JP3931854B2 - 動力出力装置およびその制御方法並びに自動車 - Google Patents
動力出力装置およびその制御方法並びに自動車 Download PDFInfo
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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モータおよび第２モータと電力のやりとりが可能な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、エンジンを目標回転数で運転させるために、エンジンの目標回転数と第２モータの回転数から第１モータの目標回転数を算出し、この算出した目標回転数で第１モータが回転するよう第１モータをフィードバック制御している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８４５０６号公報（図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように第１モータを回転数制御することにより迅速に安定してエンジンを目標回転数で回転させることができるが、エンジンを始動した直後ではエンジンが安定して運転されない場合もあり、その場合にも第１モータを回転数制御すると、第１モータのトルクが大きく変動する場合がある。通常、エンジンを始動した後の第１モータは、エンジンからのトルクを駆動軸側に伝達するために発電トルクを出力するが、始動直後のエンジンの回転数の上昇が遅れたときには、第１モータは、エンジンの回転数を目標回転数にするためにエンジンをモータリングするトルクを出力することになる。この場合、第１モータで消費される電力はバッテリから供給されることになる。エンジンを始動した後は、駆動軸には、本来的にはエンジンから駆動軸に伝達される動力とバッテリからの電力と第１モータからの発電電力とを用いて第２モータから駆動軸に出力される動力との和の動力を作用させることができるが、第１モータでエンジンをモータリングすると、バッテリから供給可能な最大電力から第１モータで消費された電力を差し引いた電力を用いて第２モータから駆動軸に出力する動力しか作用させることができないようになる。これでは、要求される動力を駆動軸に出力することができない場合が生じてしまう。
【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でも安定して駆動軸に増加する動力を出力することを目的の一つとする。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の制御と通常時の制御との両立を図ると共に簡易な制御により実現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、
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、
該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ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
前記内燃機関がを動した直後から所定時間経過するまでは前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定し、前記内燃機関を始動して前記所定時間を経過した後は前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために前記第１のゲインとは異なる第２のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定する目標動作ポイント設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで運転されるよう前記内燃機関を制御し、前記設定された目標動作ポイントで動作するよう前記電力動力入出力手段を制御し、前記設定された要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機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、内燃機関を始動した直後から所定時間経過するまでは、操作者の操作に基づいて設定された要求動力に基づいて設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて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の目標動作ポイントを設定し、内燃機関を始動して所定時間を経過した後は、設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するために第１のゲインとは異なる第２のゲインのフィードバック項を用いて電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定する。そして、設定した目標運転ポイントで運転されるよう内燃機関を制御し、設定した目標動作ポイントで動作するよう電力動力入出力手段を制御し、設定した要求動力が駆動軸に出力されるよう電動機を制御する。即ち、内燃機関を始動した直後から所定時間経過するまでは第１のゲインのフィードバック項を用いて目標動作ポイントを設定して電力動力入出力手段を制御し、所定時間を経過した後は第２のゲインのフィードバック項を用いて目標動作ポイントを設定して電力動力入出力手段を制御するのである。したがって、始動直後の不安定な状態の内燃機関に応じた制御を行なうことができると共にその後の内燃機関の状態に応じた制御を行なうことができる。しかも、所定時間の経過の前後でゲインの異なるフィードバック項を用いるだけだから、この前後での処理を大幅に変更する必要がない。即ち、簡易な変更で内燃機関の始動直後の制御と通常時の制御とを両立させることができる。
【０００９】
こうした本発明の動力出力装置において、前記目標動作ポイント設定手段は、前記目標運転ポイントに基づくベース項と前記フィードバック項とを用いて前記目標動作ポイント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、ベース項については内燃機関の始動直後と通常時とを共用することができる。この場合、前記目標運転ポイント設定手段は前記目標運転ポイントとして前記内燃機関の目標回転数と目標トルクとを設定する手段であり、前記目標動作ポイント設定手段は、前記設定された目標トルクに基づいて前記ベース項を設定すると共に前記設定された目標回転数に基づいて前記フィードバック項を設定し、該設定したベース項とフィードバック項とを用いて目標動作ポイント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、要求動力に応じたベース項を設定することができるから、迅速に内燃機関を目標運転ポイントに移行させることができる。
【００１０】
また、本発明の動力出力装置において、前記目標動作ポイント設定手段は、前記内燃機関が始動した直後から所定時間経過するまでは前記内燃機関の回転数が前記目標回転数を超えないよう前記目標動作ポイント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、内燃機関の回転数が目標回転数を超えるのを抑止することができる。
【００１１】
さらに本発明の動力出力装置において、前記目標動作ポイント設定手段は、前記内燃機関の応答遅れに基づいて前記目標動作ポイント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、内燃機関の応答遅れを考慮して電力動力入出力手段を動作させるから、内燃機関の運転の目標運転ポイントへの移行をスムーズに行なうことができる。
【００１２】
本発明の動力出力装置において、前記第１のゲインは略値０であるものとすることもできる。即ち、フィードバック項の影響を小さくしたり、全くないものとするのである。こうすれば、始動直後の内燃機関の不安定な状態に対して過度の電力動力入出力手段の動作を行なわないものにすることができる。
【００１３】
本発明の動力出力装置において、前記所定時間は、５０〜１０００ミリ秒の範囲内で設定されてなるものとすることもできる。始動直後の内燃機関の不安定な状態の継続時間は内燃機関によるが、制御としては５０〜１０００ミリ秒の範囲内の時間とすることにより対応することができる場合が多い。
【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、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、該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ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、前記内燃機関がを動した直後から所定時間経過するまでは前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定し、前記内燃機関を始動して前記所定時間を経過した後は前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために前記第１のゲインとは異なる第２のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定する目標動作ポイント設定手段と、前記設定された目標運転ポイントで運転されるよう前記内燃機関を制御し、前記設定された目標動作ポイントで動作するよう前記電力動力入出力手段を制御し、前記設定された要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機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。
【００１６】
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、始動直後の不安定な状態の内燃機関に応じた制御を行なうことができると共にその後の内燃機関の状態に応じた制御を行なうことができる効果や簡易な変更で内燃機関の始動直後の制御と通常時の制御とを両立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、
（ａ）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、
（ｂ）該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ポイントを設定し、
（ｃ）前記内燃機関が始動した直後から所定時間経過するまでは前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定し、前記内燃機関が始動して前記所定時間を経過した後は前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために前記第１のゲインとは異なる第２のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定し、
（ｄ）前記設定した目標運転ポイントで運転されるよう前記内燃機関を制御し、前記設定した目標動作ポイントで動作するよう前記電力動力入出力手段を制御し、前記設定した要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を制御する
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では、内燃機関を始動した直後から所定時間経過するまでは、操作者の操作に基づいて設定された要求動力に基づいて設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて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の目標動作ポイントを設定し、内燃機関を始動して所定時間を経過した後は、設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するために第１のゲインとは異なる第２のゲインのフィードバック項を用いて電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定する。そして、設定した目標運転ポイントで運転されるよう内燃機関を制御し、設定した目標動作ポイントで動作するよう電力動力入出力手段を制御し、設定した要求動力が駆動軸に出力されるよう電動機を制御する。即ち、内燃機関を始動した直後から所定時間経過するまでは第１のゲインのフィードバック項を用いて目標動作ポイントを設定して電力動力入出力手段を制御し、所定時間を経過した後は第２のゲインのフィードバック項を用いて目標動作ポイントを設定して電力動力入出力手段を制御するのである。したがって、始動直後の不安定な状態の内燃機関に応じた制御を行なうことができると共にその後の内燃機関の状態に応じた制御を行なうことができる。しかも、所定時間の経過の前後でゲインの異なるフィードバック項を用いるだけだから、この前後での処理を大幅に変更する必要がない。即ち、簡易な変更で内燃機関の始動直後の制御と通常時の制御とを両立させることができる。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、特にエンジン２２の始動後の動作について説明する。図２は、エンジン２２の始動後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。
【００２７】
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，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、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。また、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。
【００２８】
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＊と車両に要求される車両要求パワー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。車両要求パワー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を乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、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。
【００２９】
こうして要求トルクＴｒ＊と車両要求パワーＰ＊とを設定すると、設定した車両要求パワーＰ＊に対してなまし処理を施してエンジン２２に要求するエンジン要求パワーＰｅ＊を設定する（ステップＳ１２０）。エンジン２２は、目標とする運転ポイントを変更しても、モータＭＧ１やモータＭＧ２に比して、運転ポイントを変更するのに時間を要する。ステップＳ１２０のなまし処理はこうしたエンジン２２の応答遅れを考慮したものである。
【００３０】
次に、エンジン要求パワー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Ｓ１３０）。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。
【００３１】
目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると、エンジン２２を始動してから所定時間経過したか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ここで、所定時間は、エンジン２２が始動してから安定して運転できるようになるまでに要する時間として設定されており、エンジン２２の特性によって定められる。所定時間としては、５０ｍｓｅｃないし１０００ｍｓｅｃ、好ましくは１００ｍｓｅｃないし５００ｍｓｅｃ、実施例では２００ｍｓｅｃとした。以下、エンジン２２を始動してから所定時間経過する前について考え、その後、所定時間経過した後について考える。
【００３２】
エンジン２２を始動してから所定時間経過する前は、後述するモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する際に用いる関係式のフィードバック項のゲインｋ１，ｋ２に値０を設定する（ステップＳ１６０）。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より大きいか否かを判定し（ステップＳ１７０）、回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より大きいときには補正トルクＴαにエンジン２２の回転数Ｎｅを押さえ込む方向の所定トルクＴｓｅｔを設定し（ステップＳ１８０）、回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊以下のときには補正トルクＴαに値０を設定する（ステップＳ１９０）。いま、エンジン２２を始動してエンジン２２の回転数Ｎｅを増加している状態を考えているから、通常は回転数Ｎｅは目標回転数Ｎｅ＊より小さいが、エンジン２２を始動してから所定時間経過する前ではフィードバック項のゲインｋ１，ｋ２に値０を設定することから、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より大きくなる場合も生じるおそれがある。補正トルクＴαの設定は、こうした状態を是正するものである。したがって、通常は補正トルクＴαには値０が設定される。
【００３３】
続いて、エンジン２２の目標トルクＴｅ＊に基づいて後述するモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する際に用いる関係式のベース項Ｔｂａｓｅを設定する（ステップＳ２００）。図５に動力分配統合機構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。共線図では、Ｃ軸に入力されたエンジン２２からのトルクＴｅは、動力分配統合機構３０のギヤ比ρ（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）をもってＳ軸のトルクＴｅｓとＲ軸のトルクＴｅｒとに分配される。したがって、各軸の回転数を維持した状態でＣ軸のトルクＴｅをトルク変換してＲ軸（リングギヤ軸３２ａ）に出力するためには、Ｓ軸上でトルクＴｅｓに対して反力としてのトルクＴｍ１をモータＭＧ１により作用させ、Ｓ軸の回転数Ｎｍ１とトルクＴｍ１との積で表わされるパワーをＲ軸の回転数Ｎｒで割ったトルクＴｍ２・ＧｒがＲ軸に作用するようモータＭＧ２を駆動すればよい。バッテリ５０の充放電を伴う場合には、Ｒ軸に作用させるトルクＴｍ２・Ｇｒ、即ちモータＭＧ２から出力するトルクＴｍ２を変更すればよい。したがって、定常状態を考えれば、モータＭＧ１から出力すべきトルクは、Ｓ軸上でトルクＴｅｓに対する反力としてのトルク（−Ｔｅｓ＝−ρ・Ｔｅ／（１＋ρ））である。実施例では、この反力としてのトルクをベース項Ｔｂａｓｅとして設定するものとした。
【００３４】
そして、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と設定したベース項Ｔｂａｓｅと設定したゲインｋ１，ｋ２と補正トルクＴαとを用いて式（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）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式であり、図５に例示した共線図を用いれば容易に導くことができる。また、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるための関係式であり、右辺各項に示すように、ベース項Ｔｂａｓｅと、ゲインｋ１の比例項とゲインｋ２の積分項とからなるフィードバック項と、補正トルクＴαからなる補正項とにより構成されている。いま、エンジン２２を始動してから所定時間経過する前を考えれば、ゲインｋ１，ｋ２には値０が設定されており、通常の状態を考えれば補正トルクＴαにも値０が設定されているから、ベース項Ｔｂａｓｅだけによりトルク指令Ｔｍ１＊は設定されることになる。したがって、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊と実際の回転数Ｎｍ１とに偏差が生じても、言い換えれば、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と実際の回転数Ｎｅとに偏差が生じても、その偏差を打ち消すようなトルクの設定は行なわない。この状態について更に説明する。
【００３５】
【数１】
Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/(Gr・ρ) …（１）
Tm1*＝Tbase＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt＋Tα …（２）
【００３６】
始動直後の不安定な状態のエンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊に一致させる制御（フィードバック制御）を行なう場合、即ち式（２）の右辺のフィードバック項のゲインｋ１，ｋ２に適切な値を設定してトルク指令Ｔｍ１＊を設定する場合について考えると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と実際の回転数Ｎｅとに偏差が生じると、その偏差を打ち消すようなトルクがトルク指令Ｔｍ１＊に設定される。エンジン２２は不安定な状態であるから、目標回転数Ｎｅ＊に対して実際の回転数Ｎｅが予期しないほど小さな値になるときもある。このとき、フィードバック項の特に比例項が大きな値となり、エンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊に一致させるために、図５に例示した共線図におけるトルクＴｍ１とは逆方向のトルク指令Ｔｍ１＊が設定され、モータＭＧ１をモータリングさせる場合が生じる。この場合、リングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力するには、モータＭＧ２からはモータＭＧ１から出力されるトルクに対する反力としてのトルク（Ｔｍ１＊／ρ）と要求トルクＴｒ＊との和のトルクを出力しなければならない。また、モータＭＧ１から出力されるトルクの符号は、エンジン２２をクランキングする際には正（図５中上向きを正）、エンジン２２が始動した直後からは負、モータリングするときには正、その後回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に一致してきたときには負となり、僅かな時間に頻繁に正負と符号を変更することになる。これでは、安定したトルクをリングギヤ軸３２ａに出力することができない。一方、実施例では、エンジン２２を始動してから所定時間経過するまで、即ちエンジン２２が不安定な状態のときにはフィードバック項のゲインｋ１，ｋ２に値０を設定するから、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と実際の回転数Ｎｅとに偏差が生じても、モータＭＧ１がエンジン２２をモータリングするよう動作することはない。したがって、モータＭＧ１からのトルクは僅かな時間に頻繁にその符号を正負に変更することがなく、安定してリングギヤ軸３２ａにトルクを出力することができる。
【００３７】
こうしてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、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（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）、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（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、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。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。
【００３８】
【数２】
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（３）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（４）
【００３９】
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。
【００４０】
ステップＳ１７０でエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より大きいときには、エンジン２２の回転数Ｎｅを押さえ込む方向の所定トルクＴｓｅｔが補正トルクＴαに設定されるから（ステップＳ１８０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊はベース項Ｔｂａｓｅと補正トルクＴαとの和として設定される。実施例では、所定トルクＴｓｅｔは比較的小さな値として設定されているから、モータＭＧ１からエンジン２２をモータリングするようなトルクの出力は行なわれない。
【００４１】
こうした処理を実行している間にエンジン２２を始動してから所定時間経過すると、ステップＳ１４０で否定的な判定がなされ、式（２）の右辺のフィードバック項のゲインｋ１，ｋ２に適切な値ｋ１ｓｅｔ，ｋ２ｓｅｔを設定すると共に（ステップＳ１５０）、補正トルクＴαに値０を設定し（ステップＳ１９０）、ステップＳ２００以降の処理を実行する。この場合、エンジン２２は安定した状態になっているから、エンジン２２の回転数Ｎｅは目標回転数Ｎｅ＊に対して予期しないほど小さな値にはならない。したがって、式（２）のフィードバック項が大きく影響することもなく、エンジン２２の回転数Ｎｅは迅速に目標回転数Ｎｅ＊に一致するようになる。
【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、エンジン２２が始動してから安定して運転できるようになるまでに要する時間として設定された所定時間が経過するまでは、エンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊に一致させるためにモータＭＧ１に設定するトルク指令Ｔｍ１＊の設定用の関係式のフィードバック項におけるゲインｋ１，ｋ２に値０を設定することにより、モータＭＧ１からのトルクが僅かな時間に頻繁にその符号を正負に変更するのを抑止することができると共に安定してリングギヤ軸３２ａにトルクを出力することができる。しかも、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する関係式は、フィードバック項のゲインｋ１，ｋ２が変更されるだけでエンジン２２が始動されてから所定時間経過する前も所定時間経過した後も使用されるから、エンジン２２の始動直後の制御とその後の制御との両立を図ると共に簡易な制御により両制御を実現することができる。
【００４３】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２が始動してから所定時間が経過するまでは、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する関係式のフィードバック項におけるゲインｋ１，ｋ２に値０を設定するものとしたが、ゲインｋ１，ｋ２に設定する値は値０に限定されるものではなく、所定時間経過した後に設定されるｋ１ｓｅｔ，ｋ２ｓｅｔよりその絶対値が小さな値で如何なる値を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、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する関係式のフィードバック項として比例項と積分項とにより構成するものとしたが、積分項がなく比例項だけでフィードバック項を構成するものとしても差し支えない。
【００４５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２が始動してから所定時間が経過するまでにエンジン２２の実際の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より大きいときにはエンジン２２の回転数Ｎｅを押さえる方向の所定トルクＴｓｅｔを補正トルクＴαとして設定するものとしたが、こうした補正トルクＴαを設定しないものとしてもよい。
【００４６】
実施例のハイブリッド自動車２０では、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６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６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７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】 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】 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５】 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６】 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７】 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モータおよび第２モータと電力のやりとりが可能な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、エンジンを目標回転数で運転させるために、エンジンの目標回転数と第２モータの回転数から第１モータの目標回転数を算出し、この算出した目標回転数で第１モータが回転するよう第１モータをフィードバック制御している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８４５０６号公報（図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように第１モータを回転数制御することにより迅速に安定してエンジンを目標回転数で回転させることができるが、エンジンを始動した直後ではエンジンが安定して運転されない場合もあり、その場合にも第１モータを回転数制御すると、第１モータのトルクが大きく変動する場合がある。通常、エンジンを始動した後の第１モータは、エンジンからのトルクを駆動軸側に伝達するために発電トルクを出力するが、始動直後のエンジンの回転数の上昇が遅れたときには、第１モータは、エンジンの回転数を目標回転数にするためにエンジンをモータリングするトルクを出力することになる。この場合、第１モータで消費される電力はバッテリから供給されることになる。エンジンを始動した後は、駆動軸には、本来的にはエンジンから駆動軸に伝達される動力とバッテリからの電力と第１モータからの発電電力とを用いて第２モータから駆動軸に出力される動力との和の動力を作用させることができるが、第１モータでエンジンをモータリングすると、バッテリから供給可能な最大電力から第１モータで消費された電力を差し引いた電力を用いて第２モータから駆動軸に出力する動力しか作用させることができないようになる。これでは、要求される動力を駆動軸に出力することができない場合が生じてしまう。
【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でも安定して駆動軸に増加する動力を出力することを目的の一つとする。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の制御と通常時の制御との両立を図ると共に簡易な制御により実現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、
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、
該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ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
前記内燃機関がを動した直後から所定時間経過するまでは前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定し、前記内燃機関を始動して前記所定時間を経過した後は前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために前記第１のゲインとは異なる第２のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定する目標動作ポイント設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで運転されるよう前記内燃機関を制御し、前記設定された目標動作ポイントで動作するよう前記電力動力入出力手段を制御し、前記設定された要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機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、内燃機関を始動した直後から所定時間経過するまでは、操作者の操作に基づいて設定された要求動力に基づいて設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて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の目標動作ポイントを設定し、内燃機関を始動して所定時間を経過した後は、設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するために第１のゲインとは異なる第２のゲインのフィードバック項を用いて電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定する。そして、設定した目標運転ポイントで運転されるよう内燃機関を制御し、設定した目標動作ポイントで動作するよう電力動力入出力手段を制御し、設定した要求動力が駆動軸に出力されるよう電動機を制御する。即ち、内燃機関を始動した直後から所定時間経過するまでは第１のゲインのフィードバック項を用いて目標動作ポイントを設定して電力動力入出力手段を制御し、所定時間を経過した後は第２のゲインのフィードバック項を用いて目標動作ポイントを設定して電力動力入出力手段を制御するのである。したがって、始動直後の不安定な状態の内燃機関に応じた制御を行なうことができると共にその後の内燃機関の状態に応じた制御を行なうことができる。しかも、所定時間の経過の前後でゲインの異なるフィードバック項を用いるだけだから、この前後での処理を大幅に変更する必要がない。即ち、簡易な変更で内燃機関の始動直後の制御と通常時の制御とを両立させることができる。
【０００９】
こうした本発明の動力出力装置において、前記目標動作ポイント設定手段は、前記目標運転ポイントに基づくベース項と前記フィードバック項とを用いて前記目標動作ポイント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、ベース項については内燃機関の始動直後と通常時とを共用することができる。この場合、前記目標運転ポイント設定手段は前記目標運転ポイントとして前記内燃機関の目標回転数と目標トルクとを設定する手段であり、前記目標動作ポイント設定手段は、前記設定された目標トルクに基づいて前記ベース項を設定すると共に前記設定された目標回転数に基づいて前記フィードバック項を設定し、該設定したベース項とフィードバック項とを用いて目標動作ポイント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、要求動力に応じたベース項を設定することができるから、迅速に内燃機関を目標運転ポイントに移行させることができる。
【００１０】
また、本発明の動力出力装置において、前記目標動作ポイント設定手段は、前記内燃機関が始動した直後から所定時間経過するまでは前記内燃機関の回転数が前記目標回転数を超えないよう前記目標動作ポイント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、内燃機関の回転数が目標回転数を超えるのを抑止することができる。
【００１１】
さらに本発明の動力出力装置において、前記目標動作ポイント設定手段は、前記内燃機関の応答遅れに基づいて前記目標動作ポイント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、内燃機関の応答遅れを考慮して電力動力入出力手段を動作させるから、内燃機関の運転の目標運転ポイントへの移行をスムーズに行なうことができる。
【００１２】
本発明の動力出力装置において、前記第１のゲインは略値０であるものとすることもできる。即ち、フィードバック項の影響を小さくしたり、全くないものとするのである。こうすれば、始動直後の内燃機関の不安定な状態に対して過度の電力動力入出力手段の動作を行なわないものにすることができる。
【００１３】
本発明の動力出力装置において、前記所定時間は、５０〜１０００ミリ秒の範囲内で設定されてなるものとすることもできる。始動直後の内燃機関の不安定な状態の継続時間は内燃機関によるが、制御としては５０〜１０００ミリ秒の範囲内の時間とすることにより対応することができる場合が多い。
【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、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、該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ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、前記内燃機関がを動した直後から所定時間経過するまでは前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定し、前記内燃機関を始動して前記所定時間を経過した後は前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために前記第１のゲインとは異なる第２のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定する目標動作ポイント設定手段と、前記設定された目標運転ポイントで運転されるよう前記内燃機関を制御し、前記設定された目標動作ポイントで動作するよう前記電力動力入出力手段を制御し、前記設定された要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機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。
【００１６】
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、始動直後の不安定な状態の内燃機関に応じた制御を行なうことができると共にその後の内燃機関の状態に応じた制御を行なうことができる効果や簡易な変更で内燃機関の始動直後の制御と通常時の制御とを両立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、
（ａ）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、
（ｂ）該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ポイントを設定し、
（ｃ）前記内燃機関が始動した直後から所定時間経過するまでは前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定し、前記内燃機関が始動して前記所定時間を経過した後は前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために前記第１のゲインとは異なる第２のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定し、
（ｄ）前記設定した目標運転ポイントで運転されるよう前記内燃機関を制御し、前記設定した目標動作ポイントで動作するよう前記電力動力入出力手段を制御し、前記設定した要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を制御する
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では、内燃機関を始動した直後から所定時間経過するまでは、操作者の操作に基づいて設定された要求動力に基づいて設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて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の目標動作ポイントを設定し、内燃機関を始動して所定時間を経過した後は、設定された目標運転ポイントで内燃機関を運転するために第１のゲインとは異なる第２のゲインのフィードバック項を用いて電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定する。そして、設定した目標運転ポイントで運転されるよう内燃機関を制御し、設定した目標動作ポイントで動作するよう電力動力入出力手段を制御し、設定した要求動力が駆動軸に出力されるよう電動機を制御する。即ち、内燃機関を始動した直後から所定時間経過するまでは第１のゲインのフィードバック項を用いて目標動作ポイントを設定して電力動力入出力手段を制御し、所定時間を経過した後は第２のゲインのフィードバック項を用いて目標動作ポイントを設定して電力動力入出力手段を制御するのである。したがって、始動直後の不安定な状態の内燃機関に応じた制御を行なうことができると共にその後の内燃機関の状態に応じた制御を行なうことができる。しかも、所定時間の経過の前後でゲインの異なるフィードバック項を用いるだけだから、この前後での処理を大幅に変更する必要がない。即ち、簡易な変更で内燃機関の始動直後の制御と通常時の制御とを両立させることができる。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、特にエンジン２２の始動後の動作について説明する。図２は、エンジン２２の始動後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。
【００２７】
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，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、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。また、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。
【００２８】
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＊と車両に要求される車両要求パワー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。車両要求パワー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を乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、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。
【００２９】
こうして要求トルクＴｒ＊と車両要求パワーＰ＊とを設定すると、設定した車両要求パワーＰ＊に対してなまし処理を施してエンジン２２に要求するエンジン要求パワーＰｅ＊を設定する（ステップＳ１２０）。エンジン２２は、目標とする運転ポイントを変更しても、モータＭＧ１やモータＭＧ２に比して、運転ポイントを変更するのに時間を要する。ステップＳ１２０のなまし処理はこうしたエンジン２２の応答遅れを考慮したものである。
【００３０】
次に、エンジン要求パワー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Ｓ１３０）。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。
【００３１】
目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると、エンジン２２を始動してから所定時間経過したか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ここで、所定時間は、エンジン２２が始動してから安定して運転できるようになるまでに要する時間として設定されており、エンジン２２の特性によって定められる。所定時間としては、５０ｍｓｅｃないし１０００ｍｓｅｃ、好ましくは１００ｍｓｅｃないし５００ｍｓｅｃ、実施例では２００ｍｓｅｃとした。以下、エンジン２２を始動してから所定時間経過する前について考え、その後、所定時間経過した後について考える。
【００３２】
エンジン２２を始動してから所定時間経過する前は、後述するモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する際に用いる関係式のフィードバック項のゲインｋ１，ｋ２に値０を設定する（ステップＳ１６０）。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より大きいか否かを判定し（ステップＳ１７０）、回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より大きいときには補正トルクＴαにエンジン２２の回転数Ｎｅを押さえ込む方向の所定トルクＴｓｅｔを設定し（ステップＳ１８０）、回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊以下のときには補正トルクＴαに値０を設定する（ステップＳ１９０）。いま、エンジン２２を始動してエンジン２２の回転数Ｎｅを増加している状態を考えているから、通常は回転数Ｎｅは目標回転数Ｎｅ＊より小さいが、エンジン２２を始動してから所定時間経過する前ではフィードバック項のゲインｋ１，ｋ２に値０を設定することから、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より大きくなる場合も生じるおそれがある。補正トルクＴαの設定は、こうした状態を是正するものである。したがって、通常は補正トルクＴαには値０が設定される。
【００３３】
続いて、エンジン２２の目標トルクＴｅ＊に基づいて後述するモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する際に用いる関係式のベース項Ｔｂａｓｅを設定する（ステップＳ２００）。図５に動力分配統合機構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。共線図では、Ｃ軸に入力されたエンジン２２からのトルクＴｅは、動力分配統合機構３０のギヤ比ρ（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）をもってＳ軸のトルクＴｅｓとＲ軸のトルクＴｅｒとに分配される。したがって、各軸の回転数を維持した状態でＣ軸のトルクＴｅをトルク変換してＲ軸（リングギヤ軸３２ａ）に出力するためには、Ｓ軸上でトルクＴｅｓに対して反力としてのトルクＴｍ１をモータＭＧ１により作用させ、Ｓ軸の回転数Ｎｍ１とトルクＴｍ１との積で表わされるパワーをＲ軸の回転数Ｎｒで割ったトルクＴｍ２・ＧｒがＲ軸に作用するようモータＭＧ２を駆動すればよい。バッテリ５０の充放電を伴う場合には、Ｒ軸に作用させるトルクＴｍ２・Ｇｒ、即ちモータＭＧ２から出力するトルクＴｍ２を変更すればよい。したがって、定常状態を考えれば、モータＭＧ１から出力すべきトルクは、Ｓ軸上でトルクＴｅｓに対する反力としてのトルク（−Ｔｅｓ＝−ρ・Ｔｅ／（１＋ρ））である。実施例では、この反力としてのトルクをベース項Ｔｂａｓｅとして設定するものとした。
【００３４】
そして、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と設定したベース項Ｔｂａｓｅと設定したゲインｋ１，ｋ２と補正トルクＴαとを用いて式（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）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式であり、図５に例示した共線図を用いれば容易に導くことができる。また、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるための関係式であり、右辺各項に示すように、ベース項Ｔｂａｓｅと、ゲインｋ１の比例項とゲインｋ２の積分項とからなるフィードバック項と、補正トルクＴαからなる補正項とにより構成されている。いま、エンジン２２を始動してから所定時間経過する前を考えれば、ゲインｋ１，ｋ２には値０が設定されており、通常の状態を考えれば補正トルクＴαにも値０が設定されているから、ベース項Ｔｂａｓｅだけによりトルク指令Ｔｍ１＊は設定されることになる。したがって、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊と実際の回転数Ｎｍ１とに偏差が生じても、言い換えれば、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と実際の回転数Ｎｅとに偏差が生じても、その偏差を打ち消すようなトルクの設定は行なわない。この状態について更に説明する。
【００３５】
【数１】
Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/(Gr・ρ) …（１）
Tm1*＝Tbase＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt＋Tα …（２）
【００３６】
始動直後の不安定な状態のエンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊に一致させる制御（フィードバック制御）を行なう場合、即ち式（２）の右辺のフィードバック項のゲインｋ１，ｋ２に適切な値を設定してトルク指令Ｔｍ１＊を設定する場合について考えると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と実際の回転数Ｎｅとに偏差が生じると、その偏差を打ち消すようなトルクがトルク指令Ｔｍ１＊に設定される。エンジン２２は不安定な状態であるから、目標回転数Ｎｅ＊に対して実際の回転数Ｎｅが予期しないほど小さな値になるときもある。このとき、フィードバック項の特に比例項が大きな値となり、エンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊に一致させるために、図５に例示した共線図におけるトルクＴｍ１とは逆方向のトルク指令Ｔｍ１＊が設定され、モータＭＧ１をモータリングさせる場合が生じる。この場合、リングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力するには、モータＭＧ２からはモータＭＧ１から出力されるトルクに対する反力としてのトルク（Ｔｍ１＊／ρ）と要求トルクＴｒ＊との和のトルクを出力しなければならない。また、モータＭＧ１から出力されるトルクの符号は、エンジン２２をクランキングする際には正（図５中上向きを正）、エンジン２２が始動した直後からは負、モータリングするときには正、その後回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に一致してきたときには負となり、僅かな時間に頻繁に正負と符号を変更することになる。これでは、安定したトルクをリングギヤ軸３２ａに出力することができない。一方、実施例では、エンジン２２を始動してから所定時間経過するまで、即ちエンジン２２が不安定な状態のときにはフィードバック項のゲインｋ１，ｋ２に値０を設定するから、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と実際の回転数Ｎｅとに偏差が生じても、モータＭＧ１がエンジン２２をモータリングするよう動作することはない。したがって、モータＭＧ１からのトルクは僅かな時間に頻繁にその符号を正負に変更することがなく、安定してリングギヤ軸３２ａにトルクを出力することができる。
【００３７】
こうしてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、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（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）、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（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、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。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。
【００３８】
【数２】
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（３）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（４）
【００３９】
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。
【００４０】
ステップＳ１７０でエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より大きいときには、エンジン２２の回転数Ｎｅを押さえ込む方向の所定トルクＴｓｅｔが補正トルクＴαに設定されるから（ステップＳ１８０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊はベース項Ｔｂａｓｅと補正トルクＴαとの和として設定される。実施例では、所定トルクＴｓｅｔは比較的小さな値として設定されているから、モータＭＧ１からエンジン２２をモータリングするようなトルクの出力は行なわれない。
【００４１】
こうした処理を実行している間にエンジン２２を始動してから所定時間経過すると、ステップＳ１４０で否定的な判定がなされ、式（２）の右辺のフィードバック項のゲインｋ１，ｋ２に適切な値ｋ１ｓｅｔ，ｋ２ｓｅｔを設定すると共に（ステップＳ１５０）、補正トルクＴαに値０を設定し（ステップＳ１９０）、ステップＳ２００以降の処理を実行する。この場合、エンジン２２は安定した状態になっているから、エンジン２２の回転数Ｎｅは目標回転数Ｎｅ＊に対して予期しないほど小さな値にはならない。したがって、式（２）のフィードバック項が大きく影響することもなく、エンジン２２の回転数Ｎｅは迅速に目標回転数Ｎｅ＊に一致するようになる。
【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、エンジン２２が始動してから安定して運転できるようになるまでに要する時間として設定された所定時間が経過するまでは、エンジン２２の回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅ＊に一致させるためにモータＭＧ１に設定するトルク指令Ｔｍ１＊の設定用の関係式のフィードバック項におけるゲインｋ１，ｋ２に値０を設定することにより、モータＭＧ１からのトルクが僅かな時間に頻繁にその符号を正負に変更するのを抑止することができると共に安定してリングギヤ軸３２ａにトルクを出力することができる。しかも、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する関係式は、フィードバック項のゲインｋ１，ｋ２が変更されるだけでエンジン２２が始動されてから所定時間経過する前も所定時間経過した後も使用されるから、エンジン２２の始動直後の制御とその後の制御との両立を図ると共に簡易な制御により両制御を実現することができる。
【００４３】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２が始動してから所定時間が経過するまでは、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する関係式のフィードバック項におけるゲインｋ１，ｋ２に値０を設定するものとしたが、ゲインｋ１，ｋ２に設定する値は値０に限定されるものではなく、所定時間経過した後に設定されるｋ１ｓｅｔ，ｋ２ｓｅｔよりその絶対値が小さな値で如何なる値を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、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する関係式のフィードバック項として比例項と積分項とにより構成するものとしたが、積分項がなく比例項だけでフィードバック項を構成するものとしても差し支えない。
【００４５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２が始動してから所定時間が経過するまでにエンジン２２の実際の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より大きいときにはエンジン２２の回転数Ｎｅを押さえる方向の所定トルクＴｓｅｔを補正トルクＴαとして設定するものとしたが、こうした補正トルクＴαを設定しないものとしてもよい。
【００４６】
実施例のハイブリッド自動車２０では、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６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６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７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】 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】 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５】 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６】 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７】 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 (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、
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、
該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ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
前記内燃機関を始動した直後から所定時間経過するまでは前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定し、前記内燃機関を始動して前記所定時間を経過した後は前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために前記第１のゲインより絶対値が大きな第２のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定する目標動作ポイント設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで運転されるよう前記内燃機関を制御し、前記設定された目標動作ポイントで動作するよう前記電力動力入出力手段を制御し、前記設定された要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を制御する制御手段と、
を備える動力出力装置。 - 前記目標動作ポイント設定手段は、前記目標運転ポイントに基づくベース項と前記フィードバック項とを用いて前記目標動作ポイントを設定する手段である請求項１記載の動力出力装置。
- 請求項２記載の動力出力装置であって、
前記目標運転ポイント設定手段は、前記目標運転ポイントとして前記内燃機関の目標回転数と目標トルクとを設定する手段であり、
前記目標動作ポイント設定手段は、前記設定された目標トルクに基づいて前記ベース項を設定すると共に前記設定された目標回転数に基づいて前記フィードバック項を設定し、該設定したベース項とフィードバック項とを用いて目標動作ポイントを設定する手段である
動力出力装置。 - 前記目標動作ポイント設定手段は、前記内燃機関が始動した直後から所定時間経過するまでは前記内燃機関の回転数が前記目標回転数を超えないよう前記目標動作ポイントを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。
- 前記目標動作ポイント設定手段は、前記内燃機関の応答遅れに基づいて前記目標動作ポイントを設定する手段である請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置。
- 前記第１のゲインは略値０である請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置。
- 前記所定時間は、５０〜１０００ミリ秒の範囲内で設定されてなる請求項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）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、
（ｂ）該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ポイントを設定し、
（ｃ）前記内燃機関が始動した直後から所定時間経過するまでは前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために第１のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定し、前記内燃機関が始動して前記所定時間を経過した後は前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関を運転するために前記第１のゲインより絶対値が大きな第２のゲインのフィードバック項を用いて前記電力動力入出力手段の目標動作ポイントを設定し、
（ｄ）前記設定した目標運転ポイントで運転されるよう前記内燃機関を制御し、前記設定した目標動作ポイントで動作するよう前記電力動力入出力手段を制御し、前記設定した要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を制御する
動力出力装置の制御方法。
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