WO2013094019A1

WO2013094019A1 - 車両駆動ユニットの制御装置

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Publication number: WO2013094019A1
Application number: PCT/JP2011/079526
Authority: WO
Inventors: 貴志錦織
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-06-27

Abstract

　本発明における車両駆動ユニット（１０）の制御装置は、車両駆動ユニット（１０）が実際に出力する実トルク以外に車両駆動ユニット（１０）が出力し得る潜在的な余裕トルクを確保することを要求する所定のトルクリザーブ要求に従って、内燃機関（１２）が出力するトルクを調整可能な１以上の複数のアクチュエータ（５２、６２、６６、７０、９０）、または車両に搭載された１以上のデバイス（１４、１６、３１）を用いて、余裕トルクを確保するためのトルクリザーブ動作を複数の形態で実行可能である。また、上記制御装置は、複数のトルクリザーブ動作のそれぞれが同一の余裕トルクを確保する際の代償としての車両の所定の性能値の低下が少ないことを基準として、複数のトルクリザーブ動作のうちの何れを用いて余裕トルクを確保すべきかを管理する。

Description

車両駆動ユニットの制御装置

　この発明は、車両駆動ユニットの制御装置に関し、より詳しくは、車両の動力装置として少なくとも内燃機関を備え、車両が出力し得る潜在的な余裕トルクを確保するためのトルクリザーブ動作を複数の形態で実行可能な車両駆動ユニットの制御装置に関する。

　従来、例えば特許文献１には、内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、内燃機関に対して高いトルクが要求された時に点火時期を進角させて高応答にトルクを増大できるようにするために、予め点火時期を遅角させておく制御を行うようにしている。すなわち、上記制御装置では、内燃機関のトルク調整のための主アクチュエータとしてスロットルバルブを用いつつ、上記トルク調整のための副アクチュエータとしての点火装置を利用して、余裕トルク（リザーブトルク）を確保するためのトルクリザーブ動作を行うようにしている。

　そのうえで、上記特許文献１に記載の制御装置では、吸気弁のリフト量に応じて、余裕トルクを確保するための点火時期の遅角量を調整するようにしている。このような制御によれば、吸気弁のリフト量の変化に対するトルクの応答性の高い運転状態において、トルク応答性の向上のために過剰に点火時期が遅角されるのを抑制することができる。

　上記特許文献１における点火装置とスロットルバルブとの協調による余裕トルクの確保以外にも、例えば、ターボ過給機付き内燃機関であれば、可変動弁機構またはウェイストゲートバルブとスロットルバルブとの協調による手法などのように、様々なアクチュエータを利用した複数の形態のトルクリザーブ動作によって、余裕トルクを確保（予約）しておくことができる。また、ハイブリッド車両の車両駆動ユニットの場合には、内燃機関の駆動力を利用する発電や車両に搭載されたデバイスによる発電を利用したトルクリザーブ動作によって、内燃機関とともに動力装置として備えられるモータが必要に応じて放出可能な余裕トルクを確保しておくこともできる。

　上述したようなトルクリザーブ動作のそれぞれが内燃機関の燃費、排気エミッションまたは静粛性などの車両の所定の性能値に与える影響は、個々のトルクリザーブ動作に応じて異なるものとなる。そして、個々のトルクリザーブ動作の実行の代償としての当該性能値の低下の大小は、車両が置かれている様々な状況（具体的には、内燃機関の運転状態、車両に搭載された電池の充電状態（ＳＯＣ）、および車両の環境状態（例えば、日射量、外気温度および道路の勾配）などに応じて変化するものでもある。

　しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、余裕トルクの利用のために車両駆動ユニットが複数のトルクリザーブ動作を使用することを想定したものではない。このため、余裕トルクの利用のために複数のトルクリザーブ動作を使用する場合に、トルクリザーブ動作の実行に伴う上記性能値（内燃機関の燃費、排気エミッションまたは静粛性など）の低下を極力抑制させられる手法を提供するという点において、未だ改善の余地を残すものであった。
　尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

日本特開２０１０－０２４９６３号公報日本特開２０１０－２７５９５５号公報日本特開２０１１－０５１５４２号公報日本特開２０１０－０５１３８３号公報

　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、余裕トルクの利用のために複数のトルクリザーブ動作を実行可能な場合において、トルクリザーブ動作の実行に伴う車両の所定の性能値の低下を極力抑制しつつ、所望の余裕トルクを確保可能とする車両駆動ユニットの制御装置を提供することを目的とする。

　本発明は、車両の動力装置として少なくとも内燃機関を備える車両駆動ユニットの制御装置であって、余裕トルク制御手段と、余裕トルク管理手段とを備えている。
　余裕トルク制御手段は、前記車両駆動ユニットが実際に出力する実トルク以外に当該車両駆動ユニットが出力し得る潜在的な余裕トルクを確保することを要求する所定のトルクリザーブ要求に従って、前記内燃機関が出力するトルクを調整可能な１または２以上のアクチュエータ、または前記車両に搭載された１以上のデバイスを用いて、前記余裕トルクを確保するためのトルクリザーブ動作を複数の形態で実行可能なものである。
　余裕トルク管理手段は、前記複数のトルクリザーブ動作のそれぞれが同一の余裕トルクを確保する際の前記車両の所定の性能値の低下が少ないことを基準として、前記複数のトルクリザーブ動作のうちの何れを用いて前記余裕トルクを確保すべきかを管理するものである。

　本発明によれば、トルクリザーブ動作の実行の代償としての上記性能値の低下を極力抑制しつつ、所望の余裕トルクを確保することが可能となる。

　また、本発明における前記余裕トルク管理手段は、前記性能値の低下が少ないことを基準として前記複数のトルクリザーブ動作の優劣を判定し、所定の目標余裕トルクを得るために、当該優劣の判定に基づく優先順位の相対的に高い１以上の前記トルクリザーブ動作を選択して実行するように前記余裕トルク制御手段に対して指令するものであってもよい。
　これにより、トルクリザーブ動作の実行の代償としての上記性能値の低下を極力抑制しつつ、所望の余裕トルクを確保する際における好適な一手法を提供することができる。

　また、本発明における前記余裕トルク管理手段は、前記目標余裕トルクを確保する際に、前記複数のトルクリザーブ動作のうちで上記性能値の低下が最も少ない状態で当該目標余裕トルクを確保し得るトルクリザーブ動作を選択する最適リザーブ動作選択手段を含むものであってもよい。
　これにより、トルクリザーブ動作の実行の代償としての上記性能値の低下を極力抑制しつつ、所望の余裕トルクを確保する際における好適かつより具体的な一手法を提供することができる。

　また、本発明における前記余裕トルク管理手段は、前記複数のトルクリザーブ動作を用いて所定の目標余裕トルクを確保している場合において、当該目標余裕トルク相当の余裕トルクを維持しようとした際に前記性能値の低下が相対的に少ない１以上の前記トルクリザーブ動作による余裕トルクの比率が増加するように、各トルクリザーブ動作が確保する前記余裕トルクの比率を修正する余裕トルク比率修正手段を含むものであってもよい。
　これにより、トルクリザーブ動作の実行の代償としての上記性能値の低下を極力抑制しつつ、効率良く余裕トルクを確保し続けることが可能となる。

　また、本発明における前記内燃機関は、過給機付き内燃機関であってもよい。そして、前記複数のトルクリザーブ動作のうちの１つは、前記内燃機関の過給圧を高めることによって前記余裕トルクを確保する動作であってもよい。そして、前記余裕トルク管理手段は、過給圧の調整による前記余裕トルクを用いずに前記目標余裕トルクを確保できない場合には、車両の減速要求に伴う燃料カットの実行を禁止する燃料カット禁止手段を含むものであってもよい。
　これにより、燃料カットの実行によって減速時に過給圧が低下し易くなるのを防止することができる。これにより、次の加速等の要求に備えて目標とする余裕トルクをより確実に確保できるようになるので、余裕トルクの不足による車両のドライバビリティの悪化を抑制することができる。

　また、本発明における前記性能値は、前記内燃機関の燃費であるものであってもよい。
　これにより、トルクリザーブ動作の実行の代償としての燃費悪化を極力抑制しつつ、所望の余裕トルクを確保することが可能となる。

本発明の実施の形態１における車両駆動ユニットの概略構成を示す図である。図１に示す車両駆動ユニットの詳細な構成を、主たる動力装置である内燃機関の構成を中心として表した図である。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。図３に示すステップ１０８の処理の一例を説明するための用いる図である。本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
（車両駆動ユニットの全体構成）
　図１は、本発明の実施の形態１における車両駆動ユニット１０の概略構成を示す図である。
　本実施形態の車両駆動ユニット１０は、内燃機関（一例として、火花点火式の内燃機関）１２と、第１モータジェネレータ１４（以下、単に「ＭＧ１」と称する）と、第２モータジェネレータ１６（以下、単に「ＭＧ２」と称する）とを備えている。これらのＭＧ１、ＭＧ２は、車両の運転状況により、電動機または発電機として可逆的に機能するようになっている。より具体的には、ＭＧ１は、内燃機関１２から駆動力の供給を受けて発電する発電機として機能し、また、内燃機関１２の始動時のスターターモータとして機能する役割も有している。また、ＭＧ２は、車両の第２の動力源としての電動機として機能し、また、減速時に車両の運動エネルギを回生する際に発電機として機能する役割も有している。つまり、本車両駆動ユニット１０は、内燃機関１２と、内燃機関１２のトルクをアシスト可能なＭＧ２とを車両の動力装置として備えるハイブリッドシステムである。

　内燃機関１２、ＭＧ１およびＭＧ２は、遊星歯車式の動力分割機構１８を介して相互に連結されている。より具体的には、動力分割機構１８のサンギヤ（図示省略）には、ＭＧ１が連結されている。動力分割機構１８のリングギヤ（図示省略）には、ＭＧ２と減速機２０とが接続されている。減速機２０は、ＭＧ２の回転軸と、駆動輪２２につながる駆動軸２４とを連結している。また、動力分割機構１８のプラネタリーキャリア（図示省略）には、内燃機関１２が連結されている。このように構成された動力分割機構１８によれば、内燃機関１２の駆動力をＭＧ１側と減速機２０側とに分割することができる。動力分割機構１８による駆動力の配分は、任意に変更することができる。

　車両駆動ユニット１０には、更に、インバータ２６、コンバータ２８および高圧電池３０が含まれている。インバータ２６は、ＭＧ１およびＭＧ２にそれぞれ接続されているとともに、コンバータ２８を介して高圧電池３０にも接続されている。ＭＧ１で発電された電力は、インバータ２６を介してＭＧ２に供給することもできるし、インバータ２６およびコンバータ２８を介して高圧電池３０に充電することもできる。逆に、減速時の回生によりＭＧ２で発電された電力は、インバータ２６を介してＭＧ１に供給することもできるし、インバータ２６およびコンバータ２８を介して高圧電池３０に充電することもできる。また、高圧電池３０に充電されている電力は、コンバータ２８およびインバータ２６を介してＭＧ２やＭＧ１に供給することができる。また、本実施形態の車両のルーフには、太陽光のエネルギを電力に変換するためのソーラーパネル３１が搭載されている。ここでは、このソーラーパネル３１によって発電された電力は、高圧電池３０に充電可能であるものとする。

　以上説明した車両駆動ユニット１０によれば、ＭＧ２を停止させた状態で、内燃機関１２の駆動力のみによって駆動輪２２を回転させることもできるし、逆に、内燃機関１２を停止させた状態で、ＭＧ２の駆動力のみによって駆動輪２２を回転させることもできる。また、ＭＧ２と内燃機関１２の双方を作動させ、双方の駆動力によって駆動輪２２を回転させることもできる。

（内燃機関の具体的な構成）
　図２は、図１に示す車両駆動ユニット１０の詳細な構成を、主たる動力装置である内燃機関１２の構成を中心として表した図である。
　内燃機関１２の筒内には、ピストン３２が設けられている。筒内におけるピストン３２の頂部側には、燃焼室３４が形成されている。燃焼室３４には、吸気通路３６および排気通路３８が連通している。

　吸気通路３６の入口近傍には、エアフィルタ４０が配置されている。エアフィルタ４０の下流側の吸気通路３６には、吸気通路３６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ４２が設けられている。エアフローメータ４２よりも下流側の吸気通路３６には、ターボ過給機４４のコンプレッサ４４ａが配置されている。また、吸気通路３６には、コンプレッサ４４ａをバイパスするためのエアバイパス通路４６が接続されている。エアバイパス通路４６の途中には、エアバイパス通路４６を流れる空気の流量を制御するためのエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）４８が配置されている。

　コンプレッサ４４ａよりも下流側の吸気通路３６には、コンプレッサ４４ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ５０が配置されている。インタークーラ５０よりも下流側の吸気通路３６には、電子制御式のスロットルバルブ５２が設けられている。また、スロットルバルブ５２の上流側であって、コンプレッサ４４ａ（およびインタークーラ５０）の下流側の吸気通路３６には、この部位における吸気圧力（過給圧）を検出するスロットル上流圧センサ５４が取り付けられており、スロットルバルブ５２の下流側の吸気通路３６（吸気マニホールドの集合部）には、この部位における吸気圧力（スロットル下流圧）を検出するスロットル下流圧センサ５６が取り付けられている。

　各気筒に向けて枝分かれした後の吸気通路３６（各吸気ポート）には、吸気ポート内に燃料を噴射するためのポート噴射弁５８が設置されている。更に、内燃機関１２の各気筒には、燃焼室３４内（筒内）に直接燃料を噴射するための筒内噴射弁６０、および、混合気に点火するための点火プラグ６２がそれぞれ設けられている。内燃機関１２では、燃焼安定化や燃費向上のために、運転条件に応じてポート噴射弁５８および筒内噴射弁６０のうちの少なくとも一方が選択されるようになっている。

　また、内燃機関１２は、吸気弁６４の開弁特性を可変とする吸気可変動弁機構６６と、排気弁６８の開弁特性を可変とする排気可変動弁機構７０とを備えている。より具体的には、ここでは、これらの可変動弁機構６６、７０は、クランク軸７２の回転位相に対するカム軸（図示省略）の回転位相を変化させることにより、作用角を固定としつつ吸気弁６４や排気弁６８の開閉時期を連続的に可変とする位相可変機構（ＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構）を備えるものとする。ここでは、可変動弁機構６６、７０が備えるＶＶＴ機構は、電動式であるものとする。また、吸気カム軸および排気カム軸の近傍には、それぞれのカム軸の回転角度、すなわち、吸気カム角および排気カム角を検出するための吸気カム角センサ７４および排気カム角センサ７６がそれぞれ配置されている。

　排気通路３８には、ターボ過給機４４のタービン４４ｂが配置されている。タービン４４ｂよりも下流側の排気通路３８には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒（ここでは三元触媒）として、上流側から順に、上流触媒（ＳＣ：スタートキャタリスト）７８および下流触媒（ＵＦＣ：床下触媒）８０が直列に配置されている。下流触媒８０よりも下流側の排気通路３８には、マフラー８２が設置されている。

　また、上流触媒７８の上流側の排気通路３８には、上流触媒７８に流入する排気ガス（各気筒から排出された排気ガス）の空燃比に対してほぼリニアな出力を発するＡ／Ｆセンサ８４が配置されており、排気通路３８における上流触媒７８と下流触媒８０との間の部位には、上流触媒７８から流出してくる排気ガスが理論空燃比に対してリッチである場合にリッチ出力を発生し、また、その排気ガスが理論空燃比に対してリーンである場合にリーン出力を発生するＯ_２センサ８６が配置されている。

　また、排気通路３８には、タービン４４ｂをバイパスしてタービン４４ｂの入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路８８が接続されている。排気バイパス通路８８の途中には、排気バイパス通路８８の開閉を担うウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）９０が設置されている。ここでは、ＷＧＶ９０は、電動式であるものとする。また、クランク軸７２の近傍には、クランク角度およびエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ９２が配置されている。

（車両駆動ユニットの制御系統）
　次に、図１および図２を参照して、車両駆動ユニット１０の制御系統の構成について説明する。

　本実施形態のシステムは、内燃機関１２およびＭＧ２等を含む車両駆動ユニット１０を総合的に制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）を備えている。このＥＣＵは、内燃機関１２を直接的に制御するエンジンコントローラ１００と、ＭＧ１およびＭＧ２を直接的に制御するモータコントローラ１０２とを含んでいる。更に、本ＥＣＵは、車両駆動ユニットの制御系統においてこれらのコントローラ１００、１０２の上位に位置するパワートレーンマネージャ（ＰＴＭ）１０４を備えている。尚、これらのコントローラ１００、１０２、およびＰＴＭ１０４の各要素は、それぞれが専用のハードウェアによって構成されていてもよいし、或いは、ハードウェアは共有しつつ、ソフトウェアによって仮想的に構成されたものであってもよい。

　図２に示すように、エンジンコントローラ１００の入力部には、上述したエアフローメータ４２、スロットル上流圧センサ５４、スロットル下流圧センサ５６、カム角センサ７４、７６、Ａ／Ｆセンサ８４、Ｏ_２センサ８６およびクランク角センサ９２等の内燃機関１２の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。これらのセンサからの情報は、エンジンコントローラ１００からエンジン運転状態情報としてＰＴＭ１０４に伝送されるようになっている。また、エンジンコントローラ１００の出力部には、上述したＡＢＶ４８、スロットルバルブ５２、ポート噴射弁５８、筒内噴射弁６０、点火プラグ６２を含む点火装置、可変動弁機構６６、７０およびＷＧＶ９０等の内燃機関１２の運転を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。

　また、モータコントローラ１０２には、ＭＧ１、ＭＧ２の運転状態情報（高圧電池３０の充電状態（ＳＯＣ）およびＭＧ２の温度など）が入力されるようになっている。これらの情報は、モータコントローラ１０２からＰＴＭ１０４に伝送されるようになっている。更に、ＰＴＭ１０４の入力部には、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するためのアクセル開度センサ１０６、および、車両の運転者が希望の走行モードを選択するための走行モードセレクタ１０８が接続されている。ＰＴＭ１０４は、これらのセンサ１０６およびセレクタ１０８からの情報に基づいて、運転者のトルク要求を取得する。更に、ＰＴＭ１０４には、車速を検出するための車速センサ１１０、高圧電池３０の温度を検出するための電池温度センサ１１２、日射量を検出するための日射量センサ１１４、および、外気温度を検出するための外気温度センサ１１６が接続されている。また、ＰＴＭ１０４には、ナビシステム１１８等の車両制御に係る各種デバイスが接続されている。これらの各種センサおよびデバイスによれば、車両の走行状態および車両が置かれている環境状態を取得することができる。

　ＰＴＭ１０４は、エンジンコントローラ１００およびモータコントローラ１０２を介して内燃機関１２およびＭＧ２が出力するトルクをそれぞれ調整することによって、車両の駆動状態を制御している。ＰＴＭ１０４は、アクセル開度センサ１０６および走行モードセレクタ１０８から得られる運転者のトルク要求に加え、上述した各種センサおよびデバイスからの情報に基づいて現時点において車両全体として出力すべきトルクを計算する。そして、この車両全体としての要求トルクが、内燃機関１２が担う要求トルクとＭＧ２が担う要求トルクとに配分される。ＰＴＭ１０４は、このようにして計算したそれぞれの要求トルクを、トルク要求としてエンジンコントローラ１００およびモータコントローラ１０２に出力している。

　ＰＴＭ１０４は、現時点での車両制御に必要とするトルクだけでなく、将来において車両制御に必要となるトルク（将来トルク）も計算している。そして、計算した将来トルクを将来情報としてエンジンコントローラ１００およびモータコントローラ１０２に出力している。この動作はＰＴＭ１０４から内燃機関１２およびＭＧ２へのトルク調整の予約を意味している。エンジンコントローラ１００およびモータコントローラ１０２が受け付けた将来情報が予約情報となり、その内容に従って内燃機関１２およびＭＧ２の制御スケジュールが立てられることになる。

　より具体的には、ＰＴＭ１０４における将来トルクの計算には、モータコントローラ１０２およびナビシステム１１８からの情報が用いられる。エンジンコントローラ１００に関しては、例えば、モータコントローラ１０２からＭＧ２の運転／停止に関する情報、および内燃機関１２の駆動トルクに対するＭＧ２の駆動トルクの比率の変更に関する情報を前もって受け取ることができる。その情報からＭＧ２の運転／停止或いは上記比率の変更に伴うトルク変動の吸収に必要なトルクを先行して計算し、エンジンコントローラ１００に対して予約することで、その後にＭＧ２が運転／停止されるとき等の適正なトルク調整が可能になる。

　また、ナビシステム１１８（他には、車車間通信システムのような情報通信システム）を備える場合には、それらの情報からこの先車両が置かれる状況を予測することができる。予測した状況に最適なトルクを先行して計算し、エンジンコントローラ１００およびモータコントローラ１０２に対して予約することで、その後に車両が置かれる状況に応じた適正なトルク調整が可能になる。例えば、ナビシステム１１８の情報からは、この先の登坂角を予測することができる。予測した登坂角から必要なトルクを計算し、エンジンコントローラ１００等に対して予約しておけば、適正なタイミングでのトルクアップによって登坂時の減速を防止することができる。

　尚、後述のトルクリザーブ動作が、このような場合に将来のトルクの確保を具体的に行う動作に相当する。ＰＴＭ１０４は、上記のような将来情報に基づいて、トルクリザーブ動作を実行する要求（トルクリザーブ要求）をエンジンコントローラ１００やモータコントローラ１０２に指令する。更に付け加えると、ＰＴＭ１０４が後述の目標余裕トルクを確保するための指令をエンジンコントローラ１００またはモータコントローラ１０２に発することが、ここでいうトルクリザーブ要求をこれらのコントローラ１００、１０２に対して出力することに相当している。

　また、本実施形態のようなドライブバイワイヤシステムの場合には、アクセル開度センサ１０６の信号、すなわち、運転者からのトルク要求を直接にエンジンコントローラ１００に出力するのではなく、遅延処理を施してから出力することもできる。この場合は、アクセル開度センサ１０６の信号が将来トルクを表すことになる。

　エンジンコントローラ１００には、ＰＴＭ１０４から供給されるトルク要求および将来情報に加え、上述したようにエンジン運転状態情報が入力されている。エンジンコントローラ１００は、これらの要求および情報、並びにトルクリザーブ要求に基づいて、上記各種のアクチュエータのうちの対象となる各アクチュエータを各ドライバ（図示省略）を介して駆動することにより、内燃機関１２のトルクを制御する。一方、モータコントローラ１０２には、ＰＴＭ１０４から供給されるトルク要求および将来情報に加え、上述したようにＭＧ１、ＭＧ２の運転状態情報が入力されている。モータコントローラ１０２は、これらの要求および情報、並びにトルクリザーブ要求に基づいて、図示省略するドライバを介してＭＧ２を駆動することにより、内燃機関１２のトルクをアシストするＭＧ２のモータトルクを制御する。

　より具体的には、本実施形態の内燃機関１２では、トルク調整のために主として使用するアクチュエータとして、スロットルバルブ５２が使用される。そのうえで、内燃機関１２では、当該スロットルバルブ５２によるトルク調整を補助するためのサブのアクチュエータとして、（点火プラグ６２を含む）点火装置、可変動弁機構６６、７０およびＷＧＶ９０が使用される。具体的には、上記トルク要求に基づいて、内燃機関１２の目標トルクが決定される。基本的には、エンジンコントローラ１００は、所定のマップに従って目標トルクをＭＢＴで実現するための目標スロットル開度を算出し、スロットルバルブ５２を制御する。そのうえで、目標スロットル開度は、トルクリザーブ要求などの他の要求に基づくサブのアクチュエータの制御の実行に伴って必要に応じて修正されることがある。更に、本実施形態では、内燃機関１２のトルク調整を補助するためのアクチュエータとして、ＭＧ２が使用される。

［車両駆動ユニットが行うトルクリザーブ動作の具体例］
　車両駆動ユニット１０は、内燃機関１２およびＭＧ２が出力するトルクを車両の駆動力として利用可能である。このような車両駆動ユニット１０が潜在的に出力し得るトルクを、ここでは「潜在トルク」と称する。車両の運転中に車両のトルクを迅速に増大させる要求（加速や登坂要求など）に対して高い応答性を発揮できるようにするためには、高い応答性をもって放出可能な「余裕トルク」を車両駆動ユニット１０が事前に確保しておく（将来に要求され得るトルク増加に対応できるトルクを予約しておく）動作（以下、「トルクリザーブ動作」と称する）を行うことが考えられる。より具体的には、ここでいう「余裕トルク」とは、車両駆動ユニット１０が実際に出力する実トルク以外に当該車両駆動ユニット１０が出力し得る潜在的なトルクのことであり、上記の潜在トルクと実トルクとの差に相当するものである。

　このようなトルクリザーブ動作によれば、実際に高いトルク応答性でトルクを高めることが要求された際に、余裕トルクが放出されるように対象となるアクチュエータを制御することにより、要求トルクを迅速に実現できるようになる。このようなトルクリザーブ動作には、例えば、内燃機関１２が備える以下のアクチュエータを利用した動作、更には、後述するように、内燃機関１２の駆動力を利用する発電や車両に搭載されたデバイス（ソーラーパネル３１）による発電を利用した高圧電池３０への充電動作などが相当する。以下、それらの動作について順に説明する。

（点火装置を利用したトルクリザーブ動作）
　先ず、点火時期を調整するための点火装置を例に挙げて、余裕トルクを確保するためのトルクリザーブ動作について説明する。内燃機関１２の運転中の点火時期は、基本的には、現時刻の運転状態に応じた最適点火時期（ＭＢＴ）が得られるように制御されている。点火時期の調整によって内燃機関１２のトルクを制御可能なアクチュエータである点火装置は、吸入空気量の調整によって内燃機関１２のトルクを制御するアクチュエータであるスロットルバルブ５２と比べ、高い応答性でトルクを変化させることができる。ＰＴＭ１０４によって点火装置を利用したトルクリザーブ動作を行う要求が出された場合には、エンジンコントローラ１００は、内燃機関１２の目標トルクを、ＰＴＭ１０４からエンジンコントローラ１００に供給されるトルク要求を満足する値よりも所定量だけ嵩上げした値に設定する。これにより、目標スロットル開度は、嵩上げ後の目標トルクをＭＢＴで発生させられる開度にまで増大される。そして、エンジンコントローラ１００は、現実に高い応答性でのトルクの増大が内燃機関１２に対して要求されない間は、上記の目標トルクの嵩上げ分のトルク増加が生じないように、本来の制御値に対する点火時期の遅角を行う。すなわち、この場合のトルクリザーブ動作は、点火装置とスロットルバルブ５２との協調により実現される。

　このような点火時期の遅角を実行している場合の内燃機関１２の潜在トルクには、上記の嵩上げ後の目標トルクが相当し、また、この場合の目標トルクの嵩上げ量が、将来のトルク応答を迅速に行うために余分に確保されるトルクであり、上記「余裕トルク」に相当する。従って、余裕トルクと点火時期との関係においては、余裕トルクが大きくなるほど、点火時期の遅角量が増大することになる。この場合に余裕トルクの放出を担うアクチュエータには、点火装置が相当する。すなわち、このような余裕トルクを確保した状態において高い応答性でのトルクの増大が要求された場合には、遅角しておいた点火時期を進角させることにより余裕トルクが放出される。これにより、スロットルバルブ５２の制御によって吸入空気量を増やしてトルクを増大させる場合と比較して、高いトルク応答性を実現することが可能となる。

（ＷＧＶを利用したトルクリザーブ動作）
　次に、過給圧を調整可能なＷＧＶ９０を例に挙げて、トルクリザーブ動作について説明する。本実施形態では、エンジン保護のためにＷＧＶ９０を開く高回転高負荷領域以外の領域では、通常時（高出力要求時以外）はＷＧＶ９０を現時刻の運転状態に応じた所定の開度で開いた状態とし、高出力が要求される場合にＷＧＶ９０を閉じるノーマルオープン制御が行われるようになっている。内燃機関１２の過給領域においてＷＧＶ９０を利用したトルクリザーブ動作を行う要求がＰＴＭ１０４によって発令された場合には、ＷＧＶ９０を全閉に制御することにより過給圧が高められる。そのうえで、エンジンコントローラ１００は、そのような過給圧の上昇によって吸入空気量が増加しないように（すなわち、トルク増加が生じないようにするために）、内燃機関１２の目標トルクを、ＰＴＭ１０４からエンジンコントローラ１００に供給されるトルク要求を満足する値よりも所定量だけ嵩下げした値に設定する。これにより、目標スロットル開度は、嵩下げ後の目標トルクをＭＢＴで発生させられる開度に縮小される。すなわち、この場合のトルクリザーブ動作は、ＷＧＶ９０とスロットルバルブ５２との協調により実現される。

　このようなＷＧＶ９０を利用したトルクリザーブ動作によれば、本動作を行わない場合と比べ、内燃機関１２が出力するトルクとしては同一としつつ、過給圧（スロットル上流圧）を高めた状態を得ることができる。このような過給圧の増大によって現在の実トルクに対して潜在トルクを高めることによって、この場合の「余裕トルク」が確保されているといえる。より具体的には、本動作を行わない場合のＷＧＶ９０の開度で得られる過給圧値に対し、本動作の実行に伴う過給圧値の増加分に応じて見込まれるトルクの増加分がこの場合の「余裕トルク」に相当している。このような余裕トルクを確保した状態において高い応答性でのトルクの増大が要求された場合には、スロットルバルブ５２を開くことにより、余裕トルクが放出されることになるといえる。すなわち、この場合に余裕トルクの放出を担うアクチュエータには、スロットルバルブ５２が相当する。これにより、上記のように過給圧を高めていない場合と比べ、スロットルバルブ５２の制御によって高いトルク応答性を実現することが可能となる。尚、ここでは、本トルクリザーブ動作の実行時には、ＷＧＶ９０を全閉にする例について説明を行ったが、トルクリザーブ動作時のＷＧＶ９０の開度は、通常時（非トルクリザーブ動作時）に制御される値よりも閉じ側の値であれば、必ずしも全閉に限られない。

（可変動弁機構を利用したトルクリザーブ動作）
　次に、吸気弁６４の開弁期間と排気弁６８の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間（以下、単に「Ｏ／Ｌ期間」と略する）を調整可能とする可変動弁機構６６、７０を例に挙げて、トルクリザーブ動作について説明する。これらの可変動弁機構６６、７０を用いて、吸気弁６４の開閉時期の進角値と排気弁６８の開閉時期の遅角値のうちの少なくとも一方を変更することにより、上記Ｏ／Ｌ期間を増減することができる。吸排気上死点の近傍においてＯ／Ｌ期間が設定されている状態において、ターボ過給機４４による過給によって（吸気弁６４の上流の）吸気圧力が（排気弁の下流の）排気圧力よりも高くなっていると、新気（吸気）が燃焼室３４を介して吸気通路３６から排気通路３８に向けて吹き抜けるという現象が生ずる。このような新気の吹き抜けが発生していると、通常であれば燃焼室３４のすきま容積分は少なくとも存在してしまう筒内の残留ガスを、吸気通路３６からの新気を用いて押し出すことによって掃気し、新気に置き換えることができる（スカベンジ効果）。これにより、過給領域において筒内への新気の充填効率が向上するので、内燃機関１２のトルク向上などの効果を得ることができる。

　本トルクリザーブ動作による余裕トルクの確保とは、吸気圧力が排気圧力よりも高い領域、すなわち、スカベンジ効果の見込める過給領域において、スカベンジ効果を得るためのＯ／Ｌ期間を設けない状態に吸排気弁６４、６８のバルブタイミングを調整することをいう。このような制御が行われている状態では、スカベンジ効果の利用時と比べて同一トルクを得るために必要とされるスロットル開度が大きくなる。従って、このようにＯ／Ｌを設定せずにスロットル開度を大きく制御している状況下において、スカベンジ効果を得るためのＯ／Ｌ期間の設定を行うことによって見込まれるトルク増加量が、この場合の「余裕トルク」に相当する。すなわち、この場合のトルクリザーブ動作は、可変動弁機構６６、７０とスロットルバルブ５２との協調により実現される。このような余裕トルクを確保した状態において高い応答性でのトルクの増大が要求された場合には、高い応答性を有する電動式の可変動弁機構６６、７０を用いてスカベンジ効果を得るためのＯ／Ｌ期間を設けることにより、余裕トルクが放出されることになるといえる。すなわち、この場合に余裕トルクの放出を担うアクチュエータには、可変動弁機構６６、７０が相当する。これにより、スカベンジ効果を利用して高いトルク応答性を実現することが可能となる。尚、ここでは、余裕トルクの確保のためにＯ／Ｌ期間を設けない例について説明を行ったが、本トルクリザーブ動作において調整されるＯ／Ｌ期間は、スカベンジ効果によるトルク向上代の一部を残している状態であれば、ゼロ（Ｏ／Ｌ期間を全く設けない状態）に限られない。

（ＭＧ２が使用する電力の高圧電池への充電を利用したトルクリザーブ動作）
　次に、内燃機関１２のトルク調整をアシスト可能なＭＧ２を例に挙げて、トルクリザーブ動作について説明する。この場合には、高圧電池３０に蓄えられている電力によってＭＧ２が生成可能な量のトルクが上記「余裕トルク」に相当する。既述したように、本実施形態の車両駆動ユニット１０によれば、内燃機関１２によってＭＧ１を駆動することによって発電した電力を高圧電池３０に充電することができる。また、実行機会としては車両が減速状態にある時に限られるが、減速時にＭＧ２を利用した回生を行うことによって発電した電力を高圧電池３０に充電することもできる。また、日射が確保できる状況下であれば、ソーラーパネル３１を利用して発電した電力を高圧電池３０に充電することもできる。これらの態様によって高圧電池３０に蓄える電力量を増やすことによってＭＧ２が生成可能な余裕トルクの量を増やす動作が、この場合のトルクリザーブ動作に相当するといえる。このように、この場合のトルクリザーブ動作は、内燃機関１２とＭＧ１の利用、ＭＧ２を利用した減速時の車両制御、或いは車両に搭載されたソーラーパネル３１を利用した車両制御によって実現される。

　尚、ＭＧ２を駆動することによって内燃機関１２のトルク調整を補助している状況下において、将来の高トルク応答要求時にＭＧ２による内燃機関１２のトルクアシストを行えるようにするために、現時点で高圧電池３０に蓄えられている電力を節約する動作（具体的には、ＭＧ２による内燃機関１２のトルク調整を停止したり、内燃機関１２の発生トルクに対するＭＧ２の発生トルクの比率を下げたりすることにより、ＭＧ２による消費電力を下げる動作）についても、この場合のトルクリザーブ動作に該当するといえる。更には、余裕トルクの放出による電力の消費以外での高圧電池３０に蓄えられた電力の使用を制限する動作を行うことも、この場合のトルクリザーブ動作に該当するといえる。

　このような余裕トルクを確保した状態において高い応答性でのトルクの増大が要求された場合には、高圧電池３０に蓄えた電力をＭＧ２で消費することにより、余裕トルクが放出されることになるといえる。すなわち、この場合に余裕トルクの放出を担うアクチュエータには、ＭＧ２が相当する。このようなＭＧ２の利用によれば、特に低回転低負荷領域において効率良く、内燃機関１２のトルク応答を高い応答性をもってアシストすることが可能となる。

［実施の形態１の特徴的な余裕トルク管理］
　一例としての上述した４通りのトルクリザーブ動作のように、複数の形態のトルクリザーブ動作を実行可能な車両においては、車両の運転中に、これらのトルクリザーブ動作を利用して余裕トルクを確保したうえで、所定のアクチュエータを必要に応じて駆動することにより、蓄えられた余裕トルクを放出することができる。

　しかしながら、それぞれのトルクリザーブ動作が内燃機関１２の燃費、排気エミッションまたは静粛性などの車両駆動ユニット１０の所定の性能値に与える影響は、個々のトルクリザーブ動作に応じて異なるものとなる。そして、個々のトルクリザーブ動作の実行に伴う上記性能値の低下代は、車両が置かれている様々な状況（具体的には、内燃機関１２の運転状態、車両に搭載された高圧電池３０の充電状態（ＳＯＣ）、および車両の環境状態（例えば、日射量、外気温度および道路状況（道路の勾配など））等に応じて変化するものでもある。また、車両駆動ユニット１０が現在必要と判断した量の目標余裕トルクを確保するように制御している場合、確保されている余裕トルクの量は、所定の余裕トルクの放出要求時（加速要求時や登坂要求時など）において放出されることによって変動する。しかしながら、このような余裕トルクの放出タイミングは、基本的に、運転者の意思に基づく加速要求時のように事前に予測することが困難なものである。

　そこで、本実施形態では、事前に計画した一律の手法によって余裕トルクを確保するのではなく、車両の運転中にトルクリザーブ要求が発令された場合には、複数（一例として、上記の４つ）のトルクリザーブ動作のうちで車両駆動ユニット１０の所定の性能値（本実施形態では、一例として内燃機関１２の燃費を想定する）の悪化をその時々において最小限に抑えられるトルクリザーブ動作（１つとは限らない）を選択し、目標余裕トルクを確保するようにした。

　図３は、本発明の実施の形態１における余裕トルク管理を実現するために、車両駆動ユニット１０の制御系統（ＰＴＭ１０４、エンジンコントローラ１００およびモータコントローラ１０２）が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、車両システムの起動中に内燃機関１２の運転が行われる場合において、ＰＴＭ１０４による所定のトルクリザーブ要求の発令中に所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

　図３に示すルーチンでは、先ず、ＰＴＭ１０４は、目標余裕トルクを取得する（ステップ１００）。ＰＴＭ１０４は、内燃機関１２の運転領域（エンジン負荷（吸入空気量）とエンジン回転数とで規定）との関係で目標余裕トルクを予め設定した目標余裕トルクマップを記憶している。また、ＰＴＭ１０４は、走行モードセレクタ１０８による車両の走行モードの設定に応じて異なる複数の目標余裕トルクマップを備えている。例えば、走行モードセレクタ１０８によって設定される走行モードとして、通常モードと、当該通常モード時よりもアクセルペダルの操作に対するトルク応答性を高めたスポーツモードとが備わっている場合を想定する。このような場合であれば、スポーツモード時に選択される目標余裕トルクマップでは、通常モード時に選択される目標余裕トルクマップよりも全体的に高い余裕トルクがマップ値として設定される。また、本ステップ１００における目標余裕トルクは、例えば、ナビシステム１１８によって得られる近い将来の道路情報（上記将来情報）に基づいて更新される値であってもよい。

　上記ステップ１００の処理によれば、時々刻々と変化する車両の現在の状態（内燃機関１２の運転領域、運転者が要求する走行モードなど）および近い将来における車両状況（道路状況など）に応じた最新の目標余裕トルクが取得される。

　次に、ＰＴＭ１０４は、点火時期、高圧電池３０の充電状態（ＳＯＣ）、過給圧（コンプレッサ４４ａとスロットルバルブ５２との間の部位の吸気圧）、およびスロットル下流側の吸気圧などの各種パラメータ（車両が現在置かれている状況（内燃機関１２の運転状態など）を判断するためのパラメータ）を上述した各種センサの出力等に基づいて取得する（ステップ１０２）。尚、ＳＯＣは、高圧電池３０の電圧等に基づいて取得することができる。

　次に、ＰＴＭ１０４は、上記複数のトルクリザーブ動作によって現在確保されている余裕トルク（の合計値）を算出する（ステップ１０４）。点火装置を利用して確保される余裕トルクは、既述したように、点火時期の遅角量が大きいほど高くなる。ＭＧ２が放出可能な余裕トルクは、ＳＯＣが良好であるほど（高圧電池３０の残量が多いほど）高くなる。ＷＧＶ９０を利用して確保される余裕トルクは、過給圧が高いほど高くなる。また、可変動弁機構６６、７０を利用して確保される余裕トルクは、スロットル下流側の吸気圧の高低に応じて、スカベンジ効果を含めて筒内への吸気の充填効率が変化することで変化する。従って、点火時期の遅角量、ＳＯＣ、過給圧およびスロットル下流側の吸気圧のそれぞれとの関係で余裕トルクを定めたマップを備えておくことにより、上記の各トルクリザーブ動作によって確保されている現在の余裕トルクを算出することができる。

　次に、ＰＴＭ１０４は、上記目標余裕トルクが確保されているか否かを判定する（ステップ１０６）。本判定は、上記ステップ１００により取得された目標余裕トルクと上記ステップ１０４において算出された現在の余裕トルクとを比較することによって行うことができる。

　上記ステップ１０６において目標余裕トルクが確保されていないと判定された場合には、ＰＴＭ１０４によるステップ１０８の処理、および、エンジンコントローラ１００および／またはモータコントローラ１０２によるステップ１１０の処理が順に実行される。

　先ず、ステップ１０８では、不足している余裕トルクを確保するために、上記の複数のトルクリザーブ動作のうちで燃費悪化を最小限に抑制できる最適なトルクリザーブ動作を選択する処理が実行される。具体的には、トルクリザーブ動作毎に、余裕トルクの不足分を確保しようとした際の代償（コスト）としての燃費悪化代（上記性能値の低下代）が算出される。そして、算出された燃費悪化代が最も小さいトルクリザーブ動作が現時点での最適なトルクリザーブ動作として選択される。尚、ＷＧＶ９０を利用するトルクリザーブ動作と可変動弁機構６６、７０を利用するトルクリザーブ動作は、内燃機関１２が過給状態にある時に利用可能なものである。従って、本ステップ１０８では、内燃機関１２が過給状態にある時には、上記４通りのトルクリザーブ動作を対象とした処理が実行され、内燃機関１２が非過給状態にある時には、点火時期およびＳＯＣを利用したトルクリザーブ動作を対象とした処理が実行される。

　より詳細に説明すると、ＰＴＭ１０４には、トルクリザーブ動作毎に、燃費悪化代と、余裕トルク不足分（上記ステップ１０６の判定時の余裕トルクの不足分に対応）と、各トルクリザーブ動作に対応するパラメータ（上記ステップ１０２において取得されるパラメータ）との間の関係を定めた、余裕トルク不足時の燃費悪化代算出マップ（図示省略）が記憶されている。走行中に車両を取り巻く環境が変化すると、各トルクリザーブ動作の燃費低下代（効率）が変化し得る。例えば、日射量が変化すると、ソーラーパネル３１を用いて充電可能な電力量が増えるので、内燃機関１２によってＭＧ１を駆動することにより確保すべき電力量が減少する。また、車両が長い下り坂を走行している場合には、ＭＧ２による回生制動による電力量の確保によって、この場合にも内燃機関１２によってＭＧ１を駆動することにより確保すべき電力量が減少する。従って、上記の燃費悪化代算出マップは、走行中の車両環境の変化等の様々な車両状態の変化に応じて、逐次更新されるようになっていてもよい。また、このようなマップによって規定される関係は、何れも内燃機関１２の運転状態に応じて変化する。例えば、ＳＯＣを利用したトルクリザーブ動作に関するマップであっても、内燃機関１２の運転状態が変化すると、内燃機関１２によってＭＧ１を駆動して発電を行う際の燃費悪化代が変化する。従って、上記の燃費悪化代算出マップは、内燃機関１２の運転状態（エンジン負荷（吸入空気量）、エンジン回転数、冷却水温度など）に応じて異なるように、予め実験等から得られた結果に基づいて設定されているものとする。

　図４は、図３に示すステップ１０８の処理の一例を説明するための用いる図である。より具体的には、図４は、ＳＯＣを利用したトルクリザーブ動作を例に挙げたものであって、現時点の余裕トルク不足分を特定した際の燃費悪化代算出マップの関係を２次元的に表した例示したものである。

　図４に示す関係によれば、現時点のＳＯＣが図４中の値Ａよりも悪化していなければ（すなわち、余裕トルク不足分の電力を確保可能なレベルの残量が高圧電池３０に残っていれば）、燃費悪化代は小さな値として算出されることになる。一方、現在のＳＯＣが値Ａよりも悪化している状況であれば、ＳＯＣがより悪化している時ほど、現在の余裕トルク不足分の電力を確保する際に伴う燃費悪化代は、より大きな値として算出されることになる。このような処理によれば、現在のＳＯＣの下でＳＯＣを利用したトルクリザーブ動作を用いて現在の余裕トルク不足分を確保する際の燃費悪化代を取得することができる。尚、高圧電池３０に貯留する電力の発電手法には、既述したように、内燃機関１２によるＭＧ１の駆動によるもの以外に、内燃機関１２を利用しない態様の発電手法として、ＭＧ２による回生制動によるものやソーラーパネル３１を利用したものがある。このため、ＳＯＣと燃費悪化代との関係を定めるうえで、高圧電池３０に蓄えられる電力に対して内燃機関１２の駆動がどれくらい寄与しているかが問題となる。本実施形態では、様々な走行条件下で予め実施したハイブリッド車両の走行試験結果に基づいて、高圧電池３０に充電された電力の合計値のうちで内燃機関１２の駆動を要した電力の割合を取得するようにした。そして、そのような割合を考慮して、ＳＯＣと燃費悪化代と余裕トルク不足分との関係を定めた上記燃費低下代算出マップを設定するようにしている。

　ここでは、ＳＯＣを利用したトルクリザーブ動作を一例として示したが、本ステップ１０８では、他のトルクリザーブ動作に関しても、同様の処理が実行される。これにより、トルクリザーブ動作毎に、余裕トルクの不足分を確保しようとした際の代償としての燃費悪化代がそれぞれ算出される。そして、上述したように、ＰＴＭ１０４は、算出された燃費悪化代が最も小さいトルクリザーブ動作を現時点での最適なトルクリザーブ動作として選択し、この場合のトルクリザーブ要求として、選択した最適なトルクリザーブ動作をエンジンコントローラ１００やモータコントローラ１０２に出力する。

　次に、ステップ１１０では、エンジンコントローラ１００（ＳＯＣを利用したトルクリザーブ動作が最適トルクリザーブ動作として選択された場合にはモータコントローラ１０２）が、上記ステップ１０８の処理によって選択された最適なトルクリザーブ動作を実行する。

　一方、上記ステップ１０６において目標余裕トルクが確保されていると判定された場合には、ＰＴＭ１０４は、現在の余裕トルク（すべてのトルクリザーブ動作による余裕トルクの合計値）を維持しようとした場合に燃費悪化代が最も小さくなるトルクリザーブ動作による余裕トルクの比率が増加するように、該当するトルクリザーブ動作による余裕トルクの比率を修正することをエンジンコントローラ１００および必要に応じてモータコントローラ１０２に指令する（ステップ１１２）。各トルクリザーブ動作が確保している余裕トルクを維持するために要する内燃機関１２の燃料消費の程度もしくは当該消費の有無は、個々のトルクリザーブ動作によって相違し、また、内燃機関１２の運転状態などの車両が置かれている様々な状況に応じても相違する。

　そこで、本ステップ１１２では、先ず、上記ステップ１０８の処理と同様の手順の処理によって、現在の余裕トルクの維持に対して燃費悪化代の最も少ないトルクリザーブ動作の特定が行われる。具体的には、ＰＴＭ１０４には、トルクリザーブ動作毎に、現在確保している余裕トルクと、当該余裕トルクを維持する際の単位時間当たりの燃費悪化代と、各トルクリザーブ動作に対応するパラメータ（上記ステップ１０２において取得されるパラメータ）との間の関係を定めた余裕トルク維持時の燃費悪化代算出マップ（図示省略）が記憶されている。これらのマップの詳細な設定は、ここでは説明を省略するが、予め実験等を行うことによって定めておくことのできるものである。また、上記ステップ１０８の場合と同様に、これらのマップについても、走行中の車両環境の変化等の様々な車両状態の変化に応じて、逐次更新されるようになっていてもよい。また、これらのマップは、内燃機関１２の運転状態（エンジン負荷（吸入空気量）、エンジン回転数、冷却水温度など）に応じて異なるように、予め実験等から得られた結果に基づいて設定されているものとする。

　尚、上記ステップ１１２の処理に関し、ＳＯＣを利用したトルクリザーブ動作については、車両駆動ユニット１０に対する高いトルク応答性の要求時に余裕トルクを放出する目的のみで高圧電池３０に蓄えられた電力が使用されるシステムの場合であれば、この場合に算出される燃費悪化代はゼロとして算出することができる。一方、本実施形態の車両駆動ユニット１０のように、車両への高いトルク応答性の要求時の余裕トルクの利用以外に、必要に応じて内燃機関１２のトルクをアシストするために高圧電池３０に蓄えられた電力を用いてＭＧ２を駆動するシステムもある。このようなシステムの場合、余裕トルクを維持しておくために高圧電池３０からの電力の取り出しを制限する必要が生じた状況下においては、そのような制限によって内燃機関１２が出力すべきトルクの増加に応じた燃料消費が生ずる。このため、このようなシステムの場合には、予め実験等に基づいて、このような燃料消費による単位時間当たりの燃費悪化代の概算値を、内燃機関１２の運転状態等に応じた値として備えておくようにしてもよい。そして、そのような概算値を用いて上記燃費悪化代マップを構築しておいてもよい。

　本ステップ１１２では、上記の余裕トルク維持時の燃費悪化代算出マップを使用することで、各トルクリザーブ動作が個々の余裕トルクを維持するための代償としての燃費悪化代をそれぞれ算出することができる。このような処理によって、現在の余裕トルク（合計値）の維持に対して燃費悪化代の最も少ないトルクリザーブ動作が特定されると同時に、燃費悪化代の最も多いトルクリザーブ動作も特定される。

　次いで、本ステップ１１２では、ＰＴＭ１０４は、現在の余裕トルクの維持に対して燃費悪化代の最も少ないトルクリザーブ動作による余裕トルクの比率が所定値だけ増え、かつ、燃費悪化代の最も多いトルクリザーブ動作による余裕トルクの比率が上記所定値だけ減るように、各トルクリザーブ動作が確保する余裕トルクの比率を修正することを、エンジンコントローラ１００および必要に応じてモータコントローラ１０２に指令する。尚、この場合における、燃費悪化代の最も多いトルクリザーブ動作による余裕トルクの比率には、ゼロも含まれ得る。すなわち、状況によっては、燃費悪化代の最も多いトルクリザーブ動作による余裕トルクがゼロとなるように制御されることもある。

　次に、エンジンコントローラ１００および必要に応じてモータコントローラ１０２は、ＰＴＭ１０４からの余裕トルクの比率の修正指令に従って、該当するトルクリザーブ動作を調整する処理を実行する（ステップ１１４）。例えば、点火装置を利用するトルクリザーブ動作において余裕トルクを減らす場合には、点火時期が進角されるとともに、当該点火時期の進角に伴うトルク変化（増加）を相殺するためにスロットルバルブ５２が閉じ側の開度に制御される。

　尚、図３中には表されていないが、車両の運転中に目標余裕トルクが変化して余剰な余裕トルクを抱えることになった場合には、次のような処理を行うようにしてもよい。すなわち、例えば、ＰＴＭ１０４が、上記ステップ１１２と同様の判断によって現在の余裕トルクの維持に対して燃費悪化代の最も多いトルクリザーブ動作を特定するようにする。そして、ＰＴＭ１０４が、余剰な余裕トルクの解消のために、特定されたトルクリザーブ動作による余裕トルクの減少もしくは消去をエンジンコントローラ１００もしくはモータコントローラ１０２に指令するようにする。

　以上説明した図３に示すルーチンによれば、目標余裕トルクが確保されていない状況下においては、燃費悪化を最小限に抑制しつつ余裕トルクの不足分を確保するうえでの、上記複数のトルクリザーブ動作の優劣が判断される。つまり、上記ステップ１０２において取得される各パラメータの状態に基づいて、効率良く余裕トルクを生成することのできるトルクリザーブ動作を選別する処理が行われる。そして、そのような判断結果に基づいて、当該複数のトルクリザーブ動作のうちで燃費悪化を最小限に抑制できる最適なトルクリザーブ動作を選択して、余裕トルクの不足分が確保される（上記ステップ１０８および１１０）。これにより、余裕トルクの利用のために複数のトルクリザーブ動作を実行可能な場合において、トルクリザーブ動作の実行に伴う燃費（性能値）の低下を極力抑制しつつ、所望の余裕トルクを確保できるようになる。

　また、上記ルーチンによれば、目標余裕トルクが確保されている状況下においては、現在の余裕トルク（合計値）を維持しようとした場合に燃費悪化代の最も少ないトルクリザーブ動作による余裕トルクの比率が増加するように、該当するトルクリザーブ動作による余裕トルクの比率を修正するための処理が実行される（上記ステップ１１２および１１４）。そして、これらの処理では、現在の余裕トルクの維持に対して燃費悪化代の最も少ないトルクリザーブ動作による余裕トルクの比率を増やしたことに伴って、燃費悪化代の最も多いトルクリザーブ動作による余裕トルクの比率が減らされる。これにより、将来の加速等の要求に備え、効率良く余裕トルクを確保し続けることが可能となる。

　このように、本実施形態の車両駆動ユニット１０の制御装置は、複数のトルクリザーブ動作のそれぞれが同一の余裕トルクを確保する際の代償としての車両の性能値（ここでは、一例として燃費）の低下の大小を基準として、複数のトルクリザーブ動作のうちの何れを用いて余裕トルクを確保すべきかを管理する機能を備えている。すなわち、本実施形態のシステムによれば、内燃機関１２の運転中に、車両の置かれている様々な状況を考慮して常に効率の良いトルクリザーブ動作が実行されるように、複数のリザーブ動作の実行が管理されることになる。

　一例を挙げると、内燃機関１２の運転状態の変化に応じて、各トルクリザーブ動作間において、余裕トルクを確保する際の燃費悪化代の優劣が変化し得る。その結果、内燃機関１２の運転状態の変化に応じて、余裕トルクを確保しておく際の各トルクリザーブ動作の比率が逐次変更されていく。例えば、過給の行われる高負荷領域では、ＷＧＶ９０を利用して過給圧を高めておくことによって効率良くトルクリザーブ動作を高めることができる場合がある。また、ＭＧ２（モータ）のトルクは、低回転数時に高く、回転数の増加に比例して低下していく。このため、内燃機関１２の運転領域が低回転高負荷領域である場合には、ＭＧ２を利用して効率良く内燃機関１２のトルクをアシストすることができるが、高回転領域においては、ＭＧ２は必ずしも効率の良いトルクアシスト手段とはいえないという一面もある。上述した燃費悪化代算出マップの設定次第ではあるが、一例として、上記のＷＧＶ９０とＭＧ２によるトルクアシストについての上述した一面を考慮したマップを備えている場合には、次のような制御が行われることになる。すなわち、内燃機関１２の運転領域が低負荷側の領域から高負荷側の領域に移行する過程においては、ＷＧＶ９０を利用したトルクリザーブ動作の比率が高められていくとともに、他のトルクリザーブ動作（例えばＳＯＣを利用したトルクリザーブ動作）の比率が下げられていく。一方、ＷＧＶ９０を利用したトルクリザーブ動作は、過給領域において使用可能なものである。従って、例えば、内燃機関１２の過給領域から非過給領域に移行する過程では、ＷＧＶ９０を利用したトルクリザーブ動作の減少に伴って、他のトルクリザーブ動作（ＳＯＣを利用したトルクリザーブ動作と点火装置を利用したトルクリザーブ動作）のうちで上記性能値（燃費悪化代）を基準として優先順位の高い方のトルクリザーブ動作を選択して、目標余裕トルクが確保されることになる。

［実施の形態１の変形例］
　ところで、上述した実施の形態１においては、車両の所定の性能値として内燃機関１２の燃費を対象とした制御を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明の制御における車両の所定の性能値（目的変数）は、燃費に限定されるものではない。すなわち、この性能値は、複数のトルクリザーブ動作のそれぞれを実施する際の車両の様々な性能の低下（本動作が燃費、排気エミッションまたは内燃機関１２の静粛性などに与える影響）の優劣を一律の基準で評価し得るものであればよい。具体的には、当該性能値は、例えば、トルクリザーブ動作を実施する際の内燃機関１２更には車両駆動ユニット１０全体の静粛性を評価する所定の指標値、トルクリザーブ動作の実施時の内燃機関１２の排気エミッションを評価する所定の指標値（例えば、ＮＯｘなどの排出量）、または車両駆動ユニット１０の電費であってもよい。

　また、上述した実施の形態１における上記ステップ１０８および１１０の処理においては、単一の指標値（燃費）を用いて複数のトルクリザーブ動作の優劣を判定するようにしている。しかしながら、本発明は、このような手法に限定されるものではない。すなわち、本発明における性能値を複数利用する判定が行われるようになっていてもよい。例えば、２つの性能値を指標として用いて複数のトルクリザーブ動作の優劣を判定する場合には、先ず、一方の性能値を用いて優劣を判定したうえで、当該一方の性能値との関係では優劣を付けにくい場合には、他方の性能値を用いて最終的な優劣を判定するようにしてもよい。尚、この点については、目標余裕トルクが確保されている際に各トルクリザーブ動作による余裕トルクの比率を修正する制御（上記ステップ１１２および１１４参照）を行う場合も同様である。

　更には、上述した車両の所定の性能値に加え、余裕トルクを放出する際のトルク応答性を別の指標値として加えて、複数のトルクリザーブ動作の優劣を判定するようにしてもよい。この場合には、例えば、上述した燃費悪化代算出マップと類似のマップを利用して、燃費悪化代に代え、ここでいうトルク応答性を指標としたマップを備えておくようにする。そして、上記性能値だけでなく、応答性に関しても優劣を判定するようにする。その際、性能値と応答性のどちらに重きを置くかは、必要に応じて任意に選択しうる事項である。尚、この点については、上記ステップ１１２および１１４の処理による制御を行う場合も同様である。

　また、上述した実施の形態１においては、目標余裕トルクに対して不足している余裕トルクを確保するために、上記の複数のトルクリザーブ動作のうちで燃費悪化を最小限に抑制できる最適な「単一の」トルクリザーブ動作を選択するようにしている。しかしながら、本発明は、このような手法に限定されるものではない。すなわち、上記性能値の低下の大小を基準として複数のトルクリザーブ動作の優劣を判定したうえで所定の目標余裕トルクを得るために、当該優先順位の相対的に高い「複数の」トルクリザーブ動作を選択するものであってもよい。例えば、単一のトルクリザーブ動作を利用して余裕トルクを確保する際に、少量の余裕トルクを確保する場合であれば効率が良いが、ある量以上の余裕トルクを確保しようとすると急激に効率が悪くなることも想定される。そのような場合には、次のような手法を用いることが考えられる。１つ目のトルクリザーブ動作で確保する余裕トルクの上限値を設定しておく。そして、当該上限値よりも高い目標余裕トルクが要求されている場合には、一番効率の良いトルクリザーブ動作では上記上限値までの余裕トルクを確保し、それだけでは不足する余裕トルクを二番目に効率の良いトルクリザーブ動作で確保するようにする。
　上記の内容は、目標余裕トルクが確保されている際に各トルクリザーブ動作による余裕トルクの比率を修正する制御（上記ステップ１１２および１１４参照）に対しても適用することができる。すなわち、この制御を行う場合においても、当該目標余裕トルク相当の余裕トルクを維持しようとした場合に上記性能値の低下が相対的に少ない「複数の」トルクリザーブ動作による余裕トルクの比率が増加するように、各トルクリザーブ動作が確保する余裕トルクの比率を修正するようにしてもよい。

　尚、上述した実施の形態１においては、スロットルバルブ５２、点火プラグ６２を含む点火装置、可変動弁機構６６、７０、およびＷＧＶ９０が本発明における「前記内燃機関が出力するトルクを調整可能な１以上の複数のアクチュエータ」に、ＭＧ１、ＭＧ２およびソーラーパネル３１が本発明における「前記車両に搭載された１以上のデバイス」に、それぞれ相当している。また、ＰＴＭ１０４からのトルクリザーブ要求に基づいてエンジンコントローラ１００またはモータコントローラ１０２が所定のトルクリザーブ動作を実行することにより本発明における「余裕トルク制御手段」が実現されているとともに、ＰＴＭ１０４が上記ステップ１０８または１１２の処理を実行し、かつ、エンジンコントローラ１００またはモータコントローラ１０２が上記ステップ１１０または１１４の処理を実行することにより本発明における「余裕トルク管理手段」が実現されている。
　また、上述した実施の形態１においては、ＰＴＭ１０４が上記ステップ１０８の処理を実行し、かつ、エンジンコントローラ１００またはモータコントローラ１０２が上記ステップ１１０の処理を実行することにより本発明における「最適リザーブ動作選択手段」が実現されている。
　また、上述した実施の形態１においては、ＰＴＭ１０４が上記ステップ１１２の処理を実行し、かつ、エンジンコントローラ１００またはモータコントローラ１０２が上記ステップ１１４の処理を実行することにより本発明における「余裕トルク比率修正手段」が実現されている。

実施の形態２．
　次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
　本実施形態のシステムは、図１および図２に示すハードウェア構成を用いて、ＰＴＭ１０４、エンジンコントローラ１００およびモータコントローラ１０２に図３に示すルーチンに加え、後述の図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。すなわち、本実施形態の制御は、上述した実施の形態１の制御と組み合わせて行うものとして好適なものである。

　ＷＧＶ９０を利用して過給圧を高めることによって余裕トルクを確保している状況下においてアクセルペダルがＯＦＦとされた場合には、次の加速要求時に備えて過給圧をできるだけ高く維持しておきたい。一方、アクセルペダルがＯＦＦとされた場合、すなわち、運転者から車両の減速要求が出された場合には、所定の燃料カット実行条件が成立することを条件として、燃費向上のために燃料カットが実行されることがある。上記状況下において燃料カットが実行されると、燃料カットの実行を伴わない減速時と比べ、タービン４４ｂに供給される排気エネルギが減少するため、タービン回転数が低下し易くなる。従って、燃料カットが実行されると、過給圧が低下し易くなる。

　そこで、本実施形態では、過給圧の調整による余裕トルクを少なくとも利用して余裕トルクを確保している状況下において、運転者によって車両の減速要求が出された場合には、過給圧の調整による余裕トルクを用いずに目標余裕トルクを確保可能か否かが判定されるようにした。そして、過給圧の調整による余裕トルクを用いずに目標余裕トルクを確保できないと判定された場合には、燃料カットの実行を禁止するようにした。

　図５は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＰＴＭ１０４およびエンジンコントローラ１００が実行する制御ルーチンを示すフローチャートを表した図である。尚、本ルーチンは、トルクリザーブ動作が実行されている状況下において、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。

　図５に示すルーチンでは、先ず、ＰＴＭ１０４は、所定の前提条件が成立するか否かを判定する（ステップ２００）。本ステップ２００における前提条件とは、目標余裕トルク（上記ステップ１００の処理によって取得可能）が、過給圧の調整による余裕トルクを除いて現時点で確保されている余裕トルク（上記ステップ１０４の処理結果を利用して取得可能）よりも低いことである。つまり、この前提条件が成立する場合には、過給圧の調整による余裕トルクを用いずに目標余裕トルクを確保可能であると判断することができる。このような状況としては、例えば、高圧電池３０の残量が十分にある場合が該当する。このような場合には、燃料カットは禁止されない。

　上記ステップ２００における前提条件が不成立である場合、すなわち、過給圧の調整による余裕トルクを用いずに目標余裕トルクを確保できないと判断できる場合には、ＰＴＭ１０４は、次いで、アクセルペダルがＯＦＦ（全閉）とされたか否かを判定する（ステップ２０２）。その結果、アクセルペダルがＯＦＦされたと判定された場合、すなわち、運転者によって車両の減速要求が出されたと判断できる場合には、ＰＴＭ１０４は、次いで、所定の燃料カット実行条件が成立するか否かを判定する（ステップ２０４）。

　上記ステップ２０４において上記燃料カット実行条件が成立しないと判定された場合には、エンジンコントローラ１００は、スロットルバルブ５２およびＡＢＶ４８の開度制御を実行する（ステップ２０６）。具体的には、アクセルペダルのＯＦＦに伴ってスロットルバルブ５２が閉じられるとともに、コンプレッサ４４ａのサージ回避のためにＡＢＶ４８が開かれる。

　一方、上記ステップ２０４において上記燃料カット実行条件が成立すると判定された場合には、ＰＴＭ１０４は、燃料カットの実行を禁止する指令をエンジンコントローラ１００に出力する（ステップ２０８）。尚、燃料カットの禁止を行えないような運転条件である場合には、ＷＧＶ９０を閉じたままの状態で燃料カットが実行されるようにすることで、次の加速要求に備えることが好適である。

　以上説明した図５に示すルーチンによれば、過給圧の調整による余裕トルクを少なくとも利用して余裕トルクを確保している状況下において、過給圧の調整による余裕トルクを用いずに目標余裕トルクを確保できないと判定された場合には、燃料カットの実行が禁止される。その結果、燃料カットの実行によって減速時に過給圧が低下し易くなるのを防止することができる。これにより、次の加速等の要求に備えて目標とする余裕トルクをより確実に確保できるようになるので、余裕トルクの不足による車両のドライバビリティの悪化を抑制することができる。

　尚、上述した実施の形態２においては、ターボ過給機４４が本発明における「過給機」に相当している。また、ＰＴＭ１０４が上記ステップ２００の判定が不成立し、かつ上記ステップ２０２および２０２の判定が成立する場合に上記ステップ２０８の処理を実行することにより本発明における「燃料カット禁止手段」が実現されている。

［実施の形態１および２の変形例］
　ところで、上述した実施の形態１および２においては、内燃機関１２とともにＭＧ２を動力装置として備える車両駆動ユニット１０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における車両駆動ユニットは、このような構成を有するものに限定されるものではない。すなわち、例えば、車両の動力装置として内燃機関のみを備えるものであってもよい。

　また、上述した実施の形態１においては、トルクリザーブ要求および当該要求に基づく余裕トルクの管理は、エンジンコントローラ１００およびモータコントローラ１０２の上位に位置するＰＴＭ１０４によって行われる例について説明を行った。しかしながら、本発明における車両駆動ユニットの制御装置は、このような構成を使用するものに限定されるものではない。すなわち、例えば、ＰＴＭ１０４のような上位のコントローラではなく、動力装置としての内燃機関またはＭＧ２を直接的に制御するエンジンコントローラ１００またはモータコントローラ１０２が、上記のような管理を担うように構成されていてもよい。

１０　車両駆動ユニット
１２　内燃機関
１４　第１モータジェネレータ（ＭＧ１）
１６　第２モータジェネレータ（ＭＧ２）
１８　動力分割機構
２０　減速機
２２　駆動輪
２４　駆動軸
２６　インバータ
２８　コンバータ
３０　高圧電池
３１　ソーラーパネル
３２　ピストン
３４　燃焼室
３６　吸気通路
３８　排気通路
４０　エアフィルタ
４２　エアフローメータ
４４　ターボ過給機
４４ａ　コンプレッサ
４４ｂ　タービン
４６　エアバイパス通路
４８　エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）
５０　インタークーラ
５２　スロットルバルブ
５４　スロットル上流圧センサ
５６　スロットル下流圧センサ
５８　ポート噴射弁
６０　筒内噴射弁
６２　点火プラグ
６４　吸気弁
６６　吸気可変動弁機構
６８　排気弁
７０　排気可変動弁機構
７２　クランク軸
７４　吸気カム角センサ
７６　排気カム角センサ
７８　上流触媒
８０　下流触媒
８２　マフラー
８４　Ａ／Ｆセンサ
８６　Ｏ_２センサ
８８　排気バイパス通路
９０　ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
９２　クランク角センサ
１００　エンジンコントローラ
１０２　モータコントローラ
１０４　パワートレーンマネージャ（ＰＴＭ）
１０６　アクセル開度センサ
１０８　走行モードセレクタ
１１０　車速センサ
１１２　電池温度センサ
１１４　日射量センサ
１１６　外気温度センサ
１１８　ナビシステム

Claims

　車両の動力装置として少なくとも内燃機関を備える車両駆動ユニットの制御装置であって、
　前記車両駆動ユニットが実際に出力する実トルク以外に当該車両駆動ユニットが出力し得る潜在的な余裕トルクを確保することを要求する所定のトルクリザーブ要求に従って、前記内燃機関が出力するトルクを調整可能な１または２以上のアクチュエータ、または前記車両に搭載された１以上のデバイスを用いて、前記余裕トルクを確保するためのトルクリザーブ動作を複数の形態で実行可能な余裕トルク制御手段と、
　前記複数のトルクリザーブ動作のそれぞれが同一の余裕トルクを確保する際の前記車両の所定の性能値の低下が少ないことを基準として、前記複数のトルクリザーブ動作のうちの何れを用いて前記余裕トルクを確保すべきかを管理する余裕トルク管理手段と、
　を備えることを特徴とする車両駆動ユニットの制御装置。
　前記余裕トルク管理手段は、前記性能値の低下が少ないことを基準として前記複数のトルクリザーブ動作の優劣を判定し、所定の目標余裕トルクを得るために、当該優劣の判定に基づく優先順位の相対的に高い１以上の前記トルクリザーブ動作を選択して実行するように前記余裕トルク制御手段に対して指令することを特徴とする請求項１記載の車両駆動ユニットの制御装置。
　前記余裕トルク管理手段は、前記目標余裕トルクを確保する際に、前記複数のトルクリザーブ動作のうちで上記性能値の低下が最も少ない状態で当該目標余裕トルクを確保し得るトルクリザーブ動作を選択する最適リザーブ動作選択手段を含むことを特徴とする請求項２記載の車両駆動ユニットの制御装置。
　前記余裕トルク管理手段は、前記複数のトルクリザーブ動作を用いて所定の目標余裕トルクを確保している場合において、当該目標余裕トルク相当の余裕トルクを維持しようとした際に前記性能値の低下が相対的に少ない１以上の前記トルクリザーブ動作による余裕トルクの比率が増加するように、各トルクリザーブ動作が確保する前記余裕トルクの比率を修正する余裕トルク比率修正手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の車両駆動ユニットの制御装置。
　前記内燃機関は、過給機付き内燃機関であって、
　前記複数のトルクリザーブ動作のうちの１つは、前記内燃機関の過給圧を高めることによって前記余裕トルクを確保する動作であって、
　前記余裕トルク管理手段は、過給圧の調整による前記余裕トルクを用いずに前記目標余裕トルクを確保できない場合には、車両の減速要求に伴う燃料カットの実行を禁止する燃料カット禁止手段を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の車両駆動ユニットの制御装置。
　前記性能値は、前記内燃機関の燃費であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の車両駆動ユニットの制御装置。