JP2007176295A - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】モータの過回転を抑制する。
【解決手段】遊星歯車機構のサンギヤ,キャリア,リングギヤに第1モータ,エンジン,駆動軸および第2モータが接続され、二つのモータと電力をやりとりするバッテリを備える車両において、アクセルペダルの全開→半開操作時には、所定時間が経過するまで補正値Wαを加えてバッテリの入力制限Winを緩和すると共に二つのモータの電力ラインに抵抗器を接続し(S180〜S200)、この入力制限Winに基づいてモータMG1の下限トルクTm1minを設定し(S210)、この下限トルクTm1minの範囲内でエンジンの回転を押さえ込む方向のトルクが出力されるよう第1モータを制御する。
【選択図】図3

Description

本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関する。
従来、この種のハイブリッド車としては、遊星歯車機構の回転要素にエンジン,第1モータジェネレータ,第2モータジェネレータ,出力軸が接続されると共に二つのモータジェネレータにインバータを介してバッテリが接続されたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド車では、二つのモータジェネレータのいずれかの回転速度が過回転と判断された場合、過回転と判断されたモータジェネレータの回転速度が低下するようエンジンの目標回転数を増減してエンジン動作点を決定し、決定した動作点でエンジンが運転されるようエンジンと二つのモータジェネレータを制御している。
特開2004−153946号公報
上述のハイブリッド車では、エンジン動作点を変更することによりモータジェネレータの過回転の発生を防止するものとしているが、エンジン動作点を変更するとエンジンが最適燃費ラインから外れて運転されたりエンジンから出力されるパワーに過不足が生じたりしてしまう。したがって、モータジェネレータの過回転の防止をモータジェネレータからその回転を抑制する方向にトルクを出力することにより直接的に行なうことが望ましい。しかし、モータジェネレータのトルクが制限されていると、エンジンから出力されるトルクをモータジェネレータで受け止めることができなくなるから、モータジェネレータが過回転する場合が生じる。即ち、アクセルペダルが大きく踏み込まれた状態から踏み戻されたときを考えると、エンジンは高回転高トルクで運転されている状態からトルクが低下するが、その回転慣性によりエンジンの回転は直ぐには低下しないから、モータジェネレータからは発電を伴ってエンジンの回転を押さえ込む方向のトルクが出力される。このとき、モータジェネレータの発電電力は大きくなるから、バッテリから受け入れることができる電力が次第に少なくなると共にこれに伴ってモータジェネレータから出力するトルクが制限される場合がある。この状態で、再びアクセルペダルが大きく踏み込まれると、エンジンからのトルクをモータジェネレータで受け止めることができなくなり、モータジェネレータが過回転するおそれがある。
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、内燃機関に3軸式の動力入出力手段を介して接続された第1の電動機が上限回転数を超えて回転するのを抑制す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は、内燃機関に3軸式の動力入出力手段を介して接続された第1の電動機が上限回転数を超えて回転するのを抑制すると共に第1の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段が過充電するのを抑止す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。
本発明の第1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第3の軸の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可能な第1の電動機と、
前記第1の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段の入力制限を設定する入力制限設定手段と、
通常時には前記設定された蓄電手段の入力制限に基づいて前記第1の電動機から入出力できるトルクの制限値としてのトルク制限を設定し、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされるのが検出された所定の閉操作時には前記通常時よりも制限の程度を緩和したトルク制限を設定するトルク制限設定手段と、
前記検出されたアクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するための前記第1の電動機の目標トルクを設定する電動機目標トルク設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定されたトルク制限の範囲内で前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
この本発明の第1のハイブリッド車では、蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段の入力制限を設定し、通常時には設定された蓄電手段の入力制限に基づいて第1の電動機から入出力できるトルクの制限値としてのトルク制限を設定し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされた所定の閉操作時には通常時よりも制限の程度を緩和したトルク制限を設定し、アクセル操作量に基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するための第1の電動機の目標トルクを設定し、設定された目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に設定されたトルク制限の範囲内で設定された目標トルクが第1の電動機から出力されるよう内燃機関と第1の電動機とを駆動制御する。したがって、所定の閉操作時に第1の電動機のトルク制限を緩和するから、その後にアクセル操作量が増大されて内燃機関を目標運転ポイントで運転させるための目標トルクを第1の電動機から出力する必要が生じてもその目標トルクがトルク制限によって制限されるのを抑制できる。この結果、第1の電動機が上限回転数を超えて回転するのを抑制することができる。
こうした本発明の第1のハイブリッド車において、前記トルク制限設定手段は、前記設定された蓄電手段の入力制限の制限の程度を緩和すると共に該緩和した入力制限に基づいて前記トルク制限を設定する手段であるものとすることもできる。
また、本発明の第1のハイブリッド車において、前記トルク制限設定手段は、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされるのが検出されてから所定時間が経過するまでに亘って前記所定の閉操作時として前記通常時よりも制限の程度を緩和したトルク制限を設定する手段であるものとすることもできる。
さらに、本発明の第1のハイブリッド車において、前記第1の電動機で発電される電力を消費可能な電力消費手段と、前記通常時には前記第1の電動機で発電される電力が前記電力消費手段により消費されないよう該電力消費手段を制御し、前記所定の閉操作時には前記第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部が前記電力消費手段により消費されるよう該電力消費手段を制御する電力消費制御手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の過充電を抑止することができる。
また、本発明の第1のハイブリッド車において、前記蓄電手段と電力のやりとりが可能で前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機を備え、前記トルク制限設定手段は、前記第1の電動機のトルク制限と前記第2の電動機のトルク制限とを設定する手段であり、前記制御手段は、前記第2の電動機のトルク制限の範囲内で前記アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量に応じた駆動力により走行するよう前記第2の電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。
本発明の第2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第3の軸の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可能な第1の電動機と、
前記第1の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記第1の電動機で発電される電力を消費可能な電力消費手段と、
運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
通常時には前記第1の電動機で発電される電力が前記電力消費手段により消費されないよう該電力消費手段を制御し、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされるのが検出された所定の閉操作時には前記第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部が前記電力消費手段により消費されるよう該電力消費手段を制御する電力消費制御手段と、
前記検出されたアクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するための前記第1の電動機の目標トルクを設定する電動機目標トルク設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
この本発明の第2のハイブリッド車では、通常時には第1の電動機で発電される電力が電力消費手段により消費されないよう電力消費手段を制御し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされた所定の閉操作時には第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部が電力消費手段により消費されるよう電力消費手段を制御し、アクセル操作量に基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するための第1の電動機の目標トルクを設定し、設定された目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に設定された目標トルクが第1の電動機から出力されるよう内燃機関と第1の電動機とを駆動制御する。したがって、所定の閉操作時に第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部を電力消費手段により消費させるから、その後にアクセル操作量が増大されて内燃機関を目標運転ポイントで運転させるための目標トルクを第1の電動機から出力する必要が生じてもその発電電力によりバッテリが過充電するのを抑止することができる。この結果、バッテリに過充電を生じさせることなく第1の電動機が上限回転数を超えて回転するのを抑制することができる。
こうした本発明の第2のハイブリッド車において、前記電力消費制御手段は、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされるのが検出されてから所定時間が経過するまでに亘って前記所定の閉操作時として前記第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部が前記電力消費手段により消費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。
また、本発明の第2のハイブリッド車において、前記蓄電手段と電力のやりとりが可能で前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機を備え、前記制御手段は、前記アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量に応じた駆動力により走行するよう前記第2の電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。
本発明の第3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第3の軸の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可能な第1の電動機と、
前記第1の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
前記検出されたアクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
通常時には前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第1のゲインのフィードバック制御により前記第1の電動機の目標トルクを設定し、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に所定量以上戻されるのが検出された所定の閉操作時には前記第1のゲインよりも小さな第2のゲインのフィードバック制御により前記第1の電動機の目標トルクを設定する電動機目標トルク設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
この本発明の第3のハイブリッド車では、アクセル操作量に基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、通常時には設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するために第1のゲインのフィードバック制御により第1の電動機の目標トルクを設定し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に所定量以上戻された所定の閉操作時には第1のゲインよりも小さな第2のゲインのフィードバック制御により第1の電動機の目標トルクを設定し、設定された目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に設定された目標トルクが第1の電動機から出力されるよう内燃機関と第1の電動機とを駆動制御する。即ち、所定の閉操作時には、第1のゲインよりも小さな第2のゲインのフィードバック制御により目標トルクを設定して第1の電動機を駆動制御することにより内燃機関の運転ポイントが目標運転ポイントに対して行き過ぎるのを抑制するのである。これは、内燃機関の運転ポイントが目標運転ポイントに対して行き過ぎると、その行き過ぎを解消するために内燃機関の回転を促進する方向の目標トルクが設定されて第1の電動機が駆動制御される場合があり、この状態でアクセル操作量が増大して内燃機関から大きなトルクが出力されると、第1の電動機の回転数が急上昇してその上限回転数を超えて回転するおそれがあることに基づいている。
こうした本発明の第3のハイブリッド車において、前記電動機目標トルク設定手段は、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に所定量以上戻されてから所定時間が経過するまでに亘って前記所定の閉操作時として前記第1のゲインよりも小さな第2のゲインのフィードバック制御により前記第1の電動機の目標トルクを設定する手段であるものとすることもできる。
また、本発明の第3のハイブリッド車において、前記蓄電手段と電力のやりとりが可能で前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機を備え、前記制御手段は、前記アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量に応じた駆動力により走行するよう前記第2の電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。
本発明の第1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第3の軸の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可能な第1の電動機と、前記第1の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、
(a)前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段の入力制限を設定し、
(b)通常時には前記設定された蓄電手段の入力制限に基づいて前記第1の電動機から入出力できるトルクの制限値としてのトルク制限を設定し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされた所定の閉操作時には前記通常時よりも制限の程度を緩和したトルク制限を設定し、
(c)アクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、
(d)前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するための前記第1の電動機の目標トルクを設定し、
(e)前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定されたトルク制限の範囲内で前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する
ことを要旨とする。
この本発明の第1のハイブリッド車の制御方法によれば、蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段の入力制限を設定し、通常時には設定された蓄電手段の入力制限に基づいて第1の電動機から入出力できるトルクの制限値としてのトルク制限を設定し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされた所定の閉操作時には通常時よりも制限の程度を緩和したトルク制限を設定し、アクセル操作量に基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するための第1の電動機の目標トルクを設定し、設定された目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に設定されたトルク制限の範囲内で設定された目標トルクが第1の電動機から出力されるよう内燃機関と第1の電動機とを駆動制御する。したがって、所定の閉操作時に第1の電動機のトルク制限を緩和するから、その後にアクセル操作量が増大されて内燃機関を目標運転ポイントで運転させるための目標トルクを第1の電動機から出力する必要が生じてもその目標トルクがトルク制限によって制限されるのを抑制できる。この結果、第1の電動機が上限回転数を超えて回転するのを抑制することができる。
本発明の第2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第3の軸の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可能な第1の電動機と、前記第1の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記第1の電動機で発電される電力を消費可能な電力消費手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
(a)通常時には前記第1の電動機で発電される電力が前記電力消費手段により消費されないよう該電力消費手段を制御し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされた所定の閉操作時には前記第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部が前記電力消費手段により消費されるよう該電力消費手段を制御し、
(b)前記検出されたアクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、
(c)前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するための前記第1の電動機の目標トルクを設定し、
(d)前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する
ことを要旨とする。
この本発明の第2のハイブリッド車の制御方法によれば、通常時には第1の電動機で発電される電力が電力消費手段により消費されないよう電力消費手段を制御し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされた所定の閉操作時には第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部が電力消費手段により消費されるよう電力消費手段を制御し、アクセル操作量に基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するための第1の電動機の目標トルクを設定し、設定された目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に設定された目標トルクが第1の電動機から出力されるよう内燃機関と第1の電動機とを駆動制御する。したがって、所定の閉操作時に第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部を電力消費手段により消費させるから、その後にアクセル操作量が増大されて内燃機関を目標運転ポイントで運転させるための目標トルクを第1の電動機から出力する必要が生じてもその発電電力によりバッテリが過充電するのを抑止することができる。この結果、バッテリに過充電を生じさせることなく第1の電動機が上限回転数を超えて回転するのを抑制することができる。
本発明の第3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第3の軸の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可能な第1の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機と、前記第1の電動機および前記第2の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、
(a)アクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、
(b)通常時には前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第1のゲインのフィードバック制御により前記第1の電動機の目標トルクを設定し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に所定量以上戻された所定の閉操作時には前記第1のゲインよりも小さな第2のゲインのフィードバック制御により前記第1の電動機の目標トルクを設定し、
(c)前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する
ことを要旨とする。
この本発明の第3のハイブリッド車の制御方法によれば、アクセル操作量に基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、通常時には設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するために第1のゲインのフィードバック制御により第1の電動機の目標トルクを設定し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に所定量以上戻された所定の閉操作時には第1のゲインよりも小さな第2のゲインのフィードバック制御により第1の電動機の目標トルクを設定し、設定された目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に設定された目標トルクが第1の電動機から出力されるよう内燃機関と第1の電動機とを駆動制御する。即ち、所定の閉操作時には、第1のゲインよりも小さな第2のゲインのフィードバック制御により目標トルクを設定して第1の電動機を駆動制御することにより内燃機関の運転ポイントが目標運転ポイントに対して行き過ぎるのを抑制するのである。これは、内燃機関の運転ポイントが目標運転ポイントに対して行き過ぎると、その行き過ぎを解消するために内燃機関の回転を促進する方向の目標トルクが設定されて第1の電動機が駆動制御される場合があり、この状態でアクセル操作量が増大して内燃機関から大きなトルクが出力されると、第1の電動機の回転数が急上昇してその上限回転数を超えて回転するおそれがあることに基づいている。
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車20の構成の概略を示す構成図であり、図2は、モータMG1,MG2が接続された電力系統の構成の概略を示す構成図である。第1実施例のハイブリッド車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三相交流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。
電力ライン54には、図2に示すように、スイッチ58を介して抵抗器56が接続されており、スイッチ58がオンされているときにはモータMG1またはモータMG2から発電された電力を抵抗器56で消費できるようになっている。なお、スイッチ58は、ハイブリッド用電子制御ユニット70の制御を受けてオンオフされる。
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。また、ハイブリッド用電子制御ユニット70からは、スイッチ58への駆動信号が出力ポートを介して出力されている。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第1実施例のハイブリッド車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第1実施例のハイブリッド車20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,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ50の充放電要求パワーPb*,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、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の充放電要求パワー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。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4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5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6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7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、フラグF1の値を調べる(ステップS130)。ここで、フラグF1は、本ルーチンが初めて実行されたときには初期化ルーチンにより値0が設定されている。フラグF1が値0と判定されると、アクセルペダル83の全開→半開を判定する(ステップS140)。ここで、アクセルペダル83の全開→半開の判定は、例えば、アクセル開度Accが90%や95%,100%などの全開付近の開度から所定時間(例えば500msecなど)以内にエンジン22の燃料カットが始まる直前の開度としてアクセル開度Accが40%や30%などの中間開度(半開)に戻されたか否かを判定することにより行なうことができる。こうしてアクセルペダル83の全開→半開の操作がなされると、エンジン22が高回転高トルクで運転されている状態からエンジントルクは低下するが回転数はエンジン22の回転慣性によって低下しづらい状態となっている。
アクセルペダル83の全開→半開が判定されなかったときには、フラグF1に値0を設定すると共に(ステップS150)、電力ライン54から抵抗器56が遮断された状態となるようスイッチ58をオフとする(ステップS160)。
スイッチ58をオフとすると、次式(1)および式(2)を満たすモータMG1から出力してもよいトルクの上下限値としての上下限トルクTm1min,Tm1maxを設定する(ステップS210)。ここで、式(1)は、モータMG1やモータMG2から駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力されるトルクの総和が値0から要求トルクTr*までの範囲内となる関係であり、式(2)は、モータMG1とモータMG2とにより入出力される電力の総和が入出力制限Win,Woutの範囲内となる関係である。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8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。また、図中、R軸上の2つの太線矢印は、モータMG1から出力されるトルクTm1*がサンギヤ31を介してリングギヤ軸32aに出力されるトルクと、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。式(1)は、この共線図を用いて容易に導くことができる。この式(1)と式(2)とを用いてモータMG1の上下限トルクTm1min,Tm1maxを設定する様子の一例を図9に示す。上下限トルクTm1min,Tm1maxは、図中斜線で示した領域内のトルクTm1*の最大値と最小値として求めることができる。
Tr*≧-Tm1*/ρ+Tm1*・Gr≧0 (1)
Wout≧Tm1*・Nm1+Tm2*・Nm2≧Win (2)
そして、設定したエンジン22の目標回転数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(3)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(4)によりモータMG1の仮モータトルクTm1tmpを計算し(ステップS220)、計算した仮モータトルクTm1tmpをステップS210で設定したトルク制限Tm1min,Tm1maxで制限した値としてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定する(ステップS230)。ここで、式(3)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。この式(3)は、前述した図8の共線図を用いれば容易に導くことができる。また、式(4)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(4)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) (3)
Tm1tmp=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (4)
こうしてモータMG1のトルク指令Tm1*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(5)および式(6)により計算すると共に(ステップS250)、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(7)により計算し(ステップS260)、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S270)。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(7)は、前述した図8の共線図から容易に導き出すことができる。
Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (5)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (6)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (7)
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S280)、本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S140でアクセルペダル83の全開→半開が判定されると、フラグF1に値1を設定して(ステップS170)、全開→半開が判定されてから所定時間が経過する前であるか否かを判定し(ステップS180)、所定時間が経過する前と判定されたときには、ステップS100で入力したバッテリ50の入力制限Winに補正値Wα(負の値)を加えて入力制限Winを緩和すると共に(ステップS190)、電力ライン54に抵抗器56が接続されるようスイッチ58をオンし(ステップS200)、所定時間が経過したと判定されたときには、入力制限Winの緩和が解除されるようフラグF1を値0に戻して(ステップS150)、電力ライン54から抵抗器56が切り離されるようスイッチ58をオフする(ステップS160)。ここで、所定時間は、バッテリ50の入力制限Winを緩和する時間として例えば500msecや1000msecなどのように定められている。また、所定値Wαは、過大な電力による充電によりバッテリ50に不具合を生じさせない範囲内でバッテリ50の入力制限Winが緩和されるよう抵抗器56の性能などにより定められている。入力制限Winを緩和すると、この入力制限Winに基づいて前述した式(1)および式(2)を満たすようにモータMG1から出力してもよいトルクの上下限としての上下限トルクTm1min,Tm1maxを設定し(ステップS210)、前述した式(3)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とに基づいて前述した式(4)によりモータMG1の仮モータトルクTm1tmpを計算し(ステップS220)、計算した仮モータトルクを上下限トルクTm1min,Tm1maxで制限した値としてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定し(ステップS230)、ステップS240〜S280の処理を行なって本ルーチンを終了する。バッテリ50の入力制限Winを緩和したときのモータMG1の上下限トルクTm1min,Tm1maxの設定の様子を図10に示す。負の所定値Wαを加えることにより入力制限Winを緩和すると、図中斜線で示す領域が拡大するから、モータMG1の下限トルクTm1minを小さく(絶対値を大きく)することができる。アクセルペダル83の全開→半開が実行されると、エンジン22は、高回転高トルクで運転されている状態からトルクが低下するものの、エンジン22の回転慣性のためにその回転数Neはゆっくりとしか低下しない。一方、モータMG1は、エンジン22の回転数Neを押さえ込む方向のトルクを出力するが、エンジン22の回転数Neが高いためにその発電電力は増大し、バッテリ50の入力制限Winが大きく(絶対値が小さく)なると共にモータMG1の下限トルクTm1minが大きく(絶対値が小さく)なる。この状態でアクセルペダル83が大きく踏み込まれると、エンジン22から出力されるトルクが増大するからモータMG1でエンジントルクの反力を受けきれなくなる場合が生じ、モータMG1がその上限回転数を超えて回転するおそれがある。ステップS190で補正値Wαを加えて入力制限Winを緩和するのは、エンジン22からのトルクの反力を受けきれなくなるのを回避してモータMG1がその上限回転数を超えて回転されるのを抑止するためである。実施例では、スイッチ58をオンとして電力ライン54に抵抗器56を接続するから、モータMG1の発電電力の一部(余剰電力)は抵抗器56によって消費されることになる。
図11は、実施例におけるアクセル開度Accとエンジン22のトルクTe*とモータMG1の回転数Nm1とモータMG1のトルクTm1*とバッテリ50の入力制限Winの時間変化の様子を比較例との比較において示す説明図である。図中、実線は実施例における回転数Nm1とトルクTm1*と入力制限Winの時間変化を示し、破線は比較例における回転数Nm1とトルクTm1*と入力制限Winの時間変化を示す。比較例は、アクセルペダル83の全開→半開の操作がなされたときに入力制限Winを緩和せずにモータMG1のトルクTm1*を設定して制御を実行したものである。比較例は、図示するように、時刻t11にアクセルペダル83の全開→半開が実行されると、これに伴ってエンジン22のトルクは低下するが、エンジン22の回転慣性のためにその回転数Ne(モータMG1の回転数Nm1)はゆっくりとしか低下しない。その間、モータMG1からエンジン22の高回転を押さえ込む方向のトルクが出力されるから、モータMG1の発電電力は大きくなり、これがバッテリ50に入力される。このため、バッテリから受け入れることができる電力が次第に少なくなって入力制限Winが大きく(絶対値が小さく)なると共にこれに伴ってモータMG1のトルク制限Tm1minが大きく(絶対値が小さく)なる。この状態で時刻t12にアクセルペダル83が再度大きく踏み込まれてエンジン22から出力するトルクTe*が大きくなると、トルク制限Tm1minのためにエンジン22から出力されるトルクTe*をモータMG1で受け止めることができなくなってその上限回転数Nm1maxを超えて回転してしまう。実施例では、バッテリ50の入力制限Winを緩和してモータMG1から出力するトルクが制限されないようにするから、時刻t12にアクセルペダル83が再度大きく踏み込まれてエンジン22から出力されるトルクが大きくなってもモータMG1がその上限回転数Nm1maxを超えて回転するのを抑制することができる。
以上説明した第1実施例のハイブリッド車20によれば、アクセルペダル83の全開→半開が判定されたとき、所定時間が経過するまではバッテリ50の入力制限Winに所定値Wαを加えてモータMG1の下限トルクTm1minを小さく(絶対値を大きく)するから、その後にアクセルペダル83が大きく踏み込まれてエンジン22から大きなトルクが出力されるものとしても、そのエンジントルクの反力をモータMG1で確実に受け止めることができる。この結果、モータMG1がその上限回転数を超えて回転するのを抑制することができる。しかも、アクセルペダル83の全開→半開が判定されてから所定時間が経過するまでに亘って電力ライン54に抵抗器56を接続するから、バッテリ50の過充電をより確実に抑止することができる。
第1実施例のハイブリッド車20では、アクセルペダル83の全開→半開が判定されたとき、所定時間が経過するまでは電力ライン54に抵抗器56を接続してモータMG1で発電される電力を抵抗器56で消費させるものとしたが、通常時にバッテリ50に入力可能な電力の最大値に対して若干のマージンをもってバッテリ50の入力制限Winを設定している場合にはその最大値の範囲内で入力制限Winを緩和するものとすれば必ずしもモータMG1で発電される電力を抵抗器56で消費させる必要はない。
第1実施例のハイブリッド車20では、アクセルペダル83の全開→半開が判定されたとき、所定時間が経過するまではバッテリ50の入力制限Winを緩和すると共に電力ライン54に抵抗器56を接続するものとしたが、抵抗器56でモータMG1で発電される電力を十分に消費することができればバッテリ50の入力制限Winを緩和しないものとしてもよい。
第1実施例のハイブリッド車20では、バッテリ50の入力制限Winの緩和に伴ってモータMG1で発電される電力を抵抗器56により消費するものとしたが、これに限られず、モータMG1の発電電力を補機(例えば、エアコンディショナのコンプレッサ)で消費するものとしてもよいしモータMG2で消費するものとしてもよい。なお、モータMG1の発電電力をモータMG2で消費する場合、モータMG2をベクトル制御によって制御することを考えれば、トルクの発生に寄与しないd軸電流をモータMG2に印加するようインバータ42をスイッチング制御することにより、モータMG2から過剰なトルクがリングギヤ軸32aに出力されるのを防止してその消費電力のみをコントロールすることができる。
次に、第2実施例のハイブリッド車について説明する。図12は、第2実施例のハイブリッド車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。なお、本ルーチンの各処理のうち図3の駆動制御ルーチンと同一の処理については同一のステップ番号を付し、その説明を省略する。
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、図3の駆動制御ルーチンのステップS120でエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とが設定されると、フラグF2の値を調べる(ステップS300)。ここで、フラグF2は、本ルーチンが初めて実行されたときには初期化ルーチンにより値0が設定されている。フラグF2が値0と判定されると(ステップS300)、アクセルペダル83の全開→全閉を判定する。ここで、アクセルペダル83の全開→全開の判定は、例えば、アクセル開度Accが90%や95%,100%などの全開付近の開度から所定時間(例えば500msecなど)以内に80%などの所定開度以上戻されてアクセル開度Accが10%や5%,0%などの全閉付近の開度とされたか否かを判定することにより行なうことができる。アクセルペダル83の全開→全閉が判定されなかったときには、フラグF2に値0を設定すると共に(ステップS320)、モータMG1の仮モータトルクTm1tmpを設定する際に用いる前述した式(4)のフィードバック項のゲインk1,k2に比較的応答を速くした値ka1,ka2を設定し(ステップS330)、ステップS210以降の処理を実行して本ルーチンを終了する。一方、アクセルペダル83の全開→全閉が判定されたときには、フラグF2に値1を設定して(ステップS340)、所定時間が経過する前であるか否かを判定し(ステップS350)、所定時間が経過する前であると判定されたときには、ゲインk1,k2に値ka1,ka2よりも小さな値kb1,kb2を設定して(ステップS360)、ステップS210以降の処理を実行して本ルーチンを終了し、所定時間が経過したと判定されたときには、フラグF2を値0に戻すと共に(ステップS320)、ゲインk1,k2を値ka1,ka2に戻し(ステップS330)、ステップS210以降の処理を実行して本ルーチンを終了する。前述した式(4)に示すように、モータMG1のトルク指令Tm1*(仮モータトルクTm1tmp)は、モータMG1の目標回転数Nm1*と現在の回転数Nm1との偏差(エンジン22の目標回転数Ne*と現在の回転数Neとの偏差)を打ち消す方向に設定される。このとき、ゲインk1,k2に大きな値を設定すればモータMG1の応答は速くなり小さな値を設定すればモータMG1の応答は遅くなる。アクセルペダル83の全開→全閉が実行された直後では、モータMG1の目標回転数Nm1*は直ちに低下するが回転数Nm1は直ちには低下しないから、モータMG1の目標回転数Nm1*と現在の回転数Nm1との偏差(Nm1*−Nm1)はマイナス方向に大きくなる。このとき、ゲインk1,k2に大きな値を設定していると、モータMG1のエンジン22の回転を押さえ込む方向のトルクが大きくなるから、回転数Nm1の目標回転数Nm1*への追従性はよくなるがアンダーシュートする。すると、モータMG1からエンジン22の回転を促進する方向のトルクが出力され、この状態で運転者がアクセルペダル83を再度大きく踏み込んでエンジン22から出力されるトルクが上昇すると、モータMG1の回転数Nm1が急上昇してその上限回転数を超えて回転する場合が生じる。実施例では、ゲインk1,k2に値ka1,ka2よりも小さな値kb1,kb2を設定してモータMG1の応答を遅くしたから、アクセルペダル83の全開→全閉に伴ってモータMG1からエンジン22の回転数Neを押さえ込む方向のトルクを出力する際にモータMG1の回転数Nm1が目標回転数Nm1*に対してアンダーシュートするのを抑制することができる。したがって、モータMG1からエンジン22の回転を促進する方向のトルクが出力されるのを回避できるから、アクセルペダル83が再度大きく踏み込まれたときにエンジン22から出力されるトルクが急上昇してもモータMG1がその上限回転数を超えて回転するのを抑制することができる。
図13は、実施例におけるアクセル開度Accとエンジン22のトルクTe*とモータMG1の回転数Nm1と目標回転数Nm1*とモータMG1のトルクTm1*の時間変化の様子を比較例との比較において示す説明図である。図中、実線は実施例における回転数Nm1とトルクTm1*の時間変化を示し、破線は比較例における回転数Nm1とトルクTm1*の時間変化を示す。比較例は、アクセルペダル83の全開→全閉の操作がなされたときにフィードバック制御におけるゲインk1,k2に値ka1,ka2を設定してモータMG1の制御を実行したものである。比較例は、図示するように、時刻t21にアクセルペダル83の全開→全閉が実行されると、エンジン22のトルクTe*が低下すると共に比較的応答の速い値ka1,ka2をゲインk1,k2としたフィードバック項を用いてモータMG1のトルクTm1*を設定してモータMG1を制御するから、モータMG1の回転数Nm1にアンダーシュートが生じ、これを打ち消すためにモータMG1からエンジン22の回転を促進する方向のトルクが出力される。この状態で時刻t22にアクセルペダル83が再度大きく踏み込まれてエンジン22のトルクTe*が上昇すると、モータMG1の回転数Nm1が急上昇し、モータMG1がその上限回転数Nm1maxを超えて回転してしまう。実施例では、アクセルペダル83が全開→全閉が実行されると、値ka1,ka2よりも小さな値kb1,kb2のゲインk1,k2のフィードバック項を用いてモータMG1のトルクTm1*を設定してモータMG1を制御するから、モータMG1の回転数Nm1にアンダーシュートは生じない。したがって、モータMG1からはエンジン22の回転を押さえ込む方向のトルクが出力されるから、時刻t22にアクセルペダル83が再度大きく踏み込まれてエンジン22のトルクTe*は上昇しても、モータMG1の回転数Nm1は急激には上昇しない。この結果、モータMG1がその上限回転数Nm1maxを超えて回転するのが抑止される。
以上説明した第2実施例のハイブリッド車によれば、アクセルペダル83の全開→全閉が実行されたときには、所定時間が経過するまでモータMG1の仮モータトルクTm1tmpを設定する際に用いるフィードバック項のゲインk1,k2を値ka1,ka2よりも小さな値kb1,kb2に設定するから、モータMG1から出力されるトルクはエンジン22の回転を押さえ込む方向に維持され、その後にアクセルペダル83が大きく踏み込まれてエンジン22のトルクTe*が急激に上昇しても、モータMG1の回転数Nm1が急上昇するのを抑制することができる。この結果、モータMG1がその上限回転数を超えて回転するのを抑制することができる。
第1実施例のハイブリッド車20や第2実施例のハイブリッド車では、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14の変形例のハイブリッド車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14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。
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車20の構成の概略を示す構成図である。 モータMG1,MG2に接続された電力系統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。 モータMG1のトルクTm1min,Tm1maxの設定の様子を示す説明図である。 補正値Wαを用いてバッテリ50の入力制限Winを緩和したときのモータMG1のトルクTm1min,Tm1maxの設定の様子を示す説明図である。 アクセル開度Accとエンジン22のトルクTe*とモータMG1の回転数Nm1とモータMG1のトルクTm1*とバッテリ50の入力制限Winの時間変化の様子を示す説明図である。 第2実施例の駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 アクセル開度Accとエンジン22のトルクTe*とモータMG1の回転数Nm1と目標回転数Nm1*とモータMG1のトルクTm1*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車120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、53 抵抗器、 58 スイッチ、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 (14)

  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第3の軸の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可能な第1の電動機と、
    前記第1の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
    運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
    前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段の入力制限を設定する入力制限設定手段と、
    通常時には前記設定された蓄電手段の入力制限に基づいて前記第1の電動機から入出力できるトルクの制限値としてのトルク制限を設定し、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされるのが検出された所定の閉操作時には前記通常時よりも制限の程度を緩和したトルク制限を設定するトルク制限設定手段と、
    前記検出されたアクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
    前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するための前記第1の電動機の目標トルクを設定する電動機目標トルク設定手段と、
    前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定されたトルク制限の範囲内で前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する制御手段と
    を備えるハイブリッド車。
  2. 前記トルク制限設定手段は、前記設定された蓄電手段の入力制限の制限の程度を緩和すると共に該緩和した入力制限に基づいて前記トルク制限を設定する手段である請求項1記載のハイブリッド車。
  3. 前記トルク制限設定手段は、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされるのが検出されてから所定時間が経過するまでに亘って前記所定の閉操作時として前記通常時よりも制限の程度を緩和したトルク制限を設定する手段である請求項1または2記載のハイブリッド車。
  4. 請求項1ないし3いずれか記載のハイブリッド車であって、
    前記第1の電動機で発電される電力を消費可能な電力消費手段と、
    前記通常時には前記第1の電動機で発電される電力が前記電力消費手段により消費されないよう該電力消費手段を制御し、前記所定の閉操作時には前記第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部が前記電力消費手段により消費されるよう該電力消費手段を制御する電力消費制御手段と
    を備えるハイブリッド車。
  5. 請求項1ないし4いずれか記載のハイブリッド車であって、
    前記蓄電手段と電力のやりとりが可能で前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機を備え、
    前記トルク制限設定手段は、前記第1の電動機のトルク制限と前記第2の電動機のトルク制限とを設定する手段であり、
    前記制御手段は、前記第2の電動機のトルク制限の範囲内で前記アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量に応じた駆動力により走行するよう前記第2の電動機を駆動制御する手段である
    ハイブリッド車。
  6. 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第3の軸の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可能な第1の電動機と、
    前記第1の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
    前記第1の電動機で発電される電力を消費可能な電力消費手段と、
    運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
    通常時には前記第1の電動機で発電される電力が前記電力消費手段により消費されないよう該電力消費手段を制御し、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされるのが検出された所定の閉操作時には前記第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部が前記電力消費手段により消費されるよう該電力消費手段を制御する電力消費制御手段と、
    前記検出されたアクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
    前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するための前記第1の電動機の目標トルクを設定する電動機目標トルク設定手段と、
    前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する制御手段と
    を備えるハイブリッド車。
  7. 前記電力消費制御手段は、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされるのが検出されてから所定時間が経過するまでに亘って前記所定の閉操作時として前記第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部が前記電力消費手段により消費されるよう制御する手段である請求項6記載のハイブリッド車。
  8. 請求項6または7記載のハイブリッド車であって、
    前記蓄電手段と電力のやりとりが可能で前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機を備え、
    前記制御手段は、前記アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量に応じた駆動力により走行するよう前記第2の電動機を駆動制御する手段である
    ハイブリッド車。
  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第3の軸の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可能な第1の電動機と、
    前記第1の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
    運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
    前記検出されたアクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
    通常時には前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第1のゲインのフィードバック制御により前記第1の電動機の目標トルクを設定し、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に所定量以上戻されるのが検出された所定の閉操作時には前記第1のゲインよりも小さな第2のゲインのフィードバック制御により前記第1の電動機の目標トルクを設定する電動機目標トルク設定手段と、
    前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する制御手段と
    を備えるハイブリッド車。
  10. 前記電動機目標トルク設定手段は、前記アクセル操作量検出手段により所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に所定量以上戻されてから所定時間が経過するまでに亘って前記所定の閉操作時として前記第1のゲインよりも小さな第2のゲインのフィードバック制御により前記第1の電動機の目標トルクを設定する手段である請求項9記載のハイブリッド車。
  11. 請求項9または10記載のハイブリッド車であって、
    前記蓄電手段と電力のやりとりが可能で前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機を備え、
    前記制御手段は、前記アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量に応じた駆動力により走行するよう前記第2の電動機を駆動制御する手段である
    ハイブリッド車。
  12. 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第3の軸の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可能な第1の電動機と、前記第1の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、
    (a)前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段の入力制限を設定し、
    (b)通常時には前記設定された蓄電手段の入力制限に基づいて前記第1の電動機から入出力できるトルクの制限値としてのトルク制限を設定し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされた所定の閉操作時には前記通常時よりも制限の程度を緩和したトルク制限を設定し、
    (c)アクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、
    (d)前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するための前記第1の電動機の目標トルクを設定し、
    (e)前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定されたトルク制限の範囲内で前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する
    ハイブリッド車の制御方法。
  13. 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第3の軸の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可能な第1の電動機と、前記第1の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記第1の電動機で発電される電力を消費可能な電力消費手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
    (a)通常時には前記第1の電動機で発電される電力が前記電力消費手段により消費されないよう該電力消費手段を制御し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に戻されて所定範囲内のアクセル操作量とされた所定の閉操作時には前記第1の電動機で発電される電力の少なくとも一部が前記電力消費手段により消費されるよう該電力消費手段を制御し、
    (b)前記検出されたアクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、
    (c)前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するための前記第1の電動機の目標トルクを設定し、
    (d)前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する
    ハイブリッド車の制御方法。
  14. 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第3の軸の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可能な第1の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機と、前記第1の電動機および前記第2の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、
    (a)アクセル操作量に基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、
    (b)通常時には前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第1のゲインのフィードバック制御により前記第1の電動機の目標トルクを設定し、所定操作量以上のアクセル操作量とされた後に閉方向に所定量以上戻された所定の閉操作時には前記第1のゲインよりも小さな第2のゲインのフィードバック制御により前記第1の電動機の目標トルクを設定し、
    (c)前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された目標トルクが前記第1の電動機から出力されるよう該内燃機関と該第1の電動機とを駆動制御する
    ハイブリッド車の制御方法。
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JP2011235694A (ja) * 2010-05-07 2011-11-24 Toyota Motor Corp ハイブリッド自動車およびその制御方法
JPWO2013084359A1 (ja) * 2011-12-09 2015-04-27 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド自動車

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