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 - 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P*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P*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P*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、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 (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。
  2. 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。
  3. 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。
  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。
  5. 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。
  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、前記駆動軸に車軸が接続されて走行する自動車。
  7. 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。
  8. 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。
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