JP2009040094A - ハイブリッド式の車両の出力制御装置、及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド式の車両において、車両全体におけるエネルギ効率を良好させる。
【解決手段】ハイブリッド式の車両の出力制御装置は、動力源として、内燃機関及びモータージェネレータと、内燃機関が出力する出力トルクを第1軸とし且つ内燃機関の回転数を第２軸とする座標平面上で、燃料消費率を所定範囲に存在させる複数の動作ラインのうち、車両が要求する車両要求パワーとの距離が小さい一の動作ラインを選択する動作ライン選択手段と、選択された一の動作ラインに基づいて、座標平面上で前記内燃機関の目標となる所定動作点を決定する所定動作点決定手段と、モータージェネレータの目標となる目標トルク又は目標回転数を決定する目標値決定手段と、モータージェネレータを制御する第２制御手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、動力源として内燃機関及びモータジェネレータを備えるハイブリッド式の車両において内燃機関の動作状態を制御する、ハイブリッド式の車両の出力制御装置及び方法の技術分野に関する。

この種のハイブリッド式の車両の出力制御装置に関して、特許文献１では、複数の走行モードを有するハイブリッド車において、要求駆動力に基づきエンジンと電動発電機との最適な目標トルクを演算する出力制御装置に関する技術について開示されている。

また、パワー循環モード時にエンジン運転ポイントを変更するＴＨＳ（Toyota Hybrid System）において、動力伝達系の動力伝達効率を加味してエンジンの運転ポイントを制御する出力制御装置に関する技術も提案されている。

また、特許文献２では、ＴＨＳにおいて、エンジンの動力を、第１電動発電機で発電しながら、第２電動発電機で走行するリバース走行時には、エンジンの動作点を要求駆動力に応じて、パワーを高回転側に変化させる出力制御装置に関する技術について開示されている。

特開２００５−２１８２２１号公報 特開２００６−５７６１７号公報

しかしながら、上述した、特許文献１等において、エンジンの燃料消費率を最小とする動作ラインが、複数種類、存在するエンジンにおいて、エンジンの燃料消費率を最小とするだけの、動作ラインが選択された場合、エンジン単体での燃料消費率を最小とすることはできるが、車両全体におけるエネルギ効率を最適化することが技術的に困難となってしまう可能性があるという問題点が生じる。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド式の車両において、車両全体におけるエネルギ効率を良好させるハイブリッド式の車両の出力制御装置及び方法を提供することを課題とする。

（ハイブリッド式の車両の出力制御装置）
上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド式の車両の出力制御装置は、動力源として、内燃機関及びモータージェネレータを備えるハイブリッド式の車両の出力制御装置であって、前記内燃機関が出力する出力トルクを第1軸とし且つ前記内燃機関の回転数を第２軸とする座標平面上で、前記内燃機関における燃料消費率を所定範囲に存在させる複数の動作ラインのうち、前記車両が要求する車両要求パワーとの距離が小さい一の動作ラインを選択する動作ライン選択手段と、前記選択された一の動作ラインに基づいて、前記座標平面上で前記内燃機関の目標となる所定動作点（目標トルク、目標回転数等）を決定する所定動作点決定手段と、前記決定された所定動作点により示される動作状態に近付けるように、前記内燃機関を制御する第１制御手段と、前記決定された所定動作点と前記車両が要求する車両要求パワーとの差に基づいて、前記モータージェネレータの目標となる目標モータートルク又は目標モーター回転数を決定する目標値決定手段と、前記目標モータートルク又は前記目標モーター回転数により示される動作状態に近付けるように、前記モータージェネレータを制御する第２制御手段と、を備える。

本発明に係るハイブリッド式の車両の出力制御装置によれば、動力源として、内燃機関及びモータージェネレータ（Motor Generator）を備える。本発明における「内燃機関」とは、燃料の燃焼を動力に変換する機関を総称するが、好適にはガソリン、ディーゼル、ＬＰＧ等を燃料とするエンジンなどを指す。また、本発明におけるモータジェネレータは、バッテリから供給される電気エネルギを、機械エネルギに変換することによって、電動機として動作する機能と、機械エネルギを電気エネルギに変換することによって、例えばバッテリ等に電力を供給する発電機として動作する機能とを有する。尚、モータジェネレータは予め、主として電動機（モータ）として使用されるモータジェネレータと、主として発電機（ジェネレータ）として使用されるモータジェネレータの二種類搭載されていてもよい。このような内燃機関とモータジェネレータと、を具備する本発明に係るハイブリッド車両においては、モータジェネレータによって適宜内燃機関の動力をアシストすることが可能な所謂パラレル方式の制御が好適に行われる。

特に、本発明によれば、動作ライン選択手段によって、内燃機関の燃料消費率を、所定レベルより良好にさせ、最小とさせることが可能であると共に、車両全体が内燃機関に対して要求する車両要求パワーに最も近づけることが可能な一の動作ラインが選択されて設定される。ここに、本発明における「燃料消費率」とは、内燃機関における単位電力量（例えば、単位はｋＷｈ）当りの燃料噴射量を表す指標値である。内燃機関の出力（即ち、電力）は、内燃機関のトルクと回転数との積に比例する。また、本発明に係る「車両要求パワー」とは、（i）車両の駆動軸に要求される駆動パワーと、（ii）バッテリがモータジェネレータを介して内燃機関に要求する充電パワー（充電力）とを含む、車両全体が内燃機関に対して要求するパワー（即ち、回転数とトルクとの積）を意味してよい。

言い換えると、本発明によれば、動作ライン選択手段によって、内燃機関の燃料消費率を、所定レベルより良好にさせ、最小とさせることが可能であると共に、内燃機関が出力するエンジン出力パワーを最も高いレベルにさせることを可能な一の動作ラインが選択される。この「一の動作ライン」は、内燃機関のトルク及び内燃機関の回転数を夫々第１軸及び第２軸とする座標平面上で内燃機関の動作状態を規定することが可能であり、予め内燃機関の出力値に対応付けられて設定された複数の動作点によって規定される線で表すことができる。尚、動作ラインは、好適には、これら予め設定された動作点を相互に繋げて得られる線である。この際、個々の出力値に対応する動作点間は適当に補間されていてもよい。

次に、所定動作点決定手段によって、選択された一の動作ラインに基づいて、座標平面上で内燃機関の目標となる、例えば目標トルク、目標回転数等の所定動作点が決定される。続いて、第１制御手段の制御下で、決定された所定動作点により示される動作状態を実現するように、内燃機関が制御される。より具体的には、第１制御手段は、動作ライン上で動作点を決定し、内燃機関を該決定された動作点によって規定される動作状態に制御している。

と同時に又は相前後して、目標値決定手段によって、決定された所定動作点と前記車両が要求する車両要求パワーとの差に基づいて、モータージェネレータの目標となる目標モータートルク又は目標モーター回転数が決定される。続いて、第２制御手段の制御下で、目標モータートルク又は目標モーター回転数により示される動作状態に近付けるように、モータージェネレータが制御される。

仮に、比較例として、内燃機関の燃料消費率を最小とするだけの、他の動作ラインが選択された場合、内燃機関の回転数（即ち、車両速度に比例する変数）を変数とするモータジェネレータの分担するアシストパワーの総量（合計量）は、内燃機関の燃料消費率を、所定レベルより良好にさせることが可能であると共に、車両全体が内燃機関に対して要求する車両要求パワーに最も近づけることが可能な一の動作ラインを選択した場合と比較して、顕著に大きくなってしまう。よって、比較例においては、内燃機関の燃料消費率を最小とする動作ラインが、複数種類、存在する内燃機関に対しては、内燃機関単体での燃料消費率を最小とすることはできるが、車両全体におけるエネルギ効率を最適化することが技術的に困難となってしまう可能性がある。

これに対して、本発明によれば、動作ライン選択手段によって、内燃機関の燃料消費率を、所定レベルより良好にさせ、最小とさせることが可能であると共に、車両全体が内燃機関に対して要求する車両要求パワーに最も近づけることが可能な一の動作ラインが選択されて設定される。言い換えると、内燃機関の燃料消費率を、所定レベルより良好にさせ、最小とさせることが可能であると共に、内燃機関が出力するエンジン出力パワーを最も高いレベルにさせることを可能な一の動作ラインが選択される。即ち、内燃機関の燃料消費率を、所定レベルより良好にさせ、最小とさせることが可能であると共に、内燃機関の出力するエンジントルクを増大させると共に、内燃機関の回転数を増大させることが可能な一の動作ラインが選択される。

従って、モータージェネレータの分担するアシストトルクの割合を、内燃機関の燃料消費率を最小とするだけの他の動作ラインを選択した場合よりも低減させ、モータジェネレータによるアシストパワーを低減可能であるので、バッテリの放電量を低減させることが可能である。この結果、エンジン出力パワーが、駆動軸の要求するパワーを担う割合、所謂、直行比率を顕著に向上させることが可能である。

以上の結果、内燃機関の燃料消費率を最小とする動作ラインが、複数種類、存在する内燃機関において、内燃機関の燃料消費率を低減させ、内燃機関の熱効率を向上させるだけでなく、バッテリとモータジェネレータとを含む車両全体におけるエネルギ効率を、顕著に向上させ、最適化することが可能である。

本発明に係るハイブリッド式の車両の出力制御装置の一の態様では、前記動作ライン選択手段は、前記内燃機関が出力する出力パワー（前記出力トルクと前記回転数の積）を標準パワーより増大させるように、前記一の動作ラインを選択する。

この態様によれば、標準値との比較に基づいてエンジン出力パワーが、駆動軸の要求するパワーを担う割合、所謂、直行比率をより顕著に向上させることが可能である。ここに、標準パワーとは、単に、内燃機関の燃料消費率を最小とするだけの、他の動作ラインに対応して規定されるパワーを意味してよい。

本発明に係るハイブリッド式の車両の出力制御装置の他の態様では、前記動作ライン選択手段は、（i）前記モータージェネレータが電動機として機能する場合、前記出力トルクが、前記車両が要求する車両要求トルクに近づくように、前記一の動作ラインを選択し、（ii）前記モータージェネレータが発電機として機能する場合、前記出力トルクが、前記車両要求トルクより大きくなるように、前記一の動作ラインを選択する。

この態様によれば、モータージェネレータが電動機として機能する場合と、モータージェネレータが発電機として機能する場合とを峻別し、出力トルクと、車両が要求する車両要求トルクとの比較によって選択された一の動作ラインに基づいて、エンジン出力パワーが、駆動軸の要求するパワーを担う割合、所謂、直行比率を、より高精度に向上させることが可能である。

本発明に係るハイブリッド式の車両の出力制御装置の他の態様では、前記所定動作点（目標トルク、目標回転数等）を補正する動作点補正手段を更に備え、前記動作点補正手段は、前記決定された目標モータートルク又は目標モーター回転数に起因して、前記所定動作点により示される動作状態の前記内燃機関が出力する出力パワー（前記出力トルクと前記回転数の積）が低下する場合、当該出力パワーを増大させるように、前記所定動作点（目標トルク、目標回転数等）を補正する。

この態様によれば、目標モータートルク又は目標モーター回転数に起因して、所定動作点により示される動作状態のパワーレベルが低下することに適切に対応しつつ、エンジン出力パワーが、駆動軸の要求するパワーを担う割合、所謂、直行比率を、より高精度に向上させることが可能である。

本発明に係るハイブリッド式の車両の出力制御装置の他の態様では、前記動作ライン選択手段は、前記内燃機関の温度の変化に基づいて、前記一の動作ラインを選択する。

この態様によれば、内燃機関の温度の変化に適切に対応しつつ、選択された一の動作ラインに基づいて、エンジン出力パワーが、駆動軸の要求するパワーを担う割合、所謂、直行比率を、より高精度に向上させることが可能である。

（ハイブリッド式の車両の出力制御方法）
上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド式の車両の出力制御方法は、動力源として、内燃機関及びモータージェネレータを備えるハイブリッド式の車両の出力制御装置における出力制御方法であって、前記内燃機関が出力する出力トルクを第1軸とし且つ前記内燃機関の回転数を第２軸とする座標平面上で、前記内燃機関における燃料消費率を所定範囲に存在させる複数の動作ラインのうち、前記車両が要求する車両要求パワーとの距離が小さい一の動作ラインを選択する動作ライン選択工程と、前記選択された一の動作ラインに基づいて、前記座標平面上で前記内燃機関の目標となる所定動作点（目標トルク、目標回転数等）を決定する所定動作点決定工程と、前記決定された所定動作点により示される動作状態に近付けるように、前記内燃機関を制御する第１制御工程と、前記決定された所定動作点と前記車両が要求する車両要求パワーとの差に基づいて、前記モータージェネレータの目標となる目標トルク又は目標回転数を決定する目標値決定工程と、前記目標トルク又は前記目標回転数により示される動作状態に近付けるように、前記モータージェネレータを制御する第２制御工程と、を備える。

本発明に係るハイブリッド式の車両の出力制御方法によれば、上述した本発明に係るハイブリッド式の車両の出力制御装置に係る実施形態が有する各種利益を享受することが可能となる。

尚、上述した本発明に係るハイブリッド式の車両の出力制御装置に係る実施形態が有する各種態様に対応して、本発明に係るハイブリッド式の車両の出力制御方法に係る実施形態も各種態様を採ることが可能である。

本発明のハイブリッド式の車両の出力制御装置によれば、内燃機関の燃料消費率を最小とする動作ラインが、複数種類、存在する内燃機関において、内燃機関の燃料消費率を低減させ、内燃機関の熱効率を向上させるだけでなく、バッテリとモータジェネレータとを含む車両全体におけるエネルギ効率を、顕著に向上させ、最適化することが可能である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
（１）実施形態の基本構成
（１−１）ハイブリッドシステムの構成
始めに、図１を参照して、本発明の実施形態に係るハイブリッドシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、本実施形態に係るハイブリッドシステム１０のブロック図である。

図１において、ハイブリッドシステム１０は、制御ユニット１００、エンジン２００、モータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２、動力分割機構３００、インバータ４００、バッテリ５００、車速センサ６００及びアクセル開度センサ６１０を備え、ハイブリッド車両２０を制御するシステムである。

制御ユニット１００は、動作ライン選択手段１１０、エンジンＥＣＵ１２０、モータＥＣＵ１３０、及び記憶部１４０を備えると共に、ハイブリッドシステム１０の動作全体を制御する、例えばＥＣＵ（Engine Controlling Unit）等の制御ユニットであり、本発明に係る「ハイブリッド式の車両の内燃機関出力制御装置」の一例として機能する。

動作ライン選択手段１１０は、エンジン２００の動作ラインを選択する。

エンジンＥＣＵ１２０は、エンジン２００の動作ライン上の目標トルクと、目標回転数とによって規定される動作点に対応してエンジン２００の動作状態を制御することが可能に構成された、本発明に係る「第１制御手段」、又は、本発明に係る「所定動作点決定手段」の一例である。

モータＥＣＵ１３０は、モータッジェネレ−タＭＧ１及びＭＧ２における、目標モータートルクと、目標モーター回転数とによって規定される動作点に対応してモータージェネレ−タＭＧ１及びＭＧ２の動作状態を制御することが可能に構成された、本発明に係る「第２制御手段」、又は、本発明に係る「目標値決定手段」の一例である。

記憶部１４０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）などで構成された不揮発性記憶領域と、ＲＡＭ（Random Access Memory）などで構成された揮発性記憶領域を有する記憶媒体である。記憶部１４０において、不揮発性領域には、予め定められた各種制御プログラムや、後述する制御マップなどが格納されている。

エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両２０の主たる動力源として機能する。尚、エンジン２００の詳細な構成については後述する。

モータジェネレータＭＧ１は、本発明に係る「モータジェネレータ」の一例であり、バッテリ５００を充電するための発電機として、或いはエンジン２００の駆動力をアシストする電動機として機能するように構成されている。

モータジェネレータＭＧ２は、本発明に係る「モータジェネレータ」の他の一例であり、エンジン２００の出力をアシストする電動機として、或いはバッテリ５００を充電するための発電機として機能するように構成されている。

尚、これらモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。但し、他の形式のモータジェネレータであっても構わない。

動力分割機構３００は、図示せぬサンギア、プラネタリキャリア、ピニオンギア、及びリングギアを備えた遊星歯車機構である。これら各ギアのうち、内周にあるサンギアの回転軸はモータジェネレータＭＧ１に連結されており、外周にあるリングギアの回転軸は、モータジェネレータＭＧ２に連結されている。サンギアとリングギアの中間にあるプラネタリキャリアの回転軸はエンジン２００に連結されており、エンジン２００の回転は、このプラネタリキャリアと更にピニオンギアとによって、サンギア及びリングギアに伝達され、エンジン２００の動力が２系統に分割されるように構成されている。ハイブリッド車両２０において、リングギアの回転軸は、ハイブリッド車両２０における伝達機構２１に連結されており、この伝達機構２１を介して車輪２２に駆動力が伝達される。

インバータ４００は、バッテリ５００から取り出した直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２に供給すると共に、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ５００に供給することが可能に構成されている。

バッテリ５００はモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２を駆動するための電源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電池である。バッテリ５００には、バッテリ５００の残容量を検出するＳＯＣセンサ５１０が設置されており、制御ユニット１００と電気的に接続されている。

車速センサ６００は、ハイブリッド車両２０の速度を検出するセンサであり、制御ユニット１００と電気的に接続されている。

ここで図２を参照して、動力分割機構へ動力を出力するエンジン２００の詳細な構成の一例を、その基本動作と共に説明する。ここに、図２は、本実施形態に係る、エンジン２００の断面を示すと共に、エンジンのシステム系統を示した模式図である。

図３において、エンジン２００は、エンジンＥＣＵ１２０の制御下で、シリンダ２０１内において点火プラグ２０２により混合気を爆発させると共に、爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクションロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換する。この際、外部から吸入された空気は吸気管２０６を通過し、インジェクタ２０７から噴射された燃料と混合されて前述の混合気となる。インジェクタ２０７には、燃料が燃料タンク２２３からフィルタ２２４を介して供給される。燃料タンク２２３には、燃料センサ２２５が設置されている。シリンダ２０１内部で燃焼した混合気は排気ガスとなり吸気バルブ２０８の開閉に連動して開閉する排気バルブ２０９を通過して排気管２１０を介して排気される。吸気管２０６には、クリーナ２１１が配設されており、クリーナ２１１の下流側には、エアフローメータ２１２と吸気温センサ２１３とが設置されている。吸気管２０６におけるエアフローメータ２１２の下流側に配設されたスロットルバルブ２１４には、スロットルポジションセンサ２１５が電気的に接続されている。スロットルバルブ２１４の周囲には、運転者によるアクセルペダル２２６の踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ２１６、及びスロットルバルブ２１４を駆動するスロットルバルブモータ２１７も配設されている。クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２１８が設置されている。シリンダブロックには、ノックセンサ２１９及び水温センサ２２０が配設されており、排気管２１０には、三元触媒２２２及び空燃比センサ２２１が配設されている。
（２） 実施形態の動作原理
（２−１） ハイブリッドシステムの基本動作
図１のハイブリッドシステム１０においては、主として発電機として機能するモータジェネレータＭＧ１と、主として電動機として機能するモータジェネレータＭＧ２と、エンジン２００とのそれぞれの駆動力配分が動作状態制御部１００ａ及び動力分割機構３００により制御されてハイブリッド車両２０の走行状態が制御される。以下に、幾つかの状況に応じたハイブリッドシステム１０の動作について説明する。
（２−１−１）始動時
例えば、ハイブリッド車両２０の始動時においては、バッテリ５００の電気エネルギを用いて駆動されるモータジェネレータＭＧ１が電動機として機能する。この動力によって、エンジン２００がクランキングされエンジン２００が始動する。
（２−１−２）発進時
発進時には、バッテリ５００の蓄電状態に応じて２種類の態様を採り得る。バッテリ５００の蓄電状態は、ＳＯＣセンサ５１０の出力信号に基づいて動作状態制御部１００ａによって把握されている。例えば、通常の（即ち、ＳＯＣが良好な）発進時においては、モータジェネレータＭＧ１によってバッテリ５００を充電する必要は生じないため、エンジン２００は暖機のためだけに始動し、ハイブリッド車両２０は、モータジェネレータＭＧ２による駆動力により発進する。一方、蓄電状態が良好ではない（即ち、ＳＯＣが低下している）場合、エンジン２００の動力によりモータジェネレータＭＧ１が発電機として機能し、バッテリ５００が充電される。
（２−１−３）軽負荷走行時
例えば、低速走行や緩やかな坂を下っている場合には、比較的エンジン２００の効率が悪い為、エンジン２００は停止され、ハイブリッド車両２０は、モータジェネレータＭＧ２による駆動力のみで走行する。尚、この際、ＳＯＣが低下していれば、エンジン２００はモータジェネレータＭＧ１を駆動するために始動し、モータジェネレータＭＧ１によりバッテリ５００の充電が行われる。
（２−１−４）通常走行時
エンジン２００の効率が比較的良好な運転領域においては、ハイブリッド車両２０は主としてエンジン２００の動力によって走行する。この際、エンジン２００の動力は、動力分割機構３００によって２系統に分割され、一方は、伝達機構２１を介して車輪２２に伝達され、他方は、モータジェネレータＭＧ１を駆動して発電を行う。更に、この発電された電力により、モータジェネレータＭＧ２が駆動され、モータジェネレータＭＧ２によりエンジン２００の動力がアシストされる。尚、この際、ＳＯＣが低下している場合には、エンジン２００の出力を上昇させて、モータジェネレータＭＧ１により発電された電力の一部がバッテリ５００へ充電される。
（２−１−５）制動時
減速が行われる際には、車輪２２から伝達される動力によってモータジェネレータＭＧ２を回転させ、発電機として動作させる。これにより、車輪２２の運動エネルギが電気エネルギに変換され、バッテリ５００が充電される、所謂「回生」が行われる。
（２−２）実施形態におけるエンジンの基本制御動作
次に、エンジン２００の基本的な制御動作について説明する。

制御ユニット１００は、エンジン２００に要求される出力であるエンジン要求出力を一定の周期で繰り返し演算している。エンジンＥＣＵ１２０は、スロットルポジションセンサ及び車速センサ６００の出力信号に基づいてアクセル開度と車速とを取得し、記憶部１４０の不揮発性領域に記録されたマップを参照してアクセル開度及び車速に対応した出力軸トルク（伝達機構２１に出力されるべきトルク）を求める。また、エンジンＥＣＵ１２０はＳＯＣセンサ５１０の出力信号に基づいて要求発電量を求める。そして、要求発電量と各種の補機類（Ａ／Ｃやパワーステアリングなど）の要求量とを参照して出力軸トルクを補正することにより、エンジン要求出力を求める。なお、エンジン要求出力の演算方法は公知のハイブリッド車両で実行されている通りでよく、その細部は必要に応じて種々変更してよい。
（２−３）エンジンの動作状態（目標回転数など）を制御する全体処理
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る、エンジンの動作状態（目標回転数など）を制御する全体処理について説明する。ここに、図３は、本実施形態に係る、エンジンの動作状態（目標回転数など）を制御する全体処理の流れを示したフローチャートである。図４は、本実施形態に係る、車両の駆動軸に要求される駆動軸要求トルクと、車速との関係を示したグラフ（図４（ａ））、及び、エンジンにおける目標回転数、及び目標トルクを決定するためのエンジンの動作ラインと、エンジンに対して要求される車両要求パワーとの関係を示したグラフ（図４（ｂ））である。尚、本実施形態に係る、エンジンの動作状態（目標回転数など）を制御する全体処理は、制御ユニットによって、例えば、数十μ秒、又は数μ秒等の所定の周期で繰り返し実行される。

図３に示されるように、先ず、制御ユニット１００の制御下で、（i）車両の駆動軸に要求される駆動軸要求トルク、及び、（ii）バッテリとモータジェネレータとを含む車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーが、例えばアクセル開度や車速に基づいて、決定される（ステップＳ１０１）。ここに、本実施形態に係る「車両要求パワー」とは、（i）車両の駆動軸に要求される駆動パワーと、（ii）バッテリがモータジェネレータを介して内燃機関に要求する充電パワー（充電力）と、（iii）各種の損失パワーを含む、車両全体が内燃機関に対して要求するパワー（即ち、回転数とトルクとの積）を意味してよい。

具体的には、駆動制御ルーチンが実行されると、制御ユニット１００のＣＰＵ（Central Processing Unit）は、まず、アクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度や車速センサからの車速、エンジン２００の回転数、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の回転数、充電又は放電要求パワー、バッテリ５００の入出力制限、変速機のギヤ比、エンジン２００の冷却水の温度、温度センサからの潤滑冷却オイルのオイル温度、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２のキャリア周波数などの制御に必要なデータを取得する処理を実行する。そして、取得された、アクセル開度Ａｃｃと、車速Ｖとに基づいて、（i）車両に要求されるトルクとして駆動輪に連結された駆動軸としてのリングギヤ軸に出力すべき駆動軸の要求トルクＴｒと、（ii）バッテリがモータジェネレータを介してエンジンに要求する充電パワー（充電力）と、（iii）各種の損失パワーを含む、車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーＰｅとが決定される。より具体的には、駆動軸要求トルクＴｒは、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと駆動軸要求トルクＴｒとの関係を予め定めて駆動軸要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する駆動軸要求トルクＴｒを導出して設定してよい。図４（ａ）に駆動軸要求トルク設定用マップの一例を示す。車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーＰｅは、（i）設定した駆動軸の要求トルクＴｒに、リングギア軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものと、（ii）充電又は放電要求パワーと、（iii）エネルギ損失と、の和として計算することができる。

次に、制御ユニット１００の制御下で、エンジンの動作ラインが決定される（ステップＳ１０２）。尚、後述されるエンジン２００の目標回転数Ｎｅ１、及び目標トルクＴｅ１は、図４（ｂ）に示されるように、決定されたエンジンの動作ラインと、車両要求パワーＰｅ（即ち、Ｎｅ１×Ｔｅ１）が一定である曲線と、の交点に基づいて決定される。尚、このエンジンの動作ラインの決定手法の詳細については、後述される。

次に、制御ユニット１００の制御下で、バッテリが出力可能な最大放電パワー（最大放電力）が算出される（ステップＳ１０３）。尚、バッテリが要求する充電パワー（充電力）が算出されてもよい。具体的には、バッテリの充放電状態を制御するバッテリＥＣＵの制御下で、バッテリが出力可能な最大放電パワー（最大放電力）は、バッテリの残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）や、バッテリの温度などに基づいて、算出される。

次に、制御ユニット１００の制御下で、バッテリが実際に出力する放電パワー（放電力）が算出される（ステップＳ１０４）。具体的には、バッテリＥＣＵの制御下で、実際に出力する放電パワー（放電力）は、バッテリの残容量（ＳＯＣ）や、バッテリの温度などに基づいて、算出される。

次に、制御ユニット１００の制御下で、（i）決定されたエンジンの動作ライン、（ii）バッテリとモータジェネレータとを含む車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワー、（iii）バッテリが実際に出力する放電パワー（放電力）に対応したモータジェネレータによるアシストパワーに基づいて、エンジンの動作点、即ち、エンジンに要求される目標トルク、目標回転数が決定される（ステップＳ１０５）。具体的には、エンジンの目標回転数は、次の式（１）によって、算出される。

（エンジンの目標回転数） ＝
｛（車両要求パワー）−（アシストパワー） ｝／ （エンジンの目標トルク）
・・・ （１）
具体的には、上述したステップＳ１０５と同時に又は相前後して、制御ユニット１００の制御下で、決定された、エンジン２００の目標回転数「Ｎｅ１」や目標トルク「Ｔｅ１」を実現するように指示する指示コマンドが、エンジンを制御するエンジンＥＣＵに送信される。そして、エンジンＥＣＵ１２０は、受信した指示コマンドに基づいて、目標回転数Ｎｅ１と、目標トルクＴｅ１とによって示される動作点で動作するようにエンジン２００における吸入空気量の制御や、燃料噴射量の制御や、点火時期の制御などの各種の制御を行う。

次に、制御ユニット１００の制御下で、決定されたエンジンの目標回転数と、リングギヤ軸３２ａの回転数と、動力分配統合機構のギヤ比とに基づいて、モータジェネレータの目標モーター回転数や、目標モータートルクが決定される（ステップＳ１０６）。

具体的には、上述したステップＳ１０６と同時に又は相前後して、制御ユニット１００の制御下で、決定された、モータジェネレータの目標モーター回転数を実現するように指示する指示コマンドが、インバータに送信される。そして、インバータは、受信した指示コマンドに基づいて、目標モーター回転数と目標モータートルクとによって示される動作点で、モータジェネレータが駆動するように、インバータのスイッチング素子のスイッチング制御を行う。
（２−４）エンジンの動作ラインの決定手法
次に、図５及び図６を参照して、本実施形態に係る、エンジンの動作ラインの決定手法の詳細について説明する。ここに、図５は、本実施形態に係る、エンジンにおける目標回転数及び目標トルクを決定するためのエンジンの動作ラインと、車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーとの関係を、充電を要求しない場合、及び充電を要求する場合において、示したグラフ（図５（ａ）、及び図５（ｂ））である。図６は、本実施形態に係る、エンジンの燃料消費率の高低を示した等高線と、エンジンの動作ラインとの関係を示したグラフ（図６（ａ））、及び、エンジンの燃料消費率の高低を示した等高線、エンジンの動作ライン、駆動軸要求トルク、車両の走行抵抗の関係を示したグラフ（図６（ｂ））である。

尚、図５及び図６に加えて、後述される図８におけるグラフは、制御ユニットが、動作ラインを決定するために用いる制御マップの一例を示し、縦軸（即ち、本発明に係る「第１軸」の一例）にエンジン２００のトルクＴｅ、横軸（即ち、本発明に係る「第２軸」の一例）にエンジン２００の回転数Ｎｅを表した座標平面であり、本発明に係る「座標平面」の一例である。この制御マップは、予め制御ユニットの記憶部１００ｅにおける不揮発性領域に格納されている。

この制御マップ上には、様々なパラメータに対するエンジントルクＴｅとエンジン回転数Ｎｅとの関係を表すことが可能である。このうち、等出力線はエンジン２００の出力値を一定とした場合の、エンジントルクＴｅとエンジン回転数Ｎｅとの関係線である。尚、図５及び図６に加えて、後述される図８におけるグラフにおいては、説明の簡略化のため、等出力線は１本しか描かれていないが、実際には、等出力線は複数本、設定可能であると共に、より細かく設定することが可能である。

図５（ａ）及び図６（ａ）に示されるように、エンジンの燃料消費率を、所定レベルより良好にさせることが可能な、エンジンの動作ラインが複数種類、存在する場合、それらのうち、エンジンが出力するエンジン出力パワーを最も高いレベルにさせることが可能な動作ラインＬ１を選択して、動作ラインを決定する。ここに、本実施形態に係る、「燃料消費率」とは、内燃機関における単位電力量（例えば、単位は「ｋＷｈ」）当りの燃料噴射量を表す指標値である。内燃機関の出力（即ち、電力）は、内燃機関のトルクと回転数との積に比例する。詳細には、このエンジン２００の燃料消費率、即ち、エンジン２００の熱効率に影響を与える因子の一例としては、エンジン２００の冷却水の温度を挙げることができる。尚、エンジン２００の冷却水の温度は、温度センサにより検出されたものが、エンジンＥＣＵ１２０により取得される。

即ち、図６（ａ）に示されるように、エンジンの燃料消費率の高低を示した等高線に基づいて、エンジンの燃料消費率を、所定レベルより良好にさせることが可能な、動作ラインが、例えば動作ラインＬ１、Ｌ２、及びＬ３、存在する場合、エンジンが出力するエンジン出力パワーを最も高いレベルにさせることを可能とする（即ち、エンジンの出力するエンジントルクを増大させると共に、エンジンの回転数を増大させることが可能な）動作ラインＬ１を選択する。尚、本実施形態に係る、図５等における、動作ラインと、エンジンにおける目標回転数と、目標トルクとの関係、並びに、図６等における、動作ラインと、エンジンにおける目標回転数と、目標トルクと、エンジンの燃料消費率の高低を示した等高線との関係は、エンジンの制御条件、環境条件、設計条件などに対応して、実験的、理論的、経験的、シミュレーション等に基づいて、個別具体的に規定可能である。

より具体的には、図５（ａ）及び図６（ａ）に示されるように、モータジェネレータがエンジンに対して、充電を要求しないと共に、バッテリの放電パワー（放電力）に基づくモータジェネレータによるアシストパワーが存在する場合、車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーに最も近づけることが可能な動作ラインＬ１を選択するようにしてよい。

従って、図６（ｂ）に示されるように、モータージェネレータの分担するアシストトルクの割合を、動作ラインＬ２を選択した場合（図６（ｂ）中の点線の矢印線を参照）よりも低減させ、モータジェネレータによるアシストパワーを低減可能であるので、バッテリの放電量を低減させることが可能である。この結果、エンジン出力パワーが、駆動軸の要求するパワーを担う割合、所謂、直行比率を顕著に向上させることが可能である。

以上の結果、エンジンの燃料消費率を最小とする動作ラインが、複数種類、存在するエンジンにおいて、エンジンの燃料消費率を低減させ、エンジンの熱効率を向上させるだけでなく、バッテリとモータジェネレータとを含む車両全体におけるエネルギ効率を、顕著に向上させ、最適化することが可能である。

概ね同様にして、図５（ｂ）及び図６（ａ）に示されるように、バッテリが、エンジンに対して、モータジェネレータを介した充電を要求する場合、車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーと比較して、より大きなエンジン出力パワーを出力可能な動作ラインＬ１を選択するようにしてよい。
（３）本実施形態に係る作用と効果との検討
次に、図７を参照して、本実施形態に係る作用と効果とについて、検討する。ここに、図７は、本実施形態に係る、エンジンの動作ラインと、モータジェネレータが分担するトルクと、エンジンが分担するトルクと、の関係を示したグラフ（図７（ａ））、及び、比較例に係る、エンジンの動作ラインと、モータジェネレータが分担するトルクと、エンジンが分担するトルクと、の関係を示したグラフ（図７（ｂ））である。

図７（ａ）に示されるように、本実施形態によれば、エンジンの燃料消費率を、所定レベルより良好にさせることが可能であると共に、車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーに最も近づけることが可能な動作ラインＬ１が選択される。言い換えると、エンジンが出力する（出力すべき）エンジン出力パワーを最も高いレベルにさせることが可能な動作ラインＬ１が選択される。即ち、エンジンの燃料消費率を、所定レベルより良好にさせ、最小とさせることが可能であると共に、エンジンの出力するエンジントルクを増大させると共に、エンジンの回転数を増大させることが可能な動作ラインＬ１が選択される。

仮に、図７（ｂ）の比較例に示されるように、エンジンの燃料消費率を最小とするだけの他の動作ラインＬ０が選択された場合、エンジンの回転数「Ｎｅ」（即ち、車両速度に比例する変数）を変数とするモータジェネレータの分担するアシストパワーの総量（合計量）は、図７（ａ）に示された、エンジンの燃料消費率を、所定レベルより良好にさせることが可能であると共に、車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーに最も近づけることが可能な動作ラインＬ１を選択した場合と比較して、顕著に大きくなってしまう。よって、比較例においては、エンジンの燃料消費率を最小とする動作ラインが、複数種類、存在するエンジンに対しては、エンジン単体での燃料消費率を最小とすることはできるが、車両全体におけるエネルギ効率を最適化することが技術的に困難となってしまう可能性がある。

これに対して、本実施形態によれば、エンジンの燃料消費率を、所定レベルより良好にさせ、最小とさせることが可能であると共に、車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーに最も近づけることが可能な動作ラインＬ１が選択されて設定される。言い換えると、エンジンの燃料消費率を、所定レベルより良好にさせ、最小とさせることが可能であると共に、エンジンが出力する（出力すべき）エンジン出力パワーを最も高いレベルにさせることを可能な動作ラインＬ１が選択される。即ち、エンジンの燃料消費率を、所定レベルより良好にさせ、最小とさせることが可能であると共に、エンジンの出力するエンジントルクを増大させると共に、エンジンの回転数を増大させることが可能な動作ラインＬ１が選択される。

従って、図７（ａ）に示されるように、モータージェネレータの分担するアシストトルクの割合を、エンジンの燃料消費率を最小とするだけの動作ラインＬ０を選択した場合（図７（ｂ）中を参照）よりも低減させ、モータジェネレータによるアシストパワーを低減可能であるので、バッテリの放電量を低減させることが可能である。この結果、エンジン出力パワーが、駆動軸の要求するパワーを担う割合、所謂、直行比率を顕著に向上させることが可能である。

以上の結果、エンジンの燃料消費率を最小とする動作ラインが、複数種類、存在するエンジンにおいて、エンジンの燃料消費率を低減させ、エンジンの熱効率を向上させるだけでなく、バッテリとモータジェネレータとを含む車両全体におけるエネルギ効率を、顕著に向上させ、最適化することが可能である。
（４）他の実施形態
次に、図８を参照して、他の実施形態に係る、エンジンの動作ラインの決定手法の詳細について説明する。ここに、図８は、他の実施形態に係る、エンジンにおける目標回転数及び目標トルクを決定するためのエンジンの動作ラインと、車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーとの関係を示したグラフである。

図８に示されるように、エンジンの燃料消費率を、所定レベルより良好にさせることが可能な、複数種類のエンジンの動作ラインのうち、エンジンが出力するエンジン出力パワーを最も高いレベルにさせることが可能な動作ラインＬ１を選択して、動作ラインを決定した後に、次のようにエンジンの動作点を補正するようにしてよい。

即ち、モータジェネレータがエンジンに対して、充電を要求しないと共に、バッテリが出力可能な最大の放電パワー（放電力）に対応される、モータジェネレータによるアシストパワーが存在する場合、車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーに最も近づけることが可能な動作ラインＬ１上において、エンジンが出力するエンジン出力パワーをより大きくするエンジンの動作点を選択してよい。

従って、図８に示されるように、モータージェネレータの分担するアシストトルクの割合を、バッテリが最大限、放電している場合よりも、低減させ、モータジェネレータによるアシストパワーを低減可能であるので、バッテリの放電量を効果的に低減させることが可能である。この結果、エンジン出力パワーが、駆動軸の要求するパワーを担う割合、所謂、直行比率を、顕著に向上させることが可能である。

以上の結果、エンジンの燃料消費率を最小とする動作ラインが、複数種類、存在するエンジンにおいて、エンジンの燃料消費率を低減させ、エンジンの熱効率を向上させるだけでなく、バッテリとモータジェネレータとを含む車両全体におけるエネルギ効率を、より顕著に向上させ、最適化することが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はガソリンに限らず、ディーゼルエンジンその他の燃料を利用する各種の内燃機関を有するハイブリッド式の車両の出力制御装置に適用してよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド式の車両の出力制御装置、及び方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施形態に係るハイブリッドシステム１０のブロック図である。 本実施形態に係る、エンジン２００の断面を示すと共に、エンジンのシステム系統を示した模式図である。 本実施形態に係る、エンジンの動作状態（目標回転数など）を制御する全体処理の流れを示したフローチャートである。 本実施形態に係る、車両の駆動軸に要求される駆動軸要求トルクと、車速との関係を示したグラフ（図４（ａ））、及び、エンジンにおける目標回転数、及び目標トルクを決定するためのエンジンの動作ラインと、エンジンに対して要求される車両要求パワーとの関係を示したグラフ（図４（ｂ））である。 本実施形態に係る、エンジンにおける目標回転数及び目標トルクを決定するためのエンジンの動作ラインと、車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーとの関係を、充電を要求しない場合、及び充電を要求する場合において、示したグラフ（図５（ａ）、及び図５（ｂ））である。 本実施形態に係る、エンジンの燃料消費率の高低を示した等高線と、エンジンの動作ラインとの関係を示したグラフ（図６（ａ））、及び、エンジンの燃料消費率の高低を示した等高線、エンジンの動作ライン、駆動軸要求トルク、車両の走行抵抗の関係を示したグラフ（図６（ｂ））である。 本実施形態に係る、エンジンの動作ラインと、モータジェネレータが分担するトルクと、エンジンが分担するトルクと、の関係を示したグラフ（図７（ａ））、及び、比較例に係る、エンジンの動作ラインと、モータジェネレータが分担するトルクと、エンジンが分担するトルクと、の関係を示したグラフ（図７（ｂ））である。 他の実施形態に係る、エンジンにおける目標回転数及び目標トルクを決定するためのエンジンの動作ラインと、車両全体がエンジンに対して要求する車両要求パワーとの関係を示したグラフである。

符号の説明

１０…ハイブリッドシステム、１１…ハイブリッドシステム、１２…ハイブリッドシス
テム、１３…ハイブリッドシステム、２０…ハイブリッド車両、２１…伝達機構、２２…車輪、３０…制御マップ、１００…制御ユニット、１１０…動作ライン選択手段、１２０…エンジンＥＣＵ、１３０…モータＥＣＵ、１４０…記憶部、２００…エンジン、ＭＧ１…モータジェネレータ、ＭＧ２…モータジェネレータ、３００…動力分割機構、４００…インバータ、５００…バッテリ、５１０…ＳＯＣセンサ、６００…車速センサ

Claims (6)

1. 動力源として、内燃機関及びモータージェネレータを備えるハイブリッド式の車両の出力制御装置であって、
   前記内燃機関が出力する出力トルクを第1軸とし且つ前記内燃機関の回転数を第２軸とする座標平面上で、前記内燃機関における燃料消費率を所定範囲に存在させる複数の動作ラインのうち、前記車両が要求する車両要求パワーとの距離が小さい一の動作ラインを選択する動作ライン選択手段と、
   前記選択された一の動作ラインに基づいて、前記座標平面上で前記内燃機関の目標となる所定動作点を決定する所定動作点決定手段と、
   前記決定された所定動作点により示される動作状態に近付けるように、前記内燃機関を制御する第１制御手段と、
   前記決定された所定動作点と前記車両が要求する車両要求パワーとの差に基づいて、前記モータージェネレータの目標となる目標モータートルク又は目標モーター回転数を決定する目標値決定手段と、
   前記目標モータートルク又は前記目標モーター回転数により示される動作状態に近付けるように、前記モータージェネレータを制御する第２制御手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド式の車両の出力制御装置。
2. 前記動作ライン選択手段は、前記内燃機関が出力する出力パワーを標準パワーより増大させるように、前記一の動作ラインを選択することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド式の車両の出力制御装置。
3. 前記動作ライン選択手段は、（i）前記モータージェネレータが電動機として機能する場合、前記出力トルクが、前記車両が要求する車両要求トルクに近づくように、前記一の動作ラインを選択し、（ii）前記モータージェネレータが発電機として機能する場合、前記出力トルクが、前記車両要求トルクより大きくなるように、前記一の動作ラインを選択することを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド式の車両の出力制御装置。
4. 前記所定動作点を補正する動作点補正手段を更に備え、
   前記動作点補正手段は、前記決定された目標モータートルク又は目標モーター回転数に起因して、前記所定動作点により示される動作状態の前記内燃機関が出力する出力パワーが低下する場合、当該出力パワーを増大させるように、前記所定動作点を補正することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のハイブリッド式の車両の出力制御装置。
5. 前記動作ライン選択手段は、前記内燃機関の温度の変化に基づいて、前記一の動作ラインを選択することを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載のハイブリッド式の車両の出力制御装置。
6. 動力源として、内燃機関及びモータージェネレータを備えるハイブリッド式の車両の出力制御装置における出力制御方法であって、
   前記内燃機関が出力する出力トルクを第1軸とし且つ前記内燃機関の回転数を第２軸とする座標平面上で、前記内燃機関における燃料消費率を所定範囲に存在させる複数の動作ラインのうち、前記車両が要求する車両要求パワーとの距離が小さい一の動作ラインを選択する動作ライン選択工程と、
   前記選択された一の動作ラインに基づいて、前記座標平面上で前記内燃機関の目標となる所定動作点を決定する所定動作点決定工程と、
   前記決定された所定動作点により示される動作状態に近付けるように、前記内燃機関を制御する第１制御工程と、
   前記決定された所定動作点と前記車両が要求する車両要求パワーとの差に基づいて、前記モータージェネレータの目標となる目標モータートルク又は目標モーター回転数を決定する目標値決定工程と、
   前記目標モータートルク又は前記目標モーター回転数により示される動作状態に近付けるように、前記モータージェネレータを制御する第２制御工程と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド式の車両の出力制御方法。

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