(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と熱機関を含む２種類以上のエネルギ出力源と蓄電手段とを備える移動体であって、
前記燃料電池の出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方を検出する第１の検出手段と、
前記熱機関の出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方を検出する第２の検出手段と、
前記各エネルギ出力源からのエネルギの出力状態を該第１および第２の検出手段の検出結果に応じて調整しつつ、要求に応じた総エネルギを出力する出力制御手段を備える移動体。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体において、
前記出力制御手段は、
前記熱機関を主として用いて前記総エネルギを出力する第１の運転領域において、前記熱機関の出力持続能力の低下に伴い、前記第１の運転領域を狭め、
前記燃料電池を主として用いて前記総エネルギを出力する第２の運転領域において、前記燃料電池の出力持続能力の低下に伴い、前記第２の運転領域を狭める、移動体。
【請求項３】
請求項２に記載の移動体において、
前記出力制御手段は、熱機関をエネルギ出力源とする運転領域において、該熱機関の出力持続能力が所定値よりも低く、かつ、その時点での該熱機関の出力を前記燃料電池で代替できる場合に、該熱機関に代えて前記燃料電池をエネルギ出力源として使用し、該熱機関の出力持続能力が所定値よりも低く、かつ、その時点での該熱機関の出力を前記燃料電池で代替できない場合に、前記熱機関をエネルギ出力源として継続使用する移動体。
【請求項４】
前記第１の検出手段は、前記燃料電池用の残燃料量に基づいて、前記燃料電池の出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方を検出する手段である請求項１記載の移動体。
【請求項５】
前記第１の検出手段は、前記燃料電池の負荷状態に基づいて、前記燃料電池の出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方を検出する手段である請求項１記載の移動体。
【請求項６】
請求項１記載の移動体であって、
動力を出力する駆動軸と、
前記各エネルギ出力源から出力されたエネルギをそれぞれ機械的エネルギの形で該駆動軸に出力する機械的エネルギ出力機構とを備え、
前記総エネルギは該駆動軸から出力される単位時間当たりの機械的エネルギである移動体。
【請求項７】
請求項２に記載の移動体であって、
前記出力制御手段は、所定の一のエネルギ出力源の出力持続能力の低下に伴い、該エネルギ出力源を利用して出力されるトルクを低減する手段である移動体。
【請求項８】
請求項６記載の移動体であって、
前記エネルギ出力源として、熱機関、燃料電池、および二次電池を備え、
少なくとも前記機械的エネルギ出力機構として、燃料電池および二次電池の電力により回転可能な電動機を備え、
前記出力制御手段は、前記燃料電池の出力持続能力に応じて、前記移動体の運転領域における該電動機の運転領域および該電動機の出力トルクの少なくとも一方を変更する手段である移動体。
【請求項９】
請求項１記載の移動体であって、
電力を充放電する蓄電手段と、
前記各エネルギ出力源から出力されたエネルギをそれぞれ電気的エネルギの形で前記蓄電手段の充電に供する電気的エネルギ出力機構とを備え、
前記総エネルギは該蓄電手段の充電量を所定値まで増加させるために要する電気的エネルギである移動体。
【請求項１０】
請求項９記載の移動体であって、
前記出力制御手段は、前記蓄電手段を充電する電力を主として出力するエネルギ出力源の出力持続能力の低下に伴い、前記蓄電手段の充電量の目標値である前記所定値を低減させる手段である移動体。
【請求項１１】
請求項９記載の移動体であって、
前記出力制御手段は、前記蓄電手段を充電する電力を主として出力するエネルギ出力源の出力持続能力の低下に伴い、前記総エネルギ中のうち該エネルギ出力源による出力を低減させる手段である移動体。
【請求項１２】
請求項１１記載の移動体であって、
前記出力制御手段は、前記蓄電手段を充電する電力を主として出力するエネルギ出力源の出力持続能力の低下に伴い、前記蓄電手段の充電量の目標値である前記所定値を増大させる手段である移動体。
【請求項１３】
請求項１記載の移動体であって、
前記出力制御手段は、該移動体の運転状態に応じて前記エネルギ出力源を切り替えて前記総エネルギを出力させる手段であり、かつ、いずれかのエネルギ出力源について出力持続能力が所定値以下の状態にあると判断される場合には、該エネルギ出力源への切り替えを禁止する手段である移動体。
【請求項１４】
請求項１記載の移動体であって、
前記出力制御手段は、該移動体の運転状態に応じて前記エネルギ出力源を切り替えて前記総エネルギを出力させる手段であり、かつ、いずれかのエネルギ出力源について出力持続能力が所定値以下の状態にあると判断される場合には、該エネルギ出力源を使用すべき運転状態にあっても、該エネルギ出力源から他のエネルギ出力源への切り替えを行う手段である移動体。
【請求項１５】
請求項１４記載の移動体であって、
前記エネルギ出力源は、それぞれ該移動体の駆動軸に回転動力を出力する機構であり、
前記出力制御手段は、さらに、前記エネルギ出力源から他のエネルギ出力源への切り替えは、双方のエネルギ出力源により前記駆動軸に出力可能なトルクが所定範囲内に収まる運転状態において行う手段である移動体。
【請求項１６】
請求項１記載の移動体であって、
該移動体の運転状態に関する所定のパラメータを入力する運転状態入力手段を備え、
前記出力制御手段は、さらに、前記検出結果に応じて前記各エネルギ出力源からのエネルギの出力状態を制御する際に用いられる基準値を前記パラメータに応じて変化させる手段を備える移動体。
【請求項１７】
燃料電池と熱機関を含む２種類以上のエネルギ出力源と蓄電手段とを備える移動体の駆動装置であって、
前記燃料電池の出力残量およびその変化率の少なくとも一方を推定する第１の推定手段と、
前記熱機関の出力残量およびその変化率の少なくとも一方を推定する第２の推定手段と、
前記エネルギ出力源から出力すべき総エネルギのうち各エネルギ出力源から出力すべきエネルギの配分を前記第１および第２の推定手段による推定結果に応じて制御する出力配分制御手段とを備える駆動装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の駆動装置であって、
前記第１の推定手段は、前記燃料電池の燃料または燃料電池の燃料を生成する原料の残量に基づいて前記燃料電池についての出力残量およびその変化率の少なくとも一方を推定する手段である駆動装置。
【請求項１９】
請求項１７記載の駆動装置であって、
前記出力配分制御手段は、前記燃料電池を除く少なくとも一つのエネルギ出力源の出力エネルギが負の値となることを許容して前記配分を制御する手段である駆動装置。
【請求項２０】
請求項１７記載の駆動装置であって、
前記出力配分制御手段は、該駆動装置の運転状態に応じて前記エネルギ出力源を切り替えて前記総エネルギを出力させる手段であり、かつ、いずれかのエネルギ出力源について出力残量が所定値以下の状態にあると判断される場合には、該エネルギ出力源への切り替えを禁止する手段である駆動装置。
【請求項２１】
請求項１７記載の駆動装置であって、
前記出力配分制御手段は、該駆動装置の運転状態に応じて前記エネルギ出力源を切り替えて前記総エネルギを出力させる手段であり、かつ、いずれかのエネルギ出力源について出力残量が所定値以下の状態にあると判断される場合には、該エネルギ出力源を使用すべき運転状態にあっても、該エネルギ出力源から他のエネルギ出力源への切り替えを行う手段である駆動装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の駆動装置であって、
前記出力配分制御手段は、さらに、前記エネルギ出力源から他のエネルギ出力源への切り替えは、双方のエネルギ出力源により該駆動装置の駆動軸に出力可能なトルクが所定範囲内に収まる運転状態において行う手段である駆動装置。
【請求項２３】
請求項１９記載の駆動装置であって、
該駆動装置の運転状態に関する所定のパラメータを入力する運転状態入力手段を備え、
前記出力配分制御手段は、さらに、前記検出結果に応じて前記各エネルギ出力源からのエネルギの出力状態を制御する際に用いられる基準値を前記パラメータに応じて変化させる手段を備える駆動装置。
【請求項２４】
燃料電池と熱機関を含む２種類以上のエネルギ出力源と蓄電手段とを備える移動体の運転を制御する制御方法であって、
（ａ）  前記燃料電池の出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方を検出する工程と、
（ｂ）  前記熱機関の出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方を検出する工程と、
（ｃ）  前記エネルギ出力源から出力すべき総エネルギを設定する工程と、
（ｄ）  前記工程（ａ）および（ｂ）における検出結果に基づいて各エネルギ出力源のエネルギを調整しつつ、前記各エネルギ出力源を制御して、設定された総エネルギを出力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、燃料電池を含む２種類以上のエネルギ出力源を備える移動体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搭載したハイブリッド車両が提案されている。ハイブリッド車両の一形態として、電動機とエンジンの双方の動力を駆動軸に出力可能なパラレルハイブリッド車両と呼ばれる構成がある。パラレルハイブリッド車両は、機械的動力および電力の双方を含めた意味でのエネルギ出力源として、エンジンおよびバッテリの２種類を備えている。即ち、パラレルハイブリッド車両は、エンジンから動力を出力して走行する他、バッテリから供給される電力で電動機をして走行することもできる。このように２種類のエネルギ出力源を適宜使い分けることによって、エンジンを効率の良い領域で運転させることができる。また、電動機による回生制動を行うことにより、車両の運動エネルギを電力としてバッテリに回収することができる。これらの作用に基づき、パラレルハイブリッド車両は、燃費および環境性に優れるという特性を有する。
【０００３】
ハイブリッド車両には、他の形態として、シリーズハイブリッド車両と呼ばれる構成がある。シリーズハイブリッド車両は、駆動軸に結合された電動機から出力される動力で走行する。エンジンは駆動軸と切り離されて設けられており、発電機を駆動して電力を発生させる。駆動軸に結合された電動機は、こうして発電された電力、およびバッテリから供給される電力の少なくとも一方により駆動される。シリーズハイブリッド車両も、２種類のエネルギ出力源を有するとともに、両者を適宜使い分けることができ、燃費および環境性に優れる特性を有する。
【０００４】
こうしたパラレルハイブリッド車両の中には、エネルギ出力源の一つとして、燃料電池を搭載した車両も提案されている（例えば、特開平３−１４８３３０記載の車両）。燃料電池とは、燃料として最終的に供給される水素の酸化により発電を行う装置をいう。燃料電池から排出されるのは、水蒸気であり、有害な成分が含まれないため環境性に非常に優れるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃料電池は、昨今開発が行われている装置である。従って、燃料電池の出力特性と熱機関その他のエネルギ出力源の有する特性の長所どうしを最適に組みあわせる点でまだ不十分であった。特に、燃料電池は電気的エネルギを出力する点で二次電池と共通するものの、二次電池と異なり不可逆的なエネルギ出力源である特徴がある。二次電池はハイブリッド車両の走行中においても充電によりエネルギ状態を回復することができるのに対し、燃料電池は燃料を外部から補給しないことには、発電能力を回復することができない。また、燃料電池は応答性が低いという特性も有している。
【０００６】
従来、提案されていた燃料電池を備えるハイブリッド車両では、かかる特徴を踏まえて燃料電池をエネルギ出力源としていかに使うかという点について十分検討されてはいなかった。かかる課題は、ハイブリッド車両のみならず、燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備える移動体に共通の課題であった。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、燃料電池を搭載した移動体において、燃料電池をエネルギ出力源として有効活用し、さらに燃費および環境性に優れた移動体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題を解決するために、本発明は次の構成を採った。
本発明の移動体は、
燃料電池を含む２種類以上のエネルギ出力源を備える移動体であって、
前記エネルギ出力源の少なくとも一部について、出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方を検出する検出手段と、
前記各エネルギ出力源からのエネルギの出力状態を該検出結果に応じて調整しつつ、要求に応じた総エネルギを出力する出力制御手段を備えることを要旨とする。
【０００８】
本発明の移動体は、燃料電池を含む２種類以上のエネルギ出力源を備える。エネルギ出力源とは、機械的エネルギおよび電気的エネルギなど種々の形態でエネルギを出力する源を意味する。燃料電池は電気的エネルギを出力するエネルギ出力源である。２種類以上のエネルギ出力源とは、必ずしもエネルギの形態が異なる必要はなく、例えば、燃料電池と二次電池など同種のエネルギを出力するものであってもよい。
【０００９】
上記移動体は、出力持続能力に応じて複数備えられたエネルギ出力源それぞれの出力状態を制御することができる。例えば、燃料電池については出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方に応じた出力となるように制御することができる。ここで、出力持続能力とは、各エネルギ出力源が継続的にエネルギを出力可能な総エネルギ量を意味する。燃料電池について具体的に説明すれば、燃料電池が継続的に発電することができる能力、即ち、燃料電池が出力可能な電力を時間積分した物理量に相当する。具体的には、要求された電力を出力可能な場合であっても、その電力を維持できる時間が短い場合には出力持続能力は低いことになる。
【００１０】
例えば、出力持続能力が低い場合に燃料電池から高いエネルギを出力し続けると、その後、燃料電池は発電不能となりエネルギ出力源として活用できなくなる可能性がある。かかる状態では、移動体は燃料電池以外のエネルギ出力源を利用して走行せざるを得なくなる。複数のエネルギ出力源を搭載した移動体は、これらのエネルギ出力源を適宜使い分けることにより、高効率での運転を実現するから、燃料電池をエネルギ出力源として活用できなくなって以降は、かかる使い分けに制約が生じ、運転効率の低下を招く。燃料電池の出力を出力持続能力に応じて制御すれば、燃料電池を長時間に亘り発電可能な状態に維持することができる。出力持続能力の変化率は将来的な出力持続能力を間接的に表すパラメータといえるから、長時間に亘り発電可能な状態に維持する制御を、この変化率に応じて実現することも可能である。もちろん、出力持続能力とその変化率の双方を考慮して制御することもできる。本発明の移動体は、このようにして燃料電池の出力を制御する結果、走行中の長時間に亘ってエネルギ出力源の適切な使い分けを実現することができ、運転効率および環境性を向上することができる。換言すれば、本発明の移動体は、燃料電池の発電能力を有効に活用できる場面で燃料電池を使用するよう、適宜ＦＣ燃料の消費を抑制することで、燃料電池の有効活用を図り、運転効率および環境性を向上するのである。ここでは、燃料電池の出力を制御する場合を例にとって説明したが、その他のエネルギ出力源についても同様に出力持続能力に応じて、エネルギ出力源の効率的な使い分けを実現することが可能となる。
【００１１】
なお、移動体においては、単位時間当たりのエネルギを考慮して運転の制御がなされることが多い。従って、本明細書において、エネルギという用語は、特に断らない限り、単位時間当たりのエネルギを意味するものとする。従って、本明細書では、エネルギは、原則として動力および電力と同義の用語である。
【００１２】
なお、本明細書にいう移動体には、車両、船舶、航空機、飛行船その他の飛翔体など動力を利用して移動する種々の移動体が含まれる。必ずしも人や物を輸送するものに限られない。また、乗員が搭乗するものにも限らない。
【００１３】
本発明の移動体において、
前記検出手段は、前記燃料電池用の残燃料量に基づいて、前記燃料電池の出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方を検出する手段であるものとすることができる。
かかる構成によれば、最も簡易な方法により、確実に出力持続能力およびその変化率を検出することができる。燃料電池は、燃料（以下、ＦＣ燃料と呼ぶ）を一旦消耗すると、外部から燃料を補給しない限り発電を行うことはできない不可逆的なエネルギ出力源である。ＦＣ燃料の残容量をパラメータとして出力持続能力を検出するものとすれば、燃料電池の不可逆性を最も適切に評価することができる。従って、燃料電池の特徴を踏まえた適切な制御を実現することができる。なお、出力持続能力の変化率を検出する場合には、必ずしも残燃料量の絶対値を検出する必要はなく、その変化率のみを検出するものとしても構わない。同様に、例えば、熱機関をエネルギ出力源として備えている場合には、該熱機関に供給する燃料の残量に基づいて該熱機関の出力持続能力を検出するものとすることができる。
【００１４】
また、前記検出手段は、前記検出手段は、前記燃料電池の負荷状態に基づいて、前記燃料電池の出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方を検出する手段であるものとしてもよい。負荷状態は、燃料電池から出力される電力、燃料電池によって駆動される電動機などの出力をパラメータとすることができる。出力持続能力は燃料電池に負荷をかけることによって変化するから、一例として、こうした負荷状態を継続的に監視することにより、出力持続能力やその変化率を検出することができる。同様に、例えば、熱機関をエネルギ出力源として備えている場合には、該熱機関の負荷状態に基づいて該熱機関の出力持続能力を検出するものとすることができる。
【００１５】
出力持続能力およびその変化率は、その他にも種々のパラメータにより表すことができる。例えば、燃料電池の温度で判定するものとしてもよい。燃料電池の温度が異常に高くなった場合には、温度を下げるために発電を中断する必要が生じるから、出力持続能力が低下したものと判断することができる。また、燃料電池の温度が十分発電できる程度にまで上昇していない場合も出力持続能力が低下したものと判断することができる。もちろん、燃料電池の温度を用いた場合には、一旦出力持続能力が低下したものと判断されても、その後の温度変化に応じて出力持続能力が向上したと判断される場合もあり得る。出力持続能力は、この他、種々のパラメータを用いて検出することができ、燃料電池が故障しているか否かの判断結果を出力持続能力の評価に用いるものとしてもよい。
【００１６】
本発明の移動体において、
前記エネルギ出力源は、燃料電池と熱機関であるものとすることができる。
燃料電池は電気的エネルギの出力源であり、熱機関は機械的エネルギの出力源である。このように形態の異なる２種類のエネルギを出力するエネルギ出力源を、備えることにより、運転効率の低い領域を相互に補完することができ、全体として高効率の運転を実現することができる利点がある。もちろん、エネルギ出力源は、これら２つに限定されるものではない。
【００１７】
燃料電池と熱機関とをエネルギ出力源として備える移動体においては、
前記検出手段は、前記熱機関の出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方を検出する手段であり、
前記出力制御手段は、熱機関をエネルギ出力源として使用すべき運転領域において、該熱機関の出力持続能力が所定値よりも低い場合、該熱機関に代えて前記燃料電池をエネルギ出力源として使用する手段であるものとすることができる。
【００１８】
熱機関の出力持続能力が低下した場合に、熱機関から燃料電池にエネルギ出力源を切り替えることにより、熱機関の使用を抑制することができ、出力持続能力の更なる低下を回避することができる。この結果、例えば、熱機関を使用可能な状態に保持することができ、他の運転状態において燃料電池と熱機関との使い分けを実現可能な状態を確保することができる。なお、上記制御を行う基準となる所定値は任意に設定可能であり、移動体の運転状態に応じて変化する値としてもよい。また、上記制御は、出力持続能力が所定値よりも現実に低くなったことが検出された時点で実行してもよいし、所定値よりも低くなることが予測される時点で実行するものとしてもよい。
【００１９】
このように本発明は、種々のエネルギ出力源を備える移動体に適用することができ、また燃料電池の制御も種々の態様で実現することができる。以下に制御の態様を例示する。
例えば、本発明の移動体が、
動力を出力する駆動軸と、
前記各エネルギ出力源から出力されたエネルギをそれぞれ機械的エネルギの形で該駆動軸に出力する機械的エネルギ出力機構とを備える場合には、
前記総エネルギは該駆動軸から出力される単位時間当たりの機械的エネルギであるものとすることができる。
【００２０】
即ち、駆動軸に出力される機械的エネルギに基づいて制御を行う態様である。上述の機械的エネルギ出力機構としては、例えば燃料電池のように電気的エネルギを出力するエネルギ出力源の場合は、電動機を用いることができる。熱機関のように機械的エネルギを出力するエネルギ出力源の場合には、出力されたエネルギを駆動軸に伝達するための機構が機械的エネルギ出力機構に該当する。もちろん、熱機関などの出力軸を駆動軸に直結する態様を採るものとしてもよい。上記構成によれば、出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方に応じて燃料電池の出力を制御することにより、各エネルギ出力源を適切に使い分けつつ駆動軸から動力を出力することができる。移動体の場合、かかる動力は主として移動に使用される。従って、上記移動体によれば、高効率な移動を実現することができる。
【００２１】
駆動軸から出力される動力を制御する移動体においては、
前記出力制御手段は、所定の一のエネルギ出力源を主として用いて前記総エネルギを出力する前記移動体の所定の運転領域において、該エネルギ出力源の出力持続能力の低下に伴い、前記所定の運転領域を狭める手段であるものとすることができる。
一のエネルギ出力源を燃料電池とした場合について具体的に示せば、
前記出力制御手段は、燃料電池を主として用いて前記総エネルギを出力する前記移動体の所定の運転領域において、該燃料電池の出力持続能力の低下に伴い、前記所定の運転領域を狭める手段となる。
【００２２】
かかる移動体によれば、燃料電池の出力持続能力が低下するにつれて、燃料電池を主として用いる運転領域が狭まり、ＦＣ燃料を消費する機会が減る。運転領域とは、移動に要する駆動力および移動速度などをパラメータとして表される範囲をいう。上記移動体によれば、運転領域を狭めることにより、ＦＣ燃料の消費を抑制することができる。なお、上述の運転領域は出力持続能力の低下に伴い、段階的に狭めるものとしてもよいし、連続的に狭めるものとしてもよい。燃料電池以外のエネルギ出力源についても同様の制御を適用することができる。
【００２３】
また、駆動軸から出力される動力を制御する移動体において、
前記出力制御手段は、所定の一のエネルギ出力源の出力持続能力の低下に伴い、該エネルギ出力源を利用して出力されるトルクを低減する手段であるものとしてもよい。例えば、燃料電池を所定のエネルギ出力源とするときは、出力持続能力の低下に伴い、前記燃料電池を利用して出力されるトルクを低減する手段とすることになる。こうすることにより、所定のエネルギ出力源として選択されたエネルギ出力源、例えば燃料電池の負荷を低減することができるから、その出力持続能力の更なる低下、例えばＦＣ燃料の消費を抑制することができる。
【００２４】
駆動軸から出力される動力を制御する移動体のより具体的な態様としては、
前記エネルギ出力源として、熱機関、燃料電池、および二次電池を備え、
少なくとも前記機械的エネルギ出力機構として、燃料電池および二次電池の電力により回転可能な電動機を備え、
前記燃料電池出力制御手段は、前記燃料電池の出力持続能力に応じて、前記移動体の運転領域における該電動機の運転領域および該電動機の出力トルクの少なくとも一方を変更する手段であるものとすることが望ましい。
【００２５】
かかる移動体によれば、電動機の運転領域および出力トルクの少なくとも一方を変更することにより、先に述べた作用に基づき、ＦＣ燃料の消費を抑制することができる。更に、上記移動体では、電動機を駆動する電源として二次電池をも備えるため、燃料電池の負荷を低減した分を二次電池からの電力で補うことができ、エネルギ出力源からのエネルギをより高い自由度で使い分けることができる。従って、移動体の乗り心地や応答性の低下をもたらすことなく、燃料電池の負荷を低減することができる。
【００２６】
駆動軸に出力される動力を制御する態様の他、移動体が、
電力を充放電する蓄電手段と、
前記各エネルギ出力源から出力されたエネルギをそれぞれ電気的エネルギの形で前記蓄電手段の充電に供する電気的エネルギ出力機構とを備える場合には、
前記総エネルギは該蓄電手段の充電量を所定値まで増加させるために要する電気的エネルギであるものとすることもできる。
【００２７】
即ち、蓄電手段の充電に供される電気的エネルギに基づいて制御を行う態様である。二次電池やキャパシタなどの蓄電手段に蓄えられた電力は、電動機を介して移動体の走行に用いるものとしてもよいし、その他種々の補機を駆動するのに用いるものとしてもよい。上述の電気的エネルギ出力機構は、例えば燃料電池のように電気的エネルギを出力するエネルギ出力源の場合については出力された電力を伝達する導電線等が出力機構に該当する。熱機関のように機械的エネルギを出力するエネルギ出力源の場合には、該エネルギを用いて駆動される発電機を電気的エネルギ出力機構として適用することができる。上記構成によれば、出力持続能力に応じて燃料電池の出力を制御することにより、各エネルギ出力源を適切に用いて蓄電手段の充電制御を行うことができる。
【００２８】
蓄電手段の充電制御を実行する移動体においては、
前記出力制御手段は、前記蓄電手段を充電する電力を主として出力するエネルギ出力源の出力持続能力の低下に伴い、前記蓄電手段の充電量の目標値である前記所定値を低減させる手段であるものとすることができる。
【００２９】
蓄電手段に蓄えておくべき電力の目標値を低下させれば、当然、エネルギ出力源から蓄電手段に出力すべき電力全体が低減する。従って、燃料電池から出力すべき電力も低下する。上記移動体によれば、出力持続能力に応じて電力の目標値を低減させることにより、ＦＣ燃料の消費を抑制することができる。
【００３０】
また、蓄電手段の充電制御を実行する移動体においては、
前記出力制御手段は、前記蓄電手段を充電する電力を主として出力するエネルギ出力源の出力持続能力の低下に伴い、前記総エネルギ中のうち該エネルギ出力源による出力を低減させる手段であるものとすることもできる。
【００３１】
この場合は、蓄電手段に蓄えられる電力の目標値は維持しつつ、エネルギ出力源を使い分ける。上記移動体では、出力持続能力が低下すると、燃料電池の出力を低減し、その他のエネルギ出力源からのエネルギでこれを補償することにより、蓄電手段の充電を行う。この結果、ＦＣ燃料の消費を抑制することができる。
【００３２】
このように燃料電池の出力を低下させる場合において、
前記出力制御手段は、前記蓄電手段を充電する電力を主として出力するエネルギ出力源の出力持続能力の低下に伴い、前記蓄電手段の充電量の目標値である前記所定値を増大させる手段であるものとすることが望ましい。
【００３３】
出力持続能力が低下している場合には、蓄電手段の充電以外の場面でも燃料電池の出力を抑制することが好ましい。かかる観点から、蓄電手段の電力を高い値に維持しておくことが望ましい。上記構成によれば、出力持続能力が低下した場合には、燃料電池の出力を低下させるとともに、他のエネルギ出力源からの出力によって蓄電手段に多くの電力を蓄えることができる。従って、電力が要求される種々の状態においてＦＣ燃料の消費を抑制することができる。
【００３４】
なお、充電制御を実行する移動体においては、上述の２つの制御を組み合わせて適用することもできる。即ち、出力持続能力の低下に伴い、前記出力エネルギ設定手段における前記所定値を低減させるとともに、前記総エネルギ中の前記燃料電池による割合を低減させることも可能である。これら種々の態様において、出力持続能力の低下に伴い、所定値および出力の割合を段階的に低減させるものとしてもよいし、連続的に低減させるものとしてもよい。
【００３５】
本発明の移動体においては出力持続能力自体に基づいて上述の制御を行うものとしてもよいし、前記検出手段が、少なくとも前記エネルギ出力源の少なくとも一部について、出力持続能力の変化率を検出する手段である場合には、変化率に応じた変更速度で該出力持続能力の検出対象となっているエネルギ出力源の出力を変更するものとしてもよい。例えば、出力持続能力が急激に低下している場合には、それに応じて燃料電池の出力を急激に低減させることによって、ＦＣ燃料の過剰な消費を抑制することができる。かかる制御によれば、移動中における出力持続能力の変化に追随してＦＣ燃料の消費を制御することができるのである。なお、かかる制御を行う場合、燃料電池の出力の変更速度は、出力持続能力の変化率に応じて連続的に変化させるものとしてもよいし、段階的に変化させるものとしてもよい。
【００３６】
本発明の移動体においては、
前記出力制御手段は、該移動体の運転状態に応じて前記エネルギ出力源を切り替えて前記総エネルギを出力させる手段であり、かつ、いずれかのエネルギ出力源について出力持続能力が所定値以下の状態にあると判断される場合には、該エネルギ出力源への切り替えを禁止する手段とすることもできる。燃料電池と熱機関を備える移動体について例示すれば、熱機関の燃料が所定値以下に低減した場合には、通常であれば、燃料電池から熱機関にエネルギ出力源を切り替えるべき運転状態に至っても、こうした切り替えを行わずに燃料電池を継続的に運転し続ける態様が相当する。
【００３７】
また、前記出力制御手段は、該移動体の運転状態に応じて前記エネルギ出力源を切り替えて前記総エネルギを出力させる手段であり、かつ、いずれかのエネルギ出力源について出力持続能力が所定値以下の状態にあると判断される場合には、該エネルギ出力源を使用すべき運転状態にあっても、該エネルギ出力源から他のエネルギ出力源への切り替えを行う手段とすることもできる。燃料電池と熱機関を備える移動体について例示すれば、熱機関の燃料が所定値以下に低減した場合には、熱機関の運転を停止し、燃料電池の運転に切り替える態様が相当する。
【００３８】
これらの制御態様によれば、出力持続能力の低いエネルギ出力源の使用を抑制することができる。出力持続能力が低い状態にあるにも関わらず、そのエネルギ出力源を継続的に使用し続ければ、結果として運転効率の低下を招くばかりでなく、そのエネルギ出力源が出力不能となった時点で、出力される総エネルギの急変を招く可能性があり、移動体の運転感覚を大きく損ねる可能性もある。上記制御によれば、こうした運転感覚の急激な変動を回避することができる。
【００３９】
後者の制御態様、即ち、あるエネルギ出力源の出力持続能力の低下時には、他のエネルギ出力源への切り替えを行う態様において、
前記エネルギ出力源は、それぞれ該移動体の駆動軸に回転動力を出力する機構である場合には、
前記出力制御手段は、さらに、前記エネルギ出力源から他のエネルギ出力源への切り替えは、双方のエネルギ出力源により前記駆動軸に出力可能なトルクが所定範囲内に収まる運転状態において行う手段であるものとすることが望ましい。こうすれば、切り替え時のトルク変動を所定範囲内に抑制することができ、ショックを低減することができる。所定範囲は、移動体の種類などに応じて、許容される範囲で任意に設定可能である。
【００４０】
本発明の移動体においては、
該移動体の運転状態に関する所定のパラメータを入力する運転状態入力手段を備え、
前記出力制御手段は、さらに、前記検出結果に応じて前記各エネルギ出力源からのエネルギの出力状態を制御する際に用いられる基準値を前記パラメータに応じて変化させる手段を備えるものとすることができる。
こうすることにより、運転状態に応じてエネルギ出力源の柔軟な使い分けを実現することができ、運転感覚により適合した高効率な運転を実現することができる。運転状態に関するパラメータとしては、移動体の移動速度、要求動力を指示するアクセルの開度など移動体の運転状態を直接表すパラメータを用いることができる。また、移動体の進路に関する情報を与えるシステムが備えられている場合には、かかるシステムから得られる種々の情報をパラメータとして利用することもできる。
【００４１】
本発明は、以上で説明した移動体と主要部を同一にする発明として、以下に示す駆動装置の態様で構成することもできる。
即ち、本発明の駆動装置は、
燃料電池を含む２種類以上のエネルギ出力源を備える移動体の駆動装置であって、
前記エネルギ出力源の少なくとも一部について出力残量およびその変化率の少なくとも一方を推定する推定手段と、
前記エネルギ出力源から出力すべき総エネルギのうち各エネルギ出力源から出力すべきエネルギの配分を前記推定手段による推定結果に応じて制御する出力配分制御手段とを備える駆動装置である。
かかる駆動装置によれば、移動体で説明したのと同様の作用により、高効率および環境性に優れた運転を実現することができる。
【００４２】
ここで、出力残量とは、エネルギ出力源から出力可能な電力を時間積分した物理量に相当する。出力残量は、種々のパラメータによって推定することができ、例えば、
前記推定手段は、前記燃料電池の燃料または燃料電池の燃料を生成する原料の残量に基づいて前記燃料電池についての出力残量およびその変化率の少なくとも一方を推定する手段であるものとすることができる。
【００４３】
また、本発明の駆動装置において、
前記出力配分制御手段は、前記燃料電池を除く少なくとも一つのエネルギ出力源の出力エネルギが負の値となることを許容して前記配分を制御する手段であるものとしてもよい。
【００４４】
出力エネルギを負の値に設定するとは、エネルギを受け入れる状態を採ることを意味する。例えば、エネルギ出力源の一つに充放電可能な蓄電手段が含まれている場合には、その充電を行うことが相当する。このように設定することにより、上記駆動装置は、エネルギを受け入れる状態に設定されたエネルギ出力源のエネルギ状態を、燃料電池を含む各エネルギ出力源から出力されたエネルギで回復することができる。
【００４５】
上記駆動装置においても、移動体と同様、種々の制御を適用することができ、例えば、
前記出力配分制御手段は、該駆動装置の運転状態に応じて前記エネルギ出力源を切り替えて前記総エネルギを出力させる手段であり、かつ、いずれかのエネルギ出力源について出力残量が所定値以下の状態にあると判断される場合には、該エネルギ出力源への切り替えを禁止する手段であるものとすることができる。
【００４６】
また、前記出力配分制御手段は、該駆動装置の運転状態に応じて前記エネルギ出力源を切り替えて前記総エネルギを出力させる手段であり、かつ、いずれかのエネルギ出力源について出力残量が所定値以下の状態にあると判断される場合には、該エネルギ出力源を使用すべき運転状態にあっても、該エネルギ出力源から他のエネルギ出力源への切り替えを行う手段であるものとすることもできる。
この場合には、
前記出力配分制御手段は、さらに、前記エネルギ出力源から他のエネルギ出力源への切り替えは、双方のエネルギ出力源により該駆動装置の駆動軸に出力可能なトルクが所定範囲内に収まる運転状態において行う手段であるものとすることが望ましい。
【００４７】
さらに、
該駆動装置の運転状態に関する所定のパラメータを入力する運転状態入力手段を備え、
前記出力配分制御手段は、さらに、前記検出結果に応じて前記各エネルギ出力源からのエネルギの出力状態を制御する際に用いられる基準値を前記パラメータに応じて変化させる手段を備えるものとしてもよい。
【００４８】
これらの制御態様によれば、移動体で説明したのと同様の作用により、それぞれエネルギ出力源の効率的な使い分けを実現することができる。また、運転感覚に適合した使い分けを実現することができる。
【００４９】
本発明は、以下に示す制御方法として構成することもできる。
即ち、本発明の制御方法は、
燃料電池を含む２種類以上のエネルギ出力源を備える移動体の運転を制御する制御方法であって、
（ａ）  前記エネルギ出力源の少なくとも一部について、出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方を検出する工程と、
（ｂ）  前記エネルギ出力源から出力すべき総エネルギを設定する工程と、
（ｃ）  前記工程（ａ）における検出結果に基づいて各エネルギ出力源のエネルギを調整しつつ、前記各エネルギ出力源を制御して、設定された総エネルギを出力する工程とを備える制御方法である。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態をハイブリッド車両に適用した場合の実施例に基づいて、以下の順序で説明する。
Ａ．装置の構成：
Ｂ．一般的動作：
Ｃ．ＥＶ走行制御処理：
Ｄ．補機駆動制御処理：
Ｅ．充電制御処理：
Ｆ．第２実施例：
Ｇ．第３実施例：
Ｈ．第４実施例：
Ｈ１．第４実施例における第１変形例：
Ｈ２．第４実施例における第２変形例：
Ｉ．その他の変形例：
【００５１】
Ａ．装置の構成：
図１は実施例としてのハイブリッド車両の概略構成図である。本実施例のハイブリッド車両の動力源は、エンジン１０とモータ２０である。図示する通り、本実施例のハイブリッド車両の動力系統は、上流側からエンジン１０、入力クラッチ１８、モータ２０、トルクコンバータ３０、および変速機１００を直列に結合した構成を有している。即ち、エンジン１０のクランクシャフト１２は、入力クラッチ１８を介してモータ２０に結合されている。入力クラッチ１８をオン・オフすることにより、エンジン１０からの動力の伝達を断続することができる。モータ２０の回転軸１３は、また、トルクコンバータ３０にも結合されている。トルクコンバータの出力軸１４は変速機１００に結合されている。変速機１００の出力軸１５はディファレンシャルギヤ１６を介して車軸１７に結合されている。以下、それぞれの構成要素について順に説明する。
【００５２】
エンジン１０は通常のガソリンエンジンである。但し、エンジン１０は、ガソリンと空気の混合気をシリンダに吸い込むための吸気バルブ、および燃焼後の排気をシリンダから排出するための排気バルブの開閉タイミングを、ピストンの上下運動に対して相対的に調整可能な機構を有している（以下、この機構をＶＶＴ機構と呼ぶ）。ＶＶＴ機構の構成については、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。エンジン１０は、ピストンの上下運動に対して各バルブが遅れて閉じるように開閉タイミングを調整することにより、いわゆるポンピングロスを低減することができる。この結果、エンジン１０をモータリングする際にモータ２０から出力すべきトルクを低減させることもできる。ガソリンを燃焼して動力を出力する際には、ＶＶＴ機構は、エンジン１０の回転数に応じて最も燃焼効率の良いタイミングで各バルブが開閉するように制御される。
【００５３】
モータ２０は、三相の同期モータであり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ２２と、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されたステータ２４とを備える。モータ２０はロータ２２に備えられた永久磁石による磁界とステータ２４の三相コイルによって形成される磁界との相互作用により回転駆動する。また、ロータ２２が外力によって回転させられる場合には、これらの磁界の相互作用により三相コイルの両端に起電力を生じさせる。なお、モータ２０には、ロータ２２とステータ２４との間の磁束密度が円周方向に正弦分布する正弦波着磁モータを適用することも可能であるが、本実施例では、比較的大きなトルクを出力可能な非正弦波着磁モータを適用した。
【００５４】
モータ２０の電源としては、バッテリ５０と燃料電池システム６０とが備えられている。但し、主電源は燃料電池システム６０である。バッテリ５０は燃料電池システム６０が故障した場合や十分な電力を出力することができない過渡的な運転状態にある場合などに、これを補完するようモータ２０に電力を供給する電源として使用される。バッテリ５０の電力は、主としてハイブリッド車両の制御を行う制御ユニット７０や、照明装置などの電力機器に主として供給される。
【００５５】
モータ２０と各電源との間には、接続状態を切り替えるための切替スイッチ８４が設けられている。切替スイッチ８４は、バッテリ５０，燃料電池システム６０，モータ２０の３者間の接続状態を任意に切り替えることができる。ステータ２４は切替スイッチ８４および駆動回路５１を介してバッテリ５０に電気的に接続される。また、切替スイッチ８４および駆動回路５２を介して燃料電池システム６０に接続される。駆動回路５１，５２は、それぞれトランジスタインバータで構成されており、モータ２０の三相それぞれに対して、ソース側とシンク側の２つを一組としてトランジスタが複数備えられている。これらの駆動回路５１，５２は、制御ユニット７０と電気的に接続されている。制御ユニット７０が駆動回路５１，５２の各トランジスタのオン・オフの時間をＰＷＭ制御するとバッテリ５０および燃料電池システム６０を電源とする擬似三相交流がステータ２４の三相コイルに流れ、回転磁界が形成される。モータ２０は、かかる回転磁界の作用によって、先に説明した通り電動機または発電機として機能する。
【００５６】
図２は燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。燃料電池システム６０は、メタノールを貯蔵するメタノールタンク６１、水を貯蔵する水タンク６２、燃焼ガスを発生するバーナ６３、空気の圧縮を行なう圧縮機６４、バーナ６３と圧縮機６４とを併設した蒸発器６５、改質反応により燃料ガスを生成する改質器６６、燃料ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度を低減するＣＯ低減部６７、電気化学反応により起電力を得る燃料電池６０Ａを主な構成要素とする。これらの各部の動作は、制御ユニット７０により制御される。
【００５７】
燃料電池６０Ａは、固体高分子電解質型の燃料電池であり、電解質膜、カソード、アノード、およびセパレータとから構成されるセルを複数積層して構成されている。電解質膜は、例えばフッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。カソードおよびアノードは、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレータは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。カソードおよびアノードとの間に燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。
【００５８】
燃料電池システム６０の各構成要素は次の通り接続されている。メタノールタンク６１は配管で蒸発器６５に接続されている。配管の途中に設けられたポンプＰ２は、流量を調整しつつ、原燃料であるメタノールを蒸発器６５に供給する。水タンク６２も同様に配管で蒸発器６５に接続されている。配管の途中に設けられたポンプＰ３は、流量を調整しつつ、水を蒸発器６５に供給する。メタノールの配管と、水の配管とは、それぞれポンプＰ２，Ｐ３の下流側で一つの配管に合流し、蒸発器６５に接続される。
【００５９】
蒸発器６５は、供給されたメタノールと水とを気化させる。蒸発器６５には、バーナ６３と圧縮機６４とが併設されている。蒸発器６５は、バーナ６３から供給される燃焼ガスによってメタノールと水とを沸騰、気化させる。バーナ６３の燃料は、メタノールである。メタノールタンク６１は、蒸発器６５に加えてバーナ６３にも配管で接続されている。メタノールは、この配管の途中に設けられたポンプＰ１により、バーナ６３に供給される。バーナ６３には、また、燃料電池６０Ａでの電気化学反応で消費されずに残った燃料排ガスも供給される。バーナ６３は、メタノールと燃料排ガスのうち、後者を主として燃焼させる。バーナ６３の燃焼温度はセンサＴ１の出力に基づいて制御されており、約８００℃から１０００℃に保たれる。バーナ６３の燃焼ガスは、蒸発器６５に移送される際にタービンを回転させ、圧縮機６４を駆動する。圧縮機６４は、燃料電池システム６０の外部から空気を取り込んでこれを圧縮し、この圧縮空気を燃料電池６０Ａの陽極側に供給する。
【００６０】
蒸発器６５と改質器６６とは配管で接続されている。蒸発器６５で得られた原燃料ガス、即ちメタノールと水蒸気の混合ガスは、改質器６６に搬送される。改質器６６は、供給されたメタノールと水とからなる原燃料ガスを改質して水素リッチな燃料ガスを生成する。なお、蒸発器６５から改質器６６への搬送配管の途中には、温度センサＴ２が設けられており、この温度が通常約２５０℃の所定値になるようにバーナ６３に供給するメタノール量が制御される。なお、改質器６６における改質反応では酸素が関与する。この改質反応に必要な酸素を供給するために、改質器６６には外部から空気を供給するためのブロワ６８が併設されている。
【００６１】
改質器６６とＣＯ低減部６７とは配管で接続されている。改質器６６で得られた水素リッチな燃料ガスは、ＣＯ低減部６７に供給される。改質器６６での反応課程において、通常は燃料ガスに一酸化炭素（ＣＯ）が一定量含まれる。ＣＯ低減部６７は、この燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる。固体高分子型の燃料電池では、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素が、アノードにおける反応を阻害して燃料電池の性能を低下させてしまうからである。ＣＯ低減部６７は、燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素へと酸化することにより、一酸化炭素濃度を低減させる。
【００６２】
ＣＯ低減部６７と燃料電池６０Ａのアノードとは配管で接続されている。一酸化炭素濃度が下げられた燃料ガスは、燃料電池６０Ａの陰極側における電池反応に供される。また、先に説明した通り、燃料電池６０Ａのカソード側には圧縮された空気を送り込むための配管が接続されている。この空気は、酸化ガスとして燃料電池６０Ａの陽極側における電池反応に供される。
【００６３】
以上の構成を有する燃料電池システム６０は、メタノールと水を用いた化学反応によって電力を供給することができる。本実施例では、メタノールタンク６１，水タンク６２内のメタノールおよび水の残量に応じて、燃料電池の運転状態を制御する。かかる制御を実現するため、それぞれのタンクには、容量センサ６１ａ、６２ａが設けられている。なお、本実施例では、メタノールおよび水を用いる燃料電池システム６０を搭載しているが、燃料電池システム６０は、これに限定されるものではなく、種々の構成を適用することができる。
【００６４】
なお、以下の説明では燃料電池システム６０をまとめて燃料電池６０と称するものとする。また、燃料電池での発電に使用されるメタノールおよび水を総称してＦＣ燃料と呼ぶものとする。両者の容量は常に同一とは限らない。以下の説明においてＦＣ燃料量というときは、燃料電池での発電に制約を与える側の容量を意味するものとする。つまり、メタノールおよび水のうち、発電を継続した場合に先に不足する側の容量を意味するものとする。
【００６５】
トルクコンバータ３０は、流体を利用した周知の動力伝達機構である。トルクコンバータ３０の入力軸、即ちモータ２０の出力軸１３と、トルクコンバータ３０の出力軸１４とは機械的に結合されてはおらず、互いに滑りをもった状態で回転可能である。両者の末端には、それぞれ複数のブレードを有するタービンが備えられており、モータ２０の出力軸１３のタービンとトルクコンバータ３０の出力軸１４のタービンとが互いに対向する状態でトルクコンバータ内部に組み付けられている。トルクコンバータ３０は密閉構造をなしており、中にはトランスミッション・オイルが封入されている。このオイルが前述のタービンにそれぞれ作用することで、一方の回転軸から他方の回転軸に動力を伝達することができる。しかも、両者はすべりをもった状態で回転可能であるから、一方の回転軸から入力された動力を、回転数およびトルクの異なる回転状態に変換して他方の回転軸に伝達することができる。トルクコンバータ３０には、両回転軸の滑りが生じないよう、所定の条件下で両者を結合するロックアップクラッチも設けられている。ロックアップクラッチのオン・オフは制御ユニット７０により制御される。
【００６６】
変速機１００は、内部に複数のギヤ、クラッチ、ワンウェイクラッチ、ブレーキ等を備え、変速比を切り替えることによってトルクコンバータ３０の出力軸１４のトルクおよび回転数を変換して出力軸１５に伝達可能な機構である。図３は変速機１００の内部構造を示す説明図である。本実施例の変速機１００は、大きくは副変速部１１０（図中の破線より左側の部分）と主変速部１２０（図中の破線より右側の部分）とから構成されており、図示する構造により前進５段、後進１段の変速段を実現することができる。
【００６７】
変速機１００の構成について回転軸１４側から順に説明する。図示する通り、回転軸１４から入力された動力は、オーバードライブ部として構成された副変速部１１０によって所定の変速比で変速されて回転軸１１９に伝達される。副変速部１１０は、シングルピニオン型の第１のプラネタリギヤ１１２を中心に、クラッチＣ０と、ワンウェイクラッチＦ０と、ブレーキＢ０により構成される。第１のプラネタリギヤ１１２は、遊星歯車とも呼ばれるギヤであり、中心で回転するサンギヤ１１４、サンギヤの周りで自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ１１５、更にプラネタリピニオンギヤの外周で回転するリングギヤ１１８の３種類のギヤから構成されている。プラネタリピニオンギヤ１１５は、プラネタリキャリア１１６と呼ばれる回転部に軸支されている。
【００６８】
一般にプラネタリギヤは、上述の３つのギヤのうち２つのギヤの回転状態が決定されると残余の一つのギヤの回転状態が決定される性質を有している。プラネタリギヤの各ギヤの回転状態は、機構学上周知の計算式（１）によって与えられる。
Ｎｓ＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｃ−Ｎｒ／ρ；
Ｎｃ＝ρ／（１＋ρ）×Ｎｓ＋Ｎｒ／（１＋ρ）；
Ｎｒ＝（１＋ρ）Ｎｃ−ρＮｓ；
Ｔｓ＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ）＝ρＴｒ；
Ｔｒ＝Ｔｃ／（１＋ρ）；
ρ＝サンギヤの歯数／リングギヤの歯数          ・・・（１）；
【００６９】
ここで、
Ｎｓはサンギヤの回転数；
Ｔｓはサンギヤのトルク；
Ｎｃはプラネタリキャリアの回転数；
Ｔｃはプラネタリキャリアのトルク；
Ｎｒはリングギヤの回転数；
Ｔｒはリングギヤのトルク；
である。
【００７０】
副変速部１１０では、変速機１００の入力軸に相当する回転軸１４がプラネタリキャリア１１６に結合されている。またこのプラネタリキャリア１１６とサンギヤ１１４との間にワンウェイクラッチＦ０とクラッチＣ０とが並列に配置されている。ワンウェイクラッチＦ０はサンギヤ１１４がプラネタリキャリア１１６に対して相対的に正回転、即ち変速機への入力軸１４と同方向に回転する場合に係合する方向に設けられている。サンギヤ１１４には、その回転を制止可能な多板ブレーキＢ０が設けられている。副変速部１１０の出力に相当するリングギヤ１１８は回転軸１１９に結合されている。回転軸１１９は、主変速部１２０の入力軸に相当する。
【００７１】
かかる構成を有する副変速部１１０は、クラッチＣ０又はワンウェイクラッチＦ０が係合した状態ではプラネタリキャリア１１６とサンギヤ１１４とが一体的に回転する。先に示した式（１）に照らせば、サンギヤ１１４とプラネタリキャリア１１６の回転数が等しい場合には、リングギヤ１１８の回転数もこれらと等しくなるからである。このとき、回転軸１１９は入力軸１４と同じ回転数となる。またブレーキＢ０を係合させてサンギヤ１１４の回転を止めた場合、先に示した式（１）においてサンギヤ１１４の回転数Ｎｓに値０を代入すれば明らかな通り、リングギヤ１１８の回転数Ｎｒはプラネタリキャリア１１６の回転数Ｎｃよりも高くなる。即ち、回転軸１４の回転は増速されて回転軸１１９に伝達される。このように副変速部１１０は、回転軸１４から入力された動力を、そのままの状態で回転軸１１９に伝える役割と、増速して伝える役割とを選択的に果たすことができる。
【００７２】
次に、主変速部１２０の構成を説明する。主変速部１２０は三組のプラネタリギヤ１３０，１４０，１５０を備えている。また、クラッチＣ１，Ｃ２、ワンウェイクラッチＦ１，Ｆ２およびブレーキＢ１〜Ｂ４を備えている。各プラネタリギヤは、副変速部１１０に備えられた第１のプラネタリギヤ１１２と同様、サンギヤ、プラネタリキャリアおよびプラネタリピニオンギヤ、並びにリングギヤから構成されている。三組のプラネタリギヤ１３０，１４０，１５０は次の通り結合されている。
【００７３】
第２のプラネタリギヤ１３０のサンギヤ１３２と第３のプラネタリギヤ１４０のサンギヤ１４２とは互いに一体的に結合されており、これらはクラッチＣ２を介して入力軸１１９に結合可能となっている。これらのサンギヤ１３２，１４２が結合された回転軸には、その回転を制止するためのブレーキＢ１が設けられている。また、該回転軸が逆転する際に係合する方向にワンウェイクラッチＦ１が設けられている。さらにこのワンウェイクラッチＦ１の回転を制止するためのブレーキＢ２が設けられている。
【００７４】
第２のプラネタリギヤ１３０のプラネタリキャリア１３４には、その回転を制止可能なブレーキＢ３が設けられている。第２のプラネタリギヤ１３０のリングギヤ１３６は、第３のプラネタリギヤ１４０のプラネタリキャリア１４４および第４のプラネタリギヤ１５０のプラネタリキャリア１５４と一体的に結合されている。更に、これら三者は変速機１００の出力軸１５に結合されている。
【００７５】
第３のプラネタリギヤ１４０のリングギヤ１４６は、第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２に結合されるとともに、回転軸１２２に結合されている。回転軸１２２はクラッチＣ１を介して主変速部１２０の入力軸１１９に結合可能となっている。第４のプラネタリギヤ１５０のリングギヤ１５６には、その回転を制止するためのブレーキＢ４と、リングギヤ１５６が逆転する際に係合する方向にワンウェイクラッチＦ２とが設けられている。
【００７６】
変速機１００に設けられた上述のクラッチＣ０〜Ｃ２およびブレーキＢ０〜Ｂ４は、それぞれ油圧によって係合および解放する。図１中に示す通り、変速機１００には電動式の油圧ポンプ１０２から、これらのクラッチおよびブレーキを作動させるための作動油が供給されている。詳細な図示は省略したが、変速機１００には作動を可能とする油圧配管および油圧を制御するためのソレノイドバルブ等が設けられた油圧制御部１０４により、油圧を制御することができる。本実施例のハイブリッド車両では、制御ユニット７０が油圧制御部１０４内のソレノイドバルブ等に制御信号を出力することによって、各クラッチおよびブレーキの作動を制御する。
【００７７】
本実施例の変速機１００は、クラッチＣ０〜Ｃ２およびブレーキＢ０〜Ｂ４の係合および解放の組み合わせによって、前進5段・後進1段の変速段を設定することができる。また、いわゆるパーキングおよびニュートラルの状態も実現することができる。図４は各クラッチ、ブレーキ、およびワンウェイクラッチの係合状態と変速段との関係を示す説明図である。この図において、○印はクラッチ等が係合した状態であることを意味し、◎は動力源ブレーキ時に係合することを意味し、△印は係合するものの動力伝達に閑係しないことを意味している。動力源ブレーキとは、エンジン１０およびモータ２０による制動をいう。なお、ワンウェイクラッチＦ０〜Ｆ２の係合状態は、制御ユニット７０の制御信号に基づくものではなく、各ギヤの回転方向に基づくものである。
【００７８】
図４に示す通り、パーキング（Ｐ）およびニュートラル（Ｎ）の場合には、クラッチＣ０およびワンウェイクラッチＦ０が係合する。クラッチＣ２およびクラッチＣ１の双方が解放状態であるから、主変速部１２０の入力軸１１９から下流には動力の伝達がなされない。
【００７９】
第１速（１ｓｔ）の場合には、クラッチＣ０，Ｃ１およびワンウェイクラッチＦ０，Ｆ２が係合する。また、エンジンブレーキをかける場合には、さらにブレーキＢ４が係合する。この状態では、変速機１００の入力軸１４は第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２に直結された状態に等しくなり、動力は第４のプラネタリギヤ１５０の変速比に応じた変速比で出力軸１５に伝達される。リングギヤ１５６は、ワンウェイクラッチＦ２の作用により逆転しないように拘束され、事実上回転数は値０となる。
【００８０】
第２速（２ｎｄ）の場合には、クラッチＣ１、ブレーキＢ３、ワンウェイクラッチＦ０が係合する。また、エンジンブレーキをかける場合には、さらにクラッチＣ０が係合する。この状態では、変速機１００の入力軸１４は第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２および第３のプラネタリギヤ１４０のリングギヤ１４６に直結された状態に等しい。一方、第２のプラネタリギヤ１３０のプラネタリキャリア１３４は固定された状態となる。第２のプラネタリギヤ１３０および第３のプラネタリギヤ１４０について見れば、両者のサンギヤ１３２、１４２の回転数は等しい。また、リングギヤ１３６とプラネタリキャリア１４４の回転数は等しい。これらの条件下で、先に説明した式（１）に照らせば、プラネタリギヤ１３０、１４０の回転状態は一義的に決定される。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第１速（１ｓｔ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第１速（１ｓｔ）のトルクよりも低くなる。
【００８１】
第３速（３ｒｄ）の場合には、クラッチＣ０，Ｃ１、ブレーキＢ２、ワンウェイクラッチＦ０，Ｆ１が係合する。また、エンジンブレーキをかける場合には、さらにブレーキＢ１が係合する。この状態では、変速機１００の入力軸１４は第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２および第３のプラネタリギヤ１４０のリングギヤ１４６に直結された状態に等しい。一方、第２および第３のプラネタリギヤ１３０、１４０のサンギヤ１３２、１４２はブレーキＢ２およびワンウェイクラッチＦ１の作用により逆転が禁止された状態となり、事実上回転数は値０となる。かかる条件下で、第２速（２ｎｄ）の場合と同様、先に説明した式（１）に照らせば、プラネタリギヤ１３０、１４０の回転状態は一義的に決定され、出力軸１５の回転数も一義的に決定される。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第２速（２ｎｄ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第２速（２ｎｄ）のトルクよりも低くなる。
【００８２】
第４速（４ｔｈ）の場合には、クラッチＣ０〜Ｃ２およびワンウェイクラッチＦ０が係合する。ブレーキＢ２も同時に係合するが、動力の伝達には無関係である。この状態では、クラッチＣ１，Ｃ２が同時に係合するため、入力軸１４は第２のプラネタリギヤ１３０のサンギヤ１３２、第３のプラネタリギヤ１４０のサンギヤ１４２およびリングギヤ１４６、第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２に直結された状態となる。この結果、第３のプラネタリギヤ１４０は入力軸１４と同じ回転数で一体的に回転する。従って、出力軸１５も入力軸１４と同じ回転数で一体的に回転する。従って第４速（４ｔｈ）では、出力軸１５は第３速（３ｒｄ）よりも高い回転数で回転する。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第３速（３ｒｄ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第３速（３ｒｄ）のトルクよりも低くなる。
【００８３】
第５速（５ｔｈ）の場合には、クラッチＣ１、Ｃ２、ブレーキＢ０が係合する。ブレーキＢ２も係合するが、動力の伝達には無関係である。この状態では、クラッチＣ０が解放されるため、副変速部１１０で回転数が増速される。つまり、変速機１００の入力軸１４の回転数は、増速されて主変速部１２０の入力軸１１９に伝達される。一方、クラッチＣ１，Ｃ２が同時に係合するため、第４速（４ｔｈ）の場合と同様、入力軸１１９と出力軸１５とは同じ回転数で回転する。先に説明した式（１）に照らせば、副変速部１１０の入力軸１４と出力軸１１９の回転数、トルクの関係を求めることができ、出力軸１５の回転数、トルクを求めることができる。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第４速（４ｔｈ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第４速（４ｔｈ）のトルクよりも低くなる。
【００８４】
リバース（Ｒ）の場合には、クラッチＣ２、ブレーキＢ０、Ｂ４が係合する。このとき、入力軸１４の回転数は副変速部１１０で増速された上で、第２のプラネタリギヤ１３０のサンギヤ１３２、第３のプラネタリギヤ１４０のサンギヤ１４２に直結された状態となる。既に説明した通り、リングギヤ１３６、プラネタリキャリア１４４、１５４の回転数は等しくなる。リングギヤ１４６とサンギヤ１５２の回転数も等しくなる。また、第４のプラネタリギヤ１５０のリングギヤ１５６の回転数はブレーキＢ４の作用により値０となる。これらの条件下で先に説明した式（１）に照らせば、プラネタリギヤ１３０、１４０、１５０の回転状態は一義的に決定される。このとき出力軸１５は負の方向に回転し、後進が可能となる。
【００８５】
以上で説明した通り、本実施例の変速機１００は、前進５段、後進１段の変速を実現することができる。入力軸１４から入力された動力は、回転数およびトルクの異なる動力として出力軸１５から出力される。出力される動力は、第１速（１ｓｔ）から第５速（５ｔｈ）の順に回転数が上昇し、トルクが低減する。これは入力軸１４に負のトルク、即ち制動力が付加されている場合も同様である。入力軸１４にエンジン１０およびモータ２０により、一定の制動力が付加された場合、第１速（１ｓｔ）から第５速（５ｔｈ）の順に出力軸１５に付加される制動力は低減する。なお、変速機１００としては、本実施例で適用した構成の他、周知の種々の構成を適用可能である。変速段が前進５速よりも少ないものおよび多いもののいずれも適用可能である。
【００８６】
変速機１００の変速段は、制御ユニット７０が車速等に応じて設定する。運転者は、車内に備えられたシフトレバーを手動で操作し、シフトポジションを選択することによって、使用される変速段の範囲を変更することが可能である。図５は本実施例のハイブリッド車両におけるシフトポジションの操作部１６０を示す説明図である。この操作部１６０は車内の運転席横のフロアに車両の前後方向に沿って備えられている。
【００８７】
図示する通り、操作部としてシフトレバー１６２が備えられている。運転者はシフトレバー１６２を前後方向にスライドすることにより種々のシフトポジションを選択することができる。シフトポジションは、前方からパーキング（Ｐ）、リバース（Ｒ）、ニュートラル（Ｎ）、ドライブポジション（Ｄ）、４ポジション（４）、３ポジション（３）、２ポジション（２）およびローポジション（Ｌ）の順に配列されている。
【００８８】
パーキング（Ｐ）、リバース（Ｒ）、ニュートラル（Ｎ）は、それぞれ図４で示した係合状態に対応する。ドライブポジション（Ｄ）は、図４に示した第１速（１ｓｔ）から第５速（５ｔｈ）までを使用して走行するモードの選択を意味する。以下、４ポジション（４）は第４速（４ｔｈ）まで、３ポジション（３）は第３速（３ｒｄ）まで、２ポジション（２）は第２速（２ｎｄ）までおよびローポジション（Ｌ）は第１速（１ｓｔ）のみを使用して走行するモードの選択を意味する。
【００８９】
操作部１６０には、この他、スポーツモードスイッチ１６３が設けられている。スポーツモードスイッチ１６３は、頻繁に加減速を行う場合などに運転者により操作される。通常、変速機１００の変速段は車速とアクセル開度に応じて設定されたマップに従って切り替えられる。スポーツモードスイッチ１６３がオンになっている場合は、全体に低速段側の変速段が使用されるようにマップが変更される。
【００９０】
なお、シフトポジションの選択および目標減速度の設定を行うための操作部は、本実施例で示した構成（図５）以外にも種々の構成を適用することが可能である。また、スポーツモードスイッチ１６３に代えて、またはスポーツモードスイッチ１６３とともに運転者が変速段をマニュアルで切り替えられるモードを設けるものとしてもよい。変速段をマニュアルで切り替えるモードを設けた場合、シフトレバー１６２で変速段を切り替えるものとしてもよいし、これとは別の操作部を設けるものとしてもよい。後者としては、例えば、ステアリング部に変速段をアップ・ダウンするためのスイッチを設ける構成が挙げられる。
【００９１】
本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１０などの動力源から出力される動力は、補機の駆動にも用いられる。図１に示す通り、エンジン１０には補機駆動装置８２が結合されている。補機には、エアコンのコンプレッサやパワーステアリング用のポンプ等が含まれる。ここでは、エンジン１０の動力を利用して駆動される補機類をまとめて補機駆動装置８２として示した。補機駆動装置８２は、具体的にはエンジン１０のクランクシャフトに補機クラッチ１９を介して設けられたプーリにベルトを介して結合されており、クランクシャフトの回転動力によって駆動される。
【００９２】
補機駆動装置８２には、また、補機駆動用モータ８０も結合されている。補機駆動用モータ８０は、切替スイッチ８３を介して燃料電池６０およびバッテリ５０に接続されている。補機駆動用モータ８０は、モータ２０と同様の構成を有しており、エンジン１０の動力によって運転され、発電を行うことができる。補機駆動用モータ８０で発電された電力はバッテリ５０に充電することができる。また、補機駆動用モータ８０は、バッテリ５０および燃料電池６０から電力の供給を受けて力行することもできる。本実施例のハイブリッド車両は、後述する通り、所定の条件下では、エンジン１０の運転が停止される。補機駆動用モータ８０を力行すれば、エンジン１０が停止している時でも補機駆動装置８２を駆動することができる。もちろん、エンジン１０が停止している場合に、入力クラッチ１８をオンにして、モータ２０の動力で補機駆動装置８２を駆動するものとしてもよい。補機駆動用モータ８０で補機を駆動する際には、負担を軽減するために、エンジン１０と補機駆動装置８２との間の補機クラッチ１９を解放する。
【００９３】
本実施例のハイブリッド車両は、主なエネルギ出力源としてエンジン１０と燃料電池６０とを備える。バッテリ５０の電力は主として走行に使用されるものではないため、ここでは主なエネルギ出力源には含めない。燃料電池６０からは電気的エネルギを出力することができ、また、モータ２０を力行することにより駆動軸１５に機械的エネルギを出力することもできる。エンジン１０は駆動軸１５に機械的エネルギを出力することができ、また、モータ２０または補機駆動用モータ８０を発電機として駆動することにより電気的エネルギを出力することもできる。本実施例では、後述する通り、これら２つのエネルギ出力源を使い分けて走行する。両者の使い分けは、ＦＣ燃料に応じて変動する。本実施例では、運転者が違和感なく運転できるよう、両者のいずれをエネルギ源として走行しているかを運転者に知らせるための表示部が設けられている。
【００９４】
図６は本実施例におけるハイブリッド車両の計器板を示す説明図である。この計器板は、通常の車両と同様、運転者の正面に設置されている。計器板には、運転者から見て左側にガソリンの燃料計２０２、燃料電池用の燃料計２０３、速度計２０４が設けられており、右側にエンジン水温計２０８、エンジン回転計２０６が設けられている。燃料電池用の燃料計２０３は、図示する通り、メタノールの残量と、改質に用いられる水の残量とを左右の指針でそれぞれ示すように構成されている。中央部にはシフトポジションを表示するシフトポジションインジケータ２２０が設けられており、その左右に方向指示器インジケータ２１０Ｌ、２１０Ｒが設けられている。また、ＥＶ走行インジケータ２２２がシフトポジションインジケータ２２０の上方に設けられている。ＥＶ走行インジケータ２２２は、モータ２０を力行している場合に点灯する。
【００９５】
本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１０、モータ２０、トルクコンバータ３０、変速機１００、補機駆動用モータ８０等の運転を制御ユニット７０が制御している（図１参照）。制御ユニット７０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭ等を備えるワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＲＯＭに記録されたプログラムに従い、ＣＰＵが後述する種々の制御処理を行う。制御ユニット７０には、かかる制御を実現するために種々の入出力信号が接続されている。図７は制御ユニット７０に対する入出力信号の結線を示す説明図である。図中の左側に制御ユニット７０に入力される信号を示し、右側に制御ユニット７０から出力される信号を示す。
【００９６】
制御ユニット７０に入力される信号は、種々のスイッチおよびセンサからの信号である。かかる信号には、例えば、ＦＣ燃料残量、燃料電池温度、エンジン１０の回転数、エンジン１０の水温、イグニッションスイッチ、バッテリ残容量ＳＯＣ、バッテリ温度、車速、トルクコンバータ３０の油温、シフトポジション、サイドブレーキのオン・オフ、フットブレーキの踏み込み量、エンジン１０の排気を浄化する触媒の温度、アクセル開度、スポーツモードスイッチ１６３のオン・オフ、車両の加速度センサなどがある。制御ユニット７０には、その他にも多くの信号が入力されているが、ここでは図示を省略した。
【００９７】
制御ユニット７０から出力される信号は、エンジン１０，モータ２０，トルクコバータ３０，変速機１００等を制御するための信号である。かかる信号には、例えば、エンジン１０の点火時期を制御する点火信号、燃料噴射を制御する燃料噴射信号、補機駆動用モータ８０の運転を制御する補機駆動用モータ制御信号、モータ２０の運転を制御するモータ制御信号、変速機１００の変速段を切り替える変速機制御信号、変速機１００の油圧を制御するためのＡＴソレノイド信号およびＡＴライン圧コントロールソレノイド信号、エンジン１０からモータ２０側への動力の伝達をオン・オフする入力クラッチ１８を制御する入力クラッチ１８コントロールソレノイド、トルクコンバータ３０のロックアップを行うためのＡＴロックアップコントロールソレノイド、モータ２０の電源の切替スイッチ８４の制御信号、補機駆動用モータ８０の電源の切替スイッチ８３の制御信号、燃料電池システム６０の制御信号などがある。制御ユニット７０からは、その他にも多くの信号が出力されているが、ここでは図示を省略した。
【００９８】
Ｂ．一般的動作：
次に、本実施例のハイブリッド車両の一般的動作について説明する。先に図１で説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は動力源としてエンジン１０とモータ２０とを備える。制御ユニット７０は、車両の走行状態、即ち車速およびトルクに応じて両者を使い分けて走行する。両者の使い分けは予めマップとして設定され、制御ユニット７０内のＲＯＭに記憶されている。
【００９９】
図８は車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。図中の領域ＭＧはモータ２０を動力源として走行する領域である。領域ＭＧの外側の領域は、エンジン１０を動力源として走行する領域である。以下、前者をＥＶ走行と呼び、後者をエンジン走行と呼ぶものとする。図１の構成によれば、エンジン１０とモータ２０の双方を動力源として走行することも可能ではあるが、本実施例では、かかる走行領域は設けていない。なお、ＥＶ走行の領域は、エンジン１０およびモータ２０の運転効率と、各動力源から出力可能な動力の範囲とを考慮して、運転効率が高くなるように設定されている。
【０１００】
図示する通り、本実施例のハイブリッド車両は、まずＥＶ走行で発進する。かかる領域では、入力クラッチ１８をオフにして走行する。ＥＶ走行により発進した車両が図８のマップにおける領域ＭＧと領域ＥＧの境界近傍の走行状態に達した時点で、制御ユニット７０は、入力クラッチ１８をオンにするとともに、エンジン１０を始動する。入力クラッチ１８をオンにすると、エンジン１０はモータ２０により回転させられる。制御ユニット７０は、エンジン１０の回転数が所定値まで増加したタイミングで燃料を噴射し点火する。また、ＶＶＴ機構を制御して、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングをエンジン１０の運転に適したタイミングに変更する。
【０１０１】
こうしてエンジン１０が始動して以後、領域ＥＧ内ではエンジン１０のみを動力源として走行する。かかる領域での走行が開始されると、制御ユニット７０は駆動回路５１，５２のトランジスタを全てシャットダウンする。この結果、モータ２０は単に空回りした状態となる。
【０１０２】
制御ユニット７０は、このように車両の走行状態に応じて動力源を切り替える制御を行うとともに、変速機１００の変速段を切り替える処理も行う。変速段の切り替えは動力源の切り替えと同様、車両の走行状態に予め設定されたマップに基づいてなされる。マップは、シフトポジションによっても相違する。図８にはＤポジション、４ポジション、３ポジションに相当するマップを示した。このマップに示す通り、制御ユニット７０は、車速が増すにつれて変速比が小さくなるように変速段の切り替えを実行する。
【０１０３】
ドライブポジション（Ｄ）では、図８に示す通り、第５速（５ｔｈ）までの変速段を用いて走行する。４ポジションでは、このマップにおいて、第４速（４ｔｈ）までの変速段を用いて走行する。４ポジションでは、図８における５ｔｈの領域であっても第４速（４ｔｈ）が使用される。同様に３ポジションの場合には、図８のマップにおいて、第３速（３ｒｄ）までの変速段を用いて走行する。
【０１０４】
２ポジション、Ｌポジションでは、マップを各シフトポジションに固有のものに変更して変速段の制御を行う。図９は２ポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。２ポジションでは、第１速および第２速の変速段が使用される。２ポジションのマップ（図９）において、第１速と第２速の切り替えを行う境界は、Ｄポジションのマップ（図８）と同じである。２ポジションでは、Ｄポジションに比較して領域ＭＧの範囲が相違する。
【０１０５】
２ポジションでは、第３速が使用されないため、領域ＭＧについて、Ｄポジションのマップ（図８）中の第３速を使用する領域（ハッチングを付した部分）を領域ＭＧから除外する設定とすることも可能である。本実施例では、かかる領域よりも広い範囲で２ポジションにおける領域ＭＧを設定した。図９中の破線は、Ｄポジションのマップとの対比のために示したものであり、Ｄポジションのマップ中の第２速と第３速との境界に対応する曲線である。このように領域ＭＧ中で第２速に対応する領域を広げることにより、２ポジションにおいても十分にモータ２０を動力源として活用することができ、ハイブリッド車両の燃費を向上することができる。なお、第２速に対応する領域の設定に当たっては、モータ２０の定格を考慮して、広げた領域（図９中のハッチングを付した領域）における走行感覚がＤポジションにおける該当領域と大差ないよう設定することが望ましい。
【０１０６】
図１０はＬポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。Ｌポジションでは、第１速のみが使用される。２ポジションにおけるマップの設定で説明したのと同様の理由により、Ｌポジションでは、２ポジションに比較して領域ＭＧの範囲が相違する。Ｌポジションにおける領域ＭＧは、２ポジションのマップにおいて、領域ＭＧ中の第１速に対応する領域よりも広い範囲に設定されている。図１１はＲポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。Ｒポジションでは後進するため、領域ＭＧの広さは前進方向のシフトポジションにおけるマップとは個別に設定した。
【０１０７】
変速段の切り替えはこのマップによる切り替えの他、運転者がアクセルペダルを急激に踏み込むことにより一段変速比が高い側に変速段を移す、いわゆるキックダウンと呼ばれる切り替えも行われる。また、スポーツモードが選択されている場合には、変速比の低い変速段を使用する領域をそれぞれ拡張して設定したマップに基づいて変速が行われる。これらの切り替え制御は、エンジンのみを動力源とし、自動変速装置を備えた周知の車両と同様である。なお、変速段と車両の走行状態との関係は、図８〜図１１に示した他、変速機１００の変速比に応じて種々の設定が可能である。
【０１０８】
なお、図８〜図１１では、車両の走行状態に応じてＥＶ走行とエンジン走行とを使い分ける場合のマップを示した。本実施例の制御ユニット７０は、全ての領域をエンジン走行で行う場合のマップも備えている。かかるマップは、図８〜図１１において、ＥＶ走行の領域（領域ＭＧ）を除いたものとなっている。但し、この場合でも、燃費の向上を図るため、停車中には原則としてエンジン１０の運転を停止する。
【０１０９】
このように２種類のマップを備える理由について説明する。ＥＶ走行には電力が必要である。制御ユニット７０は燃料電池システム６０から電力を確保できる場合には、走行領域ごとにＥＶ走行とエンジン走行とを使い分けて運転を行う。十分な電力を確保できない場合には、ＥＶ走行を行うことが妥当ではないため、全ての領域をエンジン走行で運転する。ＥＶ走行で発進を開始した場合でも、発進後に電力が十分確保できない状況に至った場合には、車両の走行状態が領域ＭＧ内にあってもエンジン走行に切り替えられる。かかる使い分けの制御については後述する。
【０１１０】
次に、本実施例のハイブリッド車両の制動について説明する。本実施例のハイブリッド車両は、ブレーキペダルを踏み込むことによって付加されるホイールブレーキと、エンジン１０およびモータ２０からの負荷トルクによる動力源ブレーキの２種類のブレーキによる制動が可能である。モータ２０の負荷トルクによるブレーキとは、いわゆる回生制動であり、ハイブリッド車両の運動エネルギをモータ２０で電力として回収する制動方法である。回収された電力はバッテリ５０に充電される。動力源ブレーキによる制動は、アクセルペダルの踏み込みを緩めた場合に行われる。ブレーキペダルを踏み込めば、車両には動力源ブレーキとホイールブレーキの総和からなる制動力が付加される。
【０１１１】
本実施例のハイブリッド車両は、制御ユニット７０が、エンジン１０、モータ２０等を制御することによって、上述した走行を可能としている。制御は、車両の種々の運転モードごとに用意された所定の制御処理を実行することにより、行われる。以下では、本実施例のハイブリッド車両について、代表的な運転モードに対し、それぞれ制御処理の内容を説明する。
【０１１２】
Ｃ．ＥＶ走行制御処理：
図１２はＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。制御ユニット７０内のＣＰＵが所定の時間間隔で周期的に実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、車速、アクセル開度、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬが以後の処理に関与する。
【０１１３】
次に、ＣＰＵはＦＣ燃料の残量ＦＣＬに基づいて運転モードの選択を行う（ステップＳ２０）。即ち、残量ＦＣＬが所定の値Ｆ１以上である場合には、燃料電池を走行に使用することができると判断し、ハイブリッドモードを選択する（ステップＳ３０）。所定の値Ｆ１の設定については後述する。ハイブリッドモードとは、図８〜図１１に示した通り、モータ２０の動力によって走行する領域ＭＧを設けたモードをいう。一方、残量ＦＣＬが所定の値Ｆ１よりも少ない場合には、燃料電池を走行に使用すべきでないと判断し、非ハイブリッドモードを選択する（ステップＳ４０）。非ハイブリッドモードが選択されると、全走行領域でエンジン１０を動力源とする走行が行われる。但し、停車中は原則としてエンジン１０の運転を停止する。非ハイブリッドモードは、図８等に示した領域ＭＧを停車中（車速、アクセル開度ともに０）の範囲にまで狭めた設定と等価である。本実施例では、非ハイブリッドモードが選択された場合には、図８〜図１１の各マップを、領域ＭＧが停車中の範囲のみに狭められたマップに置換することで各モードの使い分けを実現している。非ハイブリッドモードで使用されるマップの領域ＭＧを図８中に破線で領域ＭＧ’として示した。非ハイブリッドモードでは、この領域ＭＧ’が各シフトポジションで適用される。
【０１１４】
こうして残量ＦＣＬに基づいて運転モードを設定すると、ＣＰＵは車両の運転状態がＭＧ領域に該当するか否かを判定する（ステップＳ５０）。ＭＧ領域は、図８〜図１１に示した通り、シフトポジションに応じて車速およびアクセル開度との関係で特定されている。ハイブリッドモードが選択されている場合には、ステップＳ１０で入力された諸量に基づいて、運転状態がＭＧ領域に該当するか否かを判定するのである。非ハイブリッドモードが選択されている場合、上述の通り、図８〜図１１のマップに代えて、領域ＭＧの範囲が狭められたマップを用いるものとしている（図８の領域ＭＧ’参照）。従って、非ハイブリッドモードが選択されている場合には、停車中のみが領域ＭＧに該当すると判断されることになる。
【０１１５】
ステップＳ５０において、領域ＭＧに該当すると判断された場合、ＣＰＵはＥＶ走行を実行するため、モータ２０を動力源として運転する処理を行う（ステップＳ６０）。モータ２０を駆動するための処理は次の通りである。電源の切替スイッチ８４を制御して、燃料電池６０とモータ２０とを接続する。また、モータ２０の運転の可否を示すフラグをオンにするとともに、モータ２０の目標運転状態、即ち目標回転数と目標トルクとを特定する。本実施例では、モータ２０の運転自体は、別途用意されたルーチンで実行するものとしているため、ここでは、該ルーチンに受け渡すデータの設定を行うのである。目標回転数は、ステップＳ１０で入力された車速に変速機１００の変速比およびディファレンシャルギヤの変速比などを乗じることで特定される。目標トルクは、車速とアクセル開度とに応じて予め設定されたマップによって特定される。これらの目標運転状態が、別途用意された制御処理に受け渡されることにより、モータ２０は該目標運転状態で運転される。
【０１１６】
モータ２０を駆動する制御処理について説明する。図１３はモータ駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。この処理が開始されると、ＣＰＵはモータ２０の駆動を許可する運転フラグがオンになっているか否かを判定する（ステップＳ１）。運転フラグがオンでない場合には、モータ２０を駆動すべきでないと判断して、何も処理を行うことなくモータ駆動制御ルーチンを終了する。
【０１１７】
モータ２０の運転フラグがオンになっている場合には、次に、モータ２０の目標運転状態、即ち目標回転数および目標トルクを入力する（ステップＳ２）。目標運転状態は、上述のＥＶ走行制御処理などの運転制御処理でそれぞれ設定されている。こうして入力された目標運転状態に基づき、ＣＰＵはモータ２０に印加すべき電圧Ｖｄ、Ｖｑを設定する（ステップＳ３）。Ｖｄ，Ｖｑとは、それぞれモータ２０のｄ軸電圧、ｑ軸電圧を意味する。本実施例では、同期モータの制御方法として周知の技術であるベクトル制御を適用する。ベクトル制御では、ロータの回転とともに回転するｄ軸およびｑ軸方向の電圧がモータ２０の出力トルクを制御する本質的なパラメータとして扱われる。これらの電圧は、目標回転数および目標トルクに応じて予め設定され、テーブルとして記憶されている。ＣＰＵはステップＳ２で入力された目標運転状態に基づき、このテーブルを参照して、印加電圧Ｖｄ，Ｖｑを設定するのである。
【０１１８】
こうしてｄ軸方向、ｑ軸方向の電圧を設定すると、ＣＰＵはそれらの電圧をモータ２０のＵ，Ｖ，Ｗ相の各コイルに印加すべき電圧に変換する（ステップＳ４）。かかる変換は、２相／３相変換と呼ばれる。ｄ軸方向およびｑ軸方向の電圧値に、ロータの回転位置に応じた周知のマトリックスを乗じることで変換することができる。こうして設定された各相の電圧に基づき、ＣＰＵはトランジスタをＰＷＭ制御する（ステップＳ５）。即ち、各相に接続されたそれぞれのトランジスタのオン・オフの割合を電圧に応じて調整する制御を行う。以上の処理により、ＣＰＵはモータ２０の運転を制御することができる。
【０１１９】
図１２に戻り、ＥＶ走行制御処理について再び説明する。ＭＧ領域内では、モータ２０のみを動力源として走行する。従って、上記処理によってモータ２０が動力源として指定された場合は、エンジンの運転を停止する（ステップＳ７０）。ここでは、エンジンの運転可否を特定するフラグをオフにする。実際には、別途用意されたエンジンの運転の制御処理で、その運転が停止される。なお、ＥＶ走行が行われる場合には、運転者にそのことを報知するため、ＥＶ走行インジケータ２２２を点灯する。
【０１２０】
なお、本実施例では、燃料電池６０の特性を考慮し、ステップＳ６０において、燃料電池６０の運転開始当初にはバッテリ５０を過渡的に使用する制御を行っている。燃料電池６０は化学反応を利用しているため、発電の指示を出してから実際に所望の電力が得られるまで時間遅れが存在するのが通常である。従って、燃料電池６０の運転を開始した当初は、走行に必要な電力が十分に得られない可能性がある。本実施例では、かかる時間遅れによる影響を抑制するために、燃料電池６０の電力が不足する分を補償するようにバッテリ５０を用いる。燃料電池６０から所望の電力が出力されるようになった時点で完全に燃料電池６０を電源とする。かかる制御は、モータ２０をバッテリ５０および燃料電池６０の双方と常に接続された状態にし、各駆動回路５１，５２のスイッチングをそれぞれ制御して、各電源から供給される電圧を徐々に変更することにより実現可能である。もちろん、時間遅れが生じるか否かに関わらず、当初から燃料電池６０のみを電源としても構わない。
【０１２１】
一方、ステップＳ５０において、車両の走行状態がＭＧ領域に該当しないと判断された場合には、エンジンを動力源として走行し、モータ２０の運転を停止する処理を行う（ステップＳ８０、Ｓ９０）。つまり、モータ２０の運転可否を示すフラグをオフにするとともに、エンジンの運転可否を示すフラグをオンにする。エンジンの目標運転状態は、車速とアクセル開度によって設定される。ＣＰＵは、以上の処理を繰り返し実行することでＥＶ運転の制御を行う。
【０１２２】
ここで、上述の処理で用いられた所定の値Ｆ１の設定について説明する。所定の値Ｆ１は、燃料電池６０を電源として使用するか否かの基準となる値である。所定の値Ｆ１については、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、燃料が残っている限り、燃料電池６０を電源として使用することになる。ＥＶ走行のみを考慮すれば、値０として設定するのが運転効率および環境性の観点から好ましい。しかし、値０にした場合には、他の運転モードで燃料電池を使用する必要性が生じた場合に、ＥＶ走行で既に燃料が消費されており、燃料電池を使用し得ない可能性も生じる。
【０１２３】
本実施例では、他の運転モードを考慮して、正の所定値に設定した。即ち、ＥＶ走行制御処理では、燃料電池用の燃料を完全に消費することがないように設定した。本実施例のハイブリッド車両は、ＥＶ走行以外の運転モードにおいても、種々のモードで電源を必要とする。運転効率および環境性の観点から、ＥＶ走行よりも電源の必要性が高い運転モードも存在する。かかるモードで燃料電池を電源として確保しやすくするため、本実施例では、ＥＶ走行時には、燃料電池用の燃料の使用を抑制するものとした。換言すれば、所定の値Ｆ１以上の燃料が存在し、燃料に比較的余裕がある場合にのみ燃料電池を電源とすることにしているのである。
【０１２４】
上記制御処理によれば、ＦＣ燃料の残量に応じてハイブリッドモードと非ハイブリッドモードとを切り替えて車両を運転することができる。ＦＣ燃料の残量は、燃料電池６０が発電を持続する能力を表すパラメータの一つである。上記実施例の制御によれば、ＦＣ燃料の残量が所定値Ｆ１よりも低くなり、燃料電池６０の出力持続能力が低下したと判断された場合には、非ハイブリッドモードに切り替えることによって、燃料電池６０を使用する機会を抑制する。従って、ＥＶ走行時にＦＣ燃料を過度に消費することを抑制することができ、他の運転モードにおける燃料電池６０の活用機会を確保することができる。この結果、燃料電池６０をより有用性が高い運転モードで使用することができ、ハイブリッド車両の運転効率および環境性を向上することができる。
【０１２５】
なお、上記制御処理では、ハイブリッドモードと非ハイブリッドモードとを選択的に使用する場合を例示した。これに対し、ＦＣ燃料の残量に応じて領域ＭＧを徐々に狭めるものとしてもよい。例えば、ＦＣ燃料の残量が所定値以下に低減した場合には、一旦、図８中に一点鎖線で示す範囲に領域ＭＧを狭め、残量が更に低減した場合には、領域ＭＧを更に狭めるものとしてもよい。一般にエンジンは発進時の燃費が低い特徴があるから、こうすれば、発進時に可能な限りＥＶ走行を行いつつ、ＦＣ燃料の消費を抑制することができる。領域ＭＧは、ＦＣ燃料の残量に応じて段階的に狭めるものとしてもよいし、連続的に狭めるものとしてもよい。いずれの場合においても、ＦＣ燃料の残量が低下するに連れて、従前の領域ＭＧ内でエンジン１０の運転効率が比較的高い領域をエンジン走行領域に置換する態様で、領域ＭＧを狭めていくことが運転効率の観点からは好ましい。
【０１２６】
Ｄ．補機駆動制御処理：
図１４は補機駆動制御処理ルーチンのフローチャートである。図１に示した通り、本実施例のハイブリッド車両は、エンジン１０および補機駆動用モータ８０の動力で補機駆動装置を駆動することができる。補機駆動制御処理ルーチンとは、補機駆動装置を駆動する際の動力源の使い分けを制御する処理である。この処理も、制御ユニット７０内のＣＰＵが所定の時間間隔で周期的に実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ１１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、車速、アクセル開度、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬが以後の処理に関与する。
【０１２７】
次に、ＣＰＵは車両の運転状態がＭＧ領域に該当するか否かを判定する（ステップＳ１２０）。判定方法は、ＥＶ走行処理ルーチンの場合と同様である。運転状態がＭＧ領域に該当しない場合には、エンジン１０が運転中であることを意味する。かかる場合には、エンジン１０の動力によって補機を駆動することが可能である。従って、ＣＰＵは何も処理を行わずに補機駆動制御処理ルーチンを終了する。
【０１２８】
ステップＳ１２０において、運転状態がＭＧ領域に該当すると判断された場合には、原則としてエンジン１０の運転が停止される。エンジン１０の運転が停止された場合でも、エアコンやパワーステアリング等の補機は駆動する必要がある。ＭＧ領域では、利用可能な電源があれば、補機駆動用モータ８０によって補機駆動装置８２を駆動する。従って、ＣＰＵは燃料電池６０を補機駆動に使用可能であるか否かを判定するため、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬが所定の値Ｆ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。所定の値Ｆ２の設定については後述する。
【０１２９】
残量ＦＣＬが所定の値Ｆ２以上である場合には、燃料電池６０を電源として、補機駆動用モータ８０を駆動するための処理を行う（ステップＳ１４０）。まず、電源の切替スイッチ８３を制御して、燃料電池６０と補機駆動用モータ８０とを接続する。また、補機駆動用モータ８０の運転の可否を示すフラグをオンにするとともに、補機駆動用モータ８０の目標運転状態、即ち目標回転数と目標トルクとを予め設定された値に特定する。さらに、補機駆動用モータ８０の負担を軽減するために、エンジン１０と補機駆動装置とを結合する補機クラッチ１９を解放する。
【０１３０】
本実施例では、補機駆動用モータ８０の運転自体は、別途用意されたルーチンで実行するものとしているため、ここでは、該ルーチンに受け渡すデータの設定を行う。目標回転数および目標トルクは、駆動すべき補機に応じて予め設定されている。これらの目標運転状態が、別途用意された制御処理に受け渡されることにより、補機駆動用モータ８０は該目標運転状態で運転される。補機駆動用モータ８０の制御処理は、モータ２０について図１３で示した処理と同じである。補機駆動用モータ８０で補機駆動装置８２を駆動する場合には、エンジンの運転を停止する（ステップＳ１５０）。ここでは、エンジンの運転可否を特定するフラグをオフにする。実際には、別途用意されたエンジンの運転の制御処理で、その運転が停止される。
【０１３１】
なお、燃料電池６０を電源として使用する場合、補機駆動制御処理ルーチンにおいても、ＥＶ走行制御処理と同様、燃料電池６０からの電力の立ち上がり遅れを考慮し、バッテリ５０を補助的に使用する。つまり、燃料電池６０の電力が不足する分を補償するようにバッテリ５０を用い、燃料電池６０から所望の電力が出力されるようになった時点で完全に燃料電池６０を電源とするように切替スイッチ８３を制御する。
【０１３２】
ステップＳ１３０において、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬが所定の値Ｆ２よりも低い場合には、燃料電池６０を電源として使用することを回避する。かかる場合には、使用可能な電源が存在しないことになる。従って、ＣＰＵはエンジンを動力源として補機駆動装置８２を駆動する処理を行う（ステップＳ１６０）。つまり、補機駆動用モータ８０の運転可否を示すフラグをオフにするとともに、エンジンの運転可否を示すフラグをオンにするのである。また、エンジン１０からの動力を補機駆動装置８２に伝達するための補機クラッチ１９を結合する。ＣＰＵは、以上の処理を繰り返し実行することで補機駆動装置８２の駆動を制御する。
【０１３３】
なお、ステップＳ１６０の処理では、エンジン１０を運転するとはいえ、必ずしもエンジン１０の動力を車軸に出力する必要がある訳ではない。例えば、停車中においては、車軸に動力を出力する必要はないが、補機駆動装置８２は停車中でも駆動する必要がある。本実施例では、補機駆動処理のステップＳ１６０において、エンジン１０とモータ２０との間に設けられた入力クラッチ１８の制御をも実行する。即ち、エンジン１０の動力を車軸に出力する必要があるか否かを判定し、出力する必要がある場合には入力クラッチ１８を結合状態とする。出力する必要がない場合には、入力クラッチ１８を解放状態とする。もちろん、かかる制御は、エンジン１０による補機の駆動を効率的に行うためのものであり、車軸への動力の出力要求に関わらず、入力クラッチ１８を結合状態に維持するものとしても構わない。
【０１３４】
ここで、上述の処理で用いられた所定の値Ｆ２の設定について説明する。所定の値Ｆ２は補機駆動時に燃料電池６０を電源として使用するか否かの基準となる値であり、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、燃料が残っている限り、燃料電池６０を電源として使用することになる。本実施例では、ＥＶ走行制御処理における所定の値Ｆ１との関係を考慮して以下の通り設定した。
【０１３５】
ＥＶ走行制御において非ハイブリッドモードが選択される場合は、ＦＣ燃料の残量は所定の値Ｆ１に満たない。本実施例では、かかる場合でも可能な限り運転効率の向上を図るため、停車中はエンジン１０の運転を停止するものとしている。換言すれば、非ハイブリッドモードでも停車中はＭＧ領域に該当するものと判断される。このとき、所定の値Ｆ２をＦ１よりも大きな値に設定すると、ステップＳ１３０の条件は必ず満たされないことになり、エンジン１０で補機駆動を行うことになる（ステップＳ１６０）。つまり、非ハイブリッドモードにおいて停車中にエンジン１０を停止することによる運転効率の向上を図るためには、Ｆ２＜Ｆ１である必要がある。
【０１３６】
Ｆ２＜Ｆ１で設定した場合に対し、ハイブリッドモードでの制御について検討する。ＥＶ走行制御においてハイブリッドモードが選択された場合は、ＦＣ燃料の残量は所定の値Ｆ１以上あることになる。従って、補機駆動制御処理ルーチンのステップＳ１３０の条件は必ず満たされることになる。この結果、ＥＶ走行可能な程度にＦＣ燃料が残っている場合には、補機駆動も燃料電池６０の電力を使用して行われる。これはハイブリッド車両の運転効率を向上する観点から好ましい。
【０１３７】
以上で示した通り、本実施例では、所定の値Ｆ２はＥＶ走行制御処理における所定の値Ｆ１よりも小さい範囲で設定した。換言すれば、補機駆動制御処理ではＥＶ走行制御処理よりも燃料電池６０を優先的に使用するものとした。こうすることにより、上述の通り、非ハイブリッドモードが選択された場合でも、ＦＣ燃料が所定の値Ｆ２以下になる程に消費されるまでの間は、燃料電池６０から出力される電力により補機を駆動することができる。従って、エンジン１０の運転を抑制することができ、ハイブリッド車両の運転効率および環境性を向上することができる。もちろん、所定の値Ｆ２は、Ｆ１の値に関わらず設定しても差し支えない。
【０１３８】
以上で説明した補機駆動制御処理ルーチンによれば、ＦＣ燃料の残量に応じて補機を駆動するためのエネルギ出力源を燃料電池６０とエンジン１０とに切り替えて使用することができる。即ち、燃料電池６０の出力持続能力が低下したと判断された場合には、エンジン１０により補機を駆動することによって、燃料電池６０を使用する機会を抑制する。従って、補機を駆動する際にＦＣ燃料を過度に消費することを抑制することができ、他の運転モードにおける燃料電池６０の活用機会を確保することができる。この結果、燃料電池６０をより有用性が高い運転モードで使用することができ、ハイブリッド車両の運転効率および環境性を向上することができる。
【０１３９】
なお、上記制御処理では、燃料電池６０とエンジン１０とを選択的に使用する場合を例示した。これに対し、ＦＣ燃料の残量に応じて両者の出力割合を徐々に移行するものとしてもよい。例えば、ＦＣ燃料の残量が所定値以下に低減した場合には、燃料電池６０の出力を低減しつつ、エンジン１０の運転を開始して、補機駆動用モータ８０とエンジン１０の双方の動力で補機を駆動するものとしてもよい。残量が更に低減した場合には、燃料電池６０の出力を徐々に低減し、最終的にエンジン１０の動力のみで補機を駆動するものとしてもよい。かかる移行は、ＦＣ燃料の残量に応じて段階的に狭めるものとしてもよいし、連続的に狭めるものとしてもよい。
【０１４０】
Ｅ．充電制御処理：
図１５は充電制御処理ルーチンのフローチャートである。充電制御処理ルーチンとは、バッテリ５０の充電量が所定の状態となるよう制御する処理をいう。本実施例のハイブリッド車両は、モータ２０を回生運転することにより、制動時に車両の運動エネルギを電力として回生することができる。回生された電力はバッテリ５０に充電される。しかしながら、バッテリ５０の電力は制御ユニット７０の稼働や、照明などの電力機器の使用、自然放電などによって常に消費される。充電制御処理ルーチンは、かかる環境下で、バッテリ５０の充電量が不足した場合には、燃料電池６０またはエンジン１０をエネルギ出力源としてバッテリ５０を充電する制御処理をいう。
【０１４１】
充電制御処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ２１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、バッテリ残容量ＳＯＣ、車速、アクセル開度、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬなどが以後の処理に関与する。次に、ＣＰＵはＦＣ燃料の残量ＦＣＬが所定の値Ｆ３以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。これは、残量ＦＣＬ、即ち燃料電池６０の出力持続能力に応じてバッテリ５０の充電方法を切り替えるためである。所定の値Ｆ３の設定については後述する。
【０１４２】
残量ＦＣＬが所定の値Ｆ３以上である場合は、燃料電池６０の出力持続能力が十分あると判断し、以下に示す通り、燃料電池６０によりバッテリ５０を充電する処理を実行する。まず、ＣＰＵはバッテリ５０の充電を行うか否かの判定基準となる変数ＳＬＯに値ＬＯ１を代入する（ステップＳ２３０）。ＬＯ１の設定については後述する。その後、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが上記変数ＳＬＯよりも低いか否かを判定する（ステップＳ２４０）。残容量ＳＯＣが変数ＳＬＯの値に満たない場合には、切替スイッチ８４を制御して、燃料電池６０とバッテリ５０とを接続するとともに、燃料電池６０で発電してバッテリ５０を充電する（ステップＳ２５０）。バッテリ５０の残容量ＳＯＣが変数ＳＬＯの値以上である場合には、ＣＰＵは、バッテリ５０の充電を行うことなく充電制御処理ルーチンを終了する。
【０１４３】
変数ＳＬＯおよび値ＬＯ１の意味等について説明する。上述の通り、バッテリ５０の充電は、残容量ＳＯＣが変数ＳＬＯの値に満たない場合に行われる。かかる制御によりバッテリ５０の残容量ＳＯＣは、常にＳＬＯ以上の値となるように制御される。そして、燃料電池６０を用いて充電する場合には、残容量ＳＯＣがＬＯ１以上となるように制御される。ハイブリッド車両に搭載されるバッテリ５０の充電状態は、車両のエネルギ効率の観点から、以下に示す通り、必ずしも高い値に維持することが好ましいとは言えない。
【０１４４】
図１６はバッテリ５０の充電状態と回生電力の活用との関係を示す説明図である。ここでは、バッテリ５０の充電状態をＣＡＳＥ１〜ＣＡＳＥ３の３通りに変化させた場合の状態をそれぞれ示した。ＣＡＳＥ１は比較的高い充電状態値ＳＯＣ１にある場合に対応する。バッテリ５０には、図中のハッチングで示す容量が残っている。かかる状態でハイブリッド車両を回生制動した場合を考える。回生制動によって得られる電力（以下、回生電力と呼ぶ）は制動前後の車速や車両の重量に応じて変動するが、ここでは平均的な回生電力を図示した。基準値ＬＯ１を高い値に設定したＣＡＳＥ１では、バッテリＳＯＣの残容量が比較的高い状態に保たれる結果、バッテリ５０の充電限界内で回生電力を全て充電することができなくなる。従って、ＣＡＳＥ１では回生電力の一部（図中の塗りつぶした部分）が廃棄される。この分、ハイブリッド車両は、車両の運動エネルギを活用できなくなるため、エネルギ効率が低下する。
【０１４５】
ＣＡＳＥ２は中程度の充電状態ＳＯＣ２にある場合に対応する。かかる状態では、回生電力を充電限界内でバッテリ５０に充電することができる。ＣＡＳＥ３は低い充電状態ＳＯＣ３にある場合に対応する。かかる状態でも、回生電力を十分にバッテリ５０に充電することができる。これらの設定であれば、ハイブリッド車両の運動エネルギを効率的に活用することが可能となる。このように回生電力を有効に活用する観点からは、バッテリ５０の充電量は低い値に維持しておくことが望ましい。
【０１４６】
一方、バッテリ５０の充電量は、要求される電力を十分出力することができる値以上に維持する必要がある。先に説明した通り、バッテリ５０の電力は、燃料電池６０の運転開始当初の立ち上がり遅れを補償するのに使用される。この場合は、比較的多くの電力を出力する必要がある。本実施例では、上述の点を考慮して、バッテリ５０の充電状態の目標値に相当するＬＯ１を、図１６中のＳＯＣ３に相当する値に設定した。
【０１４７】
本実施例では、バッテリ５０の充電状態をＬＯ１以上に適切に維持するため、ステップＳ２５０での燃料電池６０の発電量をバッテリ５０の充電状態に応じて変化させている。図１７はバッテリ５０のＳＯＣと充電電力との関係を示す説明図である。充電電力とは、バッテリ５０の充電のために供給される電力をいう。燃料電池６０による充電電力を図中に実線Ｃ１で示した。図示する通り、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが値ＬＯ１よりも低い場合に充電が行われる。ここで、充電電力は、残容量ＳＯＣと目標値ＬＯ１との偏差に応じて設定される。即ち、ＳＯＣが低い場合には充電電力を高くし、ＳＯＣが目標値ＬＯ１に近づくにつれて充電電力を低下させる。但し、バッテリ５０の充電可能な電力の最大値ＣＨｍａｘの範囲内で充電を行う。こうすることにより、バッテリ５０のＳＯＣが速やかに目標値ＬＯ１になるよう制御することができる。なお、図１７に示した設定は、一例に過ぎず、ＳＯＣに応じて充電電力を曲線的に変化させるものとしてもよいし、段階的に変化させるものとしてもよい。また、ＳＯＣと値ＬＯ１との偏差のみならず、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬをも考慮して充電電力を設定するものとしてもよい。
【０１４８】
図１５に戻り、充電制御処理ルーチンについて説明する。ステップＳ２２０において、残量ＦＣＬが所定の値Ｆ３に満たない場合には、燃料電池６０の出力持続能力が不十分であると判断し、燃料電池６０を用いないでバッテリ５０を充電する処理を実行する。まず、ＣＰＵはバッテリ５０の充電を行うか否かの判定基準となる変数ＳＬＯに値ＬＯ２を代入する（ステップＳ２６０）。
【０１４９】
ＬＯ２は基本的に任意に設定可能であるが、本実施例では、回生電力により充電可能な範囲で（図１６参照）、ＬＯ１よりも高い値に設定した。図１７に値ＬＯ１とＬＯ２との関係を示した。ＬＯ２は、燃料電池６０の出力持続能力が低下している状態で行われる充電に関与する値である。先に説明した値ＬＯ１は、燃料電池６０が十分発電可能な状態における充電目標値であり、照明その他の電力機器で必要となる電力に対し、バッテリ５０の電力が不足する場合には、燃料電池６０からの電力で補充することができる状態での目標値である。従って、値ＬＯ１は比較的低い値に設定可能である。これに対し、値ＬＯ２は電力機器からの要求に十分対応可能な電力をバッテリ５０に常に蓄えておくことができるよう設定することが望ましい。本実施例では、かかる観点から、値ＬＯ２を比較的高い値に設定した。
【０１５０】
こうして変数ＳＬＯに値ＬＯ２を代入した後、ＣＰＵは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが上記変数ＳＬＯよりも低いか否かを判定する（ステップＳ２７０）。残容量ＳＯＣが変数ＳＬＯの値に満たない場合には、燃料電池６０を使用せずにバッテリ５０の充電を行う発電機運転制御処理を実行する（ステップＳ３００）。バッテリ５０の残容量ＳＯＣが変数ＳＬＯの値以上である場合には、ＣＰＵは、バッテリ５０の充電を行うことなく充電制御処理ルーチンを終了する。
【０１５１】
ステップＳ３００における発電も、燃料電池６０による発電（ステップＳ２５０）と同様、バッテリ５０のＳＯＣと目標値ＬＯ２との偏差に基づいて充電電力を変更する。図１７の破線Ｃ２に示す通り、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが目標値ＬＯ２よりも低くなるにつれて充電電力を増やす。但し、充電電力の設定は、バッテリ５０に充電できる電力の最大値ＣＨｍａｘの範囲内で行われる。
【０１５２】
発電機運転制御処理では、充電電力の変更を発電機の使い分けも含めて実現している。図１８は車両の運転状態による発電機の使い分けについて示す説明図である。本実施例のハイブリッド車両は、バッテリ５０を充電可能な発電機を２つ搭載している。図１中に示したモータ２０と補機駆動用モータ８０である。いずれのモータもエンジン１０の動力で回生運転することにより発電を行うことができる。モータ２０には駆動軸１５の回転を伝達することが可能であるため、制動時に回生運転することにより、車両の運動エネルギを電力に変換することもできる。
【０１５３】
本実施例では、図１８に示す通り、モータ２０および補機駆動用モータ８０を使い分けて発電を行う。なお、ここでは燃料電池６０に依らない発電全般をまとめて示した。従って、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが値ＬＯ２以上の場合も含まれている。かかる発電は、図１５に示した充電制御処理とは別の処理に基づいて、バッテリ５０の電力を急激に消費する程の大きな電力が要求された場合などに行われる。また、非駆動時、即ち回生制動時に行われる発電も含まれている。
【０１５４】
図１８に示した発電機の使い分けは、発電機運転制御処理ルーチンで制御される。図１９は発電機運転制御ルーチンのフローチャートである。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ３０５）。図１８に示した使い分けに関与する入力として、シフトポジション、車速、アクセル開度、ＡＴ油温、バッテリ残容量ＳＯＣなどが挙げられる。
【０１５５】
ＣＰＵはこれらの入力に基づいて、シフトポジションがＮ，Ｐポジションであるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。Ｎはニュートラルポジションであり、Ｐはパーキングポジションである。いずれも、駆動軸１５に動力を出力しない場合に用いられるシフトポジションである。かかるシフトポジションにある場合は、停車中であると判断される。シフトポジションに加えて、またはシフトポジションに代えて、車速に基づき停車中であるか否かを判定するものとしてもよい。
【０１５６】
ステップＳ３１０でＮ，Ｐポジションであると判定された場合は、バッテリ５０の残容量ＳＯＣに応じて発電機の使い分けを行う。まず、残容量ＳＯＣが充電の目標値ＬＯ２よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３１５）。目標値ＬＯ２よりも小さい場合には比較的高い充電電力で充電を行うため、補機駆動用モータ８０を主発電機として使用しつつ、モータ２０を副発電機として使用して充電を行う（ステップＳ３２５）。目標値ＬＯ２よりも大きい場合には、それほど高い充電電力は要求されないと考えられるから、補機駆動用モータ８０のみを用いて発電を行う（ステップＳ３２０）。なお、いずれの場合も図１７に示した通り、残容量ＳＯＣと目標値ＬＯ２との偏差に応じた充電電力を出力するよう、エンジン１０の運転およびモータ２０，８０の運転を制御される。
【０１５７】
補機駆動用モータ８０による発電は、エンジン１０の動力を補機駆動用モータ８０に伝達するための補機クラッチ１９を結合して行われる。モータ２０による発電は、エンジン１０の動力をモータ２０に伝達するための入力クラッチ１８を結合して行われる。なお、Ｎ，Ｐポジションでは、変速機１００は、駆動軸１５に動力が出力されない状態となっている。補機駆動用モータ８０のみを用いて発電する場合には、エンジン１０から出力される動力を有効に活用するため、入力クラッチ１８は解放される。
【０１５８】
ステップＳ３１０においてＮ，Ｐポジションでないと判断された場合は、次に駆動中であるか否かを判定する（ステップＳ３３０）。この判定は、アクセル開度によって判断される。つまり、アクセル開度が全閉状態にある場合は、駆動中でないと判断され、その他の場合は駆動中と判断される。駆動中でないと判断される場合には、制動している状態と、Ｎ，Ｐポジション以外のシフトポジションで停車している状態とが含まれる。
【０１５９】
駆動中でないと判断された場合、ＣＰＵはバッテリ５０の残容量ＳＯＣが値ＬＯ２よりも低いか否かを判定する（ステップＳ３３５）。残容量ＳＯＣが値ＬＯ２以上である場合には、原則としてバッテリ５０の充電は不要である。ＣＰＵはハイブリッド車両のエネルギ効率を向上するために、制動中におけるモータ２０の回生運転のみを実行する（ステップＳ３４０）。
【０１６０】
バッテリ５０の残容量ＳＯＣが値ＬＯ２よりも低い場合には、バッテリ５０の充電状態を回復するための発電を行う必要がある。従って、ＣＰＵは補機駆動用モータ８０で発電を行う（ステップＳ３４５）。また、モータ２０の回生運転も併せて行う（ステップＳ３４５）。補機駆動用モータ８０での発電は、先にステップＳ３２０およびＳ３２５で説明した通り、エンジン１０の動力を用いて行われる。但し、ステップＳ３４５は、車両が走行中に実行される処理であるため、エンジン１０とモータ２０との間の入力クラッチ１８は走行中の状態を維持する。つまり、車両がＥＶ走行している場合には、入力クラッチ１８を解放状態とし、エンジン走行している場合には、入力クラッチ１８を結合状態とする。
【０１６１】
ステップＳ３４５における充電電力も残容量ＳＯＣと目標値ＬＯ２との偏差に応じて設定される。この際、モータ２０において得られる回生電力を補償する電力が補機駆動用モータ８０で得られるように、エンジン１０および補機駆動用モータ８０の運転が制御される。
【０１６２】
ステップＳ３３０において、駆動中であると判断された場合には、モータ２０を発電に使用する必要があるか否かの判断に加えて、モータ２０を発電に使うことができる状態にあるか否かに応じて発電機の使い分けを行う。このための判断として、まずＣＰＵは車両がＥＶ走行しているか否かを判定する（ステップＳ３５０）。ＥＶ走行とは、モータ２０を動力源とする走行である。従って、ＥＶ走行中にはモータ２０を発電機として使用することはできない。このため、ＥＶ走行中であると判断された場合には、補機駆動用モータ８０による発電を実行する。即ち、エンジン１０の動力を用いて補機駆動用モータ８０を駆動して発電するのである。この場合、ＥＶ走行中であるにも関わらず、エンジン１０は発電のために運転されることになる。
【０１６３】
ＥＶ走行中でないと判断された場合、次にＣＰＵは変速中であるか否かを判定する（ステップＳ３５５）。変速機１００の結合を切り換える過渡期においては、駆動軸１５に出力されるトルクが変動しやすい。詳細な説明を省略したが、本実施例では、変速段の切り換えを滑らかに行うための種々の制御を行っている。例えば、切り換え中には、駆動軸１５に出力されるトルクが急変しないようにモータ２０のトルクで微調整する。また、切り換え前後で駆動軸１５に要求される回転数にンジン１０の回転数を同期させるよう、モータ２０の動力でエンジン１０の回転数を増減する。また、回転数を一定に保つようモータ２０のトルクを制御すれば、そのトルク指令値に基づいてエンジン１０から出力されているトルクを推定することができ、エンジン１０の制御にフィードバックすることができる。このように本実施例では、滑らかに変速を行うためにモータ２０を活用する。変速中にモータ２０で発電を行うものとすれば、かかる活用を図ることができなくなる。従って、本実施例では、変速中は補機駆動用モータ８０のみで発電するものとしている（ステップＳ３７５）。変速中にモータ２０を活用しない場合には、モータ２０を発電に使用しても構わない。
【０１６４】
変速中でない場合には、ＣＰＵはＡＴ油温が所定値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ３６０）。ＡＴ油温とは、主としてトルクコンバータ３０の油温である。モータ２０を発電機として使用する場合、トルクコンバータ３０の入出力軸間で滑りを生じる可能性が高い。かかる滑りは更にＡＴ油温を向上させる。本実施例では、ＡＴ油温が所定値よりも高い場合には、トルクコンバータ３０での滑りを抑制し、温度上昇を抑制するため、入出力をロックアップする。従って、かかる状態ではモータ２０を発電機として十分活用できないため、補機駆動用モータ８０のみで発電を行う（ステップＳ３７５）。
【０１６５】
ＡＴ油温が所定値に至らない場合には、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯＳＳよりも低いか否かを判定する（ステップＳ３６５）。値ＬＯＳＳは、先に示したＬＯ２よりも低い値に設定されており、バッテリ５０の急速な充電が必要か否かの判断基準となる値である（図１７参照）。残容量が値ＬＯＳＳよりも低い場合には、バッテリ５０を急速に充電する必要があるため、モータ２０および補機駆動用モータ８０の双方を用いて発電を行う（ステップＳ３７０）。
【０１６６】
他の運転モードでは、残容量ＳＯＣが値ＬＯ２よりも低い場合に補機駆動用モータ８０およびモータ２０の双方を用いて発電を行っている（ステップＳ３２５，Ｓ３７０）。これに対し、ここでは、残容量ＳＯＣがＬＯ２よりも更に低い値ＬＯＳＳに満たない場合に初めて補機駆動用モータ８０およびモータ２０の双方を用いるものとしている。これは、走行中はモータ２０での発電を回避することが望ましいからである。走行中にモータ２０で発電を行えば、その負荷によるトルク変動が駆動軸１５に出力され、車両の乗り心地を損ねる可能性がある。従って、本実施例では、残量ＳＯＣがＬＯ２よりも更に低くなり、バッテリ５０の急速充電の必要性が高まった時点で、モータ２０を発電に使用するものとしている。もちろん、他の運転モードの場合と同様、残量ＳＯＣが値ＬＯ２よりも低い場合にはモータ２０を発電に用いるものとしてもよい。
【０１６７】
以上で説明した充電制御処理によれば、燃料電池６０の出力持続能力に応じて、エネルギ出力源である燃料電池６０とエンジン１０とを使い分けてバッテリ５０の充電を行うことができる。ここで、本実施例の充電制御処理によれば、燃料電池６０を用いて充電する際には、バッテリ５０の目標電力ＬＯ１を低い値に設定する。この結果、燃料電池６０から出力すべき電力を抑制することができ、ＦＣ燃料の消費を抑制することができる。また、ＦＣ燃料の残量が少なくなった場合には、エンジン１０を用いてバッテリ５０を充電する。従って、ＦＣ燃料の消費を抑制することができる。かかる使い分けによりバッテリ５０の充電時にＦＣ燃料が過度に消費されるのを抑制し、ハイブリッド車両の運転効率および環境性を向上することができる。
【０１６８】
また、上記制御処理では、バッテリ５０の充電を行う際に、バッテリ５０の残容量ＳＯＣと目標値ＬＯ１またはＬＯ２との偏差に応じて充電電力を制御する。この結果、バッテリ５０の充電状態を速やかに目標値に回復することができる。さらにエンジン１０の動力を用いて発電する場合には、必要な充電電力その他の条件に応じて補機駆動用モータ８０とモータ２０とを使い分けることができ、適切かつ速やかな充電を実現することができる。
【０１６９】
上記充電制御処理ルーチンでは、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬに応じて燃料電池６０とエンジン１０とを選択的に使うものとした。これに対し、残量ＦＣＬに応じて両者の出力割合を徐々に変化させるものとしてもよい。つまり、燃料電池６０とエンジン１０の双方の出力でバッテリ５０の充電を行い、残量ＦＣＬが低下するにつれて燃料電池６０の出力を低下しつつ、エンジン１０の出力を増大するものとしてもよい。また、上記制御処理では、エネルギ出力源の選択に応じて充電の目標値ＬＯ１，ＬＯ２を変更するものとした。これに対し、目標値を各エネルギ出力源ごとに連続的または段階的に変化させるものとしてもよい。例えば、燃料電池６０で充電を行う場合に、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬが低くなるにつれて目標値が徐々に低下するように設定することもできる。
【０１７０】
Ｆ．第２実施例：
次に、第２実施例としてのハイブリッド車両について説明する。第１実施例およびその変形例では、一の車軸にのみ動力を出力して走行するハイブリッド車両を例示した。本発明はかかる場合に限らず、二の車軸に動力を出力して走行するハイブリッド車両、いわゆる四輪駆動するハイブリッド車両に適用することもできる。四輪駆動するハイブリッド車両に適用した場合を第２実施例として以下に示す。
【０１７１】
図２０は第２実施例のハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。第２実施例では２つの車軸１７、１７Ａの双方に動力を出力可能な構成になっている点で第１実施例と相違する。第２実施例では、車軸１７Ａへの動力の出力を運転者が任意に操作することができるものとした。つまり、シフトレバー１６０近傍に図５で示したスポーツモードスイッチ１６３に代えて四輪駆動を指定するための４ＷＤモードスイッチを設け、該スイッチがオンになった場合のみ車軸１７，１７Ａの双方に動力が出力されるものとした。４ＷＤモードスイッチがオフの場合には第１実施例の車両と同様、車軸１７にのみ動力が出力される。もちろん、かかる構成は必須ではなく、車軸１７、１７Ａの双方に常時動力が出力される構成とすることも可能である。
【０１７２】
車軸１７に動力を出力するための構成は、第１実施例と同じである。即ち、エンジン１０、モータ２０、トルクコンバータ３０および変速機１００が直列に結合された構成となっている。モータ２０への電力は第１実施例と同様、バッテリ５０および燃料電池６０のそれぞれから供給可能となっている。
【０１７３】
車軸１７Ａに動力を出力するための構成は次の通りである。車軸１７Ａにはディファレンシャルギヤ１６Ａを介してモータ２０Ａが結合されている。モータ２０Ａはモータ２０と同様、三相同期モータである。モータ２０Ａにはバッテリ５０、燃料電池６０および補機駆動用モータ８０の３種類から電力を供給することができる。バッテリ５０および燃料電池６０の電力は、それぞれ駆動回路５１Ａ，５２Ａを介してモータ２０Ａに供給される。駆動回路５１Ａ，５２Ａは駆動回路５１，５２と同様、トランジスタインバータで構成されている。補機駆動用モータ８０はエンジン１０の動力によって発電することができる。モータ２０Ａには補機駆動用モータ８０で発電された電力を直接供給することが可能となっている。
【０１７４】
モータ２０Ａに電力を供給する電源は、切替スイッチ８５，８６の接続状態により切り替えることができる。図示する通り、切替スイッチ８６を切り替えることにより、バッテリ５０および燃料電池６０側と補機駆動用モータ８０側との間で電源を切り替えることができる。切替スイッチ８５を切り替えることにより、バッテリ５０と燃料電池６０との間で電源を切り替えることができる。なお、第２実施例においてもバッテリ５０は燃料電池６０の立ち上がり遅れ時などにおいて補完的電源として使用される。
【０１７５】
なお、車軸１７、１７Ａはいずれを前車軸および後車軸としても構わない。エンジン１０が車両の前方に搭載されている場合、車軸１７側を後車軸として構成すれば、エンジン１０からの機械的な動力を車体を縦断して後車軸に伝達するためのプロペラシャフトが必要となる。これに対し、車軸１７Ａ側を後車軸として構成すれば、プロペラシャフトが不要となる。従って、エンジン１０と車軸１７とを近接させる構成を採ることにより、動力系統の構成を比較的簡易なものにすることができる利点がある。
【０１７６】
第２実施例では、第１実施例で説明した種々の制御処理をそのまま適用することができる。例えば、ＥＶ走行制御処理ルーチンの内容は第１実施例（図１２）と同じである。但し、第２実施例では、ＥＶ走行時にモータ２０、２０Ａの双方を駆動するため、消費電力が大きい。従って、燃料電池６０の出力持続能力が十分に残っている場合にＥＶ走行を行うことが望ましい。かかる観点から、第２実施例においては、図１２の制御処理中のステップＳ２０における所定の値Ｆ１を第１実施例よりも高い値に設定することが望ましい。
【０１７７】
補機駆動制御処理（図１４）および充電制御処理（図１５）の内容も第１実施例と同様である。充電制御処理（図１５）においては、モータ２０に加えてモータ２０Ａによる回生も可能である。従って、発電機運転制御処理（図１９）中のステップＳ３４５では、モータ２０に加えて、モータ２０Ａも回生運転することが望ましい。
【０１７８】
第２実施例に固有の制御処理である４ＷＤ制御について説明する。４ＷＤ制御とは、ＦＣ燃料の残量に応じて４ＷＤモードと２ＷＤモードとを使い分ける制御処理をいう。図２１は４ＷＤ制御処理ルーチンのフローチャートである。この処理が開始されるとＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ４１０）。ここでは、車速、アクセル開度、ＦＣ燃料の残量が関与する。
【０１７９】
次に、ＣＰＵは車両の運転状態がＭＧ領域に該当するか否かを判定する（ステップＳ４２０）。この判定は、ＥＶ走行制御（図１２）と同様、車速とアクセル開度に基づいて行われる。ＭＧ領域に該当する場合は、モータ２０およびモータ２０Ａを駆動するため、ＣＰＵは何も処理を行うことなく４ＷＤ制御処理ルーチンを終了する。
【０１８０】
ＭＧ領域に該当しない場合は、ＦＣ燃料の残量に応じて４ＷＤ走行するか否かの判定を行う。まず、ＣＰＵはＦＣ燃料の残量ＦＣＬが所定の値Ｆ４以上であるか否かを判定する（ステップＳ４３０）。所定の値Ｆ４以上である場合には、燃料電池６０の出力持続能力が十分あると判断し、４ＷＤモードでの走行を行う（ステップＳ４４０）。ここでは、ＭＧ領域ではないため、一方の車軸からはエンジン１０より動力を出力する。これと共に他方の車軸に結合されたモータ２０Ａを燃料電池６０の電力で駆動するのである。
【０１８１】
一方、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬが所定の値Ｆ４に満たない場合には、燃料電池６０の出力持続能力が不十分であると判断し、２ＷＤモードでの走行を行う（ステップＳ４５０）。即ち、モータ２０Ａの駆動を停止する。なお、運転者が違和感なく運転できるよう、ステップＳ４５０で２ＷＤモードでの走行が行われる場合には、運転者に報知するための表示を行うことが望ましい。
【０１８２】
所定の値Ｆ４は、モータ２０Ａの駆動に電力を消費することが許可されるか否かの判断基準となる値であり、任意の値に設定することができる。本実施例では、モータ２０Ａを駆動しない場合でもエンジン１０の動力によって走行可能であることを考慮し、所定の値Ｆ４を比較的高い値に設定した。即ち、ＦＣ燃料の残量に十分余裕がある場合にのみ４ＷＤモードでの走行が行われるように設定した。
【０１８３】
以上で示した４ＷＤ走行制御によれば、ＦＣ燃料の残量に応じて４ＷＤモードと２ＷＤモードとを使い分けることができる。２ＷＤモードではモータ２０Ａを駆動しないため、ＦＣ燃料の消費を抑制することができる。従って、上記制御処理によれば、４ＷＤモードでの走行によってＦＣ燃料が過度に消費されることを抑制し、ハイブリッド車両の運転効率および環境性を向上することができる。
【０１８４】
なお、上述の制御処理では、４ＷＤモードと２ＷＤモードとを選択的に実行するものとした。これに対し、ＦＣ燃料の残量の低下に応じてモータ２０Ａの出力を徐々に低減するものとしてもよい。出力の低下は段階的に変化させてもよいし、連続的に変化させてもよい。こうすれば、それぞれのＦＣ燃料で許容される範囲で４ＷＤとしての特長を活かしつつ、ＦＣ燃料の消費を抑制することができる。
【０１８５】
以上で説明した第２実施例のハイブリッド車両によれば、第１実施例のハイブリッド車両と同様、ＦＣ燃料の消費を抑制しつつ、運転効率および環境性に優れた運転を実現することができる。なお、第２実施例においては、モータ２０を省略した構成を採ることも可能である。
【０１８６】
Ｇ．第３実施例：
第３実施例としてのハイブリッド車両について説明する。図２２は第３実施例としてのハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。第３実施例では、エンジン１０およびモータ２０Ｂの動力を車軸１７に伝達する機構が、第１実施例と相違する。第３実施例では、伝達機構に、無段変速機１８０（以下、ＣＶＴという）を用い、ＣＶＴ１８０に伝達される動力の変速を行う副変速機１７０を、ＣＶＴの上流側に設けてある。
【０１８７】
ＣＶＴ１８０は、回転軸が平行になるように二対のプーリ１８１ａ、１８１ｂおよび１８２ａ、１８２ｂ間を配置し、両者間の動力伝達をベルト１８３で行う周知の機構である。対になったプーリ１８１ａ、１８１ｂおよび１８２ａ、１８２ｂの間隔を油圧により変化させることにより、ベルト１８３とプーリとが接触する部分の径が変化する。ＣＶＴ１８０は、かかる機構によりエンジ１０、モータ２０Ｂなどの動力源から伝達される動力を下流側の車軸１７に無段階に変速して伝達することができる。
【０１８８】
第３実施例では、動力の変速範囲を広げるために、ＣＶＴ１８０の上流側に副変速機１７０を設けている。副変速機１７０は、次に示す通り、２組のプラネタリギヤと、動力の入力経路を切り替えるクラッチ１７１，１７２とを組み合わせた構成をなしている。第１のプラネタリギヤに相当するのは、サンギヤ１７４、ピニオンギヤ１７５、１７７であり、第２のプラネタリギヤに相当するのは、サンギヤ１７６、ピニオンギヤ１７７、リングギヤ１７８である。双方のプラネタリギヤにおいて、ピニオンギヤ１７７は共通のギヤとして構成されている。第１のプラネタリギヤには、ピニオンギヤ１７５、１７７の回転を制止するブレーキ１７３が設けられている。
【０１８９】
かかる副変速機１７０への動力の入力経路は次の通りである。モータ２０Ｂは第１のプラネタリギヤのサンギヤ１７４に結合されており、サンギヤ１７４に動力を伝達する。エンジン１０は、クラッチ１７１，１７２を介してサンギヤ１７４、１７６にそれぞれ結合されている。クラッチ１７１をオフにすると、エンジン１０の動力は副変速機１７０には伝達されない。クラッチ１７１をオンにすると、エンジン１０の動力はサンギヤ１７６に伝達される。クラッチ１７１、１７２の双方をオンにすると、エンジン１０の動力は、サンギヤ１７４、１７６の双方に伝達される。副変速機１７０は、クラッチ１７１、１７２およびブレーキ１７３のオン・オフを切り替えることによって、エンジン１０、モータ２０Ｂの動力を変速してＣＶＴ１８０に伝達する。
【０１９０】
図２３は副変速機の係合状態を示す説明図である。図中の「○」はクラッチおよびブレーキを係合することを意味し、「△」はスリップさせることを意味し、「×」は解放することを意味している。図示する通り、クラッチ１７１，１７２およびブレーキ１７３を係合することによって、ＣＶＴ１８０に入力される動力をそれぞれ対応するギヤ比で変速することができる。なお、ρ１およびρ２は、それぞれ次式で表される値である。
ρ１＝リングギヤ１７７の歯数／サンギヤ１７４の歯数；
ρ２＝リングギヤ１７７の歯数／サンギヤ１７６の歯数；
【０１９１】
第３実施例には、モータ２０Ｂおよび穂機駆動用モータ８０の電源としてバッテリ５０、燃料電池６０およびそれぞれの駆動回路５１、５２が設けられている。これらの構成は、第１実施例と同じであるため、説明を省略する。また、駆動回路５１、５２、エンジン１０、副変速機１７０およびＣＶＴ１８０などの各要素の動作は、第１実施例と同様、制御ユニット７０により制御される。但し、図２２では、図の煩雑化を避けるため、制御ユニットからの制御信号の出力に関しては、図示を省略した。
【０１９２】
第３実施例のハイブリッド車両は、第１実施例と同様、モータ２０Ｂを動力源として発進する。このときは、クラッチ１７１が解放されており、エンジン１０の動力は車軸１７に伝達されない。車速が所定の速度に達すると、クラッチ１７１をスリップ状態で係合し、エンジン１０の動力を用いて走行するようになる（図２３中の２ｎｄ（低速）に相当）。更に、高速になると、クラッチ１７１を完全に係合し、エンジン１０の動力で走行する（図２３中の２ｎｄに相当）。かかる走行状態では、エンジン１０の動力のみで走行することができるが、アクセル開度が比較的大きい場合には、モータ２０Ｂから動力を出力し、エンジン１０をアシストすることもできる。
【０１９３】
上述した副変速機１７０の制御は、第１実施例と同様のマップに従って行われる。図２４は副変速機１７０の切り替えの様子を示す説明図であり、図２５は、後進時、即ちＲポジションにおける副変速段１７０の切り替えの様子を示す説明図である。図中のＭＧ領域は、クラッチ１７１をオフにしてモータ２０Ｂの動力のみで走行する領域である。その他の領域は、エンジン１０の動力も利用して走行するエンジン走行領域である。図２４において、ハッチングを付した領域は、両者の中間領域に相当し、クラッチ１７１をスリップさせて走行する領域である。各領域の境界に当たる速度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、適正な運転感覚が得られるよう、車両ごとに調整すればよい。
【０１９４】
ＣＶＴ１８０は、アクセル開度に基づいて設定される要求トルクに応じて所定のマップに従って変速比が制御される。第３実施例のハイブリッド車両では、ＣＶＴ１８０の変速比を、シフトレバーの操作によって、運転者がマニュアルで調整することができる。図２６は第３実施例におけるシフトレバーを示す説明図である。第３実施例では、第１実施例と同じＰポジション，Ｒポジション，Ｎポジション，Ｄポジションに加えて、ＢポジションおよびＭポジションが設けられている。Ｂポジションでは、最後方の位置から、やや前方の位置までの範囲でシフトレバー１６２Ａを動かすことができるようになっており、より後方に引くほど出力トルクが大きくなるように、シフトレバー１６２Ａの位置に応じてＣＶＴ１８０の変速パターンを調整できる。
【０１９５】
Ｍポジションは、Ｄポジションからシフトレバー１６２Ａを右方向にスライドさせることで選択できる。Ｍポジションでは、シフトレバー１６２Ａは中央を基準位置として、前（＋位置）または後（−位置）に動かすことができ、それぞれ「＋スイッチ」「−スイッチ」として機能する。運転者がシフトレバー１６２Ａから手を離した状態では、その位置は中央の基準位置に保持される。Ｍポジションでは、運転者がシフトレバー１６２Ａを操作して、「＋スイッチ」をオンにすると、その回数に応じて出力トルクが大きくなり、「−スイッチ」をオンにすると、その回数に応じて出力トルクが小さくなるようにＣＶＴ１８０の変速パターンを段階的に調整することができる。
【０１９６】
図２７はＣＶＴ１８０の変速パターンを示す説明図である。第３実施例では、要求トルク、即ちアクセル開度が大きくなるにつれて、出力トルクが大きくなるようにＣＶＴ１８０の変速比を小さくするパターンを設定した。ここでは、直線的に変化させるパターンを例示したが、運転者の感覚に適合するよう、種々のパターンで設定できることはいうまでもない。さらに、本実施例では、上述の通り、運転者がマニュアルでＣＶＴ１８０の変速パターンを調整することができる。図２７では、かかる調整幅をハッチングで示した。出力トルクが大きくなる側に調整されている場合にはＣＶＴ１８０は図２７中の直線Ｌ１で示すパターンで制御され、出力トルクが小さくなる側に調整されている場合にはＣＶＴ１８０は直線Ｌ２で示すパターンで制御される。Ｂポジションでは、直線Ｌ１，Ｌ２でパターンを連続的に変更することができ、Ｍポジションでは段階的に変更することができるのである。直線Ｌ１，Ｌ２の間の変速パターンは、運転者の調整に応じて両者の変速比を比例配分するようにして設定してもよいし、直線Ｌ１またはＬ２を平行移動するようにして設定してもよい。
【０１９７】
第３実施例のハイブリッド車両は、モータ２０Ｂの動力によってエンジンをアシストすることができる。図２８はエンジン走行領域における出力トルクを示す説明図である。エンジン１０はアクセル開度に応じて、図中の曲線ＣＴ１で示されるトルクを出力する。モータ２０Ｂは図中のハッチングを付した領域ＴＭＧに相当するトルクを出力し、エンジン１０をアシストする。両者を合わせたトルクは図中の曲線ＣＴ２で示される値となる。
【０１９８】
なお、第３実施例では、後述する制御に従い、モータ２０ＢのアシストトルクがＦＣ燃料の残容量に応じて変化する。エンジン１０とモータ２０Ｂとを合わせた出力トルクは、この制御に従い、図２８中のハッチングを付した領域ＴＭＧ内で変化する。なお、車軸に出力されるトルクに大きな変動が生じることを回避するために、アシストトルクの変化を補償するようにＣＶＴ１８０の変速比を併せて制御するものとしてもよい。
【０１９９】
第３実施例では、モータ２０ＢのアシストトルクをＦＣ燃料の残容量に応じて変化させるのみならず、後述する制御により、モータ２０Ｂで走行するＭＧ領域の広さをもＦＣ燃料の残容量に応じて変化させる。図２９はＦＣ燃料に応じてＭＧ領域を変更する様子を示す説明図である。図２５のＭＧ領域近傍を拡大して示した。領域ＭＧ０が図２５に示したＭＧ領域に相当する。図示する通り、第３実施例では、ＦＣ燃料の残容量が少なくなるにつれて、モータ２０Ｂで走行する領域をＭＧ０からＭＧ１，ＭＧ２と狭くする。モータ２０Ｂで走行する領域を狭くすることによって、ＦＣ燃料の消費を抑制するのである。ＦＣ燃料とＭＧ領域との関係は、予めマップで設定されている。
【０２００】
図３０はＦＣ燃料に応じてＭＧ領域を変化させるマップの一例を示す説明図である。ここでは、図２９において、一定のアクセル開度ＡＰに対応するＭＧ領域の最大速度（以下、ＭＧ領域限界車速と呼ぶ）がＦＣ残燃料に応じて変化する様子を例示した。実際には、かかるマップがアクセル開度に応じて複数用意されている。
【０２０１】
図示する通り、第３実施例では、ＦＣ残燃料が所定の値ＦＬＩＭ以上であり、十分残っていると判断される場合には、ＭＧ走行領域が最も広い範囲に設定される。即ち、ＭＧ領域限界車速は、図２９中の領域ＭＧ０に相当する値となる。ＦＣ残燃料が値ＦＬＩＭよりも低くなると、モータ２０Ｂの使用を控えてＦＣ燃料の消費を抑制すべく、ＭＧ走行領域が狭くなる。従って、ＦＣ残燃料の低下に応じて、ＭＧ領域限界車速は直線ＬＰ１に沿って低下する。なお、ここではＭＧ領域限界車速がＦＣ残燃料に応じて直線的に変化する場合を例示したが、曲線的に変化させる設定としても構わない。
【０２０２】
第３実施例では、ＭＧ領域の狭め方を、ＦＣ残燃料の変化率にも応じて変えている。上述の説明では、直線ＬＰ１に沿ってＭＧ領域を狭める場合を示した。第３実施例では、ＦＣ残燃料の変化率に応じて図３０に示すマップを用意しておくことで、変化率に応じた狭め方でＭＧ領域を変化させるのである。ＦＣ残燃料が急激に低減する場合には、図３０中に直線ＬＰ２，ＬＰ３で示すように、ＦＣ残燃料が比較的高い状態から、ＭＧ領域を狭め始める。ＦＣ残燃料が急激に低減している場合、即ちＦＣ燃料を急激に消費している場合には、速やかにＭＧ領域を狭めてその消費を抑制する必要があるからである。ＦＣ残燃料の変化率とＭＧ領域の狭め方との対応関係は、ＦＣ燃料を抑制しつつ、運転者の感覚に沿った運転が実現できるよう種々設定可能である。
【０２０３】
ＦＣ燃料の低下に伴ってＭＧ領域を狭くするのと同じ目的から、第３実施例では、ＦＣ残燃料に応じてモータ２０Ｂのアシストトルクも変化させる。アシストトルクは、予めマップで設定されている。図３１はアシストトルクとＦＣ残燃料との関係を示す説明図である。ＭＧ領域の変化と同様、ＦＣ残燃料が値ＦＬＩＭよりも低くなると、アシストトルクは、直線ＬＴ１に沿って１００％から徐々に低減する。第３実施例では、アシストトルクの値自体は、先に図２８に示したマップで設定されている。アシストトルク１００％とは、アクセル開度に応じて図２８におけるハッチング領域に相当するトルクを出力することを意味しており、エンジン１０とモータ２０Ｂとを合わせた総出力トルクが図２８中の曲線ＣＴ２に相当するトルクが出力される。アシストトルクが０％になると、総出力トルクは図２８中の曲線ＣＴ１に相当する値となる。
【０２０４】
なお、ＭＧ領域を狭めるのと連動してアシストトルクが低減するよう、図３０と図３１で共通の値ＦＬＩＭを用いているが、ＭＧ領域を狭め始めるＦＣ残燃料の値と、アシストトルクを低減させ始めるＦＣ残燃料の値とは必ずしも一致する必要はなく、図３０と図３１のマップを独立に設定しても構わない。
【０２０５】
第３実施例では、ＭＧ領域の変更と同様、アシストトトルクの変化のパターンもＦＣ残燃料の変化率に応じて変化する。ＦＣ残燃料が急激に低減している場合には、図３１の直線ＬＴ２，ＬＴ３に示すように比較的高い残燃料の状態にあっても、アシストトルクを低減させる。ＭＧ領域の制御と同様、ＦＣ燃料を急激に消費している場合には、モータ２０Ｂの出力を早期に低減させることによって、ＦＣ燃料の消費を抑制するのである。かかる制御は、ＦＣ残燃料とアシストトルクとのマップを、ＦＣ残燃料の変化率ごとに用意しておくことで実現される。ＦＣ残燃料の変化率とアシストトルクを変化させるパターンとの関係は、ＦＣ燃料を抑制しつつ、運転者の感覚に沿った運転が実現できるよう種々設定可能である。
【０２０６】
以上で概説した制御は、制御ユニット７０のＣＰＵが以下の制御処理を実行することによって実現される。図３２は第３実施例におけるＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ５００）。第１実施例と同様、図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、車速、アクセル開度、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬが以後の処理に関与する。
【０２０７】
次に、ＣＰＵは燃料電池が使用可能な状態にあるか否かを、次の２つの条件によって判断する（ステップＳ５０２）。一つ目の条件は、ＦＣ燃料の残燃料ＦＣＬが所定の値Ｆ１以上であるか否かである。値Ｆ１は、第１実施例と同様、燃料電池の使用が許可される下限のＦＣ燃料である。残燃料ＦＣＬが値Ｆ１よりも低い場合には、燃料電池は使用できないものと判断される。２つ目の条件は、燃料電池の温度Ｔｆｃが所定の温度Ｔｕよりも低いか否かである。温度Ｔｕは、燃料電池を安定して運転可能な上限の温度である。検出された温度Ｔｆｃが所定の温度Ｔｕ以上である場合には、燃料電池は使用できないものと判断される。以上の２つの条件の少なくとも一方の条件が満たされない場合には、燃料電池は使用できないとの判断がなされる。従って、燃料電池を電源とするモータ２０Ｂを動力源として使用するのを避け、エンジン１０のみを動力源として走行する（ステップＳ５１２）。この場合は、シフトポジション、アクセル開度に応じて要求されたトルクを出力するよう、エンジン１０の運転および副変速機１７０、ＣＶＴ１８０の変速比を制御する。
【０２０８】
ステップＳ５０２において、燃料電池を使用可能と判断された場合、ＣＰＵは、ＦＣ残燃料の変化率を算出し（ステップＳ５０４），これに基づいてＭＧ領域およびアシストトルクの設定を行う（ステップＳ５０６）。先に説明した通り、第３実施例では、ＦＣ残燃料およびその変化率に応じてＭＧ領域およびアシストトルクを変更するものとしているため、ステップＳ５０４，Ｓ５０６でその設定を行うのである。具体的には、図３０および図３１に例示したマップを、ＦＣ残燃料およびその変化率に基づいて参照してＭＧ領域およびアシストトルクを設定するのである。マップはＦＣ残燃料およびその変化率の離散的な値に対して用意されているため、適宜マップを補間して設定を行う。
【０２０９】
なお、ＦＣ残燃料に応じてＭＧ領域およびアシストトルクを一旦設定した後、ＦＣ燃料の変化率に応じて補正する態様をとるものとしてもよい。この場合は、演算量が増えるものの、マップの記憶に要する容量が節約できる利点がある。また、ＦＣ残燃料を直接パラメータとして用いるのではなく、燃料電池にかかる負荷状態に基づいてステップＳ５０６の処理を行うものとしてもよい。例えば、燃料電池から出力される電力を継続的に監視すれば、その積分値に基づいてステップＳ５０６の処理を行うことができる。また、燃料電池から出力される電力は、燃料電池の負荷の変化率に他ならず、ＦＣ燃料の変化率と等価なパラメータと見ることができるから、燃料電池から出力される電力の検出をステップＳ５０４の処理に置換してもよい。燃料電池にかかる負荷状態は、必ずしも電力を用いて評価する必要はなく、燃料電池を電源として駆動するモータ２０Ｂから出力される動力を用いて評価してもよい。
【０２１０】
次に、ＣＰＵは、現在の車速および要求トルクに基づいて車両の走行状態が、こうして設定されたＭＧ領域に該当するか否かを判定する（ステップＳ５０８）。ＭＧ領域に該当する場合には、モータ２０Ｂを動力源として走行する（ステップＳ５１０）。即ち、シフトポジションおよびアクセル開度に応じて、要求トルクが出力されるよう、エンジン１０の運転および副変速機１７０、ＣＶＴ１８０の変速比を制御する。
【０２１１】
車両の走行状態がＭＧ領域に該当しないと判断された場合には、エンジン１０を主動力源とし、モータ２０Ｂでエンジン１０をアシストする走行を行う（ステップＳ５１４）。この場合は、図２８に示したトルクがアクセル開度に応じて出力されるよう、エンジン１０、モータ２０Ｂおよび副変速機１７０、ＣＶＴ１８０の変速比を制御する。かかる制御処理によって、第３実施例のハイブリッド車両は、動力源を適宜切り替えつつ、またモータ２０Ｂのアシストトルクの割合を適宜調整しながら、走行することができる。
【０２１２】
以上で説明した第３実施例のハイブリッド車両によれば、ＦＣ残燃料に応じて動力源を切り替えることにより、第１実施例および第２実施例と同様、ＦＣ燃料の消費を抑制することができる。さらに、第３実施例では、ＦＣ残燃料の変化率に応じてＭＧ領域の広さ、モータ２０Ｂのトルクを制御することにより、ＦＣ燃料の消費をより適切に制御することが可能となる。例えば、ＦＣ燃料を急激に消費している場合には、速やかにモータ２０Ｂの出力を低減し、燃料電池の出力を低下させることによって、ＦＣ燃料が過剰に消費されることを抑制できる。また、ＦＣ燃料が緩やかに消費されている場合には、燃料電池を十分に活用することにより、高効率かつ環境性に優れた運転を実現することができる。つまり、第３実施例では車両の走行状態に伴って生じるＦＣ燃料の消費の動的変化に十分に追随して燃料電池の出力を制御することが可能となるのである。この結果、燃料電池をより広範囲で有効に活用することが可能となる。
【０２１３】
第３実施例では、ＣＶＴ１８０を用いた構成のハイブリッド車両を例示した。かかる構成では、モータ２０Ｂの出力をＦＣ燃料およびその変化率に応じて柔軟に変化させることができる利点がある。もちろん、ＦＣ燃料およびその変化率に応じてモータの出力を変化させる制御はＣＶＴ１８０の搭載を必須とするものではなく、第１実施例に示した有段の変速機を搭載した構成でも適用可能である。逆に、ＣＶＴ１８０を搭載した第３実施例の構成において、第１実施例、第２実施例と同様、ＦＣ燃料の変化率を考慮しない制御を適用することも可能である。この場合には、制御処理が比較的容易になるという利点がある。また、第３実施例ではＥＶ走行制御を例示したが、ＦＣ燃料およびその変化率に応じて燃料電池の出力を変えるという考え方は、その他にも充電制御処理など、第１実施例で説明した各種の処理に適用可能であることはいうまでもない。
【０２１４】
Ｈ．第４実施例：
次に本発明の第４実施例について説明する。第４実施例としてのハイブリッド車両の構成は、第１実施例と同様である（図１参照）。基本的な動作も第１実施例と同様であり、先に図８〜図１２に示したマップに従って、エンジン１０およびモータ２０を使い分けて走行する。モータ２０は、燃料電池６０の電力で駆動される。第１実施例では、ＦＣ燃料の残量に応じてモータ２０の駆動を抑制する場合を例示した。これに対し、第４実施例では、エンジン１０の燃料、即ち、ガソリン残量に応じてエンジン１０の運転を抑制する制御処理について例示する。
【０２１５】
図３３は第４実施例における走行制御処理ルーチンのフローチャートである。第１実施例と同様、制御ユニット７０が繰り返し実行する処理である。走行中にエンジン１０とモータ２０との使い分けを制御するための処理である。
【０２１６】
この処理では、まず信号が入力される（ステップＳ６００）。ガソリン残燃料を表す信号など、先に図７に示した種々の信号が入力される。この入力信号に基づき、ガソリン残量が所定の基準値Ｌｏよりも大きいか否か、即ち、車両の走行に支障がない程、十分なガソリンが残っているか否かを判断する（ステップＳ６０２）。基準値の設定については、後述する。残量がＬｏよりも多い場合、即ち、ガソリンが十分に残っていると判断される場合には、基本的動作として設定されている通り、図８〜１２のマップに従ってエンジン１０、モータ２０の動力源の使い分けがおこなわれる（ステップＳ６０８）。また、このときは車両が通常の制御で走行していることを車内のインジケータに表示する（ステップＳ６１０）。インジケータは、例えば、先に図６に示した計器板に設けることができる。
【０２１７】
ステップＳ６０２において、ガソリンが十分残っていないと判断された場合には、次に示す処理によって、エンジン１０の運転を抑制する制御を行う。かかる制御を行うために、まず、現在の車両の走行状態、即ち、車速およびトルクが、「トルク変動領域」に含まれているか否かを判定する（ステップＳ６０４）。トルク変動領域とは、エンジン１０で出力可能なトルクとモータ２０で出力可能なトルクの間に運転者にとって看過し得ない程の偏差がある領域をいう。図８に示したマップから推定される通り、モータ２０は低速領域での走行に適しているため、高速、高トルクの領域は、トルク変動領域に含まれる。トルク変動領域は、燃料電池６０などからモータ２０に供給可能な電力量や選択されているギヤ比などによっても影響を受ける。この実施例では、ギヤ比が図８〜１２のマップに従って切り替えられることを前提にして、トルク変動領域を予めマップで設定しておくものとした。
【０２１８】
車両の走行状態がトルク変動領域に含まれていない場合は、エンジン１０とモータ２０のいずれを動力源として選択しても、運転者にとって違和感のない走行感覚を実現可能であることになる。従って、ガソリンの残量が比較的少ないという事情を考慮して、エンジン１０の使用を避け、モータ２０を動力源としてＭＧ走行する（ステップＳ６１６）。図８等のマップに従えば、本来、エンジン１０を動力源として走行すべき領域として設定されている走行状態にある場合でも、エンジン１０を動力源とせず、モータ２０を動力源とする走行を継続するのである。かかる動作は通常の動作と異なるため、ガソリン残量が少ないため、ＭＧ走行していることをインジケータに表示する。表示方法としては、異なる色での表示、点滅表示など種々の方法を適用可能である。
【０２１９】
ステップＳ６０４において、車両の走行状態がトルク変動領域に入っていると判断される場合には、動力源をエンジン１０、モータ２０で切り替えることによって運転者に違和感を感じさせることになる。かかる場合には、可能な限り基本的動作に沿った走行を継続することが運転感覚を維持する上で好ましい。本実施例では、かかる観点から、ガソリンが完全に消費されているか否かを判断し（ステップＳ６０６）、ガソリンがわずかでも残っている場合には、図８等のマップに従った切り替えを実行する（ステップＳ６１２）。但し、ガソリンの残量が少ないことを運転者に知らせるための表示を行う。この表示は、ステップＳ６１８と同じ表示を適用することができる。なお、ステップＳ６０６においてガソリンが完全に消費された状態とは、車両の運転に有効に活用することができる利用可能燃料がほとんどなくなった状態をいう。必ずしも燃料タンク内のガソリンが０リットルになった状態とは限らない。
【０２２０】
このように第４実施例では、ガソリン残量に応じて、エンジン１０の運転を抑制する制御を行う。エンジン１０の運転を抑制するか否かの判断は、上述の通り、基準値Ｌｏとガソリン残量との比較に基づいて行われる。ここで、上記判断基準となる基準値Ｌｏについて説明する。図３４はガソリン残量の判断基準値の設定方法について示す説明図である。図３４にはガソリン消費率と基準値との関係を示した。基本的に基準値Ｌｏは任意の値に設定可能である。従って、図中の実線で示すように、基準値Ｌｏはガソリン消費率と無関係の一定値として設定することもできる。また、破線で示すように、ガソリン消費率につれて変化する態様で設定するものとしてもよい。図示した例では、ガソリン消費率が増大する程、基準値Ｌｏも高くなる設定となっている。ガソリン消費率が大きいときは、エンジン１０の運転を抑制する制御処理が適用がわずかに遅れるだけでガソリンが過度に消費されやすいことを意味しているから、基準値を大きくすることにより、ガソリンの過度な消費を回避することができる。図３４では、ガソリンの消費率に対して基準値Ｌｏが直線状に変化する場合を例示したが、曲線状に変化させてもよいし、段階的に変化させても構わない。
【０２２１】
基準値Ｌｏの値は、第１実施例において燃料電池６０の使用を抑制するか否かの判断基準としてのＦＣ燃料値を設定したのと同じ考え方により設定することができる。基準値Ｌｏを高い値に設定する程、エンジン１０の使用が抑制されやすい傾向になり、低い値に設定する程、エンジン１０を積極的に使用する傾向となる。例えば高速、高トルクでの走行が要望されている場合には、基準値Ｌｏを低い値に設定して、エンジン１０を積極的に使用するよう設定すればよい。
【０２２２】
また、基準値Ｌｏは、ガソリンの残量が少なくなってから、実際にエンジン１０の運転が抑制されるまでの時間的余裕に関与したパラメータとしての意味もある。先に説明した制御処理によれば、ガソリンの残量が基準値Ｌｏを下回った場合でも、車両の走行状態がトルク変動領域にあるときは、エンジン１０の使用が継続される。基準値Ｌｏが高い値に設定されていれば、ガソリンの残量が少ない旨の表示に応じて車速を下げるなどの対応をとることにより、違和感なくモータ２０での運転に移行することができる。基準値Ｌｏが低い値に設定されている場合にはトルク変動領域から脱する前に、ガソリンが完全に消費された状態に至り強制的にモータ２０への駆動に切り替えられる可能性がある。かかる切り替えでは、駆動トルクが大きく変動するため、大きな違和感、ショックを伴い、車両の乗り心地を損ねる可能性がある。基準値Ｌｏは、上述した種々の要素を総合的に勘案して、違和感のない効率的な使い分けを実現可能な値を設定すればよい。
【０２２３】
以上で説明した第４実施例のハイブリッド車両によれば、ガソリンの残量に応じてエンジン１０とモータ２０とを使い分けて走行することができる。ガソリンの残量が少なくなると、エンジン１０の使用を抑制することができ、モータ２０に動力源を切り替えることができる。この切り替えは、駆動トルクが極端に変動しない走行状態で行われる。従って、第４実施例のハイブリッド車両によれば、運転者に違和感を与えることなく、またガソリンの消耗によって車両が停止してしまうなどの不具合を招くことなく、動力源の効率的な使い分けを実現することができる。
【０２２４】
Ｈ１．第４実施例における第１変形例：
第４実施例では、エンジン１０とモータ２０との使い分けを実現する制御として汎用的なものを例示した。ハイブリッド車両は、低速走行時はモータ２０で走行し、所定以上の速度になったときにエンジン１０での走行に切り替わる。従って、ガソリン残量に応じて、この切り替えを行うか否かを制御してもエンジン１０の過度の使用、即ち、ガソリンの過度の消費を抑制する制御を実現することができる。かかる態様による制御処理を第１変形例として説明する。
【０２２５】
図３５は、第４実施例の第１変形例としての走行制御処理ルーチンのフローチャートである。この処理は、車両が低速から徐々に加速されている時に実行されるものとする。このルーチンでは、入力信号処理を行い（ステップＳ７００）、車両の走行状態がＭＧ走行からエンジン走行への切り替え領域に至ったか否かを判定する（ステップＳ７０２）。切り替え領域か否かの判断は、図８〜１２などのマップに基づいて行われる。この領域に至っていない場合には、現状の運転、即ち、ＭＧ走行を継続すればよいため、制御ユニット７０は何も処理をすることなく走行制御処理ルーチンを終了する。
【０２２６】
ＭＧ走行からエンジン走行への切り替え領域に至ったものと判断された場合には、ガソリンの残量に基づいて、この切り替えを実行するか否かを判断する。ガソリンの残量が基準値Ｌｏよりも大きい否かを判断し（ステップＳ７０４）、十分にガソリンが残っていると判断される場合には、基本的な動作状態、即ち、図８〜１２に示したマップに従ってエンジン１０とモータ２０との切り替えを実行する（ステップＳ７０６）。この場合には、第４実施例と同様、通常の運転が行われていることをインジケータに表示する（ステップＳ７０８）。
【０２２７】
一方、ステップＳ７０４において、ガソリンの残量が基準値Ｌｏ以下であると判断された場合には、エンジン１０の使用が抑制される。従って、図８等のマップによれば、エンジン１０への切り替えを行うべき走行状態にあるとしても、エンジン１０への切り替えを中止し、ＭＧ走行を継続する（ステップＳ７１０）。このときは、第４実施例と同様、ガソリンの残量が少ないために、ＭＧ走行が継続されていることをインジケータに表示する（ステップＳ７１２）。
【０２２８】
以上で説明した第１変形例の制御処理によれば、ガソリンの残量に応じてエンジン１０への切り替えを抑制することができる。従って、第４実施例と同様、ガソリンの過度な消費を回避して、動力源の効率的な使い分けを実現することができる。また、第１変形例では、ガソリンの残量が少ない場合には、エンジン１０への切り替えを禁止するため、第４実施例と異なり、エンジン１０とモータ２０との駆動トルクの偏差を考慮しなくても運転感覚の急激な変動や不測のショックを招かないという利点もある。
【０２２９】
なお、第１変形例でも基準値Ｌｏの値は、第４実施例と同様の要素を考慮して任意に設定可能である。第１変形例の制御は、ガソリンの残量が不足することによってエンジン１０を継続して運転できなくなることを未然に防ぐために、エンジン１０への切り替えを抑制するという効果もある。従って、基準値Ｌｏは、若干高めの値に設定することが望ましい。こうすることにより、エンジン１０を十分継続的に運転可能な程度にガソリンが残っている場合にのみエンジン１０への切り替えが行われることになり、より運転者の感覚に適合した運転を実現することができる。もちろん、基準値は、一定値としてもよいし、車両の走行に関連する種々のパラメータに応じて変更してもよい。
【０２３０】
第１変形例では、ガソリンの残量が基準値よりも低くなると、再びガソリンが補給されない限りエンジン１０での運転は行われない内容の処理を例示した。ガソリンが基準値Ｌｏよりも少ない場合の処理は、これに限らず種々の処理が適用可能である。例えば、アクセルを所定以上に踏み込み、高いトルクの出力が真に必要とされる意思表示がなされた場合には、エンジン１０への切り替えを実行するものとしてもよい。
【０２３１】
Ｈ２．第４実施例における第２変形例：
第１変形例では、ガソリンの残量にのみ基づいてエンジン１０への切り替えを制御する場合を例示した。エンジン１０、モータ２０の駆動トルクをも考慮して切り替えを制御することも可能である。かかる態様での制御処理を第２変形例として説明する。
【０２３２】
図３６は、第４実施例の第２変形例としての走行制御処理ルーチンのフローチャートである。このルーチンも、第１変形例と同様、低速から徐々に加速されている状態で実行されるものとする。このルーチンが開始されると、制御ユニット７０のＣＰＵは、処理に必要な信号を入力し（ステップＳ８００）、これに基づいて駆動力変化領域を算出する（ステップＳ８０２）。
【０２３３】
駆動力変化領域とは、第４実施例で示したトルク変動領域と同義である。但し、第４実施例では、予めマップで設定された比較的固定された領域を表していたのに対し、第２変形例では、車両の各装置の作動状態に応じて動的に変化する領域を示すため、異なる用語を用いた。先に説明した通り、駆動力変化領域は、エンジン１０とモータ２０の駆動トルクに所定以上の偏差がある領域に相当し、基本的には図８などに示したマップ中のエンジン走行領域とほぼ一致する。但し、この領域は、燃料電池６０などからモータ２０に供給可能な電力量、燃料電池６０、エンジン１０の暖機状態、走行に使用されている変速比などによって変動する。ステップＳ８０２では、これらの変動を考慮して駆動力変化領域を算出する。第２変形例では、種々の条件に対応して駆動力変化領域を設定したマップを用意し、このマップを適宜補間することによって、駆動力変化領域を算出するものとした。
【０２３４】
次に、こうして設定された駆動力変化領域に車両の走行状態が含まれているか否かを判断する（ステップＳ８０４）。車両が低速から徐々に加速されていくとき、最初、車両の走行状態はモータ２０とエンジン１０で同等の駆動トルクが出力可能な領域（「駆動力均等領域」と呼ぶ）にある。加速されていくにつれて、走行状態は駆動力変化領域に移行する。ステップＳ８０４では、車両の走行状態が駆動力均等領域から駆動力変化領域に移行したか否かを判定する。走行状態が、駆動力変化領域に入っていない場合、つまり、駆動力均等領域にある場合には、エンジン１０への切り替えは不要であるから、ＣＰＵは何も処理をすることなく、走行制御処理ルーチンを終了する。
【０２３５】
走行状態が駆動力変化領域に含まれていると判断される場合には、第１変形例と同様、ガソリン残量に応じてエンジン１０への切り替えを制御する。即ち、ガソリン残量と基準値Ｌｏとを比較し（ステップＳ８０６）、ガソリン残量の方が多い場合には、図８等のマップに従ってエンジン１０への切り替えを実行する（ステップＳ８０８）。この場合には、第４実施例と同様、通常の運転が行われていることをインジケータに表示する（ステップＳ８１０）。
【０２３６】
一方、ステップＳ８０６において、ガソリンの残量が基準値Ｌｏ以下であると判断された場合には、エンジン１０の使用が抑制される。従って、図８等のマップによれば、エンジン１０への切り替えを行うべき走行状態にあるとしても、エンジン１０への切り替えを中止し、ＭＧ走行を継続する（ステップＳ８１２）。このときは、第４実施例と同様、ガソリンの残量が少ないために、ＭＧ走行が継続されていることをインジケータに表示する（ステップＳ８１４）。
【０２３７】
以上で説明した第２変形例の制御処理によれば、第１変形例と同等の利点を有する。また、走行状態が駆動力変化領域に移行しない限り、エンジン１０への切り替えが行われないため、モータ２０をより積極的に使用する制御となり、ガソリン消費をより抑制するとともに、環境性、運転効率に優れた使い分けを実現することができる。
【０２３８】
Ｉ．その他の変形例：
以上の実施例では、燃料電池６０およびバッテリ５０の双方を電源として搭載するハイブリッド車両を例示した。本発明は、燃料電池６０のみを電源として搭載するハイブリッド車両に適用することも可能である。なお、かかる構成のハイブリッド車両では、燃料電池の電力の立ち上がり時間の遅れを考慮して、走行に多大な影響を与えないように各制御に使用されるパラメータを設定することが望ましい。
【０２３９】
また、燃料電池の立ち上がり時間の遅れを補償するための付加的な要素を備えることも望ましい。例えば、実施例におけるバッテリ５０に変えてキャパシタを備えるものとしてもよい。キャパシタは燃料電池の電力を過渡的に補償する目的で使用する。つまり、燃料電池からの電力や回生電力によって予めキャパシタに電力を蓄えておき、燃料電池の立ち上がり遅れが生じるときには、キャパシタからの放電によって不足分の電力を補償するのである。このような構成を採れば、バッテリ５０を構成から省略した場合でも電力の極端な変動を抑制することができる。
【０２４０】
上述の実施例は、いずれも燃料電池６０の出力持続能力およびその変化率の少なくとも一方に応じて燃料電池６０の出力特性を制御し、全体としてハイブリッド車両の運転効率および環境性を向上するものである。上述の実施例では、燃料電池６０の出力持続能力を判断するパラメータとしてＦＣ燃料の残量を用いた。出力持続能力は、これに限らずその他種々のパラメータを用いることができる。例えば、燃料電池６０の温度によって燃料電池６０の運転を継続してもよい状態にあるか否かを判定するものとしてもよい。
【０２４１】
以上の実施例では、ハイブリッド車両を例にとって説明した。本発明は、エネルギの出力源を効率的に使い分けることを実現するものであり、必ずしもモータとエンジンとを搭載した車両に限定はされない。例えば、上述の実施例においてエンジンにより動力を出力する部分を、バッテリによるモータの駆動に置換すれば、電力の出力源、即ち燃料電池とバッテリとを効率的に使い分ける制御を実現することができる。従って、本発明は、モータのみを動力源とする車両にも適用することができる。
【０２４２】
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、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例のハイブリッド車両では、エンジンとしてガソリンエンジン１５０を用いたが、ディーゼルエンジンその他の動力源となる装置を用いることができる。また、本実施例では、モータとして全て三相同期モータを適用したが、誘導モータその他の交流モータおよび直流モータを用いるものとしてもよい。また、車両以外の移動体に適用することも可能である。本実施例では、種々の制御処理をＣＰＵがソフトウェアを実行することにより実現しているが、かかる制御処理をハード的に実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例としてのハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図３】変速機１００の内部構造を示す説明図である。
【図４】各クラッチ、ブレーキ、およびワンウェイクラッチの係合状態と変速段との関係を示す説明図である。
【図５】本実施例のハイブリッド車両におけるシフトポジションの操作部１６０を示す説明図である。
【図６】本実施例におけるハイブリッド車両の計器板を示す説明図である。
【図７】制御ユニット７０に対する入出力信号の結線を示す説明図である。
【図８】車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。
【図９】２ポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図１０】Ｌポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図１１】Ｒポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図１２】ＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図１３】モータ駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】補機駆動制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図１５】充電制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図１６】バッテリ５０の充電状態と回生電力の活用との関係を示す説明図である。
【図１７】バッテリ５０のＳＯＣと充電電力との関係を示す説明図である。
【図１８】車両の運転状態による発電機の使い分けについて示す説明図である。
【図１９】発電機運転制御ルーチンのフローチャートである。
【図２０】第２実施例のハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。
【図２１】４ＷＤ制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図２２】第３実施例としてのハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。
【図２３】副変速機１７０の係合状態を示す説明図である。
【図２４】副変速機１７０の切り替えの様子を示す説明図である。
【図２５】Ｒポジションにおける副変速段１７０の切り替えの様子を示す説明図である。
【図２６】第３実施例におけるシフトレバーを示す説明図である。
【図２７】ＣＶＴ１８０の変速パターンを示す説明図である。
【図２８】エンジン走行領域における出力トルクを示す説明図である。
【図２９】ＦＣ燃料に応じてＭＧ領域を変更する様子を示す説明図である。
【図３０】ＦＣ燃料に応じてＭＧ領域を変化させるマップの一例を示す説明図である。
【図３１】アシストトルクとＦＣ残燃料との関係を示す説明図である。
【図３２】第３実施例におけるＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図３３】第４実施例における走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図３４】ガソリン残量の判断基準値の設定方法について示す説明図である。
【図３５】第４実施例の第１変形例としての走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図３６】第４実施例の第２変形例としての走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…クランクシャフト
１３、１３Ａ、１４，１４Ａ、１５…回転軸
１６，１６Ａ…ディファレンシャルギヤ
１７，１７Ａ…車軸
１８…入力クラッチ
１９…補機クラッチ
２０，２０Ａ、２０Ｂ…モータ
２２…ロータ
２４…ステータ
３０…トルクコンバータ
５０…バッテリ
５１，５１Ａ，５２，５２Ａ…駆動回路
６０，６０Ａ…燃料電池
６１ａ…容量センサ
６１…メタノールタンク
６２…水タンク
６３…バーナ
６４…圧縮機
６５…蒸発器
６６…改質器
６８…ブロワ
７０…制御ユニット
８０…補機駆動用モータ
８２…補機駆動装置
８３〜８６…切替スイッチ
１００…変速機
１０２…油圧ポンプ
１０４…油圧制御部
１１０…副変速部
１１２…第１のプラネタリギヤ
１１４…サンギヤ
１１５…プラネタリピニオンギヤ
１１６…プラネタリキャリア
１１８…リングギヤ
１１９…出力軸
１２０…主変速部
１２２…回転軸
１３０，１４０，１５０…プラネタリギヤ
１３２、１４２，１５２…サンギヤ
１３４、１４４，１５４…プラネタリキャリア
１３６、１４６，１５６…リングギヤ
１６０…操作部
１６２…シフトレバー
１６３…スポーツモードスイッチ
１７０…副変速機
１７１、１７２…クラッチ
１７３…ブレーキ
１７４、１７６…サンギヤ
１７５、１７７…ピニオンギヤ
１７８…リングギヤ
１８０…無段変速機（ＣＶＴ）
１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂ…プーリ
１８３…ベルト
２０２、２０３…燃料計
２０４…速度計
２０６…エンジン回転計
２０８…エンジン水温計
２１０…方向指示器インジケータ
２２０…シフトポジションインジケータ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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