ハイブリッド車両の制御装置
【課題】シーケンシャルモードによって設定される下限エンジン回転数によるエンジン回転数の制御を実現しつつ、システム電圧を制限することのできるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明にかかるハイブリッド車両の制御装置であるパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、電圧制限モードによりシステム電圧を制限する際に、シーケンシャルモードにより下限エンジン回転数を設定しているときには、動力分割機構１３０を通じて分配されるトルクを第１のモータジェネレータ１２０における回生制動によって相殺するために必要なシステム電圧を算出し、算出されたシステム電圧を下回らないようにシステム電圧を制限する。
【解決手段】本発明にかかるハイブリッド車両の制御装置であるパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、電圧制限モードによりシステム電圧を制限する際に、シーケンシャルモードにより下限エンジン回転数を設定しているときには、動力分割機構１３０を通じて分配されるトルクを第１のモータジェネレータ１２０における回生制動によって相殺するために必要なシステム電圧を算出し、算出されたシステム電圧を下回らないようにシステム電圧を制限する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はハイブリッド車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つのモータジェネレータとエンジンとを備えるハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両にあっては、エンジンが出力する動力の一部を利用して第１のモータジェネレータを駆動し、そこで発電された電力を利用して第２のモータジェネレータを駆動することによってエンジンの駆動力に第２のモータジェネレータの駆動力を加えて駆動輪を駆動することがある。
【０００３】
こうしてエンジンが出力する動力の一部を第１のモータジェネレータに分配するととともに、第２のモータジェネレータからの動力により駆動をアシストすることにより、エンジン回転数を調整し、エンジンを効率のよい運転領域で運転させつつ、所望の駆動力を得ることができる。
【０００４】
こうしたハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両の制御装置として、特許文献１にはシステム電圧を最大電圧よりも低い電圧に制限することにより燃費の向上を図ることのできるハイブリッド車両の制御装置が記載されている。また、特許文献２には有段変速機を備える車両のような運転感覚を演出するために車速に比例して変化する下限エンジン回転数を設定し、この下限エンジン回転数を下回らないようにエンジン回転数を制御するシーケンシャルモードを備えたハイブリッド車両の制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０‐６２９６号公報
【特許文献２】特開２０１０‐１３００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、システム電圧を制限した場合には、モータジェネレータにおける定格トルクが低下し、モータジェネレータによる回生制動力も低減することになる。その結果、エンジンから分配される動力を十分に回生制動することができずにエンジン回転数や第１のモータジェネレータの回転数が過剰に高くなってしまうおそれがある。これを抑制するためには第１のモータジェネレータの回転数並びに定格トルクとエンジンの性能曲線を考慮して第１のモータジェネレータの回転数に上限を設け、第１のモータジェネレータの回転数を制限する必要がある。しかし、第１のモータジェネレータの回転数を制限するためには、第１のモータジェネレータを駆動しているエンジンの回転数に上限を設け、エンジン回転数を制限する必要がある。
【０００７】
これに対して、上述したようにシーケンシャルモードにあっては、下限エンジン回転数を設けてエンジン回転数を制御するようにしている。そのため、シーケンシャルモードにより設定されている下限エンジン回転数が、第１のモータジェネレータの回転数を制限するために設けられる上限エンジン回転数よりも高い場合には、シーケンシャルモードによって設定された下限エンジン回転数を実現することができなくなってしまう。
【０００８】
この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的はシーケンシャルモードによって設定される下限エンジン回転数によるエンジン回転数の制御を実現しつつ、システム電圧を制限することのできるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、エンジンと、第１のモータジェネレータと、前記エンジンの動力を前記第１のモータジェネレータに分配する動力分割機構と、駆動輪と前記動力分割機構との間に連結される第２のモータジェネレータと、前記第１のモータジェネレータ及び前記第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリと、前記バッテリの電力を昇圧して前記第１のモータジェネレータ及び前記第２のモータジェネレータに電力を供給するコンバータとを備え、制御モードとして、前記コンバータによって昇圧されるシステム電圧を最大電圧よりも低い電圧に制限した状態で車両を制御する電圧制限モードと、選択された変速段に応じて車速に比例して変化する下限エンジン回転数を設定するシーケンシャルモードとを有するハイブリッド車両の制御装置であり、前記電圧制限モードによりシステム電圧を制限する際に、前記シーケンシャルモードにより下限エンジン回転数を設定しているときには、前記動力分割機構を通じて分配されるトルクを前記第１のモータジェネレータにおける回生制動によって相殺するために必要なシステム電圧を算出し、算出されたシステム電圧を下回らないようにシステム電圧を制限するハイブリッド車両の制御装置である。
【００１０】
上記構成によれば、下限エンジン回転数に基づいて運転されるエンジンから分配されるトルクを第１のモータジェネレータにおける回生制動によって相殺するために必要なシステム電圧が算出され、この算出されたシステム電圧を確保できる範囲でシステム電圧が制限されるようになる。そのため、システム電圧を制限しつつ、エンジンから第１のモータジェネレータに分配されるトルクを電力に変換することによって消費し、第１のモータジェネレータの回転数を保持することができる。そのため、下限エンジン回転数を下回らないようにエンジンを運転させつつ、第１のモータジェネレータの回転数が過剰に高くなることを抑制することができる。
【００１１】
したがって、上記請求項１に記載の発明によれば、シーケンシャルモードによって設定される下限エンジン回転数によるエンジン回転数の制御を実現しつつ、システム電圧を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明にかかるハイブリッド車両の制御装置であるパワーマネジメントコントロールコンピュータと、その制御対象であるハイブリッドシステムとの関係を示す模式図。
【図２】車速及び選択されている変速段と、下限エンジン回転数との関係を示すマップ。
【図３】シーケンシャルモード時のシステム電圧設定処理の流れを示すフローチャート。
【図４】エンジン回転数、ジェネレータ回転数、リングギア回転数の関係を示す共線図。
【図５】必要ジェネレータ回転数及び必要ジェネレータトルクと、必要システム電圧との関係を示すマップ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明にかかるハイブリッド車両の制御装置をハイブリッドシステムの出力制御を行うパワーマネジメントコントロールコンピュータとして具体化した一実施形態について、図１〜５を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように本実施形態にかかるハイブリッドシステム１００は、エンジン１１０と２つのモータジェネレータ１２０，１５０とを動力分割機構１３０並びにリダクションギア１４０を介して連結することによって構成されている。
【００１５】
なお、第１のモータジェネレータ１２０及び第２のモータジェネレータ１５０は、いずれも内部に永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機である。
【００１６】
動力分割機構１３０は、外歯歯車のサンギア１３１と、このサンギア１３１を取り囲む内場歯車を備えるリングギア１３２と、サンギア１３１及びリングギア１３２の双方に噛合する複数のプラネタリギア１３３とを備える遊星歯車機構である。それぞれのプラネタリギア１３３はプラネタリキャリア１３４によって連結され、自転自在且つ公転自在に支持されている。プラネタリキャリア１３４は図１の右下に示されるようにダンパ１１２を介してエンジン１１０のクランクシャフト１１１に連結されている。サンギア１３１は第１のモータジェネレータ１２０に連結されている。リングギア１３２にはカウンターギア１６０が噛合されており、リングギア１３２の動力はこのカウンターギア１６０とファイナルギア１７０を介してディファレンシャル１８０に伝達される。
【００１７】
また、図１の左下に示されるようにリングギア１３２には、リダクションギア１４０を介して第２のモータジェネレータ１５０が接続されている。リダクションギア１４０は動力分割機構１３０と同様にサンギア１４１と、複数のプラネタリギア１４３を備える遊星歯車機構である。しかし、リダクションギア１４０にあってはプラネタリキャリア１４４が固定されている。そのため、リダクションギア１４０のプラネタリギア１４３は自転自在であるものの公転不能になっている。なお、第２のモータジェネレータ１５０はサンギア１４１に連結されている。
【００１８】
このように構成されたハイブリッドシステム１００にあっては、プラネタリキャリア１３４から入力されるエンジン１１０からの動力が動力分割機構１３０を通じてサンギア１３１側とリングギア１３２側に分配されることになる。なお、リングギア１３２の歯数に対するサンギア１３１の歯数の比であるプラネタリ比は「ρ」であり、動力はこのプラネタリ比に応じて分配される。
【００１９】
リングギア１３２は、動力分割機構１３０を通じて入力されるエンジン１１０の動力と、リダクションギア１４０を通じて入力される第２のモータジェネレータ１５０の動力とを統合してディファレンシャル１８０に伝達する。これにより、ハイブリッドシステム１００から出力された動力は、ディファレンシャル１８０を介して左右の駆動輪１９０Ｌ，１９０Ｒに分配される。
【００２０】
第１のモータジェネレータ１２０及び第２のモータジェネレータ１５０はインバータ２１０及びコンバータ２２０を介してバッテリ２００に接続されている。インバータ２１０は第１のモータジェネレータ１２０と第２のモータジェネレータ１５０のそれぞれに対して６個の絶縁ゲートバイポーラトランジスタにより３相ブリッジ回路を構成している。これにより、インバータ２１０では、半導体スイッチング素子として絶縁ゲートバイポーラトランジスタをＯＮ・ＯＦＦすることにより、直流電流を三相交流電流に変換したり、三相交流電流を直流電流に変換したりすることができる。
【００２１】
コンバータ２２０はリアクトルと２つの絶縁バイポーラトランジスタとにより構成されており、一方の絶縁バイポーラトランジスタをＯＮ・ＯＦＦすることにより、バッテリ２００から供給される電力を昇圧してインバータ２１０に供給する。また、他方の絶縁バイポーラトランジスタをＯＮ・ＯＦＦすることにより、インバータ２１０から供給される電力を降圧してバッテリ２００に供給することもできる。
【００２２】
これにより、第１のモータジェネレータ１２０によって発電された交流電流は、インバータ２１０に伝達されるとともに同インバータ２１０によって直流電流に変換され、コンバータ２２０を通じて降圧された後にバッテリ２００に充電される。
【００２３】
また、エンジン１１０の始動時には、バッテリ２００から供給される直流電流がコンバータ２２０を通じて昇圧された後にインバータ２１０によって交流電流に変換されて第１のモータジェネレータ１２０に供給される。
【００２４】
第２のモータジェネレータ１５０も、第１のモータジェネレータ１２０と同じくインバータ２１０及びコンバータ２２０を介してバッテリ２００に接続されている。そして、発進時や低速時、加速時にはバッテリ２００から供給される直流電流がコンバータ２２０で昇圧された後にインバータ２１０によって交流電流に交換されて第２のモータジェネレータ１５０に供給される。
【００２５】
第１のモータジェネレータ１２０は、エンジン１１０の始動時にはエンジン１１０をクランキングするスタータモータとして機能する一方、エンジン１１０の運転中にはエンジン１１０の動力を利用して発電を行うジェネレータとして機能する。
【００２６】
また、定常走行時や加速時には、第１のモータジェネレータ１２０によって発電された交流電流がインバータ２１０を介して第２のモータジェネレータ１５０に供給される。こうして供給された電流によって第２のモータジェネレータ１５０が駆動されると、その動力はリダクションギア１４０に伝達される。そして、リダクションギア１４０に伝達された動力がディファレンシャル１８０を介して駆動輪１９０Ｌ，１９０Ｒに伝達される。
【００２７】
また、減速時には、駆動輪１９０Ｌ，１９０Ｒから伝達される動力により第２のモータジェネレータ１５０が駆動される。このとき、第２のモータジェネレータ１５０がジェネレータとして機能し、発電することで、駆動輪１９０Ｌ，１９０Ｒから第２のモータジェネレータ１５０に伝達された動力が電力に変換される。こうして変換された電力は、インバータ２１０によって交流電流から直流電流に変換され、コンバータ２２０を通じて降圧された後にバッテリ２００に充電される。
【００２８】
すなわち、減速時には、運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリ２００に蓄えることにより、エネルギーを回収するようにしている。
こうしたハイブリッドシステム１００の制御は、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００から出力される制御信号に基づいて実行される。パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、ハイブリッドシステム１００の各部を制御するための各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムやデータが記憶された読み込み専用メモリ（ＲＯＭ）、演算処理の結果などを一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などを備えて構成されている。
【００２９】
また、図１に示すように、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００には、バッテリ監視ユニット２５０、モータ制御ユニット３００、エンジン制御ユニット４００が接続されている。
【００３０】
バッテリ監視ユニット２５０には、バッテリ２００とコンバータ２２０との間の電力ラインに設けられた電流センサ２３０からの電流値信号、バッテリ温度センサ２４０からのバッテリ温度信号などが入力される。バッテリ監視ユニット２５０は、こうしたセンサから入力されたバッテリ２００の状態に関するデータを必要に応じてパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００に送信する。なお、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、バッテリ監視ユニット２５０から送信される電流センサ２３０の検出値の積算値に基づいてバッテリ２００の充電状態を演算する。
【００３１】
モータ制御ユニット３００は、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００からの出力要求に従い、インバータ２１０とコンバータ２２０を制御し、第１のモータジェネレータ１２０及び第２のモータジェネレータ１５０を制御する。また、モータ制御ユニット３００には第１のモータジェネレータ１２０の回転数を検出する回転センサ３２０と第２のモータジェネレータ１５０の回転数を検出する回転センサ３５０が接続されている。モータ制御ユニット３００は、これら回転センサ３２０，３５０によって検出された回転数の情報など、車両制御に必要な情報をパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００に送信する。
【００３２】
エンジン制御ユニット４００は、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００からの出力要求に従い、エンジン１１０における燃料噴射制御や、点火時期制御、吸入空気量制御などを行う。エンジン制御ユニット４００には、吸入空気量を検出するエアフロメータ４１０や、クランクシャフト１１１の回転数であるエンジン回転数Ｎｅを検出するクランクポジションセンサ４２０、スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサ４３０などが接続されている。また、エンジン制御ユニット４００は、必要に応じてこれらのセンサによって検出された情報をパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００に送信する。
【００３３】
バッテリ監視ユニット２５０、モータ制御ユニット３００、エンジン制御ユニット４００の他にも、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００には、アクセルの操作量を検出するアクセルポジションセンサ５１０、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサ５２０、車速を検出する車速センサ５３０などが接続されている。
【００３４】
また、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００には、運転者がドライブモードを選択するためのドライブモードセレクトスイッチ５４０と、後述するシーケンシャルモードにおける変速段を選択するためのシフトスイッチ５５０が接続されている。
【００３５】
パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、アクセルの操作量と車速とに基づいてリングギア１３２に出力すべき要求トルクを算出し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギア１３２に出力されるように、エンジン１１０、第１のモータジェネレータ１２０、第２のモータジェネレータ１５０を制御する。
【００３６】
例えば、エンジン１１０が出力する動力の一部を利用して第１のモータジェネレータ１２０を駆動し、そこで発電された電力を利用して第２のモータジェネレータ１５０を駆動することによってエンジン１１０の動力に第２のモータジェネレータ１５０の動力を加えて駆動輪１９０Ｌ，１９０Ｒを駆動する。こうしてエンジン１１０が出力する動力の一部を第１のモータジェネレータ１２０に分配するととともに、第２のモータジェネレータ１５０の動力によって駆動をアシストすることにより、エンジン回転数Ｎｅを調整し、エンジン１１０を効率のよい運転領域で運転させつつ、要求動力が得られるようにする。
【００３７】
また、要求動力が大きい加速時などには、バッテリ２００から第２のモータジェネレータ１５０に電力を供給し、第２のモータジェネレータ１５０によるアシスト量を増大させてより大きな動力を出力する。
【００３８】
更に、バッテリ２００の充電残量が少ないときには、エンジン１１０の運転量を増大させ、第１のモータジェネレータ１２０における発電量を増大させることにより、バッテリ２００に電力を供給する。一方で、バッテリ２００の充電残量が十分に確保されている場合には、エンジン１１０の運転を停止して要求動力に見合う動力を第２のモータジェネレータ１５０のみからリングギア１３２に出力するモータ運転も可能である。
【００３９】
また、本実施形態のパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００には、上述したようにドライブモードセレクトスイッチ５４０が接続されている。そして、特許文献１に記載されている発明と同様に、運転者がこのドライブモードセレクトスイッチ５４０を操作することにより、システム電圧ＶＨを制限し、燃費の向上を図ることができるようになっている。なお、本実施形態におけるシステム電圧ＶＨとは、インバータ２１０と各モータジェネレータ１２０，１５０との間でやりとりされる電力の電圧のことである。
【００４０】
本実施形態のハイブリッドシステム１００にあっては、通常運転モードの他に、パワーモードとエコモードを選択することができるようになっている。そして、通常運転モードのときにはシステム電圧ＶＨを、システム保護の要件に基づいて設定されている最大電圧ＶＨｍａｘである６５０ボルトまで昇圧せずに、５００ボルトに昇圧するようにしている。そして、パワーモードが選択されたときにシステム電圧ＶＨを最大電圧ＶＨｍａｘである６５０ボルトまで昇圧し、出力を向上させるようにしている。一方で、エコモードが選択されたときには、システム電圧ＶＨを５００ボルト未満に制限し、より燃料消費量の少ない運転を実現するようにしている。
【００４１】
すなわち、本実施形態のハイブリッドシステム１００にあっては、通常運転モードとエコモードが、システム電圧ＶＨを最大電圧ＶＨｍａｘよりも低い電圧に制限する電圧制限モードに相当する。
【００４２】
なお、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００はドライブモードセレクトスイッチ５４０の操作によって選択されているモードを優先するが、アクセルの操作量が非常に大きいときには大きな出力が要求されていると判断し、ドライブモードセレクトスイッチ５４０の操作に依らずに自動的にパワーモードに切り替えることもある。
【００４３】
また、本実施形態のパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、特許文献２に記載されている発明と同様に、運転者がシフトスイッチ５５０やシフトレバーを操作することにより、任意に変速段を切り替えることのできるシーケンシャルモードを備えている。
【００４４】
本実施形態のハイブリッドシステム１００にあっては、６つの変速段を備える有段変速機を搭載した車両のような運転感覚を演出するために、１速〜６速までの６つの変速段に対応させて図２に示されるように車速に比例して変化する下限エンジン回転数を設定する。なお、図２に示される実線Ｌ１〜Ｌ６はそれぞれ１速〜６速における下限エンジン回転速度を示している。すなわち、実線Ｌ１は１速が選択されているときの車速と下限エンジン回転数との関係を示しており、実線Ｌ２は２速が選択されているときの車速と下限エンジン回転数との関係を示している。同様に、実線Ｌ３は３速が選択されているときの、実線Ｌ４は４速が選択されているときの、実線Ｌ５は５速が選択されているときの、実線Ｌ６は６速が選択されているときの、車速と下限エンジン回転数との関係をそれぞれ示している。
【００４５】
例えば、６つの変速段のうち、３速が選択されている場合には、図２に示される実線Ｌ３に沿って車速に応じた下限エンジン回転数を設定する。すなわち、図２に矢印で示されるように車速が「Ｖ１」の場合には、下限エンジン回転数が「Ｎｅ１」に設定される。
【００４６】
そして、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、この設定された下限エンジン回転数を下回らないようにエンジン回転数Ｎｅを制御することにより、車速の変化に比例してエンジン回転数Ｎｅが変化する有段変速機を搭載した車両のような運転感覚を演出する。
【００４７】
ところで、システム電圧ＶＨを最大電圧ＶＨｍａｘよりも小さい電圧にすることにより、システム電圧ＶＨを制限した場合には、各モータジェネレータ１２０，１５０における定格トルクが低下し、各モータジェネレータ１２０，１５０における回生制動力も低減することになる。そのため、システム電圧ＶＨを制限した場合には、エンジン１１０から分配される動力を十分に回生制動することができずに第１のモータジェネレータ１２０の回転数やエンジン１１０の回転数が過剰に高くなってしまうおそれがある。これを抑制するためには第１のモータジェネレータ１２０の回転数並びに定格トルクとエンジン１１０の性能曲線を考慮して第１のモータジェネレータ１２０の回転数に上限を設け、第１のモータジェネレータ１２０の回転数を制限する必要がある。しかし、第１のモータジェネレータ１２０の回転数を制限するためには、第１のモータジェネレータ１２０を駆動しているエンジン１１０の回転数に上限を設け、エンジン回転数Ｎｅを制限する必要がある。
【００４８】
シーケンシャルモードにあっては、上述したように下限エンジン回転数を設けてエンジン回転数Ｎｅを制御するようにしている。そのため、シーケンシャルモードにより設定されている下限エンジン回転数が、第１のモータジェネレータ１２０の回転数を制限するために設けられる上限エンジン回転数よりも高い場合には、シーケンシャルモードによって設定された下限エンジン回転数を実現することができなくなってしまう。
【００４９】
そこで、本実施形態のパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００では、シーケンシャルモードによって設定された下限エンジン回転数を下回らないようにエンジン回転数Ｎｅを制御しつつ、システム電圧ＶＨを制限することができるように、下限エンジン回転数を考慮してシステム電圧ＶＨを制限するようにしている。
【００５０】
以下、本実施形態にかかるシーケンシャルモード時のシステム電圧設定処理について図３〜５を参照して説明する。
図３に示されるシステム電圧設定処理は、シーケンシャルモードによる制御が実行されているときにパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００によって所定の制御周期で繰り返し実行される。
【００５１】
この処理が開始されると、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、図３に示されるようにまずステップＳ１００において、車速と選択されている変速段とに基づいて必要エンジン回転数Ｎｅ＊を算出する。具体的には、図２を参照して説明したように、選択されている変速段と車速とに基づいて下限エンジン回転数を算出し、この下限エンジン回転数を必要エンジン回転数Ｎｅ＊とする。なお、下限エンジン回転数に所定のマージンを加算して必要エンジン回転数Ｎｅ＊を算出するようにしてもよい。
【００５２】
こうして必要エンジン回転数Ｎｅ＊を算出すると、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、ステップＳ１２０において必要エンジン回転数Ｎｅ＊と必要エンジントルクＴｅ＊とに基づき、必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊と必要ジェネレータトルクＴｇ＊を算出する。
【００５３】
なお、必要エンジントルクＴｅ＊は、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００における周知の出力制御を通じて算出されるエンジン１１０が出力すべき要求トルクの値である。
【００５４】
ここでは、図４の共線図に示される関係を利用して、エンジン回転数Ｎｅを必要エンジン回転数Ｎｅ＊に保持しつつ、必要エンジントルクＴｅ＊を実現するために必要な第１のモータジェネレータの回転数Ｎｇ並びにトルクＴｇを算出し、これらの値を必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊、必要ジェネレータトルクＴｇ＊とする。
【００５５】
上述したように本実施形態にかかる動力分割機構１３０におけるプラネタリ比は「ρ」であるため、共線図におけるサンギア１３１に対応する軸「Ｓ」からプラネタリキャリア１３４に対応する軸「Ｃ」までの距離と軸「Ｃ」からリングギア１３２に対応する軸「Ｒ」までの距離との関係は、図４に示されるように「１：ρ」になる。
【００５６】
エンジン１１０のクランクシャフト１１１はプラネタリキャリア１３４に連結されており、第１のモータジェネレータ１２０はサンギア１３１に連結されているため、第１のモータジェネレータ１２０の回転数であるジェネレータ回転数Ｎｇとエンジン回転数Ｎｅは図４に示されるように共線図上に示すことができる。
【００５７】
図４の共線図に示される関係からリングギア１３２の回転数Ｎｒとエンジン回転数Ｎｅとジェネレータ回転数Ｎｇとの関係は、下記の数式（１）で表すことができる。
【００５８】
【数１】
なお、リングギアの回転数Ｎｒは、車速とリングギア１３２から駆動輪１９０Ｌ、１９０Ｒまで間の減速比とに基づいて算出することができる。
【００５９】
したがって、車速に基づいて算出されるリングギア１３２の回転数Ｎｒと必要エンジン回転数Ｎｅ＊を上記の数式（１）に代入すれば、必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊を算出することができる。ステップＳ１１０では、このように数式（１）に示される関係を利用することにより、必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊を算出する。
【００６０】
また、エンジン１１０が出力するトルクＴｅは、リングギア１３２とサンギア１３１に分配される。動力分割機構１３０におけるプラネタリ比は「ρ」であるため、エンジン１１０が出力するトルクＴｅとサンギア１３１に分配されるトルクＴｅｓとの関係は下記の数式（２）で表すことができる。
【００６１】
【数２】
したがって、図４に下向きの矢印で示されるようにこの分配されるトルクＴｅｓを相殺するために必要なジェネレータトルクＴｇは下記の数式（３）によって算出することができる。
【００６２】
【数３】
ステップＳ１１０では、この数式（３）に示される関係を利用して、必要エンジントルクＴｅ＊が出力されたときに分配されるトルクＴｅｓを相殺するために必要なジェネレータトルクＴｇを必要ジェネレータトルクＴｇ＊として算出する。
【００６３】
より具体的には、数式（３）にエンジントルクＴｅとして必要エンジントルクＴｅ＊を代入し、算出されたジェネレータトルクＴｇを必要ジェネレータトルクＴｇ＊とする。
こうして必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊と必要ジェネレータトルクＴｇ＊を算出すると、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００はステップＳ１２０において、必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊と必要ジェネレータトルクＴｇ＊に基づいて必要システム電圧ＶＨ＊を算出する。
【００６４】
具体的には、図５に示されるような演算マップを利用して必要システム電圧ＶＨ＊を算出する。この演算マップには、図５に示されるように必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊、必要ジェネレータトルクＴｇ＊の大きさに応じて７つの領域Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５、Ｚ６、Ｚ７が区画されており、各領域にはそれぞれ異なる大きさの必要システム電圧ＶＨ＊の値が設定されている。なお、この演算マップにあっては、必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊が高いほど、また必要ジェネレータトルクＴｇ＊が高いほど、高い必要システム電圧ＶＨ＊が算出されるように各領域に対する必要システム電圧ＶＨ＊の値が設定されている。また、各領域に対して設定されている必要システム電圧ＶＨ＊の値は予め行う実験などの結果に基づいて、その領域内に規定される状態（ジェネレータ回転数Ｎｇ、ジェネレータトルクＴｇ）で第１のモータジェネレータ１２０を運転させるために必要なシステム電圧ＶＨの大きさに基づいて設定されている。
【００６５】
ステップＳ１２０では、こうした演算マップを利用して、図５に矢印で示されるように必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊と必要ジェネレータトルクＴｇ＊を実現する点Ｐが属する領域に対して設定されている必要システム電圧ＶＨ＊の値を読み出すことにより、必要システム電圧ＶＨ＊を算出する。具体的には、図５に示されるように必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊が「Ｎｇ１」であり、必要ジェネレータトルクＴｇ＊が「Ｔｇ１」である場合には、点Ｐが属する領域は「Ｚ５」であるため、この領域Ｚ５に対して設定された必要システム電圧ＶＨ＊を読み出し、これを必要システム電圧ＶＨ＊とする。
【００６６】
こうして必要システム電圧ＶＨ＊を算出すると、ステップＳ１３０へと進み、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、算出された必要システム電圧ＶＨ＊と選択されているドライブモードにおけるシステム電圧ＶＨの設定値である制限システム電圧ＶＨＬとを比較し、そのうちの大きい方の値をシステム電圧ＶＨとする。
【００６７】
そして、ステップＳ１４０へと進み、ステップＳ１３０を通じて設定されたシステム電圧ＶＨと最大電圧ＶＨｍａｘとを比較し、そのうちの大きい方の値を最終的にシステム電圧ＶＨとして設定する。
【００６８】
本実施形態のパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、シーケンシャルモードによる制御が実行されているときに、上記のようなシステム電圧設定処理を繰り返し実行することにより、システム電圧ＶＨを設定する。
【００６９】
（作用）
このようなシステム電圧設定処理をシーケンシャルモード時に繰り返し実行することにより、下限エンジン回転数に基づいて運転されるエンジン１１０から分配されるトルクＴｅｓを第１のモータジェネレータ１２０における回生制動によって相殺するために必要なシステム電圧ＶＨが必要システム電圧ＶＨ＊として算出されるようになる。そして、この算出された必要システム電圧ＶＨ＊を確保できる範囲でシステム電圧ＶＨが制限されるようになる。
【００７０】
以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）下限エンジン回転数に基づいて運転されるエンジン１１０から分配されるトルクＴｅｓを第１のモータジェネレータ１２０における回生制動によって相殺することができる範囲でシステム電圧ＶＨが制限されるようになる。そのため、システム電圧ＶＨを制限しつつ、エンジン１１０から第１のモータジェネレータ１２０に分配されるトルクＴｅｓを電力に変換することによって消費し、第１のモータジェネレータ１２０の回転数Ｎｇを保持することができる。そのため、下限エンジン回転数を下回らないようにエンジン１１０を運転させつつ、第１のモータジェネレータ１２０の回転数が過剰に高くなることを抑制することができる。
【００７１】
したがって、シーケンシャルモードによって設定される下限エンジン回転数によるエンジン回転数Ｎｅの制御を実現しつつ、システム電圧ＶＨを制限することができる。
なお、上記の実施形態にあってはドライブモードセレクトスイッチ５４０を備え、ドライブモードセレクトスイッチ５４０の操作によって通常運転モードとパワーモード、エコモードを切り替える例を示したが、本発明はこうした切り替え用のスイッチを備えるものに限って適用されるものではない。すなわち、ドライブモードセレクトスイッチ５４０のような切り替え用のスイッチを備えていなくても、システム電圧ＶＨを制限する電圧制限モードによる運転を実現することができるものであれば、本発明を適用することができる。
【００７２】
例えば切り替え用のスイッチを備えず、アクセルの操作量が非常に大きいときには大きな出力が要求されていると判断してパワーモードを選択してシステム電圧ＶＨを最大電圧まで昇圧させて制御を行う一方、アクセルの操作量が比較的小さいときにはシステム電圧ＶＨを制限した通常運転モードによる制御を行うものに本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００７３】
１００…ハイブリッドシステム、１１０…エンジン、１１１…クランクシャフト、１１２…ダンパ、１２０…第１のモータジェネレータ、１３０…動力分割機構、１３１…サンギア、１３２…リングギア、１３３…プラネタリギア、１３４…プラネタリキャリア、１４０…リダクションギア、１４１…サンギア、１４３…プラネタリギア、１４４…プラネタリキャリア、１５０…第２のモータジェネレータ、１６０…カウンターギア、１７０…ファイナルギア、１８０…ディファレンシャル、１９０Ｌ，１９０Ｒ…駆動輪、２００…バッテリ、２１０…インバータ、２２０…コンバータ、２３０…バッテリ電流センサ、２４０…バッテリ温度センサ、２５０…バッテリ監視ユニット、３００…モータ制御ユニット、３２０，３５０…回転センサ、４００…エンジン制御ユニット、４１０…エアフロメータ、４２０…クランクポジションセンサ、４３０…スロットルポジションセンサ、５００…パワーマネジメントコントロールコンピュータ、５１０…アクセルポジションセンサ、５２０…シフトポジションセンサ、５３０…車速センサ、５４０…ドライブモードセレクトスイッチ、５５０…シフトスイッチ。
【技術分野】
【０００１】
この発明はハイブリッド車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つのモータジェネレータとエンジンとを備えるハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両にあっては、エンジンが出力する動力の一部を利用して第１のモータジェネレータを駆動し、そこで発電された電力を利用して第２のモータジェネレータを駆動することによってエンジンの駆動力に第２のモータジェネレータの駆動力を加えて駆動輪を駆動することがある。
【０００３】
こうしてエンジンが出力する動力の一部を第１のモータジェネレータに分配するととともに、第２のモータジェネレータからの動力により駆動をアシストすることにより、エンジン回転数を調整し、エンジンを効率のよい運転領域で運転させつつ、所望の駆動力を得ることができる。
【０００４】
こうしたハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両の制御装置として、特許文献１にはシステム電圧を最大電圧よりも低い電圧に制限することにより燃費の向上を図ることのできるハイブリッド車両の制御装置が記載されている。また、特許文献２には有段変速機を備える車両のような運転感覚を演出するために車速に比例して変化する下限エンジン回転数を設定し、この下限エンジン回転数を下回らないようにエンジン回転数を制御するシーケンシャルモードを備えたハイブリッド車両の制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０‐６２９６号公報
【特許文献２】特開２０１０‐１３００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、システム電圧を制限した場合には、モータジェネレータにおける定格トルクが低下し、モータジェネレータによる回生制動力も低減することになる。その結果、エンジンから分配される動力を十分に回生制動することができずにエンジン回転数や第１のモータジェネレータの回転数が過剰に高くなってしまうおそれがある。これを抑制するためには第１のモータジェネレータの回転数並びに定格トルクとエンジンの性能曲線を考慮して第１のモータジェネレータの回転数に上限を設け、第１のモータジェネレータの回転数を制限する必要がある。しかし、第１のモータジェネレータの回転数を制限するためには、第１のモータジェネレータを駆動しているエンジンの回転数に上限を設け、エンジン回転数を制限する必要がある。
【０００７】
これに対して、上述したようにシーケンシャルモードにあっては、下限エンジン回転数を設けてエンジン回転数を制御するようにしている。そのため、シーケンシャルモードにより設定されている下限エンジン回転数が、第１のモータジェネレータの回転数を制限するために設けられる上限エンジン回転数よりも高い場合には、シーケンシャルモードによって設定された下限エンジン回転数を実現することができなくなってしまう。
【０００８】
この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的はシーケンシャルモードによって設定される下限エンジン回転数によるエンジン回転数の制御を実現しつつ、システム電圧を制限することのできるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、エンジンと、第１のモータジェネレータと、前記エンジンの動力を前記第１のモータジェネレータに分配する動力分割機構と、駆動輪と前記動力分割機構との間に連結される第２のモータジェネレータと、前記第１のモータジェネレータ及び前記第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリと、前記バッテリの電力を昇圧して前記第１のモータジェネレータ及び前記第２のモータジェネレータに電力を供給するコンバータとを備え、制御モードとして、前記コンバータによって昇圧されるシステム電圧を最大電圧よりも低い電圧に制限した状態で車両を制御する電圧制限モードと、選択された変速段に応じて車速に比例して変化する下限エンジン回転数を設定するシーケンシャルモードとを有するハイブリッド車両の制御装置であり、前記電圧制限モードによりシステム電圧を制限する際に、前記シーケンシャルモードにより下限エンジン回転数を設定しているときには、前記動力分割機構を通じて分配されるトルクを前記第１のモータジェネレータにおける回生制動によって相殺するために必要なシステム電圧を算出し、算出されたシステム電圧を下回らないようにシステム電圧を制限するハイブリッド車両の制御装置である。
【００１０】
上記構成によれば、下限エンジン回転数に基づいて運転されるエンジンから分配されるトルクを第１のモータジェネレータにおける回生制動によって相殺するために必要なシステム電圧が算出され、この算出されたシステム電圧を確保できる範囲でシステム電圧が制限されるようになる。そのため、システム電圧を制限しつつ、エンジンから第１のモータジェネレータに分配されるトルクを電力に変換することによって消費し、第１のモータジェネレータの回転数を保持することができる。そのため、下限エンジン回転数を下回らないようにエンジンを運転させつつ、第１のモータジェネレータの回転数が過剰に高くなることを抑制することができる。
【００１１】
したがって、上記請求項１に記載の発明によれば、シーケンシャルモードによって設定される下限エンジン回転数によるエンジン回転数の制御を実現しつつ、システム電圧を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明にかかるハイブリッド車両の制御装置であるパワーマネジメントコントロールコンピュータと、その制御対象であるハイブリッドシステムとの関係を示す模式図。
【図２】車速及び選択されている変速段と、下限エンジン回転数との関係を示すマップ。
【図３】シーケンシャルモード時のシステム電圧設定処理の流れを示すフローチャート。
【図４】エンジン回転数、ジェネレータ回転数、リングギア回転数の関係を示す共線図。
【図５】必要ジェネレータ回転数及び必要ジェネレータトルクと、必要システム電圧との関係を示すマップ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明にかかるハイブリッド車両の制御装置をハイブリッドシステムの出力制御を行うパワーマネジメントコントロールコンピュータとして具体化した一実施形態について、図１〜５を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように本実施形態にかかるハイブリッドシステム１００は、エンジン１１０と２つのモータジェネレータ１２０，１５０とを動力分割機構１３０並びにリダクションギア１４０を介して連結することによって構成されている。
【００１５】
なお、第１のモータジェネレータ１２０及び第２のモータジェネレータ１５０は、いずれも内部に永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機である。
【００１６】
動力分割機構１３０は、外歯歯車のサンギア１３１と、このサンギア１３１を取り囲む内場歯車を備えるリングギア１３２と、サンギア１３１及びリングギア１３２の双方に噛合する複数のプラネタリギア１３３とを備える遊星歯車機構である。それぞれのプラネタリギア１３３はプラネタリキャリア１３４によって連結され、自転自在且つ公転自在に支持されている。プラネタリキャリア１３４は図１の右下に示されるようにダンパ１１２を介してエンジン１１０のクランクシャフト１１１に連結されている。サンギア１３１は第１のモータジェネレータ１２０に連結されている。リングギア１３２にはカウンターギア１６０が噛合されており、リングギア１３２の動力はこのカウンターギア１６０とファイナルギア１７０を介してディファレンシャル１８０に伝達される。
【００１７】
また、図１の左下に示されるようにリングギア１３２には、リダクションギア１４０を介して第２のモータジェネレータ１５０が接続されている。リダクションギア１４０は動力分割機構１３０と同様にサンギア１４１と、複数のプラネタリギア１４３を備える遊星歯車機構である。しかし、リダクションギア１４０にあってはプラネタリキャリア１４４が固定されている。そのため、リダクションギア１４０のプラネタリギア１４３は自転自在であるものの公転不能になっている。なお、第２のモータジェネレータ１５０はサンギア１４１に連結されている。
【００１８】
このように構成されたハイブリッドシステム１００にあっては、プラネタリキャリア１３４から入力されるエンジン１１０からの動力が動力分割機構１３０を通じてサンギア１３１側とリングギア１３２側に分配されることになる。なお、リングギア１３２の歯数に対するサンギア１３１の歯数の比であるプラネタリ比は「ρ」であり、動力はこのプラネタリ比に応じて分配される。
【００１９】
リングギア１３２は、動力分割機構１３０を通じて入力されるエンジン１１０の動力と、リダクションギア１４０を通じて入力される第２のモータジェネレータ１５０の動力とを統合してディファレンシャル１８０に伝達する。これにより、ハイブリッドシステム１００から出力された動力は、ディファレンシャル１８０を介して左右の駆動輪１９０Ｌ，１９０Ｒに分配される。
【００２０】
第１のモータジェネレータ１２０及び第２のモータジェネレータ１５０はインバータ２１０及びコンバータ２２０を介してバッテリ２００に接続されている。インバータ２１０は第１のモータジェネレータ１２０と第２のモータジェネレータ１５０のそれぞれに対して６個の絶縁ゲートバイポーラトランジスタにより３相ブリッジ回路を構成している。これにより、インバータ２１０では、半導体スイッチング素子として絶縁ゲートバイポーラトランジスタをＯＮ・ＯＦＦすることにより、直流電流を三相交流電流に変換したり、三相交流電流を直流電流に変換したりすることができる。
【００２１】
コンバータ２２０はリアクトルと２つの絶縁バイポーラトランジスタとにより構成されており、一方の絶縁バイポーラトランジスタをＯＮ・ＯＦＦすることにより、バッテリ２００から供給される電力を昇圧してインバータ２１０に供給する。また、他方の絶縁バイポーラトランジスタをＯＮ・ＯＦＦすることにより、インバータ２１０から供給される電力を降圧してバッテリ２００に供給することもできる。
【００２２】
これにより、第１のモータジェネレータ１２０によって発電された交流電流は、インバータ２１０に伝達されるとともに同インバータ２１０によって直流電流に変換され、コンバータ２２０を通じて降圧された後にバッテリ２００に充電される。
【００２３】
また、エンジン１１０の始動時には、バッテリ２００から供給される直流電流がコンバータ２２０を通じて昇圧された後にインバータ２１０によって交流電流に変換されて第１のモータジェネレータ１２０に供給される。
【００２４】
第２のモータジェネレータ１５０も、第１のモータジェネレータ１２０と同じくインバータ２１０及びコンバータ２２０を介してバッテリ２００に接続されている。そして、発進時や低速時、加速時にはバッテリ２００から供給される直流電流がコンバータ２２０で昇圧された後にインバータ２１０によって交流電流に交換されて第２のモータジェネレータ１５０に供給される。
【００２５】
第１のモータジェネレータ１２０は、エンジン１１０の始動時にはエンジン１１０をクランキングするスタータモータとして機能する一方、エンジン１１０の運転中にはエンジン１１０の動力を利用して発電を行うジェネレータとして機能する。
【００２６】
また、定常走行時や加速時には、第１のモータジェネレータ１２０によって発電された交流電流がインバータ２１０を介して第２のモータジェネレータ１５０に供給される。こうして供給された電流によって第２のモータジェネレータ１５０が駆動されると、その動力はリダクションギア１４０に伝達される。そして、リダクションギア１４０に伝達された動力がディファレンシャル１８０を介して駆動輪１９０Ｌ，１９０Ｒに伝達される。
【００２７】
また、減速時には、駆動輪１９０Ｌ，１９０Ｒから伝達される動力により第２のモータジェネレータ１５０が駆動される。このとき、第２のモータジェネレータ１５０がジェネレータとして機能し、発電することで、駆動輪１９０Ｌ，１９０Ｒから第２のモータジェネレータ１５０に伝達された動力が電力に変換される。こうして変換された電力は、インバータ２１０によって交流電流から直流電流に変換され、コンバータ２２０を通じて降圧された後にバッテリ２００に充電される。
【００２８】
すなわち、減速時には、運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリ２００に蓄えることにより、エネルギーを回収するようにしている。
こうしたハイブリッドシステム１００の制御は、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００から出力される制御信号に基づいて実行される。パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、ハイブリッドシステム１００の各部を制御するための各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムやデータが記憶された読み込み専用メモリ（ＲＯＭ）、演算処理の結果などを一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などを備えて構成されている。
【００２９】
また、図１に示すように、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００には、バッテリ監視ユニット２５０、モータ制御ユニット３００、エンジン制御ユニット４００が接続されている。
【００３０】
バッテリ監視ユニット２５０には、バッテリ２００とコンバータ２２０との間の電力ラインに設けられた電流センサ２３０からの電流値信号、バッテリ温度センサ２４０からのバッテリ温度信号などが入力される。バッテリ監視ユニット２５０は、こうしたセンサから入力されたバッテリ２００の状態に関するデータを必要に応じてパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００に送信する。なお、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、バッテリ監視ユニット２５０から送信される電流センサ２３０の検出値の積算値に基づいてバッテリ２００の充電状態を演算する。
【００３１】
モータ制御ユニット３００は、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００からの出力要求に従い、インバータ２１０とコンバータ２２０を制御し、第１のモータジェネレータ１２０及び第２のモータジェネレータ１５０を制御する。また、モータ制御ユニット３００には第１のモータジェネレータ１２０の回転数を検出する回転センサ３２０と第２のモータジェネレータ１５０の回転数を検出する回転センサ３５０が接続されている。モータ制御ユニット３００は、これら回転センサ３２０，３５０によって検出された回転数の情報など、車両制御に必要な情報をパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００に送信する。
【００３２】
エンジン制御ユニット４００は、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００からの出力要求に従い、エンジン１１０における燃料噴射制御や、点火時期制御、吸入空気量制御などを行う。エンジン制御ユニット４００には、吸入空気量を検出するエアフロメータ４１０や、クランクシャフト１１１の回転数であるエンジン回転数Ｎｅを検出するクランクポジションセンサ４２０、スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサ４３０などが接続されている。また、エンジン制御ユニット４００は、必要に応じてこれらのセンサによって検出された情報をパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００に送信する。
【００３３】
バッテリ監視ユニット２５０、モータ制御ユニット３００、エンジン制御ユニット４００の他にも、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００には、アクセルの操作量を検出するアクセルポジションセンサ５１０、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサ５２０、車速を検出する車速センサ５３０などが接続されている。
【００３４】
また、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００には、運転者がドライブモードを選択するためのドライブモードセレクトスイッチ５４０と、後述するシーケンシャルモードにおける変速段を選択するためのシフトスイッチ５５０が接続されている。
【００３５】
パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、アクセルの操作量と車速とに基づいてリングギア１３２に出力すべき要求トルクを算出し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギア１３２に出力されるように、エンジン１１０、第１のモータジェネレータ１２０、第２のモータジェネレータ１５０を制御する。
【００３６】
例えば、エンジン１１０が出力する動力の一部を利用して第１のモータジェネレータ１２０を駆動し、そこで発電された電力を利用して第２のモータジェネレータ１５０を駆動することによってエンジン１１０の動力に第２のモータジェネレータ１５０の動力を加えて駆動輪１９０Ｌ，１９０Ｒを駆動する。こうしてエンジン１１０が出力する動力の一部を第１のモータジェネレータ１２０に分配するととともに、第２のモータジェネレータ１５０の動力によって駆動をアシストすることにより、エンジン回転数Ｎｅを調整し、エンジン１１０を効率のよい運転領域で運転させつつ、要求動力が得られるようにする。
【００３７】
また、要求動力が大きい加速時などには、バッテリ２００から第２のモータジェネレータ１５０に電力を供給し、第２のモータジェネレータ１５０によるアシスト量を増大させてより大きな動力を出力する。
【００３８】
更に、バッテリ２００の充電残量が少ないときには、エンジン１１０の運転量を増大させ、第１のモータジェネレータ１２０における発電量を増大させることにより、バッテリ２００に電力を供給する。一方で、バッテリ２００の充電残量が十分に確保されている場合には、エンジン１１０の運転を停止して要求動力に見合う動力を第２のモータジェネレータ１５０のみからリングギア１３２に出力するモータ運転も可能である。
【００３９】
また、本実施形態のパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００には、上述したようにドライブモードセレクトスイッチ５４０が接続されている。そして、特許文献１に記載されている発明と同様に、運転者がこのドライブモードセレクトスイッチ５４０を操作することにより、システム電圧ＶＨを制限し、燃費の向上を図ることができるようになっている。なお、本実施形態におけるシステム電圧ＶＨとは、インバータ２１０と各モータジェネレータ１２０，１５０との間でやりとりされる電力の電圧のことである。
【００４０】
本実施形態のハイブリッドシステム１００にあっては、通常運転モードの他に、パワーモードとエコモードを選択することができるようになっている。そして、通常運転モードのときにはシステム電圧ＶＨを、システム保護の要件に基づいて設定されている最大電圧ＶＨｍａｘである６５０ボルトまで昇圧せずに、５００ボルトに昇圧するようにしている。そして、パワーモードが選択されたときにシステム電圧ＶＨを最大電圧ＶＨｍａｘである６５０ボルトまで昇圧し、出力を向上させるようにしている。一方で、エコモードが選択されたときには、システム電圧ＶＨを５００ボルト未満に制限し、より燃料消費量の少ない運転を実現するようにしている。
【００４１】
すなわち、本実施形態のハイブリッドシステム１００にあっては、通常運転モードとエコモードが、システム電圧ＶＨを最大電圧ＶＨｍａｘよりも低い電圧に制限する電圧制限モードに相当する。
【００４２】
なお、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００はドライブモードセレクトスイッチ５４０の操作によって選択されているモードを優先するが、アクセルの操作量が非常に大きいときには大きな出力が要求されていると判断し、ドライブモードセレクトスイッチ５４０の操作に依らずに自動的にパワーモードに切り替えることもある。
【００４３】
また、本実施形態のパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、特許文献２に記載されている発明と同様に、運転者がシフトスイッチ５５０やシフトレバーを操作することにより、任意に変速段を切り替えることのできるシーケンシャルモードを備えている。
【００４４】
本実施形態のハイブリッドシステム１００にあっては、６つの変速段を備える有段変速機を搭載した車両のような運転感覚を演出するために、１速〜６速までの６つの変速段に対応させて図２に示されるように車速に比例して変化する下限エンジン回転数を設定する。なお、図２に示される実線Ｌ１〜Ｌ６はそれぞれ１速〜６速における下限エンジン回転速度を示している。すなわち、実線Ｌ１は１速が選択されているときの車速と下限エンジン回転数との関係を示しており、実線Ｌ２は２速が選択されているときの車速と下限エンジン回転数との関係を示している。同様に、実線Ｌ３は３速が選択されているときの、実線Ｌ４は４速が選択されているときの、実線Ｌ５は５速が選択されているときの、実線Ｌ６は６速が選択されているときの、車速と下限エンジン回転数との関係をそれぞれ示している。
【００４５】
例えば、６つの変速段のうち、３速が選択されている場合には、図２に示される実線Ｌ３に沿って車速に応じた下限エンジン回転数を設定する。すなわち、図２に矢印で示されるように車速が「Ｖ１」の場合には、下限エンジン回転数が「Ｎｅ１」に設定される。
【００４６】
そして、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、この設定された下限エンジン回転数を下回らないようにエンジン回転数Ｎｅを制御することにより、車速の変化に比例してエンジン回転数Ｎｅが変化する有段変速機を搭載した車両のような運転感覚を演出する。
【００４７】
ところで、システム電圧ＶＨを最大電圧ＶＨｍａｘよりも小さい電圧にすることにより、システム電圧ＶＨを制限した場合には、各モータジェネレータ１２０，１５０における定格トルクが低下し、各モータジェネレータ１２０，１５０における回生制動力も低減することになる。そのため、システム電圧ＶＨを制限した場合には、エンジン１１０から分配される動力を十分に回生制動することができずに第１のモータジェネレータ１２０の回転数やエンジン１１０の回転数が過剰に高くなってしまうおそれがある。これを抑制するためには第１のモータジェネレータ１２０の回転数並びに定格トルクとエンジン１１０の性能曲線を考慮して第１のモータジェネレータ１２０の回転数に上限を設け、第１のモータジェネレータ１２０の回転数を制限する必要がある。しかし、第１のモータジェネレータ１２０の回転数を制限するためには、第１のモータジェネレータ１２０を駆動しているエンジン１１０の回転数に上限を設け、エンジン回転数Ｎｅを制限する必要がある。
【００４８】
シーケンシャルモードにあっては、上述したように下限エンジン回転数を設けてエンジン回転数Ｎｅを制御するようにしている。そのため、シーケンシャルモードにより設定されている下限エンジン回転数が、第１のモータジェネレータ１２０の回転数を制限するために設けられる上限エンジン回転数よりも高い場合には、シーケンシャルモードによって設定された下限エンジン回転数を実現することができなくなってしまう。
【００４９】
そこで、本実施形態のパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００では、シーケンシャルモードによって設定された下限エンジン回転数を下回らないようにエンジン回転数Ｎｅを制御しつつ、システム電圧ＶＨを制限することができるように、下限エンジン回転数を考慮してシステム電圧ＶＨを制限するようにしている。
【００５０】
以下、本実施形態にかかるシーケンシャルモード時のシステム電圧設定処理について図３〜５を参照して説明する。
図３に示されるシステム電圧設定処理は、シーケンシャルモードによる制御が実行されているときにパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００によって所定の制御周期で繰り返し実行される。
【００５１】
この処理が開始されると、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、図３に示されるようにまずステップＳ１００において、車速と選択されている変速段とに基づいて必要エンジン回転数Ｎｅ＊を算出する。具体的には、図２を参照して説明したように、選択されている変速段と車速とに基づいて下限エンジン回転数を算出し、この下限エンジン回転数を必要エンジン回転数Ｎｅ＊とする。なお、下限エンジン回転数に所定のマージンを加算して必要エンジン回転数Ｎｅ＊を算出するようにしてもよい。
【００５２】
こうして必要エンジン回転数Ｎｅ＊を算出すると、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、ステップＳ１２０において必要エンジン回転数Ｎｅ＊と必要エンジントルクＴｅ＊とに基づき、必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊と必要ジェネレータトルクＴｇ＊を算出する。
【００５３】
なお、必要エンジントルクＴｅ＊は、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００における周知の出力制御を通じて算出されるエンジン１１０が出力すべき要求トルクの値である。
【００５４】
ここでは、図４の共線図に示される関係を利用して、エンジン回転数Ｎｅを必要エンジン回転数Ｎｅ＊に保持しつつ、必要エンジントルクＴｅ＊を実現するために必要な第１のモータジェネレータの回転数Ｎｇ並びにトルクＴｇを算出し、これらの値を必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊、必要ジェネレータトルクＴｇ＊とする。
【００５５】
上述したように本実施形態にかかる動力分割機構１３０におけるプラネタリ比は「ρ」であるため、共線図におけるサンギア１３１に対応する軸「Ｓ」からプラネタリキャリア１３４に対応する軸「Ｃ」までの距離と軸「Ｃ」からリングギア１３２に対応する軸「Ｒ」までの距離との関係は、図４に示されるように「１：ρ」になる。
【００５６】
エンジン１１０のクランクシャフト１１１はプラネタリキャリア１３４に連結されており、第１のモータジェネレータ１２０はサンギア１３１に連結されているため、第１のモータジェネレータ１２０の回転数であるジェネレータ回転数Ｎｇとエンジン回転数Ｎｅは図４に示されるように共線図上に示すことができる。
【００５７】
図４の共線図に示される関係からリングギア１３２の回転数Ｎｒとエンジン回転数Ｎｅとジェネレータ回転数Ｎｇとの関係は、下記の数式（１）で表すことができる。
【００５８】
【数１】
なお、リングギアの回転数Ｎｒは、車速とリングギア１３２から駆動輪１９０Ｌ、１９０Ｒまで間の減速比とに基づいて算出することができる。
【００５９】
したがって、車速に基づいて算出されるリングギア１３２の回転数Ｎｒと必要エンジン回転数Ｎｅ＊を上記の数式（１）に代入すれば、必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊を算出することができる。ステップＳ１１０では、このように数式（１）に示される関係を利用することにより、必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊を算出する。
【００６０】
また、エンジン１１０が出力するトルクＴｅは、リングギア１３２とサンギア１３１に分配される。動力分割機構１３０におけるプラネタリ比は「ρ」であるため、エンジン１１０が出力するトルクＴｅとサンギア１３１に分配されるトルクＴｅｓとの関係は下記の数式（２）で表すことができる。
【００６１】
【数２】
したがって、図４に下向きの矢印で示されるようにこの分配されるトルクＴｅｓを相殺するために必要なジェネレータトルクＴｇは下記の数式（３）によって算出することができる。
【００６２】
【数３】
ステップＳ１１０では、この数式（３）に示される関係を利用して、必要エンジントルクＴｅ＊が出力されたときに分配されるトルクＴｅｓを相殺するために必要なジェネレータトルクＴｇを必要ジェネレータトルクＴｇ＊として算出する。
【００６３】
より具体的には、数式（３）にエンジントルクＴｅとして必要エンジントルクＴｅ＊を代入し、算出されたジェネレータトルクＴｇを必要ジェネレータトルクＴｇ＊とする。
こうして必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊と必要ジェネレータトルクＴｇ＊を算出すると、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００はステップＳ１２０において、必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊と必要ジェネレータトルクＴｇ＊に基づいて必要システム電圧ＶＨ＊を算出する。
【００６４】
具体的には、図５に示されるような演算マップを利用して必要システム電圧ＶＨ＊を算出する。この演算マップには、図５に示されるように必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊、必要ジェネレータトルクＴｇ＊の大きさに応じて７つの領域Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５、Ｚ６、Ｚ７が区画されており、各領域にはそれぞれ異なる大きさの必要システム電圧ＶＨ＊の値が設定されている。なお、この演算マップにあっては、必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊が高いほど、また必要ジェネレータトルクＴｇ＊が高いほど、高い必要システム電圧ＶＨ＊が算出されるように各領域に対する必要システム電圧ＶＨ＊の値が設定されている。また、各領域に対して設定されている必要システム電圧ＶＨ＊の値は予め行う実験などの結果に基づいて、その領域内に規定される状態（ジェネレータ回転数Ｎｇ、ジェネレータトルクＴｇ）で第１のモータジェネレータ１２０を運転させるために必要なシステム電圧ＶＨの大きさに基づいて設定されている。
【００６５】
ステップＳ１２０では、こうした演算マップを利用して、図５に矢印で示されるように必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊と必要ジェネレータトルクＴｇ＊を実現する点Ｐが属する領域に対して設定されている必要システム電圧ＶＨ＊の値を読み出すことにより、必要システム電圧ＶＨ＊を算出する。具体的には、図５に示されるように必要ジェネレータ回転数Ｎｇ＊が「Ｎｇ１」であり、必要ジェネレータトルクＴｇ＊が「Ｔｇ１」である場合には、点Ｐが属する領域は「Ｚ５」であるため、この領域Ｚ５に対して設定された必要システム電圧ＶＨ＊を読み出し、これを必要システム電圧ＶＨ＊とする。
【００６６】
こうして必要システム電圧ＶＨ＊を算出すると、ステップＳ１３０へと進み、パワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、算出された必要システム電圧ＶＨ＊と選択されているドライブモードにおけるシステム電圧ＶＨの設定値である制限システム電圧ＶＨＬとを比較し、そのうちの大きい方の値をシステム電圧ＶＨとする。
【００６７】
そして、ステップＳ１４０へと進み、ステップＳ１３０を通じて設定されたシステム電圧ＶＨと最大電圧ＶＨｍａｘとを比較し、そのうちの大きい方の値を最終的にシステム電圧ＶＨとして設定する。
【００６８】
本実施形態のパワーマネジメントコントロールコンピュータ５００は、シーケンシャルモードによる制御が実行されているときに、上記のようなシステム電圧設定処理を繰り返し実行することにより、システム電圧ＶＨを設定する。
【００６９】
（作用）
このようなシステム電圧設定処理をシーケンシャルモード時に繰り返し実行することにより、下限エンジン回転数に基づいて運転されるエンジン１１０から分配されるトルクＴｅｓを第１のモータジェネレータ１２０における回生制動によって相殺するために必要なシステム電圧ＶＨが必要システム電圧ＶＨ＊として算出されるようになる。そして、この算出された必要システム電圧ＶＨ＊を確保できる範囲でシステム電圧ＶＨが制限されるようになる。
【００７０】
以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）下限エンジン回転数に基づいて運転されるエンジン１１０から分配されるトルクＴｅｓを第１のモータジェネレータ１２０における回生制動によって相殺することができる範囲でシステム電圧ＶＨが制限されるようになる。そのため、システム電圧ＶＨを制限しつつ、エンジン１１０から第１のモータジェネレータ１２０に分配されるトルクＴｅｓを電力に変換することによって消費し、第１のモータジェネレータ１２０の回転数Ｎｇを保持することができる。そのため、下限エンジン回転数を下回らないようにエンジン１１０を運転させつつ、第１のモータジェネレータ１２０の回転数が過剰に高くなることを抑制することができる。
【００７１】
したがって、シーケンシャルモードによって設定される下限エンジン回転数によるエンジン回転数Ｎｅの制御を実現しつつ、システム電圧ＶＨを制限することができる。
なお、上記の実施形態にあってはドライブモードセレクトスイッチ５４０を備え、ドライブモードセレクトスイッチ５４０の操作によって通常運転モードとパワーモード、エコモードを切り替える例を示したが、本発明はこうした切り替え用のスイッチを備えるものに限って適用されるものではない。すなわち、ドライブモードセレクトスイッチ５４０のような切り替え用のスイッチを備えていなくても、システム電圧ＶＨを制限する電圧制限モードによる運転を実現することができるものであれば、本発明を適用することができる。
【００７２】
例えば切り替え用のスイッチを備えず、アクセルの操作量が非常に大きいときには大きな出力が要求されていると判断してパワーモードを選択してシステム電圧ＶＨを最大電圧まで昇圧させて制御を行う一方、アクセルの操作量が比較的小さいときにはシステム電圧ＶＨを制限した通常運転モードによる制御を行うものに本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００７３】
１００…ハイブリッドシステム、１１０…エンジン、１１１…クランクシャフト、１１２…ダンパ、１２０…第１のモータジェネレータ、１３０…動力分割機構、１３１…サンギア、１３２…リングギア、１３３…プラネタリギア、１３４…プラネタリキャリア、１４０…リダクションギア、１４１…サンギア、１４３…プラネタリギア、１４４…プラネタリキャリア、１５０…第２のモータジェネレータ、１６０…カウンターギア、１７０…ファイナルギア、１８０…ディファレンシャル、１９０Ｌ，１９０Ｒ…駆動輪、２００…バッテリ、２１０…インバータ、２２０…コンバータ、２３０…バッテリ電流センサ、２４０…バッテリ温度センサ、２５０…バッテリ監視ユニット、３００…モータ制御ユニット、３２０，３５０…回転センサ、４００…エンジン制御ユニット、４１０…エアフロメータ、４２０…クランクポジションセンサ、４３０…スロットルポジションセンサ、５００…パワーマネジメントコントロールコンピュータ、５１０…アクセルポジションセンサ、５２０…シフトポジションセンサ、５３０…車速センサ、５４０…ドライブモードセレクトスイッチ、５５０…シフトスイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、第１のモータジェネレータと、前記エンジンの動力を前記第１のモータジェネレータに分配する動力分割機構と、駆動輪と前記動力分割機構との間に連結される第２のモータジェネレータと、前記第１のモータジェネレータ及び前記第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリと、前記バッテリの電力を昇圧して前記第１のモータジェネレータ及び前記第２のモータジェネレータに電力を供給するコンバータとを備え、制御モードとして、前記コンバータによって昇圧されるシステム電圧を最大電圧よりも低い電圧に制限した状態で車両を制御する電圧制限モードと、選択された変速段に応じて車速に比例して変化する下限エンジン回転数を設定するシーケンシャルモードとを有するハイブリッド車両の制御装置であり、
前記電圧制限モードによりシステム電圧を制限する際に、前記シーケンシャルモードにより下限エンジン回転数を設定しているときには、前記動力分割機構を通じて分配されるトルクを前記第１のモータジェネレータにおける回生制動によって相殺するために必要なシステム電圧を算出し、算出されたシステム電圧を下回らないようにシステム電圧を制限するハイブリッド車両の制御装置。
【請求項１】
エンジンと、第１のモータジェネレータと、前記エンジンの動力を前記第１のモータジェネレータに分配する動力分割機構と、駆動輪と前記動力分割機構との間に連結される第２のモータジェネレータと、前記第１のモータジェネレータ及び前記第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリと、前記バッテリの電力を昇圧して前記第１のモータジェネレータ及び前記第２のモータジェネレータに電力を供給するコンバータとを備え、制御モードとして、前記コンバータによって昇圧されるシステム電圧を最大電圧よりも低い電圧に制限した状態で車両を制御する電圧制限モードと、選択された変速段に応じて車速に比例して変化する下限エンジン回転数を設定するシーケンシャルモードとを有するハイブリッド車両の制御装置であり、
前記電圧制限モードによりシステム電圧を制限する際に、前記シーケンシャルモードにより下限エンジン回転数を設定しているときには、前記動力分割機構を通じて分配されるトルクを前記第１のモータジェネレータにおける回生制動によって相殺するために必要なシステム電圧を算出し、算出されたシステム電圧を下回らないようにシステム電圧を制限するハイブリッド車両の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６４４４（Ｐ２０１３−６４４４Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８５５０（Ｐ２０１１−１３８５５０）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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