JP4165492B2 - 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する。

従来、この種の動力出力装置としては、自動車に搭載され、遊星歯車機構のサンギヤ，キャリア，リングギヤにそれぞれ発電機の回転軸，エンジンの出力軸，駆動軸を接続すると共に変速機を介して駆動軸に電動機の回転軸を接続し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、変速機の変速段を車速に応じて変更することにより電動機の動力を車速に応じた動力に変換して駆動軸に出力している。
特開２０００−２２５５７８号公報

上述の動力出力装置では、車速に応じて変速機の変速段を変更しているが、変速機の変速段を変更している最中に電動機が上限回転数を超える回転数で駆動される場合の対処については考慮されていない。例えば、坂道を降っているときに変速機をアップシフトする場合、何らかの原因によりアップシフトの完了までに長時間を要すると、車速の上昇と共に電動機の回転数も上昇し、電動機が上限回転数を超える回転数で駆動される場合がある。したがって、こうした場合が生じないよう適切に対処することが望ましい。このとき、電動機の駆動制限を行なうことを考えることもできるが、エンジンの運転や発電機の駆動は制限されないから、発電機による過剰な発電により蓄電装置に過充電が生じる場合がある。

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、変速機の変速中においてより適切に電動機が上限回転数を超える回転数で駆動されるのを抑制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、バッテリなどの蓄電装置に過充電が生じるのを抑制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、
自動車に搭載され、車軸に接続された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、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、
動力を入出力可能な電動機と、
変更可能な変速比をもって前記電動機と前記駆動軸との動力の伝達を行なう変速伝達手段と、
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する蓄電手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記電動機の回転数を検出する電動機回転数検出手段と、
前記変速伝達手段の変速比が変更されている最中は、前記検出された車速と前記変速伝達手段の変速比とに基づいて前記電動機の回転数を推定し、該推定した電動機の回転数と前記検出された電動機の回転数とのうち小さい方の回転数に基づいて上限駆動力を設定し、該設定した上限駆動力をもって操作者の操作に基づいて得られる駆動力を制限した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電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する変速時制御手段と、
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、車速を検出し、電動機の回転数を検出し、変速伝達手段の変速比が変更されている最中は、検出された車速と変速伝達手段の変速比とに基づいて電動機の回転数を推定し、推定した電動機の回転数と検出された電動機の回転数とのうち小さい方の回転数に基づいて上限駆動力を設定し、設定した上限駆動力をもって操作者の操作に基づいて得られる駆動力を制限した駆動力が前記駆動軸に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制御する。したがって、変速伝達手段の変速比を変更している最中において、車速と電動機の回転数の一方だけで操作者の操作に基づいて得られる駆動力を制限するものに比して駆動力の制限をより適切に行なうことができ、より適切に電動機が上限回転数を超える回転数で駆動されるのを抑制することができる。また、駆動軸に対する駆動制限を行なうから電動機の駆動制限のみを行なうものに比して蓄電装置に過充電が生じるのを抑制することができる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記変速時制御手段は、操作者の操作に基づいて得られる駆動力に対して前記小さい方の回転数が高いほど小さくなる傾向に前記上限駆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、スムーズな駆動制限により電動機が上限回転数を超える回転数で駆動されるのを抑制することができる。

また、本発明の動力出力装置において、前記変速時制御手段は、前記変速伝達手段の変速比が変更されている最中に前記推定した電動機の回転数と前記検出された電動機の回転数との偏差が所定値以上のときには、前記検出された電動機の回転数における定格最大値よりも小さい駆動力をもって該電動機から出力される駆動力を制限する手段であるものとすることもできる。こうすれば、駆動軸に対する駆動制限だけでは対処できないときでも電動機が上限回転数を超える回転数で駆動されるのを抑制することができる。

さらに、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電動機の回転軸と第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に基づく動力を残余の１軸に入出力させる３軸式の動力入出力手段と、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、電磁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前記駆動軸に出力可能な対回転子電動機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、自動車に搭載され、車軸に接続された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、動力を入出力可能な電動機と、変更可能な変速比をもって前記電動機と前記駆動軸との動力の伝達を行なう変速伝達手段と、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する蓄電手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記電動機の回転数を検出する電動機回転数検出手段と、前記変速伝達手段の変速比が変更されている最中は前記検出された車速と前記変速伝達手段の変速比とに基づいて前記電動機の回転数を推定し該推定した電動機の回転数と前記検出された電動機の回転数とのうち小さい方の回転数に基づいて上限駆動力を設定し該設定した上限駆動力をもって操作者の操作に基づいて得られる駆動力を制限した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電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する変速時制御手段と、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と同様の効果、例えば、変速機の変速比を変更している最中により適切に電動機が上限回転数を超える回転数で駆動されるのを抑制することができる効果や蓄電装置に過充電が生じるのを抑制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、
駆動軸に車軸が接続された自動車に搭載され、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、動力を入出力可能な電動機と、変更可能な変速比をもって前記電動機と前記駆動軸との動力の伝達を行なう変速伝達手段と、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する蓄電手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）車速を検出し、
（ｂ）前記電動機の回転数を検出し、
（ｃ）前記変速伝達手段の変速比が変更されている最中は、前記検出された車速と前記変速伝達手段の変速比とに基づいて前記電動機の回転数を推定し、該推定した電動機の回転数と前記検出された電動機の回転数とのうち小さい方の回転数に基づいて上限駆動力を設定し、該設定した上限駆動力をもって操作者の操作に基づいて得られる駆動力を制限した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電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
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、車速を検出し、電動機の回転数を検出し、変速伝達手段の変速比が変更されている最中は、検出された車速と変速伝達手段の変速比とに基づいて電動機の回転数を推定し、推定した電動機の回転数と検出された電動機の回転数とのうち小さい方の回転数に基づいて上限駆動力を設定し、設定した上限駆動力をもって操作者の操作に基づいて得られる駆動力を制限した駆動力が前記駆動軸に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制御する。したがって、変速伝達手段の変速比を変更している最中において、車速と電動機の回転数の一方だけで操作者の操作に基づいて得られる駆動力を制限するものに比して駆動力の制限をより適切に行なうことができ、より適切に電動機が上限回転数を超える回転数で駆動されるのを抑制することができる。また、駆動軸に対する駆動制限を行なうから電動機の駆動制限のみを行なうものに比して蓄電装置に過充電が生じるのを抑制することができる。

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、変速機６０を介して動力分配統合機構３０に接続されたモータＭＧ２と、車両の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には変速機６０を介してモータＭＧ２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からの動力とを統合してリングギヤ３２に出力する。リングギヤ３２は、ギヤ機構３７，デファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続されている。したがって、リングギヤ３２に出力された動力は、ギヤ機構３７，デファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに出力されることになる。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、共に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の一方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とモータＭＧ２と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、共に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、回転位置検出センサ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンによりモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。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。

変速機６０は、モータＭＧ２の回転軸４８とリングギヤ軸３２ａとの接続および接続の解除を行なうと共に両軸の接続をモータＭＧ２の回転軸４８の回転数を２段に減速してリングギヤ軸３２ａに伝達可能に構成されている。変速機６０の構成の一例を図２に示す。この図２に示す変速機６０は、ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂと二つのブレーキＢ１，Ｂ２とにより構成されている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａは、外歯歯車のサンギヤ６１と、このサンギヤ６１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６２と、サンギヤ６１に噛合する複数の第１ピニオンギヤ６３ａと、この第１ピニオンギヤ６３ａに噛合すると共にリングギヤ６２に噛合する複数の第２ピニオンギヤ６３ｂと、複数の第１ピニオンギヤ６３ａおよび複数の第２ピニオンギヤ６３ｂを連結して自転かつ公転自在に保持するキャリア６４とを備えており、サンギヤ６１はブレーキＢ１のオンオフによりその回転を自由にまたは停止できるようになっている。シングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂは、外歯歯車のサンギヤ６５と、このサンギヤ６５と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６６と、サンギヤ６５に噛合すると共にリングギヤ６６に噛合する複数のピニオンギヤ６７と、複数のピニオンギヤ６７を自転かつ公転自在に保持するキャリア６８とを備えており、サンギヤ６５はモータＭＧ２の回転軸４８に、キャリア６８はリングギヤ軸３２ａにそれぞれ連結されていると共にリングギヤ６６はブレーキＢ２のオンオフによりその回転が自由にまたは停止できるようになっている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂとは、リングギヤ６２とリングギヤ６６、キャリア６４とキャリア６８とによりそれぞれ連結されている。変速機６０は、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオフとすることによりモータＭＧ２の回転軸４８をリングギヤ軸３２ａから切り離すことができ、ブレーキＢ１をオフとすると共にブレーキＢ２をオンとしてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的大きな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達し（以下、この状態をＬｏギヤの状態という）、ブレーキＢ１をオンとすると共にブレーキＢ２をオフ状態としてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的小さな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達する（以下、この状態をＨｉギヤの状態という）。なお、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオンとする状態は回転軸４８やリングギヤ軸３２ａの回転を禁止するものとなる。

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に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度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いる。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、変速機６０のブレーキＢ１，Ｂ２の図示しないアクチュエータへの駆動信号などが出力されている。なお、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、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、変速機６０のギヤの状態を変更する際の動作について説明する。図３は、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。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，モータＭＧ１，ＭＧ２の各回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の残容量ＳＯＣ，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ，変速機６０のギヤ比Ｇｒ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、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータ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。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。出力制限Ｗｏｕｔは、図示しない出力制限設定処理ルーチンにより残容量ＳＯＣが小さいほど小さくなる傾向で電池温度が適正温度から外れるほど小さくなる傾向で設定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。変速機６０のギヤ比Ｇｒは、ギヤの状態の変更が要求されてその変更が完了したときに設定されるフラグに基づいて入力するものとした。したがって、変速機６０のギヤの状態を変更している最中には、変更前のギヤの状態をギヤ比Ｇｒとして入力、即ち、ＬｏギヤからＨｉギヤに変更している最中にはＬｏギヤのギヤ比Ｇｌｏをギヤ比Ｇｒとして入力し、ＨｉギヤからＬｏギヤに変更している最中にはＨｉギヤのギヤ比Ｇｈｉをギヤ比Ｇｒとして入力することになる。

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とに基づいて駆動輪３９ａ，３９ｂ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＊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４に要求トルク設定用マップの一例を示す。

次に、変速機６０がＬｏギヤの状態にあるか否か或いはギヤの状態を変更している最中にあるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。変速機６０がＬｏギヤの状態になくギヤの状態を変更している最中にもないと判定すなわち変速機６０がＨｉギヤの状態にあると判定されたときには、要求トルクＴｒ＊をそのまま実行トルクＴ＊に設定すると共に（ステップＳ１３０）、入力した回転数Ｎｍ２に基づいて回転数Ｎｍ２における最大定格トルクをモータＭＧ２のトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１に設定する（ステップＳ１４０）。ここで、トルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１は、実施例では、回転数Ｎｍ２とトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１との関係をモータＭＧ２の駆動可能範囲から予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、回転数Ｎｍ２が与えられるとマップから対応するトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１を導出することにより設定するものとした。このマップの一例を図５に示す。

一方、変速機６０がＬｏギヤの状態にあるかギヤの状態を変更している最中にあるかのいずれかと判定されたときには、車速Ｖに変速機６０のギヤ比Ｇｒを乗じることによりモータＭＧ２の推定回転数Ｎｍ２ｅｓｔを計算し（ステップＳ１５０）、計算した推定回転数Ｎｍ２ｅｓｔと入力した回転数Ｎｍ２とのうち小さい方をトルク上限値設定用回転数Ｎｓｅｔに設定する（ステップＳ１６０）。そして、設定したトルク上限値設定用回転数Ｎｓｅｔに基づいてトルク上限値Ｔｒｍａｘを設定し（ステップＳ１７０）、設定したトルク上限値ＴｒｍａｘとステップＳ１１０で設定した要求トルクＴｒ＊とのうち小さい方を実行トルクＴ＊に設定する（ステップＳ１８０）。いま、坂道を降っているときに変速機６０をＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に変更している状態を考える。この状態で、Ｈｉギヤへの変更がスムーズに行なわれずにその変更の開始に遅れが生じると車速Ｖの上昇に伴ってモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２も上昇するから、モータＭＧ２が上限回転数を超える回転数で駆動される場合が生じる。一方、同様の状態で、Ｈｉギヤへの変更の開始がスムーズに行なわれてモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２は下降を開始しているときには、車速Ｖは上昇し続けていてもモータＭＧ２が上限回転数を超える回転数で駆動される場合は生じない。モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と推定回転数Ｎｍ２ｅｓｔとのうち小さい方の回転数（トルク上限値設定用回転数Ｎｓｅｔ）に基づいてトルク上限値Ｔｒｍａｘを設定したのは、こうした場合を区別することによりモータＭＧ２が上限回転数で回転駆動されるのを抑制しつつ要求トルクＴｒ＊に対して過剰な駆動制限がなされるのを防止するためである。トルク上限値Ｔｒｍａｘは、実施例では、トルク上限値設定用回転数Ｎｓｅｔとトルク上限値Ｔｒｍａｘとの関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、トルク上限値設定用回転数Ｎｓｅｔが与えられるとマップから対応するトルク上限値Ｔｒｍａｘを導出することにより設定するものとした。このマップの一例を図６に示す。このトルク上限値Ｔｒｍａｘは、トルク上限値設定用回転数Ｎｓｅｔが所定回転数Ｎｒｅｆ以下の場合（図６参照）にはリングギヤ軸３２ａに出力可能な最大トルクが設定される。したがって、この場合は、要求トルクＴｒ＊は実質的には制限されない。

こうして実行トルクＴ＊を設定すると、次に、回転数Ｎｍ２から推定回転数Ｎｍ２ｅｓｔを減じた回転数差（Ｎｍ２−Ｎｍ２ｅｓｔ）と所定値αとを比較する（ステップＳ１９０）。ここで、所定値αは、変速機６０の異常により駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとモータＭＧ２の回転軸４８とが切り離されたりその連結が不十分となっている状態でモータＭＧ２の回転数のみが上昇しているか否かを判定するための閾値であり、モータＭＧ２や変速機６０などにより実験的に定められる。回転数差が所定値α以下と判定されたときには、入力した回転数Ｎｍ２に基づいて回転数Ｎｍ２における定格最大トルクをモータＭＧ２のトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１に設定し（ステップＳ１４０）、回転数差が所定値αよりも大きいと判定されたときには、入力した回転数Ｎｍ２における定格最大トルクよりも小さいトルクをモータＭＧ２のトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１に設定する（ステップＳ２００）。この場合のトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１は、実施例では、前述した図５のマップにおける回転数Ｎｍ２とトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１との関係よりもトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１が小さくなるように回転数Ｎｍ２とトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１との関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、回転数Ｎｍ２が与えられるとマップから対応するトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１を導出することにより設定するものとした。このマップの一例を図７に示す。このように、回転数差（Ｎｍ２−Ｎｍ２ｅｓｔ）が所定値αよりも大きいときにそのときの回転数Ｎｍ２における定格最大トルクよりも小さいトルクをトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１に設定するのは、変速機６０に異常が生じて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとモータＭＧ２の回転軸４８とが切り離されたりその連結が不十分となった状態でモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２だけが上昇したときには、要求トルクＴｒ＊を制限してもモータＭＧ２が上限回転数を超える回転数で駆動されるのを十分に抑制できない場合があることに基づく。

そして、設定した実行トルクＴ＊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Ｓ２１０）。ここで、充放電要求パワーＰｂ＊は、バッテリ５０の残容量ＳＯＣやアクセル開度Ａｃｃに基づいて設定することができる。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を変速機６０のギヤ比Ｇｒで割ることにより求めたりすることができる。

エンジン要求パワーＰｅ＊を設定すると、設定したエンジン要求パワーＰｅ＊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Ｓ２２０）。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エンジン要求パワーＰｅ＊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８に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインとエンジン要求パワーＰｅ＊（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＊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（＝Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（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（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２３０）。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９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（１）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＊で駆動されるようトルク指令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＊で運転させることができる。ここで、式（２）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（２）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９における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 （１）
Tm1*=前回Tm1*＋KP（Nm1*-Nm1)＋KI∫(Nm1*-Nm1)dt （２）

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と変速機６０の現在のギヤ比Ｇｒとを用いて実行トルクＴ＊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９の共線図のトルクの釣り合い関係から定まる次式（３）により計算すると共に（ステップＳ２４０）、次式（４）に示すようにバッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔからモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とを乗じたものを減じてこれをモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除す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Ｔｍ２ｍａｘ２を計算し（ステップＳ２５０）、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとステップＳ１４０，Ｓ２００のいずれかで設定されたトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１とトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ２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Ｓ２６０）。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の範囲で制限したトルクとして設定することができ、また、変速機６０の異常によりリングギヤ軸３２ａとモータＭＧ２の回転軸４８とが切り離されたりその連結が不十分となったりしてモータＭＧ２の回転数だけが上昇したときにはモータＭＧ２が上限回転数を超えて駆動されないよう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 （３）
Tm2max2=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 （４）

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Ｓ２７０）、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。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、変速機６０のギヤの状態を変更している最中は、車速Ｖと変速機６０のギヤ比Ｇｒとに基づいて計算される推定回転数Ｎｍ２ｅｓｔとモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とのうち小さい方の回転数（トルク上限値設定用回転数Ｎｓｅｔ）に基づいてトルク上限値Ｔｒｍａｘを設定し、設定したトルク上限値Ｔｒｍａｘをもっ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＊を制限してエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するから、変速機６０のギヤの状態を変更している最中にモータＭＧ２が上限回転数を超える回転数で駆動されるのを抑制できると共に坂道を降っているときなど車速Ｖは上昇しているものの変速機６０のギヤの状態の変更がスムーズに開始されてモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２は下降しているときに要求トルクＴｒ＊が過度に制限されるのを抑制することができる。この結果、変速機６０のギヤの状態を変更している最中において車速Ｖ（推定回転数Ｎｍ２ｅｓｔ）と回転数Ｎｍ２の一方のみを用いるものに比してより適切にモータＭＧ２が上限回転数を超える回転数で駆動されるのを抑制することができる。しかも、リングギヤ軸３２ａに要求される要求トルクＴｒ＊を制限してエンジン２２の目標トルクＴｅ＊やモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定するから、要求トルクＴｒ＊を制限しないでモータＭＧ２をトルク指令Ｔｍ２＊のみを制限するものに比して、バッテリ５０への過充電を抑制することができる。また、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２から推定回転数Ｎｍ２ｅｓｔを減じた回転数差が所定値αよりも大きいときには、回転数Ｎｍ２における定格最大トルクよりも小さいトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１を上限としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定するから、要求トルクＴｒ＊に対する制限ではモータＭＧ２を上限回転数を超える回転数で駆動されるのを十分に抑制できないときでも適切に対処することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０がＬｏギヤの状態にあるときには、変速機６０のギヤの状態が変更されている最中にあるときと同様に、車速Ｖと変速機６０のギヤ比Ｇｒとから計算される推定回転数Ｎｍ２ｅｓｔとモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とのうち小さい方の回転数（トルク上限値設定用回転数Ｎｓｅｔ）に基づいてトルク上限値Ｔｒｍａｘを設定するものとしたが、変速機６０がＬｏギヤの状態にあるときには推定回転数Ｎｍ２ｅｓｔと回転数Ｎｍ２とは一致するから、いずれか一方の回転数のみに基づいてトルク上限値Ｔｒｍａｘを設定するものとしてもよいことは勿論である。

実施例のハイブリッド自動車２０では、Ｈｉギヤの状態とＬｏギヤの状態の２段の変速段をもって変速可能な変速機６０を備えるものとしたが、３段以上の変速段とするものとしてもよいし、有段変速機に限られず無段変速機と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の動力を変速機６０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１０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３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１０における車輪３９ｃ，３９ｄ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３９ａ，３９ｂ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１１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３９ａ，３９ｂ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。

本発明は、自動車産業に利用可能である。

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。 変速機６０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。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１との関係を示すマップである。 トルク上限値設定用マップの一例を示す説明図である。 モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ１との関係を示すマップである。 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示す説明図である。 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、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、３９ｃ，３９ｂ 車輪、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、４８ 回転軸、 ５０ バッテリ、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 変速機、６０ａ ダブルピニオンの遊星歯車機構、６０ｂ シングルピニオンの遊星歯車機構、６１ サンギヤ、６２ リングギヤ、６３ａ 第１ピニオンギヤ、６３ｂ 第２ピニオンギヤ、６４キャリア、６５ サンギヤ、６６ リングギヤ、６７ ピニオンギヤ、６８ キャリア、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、Ｂ１，Ｂ２ ブレーキ。

Claims (7)

1. 自動車に搭載され、車軸に接続された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、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、
   動力を入出力可能な電動機と、
   変更可能な変速比をもって前記電動機と前記駆動軸との動力の伝達を行なう変速伝達手段と、
   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する蓄電手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記電動機の回転数を検出する電動機回転数検出手段と、
   前記変速伝達手段の変速比が変更されている最中は、前記検出された車速と前記変速伝達手段の変速比とに基づいて前記電動機の回転数を推定し、該推定した電動機の回転数と前記検出された電動機の回転数とのうち小さい方の回転数に基づいて上限駆動力を設定し、該設定した上限駆動力をもって操作者の操作に基づいて得られる駆動力を制限した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電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する変速時制御手段と、
   を備える動力出力装置。
2. 前記変速時制御手段は、操作者の操作に基づいて得られる駆動力に対して前記小さい方の回転数が高いほど小さくなる傾向に前記上限駆動力を設定する手段である請求項１記載の動力出力装置。
3. 前記変速時制御手段は、前記変速伝達手段の変速比が変更されている最中に前記推定した電動機の回転数と前記検出された電動機の回転数との偏差が所定値以上のときには、前記検出された電動機の回転数における定格最大値よりも小さい駆動力をもって該電動機から出力される駆動力を制限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電動機の回転軸と第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に基づく動力を残余の１軸に入出力させる３軸式の動力入出力手段と、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３いずれか１項に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該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可能な対回転子電動機である請求項１ないし３いずれか１項に記載の動力出力装置。
6. 請求項１ないし５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。
7. 駆動軸に車軸が接続された自動車に搭載され、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、動力を入出力可能な電動機と、変更可能な変速比をもって前記電動機と前記駆動軸との動力の伝達を行なう変速伝達手段と、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する蓄電手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
   （ａ）車速を検出し、
   （ｂ）前記電動機の回転数を検出し、
   （ｃ）前記変速伝達手段の変速比が変更されている最中は、前記検出された車速と前記変速伝達手段の変速比とに基づいて前記電動機の回転数を推定し、該推定した電動機の回転数と前記検出された電動機の回転数とのうち小さい方の回転数に基づいて上限駆動力を設定し、該設定した上限駆動力をもって操作者の操作に基づいて得られる駆動力を制限した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電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
   動力出力装置の制御方法。

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