JP4055771B2 - 動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法 - Google Patents

動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法に関する。
従来、この種の動力出力装置としては、エンジンの動力を遊星ギア機構や第１モータを介して駆動軸に出力すると共に第２モータからも駆動軸に動力を入出力するものが提案されている（特許文献１参照）。この装置では、第１モータや第２モータと電力をやりとりする二次電池を備えており、二次電池の温度や蓄電量に基づいて充放電電力に制限を設けると共にこの制限内で第１モータや第２モータを駆動している。
特開平１１−１８７５７７号公報（図１）
ところで、モータの制御には正弦波制御や過変調制御，矩形波制御など種々なものがあり、これらを切り替えて使うことにより、それぞれの制御の特徴を生かしてより効率的にモータを駆動することができる。上述の動力出力装置においてこうしたモータの制御の切替えを行なうものとした場合、制御を切替える際にモータの駆動状態が大きく変化し、これによりモータに入出力される計算上の電力と実際の電力とに偏差が生じ、その程度によっては二次電池を過大な電力で充放電する場合が生じる可能性がある。
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、モータの制御を切り替える際に二次電池の過大な電力による充放電を抑制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これを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の動力出力装置は、
駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
該電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記電動機を制御する複数の制御モードのうち一つを設定可能な制御モード設定手段と、
該制御モード設定手段により制御モードが変更されていない通常制御状態のときには、前記蓄電手段の入出力制限に基づいて第１の変化程度をもって前記電動機により電力の入出力が許容される入出力許容範囲を設定し、前記制御モード設定手段により制御モードの設定が変更された際の非通常制御状態のときには、前記蓄電手段の入出力制限に基づいて前記第１の変化程度より大きな第２の変化程度をもって前記入出力許容範囲を設定する入出力許容範囲設定手段と、
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く動力が前記駆動軸に出力されると共に前記設定された入出力許容範囲内で前記電動機が駆動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。
この本発明の動力出力装置では、電動機を制御する複数の制御モードのうち一つを設定する制御モード設定手段により制御モードが変更されていない通常制御状態のときには、蓄電手段の入出力制限に基づいて第１の変化程度をもって電動機により電力の入出力が許容される入出力許容範囲を設定し、駆動軸に要求される要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されると共に設定された入出力許容範囲内で電動機が駆動されるよう電動機を制御する。一方、制御モードの設定が変更された際の非通常制御状態のときには、蓄電手段の入出力制限に基づいて前記第１の変化程度より大きな第２の変化程度をもって入出力許容範囲を設定し、要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されると共に設定された入出力許容範囲内で電動機が駆動されるよう電動機を制御する。したがって、非通常制御状態のときには、制御モードの設定の変更に対して入出力許容範囲を迅速に変化させることができる。この結果、制御モードの設定を変更する際に蓄電手段に過大な電力による充放電が行なわれるのを抑制することができる。
こうした本発明の動力出力装置において、前記入出力許容範囲設定手段は、前記制御モード設定手段により制御モードの設定が変更されてから所定時間を経過するまでを前記非通常制御状態として前記入出力許容範囲を設定する手段であるものとすることもできる。
また、本発明の動力出力装置において、前記制御モード設定手段は、正弦波制御モード，過変調制御モード，矩形波制御モードのうち少なくとも一つを含む複数の制御モードから一つを選択して設定する手段であるものとすることもできる。
さらに、本発明の動力出力装置において、前記入出力許容範囲設定手段は、前記通常制御状態のときには第１の時定数のなまし処理を用いて前記入出力許容範囲を設定し、前記非通常制御状態のときには前記第１の時定数より小さな第２の時定数のなまし処理を用いて前記入出力許容範囲を設定する手段であるものとすることもできる。
あるいは、本発明の動力出力装置において、前記入出力許容範囲設定手段は、前記非通常制御状態のときには前記電動機の駆動変化量に基づいて前記第２の変化程度を設定し、該設定された第２の変化程度をもって前記入出力許容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、より適正に入出力許容範囲を設定することができる。この結果、蓄電手段の過大な電力による充放電をより効果的に抑制することができる。
本発明の動力出力装置において、前記蓄電手段に入出力されている入出力電力を検出する電力検出手段を備え、前記入出力許容範囲設定手段は、前記蓄電手段の入出力制限と前記検出された入出力電力と前記設定された要求動力から前記電動機に入出力されると想定される想定電力とに基づいて前記入出力許容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、より適正に入出力許容範囲を設定することができ、蓄電手段の過大な電力による充放電をより効果的に抑制することができる。この場合、前記入出力許容範囲設定手段は、前記検出された入出力電力と前記想定される想定電力との偏差に対して前記第１の変化程度または前記第２の変化程度をもって変化処理を施して得られる電力を前記蓄電手段の入出力制限から減じることにより前記入出力許容範囲を設定する手段であるものとすることもできる。
こうした電力検出手段を備える態様の本発明の動力出力装置において、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との入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、を備え、前記制御手段は、前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定すると共に前記設定された要求動力と前記設定された内燃機関の運転ポイントと前記入出力許容範囲とに基づいて前記電力動力入出力手段および前記電動機の駆動指令を設定し、前記設定した運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定した駆動指令に基づいて前記電力動力入出力手段と前記電動機とが駆動するよう制御する手段であり、前記入出力許容範囲設定手段は、前記蓄電手段の入出力制限と前記検出された入出力電力と前記設定された駆動指令から想定される前記電力動力入出力手段および前記電動機により入出力される想定電力とに基づいて前記入出力許容範囲を設定する手段であるものとすることもできる。この場合、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の軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか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の回転子との相対的な回転により回転する対回転子電動機であるものとすることもできる。
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、駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、該電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記電動機を制御する複数の制御モードのうち一つを設定可能な制御モード設定手段と、該制御モード設定手段により制御モードが変更されていない通常制御状態のときには前記蓄電手段の入出力制限に基づいて第１の変化程度をもって前記電動機により電力の入出力が許容される入出力許容範囲を設定し前記制御モード設定手段により制御モードの設定が変更された際の非通常制御状態のときには、前記蓄電手段の入出力制限に基づいて前記第１の変化程度より大きな第２の変化程度をもって前記入出力許容範囲を設定する入出力許容範囲設定手段と、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く動力が前記駆動軸に出力されると共に前記設定された入出力許容範囲内で前記電動機が駆動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、車軸が前記駆動軸に連結されてなることを要旨とする。
この本発明の自動車では、上述した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、制御モードの設定を変更する際に蓄電手段に過大な電力による充放電が行なわれるのを抑制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。
本発明の動力出力装置の制御方法は、
駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、該電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記電動機を制御する複数の制御モードのうち一つを設定可能な制御モード設定手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）該制御モード設定手段により制御モードが変更されていない通常制御状態のときには前記蓄電手段の入出力制限に基づいて第１の変化程度をもって前記電動機により電力の入出力が許容される入出力許容範囲を設定し、前記制御モード設定手段により制御モードの設定が変更された際の非通常制御状態のときには前記蓄電手段の入出力制限に基づいて前記第１の変化程度より大きな第２の変化程度をもって前記入出力許容範囲を設定し、
（ｂ）前記駆動軸に要求される要求動力を設定し、
（ｃ）該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と共に前記設定された入出力許容範囲内で前記電動機を駆動するよう前記電動機を制御する
ことを要旨とする。
この本発明の動力出力装置の制御方法では、電動機を制御する複数の制御モードのうち一つを設定する制御モード設定手段により制御モードが変更されていない通常制御状態のときには、蓄電手段の入出力制限に基づいて第１の変化程度をもって電動機により電力の入出力が許容される入出力許容範囲を設定し、駆動軸に要求される要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されると共に設定された入出力許容範囲内で電動機が駆動されるよう電動機を制御する。一方、制御モードの設定が変更された際の非通常制御状態のときには、蓄電手段の入出力制限に基づいて前記第１の変化程度より大きな第２の変化程度をもって入出力許容範囲を設定し、要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されると共に設定された入出力許容範囲内で電動機が駆動されるよう電動機を制御する。したがって、非通常制御状態のときには、制御モードの設定の変更に対して入出力許容範囲を迅速に変化させることができる。この結果、制御モードの設定を変更する際に蓄電手段に過大な電力による充放電が行なわれるのを抑制することができる。
次に、本発明を実施するための最良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、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されるエンジン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電子制御ユニット７０とを備える。
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を介して変速機６０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。
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、電子制御ユニット７０と通信しており、電子制御ユニット７０から制御信号が入力され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電子制御ユニット７０に出力する。
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電圧センサ５１ａからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた電流センサ５１ｂからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃ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）も計算している。
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。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。なお、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。
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。
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の動作について説明する。図２は、実施例のハイブリッド自動車２０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。このルーチンは、所定
時間（例えば、数ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
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が充放電すべき充放電要求パワーＰｂ＊，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，バッテリ５０に入出力される入出力電力Ｐｂａｔ，制御モード変更時刻Ｔなどの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、充放電要求パワーＰｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）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。入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１ｃにより検出されるバッテリ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。バッテリ５０に入出力される入出力電力Ｐｂａｔは、電圧センサ５１ａにより検出されるバッテリ５０の端子間電圧Ｖｂに電流センサ５１ｂにより検出されるバッテリ５０への充放電電流Ｉｂを乗じたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。制御モード変更時刻Ｔは、モータＭＧ１やモータＭＧ２の制御モードが変更された度にＲＡＭ７６の所定のアドレスに書き込まれたものを読み込むことにより入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、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，ＭＧ２のトルク指令（前回Ｔｍ１＊，前回Ｔｍ２＊）に今回ステップＳ１００で入力したモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を乗じることによりモータＭＧ１，ＭＧ２に入出力される想定電力Ｐｍ１＊，Ｐｍ２＊を計算すると共に（ステップＳ１０２）、バッテリ５０に入出力される入出力電力Ｐｂａｔから想定電力Ｐｍ１＊と想定電力Ｐｍ２＊とを減じて電力偏差Ｐｂｄを計算する（ステップＳ１０４）。ここで、電力偏差Ｐｂｄは、回転位置検出センサ４３，４４などのセンシング遅れやハイブリッド用電子制御ユニット７０やモータＥＣＵ４０による演算遅れ，ハイブリッド用電子制御ユニット７０とモータＥＣＵ４０との間の通信遅れなどによって生じるモータＭＧ１，ＭＧ２から実際に入出力される電力Ｐｍ１，Ｐｍ２とトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊から計算される想定電力Ｐｍ１＊，Ｐｍ２＊との偏差が反映されるものとなる。したがって、電力偏差Ｐｄｂは、モータＭＧ１やモータＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２の変化が大きいときには大きく変化し、回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２の変化が小さいときには小さく変化する。
続いて、制御モード変更時刻Ｔから所定時間ｔ経過したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、所定時間ｔは、モータＭＧ１やモータＭＧ２の制御モードが変更されてからモータＭＧ１やモータＭＧ２の駆動状態（回転数など）が安定するまでに要する時間などにより定めることができる。制御モード変更時刻Ｔから所定時間ｔ経過したとき、すなわちモータＭＧ１やモータＭＧ２の駆動状態が安定している通常時には、通常時の値Ｔ１をなまし処理の時定数Ｔｃに設定し（ステップＳ１０８）、電力偏差Ｐｂｄに対してこの時定数Ｔｃを用いてなまし処理を施すことにより電力偏差Ｐｂｄｓｍｏを計算する（ステップＳ１１０）と共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔから電力偏差Ｐｂｄｓｍｏを減じることにより入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆを計算する（ステップＳ１１２）。ここで、通常時の値Ｔ１は、電力偏差Ｐｂｄｓｍｏの過度のオーバーシュートやノイズの反映を抑制すると共に電力偏差Ｐｂｄの変化に迅速に追随できる程度の値として定められる。
次に、ステップＳ１００で入力したアクセル開度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Ｔｒ＊とエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１４）。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。エンジン要求パワーＰｅ＊は、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との和により設定するものとした。ここで、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることにより求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除することにより求めたりすることができる。
エンジン要求パワーＰｅ＊を設定すると、設定したエンジン要求パワーＰｅ＊とエンジン２２を効率よく動作させる動作ラインとに基づいてエンジン２２のエンジン回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１１６）。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、エンジン２２の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。
エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると、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とに基づいて次式（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とに基づいて次式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１１８）。動力分配統合機構３０の各回転要素の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軸はサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２の回転数を示す。前述したように、サンギヤ３１の回転数はモータＭＧ１の回転数でありキャリア３４の回転数はエンジン２２の回転数Ｎｅであるから、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊は、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝Ｎｍ２／Ｇｒ）と目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて次式（１）により計算することができる。したがって、計算した目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御することにより、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。また、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、実施例では、目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とを用いてフィードバック制御における関係式（２）により設定するものとした。ここで、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインを示し、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインを示す。
Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/（Gr・ρ） …（１）
Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt …（２）
こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを設定すると、入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆ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で除することによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（３）および（４）により計算すると共に（ステップＳ１２０）、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とを用いてモータ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（５）により計算し（ステップＳ１２２）、計算した仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐをトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１２４）。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、入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆ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（５）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。
Tmin＝(Winf−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（３）
Tmax＝(Woutf−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（４）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（５）
モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２と回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とに基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の制御モードを設定する（ステップＳ１２６）。ここで、制御モードは、実施例では、変調率が値１以下の正弦波制御モード（三角波比較によるＰＷＭ制御における三角波の振幅以下の振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成してＰＷＭ信号に変換）と、変調率が値１を越える過変調制御モード（三角波の振幅を越えた振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成してＰＷＭ信号に変換）と、矩形波の信号でインバータ４１，４２をスイッチングする矩形波制御モードとがあり、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数とトルクとに基づいて制御モードを判定する制御モード判定用マップによりいずれかを選択して設定するものとした。制御モード判定用マップの一例を図６に示す。そして、モータＭＧ１，ＭＧ２の制御モードのいずれかが前回このルーチンが実行されたときに設定された制御モードと異なるときは、制御モード変更時刻Ｔに現在の時刻を設定する（ステップＳ１２８，Ｓ１３０）。
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、目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信する共にトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１３２）、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＊やモータＭＧ１，ＭＧ２の制御モードを受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ１の制御モードに従ってモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊とモータＭＧ２の制御モードに従ってモータ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。
一方、ステップＳ１０６において制御モード変更時刻Ｔから所定時間ｔ経過していないと判定されたとき、すなわち制御モードの変更によりモータＭＧ１やモータＭＧ２が通常時の駆動状態とは異なる状態として駆動されている非通常時には、通常時の値Ｔ１より小さな値Ｔ２をなまし処理の時定数Ｔｃに設定する（ステップＳ１３４）。そして、この設定した時定数Ｔｃを用いて設定した電力偏差Ｐｂｄになまし処理を施して電力偏差Ｐｂｄｓｍｏを計算すると共に（ステップＳ１１０）、計算した電力偏差Ｐｂｄｓｍｏをバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔから減じて入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆを計算し（ステップＳ１１２）、ステップＳ１１４以降の処理を実行する。このように、通常時の値Ｔ１より小さな値Ｔ２をなまし処理の時定数Ｔｃに設定して電力偏差Ｐｂｄのなまし処理に用いることにより、電力偏差Ｐｂｄの変化に対して電力偏差Ｐｂｄｓｍｏの変化をより迅速なものとし、これにより、入出力許容制限Ｗｉｎｆ，ＷｏｕｔｆをモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態の変化に迅速に対応させることができる。この結果、モータＭＧ１，ＭＧ２の制御モードが変更された際に、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態の急変によって生じ得るバッテリ５０の過大な電力による充放電を抑制することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ１，ＭＧ２の制御モードが変更された際のようにモータＭＧ１やモータＭＧ２の駆動状態が急変し得るときには、バッテリ５０に入出力される入出力電力ＰｂａｔからモータＭＧ１，ＭＧ２に入出力される想定電力Ｐｍ１＊，Ｐｍ２＊を減じて計算した電力偏差Ｐｂｄに対して通常時の値Ｔ１より小さな値Ｔ２をなまし処理の時定数Ｔｃとして用いてなまし処理を施し、これを用いて入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆを計算するから、入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆを迅速に変化させることができる。この結果、モータＭＧ１，ＭＧ２の制御モードが変更された際にバッテリ５０の過大な電力による充放電を抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、ＰＷＭ制御における正弦波制御モードと過変調制御モードと矩形波制御モードとを切り替えてモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するものとしたが、これに限られず、複数の制御モードを切り替えてモータの制御を行なうものであれば如何なる制御モードを切り替えてモータを制御するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、電力偏差Ｐｂｄに対してなまし処理を施して計算した電力偏差Ｐｂｄｓｍｏをバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔから減じることにより入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆを計算するものとしたが、電力偏差Ｐｂｄを入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔから減じたものに対してなまし処理を施すことにより入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆを計算するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、通常時には値Ｔ１をなまし処理の時定数Ｔｃとして電力偏差Ｐｂｄに対してなまし処理を施したものを用いて入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆを計算し、制御モードを変更する際には値Ｔ１より小さな値Ｔ２をなまし処理の時定数Ｔｃとして電力偏差Ｐｂｄに対してなまし処理を施したものを用いて入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆを計算するものとしたが、制御モードを変更する際に通常時より大きな変化程度をもって入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆを計算するものであれば、電力偏差Ｐｂｄに対してこれ以外の処理、例えばレート処理を施したものを用いて入出力許容制限Ｗｉｎｆ，Ｗｏｕｔｆを計算するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、制御モードを変更する際には値Ｔ２をなまし処理の時定数Ｔｃとして用いて電力偏差Ｐｂｄに対してなまし処理を施すものとしたが、この値Ｔ２は定数に限られず、モータＭＧ２の駆動状態の変化の程度が大きいほど小さくなる傾向の値Ｔ２をなまし処理の時定数Ｔｃとして用いて電力偏差Ｐｂｄに対してなまし処理を施すものとしてもよい。
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を介してリングギヤ軸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に示すように、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３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における車輪３９ｃ，３９ｄが接続された車軸）に接続するものとしてもよい。
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３９ａ，３９ｂ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３９ａ，３９ｂ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。
実施例では、内燃機関からの動力と電動機からの動力とを駆動軸に出力可能なハイブリッド自動車に適用したが、こうしたハイブリッド自動車に限定されるものではなく、電動機からの動力で走行する通常の電気自動車にも適用することができる。
以上、本発明を実施するための最良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。
本発明は、自動車産業などに利用可能である。
本発明の一実施例としての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。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 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。 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。 制御モード判定用マップの一例を示す説明図である。 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。 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、３７ギヤ機構、３８ ディファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、３９ｃ，３９ｄ 車輪、４０ 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、５１ａ 電圧センサ、５１ｂ 電流センサ、５１ｃ 温度センサ、５２ バッテリＥＣＵ、７０ 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)

  1. 駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
    該電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
    前記電動機を制御する複数の制御モードのうち一つを設定可能な制御モード設定手段と、
    該制御モード設定手段により制御モードが変更されていない通常制御状態のときには前記蓄電手段の入出力制限に基づいて第１の変化程度をもって前記電動機により電力の入出力が許容される入出力許容範囲を設定し、前記制御モード設定手段により制御モードの設定が変更された際の非通常制御状態のときには前記蓄電手段の入出力制限に基づいて前記第１の変化程度より大きな第２の変化程度をもって前記入出力許容範囲を設定する入出力許容範囲設定手段と、
    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く動力が前記駆動軸に出力されると共に前記設定された入出力許容範囲内で前記電動機が駆動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。
  2. 前記入出力許容範囲設定手段は、前記制御モード設定手段により制御モードの設定が変更されてから所定時間を経過するまでを前記非通常制御状態として前記入出力許容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。
  3. 前記制御モード設定手段は、正弦波制御モード，過変調制御モード，矩形波制御モードのうち少なくとも一つを含む複数の制御モードから一つを選択して設定する手段である請求項１または２記載の動力出力装置。
  4. 前記入出力許容範囲設定手段は、前記通常制御状態のときには第１の時定数のなまし処理を用いて前記入出力許容範囲を設定し、前記非通常制御状態のときには前記第１の時定数より小さな第２の時定数のなまし処理を用いて前記入出力許容範囲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。
  5. 前記入出力許容範囲設定手段は、前記非通常制御状態のときには前記電動機の駆動変化量に基づいて前記第２の変化程度を設定し、該設定された第２の変化程度をもって前記入出力許容範囲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。
  6. 請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置であって、
    前記蓄電手段に入出力されている入出力電力を検出する電力検出手段を備え、
    前記入出力許容範囲設定手段は、前記蓄電手段の入出力制限と前記検出された入出力電力と前記設定された要求動力から前記電動機に入出力されると想定される想定電力とに基づいて前記入出力許容範囲を設定する手段である
    動力出力装置。
  7. 前記入出力許容範囲設定手段は、前記検出された入出力電力と前記想定される想定電力との偏差に対して前記第１の変化程度または前記第２の変化程度をもって変化処理を施して得られる電力を前記蓄電手段の入出力制限から減じることにより前記入出力許容範囲を設定する手段である請求項６記載の動力出力装置。
  8. 請求項６または７記載の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、電力と動力との入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、を備え、
    前記制御手段は、前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関の運転ポイントを設定すると共に前記設定された要求動力と前記設定された内燃機関の運転ポイントと前記入出力許容範囲とに基づいて前記電力動力入出力手段および前記電動機の駆動指令を設定し、前記設定した運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定した駆動指令に基づいて前記電力動力入出力手段と前記電動機とが駆動するよう制御する手段であり、
    前記入出力許容範囲設定手段は、前記蓄電手段の入出力制限と前記検出された入出力電力と前記設定された駆動指令から想定される前記電力動力入出力手段および前記電動機により入出力される想定電力とに基づいて前記入出力許容範囲を設定する手段である
    動力出力装置。
  9. 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の軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか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８記載の動力出力装置。
  10. 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の回転子との相対的な回転により回転する対回転子電動機である請求項８記載の動力出力装置。
  11. 請求項１ないし１０いずれか記載の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなる自動車。
  12. 駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、該電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
    前記電動機を制御する複数の制御モードのうち一つを設定可能な制御モード設定手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
    （ａ）該制御モード設定手段により制御モードが変更されていない通常制御状態のときには前記蓄電手段の入出力制限に基づいて第１の変化程度をもって前記電動機により電力の入出力が許容される入出力許容範囲を設定し、前記制御モード設定手段により制御モードの設定が変更された際の非通常制御状態のときには前記蓄電手段の入出力制限に基づいて前記第１の変化程度より大きな第２の変化程度をもって前記入出力許容範囲を設定し、
    （ｂ）前記駆動軸に要求される要求動力を設定し、
    （ｃ）該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と共に前記設定された入出力許容範囲内で前記電動機を駆動す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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