JP4196961B2 - 動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びにその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びにそ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、エンジンと、エンジンのクランクシャフトにキャリアが接続されると共に車軸に連結された駆動軸とリングギヤが接続されたプラネタリギヤと、プラネタリギヤのサンギヤに接続された第１モータと、駆動軸に接続された第２モータとを備え、アクセルオフ時にバッテリの状態を考慮してエンジンの回転数を設定し、その回転数でエンジンが運転されるよう第１モータを制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２９８９号公報

こうした動力出力装置では、操作者のアクセル操作などに基づいて設定される出力すべき要求駆動力の変化に迅速に対応することが望まれるが、駆動力の増減に関与する機器がその機器に設定されている駆動制限で運転されているときに要求駆動力が急変すると、その変化に迅速に対応することができない場合が生じる。例えば、上述の動力出力装置において、エンジンの回転数を第１モータの回転数制御によって制御しており、第１モータからその定格値の下限トルクを出力しているときに要求駆動力の急増したときには要求駆動力の出力と共にエンジンの回転数上昇を同時に行なおうとするとエンジンの回転数上昇が迅速に行なうことができない場合が生じる。

本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びにその制御方法は、駆動力の増減に関与する機器がその駆動制限近傍で運転されているときでも出力すべき駆動力の急変に迅速に対応することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びにその制御方法は、駆動力の増減に関与する機器がその駆動制限近傍で運転されているときに出力すべき駆動力の急変に対して迅速に対応する際でも機器を駆動制限の範囲内で駆動することを目的の一つとする。

本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びにその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部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する動力出力装置であって、
内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って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出力可能な電力動力入出力手段と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりと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を設定する要求駆動力設定手段と、
所定の制約を用いて前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御する目標運転制御を実行しようとすると前記電力動力入出力手段に設定された下限駆動力以上の駆動力が出力されるよう前記電力動力入出力手段を制御することになるときには前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定され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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記目標運転制御を実行しようとすると前記下限駆動力未満の駆動力が出力されるよう前記電力動力入出力手段を制御することになるときには前記設定された目標運転ポイントよりトルクが高い運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記電力動力入出力手段から前記下限駆動力以上の駆動力が出力され且つ前記設定され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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
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、所定の制約を用いて駆動軸に要求される要求駆動力に基づいて設定された目標運転ポイントで内燃機関が運転されるよう内燃機関と電力動力入出力手段とを制御する目標運転制御を実行しようとすると電力動力入出力手段に設定された下限駆動力以上の駆動力が出力されるよう電力動力入出力手段を制御することになるときには、目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。これにより、所定の制約を課した条件で内燃機関を運転しながら要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる。一方、上述の目標運転制御を実行しようとすると下限駆動力未満の駆動力が出力されるよう電力動力入出力手段を制御することになるときには目標運転ポイントよりトルクが高い運転ポイントで内燃機関が運転されると共に電力動力入出力手段から下限駆動力以上の駆動力が出力され且つ要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。これにより、内燃機関の回転数を迅速に上昇させることができるから、内燃機関から出力する動力を迅速に大きくすることができる。しかも、電力動力入出力手段を下限駆動力以上の駆動力が出力されるよう制御する状態を保って要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる。

こうした本発明の第１の動力出力装置において、前記制御手段は、前記目標運転制御を実行しようとすると前記下限駆動力未満の駆動力が出力されるよう前記電力動力入出力手段を制御することになるときには前記内燃機関から出力されるトルクが徐々に前記設定された目標トルクより大きくなると共に前記電力動力入出力手段から出力される駆動力が徐々に大きくなるよう制御する手段であるものとすることもできる。また、前記目標運転制御は、前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう前記電力動力入出力手段をフィードバックする制御を含む制御であるものとすることもできる。更に、前記所定の制約は、前記内燃機関が効率よく運転される制約であるものとすることもできる。

本発明の第２の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って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出力可能な電力動力入出力手段と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりと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を設定する要求駆動力設定手段と、
前記電力動力入出力手段に設定された下限駆動力で前記電力動力入出力手段を駆動している最中に前記設定された要求駆動力が急増したときには、前記電力動力入出力手段から前記下限駆動力以上の駆動力が出力される状態を保持すると共に前記内燃機関から出力されるトルクが大きくなり且つ前記設定され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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する急増時制御手段と、
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、電力動力入出力手段に設定された下限駆動力で電力動力入出力手段を駆動している最中に駆動軸に要求される要求駆動力が急増したときには、電力動力入出力手段から下限駆動力以上の駆動力が出力される状態を保持すると共に内燃機関から出力されるトルクが大きくなり且つ要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。これにより、内燃機関の回転数を迅速に上昇させることができるから、内燃機関から出力する動力を迅速に大きくすることができる。しかも、電力動力入出力手段を下限駆動力以上の駆動力が出力される状態を保持して要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる。

こうした本発明の第２の動力出力装置において、所定の制約を用いて前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段を備え、前記急増時制御手段は、前記設定された目標運転ポイントの回転数で前記内燃機関が運転されてから該目標運転ポイントのトルクが前記内燃機関から出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、迅速に所定の制約を課した条件で内燃機関を運転しながら要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力する状態とすることができる。

これら本発明の第１または第２の動力出力装置において、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される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、前記回転軸に電力を入出力可能な発電機とを備える手段であるものとすることもできる。また、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、該第１の回転子と該第２の回転子との相対的な回転により回転する対回転子電動機であるものとすることもできる。

本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の第１または第２の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴って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出力可能な電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりと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を設定する要求駆動力設定手段と、所定の制約を用いて前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御する目標運転制御を実行しようとすると前記電力動力入出力手段に設定された下限駆動力以上の駆動力が出力されるよう前記電力動力入出力手段を制御することになるときには前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定され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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記目標運転制御を実行しようとすると前記下限駆動力未満の駆動力が出力されるよう前記電力動力入出力手段を制御することになるときには前記設定された目標運転ポイントよりトルクが高い運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記電力動力入出力手段から前記下限駆動力以上の駆動力が出力され且つ前記設定され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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、を備える本発明の第１の動力出力装置や、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴って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出力可能な電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりと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を設定する要求駆動力設定手段と、前記電力動力入出力手段に設定された下限駆動力で前記電力動力入出力手段を駆動している最中に前記設定された要求駆動力が急増したときには、前記電力動力入出力手段から前記下限駆動力以上の駆動力が出力される状態を保持すると共に前記内燃機関から出力されるトルクが大きくなり且つ前記設定され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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する急増時制御手段と、を備える本発明の第２の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなることを要旨とする。

この本発明の自動車では、上述のいずれかの態様の本発明の第１または第２の動力出力装置を搭載するから、本発明の第１または第２の動力出力装置が奏する効果、例えば、内燃機関の回転数を迅速に上昇させて内燃機関から出力する動力を迅速に大きくすることができる効果や電力動力入出力手段を下限駆動力以上の駆動力が出力されるよう制御する状態を保って要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる効果などと同様な効果を奏することができる。

本発明の第１の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴って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出力可能な電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりと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、
（ａ）前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、
（ｂ）所定の制約を用いて前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、
（ｃ）前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御する目標運転制御を実行しようとすると前記電力動力入出力手段に設定された下限駆動力以上の駆動力が出力されるよう前記電力動力入出力手段を制御することになるときには前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記目標運転制御を実行しようとすると前記下限駆動力未満の駆動力が出力されるよう前記電力動力入出力手段を制御することになるときには前記設定した目標運転ポイントよりトルクが高い運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記電力動力入出力手段から前記下限駆動力以上の駆動力が出力され且つ前記設定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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
ことを要旨とする。

この本発明の第１の動力出力装置の制御方法では、所定の制約を用いて駆動軸に要求される要求駆動力に基づいて設定された目標運転ポイントで内燃機関が運転されるよう内燃機関と電力動力入出力手段とを制御する目標運転制御を実行しようとすると電力動力入出力手段に設定された下限駆動力以上の駆動力が出力されるよう電力動力入出力手段を制御することになるときには、目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。これにより、所定の制約を課した条件で内燃機関を運転しながら要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる。一方、上述の目標運転制御を実行しようとすると下限駆動力未満の駆動力が出力されるよう電力動力入出力手段を制御することになるときには目標運転ポイントよりトルクが高い運転ポイントで内燃機関が運転されると共に電力動力入出力手段から下限駆動力以上の駆動力が出力され且つ要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。これにより、内燃機関の回転数を迅速に上昇させることができるから、内燃機関から出力する動力を迅速に大きくすることができる。しかも、電力動力入出力手段を下限駆動力以上の駆動力が出力されるよう制御する状態を保って要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる。

本発明の第２の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴って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出力可能な電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりと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、
前記電力動力入出力手段に設定された下限駆動力で前記電力動力入出力手段を駆動している最中に前記駆動軸に要求される要求駆動力が急増したときには、前記電力動力入出力手段から前記下限駆動力以上の駆動力が出力される状態を保持すると共に前記内燃機関から出力されるトルクが大きくなり且つ前記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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
ことを特徴とする。

この本発明の第２の動力出力装置の制御方法では、電力動力入出力手段に設定された下限駆動力で電力動力入出力手段を駆動している最中に駆動軸に要求される要求駆動力が急増したときには、電力動力入出力手段から下限駆動力以上の駆動力が出力される状態を保持すると共に内燃機関から出力されるトルクが大きくなり且つ要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。これにより、内燃機関の回転数を迅速に上昇させることができるから、内燃機関から出力する動力を迅速に大きくすることができる。しかも、電力動力入出力手段を下限駆動力以上の駆動力が出力される状態を保持して要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる。

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、本発明の一実施例である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であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。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ハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

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、特にモータＭＧ１が定格値の下限トルク近傍で駆動しているときにアクセルペダル８３が更に踏み込まれるなどにより更に駆動力を出力する際の動作について説明する。図２は、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（例えば数ｍｓｅｃ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，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計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、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１により検出されたバッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定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。

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とに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された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＊とエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｅ＊は、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が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めることができる。

続いて、設定した要求パワー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（ステップＳ１２０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと要求パワー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。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４に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと要求パワー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。

次に、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とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１の仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐを計算する（ステップＳ１３０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図５に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（１）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転したときにエンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。また、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「ｋ１」，右辺第３項の「ｋ２」，右辺第３項の「ｋ３」は、それぞれ比例項のゲイン，積分項のゲイン，微分項のゲインである。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1tmp=k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt+k3・d(Nm1*-Nm1)/dt (2)

こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊と仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐとを計算すると、計算した仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐをモータＭＧ１の定格値として設定された下限トルクＴｍ１ｍｉｎと比較する（ステップＳ１４０）。計算した仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐが下限トルクＴｍ１ｍｉｎ以上のときには、仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊として設定し（ステップＳ１５０）、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（３）および式（４）により計算すると共に（ステップＳ２１０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（５）により計算し（ステップＳ２２０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２３０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式（５）は、前述した図５の共線図から容易に導き出すことができる。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (5)

こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ２４０）、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＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令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。

一方、ステップＳ１４０で計算した仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐが下限トルクＴｍ１ｍｉｎ未満と判定されると、計算した仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐから前回このルーチンが実行されたときに計算した仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐを減じてフィードバック項偏差ΔＰＩＤを計算すると共に（ステップＳ１６０）、計算したフィードバック項偏差ΔＰＩＤを前回このルーチンが実行されたときに設定されたトルク指令Ｔｍ１＊に加えたものからレート値Ｔｒｔを加えてモータトルク指令Ｔｍ１＊を計算し（ステップＳ１７０）、計算したモータトルク指令Ｔｍ１＊を下限トルクＴｍ１ｍｉｎで制限する（ステップＳ１８０）。ここで、レート値Ｔｒｔは、このルーチンが実行される毎に本来モータＭＧ１から出力すべきトルクのうちエンジン２２からのトルクに振り替えるトルクとして設定されるものであり、このルーチンの起動時間間隔やモータＭＧ１の性能，エンジン２２の性能などにより定めることができる。このため、仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐが下限トルクＴｍ１ｍｉｎ未満として計算される間はこのルーチンが実行される毎にレート遅ＴｒｔずつモータＭＧ１から出力するトルクからエンジン２２から出力するトルクに振り替えられることになり、その分だけモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は大きく（絶対値としては小さく）なる。そして、計算した仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐとトルク指令Ｔｍ１＊との差分をエンジントルク調整量Ｔｅａｄｊとして計算すると共に（ステップＳ１９０）、計算したエンジントルク調整量Ｔｅａｄｊを目標トルクＴｅ＊に加えてエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を再設定し（ステップＳ２００）、設定したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定すると共に（ステップＳ２１０〜Ｓ２３０）、設定した目標回転数Ｎｅ＊や再設定した目標トルクＴｅ＊，設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊や再設定した目標トルクＴｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによる運転ポイントでエンジン２２が運転されるようスロットル開度制御や燃料噴射制御，点火制御を実行する。上述したように、目標トルクＴｅ＊は再設定される際に増加されるから、エンジンＥＣＵ２４では、通常時のスロットル開度より大きくなるよう制御される。このため、エンジン２２からのトルクは増加する。なお、上述したステップＳ２１０〜Ｓ２３０の処理によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が設定されるから、要求トルクＴｒ＊をバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力することができる。

いま、モータＭＧ１が下限トルクＴｍ１ｔｍｐ近傍で駆動しているときにアクセルペダル８３が踏み込まれて要求トルクＴｒ＊が急増し、仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐが下限トルクＴｍ１ｍｉｎ未満として計算される場合を考える。このとき、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は下限トルクＴｍ１ｔｍｐ以上でレート値Ｔｒｔずつ大きくなるように設定され（ステップＳ１６０〜Ｓ１８０）、エンジン２２の目標トルクＴｅ＊はモータＭＧ１のトルクを大きく（絶対値としては小さく）する分だけ大きくなるよう再設定される（ステップＳ１９０，Ｓ２００）。このため、エンジン２２は効率よく運転される運転ポイントよりトルクが高い運転ポイントで運転されることになり、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に上昇させる。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に近づいて仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐが下限トルクＴｍ１ｍｉｎ以上として計算されるようになると、仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐがモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定され（ステップＳ１５０）、エンジン２２も効率よく運転される目標トルクＴｅ＊を用いて運転制御されるようになる。即ち、上述の場合、まず、モータＭＧ１のトルクを緩めると共にエンジン２２のトルクを増加してエンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に増加させて目標回転数Ｎｅ＊とし、その後、通常制御に戻すものとなる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ１が下限トルクＴｍ１ｔｍｐ近傍で駆動しているときにアクセルペダル８３が踏み込まれて要求トルクＴｒ＊が急増し、仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐが下限トルクＴｍ１ｍｉｎ未満として計算されるときには、モータＭＧ１のトルクを緩めると共にエンジン２２のトルクを増加するから、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に増加させて目標回転数Ｎｅ＊にすることができる。しかも、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を要求トルクＴｒ＊がバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限されたトルクとして設定するから、要求トルクＴｒ＊に基づくトルクを駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力することができる。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数に近づけた後は、要求トルクＴｒ＊を駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するのに必要な要求パワーＰｅ＊をエンジン２２を効率よく運転して出力すると共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊を制限したトルクが駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるよう制御するから、要求トルクＴｒ＊をバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で効率よくリングギヤ軸３２ａに出力することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐが下限トルクＴｍ１ｍｉｎ未満として計算されるときには、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊をレート値Ｔｒｔずつ大きくなるように且つ下限トルクＴｍ１ｍｉｎ以上となるように設定すると共にエンジン２２の目標トルクＴｅ＊をモータＭＧ１のトルクを大きく（絶対値としては小さく）する分だけ大きくなるよう再設定したが、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を大きく設定すると共にエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を大きく設定するものであれば、レート処理を用いる必要はなく、他の如何な手法を用いて制御してもかまわない。

また、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６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６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７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。

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。

本発明の一実施例であ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の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊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の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 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、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 (9)

1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
   内燃機関と、
   前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って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出力可能な電力動力入出力手段と、
   前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
   前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりと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を設定する要求駆動力設定手段と、
   所定の制約を用いて前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
   前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御する目標運転制御を実行しようとすると前記電力動力入出力手段に設定された下限駆動力以上の駆動力が出力されるよう前記電力動力入出力手段を制御することになるときには前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定され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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記目標運転制御を実行しようとすると前記下限駆動力未満の駆動力が出力されるよう前記電力動力入出力手段を制御することになるときには前記設定された目標運転ポイントよりトルクが高い運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記電力動力入出力手段から前記下限駆動力以上の駆動力が出力され且つ前記設定され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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
   を備える動力出力装置。
2. 前記制御手段は、前記目標運転制御を実行しようとすると前記下限駆動力未満の駆動力が出力されるよう前記電力動力入出力手段を制御することになるときには前記内燃機関から出力されるトルクが徐々に前記設定された目標トルクより大きくなると共に前記電力動力入出力手段から出力される駆動力が徐々に大きくなるよう制御する手段である請求項１記載の動力出力装置。
3. 前記目標運転制御は、前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう前記電力動力入出力手段をフィードバックする制御を含む制御である請求項１または２記載の動力出力装置。
4. 前記所定の制約は、前記内燃機関が効率よく運転される制約である請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置。
5. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
   内燃機関と、
   前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って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出力可能な電力動力入出力手段と、
   前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
   前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりと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を設定する要求駆動力設定手段と、
   前記電力動力入出力手段に設定された下限駆動力で前記電力動力入出力手段を駆動している最中に前記設定された要求駆動力が急増したときには、前記電力動力入出力手段から前記下限駆動力以上の駆動力が出力される状態を保持すると共に前記内燃機関から出力されるトルクが大きくなり且つ前記設定され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内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する急増時制御手段と、
   を備える動力出力装置。
6. 請求項５記載の動力出力装置であって、
   所定の制約を用いて前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段を備え、
   前記急増時制御手段は、前記設定された目標運転ポイントの回転数で前記内燃機関が運転されてから該目標運転ポイントのトルクが前記内燃機関から出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御する手段である
   動力出力装置。
7. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される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、前記回転軸に電力を入出力可能な発電機とを備える手段である請求項１ないし６いずれか記載の動力出力装置。
8. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、該第１の回転子と該第２の回転子との相対的な回転により回転する対回転子電動機である請求項１ないし６いずれか記載の動力出力装置。
9. 請求項１ないし８いずれか記載の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなる自動車。

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