動力出力装置およびその制御方法、並びにハイブリッド車両

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【発明の名称】	動力出力装置およびその制御方法、並びにハイブリッド車両
【発明者】	【氏名】阿部哲也
【要約】	【課題】モータを大型化することなく、エンジンの性能を充分に発揮させて、車両の性能を充分に確保する。【解決手段】ハイブリッド車両では、車速およびアクセル開度に基づいて、エンジン１５０における要求動力が設定される。通常は、効率を優先しつつ要求動力に基づいてエンジン１５０の運転状態が設定される。エンジン１５０の運転状態が設定されると、さらに車速と駆動力とに基づいて、モータＭＧ１およびモータＭＧ２の運転状態が設定される。このように設定されたモータＭＧ１あるいはモータＭＧ２の運転状態が限界を超える場合には、限界を超えないようにモータＭＧ１あるいはモータＭＧ２の運転状態を設定し、この結果と要求動力とに基づいて、エンジン１５０の運転状態を設定する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】エンジンと、該エンジンの出力軸および外部に動力を出力する駆動軸に結合され、前記エンジンから出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやり取りによって調整する動力調整手段と、前記駆動軸に結合された電動機とを備える動力出力装置であって、前記エンジンに対して要求された要求動力を算出する要求動力算出手段と、前記駆動軸の回転数を入力し、該駆動軸の回転数が、前記電動機が動力を出力する際に許容できる回転数の限界値を超えているかどうかを判別する回転数超過判別手段と、前記回転数超過判別手段が前記回転数の限界値を超えていると判別したときに、前記電動機の運転状態を、前記電動機の出力トルクが略０となり、回転数が前記駆動軸の回転数と等しくなるように設定すると共に、設定された前記電動機の運転状態と前記要求動力とに基づいて、前記エンジンの運転状態を設定する運転状態設定手段と、前記回転数超過判別手段が前記回転数の限界値を超えていると判別したときに、前記電動機および前記エンジンの運転状態が、前記運転状態設定手段により設定した運転状態になるように、前記エンジンと前記動力調整手段と前記電動機とを運転する運転手段とを備える動力出力装置。
【請求項２】前記動力調整手段は、発電機と、３つの回転軸がそれぞれ該発電機および前記エンジンの出力軸と前記駆動軸とに結合されたプラネタリギヤとを備える請求項１記載の動力出力装置。
【請求項３】前記動力調整手段は、相対的に回転可能な２つのロータを有する対ロータ電動機を備える請求項１記載の動力出力装置【請求項４】請求項１記載の動力出力装置であって、前記動力調整手段および前記電動機との間で電力のやり取りを行なう２次電池と、少なくとも、前記動力出力装置が動作する際に生じるエネルギ損失と、前記２次電池における充放電要求とに基づいて、前記エンジンから出力すべき動力を補正するためのエネルギ収支を算出する収支算出手段とをさらに備え、前記運転状態設定手段は、前記回転数超過判別手段が前記回転数の限界値を超えていると判別したときに前記エンジンの運転状態を設定する際には、前記収支算出手段が算出したエネルギ収支に基づいて、前記エンジンの回転数を補正することによって前記エンジンから出力される動力を補正する補正手段を備え、前記運転手段は、前記補正手段が補正した結果に基づいて、前記エンジンおよび前記動力調整手段を運転する動力出力装置。
【請求項５】エンジンと、該エンジンの出力軸および外部に動力を出力する駆動軸に結合され、前記エンジンから出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやり取りによって調整する動力調整手段と、前記駆動軸に結合された電動機とを備える動力出力装置であって、前記エンジンに対して要求された要求動力を算出する要求動力算出手段と、前記駆動軸の回転数を入力し、該駆動軸の回転数が、前記電動機が動力を出力する際に許容できる回転数の限界値を超えているかどうかを判別する回転数超過判別手段と、前記回転数超過判別手段が前記回転数の限界値を超えていないと判別したときに、前記算出された要求動力に基づいて前記エンジンの運転状態を設定すると共に、該設定されたエンジンの運転状態に基づいて、前記電動機の出力トルクを設定するトルク設定手段と、前記トルク設定手段が設定した前記電動機の出力トルクが、限界値を超えているかどうかを判別するトルク超過判別手段と、前記トルク超過判別手段が前記トルクの限界値を超えていると判別したときに、前記電動機の運転状態を、前記電動機の出力トルクが前記限界値を超えることなく、回転数が前記駆動軸の回転数と等しくなるように設定すると共に、該設定された前記電動機の運転状態と前記要求動力とに基づいて、前記エンジンの運転状態を設定する運転状態設定手段と、前記トルク超過判別手段が前記トルクの限界値を超えていると判別したときに、前記電動機および前記エンジンの運転状態が、前記運転状態設定手段により設定した運転状態になるように、前記エンジンと前記動力調整手段と前記電動機とを運転する運転手段とを備える動力出力装置。
【請求項６】エンジンと、該エンジンの出力軸および外部に動力を出力する駆動軸に結合され、前記エンジンから出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやり取りによって調整する動力調整手段と、前記駆動軸に結合された電動機とを備える動力出力装置の制御方法であって、（ａ）前記エンジンに対して要求された要求動力を算出する工程と、（ｂ）前記駆動軸の回転数を入力し、該駆動軸の回転数が、前記電動機が動力を出力する際に許容できる回転数の限界値を超えているかどうかを判別する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程において、前記回転数の限界値を超えていると判別されたときに、前記電動機の運転状態を、前記電動機の出力トルクが略０となり、回転数が前記駆動軸の回転数と等しくなるように設定すると共に、設定された前記電動機の運転状態と前記要求動力とに基づいて、前記エンジンの運転状態を設定する工程と、（ｄ）前記（ｂ）工程において、前記回転数の限界値を超えていると判別されたときに、前記電動機および前記エンジンの運転状態が、前記（ｃ）工程で設定した運転状態になるように、前記エンジンと前記動力調整手段と前記電動機とを運転する工程とを備えることを特徴とする制御方法。
【請求項７】請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置を備え、前記駆動軸から出力される動力によって走行するハイブリッド車両。

【発明の詳細な説明】【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、並びにハイブリッド車両に関し、詳しくは、内燃機関と電動発電機とを備え、内燃機関の出力軸と電動発電機の回転軸と駆動軸とが機械的に結合された動力出力装置およびその制御方法、並びにハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、内燃機関に加えて電動機を備えるハイブリッド車両として、種々の構成が提案されている。ハイブリッド車両は、従来のガソリンエンジンを搭載した車両に比べて、化石燃料の消費量を大幅に削減することが可能であり、環境問題の深刻化と共に社会的要請が増している。ハイブリッド車両の一種として、パラレル・ハイブリッド車両がある。パラレル・ハイブリッド車両では、内燃機関からの動力および電動機からの動力の両方を、車軸に伝達可能である。パラレル・ハイブリッド車両の構成の一例を、図１に示す。
【０００３】図１に示したハイブリッド車両は、エンジン１５０と、電動発電機ＭＧ１，ＭＧ２とが備えられている。これら三者は、プラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ１２０は、遊星歯車とも呼ばれ、以下に示すそれぞれのギヤに結合された３つの回転軸を有している。プラネタリギヤ１２０を構成するギヤは、中心で回転するサンギヤ１２１、サンギヤ１２１の外周で自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ１２３、さらにその外周で回転するリングギヤ１２２である。プラネタリピニオンギヤ１２３は、プラネタリキャリア１２４に軸支されている。図１のハイブリッド車両では、エンジン１５０の駆動軸であるクランクシャフト１５６は、プラネタリキャリア１２４の回転軸と結合してプラネタリキャリア軸１２７を成す。また、電動発電機ＭＧ１の駆動軸は、サンギヤ１２１の回転軸に結合してサンギヤ軸１２５を成し、電動発電機ＭＧ２の駆動軸は、リングギヤ１２２の回転軸に結合してリングギヤ軸１２６を成す。さらにリングギヤ１２２は、チェーンベルト１２９およびディファレンシャルギヤを介して、車軸１１２に結合している。
【０００４】このような構成のハイブリッド車両の基本的な動作を説明するために、まず、プラネタリギヤ１２０の動作について説明する。プラネタリギヤ１２０は、上記した３つの回転軸のうち、２つの回転軸の回転数および一つの回転軸のトルク（以下、所定の回転軸における回転数とトルクとを合わせて回転状態と呼ぶ）が決定されると、すべての回転軸の回転状態が決まるという性質を有している。各回転軸の回転状態の関係は、機構学上周知の計算式によって求めることができるが、共線図と呼ばれる図により幾何学的に求めることもできる。
【０００５】図２に共線図の一例を示す。縦軸は、各回転軸の回転数を示している。横軸は、各ギヤのギヤ比を距離的な関係で示している。サンギヤ軸１２５（図２中のＳ）とリングギヤ軸１２６（図２中のＲ）とを両端にとり、位置Ｓと位置Ｒとの間を１：ρに内分する位置Ｃを、プラネタリキャリア軸１２７の位置とする。ρは、リングギヤ１２２の歯数（Ｚｒ）に対するサンギヤ１２１の歯数（Ｚｓ）の比である。こうして横軸上に定義された位置Ｓ，Ｃ，Ｒに対して、それぞれのギヤの回転軸の回転数Ｎｇ，Ｎｅ，Ｎｍをプロットする。プラネタリギヤ１２０は、このようにプロットされた３点が、必ず一直線上に並ぶという性質を有している。この直線を動作共線と呼ぶ。直線は、２点が決まれば一義的に決定されるものであるため、この動作共線を用いることにより、３つの回転軸のうちの２つの回転軸の回転数から、残る１つの回転軸の回転数を求めることができる。
【０００６】また、プラネタリギヤ１２０では、各回転軸のトルクを動作共線に働く力に置き換えて示したとき、動作共線が剛体として釣り合いが保たれるという性質を有している。具体例として、プラネタリキャリア軸１２７に作用するトルクをＴｅとする。このとき、図２に示す通り、トルクＴｅに相当する大きさの力を位置Ｃで動作曲線に鉛直方向下から上に作用させる。作用させる方向は、トルクＴｅの方向に応じて定まる。また、リングギヤ軸１２６に対して作用するトルクＴｐを、位置Ｒにおいて動作共線に、鉛直方向上から下に作用させる。図中のＴｅｓ，Ｔｅｐは、剛体に作用する力の分配法則に基づいて、トルクＴｅを等価な２つの力に分配したものである。トルクＴｅｓ，Ｔｅｐの大きさは、以下の式（１），（２）により表わすことができる。
【０００７】
Ｔｅｓ＝ρ／（１＋ρ）×Ｔｅ …（１）
Ｔｅｐ＝１／（１＋ρ）×Ｔｅ …（２）
【０００８】以上の力が作用した状態で、動作共線図が剛体として釣り合いがとれているという条件を考慮すれば、ＭＧ１によってサンギヤ軸１２５に作用すべきトルクＴｇと、ＭＧ２によってリングギヤ軸に作用すべきトルクＴｍとを求めることができる。トルクＴｇはトルクＴｅｓと等しくなり、トルクＴｍはトルクＴｐとトルクＴｅｐの差分と等しくなる。このような性質に基づいた各トルクＴｇ、Ｔｍを表わす式を、以下に式（３），（４）として示す。
【０００９】
Ｔｇ＝－ρ／（１＋ρ）×Ｔｅ …（３）
Ｔｍ＝Ｔｐ－１／（１＋ρ）×Ｔｅ …（４）
【００１０】プラネタリキャリア軸１２７に結合されたエンジン１５０が回転しているとき、動作共線に関する上述の条件を満足する条件下で、サンギヤ１２１およびリングギヤ１２２は様々な運転状態で回転することができる。サンギヤ１２１が回転しているときには、その回転動力を利用して電動発電機ＭＧ１により発電することが可能である。リングギヤ１２２が回転しているときには、エンジン１５０から出力された動力を、車軸１１２に伝達することが可能である。図１に示した構成を有するハイブリッド車両では、エンジン１５０から出力された動力を、車軸１１２に機械的に伝達される動力と、一方の電動発電機が回生する（発電機として働く）ことによって電力に変換される動力に分配し、さらに回生された電力を用いて他方の電動発電機が力行する（電動機として働く）ことによって、車軸１１２において所望の動力を出力しながら走行することができる。このように、図１に示した構成のハイブリッド車両が走行する際には、通常は、電動発電機ＭＧ１およびＭＧ２がそれぞれ、力行あるいは回生を行ない、力行で消費される電力と回生で生じる電力とが釣り合うように制御される。
【００１１】ここで、図１に示した構成のハイブリッド車両では、車両の走行状態を制御する際には、まず車速とアクセル開度から、車軸１１２（実際には、車軸と機械的に結合しているリングギヤ軸１２６）における要求トルクが決定され、この要求トルクと車速から、リングギヤ軸１２６から出力すべき要求動力が決定される。次いで、この要求動力をリングギヤ軸１２６が出力可能となるように、エンジン１５０が出力すべき動力が決定され、この所定の動力をエンジン１５０が出力するように、エンジン１５０の駆動状態が制御される。また、上記所定の動力をエンジン１５０が出力したときに、リングギヤ軸１２６において上記要求トルクが実現されるように、ＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態が制御される。ＭＧ１，ＭＧ２が力行あるいは回生を行なうことで、エンジンから出力された所定の動力が、所望の回転数およびトルクに変換されてリングギヤ軸１２６、すなわち車軸１１２より出力される。
【００１２】ここで、リングギヤ軸１２６から出力すべき動力として決定された要求動力に対応する所定の動力を、エンジン１５０によって出力する際、エンジン１５０は、種々の運転状態（回転数と出力トルクとの組み合わせ）をとりうる。そこで、所定の動力を出力するようにエンジンを制御する際には、最も効率の高くなる動作点を選択して、その動作点においてエンジンが駆動されるように、ＭＧ１およびＭＧ２の駆動状態が制御される。
【００１３】エンジン１５０が上記所定の動力を出力する際に最も効率が高くなる上記動作点が求められると、この動作点における回転数およびトルクが、エンジン１５０の目標回転数および目標トルクとなる。ここで、既述したように、エンジン１５０の駆動軸はプラネタリキャリア１２４の回転軸と結合しているため、エンジン１５０が上記動作点で運転しつつ上記所定の動力を出力するとき、プラネタリキャリア軸１２７の回転数は、上記の様に決定されたエンジン１５０の目標回転数となる。また、リングギヤ１２２の回転軸と電動発電機ＭＧ２の駆動軸とは結合しており、さらにリングギヤ１２２は機械的に車軸１１２に結合しているため、リングギヤ軸１２６の回転数は、車速から一義的に求めることができる。ここで、サンギヤ１２１の回転軸とＭＧ１の駆動軸とは結合しているため、ＭＧ１の回転数はサンギヤ軸１２５の回転数であるが、サンギヤ軸１２５の回転数は、リングギヤ軸１２６の回転数とプラネタリキャリア軸１２７の回転数とが決まると、図２に示した共線図により求めることができる。
【００１４】このようにプラネタリギヤ１２０を構成する各ギヤに結合された各回転軸の回転数が決まると、所定の処理によって、ＭＧ１およびＭＧ２で出力すべきトルクの大きさが決まる。このような条件で駆動するようＭＧ１およびＭＧ２の運転状態を制御しつつ、エンジン１５０が上記所定の動力を出力するよう制御すれば、エンジン１５０はその効率が最適となる状態で運転され、ハイブリッド車両においては所望の運転状態を実現することができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】ここで、ＭＧ１およびＭＧ２は、既述したように力行および回生を行ない、種々の回転数および出力トルクとなるような運転状態が可能であるが、これら回転数および出力トルクには限界値がある。図３および図４は、それぞれ、ＭＧ１，ＭＧ２におけるこのような回転数および出力トルクの限界値を示す出力特性を表わす説明図である。これらの限界値は、モータそのものの能力や、モータの機械的な性質などに応じて定まるものである。したがって、ハイブリッド車両において、プラネタリギヤ１２０を介することでエンジン１５０が出力する動力を変換し、ＭＧ１，ＭＧ２を制御することで車軸において所望の運転状態を実現しようとする際に、ＭＧ１やＭＧ２に対して指示される運転状態が、これら電動発電機の限界値を超えてしまう可能性があった。すなわち、エンジン１５０が出力する動力がエンジン１５０の性能の範囲内の値であっても、ＭＧ１あるいはＭＧ２に対して決定される運転状態が、図３および図４に示した限界値を超えてしまうおそれがあった。
【００１６】図１に示した構成のハイブリッド車両において、その車速を上げたときには、図５に示す共線図のような運転状態となることがある。この状態では、リングギヤ軸１２６は正転しつつＭＧ２は回生し、ＭＧ２が回生するのと同等の電力は、ＭＧ１が力行することで消費される。ハイブリッド車両がこのような運転状態となっているときのＭＧ２の運転状態の一例を、図４に示したＭＧ２の出力特性を表わす説明図において、点αで示す。ここで、さらにハイブリッド車両の車速を上げようとアクセルが踏み込まれると、リングギヤ軸１２６の回転数、すなわちＭＧ２の回転数を上げるための制御が行なわれることになる。このような時には、既述した要求動力や、エンジン１５０の運転効率が最もよくなる動作点に基づいて定められるＭＧ２の運転状態が、図４中、点βで表わした位置に対応する運転状態となり、ＭＧ２の運転状態の限界値を超えてしまう。
【００１７】ＭＧ２に対して求められる運転状態が、図４中点βで表わした位置に対応する状態となり、限界値を超える場合には、このような運転状態をとることはできないため、既述した要求動力に対してエンジン１５０の出力にはまだ余力がある場合にも、それ以上車速を上げることはできなかった。したがって、このような場合には、エンジン１５０が出力可能な動力によってではなく、ＭＧ２の性能によって、車速の上限が制限を受けることになってしまった。
【００１８】このようなハイブリッド車両において、種々の走行状態を考慮した上で、エンジン１５０における出力状態の限界内でさらなる車速を実現しようとすると、より大きな電動発電機を搭載することが必要であった。すなわち、充分に大きなＭＧ１およびＭＧ２を搭載すれば、エンジン１５０が出力できる動力の範囲内で、あらゆる走行状態に対してＭＧ１およびＭＧ２は対応可能となる。しかしながら、より大きな電動発電機を搭載することは、より大きなスペースを電動発電機が占めることになるため、車両設計上の制約が増大するという問題を生じると共に、車両重量が増すため燃費の低下などの問題をさらに招いてしまう。そのため、電動発電機の大型化を伴うことなく、エンジンの性能を充分に発揮させてさらなる車速を実現し、車両性能を向上させることが望まれていた。
【００１９】本発明の動力出力装置およびその制御方法、並びにハイブリッド車両は、こうした問題を解決し、モータを大型化することなく、エンジンの性能を充分に発揮させて、車両の性能を充分に確保することを目的としてなされ、次の構成を採った。
【００２０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本発明の第１の動力出力装置は、エンジンと、該エンジンの出力軸および外部に動力を出力する駆動軸に結合され、前記エンジンから出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやり取りによって調整する動力調整手段と、前記駆動軸に結合された電動機とを備える動力出力装置であって、前記エンジンに対して要求された要求動力を算出する要求動力算出手段と、前記駆動軸の回転数を入力し、該駆動軸の回転数が、前記電動機が動力を出力する際に許容できる回転数の限界値を超えているかどうかを判別する回転数超過判別手段と、前記回転数超過判別手段が前記回転数の限界値を超えていると判別したときに、前記電動機の運転状態を、前記電動機の出力トルクが略０となり、回転数が前記駆動軸の回転数と等しくなるように設定すると共に、設定された前記電動機の運転状態と前記要求動力とに基づいて、前記エンジンの運転状態を設定する運転状態設定手段と、前記回転数超過判別手段が前記回転数の限界値を超えていると判別したときに、前記電動機および前記エンジンの運転状態が、前記運転状態設定手段により設定した運転状態になるように、前記エンジンと前記動力調整手段と前記電動機とを運転する運転手段とを備えることを要旨とする。
【００２１】以上のように構成された本発明の動力出力装置は、エンジンの出力軸および外部に動力を出力する駆動軸に結合される動力調整手段が、前記エンジンから出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該駆動される動力の大きさを電力のやり取りによって調整する。このような動力出力装置は、前記駆動軸の回転数を入力して、この駆動軸の回転数が、前記駆動軸に結合された電動機が動力を出力する際に許容できる回転数の限界値を超えているかどうかを判別する。回転数の限界値を超えていると判別したときには、電動機の運転状態を、その出力トルクが略０となり、回転数が前記駆動軸の回転数と等しくなるように設定すると共に、設定された電動機の運転状態と、エンジンに対して要求された要求動力とに基づいて、エンジンの運転状態を設定する。また、電動機およびエンジンの運転状態が、設定した運転状態となるように、前記エンジンと前記動力調整手段と前記電動機とを運転する。
【００２２】また、本発明の動力出力装置の制御方法は、エンジンと、該エンジンの出力軸および外部に動力を出力する駆動軸に結合され、前記エンジンから出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやり取りによって調整する動力調整手段と、前記駆動軸に結合された電動機とを備える動力出力装置の制御方法であって、（ａ）前記エンジンに対して要求された要求動力を算出する工程と、（ｂ）前記駆動軸の回転数を入力し、該駆動軸の回転数が、前記電動機が動力を出力する際に許容できる回転数の限界値を超えているかどうかを判別する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程において、前記回転数の限界値を超えていると判別されたときに、前記電動機の運転状態を、前記電動機の出力トルクが略０となり、回転数が前記駆動軸の回転数と等しくなるように設定すると共に、設定された前記電動機の運転状態と前記要求動力とに基づいて、前記エンジンの運転状態を設定する工程と、（ｄ）前記（ｂ）工程において、前記回転数の限界値を超えていると判別されたときに、前記電動機および前記エンジンの運転状態が、前記（ｃ）工程で設定した運転状態になるように、前記エンジンと前記動力調整手段と前記電動機とを運転する工程とを備えることを要旨とする。
【００２３】このような本発明の第１の動力出力装置およびその制御方法によれば、前記駆動軸の回転数が、前記電動機が動力を出力する際に許容できる回転数の限界値を超えると判別したときには、出力トルクが略０となるように前記電動機の運転状態を設定し、設定した電動機の運転状態と要求動力とに基づいてエンジンの運転状態を設定するため、動力出力装置が備える駆動軸の回転数が、前記電動機の性能によって制限されることがない。エンジンから充分な動力が出力されるならば、前記電動機からの出力トルクが略０となるように前記電動機を運転しつつ、前記駆動軸において所望の回転数およびトルクからなる動力を出力することができる。したがって、駆動軸から所望の動力を出力するために必要な電動機の性能を抑えることが可能となり、動力出力装置が備える電動機の大きさをより小さくすることができる。
【００２４】本発明の第１の動力出力装置において、前記動力調整手段は、発電機と、３つの回転軸がそれぞれ該発電機および前記エンジンの出力軸と前記駆動軸とに結合されたプラネタリギヤとを備えることとしてもよい。
【００２５】また、本発明の動力出力装置において、前記動力調整手段は、相対的に回転可能な２つのロータを有する対ロータ電動機であることとしてもよい。
【００２６】また、本発明の第１の動力出力装置において、前記動力調整手段および前記電動機との間で電力のやり取りを行なう２次電池と、少なくとも、前記動力出力装置が動作する際に生じるエネルギ損失と、前記２次電池における充放電要求とに基づいて、前記エンジンから出力すべき動力を補正するためのエネルギ収支を算出する収支算出手段とをさらに備え、前記運転状態設定手段は、前記回転数超過判別手段が前記回転数の限界値を超えていると判別したときに前記エンジンの運転状態を設定する際には、前記収支算出手段が算出したエネルギ収支に基づいて、前記エンジンの回転数を補正することによって前記エンジンから出力される動力を補正する補正手段を備え、前記運転手段は、前記補正手段が補正した結果に基づいて、前記エンジンおよび前記動力調整手段を運転することとしてもよい。
【００２７】このような構成とすれば、エンジンにおける出力トルクによって前記駆動軸の出力トルクが影響を受ける場合であっても、エンジンから出力される動力をエンジンの回転数によって補正しているため、駆動軸から出力されるトルクが変化することがない。したがって、エンジンから出力される動力を補正することによって、駆動軸から出力される動力が所望の大きさからずれてしまうことがない。
【００２８】本発明の第２の動力出力装置は、エンジンと、該エンジンの出力軸および外部に動力を出力する駆動軸に結合され、前記エンジンから出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやり取りによって調整する動力調整手段と、前記駆動軸に結合された電動機とを備える動力出力装置であって、前記エンジンに対して要求された要求動力を算出する要求動力算出手段と、前記駆動軸の回転数を入力し、該駆動軸の回転数が、前記電動機が動力を出力する際に許容できる回転数の限界値を超えているかどうかを判別する回転数超過判別手段と、前記回転数超過判別手段が前記回転数の限界値を超えていないと判別したときに、前記算出された要求動力に基づいて前記エンジンの運転状態を設定すると共に、該設定されたエンジンの運転状態に基づいて、前記電動機の出力トルクを設定するトルク設定手段と、前記トルク設定手段が設定した前記電動機の出力トルクが、限界値を超えているかどうかを判別するトルク超過判別手段と、前記トルク超過判別手段が前記トルクの限界値を超えていると判別したときに、前記電動機の運転状態を、前記電動機の出力トルクが前記限界値を超えることなく、回転数が前記駆動軸の回転数と等しくなるように設定すると共に、該設定された前記電動機の運転状態と前記要求動力とに基づいて、前記エンジンの運転状態を設定する運転状態設定手段と、前記トルク超過判別手段が前記トルクの限界値を超えていると判別したときに、前記電動機および前記エンジンの運転状態が、前記運転状態設定手段により設定した運転状態になるように、前記エンジンと前記動力調整手段と前記電動機とを運転する運転手段とを備えることを要旨とする。
【００２９】以上のように構成された本発明の第２の動力出力装置は、エンジンの出力軸および外部に動力を出力する駆動軸に結合される動力調整手段が、前記エンジンから出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやり取りによって調整する。このような動力出力装置は、前記駆動軸の回転数を入力して、この駆動軸の回転数が、前記駆動軸に結合された電動機が動力を出力する際に許容できる回転数の限界値を超えているかどうかを判別する。回転数の限界値を超えていないと判別したときには、エンジンに対して要求された要求動力に基づいて前記エンジンの運転状態を設定すると共に、この設定されたエンジンの運転状態に基づいて、前記電動機の出力トルクを設定する。このように設定された電動機の出力トルクが、限界値を超えていると判別したときには、前記電動機の運転状態を、前記電動機の出力トルクが前記限界値を超えることなく、回転数が前記駆動軸の回転数と等しくなるように設定すると共に、この設定された前記電動機の運転状態と前記要求動力とに基づいて、前記エンジンの運転状態を設定する。また、前記電動機および前記エンジンの運転状態が、設定した運転状態になるように、前記エンジンと前記動力調整手段と前記電動機とを運転する。
【００３０】このような本発明の第２の動力出力装置によれば、前記電動機において、出力トルクが限界値を超えないようにその運転状態が設定され、この設定された電動機の運転状態に基づいてエンジンの運転状態が設定されるため、動力出力装置の駆動軸から出力する動力が、前記電動機の性能によって制限されることがない。エンジンから充分な動力が出力されるならば、前記電動機からの出力トルクがその限界値の範囲内となる運転状態で電動機を運転しつつ、前記駆動軸において所望のトルクおよび回転数を出力することができる。したがって、駆動軸から所望の動力を出力するために必要な電動機の性能を抑えることが可能となり、動力出力装置が備える電動機の大きさをより小さくすることができる。
【００３１】また、本発明のハイブリッド車両は、請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置を備え、前記駆動軸から出力される動力によって走行することを要旨とする。
【００３２】このようなハイブリッド車両によれば、前記電動機の性能によって前記駆動軸から出力される動力が制限されてしまうことがなく、エンジンから充分な動力を出力することによって、所望の走行状態を実現することができる。したがって、車両において所望の走行状態を実現するために搭載すべき電動機の性能を抑えることが可能となり、搭載する電動機の大きさをより小さくすることができる。搭載すべき電動機を小型化することが可能となることにより、車両設計の自由度が向上すると共にコストの低減を図ることができるという効果が得られる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。
（１）装置の構成はじめに、本発明の実施例としての動力出力装置を適用したハイブリッド車両の構成について、図１を用いて説明する。このハイブリッド車両の動力系統は、次の構成から成っている。動力系統に備えられた原動機としてのエンジン１５０は、通常のガソリンエンジンであり、クランクシャフト１５６を回転させる。エンジン１５０の運転は、燃料噴射制御電子制御装置（以下、ＥＦＩＥＣＵと呼ぶ）１７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ１７０は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従い、エンジン１５０の燃料噴射その他の制御を実行する。図示を省略したが、これらの制御を可能とするために、ＥＦＩＥＣＵ１７０には、エンジン１５０の運転状態を示す種々のセンサが接続されている。
【００３４】動力系統には、他にモータＭＧ１，ＭＧ２が備えられている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ１３２，１４２と、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータ１３３，１４３とを備える。ステータ１３３，１４３は、ケース１１９に固定されている。モータＭＧ１，ＭＧ２のステータ１３３，１４３に巻回された三相コイルは、それぞれ、駆動回路１９１，１９２を介してバッテリ１９４に接続されている。駆動回路１９１，１９２は、各相ごとにスイッチング素子としてのトランジスタを２つ１組で備えたトランジスタインバータである。駆動回路１９１，１９２は、制御ユニット１９０に接続されている。制御ユニット１９０からの制御信号によって、駆動回路１９１，１９２のトランジスタがスイッチングされると、バッテリ１９４とモータＭＧ１，ＭＧ２との間に電流が流れる。モータＭＧ１，ＭＧ２は、バッテリ１９４から電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもでき、ロータ１３２，１４２が外力により回転している場合には、三相コイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能して、バッテリ１９４を充電することもできる。
【００３５】エンジン１５０とモータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれプラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ１２０は、サンギヤ１２１，リングギヤ１２２，プラネタリピニオンギヤ１２３を有するプラネタリキャリア１２４から構成されている。本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１５０のクランクシャフト１５６は、ダンパ１３０を介してプラネタリキャリア軸１２７に結合されている。ダンパ１３０は、クランクシャフト１５６に生じる捻り振動を吸収するために設けられている。モータＭＧ１のロータ１３２は、サンギヤ軸１２５に結合されている。モータＭＧ２のロータ１４２は、リングギヤ軸１２６に結合されている。リングギヤ１２２の回転は、チェーンベルト１２９を介して、車軸１１２および車輪１１６Ｒ，１１６Ｌに伝達される。
【００３６】プラネタリギヤ１２０の動作については、図２の共線図を用いて説明した通りである。本実施例のハイブリッド車両は、プラネタリギヤ１２０の作用に基づいて、種々の状態で走行することができる。すなわち、既述したように、モータＭＧ１，ＭＧ２の運転を制御することによって、エンジン１５０から出力された動力を、種々の回転数およびトルクの回転状態に変換して、車軸１１２に出力することができる。
【００３７】本実施例の動力出力装置の運転全体は、制御ユニット１９０により制御されている。制御ユニット１９０は、ＥＦＩＥＣＵ１７０と同様に、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを有するワンチップ・マイクロコンピュータである。制御ユニット１９０は、ＥＦＩＥＣＵ１７０と接続されており、両者は種々の情報を伝達し合うことが可能である。制御ユニット１９０は、エンジン１５０の制御に必要となるトルク指令値や回転数の指令値などの情報をＥＦＩＥＣＵ１７０に送信することにより、エンジン１５０の運転を間接的に制御することができる。制御ユニット１９０は、このようにＥＦＩＥＣＵ１７０と情報のやり取りをすることで、動力出力装置全体の運転を制御する。このような制御を実現するために、制御ユニット１９０には、種々のセンサ、例えば、車軸１１２の回転数を知るためのセンサ１４４や、アクセルペダルの踏み込み状態を検出するアクセルペダルポジションセンサ（図示せず）などが接続されている。ここで、本実施例では、リングギヤ軸１２６と車軸１１２は機械的に結合されているため、車軸１１２の回転数を知るためのセンサ１４４をリングギヤ軸１２６に設け、モータＭＧ２の回転を制御するためのセンサと共通にしている。
【００３８】なお、本実施例のハイブリッド車両は、上記したようにエンジン１５０が出力した動力を、プラネタリギヤ１２０およびモータＭＧ１，ＭＧ２を介して車軸１１２に伝え、車軸１１２において所望の運転状態を実現するという運転モードの他に、異なる運転モードを選択して走行することもできる。例えば、エンジン１５０は停止して、バッテリ１９４から供給される動力を用いて走行することも可能である。このような他の運転モードは、本発明の要部とは直接関わらないため、これ以上の説明は省略する。
【００３９】（２）トルク制御処理次に、本実施例におけるトルク制御処理について説明する。トルク制御処理とは、エンジン１５０およびモータＭＧ１，ＭＧ２を制御して、要求されたトルクおよび回転数からなる動力を、車軸１１２から出力する処理をいう。本実施例におけるトルク制御処理のフローチャートを図６に示す。本ルーチンは、制御ユニット１９０内のＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという）によって、エンジン１５０が駆動される期間内に、タイマ割り込みによって所定時間ごとに繰り返し実行される。
【００４０】トルク制御処理ルーチンが開始されると、ＣＰＵは、アクセル開度および車速Ｎｍを入力する（ステップＳ１００）。ここで、アクセル開度は、既述したアクセルペダルポジションセンサから入力する信号を基に知ることができる。また、車速Ｎｍは、既述したセンサ１４４が検出したリングギヤ軸１２６の回転数から知ることができ、以下の処理では、車速としてリングギヤ軸１２６の回転数を用いている。次に、ＣＰＵは、ステップＳ１００で入力した情報を基に、駆動力（制御対象は車軸１１２からの出力トルクであるが、ここではリングギヤ軸１２６に対して働く目標トルク）Ｔｐ＊を設定する（ステップＳ１１０）。制御ユニット１９０では、予めＲＯＭ内に、アクセル開度および車速と、駆動力Ｔｐ＊との関係がマップとして記憶されており、ＣＰＵは、このマップを参照することにより駆動力Ｔｐ＊を決定する。
【００４１】駆動力Ｔｐ＊を求めると、次にＣＰＵは、エンジン要求動力Ｐｅ＊を算出する（ステップＳ１２０）。このエンジン要求動力Ｐｅ＊は、駆動力Ｔｐ＊と車速Ｎｍの積から算出される走行動力である。このようにエンジン要求動力Ｐｅ＊を算出すると、ＣＰＵは、目標収支の算出を行なう（ステップＳ１３０）。ここで、目標収支とは、車軸１１２から実際に所望の動力を出力するために、エンジンから出力する動力を補正する基準となるものである。
【００４２】エンジン１５０から出力された動力が、プラネタリギヤ１２０やモータＭＧ１，ＭＧ２を介して車軸１１２に伝えられ、所定のトルクおよび回転数にて出力される際には、１００％の効率で動力が伝達されるわけではない。したがって、動力が伝達される間に生じるエネルギのロスを考慮すると、車軸１１２において所望の動力を出力するためには、エンジン１５０は、上記要求動力Ｐｅ＊よりも多くの動力を出力する必要がある。また、バッテリ１９４の残存容量（ＳＯＣ）によっても、エンジン１５０から出力すべき動力が影響を受ける。すなわち、バッテリ１９４の残存容量が所定量以下の場合には、バッテリ１９４を充電するためのエネルギをエンジン１５０が賄う（実際には、ＭＧ１やＭＧ２で余分に回生を行なう）必要があり、また、バッテリ１９４の残存容量が所定量以上の場合には、バッテリ１９４の過充電を防ぐためにバッテリ１９４から電力が取り出す必要があり、このバッテリ１９４から取り出される電力量に応じてエンジン１５０が出力すべき動力は少なくなる。このように、目標収支は、動力が伝達される際に生じるロスや、バッテリ１９４の残存容量を変数とした関数として求めることができ、ステップＳ１２０で算出されたエンジン要求動力Ｐｅ＊に比べて、エンジン１５０は、どれだけ多くの動力を、あるいはどれだけ少ない動力を出力すべきか、という値として算出される。
【００４３】目標収支を算出すると、次にＣＰＵは、モータＭＧ２の回転数がＭＧ２回転数の限界値を超えていないかどうかを判断する（ステップＳ１４０）。モータＭＧ２が動力を出力する際の回転数の限界値は、既述した図４に示したモータＭＧ２の出力特性図から知ることができる。すなわち、図４において、モータＭＧ２の運転状態の限界を示す線と横軸との交点である点ＬＩＭに対応する回転数が、モータＭＧ２が動力を出力する際の回転数の限界値であり、ステップＳ１００で入力したリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｍが、この限界値を超えているかどうかを判断する。
【００４４】モータＭＧ２の回転数が限界値を超えないと判断されたときには、ＣＰＵは、通常の制御に従って、エンジン１５０の目標運転ポイント、すなわち、ステップＳ１２０で算出したエンジン要求動力Ｐｅ＊を出力するための、目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ１５０）。このような制御においては、エンジン１５０の運転ポイントとして、運転効率が最も高くなる運転ポイントがマップから選択される。
【００４５】図７にエンジン１５０の運転ポイントと運転効率の関係を示す。図中の曲線Ｂは、エンジン１５０が運転可能な回転数およびトルクの限界値を示している。図７においてα１％、α２％等で示される曲線は、それぞれエンジン１５０の効率が一定となる等効率線であり、α１％、α２％の順に効率が低くなっていくことを示している。図７に示すとおり、エンジン１５０は比較的限定された運転ポイントで効率が高く、その周囲の運転ポイントでは徐々に効率が低下していく。
【００４６】図７中、Ｃ１－Ｃ１、Ｃ２－Ｃ２、Ｃ３－Ｃ３で示されている曲線は、エンジン１５０から出力される動力が一定の曲線であり、エンジン１５０の運転ポイントは、これらの曲線のうち、要求動力に対応する所定の曲線上で選択される。Ｃ１－Ｃ１、Ｃ２－Ｃ２、Ｃ３－Ｃ３の順に要求動力が低い状態を示している。例えば、エンジン１５０への要求動力Ｐｅ＊が曲線Ｃ１－Ｃ１で表わされる動力に相当する場合、エンジン１５０の運転ポイントは、曲線Ｃ１－Ｃ１上で運転効率が最も高くなるＡ１点に設定される。同様に、Ｃ２－Ｃ２曲線上ではＡ２点に、Ｃ３－Ｃ３曲線上ではＡ３点に運転ポイントを設定する。曲線Ｃ１－Ｃ１、Ｃ２－Ｃ２、Ｃ３－Ｃ３上における、エンジン１５０の回転数と運転効率との関係を図８に示す。なお、図８では、所定の要求動力に対応する曲線として、説明の便宜上、図７中の３本の曲線に対応するものだけを例示しているが、このような曲線は要求出力に応じて無数に引くことができ、エンジン１５０の運転ポイントＡ１等も無数に選択することができるものである。このようにエンジン１５０の運転効率の高い点をつなぐことにより描いた曲線が、図７中の曲線Ａであり、これを動作曲線と呼ぶ。
【００４７】以上の処理によりエンジン１５０の運転ポイントを設定すると、次に、このステップＳ１５０で設定したエンジン１５０の目標回転数の補正を行なう（ステップＳ１７０）。このエンジン回転数の補正の処理は、実際に車軸１１２から所望の動力が出力されるよう、エンジン１５０の目標回転数を補正することによって、エンジン１５０から出力する動力を補正するものである。ここでは、ステップＳ１３０で算出した目標収支と、モータＭＧ１およびＭＧ２からの出力状態とに基づいて、目標回転数Ｎｅ＊の補正を行なう。現在モータＭＧ１およびＭＧ２で出力されている動力をそれぞれＰｇ，Ｐｍとすると、現在の運転状態において、エンジン１５０から出力される動力と車軸１１２から出力される動力との間の収支は、ＰｇとＰｍとの和であらわされる。そこで、目標回転数Ｎｅ＊の補正量は、以下の式、目標収支－（Ｐｇ＋Ｐｍ）
で表わされる収支の偏差に基づいて、比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）を行なうことにより求めることができる。ステップＳ１７０では、ステップＳ１５０で求めたエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊に、この補正量を加えたものを、新たに、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊とする。
【００４８】ここで、ＰｇおよびＰｍの値は、上記したようにモータＭＧ１およびモータＭＧ２から現在出力されている動力であるべきであるが、動力や出力トルクを実測することは困難であるため、ここでは、モータＭＧ１およびモータＭＧ２に対して現在出されているトルク指令値（すなわち、前回トルク制御処理ルーチンを実行したときに設定したトルク指令値）と、モータＭＧ１およびＭＧ２の回転数を検出するセンサの実測値とに基づいて、ＰｇおよびＰｍを求めている。本実施例のハイブリッド車両においては、通常は、既述したエネルギのロスやバッテリ１９４の残存容量を考慮しなければ、ＰｇとＰｍとの和が値０となるように制御される。しかしながら実際には、目標収支を考慮しつつ制御が行なわれ、また、モータＭＧ１およびＭＧ２の動作では、制御指令に対して遅れが生じるため、上記したように実測した回転数に基づいてＰｇとＰｍとの和を求め、これと既述した目標収支との差に基づいて、目標回転数Ｎｅ＊の補正量を求める。なお、ＰＩＤ制御は周知の制御方法であるため詳しい説明は省略する。
【００４９】ステップＳ１７０においてエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊を補正すると、次に、モータＭＧ１の運転ポイント、すなわちＭＧ１の目標回転数Ｎｇ＊および目標トルクＴｇ＊を設定する（ステップＳ１８０）。エンジン１５０の目標回転数、すなわちプラネタリキャリア軸１２７の目標回転数Ｎｅ＊が設定されており、車軸１１２の目標回転数、すなわちリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｍが入力されているため、図２に示したような共線図によって、サンギヤ軸１２５の目標回転数、すなわちモータＭＧ１の目標回転数Ｎｇ＊を設定することができる。もとより、ステップＳ１８０では、共線図から導かれる所定の比例計算式によって、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｇ＊を設定する。モータＭＧ１の目標回転数Ｎｇ＊を求める式を以下に（５）式として示す。また、モータＭＧ１の目標トルクＴｇ＊は、図２に示したような共線図の性質によれば、既述した（３）式に基づいて求めることができるが、実際にはＰＩＤ制御によって設定される。
【００５０】
Ｎｇ＊＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｅ＊－１／ρ×Ｎｍ …（５）
【００５１】モータＭＧ１の運転ポイントが設定されると、次にＣＰＵは、モータＭＧ２の運転ポイントを設定する（ステップＳ１９０）。モータＭＧ２の目標回転数としては、ステップＳ１００で入力したリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｍが与えられるため、ここでは、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊が設定される。モータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊は、既述した共線図に基づく性質により、駆動力Ｔｐ＊およびエンジン目標トルクＴｅ＊を既述した（４）式に代入することにより求められるが、実際にはＰＩＤ制御によって設定される。
【００５２】こうして設定された運転ポイントに従って、ＣＰＵは、モータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン１５０の運転に関する制御処理を行ない（ステップＳ２００）、本ルーチンを終了する。モータＭＧ１，ＭＧ２の制御は、設定された目標回転数と目標トルクとに応じて各モータの三相コイルに印加する電圧が設定され、現時点での印加電圧との偏差に応じて、駆動回路１９１，１９２のトランジスタのスイッチングを行なうのである。同期モータを制御する方法については周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５３】エンジン１５０についても、設定された運転ポイントで運転するための制御処理は周知であるため、ここでは説明を省略する。ただし、実際にエンジン１５０の制御を行なうのはＥＦＩＥＣＵ１７０である。したがって、トルク制御処理ルーチンでのステップＳ２００における処理では、制御ユニット１９０からＥＦＩＥＣＵ１７０に対して、エンジン１５０の運転ポイントなどの必要な情報を送信する処理が行なわれる。このように情報を送信することによって、制御ユニット１９０のＣＰＵは、間接的にエンジン１５０の運転を制御する。
【００５４】ステップＳ１４０において、モータＭＧ２の回転数が限界値を超えていると判断したときには、ＣＰＵは、既述した通常の制御とは異なる制御によって、エンジン１５０の目標目標運転ポイント、すなわち、目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ１６０）。ここでは、ステップＳ１１０，Ｓ１２０で算出した駆動力Ｔｐ＊とエンジン要求動力Ｐｅ＊とに基づいて、エンジン１５０の運転ポイントを設定する。
【００５５】モータＭＧ２の回転数が限界値を超えている状態は、例えば図４で点βとして示される運転状態に対応する。モータＭＧ２の回転数（現在ＭＧ２に対して出されているトルク指令値と、ステップＳ１００で入力したリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｍとに基づく運転状態）が、図４における点βに対応する場合のように、モータＭＧ２が動力を出力する際の限界値を超えているときには、エンジン１５０の運転ポイントは、効率が最も高くなるポイントとする代わりに、ＭＧ２の目標トルクＴｍ＊が値０となるように設定される。既述した（４）式においてＴｍに値０を代入すると、以下の（６）式が成立する。
【００５６】
Ｔｅ＝（１＋ρ）×Ｔｐ …（６）
【００５７】ここで、Ｔｐすなわち駆動力Ｔｐ＊はステップＳ１１０において求められているため、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊は、上記（６）式において、ステップＳ１１０で求めたＴｐ＊の値を式中のＴｐに代入することによって求められる。
【００５８】このようにエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊を求めると、この値を基にしてエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊を求める。図７には、エンジン１５０の運転ポイントと運転効率の関係を示したが、既述したように、エンジン１５０は、要求動力が決定されたときに、この要求動力に対応する曲線上（Ｃ１－Ｃ１、Ｃ２－Ｃ２、Ｃ３－Ｃ３で示したように出力される動力が一定となる所定の曲線上）で、種々の運転ポイントをとることができる。従ってこの場合には、ステップＳ１２０で算出した要求動力Ｐｅ＊に対応するこのような曲線上で、上記（６）式に基づいて求められた目標トルクＴｅ＊に対応する運転ポイントを選択し、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊を設定する。
【００５９】図９に、エンジン１５０から出力される動力が、ステップＳ１２０で算出した要求動力Ｐｅ＊となる運転ポイントをつないだ曲線を、曲線Ｐｅ＊として示す。ステップＳ１６０では、この曲線Ｐｅ＊上で、エンジントルクが、上記（６）式に基づいて算出したＴｅ＊となる運転ポイントＤ１を選択し、この運転ポイントに対応する目標回転数Ｎｅ＊を求める。なお、図９には、エンジンの運転効率が最も高い点をつないだ動作曲線Ａ（図７における曲線Ａと同じ）も併せて示したが、既述したステップＳ１５０では、曲線Ｐｅ＊と動作曲線Ａとの交点Ｄ２にあたる動作ポイントを、エンジン１５０の運転ポイントとしている。
【００６０】エンジン１５０の運転ポイントを設定した後は、既述したステップＳ１７０からステップＳ２００と同様の処理を行なう。ステップＳ１７０では、ステップＳ１３０で算出しておいた目標収支に基づいて、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊の補正を行ない、これによってエンジン要求動力Ｐｅ＊を補正する。このような処理を図９上で表わすと、目標トルクＴｅ＊は変えることなく目標回転数Ｎｅ＊をＮｅ＊２に補正することによって、運転ポイントＤ３を、エンジン１５０の運転ポイントとして設定する。ここで、運転ポイントＤ３は、エンジン１５０からの出力動力がＰｅ＊２である曲線上の点であるため、このような処理によって、エンジン１５０からの出力動力はＰｅ＊２に補正される。
【００６１】ステップＳ１８０では、ＭＧ１の運転状態が設定される。プラネタリキャリア軸１２７の目標回転数Ｎｅ＊が、エンジン１５０の補正された目標回転数Ｎｅ＊２として設定されており、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｍも入力されているため、共線図に基づいて、実際には以下に示した（５）式に基づいて、サンギヤ軸１２５の目標回転数、すなわちモータＭＧ１の目標回転数Ｎｇ＊が設定される。また、モータＭＧ１の目標トルクＴｇ＊は、共線図の性質に基づけば、既述した（３）式および（６）式によって以下に示す（７）式で表わすことができる、実際には既述したＰＩＤ制御によって設定される。
【００６２】
Ｔｇ＊＝－ρ×Ｔｐ＊ …（７）
【００６３】ステップＳ１９０は、モータＭＧ２の運転状態を設定するためのステップであるが、モータＭＧ２の目標回転数は、ステップＳ１００で入力した車速Ｎｍであり、また、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊が値０となるようにステップＳ１６０以下の処理がなされているため、実際にはここで新たにモータＭＧ２の運転状態が決定されることはない。なお、ステップＳ１７０において、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊を変えることなく、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊を補正することによってエンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊を補正しているため、このようなエンジン１５０の要求動力の補正を行なっても、ＭＧ２の目標トルクは値０のままである（既述した（３）式参照）。こうして設定された運転ポイントに従って、ＣＰＵは、モータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン１５０の運転に関する制御処理を行ない（ステップＳ２００）、本ルーチンを終了する。
【００６４】上記したようなステップＳ１６０以下の処理を行なった場合の共線図を、図１０に実線で示す。ステップＳ１６０以下の処理を行なう場合には、ステップＳ１１０で求められた駆動力Ｔｐ＊に基づいてエンジンの要求動力Ｐｅ＊が算出され、これに基づいてエンジン１５０の運転ポイントが設定されるが、このとき、モータＭＧ２の目標トルクが値０となるようにエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊が求められる。また、これらの結果に対応してモータＭＧ１の運転状態が設定される。
【００６５】なお、車両が同様に高速で走行している状態の時に、ステップＳ１５０以下の処理を行なう場合には、既述した図５に示した共線図の状態となる。ステップＳ１５０以下の処理を行なう場合には、駆動力Ｔｐ＊に基づいてエンジンの要求動力Ｐｅ＊が算出され、これに基づいてエンジン１５０の運転ポイントが設定されるが、このとき、エンジン１５０の効率が最も高くなるように、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊（図中Ｔｅ）が求められる。また、これらの結果とリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｍに応じて、モータＭＧ１，ＭＧ２の目標トルクＴｇ＊、Ｔｍ＊およびモータＭＧ１の目標回転数Ｎｇ＊が求められる。
【００６６】ここで、図１０では、ステップＳ１６０以下の処理を行なった場合の共線図に加えて、リングギア軸１２６の回転数Ｎｍおよび駆動力Ｔｐ＊がこの場合と同じであって、ステップＳ１５０以下の処理を行なう場合に設定される状態に対応する共線図を、さらに点線で示している。図１０に示したステップＳ１６０以下の処理を行なった場合に対応する共線図の運転状態では、ステップＳ１５０以下の処理を行なう場合に比べて、出力動力が等しい曲線上で、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊をより大きくし、またこれに伴ってエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊をより小さくすることで（図９参照）、Ｔｅ＊を分割したＴｅｐと駆動力Ｔｐ＊を釣り合わせてモータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊を値０としている。このような運転を行なうと、モータＭＧ２の出力軸はトルクを出力することなく回転数Ｎｍで回転し、リングギヤ軸１２６は、回転数Ｎｍで回転しつつ、駆動力Ｔｐ＊と釣り合うエンジン直達トルク（エンジン１５０が出力するトルクによってリングギヤ軸１２６に発生するトルク）Ｔｅｐを出力する。
【００６７】なお、モータＭＧ２の出力トルクが略０であれば、モータＭＧ２から出力される動力Ｐｍも略０となる。したがって、既述した目標収支を考慮せず、モータＭＧ１から出力される動力ＰｇとモータＭＧ２から出力される動力Ｐｍとが釣り合い、両者の和が値０となる状態においては、モータＭＧ２の出力トルクが略０であればモータＭＧ１から出力される動力Ｐｇも略０となる。このような状態を示す図１０では、モータＭＧ１の目標トルクＴｇ＊は、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊を剛体に作用する分配法則に基づいて分配したトルクＴｅｓに釣り合う力として表わされ、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｇ＊は略０として表わされる。なお、図６に示した処理を実行し、目標収支を考慮した制御を実際に行なう場合には、モータＭＧ１は、バッテリ１９４の残存容量に応じて回生あるいは力行を行なうため、サンギヤ軸１２５は所定の回転数で回転する。
【００６８】ここで、本実施例の動力出力装置では、ステップＳ１９０で設定されたモータＭＧ２の運転状態が限界値を超える場合には、ステップＳ２００でモータＭＧ２の運転制御を行なう際に、モータＭＧ２の出力トルクを強制的に略０とし、限界を超える運転状態はとらない。このような場合に、図６に示したトルク制御処理ルーチンを次回実行する際には、ステップＳ１４０では、前回実行したトルク制御処理ルーチンのステップＳ１９０で設定したモータＭＧ２の運転状態（モータＭＧ２の運転状態の限界値を超える運転状態）を呼び出し、限界値を超えたものと判断して、既述したステップＳ１６０以下の処理を行なう。したがって、ステップＳ１５０以下の処理を行なうとモータＭＧ２の運転状態が限界値を超えてしまう場合にも、モータＭＧ２をその限界値を超える状態で運転することなく、モータＭＧ１とＭＧ２の出力のバランスを取りつつ、直ちに所望の走行状態を実現する。
【００６９】また、上記した実施例では、ステップＳ１３０において目標収支を算出し、この結果に基づいてステップＳ１７０においてエンジン１５０の目標回転数の補正を行なって、これによってエンジン１５０における要求動力Ｐｅ＊を補正することとしたが、ステップＳ１３０で算出した目標収支に基づいて、まずエンジン１５０における要求動力Ｐｅ＊を補正し、これに基づいて、ステップＳ１５０、およびステップＳ１６０でエンジン１５０の運転ポイントを設定することとしても良い。
【００７０】このような構成を、図９に基づいて説明する。このような場合には、まず、ステップＳ１３０において算出した目標収支を基にして、エンジン１５０から出力すべき要求動力Ｐｅ＊を補正する。このような動作は、図９において、エンジン１５０の運転ポイントを、曲線Ｐｅ＊上ではなく曲線Ｐｅ＊２上で設定することとする動作に対応する。ここで、ステップＳ１４０においてモータＭＧ２の運転状態が限界値を超えたと判断され、ステップＳ１６０以下の処理を行なう場合には、この曲線Ｐｅ＊２上で、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊が既述した（６）式に対応する値となる運転ポイント（モータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊が値０となるような運転ポイント）、すなわち図９における運転ポイントＤ３を選択し、エンジン１５０の運転状態を設定する。なお、ステップＳ１４０においてモータＭＧ２の運転状態が限界値を超えないと判断され、ステップＳ１５０以下の処理を行なう場合には、曲線Ｐｅ＊２と動作曲線Ａとの交点である運転ポイントＤ４を選択し、エンジン１５０の運転状態を設定すればよい。
【００７１】以上のように構成された本実施例の動力出力装置を備えた車両では、モータＭＧ２の回転数が限界値を超えている場合には、出力トルクＴｍ＊が実質的に０となるようにモータＭＧ２の運転状態を設定し、このように設定されたモータＭＧ２の運転状態と要求動力とに基づいて、エンジン１５０およびモータＭＧ１の運転状態を設定する。したがって、エンジン１５０から充分な動力を出力することによって、モータＭＧ２が出力可能な運転状態における回転数の限界値を超える回転数でリングギヤ軸１２６を回転させつつ、エンジン直達トルクによってリングギヤ軸１２６から所望のトルクを出力することができ、モータＭＧ２の性能によって車速が制限されてしまうことがない。このように、モータＭＧ２の性能によって車速が制限されることがないため、車両において所定の車速を保証するために車両に搭載すべきモータＭＧ２をより小型化することができる。モータＭＧ２をより小型化することができることで、車両の軽量化、車両の設計の自由度の向上、あるいは車両の製造コストの低減等の効果を得ることができる。
【００７２】なお、上記した説明では、ステップＳ１４０においてモータＭＧ２の回転数が限界値を超えると判断される際（図４における点βに対応する運転状態）に行なわれる制御について述べたが、図４における点γ１に対応する運転状態の場合にも、同様の処理を行なうことができる。すなわち、モータＭＧ２の回転数は限界値を超えていない場合であって、モータＭＧ２に対して設定される目標トルクが、図４に示したモータＭＧ２の限界値を超える場合にも、同様の処理を行なうことができる。点γ１に対応する運転状態のように、モータＭＧ２が出力可能な運転状態における回転数の限界値（点ＬＩＭに対応する回転数）を超えていない場合には、モータＭＧ２の回転数Ｎｍは車速から求めた値とすると共に、目標トルクＴｍ＊は、モータＭＧ２の運転状態の限界値の範囲内となるより小さい値を選択して、運転ポイントを定めればよい。図４に則せば、点γ１に代えて点γ２に対応する運転ポイントを選択する。このように設定されたモータＭＧ２の運転ポイントとエンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊とに基づいて、エンジン１５０の運転ポイントを設定することができ、これによってさらにモータＭＧ１の運転ポイントを設定することができる。
【００７３】このように、図４に示した点γ１に対応する運転状態の時に上記した処理を行なう場合には、図６に示したトルク制御処理ルーチンのステップＳ１４０においてモータＭＧ２の回転数が限界値を超えていないと判断されたときに、一旦ステップＳ１５０からステップＳ１９０の処理を行なって、通常制御を行なうときのモータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊を設定する。この一旦設定したモータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊および回転数Ｎｍで表わされる運転状態が、図４に示したモータＭＧ２の運転状態の限界値を超えているか（例えば点γ１に対応する運転状態であるか）、すなわち目標トルクが限界値を超えているかを判断し、限界値を超えていると判断されたときには、ステップＳ１６０以下の処理に代えて、上記した処理を行なえばよい。このような処理では、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊として、モータＭＧ２の運転状態の限界値の範囲内となるより小さい値が選択されるようにモータＭＧ２の運転状態（例えば点γ２に対応する運転状態）を改めて設定し、モータＭＧ２の出力トルクが上記Ｔｍ＊となることと要求動力Ｐｅ＊とに基づいて、エンジン１５０の運転状態を改めて設定する。もとより、エンジン１５０の目標回転数を補正することによりエンジン１５０から出力される動力を補正すれば、モータＭＧ２において所望のトルクを出力させることができる。
【００７４】また、上記した説明では、モータＭＧ２の運転状態が限界値を超える場合の制御について説明したが、モータＭＧ１についても同様の制御を行なうことができる。既述したように、モータＭＧ１の出力トルクＴｇ＊は、エンジン出力トルクＴｅ＊によって決定されるが、このような値がモータＭＧ１の限界を超える場合も考えられる。モータＭＧ１の出力トルクが限界を超えるときに、単にモータＭＧ１の出力トルクを小さく設定するだけでは、エンジン１５０から出力される動力に余裕があっても、充分な駆動力Ｔｐが得られないことになってしまう。このような場合には、モータＭＧ１の運転状態が限界を超えないようにその出力トルクＴｇ＊を決定し、これに基づいてエンジン出力トルクＴｅ＊を設定すると共に、リングギヤ軸１２６において駆動力Ｔｐ＊が働くように、モータＭＧ２の出力トルクＴｍ＊を設定する（（３）式および（４）式参照）。エンジン回転数Ｎｅ＊は、エンジン要求動力Ｐｅ＊およびエンジン出力トルクＴｅ＊に基づいて設定することができ、最終的にモータＭＧ１の回転数が設定される。このような制御を行なうことによって、モータＭＧ１の性能の限界値に関わらず、エンジン１５０から充分な動力を出力することによって、所望のトルクおよび回転数からなる動力をリングギヤ軸１２６から出力することができる。
【００７５】（３）他の実施例以上の実施例では、プラネタリギヤ１２０を用いた構成のハイブリッド車両を例示した。本発明は、このような構成ばかりでなく、他の構成のハイブリッド車両にも適用可能である。もとより、プラネタリギヤ１２０とエンジン１５０、モータＭＧ１，モータＭＧ２とは、種々の態様で結合させた構成を採ることが可能である。また、プラネタリギヤ１２０と同様の作用、すなわち、３つの回転軸を有し、一の回転軸から入力された動力を残余の２つの回転軸に任意に分配して出力可能な作用を奏するその他の機構を採用することもできる。
【００７６】さらに、以下に示すとおり、プラネタリギヤ１２０とモータＭＧ１の作用を一つの機構で実現する構成も可能であり、このような構成を第２実施例として説明する。図１１は、第２実施例のハイブリッド車両の構成を示す説明図である。第２実施例のハイブリッド車両では、プラネタリギヤ１２０およびモータＭＧ１に代えて、クラッチモータＣＭを用いる点で、既述した実施例と相違する。なお、図１１では、図１に示したハイブリッド車両に対応する部材には同じ部材番号を付し、既述した実施例と共通する構成に関わる説明は省略する。
【００７７】クラッチモータＣＭとは、同軸周りに相対的に回転可能な２つのロータ、すなわち、インナロータ２３２とアウタロータ２３３とを有する対ロータ電動機である。本実施例では、インナロータ２３２にはモータＭＧ２のロータと同様、永久磁石が貼付されており、アウタロータ２３３にはコイルが巻回されたモータを適用した。インナロータ２３２にはエンジン１５０のクランクシャフト１５６が結合されており、アウタロータ２３３にはモータＭＧ２のロータが結合されている。アウタロータ２３３は、また、駆動軸１１３にも機械的に結合される。
【００７８】クラッチモータＣＭでは、コイルへの通電を駆動回路１９１で制御することにより、インナロータ２３２とアウタロータ２３３との磁気的な結合を制御することができる。駆動回路１９１は、第１実施例と同様に、トランジスタインバータで構成されている。このような磁気的な結合により、エンジン１５０から出力された動力を、駆動軸１１３に伝達することができる。また、所定の滑りをもった状態でインナロータ２３２とアウタロータ２３３とを回転させることにより、滑り量に応じた電力を回生することができる。当然、バッテリ１９４から電力の供給を受けて、トルクを出力することも可能である。つまり、クラッチモータＣＭは、単体でプラネタリギヤ１２０とモータＭＧ１の組み合わせと同等の作用を奏することができる。
【００７９】このようなハイブリッド車両においても、既述した実施例と同様の制御を行なうことができる。第２実施例のハイブリッド車両において、図６に示したトルク制御処理ルーチンと同様の処理を行なう動作を、以下に説明する。なお、ここでは、説明の簡単のため、図６に示した目標収支に基づく補正の処理は省略している。
【００８０】まず、図６のステップＳ１００と同様に、アクセル開度および車速（駆動軸１１３の回転数）Ｎｍを入力し、これに基づいて駆動力Ｔｐ＊を求める（ステップＳ１１０に対応）。駆動力Ｔｐ＊を求めると、次にＣＰＵは、駆動力Ｔｐ＊と車速Ｎｍの積から算出される走行動力として、エンジン要求動力Ｐｅ＊を算出する（ステップＳ１２０に対応）。その後、ステップＳ１４０と同様に、モータＭＧ２の運転状態（現在モータＭＧ２に対して出されているトルク指令値と、先に入力した駆動軸１１３の回転数Ｎｍとに基づく運転状態）が限界値を超えているかどうかを判断する（ステップＳ１４０に対応）。
【００８１】ここで図４に示した点βに対応する運転状態のように、モータＭＧ２の回転数が限界値を超えている場合には、既述した実施例と同様に、モータＭＧ２の運転状態は、目標トルクＴｍ＊が略０、目標回転数は上記Ｎｍと設定される。また、モータＭＧ２の運転状態が図４に示した点γ１に対応する運転状態の様な場合には、モータＭＧ２の運転状態は、目標回転数は上記Ｎｍであって、目標トルクＴｍ＊はモータＭＧ２の性能の限界値を超えない運転状態（図４の点γ２に対応）に設定される。
【００８２】図１１に示した構成のハイブリッド車両では、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊と駆動力Ｔｐ＊が決定されると、両者の差からクラッチモータＣＭの目標トルクＴｃ＊を設定することができる。モータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊が略０であれば、駆動力Ｔｐ＊とクラッチモータＣＭの目標トルクＴｃ＊とは等しくなる。
【００８３】また、第２実施例のハイブリッド車両では、クラッチモータＣＭの出力トルクとエンジン１５０の出力トルクとは等しくなるため、クラッチモータＣＭの目標トルクＴｃ＊が設定されれば、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊も決定される。ここで、図６のステップＳ１２０に対応する工程においてエンジン１５０の要求動力Ｐｅ＊が算出されているため、この要求動力Ｐｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに基づいて、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊も決定される。
【００８４】また、図６のステップＳ１４０に対応する工程で、モータＭＧ２の運転状態が限界値を超えていないと判断された場合には、既述した実施例と同様に、ステップＳ１２０に対応する工程で算出したエンジン要求動力Ｐｅ＊を出力するように、エンジン１５０の効率が最も高くなるよう運転ポイントを、エンジン１５０に対して設定する。このようにエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊を決定すると、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と同じ値がクラッチモータＣＭの目標トルクＴｃ＊として設定される。また、駆動力Ｔｐ＊とクラッチモータＣＭの目標トルクＴｃ＊との差より、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊が設定される。なお、実際には、このような制御を行なう際には、図６と同様に目標収支による補正を行ない、目標収支に基づいてエンジン１５０の運転状態およびクラッチモータＣＭの運転状態を補正する。
【００８５】以上、図１１に示した構成のハイブリッド車両において、モータＭＧ２の運転状態が限界を超える場合について説明したが、クラッチモータＣＭの出力トルクが限界値をこえる場合には、クラッチモータＣＭの性能に応じてエンジン１５０の運転状態を設定することによって、駆動軸１１３から所望のトルクを出力することが可能となる。クラッチモータＣＭの出力トルクが限界値を超える場合には、限界を超えないようにその目標トルクＴｃ＊を設定する。クラッチモータＣＭの目標トルクＴｃ＊は、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と等しくなるため、このエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊とエンジン要求動力Ｐｅ＊とからエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊を設定することができる。また、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ＊は、駆動力Ｔｐ＊と、クラッチモータＣＭの目標トルクＴｃ＊との差として設定することができる。
【００８６】このように、第２実施例のハイブリッド車両においても、エンジン１５０から充分な動力を出力し、モータＭＧ２やクラッチモータＣＭの運転状態の限界値に応じてエンジン１５０の運転状態を設定することによって、モータＭＧ２やクラッチモータＣＭを大型化することなく、駆動軸１１３において所望の回転数およびトルクを出力し、車両の性能を充分に確保することが可能となる。
【００８７】以上本発明の実施例について説明したが、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様態で実施し得ることは勿論である。

【出願人】	【識別番号】０００００３２０７【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】	平成１１年５月１８日（１９９９．５．１８）
【代理人】	【識別番号】１０００９６８１７【弁理士】【氏名又は名称】五十嵐孝雄（外３名）
【公開番号】	特開２０００－３３３３０４（Ｐ２０００－３３３３０４Ａ）
【公開日】	平成１２年１１月３０日（２０００．１１．３０）
【出願番号】	特願平１１－１３６５４９