JP3901124B2 - 動力出力装置およびその制御方法並びに自動車 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置およびその制御方法並びに自動車に関し、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自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、エンジンと、このエンジンのクランクシャフトをキャリアに接続すると共に車軸に機械的に連結された駆動軸にリングギヤを接続したプラネタリギヤと、このプラネタリギヤのサンギヤに動力を入出力する第１モータと、駆動軸に動力を入出力する第２モータとを備え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、運転者による駆動軸への要求トルクに基づいて必要な動力を効率よく出力できるエンジンの運転ポイントにおける回転数についてなまし処理やレイトリミット処理を施してエンジンの目標回転数を設定し、設定したエンジンの目標回転数からプラネタリギヤのギヤ比によって計算される第１モータの回転数について上下限ガード処理やレイトリミット処理を施して第１モータの目標回転数を設定し、設定した目標回転数で第１モータが駆動するように第１モータの回転数をフィードバック制御する。これにより、要求トルクの急激な変更に対応するものとしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１９７２０８号公報（図２〜図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにフィードバック制御により第１モータの回転数を制御する動力出力装置では、なまし処理やレイトリミット処理，上下限ガード処理などにより、制御の破綻を生じずに駆動制御するが、第１モータの回転数をフィードバック制御するから、第１モータの目標回転数の急激な変化に対して迅速な応答性を得ようとすると、実際の回転数が目標回転数を超えてオーバーシュートする場合が生じ、こうしたオーバーシュートを抑制しようとすると、目標回転数の変化に対して迅速な応答性が得られなくなる場合が生じる。
【０００５】
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに自動車は、内燃機関の出力軸と第１の電動機の回転軸と第２の電動機が取り付けられた駆動軸とに接続された３軸式の動力入出力装置を備える動力出力装置や自動車において、内燃機関の目標回転数の急変に基づいて第１の電動機の目標回転数が急変したときに、第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数に制御することや第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに自動車は、上述のいずれかの目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の第１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、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸への要求駆動力に基づいて制御目標値に応じた該第１の電動機の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段と、
該設定された制御パラメータを用いて前記第１の電動機が駆動制御されると共に前記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第１の電動機と前記第２の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。
【０００８】
この本発明の第１の動力出力装置では、駆動軸への要求駆動力に基づいて第１の電動機の制御パラメータを設定し、設定された制御パラメータを用いて第１の電動機が駆動制御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第１の電動機と第２の電動機とを制御する。この結果、駆動軸への要求駆動力の変化に迅速に対応すること、即ち第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数にすることができる。
【０００９】
こうした本発明の第１の動力出力装置において、前記制御パラメータ設定手段は、前記制御パラメータとして前記第１の電動機の回転数をフィードバック制御する際の積分項のゲインを設定する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の第１の動力出力装置において、前記制御パラメータ設定手段は、前記要求駆動力の変化が大きいほど小さくなる傾向で前記積分項のゲイン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、要求駆動力の変化が大きいほど積分項のゲインが小さくなる傾向で設定されるから、積分項の影響が小さくなり、第１の電動機に回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑制することができる。
【００１０】
本発明の第２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、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記第１の電動機の回転数または該第１の電動機に設定されている電動機目標回転数に基づいて前記内燃機関の回転数の変更制限値を設定する変更制限値設定手段と、
該設定された変更制限値と前記駆動軸への要求駆動力とに基づいて前記内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、
該設定された内燃機関目標回転数で前記内燃機関が運転されると共に前記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第１の電動機と前記第２の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。
【００１１】
この本発明の第２の動力出力装置では、第１の電動機の回転数または第１の電動機に設定されている電動機目標回転数に基づいて内燃機関の回転数の変更制限値を設定し、設定した変更制限値と駆動軸への要求駆動力とに基づいて内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定し、この設定した内燃機関目標回転数で内燃機関が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第１の電動機と第２の電動機とを制御する。即ち第１の電動機の回転数や電動機目標回転数に応じた変更制限値と駆動軸への要求駆動力に応じて内燃機関や第１の電動機や第２の電動機を制御するのである。この結果、第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数にすることができると共に第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑止することができる。
【００１２】
こうした本発明の第２の動力出力装置において、前記変更制限値設定手段は、前記第１の電動機の回転数または前記電動機目標回転数が大きいほど小さくなる傾向で前記変更制限値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、第１の電動機がその上限回転数を超えるのを抑止することができる。
【００１３】
また、本発明の第２の動力出力装置において、前記目標回転数設定手段は、前記内燃機関の回転数または該内燃機関に設定されている内燃機関目標回転数に前記設定された変更制限値を加えた第１の回転数と、前記要求駆動力を前記駆動軸に出力するために予め設定された関係に基づいて導出される第２の回転数とのうち、小さい方の回転数を前記内燃機関目標回転数として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、内燃機関の目標回転数の急増を抑制することにより、第１の電動機の目標回転数の急増を抑制し、これにより第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑制することができる。
【００１４】
さらに、本発明の第２の動力出力装置において、前記目標回転数設定手段は、前記設定した内燃機関目標回転数に基づいて前記電動機目標回転数を設定する手段であるものとすることもできる。
【００１５】
本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の第１または第２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、該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記駆動軸への要求駆動力に基づいて該第１の電動機の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段と、該設定された制御パラメータを用いて前記第１の電動機が駆動制御されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する制御手段と、を備える本発明の第１の動力出力装置や、内燃機関と、該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記第１の電動機の回転数または該第１の電動機に設定されている電動機目標回転数に基づいて前記内燃機関の回転数の変更制限値を設定する変更制限値設定手段と、該設定された変更制限値と前記駆動軸への要求駆動力とに基づいて前記内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、該設定された内燃機関目標回転数で前記内燃機関が運転されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する制御手段と、を備える本発明の第２の動力出力装置のいずれかを備え、前記駆動軸が機械的に車軸に接続されて走行することを要旨とする。
【００１６】
この本発明の自動車によれば、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置を備えるから、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数にすることができる効果や第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑止す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。
【００１７】
本発明の第１の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記第１の電動機および前記第２の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）前記駆動軸への要求駆動力に基づいて該第１の電動機の制御パラメータを設定し、
（ｂ）該設定した制御パラメータを用いて前記第１の電動機が駆動制御されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する
ことを要旨とする。
【００１８】
この本発明の第１の動力出力装置の制御方法によれば、駆動軸への要求駆動力に基づいて第１の電動機の制御パラメータを設定し、設定された制御パラメータを用いて第１の電動機が駆動制御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第１の電動機と第２の電動機とを制御するから、駆動軸への要求駆動力の変化に迅速に対応すること、即ち第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数にすることができる。
【００１９】
こうした本発明の第１の動力出力装置の制御方法において、前記ステップ（ａ）は、前記制御パラメータとして前記第１の電動機の回転数をフィードバック制御する際の積分項のゲインを前記要求駆動力の変化が大きいほど小さくなる傾向で設定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、要求駆動力の変化が大きいほど積分項のゲインが小さくなる傾向で設定されるから、積分項の影響が小さくなり、第１の電動機に回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑制することができる。
【００２０】
本発明の第２の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記第１の電動機および前記第２の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）前記第１の電動機の回転数または該第１の電動機に設定されている電動機目標回転数に基づいて前記内燃機関の回転数の変更制限値を設定し、
（ｂ）該設定した変更制限値と前記駆動軸への要求駆動力とに基づいて前記内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定し、
（ｃ）該設定した内燃機関目標回転数で前記内燃機関が運転されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する
ことを要旨とする。
【００２１】
この本発明の第２の動力出力装置の制御方法によれば、第１の電動機の回転数または第１の電動機に設定されている電動機目標回転数に基づいて内燃機関の回転数の変更制限値を設定し、設定した変更制限値と駆動軸への要求駆動力とに基づいて内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定し、この設定した内燃機関目標回転数で内燃機関が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第１の電動機と第２の電動機とを制御するから、即ち第１の電動機の回転数や電動機目標回転数に応じた変更制限値と駆動軸への要求駆動力に応じて内燃機関や第１の電動機や第２の電動機を制御するから、第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数にすることができると共に第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑止することができる。
【００２２】
こうした本発明の第２の動力出力装置の制御方法において、前記ステップ（ａ）は、前記第１の電動機の回転数または前記電動機目標回転数が大きいほど小さくなる傾向で前記変更制限値を設定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、第１の電動機がその上限回転数を超えるのを抑止することができる。
【００２３】
また、本発明の第２の動力出力装置の制御方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記内燃機関の回転数または該内燃機関に設定されている内燃機関目標回転数に前記設定された変更制限値を加えた第１の回転数と、前記要求駆動力を前記駆動軸に出力するために予め設定された関係に基づいて導出される第２の回転数とのうち、小さい方の回転数を前記内燃機関目標回転数として設定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の目標回転数の急増を抑制することにより、第１の電動機の目標回転数の急増を抑制し、これにより第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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からの動力をトルク変換してリングギヤ軸３２ａに出力するトルク変換運転モードやエンジン２２からの動力をバッテリ５０の充放電を伴いながらトルク変換してリングギヤ軸３２ａに出力する際の充放電運転モードにおける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図２に示す。このルーチンは、所定時間毎（例えば８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００３２】
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。
【００３３】
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から出力すべき要求パワーＰｅ＊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Ｐｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものにバッテリ５０の充放電要求量Ｐｂ＊とロスとを加えたもの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。充放電要求量Ｐｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）やアクセル開度Ａｃｃなどによって設定することができる。
【００３４】
要求トルクＴｒ＊と要求パワーＰｅ＊とを設定すると、設定した要求パワーＰｅ＊とエンジン２２を効率よく動作させる動作ラインとに基づいて仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１と仮エンジントルクＴｅｔｍｐ１とを設定する（ステップＳ１２０）。エンジン２２の動作ラインの一例と仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１および仮エンジントルクＴｅｔｍｐ１を設定する様子を図４に示す。図示するように、仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１と仮エンジントルクＴｅｔｍｐ１は、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｔｅ×Ｎｅ）が一定の曲線との交点により求めることができる。
【００３５】
続いて、設定した仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１に対して前回の目標回転数Ｎｅ＊を用いてなまし処理を施してエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を計算すると共に得られた目標回転数Ｎｅ＊と前述した動作ラインとを用いて目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ１３０）。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊の計算におけるなまし処理は、エンジン２２の回転数Ｎｅを円滑に変更するために行なわれるものである。このなまし処理は周知の処理であるから、その詳細な説明については省略する。
【００３６】
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（ステップＳ１４０）。この式（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に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ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。
【００３７】
【数１】
Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/(Gr・ρ) …（１）
【００３８】
モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を求めると、求めた目標回転数Ｎｍ１＊と前回このルーチンが実行されたときに計算された目標回転数Ｎｍ１＊との偏差ΔＮを計算すると共にこの偏差ΔＮに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する際に用いられる関係式における積分項のゲインｋ２を設定する（ステップＳ１５０）。トルク指令Ｔｍ１＊を計算する関係式は、モータＭＧ１の現在の回転数と目標回転数Ｎｍ１＊との偏差に基づいてモータ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として用いる式であり、例えば次式（２）に示すＰＩ制御式として表わすことができる。式（２）中、右辺第２項は比例項であり、右辺第３項は積分項である。また、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインである。実施例では、この積分項のゲインｋ２を求めた目標回転数Ｎｍ１＊と前回の目標回転数Ｎｍ１＊との偏差ΔＮに応じて変更するのである。ゲインｋ２の設定は、実施例では、偏差ΔＮとゲインｋ２との関係を予め定めてＲＯＭ７４にゲイン設定用マップとして記憶しておき、偏差ΔＮが与えられると、マップから対応するゲインｋ２を導出して行なうものとした。ゲイン設定用マップの一例を図６に示す。実施例のゲイン設定用マップでは、図示するように、偏差ΔＮが大きいほどゲインｋ２が小さくなる傾向として関係付けられている。これは、目標回転数Ｎｍ１＊の急変に対して積分項の遅れによるモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の目標回転数Ｎｍ１＊からのオーバーシュートを抑制するためである。
【００３９】
【数２】
Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt …（２）
【００４０】
こうしてゲインｋ２を設定すると、設定したゲインｋ２を用いて式（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）。そして、バッテリ５０の出力制限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限としてのトルク制限Ｔｍａｘを次式（３）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（４）により計算し（ステップＳ１８０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘと仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとを比較して小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ１９０）。これにより、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、運転者の要求する要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するために必要なトルクをバッテリ５０の出力制限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（４）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。
【００４１】
【数３】
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（３）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（４）
【００４２】
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊やモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊およびトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２のトルク指令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の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ２のトルク指令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、目標回転数Ｎｍ１＊やトルク指令Ｔｍ１＊，トルク指令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。
【００４３】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、求めた目標回転数Ｎｍ１＊と前回の目標回転数Ｎｍ１＊との偏差ΔＮが大きいほど小さくなる傾向としてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する際に用いられる関係式における積分項のゲインｋ２を設定してトルク指令Ｔｍ１＊を求め、モータＭＧ１を駆動制御するから、偏差ΔＮが比較的小さいときにはモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を迅速に目標回転数Ｎｍ１＊にすることができ、目標回転数Ｎｍ１＊が急変して偏差ΔＮが大きいときにはモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が目標回転数Ｎｍ１＊からオーバーシュートするのを抑制することができる。この結果、モータＭＧ１の過回転を抑止することができる。しかも、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに至るまでは要求トルクＴｒ＊がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定するから、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに迅速に運転者が要求するトルク（要求トルクＴｒ＊）を出力することができる。また、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊の設定に対してなまし処理を施すから、エンジン２２の回転数Ｎｅを円滑に変更することができる。
【００４４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する関係式としてモータＭＧ１の現在の回転数と目標回転数Ｎｍ１＊との偏差に基づいてモータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるための比例項と積分項を有するＰＩ制御式を用いたが、更に微分項を有するＰＩＤ制御式を用いるものとしてもよい。
【００４５】
次に、本発明の第２の実施例のハイブリッド自動車２０Ｂについて説明する。第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂは、第１実施例のハイブリッド自動車２０と同一のハード構成をしている。説明の重複を避けるため、第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂの構成についての詳細な説明は省略し、図１に例示した第１実施例のハイブリッド自動車２０の構成をそのまま用いて説明する。
【００４６】
第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂのハイブリッド用電子制御ユニット７０では、図２に例示する駆動制御ルーチンに代えて図７に例示する駆動制御ルーチンを実行する。このルーチンも所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ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、第１実施例と同様に、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など制御に必要なデータを入力すると共に（ステップＳ３００）、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から出力すべき要求パワーＰｅ＊とを設定し（ステップＳ３１０）、設定した要求パワーＰｅ＊とエンジン２２を効率よく動作させる動作ラインとに基づいて仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１と仮エンジントルクＴｅｔｍｐ１とを設定する（ステップＳ３２０）。これらの処理については、第１実施例で詳細に説明した。
【００４７】
続いて、前回このルーチンが実行されたときに設定されたモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊に基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅの変更の上限を設定するレート値Ｎｒｔを設定する（ステップＳ３３０）。レート値Ｎｒｔの設定は、実施例では、前回の目標回転数Ｎｍ１＊とレート値Ｎｒｔとの関係を予め定めてＲＯＭ７４にレート値設定用マップとして記憶しておき、前回の目標回転数Ｎｍ１＊が与えられると、マップから対応するレート値Ｎｒｔを導出して行なうものとした。レート値設定用マップの一例を図８に示す。実施例のレート値設定用マップでは、図示するように、目標回転数Ｎｍ１＊が大きいほどレート値Ｎｒｔが小さくなる傾向として関係付けられている。これは、目標回転数Ｎｍ１＊が大きいとき、即ちモータＭＧ１が高回転で回転しているときにモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が目標回転数Ｎｍ１＊からオーバーシュートするのを抑制するためである。
【００４８】
こうしてレート値Ｎｒｔを設定すると、ステップＳ３２０で設定した仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１と、前回このルーチンが実行されたときに設定されたエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊にレート値Ｎｒｔを加えた回転数とのうち、小さい方の回転数をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定すると共に設定した目標回転数Ｎｅ＊と前述した動作ラインとを用いて目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ３４０）。これにより、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を、モータＭＧ１の前回の目標回転数Ｎｍ１＊に応じた回転数として設定することができる。
【００４９】
そして、設定した目標回転数Ｎｅ＊を用いて上述した式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に（ステップＳ３５０）、計算した目標回転数Ｎｍ１＊を用いて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算し（ステップＳ３６０）、図２の駆動制御ルーチンのステップＳ１７０〜２００の処理と同一の処理を実行して（ステップＳ３７０〜Ｓ４００）、本ルーチンを終了する。
【００５０】
以上説明した第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂによれば、モータＭＧ１の前回の目標回転数Ｎｍ１＊が大きいほど小さくなる傾向としてエンジン２２の回転数Ｎｅの変更の上限としてのレート値Ｎｒｔを設定するから、モータＭＧ１が低中速で回転しているときにはモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を迅速に目標回転数Ｎｍ１＊にすることができ、モータＭＧ１が高速に回転しているときにはモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が目標回転数Ｎｍ１＊からオーバーシュートするのを抑制することができる。もとより、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに至るまでは要求トルクＴｒ＊がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定するから、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに迅速に運転者が要求するトルク（要求トルクＴｒ＊）を出力することができる。
【００５１】
第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂでは、モータＭＧ１の前回の目標回転数Ｎｍ１＊に基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅの変更の上限としてのレート値Ｎｒｔを設定するものとしたが、モータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１やエンジン２２の前回の目標回転数Ｎｅ＊，エンジン２２の現在の回転数Ｎｅなどに基づいてレート値Ｎｒｔを設定するものとしてもよい。
【００５２】
第１実施例や第２実施例のハイブリッド自動車２０，２０Ｂ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）に出力するものとしてもよい。
【００５３】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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。
【図２】 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。
【図３】 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図４】 エンジン２２の動作ラインの一例と仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１および仮エンジントルクＴｅｔｍｐ１を設定する様子を示す説明図である。
【図５】 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。
【図６】 ゲイン設定用マップの一例を示す説明図である。
【図７】 第２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。
【図８】 レート値設定用マップの一例を示す説明図である。
【図９】 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。
【符号の説明】
２０，２０Ｂ，１２０ 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、３５，１３５ 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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置およびその制御方法並びに自動車に関し、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自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、エンジンと、このエンジンのクランクシャフトをキャリアに接続すると共に車軸に機械的に連結された駆動軸にリングギヤを接続したプラネタリギヤと、このプラネタリギヤのサンギヤに動力を入出力する第１モータと、駆動軸に動力を入出力する第２モータとを備え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、運転者による駆動軸への要求トルクに基づいて必要な動力を効率よく出力できるエンジンの運転ポイントにおける回転数についてなまし処理やレイトリミット処理を施してエンジンの目標回転数を設定し、設定したエンジンの目標回転数からプラネタリギヤのギヤ比によって計算される第１モータの回転数について上下限ガード処理やレイトリミット処理を施して第１モータの目標回転数を設定し、設定した目標回転数で第１モータが駆動するように第１モータの回転数をフィードバック制御する。これにより、要求トルクの急激な変更に対応するものとしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１９７２０８号公報（図２〜図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにフィードバック制御により第１モータの回転数を制御する動力出力装置では、なまし処理やレイトリミット処理，上下限ガード処理などにより、制御の破綻を生じずに駆動制御するが、第１モータの回転数をフィードバック制御するから、第１モータの目標回転数の急激な変化に対して迅速な応答性を得ようとすると、実際の回転数が目標回転数を超えてオーバーシュートする場合が生じ、こうしたオーバーシュートを抑制しようとすると、目標回転数の変化に対して迅速な応答性が得られなくなる場合が生じる。
【０００５】
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに自動車は、内燃機関の出力軸と第１の電動機の回転軸と第２の電動機が取り付けられた駆動軸とに接続された３軸式の動力入出力装置を備える動力出力装置や自動車において、内燃機関の目標回転数の急変に基づいて第１の電動機の目標回転数が急変したときに、第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数に制御することや第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに自動車は、上述のいずれかの目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の第１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、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸への要求駆動力に基づいて制御目標値に応じた該第１の電動機の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段と、
該設定された制御パラメータを用いて前記第１の電動機が駆動制御されると共に前記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第１の電動機と前記第２の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。
【０００８】
この本発明の第１の動力出力装置では、駆動軸への要求駆動力に基づいて第１の電動機の制御パラメータを設定し、設定された制御パラメータを用いて第１の電動機が駆動制御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第１の電動機と第２の電動機とを制御する。この結果、駆動軸への要求駆動力の変化に迅速に対応すること、即ち第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数にすることができる。
【０００９】
こうした本発明の第１の動力出力装置において、前記制御パラメータ設定手段は、前記制御パラメータとして前記第１の電動機の回転数をフィードバック制御する際の積分項のゲインを設定する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の第１の動力出力装置において、前記制御パラメータ設定手段は、前記要求駆動力の変化が大きいほど小さくなる傾向で前記積分項のゲイン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、要求駆動力の変化が大きいほど積分項のゲインが小さくなる傾向で設定されるから、積分項の影響が小さくなり、第１の電動機に回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑制することができる。
【００１０】
本発明の第２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、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記第１の電動機の回転数または該第１の電動機に設定されている電動機目標回転数に基づいて前記内燃機関の回転数の変更制限値を設定する変更制限値設定手段と、
該設定された変更制限値と前記駆動軸への要求駆動力とに基づいて前記内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、
該設定された内燃機関目標回転数で前記内燃機関が運転されると共に前記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第１の電動機と前記第２の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。
【００１１】
この本発明の第２の動力出力装置では、第１の電動機の回転数または第１の電動機に設定されている電動機目標回転数に基づいて内燃機関の回転数の変更制限値を設定し、設定した変更制限値と駆動軸への要求駆動力とに基づいて内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定し、この設定した内燃機関目標回転数で内燃機関が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第１の電動機と第２の電動機とを制御する。即ち第１の電動機の回転数や電動機目標回転数に応じた変更制限値と駆動軸への要求駆動力に応じて内燃機関や第１の電動機や第２の電動機を制御するのである。この結果、第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数にすることができると共に第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑止することができる。
【００１２】
こうした本発明の第２の動力出力装置において、前記変更制限値設定手段は、前記第１の電動機の回転数または前記電動機目標回転数が大きいほど小さくなる傾向で前記変更制限値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、第１の電動機がその上限回転数を超えるのを抑止することができる。
【００１３】
また、本発明の第２の動力出力装置において、前記目標回転数設定手段は、前記内燃機関の回転数または該内燃機関に設定されている内燃機関目標回転数に前記設定された変更制限値を加えた第１の回転数と、前記要求駆動力を前記駆動軸に出力するために予め設定された関係に基づいて導出される第２の回転数とのうち、小さい方の回転数を前記内燃機関目標回転数として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、内燃機関の目標回転数の急増を抑制することにより、第１の電動機の目標回転数の急増を抑制し、これにより第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑制することができる。
【００１４】
さらに、本発明の第２の動力出力装置において、前記目標回転数設定手段は、前記設定した内燃機関目標回転数に基づいて前記電動機目標回転数を設定する手段であるものとすることもできる。
【００１５】
本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の第１または第２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、該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記駆動軸への要求駆動力に基づいて該第１の電動機の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段と、該設定された制御パラメータを用いて前記第１の電動機が駆動制御されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する制御手段と、を備える本発明の第１の動力出力装置や、内燃機関と、該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記第１の電動機の回転数または該第１の電動機に設定されている電動機目標回転数に基づいて前記内燃機関の回転数の変更制限値を設定する変更制限値設定手段と、該設定された変更制限値と前記駆動軸への要求駆動力とに基づいて前記内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、該設定された内燃機関目標回転数で前記内燃機関が運転されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する制御手段と、を備える本発明の第２の動力出力装置のいずれかを備え、前記駆動軸が機械的に車軸に接続されて走行することを要旨とする。
【００１６】
この本発明の自動車によれば、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置を備えるから、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数にすることができる効果や第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑止す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。
【００１７】
本発明の第１の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記第１の電動機および前記第２の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）前記駆動軸への要求駆動力に基づいて該第１の電動機の制御パラメータを設定し、
（ｂ）該設定した制御パラメータを用いて前記第１の電動機が駆動制御されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する
ことを要旨とする。
【００１８】
この本発明の第１の動力出力装置の制御方法によれば、駆動軸への要求駆動力に基づいて第１の電動機の制御パラメータを設定し、設定された制御パラメータを用いて第１の電動機が駆動制御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第１の電動機と第２の電動機とを制御するから、駆動軸への要求駆動力の変化に迅速に対応すること、即ち第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数にすることができる。
【００１９】
こうした本発明の第１の動力出力装置の制御方法において、前記ステップ（ａ）は、前記制御パラメータとして前記第１の電動機の回転数をフィードバック制御する際の積分項のゲインを前記要求駆動力の変化が大きいほど小さくなる傾向で設定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、要求駆動力の変化が大きいほど積分項のゲインが小さくなる傾向で設定されるから、積分項の影響が小さくなり、第１の電動機に回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑制することができる。
【００２０】
本発明の第２の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記第１の電動機および前記第２の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）前記第１の電動機の回転数または該第１の電動機に設定されている電動機目標回転数に基づいて前記内燃機関の回転数の変更制限値を設定し、
（ｂ）該設定した変更制限値と前記駆動軸への要求駆動力とに基づいて前記内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定し、
（ｃ）該設定した内燃機関目標回転数で前記内燃機関が運転されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する
ことを要旨とする。
【００２１】
この本発明の第２の動力出力装置の制御方法によれば、第１の電動機の回転数または第１の電動機に設定されている電動機目標回転数に基づいて内燃機関の回転数の変更制限値を設定し、設定した変更制限値と駆動軸への要求駆動力とに基づいて内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定し、この設定した内燃機関目標回転数で内燃機関が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第１の電動機と第２の電動機とを制御するから、即ち第１の電動機の回転数や電動機目標回転数に応じた変更制限値と駆動軸への要求駆動力に応じて内燃機関や第１の電動機や第２の電動機を制御するから、第１の電動機の回転数を迅速に目標回転数にすることができると共に第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑止することができる。
【００２２】
こうした本発明の第２の動力出力装置の制御方法において、前記ステップ（ａ）は、前記第１の電動機の回転数または前記電動機目標回転数が大きいほど小さくなる傾向で前記変更制限値を設定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、第１の電動機がその上限回転数を超えるのを抑止することができる。
【００２３】
また、本発明の第２の動力出力装置の制御方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記内燃機関の回転数または該内燃機関に設定されている内燃機関目標回転数に前記設定された変更制限値を加えた第１の回転数と、前記要求駆動力を前記駆動軸に出力するために予め設定された関係に基づいて導出される第２の回転数とのうち、小さい方の回転数を前記内燃機関目標回転数として設定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の目標回転数の急増を抑制することにより、第１の電動機の目標回転数の急増を抑制し、これにより第１の電動機の回転数が目標回転数からオーバーシュートするのを抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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からの動力をトルク変換してリングギヤ軸３２ａに出力するトルク変換運転モードやエンジン２２からの動力をバッテリ５０の充放電を伴いながらトルク変換してリングギヤ軸３２ａに出力する際の充放電運転モードにおける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図２に示す。このルーチンは、所定時間毎（例えば８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００３２】
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。
【００３３】
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から出力すべき要求パワーＰｅ＊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Ｐｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものにバッテリ５０の充放電要求量Ｐｂ＊とロスとを加えたもの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。充放電要求量Ｐｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）やアクセル開度Ａｃｃなどによって設定することができる。
【００３４】
要求トルクＴｒ＊と要求パワーＰｅ＊とを設定すると、設定した要求パワーＰｅ＊とエンジン２２を効率よく動作させる動作ラインとに基づいて仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１と仮エンジントルクＴｅｔｍｐ１とを設定する（ステップＳ１２０）。エンジン２２の動作ラインの一例と仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１および仮エンジントルクＴｅｔｍｐ１を設定する様子を図４に示す。図示するように、仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１と仮エンジントルクＴｅｔｍｐ１は、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｔｅ×Ｎｅ）が一定の曲線との交点により求めることができる。
【００３５】
続いて、設定した仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１に対して前回の目標回転数Ｎｅ＊を用いてなまし処理を施してエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を計算すると共に得られた目標回転数Ｎｅ＊と前述した動作ラインとを用いて目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ１３０）。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊の計算におけるなまし処理は、エンジン２２の回転数Ｎｅを円滑に変更するために行なわれるものである。このなまし処理は周知の処理であるから、その詳細な説明については省略する。
【００３６】
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（ステップＳ１４０）。この式（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に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ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。
【００３７】
【数１】
Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/(Gr・ρ) …（１）
【００３８】
モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を求めると、求めた目標回転数Ｎｍ１＊と前回このルーチンが実行されたときに計算された目標回転数Ｎｍ１＊との偏差ΔＮを計算すると共にこの偏差ΔＮに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する際に用いられる関係式における積分項のゲインｋ２を設定する（ステップＳ１５０）。トルク指令Ｔｍ１＊を計算する関係式は、モータＭＧ１の現在の回転数と目標回転数Ｎｍ１＊との偏差に基づいてモータ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として用いる式であり、例えば次式（２）に示すＰＩ制御式として表わすことができる。式（２）中、右辺第２項は比例項であり、右辺第３項は積分項である。また、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインである。実施例では、この積分項のゲインｋ２を求めた目標回転数Ｎｍ１＊と前回の目標回転数Ｎｍ１＊との偏差ΔＮに応じて変更するのである。ゲインｋ２の設定は、実施例では、偏差ΔＮとゲインｋ２との関係を予め定めてＲＯＭ７４にゲイン設定用マップとして記憶しておき、偏差ΔＮが与えられると、マップから対応するゲインｋ２を導出して行なうものとした。ゲイン設定用マップの一例を図６に示す。実施例のゲイン設定用マップでは、図示するように、偏差ΔＮが大きいほどゲインｋ２が小さくなる傾向として関係付けられている。これは、目標回転数Ｎｍ１＊の急変に対して積分項の遅れによるモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の目標回転数Ｎｍ１＊からのオーバーシュートを抑制するためである。
【００３９】
【数２】
Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt …（２）
【００４０】
こうしてゲインｋ２を設定すると、設定したゲインｋ２を用いて式（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）。そして、バッテリ５０の出力制限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限としてのトルク制限Ｔｍａｘを次式（３）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（４）により計算し（ステップＳ１８０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘと仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとを比較して小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ１９０）。これにより、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、運転者の要求する要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するために必要なトルクをバッテリ５０の出力制限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（４）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。
【００４１】
【数３】
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（３）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（４）
【００４２】
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊やモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊およびトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２のトルク指令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の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ２のトルク指令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、目標回転数Ｎｍ１＊やトルク指令Ｔｍ１＊，トルク指令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。
【００４３】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、求めた目標回転数Ｎｍ１＊と前回の目標回転数Ｎｍ１＊との偏差ΔＮが大きいほど小さくなる傾向としてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する際に用いられる関係式における積分項のゲインｋ２を設定してトルク指令Ｔｍ１＊を求め、モータＭＧ１を駆動制御するから、偏差ΔＮが比較的小さいときにはモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を迅速に目標回転数Ｎｍ１＊にすることができ、目標回転数Ｎｍ１＊が急変して偏差ΔＮが大きいときにはモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が目標回転数Ｎｍ１＊からオーバーシュートするのを抑制することができる。この結果、モータＭＧ１の過回転を抑止することができる。しかも、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに至るまでは要求トルクＴｒ＊がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定するから、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに迅速に運転者が要求するトルク（要求トルクＴｒ＊）を出力することができる。また、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊の設定に対してなまし処理を施すから、エンジン２２の回転数Ｎｅを円滑に変更することができる。
【００４４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する関係式としてモータＭＧ１の現在の回転数と目標回転数Ｎｍ１＊との偏差に基づいてモータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるための比例項と積分項を有するＰＩ制御式を用いたが、更に微分項を有するＰＩＤ制御式を用いるものとしてもよい。
【００４５】
次に、本発明の第２の実施例のハイブリッド自動車２０Ｂについて説明する。第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂは、第１実施例のハイブリッド自動車２０と同一のハード構成をしている。説明の重複を避けるため、第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂの構成についての詳細な説明は省略し、図１に例示した第１実施例のハイブリッド自動車２０の構成をそのまま用いて説明する。
【００４６】
第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂのハイブリッド用電子制御ユニット７０では、図２に例示する駆動制御ルーチンに代えて図７に例示する駆動制御ルーチンを実行する。このルーチンも所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ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、第１実施例と同様に、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など制御に必要なデータを入力すると共に（ステップＳ３００）、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から出力すべき要求パワーＰｅ＊とを設定し（ステップＳ３１０）、設定した要求パワーＰｅ＊とエンジン２２を効率よく動作させる動作ラインとに基づいて仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１と仮エンジントルクＴｅｔｍｐ１とを設定する（ステップＳ３２０）。これらの処理については、第１実施例で詳細に説明した。
【００４７】
続いて、前回このルーチンが実行されたときに設定されたモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊に基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅの変更の上限を設定するレート値Ｎｒｔを設定する（ステップＳ３３０）。レート値Ｎｒｔの設定は、実施例では、前回の目標回転数Ｎｍ１＊とレート値Ｎｒｔとの関係を予め定めてＲＯＭ７４にレート値設定用マップとして記憶しておき、前回の目標回転数Ｎｍ１＊が与えられると、マップから対応するレート値Ｎｒｔを導出して行なうものとした。レート値設定用マップの一例を図８に示す。実施例のレート値設定用マップでは、図示するように、目標回転数Ｎｍ１＊が大きいほどレート値Ｎｒｔが小さくなる傾向として関係付けられている。これは、目標回転数Ｎｍ１＊が大きいとき、即ちモータＭＧ１が高回転で回転しているときにモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が目標回転数Ｎｍ１＊からオーバーシュートするのを抑制するためである。
【００４８】
こうしてレート値Ｎｒｔを設定すると、ステップＳ３２０で設定した仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１と、前回このルーチンが実行されたときに設定されたエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊にレート値Ｎｒｔを加えた回転数とのうち、小さい方の回転数をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定すると共に設定した目標回転数Ｎｅ＊と前述した動作ラインとを用いて目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ３４０）。これにより、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を、モータＭＧ１の前回の目標回転数Ｎｍ１＊に応じた回転数として設定することができる。
【００４９】
そして、設定した目標回転数Ｎｅ＊を用いて上述した式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に（ステップＳ３５０）、計算した目標回転数Ｎｍ１＊を用いて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算し（ステップＳ３６０）、図２の駆動制御ルーチンのステップＳ１７０〜２００の処理と同一の処理を実行して（ステップＳ３７０〜Ｓ４００）、本ルーチンを終了する。
【００５０】
以上説明した第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂによれば、モータＭＧ１の前回の目標回転数Ｎｍ１＊が大きいほど小さくなる傾向としてエンジン２２の回転数Ｎｅの変更の上限としてのレート値Ｎｒｔを設定するから、モータＭＧ１が低中速で回転しているときにはモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を迅速に目標回転数Ｎｍ１＊にすることができ、モータＭＧ１が高速に回転しているときにはモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が目標回転数Ｎｍ１＊からオーバーシュートするのを抑制することができる。もとより、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに至るまでは要求トルクＴｒ＊がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定するから、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに迅速に運転者が要求するトルク（要求トルクＴｒ＊）を出力することができる。
【００５１】
第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂでは、モータＭＧ１の前回の目標回転数Ｎｍ１＊に基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅの変更の上限としてのレート値Ｎｒｔを設定するものとしたが、モータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１やエンジン２２の前回の目標回転数Ｎｅ＊，エンジン２２の現在の回転数Ｎｅなどに基づいてレート値Ｎｒｔを設定するものとしてもよい。
【００５２】
第１実施例や第２実施例のハイブリッド自動車２０，２０Ｂ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）に出力するものとしてもよい。
【００５３】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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。
【図２】 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。
【図３】 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図４】 エンジン２２の動作ラインの一例と仮エンジン回転数Ｎｅｔｍｐ１および仮エンジントルクＴｅｔｍｐ１を設定する様子を示す説明図である。
【図５】 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。
【図６】 ゲイン設定用マップの一例を示す説明図である。
【図７】 第２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。
【図８】 レート値設定用マップの一例を示す説明図である。
【図９】 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。
【符号の説明】
２０，２０Ｂ，１２０ 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、３５，１３５ 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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
Claims (8)
- 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、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸への要求駆動力に基づいて制御目標値に応じた該第１の電動機の制御パラメータとして前記第１の電動機の回転数をフィードバック制御する際の積分項のゲインを前記要求駆動力の変化が大きいほど小さくなる傾向に設定する制御パラメータ設定手段と、
該設定された制御パラメータを用いて前記第１の電動機が駆動制御されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する制御手段と、
を備える動力出力装置。 - 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、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記第１の電動機の回転数または該第１の電動機に設定されている電動機目標回転数が大きいほど小さくなる傾向に前記内燃機関の回転数の変更制限値を設定する変更制限値設定手段と、
該設定された変更制限値と前記駆動軸への要求駆動力とに基づいて前記内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、
該設定された内燃機関目標回転数で前記内燃機関が運転されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する制御手段と、
を備える動力出力装置。 - 前記目標回転数設定手段は、前記内燃機関の回転数または該内燃機関に設定されている内燃機関目標回転数に前記設定された変更制限値を加えた第１の回転数と、前記要求駆動力を前記駆動軸に出力するために予め設定された関係に基づいて導出される第２の回転数とのうち、小さい方の回転数を前記内燃機関目標回転数として設定する手段である請求項２記載の動力出力装置。
- 前記目標回転数設定手段は、前記設定した内燃機関目標回転数に基づいて前記電動機目標回転数を設定する手段である請求項２または３記載の動力出力装置。
- 請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置を備え、前記駆動軸が機械的に車軸に接続されて走行する自動車。
- 内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記第１の電動機および前記第２の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）前記駆動軸への要求駆動力に基づいて該第１の電動機の制御パラメータとして前記第１の電動機の回転数をフィードバック制御する際の積分項のゲインを前記要求駆動力の変化が大きいほど小さくなる傾向で設定し、
（ｂ）該設定した制御パラメータを用いて前記第１の電動機が駆動制御されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する
動力出力装置の制御方法。 - 内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸と第３の軸の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の軸に動力を入出力可能な第１の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記第１の電動機および前記第２の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）前記第１の電動機の回転数または該第１の電動機に設定されている電動機目標回転数が大きいほど小さくなる傾向に前記内燃機関の回転数の変更制限値を設定し、
（ｂ）該設定した変更制限値と前記駆動軸への要求駆動力とに基づいて前記内燃機関の運転ポイントとしての内燃機関目標回転数を設定し、
（ｃ）該設定した内燃機関目標回転数で前記内燃機関が運転されると共に前記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第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する
動力出力装置の制御方法。 - 前記ステップ（ｂ）は、前記内燃機関の回転数または該内燃機関に設定されている内燃機関目標回転数に前記設定された変更制限値を加えた第１の回転数と、前記要求駆動力を前記駆動軸に出力するために予め設定された関係に基づいて導出される第２の回転数とのうち、小さい方の回転数を前記内燃機関目標回転数として設定するステップである請求項７記載の動力出力装置の制御方法。
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