ハイブリッド車およびその制御方法
【課題】走行用の動力を出力する内燃機関とこの内燃機関の出力軸に動力を入出力する電動機と唯一の蓄電装置としてのキャパシタとを備える車両において、内燃機関をより確実に始動する。
【解決手段】エンジンを始動するときには、キャパシタの下限電圧Ｖｌｏｗとして対象のコースを走行する際に設定されている電圧Ｖｓｅｔより低い始動用電圧Ｖｓｔａｒｔを用いてモータによりエンジンをモータリングして始動する。これにより、エンジンをより確実に始動することができる。
【解決手段】エンジンを始動するときには、キャパシタの下限電圧Ｖｌｏｗとして対象のコースを走行する際に設定されている電圧Ｖｓｅｔより低い始動用電圧Ｖｓｔａｒｔを用いてモータによりエンジンをモータリングして始動する。これにより、エンジンをより確実に始動することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関し、詳しくは、走行用の動力を出力する内燃機関とこの内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機とこの出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタとを備えるハイブリッド車およびこうしたハイブリッド車の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、エンジンのクランクシャフトにキャリアが接続されると共に車軸側にリングギヤが接続されたプラネタリギヤと、プラネタリギヤのサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、プラネタリギヤのリングギヤに接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２と電力のやり取りを行なう二次電池として構成されたバッテリとを備え、エンジンを始動するときにはバッテリの出力制限をバッテリの若干の劣化を伴う程度の所定超過出力分だけ拡張するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、こうしたバッテリの出力制限を拡張することにより、エンジンをより確実に始動している。
【特許文献１】特開２００６−２９６１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のハイブリッド車では、二次電池として構成されたバッテリの若干の劣化を伴う程度にバッテリの出力制限を超過することによりエンジンの始動性を良好なものとしているが、車両の運動エネルギを電力として回収したり走行用の動力を出力する電動機とこの電動機により回生された電力を蓄えたりこの電動機に電力を供給する唯一の蓄電装置としてのキャパシタとを搭載するハイブリッド車では、キャパシタの若干の劣化を伴う程度の出力制限の拡張は、キャパシタの破損に直接の要因となるため、考えることは困難である。一方、キャパシタの使用電圧範囲の上限は、キャパシタの上限電圧（耐圧）に対して余裕をもった目標電圧が用いられ、キャパシタの使用電圧範囲の下限は、キャパシタからの電力の供給を受けて駆動する電動機の性能を十分に発揮させる必要からできる限り目標電圧に近い状態とするために車両の制動の際に電動機で回生される電力により目標電圧にすることができる電圧が用いられる。このため、キャパシタの実質的な電圧が使用電圧範囲となるようキャパシタの入出力制限が設定されることになる。特にレース用に開発されたハイブリッド車では、サーキット毎に車両の制動の際に電動機で回生される電力が異なることからサーキット毎にキャパシタの使用電圧範囲の下限を設定するのが望ましい。こうしたキャパシタの入出力制限を用いてエンジンを始動する際に、キャパシタの実質的な電圧が使用電圧範囲の下限近傍にあるときには、エンジンを始動することができない場合が生じ、不都合である。
【０００４】
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、走行用の動力を出力する内燃機関とこの内燃機関の出力軸に動力を入出力する電動機と唯一の蓄電装置としてのキャパシタとを備える車両において、内燃機関をより確実に始動すること主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明のハイブリッド車は、
走行用の動力を出力する内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機と、
前記出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタと、
前記内燃機関が運転されているときには前記キャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記複数の電動機を制御し、前記内燃機関の始動指示がなされたときには前記運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記出力軸用電動機により前記内燃機関がクランキングされるよう前記出力軸用電動機を制御する電動機制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明のハイブリッド車では、内燃機関が運転されているときには、唯一の蓄電装置であるキャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機を制御する。これにより、キャパシタを運転時電圧範囲内で充放電し、複数の電動機の性能を十分に発揮させて走行することができる。内燃機関の始動指示がなされたときには、運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて出力軸用電動機により内燃機関がクランキングされるよう出力軸用電動機を制御する。これにより、より確実に内燃機関を始動することができる。
【０００８】
こうした本発明のハイブリッド車において、前記始動時電圧範囲の下限電圧は、前記出力軸用電動機により前記内燃機関をアイドル回転数でモータリングすることができる電力を前記キャパシタから供給することができる電圧として設定されてなるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関をアイドル回転数でモータリングして始動することができる。
【０００９】
また、本発明のハイブリッド車において、前記ハイブリッド車はレース用の車両であり、前記運転時電圧範囲の下限電圧は、レース用のコースを走行したときに該コースにおいて最も大きな出力が要求される箇所の直前で車両の制動の際に前記複数の電動機の少なくとも一部を回生制御することにより得られる電力により前記キャパシタの電圧が前記運転時電圧範囲の上限電圧となるように設定されてなる電圧である、ものとすることもできる。こうすれば、複数の電動機の性能を十分に発揮させて走行することができる。
【００１０】
さらに、本発明のハイブリッド車において、前記複数の電動機は、前記内燃機関の出力軸に接続された車軸とは異なる第２の車軸に動力を入出力可能な第２電動機を備えるものとすることもできる。この場合、前記第２電動機は、前記第２の車軸に取り付けられた車輪に直接動力を出力するインホイールモータであるものとすることもできる。
【００１１】
本発明のハイブリッド車の制御方法は、
走行用の動力を出力する内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機と、前記出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタと、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
前記内燃機関が運転されているときには前記キャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記複数の電動機を制御し、前記内燃機関の始動指示がなされたときには前記運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記出力軸用電動機により前記内燃機関がクランキングされるよう前記出力軸用電動機を制御する、
ことを特徴とする。
【００１２】
この本発明のハイブリッド車の制御方法では、内燃機関が運転されているときには、唯一の蓄電装置であるキャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機を制御する。これにより、キャパシタを運転時電圧範囲内で充放電し、複数の電動機の性能を十分に発揮させて走行することができる。内燃機関の始動指示がなされたときには、運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて出力軸用電動機により内燃機関がクランキングされるよう出力軸用電動機を制御する。これにより、より確実に内燃機関を始動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例としてのレース用に開発された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、左右前輪２９ａ，２９ｂに取り付けられた二つの前輪用モータ２４，２６を有する前輪駆動系２１と、エンジン３２とエンジン３２のクランクシャフト３３に取り付けられたモータ３６とからの動力をトランスミッション３４とデファレンシャルギヤ３８とを介して左右後輪３９ａ，３９ｂに出力する後輪駆動系３１と、前輪用モータ２４，２６やモータ３６と電力のやり取りを行なうキャパシタ５０と、左右前輪２９ａ，２９ｂや左右後輪３９ａ，３９ｂに取り付けられたホイールシリンダ６６ａ，６６ｂ，６８ａ，６８ｂに油圧を作用させることにより制動トルクを付与する電子制御式油圧ブレーキユニット（以下、「ＥＣＢ」という。）６０と、ハイブリッド自動車２０の全体をコントロールするメイン電子制御ユニット７０とを備える。
【００１５】
前輪用モータ２４，２６は、同期発電電動機や減速機、ハブベアリング等を一体化したいわゆるインホイールモータとして構成された互いに同一のものであり、インバータ４２，４４を介してキャパシタ５０と電力のやりとりを行なう。すなわち、前輪用モータ２４，２６は、左右前輪２９ａ，２９ｂに対して制動力や駆動力を左右独立に分配して出力可能な動力ユニットとして機能する。前輪用モータ２４，２６は、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という。）４０により駆動制御を受けている。
【００１６】
エンジン３２は、ガソリンまたは軽油等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３２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するメイン電子制御ユニット７０により燃料噴射量や点火時期、吸入空気量等の制御を受けている。
【００１７】
トランスミッション３４は、例えば油圧駆動の６速の変速機として構成されており、ドライバーによるアップスイッチ８１やダウンスイッチ８２の操作に基づく信号を入力するメイン電子制御ユニット７０によりアップシフトやダウンシフトが行なわれるよう変速制御される。
【００１８】
モータ３６は、発電機として作動することができると共に電動機として作動可能な周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４６を介してキャパシタ５０と電力のやりとりを行なう。モータ３６は、前輪用モータ２４，２６と同様に、モータＥＣＵ４０により駆動制御を受けている。モータＥＣＵ４０には、前輪用モータ２４，２６やモータ３６を駆動制御するために必要な信号、例えば前輪用モータ２４，２６やモータ３６の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ２５，２７，３７からの信号や図示しない電流センサにより検出される前輪用モータ２４，２６やモータ３６に印加される相電流等が入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４２，４４，４６へのスイッチング制御信号が出力される。インバータ４２，４４，４６は、それぞれ６つのスイッチング素子と６つのダイオードとからなる周知のインバータ回路として構成されており、正極母線および負極母線がキャパシタ５０の入出力端子に接続されている。モータＥＣＵ４０は、メイン電子制御ユニット７０と通信しており、メイン電子制御ユニット７０からの制御信号によって前輪用モータ２４，２６やモータ３６を駆動制御すると共に必要に応じて前輪用モータ２４，２６やモータ３６の運転状態に関するデータをメイン電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ２５，２７，３７からの信号に基づいて前輪用モータ２４，２６やモータ３６の回転数Ｎｆｌ，Ｎｆｒ，Ｎｍも演算している。
【００１９】
キャパシタ５０は、例えば電気二重層キャパシタとして構成されており、キャパシタ用電子制御ユニット（以下、「キャパシタＥＣＵ」という。）５２により充放電の制御が行なわれている。キャパシタＥＣＵ５２には、キャパシタ５０の端子間に取り付けられた電圧センサ５４により検出されるキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐやキャパシタ５０からの電力ラインに取り付けられた電流センサ５６により検出されるキャパシタ５０を流れる電流Ｉｃａｐ，キャパシタ５０に取り付けられた温度センサ５８により検出されるキャパシタ５０の温度Ｔｃａｐなどが入力されている。キャパシタＥＣＵ５２は、メイン電子制御ユニット７０と通信しており、必要に応じてメイン電子制御ユニット７０に充放電に必要な制御信号を送信したり、キャパシタ５０の状態に関するデータをメイン電子制御ユニット７０に出力する。
【００２０】
ＥＣＢ６０は、ブレーキペダル８５の踏み込みにより加圧されるマスタシリンダ６１と、マスタシリンダ６１の圧力（ブレーキ踏力）に応じて車両に作用させるべき制動力のうちのＥＣＢ６０の分担割合に応じた制動トルクが左右前輪２９ａ，２９ｂや左右後輪３９ａ，３９ｂに作用するようにホイールシリンダ６６ａ，６６ｂ，６８ａ，６８ｂへの油圧を調整するブレーキアクチュエータ６４と、ブレーキアクチュエータ６４を駆動制御するブレーキ用電子制御ユニット（以下、「ブレーキＥＣＵ」という。）６２と、を備える。ブレーキＥＣＵ６２には、マスタシリンダ６１に取り付けられたマスタシリンダ圧センサ６１ａにより検出されるマスタシリンダ圧（ブレーキ踏力Ｆｂ）や左右前輪２９ａ，２９ｂおよび左右後輪３９ａ，３９ｂに設けられた図示しない車輪速センサからの車輪速などが入力されており、ブレーキＥＣＵ６２からはブレーキアクチュエータ６４への駆動信号が出力されている。ブレーキＥＣＵ６２は、メイン電子制御ユニット７０と通信しており、メイン電子制御ユニット７０からの制御信号によって左右前輪２９ａ，２９ｂや左右後輪３９ａ，３９ｂに制動トルクを作用させると共に必要に応じてＥＣＢ６０の状態に関するデータをメイン電子制御ユニット７０に出力する。
【００２１】
メイン電子制御ユニット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。メイン電子制御ユニット７０には、ステアリングに取り付けられてトランスミッション３４のアップシフトやダウンシフトを指示するアップスイッチ８１やダウンスイッチ８２からの信号やアクセルペダル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などが入力ポートを介して入力されている。メイン電子制御ユニット７０は、上述したように、モータＥＣＵ４０やキャパシタＥＣＵ５２，ブレーキＥＣＵ６２と通信ポートを介して接続されており、モータＥＣＵ４０やキャパシタＥＣＵ５２，ブレーキＥＣＵ６２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２２】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、アクセルペダル８３の踏み込み量に応じてエンジン３２の吸入空気量などを調整すると共にキャパシタ５０に蓄えられた電力を用いてモータ３６からトルク出力を行ない、ブレーキペダル８５の踏み込み力（踏力）に応じたブレーキトルクをＥＣＢ６０と前輪用モータ２４，２６とから出力し、前輪用モータ２４，２６の回生トルクの出力により得られる回生電力をキャパシタ５０に蓄える。実施例では、レース用の車両としてハイブリッド自動車２０を構成しているため、キャパシタ５０の制御としては、キャパシタ５０の最大電圧（耐圧）Ｖｍａｘより１割〜２割程度低い電圧を上限電圧Ｖｈｉとしてキャパシタ５０の入力制限を行ない、前輪用モータ２４，２６からの回生トルクの出力によりレース用のコースを走行したときにコースにおいて最も大きな出力が要求される箇所（例えば、長い直線の入口）の直前でキャパシタ５０の電圧が上限電圧Ｖｈｉとなるようにコース毎に設定された最低電圧Ｖｓｅｔをキャパシタ５０の下限電圧Ｖｌｏｗとして設定して出力制限を行なう。例えば、耐圧が９００Ｖのキャパシタを用いた場合、上限電圧Ｖｈｉとしてはコースに無関係に７５０Ｖや８００Ｖなどを用い、下限電圧ＶｌｏｗとしてはＡコースでは５００Ｖを用い、Ｂコースでは５８０Ｖを用いるなどとして運用するのである。このように下限電圧Ｖｌｏｗをコース毎に設定するのは、コース上で最もモータ３６からの出力が要求される箇所で最大出力によりモータ３６を駆動するためである。したがって、実施例のハイブリッド自動車２０では、上限電圧Ｖｈｉと下限電圧Ｖｌｏｗとによって設定されるキャパシタ５０の使用電圧範囲に基づくキャパシタ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを用いてモータ３６や前輪用モータ２４，２６を駆動制御することになる。なお、キャパシタ５０の出力制限Ｗｏｕｔの設定については後述する。
【００２３】
次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン３２の始動する際の動作について説明する。図２は、エンジン３２を始動するときにメイン電子制御ユニット７０により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンが実行されると、メイン電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、対象のコースに設定されたキャパシタ５０の下限電圧Ｖｌｏｗとして用いる電圧Ｖｓｅｔより小さな始動用電圧Ｖｓｔａｒｔをキャパシタ５０の下限電圧Ｖｌｏｗとして設定する（ステップＳ１００）。ここで、始動用電圧Ｖｓｔａｒｔとしては、実施例では、モータ３６によりエンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌでモータリングするのに必要な電力を供給することができる最低電圧かこの電圧より若干高い電圧を用いている。モータ３６やエンジン３２にもよるが、例えば、耐圧が９００Ｖのキャパシタを用いた場合、１２０Ｖや１５０Ｖなどを用いることができる。即ち、エンジン３２を運転して走行しているときには、キャパシタ５０の使用電圧範囲は上限電圧Ｖｈｉと電圧Ｖｓｅｔが設定された下限電圧Ｖｌｏｗとなり、エンジン３２を始動するときには、キャパシタ５０の使用電圧範囲は上限電圧Ｖｈｉと始動用電圧Ｖｓｔａｒｔが設定された下限電圧Ｖｌｏｗとなる。
【００２４】
そして、モータ３６の回転数Ｎｍやエンジン３２の回転数Ｎｅ，キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐなどを入力し（ステップＳ１１０）、入力したキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐと設定した下限電圧Ｖｌｏｗとを用いてキャパシタ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定する（ステップＳ１２０）。実施例では、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐから下限電圧Ｖｌｏｗを減じた値が所定値（例えば上限電圧Ｖｈｉの５％）以上のときにはキャパシタ５０の定格最大出力を出力制限Ｗｏｕｔとして設定し、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐから下限電圧Ｖｌｏｗを減じた値が所定値未満のときにはキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐが下限電圧Ｖｌｏｗに近づくほど小さくなるように、そしてキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐが下限電圧Ｖｌｏｗに至ったときに値０となるように出力制限Ｗｏｕｔを設定するものとした。キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐと出力制限Ｗｏｕｔとの関係の一例を図３に示す。図中、実線は始動用電圧Ｖｓｔａｒｔが下限電圧Ｖｌｏｗに設定されたときの出力制限Ｗｏｕｔを示し、一点鎖線は電圧Ｖｓｅｔが下限電圧Ｖｌｏｗに設定されたときの出力制限Ｗｏｕｔを示す。このように、始動用電圧Ｖｓｔａｒｔが設定された下限電圧Ｖｌｏｗを用いてキャパシタ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定することにより、エンジン３２をより確実に始動することができる。なお、モータ３６の回転数Ｎｍについては、回転位置検出センサ３７からの信号により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。また、エンジン３２の回転数Ｎｅについては、クランクシャフト３３に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号により演算されてＲＡＭ７６に記憶されたものを読み出すことにより入力するものとした。さらに、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐについては、電圧センサ５４により検出されたものをキャパシタＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。
【００２５】
こうしてキャパシタ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定すると、エンジン３２をモータリングするためのトルクとして予め設定されたトルクＴｍｓｅｔを仮モータトルクＴｍｔｍｐと設定すると共に（ステップＳ１３０）、設定した出力制限Ｗｏｕｔをモータ３６の回転数Ｎｍで除してモータ３６から出力してもよい最大トルクとしてのトルク制限Ｔｍａｘを計算し（ステップＳ１４０）、仮モータトルクＴｍｔｍｐとトルク制限Ｔｍａｘとのうち小さい方をモータ３６のトルク指令Ｔｍ＊として設定してモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１５０）、このエンジン３２の回転数Ｎｅがアイドル回転数Ｎｉｄｌに至るまでステップＳ１１０からステップＳ１５０の処理を繰り返す（ステップＳ１６０）。そして、エンジン３２の回転数Ｎｅがアイドル回転数Ｎｉｄｌに至ると燃料噴射制御や点火制御を開始して（ステップＳ１７０）、エンジン３２が完爆するのを確認し（ステップＳ１８０）、キャパシタ５０の下限電圧Ｖｌｏｗに対象のコースに設定されている電圧Ｖｓｅｔを設定して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。
【００２６】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン３２を始動するときには、キャパシタ５０の下限電圧Ｖｌｏｗとして対象のコースを走行する際に設定されている電圧Ｖｓｅｔより低い始動用電圧Ｖｓｔａｒｔを用いてモータ３６によりエンジン３２をモータリングして始動するから、エンジン３２をより確実に始動することができる。しかも、始動用電圧Ｖｓｔａｒｔとしてモータ３６によりエンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌでモータリングするのに必要な電力を供給することができる最低電圧かこの電圧より若干高い電圧を用いるから、エンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌまでモータリングしてから始動することができる。
【００２７】
実施例のハイブリッド自動車２０では、始動用電圧Ｖｓｔａｒｔとして、モータ３６によりエンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌでモータリングするのに必要な電力を供給することができる最低電圧かこの電圧より若干高い電圧を用いるものとしたが、対象のコースを走行する際に設定されている電圧Ｖｓｅｔより低い電圧であれば如何なる電圧としても構わない。
【００２８】
実施例のハイブリッド自動車２０では、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐから下限電圧Ｖｌｏｗを減じた値が所定値以上のときにはキャパシタ５０の定格最大出力を出力制限Ｗｏｕｔとして設定し、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐから下限電圧Ｖｌｏｗを減じた値が所定値未満のときにはキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐが下限電圧Ｖｌｏｗに近づくほど小さくなるように、そしてキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐが下限電圧Ｖｌｏｗに至ったときに値０となるように出力制限Ｗｏｕｔを設定するものとしたが、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐが下限電圧Ｖｌｏｗに至ったときに値０を出力電圧Ｗｏｕｔに設定するものとすれば、如何なる手法により出力制限Ｗｏｕｔを設定するものとしても構わない。
【００２９】
実施例では、レース用のハイブリッド自動車２０に本発明を適用した場合について説明したが、一般の公道を走行するハイブリッド自動車に本発明を適用してもよい。
【００３０】
実施例では、前輪に取り付けられたインホイールモータとしての前輪用モータ２４，２６と、エンジン３２のクランクシャフト３３に取り付けられたモータ３６と、前輪用モータ２４，２６やモータ３６と電力のやり取りが可能なキャパシタ５０とを備えるハイブリッド自動車２０に本発明を適用した場合について説明したが、走行用の動力を出力する内燃機関と、この内燃機関の出力軸に動力を入出力する電動機と、この電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタと、を備える自動車であれば如何なる自動車に適用するものとしてもよい。
【００３１】
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３２が「内燃機関」に相当し、モータ３６が「出力軸用電動機」に相当し、モータ３６や前輪用モータ２４，２６が「複数の電動機」に相当し、キャパシタ５０が「キャパシタ」に相当し、エンジン３２を運転して走行しているときには、上限電圧Ｖｈｉと電圧Ｖｓｅｔが設定された下限電圧Ｖｌｏｗとからなるキャパシタ５０の使用電圧範囲に基づく入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを用いてモータ３６や前輪用モータ２４，２６を制御し、エンジン３２を始動するときには、上限電圧Ｖｈｉと電圧Ｖｓｅｔより低い始動用電圧Ｖｓｔａｒｔとからなるキャパシタ５０の使用電圧範囲に基づく入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを用いてエンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌまでモータリングして始動するようモータ３６を制御する図２の始動時制御ルーチンを実行するメイン電子制御ユニット７０やトルク指令Ｔｍ＊に基づいてモータ３６を制御するモータＥＣＵ４０とが「電動機制御手段」に相当する。
【００３２】
本発明のハイブリッド車において、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油等の炭化水素系の燃料により動力を出力するものに限定されるものではなく、如何なるタイプの内燃機関としても構わない。「出力軸用電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータ３６に限定されるものではなく、内燃機関の出力軸に動力を入出力することができるものであれば如何なるタイプの電動機としても構わない。「キャパシタ」としては、電気二重層キャパシタとして構成されたキャパシタ５０に限定されるものではなく、蓄電可能なものであれば如何なるタイプのキャパシタとしても構わない。「電動機制御手段」としては、エンジン３２を運転して走行しているときには、上限電圧Ｖｈｉと電圧Ｖｓｅｔが設定された下限電圧Ｖｌｏｗとからなるキャパシタ５０の使用電圧範囲に基づく入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを用いてモータ３６や前輪用モータ２４，２６を制御し、エンジン３２を始動するときには、上限電圧Ｖｈｉと電圧Ｖｓｅｔより低い始動用電圧Ｖｓｔａｒｔとからなるキャパシタ５０の使用電圧範囲に基づく入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを用いてエンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌまでモータリングして始動するようモータ３６を制御するものに限定されるものではなく、内燃機関が運転されているときにはキャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて複数の電動機を制御し、内燃機関の始動指示がなされたときには運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて出力軸用電動機により内燃機関がクランキングされるよう出力軸用電動機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。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。
【００３３】
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】
【００３４】
本発明は、車両や蓄電装置の製造産業に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例としてのレース用に開発された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】メイン電子制御ユニット７０により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐと出力制限Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
２０ ハイブリッド自動車、２１ 前輪駆動系、２４，２６ 前輪用モータ、２５，２７ 回転位置検出センサ、２９ａ，２９ｂ 前輪、３１ 後輪駆動系、３２ エンジン、３３ クランクシャフト、３４ トランスミッション、３６ モータ、３７ 回転位置検出センサ、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 後輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４２，４４，４６ インバータ、５０ キャパシタ、５２ キャパシタ用電子制御ユニット（キャパシタＥＣＵ）、５４ 電圧センサ、５６ 電流センサ、５８ 温度センサ、６０ 電子制御式油圧ブレーキユニット（ＥＣＢ）、６１ マスタシリンダ、６１ａ マスタシリンダ圧センサ、６２ ブレーキ用電子制御ユニット（ブレーキＥＣＵ）、６４ ブレーキアクチュエータ、６６ａ，６６ｂ，６８ａ，６８ｂ ホイールシリンダ、７０ メイン電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８１ アップスイッチ、８２ ダウンスイッチ、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。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関し、詳しくは、走行用の動力を出力する内燃機関とこの内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機とこの出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタとを備えるハイブリッド車およびこうしたハイブリッド車の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、エンジンのクランクシャフトにキャリアが接続されると共に車軸側にリングギヤが接続されたプラネタリギヤと、プラネタリギヤのサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、プラネタリギヤのリングギヤに接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２と電力のやり取りを行なう二次電池として構成されたバッテリとを備え、エンジンを始動するときにはバッテリの出力制限をバッテリの若干の劣化を伴う程度の所定超過出力分だけ拡張するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、こうしたバッテリの出力制限を拡張することにより、エンジンをより確実に始動している。
【特許文献１】特開２００６−２９６１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のハイブリッド車では、二次電池として構成されたバッテリの若干の劣化を伴う程度にバッテリの出力制限を超過することによりエンジンの始動性を良好なものとしているが、車両の運動エネルギを電力として回収したり走行用の動力を出力する電動機とこの電動機により回生された電力を蓄えたりこの電動機に電力を供給する唯一の蓄電装置としてのキャパシタとを搭載するハイブリッド車では、キャパシタの若干の劣化を伴う程度の出力制限の拡張は、キャパシタの破損に直接の要因となるため、考えることは困難である。一方、キャパシタの使用電圧範囲の上限は、キャパシタの上限電圧（耐圧）に対して余裕をもった目標電圧が用いられ、キャパシタの使用電圧範囲の下限は、キャパシタからの電力の供給を受けて駆動する電動機の性能を十分に発揮させる必要からできる限り目標電圧に近い状態とするために車両の制動の際に電動機で回生される電力により目標電圧にすることができる電圧が用いられる。このため、キャパシタの実質的な電圧が使用電圧範囲となるようキャパシタの入出力制限が設定されることになる。特にレース用に開発されたハイブリッド車では、サーキット毎に車両の制動の際に電動機で回生される電力が異なることからサーキット毎にキャパシタの使用電圧範囲の下限を設定するのが望ましい。こうしたキャパシタの入出力制限を用いてエンジンを始動する際に、キャパシタの実質的な電圧が使用電圧範囲の下限近傍にあるときには、エンジンを始動することができない場合が生じ、不都合である。
【０００４】
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、走行用の動力を出力する内燃機関とこの内燃機関の出力軸に動力を入出力する電動機と唯一の蓄電装置としてのキャパシタとを備える車両において、内燃機関をより確実に始動すること主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明のハイブリッド車は、
走行用の動力を出力する内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機と、
前記出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタと、
前記内燃機関が運転されているときには前記キャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記複数の電動機を制御し、前記内燃機関の始動指示がなされたときには前記運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記出力軸用電動機により前記内燃機関がクランキングされるよう前記出力軸用電動機を制御する電動機制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明のハイブリッド車では、内燃機関が運転されているときには、唯一の蓄電装置であるキャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機を制御する。これにより、キャパシタを運転時電圧範囲内で充放電し、複数の電動機の性能を十分に発揮させて走行することができる。内燃機関の始動指示がなされたときには、運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて出力軸用電動機により内燃機関がクランキングされるよう出力軸用電動機を制御する。これにより、より確実に内燃機関を始動することができる。
【０００８】
こうした本発明のハイブリッド車において、前記始動時電圧範囲の下限電圧は、前記出力軸用電動機により前記内燃機関をアイドル回転数でモータリングすることができる電力を前記キャパシタから供給することができる電圧として設定されてなるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関をアイドル回転数でモータリングして始動することができる。
【０００９】
また、本発明のハイブリッド車において、前記ハイブリッド車はレース用の車両であり、前記運転時電圧範囲の下限電圧は、レース用のコースを走行したときに該コースにおいて最も大きな出力が要求される箇所の直前で車両の制動の際に前記複数の電動機の少なくとも一部を回生制御することにより得られる電力により前記キャパシタの電圧が前記運転時電圧範囲の上限電圧となるように設定されてなる電圧である、ものとすることもできる。こうすれば、複数の電動機の性能を十分に発揮させて走行することができる。
【００１０】
さらに、本発明のハイブリッド車において、前記複数の電動機は、前記内燃機関の出力軸に接続された車軸とは異なる第２の車軸に動力を入出力可能な第２電動機を備えるものとすることもできる。この場合、前記第２電動機は、前記第２の車軸に取り付けられた車輪に直接動力を出力するインホイールモータであるものとすることもできる。
【００１１】
本発明のハイブリッド車の制御方法は、
走行用の動力を出力する内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機と、前記出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタと、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
前記内燃機関が運転されているときには前記キャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記複数の電動機を制御し、前記内燃機関の始動指示がなされたときには前記運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記出力軸用電動機により前記内燃機関がクランキングされるよう前記出力軸用電動機を制御する、
ことを特徴とする。
【００１２】
この本発明のハイブリッド車の制御方法では、内燃機関が運転されているときには、唯一の蓄電装置であるキャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機を制御する。これにより、キャパシタを運転時電圧範囲内で充放電し、複数の電動機の性能を十分に発揮させて走行することができる。内燃機関の始動指示がなされたときには、運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて出力軸用電動機により内燃機関がクランキングされるよう出力軸用電動機を制御する。これにより、より確実に内燃機関を始動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例としてのレース用に開発された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、左右前輪２９ａ，２９ｂに取り付けられた二つの前輪用モータ２４，２６を有する前輪駆動系２１と、エンジン３２とエンジン３２のクランクシャフト３３に取り付けられたモータ３６とからの動力をトランスミッション３４とデファレンシャルギヤ３８とを介して左右後輪３９ａ，３９ｂに出力する後輪駆動系３１と、前輪用モータ２４，２６やモータ３６と電力のやり取りを行なうキャパシタ５０と、左右前輪２９ａ，２９ｂや左右後輪３９ａ，３９ｂに取り付けられたホイールシリンダ６６ａ，６６ｂ，６８ａ，６８ｂに油圧を作用させることにより制動トルクを付与する電子制御式油圧ブレーキユニット（以下、「ＥＣＢ」という。）６０と、ハイブリッド自動車２０の全体をコントロールするメイン電子制御ユニット７０とを備える。
【００１５】
前輪用モータ２４，２６は、同期発電電動機や減速機、ハブベアリング等を一体化したいわゆるインホイールモータとして構成された互いに同一のものであり、インバータ４２，４４を介してキャパシタ５０と電力のやりとりを行なう。すなわち、前輪用モータ２４，２６は、左右前輪２９ａ，２９ｂに対して制動力や駆動力を左右独立に分配して出力可能な動力ユニットとして機能する。前輪用モータ２４，２６は、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という。）４０により駆動制御を受けている。
【００１６】
エンジン３２は、ガソリンまたは軽油等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３２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するメイン電子制御ユニット７０により燃料噴射量や点火時期、吸入空気量等の制御を受けている。
【００１７】
トランスミッション３４は、例えば油圧駆動の６速の変速機として構成されており、ドライバーによるアップスイッチ８１やダウンスイッチ８２の操作に基づく信号を入力するメイン電子制御ユニット７０によりアップシフトやダウンシフトが行なわれるよう変速制御される。
【００１８】
モータ３６は、発電機として作動することができると共に電動機として作動可能な周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４６を介してキャパシタ５０と電力のやりとりを行なう。モータ３６は、前輪用モータ２４，２６と同様に、モータＥＣＵ４０により駆動制御を受けている。モータＥＣＵ４０には、前輪用モータ２４，２６やモータ３６を駆動制御するために必要な信号、例えば前輪用モータ２４，２６やモータ３６の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ２５，２７，３７からの信号や図示しない電流センサにより検出される前輪用モータ２４，２６やモータ３６に印加される相電流等が入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４２，４４，４６へのスイッチング制御信号が出力される。インバータ４２，４４，４６は、それぞれ６つのスイッチング素子と６つのダイオードとからなる周知のインバータ回路として構成されており、正極母線および負極母線がキャパシタ５０の入出力端子に接続されている。モータＥＣＵ４０は、メイン電子制御ユニット７０と通信しており、メイン電子制御ユニット７０からの制御信号によって前輪用モータ２４，２６やモータ３６を駆動制御すると共に必要に応じて前輪用モータ２４，２６やモータ３６の運転状態に関するデータをメイン電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ２５，２７，３７からの信号に基づいて前輪用モータ２４，２６やモータ３６の回転数Ｎｆｌ，Ｎｆｒ，Ｎｍも演算している。
【００１９】
キャパシタ５０は、例えば電気二重層キャパシタとして構成されており、キャパシタ用電子制御ユニット（以下、「キャパシタＥＣＵ」という。）５２により充放電の制御が行なわれている。キャパシタＥＣＵ５２には、キャパシタ５０の端子間に取り付けられた電圧センサ５４により検出されるキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐやキャパシタ５０からの電力ラインに取り付けられた電流センサ５６により検出されるキャパシタ５０を流れる電流Ｉｃａｐ，キャパシタ５０に取り付けられた温度センサ５８により検出されるキャパシタ５０の温度Ｔｃａｐなどが入力されている。キャパシタＥＣＵ５２は、メイン電子制御ユニット７０と通信しており、必要に応じてメイン電子制御ユニット７０に充放電に必要な制御信号を送信したり、キャパシタ５０の状態に関するデータをメイン電子制御ユニット７０に出力する。
【００２０】
ＥＣＢ６０は、ブレーキペダル８５の踏み込みにより加圧されるマスタシリンダ６１と、マスタシリンダ６１の圧力（ブレーキ踏力）に応じて車両に作用させるべき制動力のうちのＥＣＢ６０の分担割合に応じた制動トルクが左右前輪２９ａ，２９ｂや左右後輪３９ａ，３９ｂに作用するようにホイールシリンダ６６ａ，６６ｂ，６８ａ，６８ｂへの油圧を調整するブレーキアクチュエータ６４と、ブレーキアクチュエータ６４を駆動制御するブレーキ用電子制御ユニット（以下、「ブレーキＥＣＵ」という。）６２と、を備える。ブレーキＥＣＵ６２には、マスタシリンダ６１に取り付けられたマスタシリンダ圧センサ６１ａにより検出されるマスタシリンダ圧（ブレーキ踏力Ｆｂ）や左右前輪２９ａ，２９ｂおよび左右後輪３９ａ，３９ｂに設けられた図示しない車輪速センサからの車輪速などが入力されており、ブレーキＥＣＵ６２からはブレーキアクチュエータ６４への駆動信号が出力されている。ブレーキＥＣＵ６２は、メイン電子制御ユニット７０と通信しており、メイン電子制御ユニット７０からの制御信号によって左右前輪２９ａ，２９ｂや左右後輪３９ａ，３９ｂに制動トルクを作用させると共に必要に応じてＥＣＢ６０の状態に関するデータをメイン電子制御ユニット７０に出力する。
【００２１】
メイン電子制御ユニット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。メイン電子制御ユニット７０には、ステアリングに取り付けられてトランスミッション３４のアップシフトやダウンシフトを指示するアップスイッチ８１やダウンスイッチ８２からの信号やアクセルペダル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などが入力ポートを介して入力されている。メイン電子制御ユニット７０は、上述したように、モータＥＣＵ４０やキャパシタＥＣＵ５２，ブレーキＥＣＵ６２と通信ポートを介して接続されており、モータＥＣＵ４０やキャパシタＥＣＵ５２，ブレーキＥＣＵ６２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２２】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、アクセルペダル８３の踏み込み量に応じてエンジン３２の吸入空気量などを調整すると共にキャパシタ５０に蓄えられた電力を用いてモータ３６からトルク出力を行ない、ブレーキペダル８５の踏み込み力（踏力）に応じたブレーキトルクをＥＣＢ６０と前輪用モータ２４，２６とから出力し、前輪用モータ２４，２６の回生トルクの出力により得られる回生電力をキャパシタ５０に蓄える。実施例では、レース用の車両としてハイブリッド自動車２０を構成しているため、キャパシタ５０の制御としては、キャパシタ５０の最大電圧（耐圧）Ｖｍａｘより１割〜２割程度低い電圧を上限電圧Ｖｈｉとしてキャパシタ５０の入力制限を行ない、前輪用モータ２４，２６からの回生トルクの出力によりレース用のコースを走行したときにコースにおいて最も大きな出力が要求される箇所（例えば、長い直線の入口）の直前でキャパシタ５０の電圧が上限電圧Ｖｈｉとなるようにコース毎に設定された最低電圧Ｖｓｅｔをキャパシタ５０の下限電圧Ｖｌｏｗとして設定して出力制限を行なう。例えば、耐圧が９００Ｖのキャパシタを用いた場合、上限電圧Ｖｈｉとしてはコースに無関係に７５０Ｖや８００Ｖなどを用い、下限電圧ＶｌｏｗとしてはＡコースでは５００Ｖを用い、Ｂコースでは５８０Ｖを用いるなどとして運用するのである。このように下限電圧Ｖｌｏｗをコース毎に設定するのは、コース上で最もモータ３６からの出力が要求される箇所で最大出力によりモータ３６を駆動するためである。したがって、実施例のハイブリッド自動車２０では、上限電圧Ｖｈｉと下限電圧Ｖｌｏｗとによって設定されるキャパシタ５０の使用電圧範囲に基づくキャパシタ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを用いてモータ３６や前輪用モータ２４，２６を駆動制御することになる。なお、キャパシタ５０の出力制限Ｗｏｕｔの設定については後述する。
【００２３】
次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン３２の始動する際の動作について説明する。図２は、エンジン３２を始動するときにメイン電子制御ユニット７０により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンが実行されると、メイン電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、対象のコースに設定されたキャパシタ５０の下限電圧Ｖｌｏｗとして用いる電圧Ｖｓｅｔより小さな始動用電圧Ｖｓｔａｒｔをキャパシタ５０の下限電圧Ｖｌｏｗとして設定する（ステップＳ１００）。ここで、始動用電圧Ｖｓｔａｒｔとしては、実施例では、モータ３６によりエンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌでモータリングするのに必要な電力を供給することができる最低電圧かこの電圧より若干高い電圧を用いている。モータ３６やエンジン３２にもよるが、例えば、耐圧が９００Ｖのキャパシタを用いた場合、１２０Ｖや１５０Ｖなどを用いることができる。即ち、エンジン３２を運転して走行しているときには、キャパシタ５０の使用電圧範囲は上限電圧Ｖｈｉと電圧Ｖｓｅｔが設定された下限電圧Ｖｌｏｗとなり、エンジン３２を始動するときには、キャパシタ５０の使用電圧範囲は上限電圧Ｖｈｉと始動用電圧Ｖｓｔａｒｔが設定された下限電圧Ｖｌｏｗとなる。
【００２４】
そして、モータ３６の回転数Ｎｍやエンジン３２の回転数Ｎｅ，キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐなどを入力し（ステップＳ１１０）、入力したキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐと設定した下限電圧Ｖｌｏｗとを用いてキャパシタ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定する（ステップＳ１２０）。実施例では、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐから下限電圧Ｖｌｏｗを減じた値が所定値（例えば上限電圧Ｖｈｉの５％）以上のときにはキャパシタ５０の定格最大出力を出力制限Ｗｏｕｔとして設定し、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐから下限電圧Ｖｌｏｗを減じた値が所定値未満のときにはキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐが下限電圧Ｖｌｏｗに近づくほど小さくなるように、そしてキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐが下限電圧Ｖｌｏｗに至ったときに値０となるように出力制限Ｗｏｕｔを設定するものとした。キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐと出力制限Ｗｏｕｔとの関係の一例を図３に示す。図中、実線は始動用電圧Ｖｓｔａｒｔが下限電圧Ｖｌｏｗに設定されたときの出力制限Ｗｏｕｔを示し、一点鎖線は電圧Ｖｓｅｔが下限電圧Ｖｌｏｗに設定されたときの出力制限Ｗｏｕｔを示す。このように、始動用電圧Ｖｓｔａｒｔが設定された下限電圧Ｖｌｏｗを用いてキャパシタ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定することにより、エンジン３２をより確実に始動することができる。なお、モータ３６の回転数Ｎｍについては、回転位置検出センサ３７からの信号により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。また、エンジン３２の回転数Ｎｅについては、クランクシャフト３３に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号により演算されてＲＡＭ７６に記憶されたものを読み出すことにより入力するものとした。さらに、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐについては、電圧センサ５４により検出されたものをキャパシタＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。
【００２５】
こうしてキャパシタ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定すると、エンジン３２をモータリングするためのトルクとして予め設定されたトルクＴｍｓｅｔを仮モータトルクＴｍｔｍｐと設定すると共に（ステップＳ１３０）、設定した出力制限Ｗｏｕｔをモータ３６の回転数Ｎｍで除してモータ３６から出力してもよい最大トルクとしてのトルク制限Ｔｍａｘを計算し（ステップＳ１４０）、仮モータトルクＴｍｔｍｐとトルク制限Ｔｍａｘとのうち小さい方をモータ３６のトルク指令Ｔｍ＊として設定してモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１５０）、このエンジン３２の回転数Ｎｅがアイドル回転数Ｎｉｄｌに至るまでステップＳ１１０からステップＳ１５０の処理を繰り返す（ステップＳ１６０）。そして、エンジン３２の回転数Ｎｅがアイドル回転数Ｎｉｄｌに至ると燃料噴射制御や点火制御を開始して（ステップＳ１７０）、エンジン３２が完爆するのを確認し（ステップＳ１８０）、キャパシタ５０の下限電圧Ｖｌｏｗに対象のコースに設定されている電圧Ｖｓｅｔを設定して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。
【００２６】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン３２を始動するときには、キャパシタ５０の下限電圧Ｖｌｏｗとして対象のコースを走行する際に設定されている電圧Ｖｓｅｔより低い始動用電圧Ｖｓｔａｒｔを用いてモータ３６によりエンジン３２をモータリングして始動するから、エンジン３２をより確実に始動することができる。しかも、始動用電圧Ｖｓｔａｒｔとしてモータ３６によりエンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌでモータリングするのに必要な電力を供給することができる最低電圧かこの電圧より若干高い電圧を用いるから、エンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌまでモータリングしてから始動することができる。
【００２７】
実施例のハイブリッド自動車２０では、始動用電圧Ｖｓｔａｒｔとして、モータ３６によりエンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌでモータリングするのに必要な電力を供給することができる最低電圧かこの電圧より若干高い電圧を用いるものとしたが、対象のコースを走行する際に設定されている電圧Ｖｓｅｔより低い電圧であれば如何なる電圧としても構わない。
【００２８】
実施例のハイブリッド自動車２０では、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐから下限電圧Ｖｌｏｗを減じた値が所定値以上のときにはキャパシタ５０の定格最大出力を出力制限Ｗｏｕｔとして設定し、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐから下限電圧Ｖｌｏｗを減じた値が所定値未満のときにはキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐが下限電圧Ｖｌｏｗに近づくほど小さくなるように、そしてキャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐが下限電圧Ｖｌｏｗに至ったときに値０となるように出力制限Ｗｏｕｔを設定するものとしたが、キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐが下限電圧Ｖｌｏｗに至ったときに値０を出力電圧Ｗｏｕｔに設定するものとすれば、如何なる手法により出力制限Ｗｏｕｔを設定するものとしても構わない。
【００２９】
実施例では、レース用のハイブリッド自動車２０に本発明を適用した場合について説明したが、一般の公道を走行するハイブリッド自動車に本発明を適用してもよい。
【００３０】
実施例では、前輪に取り付けられたインホイールモータとしての前輪用モータ２４，２６と、エンジン３２のクランクシャフト３３に取り付けられたモータ３６と、前輪用モータ２４，２６やモータ３６と電力のやり取りが可能なキャパシタ５０とを備えるハイブリッド自動車２０に本発明を適用した場合について説明したが、走行用の動力を出力する内燃機関と、この内燃機関の出力軸に動力を入出力する電動機と、この電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタと、を備える自動車であれば如何なる自動車に適用するものとしてもよい。
【００３１】
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３２が「内燃機関」に相当し、モータ３６が「出力軸用電動機」に相当し、モータ３６や前輪用モータ２４，２６が「複数の電動機」に相当し、キャパシタ５０が「キャパシタ」に相当し、エンジン３２を運転して走行しているときには、上限電圧Ｖｈｉと電圧Ｖｓｅｔが設定された下限電圧Ｖｌｏｗとからなるキャパシタ５０の使用電圧範囲に基づく入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを用いてモータ３６や前輪用モータ２４，２６を制御し、エンジン３２を始動するときには、上限電圧Ｖｈｉと電圧Ｖｓｅｔより低い始動用電圧Ｖｓｔａｒｔとからなるキャパシタ５０の使用電圧範囲に基づく入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを用いてエンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌまでモータリングして始動するようモータ３６を制御する図２の始動時制御ルーチンを実行するメイン電子制御ユニット７０やトルク指令Ｔｍ＊に基づいてモータ３６を制御するモータＥＣＵ４０とが「電動機制御手段」に相当する。
【００３２】
本発明のハイブリッド車において、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油等の炭化水素系の燃料により動力を出力するものに限定されるものではなく、如何なるタイプの内燃機関としても構わない。「出力軸用電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータ３６に限定されるものではなく、内燃機関の出力軸に動力を入出力することができるものであれば如何なるタイプの電動機としても構わない。「キャパシタ」としては、電気二重層キャパシタとして構成されたキャパシタ５０に限定されるものではなく、蓄電可能なものであれば如何なるタイプのキャパシタとしても構わない。「電動機制御手段」としては、エンジン３２を運転して走行しているときには、上限電圧Ｖｈｉと電圧Ｖｓｅｔが設定された下限電圧Ｖｌｏｗとからなるキャパシタ５０の使用電圧範囲に基づく入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを用いてモータ３６や前輪用モータ２４，２６を制御し、エンジン３２を始動するときには、上限電圧Ｖｈｉと電圧Ｖｓｅｔより低い始動用電圧Ｖｓｔａｒｔとからなるキャパシタ５０の使用電圧範囲に基づく入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを用いてエンジン３２をアイドル回転数Ｎｉｄｌまでモータリングして始動するようモータ３６を制御するものに限定されるものではなく、内燃機関が運転されているときにはキャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて複数の電動機を制御し、内燃機関の始動指示がなされたときには運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて出力軸用電動機により内燃機関がクランキングされるよう出力軸用電動機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。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。
【００３３】
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】
【００３４】
本発明は、車両や蓄電装置の製造産業に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例としてのレース用に開発された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】メイン電子制御ユニット７０により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】キャパシタ５０の端子間電圧Ｖｃａｐと出力制限Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
２０ ハイブリッド自動車、２１ 前輪駆動系、２４，２６ 前輪用モータ、２５，２７ 回転位置検出センサ、２９ａ，２９ｂ 前輪、３１ 後輪駆動系、３２ エンジン、３３ クランクシャフト、３４ トランスミッション、３６ モータ、３７ 回転位置検出センサ、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 後輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４２，４４，４６ インバータ、５０ キャパシタ、５２ キャパシタ用電子制御ユニット（キャパシタＥＣＵ）、５４ 電圧センサ、５６ 電流センサ、５８ 温度センサ、６０ 電子制御式油圧ブレーキユニット（ＥＣＢ）、６１ マスタシリンダ、６１ａ マスタシリンダ圧センサ、６２ ブレーキ用電子制御ユニット（ブレーキＥＣＵ）、６４ ブレーキアクチュエータ、６６ａ，６６ｂ，６８ａ，６８ｂ ホイールシリンダ、７０ メイン電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８１ アップスイッチ、８２ ダウンスイッチ、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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用の動力を出力する内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機と、
前記出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタと、
前記内燃機関が運転されているときには前記キャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記複数の電動機を制御し、前記内燃機関の始動指示がなされたときには前記運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記出力軸用電動機により前記内燃機関がクランキングされるよう前記出力軸用電動機を制御する電動機制御手段と、
を備えるハイブリッド車。
【請求項２】
前記始動時電圧範囲の下限電圧は、前記出力軸用電動機により前記内燃機関をアイドル回転数でモータリングすることができる電力を前記キャパシタから供給することができる電圧として設定されてなる請求項１記載のハイブリッド車。
【請求項３】
請求項１または２記載のハイブリッド車であって、
前記ハイブリッド車は、レース用の車両であり、
前記運転時電圧範囲の下限電圧は、レース用のコースを走行したときに該コースにおいて最も大きな出力が要求される箇所の直前で車両の制動の際に前記複数の電動機の少なくとも一部を回生制御することにより得られる電力により前記キャパシタの電圧が前記運転時電圧範囲の上限電圧となるように設定されてなる電圧である、
ハイブリッド車。
【請求項４】
前記複数の電動機は、前記内燃機関の出力軸に接続された車軸とは異なる第２の車軸に動力を入出力可能な第２電動機を備える請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載のハイブリッド車。
【請求項５】
前記第２電動機は、前記第２の車軸に取り付けられた車輪に直接動力を出力するインホイールモータである請求項４記載のハイブリッド車。
【請求項６】
走行用の動力を出力する内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機と、前記出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタと、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
前記内燃機関が運転されているときには前記キャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記複数の電動機を制御し、前記内燃機関の始動指示がなされたときには前記運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記出力軸用電動機により前記内燃機関がクランキングされるよう前記出力軸用電動機を制御する、
ことを特徴とするハイブリッド車の制御方法。
【請求項１】
走行用の動力を出力する内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機と、
前記出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタと、
前記内燃機関が運転されているときには前記キャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記複数の電動機を制御し、前記内燃機関の始動指示がなされたときには前記運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記出力軸用電動機により前記内燃機関がクランキングされるよう前記出力軸用電動機を制御する電動機制御手段と、
を備えるハイブリッド車。
【請求項２】
前記始動時電圧範囲の下限電圧は、前記出力軸用電動機により前記内燃機関をアイドル回転数でモータリングすることができる電力を前記キャパシタから供給することができる電圧として設定されてなる請求項１記載のハイブリッド車。
【請求項３】
請求項１または２記載のハイブリッド車であって、
前記ハイブリッド車は、レース用の車両であり、
前記運転時電圧範囲の下限電圧は、レース用のコースを走行したときに該コースにおいて最も大きな出力が要求される箇所の直前で車両の制動の際に前記複数の電動機の少なくとも一部を回生制御することにより得られる電力により前記キャパシタの電圧が前記運転時電圧範囲の上限電圧となるように設定されてなる電圧である、
ハイブリッド車。
【請求項４】
前記複数の電動機は、前記内燃機関の出力軸に接続された車軸とは異なる第２の車軸に動力を入出力可能な第２電動機を備える請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載のハイブリッド車。
【請求項５】
前記第２電動機は、前記第２の車軸に取り付けられた車輪に直接動力を出力するインホイールモータである請求項４記載のハイブリッド車。
【請求項６】
走行用の動力を出力する内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に動力を入出力する出力軸用電動機と、前記出力軸用電動機を含む車載された複数の電動機と電力のやり取りを行なう唯一の蓄電装置としてのキャパシタと、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
前記内燃機関が運転されているときには前記キャパシタの使用電圧範囲として予め定められた運転時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記複数の電動機を制御し、前記内燃機関の始動指示がなされたときには前記運転時電圧範囲の下限電圧より低い電圧を下限電圧とする始動時電圧範囲に基づく駆動制限を用いて前記出力軸用電動機により前記内燃機関がクランキングされるよう前記出力軸用電動機を制御する、
ことを特徴とするハイブリッド車の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１８７３９（Ｐ２００９−１８７３９Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８４１３４（Ｐ２００７−１８４１３４）
【出願日】平成１９年７月１３日（２００７．７．１３）
【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２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１３日（２００７．７．１３）
【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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