JP4466635B2 - 動力出力装置およびその制御方法並びに車両 - Google Patents

Description

本発明は、動力出力装置およびその制御方法並びに車両に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびその制御方法並びにこうした動力出力装置を搭載する車両に関する。

従来、この種の動力出力装置としては、エコノミーモードとパワーモードとを選択可能な車両に搭載された装置において、エコノミーモードを選択したときにはアクセル操作量に対するスロットル弁の開度変化率を小さく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、エコノミーモードを選択したときにはアクセル操作量に対するスロットル弁の開度変化率を小さくして車両の加速性能を低下させることにより、燃費の向上を図ろうとしている。
特開昭６３−１０９２５４

しかしながら、上述の動力出力装置では、アクセル操作量に対するスロットル弁の開度変化率を小さくしても、エンジンを効率の悪い運転ポイントで運転すれば、装置のエネルギ効率の向上はあまり図ることができない。

本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、エコノミーモードなどの省エネルギを指示したときにおける装置や車両のエネルギ効率を更に向上させることを目的とする。

本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、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,
前記内燃機関からの動力を回転数を変換して前記駆動軸に伝達可能な動力伝達手段と、
アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
所定の省エネルギ運転条件が成立していないときには前記検出されたアクセル操作量に対して第１の関係を用いて前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、前記所定の省エネルギ運転条件が成立しているときには前記検出されたアクセル操作量に対して前記第１の関係より前記内燃機関の運転効率が高い領域の駆動力が設定される範囲が多い第２の関係を用いて前記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と前記内燃機関を効率よく運転する制約と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、
前記内燃機関が前記目標運転ポイントで運転されると共に前記設定された要求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動力伝達手段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、所定の省エネルギ運転条件が成立していないときには、アクセル操作量に対して第１の関係を用いて駆動軸に要求される要求駆動力を設定すると共に設定した要求駆動力と内燃機関を効率よく運転する制約とに基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、内燃機関が目標運転ポイントで運転されると共に要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と動力伝達手段とを制御する。そして、所定の省エネルギ運転条件が成立しているときには、アクセル操作量に対して第１の関係より内燃機関の運転効率が高い領域の駆動力が設定される範囲が多い第２の関係を用いて要求駆動力を設定すると共に設定した要求駆動力と内燃機関を効率よく運転する制約とに基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、内燃機関が目標運転ポイントで運転されると共に要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と動力伝達手段とを制御する。このように制御することにより、所定の省エネルギ運転条件が成立しているときには内燃機関をその運転効率が高い領域の運転ポイントで運転する頻度が高くなるから、装置のエネルギ効率を向上させることができる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記第２の関係は、前記内燃機関の運転効率が高い領域の駆動力の範囲では前記アクセル操作量の変化量に対する駆動力の変化量が前記第１の関係より小さい関係であるものとすることもできる。こうすれば、広い範囲のアクセル操作量に対して内燃機関の運転効率が高い領域の駆動力を要求駆動力として設定することができ、装置のエネルギ効率を向上させることができる。

また、本発明の動力出力装置において、前記内燃機関の運転効率が高い領域は、前記内燃機関の運転ポイントのうち最も効率が高い運転ポイントを含む領域であるものとすることもできる。こうすれば、装置のエネルギ効率をより向上させることができる。

さらに、本発明の動力出力装置において、省エネルギ運転を指示する省エネルギ運転指示スイッチを備え、前記要求駆動力設定手段は、前記省エネルギ運転指示スイッチがオフされているときには前記所定の省エネルギ運転条件が成立していないとして要求駆動力を設定し、前記省エネルギ運転指示スイッチがオンされているときには前記所定の省エネルギ運転条件が成立しているとして要求駆動力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、省エネルギ運転指示スイッチをオンすることにより、装置のエネルギ効率を向上させることができる。

本発明の動力出力装置において、前記動力伝達手段は、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する手段であるものとすることもできる。この場合、前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と該出力軸および該駆動軸とは異なる第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、前記第３の軸に動力を入出力する第１電動機と、前記駆動軸に動力を入出力する第２電動機と、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、前記内燃機関からの動力を回転数を変換して前記駆動軸に伝達可能な動力伝達手段と、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、所定の省エネルギ運転条件が成立していないときには前記検出されたアクセル操作量に対して第１の関係を用いて前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、前記所定の省エネルギ運転条件が成立しているときには前記検出されたアクセル操作量に対して前記第１の関係より前記内燃機関の運転効率が高い領域の駆動力が設定される範囲が多い第２の関係を用いて前記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と前記内燃機関を効率よく運転する制約と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、前記内燃機関が前記目標運転ポイントで運転されると共に前記設定された要求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動力伝達手段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連結されてなる、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が奏する効果、例えば、所定の省エネルギ運転条件が成立しているときには内燃機関をその運転効率が高い領域の運転ポイントで運転する頻度を高くして装置のエネルギ効率を向上させることができる効果を車両に適用した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、前記内燃機関からの動力を回転数を変換して駆動軸に伝達可能な動力伝達手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって
所定の省エネルギ運転条件が成立していないときにはアクセル操作量に対して第１の関係を用いて前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、前記所定の省エネルギ運転条件が成立しているときには前記アクセル操作量に対して前記第１の関係より前記内燃機関の運転効率が高い領域の駆動力が設定される範囲が多い第２の関係を用いて前記要求駆動力を設定し、前記設定した要求駆動力と前記内燃機関を効率よく運転する制約とに基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、前記内燃機関が前記目標運転ポイントで運転されると共に前記設定した要求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動力伝達手段とを制御する、
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、所定の省エネルギ運転条件が成立していないときには、アクセル操作量に対して第１の関係を用いて駆動軸に要求される要求駆動力を設定すると共に設定した要求駆動力と内燃機関を効率よく運転する制約とに基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、内燃機関が目標運転ポイントで運転されると共に要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と動力伝達手段とを制御する。そして、所定の省エネルギ運転条件が成立しているときには、アクセル操作量に対して第１の関係より内燃機関の運転効率が高い領域の駆動力が設定される範囲が多い第２の関係を用いて要求駆動力を設定すると共に設定した要求駆動力と内燃機関を効率よく運転する制約とに基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、内燃機関が目標運転ポイントで運転されると共に要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と動力伝達手段とを制御する。このように制御することにより、所定の省エネルギ運転条件が成立しているときには内燃機関をその運転効率が高い領域の運転ポイントで運転する頻度が高くなるから、装置のエネルギ効率を向上させることができる。

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，運転席近傍に設けられ通常時より更に燃費を優先して車両を制御するよう指示するエコスイッチ８９からのエコスイッチ信号，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の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，エコスイッチ８９からのエコスイッチ信号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。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、入力したエコスイッチ信号がオンとされているか否かを判定し（ステップＳ１１０）、エコスイッチ信号がオフとされていると判定したときには、通常時における制御を行なうと判断し、通常時要求トルク設定用マップを用いてアクセル開度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＊を設定すると共に（ステップＳ１２０）、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との和として要求パワーＰｅ＊を設定し（ステップＳ１４０）、設定した要求パワー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Ｓ１５０）。ここで、通常時要求トルク設定用マップは、車両の動特性と燃費とを両立するものとしてアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を実験などにより定めて得られるマップであり、例えば図３に例示されるものである。実施例では、要求トルクＴｒ＊は、上述した通常時要求トルク設定用マップを予め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＊を導出することにより設定するものとした。また、要求パワーＰｅ＊を設定する際のリングギヤ軸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。さらに、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との設定は、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＊とに基づいて行なわれる。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。

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Ｓ１６０）。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、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、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Ｓ１７０）、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Ｓ１８０）、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Ｓ１９０）。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Ｓ２００）、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。

一方、ステップＳ１１０でエコスイッチ８９がオンとされていると判定したときには、車両の動特性を若干低下させることにより車両の燃費を更に良くする制御を行なうと判断し、省エネルギ時要求トルク設定用マップを用いてアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいてリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し（ステップＳ１３０）、設定した要求トルクＴｒ＊に基づいて上述したステップＳ１４０からＳ２００までの処理を実行して本ルーチンを終了する。ここで、省エネルギ時要求トルク設定用マップは、通常時要求トルク設定用マップに比して、車両の動特性を若干低下させることにより車両の燃費が良くなるように、エンジン２２が最も効率よく運転できる最高効率の運転ポイントを含む高効率領域におけるアクセル開度Ａｃｃに対する要求トルクＴｒ＊の変化率が小さく抑制されるようアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を実験などにより求めたものである。省エネルギ時要求トルク設定用マップの一例を図６に示し、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと最高効率の運転ポイントおよび高効率領域との関係を図７に示し、省エネルギ時要求トルク設定用マップにおける低車速と高車速におけるアクセル開度Ａｃｃと要求トルクＴｒ＊との関係の一例を図８に示す。図６中、破線は通常時要求トルク設定用マップにおけるアクセル開度Ａｃｃが１００％のときのものであり、図７中の破線Ｐ１，Ｐ２は高効率領域の上下限に相当するパワーが一定の曲線であり、図８中の破線は通常時要求トルク設定用マップにおける低車速と高車速におけるアクセル開度Ａｃｃと要求トルクＴｒ＊との関係である。図８の低車速および高車速における低アクセル開度Ａｃｃ側の折れ点のパワーが値Ｐ１に一致しており、高アクセル開度Ａｃｃ側の折れ点のパワーが値Ｐ２に一致している。図８に示すように、省エネルギ時要求トルク設定用マップでは高効率領域におけるアクセル開度Ａｃｃに対する要求トルクＴｒ＊の変化率は、通常時要求トルク設定用マップに比して小さく設定されている。このため、エンジン２２を高効率領域内で運転する頻度が高くなり、車両のエネルギ効率（燃費）を向上させることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エコスイッチ８９をオンとすることにより、通常時要求トルク設定用マップに比してエンジン２２を高効率に運転する高効率領域におけるアクセル開度Ａｃｃに対する要求トルクＴｒ＊の変化率を小さくした省エネルギ時要求トルク設定用マップを用いて要求トルクＴｒ＊を設定すると共にこの要求トルクＴｒ＊をエンジン２２を効率よく運転しながら駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するから、エンジン２２を高効率領域内で運転する頻度を高くして車両のエネルギ効率（燃費）を向上させることができる。もとより、エコスイッチ８９をオフとすることにより、動特性と燃費とを両立した通常時要求トルク設定用マップを用いて要求トルクＴｒ＊を設定すると共にこの要求トルクＴｒ＊をエンジン２２を効率よく運転しながら駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するから、動特性と燃費とを両立した走行を行なうことができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を最も効率よく運転する最高効率の運転ポイントを含む高効率領域におけるアクセル開度Ａｃｃに対する要求トルクＴｒ＊の変化率を小さくしたものとして省エネルギ時要求トルク設定用マップを設定したが、エンジン２２を最も効率よく運転する最高効率の運転ポイントを含まない高効率領域におけるアクセル開度Ａｃｃに対する要求トルクＴｒ＊の変化率を小さくしたものとして省エネルギ時要求トルク設定用マップ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、エコスイッチ８９がオンとされたときに、車両の動特性を若干低下させることにより車両の燃費を更に良くする制御を行なうと判断して、省エネルギ時要求トルク設定用マップを用いて制御するものとしたが、エコスイッチ８９がオンとされ、且つ、他の条件が成立したときに、省エネルギ時要求トルク設定用マップを用いて制御するものとしてもよい。この場合、他の条件としては、燃料タンクにおける燃料の残量が所定量未満になった条件や市街地を走行している条件，所定車速（例えば５０ｋｍ／ｈなど）以下で走行している条件などを用いることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エコスイッチ８９がオンとされたときに、バッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊に拘わらず、省エネルギ時要求トルク設定用マップを用いて要求トルクＴｒ＊を設定し、この要求トルクＴｒ＊をエンジン２２を効率よく運転しながら駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するものとしたが、バッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊を考慮して要求トルクＴｒ＊を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊をエンジン２２を効率よく運転しながら駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２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、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９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９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１０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や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた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。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、エンジン２２からの動力をトルク変換して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに伝達することができる動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが「動力伝達手段」に相当し、アクセルペダルポジションセンサ８４が「アクセル操作量検出手段」に相当し、エコスイッチ８９がオフとされているときには図５に例示する通常時要求トルク設定用マップを用いて要求トルクＴｒ＊を設定する図２の駆動制御ルーチンのステップＳ１２０の処理を実行し、エコスイッチ８９がオンとされているときには通常時要求トルク設定用マップに比してエンジン２２を高効率に運転する高効率領域におけるアクセル開度Ａｃｃに対する要求トルクＴｒ＊の変化率を小さくした図６および図８に例示する省エネルギ時要求トルク設定用マップを用いて要求トルクＴｒ＊を設定する図２の駆動制御ルーチンのステップＳ１３０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「要求駆動力設定手段」に相当し、要求トルクＴｒ＊に基づいて要求パワーＰｅ＊を設定すると共にこの設定した要求パワーＰｅ＊をエンジン２２から効率よく出力する動作ラインを用いてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する図２の駆動制御ルーチンのステップＳ１４０，Ｓ１５０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「目標運転ポイント設定手段」に相当し、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とで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に出力されるようモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定してエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。また、エコスイッチ８９が「省エネルギ運転指示スイッチ」に相当し、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当し、モータＭＧ１が「第１電動機」に相当し、モータＭＧ２が「第２電動機」に相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、実施例の要素をもって課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

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、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。 通常時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。 省エネルギ時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を効率よく動作させる動作ラインと最高効率の運転ポイントおよび高効率領域との関係の一例を示す説明図である。 省エネルギ時要求トルク設定用マップにおける低車速と高車速におけるアクセル開度Ａｃｃと要求トルクＴｒ＊との関係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 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、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、８９ エコスイッチ、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 (8)

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,
   前記内燃機関からの動力を回転数を変換して前記駆動軸に伝達可能な動力伝達手段と、
   アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
   所定の省エネルギ運転条件が成立していないときには前記検出されたアクセル操作量に対して第１の関係を用いて前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、前記所定の省エネルギ運転条件が成立しているときには前記検出されたアクセル操作量に対して前記第１の関係より前記内燃機関の運転効率が高い領域の駆動力が設定される範囲が多い第２の関係を用いて前記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と前記内燃機関を効率よく運転する制約と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、
   前記内燃機関が前記目標運転ポイントで運転されると共に前記設定された要求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動力伝達手段とを制御する制御手段と、
   を備える動力出力装置。
2. 前記第２の関係は、前記内燃機関の運転効率が高い領域の駆動力の範囲では前記アクセル操作量の変化量に対する駆動力の変化量が前記第１の関係より小さい関係である請求項１記載の動力出力装置。
3. 前記内燃機関の運転効率が高い領域は、前記内燃機関の運転ポイントのうち最も効率が高い運転ポイントを含む領域である請求項１または２記載の動力出力装置。
4. 請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置であって、
   省エネルギ運転を指示する省エネルギ運転指示スイッチを備え、
   前記要求駆動力設定手段は、前記省エネルギ運転指示スイッチがオフされているときには前記所定の省エネルギ運転条件が成立していないとして要求駆動力を設定し、前記省エネルギ運転指示スイッチがオンされているときには前記所定の省エネルギ運転条件が成立しているとして要求駆動力を設定する手段である
   動力出力装置。
5. 前記動力伝達手段は、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. 前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と該出力軸および該駆動軸とは異なる第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、前記第３の軸に動力を入出力する第１電動機と、前記駆動軸に動力を入出力する第２電動機と、を備える手段である請求項５記載の動力出力装置。
7. 請求項１ないし６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車両。
8. 内燃機関と、前記内燃機関からの動力を回転数を変換して駆動軸に伝達可能な動力伝達手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって
   所定の省エネルギ運転条件が成立していないときにはアクセル操作量に対して第１の関係を用いて前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、前記所定の省エネルギ運転条件が成立しているときには前記アクセル操作量に対して前記第１の関係より前記内燃機関の運転効率が高い領域の駆動力が設定される範囲が多い第２の関係を用いて前記要求駆動力を設定し、前記設定した要求駆動力と前記内燃機関を効率よく運転する制約とに基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、前記内燃機関が前記目標運転ポイントで運転されると共に前記設定した要求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動力伝達手段とを制御する、
   ことを特徴とする動力出力装置の制御方法。

Images