JP3894159B2 - 動力出力装置およびその制御方法並びに自動車 - 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その制御方法並びに自動車に関し、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、エンジンと、このエンジンの出力軸をキャリアに接続すると共に車軸に機械的に連結された駆動軸にリングギヤを接続したプラネタリギヤと、このプラネタリギヤのサンギヤに接続された発電機と、駆動軸に動力を入出力するモータと、発電機により発電した電力により充電すると共にモータに電力を供給するバッテリとを備えるものを搭載したハイブリッド自動車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車に搭載された装置では、バッテリの残存容量が基準容量（例えば５０％）より高いときには、エンジンを始動する際の目標回転数を通常の始動時の回転数より高い回転数とすることにより、エンジンからの出力の余剰エネルギによるバッテリの過充電を防止するものとしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−８２２０３号公報（第４頁，図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした動力出力装置では、駆動軸に要求される要求動力が大きいときには、バッテリが過充電される場合が生じる。要求動力が大きいとエンジンの目標動力も大きく設定されるから、始動直後のエンジンは高負荷運転されることになる。このとき、エンジンの出力トルクに対して反力をとる必要から発電機は大きな電力を発電するから、バッテリの残存容量が多ければ、バッテリを過充電してしまう。
【０００５】
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに自動車は、内燃機関の始動直後に生じ得る二次電池などの蓄電装置の過充電を防止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自動車は、内燃機関の始動をスムーズに行なう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、
前記駆動軸に動力を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とりが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸に要求される要求動力に対して前記内燃機関を運転停止状態として前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力している最中に該内燃機関の始動指示がなされたとき、始動を開始してから該内燃機関が所定の運転状態に至るまでは該内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と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。
【０００８】
この本発明の動力出力装置では、駆動軸に要求される要求動力に対して内燃機関を運転停止状態として電動機からの動力を駆動軸に出力している最中に内燃機関の始動指示がなされたときには、始動を開始してから内燃機関が所定の運転状態に至るまでは内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に要求動力に応じた動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力と動力の入出力を伴って内燃機関からの動力の少なくとも一部を駆動軸に出力する電力動力入出力手段と電動機とを制御する。したがって、始動直後に内燃機関が高負荷運転されるのを抑止することができ、始動直後に内燃機関が高負荷運転されることに基づいて生じ得る蓄電手段の過充電を抑止することができる。また、要求動力に応じた動力を駆動軸に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、前記蓄電手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段を備え、前記始動時制御手段は、前記蓄電量検出手段により検出された前記蓄電手段の蓄電量が所定蓄電量以上のときに、始動を開始してから前記内燃機関が所定の運転状態に至るまで該内燃機関から出力すべき動力を制限する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の蓄電量に応じて内燃機関の始動制御を行なうことができると共により確実に蓄電手段の過充電を抑止することができる。
【００１０】
また、本発明の動力出力装置において、前記始動時制御手段は、始動を開始してから前記内燃機関が安定した運転状態に至るまでは該内燃機関から出力すべき動力を制限し、前記内燃機関が安定した運転状態に至った後は前記要求動力に応じた動力が該内燃機関から出力され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、内燃機関をスムーズに始動して動力を得ることができる。
【００１１】
この内燃機関が安定した運転状態に至るまで内燃機関から出力すべき動力を制限する態様の本発明の動力出力装置において、前記始動時制御手段は、前記内燃機関が安定した運転状態に至るまでは、前記要求動力に拘わらず、所定動力が該内燃機関から出力され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、一定の条件下で内燃機関を始動することができる。
【００１２】
また、内燃機関が安定した運転状態に至るまで内燃機関から出力すべき動力を制限する態様の本発明の動力出力装置において、前記始動時制御手段は、前記内燃機関が安定した運転状態に至った後は、単位時間当たりの動力変化の上下限値の範囲内で前記要求動力が出力される方向に調整された動力が前記内燃機関から出力され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、始動直後の内燃機関から出力する動力を滑らかに変化させることができるから、内燃機関を急激に高負荷運転することを抑止することができる。
【００１３】
さらに、内燃機関が安定した運転状態に至るまで内燃機関から出力すべき動力を制限する態様の本発明の動力出力装置において、前記始動時制御手段は、前記電力動力入出力手段の駆動状態に基づいて前記内燃機関が安定した運転状態に至ったか否かを判定し、該判定結果に基づいて制御する手段であるものとすることもできる。これは、電力動力入出力手段が電力と動力の入出力を伴って内燃機関からの動力を駆動軸に出力することに基づく。この場合、前記始動時制御手段は、前記電力動力入出力手段が電力消費を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていないと判定し、前記電力動力入出力手段が発電を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていると判定する手段であるものとすることもできる。これは、電力動力入出力手段が電力消費を伴う駆動状態のときには内燃機関はまだモータリングされている状態、即ち始動が完了していない状態であり、電力動力入出力手段が発電を伴う駆動状態のときには内燃機関の始動が完了して内燃機関から動力が出力されている状態であることに基づく。
【００１４】
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することもできるし、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。
【００１５】
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、前記駆動軸に動力を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とりが可能な蓄電手段と、前記駆動軸に要求される要求動力に対して前記内燃機関を運転停止状態として前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力している最中に該内燃機関の始動指示がなされたとき、始動を開始してから該内燃機関が所定の運転状態に至るまでは該内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する始動時制御手段と、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。
【００１６】
この本発明の自動車によれば、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、始動直後に内燃機関が高負荷運転されるのを抑止することができる効果や始動直後に内燃機関が高負荷運転されることに基づいて生じ得る蓄電手段の過充電を抑止することができる効果，要求動力に応じた動力を駆動軸に出力することができる効果，内燃機関をスムーズに始動して動力を得ることができる効果，始動直後の内燃機関から出力する動力を滑らかに変化させ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。
【００１７】
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前記駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を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、
前記蓄電手段の蓄電量が所定蓄電量以上で前記駆動軸に要求される要求動力に対して前記内燃機関を運転停止状態として前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力している最中に該内燃機関の始動指示がなされたとき、
（ａ）始動を開始してから前記内燃機関が安定した運転状態に至ったか否かを判定し、
（ｂ）前記内燃機関が安定した運転状態に至ったと判定されるまでは該内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記内燃機関が安定した運転状態に至ったと判定された後は前記要求動力に応じた動力が該内燃機関から出力されると共に前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
ことを要旨とする。
【００１８】
この本発明の動力出力装置の制御方法によれば、蓄電手段の蓄電量が所定蓄電量以上で駆動軸に要求される要求動力に対して内燃機関を運転停止状態として電動機からの動力を駆動軸に出力している最中に内燃機関の始動指示がなされたときには、始動を開始してから内燃機関が安定した運転状態に至ったか否かを判定し、内燃機関が安定した運転状態に至ったと判定されるまでは内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に要求動力に応じた動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御し、内燃機関が安定した運転状態に至ったと判定された後は要求動力に応じた動力が内燃機関から出力されると共に要求動力に応じた動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御するから、始動直後に内燃機関が高負荷運転されるのを抑止することができ、始動直後に内燃機関が高負荷運転されることに基づいて生じ得る蓄電手段の過充電を抑止することができる。また、要求動力に応じた動力を駆動軸に出力することができる。
【００１９】
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（ａ）は、前記電力動力入出力手段が電力消費を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていないと判定し、前記電力動力入出力手段が発電を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていると判定する手段であるものとすることもできる。これは、電力動力入出力手段が電力消費を伴う駆動状態のときには内燃機関はまだモータリングされている状態、即ち始動が完了していない状態であり、電力動力入出力手段が発電を伴う駆動状態のときには内燃機関の始動が完了して内燃機関から動力が出力されている状態であることに基づく。
【００２０】
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、前記内燃機関が安定した運転状態に至った後は、単位時間当たりの動力変化の上下限値の範囲内で前記要求動力が出力される方向に調整された動力が前記内燃機関から出力されるよう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、始動直後の内燃機関から出力する動力を滑らかに変化させることができるから、内燃機関を急激に高負荷運転することを抑止することができる。
【００２１】
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【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、特にモータＭＧ２によるモータ走行している状態（モータ運転モード）から運転者がアクセルペダル８３を踏み込んだことによりエンジン２２を始動してエンジン２２からの動力により走行する状態（トルク変換運転モードや充放電運転モード）に移行する際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により実行される始動時処理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８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。図示した始動時処理ルーチンには、説明の容易のためにモータ走行している際の制御についても示した。
【００２９】
モータ走行している際の制御では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、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ことができる。そして、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＊と車両に必要な要求パワーＰ＊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３に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものにバッテリ５０の充放電要求量Ｐｂ＊とロスとを加えたものとして計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めることができる。充放電要求量Ｐｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）やアクセル開度Ａｃｃなどによって設定することができる。
【００３０】
要求トルクＴｒ＊と要求パワーＰ＊とを設定すると、設定した要求パワーＰ＊を閾値Ｐｒｅｆと比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｐｒｅｆは、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２から出力された動力だけで走行するモータ運転モードの範囲を設定するものであり、モータＭＧ２の性能やバッテリ５０の容量などにより設定することができる。いま、モータ走行を考えているから、ここでは要求パワーＰ＊は閾値Ｐｒｅｆ以下と判定され、モータ運転モードを実行するためにエンジン２２の停止を設定すると共にモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ１３０）、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に要求トルクＴｒ＊を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除した値を設定する（ステップＳ１４０）。そして、エンジンＥＣＵ２４に対してはエンジン２２の運転停止の制御信号を送信すると共にモータＥＣＵ４０に対してはモータＭＧ１の値０のトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを送信して（ステップＳ１５０）、この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の運転停止の状態を保持し、トルク指令Ｔｍ１＊とトルク指令Ｔｍ２＊とを受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１からはトルクが出力されないように、モータＭＧ２からはトルク指令Ｔｍ２＊のトルクが出力されるようにインバータ４１，４２のスイッチング素子をスイッチング制御する。こうした処理により、エンジン２２の運転を停止した状態でモータＭＧ２からの動力だけで走行することができる。
【００３１】
こうしてモータ運転モードで運転している最中に運転者がアクセルペダル８３を踏み込んでステップＳ１１０で設定される要求パワーＰ＊が閾値Ｐｒｅｆより大きくなると、前回このルーチンが実行されたときに設定されたモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が正の値か否かを判定する（ステップＳ１６０）。モータ運転モードで走行している最中はステップＳ１４０でモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊には値０が設定されるから、モータ運転モードで走行している直後にステップＳ１６０が実行されたときには肯定的な判定（Ｔｍ１＊≧０）がなされる。ここで、このモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊の正負の判定は、実施例では、トルク指令Ｔｍ１＊が正のときにはエンジン２２はモータＭＧ１によりモータリングされている状態、即ちエンジン２２はまだ安定した運転状態に至っていない状態であるのを判定することに相当し、トルク指令Ｔｍ１＊が負のときにはエンジン２２から動力が出力されている状態、即ちエンジン２２は安定した運転状態に至った状態であるのを判定することに相当する。
【００３２】
前回のトルク指令Ｔｍ１＊が値０か正のときには、エンジン２２の始動を開始する状態にあるかエンジン２２はまだ安定した運転状態に至っていない状態にあると判断し、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊に所定パワーＰｓｅｔを設定する。（ステップＳ１７０）。ここで、所定パワーＰｓｅｔは、エンジン２２を始動する際にエンジン２２から出力すべきパワーとして設定されるものであり、実施例ではエンジン２２から出力可能な動力のうち比較的低い動力として設定している。
【００３３】
こうして目標パワーＰｅ＊を設定すると、設定した目標パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２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）。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目標パワーＰｅ＊とに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する。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４に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと目標パワー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。いま、目標パワーＰｅ＊に所定パワーＰｓｅｔが設定されている場合を考えているから、図４に示すように、目標回転数Ｎｅ＊には回転数Ｎｓｅｔが設定されると共に目標トルクＴｅ＊にはトルクＴｓｅｔが設定される。
【００３４】
続いて、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２１０）。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り、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。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５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に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。また、図中、実線はエンジン２２の始動開始時の共線図を示し、破線は所定パワーＰｓｅｔが目標パワーＰｅ＊に設定されエンジン２２がこの目標パワーＰｅ＊を出力するよう目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで運転されたときの共線図を示す。式（１）は、破線の共線図を用いれば容易に導くことができる。実施例では、エンジンＥＣＵ２４によるエンジン２２の始動は、停止している状態からエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に至ったときに目標トルクＴｅ＊がエンジン２２から出力されるよう燃料噴射制御や点火制御を開始することにより行なわれる。いま、エンジン２２の始動開始時やエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に至っていないときを考えているから、実線の共線図に示すようにエンジン２２が停止している状態であったり、実線の共線図から破線の共線図に至る途中の状態であるから、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、エンジン２２のフリクショントルクに逆らってエンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊にするようモータＭＧ１を正回転させる方向のトルク（正の値のトルク）が設定される。即ち、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングするのである。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１でエンジン２２をモータリングすることによりリングギヤ軸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。
【００３５】
【数１】
Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−ρ・Nm2/Gr …（１）
Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt …（２）
【００３６】
こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（または発電電力）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限としてのトルク制限Ｔｍａｘを次式（３）により計算すると共に（ステップＳ２２０）、目標トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（４）により計算し（ステップＳ２３０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘと仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとを比較して小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ２４０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングすることによってリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをモータＭＧ２から出力されるトルクでキャンセルすると共にリングギヤ軸３２ａに出力する目標トルクＴｒ＊をバッテリ５０の出力制限の範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式（４）は、前述した図５の共線図から容易に導き出すことができる。
【００３７】
【数２】
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（３）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（４）
【００３８】
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Ｓ２５０）、始動時処理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の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に至ったときにエンジン２２から目標トルクＴｅ＊が出力されるよう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。
【００３９】
こうしてモータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングが行なわれ、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に至ると、エンジンＥＣＵ２４により燃料噴射制御や点火制御などが行なわれ、エンジン２２は目標トルクＴｅ＊のトルクを出力するようになる。このとき、目標パワーＰｅ＊には比較的小さな所定パワーＰｓｅｔが設定されているから、エンジン２２からは比較的小さなトルクが出力されることになる。この状態の共線図を図６に示す。この状態では、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、上述した式（２）によって設定されるから、エンジン２２から目標トルクＴｅ＊を出力することに基づいてサンギヤ３１に作用するモータＭＧ１の正の回転方向のトルクに基づいてモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が目標回転数Ｎｍ１＊を超えて大きくなろうとするのを抑止する方向、即ち負の値のトルクが設定される。前述したように、トルク指令Ｔｍ１＊には、エンジン２２をモータリングしているときには正の値のトルクが設定されるから、エンジン２２における燃料噴射制御や点火制御が開始された直後に負の値のトルクが設定されることになる。ステップＳ１６０でトルク指令Ｔｍ１＊が正の値から負の値に反転した状態を判定すると、エンジン２２は安定した運転状態に至ったと判断し、前回の目標パワーＰｅ＊に上限パワーＰｒｔを加えて仮エンジン目標パワーＰｅｔｍｐに設定する（ステップＳ１８０）。ここで、上限パワーＰｒｔは、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊を滑らかに増加するためにこの始動時処理ルーチンの起動間隔時間当たりの目標パワーＰｅ＊の変化の上限値として設定されるものであり、エンジン２２の性能やモータＭＧ１の性能などにより求めることができる。なお、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が負の値になった後は、このルーチンが実行される毎に前回の目標パワーＰｅ＊に上限パワーＰｒｔを加えて仮エンジン目標パワーＰｅｔｍｐが設定される。そして、設定した仮エンジン目標パワーＰｅｔｍｐと要求パワーＰ＊とのうち小さい方を目標パワーＰｅ＊として設定する（ステップＳ１９０）。即ち、目標パワーＰｅ＊を上限パワーＰｒｔの範囲内で要求パワーＰ＊に応じたものに設定し、目標パワーＰｅ＊が急増しないようにするのである。
【００４０】
こうしてエンジン２２の目標パワーＰｅ＊を設定すると、この目標パワーＰｅ＊と図４に例示した動作ラインとを用いてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊と設定し（ステップＳ２００）、上述の式（１）および式（２）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを設定する（ステップＳ２１０）。モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が負の値に反転した直後では、目標パワーＰｅ＊には比較的小さな所定パワーＰｓｅｔが設定されているから、サンギヤ３１に作用するトルクも小さなものとなる。このため、トルク指令Ｔｍ１＊に設定されるトルクのその絶対値は比較的小さなものとなり、モータＭＧ１による発電電力も比較的小さなものとなる。即ち、過大な電力の発電を抑止することができるのである。
【００４１】
こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とが設定されると、前述したステップＳ２２０〜Ｓ２４０の処理によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊をバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内で設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共に目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とトルク指令Ｔｍ２＊とをモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。これらの設定値を受信したエンジンＥＣＵ２４によるエンジン２２の制御やモータＥＣＵ４０によるモータＭＧ１，ＭＧ２の制御については前述した。
【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、始動開始からエンジン２２が安定した運転状態に至るまではエンジン２２の目標パワーＰｅ＊をエンジン２２が出力可能な動力のうち比較的低い動力として設定された所定パワーＰｓｅｔとして制御するから、始動直後のエンジン２２が高負荷運転されるのを抑止することができる。この結果、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に絶対値が過大な値となる負のトルクが設定されるのを抑止することができ、エンジン２２の始動直後にモータＭＧ１により過大な電力が発電されることに基づくバッテリ５０の過充電を抑止することができる。しかも、エンジン２２が安定した運転状態に至った後はエンジン２２の目標パワーＰｅ＊を上限パワーＰｒｔの範囲内で増加して制御するから、エンジン２２から出力する動力を滑らかに増加することができる。これらの結果、エンジン２２をスムーズに始動してエンジン２２から出力する動力を滑らかに増加させることができる。もとより、運転者が要求する要求トルクＴｒ＊に応じたトルクを駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力することができる。
【００４３】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を始動する際には、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊に比較的小さな所定パワーＰｓｅｔを設定し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が正から負の値に反転した後は、上限パワーＰｒｔの範囲内で目標パワーＰｅ＊を設定するものとしたが、こうした処理はバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が９０％や９５％などのようにバッテリ５０の過充電のおそれがあるときだけに実行するものとしてもよい。この場合、バッテリ５０の過充電のおそれが生じる閾値を用いて残容量（ＳＯＣ）を閾値と比較することにより判定すればよい。また、この場合、バッテリ５０の過充電のおそれがないときには、エンジン２２を始動する際に、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊に要求パワーＰ＊を設定するものとしてもかまわない。
【００４４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、始動開始からエンジン２２が安定した運転状態に至るまではエンジン２２の目標パワーＰｅ＊を所定パワーＰｓｅｔとしたが、エンジン２２が出力可能な動力のうち比較的低い動力であれば所定パワーＰｓｅｔに限られず、時間経過に応じて目標パワーＰｅ＊を変更するものとしてもよい。
【００４５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２が安定した運転状態に至った後はエンジン２２の目標パワーＰｅ＊を上限パワーＰｒｔの範囲内で増加するものとしたが、上限パワーＰｒｔは固定値である必要はなく、変動的な値であっても差し支えない。
【００４６】
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７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７における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に出力するものとしてもよい。
【００４７】
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８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。
【００４８】
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。
【図２】 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図４】 エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す説明図である。
【図５】 エンジン２２の始動開始時における動力分配統合機構３０の回転要素を力学的に説明する共線図の一例を示す説明図である。
【図６】 エンジン２２が安定した運転状態に至ったときの動力分配統合機構３０の共線図の一例を示す説明図である。
【図７】 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８】 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、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。
【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、エンジンと、このエンジンの出力軸をキャリアに接続すると共に車軸に機械的に連結された駆動軸にリングギヤを接続したプラネタリギヤと、このプラネタリギヤのサンギヤに接続された発電機と、駆動軸に動力を入出力するモータと、発電機により発電した電力により充電すると共にモータに電力を供給するバッテリとを備えるものを搭載したハイブリッド自動車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車に搭載された装置では、バッテリの残存容量が基準容量（例えば５０％）より高いときには、エンジンを始動する際の目標回転数を通常の始動時の回転数より高い回転数とすることにより、エンジンからの出力の余剰エネルギによるバッテリの過充電を防止するものとしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−８２２０３号公報（第４頁，図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした動力出力装置では、駆動軸に要求される要求動力が大きいときには、バッテリが過充電される場合が生じる。要求動力が大きいとエンジンの目標動力も大きく設定されるから、始動直後のエンジンは高負荷運転されることになる。このとき、エンジンの出力トルクに対して反力をとる必要から発電機は大きな電力を発電するから、バッテリの残存容量が多ければ、バッテリを過充電してしまう。
【０００５】
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに自動車は、内燃機関の始動直後に生じ得る二次電池などの蓄電装置の過充電を防止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自動車は、内燃機関の始動をスムーズに行なう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、
前記駆動軸に動力を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とりが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸に要求される要求動力に対して前記内燃機関を運転停止状態として前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力している最中に該内燃機関の始動指示がなされたとき、始動を開始してから該内燃機関が所定の運転状態に至るまでは該内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と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。
【０００８】
この本発明の動力出力装置では、駆動軸に要求される要求動力に対して内燃機関を運転停止状態として電動機からの動力を駆動軸に出力している最中に内燃機関の始動指示がなされたときには、始動を開始してから内燃機関が所定の運転状態に至るまでは内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に要求動力に応じた動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力と動力の入出力を伴って内燃機関からの動力の少なくとも一部を駆動軸に出力する電力動力入出力手段と電動機とを制御する。したがって、始動直後に内燃機関が高負荷運転されるのを抑止することができ、始動直後に内燃機関が高負荷運転されることに基づいて生じ得る蓄電手段の過充電を抑止することができる。また、要求動力に応じた動力を駆動軸に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、前記蓄電手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段を備え、前記始動時制御手段は、前記蓄電量検出手段により検出された前記蓄電手段の蓄電量が所定蓄電量以上のときに、始動を開始してから前記内燃機関が所定の運転状態に至るまで該内燃機関から出力すべき動力を制限する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の蓄電量に応じて内燃機関の始動制御を行なうことができると共により確実に蓄電手段の過充電を抑止することができる。
【００１０】
また、本発明の動力出力装置において、前記始動時制御手段は、始動を開始してから前記内燃機関が安定した運転状態に至るまでは該内燃機関から出力すべき動力を制限し、前記内燃機関が安定した運転状態に至った後は前記要求動力に応じた動力が該内燃機関から出力され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、内燃機関をスムーズに始動して動力を得ることができる。
【００１１】
この内燃機関が安定した運転状態に至るまで内燃機関から出力すべき動力を制限する態様の本発明の動力出力装置において、前記始動時制御手段は、前記内燃機関が安定した運転状態に至るまでは、前記要求動力に拘わらず、所定動力が該内燃機関から出力され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、一定の条件下で内燃機関を始動することができる。
【００１２】
また、内燃機関が安定した運転状態に至るまで内燃機関から出力すべき動力を制限する態様の本発明の動力出力装置において、前記始動時制御手段は、前記内燃機関が安定した運転状態に至った後は、単位時間当たりの動力変化の上下限値の範囲内で前記要求動力が出力される方向に調整された動力が前記内燃機関から出力され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、始動直後の内燃機関から出力する動力を滑らかに変化させることができるから、内燃機関を急激に高負荷運転することを抑止することができる。
【００１３】
さらに、内燃機関が安定した運転状態に至るまで内燃機関から出力すべき動力を制限する態様の本発明の動力出力装置において、前記始動時制御手段は、前記電力動力入出力手段の駆動状態に基づいて前記内燃機関が安定した運転状態に至ったか否かを判定し、該判定結果に基づいて制御する手段であるものとすることもできる。これは、電力動力入出力手段が電力と動力の入出力を伴って内燃機関からの動力を駆動軸に出力することに基づく。この場合、前記始動時制御手段は、前記電力動力入出力手段が電力消費を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていないと判定し、前記電力動力入出力手段が発電を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていると判定する手段であるものとすることもできる。これは、電力動力入出力手段が電力消費を伴う駆動状態のときには内燃機関はまだモータリングされている状態、即ち始動が完了していない状態であり、電力動力入出力手段が発電を伴う駆動状態のときには内燃機関の始動が完了して内燃機関から動力が出力されている状態であることに基づく。
【００１４】
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することもできるし、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。
【００１５】
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、前記駆動軸に動力を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とりが可能な蓄電手段と、前記駆動軸に要求される要求動力に対して前記内燃機関を運転停止状態として前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力している最中に該内燃機関の始動指示がなされたとき、始動を開始してから該内燃機関が所定の運転状態に至るまでは該内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する始動時制御手段と、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。
【００１６】
この本発明の自動車によれば、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、始動直後に内燃機関が高負荷運転されるのを抑止することができる効果や始動直後に内燃機関が高負荷運転されることに基づいて生じ得る蓄電手段の過充電を抑止することができる効果，要求動力に応じた動力を駆動軸に出力することができる効果，内燃機関をスムーズに始動して動力を得ることができる効果，始動直後の内燃機関から出力する動力を滑らかに変化させ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。
【００１７】
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前記駆動軸とに接続され電力と動力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を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、
前記蓄電手段の蓄電量が所定蓄電量以上で前記駆動軸に要求される要求動力に対して前記内燃機関を運転停止状態として前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力している最中に該内燃機関の始動指示がなされたとき、
（ａ）始動を開始してから前記内燃機関が安定した運転状態に至ったか否かを判定し、
（ｂ）前記内燃機関が安定した運転状態に至ったと判定されるまでは該内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記内燃機関が安定した運転状態に至ったと判定された後は前記要求動力に応じた動力が該内燃機関から出力されると共に前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
ことを要旨とする。
【００１８】
この本発明の動力出力装置の制御方法によれば、蓄電手段の蓄電量が所定蓄電量以上で駆動軸に要求される要求動力に対して内燃機関を運転停止状態として電動機からの動力を駆動軸に出力している最中に内燃機関の始動指示がなされたときには、始動を開始してから内燃機関が安定した運転状態に至ったか否かを判定し、内燃機関が安定した運転状態に至ったと判定されるまでは内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に要求動力に応じた動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御し、内燃機関が安定した運転状態に至ったと判定された後は要求動力に応じた動力が内燃機関から出力されると共に要求動力に応じた動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御するから、始動直後に内燃機関が高負荷運転されるのを抑止することができ、始動直後に内燃機関が高負荷運転されることに基づいて生じ得る蓄電手段の過充電を抑止することができる。また、要求動力に応じた動力を駆動軸に出力することができる。
【００１９】
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（ａ）は、前記電力動力入出力手段が電力消費を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていないと判定し、前記電力動力入出力手段が発電を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていると判定する手段であるものとすることもできる。これは、電力動力入出力手段が電力消費を伴う駆動状態のときには内燃機関はまだモータリングされている状態、即ち始動が完了していない状態であり、電力動力入出力手段が発電を伴う駆動状態のときには内燃機関の始動が完了して内燃機関から動力が出力されている状態であることに基づく。
【００２０】
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、前記内燃機関が安定した運転状態に至った後は、単位時間当たりの動力変化の上下限値の範囲内で前記要求動力が出力される方向に調整された動力が前記内燃機関から出力されるよう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、始動直後の内燃機関から出力する動力を滑らかに変化させることができるから、内燃機関を急激に高負荷運転することを抑止することができる。
【００２１】
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【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、特にモータＭＧ２によるモータ走行している状態（モータ運転モード）から運転者がアクセルペダル８３を踏み込んだことによりエンジン２２を始動してエンジン２２からの動力により走行する状態（トルク変換運転モードや充放電運転モード）に移行する際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により実行される始動時処理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８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。図示した始動時処理ルーチンには、説明の容易のためにモータ走行している際の制御についても示した。
【００２９】
モータ走行している際の制御では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、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ことができる。そして、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＊と車両に必要な要求パワーＰ＊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３に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものにバッテリ５０の充放電要求量Ｐｂ＊とロスとを加えたものとして計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めることができる。充放電要求量Ｐｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）やアクセル開度Ａｃｃなどによって設定することができる。
【００３０】
要求トルクＴｒ＊と要求パワーＰ＊とを設定すると、設定した要求パワーＰ＊を閾値Ｐｒｅｆと比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｐｒｅｆは、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２から出力された動力だけで走行するモータ運転モードの範囲を設定するものであり、モータＭＧ２の性能やバッテリ５０の容量などにより設定することができる。いま、モータ走行を考えているから、ここでは要求パワーＰ＊は閾値Ｐｒｅｆ以下と判定され、モータ運転モードを実行するためにエンジン２２の停止を設定すると共にモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ１３０）、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に要求トルクＴｒ＊を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除した値を設定する（ステップＳ１４０）。そして、エンジンＥＣＵ２４に対してはエンジン２２の運転停止の制御信号を送信すると共にモータＥＣＵ４０に対してはモータＭＧ１の値０のトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを送信して（ステップＳ１５０）、この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の運転停止の状態を保持し、トルク指令Ｔｍ１＊とトルク指令Ｔｍ２＊とを受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１からはトルクが出力されないように、モータＭＧ２からはトルク指令Ｔｍ２＊のトルクが出力されるようにインバータ４１，４２のスイッチング素子をスイッチング制御する。こうした処理により、エンジン２２の運転を停止した状態でモータＭＧ２からの動力だけで走行することができる。
【００３１】
こうしてモータ運転モードで運転している最中に運転者がアクセルペダル８３を踏み込んでステップＳ１１０で設定される要求パワーＰ＊が閾値Ｐｒｅｆより大きくなると、前回このルーチンが実行されたときに設定されたモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が正の値か否かを判定する（ステップＳ１６０）。モータ運転モードで走行している最中はステップＳ１４０でモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊には値０が設定されるから、モータ運転モードで走行している直後にステップＳ１６０が実行されたときには肯定的な判定（Ｔｍ１＊≧０）がなされる。ここで、このモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊の正負の判定は、実施例では、トルク指令Ｔｍ１＊が正のときにはエンジン２２はモータＭＧ１によりモータリングされている状態、即ちエンジン２２はまだ安定した運転状態に至っていない状態であるのを判定することに相当し、トルク指令Ｔｍ１＊が負のときにはエンジン２２から動力が出力されている状態、即ちエンジン２２は安定した運転状態に至った状態であるのを判定することに相当する。
【００３２】
前回のトルク指令Ｔｍ１＊が値０か正のときには、エンジン２２の始動を開始する状態にあるかエンジン２２はまだ安定した運転状態に至っていない状態にあると判断し、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊に所定パワーＰｓｅｔを設定する。（ステップＳ１７０）。ここで、所定パワーＰｓｅｔは、エンジン２２を始動する際にエンジン２２から出力すべきパワーとして設定されるものであり、実施例ではエンジン２２から出力可能な動力のうち比較的低い動力として設定している。
【００３３】
こうして目標パワーＰｅ＊を設定すると、設定した目標パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２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）。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目標パワーＰｅ＊とに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する。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４に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと目標パワー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。いま、目標パワーＰｅ＊に所定パワーＰｓｅｔが設定されている場合を考えているから、図４に示すように、目標回転数Ｎｅ＊には回転数Ｎｓｅｔが設定されると共に目標トルクＴｅ＊にはトルクＴｓｅｔが設定される。
【００３４】
続いて、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２１０）。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り、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。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５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に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。また、図中、実線はエンジン２２の始動開始時の共線図を示し、破線は所定パワーＰｓｅｔが目標パワーＰｅ＊に設定されエンジン２２がこの目標パワーＰｅ＊を出力するよう目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで運転されたときの共線図を示す。式（１）は、破線の共線図を用いれば容易に導くことができる。実施例では、エンジンＥＣＵ２４によるエンジン２２の始動は、停止している状態からエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に至ったときに目標トルクＴｅ＊がエンジン２２から出力されるよう燃料噴射制御や点火制御を開始することにより行なわれる。いま、エンジン２２の始動開始時やエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に至っていないときを考えているから、実線の共線図に示すようにエンジン２２が停止している状態であったり、実線の共線図から破線の共線図に至る途中の状態であるから、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、エンジン２２のフリクショントルクに逆らってエンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊にするようモータＭＧ１を正回転させる方向のトルク（正の値のトルク）が設定される。即ち、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングするのである。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１でエンジン２２をモータリングすることによりリングギヤ軸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。
【００３５】
【数１】
Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−ρ・Nm2/Gr …（１）
Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt …（２）
【００３６】
こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（または発電電力）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限としてのトルク制限Ｔｍａｘを次式（３）により計算すると共に（ステップＳ２２０）、目標トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（４）により計算し（ステップＳ２３０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘと仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとを比較して小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ２４０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングすることによってリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをモータＭＧ２から出力されるトルクでキャンセルすると共にリングギヤ軸３２ａに出力する目標トルクＴｒ＊をバッテリ５０の出力制限の範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式（４）は、前述した図５の共線図から容易に導き出すことができる。
【００３７】
【数２】
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（３）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（４）
【００３８】
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Ｓ２５０）、始動時処理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の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に至ったときにエンジン２２から目標トルクＴｅ＊が出力されるよう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。
【００３９】
こうしてモータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングが行なわれ、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に至ると、エンジンＥＣＵ２４により燃料噴射制御や点火制御などが行なわれ、エンジン２２は目標トルクＴｅ＊のトルクを出力するようになる。このとき、目標パワーＰｅ＊には比較的小さな所定パワーＰｓｅｔが設定されているから、エンジン２２からは比較的小さなトルクが出力されることになる。この状態の共線図を図６に示す。この状態では、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、上述した式（２）によって設定されるから、エンジン２２から目標トルクＴｅ＊を出力することに基づいてサンギヤ３１に作用するモータＭＧ１の正の回転方向のトルクに基づいてモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が目標回転数Ｎｍ１＊を超えて大きくなろうとするのを抑止する方向、即ち負の値のトルクが設定される。前述したように、トルク指令Ｔｍ１＊には、エンジン２２をモータリングしているときには正の値のトルクが設定されるから、エンジン２２における燃料噴射制御や点火制御が開始された直後に負の値のトルクが設定されることになる。ステップＳ１６０でトルク指令Ｔｍ１＊が正の値から負の値に反転した状態を判定すると、エンジン２２は安定した運転状態に至ったと判断し、前回の目標パワーＰｅ＊に上限パワーＰｒｔを加えて仮エンジン目標パワーＰｅｔｍｐに設定する（ステップＳ１８０）。ここで、上限パワーＰｒｔは、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊を滑らかに増加するためにこの始動時処理ルーチンの起動間隔時間当たりの目標パワーＰｅ＊の変化の上限値として設定されるものであり、エンジン２２の性能やモータＭＧ１の性能などにより求めることができる。なお、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が負の値になった後は、このルーチンが実行される毎に前回の目標パワーＰｅ＊に上限パワーＰｒｔを加えて仮エンジン目標パワーＰｅｔｍｐが設定される。そして、設定した仮エンジン目標パワーＰｅｔｍｐと要求パワーＰ＊とのうち小さい方を目標パワーＰｅ＊として設定する（ステップＳ１９０）。即ち、目標パワーＰｅ＊を上限パワーＰｒｔの範囲内で要求パワーＰ＊に応じたものに設定し、目標パワーＰｅ＊が急増しないようにするのである。
【００４０】
こうしてエンジン２２の目標パワーＰｅ＊を設定すると、この目標パワーＰｅ＊と図４に例示した動作ラインとを用いてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊と設定し（ステップＳ２００）、上述の式（１）および式（２）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを設定する（ステップＳ２１０）。モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が負の値に反転した直後では、目標パワーＰｅ＊には比較的小さな所定パワーＰｓｅｔが設定されているから、サンギヤ３１に作用するトルクも小さなものとなる。このため、トルク指令Ｔｍ１＊に設定されるトルクのその絶対値は比較的小さなものとなり、モータＭＧ１による発電電力も比較的小さなものとなる。即ち、過大な電力の発電を抑止することができるのである。
【００４１】
こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とが設定されると、前述したステップＳ２２０〜Ｓ２４０の処理によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊をバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内で設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共に目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とトルク指令Ｔｍ２＊とをモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。これらの設定値を受信したエンジンＥＣＵ２４によるエンジン２２の制御やモータＥＣＵ４０によるモータＭＧ１，ＭＧ２の制御については前述した。
【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、始動開始からエンジン２２が安定した運転状態に至るまではエンジン２２の目標パワーＰｅ＊をエンジン２２が出力可能な動力のうち比較的低い動力として設定された所定パワーＰｓｅｔとして制御するから、始動直後のエンジン２２が高負荷運転されるのを抑止することができる。この結果、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に絶対値が過大な値となる負のトルクが設定されるのを抑止することができ、エンジン２２の始動直後にモータＭＧ１により過大な電力が発電されることに基づくバッテリ５０の過充電を抑止することができる。しかも、エンジン２２が安定した運転状態に至った後はエンジン２２の目標パワーＰｅ＊を上限パワーＰｒｔの範囲内で増加して制御するから、エンジン２２から出力する動力を滑らかに増加することができる。これらの結果、エンジン２２をスムーズに始動してエンジン２２から出力する動力を滑らかに増加させることができる。もとより、運転者が要求する要求トルクＴｒ＊に応じたトルクを駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力することができる。
【００４３】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を始動する際には、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊に比較的小さな所定パワーＰｓｅｔを設定し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が正から負の値に反転した後は、上限パワーＰｒｔの範囲内で目標パワーＰｅ＊を設定するものとしたが、こうした処理はバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が９０％や９５％などのようにバッテリ５０の過充電のおそれがあるときだけに実行するものとしてもよい。この場合、バッテリ５０の過充電のおそれが生じる閾値を用いて残容量（ＳＯＣ）を閾値と比較することにより判定すればよい。また、この場合、バッテリ５０の過充電のおそれがないときには、エンジン２２を始動する際に、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊に要求パワーＰ＊を設定するものとしてもかまわない。
【００４４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、始動開始からエンジン２２が安定した運転状態に至るまではエンジン２２の目標パワーＰｅ＊を所定パワーＰｓｅｔとしたが、エンジン２２が出力可能な動力のうち比較的低い動力であれば所定パワーＰｓｅｔに限られず、時間経過に応じて目標パワーＰｅ＊を変更するものとしてもよい。
【００４５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２が安定した運転状態に至った後はエンジン２２の目標パワーＰｅ＊を上限パワーＰｒｔの範囲内で増加するものとしたが、上限パワーＰｒｔは固定値である必要はなく、変動的な値であっても差し支えない。
【００４６】
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７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７における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に出力するものとしてもよい。
【００４７】
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８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。
【００４８】
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。
【図２】 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図４】 エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す説明図である。
【図５】 エンジン２２の始動開始時における動力分配統合機構３０の回転要素を力学的に説明する共線図の一例を示す説明図である。
【図６】 エンジン２２が安定した運転状態に至ったときの動力分配統合機構３０の共線図の一例を示す説明図である。
【図７】 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８】 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、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)
- 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、
前記駆動軸に動力を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とりが可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段の蓄電量が少なくとも所定蓄電量以上の状態で前記駆動軸に要求される要求動力に対して前記内燃機関を運転停止状態として前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力している最中に該内燃機関の始動指示がなされたときには、始動を開始してから該内燃機関が安定した運転状態に至るまでは該内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記蓄電手段の蓄電量が前記所定蓄電量未満の状態で前記駆動軸に要求される要求動力に対して前記内燃機関を運転停止状態として前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力している最中に該内燃機関の始動指示がなされたときには、前記内燃機関から出力すべき動力の制限を行なうことなく前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と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、始動を開始してから前記内燃機関が安定した運転状態に至るまでは該内燃機関から出力すべき動力を制限し、前記内燃機関が安定した運転状態に至った後は前記要求動力に応じた動力が該内燃機関から出力され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。
- 前記始動時制御手段は、前記内燃機関が安定した運転状態に至るまでは、前記要求動力
に拘わらず、所定動力が該内燃機関から出力されるよう制御する手段である請求項２記載の動力出力装置。 - 前記始動時制御手段は、前記内燃機関が安定した運転状態に至った後は、単位時間当たりの動力変化の上下限値の範囲内で前記要求動力が出力される方向に調整された動力が前記内燃機関から出力されるよう制御する手段である請求項２または３記載の動力出力装置。
- 前記始動時制御手段は、前記電力動力入出力手段の駆動状態に基づいて前記内燃機関が安定した運転状態に至ったか否かを判定し、該判定結果に基づいて制御する手段である請求項２ないし４いずれか記載の動力出力装置。
- 前記始動時制御手段は、前記電力動力入出力手段が電力消費を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていないと判定し、前記電力動力入出力手段が発電を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていると判定する手段である請求項５記載の動力出力装置。
- 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６いずれか記載の動力出力装置。
- 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６いずれか記載の動力出力装置。
- 請求項１ないし８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。
- 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、前記駆動軸に動力を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、
前記蓄電手段の蓄電量が少なくとも所定蓄電量以上の状態で前記駆動軸に要求される要求動力に対して前記内燃機関を運転停止状態として前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力している最中に該内燃機関の始動指示がなされたときには、
（ａ）始動を開始してから前記内燃機関が安定した運転状態に至ったか否かの判定に際して、前記電力動力入出力手段が電力消費を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていないと判定し、前記電力動力入出力手段が発電を伴う駆動状態のときには前記内燃機関は安定した運転状態に至っていると判定し、
（ｂ）前記内燃機関が安定した運転状態に至ったと判定されるまでは該内燃機関から出力すべき動力を制限すると共に前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記内燃機関が安定した運転状態に至ったと判定された後は前記要求動力に応じた動力が該内燃機関から出力されると共に前記要求動力に応じた動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
動力出力装置の制御方法。 - 前記ステップ（ｂ）は、前記内燃機関が安定した運転状態に至った後は、単位時間当たりの動力変化の上下限値の範囲内で前記要求動力が出力される方向に調整された動力が前記内燃機関から出力されるよう制御するステップである請求項１０記載の動力出力装置の制御方法。
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