無段変速機付きハイブリッド車両

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【発明の名称】	無段変速機付きハイブリッド車両
【発明者】	【氏名】牟田浩一郎【氏名】半田和功
【要約】	【課題】無段変速機付きハイブリッド車両において、その走行システムに対して最適な運転条件を設定するための制御ロジックを確立する。【解決手段】アクセル開度（ＡＰＳ信号）と車輪回転速度Ｎｗを入力条件としてパワーユニットの目標軸出力Ｐｐを導き出すとともに、バッテリ充電率を目標値の状態とするための充放電出力Ｐｂにより目標軸出力Ｐｐを補正する。この補正した目標軸出力Ｐｐａに基づいて目標プライマリ回転速度Ｎｐをマップ検索し（マップ５６）、無段変速機の作動に伴いエンジン回転速度Ｎｅが変化するので、更にその回転速度Ｎｅから目標エンジン出力Ｐｅをマップ検索する（マップ５８）。この目標エンジン出力Ｐｅに基づいてエンジンの出力制御を行い、その目標軸出力Ｐｐに対する過不足分（偏差Ｅｐ）を電動機の出力制御に用いる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】内燃機関および電動機を有するパワーユニットと、前記電動機に給電して動力を発生させる一方、前記電動機が発電機として働くことにより充電可能なバッテリと、前記パワーユニットから出力される回転をプライマリ軸とセカンダリ軸との間で無段階に変速して伝達可能な無段変速機とを備えた無段変速機付きハイブリッド車両において、車両の運転状態に基づき前記パワーユニットの目標出力を導き出す目標パワーユニット出力導出手段と、前記電動機の働きにより、前記バッテリの充電率を所定の目標充電率とするのに必要な電力に相当する充放電出力を導き出す充放電出力導出手段と、前記パワーユニットの目標出力を前記充放電出力にて補正した補正目標出力に対応する前記内燃機関の目標回転速度を求め、この目標回転速度に基づいて前記無段変速機の前記プライマリ軸に対する目標プライマリ回転速度を導き出す目標プライマリ回転速度導出手段と、前記プライマリ軸の回転速度を前記目標プライマリ回転速度に合致させるべく前記無段変速機の変速比を制御する変速比制御手段と、前記変速比制御手段の作動により変化する前記内燃機関の回転速度に応じて前記内燃機関の目標出力を導き出す目標内燃機関出力導出手段と、前記内燃機関の出力をその目標出力に基づいて制御するとともに、前記パワーユニットの目標出力と前記内燃機関の目標出力との間の偏差に基づいて前記電動機の出力を制御するパワーユニット制御手段とを具備したことを特徴とする無段変速機付きハイブリッド車両。
【請求項２】前記目標内燃機関出力導出手段は、前記内燃機関の回転速度に対応して最良の燃料消費率を与える最良燃費出力を前記目標出力として導き出し、前記パワーユニット制御手段は前記電動機を作動させるとき、その作動を制限するとともに前記内燃機関を前記最良燃費出力から外れた出力にて運転させることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機付きハイブリッド車両。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関および電動機をパワーユニットとして使用するハイブリッド車両に係り、特に、その動力伝達系に無段変速機を有した無段変速機付きハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のハイブリッド車両における走行システムの構成は、そのパワーユニットに内燃機関および電動機を含み、これらの出力軸はパラレル式に駆動系に接続されている。また、駆動系には無段変速機が装備されており、無段変速機はプライマリ軸に対する入力回転をセカンダリ軸との間で無段階に変速して駆動系に伝達することができる。電動機はバッテリから給電されて出力を発揮する一方、発電機として働くときはその電力をバッテリに充電することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述したハイブリッド車両の走行システムにあっては、その入力条件に対して制御するべき対象が多様であり、それ故、より好適な条件でシステムを可制御とするための制御ロジックの確立が難しい。例えば、運転者の要求する出力に対して内燃機関の出力と電動機の出力との配分を最適に規定したり、また、パワーユニットの出力回転速度に対して最も効率的な変速比を規定するための具体的な制御手法は未だ確立が困難とされている。
【０００４】そこで、本発明は無段変速機付きハイブリッド車両の走行システムにおける総合的な制御手法の確立を目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の無段変速機付きハイブリッド車両（請求項１）は、その走行システムを以下の手法により制御するものとしている。すなわち、ハイブリッド車両では通常、電動機は車両加速時等に内燃機関の出力の不足分を補償し、一方、減速時に発電機として働いて車両の運動エネルギを回生しているが、運転者が将来的に加速または減速の何れを要求するかは予測が不可能である。このため、本発明では加速および減速要求の何れにも対応するため、バッテリの目標充電率を設定しておき、その目標充電率を維持するための充電制御を走行システムの制御手法に適用するものとした。
【０００６】具体的には、車両の運転状態を表すアクセル開度および車速の検出値を入力条件としてパワーユニットの目標出力を導き出すとともに、更に検出したバッテリの充電率を所定の目標充電率とするのに必要な電力に相当する電動機の充放電出力を導き出し、この充放電出力にてパワーユニットの目標出力を補正する。そして、補正した目標出力に対応する内燃機関の目標回転速度を求め、その目標回転速度に基づいて無段変速機の目標プライマリ回転速度を導き出す。この目標プライマリ回転速度に基づいて無段変速機の変速比を制御すると、その変速比に従って内燃機関の回転速度が変化するので、その変化する回転速度に応じて更に内燃機関の目標出力を導き出す。最終的なパワーユニットの出力制御では、内燃機関の出力はその目標出力に基づいて制御するものとし、一方、電動機の出力はパワーユニットの目標出力と内燃機関の目標出力との間の偏差に基づいて制御するものとする。
【０００７】上述した制御手法によれば、補正された後のパワーユニットの目標出力（補正目標出力）には、運転者がパワーユニットに対して実際に要求する出力と、走行システムがバッテリを充電または放電するために必要とする充放電出力とを含む。走行システムはその構造上、内燃機関の回転速度と変速機のプライマリ回転速度とが相互に対応しているため、補正目標出力に対応する内燃機関の目標回転速度に基づいて無段変速機の変速比を制御すると、その変速操作に伴い内燃機関の回転速度が変化する。この変化する回転速度に応じて内燃機関の目標出力を導き出し、その目標出力に従って内燃機関を制御すると、上述の補正目標出力に合致した出力が得られることになる。このとき電動機の出力は、パワーユニットの目標出力に対する内燃機関の目標出力の過不足分として制御されるので、その出力はバッテリの充電または放電に必要な充放電出力に合致する。
【０００８】例えば、バッテリの充電率を引き上げる必要がある場合、その充電に必要となる出力がパワーユニットの目標出力に加算して補正される。内燃機関は、その補正目標出力に合致した出力を発揮するので、補正により加算された出力がパワーユニットの目標出力に対して余剰となる。この余剰出力は電動機による発電に消費されてバッテリを充電するので、実際にハイブリッド車両の駆動に発揮される出力は、運転者の要求する出力に合致したものとなる。これとは逆に、バッテリの充電率を引き下げる必要がある場合は、その放電により消費するべき出力がパワーユニットの目標出力から差し引いて補正される。この場合、内燃機関の発揮する出力がパワーユニットの目標出力に対して不足するので、その不足分の出力が電動機により補償（モータアシスト）される。従って、この場合もハイブリッド車両の駆動に発揮される出力は、運転者の要求する出力に合致している。
【０００９】また、本発明のハイブリッド車両（請求項２）では内燃機関に対し、その回転速度に対応して最良の燃料消費率を与える出力を発揮させるものとしているが、例えば加速走行等で電動機を作動させる必要があるときは、その作動を制限するとともに内燃機関を最良燃費出力から外れた出力にて運転させるものとする。すなわち、実際にバッテリと電動機との間で生じるエネルギ損失を考慮すれば、加速走行の非定常時には電動機の出力によりパワーユニットの目標出力を全部補償するよりも、最良燃費出力を外れたとしても内燃機関の出力によりパワーユニットの目標出力を補償した方が総合的な燃費は向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態としては、例えば図１に示される走行システムの構成を備えた無段変速機付きハイブリッド車両を挙げることができる。図１のハイブリッド車両はパワーユニットとしてエンジン１および電動機２を搭載しており、電動機２には二次電池からなるバッテリ４が接続されている。このバッテリ４は電動機２に給電して駆動力を発生させる一方、電動機２が発電機として働くときはその発電した電力を充電することができる。またハイブリッド車両は、その動力伝達系に例えばベルト式の無段変速機（以下、ＣＶＴと称する。）６を装備しており、このＣＶＴ６はパワーユニットから出力される回転を無段階に変速して車輪Ｗに伝達する。ただし、無段変速機はベルト式に限られず、その他の型式であってもよい。
【００１１】また、このハイブリッド車両はパラレル式のパワーユニットを採用しており、それ故、エンジン１のクランク軸８と電動機４の出力軸１０がともにＣＶＴ６のプライマリ軸１２に接続されて一体的に回転できる構造を有している。なお、クランク軸８とプライマリ軸１２との間にはクラッチ１４が介挿されており、このクラッチ１４の切断によりエンジン１のアイドル運転が可能である。
【００１２】上述したＣＶＴ６は、プライマリプーリ１６とセカンダリプーリ１８との間に巻き掛けた無端状の駆動ベルト２０により動力を伝達し、これらプーリ１６，１８間の巻き掛け径比に応じてプライマリ軸１２とセカンダリ軸２２との間にて変速比を無段階に設定することができる。このＣＶＴ６の変速操作は、例えば油圧式の変速制御回路２４により行うことができる。具体的には、各プーリ１６，１８は何れも駆動ベルトを挟持するためのコーン面を有した固定シーブおよび可動シーブからなり、それぞれ可動シーブは固定シーブに対して軸方向に接離自在となっている。また、各可動シーブ内には油圧室が形成されており、個々の油圧室には油圧式変速制御回路２４を通じて作動油圧の給排路が接続されている。この変速制御回路２４は図示しない油圧源から作動油圧の供給を受け、その圧力を調整して更に供給することができる。例えば、変速制御回路２４はプライマリプーリ１６側の油圧室に対する作動油圧の給排を制御してその可動シーブを軸方向に変位させる一方、セカンダリプーリ１８側の油圧室に必要なライン圧を供給する。これにより、ＣＶＴ６はプライマリプーリ１６およびセカンダリプーリ１８による駆動ベルト２０の挟持力を適正に保持したまま、これらプーリ１６，１８間にてベルト巻き掛け径比を無段階に変更することができる。
【００１３】また、図１のハイブリッド車両は、その走行システムを総合的に制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）２６を装備しており、エンジン１および電動機２の出力やＣＶＴ６の変速操作は何れもＥＣＵ２６により制御することができる。具体的には、エンジン１は電動スロットルバルブ２８を備え、エアフローメータ３０および燃料噴射弁３２を用いて空燃比Ａ／Ｆの電子制御を可能とする装備を有している。ＥＣＵ２６は電動スロットルバルブ２８の開度を調節するとともに、エアフローメータ３０からのセンサ信号を受け取ってエンジン１の吸入空気量を検出し、所定の空燃比Ａ／Ｆを得るように燃料噴射弁３２を駆動させる。
【００１４】また、ＥＣＵ２６はバッテリ４と電動機２との間で電力の送受方向を切り換える機能を有しており、上述のようにバッテリ４から電動機２に給電するときは電動機２の型式に合わせて供給電圧、電流、周波数等を可変して電動機２の出力を制御する。逆に、バッテリ４を充電するときは電動機２を発電機として働かせる。
【００１５】また、上述した変速制御回路２４はソレノイドバルブを用いて駆動されるスプールバルブを有しており、そのスプールの位置を切り換えて個々の油圧室に対する作動油圧の給排やライン圧の調整を行うことができる。ＥＣＵ２６は、所定の変速制御プログラムに則って変速制御回路２４のソレノイドバルブを駆動させ、ＣＶＴ６の変速比を制御することができる。
【００１６】またＥＣＵ２６には、走行システムの状態を表す各種の情報が収集されるようになっており、走行システムには各種のセンサ類が組み込まれている。例えばアクセルペダル３４には、その踏み込み量に応じたセンサ信号を出力するアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）３６が取り付けられており、ＥＣＵ２６はＡＰＳ３６からの信号によりアクセル開度を検出することができる（運転状態の検出）。また車輪Ｗには、そのアウトプット回転速度Ｎｗに同期したパルスを出力する車速センサ３８が組み込まれており、ＥＣＵ２６はそのパルス信号から車速Ｖを検出することができる（運転状態の検出）。
【００１７】更に、ＥＣＵ２６は走行システムの状態を検出するために設けられたセンサ類から各種の情報を収集することができる。例えば、エンジン１にはクランク軸の回転に同期したパルスを出力する回転速度センサ４０が設けられており、ＥＣＵ２６はそのクランク角パルスからエンジン１の回転速度Ｎｅを求めることができる（運転状態の検出）。また、バッテリ４には、その充電残量に応じたセンサ信号を出力する充電センサ４２が取り付けられており、ＥＣＵ２６はそのセンサ信号からバッテリ４の充電率を求めることができる。
【００１８】以上は、本発明の無段変速機付きハイブリッド車両に含まれる基本的な構成であるが、本実施形態では更に、ＥＣＵ２６の制御機能に関してその他の構成を具備している。
【００１９】
【実施例】以下、ＥＣＵ２６による走行システムの制御機能について、具体的な実施例を挙げて説明する。また以下の説明により、本発明のハイブリッド車両に係るその他の構成もまた明確となる。図２は、ＥＣＵ２６に組み込まれている制御系（第１実施例）を具体的に示している。この制御系は、検出した値を各種の制御用マップに入力し、そのマップから取り出した値を演算処理して各種の制御信号に形成する機能を有している。
【００２０】具体的には、ＥＣＵ２６は先ず、上述したＡＰＳ信号および車輪回転速度Ｎｗを入力条件として制御系に取り込み、これら２つの条件を目標軸出力マップ５０に入力する。なお、ＡＰＳ信号はアクセル開度に相当し、また、回転速度Ｎｗは車速Ｖに相当する。そして、ＥＣＵ２６はマップ５０上で入力条件に対応する変数を検索し、その値をパワーユニットの目標軸出力Ｐｐとして導き出す（目標パワーユニット出力導出手段）。この得られた目標軸出力Ｐｐは、運転者が実際にパワーユニットに対して要求する軸出力に相当する。
【００２１】その一方で、ＥＣＵ２６は制御系にバッテリ４の充電率ＳＯＣの情報を取り込むと、その値を充電率補正マップ５２に入力する。この充電率補正マップ５２は、バッテリ４の充電率を所定の目標充電率とするために必要な電力を求め、その電力に相当する電動機２の出力Ｐｂ、つまり、充放電出力を導き出すためのものである（充放電出力導出手段）。例えば、充電率ＳＯＣが目標充電率を下回っている場合、バッテリ４に充電して充電率ＳＯＣを回復する必要があるため、電動機２の出力Ｐｂは発電を要求するための充電出力（正の値）となる。逆に、実際の充電率ＳＯＣが目標充電率を上回っている場合、バッテリ４を放電させて充電率ＳＯＣを引き下げる必要があるため、電動機２の出力Ｐｂは電力を消費するための放電出力（負の値）となる。
【００２２】上述した目標充電率は、充電率補正マップ５２に予め設定しておくことができる。例えば、ハイブリッド車両の走行可能距離だけを考えれば、バッテリ４を常に満充電に近い状態に維持しておけばよいが、この先、運転者が加速をより多く要求するか、あるいは、減速をより多く要求するかは、車両が走行している道路の種類（高速道路、市街地路、山間路等）や、先行きの交通状況により異なる。従って、将来的に加速および減速の何れの要求をも均等に満たす必要があることを考え併せれば、目標充電率は例えば５０％の近傍にあることが好ましい。ただし、特に本実施例において目標充電率に限定を設けるものではなく、ハイブリッド車両の用途や走行する道路の状況等に合わせて目標充電率の値は適宜に変更することが可能である。
【００２３】次に、ＥＣＵ２６は充電率補正マップ５２から検索した充放電出力Ｐｂを目標軸出力Ｐｐに加算して補正し（加算点５４）、その結果を補正目標出力Ｐｐａとする。そして、ＥＣＵ２６は補正目標出力Ｐｐａを目標プライマリ回転速度マップ５６に入力し、このマップ５６上で対応する値を検索する。検索された値はＣＶＴ６のプライマリ軸１２に与えるべき目標プライマリ回転速度Ｎｐとして導き出される。
【００２４】ここで、図１の走行システムの構造上、クラッチ１４を完全に係合させた状態でＣＶＴ６のプライマリ回転速度Ｎｐとエンジン回転速度Ｎｅとは相互に一致する。従って、目標プライマリ回転速度Ｎｐの具体的な値は、補正目標出力Ｐｐに対応するエンジン１の目標回転速度Ｎｅに基づいて導き出すことができる（目標プライマリ回転速度導出手段）。なお、ハイブリッド車両の具体的な態様が図１の構造と異なる場合、例えばクランク軸８とプライマリ軸１２との間に減速機構が設置されている場合は、その減速比を考慮して目標プライマリ回転速度Ｎｐを導き出せばよい。
【００２５】図３は、ＥＣＵ２６が目標プライマリ回転速度マップ５６として使用することができるチャートを示している。このチャートには、エンジン１の運転試験を通じて得られたデータに基づいて最良燃費ラインＬが規定されており、この最良燃費ラインＬは、エンジン１を最良の燃料消費率（最低燃費）で運転させるための回転速度Ｎｅと正味平均有効圧との関係を示している。より詳しくは、図３中にエンジン１の回転速度Ｎｅと正味平均有効圧との関係から等出力曲線をプロットすると、その等出力曲線は右下がりの曲線群で表されている。なお、図３中の曲線群は回転速度Ｎｅおよび正味平均有効圧がともに高い領域にある曲線ほど高出力であることを表している。これら等出力曲線群に対して等燃料消費率線（図示していない）を重ね合わせると、個々の等出力曲線上で最良の燃料消費率を得ることができるポイントが明らかとなる。そして、これらポイントを順次つなぎ合わせると、図示の最良燃費ラインＬを得ることができる。
【００２６】このような図３をマップとして目標プライマリ回転速度Ｎｐを検索する場合、ＥＣＵ２６は補正目標出力Ｐｐを表示する等出力曲線と最良燃費ラインＬとの交点を求め、その交点に対応するエンジン回転速度Ｎｅを目標プライマリ回転速度Ｎｐとして導き出すことになる。また、マップ検索により導き出された目標プライマリ回転速度Ｎｐは、走行システムにおいてＣＶＴ６の変速比制御信号として使用される。すなわち、ＥＣＵ２６は車輪回転速度Ｎｗに対し、プライマリ軸１２に目標プライマリ回転速度Ｎｐを与えるための変速比を算出し、その変速比を確立するべく変速制御回路２４の作動を制御する（変速比制御手段）。これにより、プライマリ軸１２の回転速度が目標プライマリ回転速度Ｎｐに合致することになる。
【００２７】このようなＣＶＴ６に対する変速比制御の実行に伴い、エンジン１の回転速度Ｎｅもまた目標プライマリ回転速度Ｎｐに合致するべく変化する（Ｎｅ→Ｎｐ）。ＥＣＵ２６は、このとき検出した回転速度Ｎｅを目標エンジン出力マップ５８に入力し、このマップ５８からエンジン１の出力制御に用いる目標エンジン出力Ｐｅを検索する。このとき、上述した最良燃費ラインＬのチャート（図３）を目標エンジン出力マップ５８としても使用することができ、ＥＣＵ２６は、最良燃費ラインＬ上で回転速度Ｎｅに対応する運転ポイントを含む等出力曲線を検索し、その曲線が表示する出力の値を目標エンジン出力Ｐｅとして導き出す（目標内燃機関出力導出手段）。なお、図３には出力の代表値を表す等出力曲線だけが示されているが、これら代表値以外の出力については適宜、図３中に等出力曲線を表示してもよいし、補間法によって求めてもよい。
【００２８】導出された目標エンジン出力Ｐｅは、ＥＣＵ２６によるエンジン１の出力制御信号として使用される。このとき、エンジン１に目標エンジン出力Ｐｅに合致した出力を発揮させるため、ＥＣＵ２６は図３の最良燃費ラインＬ上で目標エンジン出力Ｐｅ（または回転速度Ｎｅ）に対応した負荷（または正味平均有効圧）を与える出力制御を行う。このような出力制御は例えば、上述したエンジン１の空燃比制御を行うための装備（電動スロットルバルブ２８、エアフローメータ３０、燃料噴射弁３２等）を用いて行うことができる。
【００２９】一方、ＥＣＵ２６は最初に導き出したパワーユニットの目標軸出力Ｐｐから目標エンジン出力Ｐｅを差し引き（減算点６０）、これらの間の出力偏差Ｅｐを求める。ここまでの説明から明らかなように、この偏差Ｅｐは、エンジン１を最良燃費の条件で運転させたとき、そのエンジン出力が目標軸出力Ｐｐに対して生じる過不足分に相当する。そこで、ＥＣＵ２６はこの過不足分を電動機２の出力にて補償するべく、偏差Ｅｐに基づいて電動機２の出力を制御する（パワーユニット出力制御手段）。
【００３０】なお、実際の走行システムにあっては、電動機２の出力の応答性に比較してエンジン１の出力の応答性はある程度の遅れを伴うことから、本実施例の制御系では過渡的にエンジン出力の補償を行っている。具体的には、ＥＣＵ２８はエンジン回転速度Ｎｅや燃料消費量（噴射パルス信号）等の情報に基づいて実際のエンジン出力Ｐｅｒを求めると、この実エンジン出力Ｐｅｒを目標エンジン出力Ｐｅから差し引き（減算点６２）、その残りを偏差Ｅｐに加算して（加算点６４）電動機２の目標出力Ｐｍを求めている。そしてＥＣＵ２６は、最終的に求めた目標出力Ｐｍに基づいて電動機２の出力を制御する。
【００３１】以下、図２の制御系を用いた走行システムの制御手法について具体例を挙げて説明する。例えば、パワーユニットの目標軸出力Ｐｐ₁が導き出されたとき、バッテリ４の充電率ＳＯＣが目標充電率に対して不足する場合、上述のように充電率補正マップ５２から必要な充電出力Ｐｂ₁（正の値）が導き出される。このとき、図３をマップ５６として使用すると、その等出力曲線でみて、例えば目標軸出力Ｐｐ₁に対し、それよりも高出力となる補正目標出力Ｐｐａ₁（＝Ｐｐ₁＋Ｐｂ₁）に基づいて目標プライマリ回転速度Ｎｐ₁が導き出される。
【００３２】一方、エンジン１の出力制御では、ＣＶＴ６の作動により変化するエンジン回転速度Ｎｅ₁に基づいて目標エンジン出力Ｐｅ₁（＝Ｐｐａ₁）が導き出される。従って、目標エンジン出力Ｐｅ₁は目標軸出力Ｐｐ₁に対して余剰出力を含むことになり、この余剰出力分は偏差Ｅｐ₁（＝Ｐｐ₁－Ｐｅ₁）として電動機２の目標出力Ｐｍ₁に反映される。この場合、目標出力Ｐｍ₁は負の値となるので、ＥＣＵ２６は電動機２を発電機として働かせる。なお、このとき発電される電力はマップ５２により導き出された充電出力Ｐｂ₁に合致しており、その電力をバッテリ４に充電することで、充電率ＳＯＣを目標充電率まで回復させることができる。
【００３３】このように、バッテリ充電率ＳＯＣが不足する場合、エンジン１を最良燃費の条件で運転しながら余剰出力を発生させるとともに、その余剰出力を発電に消費させる結果、パワーユニットの出力は運転者の要求出力に合致したものとなる。逆に、バッテリ充電率ＳＯＣが目標充電率を上回る場合は、その充電率ＳＯＣを目標充電率まで引き下げるための電力に相当する放電出力Ｐｂ₂（負の値）が導き出される。この場合、目標軸出力Ｐｐ₁よりも放電出力Ｐｂ₂だけ低出力となる補正目標出力Ｐｐａ₂（＝Ｐｐ₁＋Ｐｂ₂）に基づいて目標プライマリ回転速度Ｎｐ₂が導き出され、また、そのエンジン回転速度Ｎｅ₂に対応して最良燃費となる目標エンジン出力Ｐｅ₂が導き出される。
【００３４】従って、目標エンジン出力Ｐｅ₂は目標軸出力Ｐｐ₁に対して不足することになり、その出力偏差Ｅｐ₂（＝Ｐｐ₁－Ｐｅ₂）に基づく目標出力Ｐｍ₂は正の値となる。この場合、ＥＣＵ２６はエンジン１の出力に加えて電動機２の出力により車両を力行させ、エンジン１の出力不足分をアシストする。また、このとき電動機２により消費される電力は、マップ５２により導き出された放電出力Ｐｂ₂に合致しており、充電率ＳＯＣが目標充電率に低下するまでバッテリ４の電力が消費される。
【００３５】このように、バッテリ充電率ＳＯＣが余剰である場合、エンジン１を最良燃費の条件で運転するとともに、パワーユニットの要求出力に対する不足分を電動機２により補償する結果、パワーユニットの出力は運転者の要求出力に合致したものとなる。以上は、ＥＣＵ２６の有する制御系の基本型（図２）に基づく第１実施例であるが、本発明においては更に、その制御系を変形した第２および第３の実施例が用意されている。
【００３６】図２の基本型となる制御系では、例えばエンジン１の出力特性やＣＶＴ６の変速可能範囲等の制約により、図３の最良燃費ラインＬに完全に合致した目標プライマリ回転速度マップ５６および目標エンジン出力マップ５８を設定できない領域が存在する。具体的には、ＣＶＴ６の変速比を最高速（フルオーバドライブ）とした状態でハイブリッド車両を定常走行させたとき、各等出力曲線上でエンジン１を有効に運転することができる回転速度域を図３中に規定すると、そのプライマリ回転速度Ｎｐの下限は、図中に破線で示される右上がりの曲線Ｄで表される。すなわち、エンジン１の性能に基づく理論上の等出力曲線に対して、実際の車速域とＣＶＴ６の構造的な変速可能範囲との関係から、この曲線Ｄよりも低回転速度側に変速比を高く設定することができず、それ故、最良燃費ラインＬが曲線Ｄよりも低回転速度域にある部分は、実際のエンジン１の運転ポイントとして成立しない。このため、実車に用いられる制御系では、目標プライマリ回転速度マップ５６および目標エンジン出力マップ５８の設定に際し、その最良燃費ラインＬを部分的に曲線Ｄに沿って屈曲させる必要がある。この場合、曲線Ｄ上ではエンジン１の運転ポイントが最良燃費ラインＬから外れたものとなる。そこで、以下の第２実施例では、ＣＶＴ６の変速可能範囲による制約を受ける場合であっても、エンジン１の運転ポイントを最良燃費ラインＬ上に移すための補正を行っている。
【００３７】図４は、その第２実施例として使用される制御系を示している。この制御系は主に、バッテリ充電率ＳＯＣが目標充電率に対して不足する場合の出力制御に好適した構成を有しており、特に、充電率補正マップ６６に加えてエンジン出力補正マップ６８を有している。このうち、充電率補正マップ６６は、入力されたバッテリ充電率ＳＯＣに基づいて必要な電動機２の充電出力Ｐｂを設定することができ、その主な機能は上述した基本型の場合の充電率補正マップ５２と同様である。
【００３８】これに対し、エンジン出力補正マップ６８は、上述した目標エンジン出力Ｐｅに対する補正値として、エンジン出力補正値Ａｅを設定することができる。このエンジン出力補正マップ６８により設定されたエンジン出力補正値Ａｅは、制御系において目標エンジン出力Ｐｅに対して加算され（加算点７０）、その補正目標エンジン出力Ｐｅａがエンジン１の出力制御に用いられる。また、充電率補正マップ６６により設定された充電出力Ｐｂは、上述したエンジン出力補正値Ａｅを差し引かれ（減算点７２）、その残りが目標軸出力Ｐｐに対して加算される（加算点５４）構成となっている。
【００３９】以下、第２実施例の制御系を用いた走行システムの制御手法について具体例を挙げて説明する。なお、第２実施例のエンジン出力補正マップ６８としては図３のチャートを使用することができるが、以下の説明では第１実施例との混同を避けるため、別途用意した図５を参照するものとする。例えば、ハイブリッド車両が目標軸出力Ｐｐ₂で定常走行しているとき、エンジン１は図５でみて最良燃費ラインＬ上の運転ポイントα₀の条件（回転速度Ｎｅ₀，正味平均有効圧Ｔ₀）にて出力制御されている。この状態で、バッテリ４の充電率ＳＯＣが目標充電率に対して不足していると認められる場合、充電率補正マップ６６から必要な充電出力Ｐｂ₃（正の値）が導き出される。
【００４０】一方、図５をエンジン出力補正マップ６８として使用するとき、ＥＣＵ２６は目標軸出力Ｐｐ₂に充電出力Ｐｂ₃を加算した出力（Ｐｐ₂＋Ｐｂ₃）を表示する等出力曲線をマップ６８から検索し、その等出力曲線上でみて最良燃費となる運転ポイントα₁を求める。このとき、マップ６８上で運転ポイントα₁が曲線Ｄよりも低回転速度側にあると認められる場合、ＥＣＵ２６は運転ポイントα₁に対応するエンジン回転速度Ｎｅ₃において曲線Ｄ上の運転ポイントα₂を含む等出力曲線を検索し、その等出力曲線が表示する値を中間補正出力Ｐｘとして設定する。そして、ＥＣＵ２６は目標軸出力Ｐｐ₂に充電出力Ｐｂ₃を加算して得られる出力（Ｐｐ₂＋Ｐｂ₃）から中間補正出力Ｐｘを差し引いた値（＝Ｐｐ₂＋Ｐｂ₃－Ｐｘ）をエンジン出力補正値Ａｅ₁として設定し、マップ６８から出力させる。
【００４１】このようにしてエンジン出力補正値Ａｅ₁を設定すると、ＥＣＵ２６は充電出力Ｐｂ₃からエンジン出力補正値Ａｅ₁を差し引いた残り（＝－Ｐｐ₂＋Ｐｘ）を目標軸出力Ｐｐ₂に加算して補正し、補正目標出力Ｐｐａ₃を導き出す。なお、ここまでの説明から明らかなように、補正目標出力Ｐｐａ₃の具体的な値は、マップ６８において設定した中間補正出力Ｐｘに一致したものとなる（Ａｅ₁＋Ｐｐ₂＝Ｐｘ）。
【００４２】この補正目標出力Ｐｐａ₃は、基本型の場合と同様に目標プライマリ回転速度マップ５６に入力される。このとき、マップ５６では最良燃費ラインＬが曲線Ｄ（太線で強調した部分）に沿って部分的に屈曲されているので、マップ検索の結果は曲線Ｄ上で補正目標出力Ｐｐａ₃の等出力曲線に対応するプライマリ回転速度Ｎｐ₃となる。
【００４３】また、ＥＣＵ２６が目標プライマリ回転速度Ｎｐ₃に従ってＣＶＴ６の変速比を制御すると、その作動に伴いエンジン回転速度Ｎｅ₃が得られるので、第２実施例においても同様に目標エンジン出力マップ５８の検索から目標エンジン出力が導き出される。このとき、マップ５８においても最良燃費ラインＬが曲線Ｄに沿って屈曲されているので、マップ検索の結果は曲線Ｄ上でエンジン回転速度Ｎｅ₃に対応する運転ポイントα₂を含む等出力曲線が表示する出力、つまり、目標エンジン出力Ｐｅ₃となる。これにより、目標エンジン出力Ｐｅ₃の値は、上述した中間補正出力Ｐｘの値に合致したものとなる。
【００４４】そして、ＥＣＵ２６は目標エンジン出力Ｐｅ₃にエンジン出力補正値Ａｅ₁を加算して補正し、補正目標エンジン出力Ｐｅａ₁を導き出す。このとき補正値Ａｅ₁は、上述のように目標軸出力Ｐｐ₂に充電出力Ｐｂ₃を加算した値から中間補正出力Ｐｘを差し引いた値（＝Ｐｐ₂＋Ｐｂ₃－Ｐｘ）であり、また、中間補正出力Ｐｘは目標エンジン出力Ｐｅ₃に合致した値（Ｐｘ＝Ｐｅ₃）であることから、補正目標エンジン出力Ｐｅａ₁の値は最終的に、上記の目標軸出力Ｐｐ₂に充電出力Ｐｂ₃を加算した値（＝Ｐｐ₂＋Ｐｂ₃）に合致したものとなる。
【００４５】このような補正目標エンジン出力Ｐｅａ₁に基づいてエンジン１の出力制御を行う場合、ＥＣＵ２６は図５でみて運転ポイントα₂の条件（回転速度Ｎｅ₃，正味平均有効圧Ｔ₁）から負荷だけを増大させて、運転ポイントα₁の条件（回転速度Ｎｅ₃，正味平均有効圧Ｔ₂）にて出力制御を行う。このようにしてエンジン１の出力が補正目標エンジン出力Ｐｅａ₁に基づいて制御されると、目標軸出力Ｐｐ₂との間の出力偏差Ｅｐ₃（＝Ｐｐ₂－Ｐｅａ₁）に基づいて電動機２が発電機として働き、その出力偏差Ｅｐ₃分が発電に消費される。このとき、補正目標エンジン出力Ｐｅａ₁の値は目標軸出力Ｐｐ₂に充電出力Ｐｂ₃を加算した値（＝Ｐｐ₂＋Ｐｂ₃）となることから、電動機２により発電される電力は充電出力Ｐｂ₃に等しいものとなる。
【００４６】以上のように第２実施例の制御系（図４）を用いた場合、充電率ＳＯＣの不足分を補うための充電出力Ｐｂを、補正目標出力Ｐｐａと補正目標エンジン出力Ｐｅａとに分けて補正することができる。このため、エンジン１の運転条件にＣＶＴ６の変速可能範囲の制約を受ける状況にあっては、単に目標軸出力Ｐｐ₂に対して充電出力Ｐｂ₃を加算して補正しようとすると、その運転ポイントα₃が最良燃費ラインＬから外れたものとなるところ、この第２実施例では目標軸出力Ｐｐ₂に対する補正と目標エンジン出力Ｐｅ₃に対する補正とに分けて補正を行うことにより、エンジン１の運転条件を最良燃費ラインＬ上の運転ポイントα₁に設定することができる。従って、常に最良燃費の運転条件でバッテリ充電率ＳＯＣの補正が可能となる。
【００４７】以上の第１および第２実施例は、バッテリ充電率ＳＯＣの補正に関する有効な制御手法を提供するものである。ここで、ハイブリッド車両全体でみたパワーユニットの効率化に着目すると、例えば電動機２の力行時および発電時の効率が約７５～８０％であり、更にバッテリ４との間における充電および放電の効率が約９０％であることから、電動機２の総合効率は例えば５０～６０％程度であると認められる。このため、本発明の発明者らは、エンジン１の燃費と電動機２の総合効率とを比較考量したとき、加速走行の非定常時には電動機２の出力で補償するよりも、最良燃費ラインＬを外れたとしてもエンジン１の出力のみで加速を行う方がトータルでみて燃費が向上することを実験等を通じて既に確認している。以下の第３実施例は、このような発明者らの技術的知見に基づいて提供されたものであり、特にＥＣＵ２６の制御機能に関して変更が加えられている。
【００４８】図６は、その第３実施例として使用できる制御系の例を示しており、この制御系は例えば図４の制御系にいくつかの構成を付加して得ることができる。ただし、図３の基本型を変形したものを第３実施例として使用することも可能である。図６の制御系の特徴は主に、エンジン１の出力制御に関するストイキ領域最大出力マップ７６を備えているところにある。すなわち、このストイキ領域最大出力マップ７６では、同じ回転速度でエンジン１の負荷だけを増大したとき、空燃比のストイキ領域で発揮できる最大出力Ｐｓを求めることができる。
【００４９】図７は、上述したストイキ領域最大出力マップ７６として使用できるチャートの例を示している。この図７は、既に説明した最良燃費ラインＬを表すチャート上にストイキ領域最大出力ラインＳを規定したものであり、この最大出力ラインＳ上では、最良燃費ラインＬ上の運転ポイントに対してエンジン１の負荷を増大させたとしても、ストイキ領域内で極端に燃費を悪化させることがない運転条件を設定することができる。
【００５０】また図６の制御系は、その信号線上に２種類の比較スイッチ回路７８，８０を有しており、一方の比較スイッチ回路７８は入力の何れか大きい値を選択的に通過させ、また、他方の比較スイッチ回路８０は入力の何れか小さい値を選択的に通過させる機能を有している。以下、第３実施例の制御手順について具体例を挙げて説明する。なお、この第３実施例では、既に第２実施例において説明したバッテリ充電率ＳＯＣの低下に基づく出力補正については省略する。従って、図６の制御系において、充電率補正マップ６６およびエンジン出力補正マップ６８は何れも補正値を出力しない（Ａｅ＝０，Ｐｂ＝０）ものとして扱っている。
【００５１】例えば、ハイブリッド車両がパワーユニットの目標軸出力Ｐｐ₃にて定常走行しているとき、ＣＶＴ６にはマップ５６の検索（Ｐｐａ＝Ｐｐ₃）により目標プライマリ回転速度Ｎｐ₄が設定されている（図７参照）。また、エンジン１の出力制御ではマップ５８の検索（Ｎｅ₄＝Ｎｐ₄）により目標エンジン出力Ｐｅ₄が導き出されており、それ故、目標エンジン出力Ｐｅ₄には最良燃費ラインＬ上の運転ポイントα₄の条件（回転速度Ｎｅ₄，正味平均有効厚Ｔ₃）が設定されている（目標内燃機関出力導出手段）。
【００５２】いま、運転者がアクセルペダル３４を踏み込んで加速を要求した場合、そのＡＰＳ信号の増大に伴い、目標軸出力マップ５０では加速要求にリニアに反応して新たに目標軸出力Ｐｐ₄が導き出される。このとき、新たな目標軸出力Ｐｐ₄に基づくマップ５６の検索では、最良燃費ラインＬ上の運転ポイントα₅に対応して目標プライマリ回転速度Ｎｐ₅が導き出されるが、ＣＶＴ６が作動してエンジン回転速度が立ち上がるまで（Ｎｅ₄→Ｎｅ₅）の間は、過渡的に目標軸出力Ｐｐ₄の方が目標エンジン出力（Ｐｅ₄→Ｐｅ₅）を上回ることになる。
【００５３】従って、図６の制御系では目標エンジン出力Ｐｅ₄に比較して目標軸出力Ｐｐ₄が大であることから、比較スイッチ回路７８は目標軸出力Ｐｐ₄の方を選択的に通過させる。このとき、ＥＣＵ２６はストイキ領域最大出力マップ７６上で例えばエンジン回転速度Ｎｅ₄に対応する最大出力ラインＳ上の運転ポイントα₆を検索し、その運転ポイントα₆を含む等出力曲線が表示する値をストイキ領域最大出力Ｐｓ₁として出力する。
【００５４】次に、例えば図７でみて目標軸出力Ｐｐ₄と最大出力Ｐｓ₁とを比較したとき、未だ最大出力Ｐｓ₁の方が小さいことから、比較スイッチ回路８０は最大出力Ｐｓ₁の方を選択的に通過させる。ＥＣＵ２６は比較スイッチ回路８０を通過した最大出力Ｐｓ₁をエンジン出力制御の目標値として使用し、運転ポイントα₄（回転速度Ｎｅ₄，正味平均有効圧Ｔ₃）の条件に対して負荷だけを増大させる。これにより、エンジン１は図７中の運転ポイントα₆の条件（回転速度Ｎｅ₄，正味平均有効圧Ｔ₄）にて出力制御される。また一方で、ＥＣＵ２６は目標軸出力Ｐｐ₄に対する最大出力Ｐｓ₁の不足分を補償するため、これらの間の出力偏差Ｅｐ₄（＝Ｐｐ₄－Ｐｓ₁）に基づいて電動機２の出力を制御する（パワーユニット制御手段）。
【００５５】以上のように、第３実施例の制御系では、例えば加速時に電動機２を作動させてモータアシストを行うとき、目標軸出力Ｐｐ₄に対する目標エンジン出力Ｐｅ₄の不足分を全部補償せずに、電動機２の作動（出力）を制限するものとしている。より詳しくは、ＥＣＵ２６はエンジン１を最良燃費ラインＬ上の運転条件から外れたストイキ領域最大出力Ｐｓ₁にて運転させることにより、目標軸出力Ｐｐ₄に対する不足分をエンジン出力（Ｐｓ₁）にて一部補償し、その分だけ電動機２の出力を制限するものである。これにより、エンジン１の燃費を多少悪化させても、エンジン１と電動機２の総合効率に基づく損失を抑えることができ、ハイブリッド車両全体としての燃費を向上することができる。
【００５６】なお、上述の第３実施例においてマップ７６を検索した結果、ストイキ領域最大出力Ｐｓが目標軸出力Ｐｐ以上の値となった場合、比較スイッチ回路８０を通過する信号は常に目標軸出力Ｐｐと同じ値となる。この場合、エンジン１の出力のみでパワーユニットの目標軸出力Ｐｐを発揮させることができるので（Ｅｐ＝０）、電動機２の作動は完全に制限される態様となる（パワーユニット制御手段）。ただし、この場合でも第１実施例で説明した実エンジン出力Ｐｅｒの補償のために電動機２を作動させることは可能である。
【００５７】本発明のハイブリッド車両は、その走行システムの制御系に関して第２および第３実施例以外にも変形が可能である。また、図２の基本型となる制御系の構成は好ましい一例として示されたものであり、本発明の技術的な構成を実現するため制御系に種々の変更を加えて実施することも可能である。また、各種のマップに用いられるチャート（図３，図５，図７）は、ハイブリッド車両に搭載するべきＣＶＴ６やエンジン１の仕様、性能曲線等に応じて適宜に書き換えることが可能である。特に、上述した各実施例では、基本的に最良燃費ラインＬ上の運転ポイントから目標プライマリ回転速度Ｎｐおよび目標エンジン出力Ｐｅを導き出しているが、エンジン１の運転状態に応じて最良燃費ラインＬを外れた運転ポイントを選択するようにしてもよい。
【００５８】その他、ハイブリッド車両の走行システムは図１の構成に限られず、個々の要素を適宜に置き換え可能であることはいうまでもない。
【００５９】
【発明の効果】本発明の無段変速機付きハイブリッド車両（請求項１）は、内燃機関の運転条件や電動機の出力配分を最適化し、また、そのための適切な変速比の設定を実現することで燃費を大きく向上することができる。また、本発明のハイブリッド車両（請求項２）は、内燃機関の燃費を悪化させることなく電動機のエネルギ損失を抑制することで、その総合的な燃費を向上することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００６２８６【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社
【出願日】	平成１２年５月２９日（２０００．５．２９）
【代理人】	【識別番号】１０００９００２２【弁理士】【氏名又は名称】長門侃二
【公開番号】	特開２００１－３３９８０６（Ｐ２００１－３３９８０６Ａ）
【公開日】	平成１３年１２月７日（２００１．１２．７）
【出願番号】	特願２０００－１５８６１１（Ｐ２０００－１５８６１１）