| 【発明の名称】 |
ハイブリッド車の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】山口 武蔵
【氏名】村本 逸朗
【氏名】高橋 伸孝
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| 【要約】 |
【課題】運転領域全体での効率を考慮し、燃料消費率が最小となるハイブリッド車の制御装置を提供する。
【解決手段】消費電力算出部20が消費電力を算出し、蓄電池状態算出部21が蓄電装置５の蓄電装置状態SOCを算出する。この蓄電装置状態に基づき、物理量算出部25が消費電力に対して等しいかあるいは余剰となる発電を行う場合における有効電力当たり物理量を種々の消費電力と発電電力に対して算出し、しきい値算出部22が発電装置と蓄電装置との動作モードを選択するために有効電力当たり物理量と同一単位のしきい値を所定の演算で求める。動作モード選択部23がこのしきい値と消費電力に対応する有効電力当たり物理量との比較に基づいて内燃機関１と蓄電装置５の動作モードを選択し、目標発電電力算出部24が目標発電電力を算出する。配電コントローラ６が内燃機関１、電動機３をコントロールする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車両走行用の電動機と、発電装置と、前記発電装置で発生した発電電力や車両の減速時に前記電動機が発生する回生電力を蓄電し、必要に応じて放電する蓄電装置とから構成されるハイブリッド車を制御するハイブリッド車の制御装置において、現在の車両の消費電力を算出する消費電力算出手段と、蓄電装置状態を算出する蓄電装置状態算出手段と、前記蓄電装置状態に基づいて、前記消費電力に対して等しいかあるいは余剰となる発電を行う場合における、前記消費電力と前記蓄電装置に充電した余剰電力を将来放電したときに消費できる電力との和（以下、「有効電力」と称する）についてその単位量当たりの前記発電装置に関する所定の物理量（以下、「有効電力当たり物理量」と称する）を種々の消費電力と種々の発電電力に対して算出する有効電力当たり物理量算出手段と、前記発電装置と前記蓄電装置との動作モードを選択するために前記有効電力当たり物理量と同一単位のしきい値を所定の演算によって求めるしきい値算出手段と、前記しきい値と前記消費電力に対応する前記有効電力当たり物理量との比較に基づいて前記発電装置と蓄電装置の動作モードを選択する動作モード選択手段と、前記しきい値と前記有効電力当たり物理量から前記発電装置に対する目標発電電力を算出する目標発電電力算出手段とを備えて成るハイブリッド車の制御装置。
【請求項２】 前記発電装置は、内燃機関と発電機で構成されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項３】 前記発電装置は、燃料電池で構成されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項４】 前記有効電力当たり物理量は、前記内燃機関又は前記燃料電池における有効電力当たりの燃料消費量であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項５】 前記有効電力当たり物理量は、前記内燃機関又は前記燃料電池における有効電力当たりの排出ガス量であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項６】 前記動作モード選択手段が、（１）前記消費電力が前記発電装置の最高発電効率点で発電できる電力よりも小さく、かつ前記消費電力に対応する前記有効電力当たり物理量が前記しきい値よりも望ましくない状態である場合には、前記消費電力と同量の電力を前記蓄電装置から供給する第１の動作モードを、（２）前記消費電力に対応する前記有効電力当たり物理量が前記しきい値よりも望ましい状態である場合には、前記しきい値と等しい前記有効電力当たり物理量となる電力を前記発電装置により発電し、前記消費電力に対して余剰となった電力を前記蓄電装置に蓄電する第２の動作モードを、（３）前記消費電力が前記発電装置の最高発電効率点で発電できる電力以上であり、かつ前記消費電力に対応する前記有効電力当たり物理量が前記しきい値よりも望ましくない状態である場合には、前記しきい値以下となる最大電力を前記発電装置により発電し、前記消費電力に対して不足する電力を前記蓄電装置から供給する第３の動作モードを、（４）前記消費電力に対応する前記有効電力当たり物理量と前記しきい値が一致する場合には、前記発電装置により前記消費電力と同量の電力を発電する第４の動作モードを選択することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項７】 前記目標発電電力算出手段が、（１）前記動作モード選択手段において第１の動作モードが選択された場合には、前記目標発電電力を０とし、（２）前記動作モード選択手段において第２の動作モードが選択された場合には、前記有効電力当たり物理量算出手段において前記しきい値と等しい前記有効電力当たり物理量となる前記発電電力を検索して前記目標発電電力とし、（３）前記動作モード選択手段において第３の動作モードが選択された場合には、前記有効電力当たり物理量算出手段において前記しきい値以下の前記有効電力当たり物理量となる最大電力を検索して前記目標発電電力とし、（４）前記動作モード選択手段において第４の動作モードが選択された場合には、前記消費電力と同量の電力を前記目標発電電力とすることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項８】 前記しきい値算出手段が、対象とする物理量に関するしきい値を蓄電装置状態に対応させて算出し、その対応関係は蓄電装置状態が前記蓄電装置の利用可能範囲の条件に近づくほど、発電時の物理量がより良好となるようにしきい値を変化させる関係であり、蓄電装置状態が利用可能範囲の下限に近づくほど、物理量が良好ではなくても発電するようにしきい値を変化させる関数関係を持たせたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項９】 前記しきい値算出手段が、対象とする物理量に関するしきい値を蓄電装置状態に対応させて算出し、その対応関係は蓄電装置状態の利用可能な範囲内の最小値でのしきい値が、消費電力が最小の時に余剰電力を発生させた場合の物理量の最適値と等しい値にし、蓄電装置状態の利用可能な範囲内の最大値でのしきい値が、消費電力と発電量との取り得るすべての組み合わせに対応した物理量の中の最適値と等しい値にすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項１０】 前記しきい値算出手段が、対象とする物理量に関するしきい値を蓄電装置状態に対応させて算出し、その対応関係は蓄電装置状態の利用可能な範囲内での最小値より第１の所定値だけ大きいときのしきい値が、消費電力が最小のときに余剰電力を発生させた場合の物理量の最適値と等しい値にし、蓄電装置状態の利用可能な範囲内での最大値より第２の所定値だけ小さいときのしきい値が、消費電力と発電量との取り得るすべての組み合わせに対応した物理量の中の最適値と等しい値にすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項１１】 前記しきい値算出手段が、前記蓄電装置に充電する場合に用いる蓄電装置状態としきい値との対応関係と、前記蓄電装置から放電する場合に用いる蓄電装置状態としきい値との対応関係とを異ならせることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項１２】 車両の走行状態情報に基づき、将来要求される電力を予測する将来要求電力予測手段と、予測された将来要求電力に応じて前記しきい値を補正するしきい値補正手段とを備えたことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項１３】 前記将来要求電力予測手段が、車両運転状態、補機運転状態又は道路状態に基づいて将来要求される電力を予測することを特徴とする請求項１２に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項１４】 前記蓄電装置の温度状態を検出する蓄電装置温度検出手段と、検出された蓄電装置の温度状態に応じて前記しきい値を補正するしきい値補正手段とを備えたことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項１５】 前記しきい値補正手段が、前記蓄電装置の温度状態があらかじめ定められた第１の温度よりも高いか、若しくはあらかじめ定められた第２の温度よりも低い場合には、動作モード切替しきい値を、充電がされにくいように補正することを特徴とする請求項１４に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項１６】 前記蓄電装置状態検出手段が、前記蓄電装置の充電状態（以下、「SOC」と称する）を検出することを特徴とする請求項８〜１５のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項１７】 前記蓄電装置状態検出手段が、前記蓄電装置の端子間電圧を検出することを特徴とする請求項８〜１５のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項１８】 前記蓄電装置状態検出手段が、前記蓄電装置の内部抵抗値を検出することを特徴とする請求項８〜１５のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項１９】 内燃機関と電動機と蓄電装置、及び変速機を備え、前記内燃機関と前記電動機の少なくとも一方の動力を前記変速機を介して出力軸に伝達するハイブリッド車を制御するハイブリッド車の制御装置において、車速を検出する車速検出手段と、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル踏み込み量検出手段と、前記車速検出値と前記アクセルペダル踏み込み量検出値に基づいて、出力軸における仕事率（以下、「出力軸仕事率」と称する）を算出する出力軸仕事率算出手段と、前記蓄電装置の充電時及び放電時におけるエネルギ効率あるいはそれに相当する蓄電装置状態を算出する蓄電装置状態算出手段と、変速比に対する伝達効率特性から、前記伝達効率を算出する変速機伝達効率算出手段と、前記内燃機関の燃料消費率特性と前記変速機の伝達効率を考慮して、前記出力軸仕事率の実現に必要な仕事率（以下、「必要仕事率」と称する）を内燃機関において発生した場合に、前記出力軸仕事率の単位量当たりの内燃機関に関する所定の物理量（以下、「必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量」と称する）を算出する必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出手段と、前記内燃機関と前記電動機の動作モードを選択するための前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量と同一単位のしきい値を設定するしきい値算出手段と、前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量が前記しきい値に対して望ましい状態にあるかを判断する状態判断手段と、前記必要仕事率と、単位仕事率当たりの内燃機関に関する所定の物理量を最小とする前記内燃機関の動作点における仕事率（以下、「最小燃料消費仕事率」と称する）との大小比較をする仕事率比較手段と、前記状態判断結果と前記仕事率比較結果とに基づいて、前記内燃機関と前記電動機の動作モードを選択する動作モード選択手段と、前記必要仕事率に対して等しいかそれ以上となる仕事率を前記内燃機関で発生した場合の、前記出力軸仕事率と、余剰分の仕事率から前記蓄電装置に充電した電力を将来放電したときに利用できる電力の発生に用いられた仕事率との和（以下、「有効仕事率」と称する）の単位量当たりの前記内燃機関に関する所定の物理量（以下、「有効仕事率当たり物理量」と称する）を種々の前記必要仕事率と種々の前記内燃機関の仕事率に対して算出する有効仕事率当たり物理量算出手段と、前記動作モードに基づいて、（１）電動機により走行する場合には、変速機の伝達効率を考慮して前記出力軸仕事率を実現するための前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を算出し、（２）内燃機関又は内燃機関及び電動機により走行する場合には、前記有効仕事率当たり物理量算出手段に基づいて、前記しきい値と等しい有効仕事率当たり物理量となる内燃機関の仕事率を算出し、前記出力軸仕事率と前記内燃機関の仕事率の双方を満たす前記内燃機関のトルクと回転数、前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を算出する目標ユニット動作点算出手段とを備えて成るハイブリッド車の制御装置。
【請求項２０】 前記有効仕事率当たり物理量は、前記内燃機関における有効仕事率当たりの燃料消費量であることを特徴とする請求項１９に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項２１】 前記有効仕事率当たり物理量は、前記内燃機関における有効仕事率当たりの排出を制限したい排出ガス成分量であることを特徴とする請求項１９に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項２２】 前記動作モード選択手段が、（１）前記状態判断手段において前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量が前記しきい値よりも望ましくない状態であると判断され、かつ、前記仕事率比較手段において前記必要仕事率が前記最小燃料消費仕事率よりも小さいと判断された場合には、前記出力軸仕事率を満たす仕事率を前記電動機において発生する第１の動作モードを選択し、（２）前記状態判断手段において前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量が前記しきい値よりも望ましい状態であると判断された場合には、前記必要仕事率に対してそれ以上となる仕事率を内燃機関において発生させ、余剰分の仕事率により発電し蓄電装置に充電する第２の動作モードを選択し、（３）前記状態判断手段において前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量が前記しきい値よりも望ましくない状態であると判断され、かつ、前記仕事率比較手段において前記必要仕事率が前記最小燃料消費仕事率よりも大きいと判断された場合には、前記しきい値以下となる最大の前記必要仕事率を前記内燃機関において発生し、前記必要仕事率に対して不足する仕事率を前記電動機において発生する第３の動作モードを選択し、（４）前記仕事率比較手段において前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量と前記しきい値が一致する場合には、前記必要仕事率を内燃機関において発生する第４の動作モードを選択することを特徴とする請求項１９〜２１のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項２３】 前記目標ユニット動作点算出手段が、（１）前記動作モード選択手段において第１の動作モードが選択された場合には、前記電動機のエネルギ変換効率と前記変速機の伝達効率から、前記出力軸仕事率を最小電力で賄う前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を算出し、（２）前記動作モード選択手段において第２の動作モードが選択された場合には、前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出手段を用いて、前記必要仕事率及び前記しきい値に基づいて、前記しきい値と等しい前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量となる前記内燃機関の仕事率から対応する前記内燃機関のトルクと回転数、前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を算出し、（３）前記動作モード選択手段において第３の動作モードが選択された場合には、前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出手段を用いて、前記しきい値から前記しきい値以下となる最大の前記必要仕事率に対応する前記内燃機関のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比と、前記必要仕事率に対して不足する仕事率を前記電動機において発生する際の前記電動機のトルクと回転数を算出し、（４）前記動作モード選択手段において第４の動作モードが選択された場合には、前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出手段を用いて、前記必要仕事率及び前記しきい値から、前記しきい値と等しい前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量となる内燃機関の仕事率を算出し、対応する前記内燃機関のトルクと回転数、前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を算出することを特徴とする請求項１９〜２２のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項２４】 前記必要仕事率利発生時有効仕事率当たり物理量算出手段が、前記内燃機関の燃料消費率特性と前記電動機のエネルギ変換効率、及び前記変速機の伝達効率を考慮して、前記内燃機関に関する所定の物理量を最小とするよう算出された前記内燃機関のトルクと回転数、前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を用いることを特徴とする請求項１９〜２３のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項２５】 原動機と発電機あるいは燃料電池から構成される発電装置と、走行用の電動機と、前記発電装置で発生した発電電力と前記電動機の回生電力とを蓄積する蓄電装置とを備え、前記原動機と前記電動機との少なくとも一方の駆動力により走行するハイブリッド車を制御するハイブリッド車の制御装置において、ドライバーの要求する駆動力に応じた駆動仕事率を実現するために必要な前記発電装置の仕事率と補機類の動作に必要な補機仕事率とに基づいて、走行に必要な必要仕事率を算出する必要仕事率算出手段と、前記必要仕事率を前記発電装置で発生した場合の、前記原動機あるいは燃料電池に関する単位仕事率当たりの所定の物理量（以下、単位仕事率当たり物理量と称する）を算出する単位仕事率当たり物理量算出手段と、前記発電装置、蓄電装置及び電動機の動作モードを選択するための比較基準値となる、前記単位仕事率当たり物理量と同一単位のしきい値を算出するしきい値算出手段と、前記しきい値と単位仕事率当たり物理量とを比較し、その結果に応じて前記発電装置、蓄電装置及び電動機の動作モードを選択する動作モード選択手段と、前記しきい値以下となる前記発電装置の動作点を算出する動作点算出手段とを備え、前記動作点算出手段が、前記蓄電装置の充電状態を検出する充電状態検出手段と、前記充電状態検出手段による充電状態検出値に基づいて、前記蓄電装置の充電状態と充電量とに対応した充電効率を算出する充電効率算出手段と、前記発電装置のエネルギ変換効率と前記充電効率とに基づいて、前記必要仕事率以上となる仕事率を前記発電装置で発生した場合の前記駆動仕事率及び補機仕事率、並びに余剰分の仕事率を用いて前記蓄電装置に充電される仕事率の和（以下、有効仕事率と称する）の単位仕事率当たりの前記発電装置に関する所定の物理量（以下、有効仕事率当たり物理量と称する）を種々の前記必要仕事率と種々の前記原動機あるいは前記燃料電池の仕事率について充電状態毎に算出する有効仕事率当たり物理量算出手段とを有して成るハイブリッド車の制御装置。
【請求項２６】 内燃機関と、走行用の電動機と、前記電動機の発電電力及び回生電力を蓄積する蓄電装置と、変速機を備え、前記内燃機関と電動機との少なくとも一方の動力を前記変速機を介して出力軸に伝達するハイブリッド車を制御するハイブリッド車の制御装置において、ドライバーの要求する駆動力に応じた駆動仕事率を実現するために必要な前記内燃機関の仕事率と補機類の動作に必要な補機仕事率とに基づいて、走行に必要な必要仕事率を算出する必要仕事率算出手段と、前記必要仕事率を前記内燃機関で発生した場合の、前記内燃機関に関する単位仕事率当たりの所定の物理量（以下、単位仕事率当たり物理量と称する）を算出する単位仕事率当たり物理量算出手段と、前記内燃機関、蓄電装置及び電動機の動作モードを選択するための比較基準値となる、前記単位仕事率当たり物理量と同一単位のしきい値を算出するしきい値算出手段と、前記しきい値と単位仕事率当たり物理量とを比較し、その結果に応じて前記内燃機関、蓄電装置及び電動機の動作モードを選択する動作モード選択手段と、前記しきい値以下となる前記内燃機関の動作点を算出する動作点算出手段とを備え、前記動作点算出手段が、前記蓄電装置の充電状態を検出する充電状態検出手段と、前記充電状態検出手段による充電状態検出値に基づいて、前記蓄電装置の充電状態と充電量とに対応した充電効率を算出する充電効率算出手段と、前記変速機の変速比に対応した伝達効率を算出する伝達効率算出手段と、前記内燃機関のエネルギ変換効率と前記充電効率及び伝達効率とに基づいて、前記必要仕事率以上となる仕事率を前記内燃機関で発生した場合の前記駆動仕事率及び補機仕事率、並びに余剰分の仕事率を用いて前記蓄電装置に充電される電力の和（以下、有効仕事率と称する）の単位仕事率当たりの前記原動機に関する所定の物理量（以下、有効仕事率当たり物理量と称する）を、種々の前記必要仕事率と種々の前記原動機の仕事率とについて充電状態毎に算出する有効仕事率当たり物理量算出手段とを有して成るハイブリッド車の制御装置。
【請求項２７】 前記しきい値算出手段が、前記発電装置又は内燃機関の動作モードを選択するための前記単位仕事率当たり物理量と同一単位のしきい値を前記充電状態検出値に対応させて算出し、その対応関係は前記充電状態検出値が前記蓄電装置の利用可能範囲の上限に近づくほど、発電時の前記単位仕事率当たり物理量がより良好となるようにしきい値を変化させ、前記充電状態検出値が前記蓄電装置の利用可能範囲の下限に近づくほど、前記単位仕事率当たり物理量が良好ではなくても発電するようにしきい値を変化させることを特徴とする請求項２５又は２６に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項２８】 前記しきい値算出手段が、所定時間内に前記動作モードの切替があったことを検出する動作モード切替検出手段と、前記動作モードの切替を検出した場合に出力するしきい値にヒステリシスを設けるヒステリシス設定手段とを備えたことを特徴とする請求項２７に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項２９】 前記単位仕事率当たり物理量は、前記原動機あるいは燃料電池、又は内燃機関における前記単位仕事率当たりの燃料消費量であることを特徴とする請求項２５〜２８のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項３０】 前記単位仕事率当たり物理量は、前記原動機あるいは燃料電池、又は内燃機関における前記単位仕事率当たりの排出を制限したい排出ガス成分量であることを特徴とする請求項２５〜２８のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項３１】 車両走行用の電動機と、燃料を使用して発電を行う発電装置と、前記発電装置で発生した発電電力や車両の減速時に前記電動機が発生する回生電力を蓄電する蓄電装置とを搭載するハイブリッド車を制御するハイブリッド車の制御装置において、現在の車両の消費電力を算出する消費電力算出手段と、前記蓄電装置の充電状態に基づいて、前記発電装置と前記蓄電装置との動作モードを選択するためのしきい値を算出するしきい値算出手段と、前記発電装置で消費電力と等しい電力を発生させる場合の単位有効電力当たり燃料消費率を示すダイレクト配電時有効燃料消費率曲線と前記しきい値と前記消費電力算出手段で求めた現在の消費電力とに基づいて、前記発電装置と前記蓄電装置との動作モードを選択する動作モード選択手段と、前記発電装置で消費電力より大きい電力を発生させる場合の単位有効電力当たり燃料消費率を示す余剰電力充電時有効燃料消費率曲線と前記ダイレクト配電時有効燃料消費率曲線と前記しきい値と前記消費電力算出手段で求めた現在の消費電力と前記動作モード選択手段で選択した動作モードとに基づいて、前記発電装置の目標発電電力を算出する目標発電電力算出手段とを備えて成るハイブリッド車の制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ハイブリッド車の制御装置として特開平９−９８５１６号に記載されたものが知られている。この従来のハイブリッド車の制御装置は、パラレルハイブリッド車（Ｐ−ＨＥＶ）に関連し、燃料消費率又は排出ガス量を低減することを目的とし、内燃機関を動力源として走行する場合の内燃機関に関する物理量（燃料消費率、排出ガス率など）と、電動機を動力源として走行する場合の内燃機関で発電機を回して電力に変換する際の発電効率、電力を蓄電装置に蓄電する際の充電効率を考慮した上での内燃機関に関する物理量（燃料消費率、排出ガス率など）とを比較し、物理量がより好適なもの（燃料消費率や排出ガス率を物理量とする場合にはより少ない方）を動力源として選択することを特徴としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例では、走行に必要な消費出力が比較的小さい（低負荷運転）領域では、内燃機関は消費出力よりも大きい出力を発生させて、その消費出力を超える余剰分で充電を行い、走行に必要な消費出力が比較的大きい（高負荷運転）領域では、内燃機関は消費出力だけを発生させることになる。
【０００４】確かに瞬時の充電効率を考えた場合には、上述した充電動作を行うと充電効率は良くなるが、運転領域全体を考えた場合には、低負荷運転領域で内燃機関が消費出力よりも大きい出力を発生させて、その消費出力を超える余剰分で充電を行ったときの充電効率よりも、高負荷運転領域で内燃機関が消費出力よりも大きい出力を発生させて、その消費電力を超える余剰分で充電を行ったときの充電効率の方が良い場合があり、必ずしも充電効率が最適化、ひいては燃料消費率が最適化されているとはいえなかった。
【０００５】本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、運転領域全体での効率を考慮し、燃料消費率や排出ガス量等の所定の物理量がより好適なものを動力源として選択して車両を走行させることができるハイブリッド車の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、車両走行用の電動機と、発電装置と、前記発電装置で発生した発電電力や車両の減速時に前記電動機が発生する回生電力を蓄電し、必要に応じて放電する蓄電装置とから構成されるハイブリッド車を制御するハイブリッド車の制御装置において、現在の車両の消費電力を算出する消費電力算出手段と、蓄電装置状態を算出する蓄電装置状態算出手段と、前記蓄電装置状態に基づいて、前記消費電力に対して等しいかあるいは余剰となる発電を行う場合における、前記消費電力と前記蓄電装置に充電した余剰電力を将来放電したときに消費できる電力との和（つまり、有効電力）についてその単位量当たりの前記発電装置に関する所定の物理量（つまり、有効電力当たり物理量）を種々の消費電力と種々の発電電力に対して算出する有効電力当たり物理量算出手段と、前記発電装置と前記蓄電装置との動作モードを選択するために前記有効電力当たり物理量と同一単位のしきい値を所定の演算によって求めるしきい値算出手段と、前記しきい値と前記消費電力に対応する前記有効電力当たり物理量との比較に基づいて前記発電装置と蓄電装置の動作モードを選択する動作モード選択手段と、前記しきい値と前記有効電力当たり物理量から前記発電装置に対する目標発電電力を算出する目標発電電力算出手段とを備えたものである。
【０００７】また請求項２の発明は、前記発電装置を内燃機関と発電機で構成するようにしたものである。
【０００８】また請求項３の発明は、前記発電装置を燃料電池で構成するようにしたものである。
【０００９】また請求項４の発明は、前記有効電力当たり物理量として、前記内燃機関又は前記燃料電池における有効電力当たりの燃料消費量を採用するようにしたものである。
【００１０】また請求項５の発明は、前記有効電力当たり物理量として、前記内燃機関又は前記燃料電池における有効電力当たりの排出ガス量を採用するようにしたものである。
【００１１】また請求項６の発明は、前記動作モード選択手段が、（１）前記消費電力が前記発電装置の最高発電効率点で発電できる電力よりも小さく、かつ前記消費電力に対応する前記有効電力当たり物理量が前記しきい値よりも望ましくない状態である場合には、前記消費電力と同量の電力を前記蓄電装置から供給する第１の動作モードを、（２）前記消費電力に対応する前記有効電力当たり物理量が前記しきい値よりも望ましい状態である場合には、前記しきい値と等しい前記有効電力当たり物理量となる電力を前記発電装置により発電し、前記消費電力に対して余剰となった電力を前記蓄電装置に蓄電する第２の動作モードを、（３）前記消費電力が前記発電装置の最高発電効率点で発電できる電力以上であり、かつ前記消費電力に対応する前記有効電力当たり物理量が前記しきい値よりも望ましくない状態である場合には、前記しきい値以下となる最大電力を前記発電装置により発電し、前記消費電力に対して不足する電力を前記蓄電装置から供給する第３の動作モードを、（４）前記消費電力に対応する前記有効電力当たり物理量と前記しきい値が一致する場合には、前記発電装置により前記消費電力と同量の電力を発電する第４の動作モードを選択するようにしたものである。
【００１２】また請求項７の発明は、前記目標発電電力算出手段が、（１）前記動作モード選択手段において第１の動作モードが選択された場合には前記目標発電電力を０とし、（２）前記動作モード選択手段において第２の動作モードが選択された場合には、前記有効電力当たり物理量算出手段において前記しきい値と等しい前記有効電力当たり物理量となる前記発電電力を検索して前記目標発電電力とし、（３）前記動作モード選択手段において第３の動作モードが選択された場合には、前記有効電力当たり物理量算出手段において前記しきい値以下の前記有効電力当たり物理量となる最大電力を検索して前記目標発電電力とし、（４）前記動作モード選択手段において第４の動作モードが選択された場合には、前記消費電力と同量の電力を前記目標発電電力とするようにしたものである。
【００１３】また請求項８の発明は、前記しきい値算出手段が、対象とする物理量に関するしきい値を蓄電装置状態に対応させて算出するものとし、その対応関係には蓄電装置状態が前記蓄電装置の利用可能範囲の条件に近づくほど発電時の物理量がより良好となるようにしきい値を変化させ、蓄電装置状態が利用可能範囲の下限に近づくほど物理量が良好ではなくても発電するようにしきい値を変化させる関数関係を採用するようにしたものである。
【００１４】また請求項９の発明は、対象とする物理量に関するしきい値と蓄電装置状態との関係には、蓄電装置状態の利用可能な範囲内での最小値でのしきい値が、消費電力が最小の時に余剰電力を発生させた場合の物理量の最適値と等しい値にし、蓄電装置状態の利用可能な範囲内での最大値でのしきい値が、消費電力と発電量との取り得るすべての組み合わせに対応した物理量の中の最適値と等しい値にするものを採用するようにしたものである。
【００１５】また請求項１０の発明は、対象とする物理量に関するしきい値と蓄電装置状態との対応関係には、蓄電装置状態の利用可能な範囲内での最小値より第１の所定値だけ大きいときのしきい値が、消費電力が最小のときに余剰電力を発生させた場合の物理量の最適値と等しい値にし、蓄電装置状態の利用可能な範囲内での最大値より第２の所定値だけ小さいときのしきい値が、消費電力と発電量との取り得るすべての組み合わせに対応した物理量の中の最適値と等しい値にするものを採用するようにしたものである。
【００１６】また請求項１１の発明は、前記しきい値算出手段が、前記蓄電装置に充電する場合に用いる蓄電装置状態としきい値との対応関係と、前記蓄電装置から放電する場合に用いる蓄電装置状態としきい値との対応関係とに異ならせるようにしたものである。
【００１７】また請求項１２の発明は、さらに、車両の走行状態情報に基づき、将来要求される電力を予測する将来要求電力予測手段と、予測された将来要求電力に応じて前記しきい値を補正するしきい値補正手段とを備えるようにしたものである。
【００１８】また請求項１３の発明は、前記将来要求電力予測手段が、車両運転状態、補機運転状態又は道路状態に基づいて将来要求される電力を予測するようにしたものである。
【００１９】また請求項１４の発明は、さらに、前記蓄電装置の温度状態を検出する蓄電装置温度検出手段と、検出された蓄電装置の温度状態に応じて前記しきい値を補正するしきい値補正手段とを備えるようにしたものである。
【００２０】また請求項１５の発明は、前記しきい値補正手段が、前記蓄電装置の温度状態があらかじめ定められた第１の温度よりも高いか、若しくはあらかじめ定められた第２の温度よりも低い場合には、動作モード切替しきい値を充電がされにくいように補正するようにしたものである。
【００２１】また請求項１６の発明は、前記蓄電装置状態検出手段が、前記蓄電装置のSOCを検出するようにしたものである。
【００２２】また請求項１７の発明は、前記蓄電装置状態検出手段が、前記蓄電装置の端子間電圧を検出するようにしたものである。
【００２３】また請求項１８の発明は、前記蓄電装置の内部抵抗値を検出するようにしたものである。
【００２４】請求項１９の発明は、内燃機関と電動機と蓄電装置、及び変速機を備え、前記内燃機関と前記電動機の少なくとも一方の動力を前記変速機を介して出力軸に伝達するハイブリッド車を制御するハイブリッド車の制御装置において、車速を検出する車速検出手段と、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル踏み込み量検出手段と、前記車速検出値と前記アクセルペダル踏み込み量検出値に基づいて、出力軸仕事率を算出する出力軸仕事率算出手段と、前記蓄電装置の充電時及び放電時におけるエネルギ効率あるいはそれに相当する蓄電装置状態を算出する蓄電装置状態算出手段と、変速比に対する伝達効率特性から、前記伝達効率を算出する変速機伝達効率算出手段と、前記内燃機関の燃料消費率特性と前記変速機の伝達効率を考慮して、前記出力軸仕事率の実現に必要な必要仕事率を内燃機関において発生した場合に、前記出力軸仕事率の単位量当たりの内燃機関に関する所定の物理量（つまり、必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量）を算出する必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出手段と、前記内燃機関と前記電動機の動作モードを選択するための前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量と同一単位のしきい値を設定するしきい値算出手段と、前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量が前記しきい値に対して望ましい状態にあるかを判断する状態判断手段と、前記必要仕事率と単位仕事率当たりの内燃機関に関する所定の物理量を最小とする前記内燃機関の動作点における最小燃料消費仕事率との大小比較をする仕事率比較手段と、前記状態判断結果と前記仕事率比較結果とに基づいて、前記内燃機関と前記電動機の動作モードを選択する動作モード選択手段と、前記必要仕事率に対して等しいかそれ以上となる仕事率を前記内燃機関で発生した場合の、前記出力軸仕事率と余剰分の仕事率から前記蓄電装置に充電した電力を将来放電したときに利用できる電力の発生に用いられた仕事率との和（つまり、有効仕事率）の単位量当たりの前記内燃機関に関する所定の物理量（つまり、有効仕事率当たり物理量）を種々の前記必要仕事率と種々の前記内燃機関の仕事率に対して算出する有効仕事率当たり物理量算出手段と、前記動作モードに基づいて、（１）電動機により走行する場合には、変速機の伝達効率を考慮して前記出力軸仕事率を実現するための前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を算出し、（２）内燃機関又は内燃機関及び電動機により走行する場合には、前記有効仕事率当たり物理量算出手段に基づいて、前記しきい値と等しい有効仕事率当たり物理量となる内燃機関の仕事率を算出し、前記出力軸仕事率と前記内燃機関の仕事率の双方を満たす前記内燃機関のトルクと回転数、前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を算出する目標ユニット動作点算出手段とを備えたものである。
【００２５】請求項２０の発明は、前記有効仕事率当たり物理量を、前記内燃機関における有効仕事率当たりの燃料消費量としたものである。
【００２６】請求項２１の発明は、前記有効仕事率当たり物理量を、前記内燃機関における有効仕事率当たりの排出を制限したい排出ガス成分量としたものである。
【００２７】請求項２２の発明は、前記動作モード選択手段が、（１）前記状態判断手段において前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量が前記しきい値よりも望ましくない状態であると判断され、かつ、前記仕事率比較手段において前記必要仕事率が前記最小燃料消費仕事率よりも小さいと判断された場合には、前記出力軸仕事率を満たす仕事率を前記電動機において発生する第１の動作モードを選択し、（２）前記状態判断手段において前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量が前記しきい値よりも望ましい状態であると判断された場合には、前記必要仕事率に対してそれ以上となる仕事率を内燃機関において発生させ、余剰分の仕事率により発電し蓄電装置に充電する第２の動作モードを選択し、（３）前記状態判断手段において前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量が前記しきい値よりも望ましくない状態であると判断され、かつ、前記仕事率比較手段において前記必要仕事率が前記最小燃料消費仕事率よりも大きいと判断された場合には、前記しきい値以下となる最大の前記必要仕事率を前記内燃機関において発生し、前記必要仕事率に対して不足する仕事率を前記電動機において発生する第３の動作モードを選択し、（４）前記仕事率比較手段において前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量と前記しきい値が一致する場合には、前記必要仕事率を内燃機関において発生する第４の動作モードを選択するようにしたものである。
【００２８】請求項２３の発明は、前記目標ユニット動作点算出手段が、（１）前記動作モード選択手段において第１の動作モードが選択された場合には、前記電動機のエネルギ変換効率と前記変速機の伝達効率から、前記出力軸仕事率を最小電力で賄う前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を算出し、（２）前記動作モード選択手段において第２の動作モードが選択された場合には、前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出手段を用いて、前記必要仕事率及び前記しきい値に基づいて、前記しきい値と等しい前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量となる前記内燃機関の仕事率から対応する前記内燃機関のトルクと回転数、前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を算出し、（３）前記動作モード選択手段において第３の動作モードが選択された場合には、前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出手段を用いて、前記しきい値から前記しきい値以下となる最大の前記必要仕事率に対応する前記内燃機関のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比と、前記必要仕事率に対して不足する仕事率を前記電動機において発生する際の前記電動機のトルクと回転数を算出し、（４）前記動作モード選択手段において第４の動作モードが選択された場合には、前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出手段を用いて、前記必要仕事率及び前記しきい値から、前記しきい値と等しい前記必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量となる内燃機関の仕事率を算出し、対応する前記内燃機関のトルクと回転数、前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を算出するようにしたものである。
【００２９】請求項２４の発明は、前記必要仕事率利発生時有効仕事率当たり物理量算出手段が、前記内燃機関の燃料消費率特性と前記電動機のエネルギ変換効率、及び前記変速機の伝達効率を考慮して、前記内燃機関に関する所定の物理量を最小とするよう算出された前記内燃機関のトルクと回転数、前記電動機のトルクと回転数、及び前記変速機の変速比を用いるようにしたものである。
【００３０】請求項２５の発明は、原動機と発電機あるいは燃料電池から構成される発電装置と、走行用の電動機と、前記発電装置で発生した発電電力と前記電動機の回生電力とを蓄積する蓄電装置とを備え、前記原動機と前記電動機との少なくとも一方の駆動力により走行するハイブリッド車を制御するハイブリッド車の制御装置において、ドライバーの要求する駆動力に応じた駆動仕事率を実現するために必要な前記発電装置の仕事率と補機類の動作に必要な補機仕事率とに基づいて、走行に必要な必要仕事率を算出する必要仕事率算出手段と、前記必要仕事率を前記発電装置で発生した場合の、前記原動機あるいは燃料電池に関する単位仕事率当たりの所定の物理量（つまり、単位仕事率当たり物理量）を算出する単位仕事率当たり物理量算出手段と、前記発電装置、蓄電装置及び電動機の動作モードを選択するための比較基準値となる、前記単位仕事率当たり物理量と同一単位のしきい値を算出するしきい値算出手段と、前記しきい値と単位仕事率当たり物理量とを比較し、その結果に応じて前記発電装置、蓄電装置及び電動機の動作モードを選択する動作モード選択手段と、前記しきい値以下となる前記発電装置の動作点を算出する動作点算出手段とを備え、前記動作点算出手段が、前記蓄電装置の充電状態を検出する充電状態検出手段と、前記充電状態検出手段による充電状態検出値に基づいて、前記蓄電装置の充電状態と充電量とに対応した充電効率を算出する充電効率算出手段と、前記発電装置のエネルギ変換効率と前記充電効率とに基づいて、前記必要仕事率以上となる仕事率を前記発電装置で発生した場合の前記駆動仕事率及び補機仕事率、並びに余剰分の仕事率を用いて前記蓄電装置に充電される仕事率の和（つまり、有効仕事率）の単位仕事率当たりの前記発電装置に関する所定の物理量（つまり、有効仕事率当たり物理量）を種々の前記必要仕事率と種々の前記原動機あるいは前記燃料電池の仕事率について充電状態毎に算出する有効仕事率当たり物理量算出手段とを有して成るものである。
【００３１】請求項２６の発明は、内燃機関と、走行用の電動機と、前記電動機の発電電力と回生電力とを蓄積する蓄電装置と、変速機を備え、前記内燃機関と電動機との少なくとも一方の動力を前記変速機を介して出力軸に伝達するハイブリッド車を制御するハイブリッド車の制御装置において、ドライバーの要求する駆動力に応じた駆動仕事率を実現するために必要な前記内燃機関の仕事率と補機類の動作に必要な補機仕事率とに基づいて、走行に必要な必要仕事率を算出する必要仕事率算出手段と、前記必要仕事率を前記内燃機関で発生した場合の、前記内燃機関に関する単位仕事率当たりの所定の物理量（つまり、単位仕事率当たり物理量）を算出する単位仕事率当たり物理量算出手段と、前記内燃機関、蓄電装置及び電動機の動作モードを選択するための比較基準値となる、前記単位仕事率当たり物理量と同一単位のしきい値を算出するしきい値算出手段と、前記しきい値と単位仕事率当たり物理量とを比較し、その結果に応じて前記内燃機関、蓄電装置及び電動機の動作モードを選択する動作モード選択手段と、前記しきい値以下となる前記内燃機関の動作点を算出する動作点算出手段とを備え、前記動作点算出手段が、前記蓄電装置の充電状態を検出する充電状態検出手段と、前記充電状態検出手段による充電状態検出値に基づいて、前記蓄電装置の充電状態と充電量とに対応した充電効率を算出する充電効率算出手段と、前記変速機の変速比に対応した伝達効率を算出する伝達効率算出手段と、前記内燃機関のエネルギ変換効率と前記充電効率及び伝達効率とに基づいて、前記必要仕事率以上となる仕事率を前記内燃機関で発生した場合の前記駆動仕事率及び補機仕事率、並びに余剰分の仕事率を用いて前記蓄電装置に充電される電力の和（つまり、有効仕事率）の単位仕事率当たりの前記原動機に関する所定の物理量（つまり、有効仕事率当たり物理量）を、種々の前記必要仕事率と種々の前記原動機の仕事率とについて充電状態毎に算出する有効仕事率当たり物理量算出手段とを有して成るものである。
【００３２】請求項２７の発明は、前記しきい値算出手段が、前記発電装置又は内燃機関の動作モードを選択するための前記単位仕事率当たり物理量と同一単位のしきい値を前記充電状態検出値に対応させて算出し、その対応関係は前記充電状態検出値が前記蓄電装置の利用可能範囲の上限に近づくほど、発電時の前記単位仕事率当たり物理量がより良好となるようにしきい値を変化させ、前記充電状態検出値が前記蓄電装置の利用可能範囲の下限に近づくほど、前記単位仕事率当たり物理量が良好ではなくても発電するようにしきい値を変化させるものである。
【００３３】請求項２８の発明は、前記しきい値算出手段が、所定時間内に前記動作モードの切替があったことを検出する動作モード切替検出手段と、前記動作モードの切替を検出した場合に出力するしきい値にヒステリシスを設けるヒステリシス設定手段とを備えたものである。
【００３４】請求項２９の発明は、前記単位仕事率当たり物理量を、前記原動機あるいは燃料電池、又は内燃機関における前記単位仕事率当たりの燃料消費量としたものである。
【００３５】請求項３０の発明は、前記単位仕事率当たり物理量を、前記原動機あるいは燃料電池、又は内燃機関における前記単位仕事率当たりの排出を制限したい排出ガス成分量としたものである。
【００３６】請求項３１の発明は、車両走行用の電動機と、燃料を使用して発電を行う発電装置と、前記発電装置で発生した発電電力や車両の減速時に前記電動機が発生する回生電力を蓄電する蓄電装置とを搭載するハイブリッド車を制御するハイブリッド車の制御装置において、現在の車両の消費電力を算出する消費電力算出手段と、前記蓄電装置の充電状態に基づいて、前記発電装置と前記蓄電装置との動作モードを選択するためのしきい値を算出するしきい値算出手段と、前記発電装置で消費電力と等しい電力を発生させる場合の単位有効電力当たり燃料消費率を示すダイレクト配電時有効燃料消費率曲線と前記しきい値と前記消費電力算出手段で求めた現在の消費電力とに基づいて、前記発電装置と前記蓄電装置との動作モードを選択する動作モード選択手段と、前記発電装置で消費電力より大きい電力を発生させる場合の単位有効電力当たり燃料消費率を示す余剰電力充電時有効燃料消費率曲線と前記ダイレクト配電時有効燃料消費率曲線と前記しきい値と前記消費電力算出手段で求めた現在の消費電力と前記動作モード選択手段で選択した動作モードとに基づいて、前記発電装置の目標発電電力を算出する目標発電電力算出手段とを備えたものである。
【００３７】
【発明の効果】請求項１〜３の発明によれば、消費電力算出手段により現在の走行や補機類の消費電力を算出し、蓄電池状態算出手段により蓄電装置の充電時及び放電時におけるエネルギの変換効率及びそれに相当する蓄電装置状態を算出する。そしてこの蓄電装置状態に基づき、物理量算出手段により消費電力に対して等しいかあるいは余剰となる発電を行う場合における有効電力当たり物理量を種々の消費電力と種々の発電電力に対して算出し、しきい値算出手段によって発電装置と蓄電装置との動作モードを選択するために有効電力当たり物理量と同一単位のしきい値を求める。そして動作モード選択手段がこのしきい値と消費電力に対応する有効電力当たり物理量との比較に基づき、発電装置と蓄電装置の動作モードを選択し、目標発電電力算出手段がしきい値と有効電力当たり物理量から発電装置に対する目標発電電力を算出する。こうして、走行用電動機に電力を供給する際の発電装置と蓄電装置の動作モードや発電装置での目標発電電力を決定することにより、発電装置に関する所定の物理量を従来と比較して増加あるいは低減することができる。
【００３８】請求項４の発明によれば、有効電力当たり物理量として、内燃機関又は燃料電池における有効電力当たりの燃料消費量を採用することにより、電気エネルギに対する燃料消費量の低減が図れる。
【００３９】請求項５の発明によれば、有効電力当たり物理量として、内燃機関又は燃料電池における有効電力当たりの排出ガス量を採用することにより、電気エネルギに対する排出ガス量を低減することができる。
【００４０】請求項６の発明によれば、消費電力が発電装置の最高発電効率点で発電できる電力よりも小さく、かつ消費電力に対応する有効電力当たり物理量がしきい値よりも望ましくない状態である場合には、消費電力と同量の電力を蓄電装置から供給する第１の動作モードを選択し、消費電力に対応する有効電力当たり物理量がしきい値よりも望ましい状態である場合には、しきい値と等しい有効電力当たり物理量となる電力を発電装置により発電し、消費電力に対して余剰となった電力を蓄電装置に蓄電する第２の動作モードを選択し、消費電力が発電装置の最高発電効率点で発電できる電力以上であり、かつ消費電力に対応する有効電力当たり物理量がしきい値よりも望ましくない状態である場合には、しきい値以下となる最大電力を発電装置により発電し、消費電力に対して不足する電力を蓄電装置から供給する第３の動作モードを選択し、消費電力に対応する有効電力当たり物理量としきい値が一致する場合には、発電装置により消費電力と同量の電力を発電する第４の動作モードを選択することにより、システム全体として燃料消費の高度な効率化が図れる。
【００４１】請求項７の発明によれば、（１）動作モード選択手段において第１の動作モードが選択された場合には目標発電電力を０とし、（２）動作モード選択手段において第２の動作モードが選択された場合には、有効電力当たり物理量算出手段においてしきい値と等しい有効電力当たり物理量となる発電電力を検索して目標発電電力とし、（３）動作モード選択手段において第３の動作モードが選択された場合には、有効電力当たり物理量算出手段においてしきい値以下の有効電力当たり物理量となる最大電力を検索して目標発電電力とし、（４）動作モード選択手段において第４の動作モードが選択された場合には、消費電力と同量の電力を目標発電電力とするので、これらで設定された目標発電電力の発電を行うことによってシステム全体として燃料消費の高度な効率化が図れる。
【００４２】請求項８の発明によれば、対象とする物理量に関するしきい値を蓄電装置状態に対応させて算出するものとし、その対応関係には蓄電装置状態が蓄電装置の利用可能範囲の条件に近づくほど発電時の物理量がより良好となるようにしきい値を変化させ、蓄電装置状態が利用可能範囲の下限に近づくほど物理量が良好ではなくても発電するようにしきい値を変化させる関数関係を採用することにより、効率が最も良好な状態の近くで可能な限り大量の充電を行い、この充電により蓄積されている蓄電装置の電力を放電・消費させることができ、全体としてみた場合の燃料消費効率を高めることができ、また蓄電装置状態が利用可能範囲の下限に近づき、物理量が良好でない場合には必要最小限度の充電を行うことにより蓄電装置が損傷するのを防止することができる。
【００４３】請求項９の発明によれば、対象とする物理量に関するしきい値と蓄電装置状態との関係には、蓄電装置状態の利用可能な範囲内での最小値でのしきい値が、消費電力が最小の時に余剰電力を発生させた場合の物理量の最適値と等しい値にし、蓄電装置状態の利用可能な範囲内での最大値でのしきい値が、消費電力と発電量との取り得るすべての組み合わせに対応した物理量の中の最適値と等しい値にするものを採用することにより、しきい値が変化する範囲と、蓄電装置への充電も考慮した、取り得る消費電力それぞれの最適値の変化範囲とを対応させ、効率が良い運転状態で充電が不足するのを避け、また効率が悪い運転状態で不要に充電するのを避け、燃料消費率のいっそうの向上が図れる。
【００４４】請求項１０の発明によれば、対象とする物理量に関するしきい値と蓄電装置状態との対応関係には、蓄電装置状態の利用可能な範囲内での最小値より第１の所定値だけ大きいときのしきい値を、消費電力が最小のときに余剰電力を発生させた場合の物理量の最適値と等しい値にし、蓄電装置状態の利用可能な範囲内での最大値より第２の所定値だけ小さいときのしきい値を、消費電力と発電量との取り得るすべての組み合わせに対応した物理量の中の最適値と等しい値にすることにより、蓄電装置の充電状態が上限に達したために回生制動によるエネルギを回収できなくなるのを避けることができ、また極端に効率の悪い状態で発電する問題も避けることができる。
【００４５】請求項１１の発明によれば、蓄電装置に充電する場合に用いる蓄電装置状態としきい値との対応関係と、蓄電装置から放電する場合に用いる蓄電装置状態としきい値との対応関係とに異なった種類のものを用いることにより、ある一定のしきい値付近で充放電を繰り返して頻繁に発電装置の動作点が変化する問題を避けることができ、その結果、ドライバーに違和感を与えることを避けることができ、また蓄電装置の劣化が早まるのを防ぐことができる。
【００４６】請求項１２及び１３の発明によれば、車両運転状態、補機運転状態又は道路状態のような車両の走行状態情報に基づいて将来要求される電力を予測し、予測された将来要求電力に応じてしきい値を補正することにより、的確な動作モードの選択ができ、また充放電時の損失電力の低減が図れる。また蓄電電力を有効に消費できないという問題の発生も避けることができる。
【００４７】請求項１４及び１５の発明によれば、蓄電装置の温度状態に応じてしきい値を補正することにより、蓄電装置温度が充放電効率の低い領域にある場合には充放電量を減らし、蓄電装置温度が充放電効率の高い領域にある場合には充放電量を増やすことができ、的確な動作状態の選択と、充放電時の損失電力の低減が図れる。
【００４８】請求項１６の発明によれば、蓄電装置状態検出手段が蓄電装置の状態としてそのSOCを検出するようにしたので、蓄電装置の状態を正確に判定して充放電制御することができる。
【００４９】請求項１７の発明によれば、蓄電装置状態検出手段が蓄電装置の状態としてその端子間電圧を検出するようにしたので、簡易な構成で蓄電装置の状態を判定して充放電制御することができる。
【００５０】請求項１８の発明によれば、蓄電装置状態検出手段が蓄電装置の状態としてその内部抵抗値を検出するようにしたので、簡易な構成で蓄電装置の状態を判定して充放電制御することができる。
【００５１】請求項１９の発明によれば、内燃機関、電動機、及び変速機のエネルギ変換効率を考慮に入れて算出された出力軸における仕事率と、内燃機関、電動機、及び蓄電装置のエネルギ変換効率を考慮し発電した電力を蓄電装置にいったん充電し、さらに将来放電する際に消費できる電力の発電に用いられた内燃機関の仕事率との和に対する有効仕事率当たりの内燃機関に関する所定の物理量としきい値とを比較し、走行時の内燃機関と電動機の動作モードや内燃機関と電動機及び、変速機の動作点を決定するため、従来例と比較して内燃機関に関する所定の物理量を好適にすることができる。
【００５２】請求項２０の発明によれば、有効仕事率当たり物理量を内燃機関における仕事率当たりの燃料消費量とし、内燃機関の仕事率に対する燃料消費量を従来と比較して低減することができる。
【００５３】請求項２１の発明によれば、有効仕事率当たりの物理量を内燃機関における仕事率当たりの制限したい排出ガス成分とするため、内燃機関の仕事率に対する排出ガス成分を従来と比較して低減することができる。
【００５４】請求項２２の発明によれば、必要仕事率に対応する有効仕事率当たりの物理量としきい値とを比較することによって、しきい値と比較して同等あるいはより好適となるような動作モードを選択することができる。
【００５５】具体的に、第１の動作モードにおいては、出力軸仕事率を電動機により発生するため、内燃機関においてしきい値に対して効率が低くなる運転を行わず、その際の有効仕事率当たり物理量はしきい値に対してより好適となる。第２の動作モードにおいては、内燃機関にてしきい値に対して効率が等しいかあるいは効率が高い運転を行い、必要仕事率に対してそれ以上となる内燃機関の仕事率を発生し、その余剰となる内燃機関の仕事率により発電し蓄電装置に充電しておくことにより、第１，３の動作モードのような内燃機関にてしきい値に対して効率が低くなる状態においては運転を行わず、この第２の動作モードで効率良く充電された電力を用いて電動機で走行することができる。さらに第３の動作モードにおいては、内燃機関にてしきい値以下となる最大の必要仕事率となるように内燃機関の仕事率を効率良く発生し、必要仕事率に対して不足する仕事率は電動機により発生するため、その際の有効仕事率当たり物理量はしきい値と同等になり、また比較的高負荷時において必要仕事率をすべて電動機により発生した場合に比べ、蓄電装置から一度に大量の電力を放電することがなく、蓄電装置の急激な温度上昇や性能劣化を抑制することができ、さらに容量の小型化が可能となる。そして第４の動作モードにおいては、必要仕事率を内燃機関において発生し、しきい値と同等の効率で走行できる。
【００５６】請求項２３の発明によれば、第１〜第４のうちの選択された動作モードに基づき、有効仕事率当たり物理量がしきい値と同等あるいはより好適となる、内燃機関のトルクと回転数、電動機のトルクと回転数、及び変速機の変速比を算出することができる。
【００５７】請求項２４の発明によれば、有効仕事率当たり物理量を算出する際に用いる内燃機関、電動機、及び変速機の動作点を、種々の必要仕事率と種々の内燃機関の仕事率において、ドライバーの要求する駆動力と内燃機関の仕事率とを内燃機関に関する所定の物理量が最小になるよう算出したため、変速機において実現可能な変速比幅内において最良燃費となる動作点を得ることができる。また、有効仕事率当たり物理量に基づいて算出される動作モードや内燃機関、電動機、及び変速機の動作点を、内燃機関に関する所定の物理量をより好適なものとすることができる。
【００５８】請求項２５の発明によれば、原動機と発電機あるいは燃料電池から構成される発電装置と、この発電装置で発生した発電電力や減速時における回生電力を蓄積する蓄電装置と、走行用の電動機とを備え、原動機と電動機の少なくとも一方の駆動力により走行するハイブリッド車にあって、充電状態検出値と充電量に応じて変化する蓄電装置のエネルギ変換効率、発電装置や電動機のエネルギ変換効率を考慮して算出された有効仕事率当たり物理量としきい値とを比較することにより、従来と比較して実際の走行状況に適した発電装置、蓄電装置及び電動機の動作モードや発電装置の動作点を決定することができる。
【００５９】請求項２６の発明によれば、内燃機関と、走行用の電動機と、電動機の発電電力や減速時における回生電力を蓄積する蓄電装置と、変速機とを備え、内燃機関と電動機の少なくとも一方の駆動力により走行するハイブリッド車において、充電状態検出値と充電量に応じて変化する蓄電装置のエネルギ変換効率、内燃機関や電動機のエネルギ変換効率、変速機の伝達効率を考慮して算出された有効仕事率当たり物理量としきい値を比較することにより、従来と比較して実際の走行状態に適した内燃機関、蓄電装置及び電動機の動作モードや内燃機関、電動機及び変速機の動作点を決定することができる。
【００６０】請求項２７の発明によれば、利用可能な充電状態の上限付近では、発電時の原動機に関する所定の物理量がより良好となるようなしきい値をとる構成としたので、効率が最も良好に近い付近でできるだけ多くの充電が行われ、かつ十分に蓄電されている電力をできるだけ放電するので、効率が良い運転状態で充電が不足するという問題点を解決できる。一方、利用可能な充電状態の下限付近では、原動機に関する所定の物理量が良好でない状態でも必要最低限の充電を行えるようしきい値をとる構成としたので、効率が悪い運転状態で不要に充電することを防げる。
【００６１】請求項２８の発明によれば、しきい値に対してヒステリシスを設けることにより、発電装置の動作モードが頻繁に切替わるために発生する運転性の悪化を抑制することができる。
【００６２】請求項２９の発明によれば、単位仕事率当たり物理量を原動機あるいは燃料電池における仕事率当たりの燃料消費量とするため、燃料消費量を従来と比較して低減することができる。
【００６３】請求項３０の発明によれば、単位仕事率当たり物理量を原動機あるいは燃料電池における仕事率当たりの制限したい排出ガス成分量とするため、制限したい排出ガス成分量を従来と比較して低減することができる。
【００６４】請求項３１の発明によれば、蓄電装置の充電状態に基づいて、発電装置と蓄電装置との動作モードを選択するためのしきい値を算出し、動作モード選択手段で、発電装置で消費電力と等しい電力を発生させる場合の単位有効電力当たり燃料消費率を示すダイレクト配電時有効燃料消費率曲線と動作モード選択のためのしきい値と現在の消費電力とに基づいて、発電装置と蓄電装置との動作モードを選択する。そして、発電装置で消費電力より大きい電力を発生させる場合の単位有効電力当たり燃料消費率を示す余剰電力充電時有効燃料消費率曲線とダイレクト配電時有効燃料消費率曲線と動作モード選択のためのしきい値と現在の消費電力と動作モード選択手段で選択した動作モードとに基づいて、発電装置の目標発電電力を算出する。こうして、走行用電動機に電力を供給する際の発電装置と蓄電装置の動作モードや発電装置での目標発電電力を決定することにより、発電装置に関する所定の物理量を従来と比較して増加あるいは低減することができる。
【００６５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の構成を示している。内燃機関１は、発電機２を駆動して電力を発生させる。なお、発電装置として燃料電池が採用されることもあるが、以下では、内燃機関１と発電機２を発電装置として採用した場合について説明する。
【００６６】発電機２により発電された電力は電動機３を駆動し、タイヤ４を介して駆動力を路面に伝え、車両を走行させる。この発電機２で発電された電力が電動機３で消費される電力よりも大きい場合は、余剰電力として蓄電装置５に蓄えられる。発電機２で発電された電力が電動機３で消費される電力よりも小さい場合は、不足分の電力が蓄電装置５から放電され、電動機３に供給される。
【００６７】配電コントローラ６は、図示していないドライバーのアクセル操作や、車速センサからの車速信号に基づいて、内燃機関１の運転状態、発電機２の運転状態、電動機３の運転状態それぞれをどうすべきか判断し、その判断結果とアクセル操作を介したドライバーからの要求に応えるべく、内燃機関１に対する指令値、発電機２に対する指令値、電動機３に対する指令値を生成する。
【００６８】内燃機関コントローラ７は配電コントローラ６からの指令値（例えば、要求出力）を実現するために内燃機関１を制御する。発電機コントローラ８は、配電コントローラ６からの指令値（例えば、要求発電量）を実現するために発電機２を制御する。そして電動機コントローラ９は配電コントローラ６からの指令値（例えば、要求駆動力）を実現するために電動機３を制御する。
【００６９】次に、図２を参照して、配電コントローラ６の構成と動作を説明する。配電コントローラ６には、図示していない車載の各種のセンサ群からアクセルペダル操作量、スロットル開度、内燃機関回転数、車速、電動機駆動電流、電動機回転数、発電機駆動電流、発電機回転数、補機類負荷などの車両状態を示す物理量や物理量に相当する換算量が入力されている。
【００７０】この配電コントローラ６の消費電力算出部２０は、例えば車速とその時のアクセルペダル操作量からドライバーの要求駆動力を求め、さらに補機類の運転状態（エアコン、ラジエターファン、リアデフォッガー等）、電動機効率及びインバータ効率を考慮して、現在必要な消費電力を算出する。
【００７１】配電コントローラ６の蓄電装置状態算出部２１は、例えば蓄電装置５に出入りする電流とその時々の端子間電圧とから蓄電装置５に出入りする電力を求め、蓄電装置５の充電状態SOC（State Of Charge）を推定し、蓄電装置５に設置されている図外の温度センサから蓄電装置温度を検出し、あらかじめ測定された蓄電装置特性に基づいて、SOCと蓄電装置温度から蓄電装置５に電気エネルギを充電する時のエネルギ変換効率（充電効率）と蓄電装置５から電気エネルギを取り出す時のエネルギ変換効率（放電効率）を算出する。
【００７２】配電コントローラ６のしきい値算出部２２は、内燃機関に関する評価基準となる物理量を算出するものであり、例えば、エネルギ利用効率を高めたければ単位エネルギ当たりの燃料消費量やそれに対応した値を物理量として算出し、排出ガスを最小にしたければ、単位エネルギ当たりの排出ガス量が選ばれる。また、発電装置が燃料電池の場合には、同様の考えで燃料電池に関する物理量を選択する。
【００７３】なお、以下、説明を簡明にするために、燃料消費量の最小化を目指して制御する場合について説明する。この場合には、しきい値算出部２２で求められるしきい値は、例えば、有効に利用できる出力の単位出力を生成するために消費される燃料量（[cc/J]：以下、「有効燃料消費率」と称する）で示される。ここで有効に利用できる出力とは、電動機３に与えられる正味エネルギを指しており、発電電力が直接に電動機３を駆動する分は、図１４に示したような内燃機関１の燃料消費率特性と発電機２の発電効率から求められる。また、蓄電装置５に蓄電される分に関しては、内燃機関１の燃料消費率特性と発電機２の発電効率、及び、蓄電装置５への充電効率と蓄電装置５からの放電効率を考慮して求められる。なお、厳密にいえば、充電効率と放電効率は異なり、放電時の効率の正確な値はその際の電流値によるが、例えば、放電効率を平均的な放電効率で代用したり、充放電効率をひとまとめにして平均的な固定値を用いたりする。
【００７４】有効電力当たり物理量算出部２５は、消費電力算出部２０で求められる消費電力と蓄電装置状態算出部２１で算出された充電効率、放電効率に基づいて発電装置において発電した場合の有効電力当たり物理量を算出する（なお、本実施の形態では、有効燃料消費率を算出することにしている）。この有効電力当たり物理量の算出には、あらかじめマップデータを求めておき、それを利用するようにしてもよい。
【００７５】配電コントローラ６における動作モード選択部２３は、しきい値算出部２２で得られたしきい値と、有効電力当たり物理量算出部２５において算出した有効燃料消費率とに基づいて内燃機関１、発電機２、電動機３の運転／停止を判断し、その結果に基づいて内燃機関コントローラ７、発電機コントローラ８、電動機コントローラ９に対して運転状態指令を出力する。
【００７６】配電コントローラ６における目標発電電力算出部２４は、しきい値算出部２２で得られたしきい値と、消費電力算出部２０で得られた消費電力と、動作モード選択部２３で得られた内燃機関１、発電機２、電動機３それぞれの運転／停止の判断結果と、有効電力当たり物理量算出部２５で得られた有効燃料消費率とから、内燃機関１、発電機２、電動機３それぞれの目標動作点を算出し、その結果を内燃機関コントローラ７、発電機コントローラ８、電動機コントローラ９に対して出力する。
【００７７】次に、動作モード選択部２３の詳しい機能について、図３を参照して説明する。図３には、消費電力と等しい電力を発電装置により発電（以下、「ダイレクト配電」と称する）した場合の有効燃料消費率を示した曲線Ｃ１と、しきい値を示す一点鎖線Ｃ２が示してある。これらの曲線Ｃ１，Ｃ２の交点はＡ，Ｂとしてある。しきい値Ｃ２は、しきい値算出部２２によって算出されたものである。この制御装置では、このしきい値Ｃ２以下の有効燃料消費率となる発電を行うように発電装置（内燃機関１と発電機２）と蓄電装置５の動作モードや発電装置における目標発電電力を設定する。
【００７８】＜領域Ｉ＞：消費電力がＡ[kW]未満（領域Ｉ）の場合には、有効燃料消費率を示した曲線Ｃ１がしきい値Ｃ２よりも大きいため発電は行わず、蓄電装置５に蓄積されている電力を放電して電動機３を駆動して走行する。この場合には、内燃機関１は停止、発電機２は停止、蓄電装置５は放電というモードの制御になる。
【００７９】＜領域II＞：消費電力がＡ[kW]以上、かつＢ[kW]以下の場合には、有効燃料消費率を示した曲線Ｃ１がしきい値Ｃ２以下となるので、蓄電装置５の充電を行う。この領域では、有効燃料消費率がしきい値に対して余裕があるので、内燃機関の出力を高くし、車両の駆動に必要な電力以上の余剰出力で発電し、蓄電装置５にその余剰電力を充電する。
【００８０】ここで内燃機関１の出力を余分に高くし、蓄電装置５に電力を蓄電する理由は、しきい値よりも大きな有効燃料消費率となる領域においてしきい値以下で効率良く充電した電力を用いて走行し、結果的に全体的な燃費を向上させるためである。よって、この場合、内燃機関１は運転、発電機２は運転、蓄電装置５は充電というモードの制御になる。
【００８１】＜領域III＞：消費電力がＢ[kW]を超える場合には、有効燃料消費率を示した曲線Ｃ１がしきい値Ｃ２よりも大きいため、しきい値Ｃ２以下で最大電力を発生できるＢ[kW]を内燃機関１によって発電し、消費電力に対して不足する電力は蓄電装置５から放電して、その合計電力で電動機３を駆動する。この場合には、内燃機関１は運転、発電機２は運転、蓄電装置５は放電というモードの制御となる。また、消費電力がＡ[kW]未満の場合と同様に、すべての電力を蓄電装置５からの放電でまかなうことも考えられるが、蓄電装置５に出入りする電力が増えることになるので、損失分も増えるため、通常はこのような使い方は考えられない。ただし、例えば、後ほど回生により多くの電力を回収できることが予測される場合などには、この限りではない。どのような場合がそれであるかは後述する。
【００８２】なお、消費電力がＡ[kW]の場合、又はＢ[kW]に等しい場合には、曲線Ｃ１としきい値Ｃ２とは一致するので、この場合はダイレクト配電を行う。
【００８３】続いて、目標発電電力算出部２４の機能について、図４〜図６を参照して説明する。図４〜図６には、ダイレクト配電時の有効燃料消費率曲線Ｃ１、しきい値Ｃ２と共に、車両の走行や補機類で必要な消費電力が所定の値である場合に、その消費電力に対して余剰となる発電を行い、その余剰電力を増加させた場合の有効燃料消費率を示す曲線Ｃ３が示してある。Ｃ３の各曲線は各消費電力について求めたもので、右側にある実線ほど消費電力が大きい場合を示している。
【００８４】図４に示すように、消費電力が領域Ｉにある場合、消費電力算出部２０で算出された消費電力は蓄電装置５から放電され、電動機３と補機類を駆動する電力となる。
【００８５】図５は、消費電力が領域IIにある場合を示している。この場合は、消費電力算出部２０で算出された消費電力をダイレクト配電で供給しても、有効燃料消費率はしきい値よりも小さい。例えば、領域II内にある点をＣとすると、このＣ点において、ダイレクト配電することも考えられる。しかしながら、ダイレクト配電した場合に、しきい値よりも大きな有効燃料消費率となる領域においては、蓄電装置５から供給する電力により消費電力をまかない燃費を向上させたいため、しきい値以下となる領域においてできるだけ効率良く蓄電装置５に充電することが望ましい。そこで、内燃機関１の出力を大きく（＝Pd）して有効燃料消費率がしきい値と等しくなるように、図中Ｄ点で発電を行うとする。このＤ点での発電電力とＣ点における消費電力との差である余剰電力（＝発電電力Pd−消費電力Pn（走行や補機類で消費した電力））は、蓄電装置５に入力される。
【００８６】ここで、Ｄ点で発電した場合の、蓄電装置５に回収される以前の電力（内燃機関１と発電機２で発生した電力）についての有効燃料消費率に着目すると、Ｄ′点となる。これらのＤ点とＤ′点との有効燃料消費率の差は、蓄電装置５から出入りする電力に対する電気エネルギの損失から生じるものであり、例えば、電気エネルギの損失の割合を一定とすると、余剰電力が大きくなるほど電気エネルギの損失が大きくなる。つまり、Ｄ点とＤ′点における有効燃料消費率の差が大きくなるのである。
【００８７】このときの発電電力は、あらかじめ図５のようなマップデータを求めておくことで算出することができる。これは、消費電力をパラメータとして、それに加えられる充電電力を変化させたときの有効燃料消費率を求め、マップ化したもの（以下、「有効燃料消費率マップ」と称する）である。したがって、実際に電動機３で消費される電力は、余剰電力×充電効率×放電効率となる。もちろん、マップ化しないで、あらかじめ登録した所定の演算式に基づく演算を制御装置のＣＰＵに実行させて求めるようにすることもできる。
【００８８】図６は、消費電力が領域IIIにある場合を示している。この場合は、消費電力算出部２０で算出された消費電力をダイレクト配電すると、有効燃料消費率はしきい値よりも大きくなる。したがって、発電電力はしきい値以下となる最大電力とし、不足電力（＝消費電力Pn−発電電力Pd）を蓄電装置５から放電し、その合計電力で電動機３と補機類を駆動する。
【００８９】次に、配電コントローラ６による制御を図７〜図１３のフローチャートを用いて具体的に説明する。なお、これらのフローチャートに示す処理は所定周期で繰り返し実行されるものである。
【００９０】図７には、メインの処理フローが示してある。ステップＳ１において、アクセルペダル操作量θa[deg]、車速VSP[km/h]、電動機回転数Nm[rpm]、電動機消費電力、発電機による発電電力、補機類負荷消費電力Po[W]などの車両走行状態を示す信号を読み込み、ステップＳ２において、蓄電装置５の充電状態SOC、充電効率ηc及び放電効率ηdを算出する。ステップＳ３において、ドライバーの要求駆動力と補機類の運転状態（例えば、エアコンのオン／オフ、瞬時要求駆動力など）から現在必要な消費電力tPnを算出する。
【００９１】ステップＳ４において、蓄電装置状態算出部２１で算出された充電効率ηc、放電効率ηdに基づき、有効電力当たり物理量を算出し、ステップＳ５において、内燃機関１と蓄電装置５の動作選択するためのしきい値を算出する。
【００９２】ステップＳ６において、しきい値と消費電力及び有効電力当たり物理量に基づいて動作モードを選択し、ステップＳ７において、しきい値と消費電力と動作モードの選択結果及び有効電力当たり物理量から目標発電電力を算出し、発電時における内燃機関１と発電機２の動作点を算出する。
【００９３】メインのフローチャートのステップＳ２における蓄電装置状態検出処理の詳しい内容は、図８に示すフローチャートの通りである。この処理では、ステップＳ１１において蓄電装置５に出入りする電流とその時々の端子間電圧とから蓄電装置５の充電状態SOCを算出し、ステップＳ１２においてSOCと蓄電装置温度とに基づいて充電効率ηcと放電効率ηdを算出する。なお、それぞれ過去に行われた充電及び放電時における各値の平均値を算出するようにしてもよい。
【００９４】メインフローのステップＳ３における消費電力算出処理の詳しい内容は、図９に示すフローチャートの通りである。ステップＳ２１において、アクセルペダル操作量θaと車速VSPなどのパラメータから目標駆動トルクtTd[Nm]を算出する。この目標駆動トルクの算出に必要なデータ（マップデータなど）はあらかじめ実験などによって求め、配電コントローラ６の記憶装置（図示せず）に記憶しておく。図１５には目標駆動トルク算出マップの例を示してある。アクセルペダル操作量により速度−目標駆動トルク曲線（例えば、θa1）を選択し、その曲線θa1上で車速（例えば、VSP1）から対応する目標駆動トルク（例えば、tTd1）を決定するのである。
【００９５】続いて、ステップＳ２２において、電動機回転数Nmと目標駆動トルクtTdから、電動機３において電気エネルギを運動エネルギに変換する際の電動機効率ηmを算出する。この電動機効率ηmの算出に必要なデータ（マップデータなど）はあらかじめ実験などによって求め、記憶装置に記憶しておく。図１６には、電動機効率算出用のマップ例が示してある。この図中には、等電動機効率線が示してあり、斜線を施した範囲ηmmaxは最も電動機効率が良く、外側になるにつれて電動機効率が悪化する。このマップデータを参照し、電動機回転数がNm1、であり、ステップＳ２１で求めた目標駆動トルクがtTd1であれば、両者の交点を通る等電動機効率線ηm1を求めるのである。そして、続くステップＳ２３において、目標駆動トルクtTdと電動機回転数Nmと補機類負荷電力Poに基づいて、次の数１式を用いて消費電力tPn[W]を算出する。
【００９６】
【数１】
メインフローのステップＳ４における有効電力当たり物理量を算出する処理の詳しい内容は、図１０に示すフローチャートの通りである。ここでの処理は図３〜図６の曲線Ｃ１、曲線Ｃ３を求めることに相当する。具体的には、まず消費電力に余剰電力を加算して総発電電力を求め、この総発電電力に発電機２の発電効率を乗じて内燃機関１の目標出力を求め、この目標出力を最小の燃料消費率で達成する場合の燃料消費率を図１４に示す燃料消費率特性マップから求める。次に、余剰電力にステップＳ２の蓄電装置状態算出処理で求めた充電効率ηcと放電効率ηdとを乗じて余剰電力に関する有効電力を求め、これに消費電力tPnを加算して総有効電力を求める。最後に燃料消費率を総有効電力で除算して有効燃料消費率を求める。このような演算を種々の消費電力と種々の余剰電力に対して実行し、曲線Ｃ１、曲線Ｃ３に相当する有効燃料消費率を算出する。
【００９７】燃料消費率の単位は［cc/s］であり、電力の単位は［Ｗ］＝［J/s］であるから、燃料消費率を有効電力で除算して得られる有効燃料消費率の単位は［cc/J］となる。ここで、余剰電力に充電効率ηcと放電効率ηdとを乗じた値を余剰電力に関する有効電力とするのは、余剰電力をいったん蓄電装置５に充電して将来これを電動機３等で消費する場合、充電と放電の際にそれぞれ若干の損失を生じるので、この損失分を考慮するためである。
【００９８】なお、余剰電力が０であるダイレクト配電時の有効燃料消費率曲線Ｃ１は、蓄電装置５の充電効率ηcと放電効率ηdを使用せずに算出することができる。よって、有効燃料消費率曲線Ｃ１はあらかじめ算出しておくことが可能であり、有効燃料消費率曲線Ｃ１のデータをマップ化して記憶装置に記憶させておくようにしてもよい。
【００９９】これに対し余剰電力が０でない余剰電力充電時の有効燃料消費率曲線Ｃ３は、常に上記の演算を行って算出する必要がある。ただし、ステップＳ７で必要となる有効燃料消費率曲線Ｃ３は、ステップＳ３の消費電力算出処理で求めた消費電力tPnに対応する１本だけなので、それだけを算出する（消費電力をtPnに固定し、種々の余剰電力に対し上記の演算を実行する）ようにしてもよい。また、充電効率ηcと放電効率ηdの変化の程度が小さく平均的な固定値を使用しても問題がない場合、有効燃料消費率曲線Ｃ３もあらかじめ算出しておくことが可能となり、この場合はすべての有効燃料消費率データをマップ化して記憶装置に記憶させておくことができる。この場合、ステップＳ４とステップＳ１２の処理は不要となる。
【０１００】メインフローのステップＳ５におけるしきい値算出処理の詳しい内容は、図１１に示すフローチャートの通りである。前回の演算における内燃機関１と蓄電装置５の動作モードを選択するためのしきい値Vc[cc/J]をVcoldとする（ステップＳ４１）。続いて、目標SOC値tSOC[%]（例えば、SOC＝５０%）とステップＳ２の蓄電装置状態算出処理で求めた蓄電装置５のSOC値SOC[%]との偏差（tSOC−SOC）に基づいて比例制御を行い、しきい値Vc[cc/J]を算出する（ステップＳ４２）。このしきい値Vcは数２式を用いて算出する。
【０１０１】
【数２】
ここで、定数Ｋは、あらかじめ実験などにより求めておいた値を用いる。
【０１０２】メインフローのステップＳ６における動作モード選択処理の詳しい内容は、図１２のフローチャートに示す通りである。まず、ステップＳ５１において、ステップＳ４の有効電力当たり物理量算出処理で求めた有効燃料消費率曲線Ｃ１、ステップＳ５のしきい値算出処理で求めたしきい値Vcに基づき、ステップＳ３の消費電力算出処理で求めた消費電力tPnが図３の領域Ｉ〜領域IIIのいずれに属するかを判断する。具体的には、有効燃料消費率曲線Ｃ１としきい値Vcとの交点Ａ，Ｂに相当する消費電力を求め、これらと消費電力tPnとの比較を行って領域の判断を行う。
【０１０３】ステップＳ５１で領域Ｉと判断した場合には、動作モードを第１の動作モードとする（ステップＳ５２，Ｓ５３）。ステップＳ５１で領域IIと判断した場合には、動作モードを第２の動作モードとする（ステップＳ５２，Ｓ５４，Ｓ５５）。そして領域IIIと判断した場合には、動作モードを第３の動作モードする（ステップＳ５４，Ｓ５６）。
【０１０４】メインフローのステップＳ７における目標発電電力算出処理の詳しい内容は、図１３に示すフローチャートの通りである。ステップＳ６で領域Ｉと判断し、第１の動作モードを選択した場合、図４を参照して説明したように発電機２の目標発電電力tPg[W]を０に設定する（ステップＳ６１，Ｓ６２）。この場合、電動機３等が消費する電力はすべて蓄電装置５からの放電によって賄われる。
【０１０５】ステップＳ６で領域IIと判断し、第２の動作モードを選択した場合、図５を参照して説明したようにステップＳ４の有効電力当たり物理量算出処理で求めた有効燃料消費率曲線Ｃ３、ステップＳ５のしきい値算出処理で求めたしきい値Vcに基づいて目標発電電力tPgを算出する（ステップＳ６１，Ｓ６３，Ｓ６４）。具体的には、有効燃料消費率曲線Ｃ３の中で消費電力tPnに対応する曲線（図１７のtPn1）としきい値Vcとの交点の電力を目標発電電力tPgとする。この場合、消費電力tPnに対して余剰となる分の電力は蓄電装置５に充電される。
【０１０６】ステップＳ６で領域IIIと判断し、第３の動作モードを選択した場合、図６を参照して説明したようにステップＳ４の有効電力当たり物理量算出処理で求めた有効燃料消費率曲線Ｃ１、ステップＳ５のしきい値算出処理で求めたしきい値Vcに基づいて目標発電電力tPgを算出する（ステップＳ６１，Ｓ６３，Ｓ６５）。具体的には、有効燃料消費率曲線Ｃ１としきい値Vcとの交点のうちの最大値を目標発電電力tPgとする。この場合、消費電力tPnに対して不足する電力は蓄電装置５からの放電によって賄われる。
【０１０７】ステップＳ６５において、目標発電電力tPgを満たす内燃機関１の動作点と発電機２の動作点を算出する。図１８は内燃機関１の動作点を算出する動作点マップの例を示してある。このマップは、内燃機関１における燃料消費率と発電機２における発電効率を考慮して作成し、目標発電電力tPgを発電する際の燃料消費量が最も少なくなるように算出している。このマップにおいて、目標内燃機関回転数tNe[rpm]と目標内燃機関トルクtTe[Nm]は、目標発電電力に対応する値を検索することによって、発電機２の動作点である目標発電機回転数tNg[rpm]と目標発電機トルクtTg[Nm]から次の数３式に基づいて算出される。
【０１０８】
【数３】
このようにして、本発明の第１の実施の形態によれば、発電装置（内燃機関１と発電機２）からの電力を蓄電装置５にいったん充電し、さらに将来放電する際の発電装置及び蓄電装置５のエネルギ変換効率を考慮して算出された消費電力に対応する有効電力当たりの発電装置に関する所定の物理量としきい値を比較することにより、走行用電動機３に電力を供給する際の発電装置と蓄電装置５との動作モードや発電装置での目標発電電力を決定するため、発電装置に関する所定の物理量を従来と比較して増加あるいは低減することができる。
【０１０９】この点、従来例のパラレルハイブリッド電気車両と図１９を用いて比較する。図１９において破線で示す曲線Ｃ１１は、走行や補機類に消費される必要出力（本発明の場合には消費電力）を内燃機関（本発明の場合には発電機２）で発生した場合の有効仕事量（本発明の場合には有効電力量）当たりの燃料消費量となる有効燃料消費率である。実線で示す曲線Ｃ１２は必要出力に対して余剰となる出力を発生し、その余剰出力を増加させた場合の有効燃料消費率を示した曲線である。各実線は、各消費電力について求めたもので、右側にある実線ほど必要出力が大きい高負荷な場合を示している。
【０１１０】従来例においては、走行時の動力源を内燃機関や電動機で走行した際の、例えば燃料消費量に関する効率について相対的に比較し、効率の良い方を選択する。一方、本発明においては、走行用電動機３への電力供給源（発電機２と蓄電装置５）を設計者が設定した燃料消費量に関するしきい値という絶対的な基準をもって選択する。
【０１１１】例えば、走行や補機類に消費される必要出力（本発明では消費電力に相当）がα１であった場合、必要出力以上となる余剰出力を変化させた場合の有効燃料消費率は曲線αで示すようになる。ここで従来例においては、走行時の動力源には内燃機関が選択され、走行全体の動作点の中では効率が低いα２の点で必要出力以上を発生し、余剰となった出力を用いて発電した電力を蓄電装置に充電する。しかし、同じ電力を充電するのであれば、必要出力がβ１である場合の曲線β上で一点鎖線の等充電電力曲線Ｃ１３との交点β２で発電を行った方が効率が高いのは明らかである。ところが従来例では、必要出力がβ１であった場合には、走行時の動力源には内燃機関が選択され、内燃機関での効率が最高となる必要出力β１分のみの出力を発生し、蓄電装置５に充電は行わない。その結果、効率の悪い状態で発電を行い、効率の良いところでは発電を行わないことになる。これは所定の必要出力時において、例えば、必要出力がα１のときにはα１とα２を比較して効率が大きいα２を選択し、同様に必要出力がγ１のときにはγ２を選択し、必要出力がβ１のときにはそのβ１を選択するというように、相対的な比較により効率が大きくなる方の動力源を選択することが原因であり、その結果、絶対的な観点から見れば効率が低い状態での発電の選択がなされることになる。つまり、従来例においては、必ずしも走行全体を通して燃料消費量を最小限にできる動力源の選択となっていないことが分かる。
【０１１２】これに対して本発明の場合、走行用電動機３への電力供給源（発電装置と蓄電装置５）を設計者が設定した燃料消費量に関するしきい値という絶対的な基準をもって選択するため、通常、充電を急ぐ必要がない場合においてはできる限り効率が高くなるようにしきい値を設定し高効率となる発電を行う。そして効率が低い状態で充電を行う場合は、設計者が効率が低くても充電したいという意図をしきい値に反映させた場合に限られ、その量も最低限度になるように設定する。
【０１１３】また本発明によれば、しきい値の設定にもよるが、発電を行うと効率が低くなるような場合には、効率が高い状態で充電された蓄電装置５を走行時の電力供給源とし、効率の低い発電を行うことを避けることにより燃料消費量を低減させることができる。
【０１１４】さらに、従来例の場合には、発電時の効率を所定の値に管理した動力源の選択を行うことができない。なぜならば、この場合にも、発電が必要と判断された時点での相対比較により動力源を選択するためであり、結果的に必要出力が比較的小さく、効率の低い場合にのみ発電を行い、必要電力が比較的大きく、効率の高い場合に発電が行えないことによる。また必要出力に応じて動作点の効率は大きく異なり、特に必要出力が低い場合には効率の低下が著しい。
【０１１５】これに対して本発明の場合には、設計者の意図によってしきい値を設定することにより発電時の効率を管理し、そのしきい値以下となる有効燃料消費率で走行する電力供給源を選択することができる。このため、走行に問題がない範囲でしきい値をできるだけ小さな有効燃料消費率に設定し、より効果的に燃料消費量の低減を図ることができる。
【０１１６】また、シリーズハイブリッド電気車両における発電制御方式として広く知られている内燃機関の動作点を常に内燃機関と発電機における最高効率発電点として発電を行う場合と、本発明の制御方式とを比較する。図１９において縦の太い破線が最高発電効率ラインであり、各必要出力時において最高効率発電点で発電した場合の有効燃料消費率を示す。この場合も、従来例と同様に必要出力に応じて動作点効率が大きく異なる選択となる。また、効率の高い状態では発電量が少なく、効率の低い状態では発電量が多いため、必然的に効率の低い発電が多くなる。特に必要出力が低い場合には効率の低下が著しくなる。消費電力が低い方から、α３→γ３→β３のように発電時の効率が変化する。このため、必ずしも走行全体を通して燃料消費量が最小限となる発電方法となっていない。すなわち、前述したのと同様に本発明の方がより効果的に燃焼消費量の低減を図ることができる。
【０１１７】さらに、例えば、有効電力当たり物理量を内燃機関における有効電力当たりの排出ガス量とした場合には、排出ガス量を従来と比較して低減することができる。発電装置が燃料電池により構成されている場合も同様である。さらに、本発明を適用する設計者はしきい値の算出方法を適合させる作業さえ行えばよく、それをすれば走行状況に応じた動作モードや目標発電電力が一意的に決定でき、見通しの良いシステム設計が可能となる。
【０１１８】加えて、本実施の形態によれば、発電装置を内燃機関１と発電機２によって構成したことにより、内燃機関１に関する所定の物理量を従来と比較して好ましい方向へ増加し、あるいは低減することができる。また発電装置として燃料電池を使用すれば、燃料電池に関する所定の物理量を従来と比較して好ましい方向へ増加し、あるいは低減することができる。例えば、有効電力当たり物理量を内燃機関や燃料電池における電力量あるいは電力当たりの燃料消費量とすれば、電気エネルギに対する燃料消費量を従来と比較して低減することができる。また有効電力当たり物理量を内燃機関や燃料電池における電力当たりの排出ガス量とすれば、電力エネルギに対する排出ガス量を従来と比較して低減することができる。
【０１１９】また本実施の形態によれば、消費電力に対応する有効電力当たり物理量としきい値とを比較することによって、車両の走行状態に応じて、発電装置に関する所定の物理量を従来と比較して増加し、あるいは低減する動作モードを選択することができる。
【０１２０】特に第１の動作モードでは、消費電力を蓄電装置５から放電することにより賄うため、発電装置においてしきい値に対して効率が悪くなる発電を行わなくても済む。また第２の動作モードでは、発電装置においてしきい値に対して効率が等しいかあるいは効率が良い発電を行い、消費電力に対して余剰となる電力を蓄電装置５に充電するため、第１、第３の動作モードのように発電装置においてしきい値に対して効率が悪くなる状況においては発電させず、効率良く蓄電装置５に充電された電力を用いて走行させるようにすることができる。
【０１２１】さらに第３の動作モードでは、発電装置においてしきい値以下となる最大電力を効率良く発電し、消費電力に対して不足する電力は蓄電装置５から放電するため、しきい値に対して効率が悪くなる発電を行わなくても済む。また比較的高負荷時において消費電力をすべて蓄電装置５からの放電によって賄った場合に比べ、蓄電装置５から一度に大量の電力を放電することがないため、蓄電装置５の急激な温度上昇や性能劣化を抑制することができ、さらに容量の小形化が可能となる。
【０１２２】さらに第４の動作モードでは、消費電力に対応する有効電力当たり物理量としきい値が等しいため発電装置においてしきい値と等しい効率で発電を行うことができる。
【０１２３】次に、本発明の第２の実施の形態のハイブリッド車の制御装置を、図２０を参照して説明する。本発明の第２の実施の形態のシステム構成は図１に示した第１の実施の形態と共通であり、配電コントローラ６の機能的構成も図２に示した第１の実施の形態と共通である。そして第２の実施の形態の特徴は、配電コントローラ６におけるしきい値算出部２２の機能にある。
【０１２４】第２の実施の形態において、しきい値算出部２２は内燃機関１に関する評価基準となる物理量を、蓄電装置状態算出部２１が算出するSOCに応じて決定するが、この物理量が有効燃料消費率である場合、図２０に示すようにしてその物理量を決定する。図２０において、蓄電装置５のSOCの利用可能な範囲の上限値である許容最大値Lmaxと下限値である許容最小値Lminとを、それぞれ燃料消費率の実現可能最小値Vcminと、設計者が決める許容最大値Vcmaxとに対応づけている。
【０１２５】このような関係を持たせることにより、蓄電装置５の蓄電量が多い状態では、有効燃料消費率が良いときにのみ充電が許され、蓄電量が少ない状態では、有効燃料消費率が多少悪くても必要最小限の充電が許されるという充放電制御が実現できる。
【０１２６】次に、本発明の第３の実施の形態を図２１に基づいて説明する。第３の実施の形態の特徴も、配電コントローラ６におけるしきい値算出部２２の機能にある。第３の実施の形態において、しきい値算出部２２は内燃機関１に関する評価基準となる物理量を、蓄電装置状態算出部２１が検出する端子間電圧Vbに応じて決定する。この物理量が有効燃料消費率である場合、図２１に示すように、蓄電装置５の端子間電圧Vbの利用可能な範囲の上限値である許容最大値Vbmaxと下限値である許容最小値Vbminとを、それぞれ燃料消費率の実現可能最小値Vcminと設計者が決める許容最大値Vcmaxとに対応づけている。
【０１２７】このような関係を持たせることにより、端子間電圧Vbが高いとき、すなわち蓄電装置５の蓄電量が多く充電効率も良い状態では、有効燃料消費率が良いときのみ充電が許され、端子間電圧Vbが低いとき、すなわち蓄電量が少ない状態では、有効燃料消費率が多少悪くても必要最小限の充電は許されるという充放電制御が実現できる。
【０１２８】なお、第３の実施の形態において、蓄電装置５の端子間電圧に代えて内部抵抗を用いることができる。すなわち、しきい値算出部２２で求める内燃機関１に関する評価基準となる物理量を蓄電装置５の内部抵抗に応じて決定する。物理量が有効燃料消費率である場合、図２２に示すように蓄電装置５の内部抵抗Rnの利用可能な範囲の下限値である許容最小値Rnminと、上限値である許容最大値Rnmaxとを、それぞれ燃料消費率の実現可能最小値Vcminと設計者が決める許容最大値Vcmaxとに対応づけるのである。
【０１２９】このような関係を持たせることにより、内部抵抗が小さいとき、すなわち、蓄電装置５の蓄電量が多くて充電効率が良い状態では、有効燃料消費率が良いときのみ充電が許され、内部抵抗が大きいとき、すなわち蓄電量が少ない状態では、有効燃料消費率が多少悪くても必要最小限の充電は許されるという充放電制御が実現できる。
【０１３０】次に、本発明の第４の実施の形態について、図２４に基づいて説明する。第４の実施の形態は、図２０に示した第２の実施の形態と同様であるが、しきい値の設定に次のような特徴を備えている。すなわち、図２３に示したように蓄電装置５の充電状態SOCを用いてしきい値Vcの許容最大値Vcmaxと実現可能最小値Vcminを決定する場合において、蓄電装置５の充電状態が利用可能な範囲の上限Lmaxよりもαだけ小さい値で有効燃料消費率の実現可能最小値Vcminに対応したしきい値とし、また充電状態が利用可能な範囲の下限Lminよりもαだけ大きい値で有効燃料消費率の許容最大値Vcmaxに対応したしきい値を設定するのである。
【０１３１】これにより、蓄電装置５の充電状態SOCが上限Lmaxに達したために、回生制動によるエネルギの回収ができなくなる問題を避けることができ、また充電状態SOCが下限Lminに達したために極端に効率が悪い状態で発電するという問題を避けることができる。なお、この思想は、図２１及び図２２に示した第３の実施の形態に対しても同様に適用することができる。
【０１３２】次に、本発明の第５の実施の形態について、図２４及び図２５に基づいて説明する。第５の実施の形態は、図２に示した第１の実施の形態に対して、配電コントローラ６がしきい値算出手段選択部３０を追加的に備えたことを特徴とする。なお、その他の構成要素は、図２に示した第１の実施の形態の共通である。
【０１３３】このしきい値算出手段選択部３０は、動作モード選択部２３の選択結果に基づき、システムが充電状態にあるのか放電状態にあるのか判定し、しきい値の変化にヒステリシスを持たせている。つまり、蓄電装置５の充電状態SOCを用いてしきい値Vcの許容最大値Vcmaxと実現可能最小値Vcminを決定する場合、蓄電装置５の充電状態が利用可能な範囲の上限Lmaxに達した後はδ1だけ小さい値になるまで有効燃料消費率の実現可能最小値Vcminに対応したしきい値とし、また充電状態が利用可能な範囲の下限Lminｉに達した後はδ2だけ大きな値になるまで有効燃料消費率の許容最大値Vcmaxに対応したしきい値を設定するようにしている。これにより、しきい値の切替のハンチングを防止することができる。
【０１３４】次に、本発明の第６の実施の形態について、図２６に基づいて説明する。第６の実施の形態の特徴は、配電コントローラ６が、図２に示した第１の実施の形態に対して、将来負荷予測部４０と負荷比較部４１としきい値補正部４２を追加的に備えたことを特徴とする。
【０１３５】すなわち、将来負荷予測部４０は将来の消費電力を推測する。負荷比較部４１は現在の消費電力と予測された将来の消費電力とを比較する。そしてしきい値補正部４２は、負荷比較の結果に応じてしきい値算出部２２で求めた内燃機関１に関する評価基準となる物理量を補正する。この補正では、現在の消費電力をダイレクト配電した場合に比べ、将来の消費電力をダイレクト配電した場合の燃料消費率の方が良好であると判断された場合には、しきい値を厳しい側（つまり、有効燃料消費率であれば、その値が小さい側）へ変更する。逆に、現在の消費電力をダイレクト配電した場合に比べ、将来の消費電力をダイレクト配電した場合の方が燃料消費率が悪化すると判断された場合には、しきい値を緩い側（つまり、有効燃料消費率であれば、その値が大きい側）に変更する。
【０１３６】このような補正を行うことで、将来、より効率の高い状態で蓄電装置５の充電が見込めるのであればそれまで充電を控え、将来、効率の悪い状態で充電を行う可能性がある場合には、現在、あらかじめ充電を行うことにより、蓄電装置５への充電が常により効率の高い状態で行えるようになる。
【０１３７】上述した将来負荷予測部４０が行う将来負荷予測処理は、次のいずれかを単独又は組み合わせた処理である。その一つは、将来運転状態予測処理であり、直前の運転パターンやドライバーのアクセルペダルの踏み込み状態から、例えば、加速状態がどの程度持続するか、その結果、近い将来の消費電力がどの程度になるかを予測するものである。
【０１３８】他の１つは、補機類運転状態予測処理であり、例えば、外気温からエアコンの運転状態がどのように変化するか推測し、その結果、どの位の消費電力が必要になるかを予測するものである。また他の１つは、道路状態予測処理であり、例えば、ナビゲーションシステムが有する地図データベースから得られる前方の道路勾配、曲率、制限速度の変化、基地局からの前方の混雑具合などの道路情報、レーダセンサによる先行車両の運転状態の変化などから近い将来、どの位の消費電力が必要となるかを予測するものである。
【０１３９】次に、本発明の第７の実施の形態を、図２７に基づいて説明する。第７の実施の形態は、図２に示した第１の実施の形態に対して、配電コントローラ６がしきい値補正部４２を追加的に備えたことを特徴とする。
【０１４０】蓄電装置状態算出部２１は充電状態SOC、充放電効率ηc，ηdを算出すると共に温度状態を検出し、温度状態をしきい値補正部４２に出力する。
【０１４１】しきい値補正部４２は、蓄電装置温度状態に応じて、しきい値算出部２２で求めた内燃機関１に関する評価基準となる物理量を補正する。一般に、蓄電装置５は極低温度や高温度の状態では充放電効率が低下する温度特性を有している。そこで、充放電効率があらかじめ定められたしきい値よりも低くなるような範囲に蓄電装置温度がある場合には、蓄電装置５への充放電を禁止し、あるいは少なくするようにしきい値を補正する。こうして、充放電効率が低下した状態で蓄電装置５への充放電を禁止し、あるいは少なくすることにより、充放電時の損失電力の低減が図れる。
【０１４２】次に、本発明の第８の実施の形態のハイブリッド車の制御装置について、図２８及び図２９に基づいて説明する。本実施の形態では、変速機にベルト式の無段変速機１０４を用いた場合を示す。図２８において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、破線は電力線を示す。また、細い実線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。この車両のパワートレインは、内燃機関１０１、クラッチ１０２、電動機１０３、無段変速機１０４、減速装置１０５、差動装置１０６及び駆動輪１０７から構成される。
【０１４３】内燃機関１０１の出力軸及びクラッチ１０２の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ１０２の出力軸、電動機１０３の出力軸及び無段変速機１０４の入力軸は互いに連結されている。
【０１４４】クラッチ１０２はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。このクラッチ１０２の締結時には、内燃機関１０１と電動機１０３が車両の推進源となり、クラッチ１０２の解放時には、電動機１０３のみが車両の推進源となる。内燃機関１０１及び／又は電動機１０３の駆動力は、無段変速機１０４、減速装置５及び差動装置１０６を介して駆動輪１０７へ伝達される。なお、このクラッチ１０２に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチを用いることもできる。
【０１４５】電動機１０３，１０９は、それぞれインバータ１１０，１１１により駆動される。これらのインバータ１１０，１１１は共通のＤＣリンク１１３を介して蓄電装置１１２に接続されている。インバータ１１０は、蓄電装置１１２の直流充電電力を交流電力に変換して電動機１０３へ供給し、逆に電動機１０３の交流発電電力を直流電力に変換して蓄電装置１１２を充電する。インバータ１１は、蓄電装置１１２の直流充電電力を交流電力に変換して電動機９へ供給する。
【０１４６】なお、これらの電動機１０３，１０９それぞれは、交流機に限らず直流電動機であってもよい。そして電動機１０３，１０９に直流電動機を用いる場合には、インバータの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。
【０１４７】無段変速機１０４には油圧装置８から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。油圧装置８のオイルポンプ（図示せず）は電動機９により駆動される。
【０１４８】なお、このベルト式の無段変速機１０４に代えて、トロイダル式のものを用いることができ、また段階的に変速を行う多段変速機を用いてもよい。またさらに、遊星歯車を用いた構成でもよく、内燃機関をキャリアに、電動機をサンギヤに、リングギヤを出力に結合し、サンギヤの回転数を変化させることによってキャリアとリングギヤの回転数を無段階に変化させる構成がその一例である。その場合には、内燃機関が動力を発生していても、変速比によってその動力を出力軸に伝達しない状態を作り出せることから、クラッチを必要としない構成となる（この場合の構成については、後述する）。
【０１４９】蓄電装置１１２には、リチウム・イオン電池、ニッケル、水素電池、鉛電池などの各種電池や、電気二重層キャパシタ（いわゆるパワーキャパシタ）を用いることができる。
【０１５０】コントローラ１１４は、図外のドライバーからのアクセル操作や車速センサからの車速信号に基づいて、内燃機関１０１の運転状態、電動機１０３の運転状態をどうすべきか判断し、その判断結果とアクセル操作を介したドライバーからの要求に答えるべく、内燃機関１０１、クラッチ１０２、電動機１０３、無段変速機１０４に対する指令値を生成する。
【０１５１】このコントローラ１１４の構成と動作について、図２９を用いて説明する。コントローラ１１４は、走行時の内燃機関１０１、電動機１０３及びクラッチ１０２の動作モードを選択する部分と、動作モードを実現する内燃機関１０１、電動機１０３及び無段変速機１０４の動作点を算出する部分と、これらの演算結果に基づいて内燃機関１０１、電動機１０３、無段変速機１０４、クラッチ１０２それぞれを制御する内燃機関コントローラ１２４、電動機コントローラ１２５、無段変速機コントローラ１２６及びクラッチコントローラ１２７とから構成されている。
【０１５２】内燃機関コントローラ１２４は、動作点を算出する部分からの指令値（例えば、目標トルクや目標回転数）を実現するために内燃機関１０１を制御する。電動機コントローラ１２５は、動作点を算出する部分からの指令値（例えば、目標トルクや目標回転数）を実現するために電動機１０３を制御する。無段変速機コントローラ１２６は、動作点を算出する部分からの指令値（例えば、目標変速比）を実現するために無段変速機１０４を制御する。クラッチコントローラ１２７は、動作モードを選択する部分により選択された動作モードを実現するためにクラッチ１０２を制御する。
【０１５３】コントローラ１１４の詳細を以下に説明する。走行状態検出部１１５は、車速とアクセルペダル操作量を検出する。また、蓄電装置１１２に出入りする電流とその時々での端子間電圧とから蓄電装置１１２に出入りする電力を求めて、蓄電装置の充電状態を示すSOC（State Of Charge）を推定し、蓄電装置１１２に設置されている図外の温度センサから蓄電装置温度を検出し、あらかじめ測定された蓄電装置特性に基づいて、SOCと蓄電装置温度とから蓄電装置１１２に電気エネルギを充電する時のエネルギ変換効率（充電効率）と蓄電装置１１２から電気エネルギを取り出す時のエネルギ変換効率（放電効率）を算出する。
【０１５４】無段変速機伝達効率算出部１１６は、各車速毎の変速比に対する伝達効率特性のデータを保持する記憶装置を用いて、車速に対応する伝達効率を算出する。
【０１５５】目標出力軸仕事率算出部１１７は、車速とその時のアクセルペダル操作量からドライバーの要求駆動力を求め、車速に基づいて要求駆動力を実現する出力軸における仕事率を算出する。
【０１５６】必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出部１１８は、内燃機関１０１の燃料消費率特性と無段変速機１０４の伝達効率を考慮して、目標出力軸仕事率算出部１１７において算出された仕事率を実現するために必要な内燃機関１０１の仕事率（必要仕事率）を算出し、さらにその際における出力軸仕事率の単位量当たりの内燃機関１０１に関する所定の物理量（必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量）を算出する。
【０１５７】しきい値算出部１１９は、以降に説明する動作モード選択部１２２において動作モードを選択する評価基準となる物理量を算出するものであり、必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量と同一単位のしきい値を設定する。しきい値は、例えば、エネルギ利用効率を高めたければ、単位仕事率当たりの燃料消費量（以下、「有効燃料消費率[cc/J]」と称する）やそれに対応した値になるし、排出ガスを最小にしたければ単位仕事率当たりの排出ガス量が選ばれる。本実施の形態においては、燃料消費量の低減を目的とした場合について述べる。
【０１５８】状態判断部１２０は、しきい値算出部１１９で得られたしきい値と必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出部１１８で得られた必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量との大小比較を行う。
【０１５９】仕事率比較部１２１は、必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出部１１８において算出された必要仕事率と、単位仕事率当たりの内燃機関１０１に関する所定の物理量を最小とする内燃機関１０１の動作点における仕事率との大小比較を行う。
【０１６０】動作モード選択部１２２は、状態判断部１２０と仕事率比較部１２１との判断結果に応じて内燃機関１０１、電動機１０３の運転／停止等の情報を含む動作モードを決定し、またクラッチ１０２の開放／締結を判断してクラッチコントローラ１２７に対して指令を出す。
【０１６１】目標ユニット動作点算出部１２３は、動作モード選択部１２２で得られた動作モードを実現する内燃機関１０１の目標トルクと目標回転数、電動機１０３の目標トルクと目標回転数、及び無段変速機１０４の目標変速比を算出し、内燃機関コントローラ１２４、電動機コントローラ１２５、及び無段変速機コントローラ１２６それぞれに対して指令を出す。
【０１６２】次に動作モード選択部１２２の演算処理について詳しく説明する。図３０は必要仕事率を内燃機関１０１において発生して、無段変速機１０４、減速装置５及び差動装置１０６を介して駆動輪１０７へ伝達する場合の必要仕事率発生時の有効燃料消費率を示した曲線Ｃｂ１としきい値Ｃｂ２とが一点鎖線で示されており、それらの交点をそれぞれＡ点、Ｂ点としている。このしきい値Ｃｂ２は、しきい値算出部１１９によって算出されたものであり、以下の制御では、しきい値以下の有効燃料消費率となる内燃機関１０１、クラッチ１０２、電動機１０３の動作モードや内燃機関１０１の目標トルクと目標回転数、電動機１０３の目標トルクと目標回転数、及び無段変速機１０４の目標変速比が設定される。
【０１６３】必要仕事率がＡ[kW]未満の場合（領域I）には、内燃機関１０１は停止、電動機１０３は運転、蓄電装置１１２は放電、クラッチ１０２は開放という制御となる。必要仕事率がＡ[kW]以上、Ｂ[kW]以下の場合（領域II）には、内燃機関１０１は運転、電動機１０３は運転、蓄電装置１１２は充電、クラッチ１０２は締結という制御になる。そして必要仕事率がＢ[kW]を超える場合（領域III）には、内燃機関１０１は運転、電動機１０３は運転、蓄電装置１１２は放電、クラッチ１０２は締結という制御になる。
【０１６４】次に目標ユニット動作点算出部１２３の演算処理について、図３１〜図３３に基づいて詳しく説明する。曲線Ｃｂ１は図３０と同様、必要仕事率を内燃機関１０１において発生させた場合の有効燃料消費率を示した曲線である。曲線Ｃｂ３は必要仕事率に対してそれ以上となる仕事率を内燃機関１０１で発生させ、その余剰となった仕事率を増加させ蓄電装置１１２への充電量を増加させた場合の有効燃料消費率[cc/J]を示した曲線である。各曲線Ｃｂ３は各必要仕事率について求めたもので、右側にあるものほど必要仕事率が大きい場合を示す。
【０１６５】図３１において、必要仕事率が領域Iにある場合には、しきい値Ｃｂ２に対して有効燃料消費率を示した曲線Ｃ上の点が大きく、内燃機関１０１を運転するとしきい値Ｃｂ２に対して効率が悪くなる。このため、内燃機関１０１を運転せず、蓄電装置１１２から放電された電力だけで駆動する電動機１０３により出力軸仕事率を発生させる。
【０１６６】図３２は、必要仕事率が領域IIにある場合を示している。領域II内の点、例えば図３２中の点Ｃでは、必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量算出部１１８で算出された必要仕事率（＝Pn）を内燃機関１０１で発生してもその際の有効燃料消費率はしきい値Ｃｂ２よりも小さくなる。そのため、必要仕事率分の仕事率を内燃機関１０１にて発生することが考えられる。しかしながら、内燃機関１０１を運転した場合にしきい値Ｃｂ２よりも大きな有効燃料消費率となる領域においては、蓄電装置１１２から放電された電力によって電動機１０３を駆動し、燃費を向上させたいため、しきい値Ｃｂ２以下となる領域においてできるだけ効率良く蓄電装置１１２に充電することが望ましい。
【０１６７】そこで内燃機関１０１で発生する仕事率（＝Pd）を大きくして有効燃料消費率がしきい値Ｃｂ２と等しくなるよう図３２中のＤ点で内燃機関１０１を運転することにする。Ｄ点での内燃機関１０１の仕事率とＣ点における出力軸仕事率との差となる余剰仕事率（＝内燃機関１０１の仕事率Pd−必要仕事率Pn）は、電動機１０３を用いて発電を行うために用いる。
【０１６８】ここで、Ｄ点の有効燃料消費率とＤ点での内燃機関１０１の仕事率と等しい仕事率を必要仕事率として内燃機関１０１で発生した場合におけるＤ’点の有効燃料消費率に着目する。Ｄ点とＤ’点の有効燃料消費率の差は、Ｄ点において発生した運動エネルギを電動機１０３によりいったん電気エネルギに変換して蓄電装置１１２に充電し、さらに蓄電装置１１２から放電する際に生じる損失（電動機効率、インバータ効率、蓄電装置１１２における充電効率、放電効率）から生じるもので、例えば、発電に用いられる余剰仕事率に対するそれら損失の割合が一定であったと仮定すると、余剰仕事率が大きくなるほど損失が大きくなる。つまり、Ｄ点とＤ’点とにおける有効燃料消費率の差が大きくなることになる。
【０１６９】ここで、有効燃料消費率の算出は、あらかじめ必要仕事率をパラメータとして、それに加えられる余剰仕事率を変化させたときのものを求め、マップ化したもの（以後、「有効燃料消費率マップ」と称する）を用いてもよい。もちろん、マップ化しないで、ＣＰＵで計算することにより算出してもよい。
【０１７０】図３３は、必要仕事率が領域IIIにある場合を示している。この場合は、必要仕事率を内燃機関１０１によって発生させると有効燃料消費率はしきい値よりも大きくなる。したがって、内燃機関１０１で発生させる仕事率はしきい値Ｃｂ２以下となる最大の仕事率とし、不足仕事率（＝出力軸仕事率Pn−内燃機関の仕事率Pd）を電動機１０３によって発生させる。また、出力軸仕事率がＡ[W]未満の場合と同様に、全ての仕事率を電動機１０３でまかなうことも考えられるが、蓄電装置１１２を出入りする電力が増えることになり、それにより生じる損失も増えるため、通常はこのような使い方は考えられない。ただし、例えば、後に回生によって多くの電力を回収できることが予測される場合等は、その限りではない。
【０１７１】必要仕事率を内燃機関１０１によって発生させる際の有効燃料消費率がしきい値Ｃｂ２と等しい場合には、その必要仕事率を内燃機関１０１によって発生させる。
【０１７２】次に、図２９に示したコントローラ１１４による制御処理を図３４〜図４１のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、本フローチャートは所定の周期で繰り返し算出されるものとする。
【０１７３】図３４は、本実施の形態による制御処理のメインフローのフローチャートである。ステップＳ１０１において、車速VSP[km/h]、アクセル開度acc[deg]、蓄電装置１１２における充電効率ηc及び放電効率ηd等の走行状態を検出する。ここで、充電効率ηc及び放電効率ηdは、それぞれ過去に行われた充電及び放電時における各値の平均値を用いて算出する。また、これらの値は前回の走行終了時における値を基に学習し算出してもよい。
【０１７４】ステップＳ１０２において、ドライバーの要求する駆動力を満たすために出力軸において発生する仕事率（出力軸仕事率）tPd[W]を算出する。ステップＳ１０３において、車速に応じた無段変速機の変速比に対する伝達効率データ列を算出し、ステップＳ１０４において、出力軸仕事率を最小燃料消費量で実現できる内燃機関１０１と電動機１０３及び無段変速機１０４の動作点を算出し、算出された動作点を用いて内燃機関１０１で仕事率（必要仕事率）を発生した場合の必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量を算出する。
【０１７５】ステップＳ１０５において、動作モードを選択するためのしきい値を算出し、ステップＳ１０６において、必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量としきい値との大小比較し、ステップＳ１０７において、必要仕事率と単位仕事率当たりの燃料消費量を最小とする内燃機関１０１の動作点における仕事率との大小比較を行う。
【０１７６】ステップＳ１０８において、ステップＳ１０６とステップＳ１０７との比較結果に基づいて動作モードを選択する。ステップＳ１０９において、選択された動作モードを実現する内燃機関１０１と電動機１０３と無段変速機１０４の動作点を算出する。
【０１７７】図３５は、図３４の目標出力軸仕事率を算出するステップＳ１０２における詳細な処理を示したフローチャートである。ステップＳ１１１において、車速VSP[km/h]とアクセル開度acc[deg]に基づいてMAPttd(VSP,acc)をマップ検索することにより、目標駆動力トルクtTd[Nm]を算出する。図４３に目標駆動トルク算出マップMAPttd(VSP,acc)の例を示す。このマップは、車速VSPとその時のアクセル開度accからドライバーの要求する駆動力tTdを推定し、その推定値tTdをマップ化したものである。また、目標駆動トルクtTdに対しては、マップ検索後に運転性向上のために変化率制限や一時遅れ要素などにより動的補償などを加えてもよい。
【０１７８】ステップＳ１１２において、車速VSPと目標駆動トルクtTd及びタイヤ有効半径r[m]に基づいて、目標出力軸仕事率tPd[W]を次数４により算出する。
【０１７９】
【数４】
図３６は、図３４における必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量を算出するステップＳ１０４における詳細な処理を示したフローチャートである。ステップＳ１２１において、車速VSPに応じて取り得る内燃機関回転数Ni[rpm]の上限値を関連付けしたテーブルTBLcvtu(VSP)と下限値を関連付けしたテーブルTBLcvtl(VSP)とから回転数上限値NiU[rpm]と回転数下限値NiL[rpm]を求める。例えば、無段変速機１０４の制限により内燃機関回転数の取り得る範囲が図４４のように定められたとき、Nil0＝TBLcvtl(VSP0)、NiU＝TBLcvtu(VSP0)の関連付けとなる。
【０１８０】ステップＳ１２２においては、以降で燃料消費量を演算する内燃機関回転数として、回転数下限値NiLから回転数上限値NiUまでの５０[rpm]刻みの配列NiS[n]（nは配列数であり、NiL，NiUによって決まる）を作成し、i＝０と設定する。
【０１８１】ステップＳ１２３において、iを１つインクリメントし、i＞nでなければステップＳ１２４へ分岐し、i＞nであればステップＳ１２７へ分岐する。
【０１８２】ステップＳ１２４〜Ｓ１２６では、内燃機関回転数NiS[i]としたときの内燃機関１０１の燃料消費量FuelS[i]を演算する。まずステップＳ１２４において、無段変速機１０４の変速比RcvtSを、車速VSPと内燃機関回転数NiS[i]とタイヤ有効半径r[m]に基づいて次数５により求める。
【０１８３】
【数５】
そして無段変速機入力トルクTcvtS[Nm]を、目標駆動トルクtTdと変速比RcvtSと内燃機関回転数NiS[rpm]から、無段変速機１０４における損失トルクを補正して目標駆動トルクを実現できる無段変速機入力トルクのマップMAPcvt(tTd,RcvtS,NiS[i])を用いて求める。
【０１８４】続くステップＳ１２５において、無段変速機入力トルクTcvtSを内燃機関トルクTeSとし、ステップＳ１２６において、内燃機関１０１の燃料消費量FuelS[i]を、内燃機関トルクTeSと内燃機関回転数NiS[i]との関数であるMAPfuel(TeS,NiS[i])をマップ検索する。図４２にMAPfuel(TeS,NiS[i])の一例を示してある。
【０１８５】配列数nについてステップＳ１２４〜Ｓ１２６の処理が終了すれば、ステップＳ１２７において、i＝1〜nすべての内燃機関回転数NiS[i]に対応した内燃機関１０１の燃料消費量FuelS[i]の中でも最も値の小さい配列順位jを選び出し、Ｓ１２８において、配列順位jに対応させ、出力軸仕事率を実現する内燃機関１０１の仕事率（必要仕事率）を発生する場合の内燃機関の動作点（トルク：tTen[Nm]、回転数：tNen[rpm]）を算出する。
【０１８６】ステップＳ１２９において、必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量Vn[cc/J]を、次数６により求める。
【０１８７】
【数６】
図３７は、図３４の動作モードを選択するためのしきい値を算出するステップＳ１０５における詳細な処理を示したフローチャートである。ステップＳ１３１において、前回の演算周期において算出した動作モードを選択するためのしきい値Vc[cc/J]をVcold[cc/J]とする。
【０１８８】続くステップＳ１３２において、目標SOC値tSOC[%]（例えば、SOC＝５０[%]）と蓄電装置１１２のSOC値SOC[%]との偏差に基づいて比例制御を行い、しきい値Vc[cc/J]を算出する。ここで、しきい値Vcは次数７を用いて算出される。
【０１８９】
【数７】
この数７の定数Kは、あらかじめ実験により求めた値を用いる。
【０１９０】図３８は、図３４の必要仕事率発生時仕事当たり物理量としきい値との大小比較を行うステップＳ１０６における詳細な処理を示したフローチャートである。ステップＳ１４１において、必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量Vnとしきい値Vcとの大小関係を比較する。
【０１９１】ステップＳ１４１において、Vn≦Vcである場合には、ステップＳ１４２において状態判断フラグFsを１にする。一方、ステップＳ１４１において、Vn≦Vcでない場合には、ステップＳ１４３においてVn＜Vcであるか否かを判断する。
【０１９２】ステップＳ１４３においてVn＜Vcである場合には、ステップＳ１４４において状態判断フラグFsを２にする。ステップＳ１４３においてVn＜Vcでない場合には、ステップＳ１４５において状態判断フラグFsを３にする。
【０１９３】図３９は、図３４の必要仕事率と単位仕事率当たりの燃料消費量を最小にする内燃機関の動作点での仕事率との大小比較を行うステップＳ１０７における詳細な処理を示したフローチャートである。まずステップＳ１５１において、必要仕事率tPn[W]と図４２に示す燃料消費率特性からの単位仕事率当たりの燃料消費量が最小となる内燃機関の動作点における仕事率Pmin[W]を求め、それらの大小関係を比較する。以下に、tPnとPminを算出するための式を示す。
【０１９４】
【数８】
このステップＳ１５１において、tPn＞Pminであれば、続くステップＳ１５２において仕事率比較フラグFpを０とする。一方、ステップＳ１５１において、tPn＞Pminでなければ、ステップＳ１５３において仕事率比較フラグFpを１とする。
【０１９５】図４０は、図３４の動作モードの選択を行うステップＳ１０８における詳細な処理を示したフローチャートである。ステップＳ１６１において、状態判断フラグFs＝１であるか否かを判断する。そしてFs＝１であれば、ステップＳ１６２へ分岐し、Fs＝１でなければステップＳ１６７へ分岐する。
【０１９６】ステップＳ１６２においては、仕事率比較フラグFp＝０であるか否かを判断する。そしてFp＝０であればステップＳ１６３へ分岐し、Fp＝０でなければステップＳ１６５へ分岐する。
【０１９７】ステップＳ１６３においては、動作モードフラグFw＝１とし、ステップＳ１６４においてクラッチ動作フラグFc＝０とする。ここでクラッチ動作フラグFc＝０の場合にはクラッチを開放する信号、Fc＝１の場合には締結する信号がクラッチコントローラ１２７ヘ送られる。
【０１９８】ステップＳ１６２においてFp＝０でなくてステップＳ１６５へ分岐した場合には、動作モードフラグFw＝３とし、続くステップＳ１６６においてクラッチ動作フラグFc＝１とする。
【０１９９】ステップＳ１６１においてFs＝１でなくてステップＳ１６７に分岐した場合には、Fs＝２であるか否かを判断する。そしてFs＝２であればステップＳ１６８へ分岐し、Fs＝２でなければステップＳ１６１０へ分岐する。
【０２００】ステップＳ１６８においては動作モードフラグFw＝２とし、続くステップＳ１６９においてクラッチ動作モードFc＝１とする。
【０２０１】ステップＳ１６７においてFs＝２でなくてステップＳ１６１０に分岐した場合には、動作モードフラグFw＝４とし、続くステップＳ１６１１においてクラッチ動作モードFc＝１とする。
【０２０２】図４１は、図３４の目標ユニット動作点を算出するステップＳ１０９における詳細な処理を示したフローチャートである。まずステップＳ１７１において、動作モードフラグFw＝１であるか否かを判断し、Fw＝１である場合にはステップＳ１７２へ分岐し、Fw＝１でなかった場合にはステップＳ１７４へ分岐する。
【０２０３】ステップＳ１７２〜Ｓ１７３においては、車速VSPと目標出力軸仕事率tPnとから、電動機１０３のエネルギ変換効率と無段変速機１０４の伝達効率を考慮して、目標出力軸仕事率を最小電力で実現できる電動機１０３の動作点と無段変速機１０４の変速比の組み合わせをマップ検索により求める。ここで、検索するマップはあらかじめ算出された組み合わせを、求めたい動作点毎にマップ化したものを用い、それぞれステップＳ１７２では電動機１０３の目標トルクtTm[Nm]を算出する際にMapttm1(VSP,tPn)、電動機１０３の目標回転数を算出する際にMaptnm1(VSP，tPn)を用い、ステップＳ１７３では無段変速機１０４の目標変速比を算出する際にMaptrcvt1(VSP,tPn)を用いる。
【０２０４】ステップＳ１７１において動作モードフラグFw＝１でなくてステップＳ１７４に分岐した場合には、動作モードフラグFw＝２であるか否かを判断し、Fw＝２であった場合にはステップＳ１７５へ分岐し、Fw＝２でなかった場合にはステップＳ１７８へ分岐する。
【０２０５】ステップＳ１７５〜Ｓ１７７においては、車速VSPに対応する有効燃料消費率マップから必要仕事率tPnがある場合に、しきい値Vcと同じ有効燃料消費率となる内燃機関１０１の目標トルクと目標回転数、電動機１０３の目標トルクと目標回転数、及び無段変速機１０４の目標変速比をそれぞれマップ検索により算出する。検索に用いる各マップは、しきい値Vcと同じ有効燃料消費率となる場合の内燃機関１０１、電動機１０３及び無段変速機１０４の各動作点を対応づけすることにより作成している。
【０２０６】例えば、有効燃料消費率マップを、内燃機関１０１の燃料消費率と電動機１０３のエネルギ変換効率、及び無段変速機１０４の伝達効率データ列を考慮して、内燃機関１０１の燃料消費量を最小とする各車速毎の内燃機関１０１のトルクと回転数、電動機１０３のトルクと回転数、及び無段変速機１０４の変速比を用いて作成した場合には、各マップから対応する内燃機関１０１、電動機１０３及び無段変速機１０４の各動作点が算出される。
【０２０７】ステップＳ１７５においては、車速VSPと必要仕事率tPn、及びしきい値Vcから内燃機関１０１の目標トルクtTe[Nm]と目標回転数tNe[rpm]をそれぞれ、Maptte2(VSP,tPn,Vc)、Maptne2(VSP,tPn,Vc)のマップ検索により算出する。続くステップＳ１７６においては、同様に車速VSPと必要仕事率tPnとしきい値Vcとから、しきい値と同じ有効燃料消費率となる場合における電動機の目標トルクtTm[Nm]をMapttm2(VSP,tPn,Vc)のマップ検索から算出し、目標回転数tNm[rpm]をtNe[rpm]とする。そしてステップＳ１７７において、同様に車速VSPと必要仕事率tPn、及びしきい値Vcから、しきい値と同じ有効燃料消費率となる場合における無段変速機１０４の変速比tRcvtをMaptrcvt2(VSP,tPn,Vc)のマップ検索から算出する。
【０２０８】ステップＳ１７４において動作モードフラグFw＝２でなかった場合には、ステップＳ１７８において動作モードフラグFw＝３であるか否かを判断し、Fw＝３であった場合にはステップＳ１７９へ分岐し、Fw＝３でなかった場合にはステップＳ１７１２へ分岐する。
【０２０９】ステップＳ１７９〜Ｓ１７１１においては、各車速毎において種々の必要仕事率を発生させた場合における有効燃料消費率マップから、車速VSPに応じたしきい値Vcと等しい有効燃料消費率となる内燃機関１０１の目標トルクと目標回転数、電動機１０３の目標トルクと目標回転数、及び無段変速機１０４の目標変速比をマップ検索により算出する。検索に用いる各マップは、必要仕事率発生時においてしきい値Vcと同じ有効燃料消費率となる場合の内燃機関１０１、電動機１０３及び無段変速機１０４の各動作点を対応づけることにより作成している。
【０２１０】例えば、必要仕事率発生時の有効燃料消費率マップを、内燃機関１０１の燃料消費率と電動機１０３のエネルギ変換効率、及び無段変速機１０４の伝達効率データ列を考慮して、内燃機関１０１の燃料消費量を最小とする各車速毎の内燃機関１０１のトルクと回転数、電動機１０３のトルクと回転数、及び無段変速機１０４の変速比を用いて作成した場合には、各マップから対応する内燃機関１０１、電動機１０３及び無段変速機１０４の各動作点が算出される。
【０２１１】まずステップＳ１７９においては、車速VSPとしきい値Vcとから内燃機関１０１の目標トルクtTeと目標回転数tNeとをそれぞれMaptte3(VSP,Vc)、Maptne3(VSP,Vc)をマップ検索により算出する。続くステップＳ１７０においては、車速VSPと必要仕事率tPnとから、無段変速機１０４の目標変速比tRcvtをMaptrcvt3(VSP,tPn)のマップ検索から算出する。そしてステップＳ１７１１において、内燃機関１０１の目標トルクtTeと目標回転数tNeとを発生した際の内燃機関１０１の仕事率tPg[W]を次数９により算出する。
【０２１２】
【数９】
また、無段変速機１０４における伝達効率ηcvtを次数１０により算出する。
【０２１３】
【数１０】
以上の演算結果に基づいて、車速VSPに応じたしきい値Vcと等しい必要仕事燃料消費率となる電動機の目標トルクtTmと目標回転数tNmが次数１１により算出される。
【０２１４】
【数１１】
ステップＳ１７８において動作モードフラグFw＝３でない場合には、ステップＳ１７１２〜Ｓ１７１４において、車速VSPに対応する有効燃料消費率マップから必要仕事率発生時の有効燃料消費率がしきい値Vcと同じとなる際の内燃機関１０１の目標トルクと目標回転数、電動機１０３の目標トルクと目標回転数、及び無段変速機１０４の目標変速比をそれぞれマップ検索により算出する。
【０２１５】まずステップＳ１７１２において、車速VSPと必要仕事率tPnとしきい値Vcとから、内燃機関１０１の目標トルクtTe[Nm]と目標回転数tNe[rpm]とをそれぞれMaptte2(VSP,tPn,Vc)、Maptne2(VSP,tPn,Vc)をマップ検索により算出する。ここで、Maptte2(VSP,tPn,Vc)、Maptne2(VSP,tPn,Vc)は、ステップＳ１７５でマップ検索した際に用いたものと同じマップである。
【０２１６】続くステップＳ１７１３においては、同様に車速VSPと必要仕事率tPnとしきい値Vcとから、電動機１０３の目標トルクtTm[Nm]をMapttm2(VSP,tPn,Vc)のマップ検索から算出し、目標回転数tNm[rpm]をtNe[rpm]とする。ここで、Mapttm2(VSP,tPn,Vc)は、ステップＳ１７６でマップ検索した際に用いたものと同じマップである。そしてステップＳ１７１４において、車速VSPと必要仕事率tPnとしきい値Vcとから、無段変速機１０４の変速比tRcvtをMaptrcvt2(VSP,tPn,Vc)のマップ検索から算出する。ここで、Maptrcvt2(VSP,tPn,Vc)は、Ｓ１７６でマップ検索した際に用いたものと同じマップである。
【０２１７】このようにして、上記の実施の形態によれば、内燃機関１０１、電動機１０３及び変速機１０４のエネルギ変換効率を考慮に入れて算出された出力軸における仕事率と、内燃機関１０１、電動機１０３及び蓄電装置１１２のエネルギ変換効率を考慮し発電した電力を蓄電装置１１２にいったん充電し、さらに将来放電する際に消費できる電力の発電に用いられた内燃機関１０１の仕事率との和に対する有効仕事率当たりの内燃機関１０１に関する所定の物理量としきい値とを比較し、走行時の内燃機関１０１と電動機１０３との動作モードや内燃機関１０１と電動機１０３、及び変速機１０４の動作点を決定するため、内燃機関１０１に関する所定の物理量をより好適にすることができる。
【０２１８】図４５を使ってこの点を、内燃機関１０１において燃料消費量の低減を図る場合を例にとり説明する。図４５において破線で示した曲線は、ある車速時に内燃機関１０１で必要仕事率を発生した場合の有効仕事率当たりの燃料消費量となる有効燃料消費率[cc/J]を示す。
【０２１９】本実施の形態における必要仕事率発生時有効仕事率当たり物理量は、この破線Ｃｂ１１で示される。実線Ｃｂ１２は必要仕事率以上の仕事率を内燃機関１０１で発生し、蓄電装置１１２への充電に当てる余剰分の仕事率を増加させた場合の有効燃料消費率を示した曲線である。各実線は各必要仕事率時について求めたもので、右側にある実線ほど必要仕事率が大きい高負荷な場合を示す。
【０２２０】従来例では、ある必要仕事率時において必要仕事率以上の仕事率を内燃機関で発生し、蓄電装置への充電に当てる余剰分の仕事率を増加させた場合の有効燃料消費率を比較し、その値が最小となる場合に対応する動作モード、及び内燃機関と電動機、及び変速機の動作点を算出する。
【０２２１】すなわち、ある必要仕事率時における範囲内で最も効率の良い動作モード及び各動作点が算出される。例えば必要仕事率がα１であった時、必要仕事率以上となる余剰な内燃機関の仕事率を変化させた場合の有効燃料消費率は曲線αで示される。従来例においては、必要仕事率を内燃機関により発生させる動作モードが選択され、α２の点で必要仕事率以上を発生し、余剰分の内燃機関の仕事率を用いて発電した電力を蓄電装置に充電する。また、必要仕事率がβ１であった場合、走行時の動力源に内燃機関を用いる動作モードが選択され、内燃機関での効率が最高となる必要仕事率β１分のみの仕事率を発生し、蓄電装置に充電は行わない。選択されたα２とβ１の点に着目すると、α２の点はその必要仕事率時においては、確かに最も効率が良い。
【０２２２】しかしながら、例えば同じ電力を充電する場合には、必要仕事率がβ１である場合の曲線βと一点鎖線Ｃｂ１３で示した充電電力を同じとする際に描ける曲線との交点β２で発電を行った方が効率が良いのは明白である。また、β１の点は、α２の点に着目した際にも述べたように、効率の良い発電が行えるにも関わらずそれを行わない。
【０２２３】これは、必要仕事率がα１の時にはα１とα２を比較して効率が大きいα２を選択し、同様に必要仕事率がγ１の時にはγ２を選択し、必要仕事率がβ１の時にはβ１を選択するというように、現在の走行における必要仕事率の範囲の中で最も効率の良い点を選択することが原因となっており、その結果、効率が低い状態での充電が行われることになる。つまり、従来例においては、必ずしも走行全体を通して燃料消費量を最小限にできる動作モードの選択となっていない。
【０２２４】また、従来例においては、効率を所定の値に管理した動作モードの選択を行うことができない。具体的には、効率の良い点を選択する際の比較対象（現在の走行における必要仕事率の範囲の中での効率）が必要仕事率に応じて大きく異なるため、選択された動作モードの効率は、設計者等があらかじめ設定した効率ではなく、必要仕事率時毎に異なる値となってしまう。
【０２２５】これに対して本実施の形態においては、動作モードを設計者が設定した燃料消費量に関するしきい値という絶対的な基準を持って選択するため、通常は充電を急ぐ必要がない場合においてできる限り効率が高くなるようにしきい値を設定し、効率の高い状態で発電を行う。効率が低い状態で充電を行う場合は、設計者が効率が低くても充電したいという意図をしきい値に反映させた場合に限られ、その量も最低限になるように設定する。また、しきい値の設定にもよるが、内燃機関１０１を運転すると効率が低くなるような場合には、効率が高い状態で充電された蓄電装置１１２からの電力により電動機１０３を作動させて走行し、効率の低い発電を避けることで燃料消費量の低減が可能である。
【０２２６】さらに、設計者の意図によってしきい値を設定することにより効率を管理し、しきい値以下となる有効燃料消費率で走行する動作モードの選択ができるため、走行に問題がない範囲でしきい値をできるだけ小さな有効燃料消費率に設定し、より効果的に燃料消費量の低減を図ることができる。また例えば、有効仕事率当たりの物理量を内燃機関における有効仕事率当たりの排出ガス量とした場合には、排出ガス量を従来と比較して低減することができる。
【０２２７】さらに本実施の形態を適用する設計者は、しきい値の算出方法の適合作業さえ行えばよく、それさえ行えば走行状態に応じた動作モードや内燃機関１０１と電動機１０３、及び変速機１０４の動作点を一意に決定できるため、見通しの良いシステム設計ができる。
【０２２８】なお、上記の実施の形態において、有効仕事率当たりの物理量を内燃機関における仕事率当たりの制限したい排出ガス成分とすることにより、内燃機関の仕事率に対する排出ガス成分を従来と比較して低減することができる。
【０２２９】また、必要仕事率に対応する有効仕事率当たりの物理量としきい値とを比較することによって、しきい値と比較して同等あるいはより好適となるような動作モードを選択することができる。
【０２３０】具体的には、第１の動作モードにおいては、出力軸仕事率を電動機１０３により発生するため、内燃機関１０１においてしきい値に対して効率が低くなる運転を行わず、その際の有効仕事率当たり物理量はしきい値に対してより好適となる。また、第２の動作モードにおいては、内燃機関１０１にてしきい値に対して効率が等しいかあるいは効率が高い運転を行い、必要仕事率に対してそれ以上となる内燃機関１０１の仕事率を発生し、その余剰となる内燃機関１０１の仕事率により発電し蓄電装置１１２に充電する。このため、第１，３の動作モードのような内燃機関１０１にてしきい値に対して効率が低くなる状態において運転を行わずに、この第２の動作モードで効率良く充電された電力を用いて電動機１０３で走行することができる。
【０２３１】さらに、第３の動作モードにおいては、内燃機関１０１にてしきい値以下となる最大の必要仕事率となるように内燃機関１０１の仕事率を効率良く発生し、必要仕事率に対して不足する仕事率は電動機により発生するため、その際の有効仕事率当たり物理量はしきい値と同等になる。また比較的高負荷時において必要仕事率をすべて電動機１０３により発生した場合に比べ、蓄電装置１１２から一度に大量の電力を放電することがないために、蓄電装置１１２の急激な温度上昇や性能劣化を抑制することができ、さらに容量の小型化が可能となる。
【０２３２】またさらに、第４の動作モードにおいては、必要仕事率を内燃機関１０１において発生し、しきい値と同等の効率で走行できる。
【０２３３】さらに本実施の形態によれば、有効仕事率当たり物理量を算出する際に用いる内燃機関１０１、電動機１０３、及び変速機１０４の動作点を、種々の必要仕事率と種々の内燃機関１０１の仕事率において、ドライバーの要求する駆動力と内燃機関１０１の仕事率とを内燃機関１０１に関する所定の物理量を最小になるよう算出したため、変速機１０４において実現可能な変速比幅内において最良燃費となる動作点を得ることができる。また、有効仕事率当たり物理量に基づいて算出される動作モードや内燃機関１０１、電動機１０３及び変速機１０４の動作点を、内燃機関１０１に関する所定の物理量をより好適なものとすることができる。
【０２３４】なお、上記の実施の形態では、ベルト式の無段変速機１０４を用い、１台の電動機１０３により内燃機関１０１の始動、発電、走行及び回生制動を行う例を示したが、前述した変速機（トロイダル式の無段変速機、前述の遊星歯車を用いた無段変速機及び段階的に変速を行う変速機）や２台の電動機を用いたハイブリット車両に対しても本発明を応用することができる。
【０２３５】図４６は、本発明の第９の実施の形態のハイブリッド車の制御装置のパワートレインを示している。第９の実施の形態においては、変速機１０４にベルト式やトロイダル式の無段変速機あるいは、段階的に変速を行う変速機を用いている。この配置例においては、内燃機関１０１の始動と発電のために用いられる電動機１３０と、車両の走行と回生制動のために用いられる電動機１０３との２台の電動機を用いた構成となる。
【０２３６】この配置例に対しても、クラッチ１０２の入力側の電動機１３０と内燃機関１０１との配置は、電動機１３０を内燃機関１０１の上流に配置してもよいし、電動機１３０を内燃機関１０１の下流に配置してもよい（図示せず）。また、内燃機関１０１の出力軸をクラッチ１０２の入力軸と直結して１軸で構成すると共に、内燃機関１０１の出力をクラッチ１０２を介して、１軸で構成された電動機１０３、変速機１０４、減速機１０５、差動装置１０６に伝える構成にすることもできる。一方、クラッチ１０２の出力側の電動機１０３と変速機１０４の配置は、図８に示すように電動機１０３を変速機１０４の上流に配置してもよいし、電動機１０３を変速機１０４の下流に配置してもよい。
【０２３７】このように、内燃機関１０１からの動力を変速機１０４の出力軸から減速装置５及び差動装置１０６を介して駆動輪１０７に伝えると共に、１個以上の電動機が駆動輪１０７に動力を伝える推進機構であれば、各機器がどのような配置でもよい。変速機１０４に前述の遊星歯車を用いた場合には、２台の電動機を用いた構成となる。内燃機関１０１をキャリアに、電動機（発電機）をサンギヤに結合し、またもう一つの電動機と結合したリングギヤを出力に結合し、内燃機関１０１及び電動機で発生した動力を遊星歯車及び差動装置１０６を介して駆動輪１０７に伝達することになる。
【０２３８】次に、本発明の第１０の実施の形態のハイブリッド車の制御装置について説明する。
【０２３９】前述の第１の実施の形態のハイブリッド車の制御装置は、内燃機関と発電機あるいは燃料電池から構成される発電装置と蓄電装置と駆動用電動機を備え、発電装置と蓄電装置から供給される電力で駆動電動機を動作し走行する、所謂シリーズハイブリッド車（Ｓ−ＨＥＶ）において、発電装置からの電力を蓄電装置にいったん充電し、さらに将来放電する際の発電装置及び蓄電装置のエネルギ変換効率を考慮し、発電電力から損失分を除いた有効電力当たりの発電装置に関する所定の物理量（発電効率に相当）が設定値となるよう発電装置と蓄電装置の動作モードや目標発電電力を決定する。また、この設定値は、通常充電を急ぐ必要がない場合においてはできる限り効率が高くなるよう設定して高効率となる発電を行い、一方、効率が低い状態で充電を行う場合には、効率が低くても充電したいという場合に限り、かつその充電量も最低限にするため、発電装置に関する所定の物理量を好適にすることができる。
【０２４０】前述の第１の実施の形態のハイブリッド車の制御装置では、蓄電装置のエネルギ変換効率には代表値を用い、一定値として有効電力当たりの発電装置に関する所定の物理量を算出しているため、演算処理が単純化でき、それだけ制御用のマイクロコンピュータにかかる負荷が軽くて済む利点がある。
【０２４１】しかしながら、実際の蓄電装置のエネルギ変換効率は蓄電装置の状態に応じて変化する。図６６は蓄電装置の充電効率特性の一例である。横軸を充電状態SOC[%]、縦軸を充電量[kW]とし、各場合における充電効率を等充電効率線により示している。図６６における充電効率から、同充電量であってもSOCが高い状態の方が高効率である特性を持つことが分かる。また、充電効率は蓄電装置の温度や劣化度合に応じても特性が変化するため、それらを考慮して充電効率を算出してもよい。
【０２４２】このため、第１の実施の形態のハイブリッド車の制御装置では、蓄電装置のエネルギ変換効率を一定値として算出した有効電力当たりの発電装置に関する所定の物理量と実際の値との間に差が生じることがある。またさらに、この有効電力当たりの発電装置に関する所定の物理量に基づいて決定される発電装置と蓄電装置の動作モードや目標発電電力についても、必ずしも走行状況に応じて発電装置に関する所定の物理量を最適とするものになるとは限らない。
【０２４３】この点を解消することができるのが第１０の実施の形態であり、この実施の形態のハイブリッド車の制御装置は、原動機あるいは原動機と発電機から構成される発電装置と、発電装置で発生した発電電力や減速時における回生電力を蓄積する蓄電装置と、走行用の電動機を備え、原動機と電動機の少なくとも一方の駆動力により走行するハイブリッド車にあって、原動機あるいは原動機と発電機、電動機のエネルギ変換効率、及びSOCや充電効率等に応じて異なる蓄電装置のエネルギ変換効率を考慮に入れることにより、実走行状態に即した発電装置、蓄電装置及び電動機の動作モードや発電装置、電動機の動作点を明示し、原動機あるいは燃料電池の燃料消費量や制限したい排出ガス成分量を効果的に低減する制御を行うことを特徴とする。
【０２４４】以下、この第１０の実施の形態のハイブリッド車の制御装置について、図４７及び図４８を用いて説明する。
【０２４５】図４７において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、破線は電力線を示す。また、細い実線は制御線を示す。内燃機関２０１は、発電機２０２を駆動して電力を発生する。これらは、燃料電池であっても構わない。発電機２０２により発電された電力は電動機２０６を駆動し、差動装置２０７、タイヤ２０８を介して駆動力を路面に伝えることにより車両を走行させる。発電機２０２で発電された電力が電動機２０６で消費される電力より大きい場合は、余剰電力として蓄電装置２０９に蓄えられる。発電機２０２で発電された電力が電動機２０６で消費される電力より小さい場合は、不足電力として蓄電装置２０９から放電されて電動機２０６に供給される。
【０２４６】発電機２０２、電動機２０６は交流機に限らず直流機を用いることもできる。発電機２０２、電動機２０６はインバータ２０３，２０５により駆動される。なお、発電機２０２、電動機２０６に直流電動機を用いる場合には、インバータの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。
【０２４７】インバータ２０３，２０５は共通のＤＣリンク２０４を介して蓄電装置２０９に接続されており、発電機２０２の交流発電電力を直流電力に変換して蓄電装置２０９を充電すると共に、蓄電装置２０９の直流電力を交流電力に変換して電動機２０６へ供給する。蓄電装置２０９には、リチウム・イオン電池、ニッケル・水素電池、鉛電池などの各種電池や、電気二重層キャパシタ、いわゆるパワーキャパシタを用いることができる。
【０２４８】配電コントローラ２１０は、図外のドライバーからのアクセル操作や、車速センサからの車速信号に基づいて、内燃機関２０１、発電機２０２及び蓄電装置２０９の運転状態をどうすべきかを判断し、その判断結果と、アクセル操作を介したドライバーからの要求に答えるべく、内燃機関２０１、発電機２０２及び電動機２０６に対する指令値を生成する。
【０２４９】次に図４８を用いて、上記配電コントローラ２１０について詳しく説明する。配電コントローラ２１０には、図外のセンサ群から、アクセルペダル操作量、スロットル開度、内燃機関回転数、車速、電動機駆動電流、電動機回転数、発電機駆動電流、発電機回転数、補機類負荷、蓄電装置温度などの車両状態を示す物理量又は物理量に相当する換算量が入力されている。
【０２５０】配電コントローラ２１０における走行状態検出部２１１は、例えば、車速とアクセルペダル操作量を検出する。必要仕事率算出部２１２は、車速とその瞬間のアクセルペダル操作量からドライバーの要求する駆動力を実現するために必要な内燃機関２０１の仕事率（必要仕事率）を算出する。
【０２５１】単位仕事率当たり物理量算出部２１３は、出力軸における仕事率と補機の運転に用いられた仕事率の和の単位量当たりの内燃機関に関する所定の物理量を算出す | |