JP2009248600A - 動力出力装置およびこれを備える車両並びに動力出力装置の制御方法 - Google Patents

動力出力装置およびこれを備える車両並びに動力出力装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】二次電池などの蓄電装置の入出力制限を考慮するだけでなく電動機から出力するトルクの変化量を考慮してより適正に電動機や発電機を駆動する。
【解決手段】モータＭＧ１，ＭＧ２から駆動軸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条件と、モータＭＧ１，ＭＧ２から入出力される電力の総和がバッテリの入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内となる条件と、モータＭＧ２のトルクが負の値の許容最大変化量ΔＴから前回のトルク指令Ｔｍ２＊に許容最大変化量ΔＴを加えた値までの範囲内となる条件とを満たす範囲内でトルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定してモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共にバッテリの入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊を駆動軸に出力するようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（Ｓ１６０〜Ｓ２１０）。
【選択図】図５

Description

本発明は、動力出力装置およびこれを備える車両並びに動力出力装置の制御方法に関する。
従来、この種の動力出力装置としては、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車軸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、プラネタリギヤのサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、駆動軸に接続されたモータＭＧ２とを備え、バッテリの充放電の制限の範囲内でエンジンを定常走行時動作線上で運転しながら走行に要求される要求トルクを出力するようエンジンと二つのモータＭＧ１，ＭＧ２を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、エンジンの運転ポイントとしての目標回転数と目標トルクとを設定し、そのエンジンが目標回転数で回転するようモータＭＧ１の目標トルクを設定し、その目標トルクをバッテリを充放電してもよい最大電力である入出力制限から得られる最大制限トルク値により制限することによりモータＭＧ１のトルクを設定して制御している。
特開２０００−１１５９１３号公報
しかしながら、上述の動力出力装置では、要求トルクが急変したときには、二つのモータを適正な駆動ポイントで駆動することが困難な場合が生じる。モータからのトルクを急変するときには、モータを駆動するインバータに過電流が流れないようにトルク変化に対して単位時間当たりの最大変化量が定められている場合が多い。そのため、モータのトルクを変化させるときには、モータの定格値を考えるだけでなく、トルク変化に対する最大変化量を考慮しなければ、モータをより適正に駆動することができない。また、バッテリからの電力を昇圧してモータに供給する昇圧回路を備える装置では、昇圧回路を何ら作動させずにバッテリからの電圧をそのままモータ側に供給しているときと昇圧回路によりバッテリからの電圧より高い電圧をモータ側に供給しているときとでは昇圧回路の作動状態が異なるため、インバータに流れる電流の単位時間当たりの変化量が異なり、モータのトルク変化に対する単位時間当たりの最大変化量も異なることになる。
本発明の動力出力装置およびこれを備える車両並びに動力出力装置の制御方法は、二次電池などの蓄電装置の入出力制限を考慮するだけでなく電動機から出力するトルクの変化量を考慮してより適正に電動機や発電機を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これを備える車両並びに動力出力装置の制御方法は、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、
内燃機関と、
動力を入出力する発電機と、
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と、
前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、
前記発電機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、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電してもよい最大電力としての入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、
前記駆動軸に要求される要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、
前記発電機から入出力する発電機入出力電力と前記電動機から入出力する電動機入出力電力との和が前記設定された入出力制限の範囲内となる入出力条件と、前記発電機から出力するトルクに基づいて前記駆動軸に作用するトルクと前記電動機から出力するトルクに基づいて前記駆動軸に作用するトルクとの和が値０から前記設定された要求トルクの範囲内となる駆動トルク条件と、前記電動機から出力するトルクが前記電動機が出力しているトルクから変更が許容される許容トルク範囲内となる電動機トルク変更条件と、を含む設定条件を満たす範囲内で所定の制約に基づいて前記内燃機関を運転すると共に前記設定された要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機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、発電機から入出力する発電機入出力電力と電動機から入出力する電動機入出力電力との和が蓄電手段を充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内となる入出力条件と、発電機から出力するトルクに基づいて駆動軸に作用するトルクと電動機から出力するトルクに基づいて駆動軸に作用するトルクとの和が値０から駆動軸に要求される要求トルクの範囲内となる駆動トルク条件と、電動機から出力するトルクが電動機が出力しているトルクから変更が許容される許容トルク範囲内となる電動機トルク変更条件と、を含む設定条件を満たす範囲内で所定の制約に基づいて内燃機関を運転すると共に要求トルクが駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機とを制御する。これにより、蓄電手段の入出力制限を考慮するだけでなく、電動機のトルクの変更の際に許容される許容トルク範囲内を考慮して内燃機関と発電機と電動機とを駆動することができる。この結果、発電機や電動機をより適正に駆動することができる。
こうした本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記発電機が出力するトルクが前記発電機が出力しているトルクから変更が許容される範囲内となる発電機トルク変更条件を前記設定条件の１つとして含んで前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電動機のトルクの変更の際に許容される許容トルク範囲だけでなく発電機のトルクの変更の際に許容されるトルクの範囲を考慮して発電機や電動機を駆動することができ、より適正に発電機や電動機を駆動することができる。
また、本発明の動力出力装置において、前記電動機トルク変更条件は、前記電動機が出力するトルクが前記電動機が出力しているトルクから変更トルクだけ大きいトルクと値０から前記変更トルクだけ小さいトルクとからなる範囲を前記許容トルク範囲とする条件であるものとすることもできる。この場合、前記蓄電手段側の電圧に対する前記発電機および前記電動機側の電圧の調整を行なうことにより前記蓄電手段と前記発電機および前記電動機との電力のやりとりを行なう電圧調整手段を備え、前記電動機トルク変更条件は、前記電圧調整手段により前記発電機および前記電動機側の電圧が前記蓄電手段側の電圧と同一の電圧とされているときには第１のトルクを前記変更トルクとして用いて得られる範囲を前記許容トルク範囲とする条件であり、前記電圧調整手段により前記発電機および前記電動機側の電圧が前記蓄電手段側の電圧より高い電圧とされているときには前記第１のトルクより大きな第２のトルクを前記変更トルクとして用いて得られる範囲を前記許容トルク範囲とする条件である、ものとすることもできる。こうすれば、電圧調整手段の作動状態に応じてより適正に発電機や電動機を駆動することができる。
さらに、本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記設定された要求トルクと前記所定の制約と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と共に前記設定条件を満たす範囲内で前記内燃機関を前記設定した目標運転ポイントで運転すると共に前記設定された要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記発電機および前記電動機のトルク指令を設定し、前記設定したトルク指令により前記発電機および前記電動機を駆動すると共に前記所定の制約により前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御す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、動力を入出力する発電機と、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と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記発電機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、前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電してもよい最大電力としての入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、前記駆動軸に要求される要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、前記発電機から入出力する発電機入出力電力と前記電動機から入出力する電動機入出力電力との和が前記設定された入出力制限の範囲内となる入出力条件と、前記発電機から出力するトルクに基づいて前記駆動軸に作用するトルクと前記電動機から出力するトルクに基づいて前記駆動軸に作用するトルクとの和が値０から前記設定された要求トルクの範囲内となる駆動トルク条件と、前記電動機から出力するトルクが前記電動機が出力しているトルクから変更が許容される許容トルク範囲内となる電動機トルク変更条件と、を含む設定条件を満たす範囲内で所定の制約に基づいて前記内燃機関を運転すると共に前記設定された要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機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、蓄電手段の入出力制限を考慮するだけでなく、電動機のトルクの変更の際に許容される許容トルク範囲内を考慮して内燃機関と発電機と電動機とを駆動することができる効果、そして、この結果として発電機や電動機をより適正に駆動することができる効果、などと同様な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、動力を入出力する発電機と、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と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記発電機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、
前記発電機から入出力する発電機入出力電力と前記電動機から入出力する電動機入出力電力との和が前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内となる入出力条件と、前記発電機から出力するトルクに基づいて前記駆動軸に作用するトルクと前記電動機から出力するトルクに基づいて前記駆動軸に作用するトルクとの和が値０から前記駆動軸に要求される要求トルクの範囲内となる駆動トルク条件と、前記電動機から出力するトルクが前記電動機が出力しているトルクから変更が許容される許容トルク範囲内となる電動機トルク変更条件と、を含む設定条件を満たす範囲内で所定の制約に基づいて前記内燃機関を運転すると共に前記要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御する、
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、発電機から入出力する発電機入出力電力と電動機から入出力する電動機入出力電力との和が蓄電手段を充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内となる入出力条件と、発電機から出力するトルクに基づいて駆動軸に作用するトルクと電動機から出力するトルクに基づいて駆動軸に作用するトルクとの和が値０から駆動軸に要求される要求トルクの範囲内となる駆動トルク条件と、電動機から出力するトルクが電動機が出力しているトルクから変更が許容される許容トルク範囲内となる電動機トルク変更条件と、を含む設定条件を満たす範囲内で所定の制約に基づいて内燃機関を運転すると共に要求トルクが駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機とを制御する。これにより、蓄電手段の入出力制限を考慮するだけでなく、電動機のトルクの変更の際に許容される許容トルク範囲内を考慮して内燃機関と発電機と電動機とを駆動することができる。この結果、発電機や電動機をより適正に駆動することができる。
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ハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２はモータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系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１に示すように、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に減速ギヤ３５を介して接続されたモータＭＧ２と、直流電流を交流電流に変換してモータＭＧ１，ＭＧ２に供給可能なインバータ４１，４２と、バッテリ５０からの電力をその電圧を変換してインバータ４１，４２に供給可能な昇圧回路５５と、バッテリ５０と昇圧回路５５とに介在するシステムメインリレー５６と、車両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、図２に示すように、いずれも外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備え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および昇圧回路５５を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。実施例では、モータＭＧ１，ＭＧ２およびインバータ４１，４２として、定格値として入力最大電圧Ｖｓｅｔ（例えば６５０Ｖ）のものを用いた。インバータ４１，４２は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６は、それぞれインバータ４１，４２が電力ライン５４として共用する正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとの間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータＭＧ１，ＭＧ２を回転駆動することができる。インバータ４１，４２は、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとを共用しているから、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。なお、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとには平滑用のコンデンサ５７が接続されている。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のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６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。また、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。
昇圧回路５５は、図２に示すように、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとにより構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ４１，４２の正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと負極母線５４ｂとにはそれぞれシステムメインリレー５６を介してバッテリ５０の正極端子と負極端子とが接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフ制御することによりバッテリ５０の直流電力をその電圧を昇圧してインバータ４１，４２に供給したり正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに作用している直流電圧を降圧してバッテリ５０を充電したりすることができる。リアクトルＬと負極母線５４ｂとには平滑用のコンデンサ５８が接続されている。以下、昇圧回路５５より電力ライン５４側を高電圧系といい、昇圧回路５５よりバッテリ５０側を低電圧系という。
バッテリ５０は、例えば定格電圧が２００Ｖのリチウムイオン二次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。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５１ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて残容量ＳＯＣを演算したり、演算した残容量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。
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、温度センサ５５ａからの昇圧回路５５の温度Ｔｕｐ（例えば、リアクトルＬの温度）や、電圧センサ５７ａからのコンデンサ５７の電圧（以下、高電圧系の電圧ＶＨという），電圧センサ５８ａからのコンデンサ５８の電圧，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からは、昇圧回路５５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号やシステムメインリレー５６への駆動信号など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５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，電圧センサ５７ａからの高電圧系の電圧Ｖｈ，電圧センサ５８ａからの低電圧系の電圧Ｖｌｏｗ，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（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、設定した要求パワー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、高電圧系の電圧Ｖｈと低電圧系の電圧Ｖｌｏｗとが一致しているか否かを判定し（ステップＳ１３０）、高電圧系の電圧Ｖｈと低電圧系の電圧Ｖｌｏｗとが一致していないときにはモータＭＧ２のトルク変化に対する許容最大変化量ΔＴとして値ΔＴｈｉを設定し（ステップＳ１４０）、高電圧系の電圧Ｖｈと低電圧系の電圧Ｖｌｏｗとが一致しているときには許容最大変化量ΔＴとして値ΔＴｈｉより小さい値ΔＴｌｏｗを設定する（ステップＳ１５０）。ここで、高電圧系の電圧Ｖｈと低電圧系の電圧Ｖｌｏｗとが一致しているときには、昇圧回路５５は、上アームとなるトランジスタＴ３１はオン状態を保持しており、トランジスタＴ３１，Ｔ３２はスイッチングしていない状態となる。この状態でモータＭＧ２のトルクを急変させると、インバータ４２に流れる電流が急増し、過電流を生じてしまうおそれがあるため、モータＭＧ２のトルク変化に対する許容最大変化量は比較的小さくする必要がある。一方、高電圧系の電圧Ｖｈと低電圧系の電圧Ｖｌｏｗとが一致していないときには、昇圧回路５５は、二つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２がスイッチングしている状態となる。このとき、モータＭＧ２のトルクを急変させても、インバータ４２に流れる電流は二つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２がスイッチングしていない状態のときに比して小さくなるため、モータＭＧ２のトルク変化に対する許容最大変化量は比較的大きくすることができる。これが、高電圧系の電圧Ｖｈと低電圧系の電圧Ｖｌｏｗとが一致しているときと一致していないときでモータＭＧ２のトルク変化に対する許容最大変化量ΔＴを異ならせる理由である。
こうして許容最大変化量ΔＴを設定すると、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とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクＴｍ１ｔｍｐを計算する（ステップＳ１６０）。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。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/ρ (1)
Tm1tmp=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
続いて、式（３）〜（５）を共に満たすようモータＭＧ１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Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定し（ステップＳ１７０）、設定した仮トルクＴｍ１ｔｍｐを式（６）によりトルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘで制限してモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップ１８０）。ここで、式（３）はモータＭＧ１やモータＭＧ２によりリングギヤ軸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（駆動トルク条件）であり、式（４）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（入出力条件）であり、式（５）は、モータＭＧ２のトルク変化が負の値としての許容最大変化量ΔＴからそのときにモータＭＧ２が出力しているトルク（前回のトルク指令Ｔｍ２＊）に許容最大変化量ΔＴを加えた値までの範囲内となる関係（モータトルク変更条件）である。トルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘの一例を図９に示す。トルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘは、図中斜線で示した領域内のトルク指令Ｔｍ１＊の最大値と最小値として求めることができる。なお、モータトルク変更条件として範囲の下限を負の値としての許容最大変化量ΔＴとしたのは、トルクを小さくする場合には、過電流は生じ難いからである。モータトルク変更条件を考慮しないと、駆動トルク条件と入出力条件とによる平行四辺形の範囲内でトルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定することになる。図９の例では、トルク制限Ｔｍ１ｍｉｎはモータトルク変更条件を考慮したときよりも小さな値となる。そして、このトルク制限Ｔｍ１ｍｉｎで仮トルクＴｍ１ｔｍｐを制限してトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動すると、モータＭＧ２から出力することができない駆動ポイントでモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動することになり、インバータ４２に過電流が生じる場合も生じることになる。実施例では、モータトルク変更条件を考慮することにより、こうした不都合を回避することができる。
0≦−Tm1/ρ＋Tm2・Gr≦Tr* (3)
Win≦Tm1・Nm1＋Tm2・Nm2≦Wout (4)
−ΔT≦Tm2≦前回Tm2*＋ΔT (5)
Tm1*=max(min(Tm1tmp,Tm1max),Tm1min) (6)
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（７）により計算すると共に（ステップＳ１９０）、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（８）および式（９）により計算し（ステップＳ２００）、設定した仮トルクＴｍ２ｔｍｐを式（１０）によりトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘおよび負の値としての許容最大変化量ΔＴから前回のトルク指令Ｔｍ２＊に許容最大変化量ΔＴを加えた値までの範囲で制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２１０）。ここで、式（７）は、図８の共線図から容易に導くことができる。
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (7)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (8)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (9)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max,前回Tm2*+ΔT),Tm2min,-ΔT) (10)
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（ステップＳ２２０）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における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＊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。こうした制御により、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でエンジン２２を効率よく運転すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２を適正に駆動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。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ１やモータＭＧ２によりリングギヤ軸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（駆動トルク条件）と、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（入出力条件）と、モータＭＧ２のトルク変化が負の値としての許容最大変化量ΔＴからそのときにモータＭＧ２が出力しているトルク（前回のトルク指令Ｔｍ２＊）に許容最大変化量ΔＴを加えた値までの範囲内となる関係（モータトルク変更条件）とを満たす範囲内でエンジン２２を要求トルクＴｒ＊に基づいて設定された目標回転数Ｎｅ＊で回転させるためにモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊を設定し、モータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲および負の値としての許容最大変化量ΔＴから前回のトルク指令Ｔｍ２＊に許容最大変化量ΔＴを加えた値までの範囲内で要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するようモータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊を設定してエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するから、インバータ４２に過電流を生じさせることなく、モータＭＧ１，ＭＧ２をより適正に駆動することができる。しかも、昇圧回路５５の作動状態に応じて許容最大変化量ΔＴを設定するから、昇圧回路５５の作動状態に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２をより適正に駆動することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、駆動トルク条件と入出力条件に加えてモータＭＧ２のトルク変化が負の値としての許容最大変化量ΔＴからそのときにモータＭＧ２が出力しているトルクに許容最大変化量ΔＴを加えた値までの範囲内となる関係（モータトルク変更条件）を考慮してモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定するものとしたが、こうした条件に更に加えて、次式（１１）に示すモータＭＧ１のトルク変化がモータＭＧ１が出力しているトルクから許容最大変化量ΔＴ１を減じた値から正の値としての許容最大変化量ΔＴ１までの範囲内となる関係（モータＭＧ１に対するモータトルク変更条件）を考慮してモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定するものとしてもよい。こうすれば、インバータ４１に過電流を生じさせることなく、モータＭＧ１，ＭＧ２をより適正に駆動することができる。
前回Tm1*−ΔT1≦Tm1≦ΔT1 (11)
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１やモータＭＧ２によりリングギヤ軸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（駆動トルク条件）として上述の式（３）を用いたが、次式（１２）に示すように、モータＭＧ１やモータＭＧ２，エンジン２２の回転系のイナーシャを考慮した係数ｋを用いるものとしてもよい。こうすれば、モータＭＧ１やモータＭＧ２，エンジン２２の回転数の変化によって駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクが変化するのも考慮することができる。なお、係数ｋは、モータＭＧ１やモータＭＧ２，エンジン２２の回転数の変化が大きいほど大きくなるよう設定される。
0≦−（1−k)・Tm1/ρ＋Tm2・Gr≦Tr* (12)
実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０側の電圧を昇圧してモータＭＧ１やモータＭＧ２側に供給する昇圧回路５５を備えるものとしたが、こうした昇圧回路５５を備えない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、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、駆動輪６３ａ，６３ｂとは異なる車軸に接続された車輪も路面を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続されていると解すれば、駆動輪６３ａ，６３ｂとは異なる車軸に接続された車輪も駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに接続されていることになるから、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。
実施例では、本発明の一実施の形態としてハイブリッド自動車２０を用いて説明したが、こうしたハイブリッド自動車２０に限定されるものではなく、自動車以外の車両の形態としたり、ハイブリッド自動車２０や自動車以外の車両に搭載された動力出力装置の形態としたり、あるいは、車両に搭載されない動力出力装置の形態としてもよい。また、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が「内燃機関」に相当し、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とが「電力動力入出力手段」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、バッテリ５０が「蓄電手段」に相当し、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くバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とバッテリ５０の電池温度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を演算するバッテリＥＣＵ５２が「入出力制限設定手段」に相当し、車速センサ８８が「車速検出手段」に相当し、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定する図５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「要求トルク設定手段」に相当する。そして、モータＭＧ１やモータＭＧ２によりリングギヤ軸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（駆動トルク条件）と、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（入出力条件）と、モータＭＧ２のトルク変化が負の値としての許容最大変化量ΔＴからそのときにモータＭＧ２が出力しているトルク（前回のトルク指令Ｔｍ２＊）に許容最大変化量ΔＴを加えた値までの範囲内となる関係（モータトルク変更条件）とを満たす範囲内でエンジン２２を要求トルクＴｒ＊に基づいて設定された目標運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊）における目標回転数Ｎｅ＊で回転させるためにモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊を設定し、モータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲および負の値としての許容最大変化量ΔＴから前回のトルク指令Ｔｍ２＊に許容最大変化量ΔＴを加えた値までの範囲内で要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するようモータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に送信し、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信する図５の駆動制御ルーチンのステップＳ１１０〜Ｓ２２０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、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに基づいてエンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４と、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。また、昇圧回路５５が「電圧調整手段」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」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。対ロータ電動機２３０も「電力動力入出力手段」に相当する。
ここで、「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。「電力動力入出力手段」としては、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とを組み合わせたものや対ロータ電動機２３０に限定されるされるものではなく、駆動軸に接続されると共に駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って駆動軸と出力軸とに動力を入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。「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、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ５０に限定されるものではなく、キャパシタなど、電力動力入出力手段や電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「入出力制限設定手段」としては、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とバッテリ５０の電池温度Ｔｂとに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算するものに限定されるものではなく、残容量（ＳＯＣ）や電池温度Ｔｂの他に例えばバッテリ５０の内部抵抗などに基づいて演算するものなど、蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限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。「要求トルク設定手段」としては、アクセル開度Ａｃｃ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、アクセル開度Ａｃｃだけに基づいて要求トルクを設定するものや走行経路が予め設定されているものにあっては走行経路における走行位置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。「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、モータＭＧ１やモータＭＧ２によりリングギヤ軸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（駆動トルク条件）と、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（入出力条件）と、モータＭＧ２のトルク変化が負の値としての許容最大変化量ΔＴからそのときにモータＭＧ２が出力しているトルク（前回のトルク指令Ｔｍ２＊）に許容最大変化量ΔＴを加えた値までの範囲内となる関係（モータトルク変更条件）とを満たす範囲内でエンジン２２を要求トルクＴｒ＊に基づいて設定された目標運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊）における目標回転数Ｎｅ＊で回転させるためにモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊を設定し、モータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲および負の値としての許容最大変化量ΔＴから前回のトルク指令Ｔｍ２＊に許容最大変化量ΔＴを加えた値までの範囲内で要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するようモータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊を設定しエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するものに限定されるものではなく、駆動トルク条件と入出力条件に加えてモータＭＧ１のトルク変化がモータＭＧ１が出力しているトルクから許容最大変化量ΔＴ１を減じた値から正の値としての許容最大変化量ΔＴ１までの範囲内となる関係（モータＭＧ１に対するモータトルク変更条件）を考慮してモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定してエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するものとするなど、発電機から入出力する発電機入出力電力と電動機から入出力する電動機入出力電力との和が蓄電手段の入出力制限の範囲内となる入出力条件と、発電機から出力するトルクに基づいて駆動軸に作用するトルクと電動機から出力するトルクに基づいて駆動軸に作用するトルクとの和が値０から要求トルクの範囲内となる駆動トルク条件と、電動機から出力するトルクが電動機が出力しているトルクから変更が許容される許容トルク範囲内となる電動機トルク変更条件と、を含む設定条件を満たす範囲内で所定の制約に基づいて内燃機関を運転すると共に要求トルクが駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機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。「電圧調整手段」としては、昇圧回路５５に限定されるものではなく、蓄電手段側の電圧に対する発電機および電動機側の電圧の調整を行なうことにより蓄電手段と発電機および電動機との電力のやりとりを行なうものであれば如何なるものとしても構わない。「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に限定されるものではなく、誘導電動機など、動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの発電機としても構わない。「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、動力出力装置やこれを搭載する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。 モータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。 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。 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＊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。 トルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定する様子を説明する説明図である。 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。
符号の説明
２０，１２０ 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、５４ａ 正極母線、５４ｂ 負極母線、５５ 昇圧回路、５５ａ 温度センサ、５６ システムメインリレー、５７，５８ コンデンサ、５７ａ，５８ａ 電圧センサ、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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ、Ｌ リアクトル。

Claims (7)

  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、
    動力を入出力する発電機と、
    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と、
    前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、
    前記発電機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、
    前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電してもよい最大電力としての入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、
    前記駆動軸に要求される要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、
    前記発電機から入出力する発電機入出力電力と前記電動機から入出力する電動機入出力電力との和が前記設定された入出力制限の範囲内となる入出力条件と、前記発電機から出力するトルクに基づいて前記駆動軸に作用するトルクと前記電動機から出力するトルクに基づいて前記駆動軸に作用するトルクとの和が値０から前記設定された要求トルクの範囲内となる駆動トルク条件と、前記電動機から出力するトルクが前記電動機が出力しているトルクから変更が許容される許容トルク範囲内となる電動機トルク変更条件と、を含む設定条件を満たす範囲内で所定の制約に基づいて前記内燃機関を運転すると共に前記設定された要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機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. 前記制御手段は、前記発電機が出力するトルクが前記発電機が出力しているトルクから変更が許容される範囲内となる発電機トルク変更条件を前記設定条件の１つとして含んで前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御する手段である請求項１記載の動力出力装置。
  3. 前記電動機トルク変更条件は、前記電動機が出力するトルクが前記電動機が出力しているトルクから変更トルクだけ大きいトルクと値０から前記変更トルクだけ小さいトルクとからなる範囲を前記許容トルク範囲とする条件である請求項１または２記載の動力出力装置。
  4. 請求項３記載の動力出力装置であって、
    前記蓄電手段側の電圧に対する前記発電機および前記電動機側の電圧の調整を行なうことにより前記蓄電手段と前記発電機および前記電動機との電力のやりとりを行なう電圧調整手段を備え、
    前記電動機トルク変更条件は、前記電圧調整手段により前記発電機および前記電動機側の電圧が前記蓄電手段側の電圧と同一の電圧とされているときには第１のトルクを前記変更トルクとして用いて得られる範囲を前記許容トルク範囲とする条件であり、前記電圧調整手段により前記発電機および前記電動機側の電圧が前記蓄電手段側の電圧より高い電圧とされているときには前記第１のトルクより大きな第２のトルクを前記変更トルクとして用いて得られる範囲を前記許容トルク範囲とする条件である、
    動力出力装置。
  5. 前記制御手段は、前記設定された要求トルクと前記所定の制約と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と共に前記設定条件を満たす範囲内で前記内燃機関を前記設定した目標運転ポイントで運転すると共に前記設定された要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記発電機および前記電動機のトルク指令を設定し、前記設定したトルク指令により前記発電機および前記電動機を駆動すると共に前記所定の制約により前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御する手段である請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載の動力出力装置。
  6. 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を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなる車両。
  7. 内燃機関と、動力を入出力する発電機と、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と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記発電機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、
    前記発電機から入出力する発電機入出力電力と前記電動機から入出力する電動機入出力電力との和が前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内となる入出力条件と、前記発電機から出力するトルクに基づいて前記駆動軸に作用するトルクと前記電動機から出力するトルクに基づいて前記駆動軸に作用するトルクとの和が値０から前記駆動軸に要求される要求トルクの範囲内となる駆動トルク条件と、前記電動機から出力するトルクが前記電動機が出力しているトルクから変更が許容される許容トルク範囲内となる電動機トルク変更条件と、を含む設定条件を満たす範囲内で所定の制約に基づいて前記内燃機関を運転すると共に前記要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御する、
    ことを特徴とする動力出力装置の制御方法。
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