JPWO2013175578A1 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

ハイブリッド車両において内燃機関の燃費を向上させる。内燃機関（２００）と、慣性質量が可変なフライホイール（３００）と、駆動軸（Ｓｏｕｔ）からのトルク入力による電力回生が可能な回転電機（ＭＧ）と、機関軸からのトルク入力による電力回生が可能な回生手段（５００）と、回転電機及び回生手段の回生電力により充電可能な蓄電手段（１２）とを備えたハイブリッド車両（１）を制御する、ハイブリッド車両の制御装置（１００）は、内燃機関の停止要求時に機関回転数を停止許可回転数以下に引き下げる引き下げ制御手段と、機関回転数が停止許可回転数以下に引き下げられた後に内燃機関を停止させる停止制御手段と、停止要求時における前記蓄電手段の許容充電電力を特定する特定手段と、特定された許容充電電力が小さい程フライホイールの慣性質量を減少させる慣性制御手段とを具備する。

Description

本発明は、内燃機関の機関軸に慣性質量が可変なフライホイールを備えたハイブリッド車両を制御する、ハイブリッド車両の制御装置の技術分野に関する。

慣性質量を可変としたフライホイールの物理的構造に関し、従来各種のものが提案されている。一方、慣性質量が可変なフライホイールの制御に関しては、例えば、特許文献１に開示されたフライホイール装置がある。このフライホイール装置によれば、シフトダウン時にフライホイールの慣性モーメントを小さくすることにより、変速に要する時間を短縮化できるとされている。

また、機関軸に対しフライホイールを断接可能に構成された動力装置において、フライホイールの断接に関する異常に応じたエンジン制御を行うものも提案されている（特許文献２参照）。

また、慣性質量が可変なフライホイールが異常である場合に、アイドリングストップの禁止措置や燃料噴射量の補正措置を講じるものも提案されている（特許文献３参照）。

またフライホイールにサブフライホイールを着脱することによりフライホイールの慣性質量を可変とする可変慣性質量型フライホイールにおいて、低速で減速制御が実行される場合に、当該慣性質量を大としてエンジン停止を防ぐものも提案されている（特許文献４参照）。

一方、ハイブリッド車両の制御に関するものとして、充電制限により電力回生が実行できずに要求制動力が発揮できない場合に、補機を駆動させて蓄電手段のＳＯＣを低下させることによって電力回生を実行可能とし、要求制動力を達成する装置が提案されている（特許文献５参照）。

特開２００９−０８５４００号公報 特開２００７−３１５２２０号公報 特開２００６−０２２８９０号公報 特開平０４−０５０５３４号公報 特開２００５−００２９８９号公報

ハイブリッド車両においては、内燃機関の他に動力源としての回転電機を備えることから、しばしば内燃機関の停止要求が生じ得る。この停止要求は、減速燃料カット等の減速時に限定された停止要求や、所謂ＥＶ（Electric Vehicle）走行のための停止要求等を含み得るが、内燃機関を停止させる場合には、いずれにせよ機関トルクの変化が避け難い。このため、車両のＮＶ（Noise and Vibration：振動及び騒音）を考慮した場合、内燃機関の停止要求時に無条件に内燃機関を停止することは難しい。このような問題は、機関停止措置の実行時点において、内燃機関の機関軸が駆動軸と物理的繋がっていても、クラッチ等の作用により駆動軸から切り離されていても基本的に変わらない。尚、前者の場合には特に機関停止に伴って駆動軸のトルク変動が顕在化する可能性もある。従って、停止要求時に内燃機関を停止させる場合、内燃機関の機関回転数は事前に十分に引き下げられているのが望ましい。

一方、内燃機関の稼動期間においては幾らかなり燃料消費を伴う。燃料消費を節減して燃費の向上を図る観点からすれば、機関回転数の引き下げは、より迅速に行われるのが望ましい。また、機関回転数を引き下げる過程で内燃機関の共振帯域を通過する場合、この共振帯域を迅速に通過させる方がＮＶ上有利である。

ここで、この機関回転数の引き下げに際し、電力を回生する構成が公知である。例えば、オルタネータやモータジェネレータ等の発電装置をベルト、チェーン、スプロケット或いはプーリ等を介して機関軸に連結したり、フライホイールの外周面に形成されたギア歯と噛み合うギア歯を有するギアを介して機関軸とこれら発電装置を連結したり、機関軸とこれら発電装置の出力軸とを直接連結したりすれば、発電負荷（回生トルク）によって機関回転数を強制的に低下させつつ、電力を回生することができる。或いは、より複雑な構成として、所謂２モータハイブリッドのように、内燃機関の機関軸と複数のモータジェネレータの出力軸とを、回転二自由度の遊星歯車機構の各回転要素に連結して相互いに動力の授受を行わしめ得る構成としても、通常時に内燃機関に反力トルクを与える一方のモータジェネレータによって、機関回転数引き下げ時に電力回生を行うことが出来る。

このような車両構成によれば、機関トルクの一部を電力として回生しつつ、より早期に機関回転数を引き下げることが出来る。従って、機関回転数の自発的低下を待たずしてより早期に内燃機関を停止させることが可能となり、燃料消費の節減に顕著に効果的である。特に、内燃機関の機関軸に慣性質量が可変であるフライホイールを有する場合においては、この機関回転数引き下げに際して慣性質量を大きくすることによって、より効率的な電力回生を期待することができる。

ところで、蓄電手段を充電するにあたって許容される充電電力（即ち、充電速度）には制限がある。この制限は、蓄電手段のＳＯＣ（State Of Charge；充電状態又は充電状態を表す規格化された指標値）に由来する場合も、蓄電手段の物理的な体格、規格又は仕様に由来する場合もあるが、いずれにせよ、この制限に相当する充電制限電力（即ち、許容充電電力）を超えた充電速度で充電を行うことは望ましくない。

従って、回生電力が係る許容充電電力に抵触する場合においては、停止要求に対して内燃機関を停止させることはできない。実践的には、車両の各種補機類による電力消費によって許容充電電力を増加させる等の措置を講じることが出来るが、機関停止に係る制御の開始時期が遅延することは避け難い。機関停止が遅延すれば、その分だけ燃料消費が増えることになるから、内燃機関の燃費は相対的に悪化してしまう。

特に、ハイブリッド車両においては、減速時において電力回生に係る回生トルクを制動トルクとして利用することにより、所謂回生制動が好適に行われる。回生制動がなされる期間と、停止要求に伴う機関回転数の引き下げがなされる期間とが重複すると、回生制動における回生電力と、機関回転数引き下げに伴う回生電力との双方が、蓄電手段の充電に供されることになり、回生電力が許容充電電力に抵触する可能性が高くなる。

上記各種特許文献には、係る問題を解決に導く開示も示唆もなく、係る問題を解決することが難しい。即ち、これらの文献に記載された装置は、内燃機関の停止要求に対して実際に内燃機関を停止させるまでに時間遅延が生じる可能性が高く、燃費向上に係る効果を必ずしも十分に得ることができないという技術的問題点を有する。

本発明は、係る技術的問題点に鑑みてなされたものであり、慣性質量が可変なフライホイールを備えたハイブリッド車両において内燃機関の燃費を向上させ得るハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、機関軸が車軸に繋がる駆動軸に連結される内燃機関と、前記機関軸に連結された慣性質量が可変なフライホイールと、前記駆動軸に対するトルク供給及び前記駆動軸からのトルク入力による電力回生が可能な回転電機と、前記機関軸からのトルク入力による電力回生が可能な回生手段と、前記回転電機及び回生手段の回生電力により充電可能な蓄電手段とを備えたハイブリッド車両を制御する、ハイブリッド車両の制御装置であって、前記内燃機関の停止要求時に前記回生手段を介して前記内燃機関の機関回転数を停止許可回転数以下に引き下げる引き下げ制御手段と、前記機関回転数が前記停止許可回転数以下に引き下げられた後に前記内燃機関を停止させる停止制御手段と、前記停止要求時における前記蓄電手段の許容充電電力を特定する特定手段と、前記特定された許容充電電力が小さい程前記慣性質量を減少させる慣性制御手段とを具備することを特徴とする（第１項）。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、内燃機関の停止要求時において、蓄電手段の許容充電電力が参照され、この許容充電電力の大小に応じて、フライホイールの慣性質量が夫々大小に変更される。この慣性質量の変更は、少なくとも多段階な変更であるのが望ましく、好適には連続的な変更（ステップ幅が十分に小さい多段階な変更を含む）である。

回生手段における回生電力は、フライホイールの慣性質量が相対的に大きければ（即ち、高慣性である程）大きくなり、相対的に小さければ（即ち、低慣性である程）小さくなる。即ち、フライホイールの慣性質量が相対的低慣性側に制御された場合には、車両全体の回生電力が減少する。

従って、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、蓄電手段が十分に電力を蓄積している状態（即ち、許容充電電力が小さい状態）においても、内燃機関を停止させるために必要となる機関回転数の引き下げ措置を継続させることができる。或いは、機関回転数の引き下げ措置に先立って、各種補機類で電力を消費することによる許容充電電力の増加措置を必要とするにしても、その電力消費量が少なくて済む分、機関回転数の引き下げ措置をより早期に開始することができる。

その結果、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、機関回転数を可及的に早期に停止許可回転数以下まで引き下げることができ、内燃機関の燃費を向上させることができるのである。

尚、本発明に係るフライホイールは、慣性質量が二値的、段階的又は連続的に可変である。慣性質量を可変とするための物理的構造は一義には規定されず、公知の各種態様を採ることが出来る。但し、好適には、本発明に係るフライホイールは、その慣性質量が多段階に又は連続的に可変である。例えば、このような慣性質量の多段階な又は連続的な変化は、円板状のフライホイールにおいて磁性流体を径方向に移動可能に収容し、当該磁性流体の当該径方向位置を段階的又は連続的に変化させること等により実現されてもよい。

尚、本発明に係るハイブリッド車両は、内燃機関の他に動力源として機能する回転電機を備える。この回転電機は、好適にはモータジェネレータ（電動発電機）であり、車軸を介して駆動輪に連結される（即ち、車軸に繋がる）駆動軸との間でトルクを入出力可能に構成される。駆動軸に対するトルクの出力とは、即ち、この他の回転電機を力行駆動することを意味し、内燃機関の機関トルクを補助する、或いは当該機関トルクに代わってハイブリッド車両を駆動する意味合いを持つ。一方、駆動軸からのトルクの入力とは、即ち、この回転電機を回生駆動することを意味し、駆動軸に回生トルクを供給することにより、駆動軸トルクを利用して電力を回生する意味合いを持つ。

ここで、本発明に係るハイブリッド車両に備わる回生手段とは、機関軸のトルクを利用して電力を回生する手段である。例えば、駆動軸に対して上記回転電機と内燃機関とが直列に配置される構成では、上記回転電機は、駆動軸にも機関軸にもトルクを作用させることが出来るため、本発明に係る回生手段としても機能し得る。即ち、本発明に係る回転電機と回生手段とは、必ずしも夫々が独立した装置である必要はなく、ハイブリッド車両の構成如何によってその実践的態様は変化し得る。また、回生手段は、機関軸と連結されたオルタネータ等の発電機であってもよい。この場合、機関軸におけるフライホイール下流側と駆動軸との間にクラッチ等の選択的動力遮断手段を介装すれば、内燃機関の回転数引き下げを独立して行うこともでき、駆動軸のトルク変動を防止する観点からは有利である。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の一の態様では、前記慣性制御手段は、前記特定された許容充電電力と前記回転電機の回生電力及び前記回生手段の回生電力の総和との差分が小さい程、前記慣性質量を減少させる（第２項）。

この態様によれば、蓄電手段の許容充電電力に由来する条件がより限定され、車両全体の回生電力（回生手段の回生電力と回転電機の回生電力との総和）と、許容充電電力との差分に応じてフライホイールの慣性質量が可変とされる。蓄電手段の許容充電電力が相応に大きくても、車両全体の回生電力もまた大きい場合には、機関回転数の引き下げに伴う電力回生措置が蓄電手段の許容充電電力に抵触する可能性があるが、この態様によれば、このような場合についてフライホイールの慣性質量が低慣性側に変更又は維持されるため、機関回転数の引き下げを継続させることができる。

また、ある回生電力の総和に対しては、許容充電電力が小さい程、当該差分は小さくなる。従って、この態様における慣性制御手段の作用は、許容充電電力が小さい程慣性質量を減少させる、本発明の慣性制御手段の作用に含まれる。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の他の態様では、前記慣性制御手段は、前記回転電機による回生制動時において、前記特定された許容充電電力に基づいた慣性質量の制御を実行する（第３項）。

車両の回生電力が許容充電電力に抵触する事態は、回転電機により回生制動がなされる期間において顕著に生じ得る。従って、回生制動時に限って、回生電力に鑑みた慣性質量の制御を行うことにより、過度に安全側に偏った慣性質量の制御を防止することができる。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の他の態様では、前記フライホイールが、前記慣性質量が所定値未満の状態で前記慣性質量の可変機能を失った状態としての低慣性フェール状態にあるか否かを判定する判定手段と、前記フライホイールが前記低慣性フェール状態にあると判定された場合に、前記内燃機関の要求出力に対応する前記内燃機関の最低回転数を、前記フライホイールが前記低慣性フェール状態にない場合と較べて高回転側に補正する補正手段とを具備する（第４項）。

フライホイールが一時的にせよ恒久的にせよ低慣性側（慣性質量が小さい側）で慣性質量の可変機能を失うと、フライホイールの本来の意義であるＮＶ抑制効果が影響を受ける可能性がある。例えば、内燃機関のトルク変動が相対的に大きくなる低回転高トルクの領域にある動作点においては、当該トルク変動に伴う所謂こもり音を顕著に回避する必要が生じ得るが、こもり音を回避し得る動作点の領域（例えば、機関回転数の最低値）は、通常、フライホイールが高慣性側（慣性質量が大きい側であり、ＮＶ抑制効果が高い側である）に制御されていることを前提とする。このため、フライホイールが低慣性フェール状態にあると、とりわけ常時低慣性フェール状態にあると、フライホイールが本来期待される効果を発揮しない分だけ、こもり音が顕在化する可能性がある。

この態様によれば、フライホイールが低慣性フェール状態にあると判定された場合には、内燃機関の要求出力に対して決定される動作点（好適には、機関回転数と機関トルクとの組み合わせ）の最低回転数がより高回転側に補正されるため、ＮＶの悪化を抑制することが出来る。

尚、フライホイールが低慣性フェール状態にあるか否かは、上述した慣性制御手段による慣性制御の実行時における機関回転数の変化や、低慣性制御時と高慣性制御時との機関回転数の差等に基づいて判定され得る。或いは、所定のタイミングにおいて、当該判定のための慣性質量の変更制御を行ってもよい。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。 図１のハイブリッド車両におけるハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。 図１のハイブリッド車両においてＥＣＵにより実行される慣性制御のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る慣性制御のフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係るフェール時制御のフローチャートである。 図４のフェール時制御における動作点マップの概念図である。

＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両１の構成について説明する。ここに、図１は、ハイブリッド車両１の構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図１において、ハイブリッド車両１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１００、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１、バッテリ１２、アクセル開度センサ１３及び車速センサ１４並びにハイブリッド駆動装置１０を備えた、本発明に係る「ハイブリッド車両」の一例である。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「ハイブリッド車両の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する慣性制御を実行可能に構成されている。

尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「引き下げ制御手段」、「停止制御手段」、「特定手段」、「慣性制御手段」、「判定手段」及び「補正手段」の夫々一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。

ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１の車軸たる左車軸ＳＦＬ（左前輪ＦＬに対応）及び右車軸ＳＦＲ（右前輪ＦＲに対応）に駆動力としての駆動トルクを供給することによりハイブリッド車両１を駆動するドライブユニットである。ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成については後述する。

ＰＣＵ１１は、バッテリ１２から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータＭＧ及びオルタネータ５００に供給すると共に、モータジェネレータＭＧ及びオルタネータ５００によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給可能に構成された不図示のインバータを含み、バッテリ１２とモータジェネレータＭＧ及びオルタネータ５００との間の電力の入出力を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。

バッテリ１２は、例えばリチウムイオンバッテリセル等の単位電池セルを複数（例えば、数百個）直列に接続した構成を有する電池ユニットであり、本発明に係る「蓄電手段」の一例である。

アクセル開度センサ１３は、ハイブリッド車両１の図示せぬアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Ｔａを検出可能に構成されたセンサである。アクセル開度センサ１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度Ｔａは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

車速センサ１４は、ハイブリッド車両１の車速Ｖを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速Ｖは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

次に、図２を参照し、ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、ハイブリッド駆動装置１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。

図２において、ハイブリッド駆動装置１０は、エンジン２００、フライホイール３００、中間ギア４００、オルタネータ５００、クラッチ６００、モータジェネレータＭＧ、ＥＣＴ（Electronic Controlled Transmission：電子制御式変速装置）７００及び減速装置８００を備える。

エンジン２００は、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するように構成された、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンである。エンジン２００は、公知のガソリンエンジンであり、ここでは、その詳細な構成を割愛する。尚、ここでは、エンジン２００をガソリンエンジンであるとしたが、本発明に係る内燃機関は、燃料種別、燃料の供給態様、吸排気系の構成、動弁系の構成、過給器の有無及び各種補機類の構成等において多様な形態を採り得る。エンジン２００の出力動力たるエンジントルクＴｅは、本発明に係る「機関軸」の一例たる不図示のクランク軸を介し、ハイブリッド駆動装置１０の入力軸Ｓｉｎに伝達される。

フライホイール３００は、入力軸Ｓｉｎに連結され、エンジン２００のクランク軸と一体に回転する大略円板状の振動抑制装置である。フライホイール３００の円板状の本体部における外周面には複数のギア歯が形成されており、中間ギア４００のギア歯と相互に噛合している。フライホイール３００の本体部には、中心付近から径方向に弧状に延びる筒状の収容部が複数形成されており、この収容部には磁性流体が当該収容部内を移動可能に収容されている。フライホイール３００は、この収容部の長手方向における当該磁性流体の位置を変化させるための磁界を発生可能な磁界発生装置を内蔵しており、この磁界発生装置が発する磁界の強さに応じて、収容部内の磁性流体の位置が変化する構成となっている。

収容部に収容される磁性流体には質量がある。従って、収容部内における磁性流体の位置が変化すると、フライホイール３００の慣性質量は変化する。即ち、磁性流体が中心部寄りの位置にある程フライホイール３００は低慣性（慣性質量が小さい）となり、磁性流体が外周面寄りの位置にある程フライホイール３００は高慣性（慣性質量が大きい）となる。フライホイール３００の慣性質量と磁界発生装置が発する磁界の大きさとの関係は予め実験的且つ理論的に与えられている。また、磁界発生装置はＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００による制御を受けて駆動される。従って、ＥＣＵ１００は、フライホイール３００の慣性質量を所望の値に連続的に可変に制御することができる。

尚、フライホイール３００は、本発明に係る「フライホイール」の一例であり、特に磁性流体の位置変化により慣性質量を制御する構成を採るが、このような慣性質量の制御態様は一例に過ぎず、慣性質量を可変とするフライホイールの物理的構成は、公知の各種構成を適用することができる。フライホイール３００と一体に回転する中間ギア４００は、オルタネータ５００に連結されている。

オルタネータ５００は、ロータ、ステータ、レギュレータ及び整流器等を含む、本発明に係る「回生手段」の一例たる公知の交流発電装置である。オルタネータ５００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その発電負荷がＥＣＵ１００により制御される構成となっている。オルタネータ５００は、後述するエンジン停止要求時に、この発電負荷によりエンジン回転数ＮＥを引き下げることができ、発電負荷に応じた電力回生を行うことが出来る。生成された回生電力は、バッテリ１２に充電される。

尚、このエンジン回転数引き下げ時の回生電力Ｐｅｓｔｐは、ＥＣＵ１００が、発電負荷（オルタネータ５００の回生トルク）の大きさと入力軸Ｓｉｎの回転速度とに基づき、公知の各種算出ルーチンに従って算出することができる。

クラッチ６００は、ソレノイド等の電磁アクチュエータを利用して一対の係合要素を係合又は離間させる公知の電磁クラッチ装置である。クラッチ６００の一方の係合要素は、フライホイール３００の動力伝達方向下流側において入力軸Ｓｉｎと連結されており、他方の係合要素は、ハイブリッド駆動装置１０の動力出力軸である駆動軸Ｓｏｕｔに連結されている。クラッチ６００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、クラッチ６００の断接状態は、ＥＣＵ１００により制御される構成となっている。

モータジェネレータＭＧは、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機であり、本発明に係る「回転電機」の一例である。モータジェネレータＭＧは、例えば三相同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有する。

モータジェネレータＭＧのロータは、駆動軸Ｓｏｕｔに連結されており、モータジェネレータＭＧが力行状態で駆動された場合には、モータトルクＴｍｇが駆動軸Ｓｏｕｔに作用する構成となっている。この場合、モータジェネレータＭＧは、ハイブリッド車両１の駆動輪に駆動力を与える動力源として機能し、上述したクラッチ６００の一対の係合要素が係合状態にあれば、エンジントルクＴｅとモータトルクＴｍｇとが相互に協調して要求トルクを賄う。また、クラッチ６００の一対の係合要素が離間状態にあれば、モータトルクＴｍｇのみで要求トルクを賄う、所謂ＥＶ走行が実現される。

一方、モータジェネレータＭＧが回生状態で駆動された場合には、駆動軸Ｓｏｕｔに作用する駆動トルクを利用した電力回生（即ち、発電）が可能となる。この場合、モータジェネレータＭＧは、ハイブリッド車両１の駆動輪に制動力を与える制動装置として機能し、回生制動が実現される。回生制動時の回生電力は、モータジェネレータＭＧの回生トルク、即ち発電負荷に応じて可変であり、回生電力が大きければ回生制動に係る制動力も大きくなる。モータジェネレータＭＧの回生電力Ｐｍｇは、ＥＣＵ１００が、モータジェネレータＭＧの回生トルクの大きさとモータジェネレータＭＧの回転速度（即ち、駆動軸Ｓｏｕｔの回転速度）に基づき、公知の各種算出ルーチンに従って算出することができる。

ＥＣＴ７００は、駆動軸Ｓｏｕｔと、変速機出力軸Ｓｅｃｔとの間の回転速度比（即ち、変速比）を多段階に切り替え可能な公知の電子制御式有段変速装置である。

減速装置８００は、デファレンシャル及び減速ギア等を含む最終減速ユニットである。

＜実施形態の動作＞
ここで、図３を参照し、本実施形態の動作としてＥＣＵ１００により実行される慣性制御について説明する。ここに、図３は、慣性制御のフローチャートである。尚、慣性制御は、フライホイール３００の慣性質量を最適値に維持するための制御である。尚、慣性制御は、ＥＣＵ１００がハイブリッド車両１の動作を制御する上で実行する各種制御の一つであり、所定周期で繰り返し実行される制御である。

図３において、ＥＣＵ１００は、エンジン停止要求が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。エンジン停止要求は、例えば、モータジェネレータＭＧから供給されるモータトルクＴｍｇのみでハイブリッド車両１を走行させるＥＶ走行条件が満たされた場合や、減速燃料カット条件が満たされた場合等に生じる、エンジン２００の停止要求である。エンジン停止要求が発生していない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、フライホイール３００の慣性質量を現状の値に維持する（ステップＳ１２０）。尚、フライホイール３００は、本来の用途から言えば基本的には高慣性側でその効能を発揮するため、慣性質量の初期値は高慣性側の最大値である。従って、低慣性側への変更要求が生じない限りにおいて、フライホイール３００の慣性質量は高慣性側の最大値に維持される。

エンジン停止要求が発生している場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、バッテリ１２の充電制限電力Ｗｉｎを取得する（ステップＳ１３０）。充電制限電力Ｗｉｎは、本発明に係る「許容充電電力」の一例であり、バッテリ１２に供給することが許可される電力（制御上は、電流値であってもよい）である。充電制限電力Ｗｉｎは、別途ＥＣＵ１００が取得するバッテリ１２のＳＯＣ値と、バッテリ１２の温度等に基づいて、ＲＯＭに格納された充電制限電力マップから取得される。充電制限電力Ｗｉｎは、基本的に、ＳＯＣ値が１００（％）に近付く程、小さくなる。

充電制限電力Ｗｉｎを取得すると、ＥＣＵ１００は、この取得した充電制限電力Ｗｉｎに応じてフライホイール３００の慣性質量を決定する（ステップＳ１４０）。

ここで、フライホイール３００の慣性質量は、充電制限電力Ｗｉｎが小さい程、低慣性側の値に決定される。言い換えれば、充電制限電力Ｗｉｎが大きい程、高慣性側の値に決定される。慣性質量が決定されると、ＥＣＵ１００は、決定された慣性質量が得られるように、フライホイール３００の本体部に収容された磁性流体を移動させる。慣性制御は以上のように実行される。

尚、ここでは図示を省略するが、ＥＣＵ１００は、エンジン停止要求が生じた場合（即ち、ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、先ずクラッチ６００を制御してクラッチ６００の一対の係合要素を離間させる。即ち、エンジン２００を駆動軸Ｓｏｕｔから切り離す。

エンジン２００を駆動軸Ｓｏｕｔから切り離すと、ＥＣＵ１００は続いて、エンジン回転数ＮＥを停止許可回転数まで引き下げる。具体的には、オルタネータ５００の発電負荷を調整し、入力軸Ｓｉｎを経由してオルタネータ５００の回生トルクをクランク軸に作用させることにより、エンジン回転数ＮＥを強制的に引き下げる。エンジン回転数ＮＥが停止許可回転数以下の回転領域まで低下すると、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の燃料噴射装置を駆動制御して燃料の供給を停止し、エンジン２００を停止させる。

ここで、係るエンジン回転数ＮＥの引き下げが必要な理由は、主としてハイブリッド車両１のＮＶに由来する。即ち、エンジン停止要求に応じて即座にエンジン２００を停止してしまうと、クラッチ６００により駆動軸Ｓｏｕｔとエンジン２００とを切り離していても、停止直後のエンジン振動が車両全体に伝わりＮＶが悪化する。また、エンジン回転数の自然な低下を待つと、第１に機関回転数ＮＥが停止許可回転数に達するまでの時間が長くなり、燃料消費量の節減効果が低下して燃費の相対的悪化を招く。第２にエンジン２００の共振帯域を通過する時間が成り行き任せとなりＮＶが悪化する可能性がある。これらの理由から、オルタネータ５００の発電負荷を利用してエンジン回転数ＮＥを迅速に低下させるのである。

ここで特に、エンジン回転数ＮＥの引き下げに際して発電負荷を上昇させると、オルタネータ５００の回生電力が上昇するが、回生電力が充電制限電力Ｗｉｎを超えることは許されないため、充電制限電力Ｗｉｎが小さい程、フライホイール３００の慣性質量が低慣性側に設定されるのである。フライホイール３００の慣性質量が小さければ、機関回転数ＮＥの引き下げ時における電力回生量は相対的に低下するため、可及的に早期に機関回転数ＮＥを停止許可回転数以下の回転領域まで低下させることができる。その結果、本実施形態によれば、エンジン停止要求に応じて可及的に早期にエンジン２００を停止させることができ、エンジン停止による燃料消費の節減効果を最大限に獲得することが可能となって、燃費を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、単に充電制限電力Ｗｉｎの大小に応じてフライホイール３００の慣性質量を夫々大小に制御したが、第２実施形態ではより実情に即した慣性質量の制御態様について説明する。ここで、図４を参照し、第２実施形態に係る慣性制御の詳細について説明する。ここに、図４は、第２実施形態に係る慣性制御のフローチャートである。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。

図４において、ＥＣＵ１００は、ハイブリッド車両１が減速回生中であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。減速回生とは、即ちモータジェネレータＭＧの回生トルクを利用した回生制動を意味し、ハイブリッド車両１に別途備わる電子制御式ブレーキ装置（ＥＣＢ）から供給される制動力に替えて、回生トルクを制動力として作用させることを意味する。減速回生中でない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、フライホイール５００の慣性質量を現状の値に維持する（ステップＳ１２０）。減速回生中であれば（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、処理がステップＳ１１０に移行する。即ち、本実施形態では、減速回生時に限って慣性質量が可変とされる。これは、実践的に見て、減速回生に係る回生電力、即ちモータジェネレータＭＧの回生電力Ｐｍｇが、エンジン回転数引き下げに係る回生電力、即ち、オルタネータ５００の回生電力Ｐｅｓｔｐと較べて大きいためである。即ち、車両全体の回生電力が、エンジン回転数引き下げに係る回生電力Ｐｅｓｔｐのみであれば、充電制限電力Ｗｉｎを超える可能性は低く、フライホイール３００の慣性質量は、高慣性側に維持されていても問題がない場合が多いのである。

エンジン停止要求がある場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、エンジン停止時充電電力Ｐｓｔｐを算出する（ステップＳ１１１）。エンジン停止時充電電力Ｐｓｔｐは、下記（１）により表される。即ち、エンジン停止時充電電力Ｐｓｔｐは、モータジェネレータＭＧの回生電力Ｐｍｇとオルタネータ５００によるエンジン回転数引き下げ時の回生電力Ｐｅｓｔｐとの総和である。

Ｐｓｔｐ＝Ｐｍｇ＋Ｐｅｓｔｐ・・・（１）
エンジン停止時充電電力Ｐｓｔｐを算出すると、ＥＣＵ１００は、充電制限電力Ｗｉｎを取得し（ステップＳ１３０）、続いて充電余裕度ΔＷｉｎを算出する（ステップＳ１３１）。充電余裕度ΔＷｉｎは、下記（２）式により表される。

ΔＷｉｎ＝Ｗｉｎ−Ｐｓｔｐ・・・（２）
充電余裕度ΔＷｉｎを算出すると、ＥＣＵ１００は、算出された充電余裕度ΔＷｉｎに応じてフライホイール６００の慣性質量を決定する（ステップＳ１４１）。

フライホイール３００の慣性質量は、充電余裕度ΔＷｉｎが小さい程、低慣性側の値に決定される。言い換えれば、充電余裕度ΔＷｉｎが大きい程、高慣性側の値に決定される。

充電余裕度ΔＷｉｎが小さいとは、即ち、充電制限電力Ｗｉｎがエンジン停止時充電電力Ｐｓｔｐに対して余裕がないことを意味する。従って、フライホイール６００の慣性質量を小さくしてエンジン回転数引き下げ時の回生電力をより小さくすることにより、エンジン停止要求に応じて可及的に早期にエンジン２００を停止させることができ、エンジン停止による燃料消費の節減効果を最大限に獲得することが可能となって、燃費を向上させることができる。

一方、充電余裕度ΔＷｉｎが大きいとは、即ち、充電制限電力Ｗｉｎがエンジン停止時充電電力Ｐｓｔｐに対して余裕があることを意味する。従って、フライホイール６００の慣性質量を大きくしてエンジン回転数引き下げ時の回生電力をより大きく獲得することにより、より高い電力回生効率を得ることができる。

尚、充電余裕度ΔＷｉｎが負値を採る場合、即ち、充電制限電力Ｗｉｎよりもエンジン停止時充電電力Ｐｓｔｐが大きい場合には、フライホイール６００の慣性質量は低慣性側の最小値とされるが、エンジン回転数ＮＥの引き下げ制御は禁止される。ＥＣＵ１００は、このような場合については、ハイブリッド車両１に備わる各種電気駆動型補機類を駆動して、バッテリ１２の電力消費を促す。バッテリ１２の電力を消費することによってバッテリ１２のＳＯＣが低下し、充電制限電力Ｗｉｎが増加して充電余裕度ΔＷｉｎが正値となった時点で、エンジン回転数引き下げが許可される。この際、フライホイール６００の慣性質量が最小値に維持されているため、補機駆動により消費すべき電力は最小限となり、可及的に早期にエンジン回転数引き下げが許可される。

このように、本実施形態に係る慣性制御によれば、充電余裕度ΔＷｉｎに応じてフライホイール６００の慣性質量が決定されるため、単に充電制限電力Ｗｉｎに応じて慣性質量が決定される場合と較べて、慣性質量が不要に低慣性側に設定されることによる回生効率の低下や、慣性質量が必要時に高慣性側に設定されないことによる充電電力超過等を防止することができる。尚、後者の充電電力超過とは、充電制限電力Ｗｉｎを超えた充電が行われることを意味するものではなく、充電制限電力Ｗｉｎに抵触することによりエンジン停止制御が行われないことを意味する。

尚、第１及び第２実施形態においては、夫々充電制限電力Ｗｉｎ及び充電余裕度ΔＷｉｎに応じて多段階に慣性質量が決定されたが、より簡易な制御としては、これらと基準値との比較に基づいて慣性質量が二値的に切り替えられてもよい。例えば、充電余裕度ΔＷｉｎの場合で言えば、充電余裕度ΔＷｉｎがゼロ未満、即ち、停止時充電電力Ｐｓｔｐが充電制限電力Ｗｉｎを超える場合に限ってフライホイール６００の慣性質量が低慣性側に制御されてもよい。

また、このように慣性質量を二値的に切り替える構成においては、慣性質量は、フライホイール６００が採り得る慣性質量の最小値（最も低慣性側の値）と最大値（最も高慣性側の値）との間で切り替えられてもよい。このように慣性質量を二値的に切り替える構成とした場合には、フライホイール６００において慣性質量を可変とする構造により多様性を持たせることができる。

＜第３実施形態＞
上記第１及び第２実施形態に係る慣性制御が適用されると、適用されない場合と較べてフライホイール６００の慣性質量が低慣性側の値を採る頻度が高くなる。ここで、フライホイール６００の慣性質量可変機能が、この低慣性側の慣性質量を採る状態において失われた場合、エンジン停止要求時とは異なる通常の運転条件においてフライホイール６００に期待されるＮＶ抑制効果が十分に得られなくなる可能性がある。

ここで、本発明の第３実施形態として、このような観点から、第１及び第２実施形態における慣性制御を支援するフェール時制御について説明する。始めに、図５を参照し、フェール時制御の流れについて説明する。ここに、図６は、フェール時制御のフローチャートである。

図６において、ＥＣＵ１００は、フライホイール６００が低慣性フェール状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。低慣性フェール状態とは、慣性質量が所定値未満の状態で慣性質量可変機能が失われた状態である。フライホイール６００が低慣性フェール状態にあるか否かは、例えば、第１及び第２実施形態における慣性質量制御時におけるエンジン回転数ＮＥの変動態様から判定することができる。例えば、フライホイール６００の慣性質量を、低慣性側から高慣性側へと変化させたにもかかわらず、エンジン回転数ＮＥに変化が無い場合、フライホイール６００の慣性質量は、高慣性側への変更指令がなされたにもかかわらず変化していないと推定することができる。このような場合にフライホイール６００が低慣性フェール状態であるとの判定を下すことができる。

低慣性フェール状態にない場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の動作点を設定するにあたって参照する動作点マップとして通常時用のマップを使用し（ステップＳ２３０）、フェール時制御を終了する。尚、動作点とは、エンジントルクＴｅとエンジン回転数ＮＥとにより規定される、エンジン２００の一運転条件を意味する。

一方、フライホイール６００が低慣性フェール状態にある場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、動作点マップとしてフェール時用のマップを使用し（ステップＳ２２０）、フェール時制御を終了する。

ここで、図６を参照し、動作点マップについて説明する。ここに、図６は動作点マップを概念的に説明する図である。

図６において、縦軸及び横軸に夫々エンジントルクＴｅ及びエンジン回転数ＮＥが表わされる。エンジン２００の動作点は、この座標平面内の一座標点に対応する。

ここで、ＮＶを考慮した動作点設定を行わない場合、エンジン２００の動作点は、図示最適燃費動作線Ｌｍｖ（細い破線参照）上で設定される。しかしながら、ＮＶを考慮する場合、低回転高トルク領域に、所謂こもり音の発生領域があるため、実践的には、通常時の動作線（即ち、上記ステップＳ２３０で選択される動作点マップに相当する）は図示Ｌｍｖｓｎ（実線参照）となる。

一方、この通常時の動作線は、フライホイール６００がＮＶ抑制の観点から最適な高慣性側の値（例えば、最大値）を採る場合に有効であり、フライホイール６００の慣性質量がこの設定値未満である場合には、フライホイール６００の振動抑制効果が不十分となって、こもり音が顕在化する可能性がある。

そこで、低慣性フェール時の動作線（即ち、上記ステップＳ２２０で選択される動作点マップに相当する）は、図示Ｌｍｖｓｎから図示Ｌｍｖｓｎｆｌ（太い破線参照）に変更される。

ここで、この座標平面に、エンジン２００の出力Ｐｅが一定となる等出力線ＬＥＰ（鎖線参照）を表わすと、エンジン２００の要求出力が、この等出力線ＬＥＰに相当する出力値である場合に選択される動作点は、通常時において図示動作点ｍ１（白丸参照）であり、フェール時において図示動作点ｍ２（黒丸参照）である。

これら動作点をエンジン回転数ＮＥの観点から比較すると、動作点ｍ１から動作点ｍ２への変更に伴い、エンジン回転数ＮＥはＮＥ１からＮＥ２（ＮＥ１＜ＮＥ２）に変化したことになる。即ち、フライホイール６００が低慣性フェール状態になった場合には、あるエンジン要求出力に対して、エンジン回転数ＮＥの下限値が上昇し、動作点は、より高回転低トルク側に変更される。その結果、低慣性フェール時においても、ハイブリッド車両１におけるこもり音の発生は好適に抑制される。

尚、実際の動作点マップには、図示各種動作線が数値化されて格納されており、ＥＣＵ１００は、各動作点マップを参照することにより、エンジン要求出力Ｐｅに応じた最適な動作点を設定することができる。

このようなフェール時制御により低慣性フェール時の問題が解決される場合には、第１及び第２実施形態における慣性制御をより積極的に適用して、エンジン２００の燃費向上を図ることが可能となる。

尚、本実施形態では、単に低慣性フェール状態にあるか否かの判定がなされる構成としたが、このような低慣性フェール状態が何らか事情により偶発的に或いは一時的に生じる可能性はゼロではなく、そのような場合については、特別な措置を必要としない場合も考えられる。その点に鑑みれば、この種の低慣性フェール状態が恒久的に（又は所定期間以上）継続しているか否かの判定が更に加えられてもよい。即ち、このような低慣性フェール状態が継続している状態をもって、フライホイール６００が常時低慣性フェール状態にあるとの判定が下されてもよい。常時低慣性フェール状態とは、低慣性フェール状態の一種であって、フライホイール６００に一過性でない故障又は異常が生じている可能性が高いと判断され得る状態である。

尚、常時低慣性フェール状態にあるか否かの判定がなされる場合、図５のステップＳ２１０に係る「低慣性フェール」を「常時低慣性フェール」と置き換えることにより、上記と同様の作用効果を実現することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明は、慣性質量が可変なフライホイールを有するハイブリッド車両に適用可能である。

１…ハイブリッド車両、１０…ハイブリッド駆動装置、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、３００…フライホイール、４００…中間ギア、５００…オルタネータ、６００…クラッチ、７００…ＥＣＴ、８００…減速装置、ＭＧ…モータジェネレータ。

Claims (4)

1. 機関軸が車軸に繋がる駆動軸に連結される内燃機関と、
   前記機関軸に連結された慣性質量が可変なフライホイールと、
   前記駆動軸に対するトルク供給及び前記駆動軸からのトルク入力による電力回生が可能な回転電機と、
   前記機関軸からのトルク入力による電力回生が可能な回生手段と、
   前記回転電機及び回生手段の回生電力により充電可能な蓄電手段と
   を備えたハイブリッド車両を制御する、ハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記内燃機関の停止要求時に前記回生手段を介して前記内燃機関の機関回転数を停止許可回転数以下に引き下げる引き下げ制御手段と、
   前記機関回転数が前記停止許可回転数以下に引き下げられた後に前記内燃機関を停止させる停止制御手段と、
   前記停止要求時における前記蓄電手段の許容充電電力を特定する特定手段と、
   前記特定された許容充電電力が小さい程前記慣性質量を減少させる慣性制御手段と
   を具備することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記慣性制御手段は、前記特定された許容充電電力と前記回転電機の回生電力及び前記回生手段の回生電力の総和との差分が小さい程、前記慣性質量を減少させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記慣性制御手段は、前記回転電機による回生制動時において、前記特定された許容充電電力に基づいた慣性質量の制御を実行する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記フライホイールが、前記慣性質量が所定値未満の状態で前記慣性質量の可変機能を失った状態としての低慣性フェール状態にあるか否かを判定する判定手段と、
   前記フライホイールが前記低慣性フェール状態にあると判定された場合に、前記内燃機関の要求出力に対応する前記内燃機関の最低回転数を、前記フライホイールが前記低慣性フェール状態にない場合と較べて高回転側に補正する補正手段と
   を具備することを特徴とする請求項１から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。

Images