JP4285475B2 - 動力出力装置およびこれを搭載する車両並びに動力出力装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、動力出力装置およびこれを搭載する車両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、エンジンからの動力とモータＭＧ２からの動力を駆動軸に伝達して走行すると共にエンジンからの動力の一部をモータＭＧ１により発電した電力をバッテリに蓄電可能な車載用の装置において、アクセル開度に基づいて設定される要求パワーとバッテリの残容量（ＳＯＣ）に基づいて設定されるバッテリ充電電力との和としてエンジンから出力すべき目標パワーを設定し、この目標パワーがエンジンの出力に対する最適効率となる下限値未満のときには、この下限値を目標パワーとすると共にバッテリ充電電力も変更す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、こうした目標パワーの変更により燃費の向上を図っている。

また、エンジンからの動力とモータＭＧ２からの動力を駆動軸に伝達して走行すると共にエンジンからの動力の一部をモータＭＧ１により発電してバッテリに蓄電可能な車載用の装置において、駆動要求パワーがこもり音領域内となるパワーのときには、駆動要求パワーの履歴に基づいてエンジンの目標パワーをこもり音領域内となるパワーの下限値または上限値に変更するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この装置では、こもり音領域をさけてエンジンを運転することにより、こもり音の発生を抑制している。
特開２００４−１４４０４１号公報 特開２００５−１２７１８５号公報

上述の前者の動力出力装置では、燃費の向上は考慮されているが、こもり音などの異音の発生については考慮されておらず、後者の動力出力装置では、こもり音などの異音の発生を抑制しているものの、燃費の向上についてはさほど考慮されていない。従って、異音の発生の抑制と燃費の向上との両立を図る必要がある。また、動力出力装置が搭載するバッテリの状態に応じてエンジンの目標パワーを変更しないと、バッテリが過充電されたり、過放電されたりする場合が生じる。

本発明の動力出力装置およびこれを搭載する車両並びに動力出力装置の制御方法は、内燃機関の運転に対する制約を維持すると共に装置の燃費の向上を図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これを搭載する車両並びに動力出力装置の制御方法は、二次電池などの蓄電装置の過充電や過放電を生じない範囲内で装置の燃費の向上を図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車両並びに動力出力装置の制御方法は、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、
前記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前記出力軸と前記駆動軸とに動力を入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、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき機関パワーを設定すると共に所定の制約に基づいて該設定された機関パワーを出力するための機関運転ポイントを設定する機関目標値設定手段と、
前記設定された機関パワーを増減したときに前記所定の制約に基づいて設定される機関運転ポイントの回転数の変化量に対するトルクの変化量の比である回転数トルク変化量比と所定の条件とに基づいて前記内燃機関を運転すべき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、
前記設定された目標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された要求駆動力に基づく駆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。

この本発明の動力出力装置では、駆動軸に要求される要求駆動力に基づいて内燃機関から出力すべき機関パワーを設定すると共に所定の制約に基づいてこの設定した機関パワーを出力するための機関運転ポイントを設定し、設定した機関パワーを増減したときに所定の制約に基づいて設定される機関運転ポイントの回転数の変化量に対するトルクの変化量の比である回転数トルク変化量比と所定の条件とに基づいて内燃機関を運転すべき目標運転ポイントを設定し、設定した目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に要求駆動力に基づく駆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。内燃機関の運転領域において回転数の増減に対するトルクの増減が大きい領域と逆にトルクの増減に対する回転数の増減が大きい領域とを比較すると、回転数の変化に伴って摺動摩擦仕事が変化することを考慮すれば、一般的にはパワーの増減に対して前者の方が内燃機関の効率の変化が大きくなる。従って、内燃機関から出力するパワーを増減したときの回転数の変化量に対するトルクの変化量の比である回転数トルク変化量比の大小によって、内燃機関から出力するパワーを増減補正した方が効率が良くなるか否かが定まるため、これにより、内燃機関から出力すべき目標パワーを設定することによって内燃機関の効率を向上させることができ、装置全体の効率を向上させることができる。この結果、内燃機関の運転に対する制約を維持すると共に装置の燃費の向上を図ることができる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記目標運転ポイント設定手段は、前記回転数トルク変化量比が所定比以上のときには前記設定された機関パワーを増加したパワーと前記所定の制約とに基づく運転ポイントを目標運転ポイントとして設定し、前記回転数トルク変化量比が前記所定比未満のときには前記設定された機関パワーを目標運転ポイントとして設定する手段であるものとすることもできる。即ち、トルクの変化量が大きいときに機関パワーを増加したパワーを用いて目標運転ポイント設定するのである。これにより、内燃機関の効率を向上させることができると共に装置の燃費を向上させることができる。この場合、前記目標運転ポイント設定手段は、前記回転数トルク変化量比が前記所定比以上のときには前記設定された機関パワーに所定パワーを増加したパワーと前記所定の制約とに基づく運転ポイントを目標運転ポイントとして設定する手段であるものとすることもできる。また、前記目標運転ポイント設定手段は、前記回転数トルク変化量比が前記所定比以上のときには前記設定された機関パワーに関連して定まる所定パワーと前記所定の制約とに基づく運転ポイントを目標運転ポイントとして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、前記所定の制約は、低回転高トルクの領域で生じるこもり音を低減すると共に効率よく運転する制約であるものとすることもできる。こうすれば、異音の発生の抑制と装置の効率の向上との両立を図ることができる。

さらに、本発明の動力出力装置において、前記所定の条件は、前記内燃機関の回転数が所定回転数未満となる条件であるものとすることもできる。いわゆるこもり音は低回転数で生じるため、このように内燃機関の回転数が所定回転数未満のときにだけ回転数トルク変化量比に基づいて目標運転ポイントを設定することにより、異音の発生の抑制と装置の効率の向上との両立を図ることができる。

あるいは、本発明の動力出力装置において、前記所定の条件は、前記蓄電手段から放電可能な電力量が所定の電力量範囲となる条件であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段を過充電したり過放電するのを抑制することができ、蓄電手段の過充電や過放電を生じない範囲内で装置の燃費の向上を図ることができる。

また、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、前記内燃機関と前記駆動軸と回転軸との３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される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。

本発明の車両は、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、前記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前記出力軸と前記駆動軸とに動力を入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、前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき機関パワーを設定すると共に所定の制約に基づいて該設定された機関パワーを出力するための機関運転ポイントを設定する機関目標値設定手段と、前記設定された機関パワーを増減したときに前記所定の制約に基づいて設定される機関運転ポイントの回転数の変化量に対するトルクの変化量の比である回転数トルク変化量比と所定の条件とに基づいて前記内燃機関を運転すべき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、前記設定された目標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された要求駆動力に基づく駆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、車軸が前記駆動軸に接続されてなることを要旨とする。

この本発明の車両では、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の奏する効果、例えば、内燃機関の効率を向上させることができると共に装置全体の効率を向上させることができる効果や、内燃機関の運転に対する制約を維持すると共に装置の燃費の向上を図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、
内燃機関と、前記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前記出力軸と前記駆動軸とに動力を入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、
前記駆動軸に要求される要求駆動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき機関パワーを設定すると共に所定の制約に基づいて該設定した機関パワーを出力するための機関運転ポイントを設定し、前記設定した機関パワーを増減したときに前記所定の制約に基づいて設定される機関運転ポイントの回転数の変化量に対するトルクの変化量の比である回転数トルク変化量比と所定の条件とに基づいて前記内燃機関を運転すべき目標運転ポイントを設定し、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と共に前記要求駆動力に基づく駆動力を前記駆動軸に出力す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
ことを特徴とする。

この本発明の動力出力装置の制御方法では、駆動軸に要求される要求駆動力に基づいて内燃機関から出力すべき機関パワーを設定すると共に所定の制約に基づいてこの設定した機関パワーを出力するための機関運転ポイントを設定し、設定した機関パワーを増減したときに所定の制約に基づいて設定される機関運転ポイントの回転数の変化量に対するトルクの変化量の比である回転数トルク変化量比と所定の条件とに基づいて内燃機関を運転すべき目標運転ポイントを設定し、設定した目標運転ポイントで内燃機関を運転すると共に要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力す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。前述したように、内燃機関から出力するパワーを増減したときの回転数の変化量に対するトルクの変化量の比である回転数トルク変化量比の大小によって、内燃機関から出力するパワーを増減補正した方が効率が良くなるか否かが定まるため、これにより、内燃機関から出力すべき目標パワーを設定することによって内燃機関の効率を向上させることができ、装置全体の効率を向上させることができる。この結果、内燃機関の運転に対する制約を維持すると共に装置の燃費の向上を図ることができる。

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、特にエンジン２２を低回転高トルクの領域で運転した場合に生じるこもり音を抑制してエンジン２２を運転制御す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の残容量（ＳＯＣ），入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ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。さらに、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。

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に要求される機関要求パワー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。機関要求パワー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。

続いて、設定した機関要求パワーＰ＊が値Ｐ１未満の範囲または値Ｐ２以上値Ｐ３未満の範囲のいずれかの範囲に属するか否かを判定すると共に（ステップＳ１２０）、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、値Ｐ１はエンジン２２の運転ポイントのうちいわゆるこもり音が生じるパワー範囲の下限近傍のパワーとして設定された値であり、値Ｐ３はこもり音が生じるパワー範囲の上限近傍のパワーとして設定された値であり、値Ｐ２は値Ｐ１と値Ｐ３との中間の値である。こもり音を回避してエンジン２２を効率よく運転する動作ラインＬの一例を図４に示す。図示するように、こもり音が生じる領域は、実施例では低回転高トルクの領域であり、図４の例の動作ラインＬはこの低回転高トルクの領域を回避するよう折線状をなしている。即ち、実施例の動作ラインＬは、値Ｐ１のパワーをエンジン２２から効率よく出力するための運転ポイント（回転数Ｎ１，トルクＴ１）からトルクを変化させずに回転数だけ変化させた直線と、値Ｐ３のパワーをエンジン２２から効率よく出力するための運転ポイント（回転数Ｎ３，トルクＴ３）から回転数を変化させずにトルクだけ変化させた直線とにより低回転高トルクの領域を回避し、その両直線の交点のパワーを値Ｐ２としているのである。したがって、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ１未満の範囲や値Ｐ２以上値Ｐ３未満の範囲は、機関要求パワーＰ＊の増加に対してエンジン２２の運転ポイントは回転数は変化しないがトルクが増加する範囲となる。一方、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ１以上値Ｐ２未満の範囲は、機関要求パワーＰ＊の増加に対してエンジン２２の運転ポイントはトルクは変化しないが回転数が増加する範囲となる。これらを言い換えれば、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ１未満の範囲や値Ｐ２以上値Ｐ３未満の範囲は機関要求パワーＰ＊の増加に対して回転数の変化量に対するトルクの変化量が大きい範囲であり、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ１以上値Ｐ２未満の範囲は機関要求パワーＰ＊の増加に対して回転数の変化量に対するトルクの変化量が小さい範囲である、と言える。ステップＳ１２０の処理は、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ３未満でパワーの増加に対してエンジン２２の運転ポイントが回転数は変化しないがトルクが増加する範囲にあるか否か、或いは、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ３未満でパワーの増加に対して回転数の変化量に対するトルクの変化量が大きい範囲にあるか否かを判定する処理となる。なお、閾値Ｓｒｅｆは、バッテリ５０を充電することができる程度の残容量（ＳＯＣ）として設定されており、例えば、７０％や８０％などを用いることができる。

機関要求パワーＰ＊が値Ｐ１未満の範囲または値Ｐ２以上値Ｐ３未満の範囲のいずれかの範囲に属すると共にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以下であるときには、機関要求パワーＰ＊に増加パワーΔＰを加えたものを要求パワーＰ＊として設定すると共に（ステップＳ１４０）、設定した要求パワーＰｅ＊と動作ラインＬ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）、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ１未満の範囲または値Ｐ２以上値Ｐ３未満の範囲のいずれの範囲にも属さないときやいずれかの範囲に属してもバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆより大きいときには、機関要求パワーＰ＊をそのまま要求パワーＰ＊として設定すると共に（ステップＳ１５０）、設定した要求パワーＰｅ＊と動作ラインＬ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）。即ち、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ３未満でパワーの増加に対してエンジン２２の運転ポイントが回転数は変化しないがトルクが増加する範囲にあるとき、言い換えれば機関要求パワーＰ＊が値Ｐ３未満でパワーの増加に対して回転数の変化量に対するトルクの変化量が大きい範囲にあるときであって、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に余裕があるときには、機関要求パワーＰ＊に増加パワーΔＰを上乗せして要求パワーＰｅ＊を設定し、そうでないときには機関要求パワーＰ＊をそのまま要求パワーＰｅ＊に設定するのである。一般に、エンジンは、同一のパワーを出力するときには、摺動摩擦仕事を考慮すると、高回転低トルクの運転ポイントで運転するより低回転高トルクの運転ポイントで運転する方が効率が高くなる。したがって、パワーの増加に対して回転数は変化せずにトルクが増加する運転ポイントでは、パワーを増加した運転ポイントで運転する方がエンジンの効率はよくなる。実施例では、これを考慮して機関要求パワーＰ＊が値Ｐ３未満でパワーの増加に対して回転数の変化量に対するトルクの変化量が大きい範囲にあるときに機関要求パワーＰ＊に増加パワーΔＰを加えて要求パワーＰｅ＊としているのである。なお、増加パワーΔＰは、バッテリ５０を過大な電力で充電しない程度のパワーとして設定されるものであり、エンジン２２の性能やバッテリ５０の性能により定めることができる。

次に、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の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，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下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（３）および式（４）により計算すると共に（ステップＳ１８０）、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（５）により計算し（ステップＳ１９０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２００）。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の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ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=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (5)

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Ｓ２１０）、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。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ１未満の範囲または値Ｐ２以上値Ｐ３未満の範囲のいずれかの範囲に属するとき、即ち、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ３未満でパワーの増加に対してエンジン２２の運転ポイントが回転数は変化しないがトルクが増加する範囲にあるときには、機関要求パワーＰ＊に増加パワーΔＰを加えて得られる要求パワーＰｅ＊とこもり音領域を回避しながら効率よくエンジン２２を運転する動作ラインＬとを用いてエンジン２２の運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊）を設定して制御することにより、車両のエネルギ効率を向上させることができる。しかも、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以下であるときにだけ増加パワーΔＰによる増加を行なうから、バッテリ５０を過充電するのを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、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ３未満でパワーの増加に対してエンジン２２の運転ポイントが回転数は変化しないがトルクが増加する範囲にあるときには機関要求パワーＰ＊に増加パワーΔＰを加えて得られる要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の運転ポイントを設定するものとしたが、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ３未満の範囲はエンジン２２の回転数が回転数Ｎ３未満の範囲ととらえることもできるから、エンジン２２の回転数が回転数Ｎ３未満でパワーの増加に対してエンジン２２の運転ポイントが回転数は変化しないがトルクが増加する範囲にあるときには機関要求パワーＰ＊に増加パワーΔＰを加えて得られる要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の運転ポイント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、エンジン２２の運転制約として、低回転高トルクの領域で生じるこもり音を低減すると共に効率よく運転する動作ラインに基づいて運転ポイントを設定するものとしたが、こうした制約と異なる制約に基づいてエンジン２２の運転ポイントを設定するものとしてもよい。例えば、こもり音以外の異音が生じる領域を回避すると共に効率よく運転する動作ラインに基づいて運転ポイントを設定することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、動作ラインＬ上でパワーの増加に対してエンジン２２の運転ポイントが回転数は変化しないがトルクが増加する範囲にあるときには機関要求パワーＰ＊に増加パワーΔＰを加えて得られる要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の運転ポイントを設定するものとしたが、動作ラインＬと異なる動作ライン上でパワーの増加に対してエンジン２２の運転ポイントが回転数は変化しないがトルクが減少する範囲すなわちパワーを減少した運転ポイントで運転する方が効率がよくなる範囲にあるときには機関要求パワーＰ＊から所定のパワーΔＰを減じて得られる要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の運転ポイントを設定するものとしてもよい。この場合、閾値Ｓｒｅｆは、バッテリ５０を放電することができる程度の残容量（ＳＯＣ）として設定することができ、残容量（ＳＯＣ）に余裕があるか否かを判定するのに用いられる。こうすれば、車両のエネルギ効率を向上させることができると共にバッテリ５０を過放電するのを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、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に余裕があるか否かに基づいて機関要求パワーＰ＊に増加パワーΔＰを加えるか否かを判断したが、こうした残容量（ＳＯＣ）の条件に基づく判断をすることなく、機関要求パワーＰ＊に増加パワーΔＰを加えるか否かを判断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、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ３未満でパワーの増加に対してエンジン２２の運転ポイントが回転数は変化しないがトルクが増加する範囲にあるときには機関要求パワーＰ＊に対し一律に増加パワーΔＰを加えて得られる要求パワーＰｅ＊を用いてエンジン２２の運転ポイントを設定するものとしたが、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ１未満のときには要求パワーＰｅ＊として値Ｐ１を設定し、機関要求パワーＰ＊が値Ｐ２以上値Ｐ３未満のときには要求パワーＰｅ＊として値Ｐ３を設定するものとしてもよい。こうすれば、パワーの増加に対して回転数は変化せずにトルクが増加する範囲内で最大のトルクを出力する運転ポイントで運転することができるから車両のエネルギ効率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、こもり音を生じる低回転高トルクの領域を回避するために、パワーの増加に対してトルクの増加なしに回転数が増加するラインと回転数の増加なしにトルクが増加するラインとを用いて動作ラインＬを設定したが、図６に例示する変形例の動作ラインＬ２に示すように、若干のトルクの増加を伴って回転数が急増するラインと若干の回転数の増加を伴ってトルクが急増するラインとを用いて動作ラインを設定するものとしてもよい。この場合、パワーの増加に対して回転数の変化量に対するトルクの変化量の比が所定比以上のときに機関要求パワーＰ＊に増加パワーΔＰを加えた値を要求パワーＰｅ＊として設定し、回転数の変化量に対するトルクの変化量の比が所定比未満のときに機関要求パワーＰ＊をそのまま要求パワーＰｅ＊として設定するものとすればよい。このように、パワーの増加に対して回転数の変化量に対するトルクの変化量の比が所定比以上であるか否かによって機関要求パワーＰ＊に増加パワーΔＰを加えた値を要求パワーＰ＊として設定するか機関要求パワーＰ＊をそのまま要求パワーＰｅ＊として設定するかを決定するものとすれば、こもり音を生じる低回転高トルクの領域を回避するためのラインは上述した実施例や変形例の折線状のラインでなくても曲線状のラインであっても構わない。

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。

また、こうしたハイブリッド自動車２０に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両や船舶、航空機などの移動体に搭載される動力出力装置の形態としても構わない。さらに、こうした動力出力装置の制御方法の形態としてもよい。

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。

本発明は、動力出力装置や車両の製造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。 一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。 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のこもり音回避用動作ラインの一例を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。 変形例のエンジン２２のこもり音回避用動作ライン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 (7)

1. 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、
   前記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前記出力軸と前記駆動軸とに動力を入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、
   前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
   前記設定された要求駆動力に基づいて前記内燃機関に要求される機関要求パワーを設定する機関要求パワー設定手段と、
   前記内燃機関の運転領域のうち低回転数高トルクのこもり音が生じるこもり音領域に対応するパワー範囲の上限近傍のパワーおよび下限近傍のパワーを上限パワーおよび下限パワーとすると共に前記こもり音領域を回避して前記内燃機関を効率よく運転する動作ライン上で前記上限パワーに対応する運転ポイントから回転数が略一定でトルクが減少するラインと前記下限パワーに対応する運転ポイントからトルクが略一定で回転数が増加するラインとの交点のパワーを中間パワーとしたときに、前記設定された機関要求パワーが前記下限パワー未満の範囲または前記中間パワー以上前記上限パワー未満の範囲にあるか否かを判定するパワー範囲判定手段と、
   前記パワー範囲判定手段により前記機関要求パワーが前記下限パワー未満の範囲または前記中間パワー以上前記上限パワー未満の範囲にあると判定されたときには前記設定された機関要求パワーを増加したパワーとして前記内燃機関の実行用要求パワーを設定し、前記パワー範囲判定手段により前記機関要求パワーが前記下限パワー未満の範囲にも前記中間パワー以上前記上限パワー未満の範囲にもないと判定されたときには前記設定された機関要求パワーとして前記内燃機関の実行用要求パワーを設定する実行用要求パワー設定手段と、
   前記設定された実行用要求パワーと前記動作ラインとに基づいて前記内燃機関の目標回転数と目標トルクとからなる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、
   前記設定された目標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された要求駆動力に基づく駆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。
2. 前記実行用要求パワー設定手段は、前記パワー範囲判定手段により前記機関要求パワーが前記下限パワー未満の範囲または前記中間パワー以上前記上限パワー未満の範囲にあると判定されたときには前記設定された機関要求パワーに所定パワーを増加したパワーとして前記内燃機関の実行用要求パワーを設定する手段である請求項１記載の動力出力装置。
3. 前記実行用要求パワー設定手段は、前記内燃機関の回転数が所定回転数未満のときに前記パワー範囲判定手段による判定結果に基づいて前記内燃機関の実行用要求パワーを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. 前記実行用要求パワー設定手段は、前記蓄電手段から放電可能な電力量が所定の電力量範囲のときに前記パワー範囲判定手段による判定結果に基づいて前記内燃機関の実行用要求パワーを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。
5. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関と前記駆動軸と回転軸との３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される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を搭載し、車軸が前記駆動軸に接続されてなる車両。
7. 内燃機関と、前記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前記出力軸と前記駆動軸とに動力を入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）前記駆動軸に要求される要求駆動力に基づいて前記内燃機関に要求される機関要求パワーを設定し、
   （ｂ）前記内燃機関の運転領域のうち低回転数高トルクのこもり音が生じるこもり音領域に対応するパワー範囲の上限近傍のパワーおよび下限近傍のパワーを上限パワーおよび下限パワーとすると共に前記こもり音領域を回避して前記内燃機関を効率よく運転する動作ライン上で前記上限パワーに対応する運転ポイントから回転数が略一定でトルクが減少するラインと前記下限パワーに対応する運転ポイントからトルクが略一定で回転数が増加するラインとの交点のパワーを中間パワーとしたときに、前記設定した機関要求パワーが前記下限パワー未満の範囲または前記中間パワー以上前記上限パワー未満の範囲にあるか否かを判定し、
   （ｃ）前記機関要求パワーが前記下限パワー未満の範囲または前記中間パワー以上前記上限パワー未満の範囲にあると判定したときには前記設定した機関要求パワーを増加したパワーとして前記内燃機関の実行用要求パワーを設定し、前記機関要求パワーが前記下限パワー未満の範囲にも前記中間パワー以上前記上限パワー未満の範囲にもないと判定したときには前記設定した機関要求パワーとして前記内燃機関の実行用要求パワーを設定し、
   （ｄ）前記設定した実行用要求パワーと前記動作ラインとに基づいて前記内燃機関の目標回転数と目標トルクとからなる目標運転ポイントを設定し、
   （ｅ）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と共に前記要求駆動力に基づく駆動力を前記駆動軸に出力す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。

Images