JP6332232B2

JP6332232B2 - ハイブリッド自動車

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Publication number: JP6332232B2
Application number: JP2015213822A
Authority: JP
Inventors: 立樹斎藤; 浩之東
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: US20170120893A1; JP2017081478A; US10179581B2

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、より詳しくは、エンジンと第１モータと遊星歯車機構と第２モータと二次電池とを備えるハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、モータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置と、バッテリとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、モータＭＧ２による回生制御の実行中に、エンジンの吸気バルブのリフト量や作用角を小さくすることで、エンジンブレーキ力を増加させている。

特開２０１５−５８８２８号公報

しかしながら、吸気バルブのリフト量や作用角を小さくするだけでは、得られる制動力には限界があるため、要求制動力の大きさによっては、要求制動力を確保できない場合がある。

本発明のハイブリッド自動車は、要求制動力をより確実に駆動軸に出力することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、
エンジンと、第１モータと、共線図上で第１回転要素，第２回転要素，第３回転要素の順に並び前記第１回転要素に前記第１モータの回転軸が接続され前記第２回転要素に前記エンジンの出力軸が接続され前記第３回転要素に車軸に連結された駆動軸が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやり取り可能な二次電池と、を備え、前記エンジンから前記第２回転要素に対して正逆両回転方向の動力を出力可能なハイブリッド自動車であって、
前記駆動軸に出力すべき要求制動力が所定制動力を超える場合に、前記エンジンから前記第２回転要素に逆回転方向の動力が出力されて前記駆動軸に伝達されるよう該エンジンと前記第１モータとを制御すると共に前記要求制動力が前記駆動軸に出力されるよう前記第２モータを制御する制動制御を実行する制動制御手段
を備えることを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、エンジンと、第１モータと、第１回転要素に第１モータの回転軸が接続され第２回転要素にエンジンの出力軸が接続され第３回転要素に駆動軸が接続された遊星歯車機構と、駆動軸に動力を出力可能な第２モータと、二次電池とを備え、エンジンから第２回転要素に対して正逆両回転方向の動力を出力可能とする。そして、駆動軸に出力すべき要求制動力が所定制動力を超える場合、エンジンから第２回転要素に逆回転方向の動力が出力されて駆動軸に伝達されるようエンジンと第１モータとを制御すると共に要求制動力が駆動軸に出力されるよう第２モータを制御する制動制御を実行する。これにより、エンジンから第２回転要素に出力される逆回転方向の動力を制動力として駆動軸に伝達することができるため、エンジンへの燃料供給を停止した状態で第１モータでエンジンをモータリングするものに比して、より大きな制動力を駆動軸に出力することが可能である。この結果、より確実に要求制動力を駆動軸に出力することができる。ここで、制動制御手段は、駆動軸に出力すべき要求制動力が所定値を超えており且つ二次電池に蓄えられている蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合が所定割合以下である場合に、制動制御を実行するものとしてもよい。また、シフト操作を検知するシフト操作検知手段を備え、制動制御手段は、アクセルオフ時にドライブレンジよりも大きな制動力の出力を要求する特定レンジへのシフト操作が検知された場合に制動制御を実行するものとすることもできる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車１０の構成の概略を示す構成図である。エンジン２０の構成の概略を示す構成図である。カム２８，３８の正回転用の位相と負回転用の位相とを示す説明図である。アクセルオフ時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。エンジンブレーキによって減速走行するときのプラネタリギヤ４０の各回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。エンジン２０の負回転方向の負荷運転によって減速走行するときのプラネタリギヤ４０の各回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。アクセルオフにより減速走行する場合におけるハイブリッド自動車１０の運転状態の時間変化の様子を示す説明図である。変形例のハイブリッド自動車１０Ｂの構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、エンジン２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車１０は、図示するように、エンジン２０と、プラネタリギヤ４０と、モータＭＧ１と、モータＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。

エンジン２０は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されており、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２１により運転制御される。エンジン２０は、吸気，圧縮，燃焼，排気の各行程を有する４サイクルエンジンとして構成されており、図２に示すように、スロットルバルブ（図示せず）を介して吸気管２４に空気を吸入（吸気）し、燃焼噴射弁（図示せず）から吸気管２４に燃料を噴射して空気と燃料とを混合させる。そして、混合気を吸気バルブ２６を介して燃焼室に吸入し、吸入した混合気を圧縮して点火プラグ３１による電気火花によって爆発燃焼させ、そのエネルギにより押し下げられるピストン３２の往復運動をクランクシャフト２２の回転運動に変換することにより動力を出力する。燃焼後の排気は、排気バルブ３６を介して排気管３４に供給され、排気管３４に設けられた浄化装置（図示せず）によって浄化されてから外気へ排出される。

吸気バルブ２６は、カムシャフト２９に取り付けられたカム２８により開閉駆動され、排気バルブ３６は、カムシャフト３９に取り付けられたカム３８により開閉駆動される。カムシャフト２９，３９は、クランクシャフト２２の回転が図示しないタイミングチェーンを介して伝達され、クランクシャフト２２が２回転する間、１回転する。

カム２８は、例えば、ピストン３２が排気行程終期の上死点に到達する手前のタイミングで吸気バルブ２６が開弁し、ピストン３２が下死点を通過した後に吸気バルブ２６が閉弁するようカムシャフト２９に対する位相が調整される。また、カム３８は、例えば、ピストン３２が燃焼行程終期の下死点に到達する手前のタイミングで排気バルブ３６が開弁し、ピストン３２が上死点を通過した後に排気バルブ３６が閉弁するようカムシャフト３９に対する位相が調整される。カム２８，３８は、カム駆動アクチュエータ３０によって位相が変更可能となっている。なお、カム駆動アクチュエータ３０は、例えば、特開２００５−２８１２号公報に記載された構成を採用することができる。

また、点火プラグ３１は、イグナイタと一体化されたイグニッションコイルに駆動信号が出力されることにより、電気火花を発生させる。点火プラグ３１の点火時期は、例えば、ピストン３２が圧縮行程終期の上死点に到達する手前のタイミングに調整される。

こうして構成された本実施例のエンジン２０は、カム２８，３８の位相と点火プラグ３１の点火時期とを変更することで、正逆両回転方向に動力を出力可能となっている。即ち、上述したように、エンジン２０は４サイクルエンジンであり、吸気バルブ２６および排気バルブ３６の上述した開閉タイミングが到来するときのクランクシャフト２２の回転角が正回転時と負回転時とで異なっている。このため、例えば、図３に示すように、正回転時と負回転時とでカム２８，３８の位相を切り替えることにより、いずれの方向に回転する場合でも、吸気バルブ２６および排気バルブ３６の開閉タイミングを最適なタイミングとすることができる。また、点火プラグ３１の上述した点火時期が到来するときのクランクシャフト２２の回転角が正回転時と負回転時とで異なっている。このため、正回転時と負回転時とで点火時期を切り替えることにより、いずれの方向に回転する場合でも、点火時期を最適なタイミングとすることができる。

エンジンＥＣＵ２１は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２１には、エンジン２０を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２１からは、エンジン２０を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２１は、エンジン２０のクランクシャフト２２に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいてエンジン２０の回転数Ｎｅを演算している。

プラネタリギヤ４０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ４０のサンギヤ，キャリア，リングギヤには、モータＭＧ１の回転子，エンジン２０のクランクシャフト２２，駆動輪６２ａ，６２ｂにデファレンシャルギヤ６１を介して連結された駆動軸６０がそれぞれ接続されている。

モータＭＧ１は、同期発電電動機として構成されており、上述したように回転子がプラネタリギヤ４０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、同期発電電動機として構成されており、上述したように回転子が駆動軸６０に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４４によってインバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、バッテリ５０からの直流電力が三相交流電力に変換されて供給されることにより駆動する。

モータＥＣＵ４４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４４には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号が入力ポートを介して入力されている。例えば、モータＥＣＵ４４には、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの回転位置θｍ１，θｍ２、図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力ポートを介して入力されている。また、モータＥＣＵ４４からは、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に送信する。なお、モータＥＣＵ４４は、回転位置検出センサからのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりをする。バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理される。バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号が入力ポートを介して入力されている。例えば、バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂやバッテリ５０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度Ｔｂなどが入力されている。また、バッテリＥＣＵ５２は、電流センサにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてそのときのバッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算する。また、バッテリＥＣＵ５２は、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算する。また、バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に送信する。

ＨＶＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ７６，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトレンジＳＲ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２１やモータＥＣＵ４４，バッテリＥＣＵ５２と通信可能に接続されており、エンジンＥＣＵ２１やモータＥＣＵ４４，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車１０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸６０に出力すべき要求トルクＴｐ＊を計算し、この要求トルクＴｐ＊に対応する要求動力が駆動軸６０に出力されるように、エンジン２０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２０とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては以下の（１）〜（３）のものがある。（１）のトルク変換運転モードと（２）の充放電運転モードは、いずれもエンジン２０の運転を伴って要求動力が駆動軸６０に出力されるようエンジン２０とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モード（ハイブリッドモード）という。
（１）トルク変換運転モード：要求動力に見合う動力がエンジン２０から出力されるようにエンジン２０を運転制御すると共にエンジン２０から出力される動力のすべてがプラネタリギヤ４０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸６０に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する運転モード。
（２）充放電運転モード：要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２０から出力されるようにエンジン２０を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２０から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ４０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによりトルク変換されて要求動力が駆動軸６０に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する運転モード。
（３）モータ運転モード：エンジン２０の運転を停止してモータＭＧ２から要求動力に見合う動力を駆動軸６０に出力するよう駆動制御する運転モード。

エンジン運転モード（ハイブリッドモード）の制御は、具体的には、以下のようにして行なわれる。即ち、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとから設定された要求トルクＴｐ＊に駆動軸６０の回転数Ｎｒ（例えば、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２や車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算する。続いて、計算した走行用パワーＰｄｒｖ＊からバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づくバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときが正の値）を減じてエンジン２０に要求されるエンジン要求パワーＰｅ＊を設定する。そして、エンジン要求パワーＰｅ＊に基づいて目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊により定まるエンジン２０の目標運転ポイント（動作点）を設定する。ここで、エンジン２０の目標運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊）は、エンジン要求パワーＰｅ＊を効率よくエンジン２０から出力することができるエンジン２０の動作ライン（燃費用動作ライン）と、エンジン要求パワーＰｅ＊と、の交点として求めることができる。次に、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で、エンジン２０の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにするための回転数フィードバック制御によってモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共に要求トルクＴｐ＊が駆動軸６０に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する。そして、設定したエンジン２０の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２１に送信すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４４に送信する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２１は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによってエンジン２０が運転されるようエンジン２０の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行う。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４４は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行う。

また、モータ運転モードの制御は、以下のようにして行われる。即ち、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとから設定される要求トルクＴｐ＊が、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で、駆動軸６０に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、トルク指令Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４４に送信する。トルク指令Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４４は、モータＭＧ２がトルク指令Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行う。

また、実施例のハイブリッド自動車１０では、シフトレバーのシフトポジションＳＰとして、駐車時に用いる駐車ポジション（Ｐポジション）、後進走行用のリバースポジション（Ｒポジション）、中立のニュートラルポジション（Ｎポジション）、前進走行用の通常のドライブポジション（Ｄポジション）の他に、アクセルオン時の駆動力の設定等はＤポジションと同一であるが走行中のアクセルオフ時に作用させる制動力がＤポジションより大きく設定されるブレーキポジション（Ｂポジション）、アップシフト指示ポジションおよびダウンシフト指示ポジションを有するシーケンシャルシフトポジション（Ｓポジション）が用意されている。ここで、Ｓポジションは、アクセルオン時の駆動力や走行中のアクセルオフ時の制動力を例えば４段階（Ｓ１〜Ｓ４）に変更するポジションであり、アップシフト指示ポジションを操作してアップシフトする毎にアクセルオン時の駆動力と走行中のアクセルオフ時の制動力は小さくなり、ダウンシフト指示ポジションを操作してダウンシフトする毎にアクセルオン時の駆動力と走行中のアクセルオフ時の制動力は大きくなる。

次に、こうして構成された本実施例のハイブリッド自動車１０の動作、特に、前進走行中にアクセルオフして減速走行する際の動作について説明する。図３は、ＨＶＥＣＵ７０のＣＰＵ７２により実行されるアクセルオフ時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、アクセルポジションセンサ８４により検出されるアクセル開度Ａｃｃが略０のときに、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

アクセルオフ時制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、まず、車速センサ８８からの車速Ｖやシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，エンジン回転数Ｎｅ，蓄電割合ＳＯＣなどを入力する（Ｓ１００）。ここで、エンジン回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサにより検出される信号に基づいてエンジンＥＣＵ２１により演算されたものを通信により入力するものとした。また、蓄電割合ＳＯＣは、充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリＥＣＵ５２により演算されたものを通信により入力するものとした。

続いて、入力した車速ＶとシフトポジションＳＰとに基づいて駆動軸６０に要求される要求トルクＴｐ＊を設定する（Ｓ１１０）。要求トルクＴｐ＊の設定は、車速ＶとシフトポジションＳＰと要求トルクＴｐ＊との関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、車速ＶとシフトポジションＳＰとが与えられると、対応する要求トルクＴｐ＊をマップから導出することにより行われる。要求トルク設定用マップの一例を図５に示す。要求トルクＴｐ＊は、正の値が駆動力を示し、負の値が制動力を示す。なお、詳細については後述するが、図中のＡ領域は、エンジンブレーキを制動力として駆動軸６０に出力する場合に実現可能な減速度の領域を示し、図中のＢ領域は、エンジン２０からの負回転方向の動力を制動力として駆動軸６０に出力する場合に実現可能な減速度の領域を示す。

そして、入力したシフトポジションＳＰがＢポジションまたはＳポジション（Ｓ１〜Ｓ４）であるか否かを判定する（Ｓ１２０）。シフトポジションＳＰがＢポジションおよびＳポジションのいずれでもない、即ちＤポジションやＮポジションであると判定すると、エンジン２０の燃料供給が停止されるよう燃料カット指令をエンジンＥＣＵ２１に送信し（Ｓ１３０）、モータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊として値０を設定する（Ｓ１４０）。そして、要求トルクＴｐ＊が駆動軸６０に出力されるようにモータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊（＝Ｔｐ＊）を設定し（Ｓ１５０）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４４に送信して（Ｓ１６０）、アクセルオフ時制御ルーチンを終了する。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４４は、モータＭＧ１からトルク指令Ｔｍ１＊に見合うトルクが出力され、モータＭＧ２からトルク指令Ｔｍ２＊に見合うトルクが出力されるようインバータ４１，４２のスイッチング制御を行う。このように、シフトポジションＳＰがＤポジションの場合には、モータＭＧ２の回生制御することによって要求制動力を駆動軸６０に出力する。なお、シフトポジションＳＰがＤポジションの場合でも、要求制動力によっては、エンジンブレーキによる制動力を駆動軸６０に出力する制御を実行するものとしてもよい。また、シフトポジションＳＰがＮポジションの場合には、要求トルクＴｐ＊は値０であるから、トルク指令Ｔｍ２＊は値０となり、惰性走行となる。

Ｓ１２０でシフトポジションＳＰがＢポジションまたはＳポジションであると判定すると、入力した蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以下であるか否か（Ｓ１７０）、要求トルクＴｐ＊の絶対値（要求制動力）が閾値Ｔｒｅｆを超えているか否か（Ｓ１８０）、をそれぞれ判定する。ここで、閾値Ｓｒｅｆは、バッテリ５０を充電可能な空き容量が残っているか否かを判定するための閾値であり、例えば６０％などとすることができる。また、閾値Ｔｒｅｆは、エンジンブレーキによる制動力で要求制動力を確保することができるか否かを判定するための閾値である。具体的には、閾値Ｔｒｅｆは、図５を示す領域Ａと領域Ｂとの間の境界値であり、車速Ｖに応じて設定される。蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以下でないと判定したり、要求トルクＴｐ＊の絶対値（要求制動力）が閾値Ｔｒｅｆを超えていないと判定すると、燃料カット指令をエンジンＥＣＵ２１に送信し（Ｓ１９０）、エンジン２０を正回転方向にモータリングするために必要なトルクをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定する（Ｓ２００）。そして、要求トルクＴｐ＊が駆動軸６０に出力されるよう要求トルクＴｐ＊とトルク指令Ｔｍ１＊とに基づいてモータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊（＝Ｔｐ＊＋Ｔｍ１＊／ρ）を設定し（Ｓ１５０）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４４に送信して（Ｓ１６０）、アクセルオフ時制御ルーチンを終了する。このように、シフトポジションＳＰがＢポジションまたはＳポジションの場合、要求制動力が閾値Ｔｒｅｆ以下のときには、エンジン２０への燃料供給を停止した状態でモータＭＧ１によりエンジン２０を強制的にモータリングすることによりエンジンブレーキを制動力として駆動軸６０に出力する。

図６は、エンジンブレーキによって減速走行するときのプラネタリギヤ４０の各回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。なお、図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数であるサンギヤの回転数を示し、中央のＣ軸はエンジン２０の回転数であるキャリアの回転数を示し、右のＲ軸は駆動軸６０の回転数であるリングギヤの回転数を示す。Ｒ軸上の太線矢印は、エンジン２０をモータリングするためにモータＭＧ１から出力されたトルクにより駆動軸３６に作用する制動トルク（−Ｔｍ１／ρ）と、モータＭＧ２から出力される制動トルクＴｍ２とを示す。図示するように、モータＭＧ１から出力されるトルクによりエンジン２０をモータリングすることにより、エンジンブレーキによる制動力を駆動軸６０に出力して減速走行することができる。

一方、Ｓ１７０，Ｓ１８０で蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以下であり且つ要求トルクＴｐ＊の絶対値（要求制動力）が閾値Ｔｒｅｆを超えていると判定すると、エンジンブレーキによる制動力では要求制動力を確保することができないと判断し、エンジン回転数Ｎｅが負の値であるか否か（Ｓ２１０）、値０であるか否か（Ｓ２２０）、をそれぞれ判定する。エンジン回転数Ｎｅが負の値でも値０でもない、即ち正の値であると判定すると、エンジン２０の回転数を引き下げて停止させるために必要なトルク（負のトルク）をモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定する（Ｓ２３０）。そして、要求トルクＴｐ＊が駆動軸６０に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定して送信する（Ｓ１５０，Ｓ１６０）。

エンジン２０が停止されると、Ｓ２２０でエンジン回転数Ｎｅが値０であると判定されるため、カム位相切替指令をエンジンＥＣＵ２１に送信する（Ｓ２４０）。カム位相切替指令を受信したエンジンＥＣＵ２１は、カムシャフト２９，３９に対するカム２８，３８の位相がそれぞれ正回転用から負回転用に切り替えられるようカム駆動アクチュエータ３０を駆動制御する。そして、カム２８，３８の位相切替が完了するまでの間、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を値０に設定し（Ｓ２５０，Ｓ２６０）、要求トルクＴｐ＊が駆動軸６０に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定して送信する（Ｓ１５０，Ｓ１６０）。

Ｓ２５０で位相切替が完了したと判定すると、エンジン２０が負回転方向に負荷運転されるよう負荷運転指令をエンジンＥＣＵ２１に送信し（Ｓ２７０）、エンジン２０からの負回転方向の動力を駆動軸６０に伝達させるために必要なトルクをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定する（Ｓ２８０）。そして、要求トルクＴｐ＊が駆動軸６０に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定して送信する（Ｓ１５０，Ｓ１６０）。このように、シフトポジションＳＰがＢポジションまたはＳポジションの場合、要求制動力が閾値Ｔｒｅｆを超えているときには、エンジン２０を負回転方向に負荷運転することにより、エンジン２０から出力される負回転方向の動力を制動力として駆動軸６０に出力する。

図７は、エンジン２０の負回転方向の負荷運転によって減速走行するときのプラネタリギヤ４０の各回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。Ｒ軸上の太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクにより駆動軸６０に作用する制動トルク（−Ｔｍ１／ρ）と、モータＭＧ２から出力される制動トルクＴｍ２とを示す。図示するように、エンジン２０から負回転方向の負荷運転を行う場合、モータＭＧ１から正のトルクを出力してエンジントルクの反力を受け持つことにより、エンジン２０の負回転方向の動力を制動力として駆動軸６０に出力することができる。この場合、モータＭＧ１は負の回転数で正のトルクＴｍ１を出力するから発電し、モータＭＧ２は回生制御により発電するから、両モータＭＧ１，ＭＧ２で発電した電力はバッテリ５０に充電されることとなる。本実施例では、Ｓ１６０でバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以下である場合に限って、エンジン２０を負回転方向に負荷運転するから、バッテリ５０が過充電するのを抑制することができる。

図８は、アクセルオフにより減速走行する場合におけるハイブリッド自動車１０の運転状態の時間変化を示す説明図である。図示するように、いま、アクセルオフによる減速走行中に、運転者がＤポジションからＳポジションへシフトチェンジした場合を考える。ここで、Ｓポジションでは、要求制動力が大きい方（要求トルクＴｐ＊が小さい方）からＳ１ポジション，Ｓ２ポジション，Ｓ３ポジション，Ｓ４ポジションの順となる。時刻ｔ１でＤポジションからＳ４ポジションへシフト操作されたときや、時刻ｔ２にＳ４ポジションからＳ３ポジションへシフト操作されると、要求トルクＴｐ＊は閾値（−Ｔｒｅｆ）以上（要求制動力は閾値Ｔｒｅｆ以下）であるから、エンジン２０への燃料供給を停止させた状態で、モータＭＧ１でエンジン２０をモータリングすることにより、エンジンブレーキを制動力として駆動軸６０に出力する。時刻ｔ３にＳ３ポジションからＳ２ポジションにシフト操作されると、要求トルクＴｐ＊が閾値（−Ｔｒｅｆ）未満となる（要求制動力が閾値Ｔｒｅｆを超える）ため、エンジンブレーキによる制動力では要求制動力に対して不足する。このため、モータＭＧ１でエンジン２０の回転を引き下げてエンジン２０を停止させた後、時刻ｔ４にカム２８，３８の位相を正回転用から負回転用へ切り替える。時刻ｔ５にカム２８，３８の位相の切り替えが完了すると、モータＭＧ１によりエンジン２０を負回転方向にクランキングしてエンジン２０を負荷運転する。これにより、エンジン２０の負回転方向の動力が制動力として駆動軸６０に出力され、要求制動力に見合う制動力を確保することができる。

以上説明した本実施例のハイブリッド自動車１０によれば、アクセルオフ時に駆動軸６０への要求制動力が閾値Ｔｒｅｆ以下の場合には、モータＭＧ１でエンジン２０をモータリングすることによりエンジンブレーキを制動力として駆動軸６０に出力する。また、要求制動力が閾値Ｔｒｅｆを超える場合には、エンジン２０を負回転方向に負荷運転することによりエンジン２０から出力される負の動力を制動力として駆動軸６０に出力する。これにより、駆動軸６０に要求される制動力をより確実に出力することができる。しかも、蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上の場合には、要求制動力（要求トルクＴｐ＊の絶対値）が閾値Ｔｒｅｆ以上であっても、エンジンブレーキを制動力として駆動軸６０に出力するから、バッテリ５０が過充電するのを抑制することができる。

実施例では、シフトレバー８１がＢポジションまたはＳポジションに操作されて要求制動力が閾値Ｔｒｅｆを超えた場合に、モータＭＧ１によりエンジン２０を負回転方向に負荷運転する制御を実行したが、シフトレバー８１がＤポジションにあるときでも、要求制動力が閾値Ｔｒｅｆを超えた場合には、同様の制御を実行するものとしてもよい。

実施例では、エンジン２０を負回転方向に負荷運転することにより、負回転方向の動力を制動力として駆動軸６０に出力するものとしたが、エンジン２０を正回転方向に負荷運転すると共に前後進切替機構を用いてエンジン２０から出力された動力の方向を切り替えるものとしてもよい。図９は、変形例のハイブリッド自動車１０Ｂの構成の概略を示す構成図である。図示するように、変形例のハイブリッド自動車１０Ｂは、エンジン２０のクランクシャフト２２とプラネタリギヤ４０のキャリアとの間に、遊星歯車機構やクラッチ，ブレーキにより構成される前後進切替機構９０を備える。この場合、前後進切替機構９０を正回転方向に切り替えて、エンジン２０への燃料供給を停止した状態でモータＭＧ１によりエンジン２０をモータリングすることにより、エンジンブレーキを制動力として駆動軸６０に出力することができる。また、前後進切替機構９０を逆回転方向に切り替えて、エンジン２０を正回転方向に負荷運転することにより、エンジン２０から出力される動力を制動力として駆動軸６０に出力することができる。

実施例では、蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上の場合には、要求制動力が閾値Ｔｒｅｆ以上であっても、エンジンブレーキを制動力として駆動軸６０に出力するものとしたが、要求制動力が閾値Ｔｒｅｆ以上で且つ蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上の場合には、所定時間に限って、エンジン２０からの負回転方向の動力を制動力として駆動軸６０に出力するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２０が「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「第１モータ」に相当し、プラネタリギヤ４０が「遊星歯車機構」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、バッテリ５０が「二次電池」に相当し、図４のアクセルオフ時制御ルーチンを実行するＨＶＥＣＵ７０のＣＰＵ７２が「制動制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例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。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業に利用可能である。

１０，１０Ｂハイブリッド自動車、２０エンジン、２１エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２２クランクシャフト、２４吸気管、２６吸気バルブ、２８，３８カム、２９，３９カムシャフト、３０カム駆動アクチュエータ、３１点火プラグ、３２ピストン、３４排気管、３６排気バルブ、４０プラネタリギヤ、４１，４２インバータ、４４モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、５０バッテリ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、６０駆動軸、６１デファレンシャルギヤ、６２ａ，６２ｂ駆動輪、７０ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８０イグニッションスイッチ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ、９０前後進切替機構、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

エンジンと、第１モータと、共線図上で第１回転要素，第２回転要素，第３回転要素の順に並び前記第１回転要素に前記第１モータの回転軸が接続され前記第２回転要素に前記エンジンの出力軸が接続され前記第３回転要素に車軸に連結された駆動軸が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやり取り可能な二次電池と、を備え、前記エンジンから前記第２回転要素に対して正逆両回転方向の動力を出力可能なハイブリッド自動車であって、
前記駆動軸に出力すべき要求制動力が所定制動力を超える場合に、前記エンジンから前記第２回転要素に逆回転方向の動力が出力されて前記駆動軸に伝達されるよう該エンジンと前記第１モータとを制御すると共に前記要求制動力が前記駆動軸に出力されるよう前記第２モータを制御する制動制御を実行する制動制御手段
を備えることを特徴とするハイブリッド自動車。