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【発明の名称】 車両用動力装置の制御装置
【発明者】 【氏名】上岡 清城

【氏名】小林 幸男

【氏名】原田 修

【氏名】山口 勝彦

【氏名】西垣 隆弘

【氏名】川端 剛士

【氏名】山本 健児
【要約】 【課題】内燃機関と回転電機を備えた車両において、内燃機関の燃料が尽きたときに、車両の不自然な挙動、動力伝達系に加わる過大な負荷の発生を防止する。

【解決手段】燃料タンク３６に蓄えられる燃料の残量を燃料センサ３８により検出する。燃料の残量が所定値以下となったときに、制御部３４は、前輪用回転電機１４による充電を制限する。これにより、充電により生じるトルクが、車両を急激に減速させることを防止する。また、制御部３４は、後輪用回転電機１６の力行制御を禁止する。これにより燃料が欠乏したときに、前輪には制動力、後輪には駆動力というように、トルクの向きが相反して、車両が不自然な挙動をしたり、動力伝達系に急激なトルク変動が生じたりすることを防止する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 共通の駆動輪に動力を供給する第１および第２原動機と、前記第１原動機に供給されるエネルギを蓄える第１エネルギ貯蔵手段と、前記第２原動機に供給されるエネルギを蓄え、前記第１エネルギ貯蔵手段とは別個の第２エネルギ貯蔵手段と、を有する車両用動力装置の制御を行う装置であって、前記第１エネルギ貯蔵手段に蓄えられたエネルギ量を監視し、エネルギ残量が所定値以下となったことを判定するエネルギ残量判定手段と、エネルギ残量が所定値以下となったことが判定された場合、前記第２原動機に対し、この第２原動機によって前記第１原動機に加わえられる負荷が、所定値以下となる制限を行う制限制御手段と、を有する車両用動力装置の制御装置。
【請求項２】 請求項１に記載の車両用動力装置の制御装置において、前記第１原動機は内燃機関であり、前記第２原動機は回転電機であり、前記エネルギ残量判定手段は、前記第１エネルギ貯蔵手段である燃料タンクの燃料残量を監視する手段であり、前記制限制御手段は、前記回転電機の発電量を制限するものである、車両用動力装置の制御装置。
【請求項３】 第１駆動輪に動力を供給する第１原動機と、前記第１駆動輪とは別個の第２駆動輪に動力を供給し、前記第１原動機とは別個の第２原動機と、前記第１原動機に供給されるエネルギを蓄える第１エネルギ貯蔵手段と、前記第２原動機に供給されるエネルギを蓄え、前記第１エネルギ貯蔵手段とは別個の第２エネルギ貯蔵手段と、を有する車両用動力装置の制御を行う装置であって、前記第１エネルギ貯蔵手段に蓄えられたエネルギ量を監視し、エネルギ残量が所定値以下となったことを判定するエネルギ残量判定手段と、エネルギ残量が所定値以下となったことが判定された場合、前記第２原動機に対し、この第２原動機が駆動する駆動輪に加えられるトルクの大きさが所定値以下となる制限を行う制限制御手段と、を有する車両用動力装置の制御装置。
【請求項４】 請求項３に記載の車両用動力装置の制御装置において、前記第１原動機は内燃機関であり、前記第２原動機は回転電機であり、前記エネルギ残量判定手段は、前記第１エネルギ貯蔵手段である燃料タンクの燃料残量を監視する手段であり、前記制限制御手段は、前記回転電機の発電量および出力を制限するものである、車両用動力装置の制御装置。
【請求項５】 第１駆動輪に動力を供給し、内燃機関と回転電機の二つの原動機を有するハイブリッド動力システムと、前記第１駆動輪とは別個の第２駆動輪に動力を供給し、前記ハイブリッド動力システムの原動機とは別個の第３原動機と、前記第１原動機の内燃機関に供給される燃料を蓄える燃料貯蔵手段と、を有する車両用動力装置の制御を行う装置であって、前記燃料の貯蔵量を監視し、その残量が所定値以下になったことを判定する燃料残量判定手段と、前記回転電機が発電状態であることを判定する発電状態判定手段と、前記燃料残量が所定値以下となり、かつ前記回転電機が発電状態と判定された場合、前記第３原動機の駆動力を所定値以下に制限する制限制御手段と、を有する車両用動力装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の原動機を有する車両用動力装置を制御する装置に関し、特に、原動機に供給するエネルギの残量に対応した制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両の総合的な効率を高め、また環境に対する負荷を軽減するために様々な車両用の動力装置の検討がなされている。例えば、内燃機関と電動機というように複数の原動機を組み合わせたハイブリッド車両が実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記ハイブリッド車両などのように複数の原動機を有する車両においては、個々の原動機が互いに協調するように適切に制御される必要がある。しかしながら、内燃機関の燃料が欠乏したときなどのように、突然の出力低下に他の原動機の出力制御を追従させることは困難である。このような突然の出力低下が生じると各原動機の発生するトルクが互いに逆方向となり、動力伝達系に過大な負荷がかかる場合があるという問題があった。また、個々の原動機が別個の駆動輪を駆動している場合、前記のような突然の出力低下により、個々の駆動輪の駆動力が互いに逆方向となるなどにより、車両の挙動が不自然なものとなるとなるという問題があった。
【０００４】一方、特開２０００−６０１９３号公報には、内燃機関の燃料残量が所定値以下となったときには、内燃機関の補機であるオルタネータ、すなわち内燃機関の運転に必要な電力等を発生するための発電機の発電量を抑制する技術が記載されている。発電量の抑制によって、オルタネータを駆動するトルクを低下させ、燃料が完全に欠乏するまでの時間を延ばす、すなわち燃料消費量を抑制する技術が開示されている。しかし、前述した本発明の課題である、燃料等がなくなったときに、動力伝達系に加わる過大な負荷、個々の駆動輪に生じる駆動力の相違による不自然な車両挙動などについては何ら考慮されていない。
【０００５】本発明は前述の課題を解決するためになされたものであり、一つの原動機のエネルギの貯蔵量がなくなり、当該原動機の出力低下することに、あらかじめ備えた制御を行うことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するために、本発明にかかる車両用動力装置の制御装置は、複数の原動機ごとに対応したエネルギを貯蔵する手段の少なくとも一つを監視し、当該貯蔵手段のエネルギの残量が所定値以下となったことを判定する手段と、エネルギ残量が所定値以下と判定された場合、この判定がなされたエネルギ貯蔵手段からエネルギ供給を受ける原動機ではない他方の原動機に対して、その運転に所定の制限を加える制限制御手段を有している。具体的には、エネルギ残量を監視し、所定値以下となった場合、この後エネルギが欠乏して対応する原動機の出力が急激に失われる可能性があると判断する。そして、これに備えて他の原動機の出力等の調整を行う。
【０００７】例えば、共通の駆動輪に動力を供給する二つの原動機を有する場合、第１原動機のエネルギが尽きようとしているときに、第２原動機が前記第１原動機に与えている負荷を低減しておく。これにより、エネルギが尽きたとき、急激に、第２原動機の負荷が駆動輪に制動力となって働くことを防止することができる。
【０００８】また、複数の駆動輪を別個の原動機で駆動する場合、一方の原動機のエネルギが尽きようとしているときに、他の原動機が駆動する駆動輪に伝達されるトルクの大きさが所定値以下となるように前記他の原動機の制御を行う。例えば、一方の原動機が内燃機関であり、他方の原動機が回転電機であれば、内燃機関の燃料の残量が所定値以下となった場合、回転電機の発生するトルクまたは発電量を制限し、駆動輪にかかるトルクを制限しておく。回転電機が電動機として機能している場合、その出力トルクを制限しておけば、燃料の欠乏により内燃機関の制動力、いわゆるエンジンブレーキと、回転電機の駆動力とが逆向きになる、すなわち駆動輪ごとに駆動の向きが異なるという事態を避ける、または軽減することができる。また、回転電機が発電機として機能している場合は、エンジンブレーキと回生ブレーキの双方が作用し、急に強い制動がかかるという事態を避ける、または軽減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、複数の種類の原動機を動力源として有するハイブリッド車両の一構成例を示す図である。ハイブリッド車両１０は、動力源として、一つの内燃機関１２と、二つの回転電機１４，１６を有し、これらの原動機により前輪１８および後輪２０を駆動する車両である。内燃機関１２と回転電機１４の出力は、入力切替機構２２および連続可変比変速機構（以下、ＣＶＴと記す）２４を介して前輪１８に伝達される。一方、回転電機１６の出力は後輪２０に伝達される。このように、二つの回転電機１４，１６は、それぞれ駆動する車輪が定まっているので、以下の説明において、回転電機１４を前輪用回転電機１４、回転電機１６を後輪用回転電機１６と記す。内燃機関１２、前輪用回転電機１４および入力切替機構２２、ＣＶＴ２４を含むハイブリッド動力システム２６の詳細については後述する。
【００１０】回転電機１４，１６は、それぞれ前輪用、後輪用インバータ２８，３０を介してバッテリ３２と電気的に接続されている。回転電機１４，１６は、バッテリ３２に蓄えられた電気エネルギ（電力）の供給を受けて、それぞれ前輪１８、後輪２０を駆動する。このとき、回転電機１４，１６は電動機として機能する。回転電機１４，１６は、また発電機としても機能し、発電された電力がバッテリ３２に充電される。前輪用回転電機１４で発電を行う場合は、車両の慣性により発電を行う、いわゆる回生制動と、内燃機関１２の出力を用いて発電を行う場合とがある。後輪用回転電機１６の場合は、回生制動の場合のみ発電を行う。このような回転電機１４，１６の動作は、インバータ２８，３０を介して制御部３４にて制御される。
【００１１】内燃機関１２は、ガソリンなどの液体燃料を燃焼させて動力を発生しており、この燃料は燃料タンク３６に蓄えられ、必要に応じて内燃機関１２に供給される。内燃機関１２、さらには入力切替機構２２，ＣＶＴ２４の制御は、制御部３４が行う。また、制御部３４には、燃料タンク３６内に備えられ、燃料の残量を検出する燃料センサ３８からの出力が入力される。
【００１２】図２は、ハイブリッド動力システム２６の概略構成を示す図である。入力切替機構２２は、サンギア４０とリングギア４２の間の動力伝達を、２個直列に配置されたプラネタリピニオン４４で行う、いわゆるダブルピニオンタイプの遊星歯車機構である。プラネタリピニオン４４は、これらの相対関係を維持する一方、自転を許容するように、キャリア４５に支持されている。サンギア４０には内燃機関１２の出力軸４６が結合され、キャリア４５には回転電機１４の出力軸４８が結合されている。キャリア４５は、また第１クラッチ５０を介してＣＶＴ２４の入力軸５４に結合可能となっている。また、リングギア４２は、第２クラッチ５２を介してＣＶＴ入力軸５４に結合可能となっている。また、リングギア４２の回転を止めるためにブレーキ５６が設けられている。
【００１３】ＣＶＴ２４は、略円錐面を有するシーブを、その略円錐面を向かい合わせて配置した１対のプーリ５８，６０にベルト６２を掛け渡して構成される。シーブの間隔を変更することで、ベルト６２のプーリ５８，６０の巻き掛かり半径が変更され、それに伴って変速比が連続的に変化するようになっている。ＣＶＴ２４の出力は、減速機６４およびドライブシャフト６６を介して前輪１８に伝達される。
【００１４】第１および第２クラッチ５０，５２を結合しブレーキ５６を解放した状態で、内燃機関出力軸４６とＣＶＴ入力軸５４が直結状態となる。また、回転電機１４の出力軸４８もＣＶＴ入力軸５４と直結状態となる。このとき、内燃機関１２は車両を駆動する出力を発生し、回転電機１４は、車両の走行状況等に応じて補助車両の駆動を補助するトルクを発生したり、内燃機関１２の出力による発電または車両慣性力の回生を行う。回転電機１４のみで走行する場合には、第１クラッチ５０のみ結合状態とし、これにより回転電機出力軸４８とＣＶＴ入力軸５４が直結状態となる。また、第２クラッチのみを係合し、内燃機関１２の反力トルクと回転電機１４で発生させることで、内燃機関１２の出力トルクを増幅し、リングギア４２からＣＶＴ入力軸５４に出力させることも可能である。回転電機１４が正回転していれば電動機として機能し、逆回転していれば発電機として機能することになる。これは登坂などの発進時に大きな発進トルクが必要な場合に適用される。
【００１５】次に、図３〜図５を用いて、内燃機関１２の燃料の残量が少なくなったときの当該動力装置の制御について説明する。
【００１６】図３は、燃料残量の判定にかかるルーチンを示す図である。まず、燃料タンク残量が所定の値Ａ未満であるかが判断される（Ｓ１００）。所定値Ａ未満であれば、燃料残量が十分であるフラグexfuelをＯＦＦとし（Ｓ１０２）、このルーチンを抜ける。このフラグexfuelがＯＮのときは、燃料が十分にあり、当面燃料が欠乏することはないと考えられる。一方、ステップＳ１００で、所定値Ａ未満でないと判断されれば、さらに燃料残量が前記の所定値Ａより大きな値の所定値Ｂ以上であるかが判断される（Ｓ１０４）。残量が、所定値Ｂ以上であればフラグexfuelをＯＮとし（Ｓ１０６）、所定値Ｂ以上でなければフラグexfuelを現状で維持し、ルーチンを抜ける。所定値ＡおよびＢを設けて判定を行うのは、車両の傾きや加減速などで、実際の燃料残量より少ない値が検出される可能性があることを考慮したものである。すなわち、一旦所定値Ａより少ない値が検出された後、所定値Ｂより大きな値が検出されれば、残量少の判定を取り下げて、十分な残量があると判断する。以上のルーチンは、燃料センサ３８の出力に基づき制御部３４が所定のプログラムに従い動作することにより達成される。したがって、燃料センサ３８および制御部３４が、エネルギ貯蔵手段である燃料タンクに残存するエネルギ残量を監視し、これが所定値以下となったことを判定するエネルギ残量判定手段として機能する。なお、所定値ＡおよびＢは、例えば５リットル、１０リットルなどと定めることができる。
【００１７】図４は、前輪用回転電機１４の制御にかかるルーチンである。まず、バッテリ３２の蓄電量（ＳＯＣ）などに基づき、バッテリ３２に対し充電を行う必要（充電要求）があるかを判断する（Ｓ１１０）。バッテリ３２のＳＯＣは、常に監視されており、ＳＯＣに関する情報は、制御部３４が把握している。充電要求がなければ、このルーチンを抜ける。充電要求がある場合、前述のフラグexfuelがＯＦＦであるかが判断される（Ｓ１１２）。フラグexfuelがＯＦＦであれば、さらに第１および第２クラッチ５０，５２が係合している状態、すなわち内燃機関１２および回転電機１４の出力軸４６，４８とＣＶＴ入力軸５４が直結状態であるかが判断される（Ｓ１１３）。これらのクラッチが直結状態であれば、前輪用回転電機１４で発電される電力を制限する（Ｓ１１４）。また、ステップＳ１１２においてフラグexfuelがＯＮと判断された場合、およびステップＳ１１３にて第１および第２クラッチ５０，５２が係合していない状態であると判断された場合は、通常の電力を発電しバッテリ３２の充電を行う（Ｓ１１６）。燃料残量が少ないときに発電電力を制限することにより、内燃機関１２が燃料欠乏により停止したときに、ハイブリッド動力システム２６の出力に突然大きな変動が生じることを防止することができる。具体的には、例えば内燃機関１２によって車両を加速させ、また回転電機１４を駆動して発電を行う走行モードにおいて、発電量の制限を行う。このモードにおいて、発電量の制限を行わなければ、燃料が欠乏したときに内燃機関の駆動力は急激に失われ、さらに回転電機１４が発電していれば、このトルクが更に車両を減速させるように働く。したがって、突然大きな制動力が発生することになり、運転者に違和感を与えることとなる。本実施形態では、このことを考慮し、燃料の残量が乏しくなったときに、あらかじめ発電量を制限し、トルクの発生量を抑えておく。これによって、燃料がなくなったときに急激な減速が生じることを防止している。以上のルーチンは、制御部３４が所定のプログラムに従い動作することにより達成される。よって、この制御部３４は、第２原動機（前輪用回転電機１４）によって第１原動機（内燃機関１２）に加えられる負荷を制限する制限制御手段として機能する。なお、発電量の制限は、燃料欠乏時に発生する減速が運転者に大きな違和感を与えない程度にトルクを減少させる程度に制限する。もちろん、発電量を０にすることも可能である。
【００１８】図５は、後輪用回転電機１６の制御にかかるルーチンである。まず、運転者が要求する車両の加速度を達成するために、後輪用回転電機１６により車両を駆動する必要（力行要求）があるかを判断する（Ｓ１２０）。運転者の要求する加速度は、アクセルペダルなどの操作子の操作量を示す信号が制御部３４に送られ、この信号に基づき判断される。力行要求がなければ、このルーチンを抜ける。充電要求がある場合、前述のフラグexfuelがＯＦＦであるかが判断される（Ｓ１２２）。フラグexfuelがＯＦＦであれば、力行を禁止し（Ｓ１２４）、ＯＦＦでなければ通常の力行制御を実行する（Ｓ１２６）。燃料残量が少ないときに力行を禁止することにより、内燃機関１２が燃料欠乏により停止したときに、前後輪で相反する駆動力が発生することを防止することができる。後輪用回転電機１６も用いて車両を加速しようとしている場合に、内燃機関１２が燃料欠乏により停止すると、前輪１８にはエンジンブレーキが作用し、後輪には後輪用回転電機１６の駆動力が作用する。これらは、相反する方向に作用するため、車両の挙動が不自然となり、運転者に違和感を与える。また、前後輪の動力伝達系に大きなトルクを生じさせることになり、これを構成する部品に対し、このトルクに耐えられることが要求される。特に、本実施形態のように、動力伝達系にトルクコンバータのような流体を介した伝達要素がない場合、急激なトルク変動を吸収する要素がないため、各構成要素に大きな負荷がかかる。この点を考慮して、本実施形態においては、内燃機関１２が燃料欠乏により停止する可能性があるような状況においては、力行を禁止することによって、運転者に違和感を与えることを、また動力伝達系等に大きな負荷を生じさせることを防止している。以上のルーチンは、制御部３４が所定のプログラムに従い動作することにより実行される。よって、この制御部３４は、第２の原動機が駆動する駆動輪に加えられるトルクの大きさが所定位置以下となる制限を行う制限制御手段として機能する。なお、力行を完全に禁止するのではなく、燃料欠乏時に発生する違和感およびトルクが許容できる程度であれば、通常制御より小さなトルクを発生させるようにすることもできる。
【００１９】また、本実施形態においては、後輪用回転電機１６の力行時にのみこれを禁止するようにした。さらに、これに加えて、通常であれば、後輪用回転電機１６により発電する制御を、燃料残量が少ないときには、この発電量を制限または発電を禁止することもできる。これにより、燃料が欠乏して内燃機関が停止した場合、いわゆるエンジンブレーキに加えて後輪回転電機１６による回生ブレーキが作用し、急に強い制動がかかるという事態を避ける、または軽減することができる。
【００２０】さらに、本実施形態においては、内燃機関と、バッテリを共用する２個の回転電機を組み合わせたハイブリッド車両としたが、これ以外の組み合わせも可能である。例えば、本実施形態の内燃機関に代えて、燃料電池より電力供給を受ける回転電機を採用した車両についても同様の制御を行うことができる。燃料電池の燃料（ガソリン、メタノール、水素）などの残量が少なくなった場合、他の回転電機の制御を本実施形態の回転電機と同様に行うことができる。また、複数のバッテリと複数の回転電機を組み合わせた車両についても同様に考えることが可能である。例えば、第１のバッテリから電力の供給を受ける一つまたは複数の回転電機と、第２のバッテリから電力供給を受ける一つまたは複数の回転電機を有する車両において、第１のバッテリのＳＯＣが低下したときには、第２のバッテリから電力供給を受ける回転電機の組の発電および駆動制御を本実施形態の場合のように、制限または禁止することができる。
【００２１】以上のように、異なるエネルギ供給源を有する複数の原動機を備えた車両において、一つのエネルギ供給源の残量がなくなったときに、車両や車両の動力伝達系に生じる不自然な、また過大な負荷を与えるようなトルク変動を抑制することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
【出願日】 平成１３年１月９日（２００１．１．９）
【代理人】 【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
【公開番号】 特開２００２−２０４５０３（Ｐ２００２−２０４５０３Ａ）
【公開日】 平成１４年７月１９日（２００２．７．１９）
【出願番号】 特願２００１−１２２７（Ｐ２００１−１２２７）