ハイブリッド車両の制御装置
【課題】ハイブリッド車両において、変速機故障時の燃費悪化を防止する。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置（１００）は、内燃機関（２００）と、内燃機関の回転数を変速して車輪（ＦＬ，ＦＲ）に伝達する有段変速機（３０）と、蓄電手段（１２）を有する回転電機（ＭＧ）とを備えるハイブリッド車両（１）を制御する。ハイブリッド車両の制御装置は、有段変速機の故障を検出する変速機故障検出手段（１１０）と、有段変速機の故障が検出された場合に、回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えないように内燃機関のトルクを制限する制限手段（１２０，１３０）と、有段変速機の故障が検出された場合に、蓄電手段の充電制限範囲を、変速機の故障が検出されていない場合と比べて大きくする充電制限範囲変更手段（１５０，１６０）とを備える。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置（１００）は、内燃機関（２００）と、内燃機関の回転数を変速して車輪（ＦＬ，ＦＲ）に伝達する有段変速機（３０）と、蓄電手段（１２）を有する回転電機（ＭＧ）とを備えるハイブリッド車両（１）を制御する。ハイブリッド車両の制御装置は、有段変速機の故障を検出する変速機故障検出手段（１１０）と、有段変速機の故障が検出された場合に、回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えないように内燃機関のトルクを制限する制限手段（１２０，１３０）と、有段変速機の故障が検出された場合に、蓄電手段の充電制限範囲を、変速機の故障が検出されていない場合と比べて大きくする充電制限範囲変更手段（１５０，１６０）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関及び回転電機を含む動力要素、並びに有段変速機を備えたハイブリッド車両を制御する制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のハイブリッド車両では、変速機によって適宜ギヤが切替えられることで、より適切な燃費状態での走行が実現される。よって、ハイブリッド車両の走行中に変速機が故障してしまうと、適切な燃費状態での走行が実現できなくなってしまうおそれがある。
【０００３】
このような場合を想定して、例えば特許文献１では、モータの接続を変速機の入力軸と出力軸とで切り替え可能な車両において、変速機が特定の変速段で固定された場合に、モータの接続を出力軸に切替えるという技術が提案されている。また特許文献２では、変速機が故障した場合に、エンジンの出力特性を固定するという技術が提案されている。更に特許文献３では、変速機が故障して変速比の低いギヤに固定された場合、要求トルクを制限し、制限した要求トルクに基づいてエンジン及びモータを制御するという技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４７６８９号公報
【特許文献２】特開平０５−１０４９８９号公報
【特許文献３】特開２００５−３１３８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハイブリッド車両では、内燃機関の出力パワーと要求パワーとの差分が、回転電機の回生動作によりバッテリ等の蓄電手段へと充電される。ここで仮に、変速機が故障して変速比の低いギヤに固定されてしまった場合、要求パワーに対して内燃機関の回転数が極めて高い状態となり、蓄電手段への充電量が受け入れできない程に高くなってしまうおそれがある。この場合、内燃機関の動作点を最適燃費線へと近づけることが困難となるため、結果として燃費が悪化してしまう。
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１から３には、変速機の故障時において、蓄電手段への充電量が高くなり過ぎてしまうということについては何ら言及されていない。また仮に、特許文献１から３に記載されている変速機の故障時の制御を行なったとしても、蓄電手段への充電量が高くなり過ぎてしまうことを防止することは困難である。即ち、特許文献１から３に記載の技術は、変速機の故障時において、燃費が悪化するおそれがあるという技術的問題点を有している。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、変速機の故障時において、燃費の悪化を防止することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は上記課題を解決するために、内燃機関と、前記内燃機関の回転数を変速して車輪に伝達する有段変速機と、蓄電手段を有する回転電機とを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、前記有段変速機の故障を検出する変速機故障検出手段と、前記有段変速機の故障が検出された場合に、前記回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えないように前記内燃機関のトルクを制限する制限手段と、前記有段変速機の故障が検出された場合に、前記蓄電手段の充電制限範囲を、前記変速機の故障が検出されていない場合と比べて大きくする充電制限範囲変更手段とを備える。
【０００９】
本発明に係るハイブリッド車両は、駆動軸に対し動力を供給可能な動力要素として、燃料種別、燃料の供給態様、燃料の燃焼態様、吸排気系の構成及び気筒配列等を問わない各種の態様を採り得る内燃機関と、例えばモータジェネレータ等の電動発電機として構成され得る回転電機とを少なくとも備えた車両である。回転電機は、例えばバッテリ等の蓄電手段に回生によって得られた電力を充電可能であると共に、蓄電手段から供給される電力によって力行可能とされている。尚、内燃機関及び回転電機は、例えば複数のギヤを含んでなる有段変速機に夫々接続されている。これにより、有段変速機において適切な変速比が実現され、燃費を向上させることが可能となる。
【００１０】
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、このようなハイブリッド車両を制御する制御装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
【００１１】
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の動作時には、先ず変速機故障検出手段によって、有段変速機の故障が検出される。なお、ここでの「有段変速機の故障」とは、有段変速機において正常な動作を行えなくなった状況であり、例えば有段変速機が有するアクチュエータの不具合によって、変速段が固定されてしまうような状態が挙げられる。
【００１２】
本発明では特に、有段変速機の故障が検出された場合、制限手段によって内燃機関のトルクが制限されることになる。具体的には、内燃機関のトルクは、回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えないように（即ち、上限値を上回らないように、或いは下限値を下回らないように）制限される。なお、ここでの「所定の上限値又は下限値」とは、回転電機が有する蓄電手段が瞬間的に受け入れ可能な充電量、或いは放出可能な放電量に対応する値であり、予め設定されメモリ等に記憶されている。
【００１３】
制限手段は、例えば車軸に出力することが要求されている要求パワーと、内燃機関の実際の出力パワーとの差分から回転電機の充放電パワーを算出し、算出された回転電機の充放電パワーが、所定の上限値又は下限値を超えないように内燃機関のトルクを制限する。即ち、回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えない場合には、制限手段による内燃機関に対する制限も行なわれない。一方で、回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えてしまう場合には、内燃機関に対してトルクの上限値を制限するような制御が行なわれる。
【００１４】
ここで仮に、有段変速機が故障して変速比の低いギヤに固定されてしまった場合、要求パワーに対して内燃機関の回転数が極めて高い状態となり、内燃機関からの出力パワーが大きくなり過ぎてしまうおそれがある。このような場合、回転電機の充放電パワーが大きくなり、蓄電手段への充放電が許容量を超えてしまうおそれがある。蓄電手段の許容量を超えてしまうと、内燃機関の動作点を最適燃費線へと近づけることが困難となるため、結果として燃費が悪化してしまう。
【００１５】
しかるに本発明では特に、上述したように、有段変速機の故障が検出されると、内燃機関のトルクが制限される。これにより、内燃機関からの出力パワーが制限されることになり、回転電機の充放電パワーが一定範囲となる。従って、回転電機の充放電パワーが大きくなり、蓄電手段の充放電が許容量を超えてしまうことを防止できる。このため、内燃機関の動作点を最適燃費線へと近づけた状態で走行を続けることができる。
【００１６】
なお、内燃機関のトルクを制限する場合には、有段変速機の故障検出時の内燃機関の回転数によっては、ハイブリッド車両の速度維持が困難となってしまう場合もあり得る。このような場合には、内燃機関のトルクは、急激に制限されるのではなく、ハイブリッド車両の速度を徐々に減速させるように段階的に制限されることが好ましい。
【００１７】
本発明では更に、有段変速機の故障が検出された場合に、充電制限範囲変更手段によって、蓄電手段の充電制限範囲が大きくなるように変更される。具体的には、ＳＯＣ(State Of Charge)の上限値が引き上げられる、或いは下限値が引き下げられる。なお、充電制限範囲は、予め設定された所定値分だけ大きくなるように変更されてもよいし、ハイブリッド車両における各種パラメータに基づいて決定された値に応じて大きくなるように変更されてもよい。
【００１８】
ハイブリッド車両は、回転電機からの出力のみによって走行するモード（所謂、ＥＶモード）と、内燃機関及び回転電機の両方を用いて走行するモード（所謂、ＨＶモード）とを切替えながら走行するが、ＥＶモードからＨＶモードへの切替え時には、停止していた内燃機関を始動させることが求められる。しかしながら、内燃機関の始動には比較的大きなパワーが要求されるため、燃費を向上させる観点で見れば、内燃機関の始動回数（言い換えれば、ＥＶモードからＨＶモードへの切替え回数）は、できる限り少ないことが好ましい。
【００１９】
しかるに本発明では特に、有段変速機の故障が検出された場合に、蓄電手段の充電制限範囲が大きくなるように変更される。これにより、ＥＶモードの走行距離を延ばすことが可能となる。従って、内燃機関の始動回数を減らすことができ、有段変速機の故障時における燃費の悪化を防止することができる。
【００２０】
以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、有段変速機の故障時において、燃費の悪化を防止することが可能である。
【００２１】
本発明のハイブリッド車両の一態様では、前記充電制限範囲変更手段は、前記内燃機関及び前記回転電機に要求されるパワーの所定期間における平均値が大きい程、前記蓄電手段の充電制限範囲を大きくする。
【００２２】
この態様によれば、有段変速機の故障検出時において、蓄電手段の充電制限範囲が、動力要素である内燃機関及び回転電機に要求されるパワー（以下、適宜「要求パワー」と称する）の所定期間における平均値に基づいて大きくなるように変更される。なお、蓄電手段の充電制限範囲は、要求パワーの所定期間における平均値に比例して連続的に大きくなるように変更されてもよいし、要求パワーの所定期間における平均値が所定の閾値を超える度に段階的に大きくなるよう変更されてもよい。
【００２３】
要求パワーが比較的大きい場合、蓄電手段の充電制限範囲を大きくなるよう変更することで、効果的に燃費を向上させることができる。一方で、要求パワーが比較的小さい場合には、蓄電手段の充電制御範囲を大きくなるように変更せずとも、ＥＶモードによる走行距離が相対的に長くなるため、燃費悪化への影響は小さくなる。よって、要求パワーに応じて蓄電手段の充電制限範囲を変更するようにすれば、蓄電手段の充電制限範囲を大きくすることによる不都合（例えば、蓄電手段の劣化等）を防止しつつ、燃費の悪化を防止することができる。
【００２４】
また、ハイブリッド車両では、要求パワーが一定のままで走り続けることは現実的ではなく、走行状況に応じて変動する値であると考えられる。よって、要求パワーの所定期間における平均値を用いることで、好適に蓄電手段の充電制限範囲の変更が行える。なお、ここでの「所定期間」は、燃費悪化を効果的に防止できるよう、予め理論的、実験的、或いは経験的に求められている。
【００２５】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図３】エンジンの一断面構成を例示する模式図である。
【図４】実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の一連の動作を示すフローチャートである。
【図６】エンジンの熱効率を示すマップである。
【図７】通常制御時及び変速機故障時のＳＯＣ制限範囲を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００２８】
先ず、本実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００２９】
図１において、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、ハイブリッド駆動装置１０、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１、バッテリ１２、アクセル開度センサ１３、車速センサ１４及びＥＣＵ１００を備えて構成されている。
【００３０】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明の「ハイブリッド車両の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、ハイブリッド車両１における各種制御を実行可能に構成されている。
【００３１】
ＰＣＵ１１は、バッテリ１２から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータＭＧに供給する。また、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給することが可能な不図示のインバータを含んでいる。即ち、ＰＣＵ１１は、バッテリ１２とモータジェネレータとの間の電力の入出力、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ１２を介さずにモータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。
【００３２】
バッテリ１２は、モータジェネレータＭＧを力行するための電力に係る電力供給源として機能する充電可能な蓄電手段である。バッテリ１２の蓄電量は、ＥＣＵ１００等において検出可能とされている。
【００３３】
アクセル開度センサ１３は、ハイブリッド車両１の図示せぬアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Ｔａを検出可能に構成されたセンサである。アクセル開度センサ１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度Ｔａは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００３４】
車速センサ１４は、ハイブリッド車両１の車速Ｖを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速Ｖは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００３５】
ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインとして機能する動力ユニットである。ここで、図２を参照し、ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００３６】
図２において、ハイブリッド駆動装置１０は、主にエンジン２００、変速機３０、モータジェネレータＭＧ、接続切替機構４０及び減速機構７０を備えて構成されている。
【００３７】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するように構成されている。ここで、図３を参照し、エンジン２００の詳細な構成について説明する。ここに、図３は、エンジンの一断面構成を例示する模式図である。
【００３８】
尚、本発明における「内燃機関」とは、例えば２サイクル又は４サイクルレシプロエンジン等を含み、少なくとも一の気筒を有し、当該気筒内部の燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いはアルコール等の各種燃料を含む混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的又は機械的な伝達手段を適宜介して駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念である。係る概念を満たす限りにおいて、本発明に係る内燃機関の構成は、エンジン２００のものに限定されず各種の態様を有してよい。また、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に４本の気筒２０１が直列に配されてなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０１の構成は相互に等しいため、図３においては一の気筒２０１についてのみ説明を行うこととする。
【００３９】
図３において、エンジン２００は、気筒２０１内において燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介して、クランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。
【００４０】
クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。このクランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００（不図示）と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００では、このクランクポジションセンサ２０６から出力されるクランク角信号に基づいて、エンジン２００の機関回転数ＮＥが算出される構成となっている。
【００４１】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２１０を介して吸気バルブ２１１の開弁時に気筒２０１内部へ導かれる。一方、吸気ポート２１０には、インジェクタ２１２の燃料噴射弁が露出しており、吸気ポート２１０に対し燃料を噴射することが可能な構成となっている。インジェクタ２１２から噴射された燃料は、吸気バルブ２１１の開弁時期に前後して吸入空気と混合され、上述した混合気となる。
【００４２】
燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介してインジェクタ２１２に供給される構成となっている。気筒２０１内部で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ２１１の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１３の開弁時に排気ポート２１４を介して排気管２１５に導かれる。
【００４３】
一方、吸気管２０７における、吸気ポート２１０の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２０９によってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルペダルの開度（即ち、上述したアクセル開度Ｔａ）に応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータ２０９を制御するが、スロットルバルブモータ２０９の動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００４４】
排気管２１５には、三元触媒２１６が設置されている。三元触媒２１６は、エンジン２００から排出される排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元すると同時に、排気中のＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）を酸化可能に構成された触媒装置である。尚、触媒装置の採り得る形態は、このような三元触媒に限定されず、例えば三元触媒に代えて或いは加えて、ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）或いは酸化触媒の各種触媒が設置されていてもよい。
【００４５】
排気管２１５には、エンジン２００の排気空燃比を検出することが可能に構成された空燃比センサ２１７が設置されている。更に、気筒２０１を収容するシリンダブロックに設置されたウォータージャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温を検出するための水温センサ２１８が配設されている。これら空燃比センサ２１７及び水温センサ２１８は、夫々ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された空燃比及び冷却水温は、夫々ＥＣＵ１００により一定又は不定の検出周期で把握される構成となっている。
【００４６】
図２に戻り、エンジン２００からエンジン出力軸１５を介して出力される機械的動力は、摩擦クラッチ装置２０を介して変速機入力軸２８に伝達される。
【００４７】
変速機３０は、本発明の「有段変速機」の一例であり、変速機入力軸２８で受けた機械的動力を、複数の変速段３１〜３４のうちいずれか１つにより変速し、変速機出力軸６０に伝達可能に構成されている。具体的には、変速機３０は、複数の歯車対を備えた平行軸歯車装置として構成されており、本実施形態においては、第１速ギヤ段３１と、第２速ギヤ段３２と、第３速ギヤ段３３と、第４速ギヤ段３４とを有している。なお、第１速ギヤ段３１〜第４速ギヤ段３４の減速比は、第１速ギヤ段３１、第２速ギヤ段３２、第３速ギヤ段３３、第４速ギヤ段３４の順に小さくなるよう構成されている。
【００４８】
変速機３０の各変速段３１、３２、３３、３４の各々は、変速機入力軸２８側のギヤであるメインギヤ３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、及び変速機出力軸６０側のギヤであるカウンタギヤ３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃを有している。メインギヤ３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａは、対応するカウンタギヤ３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃと噛み合う。各変速段３１、３２、３３、３４において、メインギヤとカウンタギヤのうち一方は、変速機入力軸２８又は変速機出力軸６０に対して回転可能に構成されている。各変速段３１〜３４には、回転可能に構成されたギヤ（メインギヤ又はカウンタギヤ）と変速機入力軸２８又は変速機出力軸４０とを結合させる図示しない噛み合いクラッチ機構（例えば、ドグクラッチ）が、それぞれ設けられている。
【００４９】
変速機出力軸６０から出力される動力は、ギヤ４６及び４８を介して減速機構７０へと伝達される。減速機構７０は、図示せぬ車軸に対して伝達された動力を出力する。
【００５０】
モータジェネレータＭＧは、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。尚、モータジェネレータＭＧは、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有するが、他の構成を有していてもよい。モータジェネレータＭＧは、本発明に係る「回転電機」の一例である。
【００５１】
接続切替機構４０は、モータジェネレータＭＧの出力軸５０の変速機３０に対する接続状態を切替える機構である。接続切替機構４０は、複数のギヤ及びスリーブ等を含んで構成されており、スリーブの位置が変更されることで、モータジェネレータＭＧの出力軸５０の接続状態を変更することが可能である。本実施形態に係る接続切替機構４０は、モータジェネレータＭＧの出力軸５０を変速機入力軸２８に接続するＩＮ接続状態と、モータジェネレータＭＧの出力軸５０をギヤ５４ａ及び５４ｂを介して変速機出力軸６０に接続するＯＵＴ接続状態とを相互に切り替え可能とされている。
【００５２】
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の一例であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図４を参照して説明する。ここに図４は、実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成を示すブロック図である。
【００５３】
図４において、ＥＣＵ１００は、変速機故障検出部１１０、トルク制限値算出部１２０、トルク制限部１３０、要求パワー平均値算出部１４０、ＳＯＣ制限範囲決定部１５０及びＳＯＣ制限範囲変更部１６０を備えて構成されている。
【００５４】
変速機故障検出部１１０は、本発明の「変速機故障検出手段」の一例であり、変速機３０の故障（具体的には、変速段を変更できない状態）を検出する。変速機故障検出部１１０で検出された変速機３０の故障に関する情報は、トルク制限値算出部１２０及びＳＯＣ制限範囲決定部１５０に、それぞれ伝達される。
【００５５】
トルク制限値算出部１２０は、変速機故障検出部１１０において変速機３０の故障が検出された場合に、エンジン２００のトルクを制限するためのトルク制限値を算出する。このトルク制限値の算出方法については、後に詳述する。
【００５６】
トルク制限部３０は、トルク制限値算出部１２０において算出されたトルク制限値に基づいて、エンジンの出力トルクを制限する。
【００５７】
尚、トルク制限値算出部１２０及びトルク制限部３０は、本発明の「制限手段」の一例である。
【００５８】
要求パワー平均値算出部１４０は、例えば演算回路及びメモリ等を含んで構成されており、ハイブリッド車両１の走行に要求されるパワーの所定期間における平均値を算出する。要求パワー平均値算出部１４０において算出された平均値は、ＳＯＣ制限範囲決定部１５０に伝達される。
【００５９】
ＳＯＣ制限範囲決定部１５０は、要求パワー平均値算出部１４０において算出された平均値に基づいて、バッテリ１２（図１参照）における適切なＳＯＣ制限範囲を決定する。ＳＯＣ制限範囲決定部１５０は、例えば要求パワーの所定期間における平均値と、ＳＯＣ制限範囲（具体的には、ＳＯＣ上限値及び下限値）との関係を示すマップ等を用いてＳＯＣ制限範囲を決定する。より具体的なＳＯＣ制限範囲の決定方法については後述する。
【００６０】
ＳＯＣ制限範囲変更部１６０は、バッテリ１２におけるＳＯＣ制限範囲が、ＳＯＣ制限範囲決定部１５０において決定されたＳＯＣ制限範囲となるように変更する。
【００６１】
尚、要求パワー平均値算出部１４０、ＳＯＣ制限範囲決定部１５０及びＳＯＣ制限範囲変更部１６０は、本発明の「充電制限範囲変更手段」の一例である。
【００６２】
以上説明したＥＣＵ１００は、上述した各部位を含んで構成された一体の電子制御ユニットであり、上記各部位に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記部位の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００６３】
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作について、図５を参照して説明する。ここに図５は、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の一連の動作を示すフローチャートである。
【００６４】
図５において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作時には、先ず変速機故障検出部１１０において変速機３０が故障しているか否かが判定される（ステップＳ０１）。なお、変速機３０の故障が検出されない場合（ステップＳ０１：ＮＯ）、変速機３０の故障が検出されるまで判定が続けられる。
【００６５】
変速機３０の故障が検出された場合（ステップＳ０１：ＹＥＳ）、モータジェネレータＭＧが使用可能な状態であるか否かが判定される（ステップＳ０２）。この判定は、変速機故障検出部１１０において行なわれてもよいし、他の部位で行なわれてもよい。なお、モータジェネレータＭＧが使用可能でない場合（ステップＳ０２：ＮＯ）、ハイブリッド車両の制御装置による一連の処理は終了する。
【００６６】
モータジェネレータＭＧが使用可能である場合（ステップＳ０２：ＹＥＳ）、トルク制限値算出部１２０において、エンジン２００の出力トルクを制限するためのトルク制限値が算出される（ステップＳ０３）。以下では、トルク制限値の具体的な算出方法について、図６を参照して説明する。ここに図６は、エンジンの熱効率を示すマップである。
【００６７】
図６において、例えば変速機３０の故障によって変速段が最も低い１ｓｔに固定された場合、高車速で走行しようとすると、エンジン２００の動作点が図中の点Ａで示すような動作点となり、走行は可能であるものの、熱効率が悪くなると共に、最適燃費線とのパワー差も大きくなる。
【００６８】
ここで、実際のエンジン２００の出力パワーと最適燃費線とのパワー差は、モータジェネレータＭＧにおける充電パワーＰｃｈｇ＿ｍａｘによって補完される。しかしながら、モータジェネレータＭＧからバッテリ１２への充電パワーには上限値Ｐｂｍａｘがあるため、充電パワーＰｃｈｇ＿ｍａｘが大きくなり過ぎると、バッテリ１２が充電パワーを受け入れられなくなり、結果としてエンジン２００の動作点を最適燃費線へと近づけることが困難となる。
【００６９】
トルク制限値算出部１２０では、モータジェネレータＭＧによって得られる充電パワーＰｃｈｇ＿ｍａｘが、バッテリ１２における充電パワーの上限値Ｐｂｍａｘを超えないようなトルク制限値が算出される。具体的には、最適燃費線上のパワーをＰｏｐｔ、要求パワーをＰｄｅｍとすると、充電パワーＰｃｈｇ＿ｍａｘは、以下の数式（１）で求めることができる。
【００７０】
Ｐｃｈｇ＿ｍａｘ＝Ｐｏｐｔ−Ｐｄｅｍ ・・・（１）
このようにして求められたＰｃｈｇ＿ｍａｘが上限値Ｐｂｍａｘ以下である場合、充電パワーがバッテリ１２の許容量を超えてしまうことはないため、エンジン２００の実出力パワーＰｒｅａｌは、要求パワーＰｄｅｍと等しくされる。他方で、求められたＰｃｈｇ＿ｍａｘが上限値Ｐｂｍａｘを超えている場合は、バッテリ１２の許容量を超えてしまうため、エンジン２００の実出力パワーＰｒｅａｌは以下の数式（２）で示されるような値として制限される。
【００７１】
Ｐｒｅａｌ≦Ｐｏｐｔ−Ｐｂｍａｘ ・・・（２）
トルク制限値算出部１２０では、上述したエンジン２００の実出力パワーＰｒｅａｌを実現するようなトルク制限値が算出される。
【００７２】
図５に戻り、トルク制限値が算出されると、算出されたトルク制限値に基づくエンジン２００の制御がトルク制限部１３０によって行なわれる（ステップＳ０４）。これにより、充電パワーＰｃｈｇ＿ｍａｘが大きくなり過ぎ、バッテリ１２が受け入れられなくなるという状態を防止することができる。よって、変速機３０が故障している場合であっても最適燃費線に近い状態での走行が可能となり、結果として燃費の悪化を防止することができる。
【００７３】
なお、上述したエンジン２００のトルク制限による効果は、トルクや回転数に制限のない比較的大型のモータジェネレータよりも、トルクや回転数に制限のある比較的小型のモータジェネレータＭＧを用いる場合に顕著に発揮される。
【００７４】
本実施形態では更に、変速機３０の故障時において、上述したエンジン２００の出力トルクの制限に加えて、バッテリ１２におけるＳＯＣ制限範囲の変更が行なわれる。ＳＯＣ制限範囲を変更する際には、先ず要求パワー平均値算出部１４０において、要求パワーの所定期間における平均値が算出される（ステップＳ０５）。
【００７５】
要求パワーの平均値が算出されると、ＳＯＣ制限範囲決定部１５０において、算出された平均値に基づく適切なＳＯＣ制限範囲（具体的には、ＳＯＣの上限値及び下限値）が決定される（ステップＳ０６）。以下では、より具体的なＳＯＣ制限範囲の決定方法について、図７を参照して説明する。ここに図７は、通常制御時及び変速機故障時のＳＯＣ制限範囲を示すグラフである。
【００７６】
図７に示すように、通常制御時（即ち、変速機３０が故障していない場合）のＳＯＣ上限値及び下限値が、それぞれＵ１及びＬ１であるとする。これに対して変速機故障時のＳＯＣ上限値は、要求パワーの平均値がｐ１に満たない場合には通常制御時と同じＵ１とされるが、要求パワーがＰ１以上となってからＰ２となるまでは徐々に上昇し、Ｐ２以上となるとＵ２とされる。また、変速機故障時のＳＯＣ下限値は、要求パワーの平均値がｐ１に満たない場合には通常制御時と同じＬ１とされる、要求パワーがＰ１以上となってからＰ２となるまでは徐々に下降し、Ｐ２以上となるとＬ２とされる。即ち、変速機故障時のＳＯＣ制限範囲は、要求パワーの平均値が大きいほど拡大される。
【００７７】
図５に戻り、ＳＯＣ制限範囲が決定されると、ＳＯＣ制限範囲変更部１６０において、実際にＳＯＣ制限範囲が決定された値へと変更される（ステップＳ０７）。
【００７８】
ハイブリッド車両１は、モータジェネレータＭＧからの出力のみによって走行するＥＶモードと、エンジン００及びモータジェネレータＭＧの両方を用いて走行するＨＶモードとを切替えながら走行するが、ＥＶモードからＨＶモードへの切替え時には、停止していたエンジン２００を始動させることが求められる。しかしながら、エンジン２００の始動には比較的大きなパワーが要求されるため、燃費を向上させる観点で見れば、エンジン２００の始動回数（言い換えれば、ＥＶモードからＨＶモードへの切替え回数）は、できる限り少ないことが好ましい。
【００７９】
これに対し本実施形態では、変速機３０の故障が検出された場合に、バッテリ１２のＳＯＣ制限範囲が大きくなるように変更される。これにより、ＥＶモードの走行距離を延ばすことが可能となる。従って、エンジン２００の始動回数を減らすことができ、変速機３０の故障時における燃費の悪化を、より好適に防止することが可能となる。
【００８０】
また、要求パワーが比較的大きい場合は、蓄電手段の充電制限範囲を大きくなるよう変更することで、効果的に燃費を向上させることができるが、要求パワーが比較的小さい場合には、蓄電手段の充電制御範囲を大きくなるように変更せずとも、ＥＶモードによる走行距離が相対的に長くなるため、燃費悪化への影響は小さくなる。よって、上述したように要求パワーの平均値に応じてバッテリ１２のＳＯＣ制限範囲を変更するようにすれば、ＳＯＣ制限範囲を大きくすることによる不都合（例えば、バッテリ１２の劣化等）を防止しつつ、燃費の悪化を防止することができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、変速機３０の故障を検出した場合に、エンジン２００の出力トルク制限及びＳＯＣ制限範囲の拡大が行なわれる。従って、変速機３０の故障時においても燃費の悪化を防止することが可能である。
【００８２】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８３】
１…ハイブリッド車両、１０…ハイブリッド駆動装置、１１…ＰＣＵ、１２…バッテリ、１３…アクセル開度センサ、１４…車速センサ、２８…変速機入力軸、３０…変速機、４０…接続切替機構、５０…ＭＧ出力軸、６０…変速機出力軸、７０…減速機構、１００…ＥＣＵ、１１０…変速機故障検出部、１２０…トルク制限値算出部、１３０…トルク制限部、１４０…要求パワー平均値算出部、１５０…ＳＯＣ制限範囲決定部、１６０…ＳＯＣ制限範囲変更部、２００…エンジン、ＭＧ…モータジェネレータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関及び回転電機を含む動力要素、並びに有段変速機を備えたハイブリッド車両を制御する制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のハイブリッド車両では、変速機によって適宜ギヤが切替えられることで、より適切な燃費状態での走行が実現される。よって、ハイブリッド車両の走行中に変速機が故障してしまうと、適切な燃費状態での走行が実現できなくなってしまうおそれがある。
【０００３】
このような場合を想定して、例えば特許文献１では、モータの接続を変速機の入力軸と出力軸とで切り替え可能な車両において、変速機が特定の変速段で固定された場合に、モータの接続を出力軸に切替えるという技術が提案されている。また特許文献２では、変速機が故障した場合に、エンジンの出力特性を固定するという技術が提案されている。更に特許文献３では、変速機が故障して変速比の低いギヤに固定された場合、要求トルクを制限し、制限した要求トルクに基づいてエンジン及びモータを制御するという技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４７６８９号公報
【特許文献２】特開平０５−１０４９８９号公報
【特許文献３】特開２００５−３１３８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハイブリッド車両では、内燃機関の出力パワーと要求パワーとの差分が、回転電機の回生動作によりバッテリ等の蓄電手段へと充電される。ここで仮に、変速機が故障して変速比の低いギヤに固定されてしまった場合、要求パワーに対して内燃機関の回転数が極めて高い状態となり、蓄電手段への充電量が受け入れできない程に高くなってしまうおそれがある。この場合、内燃機関の動作点を最適燃費線へと近づけることが困難となるため、結果として燃費が悪化してしまう。
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１から３には、変速機の故障時において、蓄電手段への充電量が高くなり過ぎてしまうということについては何ら言及されていない。また仮に、特許文献１から３に記載されている変速機の故障時の制御を行なったとしても、蓄電手段への充電量が高くなり過ぎてしまうことを防止することは困難である。即ち、特許文献１から３に記載の技術は、変速機の故障時において、燃費が悪化するおそれがあるという技術的問題点を有している。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、変速機の故障時において、燃費の悪化を防止することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は上記課題を解決するために、内燃機関と、前記内燃機関の回転数を変速して車輪に伝達する有段変速機と、蓄電手段を有する回転電機とを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、前記有段変速機の故障を検出する変速機故障検出手段と、前記有段変速機の故障が検出された場合に、前記回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えないように前記内燃機関のトルクを制限する制限手段と、前記有段変速機の故障が検出された場合に、前記蓄電手段の充電制限範囲を、前記変速機の故障が検出されていない場合と比べて大きくする充電制限範囲変更手段とを備える。
【０００９】
本発明に係るハイブリッド車両は、駆動軸に対し動力を供給可能な動力要素として、燃料種別、燃料の供給態様、燃料の燃焼態様、吸排気系の構成及び気筒配列等を問わない各種の態様を採り得る内燃機関と、例えばモータジェネレータ等の電動発電機として構成され得る回転電機とを少なくとも備えた車両である。回転電機は、例えばバッテリ等の蓄電手段に回生によって得られた電力を充電可能であると共に、蓄電手段から供給される電力によって力行可能とされている。尚、内燃機関及び回転電機は、例えば複数のギヤを含んでなる有段変速機に夫々接続されている。これにより、有段変速機において適切な変速比が実現され、燃費を向上させることが可能となる。
【００１０】
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、このようなハイブリッド車両を制御する制御装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
【００１１】
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の動作時には、先ず変速機故障検出手段によって、有段変速機の故障が検出される。なお、ここでの「有段変速機の故障」とは、有段変速機において正常な動作を行えなくなった状況であり、例えば有段変速機が有するアクチュエータの不具合によって、変速段が固定されてしまうような状態が挙げられる。
【００１２】
本発明では特に、有段変速機の故障が検出された場合、制限手段によって内燃機関のトルクが制限されることになる。具体的には、内燃機関のトルクは、回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えないように（即ち、上限値を上回らないように、或いは下限値を下回らないように）制限される。なお、ここでの「所定の上限値又は下限値」とは、回転電機が有する蓄電手段が瞬間的に受け入れ可能な充電量、或いは放出可能な放電量に対応する値であり、予め設定されメモリ等に記憶されている。
【００１３】
制限手段は、例えば車軸に出力することが要求されている要求パワーと、内燃機関の実際の出力パワーとの差分から回転電機の充放電パワーを算出し、算出された回転電機の充放電パワーが、所定の上限値又は下限値を超えないように内燃機関のトルクを制限する。即ち、回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えない場合には、制限手段による内燃機関に対する制限も行なわれない。一方で、回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えてしまう場合には、内燃機関に対してトルクの上限値を制限するような制御が行なわれる。
【００１４】
ここで仮に、有段変速機が故障して変速比の低いギヤに固定されてしまった場合、要求パワーに対して内燃機関の回転数が極めて高い状態となり、内燃機関からの出力パワーが大きくなり過ぎてしまうおそれがある。このような場合、回転電機の充放電パワーが大きくなり、蓄電手段への充放電が許容量を超えてしまうおそれがある。蓄電手段の許容量を超えてしまうと、内燃機関の動作点を最適燃費線へと近づけることが困難となるため、結果として燃費が悪化してしまう。
【００１５】
しかるに本発明では特に、上述したように、有段変速機の故障が検出されると、内燃機関のトルクが制限される。これにより、内燃機関からの出力パワーが制限されることになり、回転電機の充放電パワーが一定範囲となる。従って、回転電機の充放電パワーが大きくなり、蓄電手段の充放電が許容量を超えてしまうことを防止できる。このため、内燃機関の動作点を最適燃費線へと近づけた状態で走行を続けることができる。
【００１６】
なお、内燃機関のトルクを制限する場合には、有段変速機の故障検出時の内燃機関の回転数によっては、ハイブリッド車両の速度維持が困難となってしまう場合もあり得る。このような場合には、内燃機関のトルクは、急激に制限されるのではなく、ハイブリッド車両の速度を徐々に減速させるように段階的に制限されることが好ましい。
【００１７】
本発明では更に、有段変速機の故障が検出された場合に、充電制限範囲変更手段によって、蓄電手段の充電制限範囲が大きくなるように変更される。具体的には、ＳＯＣ(State Of Charge)の上限値が引き上げられる、或いは下限値が引き下げられる。なお、充電制限範囲は、予め設定された所定値分だけ大きくなるように変更されてもよいし、ハイブリッド車両における各種パラメータに基づいて決定された値に応じて大きくなるように変更されてもよい。
【００１８】
ハイブリッド車両は、回転電機からの出力のみによって走行するモード（所謂、ＥＶモード）と、内燃機関及び回転電機の両方を用いて走行するモード（所謂、ＨＶモード）とを切替えながら走行するが、ＥＶモードからＨＶモードへの切替え時には、停止していた内燃機関を始動させることが求められる。しかしながら、内燃機関の始動には比較的大きなパワーが要求されるため、燃費を向上させる観点で見れば、内燃機関の始動回数（言い換えれば、ＥＶモードからＨＶモードへの切替え回数）は、できる限り少ないことが好ましい。
【００１９】
しかるに本発明では特に、有段変速機の故障が検出された場合に、蓄電手段の充電制限範囲が大きくなるように変更される。これにより、ＥＶモードの走行距離を延ばすことが可能となる。従って、内燃機関の始動回数を減らすことができ、有段変速機の故障時における燃費の悪化を防止することができる。
【００２０】
以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、有段変速機の故障時において、燃費の悪化を防止することが可能である。
【００２１】
本発明のハイブリッド車両の一態様では、前記充電制限範囲変更手段は、前記内燃機関及び前記回転電機に要求されるパワーの所定期間における平均値が大きい程、前記蓄電手段の充電制限範囲を大きくする。
【００２２】
この態様によれば、有段変速機の故障検出時において、蓄電手段の充電制限範囲が、動力要素である内燃機関及び回転電機に要求されるパワー（以下、適宜「要求パワー」と称する）の所定期間における平均値に基づいて大きくなるように変更される。なお、蓄電手段の充電制限範囲は、要求パワーの所定期間における平均値に比例して連続的に大きくなるように変更されてもよいし、要求パワーの所定期間における平均値が所定の閾値を超える度に段階的に大きくなるよう変更されてもよい。
【００２３】
要求パワーが比較的大きい場合、蓄電手段の充電制限範囲を大きくなるよう変更することで、効果的に燃費を向上させることができる。一方で、要求パワーが比較的小さい場合には、蓄電手段の充電制御範囲を大きくなるように変更せずとも、ＥＶモードによる走行距離が相対的に長くなるため、燃費悪化への影響は小さくなる。よって、要求パワーに応じて蓄電手段の充電制限範囲を変更するようにすれば、蓄電手段の充電制限範囲を大きくすることによる不都合（例えば、蓄電手段の劣化等）を防止しつつ、燃費の悪化を防止することができる。
【００２４】
また、ハイブリッド車両では、要求パワーが一定のままで走り続けることは現実的ではなく、走行状況に応じて変動する値であると考えられる。よって、要求パワーの所定期間における平均値を用いることで、好適に蓄電手段の充電制限範囲の変更が行える。なお、ここでの「所定期間」は、燃費悪化を効果的に防止できるよう、予め理論的、実験的、或いは経験的に求められている。
【００２５】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図３】エンジンの一断面構成を例示する模式図である。
【図４】実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の一連の動作を示すフローチャートである。
【図６】エンジンの熱効率を示すマップである。
【図７】通常制御時及び変速機故障時のＳＯＣ制限範囲を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００２８】
先ず、本実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００２９】
図１において、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、ハイブリッド駆動装置１０、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１、バッテリ１２、アクセル開度センサ１３、車速センサ１４及びＥＣＵ１００を備えて構成されている。
【００３０】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明の「ハイブリッド車両の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、ハイブリッド車両１における各種制御を実行可能に構成されている。
【００３１】
ＰＣＵ１１は、バッテリ１２から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータＭＧに供給する。また、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給することが可能な不図示のインバータを含んでいる。即ち、ＰＣＵ１１は、バッテリ１２とモータジェネレータとの間の電力の入出力、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ１２を介さずにモータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。
【００３２】
バッテリ１２は、モータジェネレータＭＧを力行するための電力に係る電力供給源として機能する充電可能な蓄電手段である。バッテリ１２の蓄電量は、ＥＣＵ１００等において検出可能とされている。
【００３３】
アクセル開度センサ１３は、ハイブリッド車両１の図示せぬアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Ｔａを検出可能に構成されたセンサである。アクセル開度センサ１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度Ｔａは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００３４】
車速センサ１４は、ハイブリッド車両１の車速Ｖを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速Ｖは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００３５】
ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインとして機能する動力ユニットである。ここで、図２を参照し、ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００３６】
図２において、ハイブリッド駆動装置１０は、主にエンジン２００、変速機３０、モータジェネレータＭＧ、接続切替機構４０及び減速機構７０を備えて構成されている。
【００３７】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するように構成されている。ここで、図３を参照し、エンジン２００の詳細な構成について説明する。ここに、図３は、エンジンの一断面構成を例示する模式図である。
【００３８】
尚、本発明における「内燃機関」とは、例えば２サイクル又は４サイクルレシプロエンジン等を含み、少なくとも一の気筒を有し、当該気筒内部の燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いはアルコール等の各種燃料を含む混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的又は機械的な伝達手段を適宜介して駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念である。係る概念を満たす限りにおいて、本発明に係る内燃機関の構成は、エンジン２００のものに限定されず各種の態様を有してよい。また、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に４本の気筒２０１が直列に配されてなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０１の構成は相互に等しいため、図３においては一の気筒２０１についてのみ説明を行うこととする。
【００３９】
図３において、エンジン２００は、気筒２０１内において燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介して、クランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。
【００４０】
クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。このクランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００（不図示）と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００では、このクランクポジションセンサ２０６から出力されるクランク角信号に基づいて、エンジン２００の機関回転数ＮＥが算出される構成となっている。
【００４１】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２１０を介して吸気バルブ２１１の開弁時に気筒２０１内部へ導かれる。一方、吸気ポート２１０には、インジェクタ２１２の燃料噴射弁が露出しており、吸気ポート２１０に対し燃料を噴射することが可能な構成となっている。インジェクタ２１２から噴射された燃料は、吸気バルブ２１１の開弁時期に前後して吸入空気と混合され、上述した混合気となる。
【００４２】
燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介してインジェクタ２１２に供給される構成となっている。気筒２０１内部で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ２１１の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１３の開弁時に排気ポート２１４を介して排気管２１５に導かれる。
【００４３】
一方、吸気管２０７における、吸気ポート２１０の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２０９によってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルペダルの開度（即ち、上述したアクセル開度Ｔａ）に応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータ２０９を制御するが、スロットルバルブモータ２０９の動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００４４】
排気管２１５には、三元触媒２１６が設置されている。三元触媒２１６は、エンジン２００から排出される排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元すると同時に、排気中のＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）を酸化可能に構成された触媒装置である。尚、触媒装置の採り得る形態は、このような三元触媒に限定されず、例えば三元触媒に代えて或いは加えて、ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）或いは酸化触媒の各種触媒が設置されていてもよい。
【００４５】
排気管２１５には、エンジン２００の排気空燃比を検出することが可能に構成された空燃比センサ２１７が設置されている。更に、気筒２０１を収容するシリンダブロックに設置されたウォータージャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温を検出するための水温センサ２１８が配設されている。これら空燃比センサ２１７及び水温センサ２１８は、夫々ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された空燃比及び冷却水温は、夫々ＥＣＵ１００により一定又は不定の検出周期で把握される構成となっている。
【００４６】
図２に戻り、エンジン２００からエンジン出力軸１５を介して出力される機械的動力は、摩擦クラッチ装置２０を介して変速機入力軸２８に伝達される。
【００４７】
変速機３０は、本発明の「有段変速機」の一例であり、変速機入力軸２８で受けた機械的動力を、複数の変速段３１〜３４のうちいずれか１つにより変速し、変速機出力軸６０に伝達可能に構成されている。具体的には、変速機３０は、複数の歯車対を備えた平行軸歯車装置として構成されており、本実施形態においては、第１速ギヤ段３１と、第２速ギヤ段３２と、第３速ギヤ段３３と、第４速ギヤ段３４とを有している。なお、第１速ギヤ段３１〜第４速ギヤ段３４の減速比は、第１速ギヤ段３１、第２速ギヤ段３２、第３速ギヤ段３３、第４速ギヤ段３４の順に小さくなるよう構成されている。
【００４８】
変速機３０の各変速段３１、３２、３３、３４の各々は、変速機入力軸２８側のギヤであるメインギヤ３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、及び変速機出力軸６０側のギヤであるカウンタギヤ３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃを有している。メインギヤ３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａは、対応するカウンタギヤ３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃと噛み合う。各変速段３１、３２、３３、３４において、メインギヤとカウンタギヤのうち一方は、変速機入力軸２８又は変速機出力軸６０に対して回転可能に構成されている。各変速段３１〜３４には、回転可能に構成されたギヤ（メインギヤ又はカウンタギヤ）と変速機入力軸２８又は変速機出力軸４０とを結合させる図示しない噛み合いクラッチ機構（例えば、ドグクラッチ）が、それぞれ設けられている。
【００４９】
変速機出力軸６０から出力される動力は、ギヤ４６及び４８を介して減速機構７０へと伝達される。減速機構７０は、図示せぬ車軸に対して伝達された動力を出力する。
【００５０】
モータジェネレータＭＧは、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。尚、モータジェネレータＭＧは、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有するが、他の構成を有していてもよい。モータジェネレータＭＧは、本発明に係る「回転電機」の一例である。
【００５１】
接続切替機構４０は、モータジェネレータＭＧの出力軸５０の変速機３０に対する接続状態を切替える機構である。接続切替機構４０は、複数のギヤ及びスリーブ等を含んで構成されており、スリーブの位置が変更されることで、モータジェネレータＭＧの出力軸５０の接続状態を変更することが可能である。本実施形態に係る接続切替機構４０は、モータジェネレータＭＧの出力軸５０を変速機入力軸２８に接続するＩＮ接続状態と、モータジェネレータＭＧの出力軸５０をギヤ５４ａ及び５４ｂを介して変速機出力軸６０に接続するＯＵＴ接続状態とを相互に切り替え可能とされている。
【００５２】
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の一例であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図４を参照して説明する。ここに図４は、実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成を示すブロック図である。
【００５３】
図４において、ＥＣＵ１００は、変速機故障検出部１１０、トルク制限値算出部１２０、トルク制限部１３０、要求パワー平均値算出部１４０、ＳＯＣ制限範囲決定部１５０及びＳＯＣ制限範囲変更部１６０を備えて構成されている。
【００５４】
変速機故障検出部１１０は、本発明の「変速機故障検出手段」の一例であり、変速機３０の故障（具体的には、変速段を変更できない状態）を検出する。変速機故障検出部１１０で検出された変速機３０の故障に関する情報は、トルク制限値算出部１２０及びＳＯＣ制限範囲決定部１５０に、それぞれ伝達される。
【００５５】
トルク制限値算出部１２０は、変速機故障検出部１１０において変速機３０の故障が検出された場合に、エンジン２００のトルクを制限するためのトルク制限値を算出する。このトルク制限値の算出方法については、後に詳述する。
【００５６】
トルク制限部３０は、トルク制限値算出部１２０において算出されたトルク制限値に基づいて、エンジンの出力トルクを制限する。
【００５７】
尚、トルク制限値算出部１２０及びトルク制限部３０は、本発明の「制限手段」の一例である。
【００５８】
要求パワー平均値算出部１４０は、例えば演算回路及びメモリ等を含んで構成されており、ハイブリッド車両１の走行に要求されるパワーの所定期間における平均値を算出する。要求パワー平均値算出部１４０において算出された平均値は、ＳＯＣ制限範囲決定部１５０に伝達される。
【００５９】
ＳＯＣ制限範囲決定部１５０は、要求パワー平均値算出部１４０において算出された平均値に基づいて、バッテリ１２（図１参照）における適切なＳＯＣ制限範囲を決定する。ＳＯＣ制限範囲決定部１５０は、例えば要求パワーの所定期間における平均値と、ＳＯＣ制限範囲（具体的には、ＳＯＣ上限値及び下限値）との関係を示すマップ等を用いてＳＯＣ制限範囲を決定する。より具体的なＳＯＣ制限範囲の決定方法については後述する。
【００６０】
ＳＯＣ制限範囲変更部１６０は、バッテリ１２におけるＳＯＣ制限範囲が、ＳＯＣ制限範囲決定部１５０において決定されたＳＯＣ制限範囲となるように変更する。
【００６１】
尚、要求パワー平均値算出部１４０、ＳＯＣ制限範囲決定部１５０及びＳＯＣ制限範囲変更部１６０は、本発明の「充電制限範囲変更手段」の一例である。
【００６２】
以上説明したＥＣＵ１００は、上述した各部位を含んで構成された一体の電子制御ユニットであり、上記各部位に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記部位の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００６３】
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作について、図５を参照して説明する。ここに図５は、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の一連の動作を示すフローチャートである。
【００６４】
図５において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作時には、先ず変速機故障検出部１１０において変速機３０が故障しているか否かが判定される（ステップＳ０１）。なお、変速機３０の故障が検出されない場合（ステップＳ０１：ＮＯ）、変速機３０の故障が検出されるまで判定が続けられる。
【００６５】
変速機３０の故障が検出された場合（ステップＳ０１：ＹＥＳ）、モータジェネレータＭＧが使用可能な状態であるか否かが判定される（ステップＳ０２）。この判定は、変速機故障検出部１１０において行なわれてもよいし、他の部位で行なわれてもよい。なお、モータジェネレータＭＧが使用可能でない場合（ステップＳ０２：ＮＯ）、ハイブリッド車両の制御装置による一連の処理は終了する。
【００６６】
モータジェネレータＭＧが使用可能である場合（ステップＳ０２：ＹＥＳ）、トルク制限値算出部１２０において、エンジン２００の出力トルクを制限するためのトルク制限値が算出される（ステップＳ０３）。以下では、トルク制限値の具体的な算出方法について、図６を参照して説明する。ここに図６は、エンジンの熱効率を示すマップである。
【００６７】
図６において、例えば変速機３０の故障によって変速段が最も低い１ｓｔに固定された場合、高車速で走行しようとすると、エンジン２００の動作点が図中の点Ａで示すような動作点となり、走行は可能であるものの、熱効率が悪くなると共に、最適燃費線とのパワー差も大きくなる。
【００６８】
ここで、実際のエンジン２００の出力パワーと最適燃費線とのパワー差は、モータジェネレータＭＧにおける充電パワーＰｃｈｇ＿ｍａｘによって補完される。しかしながら、モータジェネレータＭＧからバッテリ１２への充電パワーには上限値Ｐｂｍａｘがあるため、充電パワーＰｃｈｇ＿ｍａｘが大きくなり過ぎると、バッテリ１２が充電パワーを受け入れられなくなり、結果としてエンジン２００の動作点を最適燃費線へと近づけることが困難となる。
【００６９】
トルク制限値算出部１２０では、モータジェネレータＭＧによって得られる充電パワーＰｃｈｇ＿ｍａｘが、バッテリ１２における充電パワーの上限値Ｐｂｍａｘを超えないようなトルク制限値が算出される。具体的には、最適燃費線上のパワーをＰｏｐｔ、要求パワーをＰｄｅｍとすると、充電パワーＰｃｈｇ＿ｍａｘは、以下の数式（１）で求めることができる。
【００７０】
Ｐｃｈｇ＿ｍａｘ＝Ｐｏｐｔ−Ｐｄｅｍ ・・・（１）
このようにして求められたＰｃｈｇ＿ｍａｘが上限値Ｐｂｍａｘ以下である場合、充電パワーがバッテリ１２の許容量を超えてしまうことはないため、エンジン２００の実出力パワーＰｒｅａｌは、要求パワーＰｄｅｍと等しくされる。他方で、求められたＰｃｈｇ＿ｍａｘが上限値Ｐｂｍａｘを超えている場合は、バッテリ１２の許容量を超えてしまうため、エンジン２００の実出力パワーＰｒｅａｌは以下の数式（２）で示されるような値として制限される。
【００７１】
Ｐｒｅａｌ≦Ｐｏｐｔ−Ｐｂｍａｘ ・・・（２）
トルク制限値算出部１２０では、上述したエンジン２００の実出力パワーＰｒｅａｌを実現するようなトルク制限値が算出される。
【００７２】
図５に戻り、トルク制限値が算出されると、算出されたトルク制限値に基づくエンジン２００の制御がトルク制限部１３０によって行なわれる（ステップＳ０４）。これにより、充電パワーＰｃｈｇ＿ｍａｘが大きくなり過ぎ、バッテリ１２が受け入れられなくなるという状態を防止することができる。よって、変速機３０が故障している場合であっても最適燃費線に近い状態での走行が可能となり、結果として燃費の悪化を防止することができる。
【００７３】
なお、上述したエンジン２００のトルク制限による効果は、トルクや回転数に制限のない比較的大型のモータジェネレータよりも、トルクや回転数に制限のある比較的小型のモータジェネレータＭＧを用いる場合に顕著に発揮される。
【００７４】
本実施形態では更に、変速機３０の故障時において、上述したエンジン２００の出力トルクの制限に加えて、バッテリ１２におけるＳＯＣ制限範囲の変更が行なわれる。ＳＯＣ制限範囲を変更する際には、先ず要求パワー平均値算出部１４０において、要求パワーの所定期間における平均値が算出される（ステップＳ０５）。
【００７５】
要求パワーの平均値が算出されると、ＳＯＣ制限範囲決定部１５０において、算出された平均値に基づく適切なＳＯＣ制限範囲（具体的には、ＳＯＣの上限値及び下限値）が決定される（ステップＳ０６）。以下では、より具体的なＳＯＣ制限範囲の決定方法について、図７を参照して説明する。ここに図７は、通常制御時及び変速機故障時のＳＯＣ制限範囲を示すグラフである。
【００７６】
図７に示すように、通常制御時（即ち、変速機３０が故障していない場合）のＳＯＣ上限値及び下限値が、それぞれＵ１及びＬ１であるとする。これに対して変速機故障時のＳＯＣ上限値は、要求パワーの平均値がｐ１に満たない場合には通常制御時と同じＵ１とされるが、要求パワーがＰ１以上となってからＰ２となるまでは徐々に上昇し、Ｐ２以上となるとＵ２とされる。また、変速機故障時のＳＯＣ下限値は、要求パワーの平均値がｐ１に満たない場合には通常制御時と同じＬ１とされる、要求パワーがＰ１以上となってからＰ２となるまでは徐々に下降し、Ｐ２以上となるとＬ２とされる。即ち、変速機故障時のＳＯＣ制限範囲は、要求パワーの平均値が大きいほど拡大される。
【００７７】
図５に戻り、ＳＯＣ制限範囲が決定されると、ＳＯＣ制限範囲変更部１６０において、実際にＳＯＣ制限範囲が決定された値へと変更される（ステップＳ０７）。
【００７８】
ハイブリッド車両１は、モータジェネレータＭＧからの出力のみによって走行するＥＶモードと、エンジン００及びモータジェネレータＭＧの両方を用いて走行するＨＶモードとを切替えながら走行するが、ＥＶモードからＨＶモードへの切替え時には、停止していたエンジン２００を始動させることが求められる。しかしながら、エンジン２００の始動には比較的大きなパワーが要求されるため、燃費を向上させる観点で見れば、エンジン２００の始動回数（言い換えれば、ＥＶモードからＨＶモードへの切替え回数）は、できる限り少ないことが好ましい。
【００７９】
これに対し本実施形態では、変速機３０の故障が検出された場合に、バッテリ１２のＳＯＣ制限範囲が大きくなるように変更される。これにより、ＥＶモードの走行距離を延ばすことが可能となる。従って、エンジン２００の始動回数を減らすことができ、変速機３０の故障時における燃費の悪化を、より好適に防止することが可能となる。
【００８０】
また、要求パワーが比較的大きい場合は、蓄電手段の充電制限範囲を大きくなるよう変更することで、効果的に燃費を向上させることができるが、要求パワーが比較的小さい場合には、蓄電手段の充電制御範囲を大きくなるように変更せずとも、ＥＶモードによる走行距離が相対的に長くなるため、燃費悪化への影響は小さくなる。よって、上述したように要求パワーの平均値に応じてバッテリ１２のＳＯＣ制限範囲を変更するようにすれば、ＳＯＣ制限範囲を大きくすることによる不都合（例えば、バッテリ１２の劣化等）を防止しつつ、燃費の悪化を防止することができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、変速機３０の故障を検出した場合に、エンジン２００の出力トルク制限及びＳＯＣ制限範囲の拡大が行なわれる。従って、変速機３０の故障時においても燃費の悪化を防止することが可能である。
【００８２】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８３】
１…ハイブリッド車両、１０…ハイブリッド駆動装置、１１…ＰＣＵ、１２…バッテリ、１３…アクセル開度センサ、１４…車速センサ、２８…変速機入力軸、３０…変速機、４０…接続切替機構、５０…ＭＧ出力軸、６０…変速機出力軸、７０…減速機構、１００…ＥＣＵ、１１０…変速機故障検出部、１２０…トルク制限値算出部、１３０…トルク制限部、１４０…要求パワー平均値算出部、１５０…ＳＯＣ制限範囲決定部、１６０…ＳＯＣ制限範囲変更部、２００…エンジン、ＭＧ…モータジェネレータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、前記内燃機関の回転数を変速して車輪に伝達する有段変速機と、蓄電手段を有する回転電機とを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
前記有段変速機の故障を検出する変速機故障検出手段と、
前記有段変速機の故障が検出された場合に、前記回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えないように前記内燃機関のトルクを制限する制限手段と、
前記有段変速機の故障が検出された場合に、前記蓄電手段の充電制限範囲を、前記変速機の故障が検出されていない場合と比べて大きくする充電制限範囲変更手段と
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
前記充電制限範囲変更手段は、前記内燃機関及び前記回転電機に要求されるパワーの所定期間における平均値が大きい程、前記蓄電手段の充電制限範囲を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項１】
内燃機関と、前記内燃機関の回転数を変速して車輪に伝達する有段変速機と、蓄電手段を有する回転電機とを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
前記有段変速機の故障を検出する変速機故障検出手段と、
前記有段変速機の故障が検出された場合に、前記回転電機の充放電パワーが所定の上限値又は下限値を超えないように前記内燃機関のトルクを制限する制限手段と、
前記有段変速機の故障が検出された場合に、前記蓄電手段の充電制限範囲を、前記変速機の故障が検出されていない場合と比べて大きくする充電制限範囲変更手段と
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
前記充電制限範囲変更手段は、前記内燃機関及び前記回転電機に要求されるパワーの所定期間における平均値が大きい程、前記蓄電手段の充電制限範囲を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６３７３６（Ｐ２０１３−６３７３６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０４６０８（Ｐ２０１１−２０４６０８）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【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４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【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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