JP4281706B2 - ハイブリッド自動車およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車およびその制御方法に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、遊星歯車機構のキャリア，サンギヤ，リングギヤにそれぞれエンジン，ジェネレータ，駆動軸が接続されると共に駆動軸にモータが接続され、ジェネレータおよびモータと電力をやり取りするバッテリが設けられたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、アクセル開度や車速（駆動軸の回転数）から駆動軸に要求される要求トルクを設定すると共に要求トルクと駆動軸の回転数との積により要求パワーを設定し、設定した要求パワーに基づくパワーがエンジンから出力されると共に要求トルクが駆動軸に出力されるようエンジンやジェネレータ，モータを制御している。
特開２００４−４４４６９号公報

上述のハイブリッド自動車では、発進時には駆動軸の回転数が略ゼロの状態であるから、要求トルクは大きくても要求パワーとしては比較的小さな値が設定され、エンジンから出力されるパワーは比較的小さなものとなる。このため、要求トルクを駆動軸に出力するためにモータの負担が大きくなり、その定格値によっては十分な発進性能を得ることができない場合が生じる。モータとして定格値の大きなものを採用すればよいが、モータの体格が大きくなる。発進時にエンジンから出力するパワーを大きくすることも考えることができるが、発進時にはエンジンからの動力によりジェネレータは発電するが駆動軸に接続されているために回転数が略ゼロのモータは電力消費（損失分のみ消費）されないから、発進のためにエンジンからの動力を大きくするとバッテリに過充電や過大な電力による充電が生じる場合がある。

本発明のハイブリッド自動車およびその制御方法は、車両の発進性能をより向上させることを目的の一つとする。また、本発明のハイブリッド自動車およびその制御方法は、車両の発進時における蓄電装置の過充電や過大な電力による充電を抑制することを目的の一つとする。

本発明のハイブリッド自動車およびその制御方法は、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。

本発明のハイブリッド自動車は、
内燃機関と、
該内燃機関の出力軸と車軸に接続された駆動軸とに接続され、電力と動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電力動力入出力手段と、
前記車軸または該車軸とは異なる車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をやり取り可能な蓄電手段と、
運転者が大きなトルクによる走行を要求する大トルク走行要求を判定する大トルク走行要求判定手段と、
車両の発進時に前記大トルク走行要求判定手段により大トルク走行要求が判定されなかったときには通常の設定態様で前記内燃機関から出力すべき目標動力を設定し該設定した目標動力で該内燃機関が運転されると共に車両に要求される要求トルクに基づくトルクにより走行するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する通常時制御を実行し、車両の発進時に前記大トルク走行要求判定手段により大トルク走行要求が判定されたときには前記蓄電手段の入力制限の範囲内で前記通常の設定態様よりも大きな動力となるよう前記内燃機関の目標動力を設定し該設定した目標動力で該内燃機関が運転されると共に車両に要求される要求トルクに基づくトルクにより走行するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する大トルク走行要求時制御を実行する発進時制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、運転者が大きなトルクによる走行を要求する大トルク走行要求を判定し、車両の発進時に大トルク走行要求が判定されなかったときには通常の設定態様で内燃機関から出力すべき目標動力を設定しこの設定した目標動力で内燃機関が運転されると共に車両に要求される要求トルクに基づくトルクにより走行するよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを駆動制御する通常時制御を実行し、車両の発進時に大トルク走行要求が判定されたときには蓄電手段の入力制限の範囲内で通常の設定態様よりも大きな動力となるよう内燃機関の目標動力を設定しこの設定した目標動力で内燃機関が運転されると共に車両に要求される要求トルクに基づくトルクにより走行するよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを駆動制御する大トルク走行要求時制御を実行する。したがって、発進時に大トルク走行要求がなされたときに電力動力入出力手段により内燃機関から車軸に伝達される動力を大きくして走行するから、定格制限などにより大トルク走行要求に見合うトルクを電動機から十分に出力できないときでも大トルク走行要求に応えることができる。この結果、発進時の動力性能をより向上させることができる。もとより、蓄電手段の入力制限の範囲内で目標動力を設定して内燃機関を制御するから、蓄電手段に過充電や過大な電力による充電が生じるのを抑止することができる。ここで、「車両の発進時」には、車両が完全に停止している状態からの発進の他、低速で走行している状態からの発進も含まれる。

こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記発進時制御手段は、前記大トルク走行要求時制御として前記蓄電手段の入力制限の範囲内で前記内燃機関から出力可能な動力の最大値を前記目標動力として設定して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、発進時の動力性能を更に向上させることができる。

また、本発明のハイブリッド自動車において、前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段が充電可能か否かを判定する充電可否判定手段を備え、前記発進時制御手段は、前記充電可否判定手段により蓄電手段が充電不可と判定されたときには、車両の発進時に前記大トルク走行要求判定手段により大トルク走行要求が判定されたときであっても前記通常時制御を実行する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段に過充電や過大な電力による充電が生じるのをより確実に抑止することができる。

本発明のハイブリッド自動車において、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の回転軸の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の回転軸に動力を入出力する発電機とを備える手段であるものとすることもできるし、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第１の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第２の回転子とを有し、該第１の回転子と該第２の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に伝達する対回転子電動機であるものとすることもできる。

本発明のハイブリッド自動車の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と車軸に接続された駆動軸とに接続され電力と動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電力動力入出力手段と、前記車軸または該車軸とは異なる車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をやり取り可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド自動車の制御方法であって、
（ａ）運転者が大きなトルクによる走行を要求する大トルク走行要求を判定し、
（ｂ）車両の発進時に前記ステップ（ａ）により大トルク走行要求が判定されなかったときには通常の設定態様で前記内燃機関から出力すべき目標動力を設定し該設定した目標動力で該内燃機関が運転されると共に車両に要求される要求トルクに基づくトルクにより走行するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する通常時制御を実行し、車両の発進時に前記ステップ（ａ）により大トルク走行要求が判定されたときには前記蓄電手段の入力制限の範囲内で前記通常の設定態様よりも大きな動力となるよう前記内燃機関の目標動力を設定し該設定した目標動力で該内燃機関が運転されると共に車両に要求される要求トルクに基づくトルクにより走行するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する大トルク走行要求時制御を実行する
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車の制御方法によれば、運転者が大きなトルクによる走行を要求する大トルク走行要求を判定し、車両の発進時に大トルク走行要求が判定されなかったときには通常の設定態様で内燃機関から出力すべき目標動力を設定しこの設定した目標動力で内燃機関が運転されると共に車両に要求される要求トルクに基づくトルクにより走行するよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを駆動制御する通常時制御を実行し、車両の発進時に大トルク走行要求が判定されたときには蓄電手段の入力制限の範囲内で通常の設定態様よりも大きな動力となるよう内燃機関の目標動力を設定しこの設定した目標動力で内燃機関が運転されると共に車両に要求される要求トルクに基づくトルクにより走行するよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを駆動制御する大トルク走行要求時制御を実行する。したがって、発進時に大トルク走行要求がなされたときに電力動力入出力手段により内燃機関から車軸に伝達される動力を大きくして走行するから、定格制限などにより大トルク走行要求に見合うトルクを電動機から十分に出力できないときでも大トルク走行要求に応えることができる。この結果、発進時の動力性能をより向上させることができる。もとより、蓄電手段の入力制限の範囲内で目標動力を設定して内燃機関を制御するから、蓄電手段に過充電や過大な電力による充電が生じるのを抑止することができる。ここで、「車両の発進時」には、車両が完全に停止している状態からの発進の他、低速で走行している状態からの発進も含まれる。

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、本発明の一実施形態としての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。

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。

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。

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。

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。

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おり、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、駆動輪６３ａ，６３ｂに取り付けられたブレーキ装置６５ａ，６５ｂの図示しないアクチュエータへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。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。

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、特に発進時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により実行される発進時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、エンジン２２が運転されており車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ（例えば、時速１０ｋｍ）未満の状態でアクセルペダル８３が踏み込まれて車両の発進が要求されたときに実行される。

発進時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８３からのアクセル開度Ａｃｃやブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，モータＭＧ２のトルク制限Ｔｌｉｍ，バッテリ５０の残容量ＳＯＣ，バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎなどのデータを入力する処理を行なう（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により検出された回転位置に基づいて演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。モータＭＧ２のトルク制限Ｔｌｉｍは、モータＭＧ２やインバータ４２の温度に基づいて設定、例えば、モータＭＧ２やインバータ４２の温度が所定温度を上回ったときにモータＭＧ２の定格トルクの５０％や６０％の値として設定されたものを入力するものとした。残容量ＳＯＣは、電流センサにより検出されたバッテリ５０の充放電電流に基づいて演算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。入力制限Ｗｉｎは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣや温度センサ５１により検出された電池温度に基づいて設定されたものを入力するものとした。なお、入力制限Ｗｉｎは、バッテリ５０が充電可能なパワーが大きいほど値は小さくその絶対値は大きくなるよう負の符号として定めた。

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＊と要求パワーＰｒ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｒ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じることにより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。

続いて、車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ（例えば、時速１０ｋｍ）未満で且つアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ（例えば、９５％や１００％）以上か否かを判定すなわち大トルクによる発進が要求されているか否かを判定すると共に（ステップＳ１２０）、バッテリ５０が充電可能か否かを判定する（ステップＳ１３０）。バッテリ５０が充電可能か否かは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣや電池温度Ｔｂにより得られる入力制限Ｗｉｎに基づいて判定することができる。車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ未満でないと判定されたりアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ以上でないと判定されたり車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ未満で且つアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ以上であってもバッテリ５０が充電可能な状態にないと判定されたときには、大トルクによる発進が要求されていないか大トルクによる発進が要求されていてもバッテリ５０が充電不可の状態にあると判断して、要求パワーＰｒ＊とバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和によりエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊を設定する（ステップＳ１４０）。ここで、充放電要求パワーＰｂ＊は、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが基準値以上のときには残容量ＳＯＣが大きくなるほど放電側のパワーが大きくなり残容量ＳＯＣが基準値未満のときには残容量ＳＯＣが小さくなるほど充電側のパワーが大きくなるようにモータＥＣＵ４０により設定され通信により入力されたものを用いるものとした。なお、発進時には車速Ｖは値０近傍にあることから、要求トルクＴｒ＊が大きくても要求パワーＰｒ＊は小さなものとなり、エンジン要求パワーＰｅ＊としても比較的小さな値が設定されることになる。

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が効率よく運転する燃費用動作ラインと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Ｓ１６０）。図４にエンジン２２の燃費用動作ラインの一例および目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、燃費用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。

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とを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１７０）。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る。動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図５に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（１）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。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フィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。

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のトルク指令Ｔｍ１＊を計算すると、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と減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒ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（３）により計算し（ステップＳ１８０）、計算した仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとステップ１００で入力したトルク制限Ｔｌｉｍとのうち小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定する（ステップＳ１９０）。

Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (3)

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にそれぞれ送信すると共に（ステップＳ２００）、入力したブレーキポジションＢＰに基づくブレーキトルクでブレーキ装置６５ａ，６５ｂを制御して（ステップＳ２１０）、本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。

ステップＳ１２０で車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ未満で且つアクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ以上と判定されステップＳ１３０でバッテリ５０が充電可能な状態にあると判定されたときには、大トルクによる発進が要求されていると判断して、要求パワーＰｒ＊から入力制限Ｗｉｎを減じたもの（入力制限Ｗｉｎの絶対値を加えたもの）にロスＬｏｓｓを加えてエンジン要求パワーＰｅ＊を設定し（ステップＳ１５０）、設定したエンジン要求パワーＰｅ＊と上述した燃費用動作ラインとに基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定し（ステップＳ１６０）、設定した目標回転数Ｎｅ＊に基づいてステップＳ１７０以降の処理を行なって本ルーチンを終了する。大トルクによる発進が要求されたときにエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊が設定される様子を示す説明図を図６に示す。図示するように入力制限Ｗｉｎを上限として用いて最も大きいエンジン要求パワーＰｅ＊を設定すれば（図中実線参照）、充放電要求パワーＰｂ＊を用いてエンジン要求パワーＰｅ＊を設定するもの（図中破線参照）に比して目標トルクＴｅ＊を大きくすることができるから、エンジン２２からリングギヤ軸３２ａに直接伝達されるトルクを大きくすることができる。従って、モータＭＧ２から出力すべきトルクの負担を減らすことができるから、ステップＳ１９０でトルク制限ＴｌｉｍでモータＭＧ２から出力するトルクを制限するものとしてもリングギヤ軸３２ａには要求トルクＴｒ＊を出力することが可能となる。この結果、発進性能を向上させることができる。このように、発進時にバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲でエンジン要求パワーＰｅ＊を大きくしてモータＭＧ２の負担を減らすのは、発進時には要求トルクＴｒ＊が大きいときであっても要求パワーＰｒ＊は比較的小さくなるから、エンジン２２から出力されるパワーは小さくなると共に要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するためにモータＭＧ２から出力すべきトルク（仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐ）は大きくなり、モータＭＧ２がトルク制限Ｔｌｉｍによる制限を受けやすくなることに基づく。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０Ｂによれば、大トルクによる発進が要求されていないときには要求パワーＰｒ＊とバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊とに基づいてエンジン要求パワーＰｅ＊を設定しこのエンジン要求パワーＰｅ＊に基づく目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによりエンジン２２が運転されると共に要求トルクＴｒ＊が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを駆動制御し、大トルクによる発進が要求されているときには要求パワーＰｒ＊とバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎとに基づいてできる限りエンジン２２から大きなパワーが出力されるようエンジン要求パワーＰｅ＊を設定しこのエンジン要求パワーＰｅ＊に基づく目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによりエンジン２２が運転されると共に要求トルクＴｒ＊が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを駆動制御するから、発進時にモータＭＧ２がトルク制限Ｔｌｉｍによる制限を受けるのを回避でき、発進性能をより向上させることができる。しかも、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲内でエンジン要求パワーＰｅ＊を設定して制御するから、バッテリ５０に過充電が生じたり過大な電力による充電が生じるのを抑止することができる。さらに、大トルクによる発進が要求されていてもバッテリ５０が充電不可の状態にあるときには充放電要求パワーＰｂ＊に基づいてエンジン要求パワーＰｅ＊を設定するから、バッテリ５０への過充電や過大な電力による充電をより確実に抑止することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、発進時にエンジン要求パワーＰｅ＊として要求パワーＰｒ＊とバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの絶対値とロス（Ｌｏｓｓ）との和の値を設定したが、必ずしもこれに限られず、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲内であれば要求パワーＰｒ＊とバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの絶対値とロス（Ｌｏｓｓ）との和の値よりも若干小さな値を設定するものとしてもよい。このとき、入力制限Ｗｉｎの範囲内でできる限り大きな値をエンジン要求パワーＰｅ＊に設定した方がエンジン２２からリングギヤ軸３２ａに直接伝達するトルクを大きくすることができるから、発進性能をより向上させることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、大トルクによる発進が要求されたときにはバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲内で値が大きくなるようエンジン要求パワーＰｅ＊を設定し、設定したエンジン要求パワーＰｅ＊とエンジン２２が効率よく運転できる燃費用動作ラインとに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定するものとしたが、エンジン要求パワーＰｅ＊と燃費用動作ラインよりもエンジン２２から高トルクを出力する高トルク用動作ライン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により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に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６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図８の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

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。

本発明の一実施形態としての動力出力装置を搭載す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により実行される発進時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の燃費用動作ラインの一例および目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊と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の各回転要素の力学的な関係を示す共線図である。 大トルクによる発進が要求されたときにエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊が設定される様子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 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、６５ａ，６５ｂ，６６ａ，６６ｂ ブレーキ装置、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 (6)

1. 内燃機関と、
   該内燃機関の出力軸と車軸に接続された駆動軸とに接続され、電力と動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電力動力入出力手段と、
   前記車軸または該車軸とは異なる車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をやり取り可能な蓄電手段と、
   前記駆動軸に要求される要求トルクと要求パワーとを設定する要求値設定手段と、
   運転者が大きなトルクによる走行を要求する大トルク走行要求を判定する大トルク走行要求判定手段と、
   車両の発進時に前記大トルク走行要求判定手段により大トルク走行要求が判定されなかったときには前記設定された要求パワーと前記蓄電手段の充放電要求パワーとロスとの和により前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定し該設定した目標パワーで該内燃機関を効率良く運転するための目標回転数と目標トルクとからなる運転ポイントを設定し該設定した運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に前記設定された要求トルクに基づくトルクにより走行するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する通常時制御を実行し、車両の発進時に前記大トルク走行要求判定手段により大トルク走行要求が判定されたときには前記設定された要求パワーと前記蓄電手段の入力制限の絶対値とロスとの和により前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定し該設定した目標パワーで該内燃機関を効率良く運転するための目標回転数と目標トルクとからなる運転ポイントを設定し該設定した運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に前記設定された要求トルクに基づくトルクにより走行するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する大トルク走行要求時制御を実行する発進時制御手段と
   を備えるハイブリッド自動車。
2. 請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
   前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段が充電可能か否かを判定する充電可否判定手段を備え、
   前記発進時制御手段は、前記充電可否判定手段により蓄電手段が充電不可と判定されたときには、車両の発進時に前記大トルク走行要求判定手段により大トルク走行要求が判定されたときであっても前記通常時制御を実行する手段である
   ハイブリッド自動車。
3. 前記大トルク走行要求判定手段は、アクセル開度が所定開度以上か否かにより前記大トルク走行要求を判定する手段である請求項１または２記載のハイブリッド自動車。
4. 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の回転軸の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の回転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３いずれか１項に記載のハイブリッド自動車。
5. 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伝達する対回転子電動機である請求項１ないし３いずれか１項に記載のハイブリッド自動車。
6. 内燃機関と、該内燃機関の出力軸と車軸に接続された駆動軸とに接続され電力と動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電力動力入出力手段と、前記車軸または該車軸とは異なる車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をやり取り可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド自動車の制御方法であって、
   （ａ）前記駆動軸に要求される要求トルクと要求パワーとを設定し、
   （ｂ）運転者が大きなトルクによる走行を要求する大トルク走行要求を判定し、
   （ｃ）車両の発進時に前記ステップ（ｂ）により大トルク走行要求が判定されなかったときには前記設定された要求パワーと前記蓄電手段の充放電要求パワーとロスとの和により前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定し該設定した目標パワーで該内燃機関を効率良く運転するための目標回転数と目標トルクとからなる運転ポイントを設定し該設定した運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に前記設定された要求トルクに基づくトルクにより走行するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する通常時制御を実行し、車両の発進時に前記ステップ（ｂ）により大トルク走行要求が判定されたときには前記設定された要求パワーと前記蓄電手段の入力制限の絶対値とロスとの和により前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定し該設定した目標パワーで該内燃機関を効率良く運転するための目標回転数と目標トルクとからなる運転ポイントを設定し該設定した運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に前記設定された要求トルクに基づくトルクにより走行するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する大トルク走行要求時制御を実行する
   ハイブリッド自動車の制御方法。

Images