JP2006029204A - ハイブリッド車およびその制御方法並びに動力出力装置 - Google Patents

ハイブリッド車およびその制御方法並びに動力出力装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 ハイブリッド車において、内燃機関から出力する動力の応答性を高めることにより蓄電装置の負荷を低減すると共に車両のエネルギ効率の向上を図る。
【解決手段】 走行パワーＰｖ＊が値０より大きいときには、要求パワーＰｅ＊を効率よく出力することができるエンジンの運転ポイントにおける回転数である要求回転数Ｎｅｒｅｑと車速Ｖで定速走行する際のエンジンの運転ポイントにおける回転数である下限回転数Ｎｅｍｉｎとのうち大きい方をエンジン目標回転数Ｎｅ＊として設定し（Ｓ１６０）、走行パワーＰｖ＊が値０のときには、エンジンを燃料カットすると共に下限回転数Ｎｅｍｉｎをエンジン目標回転数Ｎｅ＊として設定する（Ｓ１９０）。エンジンは、下限回転数Ｎｅｍｉｎ以上で回転するから、パワー増加に迅速に対応することができる。この結果、バッテリの負荷を低減することができ、バッテリの劣化を抑制することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法並びに動力出力装置に関する。
従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、エンジンのクランクシャフトと駆動軸とにキャリアとリングギヤとが各々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、第１モータおよび第２モータと電力のやりとりが可能なバッテリとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車では、第１モータを駆動制御することにより、エンジンの回転数を制御している。
特開平１１−９３７２７号公報
エンジンと駆動用のモータを備えるハイブリッド車では、一般的にエネルギ効率の向上を図るためにエンジンに要求される動力に応じてエンジンの回転数を変更したり、間欠運転する。減速要求のときにはエンジンに要求される動力は基本的には値０か制動に要する動力（フリクション仕事）であるため、エンジン回転数は小さくなる。こうした減速要求の直後に大きな加速要求がなされたときを考えると、エンジンの応答性が低いために不足する動力はバッテリからの電力を用いて駆動用のモータから出力する必要がある。容量の大きなバッテリを搭載すれば、不足する動力をバッテリからの電力により賄うことはできるが、体格が大きくなると共に重量が大きくなり、車両に搭載するには不向きになる。一方、容量の小さなバッテリを搭載するものとすれば、不足する動力をバッテリからの電力によっては賄うことができない。また、不足する動力が大きくなればバッテリからの放電電力も大きくなるから、出力制限の範囲内であっても比較的大きな電力によって充放電することになり、バッテリの劣化を早めてしまう。
本発明のハイブリッド車およびその制御方法並びに動力出力装置は、内燃機関から出力する動力の応答性を高めることを目的の一つとする。また、本発明のハイブリッド車およびその制御方法並びに動力出力装置は、二次電池などの蓄電装置の負荷を低減することを目的の一つとする。さらに、本発明のハイブリッド車およびその制御方法並びに動力出力装置は、車両や装置のエネルギ効率の向上を図ることを目的の一つとする。
本発明のハイブリッド車およびその制御方法並びに動力出力装置は、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。
本発明のハイブリッド車は、
内燃機関と、
該内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って前記出力軸と前記駆動軸とに動力の入出力を行なう電力動力入出力手段と、
前記車軸または該車軸とは異なる車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、
車両の走行に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記検出された車速に基づいて前記内燃機関を運転すべき回転数の下限である下限回転数を設定する下限回転数設定手段と、
該設定された下限回転数以上の回転数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動力に基づく動力により走行す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。
この本発明のハイブリッド車では、車速に基づいて内燃機関を運転すべき回転数の下限である下限回転数を設定し、この設定した下限回転数以上の回転数で内燃機関が運転されると共に車両の走行に要求される要求動力に基づく動力により走行す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。内燃機関は、その動力を増加するときには、出力トルクについては変更せずに回転数だけを増加する場合と、回転数については変更せずに出力トルクだけを増加する場合を考えると、吸入空気量と燃料噴射量を変更するだけでよい出力トルクを増加する場合の方が回転数を増加する場合に比して短時間で動力を増加することができる。したがって、車速に応じた下限回転数以上の回転数で内燃機関を運転することにより、内燃機関から出力すべき動力を増加したときの内燃機関の応答性を高くすることができる。このため、走行に必要な動力のうち内燃機関の応答遅れによる動力不足を電動機により賄う際の電動機から出力する動力を小さくすることができる。この結果、蓄電手段の負荷を低減することができる。
こうした本発明のハイブリッド車において、前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関を運転すべき回転数である要求回転数を設定する要求回転数設定手段を備え、前記制御手段は前記設定された下限回転数と前記設定された要求回転数とのうち大きい方の回転数で前記内燃機関が運転されるよう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、要求動力に応じた要求回転数と車速に応じた下限回転数とを考慮した回転数で内燃機関を運転することができる。この結果、より適正な運転ポイント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ハイブリッド車において、前記要求回転数設定手段は、前記設定された要求動力に基づく動力を効率よく前記内燃機関から出力する際の該内燃機関の回転数を前記要求回転数として設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の応答性を高く維持すると共に車両のエネルギ効率を向上させることができる。
また、本発明のハイブリッド車において、前記下限回転数設定手段は、前記検出された車速で車両が略平坦路を定速走行するのに必要な動力を効率よく前記内燃機関から出力する際の該内燃機関の運転ポイントにおける回転数以上の回転数を前記下限回転数として設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関から出力すべき動力が小さいときでも、その後の要求に対して車両を定速走行するのに必要な動力やそれ以上の動力を迅速に内燃機関から出力することができる。
さらに、本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記設定された要求動力が車両を制動する所定の制動動力のときには前記内燃機関における燃料噴射が停止されるよう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、燃費の向上を図ることができ、車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。
本発明のハイブリッド車において、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の回転子とにおける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、電力と動力の入出力を伴って前記出力軸と前記駆動軸とに動力の入出力を行なう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動力を設定する要求動力設定手段と、
前記駆動軸の回転数を検出する回転数検出手段と、
該検出された回転数に基づいて前記内燃機関を運転すべき回転数の下限である下限回転数を設定する下限回転数設定手段と、
該設定された下限回転数以上の回転数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。
この本発明の動力出力装置では、駆動軸の回転数に基づいて内燃機関を運転すべき回転数の下限である下限回転数を設定し、この設定した下限回転数以上の回転数で内燃機関が運転されると共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。前述したように、内燃機関は、出力トルクを増加することにより動力を増加する場合の方が回転数を増加することにより動力を増加する場合に比して短時間で動力を増加することができるから、駆動軸の回転数に応じた下限回転数以上の回転数で内燃機関を運転することにより、内燃機関から出力すべき動力を増加したときの内燃機関の応答性を高くすることができる。このため、駆動軸に要求される動力のうち内燃機関の応答遅れによる動力不足を電動機により賄う際の電動機から出力する動力を小さくすることができる。この結果、蓄電手段の負荷を低減することができる。ここで、本発明の動力出力装置は、車両に搭載され、車軸が駆動軸に連結されるものとすれば、車軸の回転数に応じた下限回転数以上の回転数で内燃機関を運転するものとなる。このとき、車軸の回転数に代えて車速を用いて下限回転数を設定するものとすれば、上述した本発明のハイブリッド車の範囲に含まれる。したがって、車速を駆動軸の回転数に代えて適用することにより、本発明のハイブリッド車の各態様を動力出力装置に適用することができる。
本発明のハイブリッド車の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴って前記出力軸と前記駆動軸とに動力の入出力を行なう電力動力入出力手段と、前記車軸または該車軸とは異なる車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、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
車両の走行に要求される要求動力を設定し、
前記車速に基づいて前記内燃機関を運転すべき回転数の下限である下限回転数を設定し、
該設定した下限回転数以上の回転数で前記内燃機関が運転されると共に前記設定した要求動力に基づく動力により走行す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。
本発明のハイブリッド車の制御方法によれば、車速に基づいて内燃機関を運転すべき回転数の下限である下限回転数を設定し、この設定した下限回転数以上の回転数で内燃機関が運転されると共に車両の走行に要求される要求動力に基づく動力により走行するよう内
燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御するから、内燃機関から出力すべき動力を増加したときの内燃機関の応答性を高くすることができる。したがって、走行に必要な動力のうち内燃機関の応答遅れによる動力不足を電動機により賄う際の電動機から出力する動力を小さくすることができ、蓄電手段の負荷を低減することができる。
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。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，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，バッテリ５０の充放電要求量Ｐｂ＊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。さらに、バッテリ５０の充放電要求量Ｐｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）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やブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖ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＊と車両を走行させるのに必要な走行パワーＰｖ＊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やブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖ，要求トルクＴｒ＊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やブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖ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。走行パワーＰｖ＊は、アクセル開度Ａｃｃに基づいて設定される要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものと値０とのうち大きい方として求めることができる。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。
次に、設定した走行パワーＰｖ＊が値０より大きいか否かを判定する（ステップＳ１２０）。走行パワーＰｖ＊が値０のときには、要求トルクＴｒ＊は値０か負の値であるから、エンジン２２からの動力は不要になり、パワーの観点からエンジン２２の運転を停止してもよいことになる。まず、走行パワーＰｖ＊が値０より大きいときを考える。このときには、エンジン２２からのパワーが必要であると判断し、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量Ｐｂ＊とロスＬｏｓｓとの和としてエンジン２２から出力すべきパワーである要求パワーＰｅ＊を計算すると共に（ステップＳ１３０）、設定した要求パワーＰｅ＊をエンジン２２から効率よく出力できるエンジン２２の運転ポイントにおける回転数として要求回転数Ｎｅｒｅｑを設定する（ステップＳ１４０）。この要求回転数Ｎｅｒｅｑは、実施例では、要求パワーＰｅ＊と要求回転数Ｎｅｒｅｑとの関係を求めて要求回転数設定用マップとして予めＲＯＭ７４に記憶しておき、要求パワーＰｅ＊が与えられるとマップから対応する要求回転数Ｎｅｒｅｑを導出して設定するものとした。図４に要求回転数設定用マップの一例を示す。なお、要求パワーＰｅ＊を効率よく出力することができるエンジン２２の運転ポイント（回転数Ｎｅ，トルクＴｅ）は、例えば図５に例示するように、トルクと回転数とのマップにおける動作ラインとしても表わすことができる。図中、要求パワーＰｅ＊が一定の曲線（破線）と動作ラインとの交点における回転数とトルクとが要求パワーＰｅ＊を効率よく出力することができるエンジン２２の運転ポイントである。
続いて、車速Ｖで平坦路を低速走行するのに必要なパワーをエンジン２２から効率よく
出力することができるエンジン２２の運転ポイントにおける回転数として下限回転数Ｎｅｍｉｎを設定する（ステップＳ１５０）。この下限回転数Ｎｅｍｉｎは、実施例では、車速Ｖと下限回転数Ｎｅｍｉｎとの関係を求めて下限回転数設定用マップとして予めＲＯＭ７４に記憶しておき、車速Ｖが与えられるとマップから対応する下限回転数Ｎｅｍｉｎを導出して設定するものとした。図６に下限回転数設定用マップの一例を示す。図中、車速Ｖｒｅｆは、車速の観点からエンジン２２を間欠運転するか否かを判定するものである。
要求回転数Ｎｅｒｅｑと下限回転数Ｎｅｍｉｎとを設定すると、設定した要求回転数Ｎｅｒｅｑと下限回転数Ｎｅｍｉｎとのうちの大きい方をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定すると共に（ステップＳ１６０）、この設定した目標回転数Ｎｅ＊で要求パワーＰｅ＊を割った値をエンジン２２の目標トルクＴｅ＊として設定する（ステップＳ１７０）。このように、要求回転数Ｎｅｒｅｑと下限回転数Ｎｅｍｉｎとのうちの大きい方をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定するのは、要求パワーＰｅ＊が急増したときの応答性を高くするためである。いま、比較的高速で走行しており走行パワーＰｖ＊は値０ではないが減速しているときにアクセルペダル８３が踏み込まれたときを考える。このとき、要求回転数Ｎｅｒｅｑは下限回転数Ｎｅｍｉｎのより小さな値となる。一般に、エンジン２２から出力するパワーを増加するときには、回転数の増加を伴ってパワーを増加する場合に比してトルクだけを増加することによりパワーを増加する方が短時間で行なうことができる。これは、エンジン２２の回転系の回転数を増加するより、吸入空気量と燃料噴射量を増加するだけの方が早いからである。したがって、下限回転数Ｎｅｍｉｎより小さな要求回転数Ｎｅｒｅｑでエンジン２２を運転するより、下限回転数Ｎｅｍｉｎでエンジン２２を運転する方がエンジン２２から出力するパワーの増加に対する応答性が高くなるのである。
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のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２１０）。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７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Ｓ２２０）、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Ｓ２３０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘにより仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２４０）。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７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)
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Ｓ２５０）、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。
ステップＳ１２０で走行パワーＰｖ＊が値０と判定されたときには、エンジン２２からのパワーの出力は必要ないと判断し、エンジン２２の燃料カットを指示する（ステップＳ１８０）。この指示は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０から通信ポートを介してエンジンＥＣＵ２４に燃料カットの制御信号を出力することにより行なうことができる。続いて、車速Ｖと下限回転数設定用マップとを用いて導出される下限回転数Ｎｅｍｉｎをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定すると共に（ステップＳ１９０）、エンジン２２の目標トルクＴｅ＊に値０を設定する（ステップＳ２００）。そして、ステップＳ２１０ないしＳ２４０の処理によりモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定し、設定した設定値をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。ここで、車速Ｖが車速Ｖｒｅｆ未満のときには下限回転数Ｎｅｍｉｎには値０が設定されるから、エンジン２２は回転せずに停止されることになる。
いま、比較的高速で走行している最中にアクセルオフの状態からアクセルペダル８３を踏み込んだときを考える。アクセルオフの状態では、走行パワーＰｖ＊は値０となるから、エンジン２２は燃料カットされるが下限回転数Ｎｅｍｉｎで回転する。この状態でアクセルペダル８３が踏み込まれると、燃料カットが中止され、吸入空気量と燃料噴射が直ちに行なわれてエンジン２２からトルクを出力する。このとき、そのときの車速Ｖで定速走行するのに必要なパワーを効率よく出力できるエンジン２２の回転数である下限回転数Ｎｅｍｉｎでエンジン２２を回転させているから、吸入空気量と燃料噴射を調整するだけで迅速に車両を定速走行させるのに必要なパワーをエンジン２２から効率よく出力することができる。アクセルペダル８３の踏み込みが大きく、車両を加速させるときには、この定速走行させるのに必要なパワーをエンジン２２から効率よく出力する運転ポイントからエンジン２２を効率よく運転する運転ポイントを連ねた動作ライン（図５参照）上をトレースするようにエンジン２２の運転ポイントを変更すればよい。エンジン２２を低回転数で
運転する場合や停止している場合と比較すれば、迅速にエンジン２２から必要なパワーを出力させることができるのが解る。実施例のハイブリッド自動車２０では、ステップＳ２３０の仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐの設定で解るように、エンジン２２の応答遅れはバッテリ５０からの電力を用いて駆動するモータＭＧ２のトルクにより賄われる。エンジン２２から迅速に必要なパワーを出力させることができれば、バッテリ５０からの放電電力は小さくなるから、バッテリ５０の負荷を小さくすることができる。この結果、比較的大きな電力で充放電されることにより促進されるバッテリ５０の劣化を抑制することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、車速Ｖに応じた下限回転数Ｎｅｍｉｎ以上の回転数でエンジン２２を運転することにより、エンジン２２の応答性を高くすることができる。この結果、走行に必要なパワーのうちエンジン２２の応答遅れにより不足するパワーを小さくすることができるから、バッテリ５０からの放電を抑制することができる。即ち、バッテリ５０の負荷を抑制することができる。このように、バッテリ５０に充放電される電力を小さくすることができるから、比較的大きな電力で充放電されることにより促進するバッテリ５０の劣化を抑制することができる。また、エンジン２２の応答性を高くすることができるから、エンジン２２の運転ポイントを効率よく運転することができる運転ポイントに迅速に移行させることができる。この結果、車両のエネルギ効率を向上させることができる。また、走行パワーＰｖ＊が値０でエンジン２２からのパワーを必要としていないときには、エンジン２２の燃料噴射をカットするから、燃費を向上させることができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、車速Ｖで平坦路を定速走行するのに必要なパワーを効率よく出力することができるエンジン２２の運転ポイントにおける回転数を下限回転数Ｎｅｍｉｎとして設定するものとしたが、こうした運転ポイントにおける回転数より若干小さな回転数を下限回転数Ｎｅｍｉｎとして設定するものとしてもよく、また、こうした運転ポイントにおける回転数より大きな回転数を下限回転数Ｎｅｍｉｎとして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、走行パワーＰｖ＊をアクセル開度Ａｃｃに基づいて設定される要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものと値０とのうち大きい方としたが、走行パワーＰｖ＊をアクセル開度Ａｃｃに基づいて設定される要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとしてもよいし、走行パワーＰｖ＊をブレーキペダルポジションＢＰに基づいて設定される要求トルクＴｒ＊を用いるものとしてもよい。これらの場合、走行パワーＰｖ＊が正の値か否かにより燃料カットするか否かを判定すればよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、走行パワーＰｖ＊が値０より大きいときには、エンジン２２を運転し、走行パワーＰｖ＊が値０のときにエンジン２２の燃料噴射をカットするものとしたが、走行パワーＰｖ＊が値０より大きな閾値Ｐｒｅｆより大きいときにエンジン２２を運転し、走行パワーＰｖ＊が閾値Ｐｒｅｆより小さいときにエンジン２２の燃料噴射をカット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。
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。 要求回転数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を要求パワーＰｅ＊と共に示す説明図である。 下限回転数設定用マップの一例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. 内燃機関と、
    該内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って前記出力軸と前記駆動軸とに動力の入出力を行なう電力動力入出力手段と、
    前記車軸または該車軸とは異なる車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、
    車両の走行に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、
    車速を検出する車速検出手段と、
    前記検出された車速に基づいて前記内燃機関を運転すべき回転数の下限である下限回転数を設定する下限回転数設定手段と、
    該設定された下限回転数以上の回転数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動力に基づく動力により走行す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、
    を備えるハイブリッド車。
  2. 請求項１記載のハイブリッド車であって、
    前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関を運転すべき回転数である要求回転数を設定する要求回転数設定手段を備え、
    前記制御手段は、前記設定された下限回転数と前記設定された要求回転数とのうち大きい方の回転数で前記内燃機関が運転されるよう制御する手段である、
    ハイブリッド車。
  3. 前記要求回転数設定手段は、前記設定された要求動力に基づく動力を効率よく前記内燃機関から出力する際の該内燃機関の回転数を前記要求回転数として設定する手段である請求項２記載のハイブリッド車。
  4. 前記下限回転数設定手段は、前記検出された車速で車両が略平坦路を定速走行するのに必要な動力を効率よく前記内燃機関から出力する際の該内燃機関の運転ポイントにおける回転数以上の回転数を前記下限回転数として設定する手段である請求項１ないし３いずれか記載のハイブリッド車。
  5. 前記制御手段は、前記設定された要求動力が車両を制動する所定の制動動力のときには前記内燃機関における燃料噴射が停止されるよう制御する手段である請求項１ないし４いずれか記載のハイブリッド車。
  6. 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５いずれか記載のハイブリッド車。
  7. 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の回転子とにおける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５いずれか記載のハイブリッド車。
  8. 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、電力と動力の入出力を伴って前記出力軸と前記駆動軸とに動力の入出力を行なう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動力を設定する要求動力設定手段と、
    前記駆動軸の回転数を検出する回転数検出手段と、
    該検出された回転数に基づいて前記内燃機関を運転すべき回転数の下限である下限回転数を設定する下限回転数設定手段と、
    該設定された下限回転数以上の回転数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、
    を備える動力出力装置。
  9. 内燃機関と、該内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴って前記出力軸と前記駆動軸とに動力の入出力を行なう電力動力入出力手段と、前記車軸または該車軸とは異なる車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、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
    車両の走行に要求される要求動力を設定し、
    前記車速に基づいて前記内燃機関を運転すべき回転数の下限である下限回転数を設定し、
    該設定した下限回転数以上の回転数で前記内燃機関が運転されると共に前記設定した要求動力に基づく動力により走行す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
    ハイブリッド車の制御方法。
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