ハイブリッド自動車
【課題】バッテリの蓄電割合ＳＯＣに拘わらず、モータからのトルクにより遊星歯車機構の歯打ちの発生を抑制させる。
【解決手段】停車時にエンジンを運転させる際には、バッテリの蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満のときには（Ｓ１８０）、モータＭＧ１から負トルク−Ｔｓｅｔを出力すると共にエンジンがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで回転するようエンジンとモータＭＧ１とを駆動制御し（Ｓ１９０〜Ｓ２１０）、バッテリの蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上のときにはモータＭＧ１から正トルクＴｓｅｔを出力すると共にエンジンがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで回転するようエンジンとモータＭＧ１とを駆動制御する（Ｓ２２０〜Ｓ２４０）。
【解決手段】停車時にエンジンを運転させる際には、バッテリの蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満のときには（Ｓ１８０）、モータＭＧ１から負トルク−Ｔｓｅｔを出力すると共にエンジンがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで回転するようエンジンとモータＭＧ１とを駆動制御し（Ｓ１９０〜Ｓ２１０）、バッテリの蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上のときにはモータＭＧ１から正トルクＴｓｅｔを出力すると共にエンジンがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで回転するようエンジンとモータＭＧ１とを駆動制御する（Ｓ２２０〜Ｓ２４０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のハイブリッド自動車としては、プラネタリギヤのキャリアにエンジンのクランクシャフトが、サンギヤに第１のモータの回転軸が、リングギヤに第２のモータの回転軸に連結された駆動軸（車軸）がそれぞれ接続されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、停車時にエンジンを始動する際には、最遅角よりも若干進角寄りの点火時期をもってエンジンを始動することにより、エンジンのトルク変動に起因してプラネタリギヤの各ギヤの歯同士が衝突を繰り返す歯打ちの発生を防止している。なお、停車時には、通常、エンジンの運転は停止されるが、エンジンの暖機や二次電池の充電が要求されたときなどにエンジンが始動される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２６０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したタイプのハイブリッド自動車では、エンジンが始動されると、エンジンはその負荷を高くした方が燃焼状態が安定するため、エンジンを負荷運転しながら第１のモータからエンジンの回転数を押さえ込む方向のトルク（負トルク）を出力することにより、プラネタリギヤの各ギヤを片側に押し当てた状態（ガタ詰め状態）とすることができ、歯打ちの発生を抑制することができる。しかしながら、第１のモータからの負トルクの出力は二次電池の充電を伴うため、二次電池が満充電や満充電に近い状態では、第１のモータから負トルクを出力することができない結果、プラネタリギヤの各ギヤのガタ詰めができずに、歯打ちが発生してしまう。なお、二次電池は満充電であるがエンジンの運転が要求される場合としては、エンジンの暖機が要求された場合や、エンジンで発生する熱を用いて暖房する暖房装置を備える自動車では暖房要求がなされた場合などが該当する。
【０００５】
本発明のハイブリッド自動車は、二次電池の蓄電割合に拘わらず、電動機からのトルクにより遊星歯車機構のガタ詰めを適切に行って歯打ちの発生を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明のハイブリッド自動車は、
内燃機関と、発電が可能な第１の電動機と、該内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸の３軸が接続された遊星歯車機構と、前記第１の電動機と電力のやり取りが可能な二次電池と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記二次電池に蓄えられている蓄電量の全容量に対する割合としての蓄電割合を検出する蓄電割合検出手段と、
停車中に前記内燃機関の運転が要求されたときには、前記検出された蓄電割合が予め定められた所定割合未満の場合には前記内燃機関の回転数を減少させる方向のトルクが前記第１の電動機から出力されるよう該第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で該内燃機関が運転されるよう該内燃機関と該第１の電動機とを制御し、前記検出された蓄電割合が前記所定割合以上の場合には前記内燃機関の回転数を増加させる方向のトルクが前記第１の電動機から出力されるよう該第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で該内燃機関が運転されるよう該内燃機関と該第１の電動機とを制御する停車時制御を実行する停車時制御手段と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明のハイブリッド自動車では、停車中に内燃機関の運転が要求されたときには、二次電池の蓄電割合が所定割合未満の場合には内燃機関の回転数を減少させる方向のトルクが第１の電動機から出力されるよう第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関と第１の電動機とを制御し、二次電池の蓄電割合が所定割合以上の場合には内燃機関の回転数を増加させる方向のトルクが第１の電動機から出力されるよう第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関と第１の電動機とを制御する。これにより、二次電池の蓄電割合に拘わらず、第１の電動機からのトルクにより遊星歯車機構のギヤを片側に押し当てることができ、歯打ちの発生を抑制することができる。
【０００９】
前記駆動軸に動力を出力可能な第２の電動機を備え、前記内燃機関の運転を伴って走行しているときには前記二次電池の蓄電割合が予め定められた制御中心に近づくよう充放電電力を設定して前記内燃機関と前記第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する本発明のハイブリッド自動車において、前記所定割合は、前記制御中心よりも高い割合に定められてなるものとすることもできる。この態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記所定割合は、前記制御中心を含む制御目標範囲の上限よりも低い割合に定められてなるものとすることもできる。
【００１０】
また、本発明のハイブリッド自動車において、前記内燃機関の運転に伴って生じる熱を用いて乗員室内を暖房する暖房装置を備え、前記停車時制御手段は、停車中に前記暖房装置の暖房要求がなされたときに前記停車時制御を実行する手段であるものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】蓄電割合ＳＯＣと充放電要求パワーとの関係の一例を示す説明図である。
【図３】実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される停車時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】モータＭＧ１から負トルクを出力してエンジン２２を回転数Ｎｉｄｌｅで運転させるときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図５】モータＭＧ１から正トルクを出力してエンジン２２を回転数Ｎｉｄｌｅで運転させるときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図６】変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【実施例】
【００１３】
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る。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関として構成されたエンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して複数のピニオンギヤ３３を連結したキャリア３４が接続されると共に駆動輪３９ａ，３９ｂにギヤ機構３７とデファレンシャルギヤ３８とを介して連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにリングギヤ３２が接続されて遊星歯車機構として構成された３軸式の動力分配統合機構３０と、例えば周知の同期発電電動機として構成されて動力分配統合機構３０のサンギヤ３１にロータが接続されたモータＭＧ１と、例えば周知の同期発電電動機として構成されて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介してロータが接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するの駆動回路として構成されたインバータ４１，４２と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやり取りするバッテリ５０と、乗員室内の温度が設定された設定温度より低いときにエンジン２２を冷却する図示しない冷却水の熱を用いて乗員室内を設定温度まで暖房する暖房装置６０と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
【００１４】
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によりその燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御がなされている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力されており、エンジンＥＣＵ２４からは、図示しないスロットルバルブや燃料噴射弁，点火プラグ，可変バルブタイミング機構などへの駆動制御信号が出力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、エンジンＥＣＵ２４は、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン回転数Ｎｅも演算している。
【００１５】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、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からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。
【００１６】
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によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ５０の正極側の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、電流センサ５１ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０から放電可能な蓄電量の全容量に対する割合としての蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりする。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。
【００１７】
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２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、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，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，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，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などが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、暖房装置６０への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、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おり、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００１８】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。ここで、充放電運転モードでは、バッテリ５０の充放電に必要な電力（充放電要求パワー）としては、蓄電割合ＳＯＣが制御目標範囲内（例えば、制御下限値が４０％で制御上限値が７０％）となるよう設定される。図２に、蓄電割合ＳＯＣと充放電要求パワーとの関係の一例を示す。充放電要求パワーは、図示するように、蓄電割合ＳＯＣが制御中心ＳＯＣ＊（例えば、６０％）よりも高いときには高くなるほど大きくなる傾向に放電側の電力が設定され、蓄電割合ＳＯＣが制御中心ＳＯＣ＊よりも低いときには低くなるほど絶対値が大きくなる傾向に充電側の電力が設定される。
【００１９】
次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、停車時にエンジン２２を運転する際の動作について説明する。図３は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される停車時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、停車時、即ち、車速センサ８８からの車速Ｖが所定車速未満（例えば、時速１０ｋｍなど）のときに所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２０】
停車時制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、エンジン２２の回転数Ｎｅやバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいて演算されたクランクシャフト２６の回転数をエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣは、電流センサ５１ｂにより検出されたバッテリ５０の充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて演算されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。
【００２１】
こうしてデータを入力すると、エンジン２２が運転中であるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、エンジン２２が運転中であると判定されたときには、エンジン２２の停止条件が成立しているか否かを判定し（ステップＳ１２０）、停止条件が成立していれば、エンジン２２の運転を停止して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。ここで、エンジン２２の停止条件は、実施例では、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが所定割合Ｓｒｅｆ１（例えば、５０％など）以上でバッテリ５０の充電が不要であり、且つ、エンジン２２の冷却水の温度が所定温度以上でエンジン２２の暖機が不要であり、暖房装置６０からの暖房要求もなされないときに成立するものとした。
【００２２】
エンジン２２が運転中でない、即ち運転停止中と判定されると、エンジン２２の始動条件が成立しているか否かを判定し（ステップＳ１４０）、始動条件が成立していないときには、何もせずに本ルーチンを終了し、始動条件が成立しているときには、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングすることによりエンジン２２を始動する（ステップＳ１５０）。ここで、エンジン２２の始動条件は、実施例では、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが所定割合Ｓｒｅｆ２（例えば、３０％）未満でバッテリ５０の充電要求がなされているか、エンジン２２の冷却水の温度が所定温度未満でエンジン２２の暖機が必要であるか、暖房装置６０からの暖房要求がなされているかのいずれかが成立しているときに成立するものとした。
【００２３】
エンジン２２を始動すると、バッテリ５０の充電要求がなされているか否かを判定し（ステップＳ１６０）、バッテリ５０の充電要求がなされているときには、エンジン２２を負荷運転してモータＭＧ１で発電してバッテリ５０を充電するバッテリ充電制御を実行して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。バッテリ充電制御は、バッテリ５０を充電するための充電用パワーＰｃｈ（例えば、５ｋｗなど）を設定し、設定した充電用パワーＰｃｈを動力換算してエンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊を設定し、設定した要求パワーＰｅ＊がエンジン２２から効率良く出力されるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると共に目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２が回転するようフィードバック制御によりモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊を設定し、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊でエンジン２２を運転制御すると共にトルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１を駆動制御することにより行なわれる。
【００２４】
一方、バッテリ５０の充電要求がなされていないときには、入力した蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満か否かを判定し（ステップＳ１８０）、蓄電割合ＳＯＣが制御中心（例えば、６０％）よりも大きく且つ制御目標範囲の上限値（例えば、７０％）よりも若干小さな閾値ＳＯＣｈｉ（例えば、６８％や６９％など）未満と判定されると、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の負トルク−Ｔｓｅｔを設定すると共に（ステップＳ１９０）、アイドリング用の回転数Ｎｉｄｌｅをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定し（ステップＳ２００）、設定した目標回転数Ｎｅ＊と現在のエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて次式（１）によりエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定し（ステップＳ２１０）、設定した目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に送信し、設定したトルク指令Ｔｍ１＊についてはモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。目標トルクＴｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２から目標トルクＴｅ＊が出力されるよう燃焼噴射制御や点火制御を行ない、トルク指令Ｔｍ１＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１からトルク指令Ｔｍ１＊に相当するトルクが出力されるようインバータ４１のスイッチング素子をスイッチング制御する。ここで、式（１）は、エンジン２２をアイドリング用の回転数Ｎｉｄｌｅで回転させるためのフィードバック制御の関係式であり、「ｋｐ」は比例項のゲインを示し、「ｋｉ」は積分項のゲインを示す。図４は、モータＭＧ１から負トルクを出力してエンジン２２を回転数Ｎｉｄｌｅで運転させるときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。図示するように、モータＭＧ１は、その回転方向とは逆方向のトルクを出力するから、発電し、発電電力はバッテリ５０に充電される。いま、バッテリ５０の充電が不要な場合を考えているから、エンジン２２をアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで自立運転させればよいが、この場合、エンジン２２のトルク変動によって動力分配統合機構３０の各ギヤ同士が衝突を繰り返して歯打ちし、振動や異音が発生する場合がある。本実施例では、モータＭＧ１から負トルク−Ｔｓｅｔを出力しながらエンジン２２をアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで運転制御することにより、動力分配統合機構３０（遊星歯車機構）の各ギヤを片側に押し当てた状態（ガタ詰め状態）とし、歯打ちの発生を防止している。ここで、所定の負トルク−Ｔｓｅｔには、動力分配統合機構３０のガタ詰めに必要十分なトルクが定められており、バッテリ５０への充電量は前述したバッテリ充電制御に比して極めて小さなものとなる。
【００２５】
Te*=kp・(Nidle-Ne)+ki・∫(Nidle-Ne)dt (1)
【００２６】
一方、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上と判定されると、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の正トルクＴｓｅｔを設定すると共に（ステップＳ２２０）、アイドリング用の回転数Ｎｉｄｌｅをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定し（ステップＳ２３０）、設定した目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２が運転されるよう式（１）により目標トルクＴｅ＊を設定し（ステップＳ２４０）、設定した目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に、トルク指令Ｔｍ１＊をモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。図５は、モータＭＧ１から正トルクを出力してエンジン２２を回転数Ｎｉｄｌｅで運転させるときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。図示するように、モータＭＧ１は、その回転方向と同方向のトルクを出力するから、バッテリ５０の放電を伴って電力を消費する。このように、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上でバッテリ５０を充電する余裕がないと判断されるときでも、モータＭＧ１から正トルクＴｓｅｔを出力することにより、動力分配統合機構３０のガタ詰めを行なって歯打ちの発生を防止しているのである。ここで、所定の正トルクＴｓｅｔには、動力分配統合機構３０のガタ詰めに必要十分なトルクが定められており、バッテリ５０の放電量は十分に小さなものとなる。なお、こうしたステップＳ２２０〜Ｓ２５０の処理が繰り返され、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満となると、モータＭＧ１のトルクは正トルクＴｓｅｔから負トルク−Ｔｓｅｔに切り替えられる。この場合、モータＭＧ１のトルクが頻繁に切り替わらないよう閾値ＳＯＣｈｉにヒステリシスを持たせるものとしてもよいことは勿論である。
【００２７】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、停車時にエンジン２２を運転させる際には、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満のときにはモータＭＧ１から負トルク−Ｔｓｅｔを出力すると共にエンジン２２がアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで回転するようエンジン２２とモータＭＧ１とを駆動制御し、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上のときにはモータＭＧ１から正トルクＴｓｅｔを出力すると共にエンジン２２がアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで回転するようエンジン２２とモータＭＧ１とを駆動制御するから、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに拘わらずモータＭＧ１からのトルクにより動力分配統合機構３０の各ギヤをガタ詰めすることができ、歯打ちの発生を抑制することができる。この結果、歯打ちに起因する振動や異音の発生を抑制することができる。
【００２８】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すると共にモータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図６の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図６における車輪３９ｃ，３９ｄに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。
【００２９】
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「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１が「第１の電動機」に相当し、動力分配統合機構３０が「遊星歯車機構」に相当し、バッテリ５０が「二次電池」に相当し、電流センサ５１ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０から放電可能な蓄電量の全容量に対する割合としての蓄電割合ＳＯＣを演算するモータＥＣＵ４０が「蓄電割合演算手段」に相当し、停車時にエンジン２２を運転する際には、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満のときにはモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の負トルク−Ｔｓｅｔを設定すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅと目標回転数であるアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとに基づいてフィードバック制御によりエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定し、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上のときにはモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の正トルクＴｓｅｔを設定すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅと目標回転数であるアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとに基づいてフィードバック制御によりエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定し、設定した目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信し、設定したトルク指令Ｔｍ１＊をモータＥＣＵ４０に送信する図３の停車時制御ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０と、受信した目標トルクＴｅ＊でエンジン２２を運転制御したりエンジン２２を始動したりエンジン２２を運転停止したりするエンジンＥＣＵ２４と、受信したトルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１をスイッチング制御するモータＥＣＵ４０とが「停車時制御手段」に相当する。また、モータＭＧ２が「第２の電動機」に相当する。
【００３０】
ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど、走行用の動力を出力可能なものであれば如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「第１の電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、走行用の動力を出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「二次電池」としては、リチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ５０に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池，鉛蓄電池など、電動機と電力のやりとりが可能なものであれば如何なるタイプの二次電池であっても構わない。「蓄電割合演算手段」としては、電流センサ５１ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを演算するものに限定されるものではなく、二次電池に蓄えられている蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合を演算するものであれば如何なるものとしても構わない。「停車時制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。停車時にエンジン２２を運転する際には、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満のときにはモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の負トルク−Ｔｓｅｔを設定すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅと目標回転数であるアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとに基づいてフィードバック制御によりエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定し、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上のときにはモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の正トルクＴｓｅｔを設定すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅと目標回転数であるアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとに基づいてフィードバック制御によりエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定してエンジン２２とモータＭＧ１とを制御するものに限定されるものではなく、停車中に内燃機関の運転が要求されたときには、蓄電割合が予め定められた所定割合未満の場合には内燃機関の回転数を減少させる方向のトルクが第１の電動機から出力されるよう第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関と第１の電動機とを制御し、蓄電割合が所定割合以上の場合には内燃機関の回転数を増加させる方向のトルクが第１の電動機から出力されるよう第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関と第１の電動機とを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
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。
【符号の説明】
【００３４】
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 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、３７ ギヤ機構、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、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、６０ 暖房装置、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のハイブリッド自動車としては、プラネタリギヤのキャリアにエンジンのクランクシャフトが、サンギヤに第１のモータの回転軸が、リングギヤに第２のモータの回転軸に連結された駆動軸（車軸）がそれぞれ接続されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、停車時にエンジンを始動する際には、最遅角よりも若干進角寄りの点火時期をもってエンジンを始動することにより、エンジンのトルク変動に起因してプラネタリギヤの各ギヤの歯同士が衝突を繰り返す歯打ちの発生を防止している。なお、停車時には、通常、エンジンの運転は停止されるが、エンジンの暖機や二次電池の充電が要求されたときなどにエンジンが始動される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２６０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したタイプのハイブリッド自動車では、エンジンが始動されると、エンジンはその負荷を高くした方が燃焼状態が安定するため、エンジンを負荷運転しながら第１のモータからエンジンの回転数を押さえ込む方向のトルク（負トルク）を出力することにより、プラネタリギヤの各ギヤを片側に押し当てた状態（ガタ詰め状態）とすることができ、歯打ちの発生を抑制することができる。しかしながら、第１のモータからの負トルクの出力は二次電池の充電を伴うため、二次電池が満充電や満充電に近い状態では、第１のモータから負トルクを出力することができない結果、プラネタリギヤの各ギヤのガタ詰めができずに、歯打ちが発生してしまう。なお、二次電池は満充電であるがエンジンの運転が要求される場合としては、エンジンの暖機が要求された場合や、エンジンで発生する熱を用いて暖房する暖房装置を備える自動車では暖房要求がなされた場合などが該当する。
【０００５】
本発明のハイブリッド自動車は、二次電池の蓄電割合に拘わらず、電動機からのトルクにより遊星歯車機構のガタ詰めを適切に行って歯打ちの発生を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明のハイブリッド自動車は、
内燃機関と、発電が可能な第１の電動機と、該内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸の３軸が接続された遊星歯車機構と、前記第１の電動機と電力のやり取りが可能な二次電池と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記二次電池に蓄えられている蓄電量の全容量に対する割合としての蓄電割合を検出する蓄電割合検出手段と、
停車中に前記内燃機関の運転が要求されたときには、前記検出された蓄電割合が予め定められた所定割合未満の場合には前記内燃機関の回転数を減少させる方向のトルクが前記第１の電動機から出力されるよう該第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で該内燃機関が運転されるよう該内燃機関と該第１の電動機とを制御し、前記検出された蓄電割合が前記所定割合以上の場合には前記内燃機関の回転数を増加させる方向のトルクが前記第１の電動機から出力されるよう該第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で該内燃機関が運転されるよう該内燃機関と該第１の電動機とを制御する停車時制御を実行する停車時制御手段と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明のハイブリッド自動車では、停車中に内燃機関の運転が要求されたときには、二次電池の蓄電割合が所定割合未満の場合には内燃機関の回転数を減少させる方向のトルクが第１の電動機から出力されるよう第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関と第１の電動機とを制御し、二次電池の蓄電割合が所定割合以上の場合には内燃機関の回転数を増加させる方向のトルクが第１の電動機から出力されるよう第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関と第１の電動機とを制御する。これにより、二次電池の蓄電割合に拘わらず、第１の電動機からのトルクにより遊星歯車機構のギヤを片側に押し当てることができ、歯打ちの発生を抑制することができる。
【０００９】
前記駆動軸に動力を出力可能な第２の電動機を備え、前記内燃機関の運転を伴って走行しているときには前記二次電池の蓄電割合が予め定められた制御中心に近づくよう充放電電力を設定して前記内燃機関と前記第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する本発明のハイブリッド自動車において、前記所定割合は、前記制御中心よりも高い割合に定められてなるものとすることもできる。この態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記所定割合は、前記制御中心を含む制御目標範囲の上限よりも低い割合に定められてなるものとすることもできる。
【００１０】
また、本発明のハイブリッド自動車において、前記内燃機関の運転に伴って生じる熱を用いて乗員室内を暖房する暖房装置を備え、前記停車時制御手段は、停車中に前記暖房装置の暖房要求がなされたときに前記停車時制御を実行する手段であるものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】蓄電割合ＳＯＣと充放電要求パワーとの関係の一例を示す説明図である。
【図３】実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される停車時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】モータＭＧ１から負トルクを出力してエンジン２２を回転数Ｎｉｄｌｅで運転させるときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図５】モータＭＧ１から正トルクを出力してエンジン２２を回転数Ｎｉｄｌｅで運転させるときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図６】変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【実施例】
【００１３】
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る。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関として構成されたエンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して複数のピニオンギヤ３３を連結したキャリア３４が接続されると共に駆動輪３９ａ，３９ｂにギヤ機構３７とデファレンシャルギヤ３８とを介して連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにリングギヤ３２が接続されて遊星歯車機構として構成された３軸式の動力分配統合機構３０と、例えば周知の同期発電電動機として構成されて動力分配統合機構３０のサンギヤ３１にロータが接続されたモータＭＧ１と、例えば周知の同期発電電動機として構成されて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介してロータが接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するの駆動回路として構成されたインバータ４１，４２と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやり取りするバッテリ５０と、乗員室内の温度が設定された設定温度より低いときにエンジン２２を冷却する図示しない冷却水の熱を用いて乗員室内を設定温度まで暖房する暖房装置６０と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
【００１４】
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によりその燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御がなされている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力されており、エンジンＥＣＵ２４からは、図示しないスロットルバルブや燃料噴射弁，点火プラグ，可変バルブタイミング機構などへの駆動制御信号が出力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、エンジンＥＣＵ２４は、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン回転数Ｎｅも演算している。
【００１５】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、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からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。
【００１６】
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によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ５０の正極側の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、電流センサ５１ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０から放電可能な蓄電量の全容量に対する割合としての蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりする。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。
【００１７】
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２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、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，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，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，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などが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、暖房装置６０への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、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おり、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００１８】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。ここで、充放電運転モードでは、バッテリ５０の充放電に必要な電力（充放電要求パワー）としては、蓄電割合ＳＯＣが制御目標範囲内（例えば、制御下限値が４０％で制御上限値が７０％）となるよう設定される。図２に、蓄電割合ＳＯＣと充放電要求パワーとの関係の一例を示す。充放電要求パワーは、図示するように、蓄電割合ＳＯＣが制御中心ＳＯＣ＊（例えば、６０％）よりも高いときには高くなるほど大きくなる傾向に放電側の電力が設定され、蓄電割合ＳＯＣが制御中心ＳＯＣ＊よりも低いときには低くなるほど絶対値が大きくなる傾向に充電側の電力が設定される。
【００１９】
次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、停車時にエンジン２２を運転する際の動作について説明する。図３は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される停車時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、停車時、即ち、車速センサ８８からの車速Ｖが所定車速未満（例えば、時速１０ｋｍなど）のときに所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２０】
停車時制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、エンジン２２の回転数Ｎｅやバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいて演算されたクランクシャフト２６の回転数をエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣは、電流センサ５１ｂにより検出されたバッテリ５０の充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて演算されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。
【００２１】
こうしてデータを入力すると、エンジン２２が運転中であるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、エンジン２２が運転中であると判定されたときには、エンジン２２の停止条件が成立しているか否かを判定し（ステップＳ１２０）、停止条件が成立していれば、エンジン２２の運転を停止して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。ここで、エンジン２２の停止条件は、実施例では、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが所定割合Ｓｒｅｆ１（例えば、５０％など）以上でバッテリ５０の充電が不要であり、且つ、エンジン２２の冷却水の温度が所定温度以上でエンジン２２の暖機が不要であり、暖房装置６０からの暖房要求もなされないときに成立するものとした。
【００２２】
エンジン２２が運転中でない、即ち運転停止中と判定されると、エンジン２２の始動条件が成立しているか否かを判定し（ステップＳ１４０）、始動条件が成立していないときには、何もせずに本ルーチンを終了し、始動条件が成立しているときには、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングすることによりエンジン２２を始動する（ステップＳ１５０）。ここで、エンジン２２の始動条件は、実施例では、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが所定割合Ｓｒｅｆ２（例えば、３０％）未満でバッテリ５０の充電要求がなされているか、エンジン２２の冷却水の温度が所定温度未満でエンジン２２の暖機が必要であるか、暖房装置６０からの暖房要求がなされているかのいずれかが成立しているときに成立するものとした。
【００２３】
エンジン２２を始動すると、バッテリ５０の充電要求がなされているか否かを判定し（ステップＳ１６０）、バッテリ５０の充電要求がなされているときには、エンジン２２を負荷運転してモータＭＧ１で発電してバッテリ５０を充電するバッテリ充電制御を実行して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。バッテリ充電制御は、バッテリ５０を充電するための充電用パワーＰｃｈ（例えば、５ｋｗなど）を設定し、設定した充電用パワーＰｃｈを動力換算してエンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊を設定し、設定した要求パワーＰｅ＊がエンジン２２から効率良く出力されるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると共に目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２が回転するようフィードバック制御によりモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊を設定し、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊でエンジン２２を運転制御すると共にトルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１を駆動制御することにより行なわれる。
【００２４】
一方、バッテリ５０の充電要求がなされていないときには、入力した蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満か否かを判定し（ステップＳ１８０）、蓄電割合ＳＯＣが制御中心（例えば、６０％）よりも大きく且つ制御目標範囲の上限値（例えば、７０％）よりも若干小さな閾値ＳＯＣｈｉ（例えば、６８％や６９％など）未満と判定されると、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の負トルク−Ｔｓｅｔを設定すると共に（ステップＳ１９０）、アイドリング用の回転数Ｎｉｄｌｅをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定し（ステップＳ２００）、設定した目標回転数Ｎｅ＊と現在のエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて次式（１）によりエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定し（ステップＳ２１０）、設定した目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に送信し、設定したトルク指令Ｔｍ１＊についてはモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。目標トルクＴｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２から目標トルクＴｅ＊が出力されるよう燃焼噴射制御や点火制御を行ない、トルク指令Ｔｍ１＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１からトルク指令Ｔｍ１＊に相当するトルクが出力されるようインバータ４１のスイッチング素子をスイッチング制御する。ここで、式（１）は、エンジン２２をアイドリング用の回転数Ｎｉｄｌｅで回転させるためのフィードバック制御の関係式であり、「ｋｐ」は比例項のゲインを示し、「ｋｉ」は積分項のゲインを示す。図４は、モータＭＧ１から負トルクを出力してエンジン２２を回転数Ｎｉｄｌｅで運転させるときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。図示するように、モータＭＧ１は、その回転方向とは逆方向のトルクを出力するから、発電し、発電電力はバッテリ５０に充電される。いま、バッテリ５０の充電が不要な場合を考えているから、エンジン２２をアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで自立運転させればよいが、この場合、エンジン２２のトルク変動によって動力分配統合機構３０の各ギヤ同士が衝突を繰り返して歯打ちし、振動や異音が発生する場合がある。本実施例では、モータＭＧ１から負トルク−Ｔｓｅｔを出力しながらエンジン２２をアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで運転制御することにより、動力分配統合機構３０（遊星歯車機構）の各ギヤを片側に押し当てた状態（ガタ詰め状態）とし、歯打ちの発生を防止している。ここで、所定の負トルク−Ｔｓｅｔには、動力分配統合機構３０のガタ詰めに必要十分なトルクが定められており、バッテリ５０への充電量は前述したバッテリ充電制御に比して極めて小さなものとなる。
【００２５】
Te*=kp・(Nidle-Ne)+ki・∫(Nidle-Ne)dt (1)
【００２６】
一方、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上と判定されると、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の正トルクＴｓｅｔを設定すると共に（ステップＳ２２０）、アイドリング用の回転数Ｎｉｄｌｅをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定し（ステップＳ２３０）、設定した目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２が運転されるよう式（１）により目標トルクＴｅ＊を設定し（ステップＳ２４０）、設定した目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に、トルク指令Ｔｍ１＊をモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。図５は、モータＭＧ１から正トルクを出力してエンジン２２を回転数Ｎｉｄｌｅで運転させるときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。図示するように、モータＭＧ１は、その回転方向と同方向のトルクを出力するから、バッテリ５０の放電を伴って電力を消費する。このように、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上でバッテリ５０を充電する余裕がないと判断されるときでも、モータＭＧ１から正トルクＴｓｅｔを出力することにより、動力分配統合機構３０のガタ詰めを行なって歯打ちの発生を防止しているのである。ここで、所定の正トルクＴｓｅｔには、動力分配統合機構３０のガタ詰めに必要十分なトルクが定められており、バッテリ５０の放電量は十分に小さなものとなる。なお、こうしたステップＳ２２０〜Ｓ２５０の処理が繰り返され、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満となると、モータＭＧ１のトルクは正トルクＴｓｅｔから負トルク−Ｔｓｅｔに切り替えられる。この場合、モータＭＧ１のトルクが頻繁に切り替わらないよう閾値ＳＯＣｈｉにヒステリシスを持たせるものとしてもよいことは勿論である。
【００２７】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、停車時にエンジン２２を運転させる際には、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満のときにはモータＭＧ１から負トルク−Ｔｓｅｔを出力すると共にエンジン２２がアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで回転するようエンジン２２とモータＭＧ１とを駆動制御し、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上のときにはモータＭＧ１から正トルクＴｓｅｔを出力すると共にエンジン２２がアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅで回転するようエンジン２２とモータＭＧ１とを駆動制御するから、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに拘わらずモータＭＧ１からのトルクにより動力分配統合機構３０の各ギヤをガタ詰めすることができ、歯打ちの発生を抑制することができる。この結果、歯打ちに起因する振動や異音の発生を抑制することができる。
【００２８】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すると共にモータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図６の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図６における車輪３９ｃ，３９ｄに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。
【００２９】
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「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１が「第１の電動機」に相当し、動力分配統合機構３０が「遊星歯車機構」に相当し、バッテリ５０が「二次電池」に相当し、電流センサ５１ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０から放電可能な蓄電量の全容量に対する割合としての蓄電割合ＳＯＣを演算するモータＥＣＵ４０が「蓄電割合演算手段」に相当し、停車時にエンジン２２を運転する際には、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満のときにはモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の負トルク−Ｔｓｅｔを設定すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅと目標回転数であるアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとに基づいてフィードバック制御によりエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定し、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上のときにはモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の正トルクＴｓｅｔを設定すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅと目標回転数であるアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとに基づいてフィードバック制御によりエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定し、設定した目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信し、設定したトルク指令Ｔｍ１＊をモータＥＣＵ４０に送信する図３の停車時制御ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０と、受信した目標トルクＴｅ＊でエンジン２２を運転制御したりエンジン２２を始動したりエンジン２２を運転停止したりするエンジンＥＣＵ２４と、受信したトルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１をスイッチング制御するモータＥＣＵ４０とが「停車時制御手段」に相当する。また、モータＭＧ２が「第２の電動機」に相当する。
【００３０】
ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど、走行用の動力を出力可能なものであれば如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「第１の電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、走行用の動力を出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「二次電池」としては、リチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ５０に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池，鉛蓄電池など、電動機と電力のやりとりが可能なものであれば如何なるタイプの二次電池であっても構わない。「蓄電割合演算手段」としては、電流センサ５１ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを演算するものに限定されるものではなく、二次電池に蓄えられている蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合を演算するものであれば如何なるものとしても構わない。「停車時制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。停車時にエンジン２２を運転する際には、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ未満のときにはモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の負トルク−Ｔｓｅｔを設定すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅと目標回転数であるアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとに基づいてフィードバック制御によりエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定し、蓄電割合ＳＯＣが閾値ＳＯＣｈｉ以上のときにはモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に所定の正トルクＴｓｅｔを設定すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅと目標回転数であるアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとに基づいてフィードバック制御によりエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定してエンジン２２とモータＭＧ１とを制御するものに限定されるものではなく、停車中に内燃機関の運転が要求されたときには、蓄電割合が予め定められた所定割合未満の場合には内燃機関の回転数を減少させる方向のトルクが第１の電動機から出力されるよう第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関と第１の電動機とを制御し、蓄電割合が所定割合以上の場合には内燃機関の回転数を増加させる方向のトルクが第１の電動機から出力されるよう第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関と第１の電動機とを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
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。
【符号の説明】
【００３４】
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 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、３７ ギヤ機構、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、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、６０ 暖房装置、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、発電が可能な第１の電動機と、該内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸の３軸が接続された遊星歯車機構と、前記第１の電動機と電力のやり取りが可能な二次電池と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記二次電池に蓄えられている蓄電量の全容量に対する割合としての蓄電割合を検出する蓄電割合検出手段と、
停車中に前記内燃機関の運転が要求されたときには、前記検出された蓄電割合が予め定められた所定割合未満の場合には前記内燃機関の回転数を減少させる方向のトルクが前記第１の電動機から出力されるよう該第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で該内燃機関が運転されるよう該内燃機関と該第１の電動機とを制御し、前記検出された蓄電割合が前記所定割合以上の場合には前記内燃機関の回転数を増加させる方向のトルクが前記第１の電動機から出力されるよう該第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で該内燃機関が運転されるよう該内燃機関と該第１の電動機とを制御する停車時制御を実行する停車時制御手段と
を備えるハイブリッド自動車。
【請求項２】
前記駆動軸に動力を出力可能な第２の電動機を備え、前記内燃機関の運転を伴って走行しているときには前記二次電池の蓄電割合が予め定められた制御中心に近づくよう充放電電力を設定して前記内燃機関と前記第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
前記所定割合は、前記制御中心よりも高い割合に定められてなる
ハイブリッド自動車。
【請求項３】
請求項２記載のハイブリッド自動車であって、
前記所定割合は、前記制御中心を含む制御目標範囲の上限よりも低い割合に定められてなる
ハイブリッド自動車。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項に記載のハイブリッド自動車であって、
前記内燃機関の運転に伴って生じる熱を用いて乗員室内を暖房する暖房装置を備え、
前記停車時制御手段は、停車中に前記暖房装置の暖房要求がなされたときに前記停車時制御を実行する手段である
ハイブリッド自動車。
【請求項１】
内燃機関と、発電が可能な第１の電動機と、該内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸の３軸が接続された遊星歯車機構と、前記第１の電動機と電力のやり取りが可能な二次電池と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記二次電池に蓄えられている蓄電量の全容量に対する割合としての蓄電割合を検出する蓄電割合検出手段と、
停車中に前記内燃機関の運転が要求されたときには、前記検出された蓄電割合が予め定められた所定割合未満の場合には前記内燃機関の回転数を減少させる方向のトルクが前記第１の電動機から出力されるよう該第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で該内燃機関が運転されるよう該内燃機関と該第１の電動機とを制御し、前記検出された蓄電割合が前記所定割合以上の場合には前記内燃機関の回転数を増加させる方向のトルクが前記第１の電動機から出力されるよう該第１の電動機が駆動されると共に目標回転数で該内燃機関が運転されるよう該内燃機関と該第１の電動機とを制御する停車時制御を実行する停車時制御手段と
を備えるハイブリッド自動車。
【請求項２】
前記駆動軸に動力を出力可能な第２の電動機を備え、前記内燃機関の運転を伴って走行しているときには前記二次電池の蓄電割合が予め定められた制御中心に近づくよう充放電電力を設定して前記内燃機関と前記第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
前記所定割合は、前記制御中心よりも高い割合に定められてなる
ハイブリッド自動車。
【請求項３】
請求項２記載のハイブリッド自動車であって、
前記所定割合は、前記制御中心を含む制御目標範囲の上限よりも低い割合に定められてなる
ハイブリッド自動車。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項に記載のハイブリッド自動車であって、
前記内燃機関の運転に伴って生じる熱を用いて乗員室内を暖房する暖房装置を備え、
前記停車時制御手段は、停車中に前記暖房装置の暖房要求がなされたときに前記停車時制御を実行する手段である
ハイブリッド自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−９１６４５（Ｐ２０１２−９１６４５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９７４６（Ｐ２０１０−２３９７４６）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【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２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【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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