JP2009130992A - 動力出力装置およびその制御方法並びに車両 - Google Patents

動力出力装置およびその制御方法並びに車両 Download PDF

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Abstract

【課題】電動機をより適正に駆動する。
【解決手段】バッテリの管理中心SOC*が大きいほど大きくなる傾向にモータの予測負荷Lestを設定すると共に(S240)、設定した予測負荷Lestが大きいほど小さくなる傾向にモータを駆動するインバータの基本キャリア周波数CFbを設定し(S250)、基本キャリア周波数CFbに基づくキャリア周波数CF2によるインバータのスイッチング素子のスイッチングによりモータを駆動する。これにより、モータの負荷が比較的大きくなりやすいときに、インバータのスイッチング素子のスイッチングによる損失を抑制することができる。即ち、より適正なキャリア周波数CF2によるインバータのスイッチング素子のスイッチングにより、モータをより適正に駆動することができる。
【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、駆動用モータと、エンジンからの出力を用いて発電する発電機と、駆動用モータや発電機を駆動するインバータと、インバータと電力をやりとりするニッケル金属水素電池としてのバッテリと、を備え、適正SOC(State Of Charge)範囲内で設定された目標SOCを中心とした所定の制御幅内でバッテリのSOCが変動すると共に運転者の操作に基づいて設定される出力トルクが駆動用モータから出力されるようエンジンや発電機,駆動用モータを駆動制御する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、メモリ効果が検出されたときに目標SOCを変更することにより、メモリ効果の解消を図っている。
特開2003−47108号公報
こうした動力出力装置では、目標SOCや出力トルクに基づく駆動用モータの駆動状態に応じてインバータに流れる電流が変化し、インバータの損失が変化する。したがって、目標SOCに応じて駆動用モータをより適正に駆動することが課題の一つとして考えられる。
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、電動機をより適正に駆動することを主目的とする。
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、上述の主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、
燃料の供給を受けて発電可能な発電手段と、
前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記発電手段に接続され、充放電可能な蓄電手段と、
前記電動機と前記蓄電手段とに接続され、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する電動機用駆動回路と、
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、
操作者の操作状態および/または前記動力出力装置の状態に基づいて前記蓄電手段の蓄電量を管理するための管理用蓄電量範囲の中心蓄電量を設定すると共に該設定した中心蓄電量に基づいて前記複数のスイッチング素子のスイッチングを行なう周波数であるキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段と、
前記蓄電手段の蓄電量が前記設定された中心蓄電量に基づいて管理されると共に前記設定されたキャリア周波数による前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機が駆動され、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発電手段と前記電動機用駆動回路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、操作者の操作状態や動力出力装置の状態に基づいて蓄電手段の蓄電量を管理するための管理用蓄電量範囲の中心蓄電量を設定すると共に設定した中心蓄電量に基づいて電動機用駆動回路の複数のスイッチング素子のスイッチングを行なう周波数であるキャリア周波数を設定し、蓄電手段の蓄電量が中心蓄電量に基づいて管理されると共に設定したキャリア周波数による複数のスイッチング素子のスイッチングにより電動機が駆動され、駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう発電手段と電動機用駆動回路とを制御する。即ち、中心蓄電量に基づくキャリア周波数による複数のスイッチング素子のスイッチングにより電動機を駆動するのである。これにより、電動機をより適正に駆動することができる。もとより、要求駆動力に基づく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、前記キャリア周波数設定手段は、前記設定された中心蓄電量に基づいて前記電動機に要求される負荷の程度を推定すると共に該推定した負荷の程度に基づいて前記キャリア周波数を設定する手段であるものとすることもできる。この場合、前記キャリア周波数設定手段は、前記推定した負荷の程度が大きいほど小さくなる傾向に前記キャリア周波数を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、電動機に要求される負荷が比較的大きいと推定されるときに、電動機用駆動回路の複数のスイッチング素子のスイッチングによる損失を抑制することができる。この結果、電動機用駆動回路の損失が過度に大きくなるのを抑制することができ、電動機用駆動回路の過度の発熱を抑制することができる。
この中心蓄電量に基づく電動機に要求される負荷の程度に基づいてキャリア周波数を設定する態様の本発明の動力出力装置において、前記キャリア周波数設定手段は、前記駆動軸の回転数を増加させるときに前記蓄電手段から放電が行なわれやすいほど大きくなる傾向に前記中心蓄電量を設定すると共に該設定した中心蓄電量が大きいほど大きくなる傾向に前記電動機に要求される負荷の程度を推定する手段であるものとすることもできる。ここで、電動機から駆動軸に動力を出力するときに蓄電手段から放電が行なわれやすいときとしては、電動機から駆動軸に出力すべき動力が急増しやすいときなどがある(以下、同じ)。
また、本発明の動力出力装置において、前記キャリア周波数設定手段は、前記駆動軸の回転数を増加させるときに前記蓄電手段から放電が行なわれやすいほど大きくなる傾向に前記中心蓄電量を設定すると共に該設定した中心蓄電量が大きいほど小さくなる傾向に前記キャリア周波数を設定する手段であるものとすることもできる。これにより、電動機から駆動軸に動力を出力するときに蓄電手段から放電が行なわれやすいときに、電動機用駆動回路の複数のスイッチング素子のスイッチングによる損失を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、前記発電手段は、内燃機関と、該内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能な発電機と、前記発電機を駆動する発電機用駆動回路と、を備える手段であるものとすることもできるし、燃料電池であるものとすることもできる。前者の場合、前記発電手段は、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との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、燃料の供給を受けて発電可能な発電手段と、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記発電手段に接続され、充放電可能な蓄電手段と、前記電動機と前記蓄電手段とに接続され複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する電動機用駆動回路と、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、操作者の操作状態および/または前記動力出力装置の状態に基づいて前記蓄電手段の蓄電量を管理するための管理用蓄電量範囲の中心蓄電量を設定すると共に該設定した中心蓄電量に基づいて前記複数のスイッチング素子のスイッチングを行なう周波数であるキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段と、前記蓄電手段の蓄電量が前記中心蓄電量に基づいて管理されると共に前記設定されたキャリア周波数による前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機が駆動され、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発電手段と前記電動機用駆動回路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、電動機をより適正に駆動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、
燃料の供給を受けて発電可能な発電手段と、駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記発電手段に接続され充放電可能な蓄電手段と、前記電動機と前記蓄電手段とに接続され複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する電動機用駆動回路と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
(a)操作者の操作状態および/または前記動力出力装置の状態に基づいて前記蓄電手段の蓄電量を管理するための管理用蓄電量範囲の中心蓄電量を設定すると共に該設定した中心蓄電量に基づいて前記複数のスイッチング素子のスイッチングを行なう周波数であるキャリア周波数を設定し、
(b)前記蓄電手段の蓄電量が前記設定した中心蓄電量に基づいて管理されると共に前記設定したキャリア周波数による前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機が駆動され、前記駆動軸に要求される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発電手段と前記電動機用駆動回路とを制御する、
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、操作者の操作状態や動力出力装置の状態に基づいて蓄電手段の蓄電量を管理するための管理用蓄電量範囲の中心蓄電量を設定すると共に設定した中心蓄電量に基づいて電動機用駆動回路の複数のスイッチング素子のスイッチングを行なう周波数であるキャリア周波数を設定し、蓄電手段の蓄電量が中心蓄電量に基づいて管理されると共に設定したキャリア周波数による複数のスイッチング素子のスイッチングにより電動機が駆動され、駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう発電手段と電動機用駆動回路とを制御する。即ち、中心蓄電量に基づくキャリア周波数による複数のスイッチング素子のスイッチングにより電動機を駆動するのである。これにより、電動機をより適正に駆動することができる。もとより、要求駆動力に基づく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する内燃機関であり、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には、エンジン22の運転状態を検出する各種センサからの信号、例えば、エンジン22のクランクシャフト26のクランク角を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどが入力されている。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。なお、エンジンECU24は、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neも演算している。
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、それぞれ複数のスイッチング素子を有するインバータ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の複数のスイッチング素子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。なお、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からの信号に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2も演算している。
バッテリ50は、リチウムイオン電池として構成されており、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。また、バッテリECU52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蓄電量SOCを演算したり、演算した蓄電量SOCと電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算している。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の蓄電量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。
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。なお、トルク変換運転モードと充放電運転モードは、いずれもエンジン22の運転を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モードという。
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,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ50の蓄電量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により検出されたモータMG1,MG2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。また、バッテリ50の蓄電量SOCは、図示しない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、バッテリ50の電池温度Tbとバッテリ50の蓄電量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とブレーキペダルポジションBP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*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とブレーキペダルポジションBP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とブレーキペダルポジションBP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3に要求トルク設定用マップの一例を示す。
続いて、運転者の操作としての過去のアクセル開度AccやブレーキペダルポジションBPに基づいてバッテリ50の蓄電量SOCを管理するための管理用蓄電量範囲の中心蓄電量である管理中心SOC*を設定する(ステップS120〜S140)。管理中心SOC*の設定は、実施例では、過去の所定時間(例えば、数分〜数十分程度)におけるアクセル開度Accの変化率であるアクセル変化率ΔAccとブレーキペダルポジションBPの変化率であるブレーキ変化率ΔBPとを設定し(ステップS120)、設定したアクセル変化率ΔAccをブレーキ変化率ΔBPで除することによりアクセル変化率ΔAccとブレーキ変化率ΔBPとの比であるアクセルブレーキ変化率比Ptabを計算し(ステップS130)、アクセルブレーキ変化率比Ptabと管理中心SOC*との関係を示すマップを用いてバッテリ50の管理中心SOC*を設定する(ステップS140)、ことにより行なうものとした。ここで、アクセル変化率ΔAccは、実施例では、過去の所定時間において、アクセル開度Accが前回のアクセル開度(前回Acc)に比して大きいとき即ちアクセルペダル83が踏み込まれていくときのアクセル開度の変化量(Acc−前回Acc)の平均値を設定するものとした。また、ブレーキ変化率ΔBPは、実施例では、過去の所定時間において、ブレーキペダルポジションBPが前回のブレーキペダルポジション(前回BP)に比して大きいとき即ちブレーキペダル85が踏み込まれていくときのブレーキペダルポジションの変化量(BP−前回BP)の平均値を設定するものとした。アクセルブレーキ変化率比Ptabと管理中心SOC*との関係の一例を示すマップを図4に示す。図中、管理用蓄電量範囲の上下限値Shi,Slowは、バッテリ50の特性などにより定められ、上限値Shiは例えば80%や85%,90%などを用いることができ、下限値Slowは例えば35%や40%,45%などを用いることができる。図4の例では、管理中心SOC*は、図示するように、アクセルブレーキ変化率比Ptabが大きいほど大きくなる傾向に設定される。アクセル変化率ΔAccが大きいほど即ち運転者が車両を加速させたいときにアクセルペダル83をより大きく踏み込むほど、また、ブレーキ変化率ΔBPが小さいほど即ち運転者が車両を減速させたいときにブレーキペダル85をより緩やかに踏み込むほどアクセルブレーキ変化率比Ptabは大きな値となるから、図4の例では、運転者が急加速を要求すると共に緩やかな減速を要求するほどバッテリ50の管理中心SOC*に大きい値が設定されることになる。このように管理中心SOC*を設定する理由については後述する。
こうしてバッテリ50の管理中心SOC*を設定すると、設定した管理中心SOC*と蓄電量SOCとを用いて充放電要求パワーPb*を設定すると共に(ステップS150)、要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものからバッテリ50の充放電要求パワーPb*を減じてロスLossを加えることにより車両に要求される要求パワーPe*を計算する(ステップS160)。充放電要求パワーPb*は、実施例では、蓄電量SOCから管理中心SOC*を減じた値(SOC−SOC*)と充放電要求パワーPb*との関係を予め定めて充放電要求パワー設定用マップとしてROM74に記憶しておき、値(SOC−SOC*)が与えられると記憶したマップから対応する充放電要求パワーPb*を導出して設定するものとした。充放電要求パワー設定用マップの一例を図5に示す。充放電要求パワーPb*は、図示するように、値(SOC−SOC*)が正のとき即ち蓄電量SOCが管理中心SOC*より大きいときには正(放電側)の値が設定され、値(SOC−SOC*)が負のとき即ち蓄電量SOCが管理中心SOC*より小さいときには負(充電側)の値が設定される。また、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(Nr=k・V)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(Nr=Nm2/Gr)によって求めることができる。
続いて、要求パワーPe*を閾値Prefと比較すると共に(ステップS170)、要求パワーPe*が閾値Pref未満のときには、バッテリ50の蓄電量SOCを閾値Srefと比較する(ステップS180)。ここで、閾値Prefは、エンジン22を比較的効率よく運転することができるパワー領域の下限値近傍の値を用いることができる。また、閾値Srefは、次にエンジン22を始動するために必要な電力量に相当する蓄電量SOCより大きな値として設定されており、実施例では、バッテリ50の蓄電量SOCを管理用蓄電量範囲内で管理するために管理用蓄電量範囲の下限値Slowより大きな値を用いるものとした。ステップS170,S180の処理は、前述のエンジン運転モードとモータ運転モードとを選択する処理であり、実施例では、要求パワーPe*が閾値Pref以上のときや要求パワーPe*が閾値Pref未満でバッテリ50の蓄電量SOCが閾値Sref未満のときにはエンジン運転モードを選択し、要求パワーPe*が閾値Pref未満でバッテリ50の蓄電量SOCが閾値Sref以上のときにはモータ運転モードを選択するものとした。
要求パワーPe*が閾値Pref以上のときや、要求パワーPe*が閾値Pref未満で蓄電量SOCが閾値Sref未満のときには、エンジン運転モードを選択し、要求パワーPe*に基づいてエンジン22を運転すべき運転ポイントとしての目標回転数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目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する様子を図6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、エンジン22の目標回転数Ne*とモータMG2の回転数Nm2と動力分配統合機構30のギヤ比ρと減速ギヤ35のギヤ比Gr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*と入力したモータMG1の回転数Nm1とエンジン22の目標トルクTe*と動力分配統合機構30のギヤ比ρとに基づいて式(2)によりモータMG1から出力すべきトルクとしてのトルク指令Tm1*を計算する(ステップS200)。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。エンジン22からパワーを出力している状態で走行しているときの動力分配統合機構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の一例を図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(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、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。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*=-ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
そして、要求トルクTr*に設定したトルク指令Tm1*を動力分配統合機構30のギヤ比ρで除したものを加えて更に減速ギヤ35のギヤ比Grで除してモータMG2から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクTm2tmpを次式(3)により計算すると共に(ステップS210)、バッテリ50の入出力制限Win,Woutと設定したトルク指令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Tm2min,Tm2maxを次式(4)および式(5)により計算すると共に(ステップS220)、設定した仮トルクTm2tmpを式(6)によりトルク制限Tm2min,Tm2maxで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS230)。ここで、式(3)は、図7の共線図から容易に導くことができる。
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (3)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (5)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (6)
次に、バッテリ50の管理中心SOC*に基づいてモータMG2の負荷として予測される予測負荷Lestを設定すると共に(ステップS240)、設定した予測負荷Lestに基づいてインバータ42のキャリア周波数CFの基本値としての基本キャリア周波数CFbを設定し(ステップS250)、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*,インバータ42の基本キャリア周波数CFbについてはモータECU40にそれぞれ送信して(ステップS260)、駆動制御ルーチンを終了する。ステップS240のモータMG2の予測負荷Lestを設定する処理やステップS250のインバータ42の基本キャリア周波数CFbを設定する処理については後述する。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における吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Tm1*,Tm2*や基本キャリア周波数CFbを受信したモータECU40は、モータMG1の駆動状態(回転数やトルク)に基づくキャリア周波数CF1によるインバータ41のスイッチング素子のスイッチングによりトルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されるようスイッチング制御を行なうと共に基本キャリア周波数CFbに対してモータMG2の駆動状態(回転数やトルク)に基づく補正係数を乗じて設定したキャリア周波数CF2によるインバータ42のスイッチング素子のスイッチングによりトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようスイッチング制御を行なう。こうした制御により、エンジン運転モードのときには、バッテリ50の蓄電量SOCを管理中心SOC*に基づいて管理することができると共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でエンジン22を効率よく運転して駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行することができる。
一方、ステップS170,S180で要求パワーPe*が閾値Pref未満でバッテリ50の蓄電量SOCが閾値Sref以上のときには、モータ運転モードを選択し、エンジン22が停止されるようエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*に値0を設定すると共に(ステップS270)、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定し(ステップS280)、ステップS210以降の処理を実行する。これにより、モータ運転モードのときには、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でモータMG2からリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行することができる。
このように、過去のアクセル開度AccやブレーキペダルポジションBPに基づいて設定されるバッテリ50の管理中心SOC*を用いてエンジン運転モードやモータ運転モードで走行することにより、運転者の操作を考慮してバッテリ50の蓄電量SOCをより適正に管理することができる。ハイブリッド自動車20では、エンジン運転モードでの加速時には、エンジン22の応答性がモータMG1,MG2などに比して遅いことから、不足する動力をモータMG1による発電電力やバッテリ50からの放電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に出力することになる。また、モータ運転モードのときには、要求動力に見合う動力をバッテリ50からの放電電力を用いてモータMG2からリングギヤ軸32aに出力することになる。実施例では、これらを考慮して、アクセルブレーキ変化率比Ptabが比較的大きいとき(運転者が急加速や緩やかな減速を比較的多く要求するとき)に、運転者の加速要求により十分に対応することができるようにするために、管理中心SOC*に比較的大きい値を設定してバッテリ50から放電可能な電力量を大きくするものとした。なお、この場合、エンジン運転モードで定常走行しているときにはバッテリ50の蓄電量SOCは比較的大きい管理中心SOC*近傍で管理されるが、運転者によって急加速が要求されたり要求動力が比較的小さいときにモータ運転モードがより継続されたりしやすいため、バッテリ50からは放電が行なわれやすい。一方、アクセルブレーキ変化率比Ptabが比較的小さいとき(運転者が緩やかな加速を比較的多く要求するとき)には、加速時でも前述の不足する動力は比較的小さいことが多くバッテリ50からの放電を伴わずにまたは比較的小さな電力の放電を伴って加速できることが多いため、エネルギ効率の向上を図るために、管理中心SOC*に比較的小さい値を設定して、制動時にモータMG2を回生駆動してより大きな電力量をバッテリ50に充電することができるようにした。
次に、ステップS240のモータMG2の予測負荷Lestを設定する処理やステップS250のインバータ42の基本キャリア周波数CFbを設定する処理について説明する。まず、モータMG2の予測負荷Lestを設定する処理について説明する。モータMG2の予測負荷Lestは、実施例では、管理中心SOC*と予測負荷Lestとの関係を予め定めて予測負荷設定用マップとしてROM74に記憶しておき、管理中心SOC*が与えられると記憶したマップから対応する予測負荷Lestを導出して設定するものとした。予測負荷設定用マップの一例を図8に示す。予測負荷Lestは、図示するように、管理中心SOC*が大きいほど大きくなる傾向に設定するものとした。実施例では、前述したように、運転者によって急加速が要求されやすいときにその要求により十分に対応できるようにするために管理中心SOC*に比較的大きい値を設定するものとした。したがって、管理中心SOC*が比較的高いときには、モータMG2の負荷は比較的大きくなりやすいと考えられる。実施例では、これを考慮して管理中心SOC*が大きいほど大きくなる傾向にモータMG2の予測負荷Lestを設定するものとした。
続いて、インバータ42の基本キャリア周波数CFbを設定する処理について説明する。インバータ42の基本キャリア周波数CFbは、実施例では、予測負荷Lestと基本キャリア周波数CFbとの関係を予め定めて基本キャリア周波数設定用マップとしてROM74に記憶しておき、予測負荷Lestが与えられると記憶したマップから対応する基本キャリア周波数CFbを導出して設定するものとした。基本キャリア周波数設定用マップの一例を図9に示す。基本キャリア周波数CFbは、図示するように、予測負荷Lestが大きいほど小さくなる傾向に設定される。予測負荷Lestが比較的大きいときには、インバータ42の複数のスイッチング素子に比較的大きな電流が流れるため、スイッチング素子のスイッチングによる損失も大きくなる。また、キャリア周波数CFが大きいと、単位時間あたりのスイッチング回数が大きくなるため、その損失はより大きくなる。実施例では、こうした不都合を回避するために、予測負荷Lestが大きいほど小さくなる傾向に基本キャリア周波数CFbを設定するものとした。これにより、モータMG2の負荷が比較的大きくなりやすいときに、インバータ42のスイッチング素子のスイッチングによる損失を抑制することができる。この結果、インバータ42の過度の発熱を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の管理中心SOC*が大きいほど大きくなる傾向にモータMG2の予測負荷Lestを設定すると共に設定した予測負荷Lestが大きいほど小さくなる傾向にインバータ42の基本キャリア周波数CFbを設定し、基本キャリア周波数CFbに基づくキャリア周波数CF2によるインバータ42のスイッチング素子のスイッチングによりモータMG2を駆動するから、モータMG2の負荷が比較的大きくなりやすいときに、インバータ42のスイッチング素子のスイッチングによる損失を抑制することができる。即ち、より適正なキャリア周波数CF2によるインバータ42のスイッチング素子のスイッチングにより、モータMG2をより適正に駆動することができる。もとより、要求トルクTr*に基づくトルクを駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、バッテリ50の管理中心SOC*に基づいてモータMG2の予測負荷Lestを設定すると共に設定した予測負荷Lestに基づいてインバータ42の基本キャリア周波数CFbを設定するものとしたが、モータMG2の予測負荷Lestを設定することなく、バッテリ50の管理中心SOC*に基づいて直接的にインバータ42の基本キャリア周波数CFbを設定するものとしてもよい。この場合の管理中心SOC*と基本キャリア周波数CFbとの関係の一例を図10に示す。図10の例では、基本キャリア周波数CFbは、管理中心SOC*が大きいほど小さくなる傾向に設定される。これにより、実施例と同様の効果を奏することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、アクセル変化率ΔAccやブレーキ変化率ΔBPに基づいてバッテリ50の管理中心SOC*を設定するものとしたが、過去のアクセル開度AccやブレーキペダルポジションBPに基づいて管理中心SOC*を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。例えば、アクセル変化率ΔAccやブレーキ変化率ΔBPに代えてまたは加えて、過去の所定時間のうちのアクセルオンの時間であるアクセル時間taやその所定時間のうちのブレーキオンの時間であるブレーキ時間tbを用いて管理中心SOC*を設定するものとしたり、過去の所定時間のうちアクセルオンのときのアクセル開度Accの積算値やその所定時間のうちブレーキオンのときのブレーキペダルポジションBPの積算値を用いて管理中心SOC*を設定するものとしてもよい。また、過去の所定時間に限られず、例えば、前回にイグニッションオフされるまでなどのアクセル開度AccやブレーキペダルポジションBPを用いて管理中心SOC*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、運転者の操作としての過去のアクセル開度AccとブレーキペダルポジションBPとに基づいてバッテリ50の蓄電量SOC*を設定するものとしたが、これに代えてまたは加えて、車両の状態としての車速Vや車重Mを用いて管理中心SOC*を設定するものとしてもよい。この場合、車速Vや車重Mが大きいほど小さくなる傾向にバッテリ50の管理中心SOC*を設定するものとしてもよい。これは、車速Vや車重Mが大きいほど制動時にモータMG2の回生駆動によって発生する電力が大きくなると考えられるためである。なお、車重Mは、例えば、走行用の駆動力Fを車両の加速度αで除することにより計算することができる。また、走行用の駆動力Fは、例えば、要求トルクTr*に換算係数を乗じて求めたものを用いることができ、車両の加速度αは、例えば、図示しない加速度センサにより検出された値を用いることができる。さらに、車速Vに代えて駆動軸としてのリングギヤ軸32aの回転数Nrを用いることもできる。
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG1の駆動状態(回転数やトルク)に基づくキャリア周波数CF1によるインバータ41のスイッチング素子のスイッチングによりモータMG1を駆動すると共に基本キャリア周波数CFbに対してモータMG2の駆動状態(回転数やトルク)に基づく補正係数を乗じて設定したキャリア周波数CF2によるインバータ42のスイッチング素子のスイッチングによりモータMG2を駆動するものとしたが、所定のキャリア周波数によるインバータ41のスイッチング素子のスイッチングによりモータMG1を駆動すると共に基本キャリア周波数CFbによるインバータ42のスイッチング素子のスイッチングによりモータMG2を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、減速ギヤ35を介して駆動軸としてのリングギヤ軸32aにモータMG2を取り付けるものとしたが、リングギヤ軸32aにモータMG2を直接取り付けるものとしてもよいし、減速ギヤ35に代えて2段変速や3段変速,4段変速などの変速機を介してリングギヤ軸32aにモータMG2を取り付けるものとしても構わない。
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11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11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12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13の変形例のハイブリッド自動車320に例示するように、エンジン22に発電用のモータMG1が取り付けられていると共に走行用のモータMG2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限定されるものではなく、図14の変形例の燃料電池自動車420に例示するように、燃料電池430からの発電電力をDC/DCコンバータ440によって昇圧してバッテリ50やモータMGに供給する構成としてもよい。
また、こうしたハイブリッド自動車や燃料電池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。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22とモータMG1と動力分配統合機構30とが「発電手段」に相当し、モータMG2が「電動機」に相当し、リチウムイオン電池として構成されたバッテリ50が「蓄電手段」に相当し、インバータ42が「電動機用駆動回路」に相当し、アクセル開度AccとブレーキペダルポジションBPと車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定する図2の駆動制御ルーチンのステップS110の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「要求駆動力設定手段」に相当し、運転者の操作としての過去のアクセル開度AccとブレーキペダルポジションBPとに基づいてバッテリ50の蓄電量SOC*を設定すると共にバッテリ50の管理中心SOC*に基づいて基本キャリア周波数CFbを設定してモータECU40に送信する図2の駆動制御ルーチンのステップS120〜S140,S240〜S260の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70と、受信した基本キャリア周波数CFbに基づいてキャリア周波数CF2を設定するモータECU40とが「キャリア周波数設定手段」に相当し、バッテリ50の蓄電量SOCが管理中心SOC*に基づいて管理されると共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルク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*を設定してエンジンECU24やモータECU40に送信する図2の駆動制御ルーチンのステップS150〜S230,S260の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70と、受信した目標回転数Ne*や目標トルクTe*に基づいてエンジン22を制御するエンジンECU24と、キャリア周波数CF1を用いてトルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されるようインバータ41のスイッチング制御を行なうと共に基本キャリア周波数CFbに基づくキャリア周波数CF2を用いてトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようインバータ42のスイッチング制御を行なうモータECU40とが「制御手段」に相当する。また、エンジン22が「内燃機関」に相当し、モータMG1や対ロータ電動機230が「発電機」に相当し、インバータ41が「発電機用駆動回路」に相当し、動力分配統合機構30が「3軸式動力入出力手段」に相当する。さらに、燃料電池430も「発電手段」に相当する。
ここで、「発電手段」としては、エンジン22とモータMG1と動力分配統合機構30とを組み合わせたものや燃料電池430に限定されるものではなく、燃料の供給を受けて発電可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG2に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を出力可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「蓄電手段」としては、リチウムイオン電池として構成されたバッテリ50に限定されるものではなく、ニッケル水素電池としたり鉛蓄電池としたりするなど、発電手段に接続され充放電可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「電動機用駆動回路」としては、インバータ42に限定されるものではなく、電動機と蓄電手段とに接続され、複数のスイッチング素子のスイッチングにより電動機を駆動するものであれば如何なるものとしても構わない。「要求駆動力設定手段」としては、アクセル開度AccとブレーキペダルポジションBPと車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定するものに限定されるものではなく、車速Vを考慮せずにアクセル開度AccとブレーキペダルポジションBPとに基づいて要求トルクを設定するものなど、駆動軸に要求される要求駆動力を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「キャリア周波数設定手段」としては、運転者の操作としての過去のアクセル開度AccとブレーキペダルポジションBPとに基づいてバッテリ50の蓄電量SOC*を設定すると共にバッテリ50の管理中心SOC*に基づいて基本キャリア周波数CFbを設定してこの基本キャリア周波数CFbに基づいてキャリア周波数CF2を設定するものに限定されるものではなく、運転者の操作に代えてまたは加えて車両の状態としての車速Vや車重Mに基づいてバッテリ50の管理中心SOC*を設定するものとするなど、操作者の操作状態および/または動力出力装置の状態に基づいて蓄電手段の蓄電量を管理するための管理用蓄電量範囲の中心蓄電量を設定すると共に設定した中心蓄電量に基づいて複数のスイッチング素子のスイッチングを行なう周波数であるキャリア周波数を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット70とエンジンECU24とモータECU40とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、バッテリ50の蓄電量SOCが管理中心SOC*に基づいて管理されると共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルク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*を設定し、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とに基づいてエンジン22を制御すると共にキャリア周波数CF1を用いてトルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されるようインバータ41のスイッチング制御を行なうと共に基本キャリア周波数CFbに基づくキャリア周波数CF2を用いてトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようインバータ42のスイッチング制御を行なうものに限定されるものではなく、蓄電手段の蓄電量が中心蓄電量に基づいて管理されると共にキャリア周波数による複数のスイッチング素子のスイッチングにより電動機が駆動され、要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう発電手段と電動機用駆動回路とを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。「内燃機関」としては、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に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG1や対ロータ電動機230に限定されるものではなく、誘導電動機など、内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「発電機用駆動回路」としては、インバータ41に限定されるものではなく、発電機を駆動するものであれば如何なるものとしても構わない。「3軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構30に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて4以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、駆動軸と内燃機関の出力軸と発電機の回転軸との3軸に接続され3軸のうちのいずれかに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ものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
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、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。 アクセルブレーキ変化率比Ptabと管理中心SOC*との関係の一例を示すマップである。 充放電要求パワー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*と目標トルクTe*とを設定する様子を示す説明図である。 エンジン22からパワーを出力している状態で走行しているときの動力分配統合機構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の一例を示す説明図である。 予測負荷設定用マップの一例を示す説明図である。 基本キャリア周波数設定用マップの一例を示す説明図である。 変形例の基本キャリア周波数設定用マップ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。 変形例のハイブリッド自動車320の構成の概略を示す構成図である。 変形例の燃料電池自動車420の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
20,120,220,320 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、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、420 燃料電池自動車、430 燃料電池、440 DC/DCコンバータ、MG1,MG2,MG 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、
    燃料の供給を受けて発電可能な発電手段と、
    前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
    前記発電手段に接続され、充放電可能な蓄電手段と、
    前記電動機と前記蓄電手段とに接続され、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する電動機用駆動回路と、
    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、
    操作者の操作状態および/または前記動力出力装置の状態に基づいて前記蓄電手段の蓄電量を管理するための管理用蓄電量範囲の中心蓄電量を設定すると共に該設定した中心蓄電量に基づいて前記複数のスイッチング素子のスイッチングを行なう周波数であるキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段と、
    前記蓄電手段の蓄電量が前記設定された中心蓄電量に基づいて管理されると共に前記設定されたキャリア周波数による前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機が駆動され、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発電手段と前記電動機用駆動回路とを制御する制御手段と、
    を備える動力出力装置。
  2. 前記キャリア周波数設定手段は、前記設定された中心蓄電量に基づいて前記電動機に要求される負荷の程度を推定すると共に該推定した負荷の程度に基づいて前記キャリア周波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. 前記キャリア周波数設定手段は、前記推定した負荷の程度が大きいほど小さくなる傾向に前記キャリア周波数を設定する手段である請求項2記載の動力出力装置。
  4. 前記キャリア周波数設定手段は、前記駆動軸の回転数を増加させるときに前記蓄電手段から放電が行なわれやすいほど大きくなる傾向に前記中心蓄電量を設定すると共に該設定した中心蓄電量が大きいほど大きくなる傾向に前記電動機に要求される負荷の程度を推定する手段である請求項2または3記載の動力出力装置。
  5. 前記キャリア周波数設定手段は、前記駆動軸の回転数を増加させるときに前記蓄電手段から放電が行なわれやすいほど大きくなる傾向に前記中心蓄電量を設定すると共に該設定した中心蓄電量が大きいほど小さくなる傾向に前記キャリア周波数を設定する手段である請求項1記載の動力出力装置。
  6. 前記発電手段は、内燃機関と、該内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能な発電機と、前記発電機を駆動する発電機用駆動回路と、を備える手段である請求項1ないし5のいずれか1つの請求項に記載の動力出力装置。
  7. 前記発電手段は、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との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を備える手段である請求項6記載の動力出力装置。
  8. 請求項1ないし7のいずれか1つの請求項に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。
  9. 燃料の供給を受けて発電可能な発電手段と、駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記発電手段に接続され充放電可能な蓄電手段と、前記電動機と前記蓄電手段とに接続され複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する電動機用駆動回路と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
    (a)操作者の操作状態および/または前記動力出力装置の状態に基づいて前記蓄電手段の蓄電量を管理するための管理用蓄電量範囲の中心蓄電量を設定すると共に該設定した中心蓄電量に基づいて前記複数のスイッチング素子のスイッチングを行なう周波数であるキャリア周波数を設定し、
    (b)前記蓄電手段の蓄電量が前記設定した中心蓄電量に基づいて管理されると共に前記設定したキャリア周波数による前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機が駆動され、前記駆動軸に要求される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発電手段と前記電動機用駆動回路とを制御する、
    ことを特徴とする動力出力装置の制御方法。
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