JP2005124282A - 自動車およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転者がスポーツ走行モードを設定したときにはより迅速にエンジンから出力する動力の増減を行う。
【解決手段】 スポーツ走行モードが設定されると、下限エンジン回転数マップを用いて車速に応じたエンジンの回転数の下限値である下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎを求め（ステップＳ１６０）、エンジンの回転数が下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎより高くなるようエンジン回転数指令Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ１７０，Ｓ１８０）。これによりエンジンを下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎ以上で運転でき、エンジンで増減できるトルク幅が広くなり、且つ、トルクの増減を迅速に行うことができる。この結果、迅速にエンジンから出力する動力の増減を行うことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車およびその制御方法に関し、詳しくは、駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車およびその制御方法に関する。

従来、この種の自動車としては、エンジンと、このエンジンのクランクシャフトをキャリアに接続すると共に車軸に機械的に連結された駆動軸にリングギヤを接続したプラネタリギヤと、このプラネタリギヤのサンギヤに動力を入出力する発電機と、駆動軸に動力を入出力する電動機とを備え、エンジンを予め定めた動作線上の運転ポイントで運転するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、駆動軸に要求される動力が増加しエンジンから出力すべき動力を増加するときには、まず、動作線上の運転ポイントで運転しているエンジンの回転数を維持した状態でトルクを増加して出力すべき動力をエンジンから出力し、その後、エンジンが動作線上の運転ポイントで運転されるようその運転ポイントを変更する。これにより、迅速に出力すべき動力をエンジンから出力できるものとしている。

特開２０００−８７７７４号公報（図３）

上述の自動車では、エンジンの回転数を維持した状態でトルクを増加して出力すべき動力をエンジンから出力するものとしているが、エンジンの回転数が比較的低いときにはエンジンが増減できるトルクの幅が狭いため出力すべき動力を出力するのに時間を要し、迅速な対応が困難となる場合が生じる。このように出力すべき動力を出力するのに時間を要すると、操作者に物足りなさを感じさせてしまう。

本発明の自動車およびその制御方法は、操作者の操作に基づいて通常走行モードとスポーツ走行モードとを選択できる自動車において、操作者がスポーツ走行モードを選択したときにはより迅速に内燃機関から出力する動力の増減を行うことを目的とする。

本発明の自動車およびその制御方法は、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。

本発明の自動車は、
駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車であって、
内燃機関と、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、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出力する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、
操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、
操作者の操作に基づいて通常走行モードとスポーツ走行モードとを含む複数の走行モードを選択的に設定するモード設定手段と、
前記モード設定手段により通常走行モードが設定されたときには前記内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、前記モード設定手段によりスポーツ走行モードが設定されたときには前記内燃機関の運転に対する制約として前記第１の制約より該内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定する運転制約設定手段と、
該運転制約設定手段により設定された制約に基づいて前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく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。

この本発明の自動車では、操作者の操作に基づいて通常走行モードとスポーツ走行モードとを含む複数の走行モードを選択的に設定し、通常走行モードが設定されたときには内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、スポーツ走行モードが設定されたときには内燃機関の運転に対する制約として第１の制約より内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定し、このように設定した制約に基づいて内燃機関が運転されるとともに駆動軸に要求される要求動力に基づく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。この結果、操作者の操作に基づいて通常走行モードとスポーツ走行モードとを選択的に設定でき、操作者がスポーツ走行モードが選択したときには通常走行モードを選択したときより内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行うことができる。もとより、駆動軸に要求された要求駆動力を出力することができる。

こうした本発明の自動車において、前記第２の制約は、前記第１の制約に比して前記内燃機関の回転数が高くなる傾向の制約であるものとすることもできる。こうすれば、操作者がスポーツ走行モードを選択したときには、通常走行モードを選択したときより高めの回転数で内燃機関を運転することができ、内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行うことができる。

この第２の制約を第１の制約に比して内燃機関の回転数が高くなる傾向の制約とする態様の本発明の自動車において、前記第２の制約は、車速に対する前記内燃機関の回転数に下限制限を課す制約であるものとすることもできる。こうすれば、操作者がスポーツ走行モードを選択したときには車速に対して下限制限よりも高い回転数で内燃機関を運転することができる。この態様の本発明の自動車において、車速を検出する車速検出手段を備え、前記制御手段は、前記通常走行モードが設定されているときには、前記第１の制約に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定すると共に該設定した運転ポイントで前記内燃機関を運転制御し、前記スポーツ走行モードが設定されているときには、前記第１の制約に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定し、該設定した運転ポイントにおける回転数が前記車速検出手段により検出された車速に基づく前記第２の制約を満たしているときには該設定した運転ポイントで前記内燃機関を運転制御し、該設定した運転ポイントにおける回転数が前記検出された車速に基づく前記第２の制約を満たしていないときには該第２の制約における前記検出された車速に対応する下限制限に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定すると共に該設定した運転ポイントで前記内燃機関を運転制御する手段であるものとすることもできる。

この第２の制約を第１の制約に比して内燃機関の回転数が高くなる傾向の制約とする態様の本発明の自動車において、前記第２の制約は、車速に対する前記内燃機関の回転数を設定する制約であるものとすることもできる。こうすれば、操作者がスポーツ走行モードを選択したときには車速に対して予め設定された回転数で内燃機関を運転することができる。この態様の本発明の自動車において、車速を検出する車速検出手段を備え、前記制御手段は、前記車速検出手段により検出された車速と前記運転制約設定手段により設定された制約とに基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定すると共に該設定した運転ポイントで前記内燃機関を運転制御する手段であるものとすることもできる。

また、本発明の自動車において、前記第１の制約は、前記内燃機関を効率よく運転する制約であるものとすることもできる。こうすれば、操作者が通常走行モードを選択したときには内燃機関を効率よく運転することができる。

さらに、本発明の自動車において、前記制御手段は、前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定すると共に該設定した目標パワーと前記設定された制約とに基づいて前記内燃機関を運転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、内燃機関を出力すべき目標パワーと設定された制約とに基づいて運転することができる。

本発明の自動車において、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第３の軸との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、前記電力動力入出力手段は、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の回転子とを備え、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出力する対回転子電動機であるものとすることもできる。

本発明の自動車の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され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出力する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、を備え、前記駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車の制御方法であって、
（ａ）操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定し、
（ｂ）操作者の操作に基づいて通常走行モードとスポーツ走行モードとを含む複数の走行モードからモードを設定し、
（ｃ）前記設定したモードが通常走行モードのときには前記内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、前記設定したモードがスポーツ走行モードのときには前記内燃機関の運転に対する制約として前記第１の制約より該内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定し、
（ｄ）該設定された制約に基づいて前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく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。

この本発明の自動車の制御方法によれば、操作者の操作に基づいて通常走行モードとスポーツ走行モードとを含む複数の走行モードからモードを設定し、設定したモードが通常走行モードのときには内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、設定したモードがスポーツ走行モードのときには内燃機関の運転に対する制約として第１の制約より内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定し、このように設定された制約に基づいて内燃機関が運転されるとともに駆動軸に要求される要求動力に基づく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。この結果、操作者の操作に基づいて通常走行モードとスポーツ走行モードとを含む複数の走行モードからモードを設定でき、設定したモードがスポーツ走行モードのときには設定したモードが通常走行モードのときより内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行うことができる。もとより、駆動軸に要求された要求駆動力を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、本発明の一実施例として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、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。このエンジンＥＣＵ２４には、クランクシャフト２６に取り付けられたクランクポジションセンサなど図示しない各種センサなどから信号が入力されている。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、運転者の操作により走行モードを燃費重視の通常走行モードまたは加速重視のスポーツ走行モードに設定する走行モード設定スイッチ８９からのモード設定信号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。

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、特に走行モードが通常走行モードまたはスポーツ走行モードに設定されたときの駆動制御の動作について説明する。図３は、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。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，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２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。

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Ｔ＊とエンジン２２から出力すべき要求パワーＰ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴ＊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Ｔ＊を導出して設定するものとした。図４に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰ＊は、設定した要求トルクＴ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものにバッテリ５０の充放電要求量Ｐｂ＊を加えたもの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。充放電要求量Ｐｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）やアクセル開度Ａｃｃなどにより設定することができる。

次に、設定した要求パワーＰ＊に基づいてエンジン２２の仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐ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Ｐ＊とに基づいて行う。エンジン２２の動作ラインの一例と仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとを設定する様子を図５に示す。図示するように、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとは、動作ラインと要求パワーＰ＊（Ｎｅｔｍｐ×Ｔｅｔｍｐ）が一定の曲線との交点により求めることができる。

続いて、走行モードがスポーツ走行モードに設定されているか否かを判定する（ステップＳ１３０）。この走行モードの判定は、走行モード設定スイッチ８９からのモード設定信号に基づいて行う。ステップＳ１３０で否定的な結果を得た場合、走行モードが通常走行モードに設定されていると判断し、ステップＳ１４０へ進み、エンジン回転数指令Ｎｅ＊に仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐを設定し（ステップＳ１４０）、エンジントルク指令Ｔｅ＊に仮目標エンジントルクＴｅｔｍｐ（ステップＳ１５０）を設定する。このように、エンジン回転数指令Ｎｅ＊とエンジントルク指令Ｔｅ＊とは、エンジン２２が効率良く運転できる動作ラインの回転数とトルクとになるよう制約を課されている。

続いて、設定したエンジン回転数指令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のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２００）。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」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。

Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/(Gr・ρ) …（１）
Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt …（２）

こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、バッテリ５０の出力制限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限としてのトルク制限Ｔｍａｘを次式（３）により計算すると共に（ステップＳ２１０）、要求トルクＴ＊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（４）により計算し（ステップＳ２２０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘと仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとを比較して小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（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Ｔ＊を、バッテリ５０の出力制限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（３）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。

Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（３）
Tm2tmp＝(T*＋Tm1*/ρ)/Gr …（４）

こうしてエンジン２２のエンジン回転数指令Ｎｅ＊およびエンジントルク指令Ｔｅ＊やモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊およびトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２のエンジン回転数指令Ｎｅ＊とエンジントルク指令Ｔｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ２のトルク指令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。エンジン回転数指令Ｎｅ＊とエンジントルク指令Ｔｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２がエンジン回転数指令Ｎｅ＊とエンジントルク指令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。ここで、エンジン２２が出力するトルクの制御は、図示しないスロットルバルブの開度を制御することで行なってもよいし、エンジン２２に吸排気バルブの開閉タイミングを連続的に変更することができる連続可変バルブタイミング機構を設け、吸排気バルブのタイミングを変更することで行ってもよい。また、目標回転数Ｎｍ１＊やトルク指令Ｔｍ１＊，トルク指令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。

このように通常走行モードが設定されているとき、エンジン回転数指令Ｎｅ＊とエンジントルク指令Ｔｅ＊に対してエンジン２２が効率良く運転できる動作ラインの回転数とトルクとになるよう制約を課すので、エンジン２２を効率よく運転すると共に運転者が要求する動力を駆動軸と機械的に接続されたリングギア軸３２ａに出力することができる。

一方、ステップＳ１３０で走行モードがスポーツ走行モードに設定されていると判定されたとき、即ち、運転者が迅速に動力を出力したいために走行モード設定スイッチ８９を操作し走行モードをスポーツ走行モードに設定したときを考える。このときは、まず、下限エンジン回転数マップにより下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎを入力する（ステップＳ１６０）。ここで、下限エンジン回転数マップは、車速Ｖとその車速でのエンジン２２の回転数の下限値との関係として求められるものであり、図６にその一例を示す。この下限エンジン回転数マップにおいて、車速Ｖに対する下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎは、エンジン２２が増減できるトルクの幅が充分広く、且つ、トルクの増減を迅速にできる回転数になるよう設定されている。ここで、車速Ｖが６０［ｋｍ／ｈ］以上で下限回転数Ｎｅｍｉｎを一定値とするのは、その回転数以上であればトルクの幅は十分広くトルクの増減も十分に迅速に行なうことができるからである。

下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎが入力されると、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎと仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐとを比較し（ステップＳ１７０）、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎが仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐより高いときには、エンジン２２の回転数を下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎに設定したほうがエンジン２２が増減できるトルク幅が広く且つ、トルクの増減を迅速に行うことができるので、エンジン回転数指令Ｎｅ＊に下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎを設定し（ステップＳ１８０）、設定された下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎと要求パワーＰ＊とからエンジントルク指令Ｔｅ＊（Ｐ＊／Ｎｅ＊）を計算し（ステップＳ１９０）、ステップＳ２００以降へ進み、本ルーチンを終了する。一方、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎが仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐより低いときは、仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐによる運転でエンジン２２のトルクの増減を迅速に行うことができるから、ステップＳ１４０へ進み、エンジン回転数指令Ｎｅ＊に仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐを設定し（ステップＳ１４０）、エンジントルク指令Ｔｅ＊に仮目標エンジントルクＴｅｔｍｐ（ステップＳ１５０）を設定し、ステップＳ２００以降へ進み、本ルーチンを終了する。

このように、スポーツ走行モードが設定されているとき、エンジン回転数指令Ｎｅ＊は、下限エンジン回転数Ｎｅｍｉｎまたは仮目標エンジン回転数Ｎｅｔｍｐのいずれか大きい方の値に設定される。つまり、エンジン回転数指令Ｎｅ＊に下限制限が課され、通常走行モードが設定されたときよりエンジン２２が増減できるトルク幅を広くでき、且つ、トルクの増減を迅速に行うことができる。この結果、運転者が要求する動力を迅速にエンジン２２から出力することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車によれば、スポーツ走行モードが設定されているときには、エンジン２２の回転数に下限制限を課すことにより、通常走行モードが設定されたときよりエンジン２２が増減できるトルク幅を広くすることができ、且つ、トルクの増減を迅速の行うことができる。この結果、通常走行モードが設定されたときより迅速に出力すべき動力をエンジン２２から出力でき、ひいては駆動軸と機械的に接続されたリングギア軸３２ａから迅速に出力すべき動力を出力することができる。また、通常走行モードが設定されているときには、エンジン２２を効率よく運転できる運転ポイントで運転させるよう制約を課すことができるので、エンジン２２を効率良く運転でき燃費の向上を図ることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、スポーツ走行モードが設定されたときには予め設定した下限エンジン回転数マップを用いて車速とエンジン２２の回転数との関係を設定するものとしたが、予め設定したマップを用いずカーナビゲーションシステムなどの機器をユーザインターフェースとして用いて運転者の操作により車速とエンジン２２の下限回転数とを設定するものとしてもよい。このとき、運転者が設定可能な範囲を予め定めておき、その範囲外の設定はできないような機能を設けることが望ましい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、スポーツ走行モードが設定されたときには車速に応じてエンジン２２の回転数に下限制限を課すものとしたが、エンジン２２の回転数を通常走行モードが設定されたときより高めに設定すればよく、例えば、図７の目標回転数マップに示すように、予め通常走行モード時より高めの回転数を目標エンジン回転数として設定しエンジン２２の回転数を車速に応じて目標エンジン回転数に設定するものとしてもよい。この場合、エンジン２２から出力可能なトルクの幅が広く、且つ、トルクの増減が迅速にできる回転数を車速に応じた回転数として設定するのは勿論である。

実施例のハイブリッド自動車２０では、スポーツ走行モードが設定されたとき車速に応じてエンジン２２の回転数に制約を課すものとしたが、エンジン２２から出力する動力の増減を迅速に行うことができれば別の条件で制約を課すものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、通常走行モードが設定されているとき、エンジン２２に効率良く運転できる回転数およびトルクになるよう制約を課したが、このような制約を課さないものとしてもよいし、他の制約を課すものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、走行モードとして通常走行モードとスポーツ走行モードとの二つの走行モードを設定できるものとしたが、走行モードの数はいくつでもよく、必要に応じて三つ以上の走行モードを設定できるものしてもよい。

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。この場合、路面を介してトルク脈動の影響を抑制するものとなる。

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。

以上、本発明を実施するための最良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。

本発明は、自動車産業などに利用可能である。

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仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐ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との力学的な関係を示す共線図である。 下限エンジン回転数マップの一例を示す説明図である。 目標エンジン回転数マップ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、８９，走行モード設定スイッチ、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 (11)

1. 駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車であって、
   内燃機関と、
   該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、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出力する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、
   操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、
   操作者の操作に基づいて通常走行モードとスポーツ走行モードとを含む複数の走行モードを選択的に設定するモード設定手段と、
   前記モード設定手段により通常走行モードが設定されたときには前記内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、前記モード設定手段によりスポーツ走行モードが設定されたときには前記内燃機関の運転に対する制約として前記第１の制約より該内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定する運転制約設定手段と、
   該運転制約設定手段により設定された制約に基づいて前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく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、
   を備える自動車。
2. 前記第２の制約は、前記第１の制約に比して前記内燃機関の回転数が高くなる傾向の制約である請求項１記載の自動車。
3. 前記第２の制約は、車速に対する前記内燃機関の回転数に下限制限を課す制約である請求項２記載の自動車。
4. 請求項３記載の自動車であって、
   車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記通常走行モードが設定されているときには、前記第１の制約に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定すると共に該設定した運転ポイントで前記内燃機関を運転制御し、前記スポーツ走行モードが設定されているときには、前記第１の制約に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定し、該設定した運転ポイントにおける回転数が前記車速検出手段により検出された車速に基づく前記第２の制約を満たしているときには該設定した運転ポイントで前記内燃機関を運転制御し、該設定した運転ポイントにおける回転数が前記検出された車速に基づく前記第２の制約を満たしていないときには該第２の制約における前記検出された車速に対応する下限制限に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定すると共に該設定した運転ポイントで前記内燃機関を運転制御する手段である
   自動車。
5. 前記第２の制約は、車速に対する前記内燃機関の回転数を設定する制約である請求項２記載の自動車。
6. 請求項５記載の自動車であって、
   車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記車速検出手段により検出された車速と前記運転制約設定手段により設定された制約とに基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定すると共に該設定した運転ポイントで前記内燃機関を運転制御する手段である
   自動車。
7. 前記第１の制約は、前記内燃機関を効率よく運転する制約である請求項１ないし６いずれか記載の自動車。
8. 前記制御手段は、前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定すると共に該設定した目標パワーと前記設定された制約とに基づいて前記内燃機関を運転制御する手段である請求項１ないし７いずれか記載の自動車。
9. 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第３の軸との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機とを備える手段である請求項１ないし８いずれか記載の自動車。
10. 前記電力動力入出力手段は、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の回転子とを備え、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出力する対回転子電動機である請求項１ないし８いずれか記載の自動車。
11. 内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され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出力する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、を備え、前記駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車の制御方法であって、
    （ａ）操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定し、
    （ｂ）操作者の操作に基づいて通常走行モードとスポーツ走行モードとを含む複数の走行モードからモードを設定し、
    （ｃ）前記設定したモードが通常走行モードのときには前記内燃機関の運転に対する制約として第１の制約を設定し、前記設定したモードがスポーツ走行モードのときには前記内燃機関の運転に対する制約として前記第１の制約より該内燃機関から出力する動力の増減を迅速に行なうことができる第２の制約を設定し、
    （ｄ）該設定された制約に基づいて前記内燃機関が運転されると共に前記要求動力に基づく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
    自動車の制御方法。

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