(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該２つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両であって、
前記エンジンから駆動軸まで動力を伝達する伝達経路上の少なくとも１カ所において回転トルクを検出するトルク検出手段と、
該駆動軸の目標回転状態を設定する回転状態設定手段と、
車両の運転状態および該目標回転状態に応じて前記エンジンの運転を制御するエンジン制御手段と、
前記エンジンの運転状態および目標回転状態に応じて前記動力調整装置を制御する動力調整装置制御手段と、
前記駆動軸に出力されるトルクを、前記エンジンの運転状態に応じて選択された前記トルク検出手段による検出結果と前記電動機に対するトルク指令値のいずれか一方に基づいて特定する出力トルク特定手段と、
該特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差を補償して前記電動機の運転を制御する電動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記載の発明であって、
前記出力トルク特定手段は、前記検出結果と前記トルク指令値との間の偏差が比較的に大きい運転状態であるとして予め設定された所定の運転状態においては前記検出結果を選択し、前記所定の運転状態以外の運転状態においては前記トルク指令値を選択し、
前記所定の運転状態は、前記エンジンの始動、前記エンジンの停止、および所定の開度以上のアクセル開度のうち少なくとも１つを含む運転状態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、
前記エンジン制御手段は、前記車両の運転状態および該目標回転状態が所定の状態にある場合に前記エンジンの始動または停止を行う手段であり、
前記動力調整装置制御手段は、前記エンジンを始動または停止するためのモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を運転する手段であり、
前記出力トルク特定手段は、該動力調整装置が前記モータリングトルクを出力することにより、前記駆動軸に出力される反力トルクを前記トルク検出手段による検出結果に基づいて特定する手段であるハイブリッド車両。
【請求項４】
請求項３記載のハイブリッド車両であって、
該車両が停車中であるか否かを判定する停車状態判定手段を備え、
前記回転状態設定手段は、停車中と判定された場合には、前記目標回転状態として、該駆動軸のトルクおよび回転数を値０に設定する手段であり、
停車中と判定された場合に、前記出力トルク特定手段および前記電動機制御手段を用いた制御を実行する停車制御手段を備えるハイブリッド車両。
【請求項５】
請求項１記載のハイブリッド車両であって、
前記動力調整装置は、発電機と、３つの回転軸がそれぞれ該発電機および前記エンジン並びに駆動軸に結合されたプラネタリギヤを備える装置であ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、
前記トルク検出手段は、前記伝達経路において前記エンジンおよび動力調整装置から前記電動機に伝達されるトルクを特定可能な位置に備えられることを特徴とす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、
前記トルク検出手段は、前記伝達経路において前記エンジン、動力調整装置および電動機から前記駆動軸に出力されるトルクを特定可能な位置に備えられることを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項８】
請求項７記載のハイブリッド車両であって、
前記電動機制御手段は、前記トルク検出手段により検出されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差に基づいて前記電動機の運転をフィードバック制御する手段であるハイブリッド車両。
【請求項９】
エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該２つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両の運転を制御する制御方法であって、
（ａ）該駆動軸の目標回転状態を設定する工程と、
（ｂ）前記エンジンを始動または停止するモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を制御する工程と、
（ｃ）前記エンジンの始動、前記エンジンの停止、および所定の開度以上のアクセル開度のうち少なくとも１つを含む予め設定された所定の条件においては前記モータリングトルクの反力トルクをトルク検出手段を用いて特定し、前記所定の条件以外の条件においては前記電動機に対するトルク指令値を用いて前記反力トルクを特定する工程と、
（ｄ）前記電動機の目標トルクとして、該特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差を補償するトルクを設定する工程と、
（ｅ）該特定されたトルクを出力するように前記電動機の運転を制御する工程とを備える制御方法。
【請求項１０】
エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該２つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両の運転を制御する制御方法であって、
（ａ）該駆動軸の目標回転状態を設定する工程と、
（ｂ）前記エンジンを始動または停止するモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を制御する工程と、
（ｃ）前記エンジンの始動、前記エンジンの停止、および所定の開度以上のアクセル開度のうち少なくとも１つを含む予め設定された所定の条件においては前記動力調整装置および前記電動機により前記駆動軸に伝達されるトルクをトルク検出手段を用いて特定し、前記所定の条件以外の条件においては前記電動機に対するトルク指令値を用いて前記駆動軸に伝達されるトルクを特定する工程と、
（ｄ）前記特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差に基づいて前記電動機をフィードバック制御する工程とを備える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと電動機とを有し、少なくともエンジン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、エンジンと電動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、エンジン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。電動機ＭＧ１はサンギヤ１２１に結合されている。電動機ＭＧ２はリングギヤ１２２に結合されている。リングギヤ１２２は駆動軸１１２に結合されるとともに、およびディファレンシャルギヤ１１４を介して車軸１１６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、エンジン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駆動軸１１２に伝達される。残余の部分は電動機ＭＧ１で電力として回生される。動力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っており、車速に応じた一定の動力が電動機ＭＧ１で電力として回生される。車軸１１６に伝達されたトルクが要求値に満たない場合には、電動機ＭＧ２から不足分のトルクを出力する。電動機ＭＧ２の駆動には、電動機ＭＧ１で回生された電力が用いられる。かかる作用により、ハイブリッド車両はエンジンから出力された動力を、車軸１１６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、電動機ＭＧ２の動力を利用してエンジンを停止したまま走行することもできる。
【０００５】
さらに、かかるハイブリッド車両は、車両が停止中および走行中のいずれの状態であっても、電動機ＭＧ１を駆動してエンジンをモータリングし、始動することもできる。上述の構成を有するハイブリッド車両では、電動機ＭＧ１からエンジンをモータリングするためのトルクを出力すると、その一部がプラネタリギヤを通じて駆動軸１１２に伝達される。電動機ＭＧ２は電動機ＭＧ１から駆動軸１１２に伝達される反力トルクを相殺して、要求トルクを出力するように制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のハイブリッド車両においては、駆動軸１１２に出力されるトルクを十分精度良く制御することができなかった。このため、車両に振動が生じ乗り心地を損ねたり、車両の応答性を損ねる場合があった。かかる現象は、エンジンの始動時など、エンジンおよび電動機の回転状態が大きく変化する過渡期において特に顕著であった。また、ハイブリッド車両では、以下の原因により、不適切なトルクが出力される影響が特に大きく現れていた。
【０００７】
エンジンのみを動力源とする通常の車両では、流体を利用したトルクコンバータやクラッチを備えているため、エンジンの回転状態の変動が車軸に伝達されるのを抑制または回避することができる。パラレルハイブリッド車両では、電動機を利用した作用により、エンジンの動力を所望の回転数およびトルクからなる動力に変換して出力することができるため、クラッチやトルクコンバータを備える必要がない場合が多い。エンジンおよび電動機からなる動力源は、機械的に車軸に結合されており、エンジンおよび電動機の回転状態の変動が駆動軸に直接伝達される。
【０００８】
また、先に説明した通り、ハイブリッド車両では、エンジンを運転した状態でも停止した状態でも走行することができる。従って、通常の車両と異なり、運転を開始した後でも、車両の運転状態に応じて頻繁にエンジンの始動および停止が行われる。
【０００９】
これらの原因により、ハイブリッド車両では、駆動軸への出力トルクの変動による乗り心地や応答性に与える影響が看過し得ない状態となっていた。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、駆動軸に出力されるトルクを精度良く制御する技術を提供することを目的とする。特に、駆動軸に出力されるトルク変動による影響が大きく現れるエンジンの始動および停止時において、エンジンのモータリングに要するトルクの反力を相殺して駆動軸に適切なトルクを出力する技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のハイブリッド車両は、
エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該２つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両であって、前記エンジンから駆動軸まで動力を伝達する伝達経路上の少なくとも１カ所において回転トルクを検出するトルクセンサと、
該駆動軸の目標回転状態を設定する回転状態設定手段と、
車両の運転状態および該目標回転状態に応じて前記エンジンの運転を制御するエンジン制御手段と、
前記エンジンの運転状態および目標回転状態に応じて前記動力調整装置を制御する動力調整装置制御手段と、
前記駆動軸に出力されるトルクを前記トルクセンサによる検出結果に基づいて特定する出力トルク特定手段と、
該特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差を補償して前記電動機の運転を制御する電動機制御手段とを備えることを要旨とする。
【００１１】
かかるハイブリッド車両によれば、上記トルクセンサにより計測されたトルクに基づいて電動機の運転を制御することができる。トルクセンサは微少な時間遅れで伝達経路上の回転トルクの変動を検出することができる。従って、上記ハイブリッド車両によれば、駆動軸に出力されるトルクを時間遅れや振動なく、適切に制御することができ、ハイブリッド車両の乗り心地を向上したり、応答性を向上したりすることができる。
【００１２】
本発明のハイブリッド車両に備えられるトルクセンサ自体は、公知の種々のトルクセンサを適用することができる。ハイブリッド車両の場合、動力の伝達経路を構成する回転軸は高速で回転するため、いわゆる非接触のトルクセンサが好ましい。特に、回転軸にトルクが加えられた際に生じる透磁率の変化を利用したセンサが精度および応答性の観点から好ましい。
【００１３】
エンジンのみを動力源とする従来の車両では、駆動軸から出力されるトルクを制御するという考え方はなかった。つまり、エンジンはアクセル開度に応じた動力を出力するように制御されるのが通常であり、駆動軸の回転数に応じて結果として所定のトルクが出力される状態であった。従って、従来の車両ではエンジンから駆動軸までの動力の伝達経路上にトルクセンサを設ける必要性はなかった。
【００１４】
これに対し、ハイブリッド車両では、エンジンの他に電動機をも動力源として備える。電動機の運転は、目標回転数および目標トルクに基づいて行われる。従って、ハイブリッド車両では、駆動軸の目標回転状態、即ち目標回転数および目標トルクを設定する必要が生じる。このように動力の伝達経路上のトルクが制御に必要なパラメータとなる点がハイブリッド車両の大きな特徴である。
【００１５】
一方、ハイブリッド車両の場合、伝達経路上のトルクは演算によって求めることが可能である。従来は、ハイブリッド車両の製造コスト低減および信頼性向上の観点から、演算により伝達経路上のトルクを特定し、電動機の目標トルクが設定されていた。かかる手法による問題点および限界については何ら指摘されていなかった。本発明者は、以下に示す通り、演算により伝達経路上のトルクを特定する際の問題点および限界を認定し、かかる問題解決のためには、伝達経路上のトルクをトルクセンサによりリアルタイムで検出することが最善の手段であることを見いだした。
【００１６】
ここでは、図１に示した構成のハイブリッド車両を例にとって、演算により伝達経路上のトルクを特定する方法およびその問題点等について説明する。図１に示した構成においては、プラネタリギヤ１２０および電動機ＭＧ１が本発明の動力調整装置に対応し、電動機ＭＧ２が本発明の電動機に対応する。
【００１７】
ハイブリッド車両において、電動機ＭＧ２の目標トルクは、駆動軸１１２から出力すべき要求トルクと電動機ＭＧ１およびエンジンから駆動軸１１２に伝達されるトルクとの差分に基づいて設定される。駆動軸１１２から出力すべきトルクは、車軸１１６から出力すべき走行トルクに対しディファレンシャルギヤ１１４のギヤ比に応じた係数を乗じることによって設定される。電動機ＭＧ１およびエンジンから駆動軸１１２に出力されるトルクは、電動機ＭＧ１、エンジンの回転状態に応じてプラネタリギヤ１２０の機械的な性質に基づき以下の通り演算することができる。
【００１８】
図２はプラネタリギヤ１２０の模式図である。プラネタリギヤ１２０は、サンギヤ１２１、リングギヤ１２２、プラネタリキャリア１２４に結合された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周知の性質を有している。各回転軸の回転数については次式（１）が成立することが知られている。
【００１９】
Ｎｒ＝（１＋ρ）Ｎｃ−ρＮｓ；
Ｎｃ＝（Ｎｒ＋ρＮｓ）／（１＋ρ）；
Ｎｓ＝（Ｎｃ−Ｎｒ）／ρ＋Ｎｃ；      …（１）
ここで、Ｎｓはサンギヤ軸１２５の回転数、Ｎｒはリングギヤ軸１２６の回転数、Ｎｃはプラネタリキャリア軸の回転数である。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
【００２０】
一方、トルクの関係は、次の運動方程式から導かれる。まず、変数を図２（ｂ）に示す通り定義する。つまり、慣性能率をＩ、角加速度をβ、トルクをＴ、半径をＲで表すものとし、それぞれサンギヤ１２１については「ｓ」、プラネタリキャリア１２４については「ｃ」、リングギヤ１２２については「ｒ」を付すものとする。さらに、リングギヤ１２２とプラネタリピニオンギヤ１２３との間に働く反力をＦｒとし、プラネタリピニオンギヤ１２３とサンギヤ１２１との間に働く反力をＦｓとする。なお、それぞれの慣性能率は、ギヤの慣性能率のみならず、そこに結合されたモータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン１５０の慣性能率をも含めた値を意味する。
【００２１】
このとき、それぞれのギヤの運動方程式は次式（２）で表される。
Ｉｓ・βｓ＝Ｔｓ−３Ｒｓ・Ｆｓ；
Ｉｃ・βｃ＝Ｔｃ＋３Ｒｓ・Ｆｓ−３Ｒｒ・Ｆｒ；
Ｉｒ・βｒ＝Ｔｒ＋３Ｒｒ・Ｆｒ；                …（２）
【００２２】
ここで、プラネタリピニオンギヤ１２３は慣性能率が略０であると考えられる。このとき、プラネタリピニオンギヤ１２３に働くモーメントは値０になるはずであるから、Ｆｓ＝−Ｆｒである。また、先に用いたギヤ比ρと半径との関係は、ρ＝Ｒｓ／Ｒｒである。さらに、Ｔａ＝３（Ｒｓ・Ｆｓ−Ｒｒ・Ｆｒ）とする。これは、それぞれのギヤ間に働く反力Ｆｓ，Ｆｒによってプラネタリキャリア１２４からサンギヤ１２１およびリングギヤ１２２に作用するトルクを意味する。これらの諸量を上式（２）に代入すると、次式（３）〜（５）を得ることができる。
【００２３】
Ｉｓ・βｓ＝Ｔｓ−ρ・Ｔａ／（１＋ρ）            …（３）
Ｉｃ・βｃ＝Ｔｃ−Ｔａ                            …（４）
Ｉｒ・βｒ＝Ｔｒ＋Ｔａ／（１＋ρ）                …（５）
さらに、先に示した式（１）から角加速度βｓ、βｃ、βｒの間には次式（６）の関係が成立する。
βｃ＝（βｒ＋ρβｓ）／（１＋ρ）                …（６）
【００２４】
式（３）〜（６）がプラネタリギヤ１２０の回転状態を与える方程式である。式（６）に代えて式（１）を用いても良い。これらの４つの方程式において、変数はβｓ、βｃ、βｒ、Ｔｓ、Ｔｃ、ＴｒおよびＴａの７つである。従って、これら７つの変数のうち、独立な３つの変数が特定されれば、プラネタリギヤ１２０の回転状態が一義的に定義される。
【００２５】
ここで、エンジンを始動する場合など、エンジンおよび電動機ＭＧ１の回転数が大きく変化するような過渡期においては、上式から明らかな通り、その変化率による影響が非常に大きく現れる。かかる過渡期においては、エンジンおよび電動機ＭＧ１から出力されるトルクの一部は、エンジンおよび電動機ＭＧ１からなる系の回転数を変化させるのに費やされ、一種のトルク損失を生じる。上式を用いれば、かかるトルク損失をも考慮して駆動軸１１２に出力されるトルクを求めることが可能である。
【００２６】
上式の演算には、電動機ＭＧ１およびエンジンの回転数を検出する必要がある。しかしながら、電動機ＭＧ１およびエンジンの回転数を精度良く検出することは困難であった。例えば、時間遅れを含んだ状態で両者の回転数が検出されれば、上式の演算結果はその遅れに応じた誤差を含むことになる。当然、回転数の検出誤差自体も包含される。また、電動機ＭＧ１は正負双方に回転する可能性があるため、回転数が比較的低い状態では、正負いずれの方向への回転かを特定できない場合もある。こうした種々の原因により、上式を用いた演算では過渡期において、駆動軸に出力されるトルクを十分な精度で求めることができなかった。また、上式は、非常に演算量が多いため、実際のトルク変動に十分追随して制御を行うことが困難であるという課題も招いていた。
【００２７】
これらの要因を十分回避して精度良く出力トルクを求めるためには、センサ数の増加や演算回路の高速化が要求される。本発明者は、詳細な検討および実験の結果、上式を用いて十分な精度で出力トルクを演算する場合、制御装置は非常に複雑、高価な構成となることを見いだした。本発明は、一見、コストの増加および信頼性の低下につながると考えられるトルクセンサの使用が、トルク損失による影響も反映して電動機ＭＧ２の運転を制御するためには最も容易かつ最善の手段であるとの知見に基づいてなされたものである。
【００２８】
以上の説明は、図１の構成のハイブリッド車両を例にとって行った。エンジン等の慣性による影響は、いかなる構成のハイブリッド車両でも同様に生じる。演算により出力トルクを求める困難さは、他の構成からなるハイブリッド車両でも同様である。
【００２９】
本発明のハイブリッド車両によれば、先に説明した通り、トルクセンサにより、動力の伝達経路のトルクを、その変動に十分追随して検出することができる。検出されたトルクは、慣性によるトルク損失の影響が含まれた値である。トルクセンサにより検出された値には、当然、誤差が含まれるが、従来の演算誤差に比較すれば制御上の影響は非常に小さい。既に慣性による影響が含まれたトルクが検出されるため、非常に単純な演算によって電動機の目標トルクを設定することが可能となる。これらの作用により、本発明のハイブリッド車両によれば、駆動軸に出力されるトルクを適切に制御することができる。従って、ハイブリッド車両の振動等を抑制することができ、乗り心地および応答性を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いて、
前記エンジン制御手段は、前記車両の運転状態および該目標回転状態が所定の状態にある場合に前記エンジンの始動または停止を行う手段であり、
前記動力調整装置制御手段は、前記エンジンを始動または停止するためのモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を運転する手段であり、
前記出力トルク特定手段は、該動力調整装置が前記モータリングトルクを出力することにより、前記駆動軸に出力される反力トルクを特定する手段であるものとすることが望ましい。
【００３１】
かかるハイブリッド車両では、動力調整装置からモータリングトルクを出力してエンジンの始動および停止を行う。始動時にはエンジンの回転数を増大する向きのトルクを出力し、停止時にはその逆向きのトルクを出力する。先に説明した通り、エンジンの始動および停止時には、エンジンその他の回転数が大きく変動するため、その反力トルクとして駆動軸に出力されるトルクの変動が大きく現れる。かかる変動は、ハイブリッド車両の乗員に非常に感知されやすいため、車両の乗り心地を大きく損ねる。上記構成のハイブリッド車両によれば、電動機の運転を制御して、エンジンの始動および停止時の反力トルクを適切に相殺することができる。従って、ハイブリッド車両の乗り心地を大きく改善することができる。
【００３２】
また、エンジンの始動および停止時に適用する場合においては、さらに、
該車両が停車中であるか否かを判定する停車状態判定手段を備え、
前記回転状態設定手段は、停車中と判定された場合には、前記目標回転状態として、該駆動軸のトルクおよび回転数を値０に設定する手段であり、
停車中と判定された場合に、前記出力トルク特定手段および前記電動機制御手段を用いた制御を実行する停車制御手段を備えるものとしてもよい。
【００３３】
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。本発明のハイブリッド車両はエンジンの始動および停止時に車両に生じるトルクショックを抑制することができるため、特に停車中に有効性が高い。
【００３４】
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、前記判定手段は、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。
【００３５】
本発明のハイブリッド車両において、動力調整装置は、種々の構成を適用することができるが、特に、発電機と、３つの回転軸がそれぞれ該発電機および前記エンジン並びに駆動軸に結合されたプラネタリギヤを備える装置であるものとすることが好ましい。例えば、図１に示した構成である。図１中の電動機ＭＧ１が発電機に相当する。但し、プラネタリギヤの各軸とエンジン、発電機、電動機は、種々の組合せで結合させることができる。かかる構成のハイブリッド車両では、慣性による出力トルクへの影響が現れやすいため、本発明を特に有効に適用することができる。
【００３６】
但し、動力調整装置は、上述の構成に限られるものではない。その他種々の構成を適用可能であり、例えば、対ロータ電動機を用いた構成としてもよい。対ロータ電動機とは、同軸周りに相対的に回転可能なインナロータおよびアウタロータを備える電動機をいう。かかる電動機は、コイルへの通電を制御して、両者の磁気的な結合を調整することにより、一方のロータから他方のロータに伝達される動力の大きさを調整することができる。
【００３７】
本発明のハイブリッド車両において、トルクは種々の部位で検出することが可能である。
第１の部位として、
前記トルクセンサは、前記伝達経路において前記エンジンおよび動力調整装置から前記電動機に伝達されるトルクを特定可能な位置に備えるものとすることができる。
【００３８】
エンジンから出力された動力が駆動軸に伝達されるまでの伝達経路において、エンジン側を上流側、駆動軸側を下流側と呼ぶものとすれば、上記構成は、電動機の上流側でトルクを検出するものと同等である。具体的な部位は、種々の設定が可能であり、電動機に伝達されるトルクを直接検出するものとしてもよい。エンジンの出力軸のトルクを検出するものとしてもよい。動力調整装置が、プラネタリギヤと発電機の組合せで構成される場合には、発電機から出力されるトルクを検出するものとしてもよい。
【００３９】
かかる部位でトルクを検出すれば、目標回転状態に応じたトルクを出力するために電動機で出力すべきトルクを容易に求めることが可能となる。かかるトルクに基づいて電動機の運転を制御すれば、駆動軸からの出力トルクを適切に制御することができる。なお、上記構成によれば、電動機の制御としては、いわゆる開ループでの制御を適用することができるため、制御が比較的容易になり、高速での処理が可能である利点もある。
【００４０】
第２の部位として、
前記トルクセンサは、前記伝達経路において前記エンジン、動力調整装置および電動機から前記駆動軸に出力されるトルクを特定可能な位置に備えるものとすることができる。
【００４１】
上記構成は、電動機の下流側でトルクを検出するものと同等である。かかる構成によれば、駆動軸に出力されるトルクを直接検出することができ、駆動軸に出力されるトルクをより適切に制御することが可能となる。
【００４２】
電動機の下流側にトルクセンサを用いた場合には、
前記電動機制御手段は、前記トルクセンサにより検出されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差に基づいて前記電動機の運転をフィードバック制御する手段であるものとすることが望ましい。
こうすれば、駆動軸から出力されるトルクを、より適切に目標トルクに一致させることができる。なお、フィードバック制御は、上記偏差に基づく比例積分制御など種々の態様で行うことが可能である。
【００４３】
本発明は、ハイブリッド車両として構成する他、該ハイブリッド車両の制御方法として構成することもできる。
本発明の制御方法は、
エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該２つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両の運転を制御する制御方法であって、
（ａ）  該駆動軸の目標回転状態を設定する工程と、
（ｂ）  前記エンジンを始動または停止するモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を制御する工程と、
（ｃ）  前記モータリングトルクの反力トルクとして前記電動機に伝達されるトルクをトルクセンサを用いて特定する工程と、
（ｄ）  前記電動機の目標トルクとして、該特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差を補償するトルクを設定する工程と、
（ｅ）  該特定されたトルクを出力するように前記電動機の運転を制御する工程とを備える制御方法である。
【００４４】
また、
エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該２つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両の運転を制御する制御方法であって、
（ａ）  該駆動軸の目標回転状態を設定する工程と、
（ｂ）  前記エンジンを始動または停止するモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を制御する工程と、
（ｃ）  前記動力調整装置および前記電動機により前記駆動軸に伝達されるトルクをトルクセンサを用いて特定する工程と、
（ｄ）  前記特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差に基づいて前記電動機をフィードバック制御する工程とを備える制御方法としてもよい。
【００４５】
これらの制御方法によれば、先にハイブリッド車両で説明したのと同様の作用により、駆動軸に出力されるトルクを適切に制御することができ、車両の乗り心地や応答性を向上することができる。もちろん、これらの制御方法においても、先にハイブリッド車両で説明した種々の付加的な要素を適用することが可能であることは言うまでもない。また、上述の例では、エンジンの始動および停止時を対象とする制御方法を示したが、本発明は、これに限らず、その他の運転状態についても適用可能である。
【００４６】
【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：
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。
【００４７】
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は同期電動機であり、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）。
【００４８】
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１２４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１２１に結合されている。モータＭＧ２のロータ１４２は、リングギヤ軸１１８に結合されている。リングギヤ軸１１８およびモータＭＧ２の動力は、駆動軸１１２に伝達され、ディファレンシャルギヤ１１４を介して車軸１１６および車輪に伝達される。
【００４９】
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、ハイブリッド車両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１６６、モータＭＧ１からサンギヤ１２１に出力されるトルクを検出するためのトルクセンサ１６７、車速センサ１４４、バッテリ１９４の残容量を検出するセンサなどが設けられている。
【００５０】
プラネタリギヤ１２０の動作については、既に説明した通りである。サンギヤ１２１、リングギヤ１２２、プラネタリキャリア１２４のうち２つの回転状態が決定されると残余の回転軸の回転状態が決まる。各回転軸の回転数は、先に示した式（１）で表される。
【００５１】
トルクについては、先に示した式（３）〜（６）で表される。但し、それぞれのギヤの慣性を無視した場合には、サンギヤのトルクＴｓ、リングギヤのトルクＴｒ、およびプラネタリキャリアのトルクＴｃの大きさにつき、それぞれ次式（７）が成立する。本実施例では、式（１）および式（７）を用いてハイブリッド車両の制御を行う。
Ｔｓ＝ρ・Ｔｃ／（１＋ρ）
Ｔｒ＝Ｔｃ／（１＋ρ）                …（７）
【００５２】
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１１６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。
【００５３】
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１１６から出力するようにモータＭＧ２の運転を制御する。
【００５４】
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１１６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を回転させると、上式（１）、（７）を満足する条件下で、サンギヤ１２１およびリングギヤ１２２が回転する。リングギヤ軸１１８側に伝達された動力は車輪に伝達される。サンギヤ１２１の回転による動力はモータＭＧ１で電力として回生される。一方、モータＭＧ２を力行すれば、駆動軸１１２を介して車軸１１６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１１８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１９４に蓄えられた電力を用いる。制御ユニット１９０は車軸１１６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。
【００５５】
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。
【００５６】
（２）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駆動軸１１２から出力する処理をいう。図３はトルク制御処理のフローチャートである。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。
【００５７】
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、エンジン、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。
【００５８】
図４は走行状態判定処理ルーチンのフローチャートである。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Ｓ２０）。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１６６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は車速およびアクセルペダルポジションやバッテリ残容量Ｓｃｈを入力する（ステップＳ２０）。
【００５９】
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、アクセルが全閉状態であり、かつ車速が所定の速度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。
【００６０】
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停車であると判定される。
【００６１】
停車であると判定されたか否かに関わらず、ＣＰＵは、次にバッテリ１９４の残容量Ｓｃｈが所定の値ＣＨ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４５）。残容量Ｓｃｈが所定の値ＣＨ１よりも小さい場合には、エンジン１５０が運転中であるか否かを判定し（ステップＳ５０）、エンジンが運転していない場合には、バッテリ１９４を充電するためにエンジン１５０の始動をすべき走行状態であると判断する（ステップＳ５５）。所定の値ＣＨ１は、バッテリ１９４の充電を開始するか否かの判断基準となる残容量の下限値である。
【００６２】
ステップＳ４５において、バッテリ１９４の残容量Ｓｃｈが所定の値Ｃｈ１以上である場合には、次に残容量Ｓｃｈが所定の値ＣＨ２よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６０）。所定の値ＣＨ２よりも大きい場合には、次にエンジン１５０が停止しているか否かを判定し（ステップＳ６５）、エンジンが停止していない場合には、エンジン１５０の停止をすべき走行状態であると判断する（ステップＳ７０）。走行状態についての判定結果は、所定のフラグに記憶される。ＣＰＵは以上の処理を実行すると、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。
【００６３】
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、エンジンを運転せずに走行するＥＶ走行、エンジン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。かかる判定処理についての詳細な説明は省略する。
【００６４】
走行状態が判定されると、ＣＰＵは駆動軸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、駆動軸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。
【００６５】
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、駆動軸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。
【００６６】
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。
【００６７】
図５はエンジン１５０の運転ポイントと運転効率の関係を示す説明図である。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。
【００６８】
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。図６は動力一定の曲線上における、エンジン１５０の回転数と運転効率の関係を示す説明図である。なお、図６中の曲線は、説明の便宜上、図５中の３本の曲線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３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。
【００６９】
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、エンジン１５０の暖機の要否およびエンジン回転数と駆動軸１１２の回転数との関係などに応じて設定されている。
【００７０】
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１２４の目標回転数Ｎｅ＊と、駆動軸１１２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１２１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。
【００７１】
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＊は開ループ制御が行われ、予め定められた値に設定される。エンジンの運転を停止する場合も同様に開ループ制御が行われ、予め定められた値に設定される。この値をモータリングトルクと呼ぶものとする。
【００７２】
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。
【００７３】
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＊は駆動軸１１２の目標回転数Ｎｄ＊と等しい。
【００７４】
目標トルクＴ２＊は車軸１１６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。図７は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。この処理では、ＣＰＵは駆動軸１１２の目標トルクＴｄ＊を入力する（ステップＳ２０２）。
【００７５】
ＭＧ２の目標トルクは、エンジン１５０およびＭＧ１からリングギヤ軸１１８に出力されるトルクｓｔｅｐを補償して目標トルクＴｄ＊を駆動軸１１２から出力するように設定される。本実施例では、車両の運転状態に応じて目標トルクの設定方法を変えている。運転状態に応じた設定方法を実行するために、ＣＰＵは車両が停車状態であるか否か（ステップＳ２０６）、エンジン１５０の始動または停止が指示されているか否か（ステップＳ２０８）を順次判定する。これらの条件の少なくとも一方を満足しない場合、ＣＰＵはＭＧ１のトルク指令値、即ちトルク制御処理（図３）のステップＳ１３０で設定されたトルクＴ１＊を入力する（ステップＳ２１０）。上記条件を共に満足する場合、ＣＰＵはＭＧ１の出力トルクをトルクセンサ１６７により検出する（ステップＳ２１２）。
【００７６】
次に、ＣＰＵは以下の手順でモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定する（ステップＳ２１４）。まず、ＭＧ１によるトルクＴＴ１を先に示した式（７）のサンギヤトルクＴｓとして代入することにより、リングギヤ軸１１８に出力されるトルクｓｔｅｐを次式（８）により算出する。
ｓｔｅｐ＝ＴＴ１／ρ      ・・・（８）
【００７７】
ステップＳ２１０でＭＧ１の目標トルクＴ１＊を入力した場合には、その入力値をトルクＴＴ１として用いる。ステップＳ２１２でＭＧ１の出力トルクをセンサにより検出した場合には、その検出値をトルクＴＴ１として用いる。モータＭＧ２の目標トルクＴ２＊は、駆動軸１１２の目標トルクＴｄ＊、およびトルクｓｔｅｐの差分、つまり「Ｔｄ＊−ｓｔｅｐ」によって設定される。
【００７８】
ＣＰＵはこうして設定された目標トルクＴ２＊の絶対値がモータＭＧ２の定格トルクＴｌｉｍよりも大きいか否かを判定し（ステップＳ２１６）、これを超える場合には、目標トルクＴ２＊の絶対値を定格トルクＴｌｉｍに補正する（ステップＳ２１８）。以上でモータＭＧ２の目標トルク設定処理を終了し、ＣＰＵはトルク制御ルーチンに戻る。
【００７９】
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（図３のステップＳ２１０）。モータＭＧ１，ＭＧ２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ことで制御される。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。
【００８０】
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駆動軸１１２、ひいては車軸１１６から出力して走行することができる。また、車両の運転状態に応じてエンジンを適切に始動または停止することができる。
【００８１】
以上で説明した本実施例のハイブリッド車両によれば、停車中にエンジン１５０を始動または停止する時のトルク変動を適切に抑制することができる。本実施例のハイブリッド車両では、停車中にエンジン１５０の始動または停止が行われる際には、トルクセンサ１６７の検出結果に基づいてモータＭＧ２の目標トルクを設定する（図７のステップＳ２０６〜２１０参照）。
【００８２】
エンジン１５０の始動および停止をする際には、エンジン１５０およびモータＭＧ１の回転数が大きく変動する。かかる場合には、これらの慣性の影響により、モータＭＧ１の出力トルクには、トルク損失が生じる。従って、トルク指令値と現実に出力されるトルクとは異なる値となる。トルク指令値に基づいてモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定する場合には、モータＭＧ１の反力トルクを十分相殺することができず、車両に振動が生じる可能性がある。一方、本実施例のトルクセンサ１６７は、こうしたトルク損失も包含された現実の出力トルクが検出される。この検出値を基準としてモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定するため、本実施例のハイブリッド車両は、モータＭＧ１の反力トルクを適切に相殺することができ、反力トルクに起因する車両の振動を抑制することができる。この結果、車両の乗り心地を向上することができる。本実施例のハイブリッド車両は、上述の作用により、乗員が車両の振動を敏感に感知しやすい停車中にその振動を抑制することができるため、乗り心地の改善効果が特に大きい。
【００８３】
また、本実施例において、モータＭＧ２の目標トルクは上式（８）に示した通り、非常に簡単な演算式により設定することができる。従って、本実施例のハイブリッド車両によれば、制御処理が非常に簡易となる利点もある。つまり、極端に高速処理可能なＣＰＵを用いることによるコスト増を招くことなく、適切な制御を実現することができ、乗り心地を改善することができる利点もある。
【００８４】
上述の実施例では、停車中において、エンジン１５０の始動および停止が行われた場合にのみトルクセンサによる検出値を用いた制御を実行する場合を例示した。もちろん、停車中であるか否かに関わらず、エンジン１５０の始動および停止が行われた場合に、トルクセンサによる検出値を用いた制御を行うものとすることもできる。さらに、車両の運転状態に関わらず、常にトルクセンサによる検出値を用いた制御を行うものとしてもよい。
【００８５】
トルクセンサによりトルクを検出する処理（ステップＳ２１２）は、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔ１＊を入力する処理（ステップＳ２１０）よりも時間を要するのが通常である。従って、慣性による影響が比較的小さい運転状態においては、トルク指令値Ｔ１＊を用いて制御することが高速処理の観点からは好ましい。一方、エンジンが回転している通常の運転状態で、トルクセンサによる検出値を用いてモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定すれば、車両の応答性が向上する利点がある。例えば、アクセル開度を増した場合、エンジン１５０からの出力トルクの増大の遅れやモータＭＧ１のトルク変化の遅れに伴い、実際にリングギヤ軸１１８に出力されるトルクの増大には若干の時間遅れが生じるのが通常である。トルクセンサの検出値を用いてモータＭＧ２を制御すれば、エンジンおよびモータＭＧ１から現実に出力されているトルクに基づいてモータＭＧ２を制御する結果、こうした時間遅れによる影響を補償するトルクをモータＭＧ２から出力可能となり、応答性を向上することができる。トルクセンサによる検出値を用いた制御と、モータＭＧ１のトルク指令値を用いた制御とは、これらの特性を考慮して、運転状態に応じて種々の使い分けを行うことができる。
【００８６】
本実施例において、トルクセンサを設ける位置は種々の設定が可能である。図８は変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。図１に示した構成では、サンギヤ１２１にトルクセンサ１６７を設けた。これに対し、変形例の構成では、エンジン１５０のクランクシャフト１５６にトルクセンサ１６７ａを設ける点で相違する。その他のハードウェア構成は、図１に示した実施例と同じである。
【００８７】
変形例のハイブリッド車両におけるトルク制御処理も実施例と同様である。変形例では、モータＭＧ２の目標トルクを設定する処理（図７のステップＳ２１４）が実施例と以下の通り相違する。
【００８８】
モータＭＧ１のトルク指令値に基づいてモータＭＧ２の目標トルクを設定する場合は、実施例のステップＳ２１４と同じ処理である。即ち、先に示した式（８）によりリングギヤ軸１１８に出力されるトルクｓｔｅｐを演算し、モータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定する。これに対し、トルクセンサにより検出された値を用いる場合は、先に示した式（７）において、プラネタリキャリア軸のトルクＴｃに検出値ＴＴ２を代入し、以下の式（９）によりトルクｓｔｅｐを算出する。
ｓｔｅｐ＝ＴＴ２／（１＋ρ）      ・・・（９）
【００８９】
プラネタリギヤ１２０の各ギヤ間のトルクは各瞬間ごとには静的な釣り合い状態が保たれている。従って、慣性の影響で生じるトルク損失は、サンギヤ１２１の部位のみならず、エンジン１５０のクランクシャフト１５６でも同様に計測することができる。両者の間には、精度および応答性に関し、何ら差違は生じない。従って、変形例の構成によっても、実施例と同様、駆動軸１１２に出力されるトルクを適切に制御することができる。トルクセンサを設ける部位は、これらに限らず、その他種々の設定が可能である。例えば、リングギヤ軸１１８に設けるものとしてもよい。
【００９０】
（３）第２実施例：
次に、本発明の第２実施例について説明する。図９は第２実施例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。第１実施例（図１）および変形例（図８）では、エンジン１５０からモータＭＧ２に動力が伝達されるまでの部位にトルクセンサを設けた。エンジン１５０から駆動軸１１２に至るまでの動力の伝達経路において、エンジン１５０側を上流側、駆動軸１１２側を下流側と呼ぶものとすれば、第１実施例はモータＭＧ２よりも上流側のトルクをトルクセンサによって検出した。これに対し、第２実施例のハイブリッド車両では、モータＭＧ２よりも下流側、即ち駆動軸１１２にトルクセンサ１６７ｂを設ける点で第１実施例と相違する。その他のハードウェア構成は、第１実施例と同じである。
【００９１】
第２実施例のトルク制御処理も第１実施例（図３）と同様である。第２実施例では、モータＭＧ２の目標トルクを設定する処理（図７のステップＳ２１４）が第１実施例と以下の通り相違する。図１０は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。
【００９２】
この処理では、ＣＰＵは、駆動軸の目標トルクＴｄ＊を入力する（ステップＳ２０２）。また、停車状態であるか否か、エンジンの始動または停止の指示がなされているか否かを判定する（ステップＳ２０４、Ｓ２０６）。ここまでの処理は第１実施例と同様である。
【００９３】
上述のうち、いずれか一方の条件を満足しない場合には、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔ１＊を入力し（ステップＳ２１０）、この値に基づいてモータＭＧ２の目標トルクを設定する。設定方法は、第１実施例のステップＳ２１４と同じ処理である。即ち、先に示した式（８）によりリングギヤ軸１１８に出力されるトルクｓｔｅｐを演算し、モータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定する。モータＭＧ２の目標トルクＴ２＊は開ループで設定されることになる。
【００９４】
これに対し、ステップＳ２０４およびステップＳ２０６の双方の条件を満足する場合、即ち、停車状態においてエンジンの始動又は停止が行われる場合には、駆動軸１１２の出力トルクをトルクセンサ１６７ｂにより検出する（ステップＳ２１３）。そして、この検出値に基づいてモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を次の通り、フィードバック制御で設定する（ステップＳ２１５）。
【００９５】
第２実施例では、典型的なフィードバック制御の手法である比例積分制御を用いてモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定する。つまり、駆動軸１１２に出力すべき目標トルクＴｄ＊とトルクセンサ１６７ｂにより検出されたトルクＴｄとの偏差に基づいて以下の式（１０）により目標トルクＴ２＊が設定される。
Ｔ２＊＝ｋ１・（Ｔｄ＊−Ｔｄ）＋ｋ２・Σ（Ｔｄ＊−Ｔｄ）  ・・・（１０）
ここで、ｋ１，ｋ２はそれぞれ比例積分制御のゲインであり、適切な値を解析または実験的に設定することができる。
【００９６】
こうしてハイブリッド車両の運転状態に応じて、それぞれモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊を設定した後は、第１実施例と同様、設定された目標トルクＴ２＊が定格値Ｔｌｉｍを超えないように上限ガードする処理（ステップＳ２１６，Ｓ２１８）を行ってＭＧ２目標トルク設定処理ルーチンを終了する。トルク制御処理ルーチン（図３）では、かかる目標トルクに基づいて、モータＭＧ２の運転が制御される。
【００９７】
第２実施例のハイブリッド車両によれば、このようにモータＭＧ２の目標トルクＴ２＊をフィードバック制御することにより、駆動軸１１２に出力されるトルクを、より適切に目標トルクＴｄ＊に制御することができる。
【００９８】
また、この制御は、停車中に特に有効に適用することができる。停車中には、エンジン１５０の始動または停止が行われた場合でも車軸１１６に回転が生じないことが望ましい。ここで、フィードバック制御により、かかる制御を実現する場合には、駆動軸１１２の回転数が値０となるように制御を行う場合と、駆動軸１１２のトルクが値０となるように制御を行う場合とが考えられる。駆動軸１１２の回転数は駆動軸１１２にトルクがかけられた結果生じる２次的な物理量である。また、回転数を制御量とするフィードバック制御では、駆動軸１１２に回転を生じてから、該回転を抑制するトルクが出力されるため、駆動軸１１２の回転を完全に抑止することができない。これに対し、第２実施例のハイブリッド車両によれば、駆動軸１１２のトルクを制御量としてフィードバック制御を行うため、非常に高い応答性で制御することができ、駆動軸１１２に生じるトルク変動および回転を極めて適切に抑制することができる。
【００９９】
第２実施例では、比例積分制御によるフィードバック制御を行った場合を例示した。これに限らず種々のフィードバック制御を適用可能であることはいうまでもない。また、第１実施例と同様、運転状態に関わらず、停車状態であるか否かに関わらず、エンジンの始動または停止が行われる場合には、フィードバック制御を適用するものとしてもよい。更に、車両の運転状態に関わらずフィードバック制御を適用することも可能である。
【０１００】
以上の実施例では、プラネタリギヤ１２０を用いた構成のハイブリッド車両を例示した。本発明は、かかる構成のみならず種々の構成のハイブリッド車両に適用可能である。当然、プラネタリギヤ１２０とエンジン、モータＭＧ１，モータＭＧ２とは、種々の態様で結合させた構成を採ることが可能である。また、プラネタリギヤ１２０と同様の作用、即ち３つの回転軸を有し、一の回転軸から入力された動力を残余の２つの回転軸に任意に分配して出力可能な作用を奏するその他の機構を採用することもできる。
【０１０１】
更に、以下に示す通り、プラネタリギヤ１２０とモータＭＧ１の作用を一つの機構で実現する構成も可能である。図１１は変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。変形例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を用いる点で第１実施例と相違する。
【０１０２】
クラッチモータＣＭとは、同軸周りに相対的に回転可能な２つのロータ、即ちインナロータ２３２とアウタロータ２３３とを有する対ロータ電動機である。本実施例では、インナロータ２３２にはモータＭＧ２のロータと同様、永久磁石が貼付されており、アウタロータ２３３にはコイルが巻回されたモータを適用した。インナロータ２３２にはエンジン１５０のクランクシャフト１５６が結合されており、アウタロータ２３３にはモータＭＧ２のロータが結合されている。アウタロータ２３３はまた駆動軸１１２にも機械的に結合される。
【０１０３】
クラッチモータＣＭは、コイルへの通電を駆動回路１９１で制御することにより、インナロータ２３２とアウタロータ２３３との磁気的な結合を制御することができる。駆動回路１９１は第１実施例と同様、トランジスタインバータで構成されている。かかる磁気的な結合によりエンジンから出力された動力を駆動軸１１２に伝達することができる。また、所定の滑りをもった状態でインナロータ２３２とアウタロータ２３３とを回転させることにより、滑り量に応じた電力を回生することができる。当然、バッテリ１９４から電力の供給を受けて、トルクを出力することも可能である。つまり、クラッチモータＣＭは、単体でプラネタリギヤ１２０とモータＭＧ１の組合せと同等の作用を奏することができる。
【０１０４】
クラッチモータＣＭにおいても、慣性の影響によりトルク指令値と現実の出力トルクとの間にトルク損失が生じる場合がある。従って、トルクセンサにより現実のトルクを検出すれば、駆動軸１１２に出力されるトルクを適切に制御することが可能となる。この場合、トルクセンサは種々の部位に設けることができる。例えば、クランクシャフト１５６に設けるものとしてもよい（図中の部位Ａ）。また、クラッチモータＣＭとモータＭＧ２との間に設けるものとしてもよい（図中の部位Ｂ）。これらの部位に設けた場合には、モータＭＧ２の目標トルクは開ループにより設定することになる（図７の素Ｓ２１４参照）。クラッチモータＣＭの場合は、作用反作用の原理に基づき、部位Ａおよび部位Ｂのいずれで検出した場合でも、検出結果を直接、トルクｓｔｅｐとして用いることができる。
【０１０５】
トルクセンサは、更に駆動軸１１２に設けるものとしてもよい（図中の部位Ｃ）。かかる部位に設けた場合には、モータＭＧ２の目標トルクはフィードバック制御により設定することになる（図１０参照）。いずれの場合においても、実施例と同様、駆動軸１１２に出力されるトルクを適切に制御することが可能であり、ハイブリッド車両の乗り心地および応答性を向上することができる。
【０１０６】
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】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。
【図２】プラネタリギヤ１２０の模式図である。
【図３】トルク制御処理のフローチャート。
【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１５０の運転ポイントと運転効率の関係を示す説明図である。
【図６】動力一定の曲線上における、エンジン１５０の回転数と運転効率の関係を示す説明図である。
【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】変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【図９】第２実施例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【図１０】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】変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１１２…駆動軸
１１４…ディファレンシャルギヤ
１１６…車軸
１１８…リングギヤ軸
１１９…ケース
１２０…プラネタリギヤ
１２１…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
１３０…ダンパ
１３２，１４２…ロータ
１３３，１４３…ステータ
１４４…車速センサ
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
１６６…シフトポジションセンサ
１６７、１６７ａ、１６７ｂ…トルクセンサ
１９０…制御ユニット
１９１，１９２…駆動回路
１９４…バッテリ
２３２…インナロータ
２３３…アウタロータ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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