JP4534586B2

JP4534586B2 - 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

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Publication number: JP4534586B2
Application number: JP2004141301A
Authority: JP
Inventors: 清城上岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-05-11
Also published as: JP2005323481A

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。

この種の動力出力装置としては、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を備えるハイブリッド自動車に搭載された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、アクセルペダルの踏み込み量や車速から設定される駆動軸の要求動力とバッテリの要求充放電量とに基づいてエンジンの要求動力を設定し、この要求動力がエンジンから出力されるようエンジンを運転制御している。また、エンジンの排気系に取り付けられた触媒に暖機が必要なときには、バッテリの要求充放電量を補正することによりエンジンの要求動力を大きくする方向に設定している。
特開２０００−１１０６０４号公報

上述の動力出力装置では、駆動軸のロック時に駆動力の出力が要求されているとき、例えば、停車時にアクセルペダルとブレーキペダルとが共に踏み込まれてる場合については何ら言及されていない。この場合、エンジンから出力するパワーを大きくすれば、エンジンから遊星歯車機構を介して駆動軸に直接伝達される直達駆動力を大きくすることができるから、駆動軸のロックが解除されたときにこの直達駆動力と電動機からの駆動力とにより十分な加速を得ることができる。しかしながら、ジェネレータはエンジンからの動力の一部により発電するがモータはその回転数がゼロの状態で駆動力を出力することになり損失（銅損）分以外のパワーの消費がないから、加速を得るためにエンジンからの動力を制限なく大きくするとバッテリに過充電が生じたり過大な電力による充電が生じたりする場合がある。

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、こうした問題を解決し、バッテリなどの蓄電装置の過充電や過大な電力による充電を生じさせることなく駆動軸のロック時に駆動力の出力が要求された後のロック解除時における駆動軸の回転加速性をより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により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電力動力入出力手段と、
前記駆動軸に接続された電動機と、
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、
前記駆動軸をロック可能なロック手段と、
前記駆動軸のロック時に該駆動軸に駆動力の出力が要求されたとき、該ロック時に前記駆動軸に駆動力を出力したときのエネルギ損失を導出すると共に該導出したエネルギ損失に基づいて前記蓄電手段に入力される電力が入力制限の範囲内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前記内燃機関が運転されると共に前記要求された駆動力に基づく駆動力が出力されるよう前記電動機を駆動制御するロック時駆動制御手段と、
前記駆動軸のロック解除が要求されたとき、該ロックが解除されるよう前記ロック手段を駆動制御するロック解除制御手段と
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、駆動軸のロック時に駆動軸に駆動力の出力が要求されたとき、ロック時に駆動軸に駆動力を出力したときのエネルギ損失を導出すると共に導出したエネルギ損失に基づいて蓄電手段に入力される電力が入力制限の範囲内となるよう内燃機関の目標動力を設定し、設定した目標動力で内燃機関が運転されると共に要求された駆動力が出力されるよう電動機を駆動制御し、駆動軸のロック解除が要求されたときにロックが解除されるようロック手段を駆動制御する。ロック時に駆動軸に駆動力を出力したときのエネルギ損失を考慮して内燃機関の目標動力を設定するから、蓄電手段に過充電や過大な電力による充電を生じさせることなく内燃機関から電力動力入出力手段を介して駆動軸に駆動力を出力でき、駆動軸のロックを解除したときの駆動軸の回転加速性をより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、前記ロック時駆動制御手段は、前記電動機から出力してもよい駆動力の上限値を設定し、該設定された上限値に基づいて前記エネルギ損失を導出すると共に該導出したエネルギ損失に基づいて前記蓄電手段に入力される電力が入力制限の範囲内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前記内燃機関が運転されると共に前記要求された駆動力が前記上限値の範囲内で出力されるよう前記電動機を駆動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、電動機からの駆動力の上限値が設定される場合でも蓄電手段に過充電や過大な電力による充電を生じさせることなく駆動軸の回転加速性をより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、前記ロック時駆動制御手段は、前記蓄電手段の入力制限に相当するパワーに前記導出したエネルギ損失を加えたパワーに基づいて前記内燃機関の目標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、蓄電手段の能力を最大限活用して駆動軸の回転加速性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の回転軸とに接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力手段と、前記第３の回転軸に動力を入出力可能な回転軸用電動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接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、電磁的な作用による電力と動力の入出力により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対回転子電動機を備える手段であるものとすることもできる。

本発明の自動車は、
上述した各態様のいずれか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により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電力動力入出力手段と、前記駆動軸に接続された電動機と、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、前記駆動軸をロック可能なロック手段と、前記駆動軸のロック時に該駆動軸に駆動力の出力が要求されたとき該ロック時に前記駆動軸に駆動力を出力したときのエネルギ損失を導出すると共に該導出したエネルギ損失に基づいて前記蓄電手段に入力される電力が入力制限の範囲内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前記内燃機関が運転されると共に前記要求された駆動力に基づく駆動力が出力されるよう前記電動機を駆動制御するロック時駆動制御手段と、前記駆動軸のロック解除が要求されたとき該ロックが解除されるよう前記ロック手段を駆動制御するロック解除制御手段とを備える動力出力装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が接続されて走行する
ことを要旨とする。

この本発明の自動車では、上述した各態様のいずれか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、蓄電手段に過充電や過大な電力による充電を生じさせることなく内燃機関から電力動力入出力手段を介して駆動軸に駆動力を出力でき、駆動軸のロックを解除したときの駆動軸の回転加速性をより向上させることができる効果などを奏することができる。

こうした本発明の自動車において、前記ロック手段は、前記駆動軸に直接または間接に制動力を出力可能なブレーキであり、前記駆動軸のロック時に該駆動軸に駆動力の出力が要求されたときとは、停車時にアクセルペダルとブレーキペダルとが共にオン操作されたときであるものとすることもできる。

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により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電力動力入出力手段と、前記駆動軸に接続された電動機と、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、前記駆動軸をロック可能なロック手段とを備える動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）前記駆動軸のロック時に該駆動軸に駆動力の出力が要求されたとき、該ロック時に前記駆動軸に駆動力を出力したときのエネルギ損失を導出すると共に該導出したエネルギ損失に基づいて前記蓄電手段に入力される電力が入力制限の範囲内となるよう前記内燃機関の目標動力を設定し、
（ｂ）該設定した目標動力で前記内燃機関が運転されると共に前記要求された駆動力が出力されるよう前記電動機を駆動制御し、
（ｃ）前記駆動軸のロック解除が要求されたとき、該ロックが解除されるよう前記ロック手段を駆動制御する
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によれば、駆動軸のロック時に駆動軸に駆動力の出力が要求されたとき、ロック時に駆動軸に駆動力を出力したときのエネルギ損失を導出すると共に導出したエネルギ損失に基づいて蓄電手段に入力される電力が入力制限の範囲内となるよう内燃機関の目標動力を設定し、設定した目標動力で内燃機関が運転されると共に要求された駆動力が出力されるよう電動機を駆動制御し、駆動軸のロック解除が要求されたときにロックが解除されるようロック手段を駆動制御する。ロック時に駆動軸に駆動力を出力したときのエネルギ損失を考慮して内燃機関の目標動力を設定するから、蓄電手段に過充電や過大な電力による充電を生じさせることなく内燃機関から電力動力入出力手段を介して駆動軸に駆動力を出力でき、駆動軸のロックを解除したときに駆動軸の回転加速性をより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、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。

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、エンジン２２が運転している最中に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、車速Ｖが値０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，エンジン２２およびモータＭＧ１，ＭＧ２の各回転数Ｎｅ，Ｎｍ１，Ｎｍ２，モータＭＧ２のトルク上限値Ｔｍｍａｘ，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、回転数Ｎｅは、エンジン２２の回転数を検出する図示しない回転数センサにより検出されたものを入力するものとした。また、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のトルク上限値Ｔｍｍａｘ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。バッテリ５０の残容量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。バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎは、残容量ＳＯＣや温度センサ５１により検出された電池温度Ｔｂに基づいて設定されたものを入力するものとした。

こうして各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＊との関係を予め求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とが与えられると要求トルク設定用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。要求トルク設定用マップの一例を図３に示す。また、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を乗じて導出したものを設定するものとした。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ＊は、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５の減速比Ｇｒで除することにより求めたり、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることにより求めたりすることができる。

要求トルクＴｒ＊を設定すると、この要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力したときの駆動系のエネルギ損失としてのロスパワーＰｌｏｓｓを設定する（ステップＳ１２０）。ロスパワーＰｌｏｓｓは、要求トルクＴｒ＊と車速Ｖとに基づいて設定され、実施例では、要求トルクＴｒ＊と車速ＶとロスパワーＰｌｏｓとの関係を予め実験などにより求めてロスパワー設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、要求トルクＴｒ＊と車速Ｖとが与えられるとマップから対応するロスパワーＰｌｏｓｓを導出して設定するものとした。ロスパワー設定用マップの傾向の一例を図４に示す。ロスパワーＰｌｏｓｓを設定すると、要求パワーＰｒ＊とバッテリ５０の充放電要求量Ｐｂ＊とロスパワーＰｌｏｓｓ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Ｓ１３０）。ここで、バッテリ５０の充放電要求量Ｐｂ＊は、残容量ＳＯＣやアクセル開度Ａｃｃなどに基づいて設定することができる。

次に、ストール発進の要求がなされているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ストール発進の要求は、基本的には、停車時にアクセルペダル８３とブレーキペダル８５とが共に踏み込まれた状態として行なわれ、残容量ＳＯＣに基づいてバッテリ５０が電力を受け入れ可能であるか否かなども考慮される。ストール発進が要求されていない、即ち、通常の発進と判定されると、エンジン要求パワーＰｅ＊を出力可能な運転ポイントのうちエンジン２２が効率よく運転できる回転数とトルクをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊として設定する（ステップＳ２００）。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図５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を効率よく運転できる動作ラインとエンジン要求パワーＰｅ＊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＊とが設定されると、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）とに基づいてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定すると共に設定した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ２１０）。図６に、動力分配統合機構３０の各回転要素におけるトルクと回転数の力学的な関係を示す共線図を示す。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（リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ）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、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒとに基づいて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定することができる。従って、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようフィードバック制御における関係式である次式（２）を用いてトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御すれば、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。ここで、式（２）の右辺の「ＫＰ」は、比例項におけるゲインを示し、「ＫＩ」は、積分項におけるゲインを示す。

Nm1*＝(Ne*・(1+ρ)+Nm2/Gr)/ρ …（１）
Tm1*＝前回Tm1*+KP(Nm1*-Nm1)+KI∫(Nm1*-Nm1)dt …（２）
トルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、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とに基づいて次式（３）によりモータＭＧ２から出力すべき仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを設定すると共に（ステップＳ２２０）、設定した仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとトルク上限値Ｔｍｍａｘとのうち小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ２３０）。

こうして目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊が設定されると、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信し（ステップＳ２４０）、ブレーキポジションＢＰに基づいて目標ブレーキトルクＴｂ＊を設定すると共に（ステップＳ２５０）、設定した目標ブレーキトルクＴｂ＊に見合うブレーキトルクがブレーキ装置６５ａ，６５ｂから出力されるよう図示しないアクチュエータを駆動制御して（ステップＳ２６０）、本ルーチンを終了する。なお、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊における運転ポイントで運転されるよう吸入空気量調節制御や燃料噴射制御，点火制御などを行ない、目標回転数Ｎｍ１＊，トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で運転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Ｓ１４０でストール発進が要求されていると判定されると、ストール発進時のモータＭＧ２のトルク上限値Ｔｍｍａｘとしてストール発進時トルク上限値Ｔｓｔｌを設定する（ステップＳ１５０）。ここで、ストール発進時トルク上限値Ｔｓｔｌは、車速Ｖが値０、即ち、モータＭＧ２の回転軸４８がロックしている状態で過大な熱負荷を防止できる範囲内でモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限であり、モータＭＧ２の特性などに基づいて予め設定されている。そして、このストール発進時のトルク上限値Ｔｍｍａｘと車速Ｖとに基づいて前述の図４のロスパワー設定用マップを用いてこのトルク上限値ＴｍｍａｘのトルクをモータＭＧ２から出力したときの駆動系のロスパワーＰｌｓｔｌを設定すると共に（ステップＳ１６０）、この設定したロスパワーＰｌｓｔｌをステップＳ１３０で設定したロスパワーＰｌｏｓｓから減じて両者のロスパワーの誤差によってバッテリ５０に充電されるパワーとしての充電パワーＰｃｈｇを設定し（ステップＳ１７０）、ステップＳ１００で入力した入力制限Ｗｉｎにバッテリの充放電要求量Ｐｂ＊と設定した充電パワーＰｃｈｇとマージンとしてのマージンパワーＰｍｇｎとを加えて補正パワーＰｃｏを設定し（ステップＳ１８０）、設定した補正パワーＰｃｏをステップＳ１３０で設定したエンジン要求パワーＰｅ＊から減じてエンジン要求パワーＰｅ＊を再設定する処理を行なう（ステップＳ１９０）。したがって、ストール発進時には、エンジン要求パワーＰｅ＊としては、入力制限Ｗｉｎの絶対値とロスパワーＰｌｓｔｌとの和にマージンパワーＰｍｇｎを減じたものが設定されることになる。いま、ステップＳ１２０で要求トルクＴｒ＊と車速Ｖとから１２ｋＷのロスパワーＰｌｏｓｓが設定され、ステップＳ１００でバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎとして−３０ｋＷが入力された場合を考える。この場合、基本的には、入力制限Ｗｉｎの絶対値とロスパワーＰｌｏｓｓとの和（４２ｋＷ）をエンジン要求パワーＰｅ＊として設定することにより、入力制限Ｗｉｎの範囲でエンジン２２から最も大きなパワーを出力することができる。しかし、ストール発進時には、ストール発進時トルク上限値ＴｓｔｌでモータＭＧ２から出力するトルクが制限されるから、このときにステップＳ１６０で設定されるロスパワーＰｌｓｔｌが５ｋＷとすると、余分に７ｋＷ（＝１２ｋＷ−５ｋＷ）のバッテリ５０への充電（充電パワーＰｃｈｇ）が生じ、バッテリ５０に過充電や過大な電力による充電が生じる。したがって、この余分な充電パワーＰｃｈｇを入力制限Ｗｉｎから減じたものをステップＳ１３０で設定したエンジン要求パワーＰｅ＊から減じてエンジン要求パワーＰｅ＊を再設定することにより、こうした問題が生じるのを回避しているのである。こうしてエンジン要求パワーＰｅ＊が再設定されると、前述したステップＳ２００〜Ｓ２６０により、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を設定すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊、Ｔｍ２＊を設定してエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とに送信し、ブレーキポジションＢＰに基づいて目標ブレーキトルクＴｂ＊を設定してブレーキ制御して、本ルーチンを終了する。

こうしてアクセルペダル８３とブレーキペダル８５とが共に踏み込まれた状態からブレーキペダル８５だけが解除されたとき、ステップＳ２５０，Ｓ２６０で値０の目標ブレーキトルクＴｂ＊が設定されてブレーキ装置６５ａ，６５ｂから出力されていたブレーキトルクがゼロ、即ちブレーキ解除されるから、車両は発進する。このとき、エンジン２２は、入力制限ＷＩｎの範囲内でできる限り大きなトルクを動力分配統合機構３０を介してリングギヤ軸３２ａに出力しているから、バッテリ５０に過充電や過大な電力による充電を防止しながら良好な加速性を得ることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、停車時にアクセルペダル８３とブレーキペダル８５とが共に踏み込まれた状態のとき、即ち、ストール発進が要求されたときに、ストール発進時のモータＭＧ２のトルク上限値Ｔｍｍａｘ（ストール発進時トルク上限値Ｔｓｔｌ）に基づいて駆動系のロス（ロスパワーＰｌｓｔｌ）を設定し、このロスに基づいて入力制限Ｗｉｎの範囲内でエンジン２２から最も大きなパワーが出力されるようエンジン要求パワーＰｅ＊を設定してエンジン２２とモータＭＧ１とを駆動制御すると共にトルク上限値Ｔｍｍａｘを上限としてモータＭＧ２を駆動制御し、ブレーキペダル８５の踏み込みに応じた目標ブレーキトルクＴｂ＊でブレーキ装置６３ａ，６３ｂを駆動制御する。したがって、バッテリ５０に過充電や過大な電力による充電を生じさせることなくエンジン２２からリングギヤ軸３２ａに直接伝達される直達トルクを大きくすることができるから、その後にブレーキペダル８５が解除されたときの車両の加速性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、ストール発進時に、図２のステップＳ１３０で設定されたエンジン要求パワーＰｅ＊からステップＳ１８０で計算した補正パワーＰｃｏを減じてエンジン要求パワーＰｅ＊を再設定するものとしたが、入力制限ＷｉｎとロスパワーＰｌｓｔｌとマージンパワーＰｍｇｎとに基づいて直接エンジン要求パワーＰｅ＊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、ストール発進時のモータＭＧ２のトルク上限値Ｔｍｍａｘ（ストール発進時トルク上限値Ｔｓｔｌ）に基づいて設定されるロスパワーＰｌｓｔｌをバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎに加えてエンジン要求パワーＰｅ＊を設定するものとしたが、ストール発進時の駆動系のロスを予め実験などにより定めておき、これをエンジン要求パワーＰｅ＊に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、発進時のエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊として、エンジン要求パワーＰｅ＊が一定の曲線と燃費が良好な動作ラインとの交点の運転ポイントを設定したが、エンジン要求パワーＰｅ＊が一定の曲線上であれば必ずしも動作ラインとの交点の運転ポイントを設定する必要はない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、ストール発進時にバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲内で最も大きい値をエンジン要求パワーＰｅ＊に設定したが、場合によってはこれよりも若干小さな値をエンジン要求パワーＰｅ＊に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に接続された車軸（ブレーキ装置６５ａ，６５ｂが取り付けられた駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された車軸）とは異なる車軸（図７におけるブレーキ装置６６ａ，６６ｂが取り付けられた車輪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。ロスパワー設定用マップの一例を示す説明図である。エンジン要求パワーＰｅ＊からエンジン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。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、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、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、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

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により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電力動力入出力手段と、
前記駆動軸に接続された電動機と、
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、
前記駆動軸をロック可能なロック手段と、
前記駆動軸のロック時に該駆動軸に駆動力の出力が要求されたとき、該ロック時に前記駆動軸に駆動力を出力したときのエネルギ損失を導出すると共に該導出したエネルギ損失に基づいて前記蓄電手段に入力される電力が入力制限の範囲内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前記内燃機関が運転されると共に前記要求された駆動力に基づく駆動力が出力されるよう前記電動機を駆動制御するロック時駆動制御手段と、
前記駆動軸のロック解除が要求されたとき、該ロックが解除されるよう前記ロック手段を駆動制御するロック解除制御手段と
を備える動力出力装置。
前記ロック時駆動制御手段は、前記電動機から出力してもよい駆動力の上限値を設定し、該設定された上限値に基づいて前記エネルギ損失を導出すると共に該導出したエネルギ損失に基づいて前記蓄電手段に入力される電力が入力制限の範囲内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前記内燃機関が運転されると共に前記要求された駆動力が前記上限値の範囲内で出力されるよう前記電動機を駆動制御する手段である請求項１記載の動力出力装置。
前記ロック時駆動制御手段は、前記蓄電手段の入力制限に相当するパワーに前記導出したエネルギ損失を加えたパワーに基づいて前記内燃機関の目標動力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。
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の回転軸とに接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力手段と、前記第３の回転軸に動力を入出力可能な回転軸用電動機とを備え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。
前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、電磁的な作用による電力と動力の入出力により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対回転子電動機を備え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。
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、前記駆動軸に車軸が接続されて走行する自動車。
請求項６記載の自動車であって、
前記ロック手段は、前記駆動軸に直接または間接に制動力を出力可能なブレーキであり、
前記駆動軸のロック時に該駆動軸に駆動力の出力が要求されたときとは、停車時にアクセルペダルとブレーキペダルとが共にオン操作されたときである
自動車。
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により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電力動力入出力手段と、前記駆動軸に接続された電動機と、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、前記駆動軸をロック可能なロック手段とを備える動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）前記駆動軸のロック時に該駆動軸に駆動力の出力が要求されたとき、該ロック時に前記駆動軸に駆動力を出力したときのエネルギ損失を導出すると共に該導出したエネルギ損失に基づいて前記蓄電手段に入力される電力が入力制限の範囲内となるよう前記内燃機関の目標動力を設定し、
（ｂ）該設定した目標動力で前記内燃機関が運転されると共に前記要求された駆動力が出力されるよう前記電動機を駆動制御し、
（ｃ）前記駆動軸のロック解除が要求されたとき、該ロックが解除されるよう前記ロック手段を駆動制御する
動力出力装置の制御方法。