JP6819685B2 - ハイブリッド車両の制御方法と制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、エンジンと発電機が互いに噛み合う複数のギヤからなるギヤトレーンを介して直結されているハイブリッド車両の制御方法と制御装置に関する。

従来、エンジンと発電機が互いに噛み合う複数のギヤからなるギヤトレーンを介して直結された装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１８５５９９号公報

しかしながら、従来装置にあっては、例えば、発電トルクを低く抑えた発電運転時、エンジンと発電機を直結するギヤトレーンの伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動する。このため、互いに噛み合うギヤの歯面同士が交互にぶつかり合い、“ラトル”と呼ばれる連続的な歯打ち音が発生してしまう、という問題がある。

本開示は、上記問題に着目してなされたもので、エンジンが回転状態であるとき、ギヤトレーンで発生する連続的な歯打ち音を防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示は、走行用駆動源として搭載された第１モータジェネレータが減速用ギヤトレーンを介して駆動輪に連結され、エンジンと発電機として搭載された第２モータジェネレータが互いに噛み合う複数のギヤからなるギヤトレーンを介して直結され、第１モータジェネレータと第２モータジェネレータが電気的に接続されるバッテリを備える。
このハイブリッド車両の制御方法において、エンジンの燃焼要求があるとき、バッテリの充電容量の上昇/低下に伴って、エンジンのファイアリング回転により第２モータジェネレータを回す発電運転と、第２モータジェネレータによりファイアリングしていないエンジンをクランキング回転させることでバッテリの充電容量を低下させるモータリング運転を繰り返す。
発電運転では、ギヤトレーンの伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないよう、第２モータジェネレータに対し所定の負のトルク値を付与し続ける。
モータリング運転では、ギヤトレーンの伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないよう、第２モータジェネレータに対し所定の正のトルク値を付与し続ける。
発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、バッテリの充電容量が発電停止閾値以上であるとモータリング運転を実行し、モータリング運転の実行中、バッテリの充電容量が発電開始閾値未満になると発電運転に移行し、エンジンのモータリング回転数と発電回転数は、外気温度センサにより検出される外気温度が設定温度未満のときの回転数を、設定温度以上のときの回転数よりも高く設定する。

このように、発電機トルク制御によりギヤ伝達トルクを管理することで、エンジンが回転状態であるとき、ギヤトレーンで発生する連続的な歯打ち音を防止することができる。
加えて、第２モータジェネレータによりファイアリングしていないエンジンをクランキング回転させることでバッテリの充電容量を低下させるモータリング運転の実行中、外気温度が設定温度未満で低いとき、エンジンのモータリング回転数が、外気温度が高いときの回転数よりも高く設定されることで、バッテリの充電容量をより早く下げておくことになる。このため、発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、エンジンのファイアリング回転による暖房運転に備えることができる。

実施例１の制御方法と制御装置が適用されたシリーズハイブリッド車両（ハイブリッド車両の一例）の駆動系と制御系を示す全体システム図である。 シリーズハイブリッド車両のハイブリッドコントロールモジュールにて実行されるラトル防止＆エンジン運転制御処理作動の流れを示すフローチャートである。 エンジンと発電機を直結するギヤトレーンにてラトルが発生する条件を示すギヤ伝達トルク特性図である。 エンジンと発電機を直結するギヤトレーンにてラトルが発生しない条件を示すギヤ伝達トルク特性図である。 発電運転とモータリング運転が繰り返される状況での発電機トルク特性及びＳＯＣ特性図である。 発電運転時とモータリング運転時とでエンジン騒音を揃えたいときのエンジン回転数の関係を示すエンジン回転数特性図である。 発電運転時とモータリング運転時とで車外の排気こもり音を揃えたいときのエンジン回転数の関係を示すエンジン回転数特性図である。

以下、本開示によるハイブリッド車両の制御方法と制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
実施例１における制御方法と制御装置は、バッテリへの外部充電が可能であり、充電容量が高い間はエンジンを停止してEV走行し、充電容量が低くなるとエンジンにより発電しながらEV走行するシリーズハイブリッド車両に適用したものである。以下、実施例１の構成を、「全体システム構成」、「ラトル防止＆エンジン運転制御処理構成」に分けて説明する。

［全体システム構成］
図１は、実施例１の制御方法と制御装置が適用されたシリーズハイブリッド車両の駆動系と制御系を示す。以下、図１に基づいて全体システム構成を説明する。

シリーズハイブリッド車両の駆動系は、図１に示すように、エンジン１(ENG)と、第１モータジェネレータ２(MG1)と、第２モータジェネレータ３(MG2)と、ギヤボックス４と、を備えている。ここで、第２モータジェネレータ３が、発電機に相当する。

エンジン１は、例えば、クランク軸方向を車幅方向として車両のフロントルームに配置したガソリンエンジンやディーゼルエンジン等である。このエンジン１の本体は、ギヤボックス４のギヤケース４０に連結固定される。エンジン１のクランク軸１ａは、シングルマス構造のフライホイール１ｂ及びダンパー１ｃを介して、ギヤボックス４のエンジン軸４１に接続される。なお、エンジン１は、第２モータジェネレータ３をスタータモータとしてエンジン始動する。

第１モータジェネレータ２は、走行駆動源として搭載されたバッテリ５を電源とする三相交流の永久磁石型同期モータであり、減速時やブレーキ時の回生機能を併せて有する。第１モータジェネレータ２のステータケースは、ギヤボックス４のギヤケース４０に連結固定される。そして、第１モータジェネレータ２のロータは、ギヤボックス４の第１モータ軸４２に接続される。ここで、第１モータジェネレータ２のステータコイルには、力行時に直流を三相交流に変換し、回生時に三相交流を直流に変換する第１インバータ６が、第１ACハーネス６ａを介して接続される。第１インバータ６とバッテリ５とは、第１DCハーネス６ｂを介して接続される。

第２モータジェネレータ３は、発電機として搭載されたバッテリ５を電源とする三相交流の永久磁石型同期モータであり、エンジン１のスタータモータ機能やモータリング運転機能を併せて有する。第２モータジェネレータ３のステータケースは、ギヤボックス４のギヤケース４０に連結固定される。そして、第２モータジェネレータ３のロータは、ギヤボックス４の第２モータ軸４３に接続される。ここで、第２モータジェネレータ３のステータコイルには、力行時に直流を三相交流に変換し、回生時に三相交流を直流に変換する第２インバータ７が、第２ACハーネス７ａを介して接続される。第２インバータ７とバッテリ５とは、第２DCハーネス７ｂを介して接続される。

ギヤボックス４は、エンジン１と第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３が連結固定されるギヤケース４０内に、減速用ギヤトレーン４４と、デファレンシャルギヤユニット４５と、ギヤトレーン４６と、を配置することで構成される。

減速用ギヤトレーン４４は、第１モータジェネレータ２の回転を減速し、モータトルクを増大して走行駆動トルクを確保するための２段減速によるギヤトレーンであり、第１モータ軸４２と第１アイドラー軸４７とを有する。そして、第１モータ軸４２に設けられた第１モータギヤ４４ａと、第１アイドラー軸４７に設けられた大径アイドラーギヤ４４ｂと、を互いに噛み合わせること第１減速ギヤ段が構成される。そして、第１アイドラー軸４７に設けられた小径アイドラーギヤ４４ｃと、デファレンシャルギヤユニット４５の入力側に設けられた出力ギヤ４４ｄと、を互いに噛み合わせること第２減速ギヤ段が構成される。

デファレンシャルギヤユニット４５は、減速用ギヤトレーン４４の出力ギヤ４４ｄを介して入力された駆動トルクを、回転差動を許容しつつ左右のドライブシャフト８，８を介して左右の駆動輪９，９（図１は片輪のみ示す）に伝達する。

ギヤトレーン４６は、エンジン１と第２モータジェネレータ３（発電機）を、クラッチを介装することなく直結するギヤトレーンであり、エンジン軸４１と第２アイドラー軸４８と第２モータ軸４３とを有する。そして、エンジン軸４１に設けられたエンジンギヤ４６ａと、第２アイドラー軸４８に設けられた第２アイドラーギヤ４６ｂと、第２モータ軸４３に設けられた第２モータギヤ４６ｃと、を互いに噛み合わせることで構成される。ギヤ歯数の関係は、エンジンギヤ４６ａ＞第２モータギヤ４６ｃであり、発電運転時には、エンジン１の回転数を増速し、第２モータジェネレータ３に向かって燃焼運転（ファイアリング運転）により発電に必要なエンジントルクを伝達する。一方、スタータ運転時やモータリング運転時には、第２モータジェネレータ３の回転数を減速し、エンジン１に向かってスタータ運転やモータリング運転に必要なモータトルクを伝達する。

シリーズハイブリッド車両の制御系は、図１に示すように、ハイブリッドコントロールモジュール１０(HCM)と、発電コントローラ１１(GC)と、バッテリコントローラ１２(BC)と、モータコントローラ１３(MC)と、エンジンコントローラ１４(EC)と、を備えている。
ここで、ハイブリッドコントロールモジュール１０と他のコントローラ（発電コントローラ１１、バッテリコントローラ１２、モータコントローラ１３、エンジンコントローラ１４、等）とは、CAN通信線１５により双方向情報交換可能に接続されている。なお、CAN通信線１５の「CAN」とは「Controller Area Network」の略称である。

ハイブリッドコントロールモジュール１０は、車両全体の消費エネルギーを適切に管理する機能を担う統合制御手段である。即ち、CAN通信線１５を介してバッテリコントローラ１２からバッテリ充電容量（以下、「ＳＯＣ(State Of Charge)」という。）の情報を入力する。これ以外に、アクセル開度センサ１６、車速センサ１７、エンジン回転数センサ１８、エンジン冷却水温センサ１９、外気温センサ２０、ドアスイッチ２１、ボンネットスイッチ２２、イグニッションスイッチ２３、等から情報を入力する。そして、これらの入力情報に基づいて様々な制御を行う。このうち、外部充電が可能なシリーズハイブリッド車両を高い燃費効率で走らせることを目的として行われる制御が、バッテリ５のＳＯＣに基づく走行モード（「CDモード」、「CSモード」）の選択制御である。また、主にCDモードの選択時であって、バッテリ５のＳＯＣが高い領域にて、バッテリ充電要求ではなくてエンジン燃焼要求に基づいて実行されるのが、後述する実施例１のラトル防止＆エンジン運転制御である。

「CDモード（Charge Depleting mode）」は、原則として、バッテリ５の電力を消費するEV走行を優先するモードであり、例えば、バッテリ５のＳＯＣがフルＳＯＣから設定ＳＯＣまで低下する間にて選択される。「CSモード（Charge Sustain mode）」は、原則として、エンジン１の発電運転によりバッテリ５の電力を維持する走行を優先するモードであり、バッテリ５のＳＯＣが設定ＳＯＣ以下になると選択される。なお、モード切り替え閾値である「設定ＳＯＣ」は、CDモード→CSモードのときの値と、CSモード→CDモードのときの値とでヒステリシスを持たせている。

発電コントローラ１１は、第２インバータ７に対するトルク制御指令や回転数制御指令により第２モータジェネレータ３の力行制御や回生制御、等を行う。バッテリコントローラ１２は、バッテリ５のＳＯＣやバッテリ温度、等を管理する。モータコントローラ１３は、第１インバータ６に対するトルク制御指令や回転数制御指令により第１モータジェネレータ２の力行制御や回生制御、等を行う。エンジンコントローラ１４は、エンジン１の始動制御やエンジン１の停止制御や燃料カット制御、等を行う。

［ラトル防止＆エンジン運転制御処理構成］
図２は、実施例１のハイブリッドコントロールモジュール１０にて実行されるラトル防止＆エンジン運転制御処理作動の流れを示す。以下、ラトル防止＆エンジン運転制御処理構成をあらわす図２の各ステップについて説明する。なお、図２のフローチャートは、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１では、エンジン燃焼要求有りか否かを判断する。YES（エンジン燃焼要求有り）の場合はステップＳ２へ進み、NO（エンジン燃焼要求無し）の場合はステップＳ１４へ進む。
ここで、「エンジン燃焼要求」は、バッテリ充電要求ではなく、例えば、エンジン冷却水温が設定温度（例：20℃）以下のとき、ＥＧＶＲ中（触媒暖機モード中）のとき、暖房要求があるとき（低外気温時でのＡ/Ｃ ＯＮ）、等において出される。

ステップＳ２では、ステップＳ１でのエンジン燃焼要求有りとの判断、或いは、ステップＳ１４でのドアボン又はフードボンであるとの判断に続き、ＳＯＣが発電停止閾値Ａ１未満であるか否かを判断する。YES（ＳＯＣ＜Ａ１）の場合はステップＳ３へ進み、NO（ＳＯＣ≧Ａ１）の場合はステップＳ９へ進む。
ここで、「発電停止閾値Ａ１」は、フル充電領域であるが、減速走行等による回生充電分の充電容量を許容可能なＳＯＣ上限域の値に設定される（例：ＳＯＣ＝90％程度）。

ステップＳ３では、ステップＳ２でのＳＯＣ＜Ａ１であるとの判断に続き、エンジン１を始動し、エンジン１のファイアリング回転により第２モータジェネレータ３を回転駆動して発電し、発電電力をバッテリ５へ充電する発電運転を実行し、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、ステップＳ３での発電運転の実行に続き、第２モータジェネレータ３へ付与し続ける発電トルク（負のトルク値）を、ラトル音抑制発電トルクとする制御を行い、ステップＳ５へ進む。
ここで、「ラトル音抑制発電トルク」とは、エンジン１のエンジン軸トルクのトルク変動振幅を考慮したとき、ギヤトレーン４６の伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないトルク値にすることをいう。つまり、発電トルクがギヤトレーン４６の伝達トルクになるため、発電トルク要求としてはトルクゼロ、又は、トルクゼロに近い値のとき、発電トルク絶対値を最低トルク値まで嵩上げしておくことをいう。

ステップＳ５では、ステップＳ４でのラトル音抑制発電トルクとする制御に続き、ステップＳ２と同様に、ＳＯＣが発電停止閾値Ａ１未満であるか否かを判断する。YES（ＳＯＣ＜Ａ１）の場合はステップＳ６へ進み、NO（ＳＯＣ≧Ａ１）の場合はステップＳ９へ進む。
ここで、発電運転中にＳＯＣ判断を行うのは、発電運転中にＳＯＣが上昇してＳＯＣ≧Ａ１となると、応答良く発電運転からモータリング運転への移行を確保するためである。

ステップＳ６では、ステップＳ５でのＳＯＣ＜Ａ１であるとの判断に続き、そのときの外気温が設定温度Ｂ以上であるか否かを判断する。YES（外気温≧Ｂ）の場合はステップＳ７へ進み、NO（外気温＜Ｂ）の場合はステップＳ８へ進む。
ここで、「そのときの外気温」は、外気温センサ２０から取得する。「設定温度Ｂ」は、これ以上外気温度が低いと乗員により暖房要求があるとされる値に設定される。

ステップＳ７では、ステップＳ６での外気温≧Ｂであるとの判断に続き、エンジン１の目標回転数を、第２エンジン回転数に設定し、エンドへ進む。
ここで、エンジン１の目標回転数が第２エンジン回転数に設定されると、発電機である第２モータジェネレータ３を回転数制御にすることで、エンジン目標回転数を達成する。なお、エンジン目標回転数を達成するように第２モータジェネレータ３をモータ回転数制御にすると、自動的にギヤトレーン４６の伝達トルクが最低トルク値を上回ることになる。

ステップＳ８では、ステップＳ６での外気温＜Ｂであるとの判断に続き、エンジン１の目標回転数を、第２エンジン回転数より高い回転数である第１エンジン回転数に設定し、エンドへ進む。
なお、エンジン目標回転数を達成するように第２モータジェネレータ３をモータ回転数制御にすると、ステップＳ７で述べたように、自動的にギヤトレーン４６の伝達トルクが最低トルク値を上回ることになる。

ステップＳ９では、ステップＳ２又はＳ５でのＳＯＣ≧Ａ１であるとの判断に続き、エンジン運転中であると、エンジン１を停止して第２モータジェネレータ３を力行側に切り替える。そして、第２モータジェネレータ３からの回転駆動力によりエンジン１をクランキング回転させるモータリング運転を実行し、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ１０では、ステップＳ９でのモータリング運転の実行に続き、モータリング運転によりＳＯＣが低下することで、ＳＯＣが発電開始閾値Ａ２以上になったか否かを判断する。YES（ＳＯＣ≧Ａ２）の場合はステップＳ１１へ進み、NO（ＳＯＣ＜Ａ２）の場合はステップＳ３へ進む。
ここで、「発電開始閾値Ａ２」は、ＳＯＣが発電停止閾値Ａ１以上であることでモータリング運転を実行したが、モータリング運転中における充電容量の減少により、発電運転に戻すことが可能な値に設定される（例：88％程度）。

ステップＳ１１では、ステップＳ１０でのＳＯＣ≧Ａ２であるとの判断に続き、ステップＳ６と同様に、そのときの外気温が設定温度Ｂ以上であるか否かを判断する。YES（外気温≧Ｂ）の場合はステップＳ１２へ進み、NO（外気温＜Ｂ）の場合はステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１での外気温≧Ｂであるとの判断に続き、エンジン１の目標回転数を、第４エンジン回転数に設定し、エンドへ進む。
ここで、エンジン１の目標回転数が第４エンジン回転数に設定されると、発電機である第２モータジェネレータ３をモータ回転数制御にすることで、エンジン目標回転数を達成する。なお、エンジン目標回転数を達成するように第２モータジェネレータ３をモータ回転数制御にすると、自動的にギヤトレーン４６の伝達トルクが最低トルク値を上回ることになる。

ステップＳ１３では、ステップＳ１１での外気温＜Ｂであるとの判断に続き、エンジン１の目標回転数を、第４エンジン回転数より高い回転数である第３エンジン回転数に設定し、エンドへ進む。
なお、エンジン目標回転数を達成するように第２モータジェネレータ３をモータ回転数制御にすると、ステップＳ１２で述べたように、自動的にギヤトレーン４６の伝達トルクが最低トルク値を上回ることになる。

ステップＳ１４では、ステップＳ１でのエンジン燃焼要求無しとの判断に続き、ドアボン又はフードボンであるか否かを判断する。YES（ドアボン又はフードボンである）の場合はステップＳ２へ進み、NO（ドアボン及びフードボンでない）の場合はステップＳ１５へ進む。
ここで、「ドアボン」とは、車両用ドアを開けたままで降車しようとすることをいい、ドアスイッチ２１やイグニッションスイッチ２３からのスイッチ信号により判断する。「フードボン」とは、エンジンフードやトランクフードを開けたままで降車しようとすることをいい、ボンネットスイッチ２２やイグニッションスイッチ２３からのスイッチ信号により判断する。

ステップＳ１５では、ステップＳ１４でのドアボン及びフードボンでないとの判断に続き、エンジン１を停止し、エンドへ進む。つまり、エンジン燃焼要求が無く、かつ、ドアボン及びフードボンでないときは、バッテリ５のＳＯＣに基づいて「CDモード」と「CSモード」の選択制御が実行されることになる。

ここで、発電運転での第１エンジン回転数及び第２エンジン回転数と、モータリング運転での第３エンジン回転数及び第４エンジン回転数の関係は、下記のように設定する。
発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、エンジン騒音を揃えたい仕様の車両のときは、（第３エンジン回転数及び第４エンジン回転数：モータリング回転数）＞（第１エンジン回転数及び第２エンジン回転数：ファイアリング回転数）の関係に設定する（図６参照）。一方、発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、車外のこもり音を揃えたい仕様の車両のときは、（第３エンジン回転数及び第４エンジン回転数：モータリング回転数）＜（第１エンジン回転数及び第２エンジン回転数：ファイアリング回転数）の関係に設定する（図７参照）。

次に、作用を説明する。
実施例１の作用を、「ラトル防止＆エンジン運転制御処理作用」、「ラトル防止の背景技術」、「ラトル防止制御の特徴作用」、「エンジン運転制御の特徴作用」に分けて説明する。

［ラトル防止＆エンジン運転制御処理作用］
以下、図２のフローチャートに基づき、ラトル防止＆エンジン運転制御処理作用を説明する。

例えば、イグニッションオン直後であり、エンジン冷却水温が低くてエンジン燃焼要求有り、かつ、ＳＯＣ≧Ａ１、かつ、外気温＜Ｂのときは、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ９→ステップＳ１０→ステップＳ１１→ステップＳ１３→エンドへと進む。ステップＳ９では、第２モータジェネレータ３からの回転駆動力によりエンジン１をクランキング回転させるモータリング運転が実行される。ステップＳ１３では、エンジン１の目標回転数が、第４エンジン回転数より高い回転数である第３エンジン回転数に設定され、第２モータジェネレータ３がモータ回転数制御される。

そして、モータリング運転の実行によりバッテリ５のＳＯＣが低下し、ＳＯＣ＜Ａ２になると、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１０からステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ８→エンドへと進む。ステップＳ３では、エンジン１が始動され、エンジン１のファイアリング回転により第２モータジェネレータ３を回転駆動して発電し、発電電力をバッテリ５へ充電する発電運転が実行される。次のステップＳ４では、第２モータジェネレータ３へ付与し続ける発電トルク（負のトルク値）が、ラトル音抑制発電トルクとする制御が行われる。ステップＳ８では、エンジン１の目標回転数が、第２エンジン回転数より高い回転数である第１エンジン回転数に設定され、第２モータジェネレータ３がモータ回転数制御される。

そして、発電運転の実行によりバッテリ５のＳＯＣが上昇し、ＳＯＣ≧Ａ１になると、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ２又はステップＳ５からステップＳ９→ステップＳ１０→ステップＳ１１→ステップＳ１３→エンドへと進む。即ち、再度、モータリング運転に切り替えられる。同様に、モータリング運転の実行によりバッテリ５のＳＯＣが低下し、ＳＯＣ＜Ａ２になると、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１０からステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ８→エンドへと進む。即ち、再度、発電運転に切り替えられる。

このように、エンジン燃焼要求有りの間は、ＳＯＣの変化に応じてモータリング運転と発電運転が繰り返し実行される。このとき、外気温＜Ｂであると、エンジン１の目標回転数を、第３エンジン回転数（モータリング運転）と第１エンジン回転数（発電運転）に設定し、第２モータジェネレータ３がモータ回転数制御される。又、外気温≧Ｂであると、エンジン１の目標回転数を、第４エンジン回転数（モータリング運転）と第２エンジン回転数（発電運転）に設定し、第２モータジェネレータ３がモータ回転数制御される。

一方、エンジン燃焼要求は無いが、ドアボン又はフードボンであると判断されると、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ１４→ステップＳ２以降へと進む。即ち、エンジン燃焼要求有りの間と同様に、ＳＯＣの変化に応じてモータリング運転と発電運転が繰り返し実行される。又、エンジン燃焼要求は無く、ドアボン及びフードボンではないと判断されると、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ１４→ステップＳ１５→エンドへと進む。ステップＳ１５では、エンジン１が停止され、バッテリ５のＳＯＣに基づいて「CDモード」と「CSモード」の選択制御が実行される。

このように、エンジン冷却水温が低いときや、ＥＧＶＲ中のときや、暖房要求があるとき等であって、エンジン燃焼要求があると、ＳＯＣの発電停止閾値Ａ１と発電開始閾値Ａ２を用い、モータリング運転と発電運転の繰り返し運転を実行するようにしている。そして、このときの発電運転は、バッテリ充電要求に基づくものではないため、発電トルクがトルクゼロやトルクゼロに近い低い値になるが、ラトル音を抑制する発電トルク（負トルク）としている。又、モータリング運転についても、ラトル音を抑制する駆動トルク（正トルク）としている。

［ラトル防止の背景技術］
イグニッションオン時、エンジン冷却水温が低いときや暖房要求があるとき等で、エンジン燃焼要求があっても、シリーズハイブリッド車両の場合、停車している間のプラグイン充電によりバッテリのＳＯＣは、フル充電容量域にある。従って、エンジンを燃焼運転すると、発電機への発電トルクは、ゼロ、或いは、ゼロに近い低い値にせざるを得ない。このため、発電トルク（＝エンジン軸トルク）を低トルクに抑えた発電運転時には、図３に示すように、エンジンと発電機を直結するギヤトレーンの伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動する。従って、ギヤトレーンのトルク伝達方向が正方向と逆方向に繰り返され、ギヤトレーンにおいて、互いに噛み合うギヤの歯面同士が交互にぶつかり合い、“ラトル”と呼ばれる連続的な歯打ち音が発生してしまう。即ち、ラトルが発生する条件は、図３から明らかなように、発電トルクにより与えられているエンジン軸トルクより、エンジンそのもののトルク変動振幅が大きいことに起因している。つまり、エンジン軸トルクをＴとし、トルク変動振幅をＩ・d²θ（d²θ：角加速度）としたとき、Ｔ＜Ｉ・d²θであることがラトルの発生条件になる。

このラトル防止対策として、
(a)デュアルフライホイール(Dual Mass Flywheel)によるトルク変動振幅の低減。
(b)歯打ちギヤへのサブギヤ追加による歯打ち抑制トルクの付加。
(c)低剛性ダンパーによるトルク変動振幅の低減。
により、ギヤトレーンの伝達トルクの変動幅を抑える対策が提案されている。

しかし、(a)のデュアルフライホイールの場合は、２枚のプレートと、両者のプレートを相対回転可能に繋ぐための環状のコイルスプリングとを備えたものであり、スペースが必要なため、レイアウト課題がある。また、重量が大になる。
(b)のサブギヤの場合は、サブギヤを追加設定するスペースが必要なためレイアウト課題がある。又、跳ね返り性能としてサブギヤノイズがある。
(c)の低剛性ダンパーの場合は、コスト増の課題がある。

さらに、エンジンとギヤトレーンの間にクラッチを介装し、エンジン燃焼要求があったとき、クラッチを切断し、エンジンのみを無負荷運転する方策がある。しかし、このクラッチを介装する対策の場合も、クラッチスペースが必要なため、レイアウトの課題があるし、重量が大になるし、コスト増の課題がある。

［ラトル防止制御の特徴作用］
実施例１では、シリーズハイブリッド車両の制御方法において、エンジン１が回転状態であるとき、ギヤトレーン４６の伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないよう、第２モータジェネレータ３に対し所定のトルクを付与し続ける。

即ち、エンジン１にとって負荷になる第２モータジェネレータ３に対するトルクを上げたことで、エンジン軸トルクが上げられる。このため、図４に示すように、エンジン１のトルク特性においてトルク変動振幅があっても、ギヤトレーン４６の伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがなく、ギヤトレーン４６のトルク伝達方向が正方向又は逆方向のいずれかに規定される。従って、ギヤトレーン４６において、互いに噛み合うギヤ４６ａ，４６ｂ，４６ｃの接触歯面がトルク伝達方向により決まり、“ラトル”と呼ばれる連続的な歯打ち音が発生することがない。このように、第２モータジェネレータ３に対するトルク制御によりギヤ伝達トルクを管理することで、エンジン１が回転状態であるとき、ギヤトレーン４６で発生する連続的な歯打ち音（ラトル）を防止することができる。加えて、デュアルフライホイール・サブギヤ・低剛性ダンパー・クラッチを用いない構成であるため、ユニットサイズのコンパクト化を図ることができるし、軽量化を図ることができるし、低コスト化を図ることができる。

実施例１では、第２モータジェネレータ３に対し付与し続ける所定のトルクは、エンジン１のエンジン軸トルクのトルク変動振幅を考慮したとき、ギヤトレーン４６の伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないトルク値とする。

即ち、エンジン軸トルクをＴとし、トルク変動振幅をＩ・d²θ（d²θ：角加速度）としたとき、図４に示すように、ラトルが発生しない条件であるＴ＞Ｉ・d²θを満足するようにしている。しかも、エンジン軸トルクＴを、Ｔ＞Ｉ・d²θを満足しつつ、トルク変動振幅Ｉ・d²θとの乖離を抑えている。このため、例えば、バッテリ５の充電容量を上げる発電トルクが必要以上に高くなってしまうこともない。このように、エンジン１のエンジン軸トルクのトルク変動振幅を考慮したことで、第２モータジェネレータ３に対して付与するトルクを必要以上に高くすることなく、確実にギヤトレーン４６で発生する連続的な歯打ち音（ラトル）を防止することができる。

実施例１では、第２モータジェネレータ３に対し付与し続ける所定のトルクは、エンジン１により第２モータジェネレータ３を回す発電運転のときは負のトルク値である。第２モータジェネレータ３によりエンジン１を回すモータリング運転のときは正のトルク値である。

即ち、ギヤトレーン４６でのギヤ伝達トルクを管理する対象が、エンジン１により第２モータジェネレータ３を回す発電運転のときに限らず、第２モータジェネレータ３によりエンジン１を回すモータリング運転のときも含まれる。このため、発電運転とモータリング運転の両運転シーンにおいて、ギヤトレーン４６で発生する連続的な歯打ち音（ラトル）を防止することができる。

［エンジン運転制御の特徴作用］
実施例１では、エンジン１の燃焼要求があるとき、バッテリ５のＳＯＣが発電停止閾値Ａ１以上であるとモータリング運転を実行する。モータリング運転の実行中、バッテリ５のＳＯＣが発電開始閾値Ａ２未満になると発電運転に移行する。

即ち、図５に示すように、時刻t1にてエンジン１の燃焼要求があるとき、バッテリ５のＳＯＣが発電停止閾値Ａ１以上であるため、モータリング運転が実行される。そして、モータリング運転の実行中、時刻t2にてバッテリ５のＳＯＣが発電開始閾値Ａ２未満になると発電運転に移行される。以下、同様の作用が繰り返されることで、時刻t1〜t2、t3〜t4、t5〜t6、t7〜t8をモータリング運転とし、時刻t2〜t3、t4〜t5、t6〜t7、t8〜t9を発電運転とし、モータリング運転と発電運転が繰り返される。このように、バッテリ５のＳＯＣを低下させるモータリング運転を加えたことで、エンジン１の燃焼要求があるとき、バッテリ５のＳＯＣが発電停止閾値Ａ１以上であっても、エンジン１の燃焼要求に応えて発電運転を確保することができる。なお、モータリング運転と発電運転が繰り返されることで、運転を切り替えるときに一度だけ歯打ち音が発生するが、これは連続的な歯打ち音である“ラトル”とは異なる。

実施例１では、エンジン１の燃焼要求がないとき、ドアやフードを開けたままであると判定されると、バッテリ５の充電容量（ＳＯＣ）に応じたエンジン運転制御を実行する。

即ち、シリーズハイブリッド車両の場合、エンジン１を停止したEV走行のまま停車すると、何も音がしないことで、イグニッションオフ操作を終えたものと勘違いして乗員が降車しようとする場合がある。これに対し、ドアやフードを開けたままであるドアボン時やフードボン時、例えバッテリ５のＳＯＣがフル充電状態であっても、モータリング運転を実行することができる。このように、エンジン燃焼要求がないときにＳＯＣに応じたエンジン運転制御を活用することで、エンジン燃焼要求がないドアボン時やフードボン時、エンジン１から運転音を発することで、ドアボンやフードボンであることを乗員に警告することができる。

実施例１では、エンジン１が冷機状態でエンジン１の燃焼要求があるとき、バッテリ５のＳＯＣに応じたエンジン運転制御を実行する。

例えば、エンジン１が冷機状態でエンジン１の燃焼要求があるとき、バッテリ５のＳＯＣがフル充電状態でエンジン１の燃焼要求に応えて発電運転すると、発電トルクがゼロ、若しくは、ゼロに近い小さな値になり、ラトルの発生がある。これに対し、エンジン１が冷機状態でエンジン１の燃焼要求があるとき、バッテリ５のＳＯＣがフル充電領域であっても、先にモータリング運転をし、バッテリ５のＳＯＣを低下させた後、発電運転に移行することができる。このように、エンジン１が冷機状態でエンジン１の燃焼要求があるとき、ラトルの発生を防止しつつ、エンジン１の燃焼要求に応えた暖房補助運転を行うことができる。

実施例１では、バッテリ５の充電容量の上昇/低下に伴って発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、エンジン１のモータリング回転数（第３、第４エンジン回転数）を発電回転数（第１、第２エンジン回転数）よりも高く設定する。

即ち、エンジン１のモータリング運転時のエンジン騒音は、ファイアリング運転時のエンジン騒音に比べて低くなる。これに対し、図６に示すように、エンジン１のモータリング回転数（第３、第４エンジン回転数）を発電回転数（第１、第２エンジン回転数）よりも高く設定することで、エンジン騒音のレベル差が小さく抑えられる。従って、エンジン燃焼要求があり、発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、エンジン騒音の音色変化を小さく抑えることができる。

実施例１では、バッテリ５の充電容量の上昇/低下に伴って発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、エンジン１のモータリング回転数（第３、第４エンジン回転数）を発電回転数（第１、第２エンジン回転数）よりも低く設定する。

即ち、エンジン１のモータリング運転時の車外の排気こもり音は、ファイアリング運転時の排気こもり音に比べて高くなる。これに対し、図７に示すように、エンジン１のモータリング回転数（第３、第４エンジン回転数）を発電回転数（第１、第２エンジン回転数）よりも低く設定することで、車外の排気こもり音のレベル差が小さく抑えられる。従って、エンジン燃焼要求があり、発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、車外の排気こもり音の音色変化を小さく抑えることができる。

実施例１では、エンジン１のモータリング回転数と発電回転数は、外気温度が設定温度Ｂ未満のときの第１、第３エンジン回転数を、設定温度Ｂ以上のときの第２、第４エンジン回転数よりも高く設定する。

即ち、モータリング運転時に外気温度が低いと、バッテリ５のＳＯＣをできる限り早く下げておき、ファイアリング回転による暖房運転に備えたい要求がある。一方、モータリング運転時に外気温度が高いと、暖房運転に備えたい要求はなく、できる限り排気こもり音を下げておきたいという要求がある。これに対し、図６及び図７に示すように、外気温度が設定温度Ｂ未満のときの第１、第３エンジン回転数を、設定温度Ｂ以上のときの第２、第４エンジン回転数よりも高く設定している。このように、外気温度を考慮してエンジン回転数を設定することで、エンジン燃焼要求があり、発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、暖房要求に応えつつ、排気こもり音を低減することができる。

次に、効果を説明する。
実施例１におけるシリーズハイブリッド車両の制御方法と制御装置にあっては、下記に列挙する効果が得られる。

(1) エンジン１と発電機（第２モータジェネレータ３）が互いに噛み合う複数のギヤ４６ａ，４６ｂ，４６ｃからなるギヤトレーン４６を介して直結されている。
このシリーズハイブリッド車両の制御方法において、エンジン１が回転状態であるとき、ギヤトレーン４６の伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないよう、発電機（第２モータジェネレータ３）に対し所定のトルクを付与し続ける（図４）。
このため、エンジン１が回転状態であるとき、ギヤトレーン４６で発生する連続的な歯打ち音（ラトル）を防止するハイブリッド車両（シリーズハイブリッド車両）の制御方法を提供することができる。

(2) 発電機（第２モータジェネレータ３）に対し付与し続ける所定のトルクは、エンジン１のエンジン軸トルクのトルク変動振幅を考慮したとき、ギヤトレーン４６の伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないトルク値とする（図４）。
このため、(1)の効果に加え、発電機（第２モータジェネレータ３）に対して付与するトルクを必要以上に高くすることなく、確実にギヤトレーン４６で発生する連続的な歯打ち音（ラトル）を防止することができる。

(3) 発電機（第２モータジェネレータ３）に対し付与し続ける所定のトルクは、エンジン１により発電機（第２モータジェネレータ３）を回す発電運転のときは負のトルク値であり、発電機（第２モータジェネレータ３）によりエンジン１を回すモータリング運転のときは正のトルク値である（図５）。
このため、(2)の効果に加え、発電運転とモータリング運転の両運転シーンにおいて、ギヤトレーン４６で発生する連続的な歯打ち音（ラトル）を防止することができる。

(4) 発電機（第２モータジェネレータ３）と電気的に接続されるバッテリ５を備える。
エンジン１の燃焼要求があるとき、バッテリ５の充電容量（ＳＯＣ）が発電停止閾値Ａ１以上であるとモータリング運転を実行し、モータリング運転の実行中、バッテリ５の充電容量が発電開始閾値Ａ２未満になると発電運転に移行する（図２）。
このため、(3)の効果に加え、エンジン１の燃焼要求があるとき、バッテリ５の充電容量（ＳＯＣ）が発電停止閾値Ａ１以上であっても、エンジン１の燃焼要求に応えて発電運転を確保することができる。

(5) エンジン１の燃焼要求がないとき、ドアやフードを開けたままであると判定されると、バッテリ５の充電容量（ＳＯＣ）に応じたエンジン運転制御を実行する（図２）。
このため、(4)の効果に加え、エンジン燃焼要求がないドアボン時やフードボン時、エンジン１から運転音を発することで、ドアボンやフードボンであることを乗員に警告することができる。

(6) エンジン１が冷機状態でエンジン１の燃焼要求があるとき、バッテリ５の充電容量（ＳＯＣ）に応じたエンジン運転制御を実行する（図２）。
このため、(4)又は(5)の効果に加え、エンジン１が冷機状態でエンジン１の燃焼要求があるとき、ラトルの発生を防止しつつ、エンジン１の燃焼要求に応えた暖房補助運転を行うことができる。

(7) バッテリ５の充電容量の上昇/低下に伴って発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、エンジン１のモータリング回転数（第３、第４エンジン回転数）を発電回転数（第１、第２エンジン回転数）よりも高く設定する（図６）。
このため、（4)〜(6)の効果に加え、エンジン燃焼要求があり、発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、エンジン騒音の音色変化を小さく抑えることができる。

(8) バッテリ５の充電容量の上昇/低下に伴って発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、エンジン１のモータリング回転数（第３、第４エンジン回転数）を発電回転数（第１、第２エンジン回転数）よりも低く設定する（図７）。
このため、(4)〜(6)の効果に加え、エンジン燃焼要求があり、発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、車外の排気こもり音の音色変化を小さく抑えることができる。

(9) 外気温度を検出する外気温センサ２０を設ける。
エンジン１のモータリング回転数と発電回転数は、外気温度が設定温度Ｂ未満のときの回転数（第１、第３エンジン回転数）を、設定温度Ｂ以上のときの回転数（第２、第４エンジン回転数）よりも高く設定する（図６、図７）。
このため、(7),(8)の効果に加え、エンジン燃焼要求があり、発電運転とモータリング運転が繰り返されるとき、暖房要求に応えつつ、排気こもり音を低減することができる。

(10) エンジン１と発電機（第２モータジェネレータ３）が互いに噛み合うギヤトレーン４６を介して直結されている。
このハイブリッド車両（シリーズハイブリッド車両）の制御装置において、発電機（第２モータジェネレータ３）の指示トルクを制御するコントローラ（ハイブリッドコントロールモジュール１０）を設ける。
コントローラ（ハイブリッドコントロールモジュール１０）は、エンジン１が回転状態であるとき、ギヤトレーン４６の伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないよう、発電機（第２モータジェネレータ３）に対し所定のトルクを付与し続ける（図１）。
このため、エンジン１が回転状態であるとき、ギヤトレーン４６で発生する連続的な歯打ち音（ラトル）を防止するハイブリッド車両（シリーズハイブリッド車両）の制御方法を提供することができる。

以上、本開示のハイブリッド車両の制御方法と制御装置を実施例１に基づき説明してきた。しかし、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、エンジン騒音を揃えたい仕様の車両のときは、モータリング回転数＞ファイアリング回転数の関係に設定し、車外のこもり音を揃えたい仕様の車両のときは、モータリング回転数＜ファイアリング回転数の関係に設定する例を示した。しかし、上記２つの仕様は、車室内のスイッチ等により乗員の好みに合わせて選択できる例としても良いし、又、車両状態や走行状態により、上記２つの仕様を自動的に切り替えるような例としても良い。

実施例１では、本開示の制御方法と制御装置をシリーズハイブリッド車両に適用する例を示した。しかし、本開示の制御方法と制御装置は、パラレルハイブリッド車両に対しても適用することができるし、シリーズとパラレルを併用したハイブリッド車両に対しても適用することができる。要するに、エンジンと発電機が互いに噛み合う複数のギヤからなるギヤトレーンを介して直結されている駆動系を有するハイブリッド車両の制御方法と制御装置であれば適用できる。

Claims (6)

1. 走行用駆動源として搭載された第１モータジェネレータが減速用ギヤトレーンを介して駆動輪に連結され、
   エンジンと発電機として搭載された第２モータジェネレータが互いに噛み合う複数のギヤからなるギヤトレーンを介して直結され、
   前記第１モータジェネレータと前記第２モータジェネレータが電気的に接続されるバッテリを備えるハイブリッド車両の制御方法において、
   前記エンジンの燃焼要求があるとき、前記バッテリの充電容量の上昇/低下に伴って、前記エンジンのファイアリング回転により前記第２モータジェネレータを回す発電運転と、前記第２モータジェネレータによりファイアリングしていない前記エンジンをクランキング回転させることで前記バッテリの充電容量を低下させるモータリング運転を繰り返し、
   前記発電運転では、前記ギヤトレーンの伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないよう、前記第２モータジェネレータに対し所定の負のトルク値を付与し続け、
   前記モータリング運転では、前記ギヤトレーンの伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないよう、前記第２モータジェネレータに対し所定の正のトルク値を付与し続け、
   前記発電運転と前記モータリング運転が繰り返されるとき、前記バッテリの充電容量が発電停止閾値以上であると前記モータリング運転を実行し、
   前記モータリング運転の実行中、前記バッテリの充電容量が発電開始閾値未満になると前記発電運転に移行し、
   前記エンジンのモータリング回転数と発電回転数は、外気温度センサにより検出される外気温度が設定温度未満のときの回転数を、設定温度以上のときの回転数よりも高く設定する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
2. 請求項１に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
   前記エンジンの燃焼要求がないとき、ドアやフードを開けたままであると判定されると、前記バッテリの充電容量に応じたエンジン運転制御を実行する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
   前記エンジンが冷機状態で前記エンジンの燃焼要求があるとき、前記バッテリの充電容量に応じたエンジン運転制御を実行する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
4. 請求項１から請求項３までの何れか一項に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
   前記バッテリの充電容量の上昇/低下に伴って前記発電運転と前記モータリング運転が繰り返されるとき、前記エンジンのモータリング回転数を発電回転数よりも高く設定する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
5. 請求項１から請求項３までの何れか一項に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
   前記バッテリの充電容量の上昇/低下に伴って前記発電運転と前記モータリング運転が繰り返されるとき、前記エンジンのモータリング回転数を発電回転数よりも低く設定する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
6. 走行用駆動源として搭載された第１モータジェネレータが減速用ギヤトレーンを介して駆動輪に連結され、
   エンジンと発電機として搭載された第２モータジェネレータが互いに噛み合う複数のギヤからなるギヤトレーンを介して直結され、
   前記第１モータジェネレータと前記第２モータジェネレータが電気的に接続されるバッテリを備えるハイブリッド車両の制御装置において、
   前記第２モータジェネレータの指示トルクを制御するコントローラを設け、
   前記コントローラは、前記エンジンの燃焼要求があるとき、前記バッテリの充電容量の上昇/低下に伴って、前記エンジンのファイアリング回転により前記第２モータジェネレータを回す発電運転と、前記第２モータジェネレータによりファイアリングしていない前記エンジンをクランキング回転させることで前記バッテリの充電容量を低下させるモータリング運転を繰り返し、
   前記発電運転では、前記ギヤトレーンの伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないよう、前記第２モータジェネレータに対し所定の負のトルク値を付与し続け、
   前記モータリング運転では、前記ギヤトレーンの伝達トルクがゼロトルクを挟んで連続的に変動することがないよう、前記第２モータジェネレータに対し所定の正のトルク値を付与し続け、
   前記発電運転と前記モータリング運転が繰り返されるとき、前記バッテリの充電容量が発電停止閾値以上であると前記モータリング運転を実行し、
   前記モータリング運転の実行中、前記バッテリの充電容量が発電開始閾値未満になると前記発電運転に移行し、
   前記エンジンのモータリング回転数と発電回転数は、外気温度センサにより検出される外気温度が設定温度未満のときの回転数を、設定温度以上のときの回転数よりも高く設定する
   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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