JP2007118755A - 動力出力装置およびその制御方法並びに車両 - Google Patents

Abstract

【課題】要求駆動力を出力する際に二次電池などの蓄電装置を充電する充電電力が入力制限を超過するときには迅速に蓄電装置の充電電力を低下させる。
【解決手段】バッテリを充放電する充放電電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎの範囲を超えているときには（Ｓ１９０）、実エンジンパワーＰｅｅｓｔが要求パワーＰｅ＊より大きくなっているかを調べ（Ｓ２１０）、大きくなっているときにエンジン２２の排ガスのエミッションが悪化しない範囲内でエンジン２２の燃料噴射量を減量する（Ｓ２２０〜Ｓ２４０）。これにより、エンジンからの出力トルクを小さくし、これに伴ってモータＭＧ１のトルクＴｍ１を小さくすると共にモータＭＧ２のトルクＴｍ２を大きくして、結果としてバッテリの充放電電力Ｐｂを小さくすることができる。この結果、バッテリの入力制限Ｗｉｎを超えた充電を抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、動力出力装置およびその制御方法並びに車両に関する。

従来、この種の動力出力装置としては、エンジンと、エンジンのクランクシャフトにキャリアが接続されると共に駆動輪に連結された駆動軸にリングギヤが接続され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モータＭＧ１と、駆動軸に動力を入出力するモータＭＧ２と、モータＭＧ１およびモータＭＧ２と電力のやりとりが可能なバッテリとを備える車載用のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この動力出力装置では、バッテリの入力制限の範囲内でモータＭＧ１やモータＭＧ２を駆動している。
特開２００４−３５７４５９号公報

上述の動力出力装置では、バッテリの入力制限の範囲内でモータＭＧ１やモータＭＧ２を駆動制御しているが、エンジンの制御上の指令値と実際にエンジンから出力される動力とが異なる場合などの理由によりバッテリの入力制限を超過する場合が生じる。この場合、迅速にバッテリの入力制限の範囲内にする必要がある。

本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、要求駆動力を出力する際に二次電池などの蓄電装置を充電する充電電力が入力制限を超過するときには迅速に蓄電装置の充電電力を低下させ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その制御方法並びに車両は、要求駆動力を駆動軸に出力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その制御方法並びに車両は、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、
前記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を入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、
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、
前記蓄電手段を充電する電力の上限値である入力制限を設定する入力制限設定手段と、
前記内燃機関の排気状態を検出する排気状態検出手段と、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記設定された要求駆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通常制御を実行すると前記蓄電手段を充電する充電電力が前記設定された入力制限の範囲内となるときには前記通常制御を実行し、前記通常制御を実行すると前記充電電力が前記設定された入力制限を超えるときには前記検出された排気状態が所定状態となる範囲内で前記内燃機関の燃料噴射量が減量されて前記設定された要求駆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入力超過時制御を実行する制御手段と、
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、駆動軸に要求される要求駆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通常制御を実行すると蓄電手段を充電する充電電力が蓄電手段を充電する電力の上限値である入力制限の範囲内となるときにはこの通常制御を実行する。一方、通常制御を実行すると充電電力が入力制限を超えるときには内燃機関の排気状態が所定状態となる範囲内で内燃機関の燃料噴射量が減量されて要求駆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入力超過時制御を実行する。内燃機関の燃料噴射量を減量することにより、電力動力入出力手段による入出力される電力を蓄電手段を放電する側に移行し、電力動力入出力手段および電動機により蓄電手段を充電する電力を迅速に小さくすることができる。もとより、要求駆動力を駆動軸に出力することができる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記蓄電手段の充電電力を検出する充電電力検出手段を備え、前記制御手段は前記検出された充電電力が前記設定された入力制限を基準とする所定電力を超えるときに前記入力超過時制御を実行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、前記制御手段は、前記通常制御を実行すると前記充電電力が前記設定された入力制限を超えるときには前記充電電力と前記入力制限との電力差に基づいて燃料噴射量の減量を調整して前記入力超過時制御を実行する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適正に燃料噴射量を減量することができる。

さらに、本発明の動力出力装置において、前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標動力を設定する目標動力設定手段と、前記内燃機関から出力されていると推定される推定動力を推定する動力推定手段と、を備え、前記制御手段は、前記通常制御として前記設定された目標動力が出力されるよう前記内燃機関を制御し、前記通常制御を実行すると前記充電電力が前記設定された入力制限を超えるときには前記設定された目標動力より前記推定された推定動力の方が大きいときに燃料噴射量の減量を調整して前記入力超過時制御を実行する手段であるものとすることもできる。この場合、前記制御手段は、前記設定された目標動力と前記推定された推定動力との動力差に基づいて燃料噴射量の減量を調整して前記入力超過時制御を実行する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適正に燃料噴射量を減量することができる。

あるいは、本発明の動力出力装置において、前記排気状態検出手段は前記内燃機関からの排ガス中の酸素濃度が所定濃度以下であるか否かを検出する手段であり、前記制御手段は前記排気状態検出手段による検出値に基づいて前記排ガス中の酸素濃度が所定濃度以下となる範囲で燃料噴射量の減量を調整して前記入力超過時制御を実行する手段であるものとすることもできる。こうすれば、エミッションの悪化を抑制することができる。この場合、前記内燃機関は排ガスの浄化装置を有し、前記排気状態検出手段は前記浄化装置からの排ガス中の酸素濃度が所定濃度以下であるか否かを検出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。

本発明の車両は、上述のいずれかの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、内燃機関と、前記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を入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、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、前記蓄電手段を充電する電力の上限値である入力制限を設定する入力制限設定手段と、前記内燃機関の排気状態を検出する排気状態検出手段と、前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、前記設定された要求駆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通常制御を実行すると前記蓄電手段を充電する充電電力が前記設定された入力制限の範囲内となるときには前記通常制御を実行し、前記通常制御を実行すると前記充電電力が前記設定された入力制限を超えるときには前記検出された排気状態が所定状態となる範囲内で前記内燃機関の燃料噴射量が減量されて前記設定された要求駆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入力超過時制御を実行する制御手段と、を備える動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなることを要旨とする。

この本発明の車両では、上述のいずれかの態様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、内燃機関の燃料噴射量を減量することにより電力動力入出力手段による入出力される電力を蓄電手段を放電する側に移行して電力動力入出力手段および電動機により蓄電手段を充電する電力を迅速に小さくすることができる効果や要求駆動力を駆動軸に出力することができる効果などと同様の効果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、前記内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続されて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を入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、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、を備える動力出力装置の制御方法であって、
前記駆動軸に要求される要求駆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通常制御を実行すると前記蓄電手段を充電する充電電力が該蓄電手段を充電する電力の上限値である入力制限の範囲内となるときには前記通常制御を実行し、前記通常制御を実行すると前記充電電力が前記入力制限を超えるときには前記内燃機関の排気状態が所定状態となる範囲内で前記内燃機関の燃料噴射量が減量されて前記要求駆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入力超過時制御を実行する
ことを特徴とする。

この本発明の動力出力装置の制御方法では、駆動軸に要求される要求駆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通常制御を実行すると蓄電手段を充電する充電電力が蓄電手段を充電する電力の上限値である入力制限の範囲内となるときにはこの通常制御を実行する。一方、通常制御を実行すると充電電力が入力制限を超えるときには内燃機関の排気状態が所定状態となる範囲内で内燃機関の燃料噴射量が減量されて要求駆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入力超過時制御を実行する。内燃機関の燃料噴射量を減量することにより、電力動力入出力手段による入出力される電力を蓄電手段を放電する側に移行し、電力動力入出力手段および電動機により蓄電手段を充電する電力を迅速に小さくすることができる。もとより、要求駆動力を駆動軸に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、例えば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可能な内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２３の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。

エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａ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、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃ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。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、例えば、クランクシャフト２３の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温，燃焼室内に取り付けられた圧力センサ１４３からの筒内圧力Ｐｉｎ，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジション，吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号ＡＦ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温，排気管の浄化装置１３４の上流側に取り付けられた空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ，排気管の浄化装置１３４の下流側に取り付けられた酸素センサ１３５ｂからの酸素信号Ｏｘなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、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電圧センサ５１ａからの電池電圧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からの充放電電流Ｉｂ，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、特にバッテリ５０を充放電する充放電電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎを超過するようなときの動作について説明する。図３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，エンジン２２の回転数Ｎｅ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の電池電圧Ｖｂ，充放電電流Ｉｂ，酸素信号Ｏｘ，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に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサ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の電池電圧Ｖｂや充放電電流Ｉｂは、電圧センサ５１ａや電流センサ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。酸素信号Ｏｘは、酸素センサ１３５ｂにより検出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、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。

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＊とエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊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４に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和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。

続いて、設定した要求パワーＰｅ＊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Ｐｅ＊とに基づいて行われる。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図５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Ｐｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。

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Ｓ１３０）。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６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（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Ｓ１４０）、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Ｓ１５０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，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Ｓ１６０）。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６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)

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Ｓ１７０）、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スロットルバルブ１２４の開度（スロットル開度）ＴＨを調節することによる吸入空気量調節制御や燃料噴射弁１２６からの燃料噴射量を調節する燃料噴射制御，点火プラグ１３０の点火時期を調節する点火制御，可変バルブタイミング機構１５０により吸気バルブ１２８の開閉タイミングを調節するバルブタイミング制御などの各種制御を行なう。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。なお、エンジンＥＣＵ２４による燃料噴射制御としては、実施例では、例えば吸入空気量に対して理論空燃比となる基本燃料噴射量を計算すると共にこの基本燃料噴射量に対して吸入空気量の温度やエンジン２２の冷却水の温度などによる補正噴射量を増減して燃料噴射量を設定し、燃料噴射弁１２６からこの設定した燃料噴射量が噴射されるよう燃料噴射弁１２６の開弁時間を制御することにより行なわれる。

こうして設定値を送信すると、ステップＳ１００で入力した電池電圧Ｖｂと充放電電流Ｉｂとの積としてバッテリ５０の充放電電力Ｐｂを計算し（ステップＳ１８０）、計算した充放電電力Ｐｂをバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎと比較する（ステップＳ１９０）。計算した充放電電力Ｐｂがバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎ以上のとき、即ち充放電電力Ｐｂがバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲内のときには、何ら調整する必要はないので、これで本ルーチンを終了する。

一方、充放電電力Ｐｂがバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎ未満のとき、即ち充放電電力Ｐｂがバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲を超えているときには、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとエンジン２２の回転数Ｎｅとを用いて次式（６）によりエンジン２２から出力されている実エンジンパワーＰｅｅｓｔを計算すると共に（ステップＳ２００）、実エンジンパワーＰｅｅｓｔと要求パワーＰｅ＊とを比較し（ステップＳ２１０）。実エンジンパワーＰｅｅｓｔが要求パワーＰｅ＊以下のときには、エンジン２２は適正な運転ポイントにより運転されていると判断して、駆動制御ルーチンを終了する。実エンジンパワーＰｅｅｓｔが要求パワーＰｅ＊より大きいときには、エンジン２２から過剰なパワーが出力されていると判断し、酸素信号Ｏｘが閾値Ｏｒｅｆ以上となる範囲内でエンジン２２の燃料噴射量の減量Δτを計算してエンジンＥＣＵ２４に燃料噴射量の減量を指示して（ステップＳ２２０〜Ｓ２４０）、駆動制御ルーチンを終了する。ここで、閾値Ｏｒｅｆは、空燃比がリーンとなってエミッションが悪化しない程度の酸素濃度として設定されている。従って、酸素信号Ｏｘが閾値Ｏｒｅｆを下回るとエミッションの悪化を抑制するために燃料噴射量の減量が解除される（ステップＳ２４０）。燃料噴射量の減量Δτは、実施例では、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎと充放電電力Ｐｂとの電力差が小さくなるよう電力差に係数ｔ１を乗じた値と実エンジンパワーＰｅｅｓｔと要求パワーＰｅ＊とのパワー差が小さくなるようパワー差に係数ｔ２を乗じた値との和として計算するものとした。これにより、電力差やパワー差に応じた燃料噴射量の減量Δτを計算することができる。この燃料噴射量の減量Δτを受信したエンジンＥＣＵ２４は、受信した燃料噴射量の減量Δτを上述した燃料噴射制御における補正噴射量の一つとして燃料噴射量を設定し、燃料噴射弁１２６からこの設定した燃料噴射量が噴射されるよう燃料噴射弁１２６の開弁時間を制御する。これにより、エンジン２２からのトルクが抑制されるため、モータＭＧ１のトルクＴｍ１が小さくなり、これに伴ってモータＭＧ２のトルクＴｍ２が大きくなり、結果としてバッテリ５０の充放電電力Ｐｂを小さくすることができる。この結果、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超えた充電を抑制することができる。

Peest=[(1+ρ)・Tm1*/ρ]・Ne (6)

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を充放電する充放電電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎの範囲を超えているときには、実エンジンパワーＰｅｅｓｔが要求パワーＰｅ＊より大きくなっているかを調べ、大きくなっているときにエンジン２２の排ガスのエミッションが悪化しない範囲内でエンジン２２の燃料噴射量を減量することにより、エンジン２２からの出力トルクを小さくし、これに伴ってモータＭＧ１のトルクＴｍ１を小さくすると共にモータＭＧ２のトルクＴｍ２を大きくして、結果としてバッテリ５０の充放電電力Ｐｂを小さくすることができる。この結果、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超えた充電を抑制することができる。もとより、要求トルクＴｒ＊に基づくトルクを駆動輪としてのリングギヤ軸３２ａに出力することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０を充放電する充放電電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎの範囲を超えているときには、実エンジンパワーＰｅｅｓｔが要求パワーＰｅ＊より大きくなっているかを調べ、大きくなっているときにエンジン２２の排ガスのエミッションが悪化しない範囲内でエンジン２２の燃料噴射量を減量するものとしたが、バッテリ５０を充放電する充放電電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎの範囲を超えているときには、実エンジンパワーＰｅｅｓｔが要求パワーＰｅ＊より大きくなっているかを調べることなく、エンジン２２の排ガスのエミッションが悪化しない範囲内でエンジン２２の燃料噴射量を減量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、燃料噴射量の減量Δτについては、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎと充放電電力Ｐｂとの電力差が小さくなるよう電力差に係数ｔ１を乗じた値と実エンジンパワーＰｅｅｓｔと要求パワーＰｅ＊とのパワー差が小さくなるようパワー差に係数ｔ２を乗じた値との和として計算するものとしたが、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎと充放電電力Ｐｂとの電力差だけに基づいて計算するものとしてもよく、或いは、実エンジンパワーＰｅｅｓｔと要求パワーＰｅ＊とのパワー差だけに基づいて計算するものとしてもよい。また、こうした電力差やパワー差に拘わらず、燃料噴射量の減量Δτとして予め定めた値を用い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、バッテリ５０の電池電圧Ｖｂと充放電電流Ｉｂとを検出し、この積として計算された充放電電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎの範囲を超えているときにエンジン２２の排ガスのエミッションが悪化しない範囲内でエンジン２２の燃料噴射量を減量するものとしたが、バッテリ５０を充放電する充放電電力Ｐｂを推定し、この推定した充放電電力Ｐｂがバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超えているときにエンジン２２の排ガスのエミッションが悪化しない範囲内でエンジン２２の燃料噴射量を減量するものとしてもよい。また、検出したり推定した充放電電力Ｐｂがバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲を超えそうなときを予測し、この予測が行なわれたときにエンジン２２の排ガスのエミッションが悪化しない範囲内でエンジン２２の燃料噴射量を減量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７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７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８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。

また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載される動力出力装置の形態や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた動力出力装置の形態としても構わない。さらに、こうし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、動力出力装置や車両の製造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。 エンジン２２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目標回転数Ｎｅ＊および目標トルク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）、２４ａ ＣＰＵ、２４ｂ ＲＯＭ、２４ｃ ＲＡＭ、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、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 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、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３６，スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４３ 圧力センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、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 (10)

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、
   前記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を入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、
   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、
   前記蓄電手段を充電する電力の上限値である入力制限を設定する入力制限設定手段と、
   前記内燃機関の排気状態を検出する排気状態検出手段と、
   前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
   前記設定された要求駆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通常制御を実行すると前記蓄電手段を充電する充電電力が前記設定された入力制限の範囲内となるときには前記通常制御を実行し、前記通常制御を実行すると前記充電電力が前記設定された入力制限を超えるときには前記検出された排気状態が所定状態となる範囲内で前記内燃機関の燃料噴射量が減量されて前記設定された要求駆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入力超過時制御を実行する制御手段と、
   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、
   前記蓄電手段の充電電力を検出する充電電力検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出された充電電力が前記設定された入力制限を基準とする所定電力を超えるときに前記入力超過時制御を実行する手段である
   動力出力装置。
3. 前記制御手段は、前記通常制御を実行すると前記充電電力が前記設定された入力制限を超えるときには前記充電電力と前記入力制限との電力差に基づいて燃料噴射量の減量を調整して前記入力超過時制御を実行する手段である請求項１または２記載の動力出力装置。
4. 請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置であって、
   前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標動力を設定する目標動力設定手段と、
   前記内燃機関から出力されていると推定される推定動力を推定する動力推定手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記通常制御として前記設定された目標動力が出力されるよう前記内燃機関を制御し、前記通常制御を実行すると前記充電電力が前記設定された入力制限を超えるときには前記設定された目標動力より前記推定された推定動力の方が大きいときに燃料噴射量の減量を調整して前記入力超過時制御を実行する手段である
   動力出力装置。
5. 前記制御手段は、前記設定された目標動力と前記推定された推定動力との動力差に基づいて燃料噴射量の減量を調整して前記入力超過時制御を実行する手段である請求項４記載の動力出力装置。
6. 請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置であって、
   前記排気状態検出手段は、前記内燃機関からの排ガス中の酸素濃度が所定濃度以下であるか否かを検出する手段であり、
   前記制御手段は、前記排気状態検出手段による検出値に基づいて前記排ガス中の酸素濃度が所定濃度以下となる範囲で燃料噴射量の減量を調整して前記入力超過時制御を実行する手段である
   動力出力装置。
7. 請求項６記載の動力出力装置であって、
   前記内燃機関は、排ガスの浄化装置を有し、
   前記排気状態検出手段は、前記浄化装置からの排ガス中の酸素濃度が所定濃度以下であるか否かを検出する手段である
   動力出力装置。
8. 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７いずれか記載の動力出力装置。
9. 請求項１ないし８いずれか記載の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなる車両。
10. 内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続されて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を入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、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、を備える動力出力装置の制御方法であって、
    前記駆動軸に要求される要求駆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通常制御を実行すると前記蓄電手段を充電する充電電力が該蓄電手段を充電する電力の上限値である入力制限の範囲内となるときには前記通常制御を実行し、前記通常制御を実行すると前記充電電力が前記入力制限を超えるときには前記内燃機関の排気状態が所定状態となる範囲内で前記内燃機関の燃料噴射量が減量されて前記要求駆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入力超過時制御を実行する
    ことを特徴とする動力出力装置の制御方法。
    

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