JP3894168B2 - 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動力出力装置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、エンジンと、このエンジンのクランクシャフト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動力を入出力する第１モータと、駆動軸に動力を入出力する第２モータと、第１モータや第２モータと電力のやりとりを行なうバッテリとを備え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、バッテリの温度と残容量とに基づいてバッテリの入力制限と出力制限とを設定し、この設定した入力制限や出力制限の範囲内で第１モータと第２モータとを駆動制御している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１８７５７７号公報（図１，図３，図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の動力出力装置のように第１モータの駆動制御によってエンジンの運転状態を制御する装置では、駆動軸に出力すべき目標動力とバッテリを充放電すべき目標充放電電力とに基づいてエンジンの目標運転ポイントを設定し、この設定した運転ポイントでエンジンが運転されると共に駆動軸に目標動力が出力されるようエンジンと第１モータと第２モータとが制御される場合がある。この場合、第１モータと第２モータとをバッテリの出力制限や入力制限の範囲内で駆動するには、エンジンの運転ポイントの変更が必要な場合も生じる。
【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、電力の入出力を伴って内燃機関の運転を制御する電力入出力機器と駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えるものにおいて二次電池などの蓄電装置における出力制限や入力制限に応じて内燃機関と電力入出力機器と電動機とを制御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、二次電池などの蓄電装置の過大な電力による充放電を抑止す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の運転状態を維持または変更すると共に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、
該蓄電手段の入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、
該設定された入出力制限に基づいて前記電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定する駆動可能範囲設定手段と、
操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、
前記電力動力入出力手段が前記設定された駆動可能範囲で駆動すると共に前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記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、電力動力入出力手段および電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段の入出力制限を設定すると共にこの設定された入出力制限に基づいて電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定し、設定した駆動可能範囲で電力動力入出力手段が駆動すると共に操作者の操作に基づいて設定される要求動力に基づく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。即ち、駆動可能範囲で電力動力入出力手段が駆動するよう内燃機関と電力動力入出力手段とを制御すると共に要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されるよう電動機を制御するのである。これにより、内燃機関の制御や電力動力入出力手段の制御，電動機の制御を蓄電手段の入出力制限に応じたものとすることができる。この結果、蓄電手段の過大な電力による入出力を抑止することができる。
【０００９】
こうした本発明の動力出力装置において、前記駆動可能範囲設定手段は、前記入出力制限と前記電動機により入出力が必要とされる電動機必要電力と前記蓄電手段から補機に電力を供給すべき補機電力と前記電力動力入出力手段の駆動状態とに基づいて前記駆動可能範囲を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適正な範囲として駆動可能範囲を設定することができる。
【００１０】
この入出力制限や電動機必要電力や補機電力などに基づいて駆動可能範囲を設定する態様の本発明の動力出力装置において、前記駆動可能範囲設定手段は、前記電力動力入出力手段により許容可能な前記内燃機関の運転範囲を前記駆動可能範囲として設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の運転範囲を蓄電手段の入出力制限に応じたものとすることができる。
【００１１】
この内燃機関の運転範囲を駆動可能範囲として設定する態様の本発明の動力出力装置において、前記駆動可能範囲設定手段は、前記入出力制限と前記電動機必要電力と前記補機電力とに基づいて前記電力動力入出力手段から入出力可能な入出力可能電力範囲を演算し、該演算した入出力可能電力範囲と前記電力動力入出力手段の駆動状態とに基づいて該電力動力入出力手段から出力可能なトルク範囲を演算し、該演算したトルク範囲に基づいて前記運転範囲を演算する手段であるものとすることもできる。
【００１２】
また、内燃機関の運転範囲を駆動可能範囲として設定する態様の本発明の動力出力装置において、前記駆動可能範囲設定手段は、前記内燃機関の出力軸の回転数範囲を前記駆動可能範囲として設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の出力軸の回転数により内燃機関の運転範囲を蓄電手段の入出力制限に応じたものとすることができる。
【００１３】
本発明の動力出力装置において、前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関の目標運転状態を設定する目標運転状態設定手段を備え、前記制御手段は、前記駆動可能範囲に基づいて前記設定された目標運転状態を補正し、該補正した目標運転状態で前記内燃機関が運転されるよう前記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、内燃機関の目標運転状態が補正されないことにより生じ得る蓄電手段の過大な電力による入出力を抑制することができる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記目標運転状態設定手段は前記目標運転状態として少なくとも前記内燃機関の目標回転数を設定する手段であり、前記制御手段は、前記駆動可能範囲に基づいて前記設定された目標回転数を補正し、該補正した目標回転数で前記内燃機関が運転されるよう前記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手段であるものとすることもできる。
【００１４】
本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記設定された入出力制限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、蓄電手段の入出力制限の範囲内で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。
【００１５】
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の回転子に対して該第２の回転子の相対的な回転を伴って該第１の回転子と該第２の回転子の電磁作用による電力の入出力により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発電機であるものとすることもできる。
【００１６】
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の運転状態を維持または変更すると共に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、該蓄電手段の入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、該設定された入出力制限に基づいて前記電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定する駆動可能範囲設定手段と、操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、前記電力動力入出力手段が前記設定された駆動可能範囲で駆動すると共に前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記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制御手段と、を備える動力出力装置を搭載し、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。
【００１７】
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、内燃機関の制御や電力動力入出力手段の制御，電動機の制御を蓄電手段の入出力制限に応じたものとすることができる効果や蓄電手段の過大な電力による入出力を抑止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。
【００１８】
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って該内燃機関の運転状態を変更すると共に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、
（ａ）前記蓄電手段の入出力制限を設定し、
（ｂ）該設定した入出力制限と前記電動機により入出力が必要とされる電動機必要電力と前記蓄電手段から補機に電力を供給すべき補機電力と前記電力動力入出力手段の駆動状態とに基づいて前記電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定し、
（ｃ）操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定し、
（ｄ）前記電力動力入出力手段が前記設定された駆動可能範囲で駆動すると共に前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記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。
【００１９】
この本発明の動力出力装置の制御方法によれば、電力動力入出力手段および電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段の入出力制限を設定すると共にこの設定した入出力制限と電動機により入出力が必要とされる電動機必要電力と蓄電手段から補機に電力を供給すべき補機電力と電力動力入出力手段の駆動状態とに基づいて電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定し、設定した駆動可能範囲で電力動力入出力手段が駆動すると共に操作者の操作に基づいて設定される要求動力に基づく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、内燃機関の制御や電力動力入出力手段の制御，電動機の制御を蓄電手段の入出力制限に応じたものとすることができる。この結果、蓄電手段の過大な電力による入出力を抑止することができる。
【００２０】
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（ｄ）の前に、前記設定した要求動力に基づいて前記内燃機関の目標運転状態を設定するステップを備え、前記ステップ（ｄ）は、前記駆動可能範囲に基づいて前記設定した目標運転状態を補正し、該補正した目標運転状態で前記内燃機関が運転されるよう前記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、内燃機関の目標運転状態が補正されないことにより生じ得る蓄電手段の過大な電力による入出力を抑制することができる。
【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、特にバッテリ５０の入出力制限がなされてい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８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２９】
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，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，エンジン２２の回転数Ｎｅ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、エンジン２２の回転数Ｎｅはクランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいて計算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１により検出されたバッテリ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。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て入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを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。
【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Ｔｒ＊とエンジン２２から出力すべき要求パワー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５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を充放電すべき充放電要求パワー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。
【００３１】
続いて、設定した要求パワー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６に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインとエンジン要求パワー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。
【００３２】
次に、モータＭＧ２から最低限出力すべき動力に必要な電力としてのモータ必要電力Ｐｍ２とバッテリ５０から電力が供給される補機（エアコンプレッサなどの車両に搭載された補機）の駆動に必要な電力としての補機必要電力Ｐｃｓｍとを設定する（ステップＳ１３０，Ｓ１４０）。ここで、モータ必要電力Ｐｍ２としては、エンジン２２をクランキングする際にモータＭＧ１から出力するトルクに伴って駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａで受け持たなければならない反力としてのトルクなどのように、モータＭＧ２から必ず出力しなければならないトルクとして設定される。補機必要電力Ｐｃｓｍは、補機のオンオフ状態や負荷状態などに基づいて設定することができる。
【００３３】
こうしてモータ必要電力Ｐｍ２や補機必要電力Ｐｃｓｍを設定すると、入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとモータ必要電力Ｐｍ２と補機必要電力ＰｃｓｍとロスＰｌｏｓｓとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とに基づいてモータＭＧ１から出力可能なトルクの上下限としてのトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定する（ステップＳ１５０）。具体的には、モータＭＧ１の電力Ｐｍ１（トルク×回転数Ｎｍ１）を用いて次式（１）から式（２）および式（３）を導いくことによりトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを計算する。
【００３４】
【数１】
Win≦Pm2+Pm1+Ploss+Pcsm≦Wout …（１）
Tm1min＝｛Win-(Pm2+Ploss+Pcsm)｝／Nm1 …（２）
Tm1max＝｛Wout-(Pm2+Ploss+Pcsm)｝／Nm1 …（３）
【００３５】
次に、こうして設定されたトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘに対して回転数Ｎｅで運転されているエンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で運転するためにモータＭＧ１をフィードバック制御する際に用いられる次式（４）に示す関係式を用いてエンジン２２の回転数Ｎｅに対する目標回転数Ｎｅ＊への変化の上下限値（変化上下限値）ΔＮｅｍｉｎ，ΔＮｅｍａｘを計算する（ステップＳ１６０）。式（４）中、右辺第１項のＴｂｓはベース項であり、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。また、ΔＮｅは目標回転数Ｎｅ＊と回転数Ｎｅとの偏差（Ｎｅ＊−Ｎｅ）である。実施例では、目標回転数Ｎｅ＊と回転数Ｎｅとの偏差に対して即座に応答するのは比例項であることと、積分項は１周回あたりの変化が極小であることとから、ベース項と積分項とを固定値として扱い、式（５）および式（６）により変化上下限値ΔＮｅｍｉｎ，ΔＮｅｍａｘを計算するものとした。
【００３６】
【数２】
Tm1＝Tbs+k1・ΔNe+k2・∫ΔNe dt …（４）
ΔNemin＝(Tm1min-Tbs-k2・∫ΔNe dt）／k1 …（５）
ΔNemax＝(Tm1max-Tbs-k2・∫ΔNe dt）／k1 …（６）
【００３７】
そして、目標回転数Ｎｅ＊から回転数Ｎｅを減じて目標回転数変化量ΔＮｅ＊を設定し（ステップＳ１７０）、設定した目標回転数変化量ΔＮｅ＊を変化上下限値ΔＮｅｍｉｎ，ΔＮｅｍａｘと比較する（ステップＳ１８０）。目標回転数変化量ΔＮｅ＊が変化下限値ΔＮｅｍｉｎ未満のときには、現在の回転数Ｎｅに変化下限値ΔＮｅｍｉｎを加えた値を目標回転数Ｎｅ＊として設定し（ステップＳ１９０）、目標回転数変化量ΔＮｅ＊が変化上限値ΔＮｅｍａｘより大きいときには、現在の回転数Ｎｅに変化上限値ΔＮｅｍａｘを加えた値を目標回転数Ｎｅ＊として設定する（ステップＳ２００）。なお、目標回転数変化量ΔＮｅ＊が変化下限値ΔＮｅｍｉｎ以上で変化上限値ΔＮｅｍａｘ以下のときには目標回転数Ｎｅ＊の再設定は行なわれない。このように、目標回転数Ｎｅ＊を再設定することにより、エンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊に変更するためにモータＭＧ１から出力するトルクをトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘの範囲内とすることができる。
【００３８】
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、設定した目標回転数Ｎｅ＊と現在の回転数Ｎｅとの偏差を用いて上述した式（４）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２１０）。続いて、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（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（７）により計算すると共に（ステップＳ２２０）、要求トルク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（８）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）。ここで、式（８）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７に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２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。式（８）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、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転したときにエンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクと、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。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、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルク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。
【００３９】
【数３】
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（７）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（８）
【００４０】
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、それぞれ送信して（ステップＳ２５０）、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における燃料噴射制御や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。
【００４１】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとモータＭＧ２におけるモータ必要電力Ｐｍ２と補機必要電力ＰｃｓｍとロスＰｌｏｓｓとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とに基づいてモータＭＧ１から出力可能なトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定し、モータＭＧ１のトルクがこのトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘの範囲内となるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を再設定してエンジン２２を運転すると共にモータＭＧ１とモータＭＧ２とを駆動するから、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに応じてエンジン２２を運転すると共にモータＭＧ１とモータＭＧ２とを駆動することができる。これにより、バッテリ５０の過大な電力による充放電を抑止することができる。しかも、運転者が要求する要求トルクＴｒ＊をバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの制限範囲内で制限したトルクとして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。この結果、運転者の要求に応じたトルクを出力することができると共に過大な電力によるバッテリ５０の充放電をより確実に抑止することができる。
【００４２】
実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとモータＭＧ２におけるモータ必要電力Ｐｍ２と補機必要電力ＰｃｓｍとロスＰｌｏｓｓとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とに基づいてモータＭＧ１から出力可能なトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定するものとしたが、モータ必要電力Ｐｍ２については、必ずしもモータＭＧ２から最低限出力すべき動力に必要な電力として計算する必要はなく、例えば、モータＭＧ２から最低限出力すべき動力に必要な最小必要電力に補正電力を加えて計算される電力や最小必要電力に補正係数を乗じて計算される電力などや最小必要電力に基づいて計算されたものの他、モータＭＧ２で現在消費している電力やその電力に補正係数を乗じて計算される電力など種々の手法により計算される電力を用いるものとしてもよい。
【００４３】
また、実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに基づいてモータＭＧ１から出力可能なトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定し、モータＭＧ１のトルクがこのトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘの範囲内となるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を再設定するものとしたが、トルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定することなくバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに基づいて直接エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を再設定するものとしても差し支えない。
【００４４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに基づいてモータＭＧ１から出力可能なトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定する際に、そのときのモータＭＧ２の回転数Ｎｍ１を用いたが、モータＭＧ１の回転数として駆動制御ルーチンの起動間隔時間或いはこれに近似の時間だけ将来の回転数を推定し、この推定した将来回転数を用いてトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定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、トルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘから変化上下限値ΔＮｅｍｉｎ，ΔＮｅｍａｘを計算する際や目標回転数Ｎｅ＊と回転数Ｎｅとからトルク指令Ｔｍ１＊を設定する際に、式（４）に示すように、ベース項と比例項と積分項とによるフィードバック制御における関係式を用いるものとしたが、積分項がなくベース項と比例項だけによる関係式を用いるものとしたり、ベース項がなく比例項と積分項だけによる関係式を用いるものとしたり、ベース項や比例項，積分項に加えて微分項を有する関係式を用いるものとするなど、種々のフィードバック制御における関係式を用いるものとしてもよいし、フィードバック制御における関係式以外の制御における関係式を用いても構わない。
【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８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８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。
【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９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により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】 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。
【図４】 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。
【図５】 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図６】 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７】 動力分配統合機構３０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。
【図８】 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９】 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，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動力出力装置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、エンジンと、このエンジンのクランクシャフト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動力を入出力する第１モータと、駆動軸に動力を入出力する第２モータと、第１モータや第２モータと電力のやりとりを行なうバッテリとを備え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、バッテリの温度と残容量とに基づいてバッテリの入力制限と出力制限とを設定し、この設定した入力制限や出力制限の範囲内で第１モータと第２モータとを駆動制御している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１８７５７７号公報（図１，図３，図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の動力出力装置のように第１モータの駆動制御によってエンジンの運転状態を制御する装置では、駆動軸に出力すべき目標動力とバッテリを充放電すべき目標充放電電力とに基づいてエンジンの目標運転ポイントを設定し、この設定した運転ポイントでエンジンが運転されると共に駆動軸に目標動力が出力されるようエンジンと第１モータと第２モータとが制御される場合がある。この場合、第１モータと第２モータとをバッテリの出力制限や入力制限の範囲内で駆動するには、エンジンの運転ポイントの変更が必要な場合も生じる。
【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、電力の入出力を伴って内燃機関の運転を制御する電力入出力機器と駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えるものにおいて二次電池などの蓄電装置における出力制限や入力制限に応じて内燃機関と電力入出力機器と電動機とを制御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、二次電池などの蓄電装置の過大な電力による充放電を抑止す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の運転状態を維持または変更すると共に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、
該蓄電手段の入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、
該設定された入出力制限に基づいて前記電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定する駆動可能範囲設定手段と、
操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、
前記電力動力入出力手段が前記設定された駆動可能範囲で駆動すると共に前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記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、電力動力入出力手段および電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段の入出力制限を設定すると共にこの設定された入出力制限に基づいて電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定し、設定した駆動可能範囲で電力動力入出力手段が駆動すると共に操作者の操作に基づいて設定される要求動力に基づく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。即ち、駆動可能範囲で電力動力入出力手段が駆動するよう内燃機関と電力動力入出力手段とを制御すると共に要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されるよう電動機を制御するのである。これにより、内燃機関の制御や電力動力入出力手段の制御，電動機の制御を蓄電手段の入出力制限に応じたものとすることができる。この結果、蓄電手段の過大な電力による入出力を抑止することができる。
【０００９】
こうした本発明の動力出力装置において、前記駆動可能範囲設定手段は、前記入出力制限と前記電動機により入出力が必要とされる電動機必要電力と前記蓄電手段から補機に電力を供給すべき補機電力と前記電力動力入出力手段の駆動状態とに基づいて前記駆動可能範囲を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適正な範囲として駆動可能範囲を設定することができる。
【００１０】
この入出力制限や電動機必要電力や補機電力などに基づいて駆動可能範囲を設定する態様の本発明の動力出力装置において、前記駆動可能範囲設定手段は、前記電力動力入出力手段により許容可能な前記内燃機関の運転範囲を前記駆動可能範囲として設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の運転範囲を蓄電手段の入出力制限に応じたものとすることができる。
【００１１】
この内燃機関の運転範囲を駆動可能範囲として設定する態様の本発明の動力出力装置において、前記駆動可能範囲設定手段は、前記入出力制限と前記電動機必要電力と前記補機電力とに基づいて前記電力動力入出力手段から入出力可能な入出力可能電力範囲を演算し、該演算した入出力可能電力範囲と前記電力動力入出力手段の駆動状態とに基づいて該電力動力入出力手段から出力可能なトルク範囲を演算し、該演算したトルク範囲に基づいて前記運転範囲を演算する手段であるものとすることもできる。
【００１２】
また、内燃機関の運転範囲を駆動可能範囲として設定する態様の本発明の動力出力装置において、前記駆動可能範囲設定手段は、前記内燃機関の出力軸の回転数範囲を前記駆動可能範囲として設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の出力軸の回転数により内燃機関の運転範囲を蓄電手段の入出力制限に応じたものとすることができる。
【００１３】
本発明の動力出力装置において、前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関の目標運転状態を設定する目標運転状態設定手段を備え、前記制御手段は、前記駆動可能範囲に基づいて前記設定された目標運転状態を補正し、該補正した目標運転状態で前記内燃機関が運転されるよう前記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、内燃機関の目標運転状態が補正されないことにより生じ得る蓄電手段の過大な電力による入出力を抑制することができる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記目標運転状態設定手段は前記目標運転状態として少なくとも前記内燃機関の目標回転数を設定する手段であり、前記制御手段は、前記駆動可能範囲に基づいて前記設定された目標回転数を補正し、該補正した目標回転数で前記内燃機関が運転されるよう前記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手段であるものとすることもできる。
【００１４】
本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記設定された入出力制限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、蓄電手段の入出力制限の範囲内で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。
【００１５】
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の回転子に対して該第２の回転子の相対的な回転を伴って該第１の回転子と該第２の回転子の電磁作用による電力の入出力により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発電機であるものとすることもできる。
【００１６】
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の運転状態を維持または変更すると共に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、該蓄電手段の入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、該設定された入出力制限に基づいて前記電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定する駆動可能範囲設定手段と、操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、前記電力動力入出力手段が前記設定された駆動可能範囲で駆動すると共に前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記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制御手段と、を備える動力出力装置を搭載し、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。
【００１７】
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、内燃機関の制御や電力動力入出力手段の制御，電動機の制御を蓄電手段の入出力制限に応じたものとすることができる効果や蓄電手段の過大な電力による入出力を抑止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。
【００１８】
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って該内燃機関の運転状態を変更すると共に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、
（ａ）前記蓄電手段の入出力制限を設定し、
（ｂ）該設定した入出力制限と前記電動機により入出力が必要とされる電動機必要電力と前記蓄電手段から補機に電力を供給すべき補機電力と前記電力動力入出力手段の駆動状態とに基づいて前記電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定し、
（ｃ）操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定し、
（ｄ）前記電力動力入出力手段が前記設定された駆動可能範囲で駆動すると共に前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記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。
【００１９】
この本発明の動力出力装置の制御方法によれば、電力動力入出力手段および電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段の入出力制限を設定すると共にこの設定した入出力制限と電動機により入出力が必要とされる電動機必要電力と蓄電手段から補機に電力を供給すべき補機電力と電力動力入出力手段の駆動状態とに基づいて電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定し、設定した駆動可能範囲で電力動力入出力手段が駆動すると共に操作者の操作に基づいて設定される要求動力に基づく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、内燃機関の制御や電力動力入出力手段の制御，電動機の制御を蓄電手段の入出力制限に応じたものとすることができる。この結果、蓄電手段の過大な電力による入出力を抑止することができる。
【００２０】
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（ｄ）の前に、前記設定した要求動力に基づいて前記内燃機関の目標運転状態を設定するステップを備え、前記ステップ（ｄ）は、前記駆動可能範囲に基づいて前記設定した目標運転状態を補正し、該補正した目標運転状態で前記内燃機関が運転されるよう前記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、内燃機関の目標運転状態が補正されないことにより生じ得る蓄電手段の過大な電力による入出力を抑制することができる。
【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、特にバッテリ５０の入出力制限がなされてい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８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２９】
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，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，エンジン２２の回転数Ｎｅ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、エンジン２２の回転数Ｎｅはクランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいて計算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１により検出されたバッテリ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。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て入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを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。
【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Ｔｒ＊とエンジン２２から出力すべき要求パワー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５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を充放電すべき充放電要求パワー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。
【００３１】
続いて、設定した要求パワー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６に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインとエンジン要求パワー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。
【００３２】
次に、モータＭＧ２から最低限出力すべき動力に必要な電力としてのモータ必要電力Ｐｍ２とバッテリ５０から電力が供給される補機（エアコンプレッサなどの車両に搭載された補機）の駆動に必要な電力としての補機必要電力Ｐｃｓｍとを設定する（ステップＳ１３０，Ｓ１４０）。ここで、モータ必要電力Ｐｍ２としては、エンジン２２をクランキングする際にモータＭＧ１から出力するトルクに伴って駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａで受け持たなければならない反力としてのトルクなどのように、モータＭＧ２から必ず出力しなければならないトルクとして設定される。補機必要電力Ｐｃｓｍは、補機のオンオフ状態や負荷状態などに基づいて設定することができる。
【００３３】
こうしてモータ必要電力Ｐｍ２や補機必要電力Ｐｃｓｍを設定すると、入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとモータ必要電力Ｐｍ２と補機必要電力ＰｃｓｍとロスＰｌｏｓｓとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とに基づいてモータＭＧ１から出力可能なトルクの上下限としてのトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定する（ステップＳ１５０）。具体的には、モータＭＧ１の電力Ｐｍ１（トルク×回転数Ｎｍ１）を用いて次式（１）から式（２）および式（３）を導いくことによりトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを計算する。
【００３４】
【数１】
Win≦Pm2+Pm1+Ploss+Pcsm≦Wout …（１）
Tm1min＝｛Win-(Pm2+Ploss+Pcsm)｝／Nm1 …（２）
Tm1max＝｛Wout-(Pm2+Ploss+Pcsm)｝／Nm1 …（３）
【００３５】
次に、こうして設定されたトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘに対して回転数Ｎｅで運転されているエンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で運転するためにモータＭＧ１をフィードバック制御する際に用いられる次式（４）に示す関係式を用いてエンジン２２の回転数Ｎｅに対する目標回転数Ｎｅ＊への変化の上下限値（変化上下限値）ΔＮｅｍｉｎ，ΔＮｅｍａｘを計算する（ステップＳ１６０）。式（４）中、右辺第１項のＴｂｓはベース項であり、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。また、ΔＮｅは目標回転数Ｎｅ＊と回転数Ｎｅとの偏差（Ｎｅ＊−Ｎｅ）である。実施例では、目標回転数Ｎｅ＊と回転数Ｎｅとの偏差に対して即座に応答するのは比例項であることと、積分項は１周回あたりの変化が極小であることとから、ベース項と積分項とを固定値として扱い、式（５）および式（６）により変化上下限値ΔＮｅｍｉｎ，ΔＮｅｍａｘを計算するものとした。
【００３６】
【数２】
Tm1＝Tbs+k1・ΔNe+k2・∫ΔNe dt …（４）
ΔNemin＝(Tm1min-Tbs-k2・∫ΔNe dt）／k1 …（５）
ΔNemax＝(Tm1max-Tbs-k2・∫ΔNe dt）／k1 …（６）
【００３７】
そして、目標回転数Ｎｅ＊から回転数Ｎｅを減じて目標回転数変化量ΔＮｅ＊を設定し（ステップＳ１７０）、設定した目標回転数変化量ΔＮｅ＊を変化上下限値ΔＮｅｍｉｎ，ΔＮｅｍａｘと比較する（ステップＳ１８０）。目標回転数変化量ΔＮｅ＊が変化下限値ΔＮｅｍｉｎ未満のときには、現在の回転数Ｎｅに変化下限値ΔＮｅｍｉｎを加えた値を目標回転数Ｎｅ＊として設定し（ステップＳ１９０）、目標回転数変化量ΔＮｅ＊が変化上限値ΔＮｅｍａｘより大きいときには、現在の回転数Ｎｅに変化上限値ΔＮｅｍａｘを加えた値を目標回転数Ｎｅ＊として設定する（ステップＳ２００）。なお、目標回転数変化量ΔＮｅ＊が変化下限値ΔＮｅｍｉｎ以上で変化上限値ΔＮｅｍａｘ以下のときには目標回転数Ｎｅ＊の再設定は行なわれない。このように、目標回転数Ｎｅ＊を再設定することにより、エンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊に変更するためにモータＭＧ１から出力するトルクをトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘの範囲内とすることができる。
【００３８】
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、設定した目標回転数Ｎｅ＊と現在の回転数Ｎｅとの偏差を用いて上述した式（４）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２１０）。続いて、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（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（７）により計算すると共に（ステップＳ２２０）、要求トルク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（８）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）。ここで、式（８）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７に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２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。式（８）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、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転したときにエンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクと、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。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、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルク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。
【００３９】
【数３】
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（７）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（８）
【００４０】
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、それぞれ送信して（ステップＳ２５０）、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における燃料噴射制御や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。
【００４１】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとモータＭＧ２におけるモータ必要電力Ｐｍ２と補機必要電力ＰｃｓｍとロスＰｌｏｓｓとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とに基づいてモータＭＧ１から出力可能なトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定し、モータＭＧ１のトルクがこのトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘの範囲内となるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を再設定してエンジン２２を運転すると共にモータＭＧ１とモータＭＧ２とを駆動するから、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに応じてエンジン２２を運転すると共にモータＭＧ１とモータＭＧ２とを駆動することができる。これにより、バッテリ５０の過大な電力による充放電を抑止することができる。しかも、運転者が要求する要求トルクＴｒ＊をバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの制限範囲内で制限したトルクとして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。この結果、運転者の要求に応じたトルクを出力することができると共に過大な電力によるバッテリ５０の充放電をより確実に抑止することができる。
【００４２】
実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとモータＭＧ２におけるモータ必要電力Ｐｍ２と補機必要電力ＰｃｓｍとロスＰｌｏｓｓとモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とに基づいてモータＭＧ１から出力可能なトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定するものとしたが、モータ必要電力Ｐｍ２については、必ずしもモータＭＧ２から最低限出力すべき動力に必要な電力として計算する必要はなく、例えば、モータＭＧ２から最低限出力すべき動力に必要な最小必要電力に補正電力を加えて計算される電力や最小必要電力に補正係数を乗じて計算される電力などや最小必要電力に基づいて計算されたものの他、モータＭＧ２で現在消費している電力やその電力に補正係数を乗じて計算される電力など種々の手法により計算される電力を用いるものとしてもよい。
【００４３】
また、実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに基づいてモータＭＧ１から出力可能なトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定し、モータＭＧ１のトルクがこのトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘの範囲内となるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を再設定するものとしたが、トルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定することなくバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに基づいて直接エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を再設定するものとしても差し支えない。
【００４４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに基づいてモータＭＧ１から出力可能なトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定する際に、そのときのモータＭＧ２の回転数Ｎｍ１を用いたが、モータＭＧ１の回転数として駆動制御ルーチンの起動間隔時間或いはこれに近似の時間だけ将来の回転数を推定し、この推定した将来回転数を用いてトルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定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、トルク上下限値Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘから変化上下限値ΔＮｅｍｉｎ，ΔＮｅｍａｘを計算する際や目標回転数Ｎｅ＊と回転数Ｎｅとからトルク指令Ｔｍ１＊を設定する際に、式（４）に示すように、ベース項と比例項と積分項とによるフィードバック制御における関係式を用いるものとしたが、積分項がなくベース項と比例項だけによる関係式を用いるものとしたり、ベース項がなく比例項と積分項だけによる関係式を用いるものとしたり、ベース項や比例項，積分項に加えて微分項を有する関係式を用いるものとするなど、種々のフィードバック制御における関係式を用いるものとしてもよいし、フィードバック制御における関係式以外の制御における関係式を用いても構わない。
【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８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８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。
【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９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により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】 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。
【図４】 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。
【図５】 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図６】 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７】 動力分配統合機構３０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。
【図８】 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９】 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，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 (12)
- 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の運転状態を維持または変更すると共に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、
該蓄電手段の入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、
該設定された入出力制限に基づいて前記電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定すると共に該設定した駆動可能範囲に基づいて前記内燃機関の運転範囲を設定する範囲設定手段と、
操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、
前記内燃機関が前記設定された運転範囲で運転されると共に前記電力動力入出力手段が前記設定された駆動可能範囲で駆動し前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記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制御手段と、
を備える動力出力装置。 - 前記範囲設定手段は、前記入出力制限と前記電動機により入出力が必要とされる電動機必要電力と前記蓄電手段から補機に電力を供給すべき補機電力と前記電力動力入出力手段の駆動状態とに基づいて前記駆動可能範囲を設定する手段である請求項１記載の動力出力装置。
- 前記範囲設定手段は、前記入出力制限と前記電動機必要電力と前記補機電力とに基づいて前記電力動力入出力手段から入出力可能な入出力可能電力範囲を演算し、該演算した入出力可能電力範囲と前記電力動力入出力手段の駆動状態とに基づいて該電力動力入出力手段から出力可能なトルク範囲を前記駆動可能範囲として演算し、該演算したトルク範囲に基づいて前記運転範囲を演算する手段である請求項２記載の動力出力装置。
- 前記範囲設定手段は、前記内燃機関の出力軸の回転数範囲を前記運転範囲として設定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。
- 請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置であって、
前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関の目標運転状態を設定する目標運転状態設定手段を備え、
前記制御手段は、前記運転範囲に基づいて前記設定された目標運転状態を補正し、該補正した目標運転状態で前記内燃機関が運転されるよう前記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、
前記目標運転状態設定手段は、前記目標運転状態として少なくとも前記内燃機関の目標回転数を設定する手段であり、
前記制御手段は、前記運転範囲に基づいて前記設定された目標回転数を補正し、該補正した目標回転数で前記内燃機関が運転されるよう前記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手段である
動力出力装置。 - 前記制御手段は、前記設定された入出力制限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７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の回転子に対して該第２の回転子の相対的な回転を伴って該第１の回転子と該第２の回転子の電磁作用による電力の入出力により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発電機である請求項１ないし７いずれか記載の動力出力装置。
- 請求項１ないし９いずれか記載の動力出力装置を搭載し、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の運転状態を維持または変更すると共に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、
（ａ）前記蓄電手段の入出力制限を設定し、
（ｂ）該設定した入出力制限と前記電動機により入出力が必要とされる電動機必要電力と前記蓄電手段から補機に電力を供給すべき補機電力と前記電力動力入出力手段の駆動状態とに基づいて前記電力動力入出力手段の駆動可能範囲を設定すると共に該設定した駆動可能範囲に基づいて前記内燃機関の運転範囲を設定し、
（ｃ）操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定し、
（ｄ）前記内燃機関が前記設定された運転範囲で運転されると共に前記電力動力入出力手段が前記設定された駆動可能範囲で駆動し前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記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。 - 請求項１１記載の動力出力装置の制御方法であって、
前記ステップ（ｄ）の前に、前記設定した要求動力に基づいて前記内燃機関の目標運転状態を設定するステップを備え、
前記ステップ（ｄ）は、前記運転範囲に基づいて前記設定した目標運転状態を補正し、該補正した目標運転状態で前記内燃機関が運転されるよう前記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ステップである
動力出力装置の制御方法。
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