JP6729215B2 - 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、エンジンと第１モータと第２モータが連結された駆動軸とが遊星歯車機構の３つの回転要素に接続された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２モータが連結された駆動軸とが遊星歯車機構の３つの回転要素に接続されたハイブリッド自動車において、シフトポジションがリバース用ポジションであり、エンジンが始動していないときに段差が検出されたときにはエンジンを始動しておく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、リバース走行する際に段差を乗り越えようとする前にエンジンを予め始動させておくことにより、エンジン始動による飛び出し感等の違和感をドライバーに与えないようにしている。

また、クランク軸を正転方向と逆転方向に駆動可能な正逆転切換装置が取り付けられたエンジンが提案されている（例えば、特許文献２参照）。正逆転切換装置は、シリンダヘッドに回転自在に装着されたカムシャフトに、吸気弁用の動弁カムと排気弁用の動弁カムとをカムシャフトに対して正転位置と逆転位置とに切換移動自在に嵌合する構成となっており、動弁カムの位相がクランク軸の正転時と逆転時とで切り換えられる。これにより、正転側のトルクと逆転側のトルクとを自在に出力することができる。

特開２０１３−１６６４１５号公報 特開２００５−２８１２号公報

エンジンと第１モータと第２モータが連結された駆動軸とが遊星歯車機構の３つの回転要素に接続されたハイブリッド自動車では、エンジンからのトルクは前進方向に作用するため、リバース走行はエンジンを停止した状態で第２モータからトルクにより行なわれる。このため、リバース走行に要求される要求トルクが第２モータの許容最大トルクを超えたときには、要求トルクを出力することができない。また、リバース走行では第２モータから比較的大きなトルクを出力することから第２モータが過熱する場合が生じる。

本発明のハイブリッド自動車は、エンジンと第１モータと第２モータが連結された駆動軸とが遊星歯車機構の３つの回転要素に接続されたハイブリッド自動車において、リバース走行時に第２モータの過熱を抑制しつつ要求トルクにより走行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、
正回転駆動と逆回転駆動とが可能なエンジンと、
第１モータと、
共線図において順に並ぶ３つの回転要素に順に前記第１モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と駆動輪が連結された駆動軸とが接続された遊星歯車機構と、
前記駆動軸に動力を出力可能に回転軸が接続された第２モータと、
前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、
前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを駆動制御する制御装置と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、リバース走行時に走行に要求される要求トルクが前記第２モータの温度を一定に保つことができる保温トルクを前記第２モータから出力したときに前記駆動軸に出力されるトルクにより大きいとき、
そのときの走行状態に基づいて前記エンジンを逆回転させて前記駆動軸に出力することができる最大逆回転トルクが前記要求トルクから前記第２モータから前記保温トルクを出力した際に前記駆動軸に出力されるトルクを減じた差分トルク以上のときには前記エンジンから前記駆動軸に前記差分トルクが出力されると共に前記第２モータから前記保温トルクが出力されるように前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御し、
前記最大逆回転トルクが前記差分トルク未満のときには前記エンジンから前記駆動軸に前記最大逆回転トルクが出力されると共に前記第２モータから前記要求トルクから前記最大逆回転トルクを減じたトルクが出力され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、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、正回転駆動と逆回転駆動とが可能なエンジンを備え、リバース走行時に走行に要求される要求トルクが第２モータの温度を一定に保つことができる保温トルクを第２モータから出力したときに駆動軸に出力されるトルクより大きいときには以下のように制御する。そのときの走行状態に基づいてエンジンを逆回転させて駆動軸に出力することができる最大逆回転トルクが要求トルクから第２モータから保温トルクを出力した際に駆動軸に出力されるトルクを減じた差分トルク以上のときには（最大逆回転トルク≧差分トルク）、エンジンから駆動軸に差分トルクを出力すると共に第２モータから保温トルクを出力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。これにより、第２モータの温度を保ちつつ、要求トルクを出力してリバース走行することができる。一方、最大逆回転トルクが差分トルク未満のときには（最大逆回転トルク＜差分トルク）、エンジンから駆動軸に最大逆回転トルクを出力すると共に第２モータから要求トルクから最大逆回転トルクを減じたトルクを出力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。これにより、第２モータの温度上昇を抑制しつつ、要求トルクを出力してリバース走行することができる。これらの結果、リバース走行時に第２モータの過熱を抑制しつつ要求トルクにより走行することができる。

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。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 正回転方向に動力を出力する場合のエンジン２２の動作の様子と逆回転方向に動力を出力する場合のエンジン２２の動作の様子とを示す説明図である。 実施例のＨＶＥＣＵ７０によって実行される制御ルーチンの一例を示す説明図である。 保温トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２を逆回転駆動させながらリバース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。 実施例のハイブリッド自動車２０のリバース走行時のモータＭＧ２の温度ｔｍ２，トルクＴｍ２とエンジン２２のトルクＴｅ，回転数Ｎｅ，駆動軸３６に出力されるトルクＴｐの時間変化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り、図２は、エンジン２２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、冷却装置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、吸気，圧縮，爆発（燃焼），排気の各行程を有する４サイクル機関として構成されており、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジン２２は、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸気管１２５吸入すると共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８ａを介して燃焼室１２９に吸入する。吸入した混合気は、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼され、エンジン２２は、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、排気バルブ１２８ｂを介して排気管１３３へ送り出された後、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）を有する浄化装置１３４を介して外気へ排出される。

吸気バルブ１２８ａおよび排気バルブ１２８ｂは、動弁機構１３７によって開閉駆動される。動弁機構１３７は、吸気カム１３８ａと、排気カム１３８ｂと、吸気側可変バルブタイミング機構１３９ａと、排気側可変バルブタイミング機構１３９ｂと、を備える。

吸気カム１３８ａは、吸気カムシャフトに取り付けられ、吸気カムシャフトの回転により回転して吸気バルブ１２８ａ（吸気ポート）を開閉する。排気カム１３８ｂは、排気カムシャフトに取り付けられ、排気カムシャフトの回転により回転して排気バルブ１２８ｂ（排気ポート）を開閉する。吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトは、クランクシャフト２６の回転が図示しないタイミングチェーンまたはタイミングベルトを介して伝達され、クランクシャフト２６が２回転する間、１回転する。

吸気側可変バルブタイミング機構１３９ａは、吸気カム１３８ａの吸気カムシャフトに対する位相を変更したり、位相が異なる２種類のカムを切り替えたりすることにより、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングを変更する。また、排気側可変バルブタイミング機構１３９ｂは、同様に、排気カム１３８ｂの排気カムシャフトに対する位相を変更したり、位相が異なる２種類のカムを切り替えたりすることにより、排気バルブ１２８ｂの開閉タイミングを変更する。なお、吸気側可変バルブタイミング機構１３９ａおよび排気側可変バルブタイミング機構１３９ｂは、例えば、特開２００５−２８１２号公報に記載された構成を採用することができる。

点火プラグ１３０は、イグナイタと一体化されたイグニッションコイルに駆動信号が出力されることにより、電気火花を発生させる。

本実施例のエンジン２２は、吸気カム１３８ａおよび排気カム１３８ｂの位相と点火プラグ１３０の点火時期とを変更することにより、正逆両回転方向に動力を出力することができるようになっている。図３は、正回転方向に動力を出力する場合のエンジン２２の動作の様子と逆回転方向に動力を出力する場合のエンジン２２の動作の様子とを示す説明図である。エンジン２２は４サイクルエンジンであり、エンジン２２が正回転する場合、図示するように、ピストン１３２は、吸気行程において下降し、圧縮行程において上昇し、爆発行程において下降し、排気行程において上昇する。そして、吸気バルブ１２８ａは、吸気行程の直前に開弁するよう開閉タイミングが設定され、排気バルブ１２８ｂは、排気工程の直前に開弁するよう開閉タイミングが設定され、点火プラグ１３０は、爆発行程の直前に点火するよう点火タイミングが設定される。一方、エンジン２２が逆回転すると、図示するように、ピストン１３２は、エンジン２２が正回転する場合とは逆に上下動する。このため、エンジン２２が逆回転する場合には、エンジン２２が正回転する場合の排気行程，爆発行程，圧縮行程，吸気行程がそれぞれ吸気行程，圧縮行程，爆発行程，排気行程となるように、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミング，排気バルブ１２８ｂの開閉タイミングおよび点火プラグ１３０の点火タイミングを変更する。これにより、エンジン２２が正回転方向および逆回転方向のいずれの方向に回転する場合でも、最適な開閉タイミングおよび点火タイミングでエンジン２２を負荷運転することができる。

エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａ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、ＣＰＵ２４ａの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂ，データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃ，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を介して入力されている。各種センサからの信号としては、例えば、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１４０からのクランク角θｃｒや、エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温を挙げることができる。また、吸気カム１３８ａ（吸気カムシャフト）および排気カム１３８ｂ（排気カムシャフト）の回転位置をそれぞれ検出するカムポジションセンサ１４４ａ，１４４ｂからのカムポジションや、スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルポジションセンサ１４６からのスロットルポジション、エンジン２２の負荷としての吸入空気量を検出するバキュームセンサ１４８からの吸入空気量なども挙げることができる。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。各種制御信号としては、例えば、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号や、燃料噴射弁１２６への駆動信号を挙げることができる。また、点火プラグ１３０（イグニッションコイル）への制御信号や、吸気側可変バルブタイミング機構１３８ａおよび排気側可変バルブタイミング機構１３８ｂへの制御信号なども挙げることができる。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、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と接続されると共に電力ライン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、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，モータＭＧ２の温度を検出する温度センサ４５からのモータＭＧ２の温度ｔｍ２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。

冷却装置６０は、オイルによってモータＭＧ１，ＭＧ２を冷却する装置として構成されている。この冷却装置６０は、オイルパン６１と、オイルポンプ６２と、流路６３と、を備える。オイルパン６１には、オイルが貯留されている。オイルポンプ６２は、エンジン２２からの動力によって駆動され、オイルパン６１からのオイルを吸引して吐出する。オイルポンプ６２の回転数は、エンジン２２の回転数Ｎｅに正比例している。流路６３は、オイルポンプ６２からのオイルをモータＭＧ１，ＭＧ２に供給するための流路として構成されている。

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、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。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、例えば、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やバッテリ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を挙げることができる。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。このバッテリＥＣＵ５２は、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、電圧センサ５１ａからの電池電圧Ｖｂと電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂとの積として充放電電力Ｐｂを演算している。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許容最大電力である。

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、例えば、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を挙げることができる。また、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や、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も挙げることができる。ここで、シフトポジションＳＰとしては、駐車ポジション（Ｐポジション）、後進ポジション（Ｒポジション）、ニュートラルポジション（Ｎポジション）、前進ポジション（Ｄポジション）などがある。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、ハイブリッド走行（ＨＶ走行）モードや電動走行（ＥＶ走行）モードで走行する。ここで、ＨＶ走行モードは、エンジン２２の運転を伴って走行するモードであり、ＥＶ走行モードは、エンジン２２の運転を伴わずに走行するモードである。

エンジン２２を運転しているときには、エンジン２２からの動力によってオイルポンプ６２が駆動され、オイルポンプ６２からのオイルが流路６３を介してモータＭＧ１，ＭＧ２に供給される。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２に供給されたオイルは、重力によって車両下側に移動し、オイルパン６１に戻る。

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、シフトポジションＳＰがＲポジションのとき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制御ルーチンの一例を示す説明図である。このルーチンは、モータＭＧ２の温度ｔｍ２がモータＭＧ２の通常使用範囲の上限温度よりも若干低い温度以上のときに、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

図４の制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、アクセルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃやシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，車速センサ８８からの車速Ｖ，エンジン２２の回転数Ｎｅ，モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２や温度ｔｍ２などの走行制御に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、エンジンＥＣＵ２４により演算されたものを通信により入力するものとした。モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２は、モータＥＣＵ４０により演算されたものを通信により入力するものとした。モータＭＧ２の温度ｔｍ２は、温度センサ４５によって検出されたものをモータＥＣＵ４０を介して通信により入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したシフトポジションＳＰがＲポジションであるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。シフトポジションＳＰがＲポジションではないと判定したときには、エンジン２２が逆回転駆動している（逆回転オン）か否かを判定し（ステップＳ１２０）、エンジン２２が逆回転駆動していると判定したときには、エンジン２２をオフして（ステップＳ１３０）、通常制御を実行し（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２のオフは、エンジン２２の停止を指示する制御信号がエンジンＥＣＵ２４に送信され、エンジンＥＣＵ２４によりエンジン２２の燃料噴射制御，点火制御などが停止されることにより行なわれる。エンジン２２の逆回転駆動については後述する。通常制御とは、シフトポジションＳＰがＤポジションのときには前進走行するための駆動制御である。この通常制御は、本発明の中核をなさないから、これ以上の説明は省略する。ステップＳ１２０で、エンジン２２が逆回転駆動していないと判定したときには、通常制御を実行し（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１１０で、シフトポジションＳＰがＲポジションであると判定したときには、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に要求されるリバース走行方向の要求トルクＴｐ＊（負の値）を設定する（ステップＳ１５０）。ここで、要求トルクＴｐ＊は、実施例では、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、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶した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では、要求トルクＴｐ＊は、アクセル開度Ａｃｃが大きいほど負の値としてその絶対値が大きくなる傾向に、かつ、車速Ｖが大きいほど絶対値が小さくなる傾向に設定するものとした。続いて、オイルポンプ６２の回転数に正比例するエンジン２２の回転数ＮｅとモータＭＧ２の温度ｔｍ２とに基づいて、モータＭＧ２から出力してもモータＭＧ２の温度を一定に保つことができるトルク（保温トルク）Ｔｍθ（負の値）を設定する（ステップＳ１６０）。ここで、保温トルクＴｍθは、実施例では、エンジン２２の回転数ＮｅとモータＭＧ２の温度ｔｍ２と保温トルクＴｍθとの関係を予め定めて保温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、エンジン２２の回転数ＮｅとモータＭＧ２の温度ｔｍ２とが与えられると記憶したマップから対応する保温トルクＴｍθを導出して設定するものとした。保温トルク設定用マップの一例を図５に示す。図示するように、保温トルクＴｍθは、モータＭＧ２の温度ｔｍ２が低いほど負の値としてその絶対値が大きくなるように、かつ、エンジン２２の回転数Ｎｅの絶対値が大きいほど絶対値が大きくなるように設定するものとした。オイルポンプ６２の回転数はエンジン２２の回転数Ｎｅに正比例しているから、エンジン２２の回転数Ｎｅの絶対値が大きいほどオイルポンプ６２の回転数の絶対値が大きくなり、冷却装置６０の冷却性能が向上して、保温トルクＴｍθの絶対値が大きくなる。そして、モータＭＧ２の保温トルクＴｍθに減速ギヤ３５の減速比Ｇｒを乗じたものの絶対値が要求トルクＴｐ＊の絶対値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１７０）。この判定は、モータＭＧ２の温度ｔｍ２を一定に保ちつつモータＭＧ２の出力により要求トルクＴｐ＊を賄うことができるか否かの判定ということができる。この判定で肯定的判定をしたときには、エンジン２２を運転しているときにはエンジン２２をオフする（ステップＳ１８０）。ここで、エンジン２２のオフは、ステップＳ１３０と同様にエンジン２２の燃料噴射制御，点火制御などを停止することにより行なわれる。そして、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共にモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に要求トルクＴｐ＊を減速比Ｇｒで除したものを設定し（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊が設定されると、設定と同時にトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊がモータＥＣＵ４０に送信され、モータＥＣＵ４０によりモータＭＧ１，ＭＧ２からトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に相当するトルクが出力されるようにインバータ４１，４２のスイッチング素子が制御される。

ステップＳ１７０で、モータＭＧ２の温度ｔｍ２を一定に保ちつつモータＭＧ２の出力により要求トルクＴｐ＊を賄うことができないと判定したときには（否定的判定をしたときには）、エンジン２２を逆回転方向に始動して逆回転駆動をオンとする（ステップＳ２００）。ここで、エンジン２２の逆回転方向の始動は、ＨＶＥＣＵ７０から動弁機構１３７が正回転用から逆回転用へ切り換わるよう切換指令をエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とに送信することにより行なわれる。この切換指令を受信したエンジンＥＣＵ２４は、動弁機構１３７を正回転用から逆回転用へ切り換え、同様に切換指令を受信したモータＥＣＵ４０により駆動されるモータＭＧ１による逆回転方向へのクランキングによりエンジン２２の回転数Ｎｅの絶対値が閾値以上に至ったときに燃料噴射制御や点火制御などを開始することにより、エンジン２２を逆回転方向に始動する。なお、モータＭＧ１によるエンジン２２の逆回転方向のクランキングの際に駆動軸３６に前進方向のトルクが出力されるが、このトルクはモータＭＧ２によりキャンセルされるようにモータＭＧ２が制御される。

こうしてエンジン２２の逆回転駆動をオンとすると、車速Ｖと上限回転数マップとを用いてエンジン２２の逆回転駆動時の上限回転数Ｎｅｍａｘを設定する（ステップＳ２１０）。ここで、上限回転数マップは、エンジン２２の逆回転駆動時の上限回転数Ｎｅｍａｘと車速Ｖとの関係を予め定めたマップである。エンジン２２の逆回転駆動時の上限回転数Ｎｅｍａｘは、実施例では、モータＭＧ１の性能に基づくエンジン２２の逆回転駆動時の上限回転数と、プラネタリギヤ３０のピニオンギヤの性能に基づくエンジン２２の逆回転駆動時の上限回転数と、エンジン２２の逆回転駆動時の定格値としての上限回転数と、のうち絶対値が最小のものを設定するものとした。続いて、上限回転数Ｎｅｍａｘと上限トルクマップとを用いてエンジン２２の逆回転駆動時の上限トルクＴｅｍａｘを設定する（ステップＳ２２０）。ここで、上限トルクマップは、エンジン２２の逆回転駆動時の上限回転数Ｎｅｍａｘと上限トルクＴｅｍａｘとの関係を予め定めたマップである。エンジン２２の逆回転駆動時の上限トルクＴｅｍａｘは、実施例では、エンジン２２を上限回転数Ｎｅｍａｘで運転しているときのモータＭＧ１の性能に基づくエンジン２２の上限トルクと、エンジン２２を上限回転数Ｎｅｍａｘで運転しているときの定格値としての上限トルクと、のうち絶対値が最小のものを設定するものとした。そして、モータＭＧ２の保温トルクＴｍθに減速比Ｇｒを乗じた値と直達上限トルクＴｅｐｍａｘとを足したものの絶対値が要求トルクＴｐ＊の絶対値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。この判定は、モータＭＧ２の温度ｔｍ２を一定に保ちつつエンジン２２とモータＭＧ２とから駆動軸３６に出力されるトルクで要求トルクＴｐ＊を賄うことができるか否かの判定ということができる。ここで、直達上限トルクＴｅｐｍａｘは、エンジン２２が上限トルクＴｅｍａｘを出力しているときにエンジン２２からプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に出力されるトルクである。

ステップＳ２３０で、肯定的な判定のときには、次式（１），（２）を用いて、モータＭＧ２から保温トルクＴｍθを出力したときに要求トルクＴｐ＊に不足するトルクをエンジン２２から駆動軸３６に出力されるトルクで賄うようにエンジン２２の目標トルクＴｅ＊，目標回転数Ｎｅ＊を設定し（ステップＳ２４０）、保温トルクＴｍθをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定すると共に、次式（３）を用いて、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定し（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。式（１）中、「ρ」はプラネタリギヤ３０の減速比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）である。式（２）中、「Ｎｐ」は駆動軸３６の回転数（負の値）であり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２（負の値）を減速比Ｇｒで除して計算したり、車速Ｖ（負の値）に換算係数を乗じて計算したりするものとした。式（３）は、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り、式（３）中、右辺第１項はフィードフォワード項であり、右辺第２項，第３項はフィードバックの比例項，積分項である。また、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。エンジン２２の目標トルクＴｅ＊，目標回転数Ｎｅ＊が設定されると、設定と同時にエンジン２２の目標トルクＴｅ＊，目標回転数Ｎｅ＊がエンジンＥＣＵ２４に送信され、エンジンＥＣＵ２４によりエンジン２２が目標トルクＴｅ＊，目標回転数Ｎｅ＊で駆動するように吸入空気量制御などが実行される。図６は、エンジン２２を逆回転駆動させながらリバース走行しているときのプラネタリギヤ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。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であるキャリアの回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除して得られるリングギヤ（駆動軸３６）の回転数Ｎｐを示す。また、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、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（エンジン２２からプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に出力されるトルク）と、モータＭＧ２から出力されて減速ギヤ３５を介して駆動軸３６に作用するトルクとを示す。式（１）と式（３）の右辺第１項とは、共線図を用いれば容易に導くことができる。このように、シフトポジションＳＰがＲポジションであるときに、モータＭＧ２の温度ｔｍ２を一定に保ちつつエンジン２２とモータＭＧ２とから駆動軸３６に出力されるトルクで要求トルクＴｐ＊を賄うことができると判定したときには、保温トルクＴｍθをモータＭＧ２から出力すると共に要求トルクＴｐ＊に不足するトルクをエンジン２２から駆動軸３６に出力されるトルクで賄うようにエンジン２２を逆回転駆動することで、モータＭＧ２の温度ｔｍ２を保ちつつ、要求トルクＴｐ＊を出力してリバース走行することができる。

Te*=(Tp*-Tmθ・Gr)・(1+ρ)(1)
Ne*=Tp*・Np/Te*(2)
Tm1*=-ρ・Te*/(1+ρ)+k1・(Ne*-Ne)+k2・∫(Ne*-Ne)dt (3)

ステップＳ２３０で、モータＭＧ２の温度ｔｍ２を一定に保ちつつエンジン２２とモータＭＧ２とから駆動軸３６に出力されるトルクで要求トルクＴｐ＊を賄うことができないと判定したときには（否定的判定をしたときには）、上限トルクＴｅｍａｘをエンジン２２の目標トルクＴｅ＊に設定すると共に上限回転数Ｎｅｍａｘをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に設定する（ステップＳ２６０）。続いて、式（３）を用いてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共に、次式（４）を用いて、要求トルクＴｐ＊とエンジン２２から駆動軸３６に出力されるトルクとの差分のトルクを減速比Ｇｒで除したものをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定し（ステップＳ２７０）、本ルーチンを終了する。式（４）は、図６の共線図から容易に導くことができる。このように、シフトポジションＳＰがＲポジションであるとき、モータＭＧ２の温度ｔｍ２を一定に保ちつつエンジン２２とモータＭＧ２とから駆動軸３６に出力されるトルクで要求トルクＴｐ＊を賄うことができないと判定したときには、上限トルクＴｅｍａｘをエンジン２２から出力するようにエンジン２２を逆回転駆動すると共に要求トルクＴｐ＊に対して不足するトルクをモータＭＧ２から出力することにより、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が出力可能な最大トルクに至るまでモータＭＧ２のトルクＴｍ２でリバース走行し、それ以上のトルクが要求されたときには要求トルクＴｐ＊に不足するトルクをエンジン２２から駆動軸３６に出力されるトルクで賄う場合に比して、モータＭＧ２の温度上昇を抑制しつつ、要求トルクＴｐ＊を出力してリバース走行することができる。

Tm2*=(Tp*+Tm1*/ρ)/Gr (4)

図７は、実施例のハイブリッド自動車２０のリバース走行時のモータＭＧ２の温度ｔｍ２，トルクＴｍ２とエンジン２２のトルクＴｅ，回転数Ｎｅ，駆動軸３６に出力されるトルクＴｐの時間変化の様子の一例を示す説明図である。図中、実線は実施例を示し、一点鎖線は比較例を示す。比較例としては、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が出力可能な最大トルクに至るまでモータＭＧ２のトルクＴｍ２でリバース走行し、それ以上のトルクが要求されたときには要求トルクＴｐ＊に不足するトルクをエンジン２２から駆動軸３６に出力されるトルクで賄うものを用いた。時間ｔ１までは、実施例，比較例ともに要求トルクＴｐ＊をモータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２で賄っている。時間ｔ１にアクセルペダル８３が踏まれることにより要求トルクＴｐ＊の絶対値がそれまでよりも大きくなると、実施例では、モータＭＧ２から保温トルクＴｍθを出力すると共にエンジン２２が逆回転方向に始動され、要求トルクＴｐ＊に不足するトルクをエンジン２２から駆動軸３６に出力されるトルクで賄う。このため、モータＭＧ２の温度ｔｍ２は一定に保たれる。一方、比較例では、要求トルクＴｐ＊をモータＭＧ２から出力するトルクＴｍ２で賄うから、モータＭＧ２の温度ｔｍ２が上昇する。そして、時間ｔ２にモータＭＧ２の温度ｔｍ２が上限温度ｔｍ２ａｘを超えると、モータＭＧ２のトルクＴｍ２が制限されるから、エンジン２２が逆回転方向に始動され、要求トルクＴｐ＊に不足するトルクをエンジン２２から駆動軸３６に出力されるトルクで賄う。時間の経過とともに、要求トルクＴｐ＊は一定であるが、モータＭＧ２の温度ｔｍ２が上昇し、モータＭＧ２のトルク制限が厳しくなるから、エンジン２２で賄うトルクが大きくなる。そして、時間ｔ３にエンジン２２のトルクＴｅ，回転数Ｎｅが上限トルクＴｅｍａｘ，上限回転数Ｎｅｍａｘに達すると、それ以降ではエンジン２２とモータＭＧ２とからのトルクで要求トルクＴｐ＊を賄うことができなくなる。実施例では、時間ｔ４にアクセルペダル８３が更に踏まれることにより要求トルクＴｐ＊の絶対値が更に大きくなると、エンジン２２から上限トルクＴｅｍａｘを出力すると共に要求トルクＴｐ＊に不足するトルクをモータＭＧ２からのトルクで賄う。このため、モータＭＧ２の温度ｔｍ２は上昇するが、要求トルクＴｐ＊を出力することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の温度ｔｍ２がモータＭＧ２の通常使用範囲の上限温度より若干低い温度以上のときに、モータＭＧ２の温度ｔｍ２をそのときの温度で一定に保ちつつエンジン２２とモータＭＧ２とから駆動軸３６に出力されるトルクで要求トルクＴｐ＊を賄うことができるときには、保温トルクＴｍθをモータＭＧ２から出力すると共に要求トルクＴｐ＊に不足するトルクをエンジン２２から出力する。これにより、モータＭＧ２の温度ｔｍ２を保ちつつ、要求トルクＴｐ＊を出力してリバース走行することができる。一方、モータＭＧ２の温度ｔｍ２を一定に保ちつつエンジン２２とモータＭＧ２とから出力されるトルクで要求トルクＴｐ＊を賄うことができないときには、上限トルクＴｅｍａｘをエンジン２２から出力すると共に要求トルクＴｐ＊に不足するトルクをモータＭＧ２から出力する。これにより、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が出力可能な最大トルクに至るまでモータＭＧ２のトルクＴｍ２でリバース走行し、それ以上のトルクが要求されたときには要求トルクＴｐ＊に不足するトルクをエンジン２２から駆動軸３６に出力されるトルクで賄う場合に比して、モータＭＧ２の温度上昇を抑制しつつ、要求トルクＴｐ＊を出力してリバース走行することができる。これらの結果、リバース走行時にモータＭＧ２の過熱を抑制しつつ要求トルクＴｐ＊により走行することができる。もとより、モータＭＧ２からの保温トルクＴｍθで要求トルクＴｐ＊を賄うことができるときには、モータＭＧ２のみからのトルクでリバース走行することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２は、減速ギヤ３５を介して駆動軸３６に接続されるものとしたが、駆動軸３６に直接接続されるものとしてもよいし、変速機を介して接続され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、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とＨＶＥＣＵ７０とを備えるものとした。しかし、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とＨＶＥＣＵ７０とを単一の電子制御ユニットとして構成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「遊星歯車機構」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、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とＨＶＥＣＵ７０とが「制御装置」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、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２４ａ ＣＰＵ、２４ｂ ＲＯＭ、２４ｃ ＲＡＭ、２６ クランクシャフト、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 回転位置センサ、４５ 温度センサ、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、６０ 冷却装置、６１ オイルパン、６２ オイルポンプ、６３ 流路、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、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２５ 吸気管、１２６ 燃料噴射弁、１２８ａ 吸気バルブ、１２８ｂ 排気バルブ、１２９ 燃焼室、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３３ 排気管、１３４ 浄化装置、１３６ スロットルモータ、１３７ 動弁機構、１３８ａ 吸気カム、１３８ｂ 排気カム、１３９ａ 吸気側可変バルブタイミング機構、１３９ｂ 排気側可変バルブタイミング機構、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４４ａ，１４４ｂ カムポジションセンサ、１４６ スロットルポジションセンサ、１４８ バキュームセンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. 正回転駆動と逆回転駆動とが可能なエンジンと、
   第１モータと、
   共線図において順に並ぶ３つの回転要素に順に前記第１モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と駆動輪が連結された駆動軸とが接続された遊星歯車機構と、
   前記駆動軸に動力を出力可能に回転軸が接続された第２モータと、
   前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、
   前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを駆動制御する制御装置と、
   を備えるハイブリッド自動車であって、
   前記制御装置は、リバース走行時に走行に要求される要求トルクが前記第２モータのその時の温度を一定に保つことができる保温トルクを前記第２モータから出力したときに前記駆動軸に出力されるトルクより大きいとき、
   そのときの走行状態に基づいて前記エンジンを逆回転させて前記駆動軸に出力することができる最大逆回転トルクが前記要求トルクから前記第２モータから前記保温トルクを出力した際に前記駆動軸に出力されるトルクを減じた差分トルク以上のときには前記エンジンから前記駆動軸に前記差分トルクが出力されると共に前記第２モータから前記保温トルクが出力されるように前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御し、
   前記最大逆回転トルクが前記差分トルク未満のときには前記エンジンから前記駆動軸に前記最大逆回転トルクが出力されると共に前記第２モータから前記要求トルクから前記最大逆回転トルクを減じたトルクが前記駆動軸に出力され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、
   ハイブリッド自動車。
   

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