JP4066983B2 - 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

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及びこれ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並びに動力出力装置の制御方法に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、プラネタリギヤのサンギヤ，キャリア，リングギヤに発電機，エンジン，駆動軸が接続されると共に駆動軸に電動機が接続されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、車速が比較的低車速のときには、駆動軸に要求される要求駆動力を電動機から出力して走行し、低車速から高車速に移行したときには、発電機によりエンジンをクランキングすることによりエンジンを始動し、エンジンと発電機と電動機とにより要求駆動力を駆動軸に出力して走行している。
特開平５−１０９６９４号公報

上述のハイブリッド自動車では、エンジンを始動する際に要求駆動力に対応できない場合がある。エンジンを始動する際には、発電機でエンジンをクランキングする際にその反力がプラネタリギヤを介して駆動軸側に作用するから、電動機からは現在出力している駆動力に駆動軸側の反力をキャンセルするために必要な駆動力を上乗せして出力する必要がある。このため、エンジンの始動を伴わないときに要求駆動力を電動機から出力できる状態であってもエンジンを始動する際に駆動力が不足して駆動軸側に作用する反力をキャンセルできない場合がある。

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、駆動軸に要求される要求駆動力に対応しながら内燃機関を始動す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自動車並びに動力出力装置の制御方法は、内燃機関を運転停止した状態で駆動軸に駆動力を出力する状態から内燃機関を運転した状態で駆動軸に駆動力を出力する状態へスムーズに移行す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自動車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、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、該駆動軸側の反力を用いて該内燃機関を始動可能で、電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力可能な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をやり取り可能な蓄電手段と、
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、
前記駆動軸側の反力と前記要求駆動力とを前記電動機で出力可能な範囲内で前記内燃機関の始動条件を設定する始動条件設定手段と、
前記内燃機関の運転停止時に前記始動条件設定手段により設定された始動条件が成立したとき、前記内燃機関が始動されると共に前記駆動軸に前記要求駆動力が出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する始動制御手段と
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、駆動軸側の反力と要求駆動力とを電動機で出力可能な範囲内で内燃機関の始動条件を設定し、内燃機関の運転停止時にこの始動条件が成立したとき、内燃機関が始動されると共に駆動軸に要求駆動力が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駆動制御するから、電力動力入出力手段により内燃機関を始動する際の駆動軸側の反力を電動機で受け持つときに駆動力が不足するのをより確実に防止することができる。この結果、要求駆動力に対応しながら内燃機関を始動することができる。また、要求駆動力に対応することにより、内燃機関を運転停止した状態で駆動軸に駆動力を出力する状態から内燃機関を運転した状態で駆動軸に駆動力を出力する状態へスムーズに移行することができる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記始動条件設定手段は、前記要求駆動力が前記電動機から出力可能な最大駆動力と前記駆動軸側の反力を受け持つために必要な前記電動機の駆動力との偏差に基づく閾値以上となる第１の条件が成立したときに前記内燃機関が始動されるよう前記始動条件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動力出力装置において、前記始動条件設定手段は、前記第１の条件と前記駆動軸の回転数に基づく第２の条件とのうちのいずれかが成立したときに前記内燃機関が始動されるよう前記始動条件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、より適切なタイミングで内燃機関を始動することができる。ここで、「駆動軸の回転数に基づく第２の条件」には、駆動軸の回転数が所定回転数以上となる条件や要求駆動力と駆動軸の回転数とに基づく要求パワーが所定パワー以上となる条件などが含まれる。

第１の条件が成立したときに内燃機関が始動されるよう始動条件を設定する態様の本発明の動力出力装置において、前記駆動軸側の反力を受け持つために必要な前記電動機の駆動力は、前記内燃機関をクランキングするのに必要な前記電力動力入出力手段の駆動力に基づいて設定される駆動力であるものとすることもできる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記内燃機関をクランキングするのに必要な前記電力動力入出力手段の駆動力は、該電力動力入出力手段から出力可能な最大駆動力であるものとすることもできる。この場合、前記電力動力入出力手段から出力可能な最大駆動力は、前記蓄電手段の出力制限の範囲内で設定される駆動力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から出力可能な最大駆動力は、該電力動力入出力手段の定格値と該電力動力入出力手段を含む電気駆動系の温度とに基づいて設定される駆動力であるものとすることもできるし、両者を組み合わせて設定される駆動力であるものとすることもできる。こうすれば、より正確に駆動軸側の反力を受け持つために必要な駆動力を把握することができる。

また、第１の条件が成立したときに内燃機関が始動されるよう始動条件を設定する態様の本発明の動力出力装置において、前記電動機から出力可能な最大駆動力は、該電動機の定格値と該電動機を含む電気駆動系の温度とに基づいて設定される駆動力であるものとすることもできる。

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発電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の回転子とを有し該第１の回転子と該第２の回転子との電
磁気的な作用による電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該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に接続され該駆動軸側の反力を用いて該内燃機関を始動可能で電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力可能な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をやり取り可能な蓄電手段と、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、前記駆動軸側の反力と前記要求駆動力とを前記電動機で出力可能な範囲内で前記内燃機関の始動条件を設定する始動条件設定手段と、前記内燃機関の運転停止時に前記始動条件設定手段により設定された始動条件が成立したとき前記内燃機関が始動されると共に前記駆動軸に前記要求駆動力が出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する始動制御手段とを備える動力出力装置を搭載し、前記駆動軸が車軸に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、要求駆動力に対応しながら内燃機関を始動することができる効果や内燃機関を運転停止した状態で駆動軸に駆動力を出力する状態から内燃機関を運転した状態で駆動軸に駆動力を出力する状態へスムーズに移行することができる効果など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、該内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され該駆動軸側の反力を用いて該内燃機関を始動可能で電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力可能な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をやり取り可能な蓄電手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
少なくとも前記駆動軸側の反力の出力と前記駆動軸に要求される要求駆動力の出力とを前記電動機により賄うことができる状態で前記内燃機関が始動されると共に該駆動軸に該要求駆動力が出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する
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では、駆動軸側の反力と要求駆動力とを電動機で出力可能な範囲内で内燃機関の始動条件を設定し、内燃機関の運転停止時にこの始動条件が成立したとき、内燃機関が始動されると共に駆動軸に要求駆動力が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駆動制御するから、電力動力入出力手段により内燃機関を始動する際の駆動軸側の反力を電動機で受け持つときに駆動力が不足するのをより確実に防止することができる。この結果、要求駆動力に対応しながら内燃機関を始動することができる。また、要求駆動力に対応することにより、内燃機関を運転停止した状態で駆動軸に駆動力を出力する状態から内燃機関を運転した状態で駆動軸に駆動力を出力する状態へスムーズに移行することができる。

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、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，インバータ４１，４２の温度を検出する温度センサ４５，４６からのインバータ温度Ｔｉｎｖ１，Ｔｉｎｖ２，モータＭＧ１，ＭＧ２の温度を検出する温度センサ４７，４８からのモータ温度Ｔｍ１，Ｔｍ２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に取り付けられた電流センサ５１ａ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５１ｂ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５１ａ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を停止するモータ運転モードからエンジン２２を運転するトルク変換運転モードや充放電運転モードに移行する際の動作について説明する。図２は、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、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、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，エンジン２２の回転数Ｎｅ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の残容量ＳＯＣ，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ，モータＭＧ２の最大トルクＴｍ２ｍａｘなどの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エンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。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。バッテリ５０の残容量ＳＯＣは、電流センサ５１ａにより検出された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の出力制限Ｗｏｕｔは、温度センサ５１ｂにより検出された電池温度Ｔｂに基づいて出力制限Ｗｏｕｔの基本値を設定すると共に残容量ＳＯＣに基づいて補正係数を設定し、基本値に補正係数を乗じたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。なお、電池温度Ｔｂと出力制限Ｗｏｕｔの基本値との関係を図３に、残容量ＳＯＣと補正係数との関係を図４に示す。モータＭＧ２の最大トルクＴｍ２ｍａｘは、温度センサ４６により検出されたモータ温度Ｔｍ２や温度センサ４８により検出されたインバータ温度Ｔｉｎｖ２に基づいて各温度が所定温度を超えたときに高温ほど値０〜値１の範囲で小さくなるよう補正係数を設定し、回転数Ｎｍ２におけるモータＭＧ２の定格最大トルクに補正係数を乗じたものをモータＥＣＵ４０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とに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求される要求トルクＴｒ＊と車両全体に要求される車両要求パワーＰｖ＊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５に要求トルク設定用のマップの一例を示す。また、車両要求パワーＰｖ＊は、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の充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとを合算したものを設定するものとした。ここで、バッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊は、残容量ＳＯＣやアクセル開度Ａｃｃに基づいて設定することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることにより求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除することにより求めたりすることができる。

次に、エンジン２２を運転停止した場合にこれをクランキングして再始動するためにモータＭＧ１から出力すべきトルクとしてのクランキング時トルクＴｃｒを設定する（ステップＳ１２０）。ここで、クランキング時トルクＴｃｒの設定は、図６に例示するクランキング時トルク設定処理を実行することにより行なわれる。このクランキング時トルク設定処理では、まず、モータＭＧ１の最大トルクＴｍ１ｍａｘやバッテリ５０の現在の充放電パワーＰｂなどのデータを入力する（ステップＳ３００）。ここで、モータＭＧ１の最大トルクＴｍ１ｍａｘは、実施例では、温度センサ４５により検出されたモータ温度Ｔｍ１や温度センサ４７により検出されたインバータ温度Ｔｉｎｖ１に基づいて各温度が所定温度を超えたときに高温ほど値０〜値１の範囲で小さくなるよう補正係数を設定し、回転数Ｎｍ１におけるモータＭＧ１の定格最大トルクに設定した補正係数を乗じたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の現在の充放電パワーＰｂは、図示しない電圧センサにより検出された端子間電圧と電流センサ５１ａにより検出された充放電電流と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。そして、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔから現在の充放電パワ
ーＰｂを減じたパワーすなわちエンジン２２のクランキングに使用可能なバッテリパワーに基づいてこのバッテリパワーが小さいほど小さくなる傾向にモータＭＧ１のトルク制限Ｔｍ１ｌｉｍを設定し（ステップＳ３１０）、最大トルクＴｍ１ｍａｘとトルク制限Ｔｍ１ｌｉｍとのうち小さい方をクランキング時トルクＴｃｒに設定して（ステップＳ３２０）、処理を終了する。これにより、クランキング時トルクＴｃｒを、基本的にはモータＭＧ１の定格最大トルクとして、モータＭＧ１やインバータ４１の温度制限やバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内で制限したものとして設定することができる。なお、クランキング時トルクＴｃｒとして基本的にはモータＭＧ１の定格最大トルクを設定するのは、エンジン２２をクランキングする際にモータＭＧ１とエンジン２２と動力分配統合機構３０からなる系に共振現象を生じさせる回転数領域を素早く通過させ、クランキング時の車両の振動を抑制させるためである。

こうしてクランキング時トルクＴｃｒを設定すると、次式（１）に示すように、設定したクランキング時トルクＴｃｒを動力分配統合機構３０のギヤ比ρ（＝サンギヤ３１の歯数／リングギヤ３２の歯数）で除したものをモータＭＧ２の最大トルクＴｍ２ｍａｘから減じて閾値Ｔｔｈｒを設定して（ステップＳ１３０）、要求トルクＴｒ＊と設定した閾値Ｔｔｈｒとを比較し（ステップＳ１４０）、要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｔｈｒ未満のときには更に車両要求パワーＰｖ＊と閾値Ｐｔｈｒとを比較する（ステップＳ１５０）。ここで、閾値Ｔｔｈｒと閾値Ｐｔｈｒは、エンジン２２の運転範囲を定めるためのものであり、閾値Ｐｔｈｒについてはエンジン２２が効率よく運転できる範囲としてエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２により予め定めたものを用いた。閾値Ｔｔｈｒについての詳細は後述する。

Tthr＝Tm2max−Tcr/ρ …（１）

要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｔｈｒ以上であると判定されたり車両要求パワーＰｖ＊が閾値Ｐｔｈｒ以上であると判定されたときには、エンジン２２が運転中であるか否かを判定し（ステップＳ１６０）、エンジン２２が運転中であると判定されたときには、車両要求パワーＰｖ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ１７０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと車両要求パワーＰｖ＊とに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定することにより行なわれる。エンジン２２の動作ラインの一例および目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図７に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと車両要求パワーＰｖ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。

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、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝ｋ・Ｖ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（２）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とに基づいて次式（３）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１８０）。動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図を図８に示す。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（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Ｎｍ１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、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊はリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝ｋ・Ｖ）とエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて式（２）により計算することができる。したがって、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御することにより、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（３）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（３）中、右辺第２項の「ＫＰ」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ＫＩ」は積分項のゲインである。なお、図８におけるＲ軸上の上向きの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＊がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。

Nm1*＝(Ne*・(1＋ρ)−k・V)/ρ …（２）
Tm1*＝前回Tm1*＋KP（Nm1*−Nm1)＋KI∫(Nm1*−Nm1)dt …（３）

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、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とを用いて要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに作用させるためにモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを図８の共線図のＲ軸上のトルクの釣り合い関係から定まる次式（４）により計算すると共に（ステップＳ１９０）、バッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とに基づいて次式（５）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Ｔｍ２ｌｉｍを計算し（ステップＳ２００）、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとステップＳ１００で入力した最大トルクＴｍ２ｍａｘとトルク制限Ｔｍ２ｌｉｍとのうち最も小さいものをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定する（ステップＳ２１０）。これにより、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊をバッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔやモータＭＧ２，インバータ４２の温度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。

Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（４）
Tm2lim＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（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Ｓ２２０）、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。

ステップＳ１６０でエンジン２２が運転中でないと判定されたときには、エンジン２２を始動すべきと判断し、ステップＳ１２０で設定したクランキング時トルクＴｃｒをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定してエンジン２２のクランキングを開始すると共に（ステップＳ２３０）、モータＭＧ２により要求トルクＴｒ＊が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａ上に作用するよう前述したステップＳ１９０〜Ｓ２２０の処理を行なって本ルーチンを終了する。エンジン２２のクランキングが開始されてから本ルーチンが繰り返し実行されたときにエンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｒｅｆに達したときには、ステップＳ２４０で肯定的な判定がなされ、燃料噴射制御や点火制御が開始されてエンジン２２が始動されることになる（ステップＳ２５０）。図９に、エンジン２２をクランキングする際の動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係としての
共線図を示し、図１０に、エンジン２２をクランキングする際にモータＭＧ２によりリングギヤ軸３２ａ上に実質的に作用させることができるトルクの最大値の時間変化の様子を示す。エンジン２２をクランキングする際には、図９に示すように、モータＭＧ１から動力分配統合機構３０を介してリングギヤ軸３２ａ上に作用するトルク（＝−Ｔｍ１＊／ρ）はＲ軸上の下向きのトルクとなるから、反力キャンセルするために必要なＲ軸上の上向きのトルクの分だけクランキング時にリングギヤ軸３２ａ上に実質的に作用させることができるトルクの最大値は非クランキング時に比して小さくなる（図１０参照）。このため、非クランキング時にはリングギヤ軸３２ａ上に要求トルクＴｒ＊を作用させることができる状態であってもクランキング時にはモータＭＧ２から出力するトルクに不足が生じる場合がある。実施例では、ステップＳ１３０でモータＭＧ２から現在出力できる最大トルクＴｍ２ｍａｘからクランキング時の反力キャンセルに必要なモータＭＧ２のトルクを減じたものを閾値Ｔｔｈｒに設定し、要求トルクＴｒ＊がこの閾値Ｔｔｈｒ以上のときにエンジン２２をクランキングして始動するから、クランキング時でもモータＭＧ２から出力するトルクに不足が生じることがない。ステップＳ１３０で閾値Ｔｔｈｒを設定すると共にステップＳ１４０で要求トルクＴｒ＊と閾値Ｔｔｈｒとを比較してエンジン２２の始動を判定したのはこうした理由に基づく。

ステップＳ１４０で要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｔｈｒ未満と判定され、且つ、ステップＳ１５０でも車両要求パワーＰｖ＊が閾値Ｐｔｈｒ未満と判定されたときには、エンジン２２を運転停止させた方が効率がよいと判断し、エンジン２２を運転停止するよう目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに値０を設定すると共に（ステップＳ２６０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ２７０）、モータＭＧ２だけで要求トルクＴｒ＊が出力されるよう前述したステップＳ１９０〜Ｓ２２０の処理を行なって本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ２から出力可能な最大トルクＴｍ２ｍａｘから予め設定したクランキング時トルクＴｃｒを動力分配統合機構３０のギヤ比ρで除したもの即ちクランキング時の反力キャンセルに必要なモータＭＧ２のトルクを減じて閾値Ｔｔｈｒを計算し、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの要求トルクＴｒ＊が閾値Ｔｔｈｒ以上となったときにエンジン２２をクランキングして始動するから、クランキング時にモータＭＧ２から出力されるトルクに不足が生じることがない。この結果、要求トルクＴｒ＊を維持しながらエンジン２２を始動することができ、モータ運転モードからトルク変換運転モードや充放電運転モードへの移行をスムーズに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、閾値Ｔｔｈｒの計算に用いるクランキング時トルクＴｃｒとして、モータＭＧ１の定格最大トルクにモータＭＧ１やインバータ４１の温度による制限とバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔによる制限とを施したものを設定するものとしたが、これに限られず、エンジン２２の状態（例えば、冷却水温）を考慮してクランキング時トルクＴｃｒを設定するものとしてもよいし、クランキング時トルクＴｃｒとしてモータＭＧ１やインバータ４１の性能やバッテリ５０の性能などにより予め定めた値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、要求トルクＴｒ＊に基づいてエンジン２２の始動を判定する以外にステップＳ１５０で車両要求パワーＰｖ＊に基づいてエンジン２２の始動を判定したが、車両要求パワーＰｖ＊に代えて或いは車両要求パワーＰｖ＊と組み合わせて車速Ｖに基づいてエンジン２２の始動を判定するものとしてもよいし、他の要因を考慮してエンジン２２の始動を判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から出力可能な最大トルクＴｍ２
ｍａｘからクランキング時の反力キャンセルに必要なモータＭＧ２のトルク（＝Ｔｃｒ／ρ）を減じたものを閾値Ｔｔｈｒに設定したが、クランキング時でもリングギヤ軸３２ａ上に要求トルクＴｒ＊を作用させることができればよいから、最大トルクＴｍ２ｍａｘからクランキング時の反力キャンセルに必要なモータＭＧ２のトルクを減じたものよりも小さい値を閾値Ｔｔｈｒに設定するものとしてもよい。或いは、要求トルクＴｒ＊と閾値Ｔｔｈｒとの比較によらずにこうしたクランキング時でもリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を作用させることができる如何なる手法を用い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１１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１１における駆動輪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１２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。 電池温度Ｔｂとバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの基本値との関係の一例を示す説明図である。 残容量ＳＯＣと補正係数との関係の一例を示す説明図である。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 クランキング時トルク設定処理の一例を示すフローチャートである。 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＊を設定する様子を説明する説明図である。 動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図である。 エンジン２２をクランキングする際の動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図である。 エンジン２２をクランキングする際にモータＭＧ２によりリングギヤ軸３２ａ上に実質的に作用させることができるトルクの最大値の時間変化の様子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、４５，４６，４７，４８，５１，５１ｂ 温度センサ、５１ａ 電流センサ、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 (11)

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、
   該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、該駆動軸側の反力を用いて該内燃機関を始動可能で、電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力可能な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をやり取り可能な蓄電手段と、
   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、
   前記要求駆動力が前記電動機から出力可能な最大駆動力と前記電力動力入出力手段により前記内燃機関を始動する際に前記駆動軸側の反力を受け持つために必要な前記電動機の駆動力との偏差に基づく閾値以上となる第１の条件を前記内燃機関の始動条件として設定する始動条件設定手段と、
   前記内燃機関の運転停止時に前記始動条件設定手段により設定された始動条件が成立したとき、前記内燃機関が始動されると共に前記駆動軸に前記要求駆動力が出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する始動制御手段と
   を備える動力出力装置。
2. 前記始動条件設定手段は、前記第１の条件と前記駆動軸の回転数に基づく第２の条件とのうちのいずれかが成立したときに前記内燃機関が始動されるよう前記始動条件を設定する手段である請求項１記載の動力出力装置。
3. 前記駆動軸側の反力を受け持つために必要な前記電動機の駆動力は、前記内燃機関をクランキングするのに必要な前記電力動力入出力手段の駆動力に基づいて設定される駆動力である請求項１または２記載の動力出力装置。
4. 前記内燃機関をクランキングするのに必要な前記電力動力入出力手段の駆動力は、該電力動力入出力手段から出力可能な最大駆動力である請求項３記載の動力出力装置。
5. 前記電力動力入出力手段から出力可能な最大駆動力は、前記蓄電手段の出力制限の範囲内で設定される駆動力である請求項４記載の動力出力装置。
6. 前記電力動力入出力手段から出力可能な最大駆動力は、該電力動力入出力手段の定格値と該電力動力入出力手段を含む電気駆動系の温度とに基づいて設定される駆動力である請求項４または５記載の動力出力装置。
7. 前記電動機から出力可能な最大駆動力は、該電動機の定格値と該電動機を含む電気駆動系の温度とに基づいて設定される駆動力である請求項２ないし６いずれか１項に記載の動力出力装置。
8. 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発電機とを備える手段である請求項１ないし７いずれか１項に記載の動力出力装置。
9. 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の回転子とを有し該第１の回転子と該第２の回転子との電磁気的な作用による電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該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７いずれか１項に記載の動力出力装置。
10. 請求項１ないし９いずれか１項に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。
11. 内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され該駆動軸側の反力を用いて該内燃機関を始動可能で電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力可能な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をやり取り可能な蓄電手段と、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を設定し、
    （ｂ）前記要求駆動力が前記電動機から出力可能な最大駆動力と前記電力動力入出力手段により前記内燃機関を始動する際に前記駆動軸側の反力を受け持つために必要な前記電動機の駆動力との偏差に基づく閾値以上となる第１の条件を前記内燃機関の始動条件として設定し、
    （ｃ）前記内燃機関の運転停止時に前記ステップ（ｂ）により設定された始動条件が成立したとき、前記内燃機関が始動されると共に前記駆動軸に前記要求駆動力が出力されるよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを駆動制御する
    動力出力装置の制御方法。

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