JP2006014386A - 動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンから動力分配統合機構を介して駆動軸に直接出力される動力だけで走行する直行走行モード時におけるバッテリの過充電を抑制して走行不能状態となるのを抑制する。
【解決手段】 モータＭＧ２やインバータ４２に異常が生じて直行走行モードが設定されたときには、アクセルペダル８３がオンされたときにエンジン２２の回転数を目標回転数Ｎｅ＊に保持してモータＭＧ１から発電トルクを出力することによりリングギヤ軸３２ａに駆動力が出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１とを駆動制御し、モータＭＧ１の発電電力をモータＭＧ２に代えてエアコンディショナのコンプレッサ９０などを含む補機で消費されるよう制御する。これにより、バッテリ５０が過充電するのを抑制し、直行走行モードにおける長時間の待避走行を確保することができる。
【選択図】 図１

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前記駆動軸に車軸が接続されて走行する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、プラネタリギヤのサンギヤ，キャリア，リングギヤにそれぞれ内燃機関の出力軸，発電機の回転軸，駆動軸が接続されると共に駆動軸に電動機の回転軸が接続された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（例えば、特許文献１参照）。この装置では、発電機で反力を受け持つことにより内燃機関からの動力の一部を駆動軸に直接出力すると共に発電機の発電電力を用いて電動機から動力を駆動軸に出力することにより、内燃機関からの動力をトルク変換して駆動軸に出力することができる。
特開平１０−９８８０５号公報

上述の動力出力装置では、発電機により反力を受け持つことで内燃機関からの動力の一部を駆動軸に出力できるから、電動機やその駆動回路の異常などにより電動機から駆動軸に動力を出力できなくなった場合でも駆動軸に動力を出力することができる。この場合、発電機により発電される電力は電動機で消費できずに蓄電装置に充電され続けることになるから、蓄電装置に過充電が生じ、この蓄電装置の過充電を防止するために発電機を停止させるとエンジンからの動力を駆動軸に伝達できなくなってしまう。

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動力出力装置の制御方法は、電動機から駆動軸に動力を出力不能で電力変換動力伝達手段を介して内燃機関から駆動軸に動力を出力しているときの蓄電手段の過充電をより確実に防止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動力出力装置の制御方法は、電動機から駆動軸に動力を出力不能で電力変換動力伝達手段を介して内燃機関から駆動軸に動力を出力しているときの動力性能を確保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動力出力装置の制御方法は、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、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余の動力を該駆動軸に出力可能な電力変換動力出力手段と、
動力を出力可能な電動機と、
前記電力変換動力出力手段および前記電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、
前記電力変換動力出力手段からの電力および前記蓄電手段からの電力の少なくとも一方を消費可能な電力消費手段と、
前記電動機から前記駆動軸への動力の出力が不能となる所定の条件が成立しているとき、前記電力変換動力出力手段を介して前記内燃機関から前記駆動軸に出力される動力だけで該駆動軸に動力が出力されるよう該内燃機関と該電力変換動力出力手段とを駆動制御す
ると共に前記電力消費手段で電力が消費されるよう該電力消費手段を駆動制御する直達時制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の動力出力装置では、電動機から駆動軸への動力の出力が不能となる所定の条件が成立しているとき、電力変換動力出力手段を介して内燃機関から駆動軸に出力される動力だけで駆動軸に動力が出力されるよう内燃機関と電力変換動力伝達手段とを駆動制御すると共に電力変換動力出力手段からの電力およびこの電力変換動力出力手段と電力をやり取り可能な蓄電手段からの電力の少なくとも一方を消費可能な電力消費手段で電力が消費されるよう電力消費手段を駆動制御する。したがって、電動機から駆動軸への動力の出力が不能となった場合であっても内燃機関と電力変換動力出力手段とにより駆動軸に動力を出力できると共に電力変換動力出力手段で変換された電力を電動機に代えて電力消費手段で消費することができる。この結果、蓄電手段の過充電を防止することができ、動力性能を確保できる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記蓄電手段が所定の充電状態にあるのを判定する充電状態判定手段を備え、前記直達時制御手段は、前記充電状態判定手段により前記蓄電手段が前記所定の充電状態にあると判定されたときを条件として前記電力消費手段で電力が消費されるよう該電力消費手段を駆動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、蓄電手段の状態に応じてより適切に電力変換動力出力手段や蓄電手段からの電力を消費させることができる。

充電状態判定手段を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記充電状態判定手段は、前記駆動軸の駆動状態に基づいて前記蓄電手段が前記所定の充電状態にあるのを判定す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動力出力装置において、前記電力変換動力出力手段は、前記蓄電手段からの電力を用いて前記内燃機関の回転抵抗による制動力を前記駆動軸に出力可能な手段であり、前記充電状態判定手段は、前記駆動軸の駆動状態として前記駆動軸に出力される動力が制動力でないときに前記蓄電手段が前記所定の充電状態にあると判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、駆動軸の駆動状態から蓄電手段が所定の充電状態にあるのを判定することができる。

また、充電状態判定手段を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記充電状態判定手段は、前記蓄電手段の残容量，該蓄電手段に入出力される電流の少なくとも一方に基づいて該蓄電手段が前記所定の充電状態にあるのを判定するものとすることもできる。

また、本発明の動力出力装置において、前記直達時制御手段は、前記電力変換動力出力手段を介して前記内燃機関から前記駆動軸に出力される動力だけで該駆動軸に動力を出力する制御を開始したとき又は該制御を開始してから所定時間が経過したときを条件として前記電力消費手段で電力が消費されるよう該電力消費手段を駆動制御する手段であるものとすることもできる。

さらに、本発明の動力出力装置において、前記電力消費制御手段は、前記蓄電手段に入出力される電力が該蓄電手段の入力制限の範囲内となるよう前記電力消費手段を駆動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、蓄電手段が過大な電力により充電されるのを防止することができる。

あるいは、本発明の動力出力装置において、前記電力消費手段は、少なくとも１つの補機であるものとすることもできる。ここで、「補機」には、ライト類やエアコンディショナのコンプレッサなどが含まれる。

また、本発明の動力出力装置において、前記所定の条件は、前記電動機を含む電動機駆動系に異常が生じたときに成立する条件であるものとすることもできる。ここで、「電動機駆動系」には、電動機の他、これを駆動する駆動回路や制御手段なども含まれる。

本発明の動力出力装置において、前記電力変換動力出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の回転軸の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が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力手段と、前記第３の回転軸に動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し、前記電力変換動力出力手段は、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の回転子との電磁的な作用により該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余の動力を該駆動軸に出力可能な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、
上述した各態様のいずれかの本発明の動力出力装置、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、該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余の動力を該駆動軸に出力可能な電力変換動力出力手段と、動力を出力可能な電動機と、前記電力変換動力出力手段および前記電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、前記電力変換動力出力手段からの電力および前記蓄電手段からの電力の少なくとも一方を消費可能な電力消費手段と、前記電動機から前記駆動軸への動力の出力が不能となる所定の条件が成立しているとき、前記電力変換動力出力手段を介して前記内燃機関から前記駆動軸に出力される動力だけで該駆動軸に動力が出力されるよう該内燃機関と該電力変換動力出力手段とを駆動制御すると共に前記電力消費手段で電力が消費されるよう該電力消費手段を駆動制御する直達時制御手段とを備える動力出力装置を搭載し、前記駆動軸が車軸に接続されて走行する
ことを要旨とする。

この本発明の自動車では、上述した各態様のいずれかの本発明の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、電動機から駆動軸に動力を出力不能で電力変換動力伝達手段を介して内燃機関から駆動軸に動力を出力しているときの蓄電手段の過充電を防止できる効果や電動機から駆動軸に動力を出力不能で電力変換動力伝達手段を介して内燃機関から駆動軸に動力を出力しているときの動力性能を確保できる効果などを奏することができる。

本発明の動力出力装置の制御方法は、
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該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余の動力を該駆動軸に出力可能な電力変換動力出力手段と、動力を出力可能な電動機と、前記電力変換動力出力手段および前記電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、前記電力変換動力出力手段からの電力および前記蓄電手段からの電力の少なくとも一方を消費可能な電力消費手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
前記電動機から前記駆動軸への動力の出力が不能となる所定の条件が成立しているとき、前記電力変換動力出力手段を介して前記内燃機関から前記駆動軸に出力される動力だけで該駆動軸に動力が出力されるよう該内燃機関と該電力変換動力出力手段とを駆動制御すると共に前記電力消費手段で電力が消費されるよう該電力消費手段を駆動制御する
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によれば、電動機から駆動軸への動力の出力が不能となる所定の条件が成立しているとき、電力変換動力出力手段を介して内燃機関から駆動軸に出力される動力だけで駆動軸に動力が出力されるよう内燃機関と電力変換動力伝達
手段とを駆動制御すると共に電力変換動力出力手段からの電力およびこの電力変換動力出力手段と電力をやり取り可能な蓄電手段からの電力の少なくとも一方を消費可能な電力消費手段で電力が消費されるよう電力消費手段を駆動制御する。したがって、電動機から駆動軸への動力の出力が不能となった場合であっても内燃機関と電力変換動力出力手段とにより駆動軸に動力を出力できると共に電力変換動力出力手段で変換された電力を電動機に代えて電力消費手段で消費することができる。この結果、蓄電手段の過充電を防止することができ、動力性能を確保できる。

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。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２とバッテリ５０とが接続された電力ライン５４には、補機としてのエアコンディショナのコンプレッサ９０がインバータ９２を介して接続されると共に図示しないＤＣ／ＤＣコンバータを介してヘッドライトやルームライト等の補機に給電する低圧系電源が接続されている。

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電圧センサ５１ａ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に取り付けられた電流センサ５１ｂ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５１ｃ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５１ｂ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。ハイブリッド自動車２０の走行モードとしては、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を駆動制御して走行するトルク変換走行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を駆動制御して走行する充放電走行モード、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して走行するモータ走行モード、モータＭＧ２の運転を停止してモータＭＧ１で反力を受け持ちながらエンジン２２からの動力が動力分配統合機構３０を介してリングギヤ軸３２ａに伝達されるようエンジン２２とモータＭＧ１とを駆動制御して走行する直行走行モードなどがある。直行走行モードは、主としてモータＭＧ２やインバータ４２に異常が生じたときに設定されるモードである。モータＭＧ２やインバータ４２の異常の判定は、例えば、モータＭＧ２やインバータ４２を流れる電流がトルク指令に対応するか否かを判定したり、モータＭＧ２やインバータ４２の温度が予め設定された許容限界温度を超えているか否かを判定することにより行なうことができる。

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、特に直行走行モードで走行する際の動作について説明する。図２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により実行される直行走行モード時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、直行走行モードで走行しているときに所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

直行走行モード時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の回転数Ｎｍ１，バッテリ５０の残容量ＳＯＣ，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は、回転位置検出センサ４３により検出されたモータＭＧ１の回転子の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、バッテリ５０の残容量ＳＯＣは、電流センサ５１ｂにより検出されたバッテリ５０の充放電電流の積算値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。バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎは、残容量ＳＯＣと温度センサ５１ｃにより検出された電池温度Ｔｂとに基づいて−１５ｋＷや−２０ｋＷなどのように設定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Ｓ１１０）。ここで、要求トルクＴｒ＊の設定は、実施例では、アクセルペダル８３がオンされているときには車両を走行させるために必要なトルクのうちできる限り小さなトルク（例えば、４０Ｎｍや５０Ｎｍなど）を設定し、アクセルペダル８３がオフされているときには車速Ｖが大きくなるほど制動力が大きくなるトルクを設定することにより行なうものとした。図３に、直行走行モードで走行しているときの動力分配統合機構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示す。図示するように、直行走行モードでは、エンジン２２を所定回転数で運転すると共にモータＭＧ１から発電トルクを出力することによりリングギヤ軸３２ａに正のトルクが出力されて走行することができる。この直行走行モードでは、モータＭＧ２は停止状態にあるから、アクセルペダル８３がオンされてリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力する際にモータＭＧ１で発電した電力はバッテリ５０に充電され続ける。このため、直行走行モードで長時間走行すると、バッテリ５０が過充電する場合がある。そこで、アクセルペダル８３がオンされたときにその開度に拘わらず小さなトルクを要求トルクＴｒ＊に設定することにより、モータＭＧ１で発電した電力によりバッテリ５０が早期に過充電するのを抑制しているのである。アクセルペダル８３がオフされたときには、エンジン２２を燃料カットすると共にバッテリ５
０からの電力を用いてエンジン２２の回転数を引き上げる方向にモータＭＧ１を駆動することによりエンジン２２のフリクションによる制動力をリングギヤ軸３２ａに出力することができる。

要求トルクＴｒ＊を設定すると、要求トルクＴｒ＊に動力分配統合機構３０のギヤ比ρを乗じたものに−１を乗じてモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊を計算し（ステップＳ１２０）、このトルク指令Ｔｍ１＊に見合うトルクがモータＭＧ１から出力されたときにエンジン２２がストールしない回転数のうちできる限り小さな回転数となるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ１３０）。

そして、要求トルクＴｒ＊が所定値Ｔｒｅｆよりも大きいか否か（ステップＳ１４０）、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定量Ｓｒｅｆよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１５０）。ここで、所定値Ｔｒｅｆは、モータＭＧ１の発電によりバッテリ５０が充電の状態にあるか否かを判定するための閾値である。また、所定量Ｓｒｅｆは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣに余裕があるか否かを判定するための閾値であり、６０％や７０％などのように定められる。要求トルクＴｒ＊が所定値Ｔｒｅｆ以下のときや残容量ＳＯＣが所定量Ｓｒｅｆ以下のときには、バッテリ５０は充電の状態にあるがバッテリ５０の残容量ＳＯＣに余裕があるためにモータＭＧ１やバッテリ５０からの電力を消費する必要はないと判断し、目標回転数Ｎｅ＊とエンジン２２の現在の回転数Ｎｅとの偏差が打ち消されるようフィードバック制御によりエンジン２２を駆動制御すると共にトルク指令Ｔｍ１＊に見合うトルクがモータＭＧ１から出力されるようモータＭＧ１を駆動制御して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２やモータＭＧ１の駆動制御は、具体的には、目標回転数Ｎｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共にトルク指令Ｔｍ１＊をモータＥＣＵ４０に送信することにより、エンジンＥＣＵ２４が受信した目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２が運転されるよう吸入空気量調節制御や燃料噴射制御，点火制御などを行ない、モータＥＣＵ４０が受信したトルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が運転されるようインバータ４１のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

一方、要求トルクＴｒ＊が所定値Ｔｒｅｆよりも大きく且つ残容量ＳＯＣが所定量Ｓｒｅｆよりも大きいときには、バッテリ５０が充電の状態にありしかも残容量ＳＯＣに余裕がないためにモータＭＧ１やバッテリ５０からの電力を消費すべきと判断し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に回転数Ｎｍ１を乗じたもの（モータＭＧ１の発電電力）をバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎから減じて余剰電力Ｐｓｕｒを計算し（ステップＳ１６０）、計算した余剰電力Ｐｓｕｒが値０未満か否か、即ちモータＭＧ１の発電電力が入力制限Ｗｉｎを超えており余剰電力が生じているか否かを判定する（ステップＳ１７０）。余剰電力が生じていないと判定されたときには、所定電力Ｐｓｅｔを必要消費電力Ｐ＊に設定し（ステップＳ１８０）、余剰電力が生じていると判定されたときには、余剰電力Ｐｓｕｒの絶対値を必要消費電力Ｐ＊に設定し（ステップＳ１９０）、必要消費電力Ｐ＊が消費されるよう補機を駆動、例えば、エアコンディショナのコンプレッサ９０を強制駆動するようインバータ９２を駆動制御したりヘッドライドやルームライトを点灯すると共に（ステップＳ２００）、目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２をトルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１をそれぞれ駆動制御して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。なお、所定電力Ｐｓｅｔは、必要消費電力Ｐ＊を受け持つ補機の数やその性能などにより例えば０．５ｋｗや１ｋｗなどのように定めることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、直行走行モードで走行しているときにはアクセルペダル８３がオンされて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに走行に必要なトルクを出力する際にモータＭＧ１で発電した電力やバッテリ５０からの電力を、モータＭＧ２に代えてエアコンディショナのコンプレッサを強制的に駆動したりヘッドライトやルームライト等を点灯させたりして補機により消費させるから、バッテリ５０の過
充電を抑制でき、直行走行モードにおける長時間の待避走行を確保することができる。しかも、モータＭＧ１の発電電力がバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲内となるように補機を駆動するから、バッテリ５０が過大な電力により充電されるのを抑制できる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、要求トルクＴｒ＊に基づいてバッテリ５０が充電の状態にあるか否かを判定したが、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に基づいてバッテリ５０が充電の状態にあるか否かを判定するものとしてもよいし、電流センサ５１ａからのバッテリ５０の充放電電流に基づいてバッテリ５０が充電の状態にあるか否かを判定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、直行走行モードで走行しているときにバッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定量Ｓｒｅｆ未満のときには補機を駆動させないものとしたが、所定量Ｓｒｅｆ未満であっても補機を駆動させ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、直行走行モードで走行しているときに要求トルクＴｒ＊が所定値Ｔｒｅｆよりも大きいか否かを判定、即ちバッテリ５０が充電の状態にあるか否かを判定し、バッテリ５０が充電の状態にあると判定されたときに補機で電力を消費させるものとしたが、直行走行モードで走行しているときにはバッテリ５０が充電される場合が多いから、バッテリ５０が充電の状態にあるか否かを判定することなく直行走行モードによる走行が開始されたときや直行走行モードによる走行が開始されてから所定時間経過したときに補機で電力を消費させ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、直行走行モードで走行しているときにアクセルペダル８３がオンされたときそのアクセル開度に拘わらず一定のトルクを要求トルクＴｒ＊に設定したが、補機で消費可能な電力の大きさによっては、アクセルペダル８３がオンされたときにそのアクセル開度に応じた要求トルクＴｒ＊を設定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、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４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４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５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により実行される直行走行モード時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 直行走行モードで走行しているときの動力分配統合機構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。 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、３５，１３５ 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、５１ａ 電圧センサ、５１ｂ 電流センサ、５１ｃ 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、９０ エアコンディショナのコンプレッサ、９２ インバータ、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 (13)

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、
   該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余の動力を該駆動軸に出力可能な電力変換動力出力手段と、
   動力を出力可能な電動機と、
   前記電力変換動力出力手段および前記電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、
   前記電力変換動力出力手段からの電力および前記蓄電手段からの電力の少なくとも一方を消費可能な電力消費手段と、
   前記電動機から前記駆動軸への動力の出力が不能となる所定の条件が成立しているとき、前記電力変換動力出力手段を介して前記内燃機関から前記駆動軸に出力される動力だけで該駆動軸に動力が出力されるよう該内燃機関と該電力変換動力出力手段とを駆動制御すると共に前記電力消費手段で電力が消費されるよう該電力消費手段を駆動制御する直達時制御手段と
   を備える動力出力装置。
2. 請求項１記載の動力出力装置であって、
   前記蓄電手段が所定の充電状態にあるのを判定する充電状態判定手段を備え、
   前記直達時制御手段は、前記充電状態判定手段により前記蓄電手段が前記所定の充電状態にあると判定されたときを条件として前記電力消費手段で電力が消費されるよう該電力消費手段を駆動制御する手段である
   動力出力装置。
3. 前記充電状態判定手段は、前記駆動軸の駆動状態に基づいて前記蓄電手段が前記所定の充電状態にあるのを判定する手段である請求項２記載の動力出力装置。
4. 請求項３記載の動力出力装置であって、
   前記電力変換動力出力手段は、前記蓄電手段からの電力を用いて前記内燃機関の回転抵抗による制動力を前記駆動軸に出力可能な手段であり、
   前記充電状態判定手段は、前記駆動軸の駆動状態として前記駆動軸に出力される動力が制動力でないときに前記蓄電手段が前記所定の充電状態にあると判定する手段である
   動力出力装置。
5. 前記充電状態判定手段は、前記蓄電手段の残容量，該蓄電手段に入出力される電流の少なくとも一方に基づいて該蓄電手段が前記所定の充電状態にあるのを判定する手段である請求項２記載の動力出力装置。
6. 前記直達時制御手段は、前記電力変換動力出力手段を介して前記内燃機関から前記駆動軸に出力される動力だけで該駆動軸に動力を出力する制御を開始したとき又は該制御を開始してから所定時間が経過したときを条件として前記電力消費手段で電力が消費されるよう該電力消費手段を駆動制御する手段である請求項１記載の動力出力装置。
7. 前記電力消費制御手段は、前記蓄電手段に入出力される電力が該蓄電手段の入力制限の範囲内となるよう前記電力消費手段を駆動制御す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. 前記電力消費手段は、少なくとも１つの補機である請求項１ないし７いずれか記載の動力出力装置。
9. 前記所定の条件は、前記電動機を含む電動機駆動系に異常が生じたときに成立する条件である請求項１ないし８いずれか記載の動力出力装置。
10. 前記電力変換動力出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の回転軸の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が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力手段と、前記第３の回転軸に動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９いずれか記載の動力出力装置。
11. 前記電力変換動力出力手段は、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の回転子との電磁的な作用により該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余の動力を該駆動軸に出力可能な対回転子電動機である請求項１ないし９いずれか記載の動力出力装置。
12. 請求項１ないし１１いずれか記載の動力出力装置を搭載し、前記駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車。
13. 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該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余の動力を該駆動軸に出力可能な電力変換動力出力手段と、動力を出力可能な電動機と、前記電力変換動力出力手段および前記電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、前記電力変換動力出力手段からの電力および前記蓄電手段からの電力の少なくとも一方を消費可能な電力消費手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
    前記電動機から前記駆動軸への動力の出力が不能となる所定の条件が成立しているとき、前記電力変換動力出力手段を介して前記内燃機関から前記駆動軸に出力される動力だけで該駆動軸に動力が出力されるよう該内燃機関と該電力変換動力出力手段とを駆動制御すると共に前記電力消費手段で電力が消費されるよう該電力消費手段を駆動制御する
    動力出力装置の制御方法。

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