JP2006335145A - 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】バッテリの負担を減らしつつ要求駆動力に対処する。
【解決手段】遊星歯車機構にエンジンと第１モータと駆動軸および第２モータとを接続し、第１および第２モータと電力をやりとりするバッテリを備える自動車において、エンジンのイナーシャＴｉｅおよび回転数Ｎｅと第１モータのイナーシャＴｉｍおよび回転数Ｎｍ１とに基づいてエンジンと第１モータとからなる慣性系のイナーシャに起因して系から入出力される推定入出力パワーＰｅｓｔを計算し、推定入出力パワーＰｅｓｔを用いてエンジン要求パワーＰｅ＊を設定し、エンジン要求パワーＰｅ＊がエンジンから出力されると共に要求トルクが駆動軸に出力されるよう制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、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、無段変速機を介して駆動軸に動力を出力可能なエンジンとモータとを備えるハイブリッド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、アクセルペダルの踏み込み量と車速とに基づいて目標駆動トルクを演算すると共にバッテリの充電状態に基づいて発電トルクを演算し、目標駆動トルクと発電トルクとを達成するためのトルク値を目標エンジントルクとしてエンジンを制御すると共に目標駆動トルクとエンジントルク推定値との差分を目標モータトルクとしてモータを制御することにより、定常的にはバッテリが要求する発電量を達成できると共に過渡時であっても要求駆動力を達成することができるとしている。また、無段変速機を変速する際には、変速によるイナーシャトルクを目標駆動トルクに加算してエンジンを制御している。
特開平１１−３４３８９１号公報

上述の動力出力装置では、定常的にはバッテリが要求する発電量を達成することができるものの、過渡的にはバッテリに入出力される電力が過大となる場合があり、特にバッテリの状態が良好でないときにはバッテリの劣化を招く場合がある。モータから出力する動力を制限すればよいが、この場合、運転者の要求に対処することが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、蓄電手段に過大な負担が生じるのを抑制しながら運転者の要求に対処することを目的とする。

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、
前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
該電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
装置が要求する要求パワーを設定する要求パワー設定手段と、
前記内燃機関を含む系のイナーシャに起因して該系から入出力される入出力パワーを推定する入出力パワー推定手段と、
該設定された要求パワーと前記推定された入出力パワーとの和に基づいて前記内燃機関の目標パワーを設定し、該設定した目標パワーが該内燃機関から出力されると共に前記設定された要求パワーに基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関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、装置が要求する要求パワーを設定し、内燃機関を含む系のイナーシャに起因して系から入出力される入出力パワーを推定し、設定された要求パワーと推定された入出力パワーとの和に基づいて内燃機関の目標パワーを設定し、設定した目標パワーが内燃機関から出力されると共に設定された要求パワー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動機とを制御する。従って、内燃機関を含む系のイナーシャに起因して系から入出力されるパワーを内燃機関から賄いながら要求パワー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動機とを制御するから、内燃機関を含む系のイナーシャに起因して系から入出力されるパワーを電動機から賄うものに比して蓄電手段に過大な負担が生じるのを抑制しながら運転者の要求に対応することができる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記入出力パワー推定手段は、前記内燃機関を含む系の慣性モーメントと該内燃機関の回転数と該回転数の時間微分値との積に基づいて前記入出力パワーを推定する手段であ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、前記内燃機関の出力軸と車軸に接続された駆動軸とに接続され電力と動力の入出力により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可能な電力動力入出力手段を備え、前記蓄電手段は、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手段であり、前記入出力パワー推定手段は、前記内燃機関および前記電力動力入出力手段とからなる系のイナーシャに起因して該系から入出力される入出力パワーを推定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関および電力動力入出力手段とからなる系のイナーシャに起因して駆動軸に入出力されるパワーをエンジンからのパワーで賄うことができる。この結果、蓄電手段に過大な負担が生じるのを抑制しながら運転者の要求に対応することができる。この場合、前記入出力パワー推定手段は、前記内燃機関からなる系の慣性モーメントと該内燃機関の回転数と該回転数の時間微分値との積と、前記電力動力入出力手段からなる系の慣性モーメントと該電力動力入出力手段から動力が出力される回転軸の回転数と該回転数の時間微分値との積との和に基づいて前記内燃機関および前記電力動力入出力手段からなる系のイナーシャに起因して該系から入出力される入出力パワーを推定する手段であるものとすることもできる。

電力動力入出力手段を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記内燃機関の回転数の徐変を伴って前記設定した目標パワーが該内燃機関から出力されるよう該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、内燃機関からのパワーをより適切に電力動力入出力手段を介して駆動軸に出力することができる。

また、電力動力入出力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の軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の１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相対的に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、
上述した各態様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、前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、該電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、装置が要求する要求パワーを設定する要求パワー設定手段と、前記内燃機関を含む系のイナーシャに起因して該系から入出力される入出力パワーを推定する入出力パワー推定手段と、該設定された要求パワーと前記推定された入出力パワーとの和に基づいて前記内燃機関の目標パワーを設定し、該設定した目標パワーが該内燃機関から出力されると共に前記設定された要求パワーに基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関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を搭載し、前記駆動軸に車軸が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と同様の効果、例えば、蓄電手段に過大な負担が生じるのを抑制しながら運転者の要求に対応することが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、
駆動軸に動力を出力可能な内燃機関および電動機と、該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）装置が要求する要求パワーを設定し、
（ｂ）前記内燃機関を含む系のイナーシャに起因して該系から入出力される入出力パワーを推定し、
（ｃ）該設定された要求パワーと前記推定された入出力パワーとの和に基づいて前記内燃機関の目標パワーを設定し、
（ｄ）該設定した目標パワーが該内燃機関から出力されると共に前記設定された要求パワーに基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電動機とを制御する
ことを要旨とする。

この本発明の動力出力装置の制御方法によれば、装置が要求する要求パワーを設定し、内燃機関を含む系のイナーシャに起因して系から入出力される入出力パワーを推定し、設定された要求パワーと推定された入出力パワーとの和に基づいて内燃機関の目標パワーを設定し、設定した目標パワーが内燃機関から出力されると共に設定された要求パワー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動機とを制御する。従って、内燃機関を含む系のイナーシャに起因して系から入出力されるパワーを内燃機関から賄いながら要求パワー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動機とを制御するから、内燃機関を含む系のイナーシャに起因して系から入出力されるパワーを電動機から賄うものに比して蓄電手段に過大な負担が生じるのを抑制しながら運転者の要求に対応することができる。

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（例えば、クランクポジションセンサ２３など）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，エンジン２２の回転数Ｎｅ，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、エンジン２２の回転数Ｎｅ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２３からの信号に基づいて計算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、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。さらに、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。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。図３に電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図４にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。

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＊と要求パワーＰｒ＊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５に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｒ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じることにより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、エンジン２２の慣性モーメントＩｅにエンジン２２の回転数Ｎｅの時間微分、例えば今回入力されたエンジン２２の回転数Ｎｅと前回入力されたエンジン２２の回転数（前回Ｎｅ）との差をこのルーチンの実行間隔ｔで除したもの（（Ｎｅ−前回Ｎｅ）／ｔ）を乗じた次式（１）によりエンジン２２のイナーシャＴｉｅを計算すると共に、モータＭＧ１の慣性モーメントＩｍ１にモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の時間微分、例えば今回入力されたモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と前回入力されたモータＭＧ１の回転数（前回Ｎｍ１）との差をこのルーチンの実行間隔ｔで除したもの（（Ｎｍ１−前回Ｎｍ１）／ｔ）を乗じた次式（２）によりモータＭＧ１のイナーシャＴｉｍを計算し（ステップＳ１２０）、計算したエンジン２２のイナーシャＴｉｅとエンジン２２の回転数ＮｅとモータＭＧ１のイナーシャＴｉｍとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とに基づいて次式（３）によりエンジン２２とモータＭＧ１とからなる慣性系のイナーシャに起因して系から入出力されるパワーとしての推定入出力パワーＰｅｓｔを計算する（ステップＳ１３０）。

Tie＝Ie・(Ne−前回Ne)/t …(1)
Tim＝Im1・(Nm1−前回Nm1)/t …(2)
Pest＝Tie・Ne＋Tim・Nm1 …(3)

こうして推定入出力パワーＰｅｓｔを計算すると、車両に要求されるパワーとしてのステップＳ１１０で設定した要求パワーＰｒ＊とバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊と損失Ｌｏｓｓとの和のパワー（Ｐｒ＊＋Ｐｂ＊＋Ｌｏｓｓ）に計算した推定入出力パワーＰｅｓｔに−１を乗じたもの（−Ｐｅｓｔ）を加えたものをエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊に設定する（ステップＳ１４０）。したがって、エンジン要求パワーＰｅ＊は、推定入出力パワーＰｅｓｔが正の値をとるときには推定入出力パワーＰｅｓｔが大きくなるほどエンジン２２とモータＭＧ１とからなる系のイナーシャを考慮しないものに比して小さな値をとり、推定入出力パワーＰｅｓｔが負の値をとるときには推定入出力パワーＰｅｓｔが小さくなるほどエンジン２２とモータＭＧ１とからなる系のイナーシャを考慮しないものに比して大きな値をとる。即ち、エンジン２２とモータＭＧ１とからなる系のイナーシャにより系から入出力されるパワーをエンジン２２からのパワーによって賄うのである。なお、充放電要求パワーＰｂ＊は、バッテリ５０の残容量ＳＯＣやアクセル開度Ａｃｃに基づいて設定することができる。

エンジン要求パワーＰｅ＊を設定すると、設定したエンジン要求パワーＰｅ＊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Ｓ１５０）。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エンジン要求パワーＰｅ＊とに基づいて仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐ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６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は、動作ラインとエンジン要求パワーＰｅ＊（Ｎｅｔｍｐ×Ｔｅｔｍｐ）が一定の曲線との交点により求めることができる。

仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとを設定すると、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐに対してなまし処理を施してエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると共に（ステップＳ１６０）、設定した目標回転数Ｎｅ＊でステップＳ１４０で設定したエンジン要求パワーＰｅ＊を除したものを目標トルクＴｅ＊に設定する（ステップＳ１７０）。

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（４）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（５）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１８０）。ここで、式（４）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を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（４）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（５）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（５）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) …(4)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt …(5)

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Ｔｉｍｎ，Ｔｍａｘを次式（６）および式（７）により計算すると共に（ステップＳ１９０）、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（８）により計算し（ステップＳ２００）、計算したトルク制限Ｔｉｍｎ，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Ｓ２１０）。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（８）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。

Ｔｉｍn=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 …(6)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 …(7)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …(8)

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Ｓ２２０）、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。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２とモータＭＧ１からなる慣性系のイナーシャに起因して系から入出力される推定入出力パワーＰｅｓｔを計算し、計算した推定入出力パワーＰｅｓｔを用いてエンジン要求パワーＰｅ＊を設定すると共に要求トルクＴｒ＊が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御するから、エンジン２２とモータＭＧ１とからなる慣性系のイナーシャにより系から入出力されるパワーをモータＭＧ２からの動力により賄うものに比して、バッテリ５０の負担を減らしながら要求トルクＴｒ＊に対応することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２のイナーシャＴｉｅやモータＭＧ１のイナーシャＴｉｍを、エンジン２２の回転数Ｎｅの時間微分やモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の時間微分を用いて計算するものとしたが、エンジン２２の回転角速度の時間微分やモータＭＧ１の回転角速度の時間微分を用いて計算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。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２と動力分配統合機構３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とを備えるハイブリッド自動車に適用するものとしたが、変速機を介してエンジンとモータとから走行用の動力を出力可能なハイブリッド自動車に適用するものとしても差し支えない。この場合、エンジンからなる慣性系のイナーシャに起因して系から入出力されるパワーを考慮してエンジン要求パワーを設定するものとすればよい。

実施例では、エンジン２２と動力分配統合機構３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とバッテリ５０とを備える動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０として説明したが、こうした動力出力装置をハイブリッド自動車２０以外の他の車両や船舶，航空機などに搭載するものとしてもよいし、動力出力装置の形態としてもよい。また、動力出力装置の制御方法の形態としてもよい。

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。

本発明は、自動車産業に利用可能である。

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。 バッテリ５０における電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。 バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。 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および仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐ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および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、２３ クランクポジションセンサ、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 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、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、
   前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
   前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
   該電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
   装置が要求する要求パワーを設定する要求パワー設定手段と、
   前記内燃機関を含む系のイナーシャに起因して該系から入出力される入出力パワーを推定する入出力パワー推定手段と、
   該設定された要求パワーと前記推定された入出力パワーとの和に基づいて前記内燃機関の目標パワーを設定し、該設定した目標パワーが該内燃機関から出力されると共に前記設定された要求パワーに基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関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. 前記入出力パワー推定手段は、前記内燃機関を含む系の慣性モーメントと該内燃機関の回転数と該回転数の時間微分値との積に基づいて前記入出力パワーを推定する手段である請求項１記載の動力出力装置。
3. 請求項１または２記載の動力出力装置であって、
   前記内燃機関の出力軸と車軸に接続された駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力により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可能な電力動力入出力手段を備え、
   前記蓄電手段は、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手段であり、
   前記入出力パワー推定手段は、前記内燃機関および前記電力動力入出力手段とからなる系のイナーシャに起因して該系から入出力される入出力パワーを推定する手段である
   動力出力装置。
4. 前記入出力パワー推定手段は、前記内燃機関からなる系の慣性モーメントと該内燃機関の回転数と該回転数の時間微分値との積と、前記電力動力入出力手段からなる系の慣性モーメントと該電力動力入出力手段から動力が出力される回転軸の回転数と該回転数の時間微分値との積との和に基づいて前記内燃機関および前記電力動力入出力手段からなる系のイナーシャに起因して該系から入出力される入出力パワーを推定する手段である請求項３記載の動力出力装置。
5. 前記制御手段は、前記内燃機関の回転数の徐変を伴って前記設定した目標パワーが該内燃機関から出力されるよう該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請求項３または４記載の動力出力装置。
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第３の軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の１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３ないし５いずれか記載の動力出力装置。
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相対的に回転する対回転子電動機である請求項３ないし５いずれか記載の動力出力装置。
8. 請求項１ないし７いずれか記載の動力出力装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が接続されて走行する自動車。
9. 駆動軸に動力を出力可能な内燃機関および電動機と、該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）装置が要求する要求パワーを設定し、
   （ｂ）前記内燃機関を含む系のイナーシャに起因して該系から入出力される入出力パワーを推定し、
   （ｃ）該設定された要求パワーと前記推定された入出力パワーとの和に基づいて前記内燃機関の目標パワーを設定し、
   （ｄ）該設定した目標パワーが該内燃機関から出力されると共に前記設定された要求パワーに基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電動機とを制御する
   動力出力装置の制御方法。
   

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