JP2006246607A - 車両およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力の入出力を伴って走行用の動力を出力可能な複数の動力源を備える車両において、複数の動力源と電力のやりとりが可能な蓄電装置の入出力制限近傍で複数の動力源を駆動するときに動力源の効率の相違から生じ得る蓄電装置の入出力制限の超過を抑制する。
【解決手段】 前輪に動力を出力するモータＭＧ２と後輪に動力を出力するモータＭＧ３を備えるハイブリッド自動車において、バッテリの充放電電力Ｐｂがバッテリの入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの近傍となるときには、前輪と後輪とに出力するトルクの分配比Ｄをゆっくり変化させる（Ｓ１３０，Ｓ１４０）。これにより、モータＭＧ２とモータＭＧ３との効率の相違による電力消費の急変を抑止して、一時的にバッテリの入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを超えてしまうのを抑制することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両およびその制御方法に関する。

従来、この種の車両としては、プラネタリギヤを介してエンジンからの動力と前輪用モータからの動力とを前輪に出力する前輪駆動系と後輪用モータからの動力を後輪に出力する後輪駆動系とを備えるハイブリッド車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、制動時にはバッテリの入出力制限の範囲内で伝達効率の高い後輪用モータの回生トルクを設定し、この回生トルクとバッテリの入出力制限とを用いた制限下で前輪用モータから出力すべき回生トルクを設定する。これにより車両の運動エネルギを効率よく回収している。
特開２００２−３４５１０５号公報

このように走行用の動力を出力する複数のモータを備える車両では、バッテリの入出力制限の近傍で複数のモータを駆動するときには、モータの駆動配分を自由に変化させるものとすると、モータの効率の相違からバッテリの入出力制限を超える場合が生じる。バッテリの入出力制限を超過したモータの駆動は、バッテリの過充電や過放電を生じ、バッテリの劣化を促進させてしまう。

本発明の車両およびその制御方法は、電力の入出力を伴って走行用の動力を出力可能な複数の動力源を備える車両において、複数の動力源と電力のやりとりが可能な二次電池などの蓄電装置の入出力制限近傍で複数の動力源を駆動するときに動力源の効率の相違から生じ得る蓄電装置の入出力制限の超過を抑制することを目的とする。

本発明の車両およびその制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の車両は、
電力の入出力を伴って走行用の動力を出力可能な複数の動力源と、
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、
前記複数の動力源から前記設定された要求動力を出力する際の該複数の動力源から出力する動力の配分比の目標値である目標配分比を設定する目標配分比設定手段と、
前記複数の動力源と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段の入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、
前記蓄電手段に入出力される電力を検出する入出力電力検出手段と、
前記検出された入出力電力が前記設定された入出力制限の範囲内における少なくとも制限値近傍を除く所定範囲内のときには前記設定された目標配分比を実行用配分比として設定し、前記検出された入出力電力が前記設定された入出力制限の範囲内で前記所定範囲外のときには所定の変化速度以下の変化速度をもって前記配分比が前記設定された目標配分比となるよう実行用配分比を設定する実行用配分比設定手段と、
前記複数の動力源から前記設定された実行用配分比で前記設定された要求動力が出力されるよう前記複数の動力源を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の車両は、蓄電手段に入出力される入出力電力が蓄電手段の入出力制限の範囲内における少なくとも制限値近傍を除く所定範囲内のときには複数の動力源から走行に要求される要求動力を出力する際の複数の動力源から出力する動力の配分比の目標値である目標配分比を実行用配分比として設定し、蓄電手段に入出力される入出力電力が蓄電手段の入出力制限の範囲内で上述の所定範囲外のときには所定の変化速度以下の変化速度をもって配分比が目標配分比となるよう実行用配分比を設定する。そして複数の動力源から設定した実行用配分比で要求動力が出力されるよう複数の動力源を制御する。即ち、蓄電手段に入出力される入出力電力が蓄電手段の入出力制限の範囲内で上述の所定範囲外のときには目標配分比を実行用配分比に設定するのを制限するのである。これにより、電力の入出力に対する効率が異なる複数の動力源の要求動力の分配比を急変することによって生じ得る蓄電手段の入出力制限の超過を抑制することができる。この結果、蓄電手段の劣化を抑制することができる。

こうした本発明の車両において、前記実行用配分比設定手段は、前記検出された入出力電力が前記設定された入出力制限の範囲内で前記所定範囲外のときには前記所定の変化速度をもって前記配分比を前記設定された目標配分比側に変更した仮配分比と前記設定された目標配分比とのうち配分比の変更量が小さい方を実行用配分比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、実行用分配比を所定の変化速度以下の変化速度をもって効果的に目標配分比側に設定することができる。

また、本発明の車両において、前記複数の動力源は、第１の車軸に動力を出力可能な第１動力源と前記第１の車軸とは異なる車軸に動力を出力可能な第２動力源とにより構成されてなるものとすることもできる。この場合、前記第１動力源は、内燃機関と、該内燃機関の出力軸と前記第１の車軸に連結された駆動軸とに接続され電力と動力と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力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第１電動機と、を備え、前記第２動力源は、前記第２の車軸に動力を入出力可能な第２電動機であるものとすることもできる。更にこの場合、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。

さらに、本発明の車両において、燃料の供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池からの発電電力を前記複数の動力源および前記蓄電手段に供給可能な電力供給手段と、を備えるものとすることもできる。

本発明の車両の制御方法は、
電力の入出力を伴って走行用の動力を出力可能な複数の動力源と、前記複数の動力源と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備える車両の制御方法であって、
（ａ）走行に要求される要求動力を設定し、
（ｂ）前記複数の動力源から前記設定された要求動力を出力する際の該複数の動力源から出力する動力の配分比の目標値である目標配分比を設定し、
（ｃ）前記蓄電手段の入出力制限を設定し、
（ｄ）前記蓄電手段に入出力される電力を検出し、
（ｅ）前記検出した入出力電力が前記設定した入出力制限の範囲内における少なくとも制限値近傍を除く所定範囲内のときには前記設定した目標配分比を実行用配分比として設定し、前記検出した入出力電力が前記設定した入出力制限の範囲内で前記所定範囲外のときには所定の変化速度以下の変化速度をもって前記配分比が前記設定した目標配分比となるよう実行用配分比を設定し、
（ｆ）前記複数の動力源から前記設定した実行用配分比で前記設定した要求動力が出力されるよう前記複数の動力源を制御する
ことを要旨とする。

この本発明の車両の制御方法では、蓄電手段に入出力される入出力電力が蓄電手段の入出力制限の範囲内における少なくとも制限値近傍を除く所定範囲内のときには複数の動力源から走行に要求される要求動力を出力する際の複数の動力源から出力する動力の配分比の目標値である目標配分比を実行用配分比として設定し、蓄電手段に入出力される入出力電力が蓄電手段の入出力制限の範囲内で上述の所定範囲外のときには所定の変化速度以下の変化速度をもって配分比が目標配分比となるよう実行用配分比を設定する。そして複数の動力源から設定した実行用配分比で要求動力が出力されるよう複数の動力源を制御する。即ち、蓄電手段に入出力される入出力電力が蓄電手段の入出力制限の範囲内で上述の所定範囲外のときには目標配分比を実行用配分比に設定するのを制限するのである。これにより、電力の入出力に対する効率が異なる複数の動力源の要求動力の分配比を急変することによって生じ得る蓄電手段の入出力制限の超過を抑制することができる。この結果、蓄電手段の劣化を抑制することができる。

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の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に接続されると共にギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６１を介して前輪６２ａ，６２ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して接続されたモータＭＧ２と、デファレンシャルギヤ６３を介して後輪６４ａ，６４ｂに接続されたモータＭＧ３と、ハイブリッド自動車２０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６１を介して、最終的には前輪６２ａ，６２ｂに出力される。

モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３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４１，４２，４３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４１，４２，４３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４１，４２，４３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，ＭＧ３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，ＭＧ３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，ＭＧ３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，ＭＧ３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，ＭＧ３を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４４，４５，４６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，ＭＧ３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４１，４２，４３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，ＭＧ３を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３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電圧センサ５１ａからのバッテリ電圧Ｖｂ，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からのバッテリ電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度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により検出されたバッテリ電流Ｉｂ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とに基づいて車両から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出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とモータＭＧ３とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とモータＭＧ３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およびモータＭＧ３の一方または両方とによってトルク変換されて出力されるようモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３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およびモータＭＧ３の一方または両方とによるトルク変換を伴って要求動力が出力されるようモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３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およびモータＭＧ３の一方または両方から要求動力に見合う動力が出力され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、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、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，ＭＧ３の各回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，Ｎｍ３，バッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊，バッテリ電圧Ｖｂ，バッテリ電流Ｉｂ，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（ステップＳ１００）。ここで、回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，Ｎｍ３は、回転位置検出センサ４４，４５，４６からのモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３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。充放電要求パワーＰｂ＊は、図示しない充放電要求パワー設定処理ルーチンによりバッテリＥＣＵ５２から通信により入力した残容量ＳＯＣが所定量よりも大きいときには大きいほど放電用のパワーが大きくなる傾向に設定され、残容量ＳＯＣが所定量よりも小さいときには小さいほど充電用のパワーが大きくなる傾向に設定されたものを入力するものとした。バッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂは、電圧センサ５１ａおよび電流センサ５１ｂにより検出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。バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ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。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定することができる。

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要求トルクＴ＊と要求パワーＰ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。ここで、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が与えられると要求トルク設定用マップから対応する要求トルクＴ＊を導出することにより設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図３に示す。また、要求パワーＰ＊は、設定した要求トルクＴ＊に車速Ｖを乗じたものと充放電要求パワーＰｂ＊と損失Ｌｏｓｓとの和により計算したものを設定するものとした。

続いて、要求トルクＴ＊を前輪６２ａ，６２ｂおよび後輪６４ａ，６４ｂに分配するための分配比Ｄを設定する（ステップＳ１２０）。ここで、分配比Ｄは、要求トルクＴ＊に対する前輪６２ａ，６２ｂに出力するトルクの割合として車両の走行状態に基づいて値１〜値０の範囲で設定されるものである。例えば、通常走行時には前輪６２ａ，６２ｂ側だけにトルクが出力されるよう値１．０の分配比Ｄを設定したり、坂路走行時や発進走行時には前輪６２ａ，６２ｂと後輪６４ａ，６４ｂの両方にトルクが出力されるよう値０．５や値０．６などの分配比Ｄを設定したり、前輪６２ａ，６２ｂと後輪６４ａ，６４ｂの一方にスリップが発生したスリップ発生時にはスリップが発生した輪に出力されるトルクの割合が小さくなると共にスリップが発生していない輪に出力されるトルクの割合が大きくなるように分配比Ｄを設定したりすることができる。

分配比Ｄを設定すると、バッテリ電圧Ｖｂとバッテリ電流Ｉｂとの積であるバッテリ５０の充放電電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎに所定電力ΔＰを加えた値と出力制限Ｗｏｕｔから所定電力ΔＰを減じた値とによって設定される良好充放電範囲内にあるか否かを判定し（ステップＳ１３０）、バッテリ５０の充放電電力Ｐｂ（Ｖｂ・Ｉｂ）が良好充放電範囲外となるときには分配比Ｄを前回このルーチンが実行されたときに設定された分配比Ｄから値Ｄｒｔだけ増減した制限値を用いて制限することにより分配比Ｄを再設定する（ステップＳ１４０）。ここで、値Ｄｒｔは、分配比Ｄの変化を比較的ゆっくり行なわせるために用いられるレート処理におけるレート値であり、この駆動制御ルーチンの起動時間間隔やモータＭＧ２やモータＭＧ３から走行用の駆動力を出力する際の効率などにより定めることができる。したがって、バッテリ５０の充放電電力Ｐｂ（Ｖｂ・Ｉｂ）が良好充放電範囲外のときには、分配比Ｄは値Ｄｒｔを駆動制御ルーチンの起動時間間隔で除した変化速度の範囲内で変化することになる。このように、バッテリ５０の充放電電力Ｐｂ（Ｖｂ・Ｉｂ）が良好充放電範囲外となるときに分配比Ｄの変化速度を制限するのは、次の理由に基づく。モータＭＧ２を駆動したときに走行用の動力として出力される際における効率とモータＭＧ３を駆動したときに走行用の動力として出力される際における効率は通常異なるものとなる。バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの上下限の近傍で分配比Ｄを急変させると、こうした効率の相違がモータＭＧ２とモータＭＧ３とによって消費される電力の急変として現われ、一時的にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを超えてしまう場合が生じる。バッテリ５０は、その入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを超える充放電を行なっても超える程度が小さいときには直ちに破損するものではないが、その頻度が大きいときには劣化が早くなってしまう。実施例では、こうしたバッテリ５０の劣化を抑制するために、バッテリ５０の充放電電力Ｐｂ（Ｖｂ・Ｉｂ）がその入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの上下限の近傍のときには分配比Ｄをゆっくり変化させることにより、一時的な入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの超過を抑制しているのである。

こうして分配比Ｄを設定すると、設定した分配比Ｄに要求トルクＴ＊を乗じて前輪６２ａ，６２ｂ側に出力すべき前輪側トルクＴｆ＊を設定すると共に値１から分配比Ｄを減じたものに要求トルクＴ＊を乗じて後輪６４ａ，６４ｂ側に出力すべき後輪側トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１５０）。

そして、要求パワーＰ＊が所定パワーＰｒｅｆ以上か否かを判定する（ステップＳ１６０）。ここで、所定パワーＰｒｅｆは、エンジン２２が効率よく運転できる範囲を定めるものであり、エンジン２２などに基づいて定められる。要求パワーＰ＊が所定パワーＰｒｅｆ以上でない即ち所定パワーＰｒｅｆ未満と判定されると、エンジン２２を効率よく運転できないと判断して、エンジン２２の運転が停止されるようエンジン２２の目標トルクＴｅ＊に値０を設定すると共に（ステップＳ１７０）、モータＭＧ１からトルクが入出力されないようモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定する（ステップＳ１８０）。

一方、要求パワーＰ＊が所定パワーＰｒｅｆ以上と判定されると、要求パワーＰ＊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Ｓ１９０）。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われる。エンジン２２の動作ラインの一例および目標回転数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Ｐ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。

目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝Ｎｍ２／Ｇａ；「Ｇａ」は減速ギヤ３５のギヤ比）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定すると共に設定した目標回転数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のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ２００）。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に一例を図５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でもありキャリア３４の回転数はエンジン２２の回転数Ｎｅでもあるから、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、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようトルク指令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。なお、図５におけるＲ軸上の２つの上向き太線矢印は、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＊がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。

Nm1*=(Ne*・(1+ρ)-Nm2/Ga)/ρ （１）
Tm1*=前回Tm1*＋KP（Nm1*-Nm1)＋KI∫(Nm1*-Nm1)dt （２）

モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、次式（３）に示すように、前輪側トルクＴｆ＊を換算係数Ｇｆで除したものからエンジン２２からリングギヤ軸３２ａに直接伝達されるトルク（＝−Ｔｍ１＊／ρ）を減じこれを更に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇａで除することによりモータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ２１０）、次式（４）に示すように、後輪側トルクＴｒ＊を換算係数Ｇｒで除することによりモータＭＧ３から出力すべきトルク指令Ｔｍ３＊を設定する（ステップＳ２２０）。ここで、換算係数Ｇｆは、前輪６２ａ，６２ｂに作用するトルクをリングギヤ軸３２ａに作用するトルクに換算するための係数であり、換算係数Ｇｒは、後輪６４ａ，６４ｂに作用するトルクをモータＭＧ３に作用するトルクに換算するための係数である。

Tm2*=(Tf*/Gf+Tm1*/ρ)/Ga （３）
Tm3*=Tr*/Gr （４）

こうしてモータＭＧ２，ＭＧ３のトルク指令Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊を設定すると、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊をバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内となるよう制限する（ステップＳ２３０〜Ｓ２６０）。実施例では、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊に対応する回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，Ｎｍ３を乗じたものの和としてのモータ電力Ｐｍを計算し（ステップＳ２３０）、計算したモータ電力Ｐｍがバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲にあるか否かを判定し（ステップＳ２４０）、モータ電力Ｐｍがバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎ未満のときにはトルク指令Ｔｍ１＊をレート値Ｔｒｔ１ずつ増加することによりモータ電力Ｐｍがバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内となるよう調整し（ステップＳ２５０）、モータ電力Ｐｍがバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを超えるときにはトルク指令Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊をレート値Ｔｒｔ２，Ｔｒｔ３ずつ減少することによりモータ電力Ｐｍがバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内となるよう調整する（ステップＳ２６０）、ことにより行なうものとした。このように、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊をバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内となるよう制限することにより、バッテリ５０の過大な電力による充放電を抑制することができ、バッテリ５０の劣化を抑制することができる。

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，ＭＧ３のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊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，ＭＧ３のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ２７０）、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＊，Ｔｍ３＊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、トルク指令Ｔｍ３＊でモータＭＧ３が駆動されるようインバータ４１，４２，４３のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、バッテリ５０の充放電電力Ｐｂ（Ｖｂ・Ｉｂ）が良好充放電範囲外となるときには、分配比Ｄがゆっくり変化するよう変化速度を制限するから、モータＭＧ２とモータＭＧ３との効率の相違による電力消費の急変を抑止して、一時的にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを超えてしまうのを抑制することができる。この結果、バッテリ５０の劣化を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、同期発電電動機としてのモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３をインバータ４１，４２，４３により駆動するものとしたが、これに限られず、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のすべて或いは一部を直流電動機として構成し、直流電動機についてはチョッパ回路などにより駆動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からの動力を前輪６２ａ，６２ｂに出力するものとしたが、エンジン２２からの動力を後輪６４ａ，６４ｂに出力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からの動力を動力分配統合機構３０を介して前輪６２ａ，６２ｂ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６の変形例のハイブリッド自動車１２０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１３２と前輪６２ａ，６２ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ１３４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１３０を備えるものとしてもよい。

実施例では、エンジン２２とインバータ４１，４２，４３により駆動されるモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３とを備えるハイブリッド自動車２０に適用して説明したが、ハイブリッド自動車に限られず、図７の変形例の自動車２２０に例示するように、前輪６２ａ，６２ｂに動力を出力するモータＭ１と後輪６４ａ，６４ｂに動力を出力するモータＭ２とを備え、エンジンを備えないものとしてもよい。この場合、図８の変形例の自動車３２０に例示するように、モータＭ１，Ｍ２やバッテリに電力を供給する発電装置として燃料電池ＦＣを搭載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、前輪６２ａ，６２ｂに動力を出力するモータＭＧ２と後輪６４ａ，６４ｂに動力を出力するモータＭＧ３とを備える構成とし、このモータＭＧ２とモータＭＧ３との効率の相違による電力消費の急変を抑止するために、バッテリ５０の充放電電力Ｐｂ（Ｖｂ・Ｉｂ）が良好充放電範囲外となるときには要求トルクＴ＊を前輪６２ａ，６２ｂおよび後輪６４ａ，６４ｂに分配するための分配比Ｄをゆっくり変化させるものとしたが、モータＭＧ２もモータＭＧ３も前輪６２ａ，６２ｂまたは後輪６４ａ，６４ｂの一方の動力を出力する構成とし、モータＭＧ２とモータＭＧ３との効率の相違による電力消費の急変を抑止するために、バッテリ５０の充放電電力Ｐｂ（Ｖｂ・Ｉｂ）が良好充放電範囲外となるときにはモータＭＧ２とモータＭＧ３とのトルク分配における分配比をゆっくり変化させるものとしてもよい。さらに、走行用の動力の出力に用いられる３以上のモータを備える構成とし、３以上のモータにおける効率の相違による電力消費の急変を抑止するために、バッテリ５０の充放電電力Ｐｂ（Ｖｂ・Ｉｂ）が良好充放電範囲外となるときには３以上のモータにおけるトルク分配における分配比をゆっくり変化させるものとしてもよい。

実施例では、ハイブリッド自動車２０として説明したが、列車などの自動車以外の車両に適用するものとしてもよい。また、車両の制御方法の形態としてもよい。

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、自動車製造産業などに利用可能である。

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。 動作ラインの一例および目標回転数Ｎｅ＊と目標トルク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。と車両から出力されるトルクの時間変化の様子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。 変形例の自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０ ハイブリッド自動車、２２０，３２０ 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）、４１，４２，４３ インバータ、４４，４５，４６ 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、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、６１，６３ デファレンシャルギヤ、６２ａ，６２ｂ 前輪、６４ａ，６４ｂ 後輪、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、１３０ 対ロータ電動機、１３２ インナーロータ １３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３，Ｍ１，Ｍ２ モータ，ＦＣ 燃料電池。

Claims (8)

1. 電力の入出力を伴って走行用の動力を出力可能な複数の動力源と、
   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、
   前記複数の動力源から前記設定された要求動力を出力する際の該複数の動力源から出力する動力の配分比の目標値である目標配分比を設定する目標配分比設定手段と、
   前記複数の動力源と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
   前記蓄電手段の入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、
   前記蓄電手段に入出力される電力を検出する入出力電力検出手段と、
   前記検出された入出力電力が前記設定された入出力制限の範囲内における少なくとも制限値近傍を除く所定範囲内のときには前記設定された目標配分比を実行用配分比として設定し、前記検出された入出力電力が前記設定された入出力制限の範囲内で前記所定範囲外のときには所定の変化速度以下の変化速度をもって前記配分比が前記設定された目標配分比となるよう実行用配分比を設定する実行用配分比設定手段と、
   前記複数の動力源から前記設定された実行用配分比で前記設定された要求動力が出力されるよう前記複数の動力源を制御する制御手段と、
   を備える車両。
2. 前記実行用配分比設定手段は、前記検出された入出力電力が前記設定された入出力制限の範囲内で前記所定範囲外のときには前記所定の変化速度をもって前記配分比を前記設定された目標配分比側に変更した仮配分比と前記設定された目標配分比とのうち配分比の変更量が小さい方を実行用配分比として設定する手段である請求項１記載の車両。
3. 前記複数の動力源は、第１の車軸に動力を出力可能な第１動力源と前記第１の車軸とは異なる車軸に動力を出力可能な第２動力源とにより構成されてなる請求項１または２記載の車両。
4. 請求項３記載の車両であって、
   前記第１動力源は、内燃機関と、該内燃機関の出力軸と前記第１の車軸に連結された駆動軸とに接続され電力と動力と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力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第１電動機と、を備え、
   前記第２動力源は、前記第２の車軸に動力を入出力可能な第２電動機である
   車両。
5. 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する発電機と、を備える手段である請求項４記載の車両。
6. 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４記載の車両。
7. 請求項１ないし３いずれか記載の車両であって、
   燃料の供給を受けて発電する燃料電池と、
   該燃料電池からの発電電力を前記複数の動力源および前記蓄電手段に供給可能な電力供給手段と、
   を備える車両。
8. 電力の入出力を伴って走行用の動力を出力可能な複数の動力源と、前記複数の動力源と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備える車両の制御方法であって、
   （ａ）走行に要求される要求動力を設定し、
   （ｂ）前記複数の動力源から前記設定された要求動力を出力する際の該複数の動力源から出力する動力の配分比の目標値である目標配分比を設定し、
   （ｃ）前記蓄電手段の入出力制限を設定し、
   （ｄ）前記蓄電手段に入出力される電力を検出し、
   （ｅ）前記検出した入出力電力が前記設定した入出力制限の範囲内における少なくとも制限値近傍を除く所定範囲内のときには前記設定した目標配分比を実行用配分比として設定し、前記検出した入出力電力が前記設定した入出力制限の範囲内で前記所定範囲外のときには所定の変化速度以下の変化速度をもって前記配分比が前記設定した目標配分比となるよう実行用配分比を設定し、
   （ｆ）前記複数の動力源から前記設定した実行用配分比で前記設定した要求動力が出力されるよう前記複数の動力源を制御する
   車両の制御方法。
   

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