JP3894143B2 - 動力出力装置およびこれを備える自動車 - Google Patents
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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これを備える自動車に関し、詳しくは内燃機関からの動力と駆動用電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置およびこれを備える自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、内燃機関を始動するときには内燃機関の出力軸の動力を用いて発電する発電機を切り離すものが提案されている（例えば、実開平４−７９９４２号公報など）。この装置では、内燃機関の始動時には内燃機関の出力軸から発電機を切り離すことにより、始動時における内燃機関の負荷を低減して始動性を向上させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした始動時に内燃機関から発電機を切り離す技術は、内燃機関からの動力と電動機からの動力とを駆動軸に出力する動力出力装置の電動機による駆動の最中の内燃機関の始動にも適用できるものの、電動機による駆動との関係は考慮されていない。こうした動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車では、電動機による駆動として電動機による走行とその最中における内燃機関の始動は、電動機による走行領域との関係から重要な課題として考えられている。
【０００４】
本発明の動力出力装置は、内燃機関からの動力と電動機からの動力とを駆動軸に出力する動力出力装置における電動機による駆動の領域の拡大を図ることを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置は、内燃機関のスムーズな始動を目的の一つとする。
【０００５】
【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これを備える自動車は、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。
【０００６】
本発明の第１の動力出力装置は、
内燃機関からの動力と駆動用電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記駆動用電動機に電力を供給する二次電池と、
該二次電池から供給される電力を用いて前記内燃機関を始動可能な始動手段と、
前記二次電池から電力の供給を受けて駆動する少なくとも一つの補機と、
前記内燃機関が運転停止されているとき、前記二次電池から出力可能な最大電力と前記始動手段により前記内燃機関を始動するのに必要な始動用電力との偏差として設定された駆動用電力の範囲内で要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動用電動機を駆動制御する電動機制御手段と、
前記内燃機関の始動要求がなされたとき、該内燃機関の始動が完了するまで前記補機が駆動停止するよう該補機を駆動制御すると共に該内燃機関が始動されるよう前記始動手段を制御する始動時制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の第１の動力出力装置では、内燃機関が運転停止されているときには、二次電池から出力可能な最大電力と内燃機関を始動可能な始動手段により内燃機関を始動するのに必要な始動用電力との偏差として設定された駆動用電力の範囲内で要求動力が駆動軸に出力されるよう駆動用電動機を駆動制御し、内燃機関の始動要求がなされたときには、内燃機関の始動が完了するまで二次電池から電力の供給を受けて駆動する少なくとも一つの補機が駆動停止するよう補機を駆動制御すると共に内燃機関が始動されるよう始動手段を制御する。内燃機関を始動するときには補機を駆動停止するから、二次電池から出力可能な最大電力から補機の駆動に必要な電力と内燃機関を始動するのに必要な電力とを減じた範囲内で駆動用電動機を制御するものに比して、補機の駆動に必要な電力分だけ駆動用電動機に用いることができる駆動用電力を大きくすることができる。この結果、駆動用電動機による駆動の領域を広くすることができる。
【０００８】
こうした本発明の第１の動力出力装置において、前記始動時制御手段は、前記駆動用電力から前記補機の駆動に必要な電力を減じた電力の範囲内で前記要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動用電動機が駆動制御されているときには、前記補機を駆動させた状態で前記内燃機関を始動するよう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、不必要な補機の駆動停止を防止することができる。
【０００９】
また、本発明の第１の動力出力装置において、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記駆動軸に接続された第２の軸と第３の軸とを有し該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、前記始動手段は前記第３の軸に接続された発電可能な始動用電動機を含み、前記駆動用電動機は駆動軸に接続されてなるものとすることもできる。この態様の本発明の第１の動力出力装置において、前記駆動軸の回転数が大きいほど前記始動用電力を小さくなる傾向で設定する始動用電力設定手段を備え、前記電動機制御手段は前記始動用電力設定手段により設定された始動用電力により前記駆動用電力を算出して前記駆動用電動機を駆動制御する手段であり、前記始動時制御手段は前記始動用電力設定手段により設定された始動用電力を用いて前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段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、駆動軸の回転数に応じた駆動用電力を用いて駆動用電動機を駆動することができる。
【００１０】
本発明の第２の動力出力装置は、
内燃機関からの動力と駆動用電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記駆動用電動機に電力を供給する二次電池と、
該二次電池から供給される電力を用いて前記内燃機関を始動可能な始動手段と、
前記内燃機関が運転停止されているとき、前記二次電池から出力可能な最大電力と前記始動手段により前記内燃機関を始動するのに必要な始動用電力との偏差として設定された駆動用電力の範囲内で要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動用電動機を駆動制御する電動機制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【００１１】
この本発明の第２の動力出力装置では、内燃機関が運転停止されているときには、二次電池から出力可能な最大電力と内燃機関を始動可能な始動手段により内燃機関を始動するのに必要な始動用電力との偏差として設定された駆動用電力の範囲内で要求動力が駆動軸に出力されるよう駆動用電動機を駆動制御する。したがって、内燃機関の始動要求がなされたときには直ちに内燃機関を始動することができると共に内燃機関の始動の際に出力される動力に変動が生じることがない。
【００１２】
こうした本発明の第２の動力出力装置において、前記駆動軸の回転数が大きいほど前記始動用電力を小さくなる傾向で設定する始動用電力設定手段を備え、前記電動機制御手段は、前記始動用電力設定手段により設定された始動用電力により前記駆動用電力を算出して前記駆動用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。こうすれば、駆動軸の回転数に応じた駆動用電力を用いて駆動用電動機を駆動することができる。
【００１３】
また、本発明の第２の動力出力装置において、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記駆動軸に接続された第２の軸と第３の軸とを有し該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、前記始動手段は前記第３の軸に接続された発電可能な始動用電動機を含み、前記駆動用電動機は駆動軸に接続されてなるものとすることもできる。
【００１４】
こうした各態様の本発明の第１または第２の動力出力装置は、自動車や列車などの車両、船舶、航空機などの移動体や建設機械などの移動しない据え置き機などに搭載して用いることができる。
【００１５】
【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アクセル開度設定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、同じく動力分配統合機構３０に接続されたモータＭＧ２と、車両の駆動系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。
【００１６】
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。
【００１７】
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にはモータＭＧ２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に出力する。リングギヤ３２は、ベルト３６，ギヤ機構３７，デファレンシャルギヤ３８を介して車両前輪の駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続されている。したがって、リングギヤ３２に出力された動力は、ベルト３６，ギヤ機構３７，デファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに出力されることになる。なお、駆動系として見たときの動力分配統合機構３０に接続される３軸は、キャリア３４に接続されたエンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６，サンギヤ３１に接続されモータＭＧ１の回転軸となるサンギヤ軸３１ａおよびリングギヤ３２に接続されると共に駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとなる。
【００１８】
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、共に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の一方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とモータＭＧ２と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、共に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、回転位置検出センサ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンによりモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。この回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、モータＭＧ１がサンギヤ３１に接続されていると共にモータＭＧ２がリングギヤ３２に接続されていることから、サンギヤ軸３１ａやリングギヤ軸３２ａの回転数になる。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。
【００１９】
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に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度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。
【００２０】
バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４を介してハイブリッド自動車２０に必要な補機５６にも接続されており、バッテリ５０から補機５６に駆動用の電力の供給が行なわれている。補機５６としてはエアコンディショナーのコンプレッサや動力分配統合機構３０へ潤滑油を供給するための電動ポンプなど種々のものが挙げられる。
【００２１】
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、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４に取り付けられている図示しない電流センサや電圧センサからの電流や電圧，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の踏み込み量に対応したペダル開度Ａｕｓｒを検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのペダル開度Ａｕｓｒ，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、種々の補機５６への駆動信号やＤＣ／ＤＣコンバータ５４への制御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。
【００２２】
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の踏み込み量としてのアクセル開度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に出力すべき要求動力を計算し、この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。
【００２３】
次に、実施例のハイブリッド自動車２０がモータ運転モードにより走行している最中にエンジン２２の始動が指示されたときの動作について説明する。なお、エンジン２２の始動の指示は、平坦路における通常のアクセル操作によって車速Ｖが所定車速以上となったときや運転者によりアクセルペダル８３を大きく踏み込まれてモータＭＧ２からの動力だけでは要求動力に見合う動力を出力できない状態になったとき或いはその状態を推定したとき，バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）や出力電力などに基づいてバッテリ５０からの放電を制限する必要が生じたりバッテリ５０を充電する必要が生じたときなどになされる。
【００２４】
図２は、モータ運転モードで走行している最中にエンジン２２の始動が指示されたときにハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるエンジン始動時制御の一例を示すフローチャートである。エンジン始動時制御では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、モータＥＣＵ４０から通信により得られるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２と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と車速センサ８８からの車速ＶとバッテリＥＣＵ５２から通信により得られるバッテリ出力Ｐｂとを読み込み（ステップＳ１００）、読み込んだアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいてリングギヤ軸３２ａに要求される要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１０２）。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＊との関係を実験などにより求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、対応する要求トルクＴｒ＊を要求トルク設定マップから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。
【００２５】
続いて、車速Ｖに基づいてエンジン２２を始動するのに必要な始動トルクＴｓをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定すると共に設定したモータＭＧ１のｔｍ１＊と要求トルクＴｒ＊とに基づいて次式（１）によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を計算する（ステップＳ１０４）。始動トルクＴｓは、実施例では、始動トルクＴｓと車速Ｖとの関係を求めて始動トルク設定マップとして予めＲＯＭ７４に記憶しておき、車速Ｖが与えられると、対応する始動トルクＴｓを始動トルク設定マップから導出するものとした。図４に始動トルク設定マップの一例を示す。図示するように、始動トルクＴｓは、車速Ｖが大きくなるほど小さくなる傾向に設定されている。これは、車速Ｖが中高速では始動振動が小さいこととモータＭＧ１が発電機として駆動されることに基づく。エンジン２２を停止した状態で走行すると、モータＭＧ１は逆回転することになり、車速Ｖが大きくなるほどその回転数も大きくなる。エンジン２２を始動するときには、モータＭＧ１から始動トルクＴｓを出力することになるが、モータＭＧ１のロータの回転エネルギの一部を始動に用いることができるから、始動トルクＴｓとしてはモータＭＧ１の回転数が大きくなるほど小さく設定することができる。実施例では、こうしたことも考慮して始動トルクＴｓを設定するのである。式（１）中、ｋ１はサンギヤ３１に出力されるトルクをキャリア３４に出力するためにリングギヤ３２が受け持つ反力としてのトルクを計算するための定数であり、動力分配統合機構３０のギヤ比により定まる。したがって、式（１）の右辺第２項はモータＭＧ１から出力されるトルクをキャリア３４に出力するためにモータＭＧ２が受け持つ反力としてのトルクとなり、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊は、このトルクに要求トルクＴｒ＊を加算したものとなる。
【００２６】
【数１】
Ｔｍ２＊＝Ｔｒ＊＋ｋ１・Ｔｍ１＊ （１）
【００２７】
次に、エンジン２２を始動するのに必要な始動用電力Ｐｓを次式（２）により計算する（ステップＳ１０６）。式（２）中、右辺第１項はエンジン２２を始動するためにモータＭＧ１から出力される動力であり、右辺第２項はモータＭＧ１から出力される動力をキャリア３４に出力するためにモータＭＧ２が受け持つ反力としての動力である。なお、始動用電力Ｐｓを計算するのに、説明の容易のためにモータＭＧ１，ＭＧ２の効率は無視した。
【００２８】
【数２】
Ｐｓ＝Ｎｍ１・Ｔｍ１＊＋Ｎｍ２・ｋ１・Ｔｍ１＊ （２）
【００２９】
こうして始動用電力Ｐｓを計算すると、バッテリ５０から出力可能なバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じて補機５６の駆動停止を判断するための基準電力Ｐｒｅｆを計算し（ステップＳ１０８）、バッテリ出力Ｐｂと計算した基準電力Ｐｒｅｆとを比較する（ステップＳ１１０）。ここで、バッテリ出力ＰｂはモータＭＧ２から要求トルクＴｒ＊を出力するために用いられているモータ駆動用電力Ｐｍと補機５６を駆動するために用いられている補機駆動用電力Ｐａの和であり、基準電力Ｐｒｅｆはバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じた値であるから、バッテリ出力Ｐｂが基準電力Ｐｒｅｆ以下のときには、補機５６を駆動した状態でエンジン２２を始動してもバッテリ５０から出力される電力はバッテリ最大電力Ｐｍａｘ以下に収まるが、バッテリ出力Ｐｂが基準電力Ｐｒｅｆより大きいときには、補機５６を駆動した状態でエンジン２２を始動しようとするとバッテリ５０から出力される電力がバッテリ最大電力Ｐｍａｘを超えてしまうことになる。即ち、モータ駆動用電力Ｐｍがバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓと補機駆動用電力Ｐａとを減じた電力より大きくなっているのである。
【００３０】
したがって、このようにバッテリ出力Ｐｂが基準電力Ｐｒｅｆより大きいときには、補機５６の駆動を停止して（ステップＳ１１２）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊でモータＭＧ１，モータＭＧ２を駆動してエンジン２２をクランキングして始動する（ステップＳ１１４）。なお、モータＭＧ１の制御は、トルク指令Ｔｍ１＊により制御するものとしたが、エンジン２２のクランキング開始以降はキャリア３４が所定の回転数で回転するように、即ち、サンギヤ軸３１ａが対応する回転数で回転するように回転数制御により制御される。一方、バッテリ出力Ｐｂが基準電力Ｐｒｅｆ以下のときには補機５６の駆動を停止する必要はないから、補機５６を駆動した状態で同様にしてエンジン２２を始動する。
【００３１】
こうしたステップＳ１００〜Ｓ１１４の処理はエンジン２２の始動完了が判定されるまで繰り返され（ステップＳ１１６）、エンジン２２の始動完了が判定されると、補機５６を通常駆動に戻して（ステップＳ１１８）、エンジン始動制御を終了する。
【００３２】
いま、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が十分な状態で停止している実施例のハイブリッド自動車２０に対して運転者が軽くアクセルペダル８３を踏み込んで通常に発進させたとき、即ち、モータＭＧ２で出力可能な要求トルクＴｒ＊が設定されてモータ運転モードにより発進させ車速Ｖが大きくなっていく場合を考える。この場合、エンジン２２の始動指示は、モータ駆動モードで走行可能な限界、即ち、実施例ではモータ駆動用電力Ｐｍがバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じた電力に至る直前のタイミング、図５に例示する発進時のモータ駆動用電力Ｐｍの時間変化の一例においては時間ｔ２の直前のタイミングに行なわれる。エンジン始動時制御（図２参照）では、バッテリ出力Ｐｂが基準電力Ｐｒｅｆより大きいと判定されるから、補機５６の駆動が停止されてエンジン２２が始動される。なお、補機５６の駆動停止はエンジン２２の始動が完了するまでの僅かな時間であるから、ハイブリッド自動車２０の走行あるいは動力出力装置としてみたときの装置の駆動に影響を与えることはない。こうした制御は、モータ運転モードにおけるモータＭＧ２の駆動をバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じた電力を上限とする範囲内で行なう制御となる。したがって、補機５６の駆動停止を伴わずにエンジン２２を始動する制御、即ち、モータ運転モードにおけるモータ駆動用電力Ｐｍの上限をバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓと補機駆動用電力Ｐａとを減じた電力としてモータＭＧ２を駆動する制御に比して、補機駆動用電力Ｐａ分だけモータ駆動用電力Ｐｍの上限を高くすることができる。この結果、モータ走行の範囲を広くすることができる。即ち、モータ運転モードでは、バッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じた電力を駆動用電力とし、その範囲内でモータＭＧ２を駆動すればよいのである。上述したように、車速Ｖが大きくなるほど始動トルクＴｓが小さくなって始動用電力Ｐｓも小さくなるから、駆動用電力は車速Ｖが大きいほど大きな電力となる。
【００３３】
一方、運転者が大きくアクセルペダル８３を踏み込んで発進させたときは、モータＭＧ２では要求トルクＴｒ＊を賄うことができないため、車速Ｖが低いときにエンジン２２の始動指示が行なわれる。この状態では、モータ駆動用電力ＰｍはモータＭＧ１から出力されるトルクは大きいが車速Ｖが小さいために比較的小さな値となり、バッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓと補機駆動用電力Ｐａとを減じた電力より低い場合が生じる。この場合、エンジン始動時制御では、バッテリ出力Ｐｂは基準電力Ｐｒｅｆ以下となるから、補機５６が駆動された状態でエンジン２２が始動される。
【００３４】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、アクセルペダル８３の踏み込みが通常程度で走行しているときには、エンジン２２を始動する際には始動が完了するまで補機５６の駆動を停止することにより、モータ走行の範囲を広くすることができる。もとより、エンジン２２をスムースに始動することができる。また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、補機５６の駆動を継続した状態でエンジン２２を始動可能なときには、補機５６の駆動の停止は行なわずにエンジン２２を始動するから、不必要な補機５６の駆動停止を防止することができる。
【００３５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、補機５６の駆動を継続した状態でエンジン２２を始動可能なときには補機５６の駆動の停止は行なわずにエンジン２２を始動するものとしたが、常に補機５６の駆動の停止を伴ってエンジン２２を始動するものとしてもよい。
【００３６】
実施例のハイブリッド自動車２０では、補機５６にバッテリ５０から電力を供給し、エンジン２２を始動するときには、始動が完了するまで補機５６の駆動を停止するものとしたが、補機５６が消費する電力が小さいときや補機５６に必要な電力をバッテリ５０から供給しない場合には、エンジン２２の始動の際には、補機５６の駆動を考慮する必要がない。即ち、モータ運転モードとしては、バッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じた電力を駆動用電力としてモータＭＧ２を駆動し、補機５６の駆動停止を伴わずにエンジン２２を始動するものとしてもよいのである。
【００３７】
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とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによりトルク変換して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力可能な動力出力装置を搭載すると共にバッテリ５０から電力の供給を受ける補機５６の駆動の停止を伴ってバッテリ５０から供給される電力を用いてモータＭＧ１とモータＭＧ２とにより要求動力を出力しながらエンジン２２を始動するものとしたが、エンジンとモータから駆動軸に動力を出力可能でエンジンを停止した状態でモータから駆動軸に動力を出力可能でモータの駆動に必要な電力とエンジンの始動に必要な電力と補機の駆動に必要な電力とを二次電池を備える動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車であれば、如何なる構成の動力出力装置を搭載するものとしてもよい。
【００３８】
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アクセル開度設定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。
【図２】 ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるモータ運転モードにおけるエンジン始動処理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】 始動トルク設定マップの一例を示す説明図である。
【図５】 通常発進時のバッテリ出力Ｐｂの時間変化の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２０ 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、３１ａ サンギヤ軸３１ａ、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、３６ ベルト、３７ ギヤ機構、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、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、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、５４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５６ 補機、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モータ、ＭＧ２ モータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置およびこれを備える自動車に関し、詳しくは内燃機関からの動力と駆動用電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置およびこれを備える自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、内燃機関を始動するときには内燃機関の出力軸の動力を用いて発電する発電機を切り離すものが提案されている（例えば、実開平４−７９９４２号公報など）。この装置では、内燃機関の始動時には内燃機関の出力軸から発電機を切り離すことにより、始動時における内燃機関の負荷を低減して始動性を向上させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした始動時に内燃機関から発電機を切り離す技術は、内燃機関からの動力と電動機からの動力とを駆動軸に出力する動力出力装置の電動機による駆動の最中の内燃機関の始動にも適用できるものの、電動機による駆動との関係は考慮されていない。こうした動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車では、電動機による駆動として電動機による走行とその最中における内燃機関の始動は、電動機による走行領域との関係から重要な課題として考えられている。
【０００４】
本発明の動力出力装置は、内燃機関からの動力と電動機からの動力とを駆動軸に出力する動力出力装置における電動機による駆動の領域の拡大を図ることを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置は、内燃機関のスムーズな始動を目的の一つとする。
【０００５】
【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これを備える自動車は、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。
【０００６】
本発明の第１の動力出力装置は、
内燃機関からの動力と駆動用電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記駆動用電動機に電力を供給する二次電池と、
該二次電池から供給される電力を用いて前記内燃機関を始動可能な始動手段と、
前記二次電池から電力の供給を受けて駆動する少なくとも一つの補機と、
前記内燃機関が運転停止されているとき、前記二次電池から出力可能な最大電力と前記始動手段により前記内燃機関を始動するのに必要な始動用電力との偏差として設定された駆動用電力の範囲内で要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動用電動機を駆動制御する電動機制御手段と、
前記内燃機関の始動要求がなされたとき、該内燃機関の始動が完了するまで前記補機が駆動停止するよう該補機を駆動制御すると共に該内燃機関が始動されるよう前記始動手段を制御する始動時制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の第１の動力出力装置では、内燃機関が運転停止されているときには、二次電池から出力可能な最大電力と内燃機関を始動可能な始動手段により内燃機関を始動するのに必要な始動用電力との偏差として設定された駆動用電力の範囲内で要求動力が駆動軸に出力されるよう駆動用電動機を駆動制御し、内燃機関の始動要求がなされたときには、内燃機関の始動が完了するまで二次電池から電力の供給を受けて駆動する少なくとも一つの補機が駆動停止するよう補機を駆動制御すると共に内燃機関が始動されるよう始動手段を制御する。内燃機関を始動するときには補機を駆動停止するから、二次電池から出力可能な最大電力から補機の駆動に必要な電力と内燃機関を始動するのに必要な電力とを減じた範囲内で駆動用電動機を制御するものに比して、補機の駆動に必要な電力分だけ駆動用電動機に用いることができる駆動用電力を大きくすることができる。この結果、駆動用電動機による駆動の領域を広くすることができる。
【０００８】
こうした本発明の第１の動力出力装置において、前記始動時制御手段は、前記駆動用電力から前記補機の駆動に必要な電力を減じた電力の範囲内で前記要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動用電動機が駆動制御されているときには、前記補機を駆動させた状態で前記内燃機関を始動するよう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、不必要な補機の駆動停止を防止することができる。
【０００９】
また、本発明の第１の動力出力装置において、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記駆動軸に接続された第２の軸と第３の軸とを有し該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、前記始動手段は前記第３の軸に接続された発電可能な始動用電動機を含み、前記駆動用電動機は駆動軸に接続されてなるものとすることもできる。この態様の本発明の第１の動力出力装置において、前記駆動軸の回転数が大きいほど前記始動用電力を小さくなる傾向で設定する始動用電力設定手段を備え、前記電動機制御手段は前記始動用電力設定手段により設定された始動用電力により前記駆動用電力を算出して前記駆動用電動機を駆動制御する手段であり、前記始動時制御手段は前記始動用電力設定手段により設定された始動用電力を用いて前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段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、駆動軸の回転数に応じた駆動用電力を用いて駆動用電動機を駆動することができる。
【００１０】
本発明の第２の動力出力装置は、
内燃機関からの動力と駆動用電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記駆動用電動機に電力を供給する二次電池と、
該二次電池から供給される電力を用いて前記内燃機関を始動可能な始動手段と、
前記内燃機関が運転停止されているとき、前記二次電池から出力可能な最大電力と前記始動手段により前記内燃機関を始動するのに必要な始動用電力との偏差として設定された駆動用電力の範囲内で要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動用電動機を駆動制御する電動機制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【００１１】
この本発明の第２の動力出力装置では、内燃機関が運転停止されているときには、二次電池から出力可能な最大電力と内燃機関を始動可能な始動手段により内燃機関を始動するのに必要な始動用電力との偏差として設定された駆動用電力の範囲内で要求動力が駆動軸に出力されるよう駆動用電動機を駆動制御する。したがって、内燃機関の始動要求がなされたときには直ちに内燃機関を始動することができると共に内燃機関の始動の際に出力される動力に変動が生じることがない。
【００１２】
こうした本発明の第２の動力出力装置において、前記駆動軸の回転数が大きいほど前記始動用電力を小さくなる傾向で設定する始動用電力設定手段を備え、前記電動機制御手段は、前記始動用電力設定手段により設定された始動用電力により前記駆動用電力を算出して前記駆動用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。こうすれば、駆動軸の回転数に応じた駆動用電力を用いて駆動用電動機を駆動することができる。
【００１３】
また、本発明の第２の動力出力装置において、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記駆動軸に接続された第２の軸と第３の軸とを有し該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、前記始動手段は前記第３の軸に接続された発電可能な始動用電動機を含み、前記駆動用電動機は駆動軸に接続されてなるものとすることもできる。
【００１４】
こうした各態様の本発明の第１または第２の動力出力装置は、自動車や列車などの車両、船舶、航空機などの移動体や建設機械などの移動しない据え置き機などに搭載して用いることができる。
【００１５】
【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アクセル開度設定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、同じく動力分配統合機構３０に接続されたモータＭＧ２と、車両の駆動系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。
【００１６】
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。
【００１７】
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にはモータＭＧ２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に出力する。リングギヤ３２は、ベルト３６，ギヤ機構３７，デファレンシャルギヤ３８を介して車両前輪の駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続されている。したがって、リングギヤ３２に出力された動力は、ベルト３６，ギヤ機構３７，デファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに出力されることになる。なお、駆動系として見たときの動力分配統合機構３０に接続される３軸は、キャリア３４に接続されたエンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６，サンギヤ３１に接続されモータＭＧ１の回転軸となるサンギヤ軸３１ａおよびリングギヤ３２に接続されると共に駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとなる。
【００１８】
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、共に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の一方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とモータＭＧ２と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、共に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、回転位置検出センサ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンによりモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。この回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、モータＭＧ１がサンギヤ３１に接続されていると共にモータＭＧ２がリングギヤ３２に接続されていることから、サンギヤ軸３１ａやリングギヤ軸３２ａの回転数になる。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。
【００１９】
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に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度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。
【００２０】
バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４を介してハイブリッド自動車２０に必要な補機５６にも接続されており、バッテリ５０から補機５６に駆動用の電力の供給が行なわれている。補機５６としてはエアコンディショナーのコンプレッサや動力分配統合機構３０へ潤滑油を供給するための電動ポンプなど種々のものが挙げられる。
【００２１】
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、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４に取り付けられている図示しない電流センサや電圧センサからの電流や電圧，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の踏み込み量に対応したペダル開度Ａｕｓｒを検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのペダル開度Ａｕｓｒ，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、種々の補機５６への駆動信号やＤＣ／ＤＣコンバータ５４への制御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。
【００２２】
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の踏み込み量としてのアクセル開度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に出力すべき要求動力を計算し、この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。
【００２３】
次に、実施例のハイブリッド自動車２０がモータ運転モードにより走行している最中にエンジン２２の始動が指示されたときの動作について説明する。なお、エンジン２２の始動の指示は、平坦路における通常のアクセル操作によって車速Ｖが所定車速以上となったときや運転者によりアクセルペダル８３を大きく踏み込まれてモータＭＧ２からの動力だけでは要求動力に見合う動力を出力できない状態になったとき或いはその状態を推定したとき，バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）や出力電力などに基づいてバッテリ５０からの放電を制限する必要が生じたりバッテリ５０を充電する必要が生じたときなどになされる。
【００２４】
図２は、モータ運転モードで走行している最中にエンジン２２の始動が指示されたときにハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるエンジン始動時制御の一例を示すフローチャートである。エンジン始動時制御では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、モータＥＣＵ４０から通信により得られるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２と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と車速センサ８８からの車速ＶとバッテリＥＣＵ５２から通信により得られるバッテリ出力Ｐｂとを読み込み（ステップＳ１００）、読み込んだアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいてリングギヤ軸３２ａに要求される要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１０２）。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＊との関係を実験などにより求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、対応する要求トルクＴｒ＊を要求トルク設定マップから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。
【００２５】
続いて、車速Ｖに基づいてエンジン２２を始動するのに必要な始動トルクＴｓをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定すると共に設定したモータＭＧ１のｔｍ１＊と要求トルクＴｒ＊とに基づいて次式（１）によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を計算する（ステップＳ１０４）。始動トルクＴｓは、実施例では、始動トルクＴｓと車速Ｖとの関係を求めて始動トルク設定マップとして予めＲＯＭ７４に記憶しておき、車速Ｖが与えられると、対応する始動トルクＴｓを始動トルク設定マップから導出するものとした。図４に始動トルク設定マップの一例を示す。図示するように、始動トルクＴｓは、車速Ｖが大きくなるほど小さくなる傾向に設定されている。これは、車速Ｖが中高速では始動振動が小さいこととモータＭＧ１が発電機として駆動されることに基づく。エンジン２２を停止した状態で走行すると、モータＭＧ１は逆回転することになり、車速Ｖが大きくなるほどその回転数も大きくなる。エンジン２２を始動するときには、モータＭＧ１から始動トルクＴｓを出力することになるが、モータＭＧ１のロータの回転エネルギの一部を始動に用いることができるから、始動トルクＴｓとしてはモータＭＧ１の回転数が大きくなるほど小さく設定することができる。実施例では、こうしたことも考慮して始動トルクＴｓを設定するのである。式（１）中、ｋ１はサンギヤ３１に出力されるトルクをキャリア３４に出力するためにリングギヤ３２が受け持つ反力としてのトルクを計算するための定数であり、動力分配統合機構３０のギヤ比により定まる。したがって、式（１）の右辺第２項はモータＭＧ１から出力されるトルクをキャリア３４に出力するためにモータＭＧ２が受け持つ反力としてのトルクとなり、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊は、このトルクに要求トルクＴｒ＊を加算したものとなる。
【００２６】
【数１】
Ｔｍ２＊＝Ｔｒ＊＋ｋ１・Ｔｍ１＊ （１）
【００２７】
次に、エンジン２２を始動するのに必要な始動用電力Ｐｓを次式（２）により計算する（ステップＳ１０６）。式（２）中、右辺第１項はエンジン２２を始動するためにモータＭＧ１から出力される動力であり、右辺第２項はモータＭＧ１から出力される動力をキャリア３４に出力するためにモータＭＧ２が受け持つ反力としての動力である。なお、始動用電力Ｐｓを計算するのに、説明の容易のためにモータＭＧ１，ＭＧ２の効率は無視した。
【００２８】
【数２】
Ｐｓ＝Ｎｍ１・Ｔｍ１＊＋Ｎｍ２・ｋ１・Ｔｍ１＊ （２）
【００２９】
こうして始動用電力Ｐｓを計算すると、バッテリ５０から出力可能なバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じて補機５６の駆動停止を判断するための基準電力Ｐｒｅｆを計算し（ステップＳ１０８）、バッテリ出力Ｐｂと計算した基準電力Ｐｒｅｆとを比較する（ステップＳ１１０）。ここで、バッテリ出力ＰｂはモータＭＧ２から要求トルクＴｒ＊を出力するために用いられているモータ駆動用電力Ｐｍと補機５６を駆動するために用いられている補機駆動用電力Ｐａの和であり、基準電力Ｐｒｅｆはバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じた値であるから、バッテリ出力Ｐｂが基準電力Ｐｒｅｆ以下のときには、補機５６を駆動した状態でエンジン２２を始動してもバッテリ５０から出力される電力はバッテリ最大電力Ｐｍａｘ以下に収まるが、バッテリ出力Ｐｂが基準電力Ｐｒｅｆより大きいときには、補機５６を駆動した状態でエンジン２２を始動しようとするとバッテリ５０から出力される電力がバッテリ最大電力Ｐｍａｘを超えてしまうことになる。即ち、モータ駆動用電力Ｐｍがバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓと補機駆動用電力Ｐａとを減じた電力より大きくなっているのである。
【００３０】
したがって、このようにバッテリ出力Ｐｂが基準電力Ｐｒｅｆより大きいときには、補機５６の駆動を停止して（ステップＳ１１２）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊でモータＭＧ１，モータＭＧ２を駆動してエンジン２２をクランキングして始動する（ステップＳ１１４）。なお、モータＭＧ１の制御は、トルク指令Ｔｍ１＊により制御するものとしたが、エンジン２２のクランキング開始以降はキャリア３４が所定の回転数で回転するように、即ち、サンギヤ軸３１ａが対応する回転数で回転するように回転数制御により制御される。一方、バッテリ出力Ｐｂが基準電力Ｐｒｅｆ以下のときには補機５６の駆動を停止する必要はないから、補機５６を駆動した状態で同様にしてエンジン２２を始動する。
【００３１】
こうしたステップＳ１００〜Ｓ１１４の処理はエンジン２２の始動完了が判定されるまで繰り返され（ステップＳ１１６）、エンジン２２の始動完了が判定されると、補機５６を通常駆動に戻して（ステップＳ１１８）、エンジン始動制御を終了する。
【００３２】
いま、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が十分な状態で停止している実施例のハイブリッド自動車２０に対して運転者が軽くアクセルペダル８３を踏み込んで通常に発進させたとき、即ち、モータＭＧ２で出力可能な要求トルクＴｒ＊が設定されてモータ運転モードにより発進させ車速Ｖが大きくなっていく場合を考える。この場合、エンジン２２の始動指示は、モータ駆動モードで走行可能な限界、即ち、実施例ではモータ駆動用電力Ｐｍがバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じた電力に至る直前のタイミング、図５に例示する発進時のモータ駆動用電力Ｐｍの時間変化の一例においては時間ｔ２の直前のタイミングに行なわれる。エンジン始動時制御（図２参照）では、バッテリ出力Ｐｂが基準電力Ｐｒｅｆより大きいと判定されるから、補機５６の駆動が停止されてエンジン２２が始動される。なお、補機５６の駆動停止はエンジン２２の始動が完了するまでの僅かな時間であるから、ハイブリッド自動車２０の走行あるいは動力出力装置としてみたときの装置の駆動に影響を与えることはない。こうした制御は、モータ運転モードにおけるモータＭＧ２の駆動をバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じた電力を上限とする範囲内で行なう制御となる。したがって、補機５６の駆動停止を伴わずにエンジン２２を始動する制御、即ち、モータ運転モードにおけるモータ駆動用電力Ｐｍの上限をバッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓと補機駆動用電力Ｐａとを減じた電力としてモータＭＧ２を駆動する制御に比して、補機駆動用電力Ｐａ分だけモータ駆動用電力Ｐｍの上限を高くすることができる。この結果、モータ走行の範囲を広くすることができる。即ち、モータ運転モードでは、バッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じた電力を駆動用電力とし、その範囲内でモータＭＧ２を駆動すればよいのである。上述したように、車速Ｖが大きくなるほど始動トルクＴｓが小さくなって始動用電力Ｐｓも小さくなるから、駆動用電力は車速Ｖが大きいほど大きな電力となる。
【００３３】
一方、運転者が大きくアクセルペダル８３を踏み込んで発進させたときは、モータＭＧ２では要求トルクＴｒ＊を賄うことができないため、車速Ｖが低いときにエンジン２２の始動指示が行なわれる。この状態では、モータ駆動用電力ＰｍはモータＭＧ１から出力されるトルクは大きいが車速Ｖが小さいために比較的小さな値となり、バッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓと補機駆動用電力Ｐａとを減じた電力より低い場合が生じる。この場合、エンジン始動時制御では、バッテリ出力Ｐｂは基準電力Ｐｒｅｆ以下となるから、補機５６が駆動された状態でエンジン２２が始動される。
【００３４】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、アクセルペダル８３の踏み込みが通常程度で走行しているときには、エンジン２２を始動する際には始動が完了するまで補機５６の駆動を停止することにより、モータ走行の範囲を広くすることができる。もとより、エンジン２２をスムースに始動することができる。また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、補機５６の駆動を継続した状態でエンジン２２を始動可能なときには、補機５６の駆動の停止は行なわずにエンジン２２を始動するから、不必要な補機５６の駆動停止を防止することができる。
【００３５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、補機５６の駆動を継続した状態でエンジン２２を始動可能なときには補機５６の駆動の停止は行なわずにエンジン２２を始動するものとしたが、常に補機５６の駆動の停止を伴ってエンジン２２を始動するものとしてもよい。
【００３６】
実施例のハイブリッド自動車２０では、補機５６にバッテリ５０から電力を供給し、エンジン２２を始動するときには、始動が完了するまで補機５６の駆動を停止するものとしたが、補機５６が消費する電力が小さいときや補機５６に必要な電力をバッテリ５０から供給しない場合には、エンジン２２の始動の際には、補機５６の駆動を考慮する必要がない。即ち、モータ運転モードとしては、バッテリ最大電力Ｐｍａｘから始動用電力Ｐｓを減じた電力を駆動用電力としてモータＭＧ２を駆動し、補機５６の駆動停止を伴わずにエンジン２２を始動するものとしてもよいのである。
【００３７】
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とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによりトルク変換して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力可能な動力出力装置を搭載すると共にバッテリ５０から電力の供給を受ける補機５６の駆動の停止を伴ってバッテリ５０から供給される電力を用いてモータＭＧ１とモータＭＧ２とにより要求動力を出力しながらエンジン２２を始動するものとしたが、エンジンとモータから駆動軸に動力を出力可能でエンジンを停止した状態でモータから駆動軸に動力を出力可能でモータの駆動に必要な電力とエンジンの始動に必要な電力と補機の駆動に必要な電力とを二次電池を備える動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車であれば、如何なる構成の動力出力装置を搭載するものとしてもよい。
【００３８】
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アクセル開度設定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。
【図２】 ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるモータ運転モードにおけるエンジン始動処理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】 始動トルク設定マップの一例を示す説明図である。
【図５】 通常発進時のバッテリ出力Ｐｂの時間変化の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２０ 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、３１ａ サンギヤ軸３１ａ、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、３６ ベルト、３７ ギヤ機構、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、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、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、５４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５６ 補機、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モータ、ＭＧ２ モータ。
Claims (7)
- 内燃機関からの動力と駆動用電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記駆動用電動機に電力を供給する二次電池と、
該二次電池から供給される電力を用いて前記内燃機関を始動可能な始動手段と、
前記二次電池から電力の供給を受けて駆動する少なくとも一つの補機と、
前記内燃機関が運転停止されているとき、前記二次電池から出力可能な最大電力と前記始動手段により前記内燃機関を始動するのに必要な始動用電力との偏差として設定された駆動用電力の範囲内で要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動用電動機を駆動制御する電動機制御手段と、
前記内燃機関の始動要求がなされたとき、該内燃機関の始動が完了するまで前記補機が駆動停止するよう該補機を駆動制御すると共に該内燃機関が始動されるよう前記始動手段を制御する始動時制御手段と、
を備える動力出力装置。 - 前記始動時制御手段は、前記駆動用電力から前記補機の駆動に必要な電力を減じた電力の範囲内で前記要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動用電動機が駆動制御されているときには、前記補機を駆動させた状態で前記内燃機関を始動するよう制御する手段である請求項１記載の動力出力装置。
- 請求項１または２記載の動力出力装置であって、
前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記駆動軸に接続された第２の軸と第３の軸とを有し、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、
前記始動手段は、前記第３の軸に接続された発電可能な始動用電動機を含み、
前記駆動用電動機は駆動軸に接続されてなる
動力出力装置。 - 請求項３記載の動力出力装置であって、
前記駆動軸の回転数が大きいほど前記始動用電力を小さくなる傾向で設定する始動用電力設定手段を備え、
前記電動機制御手段は、前記始動用電力設定手段により設定された始動用電力により前記駆動用電力を算出して前記駆動用電動機を駆動制御する手段であり、
前記始動時制御手段は、前記始動用電力設定手段により設定された始動用電力を用いて前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段を制御する手段である
動力出力装置。 - 内燃機関からの動力と駆動用電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記駆動用電動機に電力を供給する二次電池と、
該二次電池から供給される電力を用いて前記内燃機関を始動可能な始動手段と、
前記内燃機関が運転停止されているとき、前記二次電池から出力可能な最大電力と前記始動手段により前記内燃機関を始動するのに必要な始動用電力との偏差として設定された駆動用電力の範囲内で要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動用電動機を駆動制御する電動機制御手段と、
前記駆動軸の回転数が大きいほど前記始動用電力を小さくなる傾向で設定する始動用電力設定手段と、
を備え、
前記電動機制御手段は、前記始動用電力設定手段により設定された始動用電力により前記駆動用電力を算出して前記駆動用電動機を駆動制御する手段である
動力出力装置。 - 請求項５記載の動力出力装置であって、
前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記駆動軸に接続された第２の軸と第３の軸とを有し、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、
前記始動手段は、前記第３の軸に接続された発電可能な始動用電動機を含み、
前記駆動用電動機は駆動軸に接続されてなる
動力出力装置。 - 請求項１ないし６いずれか記載の動力出力装置を備える自動車。
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