(57)【要約】【課題】要求される動力を充足しつつ、排気エミッションが悪化することを抑制できるハイブリッド車両の駆動力制御装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両に要求されるパワーPvが、エンジンの空燃比を所定値に維持して出力可能なエンジン上限パワーPemax以上の場合に、要求されるパワーPvがエンジン上限パワーPemax未満の場合に設定される蓄電装置の下限充電残量よりも充電残量が低くなるように蓄電装置の下限充電残量を補正し、エンジンの出力パワーをエンジン上限パワーPemaxに維持しつつ、要求パワーを充足するように補正された下限充電残量の範囲内で蓄電装置からモータに電力を出力する（ステップＳ１０）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、駆動輪に連結されたモータと、前記モータに電力を供給する蓄電装置とを備え、前記エンジンを作動することにより発生するエネルギーに、前記蓄電装置に充電された電気エネルギーを加えた走行エネルギーによって走行できるハイブリッド車両の駆動力制御装置において、
前記ハイブリッド車両に要求されるパワーが、前記エンジンの空燃比を所定値に維持して出力可能なエンジン上限パワー以上の場合に、前記要求されるパワーが前記エンジン上限パワー未満の場合に設定される前記蓄電装置の下限充電残量よりも充電残量が低くなるように前記蓄電装置の下限充電残量を補正し、
前記エンジンの出力パワーを前記エンジン上限パワーに維持しつつ、前記要求されるパワーを充足するように前記補正された前記下限充電残量の範囲内で前記蓄電装置から前記モータに電力を出力する
ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンを作動することにより発生するエネルギーと、蓄電装置に充電されたエネルギーとを走行エネルギーとして走行可能なハイブリッド車両の駆動力制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンの出力側に駆動用モータが連結され、更にその駆動用モータの出力側に自動変速機が連結されたハイブリッド車両の駆動力制御装置が記載されている。このエンジンには、排気を浄化するための触媒装置が連結されている。そして、上記の駆動力制御装置は、触媒装置を活性化させるための暖気運転中に、エンジン回転数が低回転数となるように自動変速機の変速比を高車速側の変速比に設定するとともに、エンジンの出力を可能な範囲で低下させ、車両に要求される動力とエンジンの出力（パワー）との差である不足パワーを、駆動用モータから出力して走行するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６９４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された駆動力制御装置は、駆動用モータから充分な動力を出力することができる場合には、車両に要求される動力を充足しつつ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。一方、駆動用モータに電力を供給する蓄電装置は、所定の走行条件の場合のみに許容される充電残量の制御下限値と、その制御下限値よりも充電残量が多く定められている常用下限値とが設定されており、通常走行時には、常用下限値までの範囲で蓄電装置の出力電力などが定められている。したがって、蓄電装置の充電残量が常用下限値近傍まで低下している場合などには、駆動用モータに供給可能な電力が制限されるため、駆動用モータから充分な動力を出力できない場合がある。そのような場合は、車両に要求される動力を充足させるためには、エンジンの出力を増大させることになるため、排気エミッションが悪化する可能性がある。
【０００５】
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、要求される動力を充足しつつ、排気エミッションが悪化することを抑制できるハイブリッド車両の駆動力制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記の目的を達成するために、エンジンと、駆動輪に連結されたモータと、前記モータに電力を供給する蓄電装置とを備え、前記エンジンを作動することにより発生するエネルギーに、前記蓄電装置に充電された電気エネルギーを加えた走行エネルギーによって走行できるハイブリッド車両の駆動力制御装置において、前記ハイブリッド車両に要求されるパワーが、前記エンジンの空燃比を所定値に維持して出力可能なエンジン上限パワー以上の場合に、前記要求されるパワーが前記エンジン上限パワー未満の場合に設定される前記蓄電装置の下限充電残量よりも充電残量が低くなるように前記蓄電装置の下限充電残量を補正し、前記エンジンの出力パワーを前記エンジン上限パワーに維持しつつ、前記要求されるパワーを充足するように前記補正された前記下限充電残量の範囲内で前記蓄電装置から前記モータに電力を出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、ハイブリッド車両に要求されるパワーが、エンジンの空燃比を所定値に維持して出力可能なエンジン上限パワー以上の場合に、蓄電装置の下限充電残量を低下させるように構成されている。すなわち、蓄電装置からモータに供給可能な電力を増大させるように構成されている。そして、エンジンの出力パワーをエンジン上限パワーに維持しつつ、要求パワーを充足するように補正された下限充電残量の範囲内で蓄電装置からモータに電力を出力する。そのため、要求パワーが比較的高く、また蓄電装置の充電残量が少ない場合であっても、エンジンの排気エミッションが悪化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明で対象とすることのできる車両の一例を示す模式図である。
【図２】この発明の実施形態における駆動力制御装置の制御例を説明するためのフローチャートである。
【図３】SOCの下限値を算出するためのマップの一例を示す図である。
【図４】放電電力の上限値を定めるためのマップの一例を示す図である。
【図５】図２に示す制御例を実行した場合におけるSOC、蓄電装置の出力電力、エンジンの出力パワー、空燃比の変化を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両は、エンジンを作動することにより発生するエネルギーと、蓄電装置に充電されたエネルギーとをエネルギー源として走行可能な車両であって、エンジンの出力トルクにモータの出力トルクを加算して走行できるパラレルハイブリッド車両や、エンジンの動力を電力に変換し、その電力をモータに供給するとともに、必要に応じて蓄電装置の電力をモータに供給して走行できるシリーズハイブリッド車両などである。
【００１０】
この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両（以下、単に車両と記す）の一例を説明するための模式図を図１に示してある。図１に示す車両１は、従来知られているフロントエンジン・後輪駆動車（ＦＲ車）をベースとした四輪駆動車の例である。この車両１は、車体の前方側にエンジン（Ｅ／Ｇ）２が車体の後方に向けて配置されており、そのエンジン２に続けてダンパ機構３と第１モータ（ＭＧ１）４と自動変速機（Ａ／Ｔ）５とが順に配列されている。
【００１１】
エンジン２は、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であり、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（アクセル開度）などの要求駆動力に応じてスロットル開度や燃料噴射量が制御されて要求動力に応じた動力（パワー）を発生するように構成されている。また、エンジン２に連結された図示しない排気管には、排気エミッションを浄化するための触媒装置が設けられている。この触媒装置は、従来知られているものと同様に構成することができ、エンジン２の排気の熱などにより暖機されて活性化させられる。
【００１２】
そのエンジン２の出力トルクは、従来知られているように混合気を燃焼させるサイクルに応じたトルクの変動（脈動）を含むため、そのトルクの変動を減衰して出力するためのダンパ機構３がエンジン２の出力軸６に連結されている。このダンパ機構３は、バネ力を介してトルクを伝達するバネダンパや、質量体が揺動することによりトルクの変動を低減させる振り子ダンパなどのいずれのダンパ機構であってもよい。図１に示す例では、バネダンパ３が設けられ、その出力軸７が第１モータ４のロータ軸に連結されている。この第１モータ４は、永久磁石式同期電動機などの発電機能のあるモータ（モータ・ジェネレータ：ＭＧ）であり、図１に示す例においては主として発電機として機能する。
【００１３】
また、自動変速機５は、従来知られている有段式の自動変速機や無段式の自動変速機であってよく、図１に示す例では、クラッチやブレーキなどの複数の係合機構を備え、それらの係合機構の係合および解放の状態に応じて、複数の前進段や後進段を設定できる有段式の自動変速機を示している。なお、自動変速機５に加えて、エンジントルクを伝達する方向を選択的に反転させることができる前後進切替機構などを更に設けていてよい。
【００１４】
図１に示す自動変速機５は、複数の係合機構のうちの少なくともいずれか一つの係合機構８を解放することにより、エンジン２と後輪９とのトルクの伝達を遮断したニュートラル状態を形成できるように構成されている。なお、無段式の自動変速機を備える場合には、前後進切替機構に設けられる係合機構を解放することによりニュートラル状態を形成できるように構成してもよい。また、自動変速機５の構成に関わらず、エンジン２の出力軸６と自動変速機５の入力軸１０とのトルクの伝達を遮断し、または自動変速機５の出力軸と後輪９とのトルクの伝達を遮断できる発進クラッチを設けていてもよい。
【００１５】
図１に示す例では、自動変速機５には、副変速機１１が設けられている。この副変速機１１は、例えば、自動変速機５の出力軸と後輪９との変速比が大きいローギヤ段と、その変速比が小さいギヤ段とを選択的に設定できるものなどいずれの構成であってもよい。そして、副変速機１１にリヤプロペラシャフト１２を介してリヤデファレンシャルギヤユニット１３が連結されており、リヤデファレンシャルギヤユニット１３から左右の後輪９に駆動トルクが伝達される。
【００１６】
また、図１に示す例では、リヤプロペラシャフト１２と平行にフロントプロペラシャフト１４が配置されている。このフロントプロペラシャフト１４には、フロントデファレンシャルギヤ１５を介して前輪１６が連結されている。
【００１７】
上記のフロントプロペラシャフト１４を駆動する第２モータ（ＭＧ２）１７が減速機構１８を介してトルク伝達可能に設けられている。この減速機構１８は、第２モータ１７のトルクを二段階に増幅してフロントプロペラシャフト１４にトルクが伝達されるように構成されており、図１に示す減速機構１８は、所定のギヤ比となる減速ギヤ対１８ａと、シングルピニオン型の遊星歯車機構１８ｂとにより構成されている。
【００１８】
具体的には、第２モータ１７の出力軸１９に出力ギヤ２０が取り付けられており、出力ギヤ２０よりも大径のドリブンギヤ２１が出力ギヤ２０に噛み合っている。また、ドリブンギヤ２１に取り付けられた出力軸２２が、遊星歯車機構１８ｂのサンギヤ２３に連結されている。さらに、遊星歯車機構１８ｂのリングギヤ２４とケースなどの固定部Ｃに選択的に連結できるブレーキ機構Ｂが設けられ、キャリヤ２５がフロントプロペラシャフト１４に連結されている。したがって、ブレーキ機構Ｂを係合してリングギヤ２４の回転を停止することにより、サンギヤ２３に伝達されたトルクが増幅されてフロントプロペラシャフト１４に伝達され、それとは反対に、ブレーキ機構Ｂを解放してリングギヤ２４が空転できるようにすることにより、遊星歯車機構１８ｂを介した第２モータ１７と前輪１６とのトルクの伝達が遮断される。なお、第１モータ４と同様に永久磁石式同期電動機などの発電機能のあるモータによって構成することができる。上記の第２モータ１７が、この発明の実施形態における「モータ」に相当する。
【００１９】
第１モータ４と第２モータ１７とは、蓄電池やキャパシターなどの蓄電装置（ＢＡＴＴ）にそれぞれ電気的に接続されている。したがって、第１モータ４および第２モータ１７を蓄電装置の電力によってモータとして機能させ、あるいはこれらのモータ４，１７で発電した電力を蓄電装置に充電することが可能である。また、第１モータ４で発電した電力によって第２モータ１７をモータとして機能させ、その第２モータ１７のトルクで走行することも可能である。
【００２０】
上述したエンジン２、各モータ４，１７、自動変速機５などを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２６が設けられている。このＥＣＵ２６はマイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されるデータおよび予め記憶しているデータに基づいて演算を行い、演算の結果を制御指令信号として出力するように構成されている。ＥＣＵ２６は、エンジン２などの上述した機器を制御するためのものであるから、エンジン用ＥＣＵやモータ用ＥＣＵならびに自動変速機用ＥＣＵなどを統合した制御装置であってもよく、あるいはこれらの各ＥＣＵに指令信号を出力する上位の制御装置であってもよい。なお、このＥＣＵ２６が、以下に示すフローチャートを実行するように構成されている。
【００２１】
入力されるデータは、車速Ｖ、アクセル開度ＡCC、蓄電装置の充電残量SOC、エンジン回転数Ｎｅ、自動変速機５の入力軸（ダンパ機構３の出力軸）１０の回転数ＮT、エンジン２の空燃比（Ａ／Ｆ）などである。また、制御指令信号として、第１モータ（ＭＧ１）４の制御信号、第２モータ（ＭＧ２）１７の制御信号、エンジン２における電子スロットルバルブの開度信号、変速段制御信号などが出力される。
【００２２】
上述したように構成された車両１は、エンジン２のみを駆動力源として走行するエンジン走行モードや、エンジン２と第２モータ１７とを駆動力源として走行するＨＶ走行モード、あるいは第２モータ１７のみを駆動力源として走行するＥＶ走行モードなどを設定することができる。言い換えると、エンジン走行モードは、エンジン２を駆動することにより発生するエネルギーのみをエネルギー源として走行し、つまり蓄電装置に充電された電力を使用することなく走行し、ＥＶ走行モードは、蓄電装置に充電された電力のみをエネルギー源として走行し、ＨＶ走行モードは、エンジン２を駆動することにより発生するエネルギーに加えて、蓄電装置に充電された電力を使用して走行する。したがって、例えば、エンジン２から出力された動力の全てを第１モータ４により電力に変換して、その変換された電力のみを第２モータ１７に供給する場合には、エンジン走行モードとなり、エンジン２から出力された動力の一部を第１モータ４により電力に変換し、エンジン２から駆動輪に伝達される動力に加えて、第１モータ４および蓄電装置から第２モータ１７に供給される電力によって第２モータ１７から動力を出力する場合には、ＨＶ走行モードとなる。
【００２３】
上述した車両１は、エンジン２から最大パワーを出力し、かつ蓄電装置から最大電力を出力した場合に、車両１全体としての最大走行パワーを発生できる。一方、エンジン２から最大パワーを出力する場合、言い換えると、エンジン２の動力が所定値以上の場合には、動力を伝達する回転部材の耐久性の低下などを要因として、空燃比が理想空燃比よりも低いリッチ状態で運転することになり、排気エミッションが悪化する可能性がある。また、蓄電装置のSOCが低い場合には、蓄電装置の出力電力が制限される場合がある。そのため、この発明の実施形態におけるハイブリッド車両の駆動力制御装置は、エンジン２に要求される動力が、エンジン２の空燃比を低下させる必要がある動力よりも大きい場合には、蓄電装置の下限SOCを、通常時に設定される常用下限値から、蓄電装置の特性上定められる制御下限値までの範囲内で低下させて、蓄電装置の出力電力を増加させることができるように構成されている。
【００２４】
その制御の一例を説明するためのフローチャートを図２に示してある。図２に示す例では、まず、車両１に要求されるパワー（以下、車両要求パワーと記す）Pvを算出する（ステップＳ１）。このステップＳ１は、アクセル開度センサで検出されたアクセル開度に基づく要求駆動力と、車速センサで検出された車速とに基づいて算出することができる。
【００２５】
ついで、蓄電装置の充放電要求量（以下、要求電力と記す）Pbを算出する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、蓄電装置のSOCを回復させるために要求される充電要求量や、エコモードなどの燃費を良好とするモードが設定されている場合などの蓄電装置からの放電電力量などに基づいて算出される。なお、補機類を駆動するためなどにより要求される充電量も含まれる。
【００２６】
ステップＳ２についで、所定時間継続して電力を出力した場合に蓄電装置の耐久性が低下することを抑制するための充放電力の上下限値limit1を算出し、その算出された上下限値limit1で、要求電力Pbをガードする（ステップＳ３）。この上下限値limit1は、蓄電装置の現在の温度やSOCなどに基づいて算出することができる。
【００２７】
ついで、ステップＳ１で求められた車両要求パワーPvが、エンジン２の上限パワーPemaxよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ４）。このステップＳ４は、エンジン２の排気エミッションを変更することなく、エンジン２の動力のみで車両要求パワーPvを充足できるか否かを判断するためのステップであり、したがって、エンジン２の上限出力（以下、エンジン上限パワーと記す）Pemaxは、空燃比を理論空燃比よりも低い値に変更すれば出力可能な最大パワーよりも小さい値である。
【００２８】
車両要求パワーPvが、エンジン上限パワーPemaxよりも大きいことによりステップＳ４で肯定的に判断された場合は、車両要求パワーPvを充足するための動力をエンジン２のみから出力すると、排気エミッションが悪化する可能性がある。そのため、エンジン２の出力をエンジン上限パワーPemaxに設定し、不足するエネルギーを蓄電装置の電力で補うように構成されている。すなわち、蓄電装置から第２モータ１７に出力するべき電力を求め、その電力を上記要求電力Pbとして書き換える（ステップＳ５）。つまり、車両要求パワーPvからエンジン上限パワーPemaxを減算して、蓄電装置から第２モータ１７に出力するべき電力を求めて、その電力を要求電力Pbとして書き換える。
【００２９】
ついで、放電電力の上限値Pbmaxを算出する（ステップＳ６）。このステップＳ６は、常用時に設定されている下限値よりもSOCが低下することを許容し、その許容された範囲で放電可能な電力量を求める。言い換えると、SOCの下限値を補正する。具体的には、例えば、蓄電装置の温度などの蓄電装置の状態と車速とをパラメータとした図３に示すマップから、SOCの下限値SOC_minを算出する。なお、図３に示すマップは、横軸に車速を採り、縦軸にSOCの下限値SOC_minを採っており、減速時における回生エネルギーによりSOCを増大させることができるため、高車速ほど、SOCの下限値SOC_minを低く設定するように定められている。また、蓄電装置の温度が第１所定温度よりも高温の場合や、第１所定温度よりも低温の第２所定温度以下の場合には、蓄電装置の耐久性の低下を抑制するために回生（発電）電力が制限されるため、第１所定温度よりも高温の場合は、高くなるほど、車速に対するSOCの下限値SOC_minが大きくなるように定められ、また第２所定温度以下の場合には、温度が低くなるほど、車速に対するSOCの下限値SOC_minが高くなるように定められている。なお、触媒装置を暖機している間に第２モータ１７のみの動力で走行する際に許容される下限値（制御下限値）を、SOCの下限値SOC_minの最小値の限度としている。
【００３０】
また、SOCの下限値SOC_minは、例えば、蓄電装置の温度などに基づいて定められる入力可能電力（Ｗ）と、停車までの最短時間との積算値を、蓄電装置の容量で除算し、そのように算出された値を、常用時に設定されるSOCの下限値から減算して求めてもよい。すなわち、現在から停車までに発電される最少電力量に基づいてSOCの下限値SOC_minを求めてもよい。
【００３１】
そして、上述したように算出されたSOCの下限値SOC_minに基づいて放電電力の上限値Pbmaxを図４に示すマップから算出できる。このマップは、横軸に、現在のSOCから上述したように算出されたSOCの下限値SOC_minを減算した値を採り、縦軸に放電電力の上限値を採ってあり、現在のSOCがSOCの下限値SOC_minと同一である場合に、放電電力の上限値が「０」となり、現在のSOCが多いほど、放電電力の上限値が高くなるように設定されている。
【００３２】
ついで、ステップＳ３で設定された上限ガードに加えて、ステップＳ６で算出された放電電力の上限値Pbmaxで上限ガードする（ステップＳ７）。すなわち、ステップＳ３とステップＳ６とのうちの放電電力が低い方の値が実質的な上限ガードとなる。
【００３３】
また、エンジン２の出力パワーが、エンジン２の排気エミッションが悪化する増量域とならないように、要求パワーPvからエンジン上限パワーPemaxを減算した値で放電電力を下限ガードする（ステップＳ８）。すなわち、ステップＳ３で設定された下限ガードとステップＳ８で設定された下限ガードとのうち放電電力が多い方の値が実質的な下限ガードとなる。
【００３４】
ステップＳ８についで、または車両要求パワーPvが、エンジン上限パワーPemax以下であることによりステップＳ４で否定的に判断された場合には、蓄電装置の入力可能電力および出力可能電力によって上下限をガードする（ステップＳ９）。このステップＳ９における入力可能電力および出力可能電力は、極短時間で入力可能な上限電力または出力可能な上限電力であって、蓄電装置の温度やSOCなどに応じて予め定められている。
【００３５】
そして、上述したステップＳ３やステップＳ７ないしステップＳ９で制限された範囲での蓄電装置の充放電力Pbreqを、要求パワーPvから減算して、エンジン２の要求パワーPereqを設定して（ステップＳ１０）、このルーチンを一旦終了する。なお、この発明の実施形態における車両の駆動力制御装置は、エンジン２の動力を主体とし、第２モータ１７はアシストモータとして設けているため、ステップＳ１０における蓄電装置の充放電力Pbreqは、蓄電装置の放電電力が可能な範囲で少なくなるように設定される。
【００３６】
上述した制御例を実行した場合におけるSOC、蓄電装置の出力電力Pb、エンジン２の出力パワーPe、空燃比A/Fの変化を説明するためのタイムチャートを図５に示してある。なお、上述した制御例を実行しない場合における蓄電装置の出力電力Pbおよびエンジン２の出力パワーPeの変化を破線で示している。
【００３７】
図５に示す例では、停車時から所定車速まで加速し、その後、一時的に定速走行した後に、停車に向けて減速した例を示しており、ｔ０時点では、いわゆるクリープトルクを出力するために第２モータ１７からトルクを出力しており、その結果、蓄電装置の出力電力Pbが僅かに放電側となっている。また、SOCが緩やかに減少している。
【００３８】
ｔ１時点でアクセルペダルが踏み込まれるなどにより、要求パワーPvが増大し始め、それに伴ってエンジン２の出力パワーPeが増大し始めている。そして、ｔ２時点で要求パワーPvが、エンジン上限パワーPemaxよりも大きくなることにより、上述したステップＳ４で肯定的に判断され、その結果、破線で示すようにSOCの常用下限値よりもSOCの下限値が低下させられている。そのため、蓄電装置の出力電力Pbが増大され、エンジン２の出力パワーPeが、エンジン上限パワーPemaxに維持されている。なお、エンジン上限パワーPemaxは、上述したように排気エミッションを悪化させることがないように、言い換えると、空燃比A/Fを理論空燃比に維持できるように定められたものであるから、空燃比が一定に保たれている。
【００３９】
そして、要求パワーPvが低下してｔ３時点で、要求パワーがエンジン上限パワーPemax以下となることにより、SOCの下限値SOC_minが常用下限値に戻っている。また、ｔ３時点以降においても、エンジン２の出力パワーPeは、エンジン上限パワーPemaxを維持している。これは、SOCの下限値が常用下限値に戻ることにより、エンジン２の出力パワーPeをエンジン上限パワーPemaxに維持することで、エンジン２の出力パワーPeの一部を蓄電装置に充電するためである。したがって、ｔ３時点から蓄電装置の電力が負の値、すなわち発電している。
【００４０】
上述したようにハイブリッド車両に要求されるパワーPvが、エンジン２の空燃比A/Fを理論空燃比に維持して出力可能なエンジン上限パワーPemax以上の場合に、蓄電装置の下限充電残量を低下させるように構成されている。すなわち、蓄電装置から第２モータ１７に供給可能な電力を増大させるように構成されている。そして、エンジン２の出力パワーPeをエンジン上限パワーPemaxに維持しつつ、要求パワーPvを充足するように補正された下限充電残量SOC_minの範囲内で蓄電装置から第２モータ１７に電力を出力する。そのため、要求パワーPvが比較的高く、また蓄電装置の充電残量が少ない場合であっても、エンジン２の排気エミッションが悪化することを抑制することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…車両、  ２…エンジン、  ４，１７…モータ、  ９…後輪、  １６…前輪、  ２６…電子制御装置（ＥＣＵ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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