JP2004236406A - 動力出力装置およびこれを備える自動車 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率の良い動力出力装置およびこれを備える自動車を提供する。
【解決手段】運転者のアクセルペダル８３の踏み込み量と車速センサ８８により検出される車速に基づいて駆動軸６４に出力すべき要求トルクＴ＊を設定すると共に要求トルクＴ＊に見合うパワーが効率よく出力されるようエンジン２２を運転制御し、エンジン２２側から駆動軸６４に出力されるトルクが要求トルクＴ＊の直近下位となるよう変速機６０の変速段を選択してモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する。いずれの変速段を選択してもエンジン２２側から駆動軸６４に出力されるトルクが要求トルクＴ＊より大きくなるときには、ブレーキ３８を作動させてモータＭＧ１をロックし、エンジン２２からの動力により要求トルクＴ＊が出力されるようエンジン２２を制御する。この結果、動力の循環が抑止されるから、装置全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】運転者のアクセルペダル８３の踏み込み量と車速センサ８８により検出される車速に基づいて駆動軸６４に出力すべき要求トルクＴ＊を設定すると共に要求トルクＴ＊に見合うパワーが効率よく出力されるようエンジン２２を運転制御し、エンジン２２側から駆動軸６４に出力されるトルクが要求トルクＴ＊の直近下位となるよう変速機６０の変速段を選択してモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する。いずれの変速段を選択してもエンジン２２側から駆動軸６４に出力されるトルクが要求トルクＴ＊より大きくなるときには、ブレーキ３８を作動させてモータＭＧ１をロックし、エンジン２２からの動力により要求トルクＴ＊が出力されるようエンジン２２を制御する。この結果、動力の循環が抑止されるから、装置全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【選択図】 図１
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これを備える自動車に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこれを備える自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、プラネタリギヤのキャリアには内燃機関の出力軸を、プラネタリギヤのサンギヤには発電機を、プラネタリギヤのリングギヤには車軸に接続された変速機を、各々接続すると共に車軸に電動機を取り付けてな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、発電機の負荷の調節によるプラネタリギヤの変速比の制御と変速機の変速比の制御とを併用することにより、定格負荷の小さな発電機や電動機を用いて所望の要求動力を車軸に出力できるものとしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−６６７６号公報（図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした動力出力装置を記載した文献には、動力出力装置に定格負荷の小さな発電機や電動機を用いることができることが記載されているものの、装置の効率的な運転制御については記載されていない。
【０００５】
本発明の動力出力装置およびこれを備える自動車は、効率の良い動力出力装置およびこれを備える自動車を提供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これを備える自動車は、上述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、
発電可能な第１の電動機と、
前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と第３の軸とに接続され、該３軸のうち２軸に入出力される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の軸と前記駆動軸とに接続され、該第３の軸の回転数を変速して該駆動軸に伝達する変速機と、
前記第３の軸または前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
前記駆動軸に出力すべき目標動力が指示されたとき、該設定された目標動力を該駆動軸に出力するにあたり、前記内燃機関が効率よく運転されると共に該内燃機関から前記３軸式動力入出力手段を介して前記第３の軸に出力される動力が大きくなるよう前記内燃機関と前記第１の電動機と前記第２の電動機と前記変速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】
この本発明の動力出力装置では、駆動軸に出力すべき目標動力が指示されたときには、この設定された目標動力を駆動軸に出力するにあたって、内燃機関が効率よく運転されると共に内燃機関から３軸式動力入出力手段を介して第３の軸に出力される動力が大きくなるよう内燃機関と第１の電動機と第２の電動機と変速機とを制御する。即ち、効率よく運転される内燃機関からの動力の多くが３軸式動力入出力手段を介して第３の軸、即ち変速機の入力軸に出力されるように制御するのである。この結果、内燃機関を効率よく運転すると共に第１の電動機や第２の電動機を介して駆動軸に出力される動力を小さくすることにより、装置全体の効率を良くすることができる。
【０００９】
こうした本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記第１の電動機が電動機として機能すると共に前記第２の電動機が発電機として機能する運転モードとならないよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、第１の電動機が電動機として機能すると共に第２の電動機が発電機として機能する運転モードで運転されることにより生じる動力の循環を抑止することができ、動力の循環に伴う効率の悪化を防止することができる。
【００１０】
また、本発明の動力出力装置において、前記第１の電動機の回転軸を停止した状態で固定可能な固定手段を備え、前記制御手段は、前記第１の電動機が電動機として機能すると共に前記第２の電動機が発電機として機能する運転モードによる運転が必要か否かを判定し、該運転モードによる運転が必要であると判定したときには、前記第１の電動機の回転軸が停止した状態で固定されるよう前記固定手段を制御すると共に前記目標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２の電動機と前記変速機とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、動力の循環を抑止することができると共に内燃機関からの動力を変速機により変速して駆動軸に出力することができ、装置の効率を向上させることができる。
【００１１】
さらに、本発明の動力出力装置において、前記変速機は有段変速機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、前記制御手段は、前記目標動力を前記駆動軸に出力するために前記内燃機関から前記３軸式動力入出力手段と前記変速機を介して前記駆動軸に出力される第１のトルクが前記目標動力から導き出される前記駆動軸の第２のトルク以上となるよう前記変速機の変速段を設定すると共に該設定された変速段で運転されるよう該変速機を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、第１のトルクが第２のトルク未満となることによって生じる動力の循環を抑止することができ、装置の効率を向上させることができる。この場合、前記制御手段は、前記変速機の変速段のうち該第１のトルクと該第１のトルクとの偏差が最も小さくなる変速段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、装置の効率を更に向上させることができる。
【００１２】
本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、内燃機関と、発電可能な第１の電動機と、前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と第３の軸とに接続され該３軸のうち２軸に入出力される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の軸と前記駆動軸とに接続され該第３の軸の回転数を変速して該駆動軸に伝達する変速機と、前記第３の軸または前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記駆動軸に出力すべき目標動力が指示されたとき、該設定された目標動力を該駆動軸に出力するにあたり、前記内燃機関が効率よく運転されると共に該内燃機関から前記３軸式動力入出力手段を介して前記第３の軸に出力される動力が大きくなるよう前記内燃機関と前記第１の電動機と前記第２の電動機と前記変速機とを制御する制御手段と、を備える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なることを要旨とする。
【００１３】
この本発明の自動車では、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、装置全体の効率を向上させる効果などと同一の効果を奏することができる。この結果、自動車の燃費を向上させることができる。
【００１４】
【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、同じく動力分配統合機構３０に接続された変速機６０と、変速機６０の出力軸である駆動軸６４に減速ギヤ４８を介して取り付けられたモータ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。
【００１５】
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。
【００１６】
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の回転軸４７が、リングギヤ３２には変速機６０の入力軸６２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に出力する。リングギヤ３２は入力軸６２を介して変速機６０に接続されており、この変速機６０は出力軸としての駆動軸６４とデファレンシャルギヤ６６とを介して駆動輪６８ａ，６８ｂに接続されているから、リングギヤ３２に出力された動力は変速機６０により変速されて駆動輪６８ａ，６８ｂに出力されることになる。また、サンギヤ３１に接続されたモータＭＧ１の回転軸４７は、ブレーキ３８によりその回転が停止した状態で固定されるようになっている。なお、駆動系として見たときの動力分配統合機構３０に接続される３軸は、キャリア３４に接続されたエンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６とサンギヤ３１に接続されたモータＭＧ１の回転軸と、リングギヤ３２に接続された変速機６０の入力軸６２となる。
【００１７】
変速機６０は、例えば複数の遊星歯車ギヤと複数のクラッチおよびブレーキとにより複数段の変速比をもって入力軸６２に入出力される動力を変速して出力軸としての駆動軸６４に入出力する一般的な変速機として構成されている。実施例では、説明の容易のために３段の変速段（１〜３速）として構成されているものとする。
【００１８】
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も計算している。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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の踏み込み量に対応したアクセル開度Ａｃｃ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、ブレーキ３８のアクチュエータへの駆動信号や変速機６０の変速段を変更するアクチュエータ（クラッチやブレーキのアクチュエータ）への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２１】
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６４に出力すべき要求トルクＴ＊を計算し、この要求トルクＴ＊に対応する要求パワーＰ＊が駆動軸６４に出力されるように、エンジン２２と変速機６０と両モータＭＧ１，ＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２と変速機６０と両モータＭＧ１，ＭＧ２の運転制御としては、要求パワーＰ＊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と変速機６０と両モータＭＧ１，ＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸６４に出力されるよう変速機６０およびモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求パワーＰ＊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と変速機６０とモータＭＧ１，ＭＧ２とによるトルク変換により要求パワーＰ＊が駆動軸６４に出力されるよう変速機６０およびモータＭＧ１，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から要求パワーＰ＊に見合う動力を駆動軸６４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。以下、基本的なトルク変換運転モードによる運転制御における動作について説明する。
【００２２】
図２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ＥＣＵ４０からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２などを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。続いて、読み込んだアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸６４に要求される要求トルクＴ＊や要求パワーＰ＊，駆動軸６４の回転数Ｎｄを計算する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴ＊については、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係を予め設定してマップとして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Ｔ＊が導出されるものとした。また、駆動軸６４の回転数Ｎｄについては、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２から減速ギヤ４８のギヤ比を用いて計算したり、車速Ｖから換算計数を用いて計算するものとした。さらに、要求パワーＰ＊については、導出した要求トルクＴ＊と計算した回転数Ｎｄとの積として計算するものとした。
【００２３】
次に、計算した要求パワーＰ＊を駆動軸６４に出力するためにエンジン２２から出力すべきパワー（例えば、要求パワーＰ＊を伝達効率で割った値）を求めると共にそのパワーを効率よく出力することができるエンジン２２の運転ポイントを計算し、その運転ポイントのトルクと回転数とをエンジン２２の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊として設定する（ステップＳ１２０）。実施例では、要求パワーＰ＊と目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との関係を実験などにより予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、要求パワーＰ＊が与えられると、マップから対応する目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とが導出されるものとした。なお、各パワーを効率よく出力することができるエンジン２２の運転ポイント（トルクと回転数）は、エンジン２２の特性により実験などにより求めることができる。
【００２４】
駆動軸６４の回転数Ｎｄに基づいて変速機６０の各変速段に対する入力軸６２の回転数Ｎｉｎ１〜Ｎｉｎ３を次式（１）により計算する（ステップＳ１３０）。ここで、式（１）中、Ｇは各変速段のギヤ比である。
【００２５】
【数１】
Ｎｉｎ＝Ｎｄ／Ｇ （１）
【００２６】
そして、変速機６０の各変速段に対してエンジン２２から駆動軸６４に出力されるトルクＴ１〜Ｔ３を次式（２）により計算する（ステップＳ１４０）。ここで、式（２）中、ρは動力分配統合機構３０のギヤ比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）である。
【００２７】
【数２】
Ｔ＝Ｇ・Ｔｅ＊／（１＋ρ） （２）
【００２８】
こうしてトルクＴ１〜Ｔ３を求めると、求めたトルクＴ１〜Ｔ３と要求トルクＴ＊とを比較する（ステップＳ１５０）。要求トルクＴ＊がトルクＴ３以上のときには、モータＭＧ１のロック解除を確認すると共に（ステップＳ１６０）、トルクＴ１〜Ｔ３のうち要求トルクＴ＊の直近下位となるトルクに相当する変速段を選択する（ステップＳ１７０）。即ち、エンジン２２から動力分配統合機構３０や変速機６０を経て駆動軸６４に出力されるトルクを要求トルクＴ＊よりは小さいが要求トルクＴ＊に近いものとなるよう変速段を選択するのである。ここで、駆動軸６４に要求トルクＴ＊を出力するためにモータＭＧ２から出力するトルクは要求トルクＴ＊とエンジン２２側から駆動軸６４に出力されるトルクＴとの偏差により計算されるから、要求トルクＴ＊の直近下位となるトルクＴが選択されることにより、モータＭＧ１は比較的小さな負荷で電動機として駆動することになる。このことは、トルク変換運転モードでは、モータＭＧ１を比較的小さな負荷の発電機として駆動することになる。即ち、モータＭＧ１とモータＭＧ２とにより機械的な動力（パワー）を電力の形態を介して再び機械的な動力（パワー）に変換する動力を小さくすることができるのであり、モータ効率を考慮すれば、装置全体のエネルギ効率を向上させることができるのである。
【００２９】
変速機６０の変速段を選択すると、選択した変速段としたときにエンジン２２からのパワーがトルク変換されて要求トルクＴ＊として駆動軸６４に出力されるよう次式（３）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Ｓ１８０）、式（４）によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を計算する（ステップＳ１９０）。ここで、式（４）中、Ｇ４は減速ギヤ４８のギヤ比である。
【００３０】
【数３】
Ｎｍ１＊＝Ｎｉｎ＋（１＋ρ）（Ｎｅ＊−Ｎｉｎ）／ρ （３）
Ｔｍ２＊＝（Ｔ＊−Ｔ）／Ｇ４ （４）
【００３１】
そして、エンジン２２が目標トルクＴｅ＊，目標回転数Ｎｅ＊で運転されると共に変速機６０が選択された変速段とされ、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で駆動されると共にモータＭＧ２がトルク指令Ｔｍ２＊で駆動されるよう制御して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２の制御は、計算した目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とをエンジンＥＣＵ２４に送信すると共に目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ２＊とモータＥＣＵ４０に送信することにより、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とにより行なわれる。
【００３２】
一方、要求トルクＴ＊がトルクＴ３未満のときには、変速機６０の変速段として３速を選択すると共に（ステップＳ２００）、ブレーキ３８を作動させてモータＭＧ１をロックさせる（ステップＳ２１０）。そして、変速機６０の変速段を３速とすると共にモータＭＧ１をロックした状態で駆動軸６４に要求トルクＴ＊が出力されるよう次式（５）および式（６）によりエンジン２２の運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊）を計算する（ステップＳ２２０）。ここで、式（６）中、ηは変速機６０の変速段を３速とすると共にモータＭＧ１をロックした状態でエンジン２２から出力されたパワーが駆動軸６４に伝達されるときの効率である。
【００３３】
【数４】
Ｎｅ＊＝Ｎｄ／｛Ｇ３・（１＋ρ）｝ （５）
Ｔｅ＊＝Ｐｅ＊／（Ｎｅ＊・η） （６）
【００３４】
そして、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に値０を設定し（ステップＳ２３０）、エンジン２２が目標トルクＴｅ＊，目標回転数Ｎｅ＊で運転されると共に変速機６０の変速段が３速とされ、モータＭＧ１およびモータＭＧ２が停止するよう制御して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。
【００３５】
要求トルクＴ＊がトルクＴ３未満のときに変速機６０の変速段として３速とすると共にモータＭＧ１をロックするのは、要求トルクＴ＊がトルクＴ３以上のときと同様にしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを計算して駆動制御することにより、モータＭＧ１が電動機として駆動すると共にモータＭＧ２が発電機として駆動するのを防止するためである。モータＭＧ１が電動機として駆動すると共にモータＭＧ２が発電機として駆動する運転は、動力（パワー）の流れを図１を用いて示すと、エンジン２２から出力された動力とモータＭＧ１から出力された動力とを動力分配統合機構３０で統合し、変速機６０で変速し、その一部をモータＭＧ２で電力に変換してモータＭＧ２に供給するものとなり、機械的な動力と電力とがモータＭＧ１，動力分配統合機構３０，変速機６０，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順に循環するものとなる。こうした動力（パワー）の循環は、装置のエネルギ効率を低下させる。実施例のハイブリッド自動車２０では、こうした動力（パワー）の循環が生じないようにしているのである。
【００３６】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、動力（パワー）の循環が生じないようエンジン２２と変速機６０とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するから、装置全体のエネルギ効率を向上させることができる。また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、要求トルクＴ＊がトルクＴ３未満となって動力（パワー）の循環が生じるときには、ブレーキ３８を作動させてモータＭＧ１をロックしてエンジン２２からの動力を動力分配統合機構３０と変速機６０とにより変速して出力するから、動力（パワー）の循環によるエネルギ効率の低下を抑止することができる。さらに、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２側から駆動軸６４に出力されるトルクＴが要求トルクＴ＊に近いものとなるよう変速機６０の変速段を選択するから、モータＭＧ１やモータＭＧ２の負荷を小さくすることができる。この結果、装置全体のエネルギ効率を向上させることができると共にモータＭＧ１やモータＭＧ２として定格の小さな電動機を用いることができる。もとより、エンジン２２を効率のよい運転ポイントで運転するから、装置全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【００３７】
実施例では、トルク変換運転モードについて説明したが、バッテリ５０の充放電を伴う充放電運転モードの場合には、バッテリ５０を充放電するための充放電電力Ｐｂを要求トルクＴ＊に加えて処理すればよい。
【００３８】
実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０として３速の有段変速機を用いるものとしたが、変速段は２段であっても４段以上であってもかまわない。また、変速機６０として無段変速機を用いるものとしても差し支えない。
【００３９】
実施例のハイブリッド自動車２０では、回転軸４７の回転を停止した状態で固定するブレーキ３８を設けるものとしたが、ブレーキ３８を設けないものとしてもよい。この場合、要求トルクＴ＊がトルクＴ３未満となるときに動力（パワー）の循環が生じるため、若干のエネルギ効率の低下を招く場合が生じる。
【００４０】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２を減速ギヤ４８を介して駆動軸６４に取り付けるものとしたが、モータＭＧ２を減速ギヤ４８を介さずに直接駆動軸６４に取り付けるものとしてもよい。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２を駆動軸６４に取り付けるものとしたが、入力軸６２に取り付けるものとしてもかまわない。この場合、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の計算に変速機６０の選択された変速段のギヤ比を考慮すればよい。
【００４１】
実施例では、本発明の一実施例としての動力出力装置をハイブリッド自動車２０に搭載したものとして説明したが、自動車以外の航空機や船舶などの種々の移動体に搭載するものとしてもよい。
【００４２】
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】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Ｔ＊を設定するマップの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２０ 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）２４、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、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３８ ブレーキ、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、４７ 回転軸、４８ 減速ギヤ、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、６２ 入力軸、６４ 駆動軸、６６ デファレンシャルギヤ、６８ａ，６８ｂ 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これを備える自動車に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこれを備える自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、プラネタリギヤのキャリアには内燃機関の出力軸を、プラネタリギヤのサンギヤには発電機を、プラネタリギヤのリングギヤには車軸に接続された変速機を、各々接続すると共に車軸に電動機を取り付けてな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、発電機の負荷の調節によるプラネタリギヤの変速比の制御と変速機の変速比の制御とを併用することにより、定格負荷の小さな発電機や電動機を用いて所望の要求動力を車軸に出力できるものとしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−６６７６号公報（図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした動力出力装置を記載した文献には、動力出力装置に定格負荷の小さな発電機や電動機を用いることができることが記載されているものの、装置の効率的な運転制御については記載されていない。
【０００５】
本発明の動力出力装置およびこれを備える自動車は、効率の良い動力出力装置およびこれを備える自動車を提供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これを備える自動車は、上述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、
発電可能な第１の電動機と、
前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と第３の軸とに接続され、該３軸のうち２軸に入出力される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の軸と前記駆動軸とに接続され、該第３の軸の回転数を変速して該駆動軸に伝達する変速機と、
前記第３の軸または前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
前記駆動軸に出力すべき目標動力が指示されたとき、該設定された目標動力を該駆動軸に出力するにあたり、前記内燃機関が効率よく運転されると共に該内燃機関から前記３軸式動力入出力手段を介して前記第３の軸に出力される動力が大きくなるよう前記内燃機関と前記第１の電動機と前記第２の電動機と前記変速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】
この本発明の動力出力装置では、駆動軸に出力すべき目標動力が指示されたときには、この設定された目標動力を駆動軸に出力するにあたって、内燃機関が効率よく運転されると共に内燃機関から３軸式動力入出力手段を介して第３の軸に出力される動力が大きくなるよう内燃機関と第１の電動機と第２の電動機と変速機とを制御する。即ち、効率よく運転される内燃機関からの動力の多くが３軸式動力入出力手段を介して第３の軸、即ち変速機の入力軸に出力されるように制御するのである。この結果、内燃機関を効率よく運転すると共に第１の電動機や第２の電動機を介して駆動軸に出力される動力を小さくすることにより、装置全体の効率を良くすることができる。
【０００９】
こうした本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記第１の電動機が電動機として機能すると共に前記第２の電動機が発電機として機能する運転モードとならないよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、第１の電動機が電動機として機能すると共に第２の電動機が発電機として機能する運転モードで運転されることにより生じる動力の循環を抑止することができ、動力の循環に伴う効率の悪化を防止することができる。
【００１０】
また、本発明の動力出力装置において、前記第１の電動機の回転軸を停止した状態で固定可能な固定手段を備え、前記制御手段は、前記第１の電動機が電動機として機能すると共に前記第２の電動機が発電機として機能する運転モードによる運転が必要か否かを判定し、該運転モードによる運転が必要であると判定したときには、前記第１の電動機の回転軸が停止した状態で固定されるよう前記固定手段を制御すると共に前記目標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２の電動機と前記変速機とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、動力の循環を抑止することができると共に内燃機関からの動力を変速機により変速して駆動軸に出力することができ、装置の効率を向上させることができる。
【００１１】
さらに、本発明の動力出力装置において、前記変速機は有段変速機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、前記制御手段は、前記目標動力を前記駆動軸に出力するために前記内燃機関から前記３軸式動力入出力手段と前記変速機を介して前記駆動軸に出力される第１のトルクが前記目標動力から導き出される前記駆動軸の第２のトルク以上となるよう前記変速機の変速段を設定すると共に該設定された変速段で運転されるよう該変速機を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、第１のトルクが第２のトルク未満となることによって生じる動力の循環を抑止することができ、装置の効率を向上させることができる。この場合、前記制御手段は、前記変速機の変速段のうち該第１のトルクと該第１のトルクとの偏差が最も小さくなる変速段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、装置の効率を更に向上させることができる。
【００１２】
本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、内燃機関と、発電可能な第１の電動機と、前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と第３の軸とに接続され該３軸のうち２軸に入出力される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の軸と前記駆動軸とに接続され該第３の軸の回転数を変速して該駆動軸に伝達する変速機と、前記第３の軸または前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記駆動軸に出力すべき目標動力が指示されたとき、該設定された目標動力を該駆動軸に出力するにあたり、前記内燃機関が効率よく運転されると共に該内燃機関から前記３軸式動力入出力手段を介して前記第３の軸に出力される動力が大きくなるよう前記内燃機関と前記第１の電動機と前記第２の電動機と前記変速機とを制御する制御手段と、を備える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なることを要旨とする。
【００１３】
この本発明の自動車では、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、装置全体の効率を向上させる効果などと同一の効果を奏することができる。この結果、自動車の燃費を向上させることができる。
【００１４】
【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、同じく動力分配統合機構３０に接続された変速機６０と、変速機６０の出力軸である駆動軸６４に減速ギヤ４８を介して取り付けられたモータ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。
【００１５】
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。
【００１６】
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の回転軸４７が、リングギヤ３２には変速機６０の入力軸６２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に出力する。リングギヤ３２は入力軸６２を介して変速機６０に接続されており、この変速機６０は出力軸としての駆動軸６４とデファレンシャルギヤ６６とを介して駆動輪６８ａ，６８ｂに接続されているから、リングギヤ３２に出力された動力は変速機６０により変速されて駆動輪６８ａ，６８ｂに出力されることになる。また、サンギヤ３１に接続されたモータＭＧ１の回転軸４７は、ブレーキ３８によりその回転が停止した状態で固定されるようになっている。なお、駆動系として見たときの動力分配統合機構３０に接続される３軸は、キャリア３４に接続されたエンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６とサンギヤ３１に接続されたモータＭＧ１の回転軸と、リングギヤ３２に接続された変速機６０の入力軸６２となる。
【００１７】
変速機６０は、例えば複数の遊星歯車ギヤと複数のクラッチおよびブレーキとにより複数段の変速比をもって入力軸６２に入出力される動力を変速して出力軸としての駆動軸６４に入出力する一般的な変速機として構成されている。実施例では、説明の容易のために３段の変速段（１〜３速）として構成されているものとする。
【００１８】
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も計算している。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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の踏み込み量に対応したアクセル開度Ａｃｃ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、ブレーキ３８のアクチュエータへの駆動信号や変速機６０の変速段を変更するアクチュエータ（クラッチやブレーキのアクチュエータ）への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２１】
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６４に出力すべき要求トルクＴ＊を計算し、この要求トルクＴ＊に対応する要求パワーＰ＊が駆動軸６４に出力されるように、エンジン２２と変速機６０と両モータＭＧ１，ＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２と変速機６０と両モータＭＧ１，ＭＧ２の運転制御としては、要求パワーＰ＊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と変速機６０と両モータＭＧ１，ＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸６４に出力されるよう変速機６０およびモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求パワーＰ＊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と変速機６０とモータＭＧ１，ＭＧ２とによるトルク変換により要求パワーＰ＊が駆動軸６４に出力されるよう変速機６０およびモータＭＧ１，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から要求パワーＰ＊に見合う動力を駆動軸６４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。以下、基本的なトルク変換運転モードによる運転制御における動作について説明する。
【００２２】
図２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ＥＣＵ４０からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２などを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。続いて、読み込んだアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸６４に要求される要求トルクＴ＊や要求パワーＰ＊，駆動軸６４の回転数Ｎｄを計算する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴ＊については、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係を予め設定してマップとして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Ｔ＊が導出されるものとした。また、駆動軸６４の回転数Ｎｄについては、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２から減速ギヤ４８のギヤ比を用いて計算したり、車速Ｖから換算計数を用いて計算するものとした。さらに、要求パワーＰ＊については、導出した要求トルクＴ＊と計算した回転数Ｎｄとの積として計算するものとした。
【００２３】
次に、計算した要求パワーＰ＊を駆動軸６４に出力するためにエンジン２２から出力すべきパワー（例えば、要求パワーＰ＊を伝達効率で割った値）を求めると共にそのパワーを効率よく出力することができるエンジン２２の運転ポイントを計算し、その運転ポイントのトルクと回転数とをエンジン２２の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊として設定する（ステップＳ１２０）。実施例では、要求パワーＰ＊と目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との関係を実験などにより予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、要求パワーＰ＊が与えられると、マップから対応する目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とが導出されるものとした。なお、各パワーを効率よく出力することができるエンジン２２の運転ポイント（トルクと回転数）は、エンジン２２の特性により実験などにより求めることができる。
【００２４】
駆動軸６４の回転数Ｎｄに基づいて変速機６０の各変速段に対する入力軸６２の回転数Ｎｉｎ１〜Ｎｉｎ３を次式（１）により計算する（ステップＳ１３０）。ここで、式（１）中、Ｇは各変速段のギヤ比である。
【００２５】
【数１】
Ｎｉｎ＝Ｎｄ／Ｇ （１）
【００２６】
そして、変速機６０の各変速段に対してエンジン２２から駆動軸６４に出力されるトルクＴ１〜Ｔ３を次式（２）により計算する（ステップＳ１４０）。ここで、式（２）中、ρは動力分配統合機構３０のギヤ比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）である。
【００２７】
【数２】
Ｔ＝Ｇ・Ｔｅ＊／（１＋ρ） （２）
【００２８】
こうしてトルクＴ１〜Ｔ３を求めると、求めたトルクＴ１〜Ｔ３と要求トルクＴ＊とを比較する（ステップＳ１５０）。要求トルクＴ＊がトルクＴ３以上のときには、モータＭＧ１のロック解除を確認すると共に（ステップＳ１６０）、トルクＴ１〜Ｔ３のうち要求トルクＴ＊の直近下位となるトルクに相当する変速段を選択する（ステップＳ１７０）。即ち、エンジン２２から動力分配統合機構３０や変速機６０を経て駆動軸６４に出力されるトルクを要求トルクＴ＊よりは小さいが要求トルクＴ＊に近いものとなるよう変速段を選択するのである。ここで、駆動軸６４に要求トルクＴ＊を出力するためにモータＭＧ２から出力するトルクは要求トルクＴ＊とエンジン２２側から駆動軸６４に出力されるトルクＴとの偏差により計算されるから、要求トルクＴ＊の直近下位となるトルクＴが選択されることにより、モータＭＧ１は比較的小さな負荷で電動機として駆動することになる。このことは、トルク変換運転モードでは、モータＭＧ１を比較的小さな負荷の発電機として駆動することになる。即ち、モータＭＧ１とモータＭＧ２とにより機械的な動力（パワー）を電力の形態を介して再び機械的な動力（パワー）に変換する動力を小さくすることができるのであり、モータ効率を考慮すれば、装置全体のエネルギ効率を向上させることができるのである。
【００２９】
変速機６０の変速段を選択すると、選択した変速段としたときにエンジン２２からのパワーがトルク変換されて要求トルクＴ＊として駆動軸６４に出力されるよう次式（３）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Ｓ１８０）、式（４）によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を計算する（ステップＳ１９０）。ここで、式（４）中、Ｇ４は減速ギヤ４８のギヤ比である。
【００３０】
【数３】
Ｎｍ１＊＝Ｎｉｎ＋（１＋ρ）（Ｎｅ＊−Ｎｉｎ）／ρ （３）
Ｔｍ２＊＝（Ｔ＊−Ｔ）／Ｇ４ （４）
【００３１】
そして、エンジン２２が目標トルクＴｅ＊，目標回転数Ｎｅ＊で運転されると共に変速機６０が選択された変速段とされ、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で駆動されると共にモータＭＧ２がトルク指令Ｔｍ２＊で駆動されるよう制御して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２の制御は、計算した目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とをエンジンＥＣＵ２４に送信すると共に目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ２＊とモータＥＣＵ４０に送信することにより、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とにより行なわれる。
【００３２】
一方、要求トルクＴ＊がトルクＴ３未満のときには、変速機６０の変速段として３速を選択すると共に（ステップＳ２００）、ブレーキ３８を作動させてモータＭＧ１をロックさせる（ステップＳ２１０）。そして、変速機６０の変速段を３速とすると共にモータＭＧ１をロックした状態で駆動軸６４に要求トルクＴ＊が出力されるよう次式（５）および式（６）によりエンジン２２の運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊）を計算する（ステップＳ２２０）。ここで、式（６）中、ηは変速機６０の変速段を３速とすると共にモータＭＧ１をロックした状態でエンジン２２から出力されたパワーが駆動軸６４に伝達されるときの効率である。
【００３３】
【数４】
Ｎｅ＊＝Ｎｄ／｛Ｇ３・（１＋ρ）｝ （５）
Ｔｅ＊＝Ｐｅ＊／（Ｎｅ＊・η） （６）
【００３４】
そして、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に値０を設定し（ステップＳ２３０）、エンジン２２が目標トルクＴｅ＊，目標回転数Ｎｅ＊で運転されると共に変速機６０の変速段が３速とされ、モータＭＧ１およびモータＭＧ２が停止するよう制御して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。
【００３５】
要求トルクＴ＊がトルクＴ３未満のときに変速機６０の変速段として３速とすると共にモータＭＧ１をロックするのは、要求トルクＴ＊がトルクＴ３以上のときと同様にしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とを計算して駆動制御することにより、モータＭＧ１が電動機として駆動すると共にモータＭＧ２が発電機として駆動するのを防止するためである。モータＭＧ１が電動機として駆動すると共にモータＭＧ２が発電機として駆動する運転は、動力（パワー）の流れを図１を用いて示すと、エンジン２２から出力された動力とモータＭＧ１から出力された動力とを動力分配統合機構３０で統合し、変速機６０で変速し、その一部をモータＭＧ２で電力に変換してモータＭＧ２に供給するものとなり、機械的な動力と電力とがモータＭＧ１，動力分配統合機構３０，変速機６０，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順に循環するものとなる。こうした動力（パワー）の循環は、装置のエネルギ効率を低下させる。実施例のハイブリッド自動車２０では、こうした動力（パワー）の循環が生じないようにしているのである。
【００３６】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、動力（パワー）の循環が生じないようエンジン２２と変速機６０とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するから、装置全体のエネルギ効率を向上させることができる。また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、要求トルクＴ＊がトルクＴ３未満となって動力（パワー）の循環が生じるときには、ブレーキ３８を作動させてモータＭＧ１をロックしてエンジン２２からの動力を動力分配統合機構３０と変速機６０とにより変速して出力するから、動力（パワー）の循環によるエネルギ効率の低下を抑止することができる。さらに、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２側から駆動軸６４に出力されるトルクＴが要求トルクＴ＊に近いものとなるよう変速機６０の変速段を選択するから、モータＭＧ１やモータＭＧ２の負荷を小さくすることができる。この結果、装置全体のエネルギ効率を向上させることができると共にモータＭＧ１やモータＭＧ２として定格の小さな電動機を用いることができる。もとより、エンジン２２を効率のよい運転ポイントで運転するから、装置全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【００３７】
実施例では、トルク変換運転モードについて説明したが、バッテリ５０の充放電を伴う充放電運転モードの場合には、バッテリ５０を充放電するための充放電電力Ｐｂを要求トルクＴ＊に加えて処理すればよい。
【００３８】
実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０として３速の有段変速機を用いるものとしたが、変速段は２段であっても４段以上であってもかまわない。また、変速機６０として無段変速機を用いるものとしても差し支えない。
【００３９】
実施例のハイブリッド自動車２０では、回転軸４７の回転を停止した状態で固定するブレーキ３８を設けるものとしたが、ブレーキ３８を設けないものとしてもよい。この場合、要求トルクＴ＊がトルクＴ３未満となるときに動力（パワー）の循環が生じるため、若干のエネルギ効率の低下を招く場合が生じる。
【００４０】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２を減速ギヤ４８を介して駆動軸６４に取り付けるものとしたが、モータＭＧ２を減速ギヤ４８を介さずに直接駆動軸６４に取り付けるものとしてもよい。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２を駆動軸６４に取り付けるものとしたが、入力軸６２に取り付けるものとしてもかまわない。この場合、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の計算に変速機６０の選択された変速段のギヤ比を考慮すればよい。
【００４１】
実施例では、本発明の一実施例としての動力出力装置をハイブリッド自動車２０に搭載したものとして説明したが、自動車以外の航空機や船舶などの種々の移動体に搭載するものとしてもよい。
【００４２】
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】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Ｔ＊を設定するマップの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２０ 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）２４、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、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３８ ブレーキ、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、４７ 回転軸、４８ 減速ギヤ、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、６２ 入力軸、６４ 駆動軸、６６ デファレンシャルギヤ、６８ａ，６８ｂ 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 (7)
- 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、
発電可能な第１の電動機と、
前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と第３の軸とに接続され、該３軸のうち２軸に入出力される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の軸と前記駆動軸とに接続され、該第３の軸の回転数を変速して該駆動軸に伝達する変速機と、
前記第３の軸または前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
前記駆動軸に出力すべき目標動力が指示されたとき、該設定された目標動力を該駆動軸に出力するにあたり、前記内燃機関が効率よく運転されると共に該内燃機関から前記３軸式動力入出力手段を介して前記第３の軸に出力される動力が大きくなるよう前記内燃機関と前記第１の電動機と前記第２の電動機と前記変速機とを制御する制御手段と、
を備える動力出力装置。 - 前記制御手段は、前記第１の電動機が電動機として機能すると共に前記第２の電動機が発電機として機能する運転モードとならないよう制御する手段である請求項１記載の動力出力装置。
- 請求項１または２記載の動力出力装置であって、
前記第１の電動機の回転軸を停止した状態で固定可能な固定手段を備え、
前記制御手段は、前記第１の電動機が電動機として機能すると共に前記第２の電動機が発電機として機能する運転モードによる運転が必要か否かを判定し、該運転モードによる運転が必要であると判定したときには、前記第１の電動機の回転軸が停止した状態で固定されるよう前記固定手段を制御すると共に前記目標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２の電動機と前記変速機とを制御する手段である動力出力装置。 - 前記変速機は有段変速機である請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置。
- 前記制御手段は、前記目標動力を前記駆動軸に出力するために前記内燃機関から前記３軸式動力入出力手段と前記変速機を介して前記駆動軸に出力される第１のトルクが前記目標動力から導き出される前記駆動軸の第２のトルク以上となるよう前記変速機の変速段を設定すると共に該設定された変速段で運転されるよう該変速機を制御する手段である請求項４記載の動力出力装置。
- 前記制御手段は、前記変速機の変速段のうち該第１のトルクと該第１のトルクとの偏差が最も小さくなる変速段を設定する手段である請求項５記載の動力出力装置。
- 請求項１ないし６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なる自動車。
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|---|---|---|---|
| JP2003020228A JP2004236406A (ja) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | 動力出力装置およびこれを備える自動車 |
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| JP2003020228A JP2004236406A (ja) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | 動力出力装置およびこれを備える自動車 |
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|---|---|
| JP2004236406A true JP2004236406A (ja) | 2004-08-19 |
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| JP2003020228A Pending JP2004236406A (ja) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | 動力出力装置およびこれを備える自動車 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN100355609C (zh) * | 2004-11-11 | 2007-12-19 | 丰田自动车株式会社 | 动力输出装置及其控制方法和汽车 |
| JP2008179256A (ja) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Toyota Motor Corp | 動力出力装置およびその制御方法並びに車両、駆動装置 |
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-
2003
- 2003-01-29 JP JP2003020228A patent/JP2004236406A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7252619B2 (en) | 2004-02-25 | 2007-08-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for vehicular drive system |
| US7238133B2 (en) | 2004-07-09 | 2007-07-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus for use with driving device of vehicle |
| US7426972B2 (en) | 2004-08-05 | 2008-09-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for vehicular drive system |
| CN100417796C (zh) * | 2004-09-10 | 2008-09-10 | 丰田自动车株式会社 | 混合动力车及其控制方法 |
| CN100355609C (zh) * | 2004-11-11 | 2007-12-19 | 丰田自动车株式会社 | 动力输出装置及其控制方法和汽车 |
| JP2008179256A (ja) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Toyota Motor Corp | 動力出力装置およびその制御方法並びに車両、駆動装置 |
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