JP7073938B2

JP7073938B2 - ハイブリッド自動車

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Publication number: JP7073938B2
Application number: JP2018120820A
Authority: JP
Inventors: 潤小西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2038-06-26
Also published as: CN110712642B; US20190389453A1; JP2020001487A; CN110712642A; US11242045B2

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、エンジンとプラネタリギヤと２つのモータと蓄電装置とを備える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、第１モータとエンジンと車軸に連結された駆動軸とにプラネタリギヤのサンギヤとキャリヤとリングギヤとを接続し、駆動軸に第２モータを接続し、第１モータや第２モータとバッテリとで電力をやりとりするハイブリッド自動車において、エンジンの燃料噴射を停止して第１モータによりエンジンをモータリングしている最中にアクセル操作に基づいてエンジンの燃料噴射を再開して加速するときには、燃料噴射を行なっている最中にアクセル操作に基づいて加速する場合に比して駆動軸の駆動力を小さい変化速度で変化させ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、こうした制御により、エンジンの燃料噴射の復帰時の、駆動軸の駆動力の急変に伴って生じ得る車両の振動を抑制している。

特開２０１４－２０１１０５号公報

こうしたハイブリッド自動車では、燃料カット中のエンジンを第１モータによりエンジンの燃料噴射時の上限回転数よりも大きい回転数でモータリングしている状態でエンジンの燃料噴射が要求されたときには、エンジンの回転数が上限回転数以下に至るのを待ってエンジンの燃料噴射を開始する。この際にエンジンの回転数が上限回転数以下に至るまでの時間が長いと、エンジンの燃料噴射を開始するまでの時間が長く、エンジンからプラネタリギヤを介して駆動軸に駆動力が出力されるまでの時間が長く、運転者にもたつき感を感じさせる場合が生じ得る。

本発明のハイブリッド自動車は、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、
３つの回転要素が前記エンジンの出力軸と前記第１モータの回転軸と車軸に連結された駆動軸とに接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に動力を入出力する第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蓄電装置と、
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、燃料カット中の前記エンジンを前記第１モータにより前記エンジンの燃料噴射時の上限回転数よりも大きい回転数でモータリングしている状態で前記エンジンの燃料噴射が要求された所定要求時には、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至るのを待って前記エンジンの燃料噴射を開始し、
更に、前記制御装置は、前記所定要求時には、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至るまで、前記第１モータにより前記エンジンの回転数を低下させる、
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、燃料カット中のエンジンを第１モータによりエンジンの燃料噴射時の上限回転数よりも大きい回転数でモータリングしている状態でエンジンの燃料噴射が要求された所定要求時には、エンジンの回転数が上限回転数以下に至るのを待ってエンジンの燃料噴射を開始する。そして、所定要求時には、エンジンの回転数が上限回転数以下に至るまで、第１モータによりエンジンの回転数を低下させる。これにより、第１モータによりエンジンの回転数を低下させないものに比して、エンジンの回転数が上限回転数以下に至るまでの時間を短縮することができ、エンジンの燃料噴射を開始するまでの時間を短縮することができる。この結果、エンジンからプラネタリギヤを介して駆動軸に駆動力が出力されるまでの時間を短縮することができ、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。ここで、前記制御装置は、前記エンジンの燃料カット時には、前記上限回転数よりも大きい第２上限回転数以下の範囲内で前記エンジンが前記第１モータによりモータリングされるように前記第１モータを制御す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、前記制御装置は、前記所定要求時には、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至るまでは、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至った後に比して前記エンジンの回転数の単位時間当たりの低下量が大きくなるように前記第１モータを制御するものとしてもよい。こうすれば、所定要求時には、エンジンの回転数が上限回転数以下に至るまでの時間をより短縮することができる。

所定要求時にはエンジンの回転数が上限回転数以下に至るまでは上限回転数以下に至った後に比してエンジンの回転数の単位時間当たりの低下量が大きくなるように第１モータを制御する態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記制御装置は、前記エンジンの燃料噴射が要求されているときには、前記エンジンの回転数を前記上限回転数以下の目標回転数に近づけるためのフィードバック制御により前記第１モータのトルク指令を設定して前記第１モータを制御し、更に、前記制御装置は、前記所定要求時には、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至るまでは、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至った後に比して前記フィードバック制御におけるゲインを大きくするものとしてもよい。こうすれば、フィードバック制御におけるゲインを大きくすることにより、第１モータのトルクをエンジンの回転数を低下させる側に大きくし、エンジンの回転数が上限回転数以下に至るまでの時間を短縮することができる。

また、所定要求時にはエンジンの回転数が上限回転数以下に至るまでは上限回転数以下に至った後に比してエンジンの回転数の単位時間当たりの低下量が大きくなるように第１モータを制御する態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記制御装置は、前記所定要求時には、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至った後は、前記エンジンの回転数を前記上限回転数以下の目標回転数に近づけるためのフィードバック制御により前記第１モータのトルク指令を設定して前記第１モータを制御し、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至るまでは、前記トルク指令に前記エンジンの回転数を低下させる方向の補正用トルクを加えた補正後トルク指令を用いて前記第１モータを制御するものとしてもよい。こうすれば、補正後トルク指令が補正前のトルク指令に比してエンジンの回転数を低下させる側に大きくなるから、エンジンの回転数が上限回転数以下に至るまでの時間を短縮することができる。

本発明のハイブリッド自動車において、前記制御装置は、前記エンジンの燃料カット時に、シフトポジションがシーケンシャルポジションのときには、前記上限回転数よりも大きい第２上限回転数以下の範囲内で前記エンジンが前記第１モータによりモータリングされるように前記第１モータを制御し、前記シフトポジションが前記シーケンシャルポジションでないときには、前記上限回転数以下の範囲内で前記エンジンが前記第１モータによりモータリングされるように前記第１モータを制御するものとしてもよい。こうすれば、シフトポジションがシーケンシャルポジションでのエンジンの燃料カット時には、駆動軸に作用させる制動力をより大きくすることができる。また、シフトポジションがシーケンシャルポジションでないときには、エンジンの燃料カット中にエンジンの燃料噴射が要求されたときに、エンジンの燃料噴射を直ちに開始（再開）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。ＨＶ走行モードのときにＨＶＥＣＵ７０により繰り返し実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。共線図の一例を示す説明図である。共線図の一例を示す説明図である。共線図の一例を示す説明図である。燃料カット中のエンジン２２をモータＭＧ１により上限回転数Ｎｅ１よりも大きい回転数でモータリングしている状態でエンジン２２の燃料噴射が要求されたときの様子の一例を示す説明図である。変形例の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。変形例の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

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１に示すように、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、蓄電装置としてのバッテリ５０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おり、クランシャフト２６がダンパ２８を介してプラネタリギヤ３０のキャリヤに接続されている。このエンジン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吸気管１２５に設けられたスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共に燃料噴射弁１２６から燃料を噴射し、空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ１２８ａを介して燃焼室１２９に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、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。燃焼室１２９から排気バルブ１２８ｂを介して排気管１３３に排出される排気は、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触媒（三元触媒）１３４ａを有する浄化装置１３４を介して外気に排出される。

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により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や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が入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ２４に入力される信号としては、例えば、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Ｔｗを挙げることができる。また、吸気バルブ１２８ａを開閉するインテークカムシャフトの回転位置や排気バルブ１２８ｂを開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカム角θｃｉ，θｃｏも挙げることができる。さらに、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バルブポジションセンサ１４６からのスロットル開度ＴＨや、吸気管１２５に取り付けられたエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａ、吸気管１２５に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温Ｔａも挙げることができる。加えて、排気管１３３における浄化装置１３４の上流側に取り付けられた空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦや、浄化装置１３４の下流側に取り付けられた酸素センサ１３５ｂからの酸素信号Ｏ２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。エンジンＥＣＵ２４から出力される信号としては、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への駆動制御信号や、燃料噴射弁１２６への駆動制御信号、点火プラグ１３０への駆動制御信号、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への駆動制御信号を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１４０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。また、エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのクランク角θｃｒに対する、カムポジションセンサ１４４からのインテークカムシャフトのカム角θｃｉの角度（θｃｉ－θｃｒ）に基づいて、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴを演算している。さらに、エンジンＥＣＵ２４は、水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗに基づいて浄化装置１３４の触媒１３４ａの温度（触媒温度）Ｔｃを推定している。

図１に示すように、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３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８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、上述したように、ダンパ２８を介してエンジン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の駆動に用いられると共に電力ライン５４を介してバッテリ５０に接続されている。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や、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が入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０に入力される信号としては、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や、モータＭＧ１，ＭＧ２の各相に流れる電流を検出する電流センサ４５ｕ，４５ｖ，４６ｕ，４６ｖからの相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２などを挙げることができる。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の電気角θｅ１，θｅ２や角速度ωｍ１，ωｍ２，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、電力ライン５４に接続されている。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により管理されている。

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や、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の端子間に取り付けられた電圧センサ５１ａからのバッテリ５０の電圧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からのバッテリ５０の電流Ｉｂ、バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからのバッテリ５０の温度Ｔｂなど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。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５１ｂからのバッテリ５０の電流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。

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や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や、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。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。

実施例のハイブリッド自動車２０では、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）や、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）、シーケンシャルポジション（Ｓポジション）が用意されている。ここで、Ｓポジションは、アクセルオン時の駆動力やアクセルオフ時の制動力を仮想的な有段変速機の変速段に応じて変更する（例えば、変速段Ｓ１～Ｓ６の６段階に変更する）ポジションである。これにより、Ｓポジションでは、仮想的な有段変速機による変速感を運転者に与えることができる。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン２２の回転停止を伴って走行する電動走行モード（ＥＶ走行モード）や、エンジン２２の回転を伴って走行するハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）で走行する。

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、ＨＶ走行モードで走行する際の動作について説明する。図３は、ＨＶ走行モードのときにＨＶＥＣＵ７０により繰り返し実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

図３の制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、最初に、シフトポジションＳＰやアクセル開度Ａｃｃ、車速Ｖ、エンジン２２の回転数Ｎｅ、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２などのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、シフトポジションＳＰは、シフトポジションセンサ８２により検出されたポジションを入力するものとした。アクセル開度Ａｃｃは、アクセルペダルポジションセンサ８４により検出された値を入力するものとした。車速Ｖは、車速センサ８８により検出された値を入力するものとした。エンジン２２の回転数Ｎｅは、エンジンＥＣＵ２４により演算された値を入力するものとした。モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２は、モータＥＣＵ４０により演算された値を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（駆動軸３６に要求される）要求トルクＴｄ＊を設定し（ステップＳ１１０）、設定した要求トルクＴｄ＊にモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２（駆動軸３６の回転数Ｎｄ）を乗じて走行に要求される要求パワーＰｄ＊を計算し（ステップＳ１１２）、計算した要求パワーＰｄ＊からバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づく充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときが正の値）を減じてエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊を計算する（ステップＳ１１４）。

次に、エンジン２２の燃料噴射が要求されているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。エンジン２２の燃料噴射が要求される条件としては、例えば、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｄｒｅｆ以上である条件や、要求パワーＰｄ＊が閾値Ｐｄｒｅｆ以上である条件、要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｅｒｅｆ以上である条件などが用いられる。

ステップＳ１２０でエンジン２２の燃料噴射が要求されていると判定したときには、エンジン２２の燃料噴射を行なっているか燃料カットを行なっているかを判定し（ステップＳ１３０）、エンジン２２の燃料噴射を行なっていると判定したときには、シフトポジションＳＰと要求パワーＰｅ＊とに基づいて上限回転数Ｎｅ１以下の範囲内でエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定してエンジンＥＣＵ２４に送信する（ステップＳ１４０）。ここで、上限回転数Ｎｅ１は、エンジン２２の燃料噴射が許容されるか否かを判定するのに用いられる閾値であり、例えば、エンジン２２の燃料噴射を行なう（エンジン２２で爆発燃焼が生じる）際に触媒１３４ａの過熱を抑制可能な回転数範囲の上限として定められ、４８００ｒｐｍや５０００ｒｐｍ、５２００ｒｐｍなどが用いられる。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊は、シフトポジションＳＰがＤポジションのときには、エンジン２２が上限回転数Ｎｅ１以下の範囲内で回転しながら効率よく運転されるように設定され、シフトポジションＳＰがＳポジションのときには、エンジン２２が上限回転数Ｎｅ１以下の範囲内で仮想的な有段変速機の変速段が低いほど大きくなる回転数で回転しながらある程度効率よく運転されるように設定される。エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を受信すると、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊に基づいて運転されるようにエンジン２２の運転制御（吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御など）を行なう。

続いて、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊の設定に用いる比例項および積分項のゲインｋｐ，ｋｉに所定値ｋｐ１，ｋｉ１を設定し（ステップＳ１７０）、式（１）に示すように、比例項および積分項のゲインｋｐ，ｋｉを用いてエンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊に近づけるための回転数フィードバック制御によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ２２０）。

Tm1*=kp・(Ne*-Ne)+ki・∫(Ne*-Ne)dt (1)

こうしてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、式（２）に示すように、モータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにモータ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（－Ｔｍ１＊／ρ）を要求トルクＴｄ＊から減じてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ２３０）、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信すると、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。図４は、このときの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であるプラネタリギヤ３０のサンギヤの回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるプラネタリギヤ３０のキャリアの回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２（駆動軸３６の回転数Ｎｄ）であるプラネタリギヤ３０のリングギヤの回転数Ｎｒを示す。また、「ρ」は、プラネタリギヤ３０のギヤ比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）を示す。なお、図４において、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の向きは、要求トルクＴｄ＊とトルク（－Ｔｍ１＊／ρ）との関係により定まる。

Tm2*=Td*-(-Tm1*/ρ) (2)

ステップＳ１２０でエンジン２２の燃料噴射が要求されていないと判定したときには、燃料カット指令をエンジンＥＣＵ２４に送信する（ステップＳ１５０）。エンジンＥＣＵ２４は、燃料カット指令を受信すると、エンジン２２の燃料カットを行なう（燃料カット中のときには、それを継続する）。

続いて、シフトポジションＳＰと車速Ｖとに基づいて上限回転数Ｎｅ２以下の範囲内でエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ１６０）。ここで、上限回転数Ｎｅ２は、燃料カット中のエンジン２２をモータＭＧ１によりモータリングしたときに駆動軸３６に作用する制動力をより大きくすることが可能となるように上限回転数Ｎｅ１よりも大きい値として定められ、例えば、５８００ｒｐｍや６０００ｒｐｍ、６２００ｒｐｍなどが用いられる。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊は、シフトポジションＳＰがＤポジションのときには、上限回転数Ｎｅ２以下の範囲内で車速Ｖが高いほど大きくなるように設定され、シフトポジションＳＰがＳポジションのときには、上限回転数Ｎｅ２以下の範囲内で、車速Ｖが高いほど大きくなり且つ仮想的な有段変速機の変速段が低いほど大きくなるように設定される。

そして、上述のステップＳ１７０，Ｓ２２０～Ｓ２４０の処理を実行して、本ルーチンを終了する。図５は、このときの共線図の一例を示す説明図である。なお、図５において、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の向きは、図４と同様に、要求トルクＴｄ＊とトルク（－Ｔｍ１＊／ρ）との関係により定まる。

ステップＳ１２０でエンジン２２の燃料噴射が要求されていると判定し、ステップＳ１３０でエンジン２２の燃料カットを行なっていると判定したときには、エンジン２２の回転数Ｎｅを上述の上限回転数Ｎｅ１と比較する（ステップＳ１８０）。ステップＳ１８０でエンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１よりも大きいときとしては、燃料カット中のエンジン２２をモータＭＧ１により上限回転数Ｎｅ１よりも大きい回転数でモータリングしている状態でエンジン２２の燃料噴射が要求されたものの、未だエンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１よりも大きいときを考えることができる。

ステップＳ１８０でエンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１よりも大きいときには、エンジン２２の燃料噴射が許容されていないと判断し、燃料カット指令をエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ１９０）、シフトポジションＳＰと車速Ｖとに基づいて上限回転数Ｎｅ１以下の範囲内でエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ２００）。ここで、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊は、シフトポジションＳＰがＤポジションのときには、上限回転数Ｎｅ１以下の範囲内で車速Ｖが高いほど大きくなるように設定され、シフトポジションＳＰがＳポジションのときには、上限回転数Ｎｅ１以下の範囲内で、車速Ｖが高いほど大きくなり且つ仮想的な有段変速機の変速段が低いほど大きくなるように設定される。

続いて、比例項および積分項のゲインｋｐ，ｋｉに所定値ｋｐ１，ｋｉ１よりも大きい所定値ｋｐ２，ｋｉ２を設定し（ステップＳ２１０）、上述のステップＳ２２０の処理により、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。そして、上述のステップＳ２３０，Ｓ２４０の処理を実行して、本ルーチンを終了する。図６は、このときの共線図の一例を示す説明図である。なお、図６において、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の向きは図４や図５と同様に、要求トルクＴｄ＊とトルク（－Ｔｍ１＊／ρ）との関係により定まる。

いま、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１よりも大きく且つエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に上限回転数Ｎｅ１以下の値を設定するときを考えている。したがって、回転数フィードバック制御によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定することにより、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、負の値（エンジン２２の回転数Ｎｅを低下させる方向の値）となる。しかも、回転数フィードバック制御における比例項および積分項のゲインｋｐ，ｋｉとして所定値ｋｐ２，ｋｉ２を用いることにより、所定値ｋｐ１，ｋｉ１を用いるときに比して、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が負側（エンジン２２の回転数Ｎｅを低下させる側）に大きくなる。これにより、エンジン２２の回転数Ｎｅの単位時間当たりの低下量が大きくなるから、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るまでの時間、即ち、エンジン２２の燃料噴射が許容されるまでの時間を短縮することができる。

ステップＳ１８０でエンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下のときには、エンジン２２の燃料噴射が許容されていると判断し、上述のステップＳ１４０，Ｓ１７０，Ｓ２２０～Ｓ２４０の処理を実行して、本ルーチンを終了する。したがって、燃料カット中のエンジン２２をモータＭＧ１により上限回転数Ｎｅ１よりも大きい回転数でモータリングしている状態でエンジン２２の燃料噴射が要求されたときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るのを待ってエンジン２２の燃料噴射を開始（再開）することになる。

図７は、燃料カット中のエンジン２２をモータＭＧ１により上限回転数Ｎｅ１よりも大きい回転数でモータリングしている状態でエンジン２２の燃料噴射が要求されたときの要求トルクＴｄ＊、回転数フィードバック制御における比例項および積分項のゲインｋｐ，ｋｉ、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊、エンジン２２の燃料噴射要求の有無および回転数Ｎｅおよび燃料噴射の有無の様子の一例を示す説明図である。図中、回転数フィードバック制御におけるゲインｋｐ，ｋｉ、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊、エンジン２２の回転数Ｎｅおよび燃料噴射の有無について、実線は実施例を示し、一点鎖線は比較例を示す。比較例では、エンジン２２の燃料噴射要求が開始してからエンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るまでに亘って、回転数フィードバック制御を用いずにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定してモータＭＧ１を制御する、即ち、モータＭＧ１によりエンジン２２の回転数Ｎｅを低下させない（エンジン２２のフリクションによりエンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るのを待つ）ものとした。

比較例では、時刻ｔ１に要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｄｒｅｆ以上に至ってエンジン２２の燃料噴射要求が開始し、その後、時刻ｔ３にエンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至っており、エンジン２２の燃料噴射要求の開始からエンジン２２の燃料噴射を開始するまでの時間が比較的長くなっている。これに対して、実施例では、時刻ｔ１にエンジン２２の燃料噴射要求が開始すると、比較例に比して、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が負側に大きくなり、エンジン２２の回転数Ｎｅの単位時間当たりの低下量が大きくなり、時刻ｔ３よりも前の時刻ｔ２にエンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至っている。これにより、エンジン２２の燃料噴射要求の開始からエンジン２２の燃料噴射を開始するまでの時間を短縮することができる。要求トルクＴｄ＊の増加に起因してエンジン２２の燃料噴射要求が開始されるときは、運転者がアクセルペダル８３を踏み込んだときであると考えられるから、エンジン２２の燃料噴射を開始するまでの時間を短縮することにより、エンジン２２からプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に駆動力が出力されるまでの時間（図５の状態から図６の状態を経由して図４の状態に移行するまでの時間）を短縮することができ、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。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、燃料カット中のエンジン２２をモータＭＧ１により上限回転数Ｎｅ１よりも大きい回転数でモータリングしている状態でエンジン２２の燃料噴射が要求されたときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るのを待ってエンジン２２の燃料噴射を開始（再開）する。そして、この際に、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るまでは、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至った後よりも、回転数フィードバック制御における比例項および積分項のゲインｋｐ，ｋｉを大きくする。これにより、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が負側に大きくなり、エンジン２２の回転数Ｎｅの単位時間当たりの低下量が大きくなるから、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るまでの時間を短縮することができ、エンジン２２の燃料噴射を開始するまでの時間を短縮することができる。この結果、エンジン２２からプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に駆動力が出力されるまでの時間を短縮することができ、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。

実施例のハイブリッド自動車２０では、燃料カット中のエンジン２２をモータＭＧ１により上限回転数Ｎｅ１よりも大きい回転数でモータリングしている状態でエンジン２２の燃料噴射が要求されたときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るまでは、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至った後よりも、回転数フィードバック制御における比例項および積分項のゲインｋｐ，ｋｉを大きくするものとした。しかし、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るまでも、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至った後も、回転数フィードバック制御における比例項および積分項のゲインｋｐ，ｋｉを同一とするものとしてもよい。この場合でも、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るまで、モータＭＧ１によりエンジン２２の回転数Ｎｅを低下させることになる（ステップＳ２００，Ｓ２２０参照）から、モータＭＧ１によりエンジン２２の回転数Ｎｅを低下させないもの（図７の比較例参照）に比して、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るまでの時間を短縮することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、ＨＶＥＣＵ７０は、図３の制御ルーチンを実行するものとしたが、これに代えて、図８の制御ルーチンを実行するものとしてもよい。図８の制御ルーチンは、ステップＳ２１０の処理に代えてステップＳ２１２の処理を実行する点、ステップＳ２１４，Ｓ２１６の処理を追加した点を除いて、図３の制御ルーチンと同一である。したがって、同一の処理については同一のステップ番号を付し、その詳細な説明を省略する。

図８の制御ルーチンでは、ＨＶＥＣＵ７０は、ステップＳ２００でエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、ステップＳ１７０，Ｓ２１０と同一の処理により、回転数フィードバック制御における比例項および積分項のゲインｋｐ，ｋｉやモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ２１２，Ｓ２１４）。そして、ステップＳ２１４で設定したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊から正の補正値αを減じてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を補正し（ステップＳ２１６）、ステップＳ２３０，Ｓ２４０の処理を実行して、本ルーチンを終了する。

ここで、補正値αとしては、一定値が用いられるものとしてもよいし、時間の経過やエンジン２２の回転数Ｎｅの低下（回転数Ｎｅと上限回転数Ｎｅ１との差分の低下）に従って値０に近づく（絶対値としては小さくなる）値が用いられるものとしてもよい。

ステップＳ２１６の処理で得られるモータＭＧ１の補正後のトルク指令Ｔｍ１＊は、補正前のトルク指令Ｔｍ１＊に比して負側（エンジン２２の回転数Ｎｅを低下させる側）に大きい値となる。これにより、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を補正しないものに比して、エンジン２２の回転数Ｎｅの単位時間当たりの低下量が大きくなるから、エンジン２２の回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１以下に至るまでの時間、即ち、エンジン２２の燃料噴射が許容されるまでの時間を短縮することができる。この結果、実施例と同様の効果を奏することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、ＨＶＥＣＵ７０は、図３の制御ルーチンを実行するものとしたが、これに代えて、図９の制御ルーチンを実行するものとしてもよい。図９の制御ルーチンは、ステップＳ１５２，Ｓ１６２の処理を追加した点を除いて、図３の制御ルーチンと同一である。したがって、同一の処理については同一のステップ番号を付し、その詳細な説明を省略する。

図９の制御ルーチンでは、ＨＶＥＣＵ７０は、ステップＳ１５０で燃料カット指令をエンジンＥＣＵ２４に送信すると、シフトポジションＳＰがＤポジションかＳポジションかを判定する（ステップＳ１５２）。そして、シフトポジションＳＰがＳポジションであると判定したときには、上述のステップＳ１６０，Ｓ１７０，Ｓ２２０～Ｓ２４０の処理を実行して、本ルーチンを終了する。一方、シフトポジションＳＰがＤポジションのときには、車速Ｖに基づいて上限回転数Ｎｅ１以下の範囲内でエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定し（ステップＳ１６２）、ステップＳ１７０，Ｓ２２０～Ｓ２４０の処理を実行して、本ルーチンを終了する。

シフトポジションＳＰがＤポジションのときには、燃料カット中のエンジン２２をモータＭＧ１により上限回転数Ｎｅ１以下の回転数でモータリングすることにより、その後にエンジン２２の燃料噴射が要求されたときに、エンジン２２の燃料噴射を直ちに開始することができる。これにより、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。なお、シフトポジションＳＰがＳポジションのときには、実施例と同様の効果を奏することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、仮想的な有段変速機として６段変速機を考えるものとした。しかし、仮想的な有段変速機の段数としては６段に限定されるものではなく、３段や４段、５段、７段、８段、９段、１０段などとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、蓄電装置として、バッテリ５０を用いるものとしたが、バッテリ５０に代えて、キャパシタ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、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とバッテリＥＣＵ５２とＨＶＥＣＵ７０とを備えるものとしたが、これらのうちの少なくとも２つ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「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「蓄電装置」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）、２６クランクシャフト、２８ダンパ、３０プラネタリギヤ、３６駆動軸、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、４５ｕ，４５ｖ，４６ｕ，４６ｖ電流センサ、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、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、１３４ａ触媒、１３５ａ空燃比センサ、１３５ｂ酸素センサ、１３６スロットルモータ、１４０クランクポジションセンサ、１４２水温センサ、１４４カムポジションセンサ、１４６スロットルバルブポジションセンサ、１４８エアフローメータ、１４９温度センサ、１５０可変バルブタイミング機構、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

エンジンと、
第１モータと、
３つの回転要素が前記エンジンの出力軸と前記第１モータの回転軸と車軸に連結された駆動軸とに接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に動力を入出力する第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蓄電装置と、
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、燃料カット中の前記エンジンを前記第１モータにより前記エンジンの燃料噴射時の上限回転数よりも大きい回転数でモータリングしている状態で前記エンジンの燃料噴射が要求された所定要求時には、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至るのを待って前記エンジンの燃料噴射を開始し、燃料カット中の前記エンジンを前記第１モータにより前記上限回転数以下の回転数でモータリングしている状態で前記エンジンの燃料噴射が要求されたときには、直ちに前記エンジンの燃料噴射を開始し、
更に、前記制御装置は、前記所定要求時には、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至るまで、前記第１モータにより前記エンジンの回転数を低下させ、
更に、前記制御装置は、前記エンジンの燃料カット時に、
シフトポジションがシーケンシャルポジションのときには、前記上限回転数よりも大きい第２上限回転数以下の範囲内で前記エンジンが前記第１モータによりモータリングされるように前記第１モータを制御し、
前記シフトポジションが前記シーケンシャルポジションでないときには、前記上限回転数以下の範囲内で前記エンジンが前記第１モータによりモータリングされるように前記第１モータを制御する、
ハイブリッド自動車。
請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、前記所定要求時には、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至るまでは、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至った後に比して前記エンジンの回転数の単位時間当たりの低下量が大きくなるように前記第１モータを制御する、
ハイブリッド自動車。
請求項２記載のハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、前記エンジンの燃料噴射が要求されているときには、前記エンジンの回転数を前記上限回転数以下の目標回転数に近づけるためのフィードバック制御により前記第１モータのトルク指令を設定して前記第１モータを制御し、
更に、前記制御装置は、前記所定要求時には、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至るまでは、前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至った後に比して前記フィードバック制御におけるゲインを大きくする、
ハイブリッド自動車。
請求項２記載のハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、前記所定要求時には、
前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至った後は、前記エンジンの回転数を前記上限回転数以下の目標回転数に近づけるためのフィードバック制御により前記第１モータのトルク指令を設定して前記第１モータを制御し、
前記エンジンの回転数が前記上限回転数以下に至るまでは、前記フィードバック制御により前記第１モータのトルク指令を設定し、前記トルク指令に前記エンジンの回転数を低下させる方向の補正用トルクを加えた補正後トルク指令を用いて前記第１モータを制御する、
ハイブリッド自動車。