JP5838870B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、走行のための駆動力源として内燃機関および発電機能のある電動機を備えているハイブリッド車両の走行を制御する制御装置に関し、特に、内燃機関の運転を停止した状態で電動機のみを駆動力源として走行するＥＶ走行が可能なハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

ハイブリッド車両は、駆動力源としてガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関、およびモータ・ジェネレータなどの発電機能のある電動機を搭載した車両であり、内燃機関と電動機とが持つそれぞれの特性を生かすことにより、燃費を向上させることができ、また排気ガスの低減を図ることができる車両である。例えば、内燃機関を燃焼効率の良い運転点で運転し、かつ車両に要求される駆動トルクを電動機で付加することができる。さらに、減速時にエネルギ回生を行いその際に発生させた電力を走行のために使用することもできる。そのため、走行に対する要求を満たしつつ、燃費を向上させ、かつ排ガスの低減を図ることが可能である。そのようなハイブリッド車両に関する発明の一例が特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載されたハイブリッド車両は、内燃エンジンと、その内燃エンジンからのトルクが入力される発電機モータと、電力が供給されて駆動される電気モータと、サンギヤ、リングギヤ、およびキャリアの３個の歯車要素から構成されるプラネタリギヤユニットとを備えていて、サンギヤと発電機モータとが連結され、リングギヤと出力軸とが連結され、キャリアと内燃エンジンとが連結された構成となっている。そして、キャリアの回転を停止させるためのワンウェイクラッチあるいはブレーキなどの制動手段が設けられている。

また、この特許文献１には、一般に、発電機モータの出力による駆動力は車速が低いほど大きいことから、例えば、車速が３０km/hより低い場合は、内燃エンジンを停止し、発電機モータの出力によって車両の駆動力を発生させ、車速が３０km/h以上の場合には、内燃エンジンの駆動力によって車両の駆動力の不足分を補うようにした制御例が記載されている。

特開平８−２９５１４０号公報

一般にハイブリッド車両は、内燃エンジンおよび電動機の両方の出力により走行するいわゆるＨＶ走行と、内燃エンジンを停止させ電動機の出力のみで走行するいわゆるＥＶ走行とが可能である。特に、上記の特許文献１に記載されているハイブリッド車両では、プラネタリギヤユニットのキャリアの回転、すなわち内燃エンジンの出力軸の回転を固定する制動手段が設けられていることから、その制動手段により内燃エンジンの出力軸の回転を停止させた状態で、発電機モータおよび電気モータの２つの電動機の出力により、ＥＶ走行を行うことができる。

そのようなＥＶ走行の状態は、プラネタリギヤユニットのサンギヤをＳ、リングギヤをＲ、キャリアをＣとし、また、発電機モータをＭＧ１、電気モータをＭＧ２、そして内燃エンジンをＥＮＧとすると、図７，図８の共線図のように表すことができる。すなわち、図７に示す状態は、ＭＧ２の出力のみで走行するＥＶ走行であり、ＭＧ２を正転方向（エンジンの出力軸の回転方向と同じ方向）に力行させ、そのＭＧ２の出力トルクのみにより駆動力を発生させて車両を走行させている。そして、図８に示す状態は、ＭＧ１およびＭＧ２の２つの電動機の出力で走行するＥＶ走行であり、ＭＧ２を正転方向に力行させるとともに、ＭＧ１を逆転方向（エンジンの出力軸の回転方向と反対方向）に力行させ、それらＭＧ１およびＭＧ２の出力トルクにより駆動力を発生させて車両を走行させている。

このうち図８に示すＭＧ１およびＭＧ２の出力トルクによるＥＶ走行では、キャリアに設けられたブレーキもしくはワンウェイクラッチによってエンジン出力軸の回転数を０に固定して反力を発生させることにより、ＭＧ２の出力トルクの回転方向と逆向きに発生させたＭＧ１の出力トルクを、ＭＧ２の出力トルクに付加することができる。そのため、それらＭＧ１およびＭＧ２の出力トルクによる大きな駆動力で車両を走行させることができる。

ところで、ハイブリッド車両が上記のようなＥＶ走行している際に、電動機に電力を供給する蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ；State Of Charge）が低下した場合には、エンジンを起動し、そのエンジンの出力により電動機を発電機として駆動して電力を発生させ、バッテリを充電する必要がある。バッテリのＳＯＣが過度に低下すると、バッテリの充放電性能や耐久性が低下してしまうからである。そのために、従来のハイブリッド車両では、例えば、ＥＶ走行時にバッテリのＳＯＣが下限として定めた閾値よりも低下した場合に、エンジンを始動し、そのエンジンの出力によって発電機を駆動してバッテリを充電するように構成されている。

上記のようなＥＶ走行時におけるエンジンの始動は、例えば図９の共線図に示すように、ＭＧ１で反力を発生させることによって行うことができる。すなわち、前述の図８に示したＥＶ走行の状態から、エンジン出力軸の回転数を０に固定していたブレーキを解放するとともに、ＭＧ２で走行のためのトルクを出力しつつ、ＭＧ１を回生させ、ＭＧ２の出力トルクの回転方向と逆方向の回生トルクを反力として発生させる。その結果、エンジン出力軸の回転数を引き上げて、エンジンを始動させることができる。

あるいは、キャリアの制動手段としてワンウェイクラッチが用いられている場合には、上記のようにワンウェイクラッチによってエンジン出力軸の逆転方向への回転が規制され、かつＭＧ２が走行のためのトルクを出力している状態で、ＭＧ１を回生させ、ＭＧ２の出力トルクの回転方向と逆方向の回生トルクを反力として発生させる。その結果、ワンウェイクラッチによるエンジン出力軸の逆転方向への回転に対する規制が解除され、エンジン出力軸の回転数が正転方向に引き上げられるので、エンジンを始動させることができる。

しかしながら、車両がＭＧ１およびＭＧ２の両方の電動機の出力によってＥＶ走行している際に、例えば上記のようにバッテリのＳＯＣが低下したことにより、ＭＧ１の出力でエンジンを始動させる場合には、車両の駆動力が一時的に低下し、それに起因して運転者にショックや違和感を与えてしまう可能性がある。すなわち、ＭＧ１によってエンジンを始動する際に、ＭＧ１は、逆転方向の回生トルクを出力するように制御されるので、既にＥＶ走行のための駆動トルクを出力しているＭＧ１は、制御状態が力行から回生へ切り替えられることになる。したがって、その制御状態の切り替えの過程では、ＭＧ１の駆動トルクは一時的にかつ不可避的に０になる。そのため、ＥＶ走行時におけるエンジン始動の際に、ＭＧ１による駆動トルクが一時的に０まで低下することから、それに伴いエンジン始動時に車両の駆動力が低下し、その結果、運転者にショックや違和感を与えてしまうおそれがあった。

なお、上記のようなＭＧ１のトルクの一時的な低下は、ＭＧ２の出力トルクを増大させることによって補償することが可能である。しかしながら、それは、ＭＧ２に補償分のトルクを出力する余裕が残っている場合に限られる。すなわち、ＭＧ２も既にＥＶ走行のための駆動トルクを出力している状態であるため、ＥＶ走行中の車両に対する要求駆動力が大きい場合には、補償分のトルクを更に出力する余裕がなくなり、ＭＧ２によるトルク補償を行うことができない場合がある。したがって、ＭＧ２の出力トルクによって補償するとしても、上記のようなＥＶ走行中のエンジン始動時における車両駆動力の低下を完全に防止することはできない。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、ＥＶ走行中におけるＳＯＣの過度の低下を回避するためのエンジン始動を確実に行うとともに、そのエンジン始動の際のショックや違和感の発生を防止もしくは抑制することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、内燃機関および複数の電動機を駆動力源とするハイブリッド車両であって、第１回転要素、第２回転要素、および第３回転要素を有する差動歯車装置からなる動力分割機構と、前記各電動機に対する駆動電力を供給しかつ前記各電動機で発電された発電電力を蓄電するバッテリと、前記内燃機関の出力軸の回転を固定もしくは制限する固定手段とを備え、前記出力軸と前記第１回転要素とが連結され、前記複数の電動機のうち第１電動機の回転軸と前記第２回転要素とが連結され、第２電動機の回転軸と前記第３回転要素および駆動軸とがそれぞれ連結されたハイブリッド車両の制御装置において、前記バッテリの充電状態の程度を示すＳＯＣに対する前記内燃機関の始動の要否を判断するための閾値として、第１の閾値と、前記第１の閾値よりも値が低い第２の閾値とを設定し、前記内燃機関の運転を停止しかつ前記固定手段により前記出力軸の回転を停止させた状態で前記電動機のみを駆動力源として走行するＥＶ走行時に、前記ＳＯＣが前記第１の閾値と前記第２の閾値との間である場合は、前記ハイブリッド車両への要求駆動力が前記内燃機関の始動を判断するための閾値として予め定めた所定値以下になった場合に、前記ＥＶ走行時における前記ハイブリッド車両の実駆動力を予め設定した低下目標値まで低下させ、前記ＳＯＣが前記第２の閾値よりも低い場合には、前記要求駆動力の大小にかかわらず、前記実駆動力を前記低下目標値まで低下させる低下手段と、前記低下手段により前記実駆動力を前記低下目標値まで低下させた後に、前記第１電動機の出力により前記出力軸の回転数を上昇させて前記内燃機関を始動させる始動手段とを備えていることを特徴とする制御装置である。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記低下手段が、前記要求駆動力の大きさに応じて設定される低下目標量だけ前記実駆動力を低下させることにより、前記実駆動力を前記低下目標値まで低下させる手段を含むことを特徴とする制御装置である。

請求項１の発明では、内燃機関の運転を停止して電動機のみの出力によりハイブリッド車両を走行させるＥＶ走行時に、バッテリのＳＯＣ低下に伴う内燃機関の始動の要否を判断するための閾値として第１の閾値と、その第１の閾値よりも値が小さい第２の閾値とが設定されている。すなわち、内燃機関の始動の必要性を判断するための閾値が、第１の閾値と第２の閾値との間の所定の幅を持った値の範囲として設定されている。そして、ＥＶ走行中にバッテリのＳＯＣが第１の閾値と第２の閾値との間の範囲内になった場合に、要求駆動力に基づいて実際に発生している車両の実駆動力が、低下目標値まで低下させられる。そしてその後、内燃機関が始動される。

したがって、請求項１の発明によれば、ＥＶ走行中にバッテリのＳＯＣが低下し、内燃機関を始動してバッテリを充電する必要性が生じた場合に、ＳＯＣが未だ第２の閾値以上であっても、実駆動力が低下目標値まで低下させられた後に、内燃機関が始動される。そのため、ＥＶ走行時に内燃機関を始動する際の実駆動力の落ち込みを少なくすることができ、その実駆動力の落ち込みに起因するショックや違和感の発生を防止もしくは抑制することができる。
より具体的には、この請求項１の発明によれば、ＥＶ走行中にバッテリのＳＯＣが第１の閾値と第２の閾値との間の範囲内になり、かつ、ＥＶ走行における要求駆動力が所定値以下になった場合に、要求駆動力に基づいて実際に発生している車両の実駆動力が、低下目標値まで低下させられる。そしてその後、内燃機関が始動される。そのため、ＥＶ走行時に内燃機関を始動する際の実駆動力の落ち込みを可及的に少なくすることができ、その実駆動力の落ち込みに起因するショックや違和感の発生を適切に防止もしくは抑制することができる。
そして、ＥＶ走行中にバッテリのＳＯＣが第２の閾値よりも低くなった場合には、直ちに実駆動力が低下目標値まで低下させられた後に、内燃機関が始動される。したがって、バッテリのＳＯＣが第２の閾値よりも低くなり、バッテリのＳＯＣの余裕がないと判断される場合に、内燃機関を確実に始動してバッテリのＳＯＣを速やかに上昇させることができる。そのため、バッテリのＳＯＣが過度に低下してしまうことによるバッテリ性能の低下を回避することができる。

また、請求項２の発明によれば、実駆動力を低下させる場合に、その実駆動力を低下させる際の低下目標量が、要求駆動力の大きさに応じて設定される。例えば、要求駆動力が大きいほど低下目標量が多くなるように、要求駆動力の大きさに基づいて低下目標量が設定される。そのため、その実駆動力の低下量と内燃機関を始動する際の駆動トルクの落ち込みとを総合的に考慮して、ショックや違和感の低減のために最も有利なように、低下目標量を設定することができる。その結果、ＥＶ走行時に内燃機関を始動する際の駆動力の落ち込みに起因するショックや違和感の発生を確実に防止もしくは抑制することができる。

この発明で制御の対象とするハイブリッド車両のドライブトレーンおよび制御系統の一例を示す模式図である。 この発明で制御の対象とするハイブリッド車両のドライブトレーンの他の例を示す模式図である。 この発明の制御装置による制御の一例を説明するためのフローチャートである。 図３に示すこの発明の制御装置による制御を実行する場合に実駆動力の低下のさせ方を説明するためのタイムチャートである。 図３に示すこの発明の制御装置による制御を実行した場合のハイブリッド車両の挙動を説明するためのタイムチャートである。 この発明の制御装置による他の制御例を説明するためのタイムチャートであって、その制御を実行した場合のＣＤモードからＣＳモードへのモード遷移期間の詳細を説明するためのタイムチャートである。 従来およびこの発明で制御の対象とするハイブリッド車両におけるＥＶ走行（ＭＧ２・単独駆動）状態を説明するための共線図である。 従来およびこの発明で制御の対象とするハイブリッド車両におけるＥＶ走行（ＭＧ１，ＭＧ２・両駆動）状態を説明するための共線図である。 従来およびこの発明で制御の対象とするハイブリッド車両におけるＥＶ走行（ＭＧ１，ＭＧ２・両駆動）時にＭＧ１でエンジンを始動させる状態を説明するための共線図である。

つぎに、この発明を図を参照して具体的に説明する。この発明で制御の対象とするハイブリッド車両のドライブトレーンおよび制御系統を図１に示してある。すなわち、この図１に示す車両Ｖｅは、いわゆる２モータタイプのハイブリッド車両であって、駆動力源としてエンジン１と２基のモータ・ジェネレータ２，３とを備え、エンジン１が出力する動力を第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２と駆動軸４とに分割するとともに、第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３の出力する動力を直接駆動軸４に伝達できるように構成されている。

エンジン（ＥＮＧ）１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンあるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関である。この図１では、スロットル開度や燃料噴射量などの負荷を電気的に制御することが可能な電子制御式のスロットルバルブや電子制御式の燃料噴射装置等を備えていて、所定の負荷に対して回転数を電気的に制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できるガソリンエンジンが搭載された例を示している。

第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３は、いずれも、駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機としての機能との両方を兼ね備えた電動機である。それら第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３としては、例えば、永久磁石式同期モータ（ＰＭ）あるいは誘導モータ（ＩＭ）などの交流モータが用いられる。

エンジン１が出力する動力を第１モータ・ジェネレータ２と駆動軸４とに分割するための動力分割機構５が設けられている。この動力分割機構５は、第１回転要素、第２回転要素、および第３回転要素の３つの回転要素を有する差動歯車装置により構成されていて、この図１に示す例では、サンギヤ５ｓとリングギヤ５ｒとの間に配置したピニオンギヤをキャリア５ｃによって自転および公転が可能に保持したシングルピニオン型の遊星歯車機構が採用されている。

動力分割機構５のキャリア５ｃにエンジン１の出力軸１ａが連結され、サンギヤ５ｓに第１モータ・ジェネレータ２の回転軸２ａが連結され、そしてリングギヤ５ｒに駆動軸４および第２モータ・ジェネレータ３の回転軸３ａがそれぞれ互いに連結されている。すなわち、この図１に示す例では、キャリア５ｃがこの発明における第１回転要素に相当し、サンギヤ５ｓがこの発明における第２回転要素に相当し、そしてリングギヤ５ｒがこの発明における第３回転要素に相当している。このような遊星歯車機構から構成される動力分割機構５の各回転要素が差動機構として機能することにより、サンギヤ５ｓすなわち第１モータ・ジェネレータ２の回転数に応じて、キャリア５ｃすなわちエンジン１の回転数が変化するようになっている。したがって、第１モータ・ジェネレータ２の出力を制御することにより、エンジン１のエンジン回転数を制御できるように構成されている

上記の動力分割機構５に対して駆動軸４が連結されている。具体的には、動力分割機構５のリングギヤ５ｒに、駆動軸４がカウンタギヤ６およびデファレンシャル７を介して動力伝達可能に連結されている。カウンタギヤ６は、共に一体回転するようカウンタ軸６ａに固定された大径ギヤ６ｂと、その大径ギヤ６ｂよりも径が小さい小径ギヤ６ｃとから構成されていて、大径ギヤ６ｂと動力分割機構５のリングギヤ５ｒとが噛み合わされ、小径ギヤ６ｃと駆動軸４が組み込まれたデファレンシャル７のリングギヤ７ａとが噛み合わされている。したがって、エンジン１および第１モータ・ジェネレータ２は、それぞれ、動力分割機構５、カウンタギヤ６、およびデファレンシャル７を介して、駆動軸４と互いに動力伝達可能に連結されている。

上記のように、第１モータ・ジェネレータ２が、動力分割機構５、カウンタギヤ６、およびデファレンシャル７を介在させて駆動軸４との間で動力伝達を行うように構成されているのに対して、第２モータ・ジェネレータ３は、動力分割機構５を介さずに、カウンタギヤ６およびデファレンシャル７のみを介在させて駆動軸４との間で直接動力伝達を行うように構成されている。すなわち、第２モータ・ジェネレータ３の回転軸３ａには、その回転軸３ａと一体に回転するドライブギヤ３ｂが固定されていて、そのドライブギヤ３ｂとカウンタギヤ６の大径ギヤ６ｂとが噛み合わされている。したがって、第２モータ・ジェネレータ３は、カウンタギヤ６およびデファレンシャル７を介して、駆動軸４と互いに動力伝達可能に連結されるとともに、カウンタギヤ６を介して、動力分割機構５のリングギヤ５ｒに対しても互いに動力伝達可能に連結されている。

なお、第２モータ・ジェネレータ３のドライブギヤ３ｂは、カウンタギヤ６の大径ギヤ６ｂよりも径が小さい歯車により構成されていて、それらドライブギヤ３ｂと大径ギヤ６ｂとのギヤ対は、第２モータ・ジェネレータ３に対する減速機構（リダクションギヤ）となっている。したがって、第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクを増幅させてデファレンシャル７および駆動軸４へ伝達することができ、第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクによる大きな駆動力を発生させることができる。

さらに、この発明における車両Ｖｅのギヤトレーンでは、動力分割機構５のキャリア５ｃの回転すなわちエンジン１の出力軸１ａの回転を固定する固定手段として、キャリア５ｃおよび出力軸１ａの回転を選択的に固定するブレーキ装置８が設けられている。このブレーキ装置８としては、例えば、ディスクブレーキやドラムブレーキなどの摩擦式の係合装置、あるいはドグクラッチ・ブレーキやスプラインなどの噛み合い式の係合装置を用いることができる。この図１では、シンクロメッシ機構などの同期連結装置を備えたドグブレーキを採用した例を示している。

なお、この発明における固定手段としては、上記のようなドグブレーキあるいは摩擦ブレーキなどのブレーキ装置８の他に、図２に示すような、ワンウェイクラッチ９を用いることも可能である。この場合のワンウェイクラッチ９は、外輪９ａがギヤトレーンのケーシング（図示せず）などに、その回転が不可能なように固定されていて、内輪９ｂがエンジン１の出力軸１ａと一体回転するように取り付けられている。そして出力軸１ａおよびキャリア５ｃの正転方向（すなわちエンジン１の回転方向と同じ方向）への回転を許容し、出力軸１ａおよびキャリア５ｃの逆転方向（すなわちエンジン１の回転方向と反対方向）への回転を制止するように構成されている。したがって、このワンウェイクラッチ９は、エンジン１の出力軸１ａおよび動力分割機構５のキャリア５ｃの回転を正転方向の一方向のみに制限するものであって、この発明における固定手段となっている。

前述のように、第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３は、いずれも、モータと発電機との両方の機能を有する周知の交流モータにより構成されている。したがって、それら第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３は、それぞれ、インバータ（図示せず）を介してバッテリ１０に連結されている。すなわち、インバータによって第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３とバッテリ１０との間で授受される電力を制御することにより、それら各モータ・ジェネレータ２，３がモータとして機能させられる場合の回転数やトルクを制御し、あるいはそれら各モータ・ジェネレータ２，３が発電機として機能させられる場合の発電量を制御するように構成されている。

また、上記の第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３は、インバータを介して、それらの間で電力を相互に供給できるように構成されている。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３のいずれか一方により発生させた電力を、他方のモータ・ジェネレータで消費できるようになっている。例えば、エンジン１の出力により第１モータ・ジェネレータ２が駆動されて発電機として機能させられた場合に、その第１モータ・ジェネレータ２で発生させた電力を第２モータ・ジェネレータ３へ供給し、第２モータ・ジェネレータ３をモータとして機能させることができる。したがって、エンジン１が出力した動力の一部を、第１モータ・ジェネレータ２により電力に一旦変換した後、第２モータ・ジェネレータ３により再び動力に変換して、その動力を駆動軸４に伝達することができるようになっている。

上記のエンジン１、および各モータ・ジェネレータ２，３の動作状態を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）１１が設けられている。この電子制御装置１１には、車両Ｖｅの車速を検出する車速センサ１２、例えばアクセルペダルやアクセルレバーなどによる運転者のアクセル操作を検出するアクセル開度センサ１３、バッテリ１０のＳＯＣを検出するＳＯＣセンサ１４、あるいは、エンジン１の出力軸の回転速度を検出するエンジン回転数センサ（図示せず）や、各モータ・ジェネレータ２，３の回転軸の回転速度を検出するためのレゾルバ（図示せず）などの各種センサ装置類からの検出信号が入力される。これに対して、電子制御装置１１からは、エンジン１を制御する（すなわち、エンジン１のスロットルバルブあるいは燃料噴射装置等を制御する）信号、各モータ・ジェネレータ２，３を制御する（すなわち、インバータおよびバッテリ１０を制御する）信号などが出力されるように構成されている。

上記のように構成された車両Ｖｅでは、エンジン１と、第１モータ・ジェネレータ２および／または第２モータ・ジェネレータ３との両方の出力により走行するいわゆるＨＶ走行と、エンジン１の運転を停止させ、第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３の出力のみ、もしくは第２モータ・ジェネレータ３の出力のみで走行するいわゆるＥＶ走行とが可能である。

第２モータ・ジェネレータ３のみの出力によるＥＶ走行では、前述の図７に示した従来例と同様に、第２モータ・ジェネレータ３を正転方向に力行させ、その第２モータ・ジェネレータ３が出力する駆動トルクによって車両Ｖｅが走行させられる。また、第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３によるＥＶ走行では、前述の図８に示した従来例と同様に、ブレーキ装置８を係合させてエンジン１の出力軸１ａの回転を停止させた状態で、第２モータ・ジェネレータ３を正転方向に力行させるとともに、第１モータ・ジェネレータ２を逆転方向に力行させ、それら第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３が出力する駆動トルクによって車両Ｖｅが走行させられる。

なお、図２に示した車両Ｖｅの構成例のように、固定手段としてワンウェイクラッチ９を用いた場合には、上記のように第２モータ・ジェネレータ３を正転方向に力行させつつ、第１モータ・ジェネレータ２を逆転方向に力行させることにより、ワンウェイクラッチ９が自ら係合し、エンジン１の出力軸１ａの回転が固定される。したがって、ワンウェイクラッチ９を用いる場合でも、上記のようなブレーキ装置８を用いる場合と同様に、第２モータ・ジェネレータ３の駆動トルクの回転方向と逆向きに出力させた第１モータ・ジェネレータ２の駆動トルクを、第２モータ・ジェネレータ３の駆動トルクに付加することができる。そのため、それら第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３の出力による大きな駆動力で車両Ｖｅを走行させることができる。

そして、上記のような第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３の出力によるＥＶ走行から、エンジン１を始動させてＨＶ走行へ移行する場合には、前述の図９に示した従来例と同様に、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１の始動が行われる。すなわち、第２モータ・ジェネレータ３でＥＶ走行のための駆動トルクを出力しつつ、第１モータ・ジェネレータ２を回生させて、逆転方向の回生トルクを反力として発生させることにより、エンジン１の回転数を引き上げて、エンジン１を始動させることができる。

上記のようなＥＶ走行中に第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１を始動させる場合には、ＥＶ走行時に車両Ｖｅの駆動力の増大に寄与していた第１モータ・ジェネレータ２の駆動トルクが回生トルクに切り替えられるので、その駆動トルクがなくなる分、車両Ｖｅの駆動力が一時的に低下して落ち込むことになる。この発明におけるハイブリッド車両の制御装置では、上記のような駆動力の落ち込みによるショックや違和感の発生を防止するために、以下の制御を実行するように構成されている。その制御の一例を、図３のフローチャートに示してある。このフローチャートで示されるルーチンは、所定の短時間毎に繰り返し実行される。図３において、先ず、車両Ｖｅの走行状態がＣＤ（Charge
Depleting）モードであるか否か、すなわち車両ＶｅがＥＶ走行していて、バッテリ１０に蓄えられた電力が消費されている状態であるか否かが判断される（ステップＳ１）。これは、エンジン１、第１モータ・ジェネレータ２、および第２モータ・ジェネレータ３の制御状態から総合的に判断することができる。

車両Ｖｅの走行状態がＣＤモードでないこと、すなわち車両ＶｅがＥＶ走行していないことにより、このステップＳ１で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。

これに対して、車両Ｖｅの走行状態がＣＤモードであること、すなわち車両ＶｅがＥＶ走行していることにより、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、ステップＳ２へ進み、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値α以下であるか否かが判断される。このエンジン始動閾値αは、ＥＶ走行時に、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン１の始動の要否を判断するための上限側の閾値として予め設定されたものであり、この発明における第１の閾値に相当する閾値である。

バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値αよりも高いことにより、このステップＳ２で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。この場合は、ＥＶ走行中であっても、バッテリ１０は未だ十分に充電量が残っている状態であり、直ちにエンジン１の出力により第１モータ・ジェネレータ２を駆動して発電させる必要はないと判断できるためである。

これに対して、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値α以下であることにより、ステップＳ２で肯定的に判断された場合には、ステップＳ３へ進み、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値β以上であるか否かが判断される。このエンジン始動閾値βは、ＥＶ走行時に、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン１の始動の要否を判断するための下限側の閾値として予め設定されたものであり、上記のエンジン始動閾値αよりも低い値に設定されている。したがって、このエンジン始動閾値βが、この発明における第２の閾値に相当する閾値である。

バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値β以上であることにより、このステップＳ３で肯定的に判断された場合は、ステップＳ４へ進み、要求駆動トルクが所定値δ以下であるか否かが判断される。要求駆動トルクは、車速およびアクセル開度などに基づいて決まる車両Ｖｅの要求駆動力をトルクに換算したものであり、この場合は、ＥＶ走行時に第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３に対して出力することが要求されるトルクである。そして所定値δは、ＥＶ走行中にバッテリ１０のＳＯＣが低下した場合に、エンジン１の始動の開始を判断するための閾値として設定されるものであって、ＥＶ走行中にエンジン１を始動させる際に生じる第１モータ・ジェネレータ２の駆動トルクの落ち込みが許容し得るものであるか否かを判断するための閾値である。したがって、この所定値δが、この発明における所定値に相当する閾値である。

なお、この所定値δは、ＥＶ走行中にバッテリ１０のＳＯＣが低下した場合にエンジン１の始動の開始を判断するために予め設定した既定値としてもよいが、ここでは、バッテリ１０のＳＯＣの大きさに応じて決められる可変値として設定される。すなわち、この所定値δは、ＥＶ走行中にバッテリ１０のＳＯＣが低下した場合に、エンジン１の始動の開始を判断するための閾値として、バッテリ１０のＳＯＣの大きさに応じて随時設定されるものであって、ＳＯＣの大きさを考慮して、ＥＶ走行中にエンジン１を始動させる際に生じる第１モータ・ジェネレータ２の駆動トルクの落ち込みが許容し得るものであるか否かを判断するための閾値となっている。

具体的には、上記の所定値δは、バッテリ１０のＳＯＣが低いほど大きな値となるように、そのＳＯＣの大きさに応じて設定される。すなわち、バッテリ１０のＳＯＣが相対的に高い場合は、所定値δは相対的に小さい値に設定される。反対に、バッテリ１０のＳＯＣが相対的に低い場合には、所定値δは相対的に大きい値に設定される。したがって、バッテリ１０のＳＯＣが相対的に高い場合は、エンジン１の始動開始を判断する要求駆動トルクの基準が相対的に小さくなる。反対に、バッテリ１０のＳＯＣが相対的に低い場合には、エンジン１の始動開始を判断する要求駆動トルクの基準が相対的に大きくなり、相対的にエンジン１の始動開始が判断され易くなる。

なお、所定値δは、上記のようにバッテリ１０のＳＯＣの大きさに応じて決められることに加えて、車速の大きさに応じて決められる可変値とすることもできる。例えば、所定の車速毎に、上記のようにバッテリ１０のＳＯＣの大きさに応じて決められる可変値とすることができる。そうすることにより、より精度の良い制御を実行することができる。

要求駆動トルクが所定値δよりも大きいことにより、このステップＳ４で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。これは、ＥＶ走行中にバッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値α以下に低下した場合であっても、要求駆動トルクが相対的に大きいことから、仮にその状態で第１モータ・ジェネレータ２によるエンジン１の始動を行った場合には、それ以前のＥＶ走行における第１モータ・ジェネレータ２の駆動トルクが０になることによる駆動力の落ち込みが大きくなり、運転者にショックや違和感を与えてしまう可能性があるからである。したがって、このステップＳ４で実行される制御は、運転者に対するショックや違和感の発生を防止するために、ＥＶ走行中の第１モータ・ジェネレータ２によるエンジン１の始動を、要求駆動トルクが小さくなる状況を待って実行させるためのものである。

これに対して、要求駆動トルクが所定値δ以下であることにより、ステップＳ４で肯定的に判断された場合には、ステップＳ５へ進み、要求駆動トルクに基づいて実際に発生させられるＥＶ走行中の車両Ｖｅの実駆動力が、低下目標値εまで徐々に低下させられる。この低下目標値εは、ＥＶ走行中にエンジン１を始動する際の駆動トルクの落ち込みを可及的に少なくするように設定される値であり、この発明における低下目標値に相当するものである。

上記のステップＳ４で要求駆動トルクが所定値δ以下になる状況を待った場合であっても、車両Ｖｅの実駆動力は依然として所定の大きさを持っているため、その状態でエンジン１を始動すれば、不可避的に駆動トルクの落ち込みによるショックが発生する。そこでこのステップＳ５では、エンジン１の始動時のショックをより適切に防止するために、そのエンジン１の始動に先立って、車両Ｖｅの実駆動力が低下目標値εまで漸減させられる。

車両Ｖｅの実駆動力を低下目標値εまで低下させる場合、図４のタイムチャートにおいて一点鎖線で示すように、第１モータ・ジェネレータ２のエンジン始動反力分を、第２モータ・ジェネレータ３によって補償することが可能なトルクを考慮した所定値ε１まで実駆動力を徐々に低下させることにより、駆動トルクの落ち込みによるショックを発生させることなく、エンジン１を始動させることができる。ただし、この場合は、比較的長時間にわたり、また比較的多くの低下量Δε１で実駆動力を漸減させることになる。そのため、実駆動力の漸減に伴う違和感を運転者に与えてしまう可能性がある。したがって、実駆動力を低下させる際には、駆動トルクの落ち込みによるショックの影響度と、実駆動力を漸減させる際の違和感の影響度とのバランスを考慮して、運転者に与える影響が可及的に小さくなるように低下させるのが好ましい。

例えば、図４のタイムチャートにおいて実線で示すように、エンジン１を始動する際の多少のショックは許容しつつ、駆動トルクの落ち込みを抑制するために、実駆動力が第１モータ・ジェネレータ２による駆動力の負担分を考慮した所定値ε２まで徐々に低下させられる。この場合、エンジン１を始動する際に若干の駆動トルクの落ち込みは発生するものの、実駆動力が所定値ε２まで低下させられていることから、駆動トルクの落ち込みによるショックは抑制され、運転者に与える影響は小さい。またこの場合は、実駆動力を漸減する時間も比較的短くて済み、また比較的少ない低下量Δε２で漸減させることになるので、その実駆動力の漸減に伴う違和感の影響も小さくなる。

一方、前述のステップＳ３において、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値βよりも低いことにより否定的に判断された場合には、ステップＳ４の制御を飛ばして、上記のステップＳ５へ進み、同様に、ＥＶ走行中の車両Ｖｅの実駆動力が、低下目標値εまで徐々に低下させられる。すなわち、この場合は、バッテリ１０にＳＯＣがエンジン始動閾値βよりも低く、速やかにバッテリ１０を充電する必要があるので、要求駆動トルクが所定値δ以下になる状況を待つことなく、直ちに、実駆動力の漸減が実行される。

なお、この図３のフローチャートに示す一連の制御において、前述のステップＳ４の制御は省略することもできる。すなわち、前述のステップＳ３で、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値β以上であることにより肯定的に判断された場合であっても、ステップＳ４を飛ばし、上記のステップＳ５の制御を実行してもよい。

そして、上記のようにして、ステップＳ５で実駆動力が低下目標値εまで低下させられると、エンジン１が始動され、車両Ｖｅの走行状態が、ＣＤモードからＣＳ（Charge
Sustaining）モードへ移行する（ステップＳ６）。すなわち、ＥＶ走行していた車両Ｖｅが、そのエンジン１が始動されてＨＶ走行することになる。そしてその後、このルーチンを一旦終了する。なお、このＣＳモードでは、車両Ｖｅは基本的にＨＶ走行することになるが、例えば軽負荷の場合にはＥＶ走行することもある。したがって、ＣＳモード中にエンジン１の運転停止および再始動が行われる場合もあるが、その場合は、バッテリ１０のＳＯＣが充電が必要になるまで低下することはないので、この発明の制御の対象にはしていない。

なお、この発明では、バッテリ１０のＳＯＣが低下したことを運転者に認識させるための告知手段を設けておくことが好ましい。例えば、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値αやエンジン始動閾値βの近くまで低下した場合に、音声や効果音を発してＳＯＣの低下を運転者に知らせる警告装置や、光や文字を表示してＳＯＣの低下を運転者に知らせる表示装置などを装備することができる。そのような告知手段を装備することにより、ＳＯＣの低下を早期に運転者に認識させることができ、例えば運転者の意志によってエンジン１を始動させ、ＳＯＣの過度の低下を未然に防止することができる。また、運転者がＳＯＣの低下を早期に認識できることにより、その後のエンジン１の始動時に生じる駆動力低下を、運転者に予見させておくことができ、エンジン１を始動する際の駆動力低下をショックや違和感に感じさせずに済ませることができる。すなわち、ドライバビリティの低下を回避することができる。

上記のように図３のフローチャートに示す制御を実行した場合の車両Ｖｅの挙動を、図５のタイムチャートに示してある。車両Ｖｅは、ＥＶ走行中にバッテリ１０の電力を消費することにより、バッテリ１０のＳＯＣが徐々に低下する。そして、この図５のタイムチャートにおいて一点鎖線で示すように、時刻ｔ１でバッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値α以下になると、そのＳＯＣがエンジン始動閾値β以上であるか否かが判断され、未だＳＯＣがエンジン始動閾値βまで低下していない場合には、要求駆動トルクが所定値δ以下である場合に、実駆動力が徐々に低下するように制御される。

この場合は、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値αとエンジン始動閾値βとの間の範囲内で、すなわちＳＯＣがエンジン始動閾値β以下まで低下する以前に、実駆動力の漸減が開始され、続いて、エンジン１が始動されてバッテリ１０の充電が再開される。したがって、未だＳＯＣがエンジン始動閾値β以下まで低下する以前の、バッテリ１０に比較的余裕がある状態で充電が再開されるため、バッテリ１０のＳＯＣが過度に低下してしまうことはない。そして、第１モータ・ジェネレータ２によるエンジン１の始動は、車両Ｖｅの実駆動力が低下目標値εまで低下させられた後に行われる。そのため、始動時の駆動力の落ち込みを少なくすることができ、その駆動力の落ち込みに起因するショックや違和感の発生を確実に防止もしくは抑制することができる。

また、この図５のタイムチャートにおいて実線で示すように、時刻ｔ２でバッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値βよりも低くなると、この場合は要求駆動トルクが所定値δ以下になる状況を待つことなく、直ちに、実駆動力が徐々に低下するように制御される。そしてその後、エンジン１が始動されてバッテリ１０の充電が再開される。すなわち、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値βよりも低い場合は、バッテリ１０は余裕が少ないと判断できるので、速やかにバッテリ１０の充電が再開されるように制御される。そのため、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値βよりも低い状態が速やかに解消され、ＳＯＣが過度に低下してしまうことによるバッテリ性能の低下を確実に回避することができる。

なお、エンジン１が始動された後、すなわち、車両Ｖｅの走行状態がＣＤモード（ＥＶ走行）からＣＳモード（ＨＶ走行）へ移行された後は、バッテリ１０はＳＯＣ制御中心値Ｔを目標値として制御される。図５のタイムチャートからも分かるように、このＳＯＣ制御中心値Ｔは、エンジン始動閾値αとエンジン始動閾値βとのほぼ中間の値となっている。言い換えれば、エンジン始動閾値αおよびエンジン始動閾値βは、それぞれ、このＳＯＣ制御中心値Ｔを基準値として、ＳＯＣ制御中心値Ｔの上下にそれぞれ所定の幅を持った値として設定されている。

（他の制御例）
上記のように車両Ｖｅの実駆動力を漸減させる制御の他の制御例を、図６のタイムチャートに示して説明する。上記のようにこの発明では、ＥＶ走行時には、第１モータ・ジェネレータ２によるエンジン１の始動に先立って、車両Ｖｅの実駆動力が低下目標値εまで漸減される。この実駆動力の漸減は、既定値として予め一律に設定された低下目標値εに基づいて行うことができるが、例えば、要求駆動トルクの大きさに応じた可変値として随時設定される低下目標量に基づいて行うこともできる。

図６のタイムチャートにおいて、要求駆動トルクが高い場合を実線で示し、要求駆動トルクが低い場合を一点鎖線で示している。この図６のタイムチャートに示す例では、実駆動力を漸減させる際の低下目標量が、要求駆動トルクが大きくなるほど低下量が多くなるように設定されている。具体的には、要求駆動トルクが相対的に大きい場合は、低下量が相対的に多くなるように低下目標量Δε３が設定され、要求駆動トルクが相対的に小さい場合は、低下量が相対的に少なくなるように低下目標量Δε４が設定されている。したがって、要求駆動トルクが相対的に大きく、エンジン１を始動させる際の駆動力の落ち込みが大きくなることが予測される状態では、相対的に多い低下量で実駆動力が漸減される。そして、要求駆動トルクが相対的に小さく、エンジン１を始動させる際の駆動力の落ち込みが比較的小さいことが予測される状態では、相対的に少ない低下量で、実駆動力が漸減される。

このように実駆動力を漸減させる際の低下目標量Δε３，Δε４を、要求駆動トルクの大きさに応じた可変値として設定することにより、その実駆動力の漸減量とエンジン１を始動する際の実駆動力の低下量とを総合的に考慮し、ショックや違和感の低減のために最も有利なように、低下目標量Δε３，Δε４を設定して実駆動力を漸減させることができる。例えば、運転者は、実駆動力の漸減させる際の実駆動力の変化よりも、エンジン１を始動する際の実駆動力の落ち込みの方が、ショックとして感じ易い。エンジン１を始動する際の実駆動力の落ち込みの方が、実駆動力の漸減させる際の変化よりも加速度の変化率、すなわちジャークが大きいからである。したがって、実駆動力を漸減させる際のジャークと、エンジン１の始動時の実駆動力の落ち込みの際のジャークとを比較することにより、あるいは、実駆動力の全低下量に対して、漸減の際の低下量と、エンジン１の始動時の実駆動力の落ち込みの際の低下量との割合や配分を考慮することにより、ショックや違和感の低減のために最も有利なように、低下目標量Δε３，Δε４を設定することができる。そのため、ＥＶ走行時にエンジン１を始動する際の駆動力の落ち込みに起因するショックや違和感の発生を確実に防止もしくは抑制することができる。

なお、上記の低下目標量Δε３，Δε４は、上記のように要求駆動トルクの大きさに応じて決められることに加えて、車速の大きさに応じて決められる可変値とすることもできる。例えば、所定の車速毎に、上記のように要求駆動トルクの大きさに応じて決められる可変値とすることができる。そうすることにより、より精度の良い制御を実行することができる。

以上のように、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、ＥＶ走行中にバッテリ１０のＳＯＣが第１の閾値であるエンジン始動閾値αと第２の閾値であるエンジン始動閾値βとの間の範囲内に低下し、かつＥＶ走行における要求駆動トルクが所定値δ以下になった場合に、エンジン１の始動に先立って、要求駆動トルクに基づいて車両Ｖｅの実駆動力が、低下目標値εまで、もしくは低下目標量Δε分、徐々に低下させられる。また、バッテリ１０のＳＯＣがエンジン始動閾値βよりも低い値に低下した場合には、直ちに、車両Ｖｅの実駆動力が、低下目標値εまで、もしくは低下目標量Δε分、徐々に低下させられる。そしてその後、エンジン１が始動される。そのため、ＥＶ走行時にエンジン１を始動する際の実駆動力の落ち込みを可及的に少なくすることができ、その実駆動力の落ち込みに起因するショックや違和感の発生を防止もしくは抑制することができる。

ここで、上述した具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を実行する機能的手段が、この発明における「低下手段」に相当し、ステップＳ６を実行する機能的手段が、この発明における「始動手段」に相当する。

なお、上述した具体例では、この発明における駆動力制御の対象とするハイブリッド車両として、内燃機関としてエンジン１と、電動機として第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３とを備えた、いわゆる２モータタイプのハイブリッド車両の構成を例に挙げて説明したが、例えば、エンジンと、３基以上の複数のモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両であってもよい。また、外部電源から直接バッテリを充電することが可能ないわゆるプラグインハイブリッド車両であってもよい。

１…エンジン（ＥＮＧ；内燃機関）、 １ａ…出力軸、 ２…第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１；電動機）、 ２ａ…回転軸、 ３…第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２；電動機）、 ３ａ…回転軸、 ４…駆動軸、 ５…動力分割機構、 ５ｃ…キャリア（第１回転要素）、 ５ｓ…サンギヤ（第２回転要素）、 ５ｒ…リングギヤ（第３回転要素）、 ８…ブレーキ装置（固定手段）、 ９…ワンウェイクラッチ（固定手段）、 １０…バッテリ、 １１…電子制御装置（ＥＣＵ）、 １４…ＳＯＣセンサ、 Ｖｅ…ハイブリッド車両。

Claims (2)

1. 内燃機関および複数の電動機を駆動力源とするハイブリッド車両であって、第１回転要素、第２回転要素、および第３回転要素を有する差動歯車装置からなる動力分割機構と、前記各電動機に対する駆動電力を供給しかつ前記各電動機で発電された発電電力を蓄電するバッテリと、前記内燃機関の出力軸の回転を固定もしくは制限する固定手段とを備え、前記出力軸と前記第１回転要素とが連結され、前記複数の電動機のうち第１電動機の回転軸と前記第２回転要素とが連結され、第２電動機の回転軸と前記第３回転要素および駆動軸とがそれぞれ連結されたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記バッテリの充電状態の程度を示すＳＯＣに対する前記内燃機関の始動の要否を判断するための閾値として、第１の閾値と、前記第１の閾値よりも値が低い第２の閾値とを設定し、前記内燃機関の運転を停止しかつ前記固定手段により前記出力軸の回転を停止させた状態で前記電動機のみを駆動力源として走行するＥＶ走行時に、前記ＳＯＣが前記第１の閾値と前記第２の閾値との間である場合は、前記ハイブリッド車両への要求駆動力が前記内燃機関の始動を判断するための閾値として予め定めた所定値以下になった場合に、前記ＥＶ走行時における前記ハイブリッド車両の実駆動力を予め設定した低下目標値まで低下させ、前記ＳＯＣが前記第２の閾値よりも低い場合には、前記要求駆動力の大小にかかわらず、前記実駆動力を前記低下目標値まで低下させる低下手段と、
   前記低下手段により前記実駆動力を前記低下目標値まで低下させた後に、前記第１電動機の出力により前記出力軸の回転数を上昇させて前記内燃機関を始動させる始動手段と
   を備えていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記低下手段は、前記要求駆動力の大きさに応じて設定される低下目標量だけ前記実駆動力を低下させることにより、前記実駆動力を前記低下目標値まで低下させる手段を含む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。

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