JP6176226B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、エンジンと、動力を入出力可能な第１モータと、第１モータの回転軸とエンジンの出力軸と車軸に連結された駆動軸とに３つの回転要素が共線図において回転軸，出力軸，駆動軸の順に並ぶように接続されたプラネタリギヤと、駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、第１モータおよび第２モータと電力をやりとり可能なバッテリと、を備えるハイブリッド自動車に関する。

従来、亜鉛が固溶添加された水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質を含有した正極と、マンガンを含む水素吸蔵合金を含有した負極と、アルカリ電解液と、を備えるニッケル水素蓄電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このニッケル水素蓄電池では、正極の水酸化ニッケル中にマグネシウムを固溶させると共に負極の水素吸蔵合金中にもマグネシウムを固溶させることにより、充放電サイクルの経過に伴う正極の水酸化ニッケルからの亜鉛の溶出や負極の水素吸蔵合金からのマンガンの溶出を抑制することができる。これにより、充放電サイクル経過後の高率放電特性が低下するのを抑制することができる。

また、エンジンと、第１ＭＧと、第１ＭＧとエンジンと車輪に連結された伝達軸とにサンギヤとプラネタリキャリヤとリングギヤとが接続された動力分割装置（遊星歯車）と、伝達軸に接続された第２ＭＧと、第１ＭＧや第２ＭＧと電力をやりとりする蓄電装置と、を備えるハイブリッド自動車が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このハイブリッド自動車では、蓄電装置のＳＯＣ（State Of Charge）が閾値より低下してエンジンの負荷運転と第１ＭＧの発電とを伴って後進走行する際には、蓄電装置のＳＯＣが大きいほどエンジンの出力を低下させることにより、蓄電装置のＳＯＣが閾値より低下したときに、エンジンから動力分割装置を介して伝達軸に出力される前進走行用のトルクが急増するのを抑制することができる。この結果、後進走行時の走行性能が急激に低下するのを抑制することができる。

特開２００４−１１９２７１号公報 特開２０１３−６４３０号公報

後者のハイブリッド自動車において、蓄電装置としてニッケル水素蓄電池を用いる場合、バッテリの正極から導電材が溶出してバッテリの劣化が促進されるのを抑制するために、バッテリの正極電位が低下すると、バッテリから出力してよい最大許容電力を制限することが行なわれている。後進走行する際に、こうしたバッテリの最大許容電力の制限が行なわれると、第２ＭＧから出力可能な後進走行用の最大パワーが小さくなり、後進走行時の走行性能が低下する。

本発明のハイブリッド自動車は、後進走行時の走行性能が低下するのを抑制する（低下するまでの時間を長くする）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、動力を入出力可能な第１モータと、前記第１モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と車軸に連結された駆動軸とに、３つの回転要素が、共線図において前記回転軸，前記出力軸，前記駆動軸の順に並ぶように接続されたプラネタリギヤと、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、ニッケル水素二次電池として構成され、前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやりとり可能なバッテリと、前記バッテリの正極電位が第１所定電位以下に低下すると、前記正極電位が前記第１所定電位以下に低下する前より小さくなるように前記バッテリの最大許容電力を設定し、該最大許容電力の範囲内のパワーにより走行するように前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、後進走行時において、前記正極電位が前記第１所定電位より高い第２所定電位以下に低下すると、前記正極電位が前記第２所定電位以下に低下する前より大きいパワーが前記エンジンから出力されながら後進走行するように制御する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、バッテリの正極電位が第１所定電位以下に低下すると、正極電位が第１所定電位以下に低下する前より小さくなるようにバッテリの最大許容電力を設定し、最大許容電力の範囲内のパワーにより走行するようにエンジンと第１モータと第２モータとを制御する。ここで、第１所定電位は、バッテリの劣化促進電位より若干高い電位である。劣化促進電位は、バッテリの正極から導電材が溶出してバッテリの劣化が促進される電位である。バッテリの正極電位が第１所定電位以下に低下すると、バッテリの正極電位が第１所定電位以下に低下する前よりバッテリの最大許容電力を小さくすることにより、バッテリからの放電電力が大きくなるのを抑制して、バッテリの正極電位が劣化促進電位以下に低下するのを抑制することができる。しかし、バッテリの最大許容電力を制限することにより、第２モータから出力可能な最大パワーが小さくなり、走行性能が低下する。

これを踏まえて、本発明のハイブリッド自動車では、後進走行時において、バッテリの正極電位が第１所定電位より高い第２所定電位以下に低下すると、バッテリの正極電位が第２所定電位以下に低下する前より大きなパワーがエンジンから出力されながら後進走行するように制御する。したがって、バッテリの正極電位が第２所定電位以下に低下すると、エンジンからの出力と第１モータによる発電電力とを大きくすることにより、バッテリからの放電電力を小さくして、バッテリの正極電位を一時的に上昇させることができる。これにより、バッテリの正極電位が第１所定電位以下に至るまでの時間を長くすることができ、バッテリの最大許容電力が制限されるまでの時間を長くすることができる。この結果、第２モータから出力可能な後進走行用の最大パワーが小さくなるまでの時間を長くすることができ、後進走行時の走行性能が低下するのを抑制する（低下するまでの時間を長くする）ことができる。

本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、後進走行時において、前記正極電位が前記第２所定電位以下に低下する前は、走行用パワーと補機電力との和から前記最大許容電力を減じた第１パワーが前記エンジンから出力されるように制御し、前記正極電位が前記第２所定電位以下に低下すると、前記第１パワーに所定パワーを加えた第２パワーが前記エンジンから出力されるように制御する手段である、ものとすることもできる。ここで、所定パワーは、前記最大許容電力以下のパワーである、ものとすることもできる。この態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、後進走行時において、前記正極電位が前記第２所定電位以下に低下する前に、第１パワーが値０以下のときには、前記エンジンが自立運転または運転停止されるように制御する、ものとしてもよい。

また、本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、後進走行時において、前記正極電位が前記第２所定電位以下に低下すると、前記正極電位に拘わらず、前記正極電位が前記第２所定電位以下に低下する前より大きいパワーが前記エンジンから出力されながら後進走行するように制御する手段である、ものとしてもよい。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行される後進走行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２２を運転しながら後進走行する際のプラネタリギヤ３０の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の一例を示す説明図である。 エンジン目標運転ポイント設定処理の一例を示すフローチャートである。 エンジン２２を運転しながら後進走行する際のバッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃとバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔとエンジン２２のパワーＰｅとの時間変化の一例を示す説明図である。

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２０は、図示するように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、空調装置６０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２２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いる。このエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により運転制御されている。

エンジンＥＣＵ２４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ＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁への駆動信号，スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号，イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号などが出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ２３により検出されたクランク角θｃｒに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ち、エンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。

プラネタリギヤ３０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３０のサンギヤ，リングギヤ，キャリヤには、それぞれ、モータＭＧ１の回転子，駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６，エンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

モータＭＧ１は、例えば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３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６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）４０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、回転駆動される。

モータＥＣＵ４０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ＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置θｍ１，θｍ２，モータＭＧ１，ＭＧ２の各相に流れる電流を検出する電流センサからの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ＥＣＵ４０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ＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、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の駆動状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータ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を演算している。

バッテリ５０は、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりする。このバッテリ５０は、ｉ個（例えば１０個）のモジュールが直列接続されて構成されている。ｉ個のモジュールは、それぞれ、ニッケル水素二次電池として構成されたｊ個（例えば１２個）のセルが直列接続されて構成されている。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により管理されている。

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、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの電池電圧Ｖｂ，バッテリ５０のｋ（＝ｉ×ｊ）個のセルの正極電位を検出するｋ個の電位センサ５１ｄ（１）〜５１ｄ（ｋ）からのｋ個のセルの正極電位Ｖｐｃ（１）〜Ｖｐｃ（ｋ），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電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂなどが入力ポートを介して入力されている。ここで、ｋ個の電位センサ５１ｄ（１）〜５１ｄ（ｋ）は、基準時（例えば出荷時など）の各セルの負極電位を値０としたときの正極の値（電位）を正極電位Ｖｐｃ（１）〜Ｖｐｃ（ｋ）として検出するものとした。これは、正極電位Ｖｐｃ（１）〜Ｖｐｃ（ｋ）を、負極の状態の影響を受けない値（正極だけで見た値）として検出するためである。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、電流センサ５１ｂにより検出された電池電流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を演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと温度センサ５１ｃにより検出された電池温度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を演算したりしている。バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎは、実施例では、電池温度Ｔｂに基づく温度依存値Ｗｉｎｔｂに蓄電割合ＳＯＣに基づく補正係数ｋｉｎを乗じて演算するものとした。バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは、実施例では、電池温度Ｔｂに基づく温度依存値Ｗｏｕｔｔｂに蓄電割合ＳＯＣに基づく補正係数ｋｏｕｔを乗じて基本値Ｗｏｕｔｔｍｐを設定し、バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ１以下に至る前は、基本値Ｗｏｕｔｔｍｐを出力制限Ｗｏｕｔに設定し、正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ１以下に至ると、基本値Ｗｏｕｔｔｍｐより小さい値を出力制限Ｗｏｕｔに設定するものとした。ここで、選択セルの正極電位Ｖｐｃは、ｋ個のセルの正極電位Ｖｐｃ（１）〜Ｖｐｃ（ｋ）のうち最小値が設定される。また、閾値Ｖｐｃ１は、劣化促進電位Ｖｐｃ０より若干高い電位に設定される。劣化促進促進電位Ｖｐｃ０は、バッテリ５０の各セルの正極から導電材が溶出してバッテリ５０の劣化が促進される電位である。バッテリ５０の各セルの正極電位の定格値が例えば０．９Ｖや１．０Ｖ，１．１Ｖなどで且つ劣化促進電位Ｖｐｃ０が例えば０．１９Ｖや０．２０Ｖ，０．２１Ｖなどのときに、閾値Ｖｐｃ１は、例えば０．２４Ｖや０．２５Ｖ，０．２６Ｖなどとされる。バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ１未満のときの出力制限Ｗｏｕｔは、実施例では、選択セルの正極電位Ｖｐｃが劣化促進電位Ｖｐｃ０以下に至るのを抑制することができるように設定するものとした。

空調装置６０は、乗員室の空気調和を行なうエアコンディショナーとして構成されている。この空調装置６０は、コンプレッサ６１やコンデンサ，エキスパンションバルブ，エバポレータからなる冷凍サイクルと、冷凍サイクルのエバポレータとの熱交換により冷却された空気または加温された空気を乗員室に送風するブロワと、を有する。コンプレッサ６１は、空調用インバータ６２を介して、インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ラインに接続されている。

ＨＶＥＣＵ７０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。ＨＶＥＣＵ７０には、電力センサ６３からの空調装置６０のコンプレッサ６１の消費電力Ｐａｃ，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からのシフトポジションＳＰ，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。また、ＨＶＥＣＵ７０からは、空調用インバータ６２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。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，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２０は、エンジン２２の運転を伴って走行するハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）やエンジン２２の運転を停止して走行する電動走行モード（ＥＶ走行モード）で走行する。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、エンジン２２を運転しながら（ＨＶ走行モードで）後進走行する際の動作について説明する。図２は、実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行される後進走行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、エンジン２２を運転しながら後進走行する際に所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

後進走行時制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、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や車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ，電力センサ６３からの空調装置６０のコンプレッサ６１の消費電力Ｐａｃ，正極電位低下フラグＦｐなど制御に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＥＣＵ４０により演算された値を通信により入力するものとした。バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは、バッテリＥＣＵ５２により演算された値を通信により入力するものとした。正極電位低下フラグＦｐは、バッテリＥＣＵ５２により、バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ２以下に至る前は値０が設定され、バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ２以下に至ると値１が設定されたものを通信により入力するものとした。ここで、バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃは、バッテリＥＣＵ５２により、ｋ個の電位センサ５１ｄ（１）〜５１ｄ（ｋ）により検出されたバッテリ５０のｋ個のセルの正極電位Ｖｐｃ（１）〜Ｖｐｃ（ｋ）のうち最小値が設定される。また、閾値Ｖｐｃ２は、劣化促進電位Ｖｐｃ０より若干高い閾値Ｖｐｃ１より若干高い値に設定され、例えば、閾値Ｖｐｃ１より０．０８Ｖや０．１０Ｖ，０．１２Ｖ程度高い値に設定される。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行に要求される（駆動軸３６に要求される）要求トルクＴｒ＊を設定し（ステップＳ１１０）、設定した要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｒ（モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２）を乗じて、走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算する（ステップＳ１２０）。ここで、要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとして図示しないＲＯＭ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要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図３に示す。図示するように、要求トルクＴｒ＊には、負の値（後進走行方向の値）が設定される。

続いて、後述するエンジン目標運転ポイント設定処理によりエンジン２２の目標運転ポイントしての目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１３０）。そして、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と駆動軸３６の回転数Ｎｒ（＝Ｎｍ２／Ｇｒ）とプラネタリギヤ３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊とモータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１とエンジン２２の目標トルクＴｅ＊とプラネタリギヤ３０のギヤ比ρとを用いて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１４０）。ここで、式（１）は、プラネタリギヤ３０の回転要素に対する力学的な関係式である。エンジン２２を運転しながら後進走行する際のプラネタリギヤ３０の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の一例を図４に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤの回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリヤの回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２であるリングギヤ（駆動軸３６）の回転数Ｎｒを示す。また、図中、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されてプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されて駆動軸３６に作用するトルクとを示す。式（１）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。また、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させる（エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させる）ためのフィードバック制御における関係式である。式（２）中、右辺第１項はフィードフォワード項であり、右辺第２項，第３項はフィードバック項の比例項，積分項である。また、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*=-ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)

そして、次式（３）に示すように、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊をプラネタリギヤ３０のギヤ比ρで除した値を要求トルクＴｒ＊に加えて、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の仮の値としての仮トルクＴｍ２ｔｍｐを計算し（ステップＳ１５０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊にモータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）をバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔから減じた値をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除して、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から出力してもよいトルクの下限（絶対値としては上限）としてのトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎを計算し（ステップＳ１６０）、式（５）に示すように、モータＭＧ２の仮トルクＴｍ２ｔｍｐをトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎで制限して（下限ガードして）モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１７０）。ここで、式（３）は、図４の共線図を用いれば容易に導くことができる。

Tm2tmp=Tr*+Tm1*/ρ (3)
Tm2min=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2*=max(Tm2tmp,Tm2min) (5)

こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ１８０）、後進走行時制御ルーチンを終了する。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とからなる運転ポイントで運転されるようにエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行なう。また、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようにインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

次に、この図２の後進走行時制御ルーチンのステップＳ１３０の処理、即ち、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する処理について説明する。この処理は、実施例では、図５に例示するエンジン目標運転ポイント設定処理により行なうものとした。

エンジン目標運転ポイント設定処理では、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、次式（６）に示すように、走行用パワーＰｄｒｖ＊と空調装置６０のコンプレッサ６１の消費電力Ｐａｃとの和からバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを減じた値を値０で制限（下限ガード）して、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊の仮の値としての仮要求パワーＰｅｔｍｐに設定する（ステップＳ２００）。

Petmp=max(Pdrv*+Pac-Wout,0) (6)

続いて、正極電位低下フラグＦｐの値を調べる（ステップＳ２１０）。そして、正極電位低下フラグＦｐが値０のときには、バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ２以下に至る前であると判断し、エンジン２２の仮要求パワーＰｅｔｍｐをエンジン２２の要求パワーＰｅ＊に設定する（ステップＳ２２０）。

こうしてエンジン２２の要求パワーＰｅ＊を設定すると、エンジン２２の上限回転数Ｎｅｍａｘをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に設定すると共にエンジン２２の要求パワーＰｅ＊をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊で除してエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定して（ステップＳ２４０）、エンジン目標運転ポイント設定処理を終了する。ここで、エンジン２２の上限回転数Ｎｅｍａｘは、実施例では、モータＭＧ１の性能に基づくエンジン２２の上限回転数Ｎｅｍａｘ（ｍｇ１）と、プラネタリギヤ３０のピニオンギヤの性能に基づくエンジン２２の上限回転数Ｎｅｍａｘ（ｐｉｎ）と、エンジン２２の定格値としての上限回転数Ｎｅｍａｘ（ｅｇ）と、の最小値を値０で下限ガードして設定するものとした。このように上限回転数Ｎｅｍａｘをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に設定することにより、エンジン２２やモータＭＧ１，プラネタリギヤ３０のピニオンギヤを保護しつつ、エンジン２２の回転数を大きくすることができる。これにより、上限回転数Ｎｅｍａｘより小さい回転数でエンジン２２を運転するものに比してエンジン２２から出力するトルクを小さくすることができ、エンジン２２からの直達トルク（前進走行方向のトルク）を小さくすることができる。

この場合、走行用パワーＰｄｒｖ＊と空調装置６０のコンプレッサ６１の消費電力Ｐａｃとの和の値（Ｐｄｒｖ＊＋Ｐａｃ）がバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔより大きいときには、値（Ｐｄｒｖ＊＋Ｐａｃ）と出力制限Ｗｏｕｔとの差分のパワーがエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を制御することになるから、エンジン２２からの出力パワーを比較的小さくすることができ、エンジン２２からの直達トルクを比較的小さくすることができる。また、値（Ｐｄｒｖ＊＋Ｐａｃ）がバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ以下のときには、値０のパワーがエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を制御する（エンジン２２を自立運転する）ことになるから、エンジン２２からの直達トルクをより小さくすることができる。

ステップＳ２１０で正極電位低下フラグＦｐが値１のときには、バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ２以下に至った以降であると判断し、エンジン２２の仮要求パワーＰｅｔｍｐに補正パワーαを加えた値をエンジン２２の要求パワーＰｅ＊に設定し（ステップＳ２３０）、エンジン２２の上限回転数Ｎｅｍａｘをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に設定すると共にエンジン２２の要求パワーＰｅ＊をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊で除してエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定して（ステップＳ２４０）、エンジン目標運転ポイント設定処理を終了する。

この場合、バッテリ５０の正極電位Ｖｐｃに拘わらず、正極電位低下フラグＦｐが値０のとき（バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ２以下に至る前）よりエンジン２２の出力およびモータＭＧ１の発電電力を大きくすることにより、バッテリ５０からの放電電力を小さくすることができる。バッテリ５０からの放電電力が小さくなると、バッテリ５０のｋ個のセルの正極電位Ｖｐｃ（１）〜Ｖｐｃ（ｋ）は、一時的に上昇した後に再度低下する。なお、正極電位Ｖｐｃ（１）〜Ｖｐｃ（ｋ）の一時的な上昇は、バッテリ５０からの放電電力の減少（過渡時）によるものであり、その後の正極電位Ｖｐｃ（１）〜Ｖｐｃ（ｋ）の低下は、バッテリ５０からの放電の継続によるものである。このように、正極電位Ｖｐｃ（１）〜Ｖｐｃ（ｋ）を一時的に増加させることにより、選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ１以下に至るまでの時間を長くすることができる。これにより、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが基本値Ｗｏｕｔｔｍｐより小さい値に制限されるまでの時間を長くすることができる。この結果、モータＭＧ２から出力可能な後進走行用の最大パワーが小さくなるまでの時間を長くすることができ、後進走行時の走行性能が低下するのを抑制する（低下するまでの時間を長くする）ことができる。

なお、上述の補正パワーαは、実施例では、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ以下で、且つ、補正パワーαを用いない場合に比して選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ１以下に至るまでの時間が数十秒〜数分程度長くなるように、予め実験や解析などにより定めた値を用いるものとした。補正パワーαがバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔより大きい場合には、バッテリ５０を充電する、即ち、エンジン２２から必要以上のパワーを出力することになる。このため、エンジン２２からの直達トルク（前進走行方向のトルク）が必要以上に大きくなり、駆動軸３６に出力する後進走行用のトルクが必要以上に低下する可能性がある。実施例では、補正パワーαをバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ以下とすることにより、エンジン２２からの直達トルクが必要以上に大きくなるのを抑制することができ、駆動軸３６に出力する後進走行用のトルクが必要以上に低下するのを抑制することができる。この補正パワーαは、実施例では、車重が大きい（後進走行に必要なパワーが大きい）ほど大きくなる傾向に設定するものとした。

図６は、エンジン２２を運転しながら後進走行する際のバッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃとバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔとエンジン２２のパワーＰｅとの時間変化の一例を示す説明図である。図６では、簡単のために、走行用パワーＰｄｒｖ＊，空調装置６０のコンプレッサ６１の消費電力Ｐａｃ，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの基本値Ｗｏｕｔｔｍｐが一定のときを示す。また、図中、実線は実施例の様子を示し、破線は比較例の様子を示す。比較例としては、正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ２以下に至った時刻ｔ１以降に、時刻ｔ１より前に比してエンジン２２のパワーＰｅを大きくしない（補正パワーαを用いない）場合を考えるものとした。比較例の場合、図中破線に示すように、時刻ｔ１より後の時刻ｔ２に正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ１以下に至ると、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが基本値Ｗｏｕｔｔｍｐより小さい値に制限されると共にその分だけエンジン２２のパワーが大きくなる。出力制限Ｗｏｕｔが基本値Ｗｏｕｔｔｍｐより小さく制限されることにより、正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ０以下に至るのを抑制することができる。しかし、モータＭＧ２から出力可能な後進走行用の最大パワーが小さくなることから、後進走行時の走行性能が低下する。これに対して、実施例の場合、図中実線に示すように、時刻ｔ１以降に、バッテリ５０の正極電位Ｖｐｃに拘わらず、時刻ｔ１より前に比して補正パワーαだけエンジン２２のパワーＰｅを大きくするから、正極電位Ｖｐｃを一時的に上昇させることができ、正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ１以下に至るまでの時間を長くすることができる。これにより、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが基本値Ｗｏｕｔｔｍｐより小さい値に制限されるまでの時間を長くすることができる。この結果、モータＭＧ２から出力可能な後進走行用の最大パワーが小さくなるまでの時間を長くすることができ、後進走行時の走行性能が低下するのを抑制する（低下するまでの時間を長くする）ことができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車では、バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ１以下に至ると、正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ１以下に至る前に比して、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを制限する（基本値Ｗｏｕｔｔｍｐより小さい値に制限する）。そして、後進走行時において、バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ１より大きい閾値Ｖｐｃ２以下に至ると、正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ２以下に至る前に比して、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊を大きくする。これにより、正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ１以下に至るまでの時間を長くすることができ、出力制限Ｗｏｕｔの制限が開始されるまでの時間を長くすることができる。この結果、モータＭＧ２から出力可能な後進走行用の最大パワーが小さくなるまでの時間を長くすることができ、後進走行時の走行性能が低下するのを抑制する（低下するまでの時間を長くする）ことができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、後進走行する際において、バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ２以下に至る前は、上述の式（６）に示したように、値（Ｐｄｒｖ＊＋Ｐａｃ−Ｗｏｕｔ）を値０で制限（下限ガード）してエンジン２２の仮要求パワーＰｅｔｍｐを設定し、この仮要求パワーＰｅｔｍｐを要求パワーＰｅ＊に設定し、要求パワーＰｅ＊が値０より大きいときにはエンジン２２を負荷運転し、要求パワーＰｅ＊が値０のときにはエンジン２２を自立運転するものとした。しかし、要求パワーＰｅ＊が値０のときには、エンジン２２を運転停止してＥＶ走行で後進走行するものとしてもよい。なお、後進走行する際において、バッテリ５０の選択セルの正極電位Ｖｐｃが閾値Ｖｐｃ２以下に至ると、仮要求パワーＰｅｔｍｐに補正パワーαを加えた値を要求パワーＰｅ＊に設定することになるから、エンジン２２を負荷運転することになる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０のｋ個のセルの全てに電位センサ５１ｄ（１）〜５１ｄ（ｋ）を取り付けるものとしたが、ｋ個のセルの一部（例えば、１個や数個，十数個など）に電位センサを取り付けるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０のｋ個のセルの正極電位Ｖｐｃ（１）〜Ｖｐｃ（ｋ）の最小値を選択セルの正極電位Ｖｐｃに設定し、この正極電位Ｖｐｃに応じて正極電位低下フラグＦｐを設定するものとしたが、バッテリ５０のｋ個のセルのうち特定のセルの正極電位Ｖｐｃに応じて正極電位低下フラグＦｐを設定するものとしてもよい。また、バッテリ５０のｉ個のモジュールの正極電位Ｖｐｍ（１）〜Ｖｐｍ（ｉ）の最小値を選択モジュールの正極電位Ｖｐｍに設定し、この正極電位Ｖｐｍに応じて正極電位低下フラグＦｐを設定するものとしてもよい。さらに、バッテリ５０のｉ個のモジュールのうち特定のモジュールの正極電位Ｖｐｍに応じて正極電位低下フラグＦｐを設定するものとしてもよい。加えて、バッテリ５０全体の正極電位Ｖｐｂに応じて正極電位低下フラグＦｐを設定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、特に説明していないが、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊を仮要求パワーＰｅｔｍｐからそれより補正パワーαだけ大きい値（Ｐｅｔｍｐ＋α）に移行させる際には、レート処理やなまし処理などの緩変化処理を用いて徐々に移行させるものとしてもよい。同様に、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを基本値Ｗｏｕｔｔｍｐからそれより小さい（制限された）値に移行させる際にも、緩変化処理を用いて徐々に移行させ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２２が「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「第１モータ」に相当し、３０が「プラネタリギヤ」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とが「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などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ クランクポジションセンサ、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、４０モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ａ 電圧センサ、５１ｂ 電流センサ、５１ｃ 温度センサ、５１ｄ 電位センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、６０ 空調装置、６１ コンプレッサ、６２ 空調用インバータ、６３ 電力センサ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (2)

1. エンジンと、
   動力を入出力可能な第１モータと、
   前記第１モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と車軸に連結された駆動軸とに、３つの回転要素が、共線図において前記回転軸，前記出力軸，前記駆動軸の順に並ぶように接続されたプラネタリギヤと、
   前記駆動軸に動力を入出力可能な第２モータと、
   ニッケル水素二次電池として構成され、前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやりとり可能なバッテリと、
   前記バッテリの正極電位が第１所定電位以下に低下すると、前記正極電位が前記第１所定電位以下に低下する前より小さくなるように前記バッテリの最大許容電力を設定し、該最大許容電力の範囲内のパワーにより走行するように前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、
   を備えるハイブリッド自動車であって、
   前記制御手段は、後進走行時において、前記正極電位が前記第１所定電位より高い第２所定電位以下に低下すると、前記正極電位が前記第２所定電位以下に低下する前より大きいパワーが前記エンジンから出力されながら後進走行するように制御する手段であり、
   前記制御手段は、後進走行時において、前記正極電位が前記第２所定電位以下に低下する前は、走行用パワーと補機電力との和から前記最大許容電力を減じた第１パワーが前記エンジンから出力されるように制御し、前記正極電位が前記第２所定電位以下に低下すると、前記第１パワーに前記最大許容電力以下の所定パワーを加えた第２パワーが前記エンジンから出力されるように制御する手段である、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。
2. 請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
   前記制御手段は、後進走行時において、前記正極電位が前記第２所定電位以下に低下する前に、前記第１パワーが値０以下のときには、前記エンジンが自立運転または運転停止されるように制御する、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。
   

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