JP3945370B2

JP3945370B2 - 自動車

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Publication number: JP3945370B2
Application number: JP2002311173A
Authority: JP
Inventors: 隆弘西垣; 勝彦山口; 幸男小林; 修原田; 清城上岡; 衛戸祭
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: KR100491572B1; DE10350056A1; CN1281433C; CN1498792A; US20040123836A1; US6837215B2; JP2004144041A; KR20040036525A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に関し、詳しくは、駆動軸に動力の出力が可能な内燃機関を備える自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の自動車としては、内燃機関からの動力と電動機からの動力とにより走行する自動車であって内燃機関からの動力の一部を電力に変換してバッテリを充電するものが提案されている（特許文献１参照）。この自動車では、駆動軸へ要求動力に見合う動力を出力しつつ内燃機関の単位燃料増加量あたりのバッテリの充電電力増加量が多くなるような走行状態のときにはバッテリへの充電量が多くなるように内燃機関と電動機とを制御することにより、単純にバッテリの残容量ＳＯＣに従ってバッテリの充電量を制御するものに比してバッテリの充電に対しての内燃機関への燃料消費量を少なくすることができ、燃費を向上させることができるとされている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２９８８０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした自動車では、用いる電動機の容量や性能にもよるが、内燃機関の運転効率（燃費）が悪くなる低出力域で内燃機関が運転される場合がある。即ち、内燃機関の効率が悪くなる低出力域を電動機からの出力で賄えない場合には、内燃機関の運転効率が悪くなる場合もある。しかも、内燃機関の低出力域では出力変化に対する効率変化の度合いも大きくなる傾向にあるから、更にバッテリへの充電を考慮して内燃機関を運転しようとするときには、内燃機関の出力変化が大きくなって内燃機関の効率が大きく変化し、燃費が不安定となる場合もある。
【０００５】
本発明の自動車は、こうした問題を解決し、自動車の燃費をより向上させることを目的の一つとする。また、本発明の自動車は、自動車の燃費を安定させることを目的の一つとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の自動車は、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】
本発明の自動車は、
駆動軸に動力の出力が可能な内燃機関を備える自動車であって、
前記駆動軸に要求される要求動力と前記内燃機関の出力に対する効率の特性とに基づいて前記内燃機関が出力すべき目標動力または目標動作点を設定する目標動力設定手段と、
該設定された目標動力または目標動作点で前記内燃機関が運転されるよう内燃機関を運転制御する運転制御手段と、
前記目標動力または前記目標動作点に対応する動力と前記要求動力との差の動力を入力または出力または消費する動力入出力消費手段と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の自動車では、駆動軸に要求される要求動力と内燃機関の出力に対する効率の特性とに基づいて内燃機関が出力すべき目標動力または目標動作点を設定し、設定された目標動力または目標動作点で内燃機関が運転されるよう内燃機関を運転制御し、設定された目標動力または目標動作点に対応する動力と駆動軸に要求される要求動力との差の動力を入力または出力または消費する。これにより、内燃機関の出力に対する効率の特性を考慮しつつ駆動軸に要求される要求動力に基づいて内燃機関の目標動力または目標動作点を設定することができるから、内燃機関を効率よく運転することができ、自動車の燃費を向上させることができる。
【０００９】
こうした本発明の自動車において、前記動力入出力消費手段は、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を直接的または間接的に用いて運転する補機と該補機を運転制御する補機制御手段とを有する手段であるものとすることもできる。こうすれば、目標動力または目標動作点に対応する動力と要求動力との差の動力を用いて補機を運転することができる。
【００１０】
また、本発明の自動車において、前記目標動力設定手段は、更に前記補機の運転要求に基づいて前記目標動力または前記目標動作点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、補機の運転要求を考慮した上で内燃機関を効率よく運転することができる。
【００１１】
さらに、本発明の自動車において、前記目標動力設定手段は、前記内燃機関の出力に対する効率が所定の許容範囲内となるよう前記目標動力または前記目標動作点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、内燃機関の効率をより向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の自動車において、前記目標動力設定手段は、前記内燃機関の出力に対する効率の特性として内燃機関の出力変化に対する効率変化の特性に基づいて前記目標動力または前記目標動作点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、内燃機関の出力変化に対する効率変化をより適切にすることができる。
【００１３】
内燃機関の出力変化に対する効率変化の特性に基づいて目標動力を設定する態様の本発明の自動車において、前記目標動力設定手段は、前記内燃機関の出力変化に対する効率変化の程度が小さい出力範囲内で内燃機関が運転されるよう前記目標動力または前記目標動作点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、内燃機関の燃費を安定させることができる。
【００１４】
また、内燃機関の出力変化に対する効率変化の特性に基づいて目標動力を設定する態様の本発明の自動車において、前記目標動力設定手段は、前記要求動力に基づき設定される目標動力または設定される目標動作点に対応する動力が、前記内燃機関の出力変化に対する効率変化の程度が大きい出力範囲内となるときには、前記要求動力に拘わらず前記目標動力として所定の動力または所定の動作点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、要求動力に拘わらず内燃機関の燃費をより安定させることができる。また、補機の運転要求と内燃機関の出力変化に対する効率変化の特性とに基づいて目標動力を設定する態様の本発明の自動車において、前記目標動力設定手段は、前記要求動力および前記補機の運転要求に基づき設定される目標動力または設定される目標動作点に対応する動力が、前記内燃機関の出力変化に対する効率変化の程度が大きい出力範囲内となるときには、前記要求動力および前記補機の運転要求に拘わらず所定の動力または所定の動作点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、要求動力や補機の運転要求に拘わらず内燃機関の燃費をより安定させることができる。所定の動力または所定の動作点を設定する態様の本発明の自動車において、前記所定の動力または前記所定の動作点は、前記内燃機関の効率が所定の高効率となるときの動力または動作点であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の効率をより向上させることができる。
【００１５】
動力入出力消費手段として補機と補機制御手段とを有する態様の本発明の自動車において、前記補機は、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を電力変換して得られる電力を入力可能な二次電池を含み、前記補機制御手段は、前記二次電池の電力の入出力を制御する手段を含むものとすることもできる。この態様であって且つ目標動力設定手段が補機の運転要求に基づいて目標動力を設定する態様の本発明の自動車において、前記補機の運転要求は、前記二次電池の充電要求を含むものとすることもできる。この態様の本発明の自動車において、前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検出手段を備え、前記二次電池の充電要求は、該検出された二次電池の充電状態に基づいて行なわれる要求であるものとすることもできる。
【００１６】
また、本発明の自動車において、前記内燃機関からの動力の一部を前記駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換して前記動力入出力消費手段に供給可能な動力伝達変換手段を備えるものとすることもできる。この態様の本発明の自動車において、前記動力伝達変換手段は、前記内燃機関からの動力の入力により発電する発電機と、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記発電機の回転軸に接続された第２の軸と第３の軸の３軸を有し該３軸のうちのいずれか２軸の動力の入出力により残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力機構とを備える手段であり、前記第３の軸に動力を直接出力可能な電動機を備えるものとすることもできる。
【００１７】
【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軸式の動力入出力機構３０と、動力入出力機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、同じく動力入出力機構３０に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１およびモータＭＧ２との間で電力のやり取りを行なう補機としてのバッテリ５０と、車両の駆動系全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
【００１８】
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。
【００１９】
動力入出力機構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。図２にサンギヤ３１の回転数Ｎｓとキャリア３４の回転数Ｎｃとリングギヤ３２の回転数Ｎｒとの関係を示す。図２には、キャリア３４にトルクＴｃが入力されたときにサンギヤ３１とリングギヤ３２とに分配されて出力されるトルクＴｃｓ，Ｔｃｒも示している。図２に示すように、キャリア３４の回転数Ｎｃは、プラネタリギヤ３０のギヤ比をρ（サンギヤ歯数／リングギヤ歯数）とすると、サンギヤ３１の回転数Ｎｓとリングギヤ３２の回転数Ｎｒとを用いて次式（１）により示すことができる。
【００２０】
【数１】
Ｎｃ＝Ｎｓ×ρ／（１＋ρ）＋Ｎｒ×１／（１＋ρ）（１）
【００２１】
また、キャリア３４にトルクＴｃが入力されたときにサンギヤ３１とリングギヤ３２とにそれぞれ出力されるトルクＴｃｓ，Ｔｃｒは、ギヤ比ρを用いて次式（２），（３）により示すことができる。
【００２２】
【数２】
Ｔｃｓ＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ）（２）
Ｔｃｒ＝Ｔｃ×１／（１＋ρ）＝Ｔｃｓ／ρ （３）
【００２３】
動力入出力機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはモータＭＧ２がそれぞれ連結されているから、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ρに応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２に出力する。また、リングギヤ３２は、ベルト３６，ギヤ機構３７，デファレンシャルギヤ３８を介して車両の駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続されているから、リングギヤ３２に出力された動力は、ベルト３６，ギヤ機構３７，デファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに出力されることになる。なお、駆動系として見たときの動力入出力機構３０に接続される３軸は、キャリア３４に接続されたエンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６，サンギヤ３１に接続されモータＭＧ１の回転軸となるサンギヤ軸３１ａおよびリングギヤ３２に接続されると共に駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとなる。
【００２４】
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、共に発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２の一方で発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２から生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１とモータＭＧ２とにより電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、共にモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンによりモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。この回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、モータＭＧ１がサンギヤ３１に接続されていると共にモータＭＧ２がリングギヤ３２に接続されていることから、サンギヤ軸３１ａやリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｓ，Ｎｒとなる。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
【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に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値や電圧センサにより検出された端子間電圧に基づいて残容量（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の踏み込み量に対応したアクセル開度Ａｄｒｖ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Ａｄｒｖ，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Ａｄｒｖ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入出力機構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を駆動制御する通常運転モードや、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが値Ｓｌ未満のときに要求動力とバッテリ５０の充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の充電を伴ってエンジン２２から出力される動力が動力入出力機構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を駆動制御する充電運転モード、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが値Ｓｈ以上のときに要求動力にバッテリ５０の放電電力との差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の放電を伴ってエンジン２２から出力される動力が動力入出力機構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を駆動制御する放電運転モード、車速が比較的低速のときにエンジン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、実施例のハイブリッド自動車２０の動作について説明する。図３は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される運転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、例えば前述の運転モードとして通常運転モードや充電運転モードが設定されているときに所定時間毎（例えば、２０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２９】
運転制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド電子制御ユニット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Ａｄｒｖや車速センサ８８からの車速Ｖ、バッテリＥＣＵ５２により演算され通信により入力されたバッテリ５０の残容量ＳＯＣ、モータＥＣＵ４０により演算され通信により入力されたサンギヤ軸３１ａおよびリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｓ，Ｎｒなどを読み込む処理を行ない（ステップＳ１００）、読み込んだアクセル開度Ａｄｒｖと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの要求トルクＴｒ＊を設定する処理を行なう（ステップＳ１０２）。この処理は、実施例では、アクセル開度Ａｄｒｖと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め求めて要求トルク設定マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｄｒｖと車速Ｖとが与えられると要求トルク設定マップから対応する要求トルクＴｒ＊が導出されるものとした。このマップの一例を図４に示す。
【００３０】
要求トルクＴｒ＊が設定されると、設定された要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じて駆動軸（リングギヤ軸３２ａ）の要求パワーＰｒ＊を設定すると共に（ステップＳ１０４）、読み込んだバッテリ５０の残容量ＳＯＣに基づいてバッテリ充電電力Ｐｂｉを設定し（ステップＳ１０６）、設定された要求パワーＰｒ＊とバッテリ充電電力Ｐｂｉとを加算してエンジン目標パワーＰｅ＊を設定する（ステップＳ１０８）。
【００３１】
エンジン目標パワーＰｅ＊が設定されると、エンジン目標パワーＰｅ＊が所定の下限値Ｐｌｏｗ未満であるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、エンジン目標パワーＰｅ＊が下限値Ｐｌｏｗ未満であると判定されたときにはステップＳ１０６，Ｓ１０８で設定されたエンジン目標パワーＰｅ＊とバッテリ充電電力Ｐｂｉとを変更設定する処理を行なう（ステップＳ１１２）。具体的には、エンジン目標パワーＰｅ＊を下限値Ｐｌｏｗに変更設定すると共に、バッテリ充電電力Ｐｂｉを下限値Ｐｌｏｗに要求パワーＰｒ＊を減じた値に変更設定する。実施例では、エンジン目標パワーＰｅ＊とバッテリ充電電力Ｐｂｉとの設定や変更設定をステップＳ１０６〜Ｓ１１２による計算処理により行なうものとしたが、ステップＳ１０６〜Ｓ１１２の計算処理に代えてマップを用いるものとしてよい。具体的には、エンジン目標パワーＰｅ＊を、駆動軸の要求パワーＰｒ＊とバッテリ５０の残容量ＳＯＣとエンジン目標パワーＰｅ＊との関係を予め求めてエンジン目標パワー設定マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、要求パワーＰｒ＊と残容量ＳＯＣとが与えられるとエンジン目標パワー設定マップから対応するエンジン目標パワーＰｅ＊を導出することにより設定する。バッテリ充電電力Ｐｂｉは、導出されたエンジン目標パワーＰｅ＊に駆動軸の要求パワーＰｒ＊を減じた値として設定すればよい。エンジン目標パワー設定マップの一例を図５に示す。図５にはエンジン出力とエンジン効率との関係も併せて示した。ここで、エンジン効率は、エンジン２２が最も効率の高くなる動作点（トルクと回転数から定まる動作点）で運転されることを前提としたときのエンジン出力に対するエンジン効率として示した。ステップＳ１１０や図５におけるエンジン目標パワーＰｅ＊の下限値Ｐｌｏｗには、エンジン効率が最もよい最適効率のときの出力値が設定されている。これは、エンジン２２を下限値Ｐｌｏｗ未満の出力範囲で運転するとエンジン効率（燃費）が低下すると共にエンジン２２の出力変化に対する効率変化の度合いも大きいために効率（燃費）も不安定となってしまうことに基づいている。したがって、エンジン目標パワーＰｅ＊として下限値Ｐｌｏｗ以上の値を設定することにより、燃費を向上できると共に燃費を安定させることができるのである。なお、エンジン目標パワーＰｅ＊を下限値Ｐｌｏｗに設定することにより生じ得るエンジン２２からの過剰な動力は、モータＭＧ１により電力変換されてバッテリ５０に充電されることになる。運転モードとして通常運転モードが設定されているときでもバッテリ５０への充電が行なわれることがあり得るが、通常運転モードではバッテリ５０の残容量ＳＯＣが値Ｓｌと値Ｓｈとの間にありバッテリ５０の過充電を伴うものでないため、充電を許容しても差し支えない。
【００３２】
エンジン目標パワーＰｅ＊が設定されると、目標パワーＰｅ＊でエンジン２２が最も効率よく運転できる運転ポイント（トルクと回転数とから定まる運転ポイント）として目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定する（ステップＳ１１４）。そして、動力入出力機構３０のギヤ比ρとエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊（キャリア３４の回転数Ｎｃ）とリングギヤ軸３２ａの回転数ＮｒとからモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１を計算する（ステップＳ１１６）。前述したように、サンギヤ３１の回転数Ｎｓとキャリア３４の回転数Ｎｃとリングギヤ３２の回転数Ｎｒとは式（１）の関係を有し、エンジン２２のクランクシャフト２３はキャリア３４にモータＭＧ１はサンギヤ３１にそれぞれ接続されているから、キャリア３４の回転数Ｎｃに相当するエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ３２の回転数Ｎｒとギヤ比ρとから上記の式（１）の関係を用いてサンギヤ３１の回転数Ｎｓを算出することができ、これをモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とすることができる。
【００３３】
モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定すると、プラネタリギヤ３０のギヤ比ρに基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１１８）。モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊は、図２のトルクの関係に示すように、エンジン２２の目標トルクＴｅ＊がトルクＴｃとしてキャリア３４に入力されたときにサンギヤ３１に分配されるトルクＴｃｓに釣り合うよう設定すればよい。すなわち、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊は、トルクＴｃｓに正負を入れ換えたものとして次式（４）により計算すればよい。一方、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊は、エンジン２２から直接分配されるトルクＴｃｒ（＝Ｔｃｓ／ρ）を考慮しつつステップＳ１０２で設定された要求トルクＴｒ＊がリングギヤ３２に出力されるように次式（５）により計算すればよい。
【００３４】
【数３】
Ｔｍ１＊＝−Ｔｅ＊×ρ／（１＋ρ）（４）
Ｔｍ２＊＝Ｔｒ＊−Ｔｅ＊×１／（１＋ρ）（５）
【００３５】
こうして、エンジン目標パワーＰｅ＊や目標トルクＴｅ＊と、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊や目標回転数Ｎｍ１＊と、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊とがそれぞれ設定されると、エンジン２２が目標トルクＴｅ＊を出力するようにエンジンＥＣＵ２４に指示すると共にモータＭＧ１が目標トルクＴｍ１＊および目標回転数Ｎｍ１＊で駆動するように又モータＭＧ２が目標トルクＴｍ２＊で駆動するようにモータＥＣＵ４０に指示して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。この指示を受けたエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標トルクＴｅ＊に見合うトルクを出力するようにエンジン２２を運転制御し、指示を受けたモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１が目標トルクＴｍ１＊を出力しながら目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようモータＭＧ１の回転数を制御すると共にモータＭＧ２が目標トルクＴｍ２＊に見合うトルクを出力するようにモータＭＧ２を駆動制御する。
【００３６】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン目標パワーＰｅ＊に下限値Ｐｌｏｗを設けて、エンジン２２の出力に対する効率が悪くエンジン２２の出力変化に対する効率変化が激しい低出力範囲内ではエンジン２２を運転しないようにしたから、エンジン２２の効率の向上を図ると共に効率の安定化を図ることができる。この結果、エンジン２２、ひいてはハイブリッド自動車の燃費をより向上させることができると共に燃費をより安定させることができる。しかも、下限値Ｐｌｏｗは、エンジン２２の出力に対する効率が最適効率となるときの値を設定したから、エンジン２２（ハイブリッド自動車２０）の燃費をより向上させることができる。また、エンジン目標パワーＰｅ＊に下限値Ｐｌｏｗに設定することにより生じ得る余剰分の動力を用いてバッテリ５０を充電させることができる。
【００３７】
実施例のハイブリッド自動車２０では、運転モードが充電運転モードか通常運転モードのときに図３の運転制御ルーチンを実行するものとしたが、通常運転モードのときには実行しないものとしてもよい。
【００３８】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン目標パワーＰｅ＊の下限値Ｐｌｏｗとしてエンジン２２の出力に対する効率が最適効率となるときのエンジン２２の出力値を設定するものとしたが、エンジン２２の出力変化に対する効率変化の度合いが所定値よりも小さい出力値で運転されるように下限値Ｐｌｏｗを設定するものとしたり、エンジン２２の出力に対する効率が所定値よりも大きい出力値で運転されるように下限値Ｐｌｏｗを設定するものとしても構わない。
【００３９】
実施例のハイブリッド自動車２０では、要求パワーＰｒ＊に、補機としてのバッテリ５０の充電要求（残容量ＳＯＣ）を考慮してエンジン目標パワーＰｅ＊を設定するものとしたが、エンジン２２からの動力を直接的または間接的に用いて運転するその他の補機の運転要求、例えば、空気調節装置のコンプレッサーなどの駆動要求なども考慮に入れてエンジン目標パワーＰｅ＊を設定するものとしても構わない。
【００４０】
実施例のハイブリッド自動車２０では、要求パワーＰｒ＊に基づいて設定されたエンジン目標パワーＰｅ＊と残容量ＳＯＣに基づいて設定されたバッテリ充電電力Ｐｂｉとの和が、下限値Ｐｌｏｗ未満のときにはバッテリ充電電力Ｐｂｉに拘わらずエンジン目標パワーＰｅ＊を下限値Ｐｌｏｗに変更し、下限値Ｐｌｏｗ以上のときにはエンジン目標パワーＰｅ＊を変更しないものとしたが、要求パワーＰｒ＊に基づいて設定されたエンジン目標パワーＰｅ＊が、下限値Ｐｌｏｗ未満のときには残容量ＳＯＣに拘わらず下限値Ｐｌｏｗに変更し、下限値Ｐｌｏｗ以上のときにはそのエンジン目標パワーＰｅ＊に残容量ＳＯＣに基づいて設定されたバッテリ充電電力Ｐｂｉを加算してエンジン目標パワーＰｅ＊を変更するものとしても構わない。
【００４１】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン目標パワーＰｅ＊を設定してからエンジン２２が効率よく運転できる目標動作点（エンジン目標トルクＴｅ＊，エンジン目標回転数Ｎｅ＊）を設定するものとしたが、エンジン目標パワーＰｅ＊を設定せずに目標動作点を直接設定するものとしても構わない。
【００４２】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸（クランクシャフト２６）に接続された３軸式の動力入出力機構３０と、動力入出力機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力入出力機構３０と駆動輪３９ａ，３９ｂに接続された駆動軸（リングギヤ軸３２ａ）とに接続されたモータＭＧ２とを備えるハイブリッド自動車として構成したが、内燃機関からの動力と電動機からの動力とにより走行でき、内燃機関からの動力の少なくとも一部を直接的または間接的に用いて運転可能な補機（二次電池を含む）を備えるハイブリッド自動車であれば如何なるハイブリッド自動車にも適用することができる。例えば、エンジンと、エンジンの出力軸に接続された３軸式の動力入出力機構と、動力入出力機構に接続された発電可能なモータと、動力入出力機構と駆動輪に接続された駆動軸とに接続された変速機（無段変速機など）とを備えるハイブリッド自動車や、図６に例示するように、エンジン１２２と、エンジンの１２２の出力軸とに接続されたインナーロータ１９２と駆動輪１３９ａ，１３９ｂに接続された駆動軸１９８に取り付けられたアウターロータ１９４とを有しインナーロータ１９２とアウターロータ１９４との電磁的な作用により相対的に回転するモータ１９０と、駆動軸１９８に直接動力が出力可能に駆動軸１９８に機械的に接続されたモータ１９６と備えるハイブリッド自動車１２０、図７に例示するように、エンジン２２２と、エンジン２２２の出力軸とクラッチ２９２を介して接続されたモータ２９０と、モータ２９０の回転軸と駆動輪２３９ａ，２３９ｂに接続された駆動軸とに接続された変速機（無段変速機など）とを備えるハイブリッド自動車２２０などに適用するものとしてもよい。また、エンジンからの動力と駆動軸に要求される動力との偏差の動力を入出力または消費可能なものを備えるものであれば、ハイブリッド自動車以外の自動車に適用することも可能である。
【００４３】
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】サンギヤ軸３１ａの回転数Ｎｓとリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒとキャリア３４の回転数Ｎｃとの関係を示す図である。
【図３】実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド電子制御ユニット７０により実行される運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】アクセル開度Ａｄｒｖと車速Ｖと駆動軸の要求トルクＴｒ＊との関係を示すマップである。
【図５】駆動軸の要求パワーＰｒ＊とバッテリ５０の残容量ＳＯＣとエンジン目標パワーＰｅ＊との関係を示すマップである。
【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、２２，１２２，２２２エンジン、２３クランクシャフト、２４エンジンＥＣＵ、２５ダンパ、３０動力入出力機構、３１サンギヤ、３１ａサンギヤ軸、３２リングギヤ、３２ａリングギヤ軸、３３ピニオンギヤ、３４キャリア、３６ベルト、３７ギヤ機構、３９ａ，３９ｂ，１３９ａ，１３９ｂ，２３９ａ，２３９ｂ駆動輪、４０モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２インバータ、４３，４４回転数センサ、５０，１５０，２５０バッテリ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４電力ライン、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ，１９０，２９０モータ，１９２インナーロータ、１９４アウターロータ、１９６モータ、１９８駆動軸、２９２クラッチ、２９４変速機。

Claims

駆動軸に動力の出力が可能な内燃機関を備える自動車であって、
前記駆動軸に要求される要求動力と前記内燃機関の出力変化に対する効率変化の特性とに基づいて前記内燃機関の出力に対する効率が所定の許容範囲内となるよう前記内燃機関が出力すべき目標動力または目標動作点を設定する目標動力設定手段と、
該設定された目標動力または目標動作点で前記内燃機関が運転されるよう内燃機関を運転制御する運転制御手段と、
前記目標動力または前記目標動作点に対応する動力と前記要求動力との差の動力を入力または出力または消費する動力入出力消費手段と
を備える自動車。
請求項１記載の自動車であって、
前記動力入出力消費手段は、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を直接的または間接的に用いて運転する補機と該補機を運転制御する補機制御手段とを有する手段である
自動車。
請求項２記載の自動車であって、
前記目標動力設定手段は、更に前記補機の運転要求に基づいて前記目標動力または前記目標動作点を設定する手段である
自動車。
請求項１ないし３記載の自動車であって、
前記目標動力設定手段は、前記内燃機関の出力変化に対する効率変化の程度が小さい出力範囲内で内燃機関が運転されるよう前記目標動力または前記目標動作点を設定する手段である
自動車。
請求項４記載の自動車であって、
前記目標動力設定手段は、前記要求動力に基づき設定される目標動力または設定される目標動作点に対応する動力が、前記内燃機関の出力変化に対する効率変化の程度が大きい出力範囲内となるときには、前記要求動力に拘わらず所定の動力または所定の動作点を設定する手段である
自動車。
請求項３に係る請求項４または５記載の自動車であって、
前記目標動力設定手段は、前記要求動力および前記補機の運転要求に基づき設定される目標動力または設定される目標動作点に対応する動力が、前記内燃機関の出力変化に対する効率変化の程度が大きい出力範囲内となるときには、前記要求動力および前記補機の運転要求に拘わらず所定の動力または所定の動作点を設定する手段である
自動車。
請求項５または６記載の自動車であって、
前記所定の動力または前記所定の動作点は、前記内燃機関の効率が所定の高効率となるときの動力または動作点である
自動車。
請求項２に係る請求項３ないし７いずれか記載の自動車であって、
前記補機は、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を電力変換して得られる電力を入力可能な二次電池を含み、
前記補機制御手段は、前記二次電池の電力の入出力を制御する手段を含む
自動車。
請求項３に係る請求項８記載の自動車であって、
前記補機の運転要求は、前記二次電池の充電要求を含む
自動車。
請求項９記載の自動車であって、
前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検出手段を備え、
前記二次電池の充電要求は、該検出された二次電池の充電状態に基づいて行なわれる要求である
自動車。
請求項１ないし１０いずれか記載の自動車であって、
前記内燃機関からの動力の一部を前記駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換して前記動力入出力消費手段に供給可能な動力伝達変換手段
を備える自動車。
請求項１１記載の自動車であって、
前記動力伝達変換手段は、前記内燃機関からの動力の入力により発電する発電機と、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記発電機の回転軸に接続された第２の軸と第３の軸の３軸を有し該３軸のうちのいずれか２軸の動力の入出力により残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力機構とを備える手段であり、
前記第３の軸に動力を直接出力可能な電動機を備える
自動車。