JP3846453B2 - 動力出力装置およびその制御方法並びにこれを搭載する自動車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置およびその制御方法並びにこれを搭載する自動車に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびその制御方法並びにこれを搭載する自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、内燃機関と、この内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続された遊星歯車機構と、この遊星歯車機構の第３の軸に動力を入出力する発電機と、駆動軸に動力を入出力する電動機と、発電機や電動機と電力のやり取りを行なう二次電池とを備え、発電機で発電される電力や二次電池から供給される電力を用いて電動機を駆動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、内燃機関の出力軸の回転方向と逆回転方向に駆動軸を回転駆動するときなどには、内燃機関を停止して二次電池からの電力を用いて電動機により駆動軸を回転駆動する。そして、二次電池の残容量が低下したときなどには、内燃機関を始動すると共にこの内燃機関の動力を用いて発電機により発電して不足電力を補うことで要求された動力が駆動軸に出力されるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−０８９１１７号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した動力出力装置では、駆動軸を逆回転方向に回転駆動するときなどに二次電池の残容量などに応じて内燃機関を始動して不足電力を補うが、二次電池の温度などに応じて二次電池の出力が制限されることもあり、こうしたケースでも十分な電力が電動機に供給され要求された動力をより確実に駆動軸に出力できるような装置の実現が望まれる。また、このように内燃機関の始動頻度が増加することにより振動や騒音が増大するという問題が想定される。
【０００５】
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びにこれを搭載する自動車は、逆回転方向への要求動力をより確実に駆動軸に出力することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびその制御方法並びにこれを搭載する自動車は、装置のエネルギ効率を向上させることを目的の一つとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びにこれを搭載する自動車は、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。
【０００７】
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、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴な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と、
前記出力軸の回転方向に対し正逆両回転方向の動力を前記駆動軸に入出力可能な電動機と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸を駆動する回転方向の指示を入力する指示入力手段と、
前記指示入力手段により前記駆動軸を前記出力軸の回転方向に対し逆回転方向に駆動する指示が入力されたときに、前記駆動軸に出力すべき要求動力が前記蓄電手段の出力制限に基づいて定まる所定動力以内の場合には前記電動機を用いた電動機駆動と判定し、該要求動力が該所定動力より大きい場合には前記電動機および前記内燃機関を用いた電動機内燃機関駆動と判定する判定手段と、
前記判定手段により電動機駆動と判定されたときには前記内燃機関を停止すると共に前記電動機からの動力により前記駆動軸に前記要求動力が出力されるように該内燃機関と該電動機と前記電力動力入出力手段とを制御し、前記判定手段により電動機内燃機関駆動と判定されたときには前記内燃機関を運転すると共に該内燃機関および前記電動機からの動力により前記駆動軸に前記要求動力が出力されるように該内燃機関と該電動機と前記電力動力入出力手段とを制御する逆回転時制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の動力出力装置では、駆動軸を逆回転方向に駆動する指示が入力されたときに、駆動軸に出力すべき要求動力と蓄電手段の出力制限から定まる所定動力とを比較して、要求動力が所定動力以内の場合には電動機を用いた電動機駆動と判定し、要求動力が所定動力より大きい場合には電動機および内燃機関を用いた電動機内燃機関駆動と判定する。そして、電動機駆動と判定したときには内燃機関を停止すると共に電動機からの動力により駆動軸に要求動力が出力されるように内燃機関や電動機や電力動力入出力手段を制御し、電動機内燃機関駆動と判定したときには内燃機関を運転すると共に内燃機関および電動機からの動力により駆動軸に要求動力が出力されるように内燃機関や電動機や電力動力入出力手段を制御する。したがって、蓄電手段の出力制限を考慮して電動機駆動か電動機内燃機関駆動かの判定を行なって内燃機関や電動機や電力動力入出力手段を制御することができる。この結果、駆動軸への要求動力が蓄電手段の出力制限に基づいて定まる所定動力より大きいときに内燃機関を運転して電力を補うから、より確実に駆動軸に要求された動力を出力することができる。
【０００９】
こうした本発明の動力出力装置において、前記逆回転時制御手段は、前記判定手段により電動機内燃機関駆動と判定されたときには前記内燃機関からの動力を用いて前記電力動力入出力手段により出力される電力と前記蓄電手段からの電力とを用いて前記電動機が駆動されるように該内燃機関と該電動機と該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。こうすれば、内燃機関からの動力を用いて電力動力入出力手段により発電した電力と蓄電手段の電力とを用いて電動機を駆動することができる。
【００１０】
また、本発明の動力出力装置において、前記所定動力は前記蓄電手段の出力制限または該出力制限より小さい動力であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の出力制限やこの出力制限より小さい動力と駆動軸への要求動力とを比較して電動機駆動か電動機内燃機関駆動かの判定を行なうことができる。ここで、所定動力を蓄電手段の出力制限より小さい動力とするのは、内燃機関の始動に要する時間などを考慮すると、要求動力が蓄電手段の出力制限より小さい動力に達した時点で電動機内燃機関駆動と判定したほうがよい場合があると考えられることに基づく。
【００１１】
さらに、本発明の動力出力装置において、前記逆回転時制御手段は、前記判定手段により電動機内燃機関駆動と判定されたときには前記要求動力と前記出力制限との偏差の動力が前記内燃機関から出力されるように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、内燃機関から出力する動力を小さくすることができると共に内燃機関から出力するトルクのうち駆動軸に伝達される正回転方向のトルクを小さくすることができる。この結果、装置全体のエネルギ効率を向上させると共に要求された動力をより確実に駆動軸に出力することができる。もとより、内燃機関の運転に伴なう振動や騒音を低減することができる。
【００１２】
こうした本発明の動力出力装置において、前記逆回転時制御手段は、前記判定手段により電動機内燃機関駆動と判定されたときには、前記内燃機関が所定範囲の高回転数の運転ポイントで運転されるように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、内燃機関から出力するトルクを小さくすることができるから、駆動軸に伝達される正回転方向のトルクを小さくすることができる。この結果、装置全体のエネルギ効率を向上させると共に要求された動力をより確実に駆動軸に出力することができる。
【００１３】
また、本発明の動力出力装置において、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力した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第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段であるものとしたり、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第１の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第２の回転子とを有し該第１の回転子と該第２の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴な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対回転子電動機であるものとすることもできる。
【００１４】
本発明の自動車は、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、該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴な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と、前記出力軸の回転方向に対し正逆両回転方向の動力を前記駆動軸に入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記駆動軸を駆動する回転方向の指示を入力する指示入力手段と、前記指示入力手段により前記駆動軸を逆回転方向に駆動する指示が入力されたときに、前記駆動軸に出力すべき要求動力が前記蓄電手段の出力制限に基づいて定まる所定動力以内の場合には前記電動機を用いた電動機駆動と判定し、該要求動力が該所定動力より大きい場合には前記電動機および前記内燃機関を用いた電動機内燃機関駆動と判定する判定手段と、前記判定手段により電動機駆動と判定されたときには前記内燃機関を停止すると共に前記電動機からの動力により前記駆動軸に前記要求動力が出力されるように該内燃機関と該電動機と前記電力動力入出力手段とを制御し、前記判定手段により電動機内燃機関駆動と判定されたときには前記内燃機関を運転すると共に該内燃機関および前記電動機からの動力により前記駆動軸に前記要求動力が出力されるように該内燃機関と該電動機と前記電力動力入出力手段とを制御する逆回転時制御手段と、を備える動力出力装置を備え、前記駆動軸が機械的に車軸に接続されて走行することを要旨とする。
【００１５】
この本発明の自動車では、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置を備えるから、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、より確実に駆動軸に要求された動力を出力することができる効果や、装置全体のエネルギ効率を向上させる効果などを奏することができる。
【００１６】
本発明の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴な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と、前記出力軸の回転方向に対し正逆両回転方向の動力を前記駆動軸に入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備え、前記駆動軸に動力を出力する動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）前記駆動軸を前記出力軸の回転方向に対し逆回転方向に駆動する指示が入力されたときに、前記駆動軸に出力すべき要求動力が前記蓄電手段の出力制限に基づいて定まる所定動力以内の場合には前記電動機を用いた電動機駆動と判定し、該要求動力が該所定動力より大きい場合には前記電動機および前記内燃機関を用いた電動機内燃機関駆動と判定し、
（ｂ）該判定により電動機駆動と判定されたときには前記内燃機関を停止すると共に前記電動機からの動力により前記駆動軸に前記要求動力が出力されるように該内燃機関と該電動機と前記電力動力入出力手段とを制御し、前記判定により電動機内燃機関駆動と判定されたときには前記内燃機関を運転すると共に該内燃機関および前記電動機からの動力により前記駆動軸に前記要求動力が出力されるように該内燃機関と該電動機と前記電力動力入出力手段とを制御する、
ことを要旨とする。
【００１７】
この本発明の動力出力装置の制御方法では、駆動軸を逆回転方向に駆動する指示が入力されたときに、駆動軸に出力すべき要求動力と蓄電手段の出力制限から定まる所定動力とを比較して、要求動力が所定動力以内の場合には電動機を用いた電動機駆動と判定し、要求動力が所定動力より大きい場合には電動機および内燃機関を用いた電動機内燃機関駆動と判定する。そして、電動機駆動と判定したときには内燃機関を停止すると共に電動機からの動力により駆動軸に要求動力が出力されるように内燃機関や電動機や電力動力入出力手段を制御し、電動機内燃機関駆動と判定したときには内燃機関を運転すると共に内燃機関および電動機からの動力により駆動軸に要求動力が出力されるように内燃機関や電動機や電力動力入出力手段を制御する。したがって、蓄電手段の出力制限を考慮して電動機駆動か電動機内燃機関駆動かの判定を行なって内燃機関や電動機や電力動力入出力手段を制御することができる。この結果、駆動軸への要求動力が蓄電手段の出力制限に基づいて定まる所定動力より大きいときに内燃機関を運転して電力を補うから、より確実に駆動軸に要求された動力を出力することができる。
【００１８】
こうした本発明の動力出力装置の制御方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記判定により電動機内燃機関駆動と判定されたときには、前記要求動力と前記出力制限との偏差の動力が前記内燃機関から出力されるように制御するステップであるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関から出力する動力を小さくすることができると共に内燃機関から出力するトルクのうち駆動軸に伝達される正回転方向のトルクを小さくすることができる。この結果、装置全体のエネルギ効率を向上させると共に要求された動力をより確実に駆動軸に出力することができる。もとより、内燃機関の運転に伴なう振動や騒音を低減することができる。
【００１９】
また、本発明の動力出力装置の制御方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記判定により電動機内燃機関駆動と判定されたときには、前記内燃機関が所定範囲の高回転数の運転ポイントで運転されるように制御するステップであるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関から出力するトルクを小さくすることができるから、駆動軸に伝達される正回転方向のトルクを小さくすることができる。この結果、装置全体のエネルギ効率を向上させると共に要求された動力をより確実に駆動軸に出力することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、動力出力装置としては、ギヤ機構６０とデファレンシャルギヤ６２と駆動軸６３ａ，６３ｂとを除く構成が相当する。
【００２７】
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。
【００２８】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、リバース走行時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により実行されるリバース走行時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、シフトレバー８１がリバース走行のＲレンジに操作されたときに所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２９】
リバース走行時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の出力制限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の出力制限Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の電池温度Ｔｂと残容量（ＳＯＣ）とに基づいて計算された値に所定の安全係数を乗じるなどにより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。
【００３０】
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Ｔ＊とリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求パワーＰ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係を実験などにより定めて要求トルク設定マップとして予めＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると要求トルク設定マップから対応する要求トルクＴ＊を導出して設定するものとした。図３に要求トルク設定マップの一例を示す。なお、要求トルクＴ＊は前進方向へのトルクを正としていることからリバース走行では負の値となり、車速Ｖも前進方向を正の値としていることからリバース走行では負の値となる。要求パワーＰ＊は、要求トルク設定マップを用いて設定した要求トルクＴ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じることにより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、モータＥＣＵ４０から入力したモータ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たり、車速センサ８８から入力した車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたりすることができる。
【００３１】
こうしてリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴ＊や要求パワーＰ＊を設定すると、この要求パワーＰ＊とバッテリＥＣＵ５２から入力したバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔとを比較する（ステップＳ１２０）。そして、要求パワーＰ＊が出力制限Ｗｏｕｔ以内のときには、バッテリ５０から出力可能な電力のみで要求パワーＰ＊を出力することができると判断し、エンジン２２およびモータＭＧ１の運転停止を設定すると共にモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１３０〜Ｓ１５０）。モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊は、トルク指令Ｔｍ２＊に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたトルクが要求トルクＴ＊となるような値を次式（１）により計算して設定する。
【００３２】
【数１】
Ｔｍ２＊＝Ｔ＊／Ｇｒ ・・・（１）
【００３３】
そして、エンジンＥＣＵ２４に対してエンジン２２の運転停止の制御信号を送信すると共にモータＥＣＵ４０に対してモータＭＧ１の運転停止の制御信号とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを送信して（ステップＳ１６０）、このリバース走行時制御ルーチンを終了する。エンジン２２の運転停止の制御信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が運転されている状態のときには燃料噴射の停止や点火の停止を伴ってエンジン２２の運転を停止し、エンジン２２が運転停止されている状態のときにはその状態を保持する。モータＭＧ１の運転停止の制御信号とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを受信したモータＥＣＵ４０は、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のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
【００３４】
一方、ステップＳ１２０で要求パワーＰ＊とバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔとを比較した結果、要求パワーＰ＊が出力制限Ｗｏｕｔより大きいときには、バッテリ５０から出力可能な電力のみでは要求パワーＰ＊を出力することができないと判断し、エンジン２２が停止中である場合にはエンジン２２を始動する信号を通信によりエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に出力し（ステップＳ１７０，Ｓ１８０）、エンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊として要求パワーＰ＊からバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを減じた値を設定する（ステップＳ１９０）。
【００３５】
こうしてエンジン要求パワーＰｅ＊を設定すると、エンジン２２の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Ｓ２００）。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊は、モータＭＧ１の回転数の最大値として予め定められた最大回転数Ｎｍ１ｍａｘとリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒと動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて次式（２）により計算し、目標トルクＴｅ＊は、エンジン要求パワーＰｅ＊を目標回転数Ｎｅ＊で割ることにより次式（３）により計算する。ここで、式（２）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４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で割ったリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（２）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。ここで、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊をモータＭＧ１の回転数が最大回転数Ｎｍ１ｍａｘである場合のエンジン２２の回転数とするのは、エンジン要求パワーＰｅ＊を出力するエンジン２２の運転ポイントのうち、できる限り低トルクとなる運転ポイントを設定するためである。これは、図４に示すように、モータＭＧ１の回転数が最大回転数Ｎｍ１ｍａｘより低い回転数である場合（図中の破線の場合）と比較すると、モータＭＧ１の回転数が高い場合（即ち、エンジン２２の回転数が高い場合）の方がエンジン２２から出力されるトルク（図中のＴｅ＊，Ｔｅ１）が小さくなりリングギヤ軸３２ａに伝達される正回転方向のトルク（図中のＴｅｒ，Ｔｅｒ１）も小さくなることに基づく。
【００３６】
【数２】
Ｎｅ＊＝（Ｎｍ１ｍａｘ−Ｎｒ）・ρ／（１＋ρ）＋Ｎｒ ・・・（２）
Ｔｅ＊＝Ｐｅ＊／Ｎｅ＊ ・・・（３）
【００３７】
こうしてエンジン２２の運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊）を設定すると、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊やトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ２１０）。モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊には、前述した最大回転数Ｎｍ１ｍａｘを設定する。モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、設定した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（４）により計算する。ここで、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。
【００３８】
【数３】
Ｔｍ１＊＝前回Ｔｍ１＊＋ｋ１（Ｎｍ１＊−Ｎｍ１）
＋ｋ２∫（Ｎｍ１＊−Ｎｍ１）ｄｔ ・・・（４）
【００３９】
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、要求トルクＴ＊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を用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ２＊を式（５）により計算する（ステップＳ２２０）。なお、式（５）は、前述した図４の共線図から容易に導き出すことができる。
【００４０】
【数４】
Ｔｍ２＊＝｛Ｔ＊−Ｔｅ＊・１／（１＋ρ）｝／Ｇｒ ・・・（５）
【００４１】
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊やモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊およびトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２のトルク指令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の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ２３０）、このリバース走行時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、目標回転数Ｎｍ１＊やトルク指令Ｔｍ１＊，トルク指令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。
【００４２】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、リバース走行時に、リングギヤ軸３２ａに出力すべき要求パワーＰ＊とバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔとを比較し、要求パワーＰ＊が出力制限Ｗｏｕｔより大きいときにはバッテリ５０から出力可能な電力のみでは要求パワーＰ＊を出力することができないと判断してエンジン２２を始動することができる。したがって、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを考慮してエンジン２２を運転するか停止するかを判断することができる。この結果、リングギヤ軸３２ａに出力すべき要求パワーＰ＊をより確実に出力することができる。また、エンジン要求パワーＰｅ＊として要求パワーＰ＊から出力制限Ｗｏｕｔを減じた値を設定するから、エンジン要求パワーＰｅ＊を小さくすることができると共にリングギヤ軸３２ａに伝達される正回転方向のトルクを小さくすることができる。この結果、ハイブリッド自動車２０全体のエネルギ効率を向上させると共に要求パワーＰ＊をより確実に出力することができる。もとより、エンジン要求パワーＰｅ＊を小さくするからエンジン２２の運転に伴なう振動や騒音を低減することができる。さらに、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を最大回転数Ｎｍ１ｍａｘとすることでエンジン２２の運転ポイントを高回転低トルクの領域とするから、リングギヤ軸３２ａに伝達される正回転方向のトルクをさらに小さくすると共にモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を小さくすることができる。この結果、モータＭＧ２に掛かる負荷を軽減することができる。
【００４３】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊として要求パワーＰ＊からバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを減じた値を設定するものとしたが、エンジン要求パワーＰｅ＊に設定する値はこれに限られず、例えば、これより大きな値を設定するものとしても構わない。
【００４４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の運転ポイントとして、モータＭＧ１の最大回転数Ｎｍ１ｍａｘとリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒとにより定まる目標回転数Ｎｅ＊を設定するものとしたが、高回転低トルク領域の運転ポイントを設定するものであればその他の手法を適用するものとしてもよく、例えば、エンジン２２の動作ラインとして低トルク用動作ラインを予め設定しておき、この低トルク用動作ラインに基づいてエンジン２２の運転ポイントを設定するものとしてもよい。また、高回転低トルク領域の運転ポイントを設定しなくてもよく、例えば、燃費の良好な燃費用動作ラインに基づいてエンジン２２の運転ポイントを設定するものとしても差し支えない。
【００４５】
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５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５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。
【００４６】
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６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。
【００４７】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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。
【図２】 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるリバース走行時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】 要求トルク設定マップの一例を示す説明図である。
【図４】 リバース走行する際のサンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４の回転数と作用するトルクを示す共線図の一例を示す説明図である。
【図５】 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。
【図６】 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、３５，１３５ 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，６４ａ，６４ｂ 駆動輪、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、１９３ａ，１９３ｂ 車輪、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 (11)

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、
   該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴な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と、
   前記出力軸の回転方向に対し正逆両回転方向の動力を前記駆動軸に入出力可能な電動機と、
   前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
   前記駆動軸を駆動する回転方向の指示を入力する指示入力手段と、
   前記指示入力手段により前記駆動軸を前記出力軸の回転方向に対し逆回転方向に駆動する指示が入力されたときに、前記駆動軸に出力すべき要求動力が前記蓄電手段の出力制限に基づいて定まる所定動力以内の場合には前記電動機を用いた電動機駆動と判定し、該要求動力が該所定動力より大きい場合には前記電動機および前記内燃機関を用いた電動機内燃機関駆動と判定する判定手段と、
   前記判定手段により電動機駆動と判定されたときには前記内燃機関を停止すると共に前記電動機からの動力により前記駆動軸に前記要求動力が出力されるように該内燃機関と該電動機と前記電力動力入出力手段とを制御し、前記判定手段により電動機内燃機関駆動と判定されたときには前記内燃機関を運転すると共に該内燃機関および前記電動機からの動力により前記駆動軸に前記要求動力が出力されるように該内燃機関と該電動機と前記電力動力入出力手段とを制御する逆回転時制御手段と、
   を備える動力出力装置。
2. 前記逆回転時制御手段は、前記判定手段により電動機内燃機関駆動と判定されたときには、前記内燃機関からの動力を用いて前記電力動力入出力手段により出力される電力と前記蓄電手段からの電力とを用いて前記電動機が駆動されるように該内燃機関と該電動機と該電力動力入出力手段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. 前記所定動力は、前記蓄電手段の出力制限または該出力制限より小さい動力である請求項１または２記載の動力出力装置。
4. 前記逆回転時制御手段は、前記判定手段により電動機内燃機関駆動と判定されたときには、前記要求動力と前記出力制限との偏差の動力が前記内燃機関から出力されるように制御する手段である請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置。
5. 前記逆回転時制御手段は、前記判定手段により電動機内燃機関駆動と判定されたときには、前記内燃機関が所定範囲の高回転数の運転ポイントで運転されるように制御する手段である請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置。
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軸に入出力した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、前記第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段である請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置。
7. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第１の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第２の回転子とを有し該第１の回転子と該第２の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴な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対回転子電動機である請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置。
8. 請求項１ないし７いずれか記載の動力出力装置を備え、前記駆動軸が機械的に車軸に接続されて走行する自動車。
9. 内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴な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と、前記出力軸の回転方向に対し正逆両回転方向の動力を前記駆動軸に入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備え、前記駆動軸に動力を出力する動力出力装置の制御方法であって、
   （ａ）前記駆動軸を前記出力軸の回転方向に対し逆回転方向に駆動する指示が入力されたときに、前記駆動軸に出力すべき要求動力が前記蓄電手段の出力制限に基づいて定まる所定動力以内の場合には前記電動機を用いた電動機駆動と判定し、該要求動力が該所定動力より大きい場合には前記電動機および前記内燃機関を用いた電動機内燃機関駆動と判定し、
   （ｂ）該判定により電動機駆動と判定されたときには前記内燃機関を停止すると共に前記電動機からの動力により前記駆動軸に前記要求動力が出力されるように該内燃機関と該電動機と前記電力動力入出力手段とを制御し、前記判定により電動機内燃機関駆動と判定されたときには前記内燃機関を運転すると共に該内燃機関および前記電動機からの動力により前記駆動軸に前記要求動力が出力されるように該内燃機関と該電動機と前記電力動力入出力手段とを制御する、
   動力出力装置の制御方法。
10. 前記ステップ（ｂ）は、前記判定により電動機内燃機関駆動と判定されたときには、前記要求動力と前記出力制限との偏差の動力が前記内燃機関から出力されるように制御するステップである請求項９記載の動力出力装置の制御方法。
11. 前記ステップ（ｂ）は、前記判定により電動機内燃機関駆動と判定されたときには、前記内燃機関が所定範囲の高回転数の運転ポイントで運転されるように制御するステップである請求項９または１０記載の動力出力装置の制御方法。

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