ハイブリッド車両およびその制御方法
【課題】 パラレルハイブリッド車両において、モータＭＧ２の制御に起因する振動を抑制し、乗り心地を向上する。
【解決手段】 エンジン、モータＭＧ１、モータＭＧ２および車軸をプラネタリギヤを介して結合する。エンジンおよびモータＭＧ１から出力された動力をモータＭＧ２で補償して要求動力を車軸から出力する。この制御では、まず上記補償に必要なトルクをモータＭＧ２の仮目標トルクとして設定する。この仮目標トルクになまし処理を施して目標トルクを決定する。車両の走行状態に応じてなまし処理の程度を変える。停車中にエンジンの始動が開始された場合は、高い応答性でモータＭＧ２を制御して車軸へのトルク変動を適切に相殺する。通常走行中にはやや低い応答性でモータＭＧ２を制御して運転者のアクセル操作に対し滑らかに出力トルクを変える。
【解決手段】 エンジン、モータＭＧ１、モータＭＧ２および車軸をプラネタリギヤを介して結合する。エンジンおよびモータＭＧ１から出力された動力をモータＭＧ２で補償して要求動力を車軸から出力する。この制御では、まず上記補償に必要なトルクをモータＭＧ２の仮目標トルクとして設定する。この仮目標トルクになまし処理を施して目標トルクを決定する。車両の走行状態に応じてなまし処理の程度を変える。停車中にエンジンの始動が開始された場合は、高い応答性でモータＭＧ２を制御して車軸へのトルク変動を適切に相殺する。通常走行中にはやや低い応答性でモータＭＧ２を制御して運転者のアクセル操作に対し滑らかに出力トルクを変える。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関と電動発電機とを有し、少なくとも内燃機関から出力された動力を動力源として走行可能なハイブリッド車両およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、内燃機関と電動発電機とを備えるハイブリッド車両が提案されている。かかるハイブリッド車両としては種々の構成が提案されており、その一つにパラレル・ハイブリッド車両がある。パラレル・ハイブリッド車両では、内燃機関の動力および電動機の動力の双方を車軸に伝達可能である。パラレル・ハイブリッド車両の構成例を図１に示す。
【０００３】図１のハイブリッド車両では、エンジン１５０と、電動発電機ＭＧ１，ＭＧ２とが備えられている。三者は、プラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ１２０は、遊星歯車とも呼ばれ以下に示すそれぞれのギヤに結合された３つの回転軸を有している。プラネタリギヤ１２０を構成するギヤは、中心で回転するサンギヤ１２１、サンギヤの周辺を自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ１２３、さらにその外周で回転するリングギヤ１２２である。プラネタリピニオンギヤ１２３はプラネタリキャリア１２４に軸支されている。図１のハイブリッド車両では、エンジン１５０はプラネタリキャリア１２４に結合されている。電動発電機ＭＧ１はサンギヤ１２１に結合されている。電動発電機ＭＧ２はリングギヤ１２２に結合されている。リングギヤ１２２はチェーンベルト１２９により車軸１１２に結合されている。
【０００４】かかる構成を有するハイブリッド車両では、内燃機関から出力された動力がプラネタリギヤ１２０で２つに分配される。その一部は機械的な動力として車軸１１２に伝達される。残余の部分は電動発電機ＭＧ１で電力として回生される。両者の分配比率は、プラネタリギヤ１２０のギヤ比に基づいて定まる。上記ハイブリッド車両では、車軸１１２の回転数が要求された回転数に一致するような割合で動力を分配する。かかる分配の結果、車軸１１２に伝達されたトルクが要求値に満たない場合には、電動発電機ＭＧ２から不足分のトルクを出力する。電動発電機ＭＧ２の駆動には、電動発電機ＭＧ１で回生された電力が用いられる。
【０００５】かかる作用により、ハイブリッド車両は内燃機関から出力された動力を、車軸１１２に要求されたトルクおよび回転数からなる動力に変換して走行することができる。また、ハイブリッド車両では、電動発電機ＭＧ２の動力を利用して内燃機関を停止したまま走行することもできる。さらに、車両が停止中および走行中のいずれの状態であっても、電動発電機ＭＧ１を駆動して内燃機関をモータリングし、始動することもできる。ハイブリッド車両では、こうした種々の状態で動力を出力して走行するために、要求動力に応じて内燃機関、電動発電機ＭＧ１，ＭＧ２の走行状態を制御する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】パラレル式のハイブリッド車両では、内燃機関および電動発電機ＭＧ１から車軸１１２に出力される動力と要求動力との過不足分を補償するのは電動発電機ＭＧ２である。従って、車軸１１２から要求動力を適切に出力するためには、特に電動発電機ＭＧ２の制御を適切に行う必要がある。内燃機関および電動発電機ＭＧ１から車軸１１２に出力される動力は、両者の運転状態に応じて変化する。また、要求動力は運転者の操作によって変化する。車軸１１２から要求動力を適切に出力するためには、これらの変化に応じた応答性で電動発電機ＭＧ２を制御する必要がある。
【０００７】従来から提案されているハイブリッド車両では、電動発電機ＭＧ２の制御に上述の応答性が十分に考慮されていなかった。そのため、ある走行状態によっては、応答性が過敏となり、要求動力の変化に応じて内燃機関、電動発電機ＭＧ１，ＭＧ２の走行状態が急激に変動し、振動を発生することがあった。この場合には、運転者の操作の微妙な変動に応じて出力される動力が過敏に変化することに起因する振動も生じることがあった。また、別の走行状態では応答性が低すぎ、電動発電機ＭＧ２が上述の過不足分を十分補償しきれずに、振動を発生することもあった。これらの現象は、いずれもハイブリッド車両の乗り心地を低下させていた。かかる現象は、上述した構成のハイブリッド車両に関わらず、いわゆるパラレルハイブリッド車両で共通に生じていた。
【０００８】本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、いわゆるパラレルハイブリッド車両において、種々の走行状態において、電動発電機の制御の応答性に起因する振動を抑制する技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では以下の構成を採った。本発明の動力出力装置は、内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、少なくとも該内燃機関から出力された動力を変換して前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両であって、前記電動発電機の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する特定手段と、前記目標トルクを修正して前記走行状態に応じて予め定められた応答性を達成する目標トルク修正手段と、前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する電動発電機制御手段とを備えることを要旨とする。
【００１０】本発明のハイブリッド車両では、前記電動発電機の制御によって車軸に出力されるトルクを制御することができる。電動発電機の運転は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて予め定められた応答性に基づいて目標トルクを修正した上で制御される。応答性とは、電動発電機の目標トルクの変動に対応して実際のトルクが変化する変化率をいう。一般に、要求動力が運転者の指示によって変化する周期および幅は、車両の走行状態に応じて相違する。例えば、車両が走行しているときは、アクセルの踏み込み量が細かな周期で微妙に変動する。車両の走行中に高い応答性で電動発電機を制御すれば、上述の微妙な変動に応じて車軸に出力されるトルクが変動する。滑らかな運転を可能にするためには、上記変動よりも緩い応答性で電動発電機を制御することが望ましい。
【００１１】一方、乗員が許容できる振動の程度も車両の走行状態によって変化する。例えば、停車中は走行中に比べてわずかな振動でも敏感に感じる。かかる場合には、電動発電機を制御して、車軸に出力されるトルクの変動を素早く相殺することが望ましい。上記ハイブリッド車両では、車両の走行状態に応じた応答性で電動発電機を制御することができる。従って、各走行状態ごとに、運転者が期待する滑らかな加減速感を実現しつつ、乗員が許容できる範囲に振動を抑制するように電動発電機を運転することができる。この結果、本発明のハイブリッド車両によれば、車両の操作性および乗り心地を大きく向上することができる。
【００１２】なお、上記応答性は種々の走行状態に対応して設定することができる。例えば、車両の進行方向に関連した状態、つまり前進中、停車中、後進中で区別して応答性を設定してもよい。また、車輪がスリップした状態にあるか否かで区別して応答性を設定してもよい。さらに、車両が定常的に走行しているか加速または減速中であるかで区別して応答性を設定してもよい。その他種々の走行状態に応じて応答性を定義することができる。
【００１３】上記発明では、目標トルクを一旦入力した上で、応答性に基づいてその目標トルクを修正している。これに対し、目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、該目標トルクを修正する目標トルク修正手段とを一体的に構成するものとしてもよい。つまり、目標トルクを設定する過程において、上記応答性に基づいた修正を施すものとしてもよい。
【００１４】目標トルク設定手段および目標トルク修正手段は、種々の態様で構成することができ、例えば、前記目標トルク設定手段は、前記車軸から出力すべき要求トルクに対して、前記内燃機関および動力調整装置によって前記車軸に出力されるトルクが過不足するトルクを補償する値を目標トルクとして設定する手段であり、前記目標トルク修正手段は、前記走行状態ごとに定められたなまし処理を施して前記目標トルクを設定する手段であるものとすることができる。
【００１５】かかる態様の目標トルク設定手段によって設定されたトルクが電動発電機から出力されれば、内燃機関および動力調整装置から車軸に出力されるトルクを補償して要求トルクを車軸から出力することができる。一方、上記態様の目標トルク修正手段によれば、走行状態ごとに定められた応答性で電動発電機のトルクが変動するように、なまし処理によって目標トルクを修正する。なまし処理の方法としては、種々の方法が適用可能である。例えば、従前に電動発電機が出力していたトルクおよび目標トルク設定手段により設定されたトルクのそれぞれに所定の重み係数を乗じた平均値を修正後の目標トルクとする方法を採ることができる。この場合は、重み係数を走行状態に応じて変更することにより、電動発電機のトルクの応答性を変えることができる。他の方法を適用した場合でも、なまし処理に用いられる所定の係数を変更すれば、走行状態に応じて応答性を変えることができる。上述の態様からなるハイブリッド車両では、目標トルク修正手段として、なまし処理を適用することにより、走行状態に応じて比較的容易に電動発電機のトルクの応答性を変更することができる。
【００１６】本発明のハイブリッド車両において、車両の走行状態と、電動発電機のトルクの応答性との関係は、種々の関係で設定可能である。例えば、第１の関係として、前記特定手段が、該ハイブリッド車両の走行状態として、停車中であるか否かを特定する手段である場合に、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が停車中の方が走行中よりも高く定められているものとすることができる。
【００１７】停車中は車軸に出力されるトルクを一定に維持する必要がある。平坦な場所で停車中であればトルクは値０で一定に維持されるし、上り坂などでは勾配に応じた正の値で一定に維持される。いずれの場合であっても車軸に出力されるトルクが変動すれば車両は振動する。一般に、停車中、乗員は車両の振動に対して非常に敏感である。上述した関係で電動発電機の応答性を設定すれば、停車中は走行中よりも高い応答性で電動発電機を制御することができる。つまり、内燃機関および動力調整装置の運転状態が変化して、両者から車軸に出力されるトルクが変動した場合でも、該変動分を電動発電機で素早く補償することができる。従って、車軸に出力されるトルクをほぼ一定の値に維持することが可能となり、停車中において、内燃機関や動力調整装置の運転状態の変化に起因する振動を抑制することができる。
【００１８】停車中は運転者がアクセルの踏み込みなどによって、要求トルクの増減を指示することはほとんどない。従って、上述の関係で停車中における電動発電機の応答性を高めても、運転者の操作に応じて車軸から出力されるトルクが細かく変動して振動を起こす可能性はほとんどない。従って、上記第１の関係で電動発電機の応答性を設定すれば、停車中のハイブリッド車両の乗り心地を大きく向上することができる。
【００１９】停車中の応答性を走行中よりどの程度高く設定するかという点については、ハイブリッド車両の具体的な構成に応じて相違する。例えば、内燃機関や動力調整装置から出力されるトルクの変化率などに応じて異なる。従って、ハイブリッド車両の構成に応じて、振動が許容される範囲に収まる応答性を実験等により設定すればよい。応答性を高くするために、目標トルク設定手段により設定された目標トルクを修正せずに電動発電機の制御に用いるものとしてもよい。
【００２０】なお、停車中であるか否かの判断は、例えばシフトポジションが停車中にのみ使われるパーキングレンジなどの位置にあるか否かで判断することも可能である。また、前記特定手段は、車速に基づいて車両が停止しているか否かを特定するものとすることもできる。
【００２１】シフトポジションが走行中に使用される位置にある場合でも、例えばブレーキを踏んでいる場合など、ハイブリッド車両が停車中である可能性はある。上記特定手段によれば、かかる場合でも車両が停止していることを特定することができるため、より確実に停車中の乗り心地を向上することができる。また、上述の特定手段によれば、車両が完全に停止しておらず、非常に微速で走行している場合も含めて停車中として扱うことができる。非常に微速で走行している場合は、乗員が車両の振動に敏感である。上記特定手段によれば、かかる場合も含めて停車中として扱うことにより、非常に微速で走行している場合の振動をも抑制することができる。
【００２２】第２の関係として、前記内燃機関の始動の指示を入力する手段を備えたハイブリッド車両において、前記目標トルク設定手段が、該指示が入力されたときに前記動力調整装置で前記内燃機関をモータリングする際に前記車軸に出力されるトルクを相殺可能なトルクを、目標トルクとして設定する手段であり、前記特定手段が、該ハイブリッド車両の走行状態が停車中かつ前記モータリングが行われている状態であるか否かを特定する手段である場合に、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が停車中かつ該モータリングが行われているときの方が、走行中よりも高く設定されているものとすることもできる。
【００２３】ハイブリッド車両は、動力調整装置によって内燃機関をモータリングし、内燃機関を始動することがある。この際、内燃機関をモータリングするために動力調整装置から出力されたトルクの反トルクが車軸に出力される。車軸に適切な動力を出力するためには、電動発電機でこの反トルクを相殺する必要がある。特に乗員が車両の振動を感じやすい停車中には、先に説明した通り、車軸に出力されるトルクを一定に維持する必要性が高い。上述した関係で電動発電機の応答性を設定すれば、停車中かつモータリング中である場合は、走行中よりも高い応答性で電動発電機を制御することができる。つまり、動力調整装置による反トルクを速やかに補償することができる。従って、車軸に出力されるトルクの変動を抑制でき、停車中かつモータリング中である場合の乗り心地を向上することができる。
【００２４】なお、ハイブリッド車両は、走行中においても動力調整装置で内燃機関をモータリングして、内燃機関を始動することがある。かかる場合でも、モータリング中に反トルクを電動発電機で相殺する必要がある。走行中は停車中ほど振動には敏感でないのが通常であるが、振動が抑制された方が望ましいのはもちろんである。従って、走行中にモータリングが行われている場合には、モータリングが行われていない走行中の応答性よりも高い応答性で電動発電機が制御されるように、目標トルクを設定するものとしてもよい。
【００２５】第３の関係として、前記特定手段が、前記車軸に結合された車輪がスリップした状態にあるか否かを特定する手段である場合に、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両の走行状態が前記スリップした状態にあるときの方が、そうでないときよりも高く設定されているものとすることもできる。
【００２６】車輪がスリップした状態は一般に好ましい走行状態とはいえないため、速やかに回復を図る必要がある。車輪のスリップは路面の摩擦力に対して車軸から出力されるトルクが大きすぎるときに生じる。従って、スリップから回復するためには、車軸から出力されるトルクをスリップを生じない程度の値に抑制する必要がある。上記第３の関係で電動発電機の応答性を設定しておけば、スリップが生じた場合に車軸に出力されるトルクを速やかに抑制することができる。従って、短期間でスリップ状態からの回復を図ることができる。
【００２７】スリップした場合、車軸の回転数は急激に増加する。このように回転数が急激に増加すると、車軸に動力を伝達する系統中のギヤその他の要素に不要な摩耗などを生じ、寿命を著しく縮めるおそれもある。上述の関係で電動発電機の応答性を設定すれば、スリップから速やかに回復できるため、車両の寿命を縮める状態を回避することができる。なお、上記関係は、車両が前進中であるか後進中であるか、また停車中であるかに関わらず、適用することができる。
【００２８】第４の関係として、前記特定手段が、該ハイブリッド車両が前進走行中であるか後進走行中であるかを特定する手段である場合に、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が後進走行中であるときの方が、前進走行中よりも低く設定されているものとすることもできる。
【００２９】一般に内燃機関の回転方向は、車両が前進中であるか後進中であるかに関わらず一定である。後進する場合、ハイブリッド車両は、内燃機関の回転動力を動力調整装置で電力に置き換えつつ、電動発電機から後進方向の回転動力を出力する。内燃機関からは前進方向の動力が出力されており、電動発電機からは後進方向の動力が出力されている。内燃機関、動力調整装置、および電動発電機でやりとりされる動力のバランスが崩れると、車軸には前後方向にトルク変動が生じ激しい振動を生じる。後進時は、内燃機関の出力する動力と電動発電機の出力する動力の方向が逆であるため、前進時に比べて動力のバランスが崩れやすい。上記第４の関係で電動発電機の応答性を設定すれば、電動発電機の運転状態は比較的緩やかに変化する。従って、内燃機関、動力調整装置、電動発電機でやりとりされる動力のバランスを維持しやすい。この結果、上記関係を適用したハイブリッド車両によれば、後進時の車両の振動を抑制することができ、操作性および乗り心地を大きく向上することができる。
【００３０】本発明のハイブリッド車両における動力調整装置は、種々の構成を適用可能であり、例えば、前記電動発電機を第１の電動発電機とし、前記動力調整装置は、３つの回転軸を有し、該回転軸のうち２つの回転軸が前記出力軸および車軸に結合されたプラネタリギヤと、該プラネタリギヤの残余の回転軸に結合された第２の電動発電機からなる装置であるものとすることができる。
【００３１】かかる構成の動力調整装置によれば、内燃機関から出力された動力は、プラネタリギヤで車軸に伝達される動力と、第２の電動発電機に伝達される動力に分配することができる。また、内燃機関から出力された動力と第２の電動発電機から出力された動力とをプラネタリギヤで併合して、車軸に伝達することもできる。従って、第２の電動発電機への電力のやりとりによって、上記構成からなる動力調整装置は、内燃機関の出力軸および車軸の双方の軸で入出力される動力を調整することができる。
【００３２】また、前記動力出力装置は、前記出力軸に結合された第１のロータと、前記車軸に結合された第２のロータとからなる対ロータ電動機であるものとすることもできる。
【００３３】かかる構成の動力調整装置によれば、内燃機関から出力された動力を、第１のロータと第２のロータ間に作用する電磁的な結合を通じて、車軸に伝達することができる。この際、対ロータ電動機への電力のやりとりによって、第１のロータおよび第２のロータ間の滑りを調整することができる。つまり、内燃機関の出力軸および車軸の回転数を調整することにより、両軸の動力を調整することができる。かかる作用により、上記対ロータ電動機は、内燃機関の出力軸および車軸の双方の軸で入出力される動力を調整可能な動力調整装置として機能する。
【００３４】通常、ハイブリッド車両は、複数の車軸を有している。本発明のハイブリッド車両は、動力調整装置および電動発電機が同じ側の車軸に結合された構成を採用することが可能である。また、前記動力調整装置が結合された車軸と、前記電動発電機が結合された車軸とは異なる車軸であり、それぞれの車軸に結合された車輪から動力を出力することにより４輪駆動可能な構成を採ることも可能である。当然、動力調整装置および電動発電機を一方の車軸に結合された構成とした上で、更に他の車軸に電動発電機を結合して４輪駆動可能な構成を採るものとしても構わない。
【００３５】本発明は以下に示す構成を採ることもできる。つまり、内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、少なくとも該内燃機関から出力された動力を変換して前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両であって、前記電動発電機の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、該目標トルクをなまし処理により修正するトルク修正手段と、前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する特定手段と、前記ハイブリッド車両が予め定めた所定の走行状態にあるときは、前記トルク修正手段による目標トルクの修正を禁止する禁止手段と、前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する電動発電機制御手段とを備えるハイブリッド車両としての構成である。
【００３６】一般にハイブリッド車両の運転中には、車軸に出力されるトルクが滑らかに変動することが要求される走行状態を取ることが多い。上記態様のハイブリッド車両によれば、電動発電機の目標トルクをなまし処理して修正することにより、出力されるトルクを滑らかに変動させることができる。ところが、先に説明した通り、ハイブリッド車両の走行状態によっては、なまし処理を施して電動発電機の目標トルクを設定した場合、電動発電機の応答性が低く、車両が振動することがある。上記態様のハイブリッド車両によれば、所定の走行状態にあるときは、禁止手段によりなまし処理を禁止することができる。従って、上記ハイブリッド車両は、車両の走行状態に応じて適切なトルクを出力することができる。
【００３７】なまし処理を禁止すべき走行状態としては、例えば、車両が停車中である場合や、車両がスリップ状態にある場合が挙げられる。また、車両が停車中において内燃機関が始動されている時にのみなまし処理を禁止するものとしてもよい。なお、前記トルク修正手段は、車両の走行状態に応じてなまし処理の程度を変えるものとすることもできる。例えば、後進中は前進走行中よりも応答性が低くなるようになまし処理を施すこともできる。
【００３８】本発明は、以下に示すハイブリッド車両の制御方法としても構成することができる。即ち、内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、該内燃機関から出力された動力を前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両の制御方法であって、（ａ）前記電動発電機の目標トルクを設定する工程と、（ｂ）前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する工程と、（ｃ）前記走行状態に応じて予め定められた応答性に基づいて許容される範囲に前記目標トルクを修正する工程と、（ｄ）前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する工程とを備える制御方法である。
【００３９】かかる制御方法によって、ハイブリッド車両の運転を制御すれば、先にハイブリッド車両の発明として説明した作用と同様の作用によって、車両の操作性および乗り心地に優れた制御を実現することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
（１）実施例の構成：はじめに、本発明の実施例としてのハイブリッド車両の構成を説明する。図１はこのハイブリッド車両の動力を出力する動力系統の構成を示す説明図である。動力系統に備えられたエンジン１５０は通常のガソリンエンジンであり、クランクシャフト１５６を回転させる。エンジン１５０の運転はＥＦＩＥＣＵ１７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ１７０は内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従い、エンジン１５０の燃料噴射量その他の制御を実行する。
【００４１】動力系統には、他にモータＭＧ１，ＭＧ２が備えられている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ１３２，１４２と、回転磁界を形成する三相コイル１３１，１４１が巻回されたステータ１３３，１４３とを備える。ステータ１３３，１４３はケース１１９に固定されている。モータＭＧ１，ＭＧ２のステータ１３３，１４３に巻回された三相コイル１３１，１４１は、それぞれ駆動回路１９１，１９２を介してバッテリ１９４に接続されている。駆動回路１９１，１９２は、各相ごとにスイッチング素子としてのトランジスタを２つ１組で備えたトランジスタインバータである。駆動回路１９１，１９２は制御ユニット１９０に接続されている。制御ユニット１９０からの制御信号によって駆動回路１９１，１９２のトランジスタがスイッチングされるとバッテリ１９４とモータＭＧ１，ＭＧ２との間に電流が流れる。モータＭＧ１，ＭＧ２はバッテリ１９４からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この走行状態を力行と呼ぶ）、ロータ１３２，１４２が外力により回転している場合には三相コイル１３１，１４１の両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリ１９４を充電することもできる（以下、この走行状態を回生と呼ぶ）。
【００４２】エンジン１５０とモータＭＧ１，ＭＧ２はそれぞれプラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ１２０は、サンギヤ１２１，リングギヤ１２２，プラネタリピニオンギヤ１２３を有するプラネタリキャリア１２４から構成されている。本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１５０のクランクシャフト１５６はダンパ１３０を介してプラネタリキャリア軸１２７に結合されている。ダンパ１３０はクランクシャフト１５６に生じる捻り振動を吸収するために設けられている。モータＭＧ１のロータ１３２は、サンギヤ軸１２５に結合されている。モータＭＧ２のロータ１４２は、リングギヤ軸１２６に結合されている。リングギヤ１２２の回転は、チェーンベルト１２９を介して車軸１１２および車輪１１６Ｒ，１１６Ｌに伝達される。
【００４３】実施例のハイブリッド車両の運転全体は制御ユニット１９０により制御されている。制御ユニット１９０は、ＥＦＩＥＣＵ１７０と同様、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータである。制御ユニット１９０はＥＦＩＥＣＵ１７０と接続されており、両者は種々の情報を伝達し合うことが可能である。制御ユニット１９０は、エンジン１５０の制御に必要となるトルク指令値や回転数の指令値などの情報をＥＦＩＥＣＵ１７０に送信することにより、エンジン１５０の運転を間接的に制御することができる。また、駆動回路１９１，１９２のスイッチングを制御することにより、モータＭＧ１，ＭＧ２の運転を直接制御することができる。制御ユニット１９０はこうして、動力出力装置全体の運転を制御している。かかる制御を実現するために制御ユニット１９０には、種々のセンサ、例えば、運転者によるアクセルの踏み込み量を検出するためのアクセルペダルポジションセンサ１６５、シフトレバーの位置を検出するシフトポジションセンサ１６７、および車軸１１２の回転数を知るためのセンサ１４４などが設けられている。リングギヤ軸１２６と車軸１１２は機械的に結合されているため、本実施例では、車軸１１２の回転数を知るためのセンサ１４４をリングギヤ軸１２６に設け、モータＭＧ２の回転を制御するためのセンサと共通にしている。
【００４４】（２）基本的動作：かかるハイブリッド車両の基本的な動作を説明するために、まずプラネタリギヤ１２０の動作について説明する。プラネタリギヤ１２０は、上述した３つの回転軸のうち、２つの回転軸の回転数およびトルク（以下、両者をまとめて回転状態とよぶ）が決定されると残余の回転軸の回転状態が決まるという性質を有している。各回転軸の回転状態の関係を次式（１）に示す。
【００４５】
Ｎｒ＝（１＋ρ）Ｎｃ−ρＮｓ；
Ｎｃ＝（Ｎｒ＋ρＮｓ）／（１＋ρ）；
Ｎｓ＝（Ｎｃ−Ｎｒ）／ρ＋Ｎｃ；
Ｔｓ＝ρ／（１＋ρ）×Ｔｃ；
Ｔｒ＝１／（１＋ρ）×Ｔｃ …（１）
【００４６】ここで、Ｎｓ，Ｔｓはサンギヤ軸１２５の回転数およびトルク、Ｎｒ，Ｔｒはリングギヤ軸１２６の回転数およびトルク、Ｎｃ，Ｔｃはプラネタリキャリア軸１２７の回転数およびトルクである。また、ρは次式で表される通り、サンギヤ１２１とリングギヤ１２２のギヤ比である。ρ＝サンギヤ１２１の歯数／リングギヤ１２２の歯数
【００４７】本実施例のハイブリッド車両は、プラネタリギヤ１２０の作用に基づいて、種々の状態で走行することができる。例えば、ハイブリッド車両が走行を始めた比較的低速な状態では、エンジン１５０を停止したまま、モータＭＧ２を力行することにより車軸１１２に動力を伝達して走行する。同様にエンジン１５０をアイドル運転したまま走行することもある。
【００４８】ハイブリッド車両が所定の速度に達すると、制御ユニット１９０はモータＭＧ１を力行して出力されるトルクによってエンジン１５０をモータリングして始動する。このとき、モータＭＧ１の反力トルクがプラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ１２２にも出力される。制御ユニット１９０はこの反力トルクを相殺しつつ要求動力を車軸１１２から出力するようにモータＭＧ２の運転を制御する。
【００４９】エンジン１５０が運転している状態では、その動力を種々の回転数およびトルクの回転状態に変換して車軸１１２から出力し、走行する。エンジン１５０を運転してプラネタリキャリア軸１２７を回転させると、上式（１）を満足する条件下で、サンギヤ軸１２５およびリングギヤ軸１２６が回転する。リングギヤ軸１２６の回転による動力はそのまま車輪１１６Ｒ，１１６Ｌに伝達される。サンギヤ軸１２５の回転による動力はモータＭＧ１で電力として回生することができる。一方、モータＭＧ２を力行すれば、リングギヤ軸１２６を介して車輪１１６Ｒ，１１６Ｌに動力を出力することができる。エンジン１５０からリングギヤ軸１２６に伝達されるトルクが不足する場合にはモータＭＧ２を力行することによりトルクをアシストする。モータＭＧ２を力行するための電力にはモータＭＧ１で回生した電力およびバッテリ１４９に蓄えられた電力を用いる。制御ユニット１９０は車軸１１２から出力すべき要求動力に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転を制御する。
【００５０】本実施例のハイブリッド車両は、エンジン１５０を運転したまま後進することもできる。エンジン１５０を運転すると、プラネタリキャリア軸１２７は前進時と同方向に回転する。このとき、モータＭＧ１を制御してプラネタリキャリア軸１２７の回転数よりも高い回転数でサンギヤ軸１２５を回転させると、上式（１）から明らかな通り、リングギヤ軸１２６は後進方向に反転する。制御ユニット１９０は、モータＭＧ２を後進方向に回転させつつ、その出力トルクを制御して、ハイブリッド車両を後進させる。
【００５１】プラネタリギヤ１２０は、リングギヤ１２２が停止した状態で、プラネタリキャリア１２４およびサンギヤ１２１を回転させることが可能である。従って、車両が停止した状態でもエンジン１５０は運転可能である。例えば、バッテリ１９４の残容量が少なくなれば、エンジン１５０を運転し、モータＭＧ１を回生運転することにより、バッテリ１９４を充電することができる。車両が停止しているときにモータＭＧ１を力行すれば、そのトルクによってエンジン１５０をモータリングし、始動することができる。このとき、制御ユニット１９０はモータＭＧ２を制御して、モータＭＧ１の反力トルクを相殺する。
【００５２】ところで、本実施例のハイブリッド車両では、車両の車速とエンジン１５０の回転数との間に一定の制限が設けられている。図２にこの制限を示す。図中の使用可能領域に示す通り、エンジン１５０の回転数に応じて走行可能な車速の範囲が制限されている。かかる制限は、プラネタリギヤ１２０の各ギヤの回転数についての機械的な制限に基づくものである。例えば、エンジン１５０が停止している状態で車両が走行している場合、プラネタリギヤでは、ギヤ比ρは１よりも小さいから、サンギヤ１２１はリングギヤ１２２の回転数よりも高い回転数で回転する。リングギヤ１２２の回転数がさらに大きくなると、場合によってはサンギヤ１２１の回転数が機械的な限界を超える可能性もある。同じ車速で走行している場合であっても、エンジン１５０が回転している場合には、サンギヤ１２１の回転数はそれに応じて低くなる。本実施例のハイブリッド車両では、かかる制限に基づき、エンジン１５０から動力を出力する必要がない場合であっても、いわゆるアイドル状態でエンジン１５０を運転することがある。
【００５３】（３）トルク制御処理：次に、本実施例におけるトルク制御処理について説明する。トルク制御処理とは、エンジン１５０およびモータＭＧ１、ＭＧ２を制御して、要求されたトルクおよび回転数からなる動力を車軸１１２から出力する処理をいう。本実施例におけるトルク制御処理のフローチャートを図３に示す。このルーチンは制御ユニット１９０内のＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという）によって、タイマ割り込みにより所定時間毎に繰り返し実行される。
【００５４】トルク制御ルーチンが開始されると、ＣＰＵは最初に走行状態判定処理を実行する（ステップＳ１０）。先に説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は、内燃機関、モータＭＧ１，ＭＧ２を種々の状態で運転して、走行することができる。三者の運転状態は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて使い分けられる。かかる使い分けをするために、ＣＰＵはトルク制御ルーチンが開始されると、車両の走行状態を判定するのである。
【００５５】図４に走行状態判定処理ルーチンのフローチャートを示す。この処理では、ＣＰＵは、まずシフトポジションを入力する（ステップＳ１５）。シフトポジションは図１に示したシフトポジションセンサ１６７で検出することができる。本実施例では、シフトポジションとして、駐車時に使用するＰレンジ、前進走行時に使用するＤレンジ、Ｂレンジ、後進時に使用するＲレンジ、およびニュートラルが用意されている。同時にＣＰＵは車速および前輪回転数Ｎｆ、後輪回転数Ｎｒを入力する（ステップＳ２０，Ｓ２５）。
【００５６】次に、ＣＰＵは以下の手順で車両の走行状態を判断する。まず、シフトポジションがＰレンジであるか否かを判定する（ステップＳ３０）。また、車速が所定の速度Ｖ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３５）。これらの条件のうち一方を満たしていれば、停車中であると判定する（ステップＳ４０）。判定結果は走行状態を示す所定のフラグに停車中を意味するコードを入力することにより記憶される。
【００５７】所定の速度Ｖ１は車両が停車していると見て差し支えない程度の微速に予め設定されている。シフトポジションのみならず、車速をも用いて停車中であるか否かを判定することにより、Ｄレンジ、Ｂレンジなどのシフトポジションでブレーキを踏んで停車している場合も含めて適切に停車中か否かの判定を行うことができる。
【００５８】ステップＳ３０およびＳ３５の双方の条件を満たさない場合には、次に、前輪回転数Ｎｆと後輪回転数Ｎｒの差の絶対値が所定の値Ｎ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４５）。上記絶対値が所定の値Ｎ１よりも大きい場合には、いずれかの車輪がスリップしているものと判定する（ステップＳ５０）。判定結果は上述のフラグに記憶される。所定の値Ｎ１は、このようにスリップが生じているか否かの判定基準となる値である。例えば、通常の走行時に生じ得る前後輪の回転数差の最大値を値Ｎ１とすることができる。
【００５９】次に、ＣＰＵはシフトポジションがＲレンジであるか否かを判定する（ステップＳ５５）。Ｒレンジであれば、後進中であると判定し（ステップＳ６０）、そうでなければ前進中であると判定する（ステップＳ６５）。判定結果は上述のフラグに記憶される。以上の処理によって車両の走行状態を特定すると、ＣＰＵは走行状態判定処理ルーチンを終了し、トルク制御ルーチンに戻る。
【００６０】なお、実際には、走行状態判定処理ルーチンでは、他にも種々の走行状態を判定している。例えば、内燃機関を運転せずに走行するＥＶ走行、内燃機関を始動するモードでの走行などの判定も行っている。これらの判定は、車速やバッテリ１９４の充電状態など種々の条件に基づいて判定される。かかる判定処理の詳細な説明は省略する。
【００６１】走行状態が判定されると、ＣＰＵは車軸１１２の目標回転数Ｎｄ＊、目標トルクＴｄ＊を設定する（ステップＳ１００）。目標回転数Ｎｄ＊およびトルクＴｄ＊は、現在の車速やアクセルの踏み込み量などに応じて設定される。こうして設定された目標回転数Ｎｄ＊およびトルクＴｄ＊に基づいて、ＣＰＵはエンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊を設定する（ステップＳ１１０）。エンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊は、車両の走行状態に応じて異なる。走行状態は、走行状態判定処理で設定されたフラグに記憶されたコードによって検出することができる。車両が停車中やＥＶ走行中の場合は、車軸１１２の目標回転数Ｎｄ＊およびトルクＴｄ＊に関わらずエンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊は基本的には値０となる。但し、かかる場合であってもバッテリ１９４を充電する必要が生じた場合には、エンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊として充電に要する動力が設定される。
【００６２】ハイブリッド車両が通常走行している場合には、エンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊は、車軸１１２の目標回転数Ｎｄ＊、トルクＴｄ＊の積で求められる走行動力と、バッテリ１９４から充放電される電力と、補機の駆動に要する電力との総和により求められる。例えば、バッテリ１９４から余剰の電力を放電する必要がある場合には、エンジン１５０への要求動力Ｐｅ＊をその分減少させることができる。また、エアコンなどの補機を動作させる場合には、走行動力の他に補機用の電力に相当する動力をエンジン１５０から余分に出力する必要がある。
【００６３】こうしてエンジン１５０への要求動力Ｐｅ＊が設定されるとＣＰＵはエンジン１５０の運転ポイント、即ち目標回転数Ｎｅ＊、目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ１２０）。エンジン１５０の運転ポイントは、基本的には運転効率が最もよくなる運転ポイントをマップから選択することにより設定される。
【００６４】図５にエンジン１５０の運転ポイントと運転効率の関係を示す。図中の曲線Ｂは、エンジン１５０が運転可能な回転数およびトルクの限界値を示している。図５においてα１％、α２％等で示される曲線は、それぞれエンジン１５０の効率が一定となる等効率線であり、α１％、α２％の順に効率が低くなっていくことを示している。図５に示す通り、エンジン１５０は比較的限定された運転ポイントで効率が高く、その周囲の運転ポイントでは徐々に効率が低下していく。
【００６５】図５中、Ｃ１−Ｃ１、Ｃ２−Ｃ２、およびＣ３−Ｃ３で示されている曲線は、エンジン１５０から出力される動力が一定の曲線であり、エンジン１５０の運転ポイントは要求動力に応じてこれらの曲線上で選択することになる。Ｃ１−Ｃ１、Ｃ２−Ｃ２、Ｃ３−Ｃ３の順に要求動力が低い状態を示している。例えば、エンジン１５０への要求動力Ｐｅ＊が曲線Ｃ１−Ｃ１で表される動力に相当する場合、エンジン１５０の運転ポイントは、曲線Ｃ１−Ｃ１上で運転効率が最も高くなるＡ１点に設定される。同様にＣ２−Ｃ２曲線上ではＡ２点に、Ｃ３−Ｃ３曲線上ではＡ３点で運転ポイントを選択する。曲線Ｃ１−Ｃ１，Ｃ２−Ｃ２，Ｃ３−Ｃ３上における、エンジン１５０の回転数と運転効率の関係を図６に示す。なお、図６中の曲線は、説明の便宜上、図５中の３本を例示しているが、要求出力に応じて無数に引くことができる曲線であり、エンジン１５０の運転ポイントＡ１点等も無数に選択することができるものである。このようにエンジン１５０の運転効率の高い点をつなぐことにより描いた曲線が図５中の曲線Ａであり、これを動作曲線と呼ぶ。
【００６６】エンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊が値０である場合、エンジン１５０は停止またはアイドル走行状態となる。例えばハイブリッド車両がモータＭＧ２からの動力のみで走行する場合や、降坂時などがかかる走行状態に該当する。エンジン１５０が停止するかアイドル運転となるかについては、種々の条件に基づいて設定される。先に図２で説明した制限に基づき、比較的高い車速では、エンジン１５０をアイドル運転する。また、エンジン１５０の暖機が必要と判断された場合などもアイドル運転をする。
【００６７】以上の処理により設定されたエンジン１５０の運転ポイントに基づいて、ＣＰＵはモータＭＧ１の目標回転数Ｎ１＊，トルクＴ１＊を設定する（ステップＳ１３０）。エンジン１５０、即ちプラネタリキャリア軸１２７の目標回転数Ｎ１＊と、車軸１１２つまりリングギヤ軸１２６の目標回転数Ｎｄ＊が設定されているため、上式（１）によって、サンギヤ軸１２５つまりモータＭＧ１の目標回転数Ｎ１＊を設定することができる。
【００６８】モータＭＧ１の目標トルクＴ１＊の設定は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて異なる。ハイブリッド車両が停車中である場合やＥＶ走行している場合には、モータＭＧ１の目標トルクＴ１＊は値０となる。エンジン始動時、つまりモータＭＧ１でエンジン１５０をモータリングするとき、エンジン１５０の回転数が自立運転に適した所定の回転数に達するまでは、モータＭＧ１の目標トルクＴ１＊は開ループ制御によって予め定められた値に設定される。
【００６９】エンジン１５０が自立運転している状態では、モータＭＧ１の目標トルクＴ１＊は基本的にはいわゆる比例積分制御によって設定される。モータＭＧ１の現在の回転数と、上述の目標回転数Ｎ１＊との偏差に基づいて目標トルクＴ１＊を設定するのである。現在の回転数が目標回転数Ｎ１＊よりも低い場合には目標トルクＴ１＊は正のトルクとなるし、逆の場合には負のトルクとなる。トルクＴ１＊を設定する際に用いられるゲインは、実験などにより設定可能である。
【００７０】ＣＰＵは以上の処理で設定されたエンジン１５０の運転ポイントおよびモータＭＧ１の運転ポイントに基づいてモータＭＧ２の運転ポイント、つまり目標回転数Ｎ２＊、目標トルクＴ２＊を設定する（ステップＳ２００）。モータＭＧ２の目標回転数Ｎ２＊はリングギヤ軸１２６の目標回転数Ｎｄ＊と等しい。
【００７１】目標トルクＴ２＊は車軸１１２への目標トルクＴｄ＊およびモータＭＧ１からの反力トルクなどに基づいて、ＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンにより設定される。この設定処理ルーチンのフローチャートを図７R>７に示した。この処理では、ＣＰＵは車軸の目標トルクＴｄ＊を入力する（ステップＳ２０５）。次に、ＭＧ１の反力トルクとしてリングギヤ軸１２６に出力されるトルクｓｔｅｐを求める（ステップＳ２１０）。エンジン１５０が運転している場合、トルクｓｔｅｐはエンジン１５０からリングギヤ軸１２６に出力されるトルクと言い換えることもできる。トルクｓｔｅｐは、先に示した式（１）に、エンジン１５０のトルクまたはモータＭＧ１の出力トルクを代入した時のリングギヤ１２２のトルクＴｒに等しい。
【００７２】次に、ＣＰＵはこれらのトルクＴｄ＊、ｓｔｅｐの差分、つまり「Ｔｄ＊−ｓｔｅｐ」によっってモータＭＧ２の仮目標トルクＴｍを設定する（ステップＳ２１５）。こうして設定された仮目標トルクＴｍは、車軸１１２から目標トルクＴｄ＊を出力するためにモータＭＧ２が出力すべきトルクに等しい。
【００７３】本実施例では、後述する通り、車両の走行状態に応じてなまし処理を施してモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を決定している。なまし処理とは、適切な応答性が得られるように、目標トルクＴ２＊の変化率を抑制する処理をいう。なまし処理による変化率の抑制の程度は「なましパラメータ」によって決まる。ＣＰＵは車両の走行状態に応じて、このなましパラメータＰを設定する（ステップＳ２２０）。本実施例で使用したなましパラメータを図８に示す。図示する通り、車両の走行状態に応じてなましパラメータが定まる。なましパラメータは後進時に最大値８となる。停車時、スリップ時は最も小さい値１となる。なましパラメータが値１である場合は、なまし処理を施さないのと等価である。通常走行時は、両者の中間の値３となる。なましパラメータが大きくなるほど、モータＭＧ２の目標トルクの変化率が抑制されることを意味している。
【００７４】こうして車両の走行状態に応じてなましパラメータＰが設定されると、ＣＰＵは仮目標トルクＴｍになまし処理を施してモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定する。具体的には、次式を演算することにより目標トルクＴ２＊を設定する（ステップＳ２２５）。
Ｔ２＊ ＝ （Ｐ−１）Ｔｍｏ／Ｐ＋Ｔｍ／Ｐここで、Ｔｍｏは前回にこのルーチンが実行された時に設定された目標トルクＴ２＊の値である。本実施例では、仮目標トルクＴｍが前回の目標トルクＴｍｏからの変化率を抑制することでなまし処理を施している。なお、なましパラメータは、ハイブリッド車両の乗り心地などに応じて実験などにより設定することができる。
【００７５】ＣＰＵはこうして設定された目標トルクＴ２＊が、モータＭＧ２が出力可能な最大トルクＴｍａｘよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２３０）。最大トルクＴｍａｘを超える場合には目標トルクＴ２＊を最大トルクＴｍａｘに補正する（ステップＳ２３５）。最大トルクＴｍａｘ以下である場合には、次に目標トルクＴ２＊がモータＭＧ２が出力可能な最小トルクＴｍｉｎよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２４０）。最小トルクＴｍｉｎをよりも小さい場合には目標トルクＴ２＊を最小トルクＴｍｉｎに補正する（ステップＳ２４５）。ここで、最大トルクＴｍａｘは、モータＭＧ２が電動機として作用する場合に許容される正の限界トルクであり、モータＭＧ２の定格、バッテリ１９４の充電状態、モータＭＧ２の温度に応じて設定される値である。最小トルクＴｍｉｎはモータＭＧ２が発電機として作用する場合に許容される負の限界トルクであり、最大トルクＴｍａｘと同様、モータＭＧ２の定格、バッテリ１９４の充電状態、モータＭＧ２の温度に応じて設定される。ＣＰＵはステップＳ２３０〜Ｓ２４５の処理によって、モータＭＧ２の出力トルクがこれらの限界トルクを超えないよう、上下限処理を施しているのである。
【００７６】こうして設定された運転ポイントに従って、ＣＰＵはモータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン１５０の運転を制御する（ステップＳ３００）。モータＭＧ１，ＭＧ２の制御は設定された目標回転数と目標トルクとに応じて各モータの三相コイル１３１，１４１に印加する電圧が設定され、現時点での印加電圧との偏差に応じて、駆動回路１９１，１９２のトランジスタのスイッチングを行うのである。同期モータを制御する方法については、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００７７】エンジン１５０についても、設定された運転ポイントで運転するための制御処理は周知であるため、ここでは説明を省略する。但し、実際にエンジン１５０の制御を行うのはＥＦＩＥＣＵ１７０である。従って、トルク制御ルーチンでのステップＳ７００における処理では、制御ユニット１９０からＥＦＩＥＣＵ１７０にエンジン１５０の運転ポイント等の必要な情報を送信する処理が行われる。かかる情報を送信することにより制御ユニット１９０のＣＰＵは間接的にエンジン１５０の運転を制御する。以上の処理によって本実施例のハイブリッド車両は、走行状態に応じて適切な動力を車軸１１２から出力して走行することができる。
【００７８】以上で説明した本実施例のハイブリッド車両によれば、車両の走行状態に応じてなましパラメータを変えることによって、異なる応答性でモータＭＧ２を制御することができる。この結果、各走行状態に応じて、モータＭＧ２の制御に起因して生じる車両の振動を抑制することができる。
【００７９】停車中の制御を例にとって説明する。停車中は乗員が車両の振動を敏感に感じやすい。停車中にエンジン１５０の運転が停止している場合、およびエンジン１５０がアイドル回転数で定常的に運転している場合には、リングギヤ１２２に出力されるトルクが一定であるため、車両の振動を生じにくい。停車中にモータＭＧ１を力行してエンジン１５０をモータリングする際には、先に示した式（１）に従ってモータＭＧ１の反トルクがリングギヤ１２２に出力される。この反トルクを相殺するトルクをモータＭＧ２から出力しなければ、車軸１１２にトルクが出力され、車両の振動を引き起こす。
【００８０】モータＭＧ２の応答性が比較的低く、上記反トルクを十分相殺できない場合のトルクの変化の様子を図９に示す。図示する通り、最初エンジン１５０が停止しており、時刻ｔ１にモータＭＧ１でトルクを出力してエンジン１５０のモータリングが開始された場合を考える。モータリングが開始されるとモータＭＧ１のトルクはモータリングに必要な値Ｔｓまで所定の傾斜で増加する。この傾斜は予め設定された傾斜である。モータＭＧ１の出力するトルクは、サンギヤ１２１からプラネタリキャリア１２４、およびエンジン１５０のクランクシャフト１５６に伝達される。エンジン１５０はこのトルクによって図示する通り回転数が増す。
【００８１】一方、モータＭＧ１から出力されたトルクの一部はリングギヤ１２２に伝達される。停車中は車軸１１２に要求されるトルクＴｄ＊は値０であるから、モータＭＧ２はリングギヤ１２２に伝達されたトルクを相殺するトルクを出力する。モータＭＧ１からのトルクを相殺するためには、モータＭＧ１のトルク変動に追随できる応答性でモータＭＧ２を制御する必要がある。モータＭＧ２の応答性が低い場合には、モータＭＧ１からのトルクを十分に相殺することができず、図９のＴ０１で示す通り、車軸にトルクが出力される。モータＭＧ１からエンジン１５０を正転させるトルクが出力されている場合、本実施例のハイブリッド車両では、車両を後進させる側のトルクがリングギヤ１２２を介して出力される。モータＭＧ１のトルクがモータリング時の目標トルクＴｓで一定値になれば、応答性が低くてもモータＭＧ２で反力を十分に相殺することができるため、車軸１１２に出力されるトルクは値０となる。
【００８２】時刻ｔ２においてエンジン１５０の回転数が点火に対応した回転数ｒｓに至ると、モータＭＧ１は一定のトルクＴｓを出力するのを中断し、エンジン１５０の回転数を維持するためのトルクを出力する。かかるトルクは例えばエンジン１５０の回転数に基づく比例制御によって設定することができる。エンジン１５０は点火されて自立運転を開始するから、図示する通り、モータＭＧ１のトルクは急激に低下することにより、モータＭＧ１からリングギヤ１２２に出力されていたトルクが急激に低下する。
【００８３】モータＭＧ２の応答性が低い場合には、モータＭＧ１からリングギヤ１２２に出力されていたトルクが低下しても、しばらくの間モータＭＧ２は比較的大きな前進側のトルクを出力し続ける。モータＭＧ１からトルクＴｓが出力されていた区間において、その反トルクを相殺するために出力していたトルクを継続して出力する。かかる状態では、前進側のトルクが過剰となるため、図９中のＴ０２に示す通り、車軸１１２からは前輪側のトルクが出力される。モータＭＧ１のトルクの変動周期が比較的長くなると、モータＭＧ２は十分にその反トルクを相殺可能となる。
【００８４】このようにモータＭＧ２の応答性が低い場合には、エンジン１５０の始動を開始する時点で車軸１１２に運転者が意図しないトルクが出力される。このトルクは図９に示す通り、後進および前進の双方向に出力され、車両を振動させる。この振動は、モータＭＧ１のトルク変化に対してモータＭＧ２から出力されるトルクが十分に追随できないことが原因である。モータＭＧ２の応答性を十分に高くすれば、図９に示したトルクの出力を抑制することができる。本実施例では、かかる観点から、図８に示した通り、停車中はなましパラメータを最も応答性が高い状態に設定している。従って、停車中にエンジン１５０の始動が行われた場合でもその反トルクを十分に相殺することができ、車両の振動を抑制することができる。
【００８５】同様にして本実施例は他の走行状態でも、モータＭＧ２の応答性をそれぞれ適切な値に設定している。例えば、通常走行中は図８に示す通り、モータＭＧ２の応答性を若干低くしてある。通常の走行中においても、エンジン１５０およびモータＭＧ１からリングギヤ１２２に出力されるトルクを速やかに補償して車軸１１２から出力するという観点からは、モータＭＧ２の応答性は高い方が望ましい。ところが、通常走行中には運転者がアクセルを操作する。定常的に走行しようとする場合であっても、アクセルの踏み込み量は微妙に変動するのが通常である。モータＭＧ２の応答性を停車中と同様に高い状態に設定しておくと、かかる微妙な変動に応じて車軸１１２から出力されるトルクが変動して、車両の振動を招く。本実施例では、通常走行中はモータＭＧ２の応答性をやや低めに設定することにより、かかる振動を抑制することができる。
【００８６】本実施例のハイブリッド車両では、後進時にはモータＭＧ２の応答性を更に低くしている。後進時であってもエンジン１５０は前進時と同方向に回転し、前進方向のトルクを出力する。モータＭＧ１によって、サンギヤ１２１の回転数をプラネタリキャリア１２４の回転数よりも高くすれば、リングギヤ１２２は後進方向に回転する。モータＭＧ２からは後進方向のトルクを出力する。後進時は、このようにエンジン１５０の出力するトルクとモータＭＧ２が出力するトルクの方向が相違しているため、エンジン１５０、モータＭＧ１，ＭＧ２からの動力のバランスが崩れると、車両の振動が生じやすい状態にある。本実施例のハイブリッド車両では、後進時には前進時よりもモータＭＧ２の応答性を低く設定しているため、モータＭＧ２の運転状態が比較的緩やかに変化する。従って、後進時に上記三者の動力のバランスが崩れにくくなり、車両の振動を抑制することができる。
【００８７】本実施例のハイブリッド車両によれば、スリップ時にはモータＭＧ２の応答性を高くしている。スリップ時には車軸１１２の回転数が急激に増す。本実施例のハイブリッド車両では、図２に示した通り、車速、つまりリングギヤ１２２の回転数とエンジン１５０の回転数との間に一定の制限が設けられている。かかる制限を外れた場合には、先に説明した通り、サンギヤ１２１の回転数が高くなり過ぎて、看過し得ない程、消耗する可能性がある。スリップは車両にとって好ましい走行状態ではないという理由とともに、車両の寿命を著しく縮める可能性を回避するためにも速やかに回復する必要がある。スリップ状態から回復するためには、車軸から出力されるトルクをスリップが生じない程度に低減させることが必要である。本実施例のハイブリッド車両では、スリップ時にはモータＭＧ２の応答性を高く設定している。従って、車軸１１２に出力される動力を速やかに低下させることができ、スリップ状態から短期間で回復することができる。
【００８８】以上に示した通り、本実施例のハイブリッド車両によれば、それぞれの走行状態に応じてモータＭＧ２の応答性を変えることにより、各走行状態ごとに適切なトルク制御を実現することができる。この結果、本実施例のハイブリッド車両によれば、車両の操作性および乗り心地を大きく向上することができる。
【００８９】なお、上記ハイブリッド車両では、図８に示した４つの走行状態に応じてモータＭＧ２の応答性を変えている。これに対して、さらに多くの走行状態に対応して応答性を変えるものとしてもよい。例えば、通常走行中であってもエンジン１５０の始動時にはモータＭＧ２の応答性を高めるものとしてもよい。また、通常走行時、および後進時において、エンジン１５０が運転しているか否かに応じて応答性を変えるものとしてもよい。
【００９０】上記ハイブリッド車両では、図７に示した通り、モータＭＧ２の仮目標トルクＴｍを一旦設定した後、なまし処理を施すことによって制御に供する目標トルクＴ２＊を設定している。モータＭＧ２の応答性を変えるための処理は、必ずしもなまし処理に依る必要はない。また、仮目標トルクを設定した後、応答性に応じた修正を施すという２段階で目標トルクＴ２＊を設定する必要もない。例えば、図７のステップＳ２１５の算出式において、走行状態に応じた比例係数を乗じることにより、１段階で走行状態に応じた目標トルクＴ２＊を設定するものとしてもよい。
【００９１】上述のトルク制御ルーチンでは、エンジン１５０およびモータＭＧ１の運転状態を設定した後、車軸１１２に要求トルクが出力されるように、モータＭＧ２で補償している。これに対し、エンジン１５０およびモータＭＧ２の運転状態を設定した後、モータＭＧ１でトルクの補償をするように制御ルーチンを構成することも可能である。かかる構成においては、モータＭＧ２の応答性に代えて、モータＭＧ１の応答性を車両の走行状態に応じて変更することもできる。
【００９２】（４）第２実施例：次に、本発明の第２実施例としてのハイブリッド車両について説明する。第２実施例のハイブリッド車両のハードウェア構成は、第１実施例と同様である。トルク制御ルーチンおよび走行状態判定処理ルーチンも第１実施例と同様である。第２実施例では、ＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンの内容が第１実施例と相違する。
【００９３】第２実施例におけるＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンのフローチャートを図１０に示す。この処理が開始されると、ＣＰＵはまず車軸目標トルクＴｄ＊を入力し（ステップＳ５０５）、ＭＧ１，エンジンからの反力トルクｓｔｅｐを算出する（ステップＳ５１０）。これらの処理内容は、第１実施例と同様である（図７のステップＳ２０５，Ｓ２１０参照）。
【００９４】次に、ＣＰＵはなまし処理を禁止すべきか否かを判定する（ステップＳ５１５）。この処理は、ハイブリッド車両の走行状態に基づいて行われる。第１実施例で説明した通り、走行状態判定処理ルーチンによりハイブリッド車両の走行状態が判定され、その結果は所定のフラグに記憶されている。ＣＰＵはこのフラグにより特定される走行状態が、なまし処理を施すことを禁止すべき走行状態であるか否かを判定する。なまし処理を禁止すべき走行状態は、予め定められており、制御ユニット１９０内のＲＯＭに記憶されている。本実施例では、図８に示した走行状態のうち、停車中およびスリップをなまし処理が禁止すべき走行状態に相当する。
【００９５】なまし処理を禁止すべき状態に該当しない場合には、ＣＰＵは仮目標トルクＴｍを設定し（ステップＳ５２５）、なましパラメータＰを設定した上で（ステップＳ５３０）、なまし処理を行ってＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定する（ステップＳ５３５）。これらの処理は、第１実施例における処理と同様である（図７のステップＳ２１５〜Ｓ２２５参照）。
【００９６】なまし処理を禁止すべき状態に該当する場合には、ＣＰＵは車軸の目標トルクＴｄ＊と反力トルクｓｔｅｐの差分「Ｔｄ＊−ｓｔｅｐ」により、ＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定する。これは、上記仮目標トルクＴｍに相当する。つまり、反力トルクｓｔｅｐを補償して要求トルクＴｄ＊を車軸から出力するために、ＭＧ２が出力すべきトルク値である。なまし処理を禁止すべき状態に該当する場合には、かかるトルクを直接ＭＧ２の目標値とするのである。
【００９７】こうして設定された目標トルクＴ２＊に対して、第１実施例と同様の上下限処理を施す（ステップＳ５４０〜Ｓ５５５）。以上の処理によってＭＧ２の目標トルクＴ２＊が決定されるとＣＰＵはＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンを終了してトルク制御ルーチンに戻る。以下の処理は第１実施例と同様である。
【００９８】第２実施例のハイブリッド車両によれば、例えば通常走行時などでは、なまし処理を施すことにより、第１実施例と同様、滑らかな運転を実現することができる。一方、停車中やスリップなどの走行状態では、なまし処理を禁止することにより、車軸に出力されるトルクを高い応答性で制御することができる。
【００９９】本発明を適用するハイブリッド車両の構成としては、図１に示した構成の他、種々の構成が可能である。図１では、モータＭＧ２がリングギヤ軸１２６に結合されているが、モータＭＧ２がエンジン１５０のクランクシャフト１５６に結合された構成をとることもできる。第１の変形例としての構成を図１１に示す。図１１R>１では、エンジン１５０，モータＭＧ１，ＭＧ２のプラネタリギヤ１２０に対する結合状態が図１の実施例と相違する。プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１にモータＭＧ１が結合され、プラネタリキャリアにエンジン１５０のクランクシャフトが結合されている点では図１と同じである。図１１では、モータＭＧ２がリングギヤではなくエンジン１５０のクランクシャフトに直接結合されている点で図１の実施例と相違する。
【０１００】かかる構成においても、エンジン１５０およびモータＭＧ１の運転状態に応じて、要求動力が車軸１１２から出力されるようにモータＭＧ２で補償することができるため、本発明を適用することができる。もちろん、逆にモータＭＧ１で補償することも可能である。従って、モータＭＧ１の応答性を走行状態に応じて変える態様で本発明を適用することもできる。
【０１０１】また、本発明は別の構成のハイブリッド車両に適用することもできる。第２の変形例としての構成を図１２に示す。このハイブリッド車両では、プラネタリギヤ１２０およびモータＭＧ１に代えて、クラッチモータＣＭを備える。クラッチモータとは、相対的に回転可能なインナロータ２０２およびアウタロータ２０４を備える対ロータ電動機である。図１２に示す通り、インナロータ２０２はエンジン１５０のクランクシャフト１５６に結合され、アウタロータ２０４は車軸１１２に結合されている。アウタロータ２０４には、スリップリング２０６を介して電力が供給される。アウタロータ２０４側の軸にはモータＭＧ２も結合されている。その他の構成は、図１で示したハイブリッド車両と同様である。
【０１０２】エンジン１５０から出力された動力は、クラッチモータＣＭを介して車軸１１２に伝達することができる。クラッチモータＣＭは、インナロータ２０２とアウタロータ２０４との間に電磁的な結合を介して動力を伝達する。この際、アウタロータ２０４の回転数がインナロータ２０２の回転数よりも低ければ、両者の滑りに応じた電力をクラッチモータＣＭで回生することができる。逆に、クラッチモータＣＭに電力を供給すれば、インナロータ２０２の回転数を増速して車軸１１２に出力することができる。エンジン１５０からクラッチモータＣＭを介して出力されたトルクが車軸１１２から出力すべき要求トルクと一致しない場合には、モータＭＧ２で補償することができる。また、クラッチモータを力行すれば、エンジン１５０をモータリングして始動することができる。モータリング時の反トルクはモータＭＧ２で相殺することができる。
【０１０３】モータＭＧ２の役割は、本実施例のハイブリッド車両（図１）と同様である。従って、第２の変形例のハイブリッド車両においても、本発明を適用することができる。
【０１０４】さらに、本実施例のハイブリッド車両ではエンジン１５０，モータＭＧ１，ＭＧ２から構成される動力系統が前車軸１１２に備えられている構成とした。これに対し、モータＭＧ２を後車軸に結合した構成を採用するものとしてもよい。かかる構成例を図１３に示す。図示する通り、モータＭＧ２が前車軸１１２ではなく、後車軸１１２Ｒに結合される。かかる構成のハイブリッド車両では、前車軸１１２から出力される動力に対して、前車軸１１２および後車軸１１２Ｒの両者から出力される動力が要求動力に一致するようにモータＭＧ２で補償することができる。従って、本発明をモータＭＧ２の制御に適用することができる。もちろん、かかる構成において、上記補償をモータＭＧ１で行うものとすれば、モータＭＧ１に本発明を適用することもできる。
【０１０５】以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態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。例えば、上記実施例では、ソフトウェアにより種々の制御を実行しているが、これらをハードウェアによって実現するものとしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例としてのハイブリッド車両の概略構成を示す構成図である。
【図２】車速とエンジン回転数の制限を説明する説明図である。
【図３】トルク制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】走行状態判定処理ルーチンのフローチャートである。
【図５】エンジンの運転ポイントと運転効率との関係を示すグラフである。
【図６】要求動力一定の場合の、エンジン回転数と運転効率との関係を示すグラフである。
【図７】ＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンのフローチャートである。
【図８】なましパラメータの設定を示す説明図である。
【図９】エンジン始動時の回転数およびトルクの変動を示す説明図である。
【図１０】第２実施例としてのＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンのフローチャートである。
【図１１】本実施例のハイブリッド車両の第１の変形構成例を示す説明図である。
【図１２】本実施例のハイブリッド車両の第２の変形構成例を示す説明図である。
【図１３】本実施例のハイブリッド車両の第３の変形構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１１２，１１２Ｒ…車軸
１１６Ｒ，１１６Ｌ…車輪
１１７Ｒ，１１７Ｌ…車輪
１１９…ケース
１２０…プラネタリギヤ
１２１…サンギヤ
１２１…ρ＝サンギヤ
１２２…リングギヤ
１２３…プラネタリピニオンギヤ
１２４…プラネタリキャリア
１２５…サンギヤ軸
１２６…リングギヤ軸
１２７…プラネタリキャリア軸
１２９…チェーンベルト
１３０…ダンパ
１３１…三相コイル
１３２…ロータ
１３３…ステータ
１４１…三相コイル
１４２…ロータ
１４３…ステータ
１４４…センサ
１４９…バッテリ
１５０…エンジン
１５６…クランクシャフト
１６５…アクセルペダルポジションセンサ
１６７…シフトポジションセンサ
１９０…制御ユニット
１９１，１９２…駆動回路
１９４…バッテリ
２０２…インナロータ
２０４…アウタロータ
２０６…スリップリング
ＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３…モータ
ＣＭ…クラッチモータ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関と電動発電機とを有し、少なくとも内燃機関から出力された動力を動力源として走行可能なハイブリッド車両およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、内燃機関と電動発電機とを備えるハイブリッド車両が提案されている。かかるハイブリッド車両としては種々の構成が提案されており、その一つにパラレル・ハイブリッド車両がある。パラレル・ハイブリッド車両では、内燃機関の動力および電動機の動力の双方を車軸に伝達可能である。パラレル・ハイブリッド車両の構成例を図１に示す。
【０００３】図１のハイブリッド車両では、エンジン１５０と、電動発電機ＭＧ１，ＭＧ２とが備えられている。三者は、プラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ１２０は、遊星歯車とも呼ばれ以下に示すそれぞれのギヤに結合された３つの回転軸を有している。プラネタリギヤ１２０を構成するギヤは、中心で回転するサンギヤ１２１、サンギヤの周辺を自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ１２３、さらにその外周で回転するリングギヤ１２２である。プラネタリピニオンギヤ１２３はプラネタリキャリア１２４に軸支されている。図１のハイブリッド車両では、エンジン１５０はプラネタリキャリア１２４に結合されている。電動発電機ＭＧ１はサンギヤ１２１に結合されている。電動発電機ＭＧ２はリングギヤ１２２に結合されている。リングギヤ１２２はチェーンベルト１２９により車軸１１２に結合されている。
【０００４】かかる構成を有するハイブリッド車両では、内燃機関から出力された動力がプラネタリギヤ１２０で２つに分配される。その一部は機械的な動力として車軸１１２に伝達される。残余の部分は電動発電機ＭＧ１で電力として回生される。両者の分配比率は、プラネタリギヤ１２０のギヤ比に基づいて定まる。上記ハイブリッド車両では、車軸１１２の回転数が要求された回転数に一致するような割合で動力を分配する。かかる分配の結果、車軸１１２に伝達されたトルクが要求値に満たない場合には、電動発電機ＭＧ２から不足分のトルクを出力する。電動発電機ＭＧ２の駆動には、電動発電機ＭＧ１で回生された電力が用いられる。
【０００５】かかる作用により、ハイブリッド車両は内燃機関から出力された動力を、車軸１１２に要求されたトルクおよび回転数からなる動力に変換して走行することができる。また、ハイブリッド車両では、電動発電機ＭＧ２の動力を利用して内燃機関を停止したまま走行することもできる。さらに、車両が停止中および走行中のいずれの状態であっても、電動発電機ＭＧ１を駆動して内燃機関をモータリングし、始動することもできる。ハイブリッド車両では、こうした種々の状態で動力を出力して走行するために、要求動力に応じて内燃機関、電動発電機ＭＧ１，ＭＧ２の走行状態を制御する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】パラレル式のハイブリッド車両では、内燃機関および電動発電機ＭＧ１から車軸１１２に出力される動力と要求動力との過不足分を補償するのは電動発電機ＭＧ２である。従って、車軸１１２から要求動力を適切に出力するためには、特に電動発電機ＭＧ２の制御を適切に行う必要がある。内燃機関および電動発電機ＭＧ１から車軸１１２に出力される動力は、両者の運転状態に応じて変化する。また、要求動力は運転者の操作によって変化する。車軸１１２から要求動力を適切に出力するためには、これらの変化に応じた応答性で電動発電機ＭＧ２を制御する必要がある。
【０００７】従来から提案されているハイブリッド車両では、電動発電機ＭＧ２の制御に上述の応答性が十分に考慮されていなかった。そのため、ある走行状態によっては、応答性が過敏となり、要求動力の変化に応じて内燃機関、電動発電機ＭＧ１，ＭＧ２の走行状態が急激に変動し、振動を発生することがあった。この場合には、運転者の操作の微妙な変動に応じて出力される動力が過敏に変化することに起因する振動も生じることがあった。また、別の走行状態では応答性が低すぎ、電動発電機ＭＧ２が上述の過不足分を十分補償しきれずに、振動を発生することもあった。これらの現象は、いずれもハイブリッド車両の乗り心地を低下させていた。かかる現象は、上述した構成のハイブリッド車両に関わらず、いわゆるパラレルハイブリッド車両で共通に生じていた。
【０００８】本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、いわゆるパラレルハイブリッド車両において、種々の走行状態において、電動発電機の制御の応答性に起因する振動を抑制する技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では以下の構成を採った。本発明の動力出力装置は、内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、少なくとも該内燃機関から出力された動力を変換して前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両であって、前記電動発電機の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する特定手段と、前記目標トルクを修正して前記走行状態に応じて予め定められた応答性を達成する目標トルク修正手段と、前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する電動発電機制御手段とを備えることを要旨とする。
【００１０】本発明のハイブリッド車両では、前記電動発電機の制御によって車軸に出力されるトルクを制御することができる。電動発電機の運転は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて予め定められた応答性に基づいて目標トルクを修正した上で制御される。応答性とは、電動発電機の目標トルクの変動に対応して実際のトルクが変化する変化率をいう。一般に、要求動力が運転者の指示によって変化する周期および幅は、車両の走行状態に応じて相違する。例えば、車両が走行しているときは、アクセルの踏み込み量が細かな周期で微妙に変動する。車両の走行中に高い応答性で電動発電機を制御すれば、上述の微妙な変動に応じて車軸に出力されるトルクが変動する。滑らかな運転を可能にするためには、上記変動よりも緩い応答性で電動発電機を制御することが望ましい。
【００１１】一方、乗員が許容できる振動の程度も車両の走行状態によって変化する。例えば、停車中は走行中に比べてわずかな振動でも敏感に感じる。かかる場合には、電動発電機を制御して、車軸に出力されるトルクの変動を素早く相殺することが望ましい。上記ハイブリッド車両では、車両の走行状態に応じた応答性で電動発電機を制御することができる。従って、各走行状態ごとに、運転者が期待する滑らかな加減速感を実現しつつ、乗員が許容できる範囲に振動を抑制するように電動発電機を運転することができる。この結果、本発明のハイブリッド車両によれば、車両の操作性および乗り心地を大きく向上することができる。
【００１２】なお、上記応答性は種々の走行状態に対応して設定することができる。例えば、車両の進行方向に関連した状態、つまり前進中、停車中、後進中で区別して応答性を設定してもよい。また、車輪がスリップした状態にあるか否かで区別して応答性を設定してもよい。さらに、車両が定常的に走行しているか加速または減速中であるかで区別して応答性を設定してもよい。その他種々の走行状態に応じて応答性を定義することができる。
【００１３】上記発明では、目標トルクを一旦入力した上で、応答性に基づいてその目標トルクを修正している。これに対し、目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、該目標トルクを修正する目標トルク修正手段とを一体的に構成するものとしてもよい。つまり、目標トルクを設定する過程において、上記応答性に基づいた修正を施すものとしてもよい。
【００１４】目標トルク設定手段および目標トルク修正手段は、種々の態様で構成することができ、例えば、前記目標トルク設定手段は、前記車軸から出力すべき要求トルクに対して、前記内燃機関および動力調整装置によって前記車軸に出力されるトルクが過不足するトルクを補償する値を目標トルクとして設定する手段であり、前記目標トルク修正手段は、前記走行状態ごとに定められたなまし処理を施して前記目標トルクを設定する手段であるものとすることができる。
【００１５】かかる態様の目標トルク設定手段によって設定されたトルクが電動発電機から出力されれば、内燃機関および動力調整装置から車軸に出力されるトルクを補償して要求トルクを車軸から出力することができる。一方、上記態様の目標トルク修正手段によれば、走行状態ごとに定められた応答性で電動発電機のトルクが変動するように、なまし処理によって目標トルクを修正する。なまし処理の方法としては、種々の方法が適用可能である。例えば、従前に電動発電機が出力していたトルクおよび目標トルク設定手段により設定されたトルクのそれぞれに所定の重み係数を乗じた平均値を修正後の目標トルクとする方法を採ることができる。この場合は、重み係数を走行状態に応じて変更することにより、電動発電機のトルクの応答性を変えることができる。他の方法を適用した場合でも、なまし処理に用いられる所定の係数を変更すれば、走行状態に応じて応答性を変えることができる。上述の態様からなるハイブリッド車両では、目標トルク修正手段として、なまし処理を適用することにより、走行状態に応じて比較的容易に電動発電機のトルクの応答性を変更することができる。
【００１６】本発明のハイブリッド車両において、車両の走行状態と、電動発電機のトルクの応答性との関係は、種々の関係で設定可能である。例えば、第１の関係として、前記特定手段が、該ハイブリッド車両の走行状態として、停車中であるか否かを特定する手段である場合に、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が停車中の方が走行中よりも高く定められているものとすることができる。
【００１７】停車中は車軸に出力されるトルクを一定に維持する必要がある。平坦な場所で停車中であればトルクは値０で一定に維持されるし、上り坂などでは勾配に応じた正の値で一定に維持される。いずれの場合であっても車軸に出力されるトルクが変動すれば車両は振動する。一般に、停車中、乗員は車両の振動に対して非常に敏感である。上述した関係で電動発電機の応答性を設定すれば、停車中は走行中よりも高い応答性で電動発電機を制御することができる。つまり、内燃機関および動力調整装置の運転状態が変化して、両者から車軸に出力されるトルクが変動した場合でも、該変動分を電動発電機で素早く補償することができる。従って、車軸に出力されるトルクをほぼ一定の値に維持することが可能となり、停車中において、内燃機関や動力調整装置の運転状態の変化に起因する振動を抑制することができる。
【００１８】停車中は運転者がアクセルの踏み込みなどによって、要求トルクの増減を指示することはほとんどない。従って、上述の関係で停車中における電動発電機の応答性を高めても、運転者の操作に応じて車軸から出力されるトルクが細かく変動して振動を起こす可能性はほとんどない。従って、上記第１の関係で電動発電機の応答性を設定すれば、停車中のハイブリッド車両の乗り心地を大きく向上することができる。
【００１９】停車中の応答性を走行中よりどの程度高く設定するかという点については、ハイブリッド車両の具体的な構成に応じて相違する。例えば、内燃機関や動力調整装置から出力されるトルクの変化率などに応じて異なる。従って、ハイブリッド車両の構成に応じて、振動が許容される範囲に収まる応答性を実験等により設定すればよい。応答性を高くするために、目標トルク設定手段により設定された目標トルクを修正せずに電動発電機の制御に用いるものとしてもよい。
【００２０】なお、停車中であるか否かの判断は、例えばシフトポジションが停車中にのみ使われるパーキングレンジなどの位置にあるか否かで判断することも可能である。また、前記特定手段は、車速に基づいて車両が停止しているか否かを特定するものとすることもできる。
【００２１】シフトポジションが走行中に使用される位置にある場合でも、例えばブレーキを踏んでいる場合など、ハイブリッド車両が停車中である可能性はある。上記特定手段によれば、かかる場合でも車両が停止していることを特定することができるため、より確実に停車中の乗り心地を向上することができる。また、上述の特定手段によれば、車両が完全に停止しておらず、非常に微速で走行している場合も含めて停車中として扱うことができる。非常に微速で走行している場合は、乗員が車両の振動に敏感である。上記特定手段によれば、かかる場合も含めて停車中として扱うことにより、非常に微速で走行している場合の振動をも抑制することができる。
【００２２】第２の関係として、前記内燃機関の始動の指示を入力する手段を備えたハイブリッド車両において、前記目標トルク設定手段が、該指示が入力されたときに前記動力調整装置で前記内燃機関をモータリングする際に前記車軸に出力されるトルクを相殺可能なトルクを、目標トルクとして設定する手段であり、前記特定手段が、該ハイブリッド車両の走行状態が停車中かつ前記モータリングが行われている状態であるか否かを特定する手段である場合に、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が停車中かつ該モータリングが行われているときの方が、走行中よりも高く設定されているものとすることもできる。
【００２３】ハイブリッド車両は、動力調整装置によって内燃機関をモータリングし、内燃機関を始動することがある。この際、内燃機関をモータリングするために動力調整装置から出力されたトルクの反トルクが車軸に出力される。車軸に適切な動力を出力するためには、電動発電機でこの反トルクを相殺する必要がある。特に乗員が車両の振動を感じやすい停車中には、先に説明した通り、車軸に出力されるトルクを一定に維持する必要性が高い。上述した関係で電動発電機の応答性を設定すれば、停車中かつモータリング中である場合は、走行中よりも高い応答性で電動発電機を制御することができる。つまり、動力調整装置による反トルクを速やかに補償することができる。従って、車軸に出力されるトルクの変動を抑制でき、停車中かつモータリング中である場合の乗り心地を向上することができる。
【００２４】なお、ハイブリッド車両は、走行中においても動力調整装置で内燃機関をモータリングして、内燃機関を始動することがある。かかる場合でも、モータリング中に反トルクを電動発電機で相殺する必要がある。走行中は停車中ほど振動には敏感でないのが通常であるが、振動が抑制された方が望ましいのはもちろんである。従って、走行中にモータリングが行われている場合には、モータリングが行われていない走行中の応答性よりも高い応答性で電動発電機が制御されるように、目標トルクを設定するものとしてもよい。
【００２５】第３の関係として、前記特定手段が、前記車軸に結合された車輪がスリップした状態にあるか否かを特定する手段である場合に、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両の走行状態が前記スリップした状態にあるときの方が、そうでないときよりも高く設定されているものとすることもできる。
【００２６】車輪がスリップした状態は一般に好ましい走行状態とはいえないため、速やかに回復を図る必要がある。車輪のスリップは路面の摩擦力に対して車軸から出力されるトルクが大きすぎるときに生じる。従って、スリップから回復するためには、車軸から出力されるトルクをスリップを生じない程度の値に抑制する必要がある。上記第３の関係で電動発電機の応答性を設定しておけば、スリップが生じた場合に車軸に出力されるトルクを速やかに抑制することができる。従って、短期間でスリップ状態からの回復を図ることができる。
【００２７】スリップした場合、車軸の回転数は急激に増加する。このように回転数が急激に増加すると、車軸に動力を伝達する系統中のギヤその他の要素に不要な摩耗などを生じ、寿命を著しく縮めるおそれもある。上述の関係で電動発電機の応答性を設定すれば、スリップから速やかに回復できるため、車両の寿命を縮める状態を回避することができる。なお、上記関係は、車両が前進中であるか後進中であるか、また停車中であるかに関わらず、適用することができる。
【００２８】第４の関係として、前記特定手段が、該ハイブリッド車両が前進走行中であるか後進走行中であるかを特定する手段である場合に、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が後進走行中であるときの方が、前進走行中よりも低く設定されているものとすることもできる。
【００２９】一般に内燃機関の回転方向は、車両が前進中であるか後進中であるかに関わらず一定である。後進する場合、ハイブリッド車両は、内燃機関の回転動力を動力調整装置で電力に置き換えつつ、電動発電機から後進方向の回転動力を出力する。内燃機関からは前進方向の動力が出力されており、電動発電機からは後進方向の動力が出力されている。内燃機関、動力調整装置、および電動発電機でやりとりされる動力のバランスが崩れると、車軸には前後方向にトルク変動が生じ激しい振動を生じる。後進時は、内燃機関の出力する動力と電動発電機の出力する動力の方向が逆であるため、前進時に比べて動力のバランスが崩れやすい。上記第４の関係で電動発電機の応答性を設定すれば、電動発電機の運転状態は比較的緩やかに変化する。従って、内燃機関、動力調整装置、電動発電機でやりとりされる動力のバランスを維持しやすい。この結果、上記関係を適用したハイブリッド車両によれば、後進時の車両の振動を抑制することができ、操作性および乗り心地を大きく向上することができる。
【００３０】本発明のハイブリッド車両における動力調整装置は、種々の構成を適用可能であり、例えば、前記電動発電機を第１の電動発電機とし、前記動力調整装置は、３つの回転軸を有し、該回転軸のうち２つの回転軸が前記出力軸および車軸に結合されたプラネタリギヤと、該プラネタリギヤの残余の回転軸に結合された第２の電動発電機からなる装置であるものとすることができる。
【００３１】かかる構成の動力調整装置によれば、内燃機関から出力された動力は、プラネタリギヤで車軸に伝達される動力と、第２の電動発電機に伝達される動力に分配することができる。また、内燃機関から出力された動力と第２の電動発電機から出力された動力とをプラネタリギヤで併合して、車軸に伝達することもできる。従って、第２の電動発電機への電力のやりとりによって、上記構成からなる動力調整装置は、内燃機関の出力軸および車軸の双方の軸で入出力される動力を調整することができる。
【００３２】また、前記動力出力装置は、前記出力軸に結合された第１のロータと、前記車軸に結合された第２のロータとからなる対ロータ電動機であるものとすることもできる。
【００３３】かかる構成の動力調整装置によれば、内燃機関から出力された動力を、第１のロータと第２のロータ間に作用する電磁的な結合を通じて、車軸に伝達することができる。この際、対ロータ電動機への電力のやりとりによって、第１のロータおよび第２のロータ間の滑りを調整することができる。つまり、内燃機関の出力軸および車軸の回転数を調整することにより、両軸の動力を調整することができる。かかる作用により、上記対ロータ電動機は、内燃機関の出力軸および車軸の双方の軸で入出力される動力を調整可能な動力調整装置として機能する。
【００３４】通常、ハイブリッド車両は、複数の車軸を有している。本発明のハイブリッド車両は、動力調整装置および電動発電機が同じ側の車軸に結合された構成を採用することが可能である。また、前記動力調整装置が結合された車軸と、前記電動発電機が結合された車軸とは異なる車軸であり、それぞれの車軸に結合された車輪から動力を出力することにより４輪駆動可能な構成を採ることも可能である。当然、動力調整装置および電動発電機を一方の車軸に結合された構成とした上で、更に他の車軸に電動発電機を結合して４輪駆動可能な構成を採るものとしても構わない。
【００３５】本発明は以下に示す構成を採ることもできる。つまり、内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、少なくとも該内燃機関から出力された動力を変換して前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両であって、前記電動発電機の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、該目標トルクをなまし処理により修正するトルク修正手段と、前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する特定手段と、前記ハイブリッド車両が予め定めた所定の走行状態にあるときは、前記トルク修正手段による目標トルクの修正を禁止する禁止手段と、前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する電動発電機制御手段とを備えるハイブリッド車両としての構成である。
【００３６】一般にハイブリッド車両の運転中には、車軸に出力されるトルクが滑らかに変動することが要求される走行状態を取ることが多い。上記態様のハイブリッド車両によれば、電動発電機の目標トルクをなまし処理して修正することにより、出力されるトルクを滑らかに変動させることができる。ところが、先に説明した通り、ハイブリッド車両の走行状態によっては、なまし処理を施して電動発電機の目標トルクを設定した場合、電動発電機の応答性が低く、車両が振動することがある。上記態様のハイブリッド車両によれば、所定の走行状態にあるときは、禁止手段によりなまし処理を禁止することができる。従って、上記ハイブリッド車両は、車両の走行状態に応じて適切なトルクを出力することができる。
【００３７】なまし処理を禁止すべき走行状態としては、例えば、車両が停車中である場合や、車両がスリップ状態にある場合が挙げられる。また、車両が停車中において内燃機関が始動されている時にのみなまし処理を禁止するものとしてもよい。なお、前記トルク修正手段は、車両の走行状態に応じてなまし処理の程度を変えるものとすることもできる。例えば、後進中は前進走行中よりも応答性が低くなるようになまし処理を施すこともできる。
【００３８】本発明は、以下に示すハイブリッド車両の制御方法としても構成することができる。即ち、内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、該内燃機関から出力された動力を前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両の制御方法であって、（ａ）前記電動発電機の目標トルクを設定する工程と、（ｂ）前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する工程と、（ｃ）前記走行状態に応じて予め定められた応答性に基づいて許容される範囲に前記目標トルクを修正する工程と、（ｄ）前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する工程とを備える制御方法である。
【００３９】かかる制御方法によって、ハイブリッド車両の運転を制御すれば、先にハイブリッド車両の発明として説明した作用と同様の作用によって、車両の操作性および乗り心地に優れた制御を実現することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
（１）実施例の構成：はじめに、本発明の実施例としてのハイブリッド車両の構成を説明する。図１はこのハイブリッド車両の動力を出力する動力系統の構成を示す説明図である。動力系統に備えられたエンジン１５０は通常のガソリンエンジンであり、クランクシャフト１５６を回転させる。エンジン１５０の運転はＥＦＩＥＣＵ１７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ１７０は内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従い、エンジン１５０の燃料噴射量その他の制御を実行する。
【００４１】動力系統には、他にモータＭＧ１，ＭＧ２が備えられている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ１３２，１４２と、回転磁界を形成する三相コイル１３１，１４１が巻回されたステータ１３３，１４３とを備える。ステータ１３３，１４３はケース１１９に固定されている。モータＭＧ１，ＭＧ２のステータ１３３，１４３に巻回された三相コイル１３１，１４１は、それぞれ駆動回路１９１，１９２を介してバッテリ１９４に接続されている。駆動回路１９１，１９２は、各相ごとにスイッチング素子としてのトランジスタを２つ１組で備えたトランジスタインバータである。駆動回路１９１，１９２は制御ユニット１９０に接続されている。制御ユニット１９０からの制御信号によって駆動回路１９１，１９２のトランジスタがスイッチングされるとバッテリ１９４とモータＭＧ１，ＭＧ２との間に電流が流れる。モータＭＧ１，ＭＧ２はバッテリ１９４からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この走行状態を力行と呼ぶ）、ロータ１３２，１４２が外力により回転している場合には三相コイル１３１，１４１の両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリ１９４を充電することもできる（以下、この走行状態を回生と呼ぶ）。
【００４２】エンジン１５０とモータＭＧ１，ＭＧ２はそれぞれプラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ１２０は、サンギヤ１２１，リングギヤ１２２，プラネタリピニオンギヤ１２３を有するプラネタリキャリア１２４から構成されている。本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１５０のクランクシャフト１５６はダンパ１３０を介してプラネタリキャリア軸１２７に結合されている。ダンパ１３０はクランクシャフト１５６に生じる捻り振動を吸収するために設けられている。モータＭＧ１のロータ１３２は、サンギヤ軸１２５に結合されている。モータＭＧ２のロータ１４２は、リングギヤ軸１２６に結合されている。リングギヤ１２２の回転は、チェーンベルト１２９を介して車軸１１２および車輪１１６Ｒ，１１６Ｌに伝達される。
【００４３】実施例のハイブリッド車両の運転全体は制御ユニット１９０により制御されている。制御ユニット１９０は、ＥＦＩＥＣＵ１７０と同様、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータである。制御ユニット１９０はＥＦＩＥＣＵ１７０と接続されており、両者は種々の情報を伝達し合うことが可能である。制御ユニット１９０は、エンジン１５０の制御に必要となるトルク指令値や回転数の指令値などの情報をＥＦＩＥＣＵ１７０に送信することにより、エンジン１５０の運転を間接的に制御することができる。また、駆動回路１９１，１９２のスイッチングを制御することにより、モータＭＧ１，ＭＧ２の運転を直接制御することができる。制御ユニット１９０はこうして、動力出力装置全体の運転を制御している。かかる制御を実現するために制御ユニット１９０には、種々のセンサ、例えば、運転者によるアクセルの踏み込み量を検出するためのアクセルペダルポジションセンサ１６５、シフトレバーの位置を検出するシフトポジションセンサ１６７、および車軸１１２の回転数を知るためのセンサ１４４などが設けられている。リングギヤ軸１２６と車軸１１２は機械的に結合されているため、本実施例では、車軸１１２の回転数を知るためのセンサ１４４をリングギヤ軸１２６に設け、モータＭＧ２の回転を制御するためのセンサと共通にしている。
【００４４】（２）基本的動作：かかるハイブリッド車両の基本的な動作を説明するために、まずプラネタリギヤ１２０の動作について説明する。プラネタリギヤ１２０は、上述した３つの回転軸のうち、２つの回転軸の回転数およびトルク（以下、両者をまとめて回転状態とよぶ）が決定されると残余の回転軸の回転状態が決まるという性質を有している。各回転軸の回転状態の関係を次式（１）に示す。
【００４５】
Ｎｒ＝（１＋ρ）Ｎｃ−ρＮｓ；
Ｎｃ＝（Ｎｒ＋ρＮｓ）／（１＋ρ）；
Ｎｓ＝（Ｎｃ−Ｎｒ）／ρ＋Ｎｃ；
Ｔｓ＝ρ／（１＋ρ）×Ｔｃ；
Ｔｒ＝１／（１＋ρ）×Ｔｃ …（１）
【００４６】ここで、Ｎｓ，Ｔｓはサンギヤ軸１２５の回転数およびトルク、Ｎｒ，Ｔｒはリングギヤ軸１２６の回転数およびトルク、Ｎｃ，Ｔｃはプラネタリキャリア軸１２７の回転数およびトルクである。また、ρは次式で表される通り、サンギヤ１２１とリングギヤ１２２のギヤ比である。ρ＝サンギヤ１２１の歯数／リングギヤ１２２の歯数
【００４７】本実施例のハイブリッド車両は、プラネタリギヤ１２０の作用に基づいて、種々の状態で走行することができる。例えば、ハイブリッド車両が走行を始めた比較的低速な状態では、エンジン１５０を停止したまま、モータＭＧ２を力行することにより車軸１１２に動力を伝達して走行する。同様にエンジン１５０をアイドル運転したまま走行することもある。
【００４８】ハイブリッド車両が所定の速度に達すると、制御ユニット１９０はモータＭＧ１を力行して出力されるトルクによってエンジン１５０をモータリングして始動する。このとき、モータＭＧ１の反力トルクがプラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ１２２にも出力される。制御ユニット１９０はこの反力トルクを相殺しつつ要求動力を車軸１１２から出力するようにモータＭＧ２の運転を制御する。
【００４９】エンジン１５０が運転している状態では、その動力を種々の回転数およびトルクの回転状態に変換して車軸１１２から出力し、走行する。エンジン１５０を運転してプラネタリキャリア軸１２７を回転させると、上式（１）を満足する条件下で、サンギヤ軸１２５およびリングギヤ軸１２６が回転する。リングギヤ軸１２６の回転による動力はそのまま車輪１１６Ｒ，１１６Ｌに伝達される。サンギヤ軸１２５の回転による動力はモータＭＧ１で電力として回生することができる。一方、モータＭＧ２を力行すれば、リングギヤ軸１２６を介して車輪１１６Ｒ，１１６Ｌに動力を出力することができる。エンジン１５０からリングギヤ軸１２６に伝達されるトルクが不足する場合にはモータＭＧ２を力行することによりトルクをアシストする。モータＭＧ２を力行するための電力にはモータＭＧ１で回生した電力およびバッテリ１４９に蓄えられた電力を用いる。制御ユニット１９０は車軸１１２から出力すべき要求動力に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転を制御する。
【００５０】本実施例のハイブリッド車両は、エンジン１５０を運転したまま後進することもできる。エンジン１５０を運転すると、プラネタリキャリア軸１２７は前進時と同方向に回転する。このとき、モータＭＧ１を制御してプラネタリキャリア軸１２７の回転数よりも高い回転数でサンギヤ軸１２５を回転させると、上式（１）から明らかな通り、リングギヤ軸１２６は後進方向に反転する。制御ユニット１９０は、モータＭＧ２を後進方向に回転させつつ、その出力トルクを制御して、ハイブリッド車両を後進させる。
【００５１】プラネタリギヤ１２０は、リングギヤ１２２が停止した状態で、プラネタリキャリア１２４およびサンギヤ１２１を回転させることが可能である。従って、車両が停止した状態でもエンジン１５０は運転可能である。例えば、バッテリ１９４の残容量が少なくなれば、エンジン１５０を運転し、モータＭＧ１を回生運転することにより、バッテリ１９４を充電することができる。車両が停止しているときにモータＭＧ１を力行すれば、そのトルクによってエンジン１５０をモータリングし、始動することができる。このとき、制御ユニット１９０はモータＭＧ２を制御して、モータＭＧ１の反力トルクを相殺する。
【００５２】ところで、本実施例のハイブリッド車両では、車両の車速とエンジン１５０の回転数との間に一定の制限が設けられている。図２にこの制限を示す。図中の使用可能領域に示す通り、エンジン１５０の回転数に応じて走行可能な車速の範囲が制限されている。かかる制限は、プラネタリギヤ１２０の各ギヤの回転数についての機械的な制限に基づくものである。例えば、エンジン１５０が停止している状態で車両が走行している場合、プラネタリギヤでは、ギヤ比ρは１よりも小さいから、サンギヤ１２１はリングギヤ１２２の回転数よりも高い回転数で回転する。リングギヤ１２２の回転数がさらに大きくなると、場合によってはサンギヤ１２１の回転数が機械的な限界を超える可能性もある。同じ車速で走行している場合であっても、エンジン１５０が回転している場合には、サンギヤ１２１の回転数はそれに応じて低くなる。本実施例のハイブリッド車両では、かかる制限に基づき、エンジン１５０から動力を出力する必要がない場合であっても、いわゆるアイドル状態でエンジン１５０を運転することがある。
【００５３】（３）トルク制御処理：次に、本実施例におけるトルク制御処理について説明する。トルク制御処理とは、エンジン１５０およびモータＭＧ１、ＭＧ２を制御して、要求されたトルクおよび回転数からなる動力を車軸１１２から出力する処理をいう。本実施例におけるトルク制御処理のフローチャートを図３に示す。このルーチンは制御ユニット１９０内のＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという）によって、タイマ割り込みにより所定時間毎に繰り返し実行される。
【００５４】トルク制御ルーチンが開始されると、ＣＰＵは最初に走行状態判定処理を実行する（ステップＳ１０）。先に説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は、内燃機関、モータＭＧ１，ＭＧ２を種々の状態で運転して、走行することができる。三者の運転状態は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて使い分けられる。かかる使い分けをするために、ＣＰＵはトルク制御ルーチンが開始されると、車両の走行状態を判定するのである。
【００５５】図４に走行状態判定処理ルーチンのフローチャートを示す。この処理では、ＣＰＵは、まずシフトポジションを入力する（ステップＳ１５）。シフトポジションは図１に示したシフトポジションセンサ１６７で検出することができる。本実施例では、シフトポジションとして、駐車時に使用するＰレンジ、前進走行時に使用するＤレンジ、Ｂレンジ、後進時に使用するＲレンジ、およびニュートラルが用意されている。同時にＣＰＵは車速および前輪回転数Ｎｆ、後輪回転数Ｎｒを入力する（ステップＳ２０，Ｓ２５）。
【００５６】次に、ＣＰＵは以下の手順で車両の走行状態を判断する。まず、シフトポジションがＰレンジであるか否かを判定する（ステップＳ３０）。また、車速が所定の速度Ｖ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３５）。これらの条件のうち一方を満たしていれば、停車中であると判定する（ステップＳ４０）。判定結果は走行状態を示す所定のフラグに停車中を意味するコードを入力することにより記憶される。
【００５７】所定の速度Ｖ１は車両が停車していると見て差し支えない程度の微速に予め設定されている。シフトポジションのみならず、車速をも用いて停車中であるか否かを判定することにより、Ｄレンジ、Ｂレンジなどのシフトポジションでブレーキを踏んで停車している場合も含めて適切に停車中か否かの判定を行うことができる。
【００５８】ステップＳ３０およびＳ３５の双方の条件を満たさない場合には、次に、前輪回転数Ｎｆと後輪回転数Ｎｒの差の絶対値が所定の値Ｎ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４５）。上記絶対値が所定の値Ｎ１よりも大きい場合には、いずれかの車輪がスリップしているものと判定する（ステップＳ５０）。判定結果は上述のフラグに記憶される。所定の値Ｎ１は、このようにスリップが生じているか否かの判定基準となる値である。例えば、通常の走行時に生じ得る前後輪の回転数差の最大値を値Ｎ１とすることができる。
【００５９】次に、ＣＰＵはシフトポジションがＲレンジであるか否かを判定する（ステップＳ５５）。Ｒレンジであれば、後進中であると判定し（ステップＳ６０）、そうでなければ前進中であると判定する（ステップＳ６５）。判定結果は上述のフラグに記憶される。以上の処理によって車両の走行状態を特定すると、ＣＰＵは走行状態判定処理ルーチンを終了し、トルク制御ルーチンに戻る。
【００６０】なお、実際には、走行状態判定処理ルーチンでは、他にも種々の走行状態を判定している。例えば、内燃機関を運転せずに走行するＥＶ走行、内燃機関を始動するモードでの走行などの判定も行っている。これらの判定は、車速やバッテリ１９４の充電状態など種々の条件に基づいて判定される。かかる判定処理の詳細な説明は省略する。
【００６１】走行状態が判定されると、ＣＰＵは車軸１１２の目標回転数Ｎｄ＊、目標トルクＴｄ＊を設定する（ステップＳ１００）。目標回転数Ｎｄ＊およびトルクＴｄ＊は、現在の車速やアクセルの踏み込み量などに応じて設定される。こうして設定された目標回転数Ｎｄ＊およびトルクＴｄ＊に基づいて、ＣＰＵはエンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊を設定する（ステップＳ１１０）。エンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊は、車両の走行状態に応じて異なる。走行状態は、走行状態判定処理で設定されたフラグに記憶されたコードによって検出することができる。車両が停車中やＥＶ走行中の場合は、車軸１１２の目標回転数Ｎｄ＊およびトルクＴｄ＊に関わらずエンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊は基本的には値０となる。但し、かかる場合であってもバッテリ１９４を充電する必要が生じた場合には、エンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊として充電に要する動力が設定される。
【００６２】ハイブリッド車両が通常走行している場合には、エンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊は、車軸１１２の目標回転数Ｎｄ＊、トルクＴｄ＊の積で求められる走行動力と、バッテリ１９４から充放電される電力と、補機の駆動に要する電力との総和により求められる。例えば、バッテリ１９４から余剰の電力を放電する必要がある場合には、エンジン１５０への要求動力Ｐｅ＊をその分減少させることができる。また、エアコンなどの補機を動作させる場合には、走行動力の他に補機用の電力に相当する動力をエンジン１５０から余分に出力する必要がある。
【００６３】こうしてエンジン１５０への要求動力Ｐｅ＊が設定されるとＣＰＵはエンジン１５０の運転ポイント、即ち目標回転数Ｎｅ＊、目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ１２０）。エンジン１５０の運転ポイントは、基本的には運転効率が最もよくなる運転ポイントをマップから選択することにより設定される。
【００６４】図５にエンジン１５０の運転ポイントと運転効率の関係を示す。図中の曲線Ｂは、エンジン１５０が運転可能な回転数およびトルクの限界値を示している。図５においてα１％、α２％等で示される曲線は、それぞれエンジン１５０の効率が一定となる等効率線であり、α１％、α２％の順に効率が低くなっていくことを示している。図５に示す通り、エンジン１５０は比較的限定された運転ポイントで効率が高く、その周囲の運転ポイントでは徐々に効率が低下していく。
【００６５】図５中、Ｃ１−Ｃ１、Ｃ２−Ｃ２、およびＣ３−Ｃ３で示されている曲線は、エンジン１５０から出力される動力が一定の曲線であり、エンジン１５０の運転ポイントは要求動力に応じてこれらの曲線上で選択することになる。Ｃ１−Ｃ１、Ｃ２−Ｃ２、Ｃ３−Ｃ３の順に要求動力が低い状態を示している。例えば、エンジン１５０への要求動力Ｐｅ＊が曲線Ｃ１−Ｃ１で表される動力に相当する場合、エンジン１５０の運転ポイントは、曲線Ｃ１−Ｃ１上で運転効率が最も高くなるＡ１点に設定される。同様にＣ２−Ｃ２曲線上ではＡ２点に、Ｃ３−Ｃ３曲線上ではＡ３点で運転ポイントを選択する。曲線Ｃ１−Ｃ１，Ｃ２−Ｃ２，Ｃ３−Ｃ３上における、エンジン１５０の回転数と運転効率の関係を図６に示す。なお、図６中の曲線は、説明の便宜上、図５中の３本を例示しているが、要求出力に応じて無数に引くことができる曲線であり、エンジン１５０の運転ポイントＡ１点等も無数に選択することができるものである。このようにエンジン１５０の運転効率の高い点をつなぐことにより描いた曲線が図５中の曲線Ａであり、これを動作曲線と呼ぶ。
【００６６】エンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊が値０である場合、エンジン１５０は停止またはアイドル走行状態となる。例えばハイブリッド車両がモータＭＧ２からの動力のみで走行する場合や、降坂時などがかかる走行状態に該当する。エンジン１５０が停止するかアイドル運転となるかについては、種々の条件に基づいて設定される。先に図２で説明した制限に基づき、比較的高い車速では、エンジン１５０をアイドル運転する。また、エンジン１５０の暖機が必要と判断された場合などもアイドル運転をする。
【００６７】以上の処理により設定されたエンジン１５０の運転ポイントに基づいて、ＣＰＵはモータＭＧ１の目標回転数Ｎ１＊，トルクＴ１＊を設定する（ステップＳ１３０）。エンジン１５０、即ちプラネタリキャリア軸１２７の目標回転数Ｎ１＊と、車軸１１２つまりリングギヤ軸１２６の目標回転数Ｎｄ＊が設定されているため、上式（１）によって、サンギヤ軸１２５つまりモータＭＧ１の目標回転数Ｎ１＊を設定することができる。
【００６８】モータＭＧ１の目標トルクＴ１＊の設定は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて異なる。ハイブリッド車両が停車中である場合やＥＶ走行している場合には、モータＭＧ１の目標トルクＴ１＊は値０となる。エンジン始動時、つまりモータＭＧ１でエンジン１５０をモータリングするとき、エンジン１５０の回転数が自立運転に適した所定の回転数に達するまでは、モータＭＧ１の目標トルクＴ１＊は開ループ制御によって予め定められた値に設定される。
【００６９】エンジン１５０が自立運転している状態では、モータＭＧ１の目標トルクＴ１＊は基本的にはいわゆる比例積分制御によって設定される。モータＭＧ１の現在の回転数と、上述の目標回転数Ｎ１＊との偏差に基づいて目標トルクＴ１＊を設定するのである。現在の回転数が目標回転数Ｎ１＊よりも低い場合には目標トルクＴ１＊は正のトルクとなるし、逆の場合には負のトルクとなる。トルクＴ１＊を設定する際に用いられるゲインは、実験などにより設定可能である。
【００７０】ＣＰＵは以上の処理で設定されたエンジン１５０の運転ポイントおよびモータＭＧ１の運転ポイントに基づいてモータＭＧ２の運転ポイント、つまり目標回転数Ｎ２＊、目標トルクＴ２＊を設定する（ステップＳ２００）。モータＭＧ２の目標回転数Ｎ２＊はリングギヤ軸１２６の目標回転数Ｎｄ＊と等しい。
【００７１】目標トルクＴ２＊は車軸１１２への目標トルクＴｄ＊およびモータＭＧ１からの反力トルクなどに基づいて、ＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンにより設定される。この設定処理ルーチンのフローチャートを図７R>７に示した。この処理では、ＣＰＵは車軸の目標トルクＴｄ＊を入力する（ステップＳ２０５）。次に、ＭＧ１の反力トルクとしてリングギヤ軸１２６に出力されるトルクｓｔｅｐを求める（ステップＳ２１０）。エンジン１５０が運転している場合、トルクｓｔｅｐはエンジン１５０からリングギヤ軸１２６に出力されるトルクと言い換えることもできる。トルクｓｔｅｐは、先に示した式（１）に、エンジン１５０のトルクまたはモータＭＧ１の出力トルクを代入した時のリングギヤ１２２のトルクＴｒに等しい。
【００７２】次に、ＣＰＵはこれらのトルクＴｄ＊、ｓｔｅｐの差分、つまり「Ｔｄ＊−ｓｔｅｐ」によっってモータＭＧ２の仮目標トルクＴｍを設定する（ステップＳ２１５）。こうして設定された仮目標トルクＴｍは、車軸１１２から目標トルクＴｄ＊を出力するためにモータＭＧ２が出力すべきトルクに等しい。
【００７３】本実施例では、後述する通り、車両の走行状態に応じてなまし処理を施してモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を決定している。なまし処理とは、適切な応答性が得られるように、目標トルクＴ２＊の変化率を抑制する処理をいう。なまし処理による変化率の抑制の程度は「なましパラメータ」によって決まる。ＣＰＵは車両の走行状態に応じて、このなましパラメータＰを設定する（ステップＳ２２０）。本実施例で使用したなましパラメータを図８に示す。図示する通り、車両の走行状態に応じてなましパラメータが定まる。なましパラメータは後進時に最大値８となる。停車時、スリップ時は最も小さい値１となる。なましパラメータが値１である場合は、なまし処理を施さないのと等価である。通常走行時は、両者の中間の値３となる。なましパラメータが大きくなるほど、モータＭＧ２の目標トルクの変化率が抑制されることを意味している。
【００７４】こうして車両の走行状態に応じてなましパラメータＰが設定されると、ＣＰＵは仮目標トルクＴｍになまし処理を施してモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定する。具体的には、次式を演算することにより目標トルクＴ２＊を設定する（ステップＳ２２５）。
Ｔ２＊ ＝ （Ｐ−１）Ｔｍｏ／Ｐ＋Ｔｍ／Ｐここで、Ｔｍｏは前回にこのルーチンが実行された時に設定された目標トルクＴ２＊の値である。本実施例では、仮目標トルクＴｍが前回の目標トルクＴｍｏからの変化率を抑制することでなまし処理を施している。なお、なましパラメータは、ハイブリッド車両の乗り心地などに応じて実験などにより設定することができる。
【００７５】ＣＰＵはこうして設定された目標トルクＴ２＊が、モータＭＧ２が出力可能な最大トルクＴｍａｘよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２３０）。最大トルクＴｍａｘを超える場合には目標トルクＴ２＊を最大トルクＴｍａｘに補正する（ステップＳ２３５）。最大トルクＴｍａｘ以下である場合には、次に目標トルクＴ２＊がモータＭＧ２が出力可能な最小トルクＴｍｉｎよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２４０）。最小トルクＴｍｉｎをよりも小さい場合には目標トルクＴ２＊を最小トルクＴｍｉｎに補正する（ステップＳ２４５）。ここで、最大トルクＴｍａｘは、モータＭＧ２が電動機として作用する場合に許容される正の限界トルクであり、モータＭＧ２の定格、バッテリ１９４の充電状態、モータＭＧ２の温度に応じて設定される値である。最小トルクＴｍｉｎはモータＭＧ２が発電機として作用する場合に許容される負の限界トルクであり、最大トルクＴｍａｘと同様、モータＭＧ２の定格、バッテリ１９４の充電状態、モータＭＧ２の温度に応じて設定される。ＣＰＵはステップＳ２３０〜Ｓ２４５の処理によって、モータＭＧ２の出力トルクがこれらの限界トルクを超えないよう、上下限処理を施しているのである。
【００７６】こうして設定された運転ポイントに従って、ＣＰＵはモータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン１５０の運転を制御する（ステップＳ３００）。モータＭＧ１，ＭＧ２の制御は設定された目標回転数と目標トルクとに応じて各モータの三相コイル１３１，１４１に印加する電圧が設定され、現時点での印加電圧との偏差に応じて、駆動回路１９１，１９２のトランジスタのスイッチングを行うのである。同期モータを制御する方法については、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００７７】エンジン１５０についても、設定された運転ポイントで運転するための制御処理は周知であるため、ここでは説明を省略する。但し、実際にエンジン１５０の制御を行うのはＥＦＩＥＣＵ１７０である。従って、トルク制御ルーチンでのステップＳ７００における処理では、制御ユニット１９０からＥＦＩＥＣＵ１７０にエンジン１５０の運転ポイント等の必要な情報を送信する処理が行われる。かかる情報を送信することにより制御ユニット１９０のＣＰＵは間接的にエンジン１５０の運転を制御する。以上の処理によって本実施例のハイブリッド車両は、走行状態に応じて適切な動力を車軸１１２から出力して走行することができる。
【００７８】以上で説明した本実施例のハイブリッド車両によれば、車両の走行状態に応じてなましパラメータを変えることによって、異なる応答性でモータＭＧ２を制御することができる。この結果、各走行状態に応じて、モータＭＧ２の制御に起因して生じる車両の振動を抑制することができる。
【００７９】停車中の制御を例にとって説明する。停車中は乗員が車両の振動を敏感に感じやすい。停車中にエンジン１５０の運転が停止している場合、およびエンジン１５０がアイドル回転数で定常的に運転している場合には、リングギヤ１２２に出力されるトルクが一定であるため、車両の振動を生じにくい。停車中にモータＭＧ１を力行してエンジン１５０をモータリングする際には、先に示した式（１）に従ってモータＭＧ１の反トルクがリングギヤ１２２に出力される。この反トルクを相殺するトルクをモータＭＧ２から出力しなければ、車軸１１２にトルクが出力され、車両の振動を引き起こす。
【００８０】モータＭＧ２の応答性が比較的低く、上記反トルクを十分相殺できない場合のトルクの変化の様子を図９に示す。図示する通り、最初エンジン１５０が停止しており、時刻ｔ１にモータＭＧ１でトルクを出力してエンジン１５０のモータリングが開始された場合を考える。モータリングが開始されるとモータＭＧ１のトルクはモータリングに必要な値Ｔｓまで所定の傾斜で増加する。この傾斜は予め設定された傾斜である。モータＭＧ１の出力するトルクは、サンギヤ１２１からプラネタリキャリア１２４、およびエンジン１５０のクランクシャフト１５６に伝達される。エンジン１５０はこのトルクによって図示する通り回転数が増す。
【００８１】一方、モータＭＧ１から出力されたトルクの一部はリングギヤ１２２に伝達される。停車中は車軸１１２に要求されるトルクＴｄ＊は値０であるから、モータＭＧ２はリングギヤ１２２に伝達されたトルクを相殺するトルクを出力する。モータＭＧ１からのトルクを相殺するためには、モータＭＧ１のトルク変動に追随できる応答性でモータＭＧ２を制御する必要がある。モータＭＧ２の応答性が低い場合には、モータＭＧ１からのトルクを十分に相殺することができず、図９のＴ０１で示す通り、車軸にトルクが出力される。モータＭＧ１からエンジン１５０を正転させるトルクが出力されている場合、本実施例のハイブリッド車両では、車両を後進させる側のトルクがリングギヤ１２２を介して出力される。モータＭＧ１のトルクがモータリング時の目標トルクＴｓで一定値になれば、応答性が低くてもモータＭＧ２で反力を十分に相殺することができるため、車軸１１２に出力されるトルクは値０となる。
【００８２】時刻ｔ２においてエンジン１５０の回転数が点火に対応した回転数ｒｓに至ると、モータＭＧ１は一定のトルクＴｓを出力するのを中断し、エンジン１５０の回転数を維持するためのトルクを出力する。かかるトルクは例えばエンジン１５０の回転数に基づく比例制御によって設定することができる。エンジン１５０は点火されて自立運転を開始するから、図示する通り、モータＭＧ１のトルクは急激に低下することにより、モータＭＧ１からリングギヤ１２２に出力されていたトルクが急激に低下する。
【００８３】モータＭＧ２の応答性が低い場合には、モータＭＧ１からリングギヤ１２２に出力されていたトルクが低下しても、しばらくの間モータＭＧ２は比較的大きな前進側のトルクを出力し続ける。モータＭＧ１からトルクＴｓが出力されていた区間において、その反トルクを相殺するために出力していたトルクを継続して出力する。かかる状態では、前進側のトルクが過剰となるため、図９中のＴ０２に示す通り、車軸１１２からは前輪側のトルクが出力される。モータＭＧ１のトルクの変動周期が比較的長くなると、モータＭＧ２は十分にその反トルクを相殺可能となる。
【００８４】このようにモータＭＧ２の応答性が低い場合には、エンジン１５０の始動を開始する時点で車軸１１２に運転者が意図しないトルクが出力される。このトルクは図９に示す通り、後進および前進の双方向に出力され、車両を振動させる。この振動は、モータＭＧ１のトルク変化に対してモータＭＧ２から出力されるトルクが十分に追随できないことが原因である。モータＭＧ２の応答性を十分に高くすれば、図９に示したトルクの出力を抑制することができる。本実施例では、かかる観点から、図８に示した通り、停車中はなましパラメータを最も応答性が高い状態に設定している。従って、停車中にエンジン１５０の始動が行われた場合でもその反トルクを十分に相殺することができ、車両の振動を抑制することができる。
【００８５】同様にして本実施例は他の走行状態でも、モータＭＧ２の応答性をそれぞれ適切な値に設定している。例えば、通常走行中は図８に示す通り、モータＭＧ２の応答性を若干低くしてある。通常の走行中においても、エンジン１５０およびモータＭＧ１からリングギヤ１２２に出力されるトルクを速やかに補償して車軸１１２から出力するという観点からは、モータＭＧ２の応答性は高い方が望ましい。ところが、通常走行中には運転者がアクセルを操作する。定常的に走行しようとする場合であっても、アクセルの踏み込み量は微妙に変動するのが通常である。モータＭＧ２の応答性を停車中と同様に高い状態に設定しておくと、かかる微妙な変動に応じて車軸１１２から出力されるトルクが変動して、車両の振動を招く。本実施例では、通常走行中はモータＭＧ２の応答性をやや低めに設定することにより、かかる振動を抑制することができる。
【００８６】本実施例のハイブリッド車両では、後進時にはモータＭＧ２の応答性を更に低くしている。後進時であってもエンジン１５０は前進時と同方向に回転し、前進方向のトルクを出力する。モータＭＧ１によって、サンギヤ１２１の回転数をプラネタリキャリア１２４の回転数よりも高くすれば、リングギヤ１２２は後進方向に回転する。モータＭＧ２からは後進方向のトルクを出力する。後進時は、このようにエンジン１５０の出力するトルクとモータＭＧ２が出力するトルクの方向が相違しているため、エンジン１５０、モータＭＧ１，ＭＧ２からの動力のバランスが崩れると、車両の振動が生じやすい状態にある。本実施例のハイブリッド車両では、後進時には前進時よりもモータＭＧ２の応答性を低く設定しているため、モータＭＧ２の運転状態が比較的緩やかに変化する。従って、後進時に上記三者の動力のバランスが崩れにくくなり、車両の振動を抑制することができる。
【００８７】本実施例のハイブリッド車両によれば、スリップ時にはモータＭＧ２の応答性を高くしている。スリップ時には車軸１１２の回転数が急激に増す。本実施例のハイブリッド車両では、図２に示した通り、車速、つまりリングギヤ１２２の回転数とエンジン１５０の回転数との間に一定の制限が設けられている。かかる制限を外れた場合には、先に説明した通り、サンギヤ１２１の回転数が高くなり過ぎて、看過し得ない程、消耗する可能性がある。スリップは車両にとって好ましい走行状態ではないという理由とともに、車両の寿命を著しく縮める可能性を回避するためにも速やかに回復する必要がある。スリップ状態から回復するためには、車軸から出力されるトルクをスリップが生じない程度に低減させることが必要である。本実施例のハイブリッド車両では、スリップ時にはモータＭＧ２の応答性を高く設定している。従って、車軸１１２に出力される動力を速やかに低下させることができ、スリップ状態から短期間で回復することができる。
【００８８】以上に示した通り、本実施例のハイブリッド車両によれば、それぞれの走行状態に応じてモータＭＧ２の応答性を変えることにより、各走行状態ごとに適切なトルク制御を実現することができる。この結果、本実施例のハイブリッド車両によれば、車両の操作性および乗り心地を大きく向上することができる。
【００８９】なお、上記ハイブリッド車両では、図８に示した４つの走行状態に応じてモータＭＧ２の応答性を変えている。これに対して、さらに多くの走行状態に対応して応答性を変えるものとしてもよい。例えば、通常走行中であってもエンジン１５０の始動時にはモータＭＧ２の応答性を高めるものとしてもよい。また、通常走行時、および後進時において、エンジン１５０が運転しているか否かに応じて応答性を変えるものとしてもよい。
【００９０】上記ハイブリッド車両では、図７に示した通り、モータＭＧ２の仮目標トルクＴｍを一旦設定した後、なまし処理を施すことによって制御に供する目標トルクＴ２＊を設定している。モータＭＧ２の応答性を変えるための処理は、必ずしもなまし処理に依る必要はない。また、仮目標トルクを設定した後、応答性に応じた修正を施すという２段階で目標トルクＴ２＊を設定する必要もない。例えば、図７のステップＳ２１５の算出式において、走行状態に応じた比例係数を乗じることにより、１段階で走行状態に応じた目標トルクＴ２＊を設定するものとしてもよい。
【００９１】上述のトルク制御ルーチンでは、エンジン１５０およびモータＭＧ１の運転状態を設定した後、車軸１１２に要求トルクが出力されるように、モータＭＧ２で補償している。これに対し、エンジン１５０およびモータＭＧ２の運転状態を設定した後、モータＭＧ１でトルクの補償をするように制御ルーチンを構成することも可能である。かかる構成においては、モータＭＧ２の応答性に代えて、モータＭＧ１の応答性を車両の走行状態に応じて変更することもできる。
【００９２】（４）第２実施例：次に、本発明の第２実施例としてのハイブリッド車両について説明する。第２実施例のハイブリッド車両のハードウェア構成は、第１実施例と同様である。トルク制御ルーチンおよび走行状態判定処理ルーチンも第１実施例と同様である。第２実施例では、ＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンの内容が第１実施例と相違する。
【００９３】第２実施例におけるＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンのフローチャートを図１０に示す。この処理が開始されると、ＣＰＵはまず車軸目標トルクＴｄ＊を入力し（ステップＳ５０５）、ＭＧ１，エンジンからの反力トルクｓｔｅｐを算出する（ステップＳ５１０）。これらの処理内容は、第１実施例と同様である（図７のステップＳ２０５，Ｓ２１０参照）。
【００９４】次に、ＣＰＵはなまし処理を禁止すべきか否かを判定する（ステップＳ５１５）。この処理は、ハイブリッド車両の走行状態に基づいて行われる。第１実施例で説明した通り、走行状態判定処理ルーチンによりハイブリッド車両の走行状態が判定され、その結果は所定のフラグに記憶されている。ＣＰＵはこのフラグにより特定される走行状態が、なまし処理を施すことを禁止すべき走行状態であるか否かを判定する。なまし処理を禁止すべき走行状態は、予め定められており、制御ユニット１９０内のＲＯＭに記憶されている。本実施例では、図８に示した走行状態のうち、停車中およびスリップをなまし処理が禁止すべき走行状態に相当する。
【００９５】なまし処理を禁止すべき状態に該当しない場合には、ＣＰＵは仮目標トルクＴｍを設定し（ステップＳ５２５）、なましパラメータＰを設定した上で（ステップＳ５３０）、なまし処理を行ってＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定する（ステップＳ５３５）。これらの処理は、第１実施例における処理と同様である（図７のステップＳ２１５〜Ｓ２２５参照）。
【００９６】なまし処理を禁止すべき状態に該当する場合には、ＣＰＵは車軸の目標トルクＴｄ＊と反力トルクｓｔｅｐの差分「Ｔｄ＊−ｓｔｅｐ」により、ＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定する。これは、上記仮目標トルクＴｍに相当する。つまり、反力トルクｓｔｅｐを補償して要求トルクＴｄ＊を車軸から出力するために、ＭＧ２が出力すべきトルク値である。なまし処理を禁止すべき状態に該当する場合には、かかるトルクを直接ＭＧ２の目標値とするのである。
【００９７】こうして設定された目標トルクＴ２＊に対して、第１実施例と同様の上下限処理を施す（ステップＳ５４０〜Ｓ５５５）。以上の処理によってＭＧ２の目標トルクＴ２＊が決定されるとＣＰＵはＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンを終了してトルク制御ルーチンに戻る。以下の処理は第１実施例と同様である。
【００９８】第２実施例のハイブリッド車両によれば、例えば通常走行時などでは、なまし処理を施すことにより、第１実施例と同様、滑らかな運転を実現することができる。一方、停車中やスリップなどの走行状態では、なまし処理を禁止することにより、車軸に出力されるトルクを高い応答性で制御することができる。
【００９９】本発明を適用するハイブリッド車両の構成としては、図１に示した構成の他、種々の構成が可能である。図１では、モータＭＧ２がリングギヤ軸１２６に結合されているが、モータＭＧ２がエンジン１５０のクランクシャフト１５６に結合された構成をとることもできる。第１の変形例としての構成を図１１に示す。図１１R>１では、エンジン１５０，モータＭＧ１，ＭＧ２のプラネタリギヤ１２０に対する結合状態が図１の実施例と相違する。プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１にモータＭＧ１が結合され、プラネタリキャリアにエンジン１５０のクランクシャフトが結合されている点では図１と同じである。図１１では、モータＭＧ２がリングギヤではなくエンジン１５０のクランクシャフトに直接結合されている点で図１の実施例と相違する。
【０１００】かかる構成においても、エンジン１５０およびモータＭＧ１の運転状態に応じて、要求動力が車軸１１２から出力されるようにモータＭＧ２で補償することができるため、本発明を適用することができる。もちろん、逆にモータＭＧ１で補償することも可能である。従って、モータＭＧ１の応答性を走行状態に応じて変える態様で本発明を適用することもできる。
【０１０１】また、本発明は別の構成のハイブリッド車両に適用することもできる。第２の変形例としての構成を図１２に示す。このハイブリッド車両では、プラネタリギヤ１２０およびモータＭＧ１に代えて、クラッチモータＣＭを備える。クラッチモータとは、相対的に回転可能なインナロータ２０２およびアウタロータ２０４を備える対ロータ電動機である。図１２に示す通り、インナロータ２０２はエンジン１５０のクランクシャフト１５６に結合され、アウタロータ２０４は車軸１１２に結合されている。アウタロータ２０４には、スリップリング２０６を介して電力が供給される。アウタロータ２０４側の軸にはモータＭＧ２も結合されている。その他の構成は、図１で示したハイブリッド車両と同様である。
【０１０２】エンジン１５０から出力された動力は、クラッチモータＣＭを介して車軸１１２に伝達することができる。クラッチモータＣＭは、インナロータ２０２とアウタロータ２０４との間に電磁的な結合を介して動力を伝達する。この際、アウタロータ２０４の回転数がインナロータ２０２の回転数よりも低ければ、両者の滑りに応じた電力をクラッチモータＣＭで回生することができる。逆に、クラッチモータＣＭに電力を供給すれば、インナロータ２０２の回転数を増速して車軸１１２に出力することができる。エンジン１５０からクラッチモータＣＭを介して出力されたトルクが車軸１１２から出力すべき要求トルクと一致しない場合には、モータＭＧ２で補償することができる。また、クラッチモータを力行すれば、エンジン１５０をモータリングして始動することができる。モータリング時の反トルクはモータＭＧ２で相殺することができる。
【０１０３】モータＭＧ２の役割は、本実施例のハイブリッド車両（図１）と同様である。従って、第２の変形例のハイブリッド車両においても、本発明を適用することができる。
【０１０４】さらに、本実施例のハイブリッド車両ではエンジン１５０，モータＭＧ１，ＭＧ２から構成される動力系統が前車軸１１２に備えられている構成とした。これに対し、モータＭＧ２を後車軸に結合した構成を採用するものとしてもよい。かかる構成例を図１３に示す。図示する通り、モータＭＧ２が前車軸１１２ではなく、後車軸１１２Ｒに結合される。かかる構成のハイブリッド車両では、前車軸１１２から出力される動力に対して、前車軸１１２および後車軸１１２Ｒの両者から出力される動力が要求動力に一致するようにモータＭＧ２で補償することができる。従って、本発明をモータＭＧ２の制御に適用することができる。もちろん、かかる構成において、上記補償をモータＭＧ１で行うものとすれば、モータＭＧ１に本発明を適用することもできる。
【０１０５】以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態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。例えば、上記実施例では、ソフトウェアにより種々の制御を実行しているが、これらをハードウェアによって実現するものとしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例としてのハイブリッド車両の概略構成を示す構成図である。
【図２】車速とエンジン回転数の制限を説明する説明図である。
【図３】トルク制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】走行状態判定処理ルーチンのフローチャートである。
【図５】エンジンの運転ポイントと運転効率との関係を示すグラフである。
【図６】要求動力一定の場合の、エンジン回転数と運転効率との関係を示すグラフである。
【図７】ＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンのフローチャートである。
【図８】なましパラメータの設定を示す説明図である。
【図９】エンジン始動時の回転数およびトルクの変動を示す説明図である。
【図１０】第２実施例としてのＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンのフローチャートである。
【図１１】本実施例のハイブリッド車両の第１の変形構成例を示す説明図である。
【図１２】本実施例のハイブリッド車両の第２の変形構成例を示す説明図である。
【図１３】本実施例のハイブリッド車両の第３の変形構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１１２，１１２Ｒ…車軸
１１６Ｒ，１１６Ｌ…車輪
１１７Ｒ，１１７Ｌ…車輪
１１９…ケース
１２０…プラネタリギヤ
１２１…サンギヤ
１２１…ρ＝サンギヤ
１２２…リングギヤ
１２３…プラネタリピニオンギヤ
１２４…プラネタリキャリア
１２５…サンギヤ軸
１２６…リングギヤ軸
１２７…プラネタリキャリア軸
１２９…チェーンベルト
１３０…ダンパ
１３１…三相コイル
１３２…ロータ
１３３…ステータ
１４１…三相コイル
１４２…ロータ
１４３…ステータ
１４４…センサ
１４９…バッテリ
１５０…エンジン
１５６…クランクシャフト
１６５…アクセルペダルポジションセンサ
１６７…シフトポジションセンサ
１９０…制御ユニット
１９１，１９２…駆動回路
１９４…バッテリ
２０２…インナロータ
２０４…アウタロータ
２０６…スリップリング
ＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３…モータ
ＣＭ…クラッチモータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、少なくとも該内燃機関から出力された動力を変換して前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両であって、前記電動発電機の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する特定手段と、前記目標トルクを修正して前記走行状態に応じて予め定められた応答性を達成する目標トルク修正手段と、前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する電動発電機制御手段とを備えるハイブリッド車両。
【請求項２】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記目標トルク設定手段は、前記車軸から出力すべき要求トルクに対して、前記内燃機関および動力調整装置によって前記車軸に出力されるトルクが過不足するトルクを補償する値を目標トルクとして設定する手段であり、前記目標トルク修正手段は、前記走行状態ごとに定められたなまし処理を施して前記目標トルクを設定する手段であるハイブリッド車両。
【請求項３】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記特定手段は、該ハイブリッド車両の走行状態として、停車中であるか否かを特定する手段であり、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が停車中の方が走行中よりも高く定められているハイブリッド車両。
【請求項４】 前記特定手段は、車速に基づいて車両が停止しているか否かを特定する請求項３記載のハイブリッド車両。
【請求項５】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、さらに、前記内燃機関の始動の指示を入力する手段を備え、前記目標トルク設定手段は、該指示が入力されたときに前記動力調整装置で前記内燃機関をモータリングする際に前記車軸に出力されるトルクを相殺可能なトルクを、目標トルクとして設定する手段であり、前記特定手段は、該ハイブリッド車両の走行状態が停車中かつ前記モータリングが行われている状態であるか否かを特定する手段であり、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が停車中かつ該モータリングが行われているときの方が、走行中よりも高く設定されているハイブリッド車両。
【請求項６】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記特定手段は、前記車軸に結合された車輪がスリップした状態にあるか否かを特定する手段であり、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両の走行状態が前記スリップした状態にあるときの方が、そうでないときよりも高く設定されているハイブリッド車両。
【請求項７】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記特定手段は、該ハイブリッド車両が前進走行中であるか後進走行中であるかを特定する手段であり、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が後進走行中であるときの方が、前進走行中よりも低く設定されているハイブリッド車両。
【請求項８】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記電動発電機を第１の電動発電機とし、前記動力調整装置は、３つの回転軸を有し、該回転軸のうち２つの回転軸が前記出力軸および車軸に結合されたプラネタリギヤと、該プラネタリギヤの残余の回転軸に結合された第２の電動発電機からなる装置であるハイブリッド車両。
【請求項９】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記動力出力装置は、前記出力軸に結合された第１のロータと、前記車軸に結合された第２のロータとからなる対ロータ電動機であるハイブリッド車両。
【請求項１０】 前記動力調整装置が結合された車軸と、前記電動発電機が結合された車軸とは異なる車軸であり、それぞれの車軸に結合された車輪から動力を出力することにより４輪駆動可能な請求項１記載のハイブリッド車両。
【請求項１１】 内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、少なくとも該内燃機関から出力された動力を変換して前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両であって、前記電動発電機の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、該目標トルクをなまし処理により修正するトルク修正手段と、前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する特定手段と、前記ハイブリッド車両が予め定めた所定の走行状態にあるときは、前記トルク修正手段による目標トルクの修正を禁止する禁止手段と、前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する電動発電機制御手段とを備えるハイブリッド車両。
【請求項１２】 内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、該内燃機関から出力された動力を前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両の制御方法であって、（ａ）前記電動発電機の目標トルクを設定する工程と、（ｂ）前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する工程と、（ｃ）前記走行状態に応じて予め定められた応答性を達成するように前記目標トルクを修正する工程と、（ｄ）前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する工程とを備える制御方法。
【請求項１】 内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、少なくとも該内燃機関から出力された動力を変換して前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両であって、前記電動発電機の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する特定手段と、前記目標トルクを修正して前記走行状態に応じて予め定められた応答性を達成する目標トルク修正手段と、前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する電動発電機制御手段とを備えるハイブリッド車両。
【請求項２】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記目標トルク設定手段は、前記車軸から出力すべき要求トルクに対して、前記内燃機関および動力調整装置によって前記車軸に出力されるトルクが過不足するトルクを補償する値を目標トルクとして設定する手段であり、前記目標トルク修正手段は、前記走行状態ごとに定められたなまし処理を施して前記目標トルクを設定する手段であるハイブリッド車両。
【請求項３】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記特定手段は、該ハイブリッド車両の走行状態として、停車中であるか否かを特定する手段であり、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が停車中の方が走行中よりも高く定められているハイブリッド車両。
【請求項４】 前記特定手段は、車速に基づいて車両が停止しているか否かを特定する請求項３記載のハイブリッド車両。
【請求項５】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、さらに、前記内燃機関の始動の指示を入力する手段を備え、前記目標トルク設定手段は、該指示が入力されたときに前記動力調整装置で前記内燃機関をモータリングする際に前記車軸に出力されるトルクを相殺可能なトルクを、目標トルクとして設定する手段であり、前記特定手段は、該ハイブリッド車両の走行状態が停車中かつ前記モータリングが行われている状態であるか否かを特定する手段であり、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が停車中かつ該モータリングが行われているときの方が、走行中よりも高く設定されているハイブリッド車両。
【請求項６】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記特定手段は、前記車軸に結合された車輪がスリップした状態にあるか否かを特定する手段であり、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両の走行状態が前記スリップした状態にあるときの方が、そうでないときよりも高く設定されているハイブリッド車両。
【請求項７】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記特定手段は、該ハイブリッド車両が前進走行中であるか後進走行中であるかを特定する手段であり、前記目標トルク修正手段における応答性は、該ハイブリッド車両が後進走行中であるときの方が、前進走行中よりも低く設定されているハイブリッド車両。
【請求項８】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記電動発電機を第１の電動発電機とし、前記動力調整装置は、３つの回転軸を有し、該回転軸のうち２つの回転軸が前記出力軸および車軸に結合されたプラネタリギヤと、該プラネタリギヤの残余の回転軸に結合された第２の電動発電機からなる装置であるハイブリッド車両。
【請求項９】 請求項１記載のハイブリッド車両であって、前記動力出力装置は、前記出力軸に結合された第１のロータと、前記車軸に結合された第２のロータとからなる対ロータ電動機であるハイブリッド車両。
【請求項１０】 前記動力調整装置が結合された車軸と、前記電動発電機が結合された車軸とは異なる車軸であり、それぞれの車軸に結合された車輪から動力を出力することにより４輪駆動可能な請求項１記載のハイブリッド車両。
【請求項１１】 内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、少なくとも該内燃機関から出力された動力を変換して前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両であって、前記電動発電機の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、該目標トルクをなまし処理により修正するトルク修正手段と、前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する特定手段と、前記ハイブリッド車両が予め定めた所定の走行状態にあるときは、前記トルク修正手段による目標トルクの修正を禁止する禁止手段と、前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する電動発電機制御手段とを備えるハイブリッド車両。
【請求項１２】 内燃機関と、該内燃機関の出力軸および車軸の双方に結合され双方の軸で入出力される動力を電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、車軸に機械的に結合された電動発電機とを有し、該内燃機関から出力された動力を前記車軸から出力して走行可能なハイブリッド車両の制御方法であって、（ａ）前記電動発電機の目標トルクを設定する工程と、（ｂ）前記ハイブリッド車両の走行状態を特定する工程と、（ｃ）前記走行状態に応じて予め定められた応答性を達成するように前記目標トルクを修正する工程と、（ｄ）前記電動発電機の運転を制御して、該設定された目標トルクを出力する工程とを備える制御方法。
【図１】
【図２】
【図８】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【図９】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図８】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
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【図７】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０００−７８７０５（Ｐ２０００−７８７０５Ａ）
【公開日】平成１２年３月１４日（２０００．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−２６３９７３
【出願日】平成１０年９月１日（１９９８．９．１）
【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１２年３月１４日（２０００．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年９月１日（１９９８．９．１）
【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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