JP2007253798A - 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】運転者にモタツキ感を与えるのを抑制する。
【解決手段】要求トルクＴｒ＊に基づいてエンジンの仮回転数Ｎｅｔｍｐを設定すると共に（Ｓ１２０）、バッテリの出力制限Ｗｏｕｔと残容量ＳＯＣとに基づいてエンジンの下限回転数Ｎｅｍｉｎを設定し（Ｓ１３０〜Ｓ１５０）、仮回転数Ｎｅｔｍｐを下限回転数Ｎｅｍｉｎで制限してエンジンの目標回転数Ｎｅ＊を設定し（Ｓ１６０〜Ｓ１８０）、エンジンと二つのモータとを制御する。これにより、アクセルペダルが大きく踏み込まれたときに、出力制限Ｗｏｕｔや残容量ＳＯＣに応じてエンジンの回転数Ｎｅが上昇する程度を抑制でき、回転数Ｎｅの上昇によるイナーシャが車両を減速させる方向の力として駆動軸に作用する程度を抑制できる。この結果、運転者にモタツキ感を与えるのを抑制でき、ドライバビリティの悪化を抑制できる。
【選択図】図２

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、エンジンの出力軸にキャリアが接続されると共に駆動軸にリングギヤが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動力を入出力する第１モータと、駆動軸に動力を入出力する第２モータと、第１モータおよび第２モータと電力をやりとり可能なバッテリと、を備え、自動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、アクセルオフされたときには、エンジンに要求される目標動力に基づく第１仮エンジン回転数と、駆動軸に要求される要求トルクとバッテリの充電制限とを両立させるための回転数としての第２仮エンジン回転数と、のうち大きい方をエンジンの目標回転数として設定し、目標回転数でエンジンが運転されると共に要求トルクが駆動軸に出力されるようエンジンや二つのモータを制御することにより、バッテリの充電制限を考慮しながらアクセルオフによる制動力要求に対処している。
特開２００５−２９８９号公報

ところで、こうした動力出力装置では、運転者によってアクセルペダルが大きく踏み込まれると、エンジンからの出力を大きくするためにエンジンの回転数を上昇させる際に、エンジンの回転数の上昇によるエンジンを含む系のイナーシャが車両を減速させる方向の力として駆動軸に作用する。このとき、バッテリからの電力を用いて第２モータから駆動軸に出力可能なトルクの上限が大きく制限されていると、駆動軸に作用する車両を減速させる方向の力を考慮したトルクを第２モータから駆動軸に充分に出力できず、出力応答性の低下を招くことがある。

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、出力応答性の低下を抑制することを目的の一つとする。また、本発明の車両は、運転者にモタツキ感を与えるのを抑制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、
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、
前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、
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、
前記蓄電手段の状態に基づいて前記内燃機関の下限回転数を設定する下限回転数設定手段と、
前記設定された要求駆動力と所定の制約とに基づいて前記内燃機関の仮回転数を設定すると共に該設定した仮回転数を前記設定された下限回転数で制限して該内燃機関の目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、
前記設定された目標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駆動力に基づく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、駆動軸に要求される要求駆動力と所定の制約とに基づいて内燃機関の仮回転数を設定すると共に蓄電手段の状態に基づいて内燃機関の下限回転数を設定し、設定した仮回転数を下限回転数で制限して内燃機関の目標回転数を設定し、目標回転数で内燃機関が運転されると共に要求駆動力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。したがって、蓄電手段の状態に基づく下限回転数以上の回転数で内燃機関を運転するから、要求駆動力が急増したときに、要求駆動力と所定の制約とに基づいて設定される内燃機関の目標回転数の上昇の程度を蓄電手段の状態に応じて抑制することができる。これにより、内燃機関の回転数の上昇による内燃機関を含む系のイナーシャを抑制することができ、イナーシャに起因して駆動軸に作用する駆動軸の回転数を小さくさせる方向の力を抑制することができ、出力応答性の低下を抑制することができる。ここで、「所定の制約」には、内燃機関が効率よく運転するための制約が含まれる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記下限回転数設定手段は、前記蓄電手段の出力制限が大きく制限されるほど大きくなる傾向に前記下限回転数を設定する手段であるものとすることもできる。また、前記下限回転数設定手段は、前記蓄電手段から放電可能な電力量である蓄電量が小さいほど大きくなる傾向に前記下限回転数を設定する手段であるものとすることもできる。これらの場合、下限回転数をより適正に設定することができる。

また、本発明の動力出力装置において、前記下限回転数設定手段は、前記蓄電手段の出力制限に基づく第１の回転数と前記蓄電手段から放電可能な電力量である蓄電量に基づく第２の回転数とのうち大きい方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、要求駆動力が急増したときに、内燃機関の回転数の上昇の程度を蓄電手段の出力制限と蓄電量とに基づいてより抑制することができる。

さらに、本発明の動力出力装置において、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続されると共に前記蓄電手段と電力をやりとり可能で電力と動力の入出力とを伴って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する電力動力入出力手段を備え、前記制御手段は、前記内燃機関と前記電動機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、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、前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、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、前記蓄電手段の状態に基づいて前記内燃機関の下限回転数を設定する下限回転数設定手段と、前記設定された要求駆動力と所定の制約とに基づいて前記内燃機関の仮回転数を設定すると共に該設定した仮回転数を前記設定された下限回転数で制限して該内燃機関の目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、前記設定された目標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駆動力に基づく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、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、出力応答性の低下を抑制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。しかも、出力応答性の低下を抑制することにより、運転者にモタツキ感を与えるのを抑制することができ、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。

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と、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、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と所定の制約とに基づいて前記内燃機関の仮回転数を設定すると共に前記蓄電手段の状態に基づいて該内燃機関の下限回転数を設定し、該設定した仮回転数を該設定した下限回転数で制限して該内燃機関の目標回転数を設定し、該設定した目標回転数で該内燃機関が運転されると共に該要求駆動力に基づく駆動力が該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、駆動軸に要求される要求駆動力と所定の制約とに基づいて内燃機関の仮回転数を設定すると共に蓄電手段の状態に基づいて内燃機関の下限回転数を設定し、設定した仮回転数を下限回転数で制限して内燃機関の目標回転数を設定し、目標回転数で内燃機関が運転されると共に要求駆動力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。したがって、蓄電手段の状態に基づく下限回転数以上の回転数で内燃機関を運転するから、要求駆動力が急増したときに、要求駆動力と所定の制約とに基づいて設定される内燃機関の目標回転数の上昇の程度を蓄電手段の状態に応じて抑制することができる。これにより、内燃機関の回転数の上昇による内燃機関を含む系のイナーシャを抑制することができ、イナーシャに起因して駆動軸に作用する駆動軸の回転数を小さくさせる方向の力を抑制することができ、出力応答性の低下を抑制することができる。ここで、「所定の制約」には、内燃機関が効率よく運転するための制約が含まれる。

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。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からの端子間電圧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５１ｂ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，バッテリ５０の残容量ＳＯＣ，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の残容量ＳＯＣは、電流センサ５１ｂにより検出されたバッテリ５０の充放電電流の積算値に基づいて演算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ることにより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５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＊に基づいて仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐと仮エンジントルクＴｅｔｍｐ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＊とに基づいて行なわれる。エンジン２２の動作ラインの一例と仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐと仮エンジントルクＴｅｔｍｐとを設定する様子を図６に示す。図示するように、仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐと仮エンジントルクＴｅｔｍｐとは、動作ラインと要求パワー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。

次に、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに基づいてエンジン２２の仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１を設定すると共に（ステップＳ１３０）、バッテリ５０の残容量ＳＯＣに基づいてエンジン２２の仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２を設定し（ステップＳ１４０）、設定した仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１と仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２とのうち大きい方の値をエンジン２２の下限回転数Ｎｅｍｉｎとして設定する（ステップＳ１５０）。ここで、仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１は、実施例では、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１との関係を予め実験などにより定めてマップとして記憶しておき、出力制限Ｗｏｕｔが与えられると記憶したマップから対応する仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１を導出して設定するものとした。バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１との関係の一例を図７に示す。仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１は、図示するように、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが所定値Ｗ１以上の領域では一定に設定され、出力制限Ｗｏｕｔが所定値Ｗ１未満の領域では出力制限Ｗｏｕｔが大きく制限されるほど大きくなる傾向に設定するものとした。ここで、所定値Ｗ１は、アクセルペダル８３が大きく踏み込まれたときなど要求トルクＴｒ＊が急増したときに、エンジン２２から動力分配統合機構３０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からリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクとによって運転者の要求に充分に対処することができるバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの下限近傍に設定することができ、バッテリ５０の特性などにより定められる。したがって、仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１は、バッテリ５０からの電力を用いてモータＭＧ２からリングギヤ軸３２ａに出力可能なトルクの上限が大きく制限されるほど大きくなる傾向に設定されることになる。また、仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２は、実施例では、バッテリ５０の残容量ＳＯＣと仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２との関係を予め実験などにより定めてマップとして記憶しておき、残容量ＳＯＣが与えられると記憶したマップから対応する仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２を導出して設定するものとした。バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２との関係の一例を図８に示す。仮下限制限Ｎｅｍｉｎ２は、図示するように、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定残容量Ｓ１以上の領域では一定に設定され、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定残容量Ｓ１未満の領域では残容量ＳＯＣが小さいほど大きくなる傾向に設定するものとした。ここで、所定残容量Ｓ１は、アクセルペダル８３が大きく踏み込まれたときなど要求トルクＴｒ＊が急増したときに、エンジン２２から動力分配統合機構３０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からリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクとによって運転者の要求に充分に対処することができるバッテリ５０の残容量ＳＯＣの下限近傍に設定することができ、バッテリ５０の特性などにより定められ、例えば３５％や４０％，４５％などに定められる。したがって、仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２は、仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１と同様に、バッテリ５０からの電力を用いてモータＭＧ２からリングギヤ軸３２ａに出力可能なトルクの上限が大きく制限されるほど大きくなる傾向に設定されることになる。これらのように仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１および仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２を設定する理由については後述する。

こうして下限回転数Ｎｅｍｉｎを設定すると、仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐを下限回転数Ｎｅｍｉｎと比較し（ステップＳ１６０）、仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐが下限回転数Ｎｅｍｉｎ以上のときには仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定すると共に仮エンジントルクＴｅｔｍｐをエンジン２２の目標トルクＴｅ＊として設定し（ステップＳ１７０）、仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐが下限回転数Ｎｅｍｉｎ未満のときには下限回転数Ｎｅｍｉｎをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定すると共に要求パワーＰｅ＊を目標回転数Ｎｅ＊で除することによりエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ１８０）。即ち、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと残容量ＳＯＣとに基づいて設定される下限回転数Ｎｅｍｉｎ以上の回転数として目標回転数Ｎｅ＊を設定するのである。

エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊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／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＊を計算すると共に目標トルクＴｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとモータＭＧ１の目標回転数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Ｓ１９０）。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９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。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、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、この共線図を用いれば容易に導くことができる。式（２）は、エンジン２２から出力されてサンギヤ３１に作用するトルクに対して釣り合いを取るためのトルクと、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊と回転数Ｎｍ１との差を打ち消すためのトルクと、エンジン２２やモータＭＧ１からなる系のイナーシャＴｉを考慮したトルクと、の和としてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する式である。式（２）中、右辺第１項は図９の共線図から容易に導き出すことができる。また、右辺第２項および第３項はモータ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の項であり、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。さらに、右辺第４項はエンジン２２やモータＭＧ１からなる系の慣性モーメントやモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の時間微分を用いて計算することができる。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*=-ρ/(1+ρ)・Te*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt+Ti (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Ｓ２００）、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Ｓ２１０）、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Ｓ２２０）。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９の共線図から容易に導き出すことができる。また、式（５）中、トルク指令Ｔｍ１＊はエンジン２２やモータＭＧ１からなる系のイナーシャを考慮したトルクであるため、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクもイナーシャが考慮されていることになる。

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Ｓ２３０）、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。

いま、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが大きく制限されたときやバッテリ５０の残容量ＳＯＣが小さいときなどバッテリ５０からの電力を用いてモータＭＧ２から駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力可能なトルクの上限が小さいときにアクセルペダル８３が大きく踏み込まれたときを考える。アクセルペダル８３が大きく踏み込まれると、要求トルクＴｒ＊が急増して要求トルクＴｒ＊に基づく要求パワーＰｅ＊が急増するため、エンジン２２の回転数Ｎｅが小さいときにはこれを大きくしようとする。このとき、回転数Ｎｅを大きくしようとすることにより生じるエンジン２２を含む系のイナーシャが車両を減速させる方向の力としてリングギヤ軸３２ａに作用するため、これを考慮したトルクをモータＭＧ２から出力できないと、運転者の要求に対する出力応答性の低下を招き、運転者にモタツキ感を与えてしまうことがある。実施例では、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと残容量ＳＯＣとに基づく下限回転数Ｎｅｍｉｎ以上の回転数としてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定することにより、出力制限Ｗｏｕｔが大きく制限されているとき又は残容量ＳＯＣが小さいときに運転者によってアクセルペダル８３が大きく踏み込まれたとき、エンジン２２の回転数Ｎｅが上昇する程度を抑制することができる。これにより、エンジン２２を含む系のイナーシャが車両を減速させる方向の力としてリングギヤ軸３２ａに作用する力を抑制することができ、出力応答性の低下を抑制することができる。この結果、運転者にモタツキ感を与えるのを抑制することができ、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。しかも、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する際に、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに基づく仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１とバッテリ５０の残容量ＳＯＣに基づく仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２とのうち大きい方の値を下限回転数Ｎｅｍｉｎとして用いるから、要求トルクＴｒ＊が急増したときのエンジン２２の回転数Ｎｅの上昇の程度をより抑制することができ、出力応答性の低下をより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、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと残容量ＳＯＣとに基づく下限回転数Ｎｅｍｉｎ以上の回転数として設定される目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２を運転するから、運転者がアクセルペダル８３を大きく踏み込んだときなど要求トルクＴｒ＊が急増したときにエンジン２２の回転数Ｎｅが増加する程度を抑制することができる。この結果、バッテリ５０からの電力を用いたモータＭＧ２からリングギヤ軸３２ａに出力可能なトルクの上限が大きく制限されているときに、エンジン２２を含む系のイナーシャが駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに大きく作用することによる出力応答性の低下を抑制することができ、運転者にモタツキ感を与えるのを抑制することができる。この結果、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに基づく仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１とバッテリ５０の残容量ＳＯＣに基づく仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２とのうち大きい方を下限回転数Ｎｅｍｉｎとして設定するものとしたが、小さい方を下限回転数Ｎｅｍｉｎとして設定するものとしてもよい。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと残容量ＳＯＣとに基づいて下限回転数Ｎｅｍｉｎを設定するものとしたが、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを用いずに出力制限Ｗｏｕｔだけに基づいて下限回転数Ｎｅｍｉｎを設定するものとしてもよいし、出力制限Ｗｏｕｔを用いずに残容量ＳＯＣだけに基づいて下限回転数Ｎｅｍｉｎを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、図７に示したように、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが所定値Ｗ１未満の領域で出力制限Ｗｏｕｔが大きく制限されるほど直線的に大きくなる傾向に仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１を設定するものとしたが、出力制限Ｗｏｕｔが所定値Ｗ１未満の領域で出力制限Ｗｏｕｔが小さいほど曲線的に大きくなる傾向に仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１を設定するものとしてもよいし、出力制限Ｗｏｕｔが所定値Ｗ１未満の領域で出力制限Ｗｏｕｔが小さいほど１段以上の段数をもって段階的に大きくなる傾向に仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１を設定するものとしてもよい。また、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが所定値Ｗ１未満の領域であるか否かに拘わらず出力制限Ｗｏｕｔが小さいほど大きくなる傾向に仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１を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、図８に示したように、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定残容量Ｓ１未満の領域で残容量ＳＯＣが小さいほど直線的に大きくなる傾向に仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２を設定するものとしたが、残容量ＳＯＣが所定残容量Ｓ１未満の領域で残容量ＳＯＣが小さいほど曲線的に大きくなる傾向に仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２を設定するものとしてもよいし、残容量ＳＯＣが所定残容量Ｓ１未満の領域で残容量ＳＯＣが小さいほど１段以上の段数をもって段階的に大きくなる傾向に仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２を設定するものとしてもよいし、残容量ＳＯＣが所定残容量Ｓ１未満の領域であるか否かに拘わらず残容量ＳＯＣが小さいほど大きくなる傾向に仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２を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、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１０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１０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から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１１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、動力分配統合機構３０を介してエンジン２２からの動力を駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すると共にモータＭＧ２からの動力をリングギヤ軸３２ａに出力して走行するものとしたが、エンジンからの動力と電動機からの動力を用いて走行する車両であればよい。

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，航空機などに搭載される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と仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐおよび仮エンジントルクＴｅｔｍｐを設定する様子を示す説明図である。 バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ１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と仮下限回転数Ｎｅｍｉｎ２との関係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、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、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 (8)

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、
   前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、
   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、
   前記蓄電手段の状態に基づいて前記内燃機関の下限回転数を設定する下限回転数設定手段と、
   前記設定された要求駆動力と所定の制約とに基づいて前記内燃機関の仮回転数を設定すると共に該設定した仮回転数を前記設定された下限回転数で制限して該内燃機関の目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、
   前記設定された目標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駆動力に基づく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. 前記下限回転数設定手段は、前記蓄電手段の出力制限が大きく制限されるほど大きくなる傾向に前記下限回転数を設定する手段である請求項１記載の動力出力装置。
3. 前記下限回転数設定手段は、前記蓄電手段から放電可能な電力量である蓄電量が小さいほど大きくなる傾向に前記下限回転数を設定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. 前記下限回転数設定手段は、前記蓄電手段の出力制限に基づく第１の回転数と前記蓄電手段から放電可能な電力量である蓄電量に基づく第２の回転数とのうち大きい方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記載の動力出力装置。
5. 請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置であって、
   前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続されると共に前記蓄電手段と電力をやりとり可能で、電力と動力の入出力とを伴って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する電力動力入出力手段を備え、
   前記制御手段は、前記内燃機関と前記電動機と前記電力動力入出力手段とを制御する手段である
   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５記載の動力出力装置。
7. 請求項１ないし６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。
8. 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、前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、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と所定の制約とに基づいて前記内燃機関の仮回転数を設定すると共に前記蓄電手段の状態に基づいて該内燃機関の下限回転数を設定し、該設定した仮回転数を該設定した下限回転数で制限して該内燃機関の目標回転数を設定し、該設定した目標回転数で該内燃機関が運転されると共に該要求駆動力に基づく駆動力が該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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