JP2005248714A - 動力出力装置およびこれを搭載するハイブリッド自動車並びに動力出力装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリの過充電を防止する。
【解決手段】 遊星歯車機構のキャリア，サンギヤ，リングギヤにそれぞれエンジン，第１モータ，駆動軸を接続し、駆動軸に第２モータを接続したハイブリッド自動車において、駆動軸に出力すべき要求トルクが急減したとき（スロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈが値１のとき）には、要求トルクから設定されるエンジンの目標トルクに基づいて目標スロットル開度ＴＨ＊を設定し（Ｓ２０２）、この目標スロットル開度ＴＨ＊に対して排気の浄化等のためのなまし処理を施すことなくそのまま用いてスロットル制御を行なうと共に（Ｓ２０８）、燃料噴射制御や点火制御を行なう（Ｓ２１０）。これにより、エンジン出力を迅速に下げてエンジントルクの反力を受け持つ第１モータの発電電力を抑えることができるから、第２モータにより急減した駆動軸の要求トルクに対応しながらバッテリの過充電を防止できる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、動力出力装置およびこれを搭載するハイブリッド自動車並びに動力出力装置の制御方法に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこれを搭載し駆動軸に車軸が接続されて走行するハイブリッド自動車並びに動力出力装置の制御方法に関する。

従来、この種の動力出力装置としては、複数の変速段をもつ変速機を介して駆動軸に接続されたエンジンと、蓄電装置からの充放電を伴って駆動軸に動力を出力可能なモータジェネレータとを備えるハイブリッド自動車に搭載されたものが提案されている（特許文献１参照）。この装置では、踏み込まれていたアクセルペダルが離されたとき、モータジェネレータの回生制動により車両に制動力を作用させ、蓄電装置が過充電するおそれのある状態のときにはモータジェネレータに代えてエンジンブレーキにより車両に制動力を作用させるように変速機の変速段を変更することにより、蓄電装置の過充電を防止しながら要求された制動力を車両に作用できるとしている。
特開平９−２７７８４７号公報

このように、車両に要求される制動力に対応しながら同時に蓄電装置の過充電を防止することはハイブリッド自動車における重要な課題として考えられており、車両の種々の状況に対してより適切に対処できるようにすることが望まれている。

本発明の動力出力装置およびこれを搭載するハイブリッド自動車並びに動力出力装置の制御方法は、要求駆動力の急減時における蓄電装置の過大な電力による充電や過充電をより確実に防止することを目的とする。

本発明の動力出力装置およびこれを搭載するハイブリッド自動車並びに動力出力装置の制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の第１の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力可能な動力出力装置であって、
吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節手段を介して吸入された空気と燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関と、
前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能であって電力の入出力を伴って前記駆動軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、
前記電力動力入出力手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆動力が該駆動軸に出力されるよう前記吸入空気量調節手段による吸入空気量の調節に対して所定の緩変化処理を行なって前記内燃機関を駆動制御すると共に前記電力動力入出力手段を駆動制御し、前記要求駆動力が急減したときには該急減した要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記緩変化処理を行なわずに前記内燃機関を駆動制御すると共に前記電力動力入出力手段を駆動制御する緩変化禁止制御を行なう駆動制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の第１の動力出力装置では、駆動軸に要求される要求駆動力が急減したとき、急減した要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう吸入空気量調節手段による吸入空気量の調節に対して所定の緩変化処理を行なわずに内燃機関を駆動制御すると共に内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能であって電力の入出力を伴って駆動軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段を駆動制御する。したがって、内燃機関からの動力を迅速に下げることができるから、内燃機関からの動力に基づく発電電力を少なくすることができ、急減した要求駆動力に十分に対応しながら蓄電手段の過大な電力による充電や過充電をより確実に防止することができる。

こうした本発明の第１の動力出力装置において、前記所定の緩変化処理は、なまし処理であるものとすることもできる。

また、本発明の第１の動力出力装置において、前記緩変化禁止制御は、前記要求駆動力の急減により前記蓄電手段に入力制限を越える電力が入力されると予測されるときに行なわれる制御であるものとすることもできる。

さらに、本発明の第１の動力出力装置において、前記電力動力入出力手段は、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達可能な動力伝達手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な駆動軸用電動機とを備える手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の第１の動力出力装置において、前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力する発電可能な回転軸用電動機とを備える手段であるものとすることもできるし、前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第１の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第２の回転子とを有し、該第１の回転子と該第２の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に伝達する対回転子電動機であるものとすることもできる。

本発明のハイブリッド自動車は
上述した各態様のいずれかの本発明の第１の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力可能な動力出力装置であって、吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節手段を介して吸入された空気と燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関と、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能であって電力の入出力を伴って前記駆動軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、前記電力動力入出力手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆動力が該駆動軸に出力されるよう前記吸入空気量調節手段による吸入空気量の調節に対して所定の緩変化処理を行なって前記内燃機関を駆動制御すると共に前記電力動力入出力手段を駆動制御し、前記要求駆動力が急減したときには該急減した要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記緩変化処理を行なわずに前記内燃機関を駆動制御すると共に前記電力動力入出力手段を駆動制御する緩変化禁止制御を行なう駆動制御手段とを備える動力出力装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が連結されて走行する
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、上述した各態様のいずれかの本発明の第１の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置と同様の効果、例えば、急減した要求駆動力に十分に対応しながら蓄電手段の過大な電力による充電や過充電をより確実に防止することができる効果などを奏することができる。

こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記緩変化禁止制御は、アクセルペダルがオン操作からオフ操作されて前記要求駆動力が急減したとき又は車輪に生じたスリップを抑制するために行なわれる駆動力の制限により前記要求駆動力が急減したときに行なわれる制御であるものとすることもできる。こうすれば、アクセルペダルの操作状態や車輪の駆動状態に応じて緩変化禁止制御を行なうことができる。

本発明の第２の動力出力装置は、
吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節手段を介して吸入された空気と燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関を備える動力出力装置であって、
前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能な発電手段と、
前記発電手段の発電電力を入力可能な蓄電手段と、
前記内燃機関に要求される要求駆動力に基づく駆動力が出力されるよう前記吸入空気量調節手段による吸入空気量の調節に対して所定の緩変化処理を行なって前記内燃機関を駆動制御し、前記要求駆動力が急減したときには該急減した要求駆動力に基づく駆動力が出力されるよう前記緩変化処理を行なわずに前記内燃機関を駆動制御する駆動制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の第２の動力出力装置では、内燃機関に要求される要求駆動力が急減したとき、急減した要求駆動力に基づく駆動力が出力されるよう吸入空気量調節手段による吸入空気量の調節に対して所定の緩変化処理を行なわずに内燃機関を駆動制御する。したがって、内燃機関からの駆動力を素早く下げることができるから、内燃機関からの駆動力に基づく発電手段の発電電力を少なくすることができ、要求駆動力の急減時に蓄電手段の過大な電力による充電や過充電をより確実に防止することができる。

本発明の動力出力装置の制御方法は、
吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節手段を介して吸入された空気と燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関と、該内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能であって電力の入出力を伴って駆動軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、該電力動力入出力手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
前記駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆動力が該駆動軸に出力されるよう前記吸入空気量調節手段による吸入空気量の調節に対して所定の緩変化処理を行なって前記内燃機関を駆動制御すると共に前記電力動力入出力手段を駆動制御し、前記要求駆動力が急減したときには該急減した要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記緩変化処理を行なわずに前記内燃機関を駆動制御すると共に前記電力動力入出力手段を駆動制御する緩変化禁止制御を行なう
ことを要旨とする。

この本発明の動力出力装置の制御方法では、駆動軸に要求される要求駆動力が急減したとき、急減した要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう吸入空気量調節手段による吸入空気量の調節に対して所定の緩変化処理を行なわずに内燃機関を駆動制御すると共に内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能であって電力の入出力を伴って駆動軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段を駆動制御する。したがって、内燃機関からの動力を迅速に下げることができるから、内燃機関からの動力に基づく発電電力を少なくすることができ、急減した要求駆動力に十分に対応しながら蓄電手段の過大な電力による充電や過充電をより確実に防止することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態としての動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、実施例のハイブリッド自動車２０が備えるエンジン２２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、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射することにより空気とガソリンとを混合し、これを吸気バルブ１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。この浄化装置１３４の後段には、排気を吸気側に供給するＥＧＲ管１５２が取り付けられており、エンジン２２は、不燃焼ガスとしての排気を吸気側に供給して空気と排気とガソリンの混合気を燃焼室に吸引することができるようになっている。

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により制御されている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号が図示しない入力ポートを介して入力されている。例えば、エンジンＥＣＵ２４には、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１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジションＳＰ，エンジン２２の負荷としての吸入空気量を検出するバキュームセンサ１４８からの吸入負圧，ＥＧＲ管１５２内のＥＧＲガスの温度を検出する温度センサ１５６からのＥＧＲガス温度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を駆動するための種々の制御信号が図示しない出力ポート介して出力されている。例えば、エンジンＥＣＵ２４からは、燃料噴射弁１２６への駆動信号やスロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６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１３８への制御信号，吸気バルブ１２８の開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号，ＥＧＲ量を調節するＥＧＲバルブ１５４への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０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出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、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からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０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の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

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によって管理されている。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図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２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、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、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。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、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、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

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、特にリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクが急減した際の動作について説明する。図３は、実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動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、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２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、バッテリ５０の残容量ＳＯＣ、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎなどのデータを入力する処理を行なう（ステップＳ１００）。ここで、回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出された回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、残容量ＳＯＣは、電流センサにより検出されたバッテリ５０の充放電電流に基づいて演算されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。入力制限Ｗｉｎは、図示しない入力制限設定処理ルーチンによりバッテリ５０の温度や残容量ＳＯＣなどに基づいて設定されてＲＡＭ７６の所定領域に書き込まれたものを読み込むことにより入力するものとした。

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とに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１０２）。要求トルクＴｒ＊の設定は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め求めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられるとマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出することにより行なうものとした。要求トルク設定用マップの一例を図４に示す。

続いて、ステップＳ１０２で設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０の要求充放電量Ｐｂ＊とロスとの和によりエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊を設定し（ステップＳ１０４）、設定したエンジン要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する処理を行なう（ステップＳ１０６）。この処理は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインとエンジン要求パワーＰｅ＊とに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定することにより行なう。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図５に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと目標パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。

エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を設定すると、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構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＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて次式（２）によりモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊を計算する（ステップＳ１０８）。動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図を図６に示す。図中、左のＳ軸はサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２（リングギヤ軸３２ａ）の回転数Ｎｒを示す。前述したように、サンギヤ３１の回転数はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１でありキャリア３４の回転数はエンジン２２の回転数Ｎｅであるから、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊はリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒとエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて式（１）により計算することができる。したがって、目標回転数Ｎｍ１＊で回転するよう目標トルクＴｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御することにより、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。ここで、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊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り、式（２）中、右辺第２項の「ＫＰ」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ＫＩ」は積分項のゲインである。

そして、要求トルクＴｒ＊とモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとを用いて要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに作用させるためにモータＭＧ２から出力すべき目標トルクＴｍ２＊を次式（３）により計算して設定し（ステップＳ１１０）、バッテリ５０の入力制限ＷｉｎからモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じたもの（モータＭＧ１の消費電力または発電電力）を減じてモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除することにより（次式（４）参照）モータＭＧ２から出力してもよいトルクの下限としてのトルク下限値Ｔｍ２ｍｉｎを計算する（ステップＳ１１２）。

次に、ステップＳ１０２で設定した要求トルクＴｒ＊から前回の要求トルク（前回Ｔｒ＊）を減じることにより要求トルク変化量ΔＴｒを計算し（ステップＳ１１４）、計算した要求トルク変化量ΔＴｒの絶対値と閾値Ｔｒｅｆとを比較すると共に（ステップＳ１１６）、ステップＳ１１０で設定した目標トルクＴｍ２＊とステップＳ１１２で計算したトルク下限値Ｔｍ２ｍｉｎとを比較する（ステップＳ１１８）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、リングギヤ軸３２ａへの要求トルクＴｒ＊が急減したか否かを判定するために設定される閾値である。なお、実施例では、要求トルク変化量ΔＴｒに基づいてリングギヤ軸３２ａへの要求トルクＴｒ＊の急減を判定したが、踏み込まれたアクセルペダル８３が離されたか否かによりリングギヤ軸３２ａへの要求トルクＴｒ＊の急減を判定するものとしてもよい。踏み込まれたアクセルペダル８３が離されたか否かは、今回のアクセル開度Ａｃｃと前回のアクセル開度とに基づいて判定することができる。また、駆動輪６３ａ，６３ｂに空転によるスリップが発生したときにそのスリップを抑制するために要求トルクＴｒ＊に制限を加える場合には、スリップが発生したか否かにより要求トルクＴｒ＊の急減を判定することもできる。なお、駆動輪６３ａ，６３ｂにスリップが発生したか否かは、今回のリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒと前回のリングギヤ軸３２ａの回転数とに基づいて判定することができる。

要求トルク変化量ΔＴｒの絶対値が閾値Ｔｒｅｆ以下のときや、目標トルクＴｍ２＊がトルク下限値Ｔｍ２ｍｉｎ以上のときには、バッテリ５０に過大な電力による充電や過充電のおそれはないと判断して、スロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈを値０に設定する（ステップＳ１２０）。一方、要求トルク変化量ΔＴｒの絶対値が閾値Ｔｒｅｆよりも大きく且つ目標トルクＴｍ２＊がトルク下限値Ｔｍ２ｍｉｎ未満のときには、スロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈを値１に設定し（ステップＳ１２２）、目標トルクＴｍ２＊をトルク下限値Ｔｍ２ｍｉｎに再設定する処理を行なう（ステップＳ１２４）。これにより、目標トルクＴｍ２＊をバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎで制限したトルクとして設定することができる。ここで、スロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈは、エンジン２２のスロットル制御を行なう際にスロットルバルブ１２４の開度の調節に対して行なうなまし処理を禁止すべきか否かを判定するためのフラグであり、そのフラグの値に基づいて行なわれる処理の詳細については後述する。

こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊、スロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈ、モータＭＧ１，ＭＧ２の目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とスロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈについてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２の目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ１２６）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とスロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈ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＊に対応するポイントで運転されるようにエンジン２２におけるスロットル制御や燃料噴射制御、点火制御などの制御を行なう。また、目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、目標トルクＴｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共に目標トルクＴｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ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、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とスロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈを受信したエンジンＥＣＵ２４の処理についての詳細を説明する。図７は、実施例のハイブリッド自動車２０のエンジンＥＣＵ２４により実行されるエンジン駆動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、ハイブリッド用電子制御ユニット７０から通信により目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とスロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈを受信したときに実行される。

エンジン駆動制御ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４は、まず、目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，スロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈなどのデータを入力し（ステップＳ２００）、入力した目標トルクＴｅ＊に基づいて調節すべきスロットルバルブ１２４の開度（目標スロットル開度ＴＨ＊）を設定する（ステップＳ２０２）。目標スロットル開度ＴＨ＊は、実施例では、目標トルクＴｅ＊と目標スロットル開度ＴＨ＊との関係を予め求めてマップとしてエンジンＥＣＵ２４の図示しないＲＯＭに記憶しておき、目標トルクＴｅ＊が与えられるとマップから対応する目標スロットル開度ＴＨ＊を導出することにより設定するものとした。

こうして目標スロットル開度ＴＨ＊が設定されると、図３の駆動制御ルーチンのステップＳ１２０，Ｓ１２２で設定されるスロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈの値を調べ（ステップＳ２０４）、スロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈが値０のときには、設定した目標スロットル開度ＴＨ＊に対して次式（５）によりなまし処理を施して（ステップＳ２０６）、なまし処理後の目標スロットル開度ＴＨ＊に基づいてスロットル制御、即ち、スロットルモータ１３６に駆動信号を出力すると共に（ステップＳ２０８）、燃料噴射制御や点火制御を行なって（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。スロットル開度の変化に対してなまし処理を施すのは、特に、浄化装置１３４（触媒）が低温状態にあり十分に活性していないときや酸素センサが低温状態にあり空燃比のフィードバック制御が行えないときに、スロットル開度の急激な変化による排気中の有害成分の増加により有害成分を浄化装置１３４で十分に処理しきれない場合が生じるからである。また、スロットル開度の急激な変化は、エンジン２２のトルクショック（振動）も招くからである。ここで、式（５）中、「Ｋ」は、なまし係数であり、値０から値１の範囲内で設定される。この「Ｋ」は、例えば、浄化装置１３４（三元触媒）の温度やエンジン２２の排気側に取り付けられた図示しない酸素センサの温度などに基づいて温度が低いほど小さくなるように設定することができる。勿論、「Ｋ」を定数として定めるものとしても構わない。

一方、スロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈが値１、即ち、要求トルクＴｒ＊が急減したときには、設定した目標スロットル開度ＴＨ＊に対してなまし処理を施すことなく、目標スロットル開度ＴＨ＊に基づいてスロットル制御を行なうと共に（ステップＳ２０８）、燃料噴射制御や点火制御を行なって（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。要求トルクＴｒ＊が急減したときに目標スロットル開度ＴＨ＊に対してなまし処理を行なわないのは、エンジン２２の出力を迅速に下げるためである。図２の駆動制御ルーチンから解るように、要求トルクＴｒ＊が急減されるとこれに伴ってエンジン２２のエンジン要求パワーＰｅ＊（目標トルクＴｅ＊）が急減したりモータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊が急減（発電量が急増）したりする。このとき、目標トルクＴｅ＊に対応する目標スロットル開度ＴＨ＊になまし処理を施すと、要求トルクＴｒ＊の急減直後はエンジン２２からの出力は急減されずに比較的大きなものとなるから、エンジントルクの反力を受け持つモータＭＧ１による発電量も比較的大きなものとなる。このため、モータＭＧ１とモータＭＧ２とにより発電される電力の合計が大きくなり、バッテリ５０に過大な電力による充電や過充電が生じる場合がある。これに対して、要求トルクＴｒ＊の急減時にエンジン２２の目標スロットル開度ＴＨ＊に対してなまし処理を禁止すれば、エンジン２２の出力を迅速に下げてモータＭＧ１による発電量を抑えることができるから、モータＭＧ２により要求トルクＴｒ＊に対応しながらバッテリ５０への過大な電力による充電や過充電を防止することができるのである。ただし、目標スロットル開度ＴＨ＊に対してなまし処理を行なわない場合は、浄化装置１３４による浄化率が低下したりエンジン２２に振動が生じる場合がある。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、アクセルペダル８３がオンからオフされたり駆動輪６３ａ，６３ｂにスリップが生じたりしてリングギヤ軸３２ａへの要求トルクＴｒ＊が急減したときに、この要求トルクＴｒ＊に基づいて設定されるエンジン２２の目標トルクＴｅ＊に対応する目標スロットル開度ＴＨ＊に対してなまし処理を行なわずにエンジン２２を駆動制御（スロットル制御）するから、エンジン２２の出力を迅速に下げることができると共にエンジントルクの反力を受け持つモータＭＧ１の発電量を抑えることができる。この結果、モータＭＧ２により急減した要求トルクＴｒ＊に対応しながらバッテリ５０の過大な電力による充電や過充電をより確実に防止することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、通常時（スロットル開度なまし禁止フラグＦｔｈが値０のとき）、目標スロットル開度ＴＨ＊に対してなまし処理を施してスロットル制御を行なうものとしたが、なまし処理に代えてレート処理を用いるなど他の緩変化処理を施してスロットル制御を行なうものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図８の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図８における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続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、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

また、実施例のハイブリッド自動車２０や変形例のハイブリッド自動車１２０，２２０の他、エンジンからの動力の少なくとも一部により発電してバッテリなどの蓄電装置に供給可能な発電機を備えるハイブリッド自動車であれば、例えば、エンジンからの動力を発電機により発電すると共に発電機による発電や蓄電装置の充放電を伴って電動機から駆動軸に動力を入出力可能ないわゆるシリーズ型のハイブリッド自動車や、変速機を介してエンジンから駆動軸に動力を出力すると共に蓄電装置の充放電を伴って発電電動機から駆動軸に動力を入出力可能ないわゆるパラレル型のハイブリッド自動車に適用するものとしてもよい。更に、こうしたハイブリッド自動車に限られず、船舶や航空機などの移動体にも適用するものとしてもよいことは勿論である。

以上、本発明の実施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。

本発明の一実施形態としての動力出力装置を搭載する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が備えるエンジン２２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のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動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の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図である。 実施例のハイブリッド自動車２０のエンジンＥＣＵ２４により実行されるエンジン駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、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、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、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、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、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、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３６ スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ バキュームセンサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、１５２ ＥＧＲ管、１５４ ＥＧＲバルブ、１５６ 温度センサ、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ、２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (10)

1. 駆動軸に動力を出力可能な動力出力装置であって、
   吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節手段を介して吸入された空気と燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関と、
   前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能であって電力の入出力を伴って前記駆動軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、
   前記電力動力入出力手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
   前記駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆動力が該駆動軸に出力されるよう前記吸入空気量調節手段による吸入空気量の調節に対して所定の緩変化処理を行なって前記内燃機関を駆動制御すると共に前記電力動力入出力手段を駆動制御し、前記要求駆動力が急減したときには該急減した要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記緩変化処理を行なわずに前記内燃機関を駆動制御すると共に前記電力動力入出力手段を駆動制御する緩変化禁止制御を行なう駆動制御手段と
   を備える動力出力装置。
2. 前記所定の緩変化処理は、なまし処理である請求項１記載の動力出力装置。
3. 前記緩変化禁止制御は、前記要求駆動力の急減により前記蓄電手段に入力制限を越える電力が入力されると予測されるときに行なわれる制御である請求項１または２記載の動力出力装置。
4. 前記電力動力入出力手段は、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達可能な動力伝達手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な駆動軸用電動機とを備える手段である請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置。
5. 前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力する発電可能な回転軸用電動機とを備える手段である請求項４記載の動力出力装置。
6. 前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第１の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第２の回転子とを有し、該第１の回転子と該第２の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に伝達する対回転子電動機である請求項４記載の動力出力装置。
7. 請求項１ないし６いずれか記載の動力出力装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が連結されて走行するハイブリッド自動車。
8. 前記緩変化禁止制御は、アクセルペダルがオン操作からオフ操作されて前記要求駆動力が急減したとき又は車輪に生じたスリップを抑制するために行なわれる駆動力の制限により前記要求駆動力が急減したときに行なわれる制御である請求項７記載のハイブリッド自動車。
9. 吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節手段を介して吸入された空気と燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関を備える動力出力装置であって、
   前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能な発電手段と、
   前記発電手段の発電電力を入力可能な蓄電手段と、
   前記内燃機関に要求される要求駆動力に基づく駆動力が出力されるよう前記吸入空気量調節手段による吸入空気量の調節に対して所定の緩変化処理を行なって前記内燃機関を駆動制御し、前記要求駆動力が急減したときには該急減した要求駆動力に基づく駆動力が出力されるよう前記緩変化処理を行なわずに前記内燃機関を駆動制御する駆動制御手段と
   を備える動力出力装置。
10. 吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節手段を介して吸入された空気と燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関と、該内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能であって電力の入出力を伴って駆動軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、該電力動力入出力手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
    前記駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆動力が該駆動軸に出力されるよう前記吸入空気量調節手段による吸入空気量の調節に対して所定の緩変化処理を行なって前記内燃機関を駆動制御すると共に前記電力動力入出力手段を駆動制御し、前記要求駆動力が急減したときには該急減した要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記緩変化処理を行なわずに前記内燃機関を駆動制御すると共に前記電力動力入出力手段を駆動制御する緩変化禁止制御を行なう
    動力出力装置の制御方法。

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