ハイブリッド自動車
【課題】車両の加速性能を十分に発揮させる。
【解決手段】バッテリの放電パワーＰｂがバッテリの出力制限Ｗｏｕｔ未満で且つモータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動しているときには（Ｓ３３０，Ｓ３４０）、エンジンの目標回転数Ｎｅ＊を所定回転数Ｎ１だけ減少させて目標回転数Ｎｅ＊を再設定すると共に再設定した目標回転数Ｎｅ＊をパワー用動作ライン上で実現するためのトルクを目標トルクＴｅ＊に再設定する（Ｓ３５０，Ｓ３６０）。これにより、エンジンから駆動軸に直接伝達されるトルク（直達トルク）を増加させることができ、直達トルクとモータＭＧ２の最大トルクとの和のトルクにより駆動軸に要求される要求トルクＴｒ＊に対応することができる。この結果、車両の加速性能を十分に発揮させることができる。
【解決手段】バッテリの放電パワーＰｂがバッテリの出力制限Ｗｏｕｔ未満で且つモータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動しているときには（Ｓ３３０，Ｓ３４０）、エンジンの目標回転数Ｎｅ＊を所定回転数Ｎ１だけ減少させて目標回転数Ｎｅ＊を再設定すると共に再設定した目標回転数Ｎｅ＊をパワー用動作ライン上で実現するためのトルクを目標トルクＴｅ＊に再設定する（Ｓ３５０，Ｓ３６０）。これにより、エンジンから駆動軸に直接伝達されるトルク（直達トルク）を増加させることができ、直達トルクとモータＭＧ２の最大トルクとの和のトルクにより駆動軸に要求される要求トルクＴｒ＊に対応することができる。この結果、車両の加速性能を十分に発揮させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと、発電が可能な第１のモータと、エンジンの出力軸と第１のモータの回転軸と車軸側とに接続されたプラネタリギヤと、充放電が可能なバッテリと、第１のモータの発電電力とバッテリの放電電力の供給を受けて車軸側に動力を出力可能な第２のモータと、を備える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、エンジンと、モータＭＧ１と、エンジンのクランクシャフトとモータＭＧ１の回転軸と車軸に連結された駆動軸とに接続されたプラネタリギヤと、駆動軸に動力を出力可能なモータＭＧ２と、二つのモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやり取りするバッテリとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、坂道発進時に、駆動軸に要求される要求トルクに基づいてエンジンに要求される要求パワーを設定し、設定した要求パワーとエンジンを効率よく動作させる動作ラインとに基づいてエンジンの目標回転数および目標トルク（目標動作点）を設定し、エンジンが目標回転数で回転するようモータＭＧ１から出力すべきトルクを設定し、駆動軸に要求される要求トルクがエンジンから駆動軸に直接に伝達されるトルクとモータＭＧ２から駆動軸に出力されるトルクとの和のトルクにより出力されるようモータＭＧ２から出力すべきトルクを設定し、各設定値によりエンジンとモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御する。そして、バッテリの入出力制限の範囲内で要求トルクのすべてを駆動軸に出力できないときには、駆動軸に出力されるトルクが値０から要求トルクまでの範囲内となり且つモータＭＧ１，ＭＧ２で充放電される電力の和が入力制限から出力制限までの範囲内となるようモータＭＧ１から出力すべきトルクを変更すると共に要求トルクが駆動軸に出力されるようモータＭＧ２から出力すべきトルクを変更している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３７２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したタイプのハイブリッド自動車では、モータＭＧ２ではエンジンからの動力を用いてモータＭＧ１により発電した発電電力とバッテリの放電電力とを消費して動力を出力することができるが、定格トルクによる制限や高温による制限などによってはモータＭＧ２に供給可能な電力のすべてを消費することができない場合があり、この場合、加速性能を最大限発揮することはできない。
【０００５】
本発明のハイブリッド自動車は、その加速性能を十分に発揮させ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、
エンジンと、発電が可能な第１のモータと、前記エンジンの出力軸と前記第１のモータの回転軸と車軸側とに接続されたプラネタリギヤと、充放電が可能なバッテリと、前記第１のモータの発電電力と前記バッテリの放電電力の供給を受けて前記車軸側に動力を出力可能な第２のモータと、前記エンジンに要求される要求パワーを出力するための所定の動作ライン上の動作点を前記エンジンの目標動作点として設定する目標動作点設定手段と、前記設定された目標動作点で前記エンジンが運転されると共に走行に要求される要求トルクが前記エンジンから前記車軸側に伝達されるトルクと前記第２のモータに課された上限トルクの範囲内で該第２のモータから前記車軸側に出力されるトルクとの和のトルクにより出力されるよう前記エンジンと前記第１および第２のモータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、前記第２のモータから前記上限トルクが出力されている状態で加速走行が要求されたときには、前記バッテリの放電電力が該バッテリの出力制限を超えない範囲内で前記設定された目標動作点を前記所定の動作ライン上でエンジントルクが大きくなる方向に変更して制御する手段である
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、エンジンに要求される要求パワーを出力するための所定の動作ライン上の動作点をエンジンの目標動作点として設定し、目標動作点でエンジンが運転されると共に走行に要求される要求トルクがエンジンから車軸側に伝達されるトルクと第２のモータに課された上限トルクの範囲内で第２のモータから車軸側に出力されるトルクとの和のトルクにより出力されるようエンジンと第１および第２のモータとを制御するものにおいて、第２のモータから上限トルクが出力されている状態で加速走行が要求されたときには、バッテリの放電電力がバッテリの出力制限を超えない範囲内で目標動作点を所定の動作ライン上でエンジントルクが大きくなる方向に変更する。これにより、エンジンから車軸側に出力されるトルクを大きくすることができるから、加速性能を発揮させることができる。また、こうした動作点の変更はエンジンから出力されるパワーの変更を伴うから、動作点の変更をバッテリの放電電力が出力制限を超えない範囲内で行なうことにより、バッテリが過放電するのをより確実に抑制することができる。ここで、「出力制限」は、バッテリが放電できる最大許容電力を示す。また、「動作点」は、回転数およびトルクからなるポイントをいう。
【０００９】
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記所定の動作ラインは、前記エンジンが最大トルクを出力可能な最大トルク時動作点と前記エンジンが最大出力を出力可能な最大出力時動作点とが異なるよう定められ、前記制御手段は、前記エンジンが前記最大トルク時動作点よりも高い出力の動作点で運転されている場合に、前記エンジンの動作点が前記所定の動作ラインに沿って前記最大トルク時動作点に近づくよう前記目標動作点を変更して制御する手段であ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、前記所定の動作ラインは、前記最大トルク時動作点の回転数が前記最大出力時動作点の回転数よりも低くなるよう定められ、前記制御手段は、前記バッテリの放電電力が前記出力制限未満のときには前記エンジンの回転数が減少する方向に前記目標動作点を変更し、前記バッテリの放電電力が前記出力制限以上のときには前記エンジンの回転数が増加する方向に前記目標動作点を変更する手段であるものとすることもできる。この場合、前記制御手段は、前記エンジンの回転数を所定時間毎に所定回転数ずつ変更することにより前記目標動作点を変更する手段であるものとすることもできる。こうすれば、エンジンの動作点を変更する際のショックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図４】トルク制限設定用マップの一例を示す説明図である。
【図５】エンジン２２の動作ラインと回転数ＮｅおよびトルクＴｅの関係の一例を示す説明図である。
【図６】エンジン２２からパワーを出力して運転する際のプラネタリギヤ３０の各回転要素の回転数およびトルクの力学的な関係を示す共線図である。
【図７】エンジン動作点変更処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】エンジン２２の動作点を変更する様子を示す説明図である。
【図９】モータＭＧ２への供給パワーとモータＭＧ２のパワーラインの一例を示す説明図である。
【図１０】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】
【００１１】
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】
【００１２】
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１に示すように、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を連結するキャリア３４が接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば周知の同期発電電動機として構成されプラネタリギヤ３０のサンギヤ３１に接続された発電可能なモータＭＧ１と、例えば周知の同期発電電動機として構成されプラネタリギヤ３０のリングギヤ３２に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して接続されたモータＭＧ２と、直流電流を交流電流に変換してモータＭＧ１，ＭＧ２に供給可能なインバータ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、バッテリ５０に接続された電力ライン（低電圧系電力ライン）５３とインバータ４１，４２に接続された電力ライン（高電圧系電力ライン）５４とに接続されバッテリ５０からの電力をその電圧を昇圧してインバータ４１，４２に供給可能な昇圧回路５５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。なお、リングギヤ軸３２ａは、ギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに連結されている。
【００１３】
エンジン２２は、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であり、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を受けている。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、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２６のクランク角を検出する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などが入力されている。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。なお、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２２の回転数Ｎｅも演算している。
【００１４】
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，低電圧系電力ライン５３の母線間に接続されたコンデンサ５７の電圧を検出する電圧センサ５７ａからの電圧（以下、高電圧系の電圧ＶＨという），高電圧系電力ライン５４の母線間に接続されたコンデンサ５８の電圧を検出する電圧センサ５８ａからの電圧などが入力されている。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２のスイッチング素子へのスイッチング制御信号や昇圧回路５５のスイッチング素子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。
【００１５】
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図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された低電圧系電力ライン５３に取り付けられた電流センサ５１ａ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５１ｂ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５１ａ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を演算している。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。なお、充放電電流Ｉｂは、放電側を正，充電側を負とするものとした。
【００１６】
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。
【００１７】
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プラネタリギヤ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プラネタリギヤ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。
【００１８】
次に、こうして構成されたハイブリッド自動車２０の動作、特に、車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ以上の高車速時にアクセルペダル８３が大きく踏み込まれて加速が要求されたときの動作について説明する。図２は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動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、所定時間（例えば、数ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００１９】
駆動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、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，エンジン２２の回転数Ｎｅ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，高電圧系の電圧ＶＨ，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなどの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、クランクポジションセンサにより検出されたクランクシャフト２６の回転位置に基づいて演算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。さらに、高電圧系の電圧ＶＨは、電圧センサ５８ａにより検出されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣや電池温度Ｔｂに基づいて設定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。
【００２０】
こうしてデータを入力すると、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Ｔｒ＊を設定すると共に設定した要求トルクＴｒ＊に基づいてエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊を設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴｒ＊は、本実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられるとマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出することにより設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図３に示す。要求パワーＰｅ＊は、要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものからバッテリ５０が要求する充放電要求パワー（充電側が負）を減じてさらにロス（損失）を加えることにより計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じること（Ｎｒ＝ｋ・Ｖ）によって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ること（Ｎｒ＝Ｎｍ２／Ｇｒ）によって求めることができる。
【００２１】
続いて、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と高電圧系の電圧ＶＨとに基づいてモータＭＧ２から出力できるトルクの上限であるトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍを設定する（ステップＳ１２０）。ここで、トルク制限Ｔｍ２ｌｉｍは、本実施例では、回転数Ｎｍ２と高電圧系の電圧ＶＨとトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍとの関係を予め求めてトルク制限設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、回転数Ｎｍ２と高電圧系の電圧ＶＨとが与えられると、マップから対応するトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍを導出することにより設定するものとした。トルク制限設定用マップの一例を図４に示す。図４中の各ラインは、高電圧系の電圧ＶＨ毎のモータＭＧ２の最大トルクラインを示す。
【００２２】
そして、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊と閾値Ｐｒｅｆとを比較し（ステップＳ１３０）、要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満のときにはエンジン２２の動作ラインとしてエンジン２２を効率よく運転するための燃費用動作ラインを選択し（ステップＳ１４０）、要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ以上のときにはエンジン２２の動作ラインとして効率よりもパワーの出力を優先させたパワー用動作ラインを選択する（ステップＳ１５０）。ここで、パワー用動作ラインとしては、エンジン２２の性能曲線におけるトルク曲線に沿ったラインを用いることができる。エンジン２２の動作ラインを選択すると、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊と選択した動作ラインとに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とをエンジン２２の目標動作点として設定し（ステップＳ１６０）、必要に応じて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを変更するエンジン動作点変更処理を実行する（ステップＳ１７０）。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図５に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、二つの動作ラインのうち選択した動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。なお、ステップＳ１７０のエンジン動作点変更処理については後述する。
【００２３】
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、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒとプラネタリギヤ３０のギヤ比ρとに基づいて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１との偏差とに基づいて次式（２）によりモータＭＧ１から出力すべきトルクであるトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１８０）。ここで、式（１）は、プラネタリギヤ３０の回転要素に対する力学的な関係式である。エンジン２２からパワーを出力している状態で走行しているときのプラネタリギヤ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を図６に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（１）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。ここで、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクは、モータＭＧ１がエンジントルクの反力を受けてエンジントルクがリングギヤ軸３２ａに直接に伝達されるトルクとして考えることもできるから、このトルクを直達トルクとも呼ぶ。また、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。
【００２４】
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/ρ (1)
Tm1*=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
【００２５】
そして、要求トルクＴｒ＊に設定したトルク指令Ｔｍ１＊をプラネタリギヤ３０のギヤ比ρで除したものを加えて更に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除してモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクＴｍ２ｔｍｐを次式（３）により計算すると共に（ステップＳ１９０）、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと設定したトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘを次式（４）および式（５）により計算し（ステップＳ２００）、設定した仮トルクＴｍ２ｔｍｐを式（６）によりトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘで制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２１０）。ここで、式（３）は、図６の共線図から容易に導くことができる。
【００２６】
Tm2tmp=(T*+Tm1*/ρ)/Gr (3)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (5)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (6)
【００２７】
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信し（ステップＳ２２０）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される動作点で運転されるようにエンジン２２における吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
【００２８】
次に、エンジン動作点変更処理について説明する。図７は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるエンジン動作点変更処理の一例を示すフローチャートである。エンジン動作点変更処理が実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、駆動制御ルーチンのステップＳ１３０〜Ｓ１５０で選択された動作ラインがパワー用動作ラインであるか否かを判定する（ステップＳ３００）。パワー用動作ラインでない、即ち燃費用動作ラインと判定されたときには、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を変更する必要はないと判断し、エンジン動作点変更処理を終了する。一方、パワー用動作ラインが選択されたと判定されると、エンジン２２の現在の回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｔｍよりも高いか否かを判定する（ステップＳ３１０）。ここで、閾値Ｎｅｔｍは、パワー用動作ラインにおける最大トルク時の回転数である。回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｔｍ以下と判定されたときには、エンジン動作点変更処理を終了する。一方、回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｔｍよりも高いと判定されると、バッテリ５０が現在放電しているパワーとしての放電パワーＰｂを計算し（ステップＳ３２０）、計算した放電パワーＰｂがバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ未満か否かを判定する（ステップＳ３３０）。放電パワーＰｂは、例えば、前回の駆動制御ルーチンのステップＳ１８０，Ｓ２１０で設定されたモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令（前回Ｔｍ１＊，前回Ｔｍ２＊）をそれぞれモータＭＧ１，ＭＧ２から現在出力されているトルクとして用いて、前回Ｔｍ１＊にモータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）と前回Ｔｍ２＊にモータＭＧ２の現在の回転数Ｎｍ２を乗じて得られるモータＭＧ２の消費電力（発電電力）との和により計算することができる。また、放電パワーＰｂは、バッテリ５０の端子間電圧Ｖｂと充放電電流Ｉｂとの積により計算することもできる。
【００２９】
放電パワーＰｂが出力制限Ｗｏｕｔ未満と判定されると、バッテリ５０の放電パワーＰｂに余裕があると判断し、前回Ｔｍ２＊がトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍに等しいか否かを判定する（ステップＳ３４０）。この判定は、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊は、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに起因するトルク制限Ｔｍ２ｍａｘを除けば、トルク制限Ｔｍ２ｌｉｍの範囲内で設定されることから、モータＭＧ２が図４に示す最大トルクライン上の動作点で駆動しているか否かを判定するものとなる。モータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動していると判定されたときには、駆動制御ルーチンのステップＳ１６０で設定された目標回転数Ｎｅ＊に所定回転数Ｎ１だけ減じたものを新たな目標回転数Ｎｅ＊に再設定し（ステップＳ３５０）、再設定した目標回転数Ｎｅ＊をパワー用動作ライン上で実現するためのトルクを目標トルクＴｅ＊に再設定して（ステップＳ３６０）、エンジン動作点変更処理を終了する。ここで、所定回転数Ｎ１は、エンジン２２の回転数Ｎｅを徐々に最大トルクＴｅｍａｘの回転数Ｎｅｔｍに近づけるためのレート処理に用いる回転数である。一方、モータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動していないと判定されると、モータＭＧ２の出力トルクに余裕がありエンジン２２の動作点を変更する必要はないと判断し、エンジン動作点変更処理を終了する。
【００３０】
一方、放電パワーＰｂが出力制限Ｗｏｕｔ以上と判定されると、バッテリ５０の放電パワーＰｂに余裕はないと判断し、前回Ｔｍ２＊がトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍに等しいか否か即ちモータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動しているか否かを判定する（ステップＳ３７０）。モータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動していると判定されたときには、駆動制御ルーチンのステップＳ１６０で設定された目標回転数Ｎｅ＊に所定回転数Ｎ２だけ加えたものを新たな目標回転数Ｎｅ＊に再設定し（ステップＳ３８０）、再設定した目標回転数Ｎｅ＊をパワー用動作ライン上で実現するためのトルクを目標トルクＴｅ＊に再設定して（ステップＳ３６０）、エンジン動作点変更処理を終了する。ここで、所定回転数Ｎ２は、エンジン２２の回転数Ｎｅを徐々に最大トルクＴｅｍａｘの回転数Ｎｅｔｍから遠ざけてエンジンパワー（モータＭＧ１の発電パワー）を増加させるためのレート処理に用いる回転数であり、実施例では、バッテリ５０の過大な電力による放電を抑制するために、所定回転数Ｎ１よりも高い回転数に定めるものとした。一方、モータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動していないと判定されると、モータＭＧ２の出力トルクに余裕がありエンジン２２の動作点を変更する必要はないと判断し、エンジン動作点変更処理を終了する。
【００３１】
図８はエンジン２２の動作点を変更する様子を示す説明図であり、図９はモータＭＧ２への供給パワーとモータＭＧ２のパワーラインの一例を示す説明図である。エンジン２２の性能曲線（トルク曲線）としてのパワー用動作ラインは、図８に示すように、最大トルクＴｅｍａｘを得る回転数Ｎｅｔｍが最大パワーＰｅｍａｘを得る回転数Ｎｅｐｍよりも低い。このため、パワー用動作ライン上でエンジン２２を運転する際にエンジン２２の回転数Ｎｅが回転数Ｎｅｔｍを超えると、回転数Ｎｅが高くなるのに従ってエンジンパワーは増加する傾向を示すがエンジントルク（直達トルク）は減少する傾向を示し、要求トルクＴｒ＊に対して直達トルクでは不足するトルクはモータＭＧ２から出力されるトルクによって賄われる。モータＭＧ２は、エンジンパワーによりモータＭＧ１で発電して得られる発電パワーＰｇとバッテリ５０の放電パワーＰｂとの和のパワー（供給パワー）を用いてトルクを出力することができ、最大で発電パワーＰｇと出力制限Ｗｏｕｔとの和のパワー（最大供給パワー）を用いることができる。発電パワーＰｇはエンジンパワーを増加させるほど大きくなるから、通常であれば、エンジンパワーを増加させるほどリングギヤ軸３２ａには大きな走行パワー即ち走行トルクを出力することができるはずである。しかしながら、各車速域におけるモータＭＧ２から出力できる最大パワーであるパワーライン（図９中破線で示すライン）は、モータの低コストや小型化の要請などから全車速域で供給パワーの全てを使い切るように設計することは困難であり、特に、高車速域で供給パワーを使い切れないことが多い。この場合、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊はトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍによる制限を受けるため、この状態ではエンジンパワーは増加しても、モータＭＧ２のトルクは増加せずに直達トルクは減少し、要求トルクＴｒ＊を出力することができない場合が生じる。実施例では、モータＭＧ２のトルクがトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍによる制限を受けている場合には、エンジン２２の動作点（目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊）をパワー用動作ライン上で最大トルクＴｅｍａｘが得られるポイントに近づけるから、直達トルクを増加させることができ、この直達トルクとモータＭＧ２のトルク（トルク制限Ｔｍ２ｌｉｍによる最大トルク）との和のトルクにより要求トルクＴｒ＊に対応することができる。この際、動作点の変更は放電パワーＰｂが出力制限Ｗｏｕｔを超えない範囲内で行なうから、バッテリ５０が過放電することはない。
【００３２】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動している状態で加速要求がなされたときには、エンジン２２の動作点（目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊）をパワー用動作ライン上で最大トルクＴｅｍａｘが得られるポイントに近づけるから、直達トルクを増加させることができ、直達トルクとモータＭＧ２の最大トルク（トルク制限Ｔｍ２ｌｉｍ）との和のトルクにより要求トルクＴｒ＊に対応することができる。この結果、車両の加速性能を発揮させることができる。しかも、エンジン２２の動作点の変更は放電パワーＰｂが出力制限Ｗｏｕｔを超えない範囲内で行なうから、バッテリ５０が過放電するのをより確実に抑止することができる。また、エンジン２２の回転数Ｎｅを最大トルクＴｅｍａｘが得られる回転数Ｎｅｔｍまで近づけるときには所定回転数Ｎ１ずつ行ない、回転数Ｎｅを回転数Ｎｅｔｍから遠ざけるときには所定回転数Ｎ２ずつ行なうから、動作点を変更する際のショックの発生を抑制することができる。
【００３３】
実施例のハイブリッド自動車２０では、昇圧回路５５を備えるものとしたが、昇圧回路５５を備えないものとしてもよい。この場合、トルク制限Ｔｍ２ｌｉｍはモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に基づいて設定すればよい。
【００３４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に基づいてトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍを設定するものとしたが、更にモータＭＧ２の高温時にモータＭＧ２に対してトルク制限を課すものとしてもよい。
【００３５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、要求パワーＰｅ＊に基づいて動作ラインを選択するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、アクセル開度Ａｃｃに基づいて動作ラインを選択するものとしてもよいし、要求トルクＴｒ＊に基づいて動作ラインを選択するものとしてもよいし、上記の複数のパラメータの組み合わせに基づいて動作ラインを選択するものとしてもよい。
【００３６】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動作点を変更する際に、回転数Ｎｅを最大トルクＴｅｍａｘが得られる回転数Ｎｅｔｍまで近づけるときには所定回転数Ｎ１ずつ行ない、回転数Ｎｅを回転数Ｎｅｔｍから遠ざけるときには所定回転数Ｎ２ずつ行なうものとしたが、いずれも同じ回転数ずつ行なうものとしてもよい。
【００３７】
実施例のハイブリッド自動車２０では、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１０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６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１０における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。
【００３８】
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「第１のモータ」に相当し、プラネタリギヤ３０が「プラネタリギヤ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、図２の駆動制御ルーチンのステップＳ１００〜Ｓ１６０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「目標動作点設定手段」に相当し、駆動制御ルーチンのステップＳ１７０〜Ｓ２２０の処理と図７のエンジン動作点変更処理とを実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジン２２を運転制御するエンジンＥＣＵ２４とモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。
【００３９】
ここで、「エンジン」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エンジンに限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプのエンジンであっても構わない。「第１のモータ」としては、同期モータとして構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導モータなど、駆動輪の動力を出力するものであれば如何なるタイプのモータとしても構わない。「第２のモータ」としては、同期モータとして構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導モータなど、駆動輪の動力を出力するものであれば如何なるタイプのモータとしても構わない。「バッテリ」としては、リチウムイオン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、ニッケル水素電池などバッテリであれば、如何なるタイプのものとしても構わない。
【００４０】
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最良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。
【００４１】
以上、本発明を実施するための最良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】
【００４２】
本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
２０，１２０ 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、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 電流センサ、５１ｂ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５３ 低電圧系電力ライン、５４ 高電圧系電力ライン、５５ 昇圧回路、５７，５８ コンデンサ、５７ａ，５８ａ 電圧センサ、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、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，ＭＧ モータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと、発電が可能な第１のモータと、エンジンの出力軸と第１のモータの回転軸と車軸側とに接続されたプラネタリギヤと、充放電が可能なバッテリと、第１のモータの発電電力とバッテリの放電電力の供給を受けて車軸側に動力を出力可能な第２のモータと、を備える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、エンジンと、モータＭＧ１と、エンジンのクランクシャフトとモータＭＧ１の回転軸と車軸に連結された駆動軸とに接続されたプラネタリギヤと、駆動軸に動力を出力可能なモータＭＧ２と、二つのモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやり取りするバッテリとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、坂道発進時に、駆動軸に要求される要求トルクに基づいてエンジンに要求される要求パワーを設定し、設定した要求パワーとエンジンを効率よく動作させる動作ラインとに基づいてエンジンの目標回転数および目標トルク（目標動作点）を設定し、エンジンが目標回転数で回転するようモータＭＧ１から出力すべきトルクを設定し、駆動軸に要求される要求トルクがエンジンから駆動軸に直接に伝達されるトルクとモータＭＧ２から駆動軸に出力されるトルクとの和のトルクにより出力されるようモータＭＧ２から出力すべきトルクを設定し、各設定値によりエンジンとモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御する。そして、バッテリの入出力制限の範囲内で要求トルクのすべてを駆動軸に出力できないときには、駆動軸に出力されるトルクが値０から要求トルクまでの範囲内となり且つモータＭＧ１，ＭＧ２で充放電される電力の和が入力制限から出力制限までの範囲内となるようモータＭＧ１から出力すべきトルクを変更すると共に要求トルクが駆動軸に出力されるようモータＭＧ２から出力すべきトルクを変更している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３７２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したタイプのハイブリッド自動車では、モータＭＧ２ではエンジンからの動力を用いてモータＭＧ１により発電した発電電力とバッテリの放電電力とを消費して動力を出力することができるが、定格トルクによる制限や高温による制限などによってはモータＭＧ２に供給可能な電力のすべてを消費することができない場合があり、この場合、加速性能を最大限発揮することはできない。
【０００５】
本発明のハイブリッド自動車は、その加速性能を十分に発揮させ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、
エンジンと、発電が可能な第１のモータと、前記エンジンの出力軸と前記第１のモータの回転軸と車軸側とに接続されたプラネタリギヤと、充放電が可能なバッテリと、前記第１のモータの発電電力と前記バッテリの放電電力の供給を受けて前記車軸側に動力を出力可能な第２のモータと、前記エンジンに要求される要求パワーを出力するための所定の動作ライン上の動作点を前記エンジンの目標動作点として設定する目標動作点設定手段と、前記設定された目標動作点で前記エンジンが運転されると共に走行に要求される要求トルクが前記エンジンから前記車軸側に伝達されるトルクと前記第２のモータに課された上限トルクの範囲内で該第２のモータから前記車軸側に出力されるトルクとの和のトルクにより出力されるよう前記エンジンと前記第１および第２のモータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、前記第２のモータから前記上限トルクが出力されている状態で加速走行が要求されたときには、前記バッテリの放電電力が該バッテリの出力制限を超えない範囲内で前記設定された目標動作点を前記所定の動作ライン上でエンジントルクが大きくなる方向に変更して制御する手段である
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、エンジンに要求される要求パワーを出力するための所定の動作ライン上の動作点をエンジンの目標動作点として設定し、目標動作点でエンジンが運転されると共に走行に要求される要求トルクがエンジンから車軸側に伝達されるトルクと第２のモータに課された上限トルクの範囲内で第２のモータから車軸側に出力されるトルクとの和のトルクにより出力されるようエンジンと第１および第２のモータとを制御するものにおいて、第２のモータから上限トルクが出力されている状態で加速走行が要求されたときには、バッテリの放電電力がバッテリの出力制限を超えない範囲内で目標動作点を所定の動作ライン上でエンジントルクが大きくなる方向に変更する。これにより、エンジンから車軸側に出力されるトルクを大きくすることができるから、加速性能を発揮させることができる。また、こうした動作点の変更はエンジンから出力されるパワーの変更を伴うから、動作点の変更をバッテリの放電電力が出力制限を超えない範囲内で行なうことにより、バッテリが過放電するのをより確実に抑制することができる。ここで、「出力制限」は、バッテリが放電できる最大許容電力を示す。また、「動作点」は、回転数およびトルクからなるポイントをいう。
【０００９】
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記所定の動作ラインは、前記エンジンが最大トルクを出力可能な最大トルク時動作点と前記エンジンが最大出力を出力可能な最大出力時動作点とが異なるよう定められ、前記制御手段は、前記エンジンが前記最大トルク時動作点よりも高い出力の動作点で運転されている場合に、前記エンジンの動作点が前記所定の動作ラインに沿って前記最大トルク時動作点に近づくよう前記目標動作点を変更して制御する手段であ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、前記所定の動作ラインは、前記最大トルク時動作点の回転数が前記最大出力時動作点の回転数よりも低くなるよう定められ、前記制御手段は、前記バッテリの放電電力が前記出力制限未満のときには前記エンジンの回転数が減少する方向に前記目標動作点を変更し、前記バッテリの放電電力が前記出力制限以上のときには前記エンジンの回転数が増加する方向に前記目標動作点を変更する手段であるものとすることもできる。この場合、前記制御手段は、前記エンジンの回転数を所定時間毎に所定回転数ずつ変更することにより前記目標動作点を変更する手段であるものとすることもできる。こうすれば、エンジンの動作点を変更する際のショックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図４】トルク制限設定用マップの一例を示す説明図である。
【図５】エンジン２２の動作ラインと回転数ＮｅおよびトルクＴｅの関係の一例を示す説明図である。
【図６】エンジン２２からパワーを出力して運転する際のプラネタリギヤ３０の各回転要素の回転数およびトルクの力学的な関係を示す共線図である。
【図７】エンジン動作点変更処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】エンジン２２の動作点を変更する様子を示す説明図である。
【図９】モータＭＧ２への供給パワーとモータＭＧ２のパワーラインの一例を示す説明図である。
【図１０】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】
【００１１】
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】
【００１２】
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１に示すように、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を連結するキャリア３４が接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば周知の同期発電電動機として構成されプラネタリギヤ３０のサンギヤ３１に接続された発電可能なモータＭＧ１と、例えば周知の同期発電電動機として構成されプラネタリギヤ３０のリングギヤ３２に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して接続されたモータＭＧ２と、直流電流を交流電流に変換してモータＭＧ１，ＭＧ２に供給可能なインバータ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、バッテリ５０に接続された電力ライン（低電圧系電力ライン）５３とインバータ４１，４２に接続された電力ライン（高電圧系電力ライン）５４とに接続されバッテリ５０からの電力をその電圧を昇圧してインバータ４１，４２に供給可能な昇圧回路５５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。なお、リングギヤ軸３２ａは、ギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに連結されている。
【００１３】
エンジン２２は、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であり、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を受けている。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、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２６のクランク角を検出する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などが入力されている。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。なお、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２２の回転数Ｎｅも演算している。
【００１４】
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，低電圧系電力ライン５３の母線間に接続されたコンデンサ５７の電圧を検出する電圧センサ５７ａからの電圧（以下、高電圧系の電圧ＶＨという），高電圧系電力ライン５４の母線間に接続されたコンデンサ５８の電圧を検出する電圧センサ５８ａからの電圧などが入力されている。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２のスイッチング素子へのスイッチング制御信号や昇圧回路５５のスイッチング素子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。
【００１５】
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図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された低電圧系電力ライン５３に取り付けられた電流センサ５１ａ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５１ｂ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５１ａ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を演算している。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。なお、充放電電流Ｉｂは、放電側を正，充電側を負とするものとした。
【００１６】
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。
【００１７】
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プラネタリギヤ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プラネタリギヤ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。
【００１８】
次に、こうして構成されたハイブリッド自動車２０の動作、特に、車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ以上の高車速時にアクセルペダル８３が大きく踏み込まれて加速が要求されたときの動作について説明する。図２は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動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、所定時間（例えば、数ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００１９】
駆動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、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，エンジン２２の回転数Ｎｅ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，高電圧系の電圧ＶＨ，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなどの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、クランクポジションセンサにより検出されたクランクシャフト２６の回転位置に基づいて演算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。さらに、高電圧系の電圧ＶＨは、電圧センサ５８ａにより検出されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣや電池温度Ｔｂに基づいて設定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。
【００２０】
こうしてデータを入力すると、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Ｔｒ＊を設定すると共に設定した要求トルクＴｒ＊に基づいてエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊を設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴｒ＊は、本実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられるとマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出することにより設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図３に示す。要求パワーＰｅ＊は、要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものからバッテリ５０が要求する充放電要求パワー（充電側が負）を減じてさらにロス（損失）を加えることにより計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じること（Ｎｒ＝ｋ・Ｖ）によって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ること（Ｎｒ＝Ｎｍ２／Ｇｒ）によって求めることができる。
【００２１】
続いて、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と高電圧系の電圧ＶＨとに基づいてモータＭＧ２から出力できるトルクの上限であるトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍを設定する（ステップＳ１２０）。ここで、トルク制限Ｔｍ２ｌｉｍは、本実施例では、回転数Ｎｍ２と高電圧系の電圧ＶＨとトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍとの関係を予め求めてトルク制限設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、回転数Ｎｍ２と高電圧系の電圧ＶＨとが与えられると、マップから対応するトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍを導出することにより設定するものとした。トルク制限設定用マップの一例を図４に示す。図４中の各ラインは、高電圧系の電圧ＶＨ毎のモータＭＧ２の最大トルクラインを示す。
【００２２】
そして、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊と閾値Ｐｒｅｆとを比較し（ステップＳ１３０）、要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満のときにはエンジン２２の動作ラインとしてエンジン２２を効率よく運転するための燃費用動作ラインを選択し（ステップＳ１４０）、要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ以上のときにはエンジン２２の動作ラインとして効率よりもパワーの出力を優先させたパワー用動作ラインを選択する（ステップＳ１５０）。ここで、パワー用動作ラインとしては、エンジン２２の性能曲線におけるトルク曲線に沿ったラインを用いることができる。エンジン２２の動作ラインを選択すると、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊と選択した動作ラインとに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とをエンジン２２の目標動作点として設定し（ステップＳ１６０）、必要に応じて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを変更するエンジン動作点変更処理を実行する（ステップＳ１７０）。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図５に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、二つの動作ラインのうち選択した動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。なお、ステップＳ１７０のエンジン動作点変更処理については後述する。
【００２３】
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、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒとプラネタリギヤ３０のギヤ比ρとに基づいて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１との偏差とに基づいて次式（２）によりモータＭＧ１から出力すべきトルクであるトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１８０）。ここで、式（１）は、プラネタリギヤ３０の回転要素に対する力学的な関係式である。エンジン２２からパワーを出力している状態で走行しているときのプラネタリギヤ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を図６に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（１）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。ここで、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクは、モータＭＧ１がエンジントルクの反力を受けてエンジントルクがリングギヤ軸３２ａに直接に伝達されるトルクとして考えることもできるから、このトルクを直達トルクとも呼ぶ。また、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。
【００２４】
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/ρ (1)
Tm1*=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
【００２５】
そして、要求トルクＴｒ＊に設定したトルク指令Ｔｍ１＊をプラネタリギヤ３０のギヤ比ρで除したものを加えて更に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除してモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクＴｍ２ｔｍｐを次式（３）により計算すると共に（ステップＳ１９０）、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと設定したトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘを次式（４）および式（５）により計算し（ステップＳ２００）、設定した仮トルクＴｍ２ｔｍｐを式（６）によりトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘで制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２１０）。ここで、式（３）は、図６の共線図から容易に導くことができる。
【００２６】
Tm2tmp=(T*+Tm1*/ρ)/Gr (3)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (5)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (6)
【００２７】
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信し（ステップＳ２２０）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される動作点で運転されるようにエンジン２２における吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
【００２８】
次に、エンジン動作点変更処理について説明する。図７は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるエンジン動作点変更処理の一例を示すフローチャートである。エンジン動作点変更処理が実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、駆動制御ルーチンのステップＳ１３０〜Ｓ１５０で選択された動作ラインがパワー用動作ラインであるか否かを判定する（ステップＳ３００）。パワー用動作ラインでない、即ち燃費用動作ラインと判定されたときには、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を変更する必要はないと判断し、エンジン動作点変更処理を終了する。一方、パワー用動作ラインが選択されたと判定されると、エンジン２２の現在の回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｔｍよりも高いか否かを判定する（ステップＳ３１０）。ここで、閾値Ｎｅｔｍは、パワー用動作ラインにおける最大トルク時の回転数である。回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｔｍ以下と判定されたときには、エンジン動作点変更処理を終了する。一方、回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｔｍよりも高いと判定されると、バッテリ５０が現在放電しているパワーとしての放電パワーＰｂを計算し（ステップＳ３２０）、計算した放電パワーＰｂがバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ未満か否かを判定する（ステップＳ３３０）。放電パワーＰｂは、例えば、前回の駆動制御ルーチンのステップＳ１８０，Ｓ２１０で設定されたモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令（前回Ｔｍ１＊，前回Ｔｍ２＊）をそれぞれモータＭＧ１，ＭＧ２から現在出力されているトルクとして用いて、前回Ｔｍ１＊にモータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）と前回Ｔｍ２＊にモータＭＧ２の現在の回転数Ｎｍ２を乗じて得られるモータＭＧ２の消費電力（発電電力）との和により計算することができる。また、放電パワーＰｂは、バッテリ５０の端子間電圧Ｖｂと充放電電流Ｉｂとの積により計算することもできる。
【００２９】
放電パワーＰｂが出力制限Ｗｏｕｔ未満と判定されると、バッテリ５０の放電パワーＰｂに余裕があると判断し、前回Ｔｍ２＊がトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍに等しいか否かを判定する（ステップＳ３４０）。この判定は、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊は、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに起因するトルク制限Ｔｍ２ｍａｘを除けば、トルク制限Ｔｍ２ｌｉｍの範囲内で設定されることから、モータＭＧ２が図４に示す最大トルクライン上の動作点で駆動しているか否かを判定するものとなる。モータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動していると判定されたときには、駆動制御ルーチンのステップＳ１６０で設定された目標回転数Ｎｅ＊に所定回転数Ｎ１だけ減じたものを新たな目標回転数Ｎｅ＊に再設定し（ステップＳ３５０）、再設定した目標回転数Ｎｅ＊をパワー用動作ライン上で実現するためのトルクを目標トルクＴｅ＊に再設定して（ステップＳ３６０）、エンジン動作点変更処理を終了する。ここで、所定回転数Ｎ１は、エンジン２２の回転数Ｎｅを徐々に最大トルクＴｅｍａｘの回転数Ｎｅｔｍに近づけるためのレート処理に用いる回転数である。一方、モータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動していないと判定されると、モータＭＧ２の出力トルクに余裕がありエンジン２２の動作点を変更する必要はないと判断し、エンジン動作点変更処理を終了する。
【００３０】
一方、放電パワーＰｂが出力制限Ｗｏｕｔ以上と判定されると、バッテリ５０の放電パワーＰｂに余裕はないと判断し、前回Ｔｍ２＊がトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍに等しいか否か即ちモータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動しているか否かを判定する（ステップＳ３７０）。モータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動していると判定されたときには、駆動制御ルーチンのステップＳ１６０で設定された目標回転数Ｎｅ＊に所定回転数Ｎ２だけ加えたものを新たな目標回転数Ｎｅ＊に再設定し（ステップＳ３８０）、再設定した目標回転数Ｎｅ＊をパワー用動作ライン上で実現するためのトルクを目標トルクＴｅ＊に再設定して（ステップＳ３６０）、エンジン動作点変更処理を終了する。ここで、所定回転数Ｎ２は、エンジン２２の回転数Ｎｅを徐々に最大トルクＴｅｍａｘの回転数Ｎｅｔｍから遠ざけてエンジンパワー（モータＭＧ１の発電パワー）を増加させるためのレート処理に用いる回転数であり、実施例では、バッテリ５０の過大な電力による放電を抑制するために、所定回転数Ｎ１よりも高い回転数に定めるものとした。一方、モータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動していないと判定されると、モータＭＧ２の出力トルクに余裕がありエンジン２２の動作点を変更する必要はないと判断し、エンジン動作点変更処理を終了する。
【００３１】
図８はエンジン２２の動作点を変更する様子を示す説明図であり、図９はモータＭＧ２への供給パワーとモータＭＧ２のパワーラインの一例を示す説明図である。エンジン２２の性能曲線（トルク曲線）としてのパワー用動作ラインは、図８に示すように、最大トルクＴｅｍａｘを得る回転数Ｎｅｔｍが最大パワーＰｅｍａｘを得る回転数Ｎｅｐｍよりも低い。このため、パワー用動作ライン上でエンジン２２を運転する際にエンジン２２の回転数Ｎｅが回転数Ｎｅｔｍを超えると、回転数Ｎｅが高くなるのに従ってエンジンパワーは増加する傾向を示すがエンジントルク（直達トルク）は減少する傾向を示し、要求トルクＴｒ＊に対して直達トルクでは不足するトルクはモータＭＧ２から出力されるトルクによって賄われる。モータＭＧ２は、エンジンパワーによりモータＭＧ１で発電して得られる発電パワーＰｇとバッテリ５０の放電パワーＰｂとの和のパワー（供給パワー）を用いてトルクを出力することができ、最大で発電パワーＰｇと出力制限Ｗｏｕｔとの和のパワー（最大供給パワー）を用いることができる。発電パワーＰｇはエンジンパワーを増加させるほど大きくなるから、通常であれば、エンジンパワーを増加させるほどリングギヤ軸３２ａには大きな走行パワー即ち走行トルクを出力することができるはずである。しかしながら、各車速域におけるモータＭＧ２から出力できる最大パワーであるパワーライン（図９中破線で示すライン）は、モータの低コストや小型化の要請などから全車速域で供給パワーの全てを使い切るように設計することは困難であり、特に、高車速域で供給パワーを使い切れないことが多い。この場合、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊はトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍによる制限を受けるため、この状態ではエンジンパワーは増加しても、モータＭＧ２のトルクは増加せずに直達トルクは減少し、要求トルクＴｒ＊を出力することができない場合が生じる。実施例では、モータＭＧ２のトルクがトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍによる制限を受けている場合には、エンジン２２の動作点（目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊）をパワー用動作ライン上で最大トルクＴｅｍａｘが得られるポイントに近づけるから、直達トルクを増加させることができ、この直達トルクとモータＭＧ２のトルク（トルク制限Ｔｍ２ｌｉｍによる最大トルク）との和のトルクにより要求トルクＴｒ＊に対応することができる。この際、動作点の変更は放電パワーＰｂが出力制限Ｗｏｕｔを超えない範囲内で行なうから、バッテリ５０が過放電することはない。
【００３２】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ２が最大トルクライン上の動作点で駆動している状態で加速要求がなされたときには、エンジン２２の動作点（目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊）をパワー用動作ライン上で最大トルクＴｅｍａｘが得られるポイントに近づけるから、直達トルクを増加させることができ、直達トルクとモータＭＧ２の最大トルク（トルク制限Ｔｍ２ｌｉｍ）との和のトルクにより要求トルクＴｒ＊に対応することができる。この結果、車両の加速性能を発揮させることができる。しかも、エンジン２２の動作点の変更は放電パワーＰｂが出力制限Ｗｏｕｔを超えない範囲内で行なうから、バッテリ５０が過放電するのをより確実に抑止することができる。また、エンジン２２の回転数Ｎｅを最大トルクＴｅｍａｘが得られる回転数Ｎｅｔｍまで近づけるときには所定回転数Ｎ１ずつ行ない、回転数Ｎｅを回転数Ｎｅｔｍから遠ざけるときには所定回転数Ｎ２ずつ行なうから、動作点を変更する際のショックの発生を抑制することができる。
【００３３】
実施例のハイブリッド自動車２０では、昇圧回路５５を備えるものとしたが、昇圧回路５５を備えないものとしてもよい。この場合、トルク制限Ｔｍ２ｌｉｍはモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に基づいて設定すればよい。
【００３４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に基づいてトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍを設定するものとしたが、更にモータＭＧ２の高温時にモータＭＧ２に対してトルク制限を課すものとしてもよい。
【００３５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、要求パワーＰｅ＊に基づいて動作ラインを選択するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、アクセル開度Ａｃｃに基づいて動作ラインを選択するものとしてもよいし、要求トルクＴｒ＊に基づいて動作ラインを選択するものとしてもよいし、上記の複数のパラメータの組み合わせに基づいて動作ラインを選択するものとしてもよい。
【００３６】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動作点を変更する際に、回転数Ｎｅを最大トルクＴｅｍａｘが得られる回転数Ｎｅｔｍまで近づけるときには所定回転数Ｎ１ずつ行ない、回転数Ｎｅを回転数Ｎｅｔｍから遠ざけるときには所定回転数Ｎ２ずつ行なうものとしたが、いずれも同じ回転数ずつ行なうものとしてもよい。
【００３７】
実施例のハイブリッド自動車２０では、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１０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６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１０における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。
【００３８】
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「第１のモータ」に相当し、プラネタリギヤ３０が「プラネタリギヤ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、図２の駆動制御ルーチンのステップＳ１００〜Ｓ１６０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「目標動作点設定手段」に相当し、駆動制御ルーチンのステップＳ１７０〜Ｓ２２０の処理と図７のエンジン動作点変更処理とを実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジン２２を運転制御するエンジンＥＣＵ２４とモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。
【００３９】
ここで、「エンジン」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エンジンに限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプのエンジンであっても構わない。「第１のモータ」としては、同期モータとして構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導モータなど、駆動輪の動力を出力するものであれば如何なるタイプのモータとしても構わない。「第２のモータ」としては、同期モータとして構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導モータなど、駆動輪の動力を出力するものであれば如何なるタイプのモータとしても構わない。「バッテリ」としては、リチウムイオン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、ニッケル水素電池などバッテリであれば、如何なるタイプのものとしても構わない。
【００４０】
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最良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。
【００４１】
以上、本発明を実施するための最良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】
【００４２】
本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
２０，１２０ 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、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 電流センサ、５１ｂ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５３ 低電圧系電力ライン、５４ 高電圧系電力ライン、５５ 昇圧回路、５７，５８ コンデンサ、５７ａ，５８ａ 電圧センサ、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、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，ＭＧ モータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、発電が可能な第１のモータと、前記エンジンの出力軸と前記第１のモータの回転軸と車軸側とに接続されたプラネタリギヤと、充放電が可能なバッテリと、前記第１のモータの発電電力と前記バッテリの放電電力の供給を受けて前記車軸側に動力を出力可能な第２のモータと、前記エンジンに要求される要求パワーを出力するための所定の動作ライン上の動作点を前記エンジンの目標動作点として設定する目標動作点設定手段と、前記設定された目標動作点で前記エンジンが運転されると共に走行に要求される要求トルクが前記エンジンから前記車軸側に伝達されるトルクと前記第２のモータに課された上限トルクの範囲内で該第２のモータから前記車軸側に出力されるトルクとの和のトルクにより出力されるよう前記エンジンと前記第１および第２のモータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、前記第２のモータから前記上限トルクが出力されている状態で加速走行が要求されたときには、前記バッテリの放電電力が該バッテリの出力制限を超えない範囲内で前記設定された目標動作点を前記所定の動作ライン上でエンジントルクが大きくなる方向に変更して制御する手段である
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
前記所定の動作ラインは、前記エンジンが最大トルクを出力可能な最大トルク時動作点と前記エンジンが最大出力を出力可能な最大出力時動作点とが異なるよう定められ、
前記制御手段は、前記エンジンが前記最大トルク時動作点よりも高い出力の動作点で運転されている場合に、前記エンジンの動作点が前記所定の動作ラインに沿って前記最大トルク時動作点に近づくよう前記目標動作点を変更して制御する手段である
ことを特徴とす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、
前記所定の動作ラインは、前記最大トルク時動作点の回転数が前記最大出力時動作点の回転数よりも低くなるよう定められ、
前記制御手段は、前記バッテリの放電電力が前記出力制限未満のときには前記エンジンの回転数が減少する方向に前記目標動作点を変更し、前記バッテリの放電電力が前記出力制限以上のときには前記エンジンの回転数が増加する方向に前記目標動作点を変更する手段である
ハイブリッド自動車。
【請求項４】
請求項３記載のハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、前記エンジンの回転数を所定時間毎に所定回転数ずつ変更することにより前記目標動作点を変更する手段である
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項１】
エンジンと、発電が可能な第１のモータと、前記エンジンの出力軸と前記第１のモータの回転軸と車軸側とに接続されたプラネタリギヤと、充放電が可能なバッテリと、前記第１のモータの発電電力と前記バッテリの放電電力の供給を受けて前記車軸側に動力を出力可能な第２のモータと、前記エンジンに要求される要求パワーを出力するための所定の動作ライン上の動作点を前記エンジンの目標動作点として設定する目標動作点設定手段と、前記設定された目標動作点で前記エンジンが運転されると共に走行に要求される要求トルクが前記エンジンから前記車軸側に伝達されるトルクと前記第２のモータに課された上限トルクの範囲内で該第２のモータから前記車軸側に出力されるトルクとの和のトルクにより出力されるよう前記エンジンと前記第１および第２のモータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、前記第２のモータから前記上限トルクが出力されている状態で加速走行が要求されたときには、前記バッテリの放電電力が該バッテリの出力制限を超えない範囲内で前記設定された目標動作点を前記所定の動作ライン上でエンジントルクが大きくなる方向に変更して制御する手段である
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
前記所定の動作ラインは、前記エンジンが最大トルクを出力可能な最大トルク時動作点と前記エンジンが最大出力を出力可能な最大出力時動作点とが異なるよう定められ、
前記制御手段は、前記エンジンが前記最大トルク時動作点よりも高い出力の動作点で運転されている場合に、前記エンジンの動作点が前記所定の動作ラインに沿って前記最大トルク時動作点に近づくよう前記目標動作点を変更して制御する手段である
ことを特徴とす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、
前記所定の動作ラインは、前記最大トルク時動作点の回転数が前記最大出力時動作点の回転数よりも低くなるよう定められ、
前記制御手段は、前記バッテリの放電電力が前記出力制限未満のときには前記エンジンの回転数が減少する方向に前記目標動作点を変更し、前記バッテリの放電電力が前記出力制限以上のときには前記エンジンの回転数が増加する方向に前記目標動作点を変更する手段である
ハイブリッド自動車。
【請求項４】
請求項３記載のハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、前記エンジンの回転数を所定時間毎に所定回転数ずつ変更することにより前記目標動作点を変更する手段である
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−９１３９７（Ｐ２０１３−９１３９７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３４２２４（Ｐ２０１１−２３４２２４）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【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５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【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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