駆動輪６に伝達することができる。このようにエンジン１から出力された動力を駆動輪６に伝達する際に、第１モータ２から反力を動力分割機構４に作用させる。そのため、エンジン１から出力されたトルクを駆動輪６に伝達することができるように、動力分割機構４におけるサンギヤ７を反力要素として機能させる。すなわち、第１モータ２は、加速要求に基づく要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに応じたトルクを駆動輪６に作用させるべく前記要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに対する反力トルクを出力する。

また、上述した第１モータ２は、通電される電流値やその周波数に応じて回転数を任意に制御することができる。そのため、第１モータ２の回転数を制御して、エンジン回転数Ｎｅを任意に制御することができる。具体的には、運転者のアクセルペダルの踏み込み量によって決まるアクセル開度や車速などに応じて要求駆動力が求められる。また、その要求駆動力に基づいてエンジンの要求パワーＰｅ＿ｒｅｑが求められる。さらに、そのエンジンの要求パワーＰｅ＿ｒｅｑと現在のエンジン回転数Ｎｅとから運転者の要求する要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑ（以下、要求するエンジントルクＴｅ＿ｒｅｑとも記す）が求められる。そして、エンジン１の燃費が良好になる最適燃費線からエンジン１の運転点を定める。また、前述のように定められたエンジン１の運転点となるように第１モータ２の回転数が制御される。つまり、エンジン１から動力分割機構４に伝達されるトルクに応じて第１モータ２の出力トルクＴｇあるいは回転数が制御され、具体的には、エンジン回転数Ｎｅを目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑに制御するように、第１モータ２の回転数が制御される。この場合、第１モータ２の回転数は連続的に変化させることができるので、エンジン回転数Ｎｅも連続的に変化させることができる。

上述したように、エンジン回転数Ｎｅは第１モータ２によって制御され、ならびに、要求するエンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに応じて第１モータの出力トルクＴｇが制御される。その場合、第１モータ２は上述したように反力要素として機能する。さらに、上記のエンジン回転数Ｎｅの制御は、例えば加速要求等により、エンジン回転数Ｎｅを増大させるためのイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒを要する。この場合、そのイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒは正の値（Ｔｇ＿ｉｎｅｒ＞０）であって、具体的には、現在の実際のエンジン回転数Ｎｅが目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑよりも低い状態で（Ｎｅ_ｒｅｑ＞Ｎｅ）、エンジン回転数Ｎｅを増大させる。そして、そのイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒは、エンジン１ならびに各モータ２，３のいずれかの駆動力源によって受け持つことになる。

例えば、定常走行の場合や滑らかな加速要求の場合は、上述したように第１モータ２によってエンジン回転数Ｎｅを制御する。つまり、エンジン回転数Ｎｅを維持もしくは滑らかに増大させるためのイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒを第１モータ２によって出力する。したがって、第１モータ２が出力するトルクＴｇは以下のように示すことができる。
Ｔｇ＝−ρ／（１＋ρ）・Ｔｅ＿ｒｅｑ＋Ｔｇ＿ｉｎｅｒ…（１）
なお、上記の式（１）の「−ρ／（１＋ρ）・Ｔ＿ｒｅｑ」は上述した反力トルクを示し、また、前述した動力分割機構４を構成している遊星歯車機構における各回転要素のトルクの関係は、そのギヤ比（サンギヤ７の歯数とリングギヤ８の歯数との比）に基づいて決まるから、上記の式（１）を利用して第１モータ２によって出力するトルクＴｇを求めることができる。

その一方で、上述したように急加速など比較的加速要求が大きい場合には、エンジン回転数Ｎｅを増大させるために要するイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒが増大するため、上記のように第１モータ２でエンジン回転数Ｎｅを制御すると、要求するエンジントルクＴｅ＿ｒｅｑが駆動輪６から出力されず、運転者が意図した加速感を得られないおそれがある。そこで、この発明の実施形態では、急加速など加速要求が大きい場合には、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに加えてエンジン回転数Ｎｅを増大させるためのイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒをもエンジン１によって出力するように構成されている。なお、このイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒは、エンジン１の軸トルクに変換したイナーシャトルクであって、動力分割機構４を構成する遊星歯車機構のギヤ比との関係から以下の式で変換することができる。
Ｔｅ＿ｉｎｅｒ＝（１＋ρ）／ρ・Ｔｇ＿ｉｎｅｒ…（２）
したがって、これ以降の説明では、イナーシャトルクを、エンジン１によって出力する場合には、「イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒ」と、また第１モータ２によって出力する場合には、「イナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒ」と示す。

また、図１に示すパワートレーンにおける、エンジン１の出力可能な最大トルクＴｅ＿ｍａｘと第１モータ２の出力可能な最大トルクＴｇ＿ｍａｘとの関係は、加速要求に基づいてエンジン回転数Ｎｅを増大させる際に、エンジン１の出力可能な最大トルクＴｅ＿ｍａｘを出力した場合におけるキャリア９に作用するトルクの方が、加速要求に基づいてエンジン回転数Ｎｅを増大させる際に、第１モータ２の出力可能な最大トルクＴｇ＿ｍａｘを出力した場合におけるキャリア９に作用するトルクよりも大きく構成されている。つまり、この発明の実施形態では、上述したように急加速など加速要求が大きい場合には、エンジン１によって要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑとイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒとを出力するため、エンジン１の最大トルクＴｅ＿ｍａｘは、少なくとも、第１モータ２で出力可能な最大トルクＴｇ＿ｍａｘにイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒ分を考慮したトルクを出力できるように構成されている。このエンジン１の最大トルクＴｅ＿ｍａｘと第１モータ２の最大トルクＴｇ＿ｍａｘとの関係をギヤ比を考慮して数式で表すと以下のように示すことができる。
Ｔｅ＿ｍａｘ＞｜（１＋ρ／ρ）・Ｔｇ＿ｍａｘ｜…（３）
また、上記のエンジン１および第１モータ２の各最大トルクは、その各最大トルクのなかで許容されるトルクに適宜設定されてもよい。つまり、その許容されるトルクの大きさはエンジン１が搭載される車両に応じて定められ、例えば予め定めた設計値を用いる。なお、上記のようなエンジン１の出力トルクを増大させるためのトルクアップは、例えば過給器２１によって増大され、その過給器２１はエンジン１の出力軸１ａの動力により駆動される機械式過給機（スーパーチャージャ）、または排気ガスの運動エネルギにより駆動される排気式過給機（ターボチャージャ）である。そして、その過給器２１を作動させることによってイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒに相当するトルクを補うように構成される。以下に、ＥＣＵ２０によって実行される具体的な制御例について説明する。

図２は、上述した加速要求に応じて、エンジン１に実際に指令するエンジントルクＴｅ＿ｃｍｄを演算するための制御例を説明するためのフローチャートである。以下、具体的に説明する。

先ず、エンジン１の要求パワーＰｅ＿ｒｅｑを求める（ステップＳ１）。このエンジン１の要求パワーＰｅ＿ｒｅｑは、上述したように運転者のアクセルペダルの踏み込み量によって決まるアクセル開度や車速に基づいて求まる要求駆動力から求められ、例えば予め用意されたマップ等を参照することにより決定される。

ついで、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑを求める（ステップＳ２）。この要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑは、例えば運転者の要求するエンジントルクであって、運転者のアクセルペダルの操作量などに基づいて求まる値である。したがって、上記の要求駆動力と現在のエンジン回転数Ｎｅとから求めることができる。

ついで、上述したイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒを算出する（ステップＳ３）。このイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒは、上述したように、加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる際に要するトルクであって、具体的にはエンジン１および第１モータ２の回転数を変化させるためのトルクである。このイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒの演算は、フィードバック制御およびフィードフォワード制御により求めることができる。フィードバック制御は、現在のルーチンにおける実際のエンジン回転数Ｎｅと現在のルーチンにおける目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑとの偏差により求まる。また、フィードフォワード制御は、現在のルーチンの目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑと１ルーチン後の目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑ_＋１との偏差により求まる。つまり、イナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒは、フィードバック制御におけるフィードバックトルクＴｇ＿ｆｂとフィードフォワード制御におけるフィードフォワードトルクＴｇ＿ｆｆとにより求めることができる。したがって、そのイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒを数式で表すと以下の式で表すことができる。
Ｔｇ＿ｉｎｅｒ＝Ｔｇ＿ｆｂ＋Ｔｇ＿ｆｆ…（４）

なお、上記のフィードフォワードトルクＴｇ＿ｆｆは、１ルーチンの間に増大させるべき目標エンジン回転数の増加量ｄＮｅに、エンジン１および第１モータ２のイナーシャモーメントＩｅを掛け合わせ、さらにエンジン１の軸トルクを第１モータ２の軸トルクに変換するための変換係数Ｋを掛けて求められる。これを簡略化して表すと以下のように示すことができる。
Ｔｇ＿ｆｆ＝Ｉｅ・Ｋ・ｄＮｅ／ｄｔ…（５）
なお、上記の式（５）において、第２モータ３の回転軸における回転変動に与える影響は比較的少ないため考慮しない。

ついで、上記のステップＳ３で算出されたイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒが予め定められた閾値αより大きいか否かの判断を行う（ステップＳ４）。これは、上述したように第１モータ２でエンジン１の回転数Ｎｅを制御している際のイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒが、閾値αより大きいか否かを判断するステップであって、言い換えれば、急加速など比較的加速要求が大きいか否かの判断を行う。したがって、上記の閾値αは、例えばエンジン回転数Ｎｅの変化率を増大させるために要するイナーシャトルクの値に設定される。なお、この閾値αは図２に示す例では、上述したように急加速など比較的加速要求が大きい場合に適用される例を示しているものの、加速要求が大きい場合に限られない。つまり、加速要求の大きさに拘らず、少なくとも加速要求がありエンジン回転数Ｎｅを上昇させる場合に適用することができる。したがって、この閾値αはその加速要求の大きさや各種車両などに応じて適宜に設定され、その閾値αの値は、少なくとも０以上の値に設定される。

このステップＳ４で肯定的に判断された場合、すなわち、エンジン回転数Ｎｅの変化率が大きいことなどにより、イナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒの値が閾値αより大きい場合には（Ｔｇ＿ｉｎｅｒ＞α）、エンジン１に実際に指令するトルクＴｅ＿ｃｍｄは要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに加えてエンジン軸に変換したイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒを加算した合算トルクを指令する（ステップＳ５）。つまり、この場合は第１モータ２でのエンジン回転数Ｎｅの制御を一時的に中止して、エンジン１によってイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒを出力する。したがって、この実際にエンジン１に指令するトルクＴｅ＿ｃｍｄを簡略化して表すと以下のように示すことができる。
Ｔｅ＿ｃｍｄ＝Ｔｅ＿ｒｅｑ＋Ｔｅ＿ｉｎｅｒ…（６）
なお、第１モータ２は、上述したようにエンジン回転数Ｎｅの制御を一時的に中止するため、このステップＳ４で肯定的に判断された場合には要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに対する反力トルクのみを出力する。また、上記の式（６）によって算出されるエンジン１に実際に指令するトルクＴｅ＿ｃｍｄは、上述したように要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑと、イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒとに応じて求まり、すなわち変数であるため、そのエンジン１に実際に指令するトルクＴｅ＿ｃｍｄは、上述した最適燃費運転点を外れてエンジン１で出力可能な最大トルクＴｅ＿ｍａｘもしくはこれに近い値に設定される場合がある。また、このエンジン１に実際に指令するトルクＴｅ＿ｃｍｄがこの発明の実施形態における「エンジンの出力トルク」に相当する。

ここで、上記のステップＳ４でイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒが閾値αより大きく肯定的に判断され、ステップＳ５でエンジントルクＴｅ＿ｃｍｄを実際に指令した場合の作用について、共線図を用いて説明する。図３は、図１のシングルピニオン型の遊星歯車機構から構成されている上記の動力分割機構４についての共線図を示しており、サンギヤ７を示す縦線（第１モータ軸）とリングギヤ８を示す縦線（第２モータ軸および出力軸）との間にキャリア９を示す縦線(エンジン軸）が位置し、サンギヤ７を示す縦線とキャリア９を示す縦線との間隔を「１」とした場合、キャリア９を示す縦線とリングギヤ８を示す縦線との間隔がギヤ比ρに相当する間隔となっている。なお、ギヤ比ρは、動力分割機構４を構成している遊星歯車機構におけるサンギヤ７の歯数とリングギヤ８の歯数との比である。これら各回転要素を示す線上における基線からの距離がそれぞれの回転要素の回転数を示し、各回転要素の回転数を示す点を結んだ線は直線となる。なお、図３における矢印は、各回転要素のトルクの方向を示す。

また、図３の共線図はＨＶモードでの動作状態を示している。ＨＶモードは、上述したように主にエンジン１の動力で走行する。つまり、エンジン１は上述したように、要求駆動力に応じた要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑを出力する。その場合、第１モータ２は発電機として機能してエンジン１の回転方向とは反対方向（負回転方向）のトルクを出力し、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑの反力を支持する反力受けとして機能する。

さらに、この発明の実施形態では、上述したように、急加速などの加速要求が大きく、
ステップＳ４で肯定的に判断された場合には、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに加えてエンジン回転数を上昇させるためのイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒをもエンジン１で出力するように構成されている。したがって、各回転要素のトルクの方向およびトルクの大きさは図３に示す矢印が示す通りであり、すなわち、第１モータ２は、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに相当する反力トルクを出力し、またそれに伴って、エンジン１から駆動輪６に機械的に伝達されるエンジントルクＴｐ＿ｅｎｇ（以下、エンジン直達トルクＴｐ＿ｅｎｇとも記す）は、ほぼ減少することなく、リングギヤ８から出力される。

一方、上記のステップＳ４で否定的に判断された場合、すなわち、イナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒの値が閾値α以下の場合には、エンジン１に実際に指令するトルクＴｅ＿ｃｍｄは、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑが指令される（ステップＳ６）。すなわち、加速要求がない場合、もしくは、加速要求があった場合でも比較的滑らかな加速要求である場合には、イナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒは第１モータ２によって出力され、つまり第１モータ２は要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに対する反力トルクおよびエンジン回転数を制御するためのトルクを出力する。したがって、このステップＳ６では、実際にエンジン１に指令するトルクＴｅ＿ｃｍｄは以下のように表すことができる。
Ｔｅ＿ｃｍｄ＝Ｔｅ＿ｒｅｑ…（７）
そして、上記のステップＳ５、もしくは、上記のステップＳ６の処理が実行された後に、このフローチャートを一旦終了する。なお、上述した制御例は、例えば所定の短時間ごとに繰り返し実行される。したがって、この発明の実施形態では図２の制御例の１ルーチンが「所定時間」に相当する。

図４は上述した図２の制御例を実行したときのタイムチャートを説明する図であって、特にイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒが閾値αより大きく、ステップＳ４で肯定的に判断された場合のタイムチャートである。具体的には、目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑ、エンジントルクＴｅ、第１モータ２のトルクＴｇ、ならびに、駆動力Ｆの変化の一例を示している。

先ず、車両Ｖｅは図３の共線図で説明したようにＨＶ走行で走行しており、またｔ０時点では定常走行している。したがって、このｔ０時点での目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑは一定の回転数となり、ならびに、エンジントルクＴｅ、第１モータ２のトルクＴｇ、駆動力Ｆの各パラメータも一定の出力となる。

ついで、ｔ１時点で、急加速など比較的大きな加速要求がされる。これは、上述したようにステップＳ４の判断で肯定的に判断され、すなわちイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒが閾値αより大きいことにより、エンジン回転数Ｎｅが増大される。具体的には、エンジン回転数がｔ１時点からｔ２時点に渡り急勾配で増大され、またそれに伴って、エンジントルクＴｅもｔ１時点からｔ２時点に渡り急勾配で出力される。なお、このエンジントルクＴｅは図２のステップＳ５で指令したエンジントルクＴｅ＿ｃｍｄであって、つまり、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑにエンジン軸に変換したイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒを加算した合算トルクである。そして、このタイムチャートではｔ２時点でのエンジントルクＴｅが最大値となっている。

さらに、上記のｔ１時点からｔ２時点での第１モータ２のトルクＴｇは要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに対する反力トルクを出力し続けるため一定である。そして、駆動輪６から出力される駆動力Ｆも急勾配で出力される。つまりこの駆動力Ｆは、図３の共線図が示すようにエンジン直達トルクＴｐ＿ｅｎｇが減少しないことに加えて、第１モータ２の出力するトルクＴｇが減少しないことにより第１モータ２の発電量も増加する。したがって、エンジン直達トルクＴｐ＿ｅｎｇに加えて第２モータ３で出力する駆動力も増大するため、結果的に車両全体として駆動輪６から出力される駆動力Ｆも増大する。

ついで、ｔ２時点からｔ３時点の過渡期における目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑは増大するものの、その変化率は減少する。つまり、エンジン回転数Ｎｅが一定の回転数まで増大したと判断できる。したがって、そのエンジン回転数Ｎｅの変化率が減少することによりイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒも減少する。また、このようにイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒが減少することに伴ってエンジントルクＴｅもｔ２時点からｔ３時点に渡りイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒの分、減少して出力される。そして、エンジントルクＴｅの出力が減少することに伴って駆動力Ｆの出力も増大するものの変化率は減少する。

そして、ｔ３時点で目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑはほぼ一定となり、またエンジントルクがｔ０時点における定常走行とほぼ同様の出力に減少する。したがって、このｔ４時点で加速要求が終了したと判断できる。なお、第１モータ２のトルクＴｇは要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに対する反力トルクを出力し続けるためこのタイムチャートでは常にほぼ一定である。

このように、急加速など加速要求が大きい場合、すなわち、イナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒが閾値αより大きい場合には、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑにエンジン軸に変換したイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒを合算したトルクをエンジントルクＴｅ＿ｃｍｄとして出力するように構成されている。つまり、急加速など加速要求が大きい場合には、第１モータ２でのエンジン回転数Ｎｅの制御を一時的に中止している。そのため、図３の共線図が示すように、第１モータ２は要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑの反力トルクに相当するトルクＴｇを出力し、またリングギヤ８に伝達されるエンジン直達トルクＴｐ＿ｅｎｇはほぼ減少しない。なお、破線の矢印は、第１モータ２でイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒを出力した場合におけるエンジン直達トルクを示している。したがって、このように、イナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒに影響されることなく、要求されたエンジントルクＴｅ＿ｒｅｑを駆動軸５および駆動輪６に伝達することができるため、加速応答性などの加速性能が低下することを抑制もしくは回避することができる。言い換えれば、運転者の意図した加速感を得ることができる。

また、上記のように、第１モータ２で確実に要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに対する反力トルクを出力することができることにより、第１モータ２によって発電する発電量は増加する。そのため、第１モータ２から第２モータ３に供給される電力も増大し、それに伴って出力される駆動力も増加する。したがって、上記のエンジン直達トルクＴｐ＿ｅｎｇが低下することを抑制できることに加えて、第２モータ３で出力する駆動力が増加するため、車両Ｖｅ全体としての駆動力Ｆが増加し、加速性能を向上させることができる。

そして、エンジン１の出力可能な最大トルクＴｅ＿ｍａｘと第１モータ２の出力可能な最大トルクＴｇ＿ｍａｘとの関係は、加速要求に基づいてエンジン回転数Ｎｅを増大させる際に、エンジン１の最大トルクＴｅ＿ｍａｘを出力した場合におけるキャリア９に作用するトルクの方が、加速要求に基づいてエンジン回転数Ｎｅを増大させる際に、第１モータの最大トルクＴｇ＿ｍａｘを出力した場合におけるキャリア９に作用するトルクよりも大きくなるように構成されている。つまり、上述したように加速要求が大きい場合にはエンジン１によってイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒを出力するため、第１モータ２で出力可能な最大トルクＴｅ＿ｍａｘまで要求するエンジントルクＴｅ＿ｒｅｑとして指令することができる。言い換えれば、エンジン１以外の構成はそのままで、例えば過給器２１を追加するなどによってエンジントルクのみを向上させることで加速性能を向上させることができる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。例えば、上述した実施形態では、エンジン１の出力を増大させるためのトルクアップは過給器２１によって図っているが、これに代えてエンジン１の排気量を増大させてもよい。

また、上述した実施形態では、エンジン１で出力可能な最大トルクＴｅ＿ｍａｘを出力した場合におけるキャリア９に作用するトルクの方が、第１モータ２で出力可能な最大トルクＴｇ＿ｍａｘを出力した場合におけるキャリア９に作用するトルクよりも大きく設定された例を示して説明したが、これに代えて、第１モータ２が最大トルクＴｇ＿ｍａｘを出力した場合におけるキャリア９に作用するトルクの方が、エンジン１が最大トルクＴｅ＿ｍａｘを出力した場合におけるキャリア９に作用するトルクよりも大きく設定されてもよい。そして、このような場合は、エンジン１の最大トルクＴｅ＿ｍａｘは、第１モータ２が出力可能なトルクＴｇの範囲（大きさ）で、要求エンジントルクＴｇ＿ｒｅｑとイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒとを出力することができるように設定される。

さらに、上述した実施形態では、ＨＶ走行している状態での制御例を示したが、この制御例はＥＶ走行から開始されてもよい。またこの発明は、エンジン回転数Ｎｅが低回転数から高回転数のどの回転数の領域から適用されてもよく、さらには、エンジン１が停止の状態からでも適用することができる。

そして、上述した実施形態では図１で説明したような第１モータ２のロータ軸２ｂと第２モータ３のロータ軸３ｂとが平行に配置されている車両Ｖｅを対象として説明している。これに対して、この車両Ｖｅにおけるパワートレーンは、例えば第１モータ２のロータ軸２ｂと第２モータ３のロータ軸３ｂとが同一の軸線上に配置されているようなハイブリッド車両Ｖｅ（図示せず）に適用することもできる。また２モータタイプのハイブリッド車両に限られず１モータタイプ（図示せず）のハイブリッド車両にも適用することができる。そして、車両Ｖｅに搭載するパワートレーンはクラッチ機構やブレーキ機構などの係合機構を追加したギヤトレーンから構成されてもよい。

１…エンジン（ＥＮＧ）、 ２…第１モータ（ＭＧ１）、 ３…第２モータ（ＭＧ２）、 ４…動力分割機構（伝動機構）、 ５…駆動軸、 ６…駆動輪、 ７…サンギヤ、 ８…リングギヤ、 ９…キャリア、 １２…第１ドライブギヤ、 ２０…電子制御装置（ＥＣＵ）、 ２１…過給器、 Ｖｅ…車両。

Claims (6)

1. エンジンと、駆動輪に駆動力を伝達する出力部材と、発電機能のある第１モータと、前記エンジンが出力した駆動力を前記出力部材と前記第１モータとに分割して伝達する動力分割機構とを備え、
   前記動力分割機構は、前記エンジンに連結された入力要素と、前記第１モータに連結された反力要素と、前記出力部材に連結された出力要素との少なくとも三つの回転要素を含み、
   加速要求に基づく要求エンジントルクに応じたトルクを前記駆動輪に作用させるべく前記第１モータが前記要求エンジントルクに対する反力トルクをエンジン回転数を下げる方向に出力す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、
   前記エンジンおよび前記第１モータを制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記加速要求に基づいて前記エンジン回転数を増大させる際に、前記エンジン回転数を増大させるために要する前記エンジンと前記第１モータとのイナーシャトルクを算出し、前記イナーシャトルクが急加速時のトルクである予め定められた閾値より大きい場合に、前記要求エンジントルクおよび前記イナーシャトルクを合算して前記エンジンの出力トルクを算出し、
   前記算出したエンジンの出力トルクを前記エンジンによって出力し、
   前記要求エンジントルクに対する反力トルクのみを前記第１モータによって出力し、かつ前記第１モータによる前記エンジン回転数の制御を中止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
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記コントローラは、
   前記イナーシャトルクを、現在のエンジン回転数と現在の目標エンジン回転数との偏差および前記現在の目標エンジン回転数と所定時間後の目標エンジン回転数との偏差に基づいて算出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。
3. 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において、
   前記コントローラは、
   前記イナーシャトルク予め定められた閾値以下である場合に、前記要求エンジントルクに基づいて前記エンジンの出力トルクを算出し、
   前記算出したエンジンの出力トルクを前記エンジンから出力し、
   前記要求エンジントルクに対する反力トルクおよび前記エンジン回転数を制御するためのトルクを前記第１モータによって出力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。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる際に、前記エンジンの出力可能な最大トルクを出力した場合における前記入力要素に作用するトルクは、前記加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる際に、前記第１モータの出力可能な最大トルクを出力した場合における前記入力要素に作用するトルクより大きく構成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
5. 請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記エンジンは過給器を備え、前記イナーシャトルクに相当するトルクを前記過給器を作動させることにより前記エンジンの出力トルクを増大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。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記駆動輪と前記出力要素との間の動力伝達経路に連結された第２モータを備え、
   前記第１モータによって発電した電力を前記第２モータに供給し、前記供給された電力によって前記第２モータが出力する駆動力を前記駆動輪に付加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。

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