JP2008179256A - 動力出力装置およびその制御方法並びに車両、駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を複雑化することなく発電機や電動機の発熱を抑制して装置のエネルギ効率を向上させる。
【解決手段】駆動軸に要求される要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満であり、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ未満であり、且つ、エンジンの目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジンの回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ未満のときに（Ｓ１５０）、モータＭＧ１をロック状態とすると共に駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｄ＊に駆動軸回転数Ｎｄを乗じたものをエンジン２２の回転数Ｎｅで除して得られる目標トルクＴｅ＊がエンジンから出力されるようエンジンを制御する（Ｓ２３０〜２６０）。これにより、モータＭＧ１を固定するブレーキを設けることなく、モータＭＧ１の発熱を抑制して、車両の燃費を向上させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、動力出力装置およびその制御方法並びに車両、駆動装置に関し、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うした動力出力装置の制御方法並びにこうした動力出力装置を搭載する車両、駆動軸に動力を出力する動力出力装置に内燃機関および蓄電手段と共に組み込まれる駆動装置に関する。

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エンジンの出力軸を、サンギヤにモータＭＧ１の回転軸を、リングギヤに変速機を介して駆動軸をそれぞれ接続すると共にサンギヤの回転を固定するブレーキを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、駆動軸に出力すべき要求トルクに見合うパワーが効率よく出力されるようエンジンを運転制御し、エンジン側から駆動軸に出力されるトルクが要求トルクの直近下位となるよう変速機の変速段を選択して二つのモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する。そして、いずれの変速段を選択してもエンジン側から駆動軸に出力されるトルクが要求トルクより大きくなるときには、ブレーキを作動させてモータＭＧ１をロックし、エンジンからの動力により要求トルクが出力されるようエンジンを制御する。これにより、動力の循環を抑止して装置全体のエネルギ効率の向上を図っている。
特開２００４−２３６４０６号公報

しかしながら、上述の動力出力装置では、動力の循環を抑止して装置全体のエネルギ効率を向上させるためにモータＭＧ１をロックするブレーキを備える必要があり、装置が複雑化する。一方、モータを電磁気的にロックさせることも可能だが、単相に電流が流れるため、モータが発熱してしまう。

本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両、駆動装置は、装置を複雑化することなく装置のエネルギ効率を向上させ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その制御方法並びに車両、駆動装置は、発電機や電動機の発熱を抑制して装置のエネルギ効率を向上させ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その制御方法並びに車両、駆動装置は、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、
動力を入出力可能な発電機と、
入力軸を有し、前記入力軸と前記駆動軸との間で動力を変速して伝達する有段変速手段と、
前記入力軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
前記入力軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求動力設定手段と、
所定運転条件が成立していないときには前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記設定された要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御し、前記所定運転条件が成立しているときには前記発電機の回転数を値０で固定した状態で前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記設定された要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御する制御手段と、
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、所定運転条件が成立していないときには有段変速手段の変速段の変速を伴って駆動軸に要求される要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機と有段変速手段とを制御し、所定運転条件が成立しているときには発電機の回転数を値０で固定した状態で有段変速手段の変速段の変速を伴って要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機と有段変速手段とを制御する。ブレーキを用いることなく発電機の回転数を値０で固定した状態で駆動軸に駆動力を出力するから、装置を複雑化することなく装置のエネルギ効率を向上させることができる。また、所定運転条件として発電機の発熱が少ない条件とすれば、発電機の発熱を抑制して装置のエネルギ効率を向上させることができる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記所定運転条件は、前記内燃機関が運転されている条件を含むものとすることもできるし、前記設定された要求駆動力が所定駆動力以下である条件を含むものとすることもできるし、前記発電機の回転数の絶対値が所定回転数未満である条件を含むものとすることもできる。これらは、発電機の回転数を値０で固定した状態で駆動軸に要求駆動力を出力することによりエネルギ効率を向上させることができる条件であったり、発電機の回転数を値０で固定するのに必要な発電機のトルクが小さくなる条件であったり、発電機の回転数を値０で固定しやすい条件であったりする。

また、本発明の動力出力装置において、前記内燃機関の回転数である機関回転数を検出する回転数検出手段を備え、前記所定運転条件は、前記内燃機関を所定の制約で運転しながら前記設定された要求駆動力を前記駆動軸に出力するものとして演算される前記内燃機関の回転数である演算回転数と前記検出された機関回転数との回転数差が所定回転数差未満となる条件を含むものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の回転数を大きく変更することなく発電機の回転数を値０で固定した状態で駆動軸に駆動力を出力することができる。この場合、前記所定の制約は前記内燃機関を効率よく運転する制約であり、前記所定回転数差は、前記内燃機関を前記演算回転数で運転したときと前記検出された機関回転数で運転したときとの該内燃機関で消費される燃料に対応する損失が前記発電機の回転数を値０で固定しない状態における前記発電機における電気的な損失より小さくなるよう設定されてなる、ものとすることもできる。こうすれば、装置のエネルギ効率を向上させることができる。

本発明の車両は、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、動力を入出力可能な発電機と、入力軸を有し、前記入力軸と前記駆動軸との間で動力を変速して伝達する有段変速手段と、前記入力軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記入力軸に動力を入出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求動力設定手段と、所定運転条件が成立していないときには前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記設定された要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御し、前記所定運転条件が成立しているときには前記発電機の回転数を値０で固定した状態で前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記設定された要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御する制御手段と、を備える動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなることを要旨とする。

この本発明の車両では、上述のいずれかの態様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、ブレーキを用いることなく発電機の回転数を値０で固定した状態で駆動軸に駆動力を出力するから、装置を複雑化することなく装置のエネルギ効率を向上させることができる効果や、所定運転条件として発電機の発熱が少ない条件とすれば、発電機の発熱を抑制して装置のエネルギ効率を向上させることができる効果、などと同様な効果を奏することができる。

本発明の駆動装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置に内燃機関および蓄電手段と共に組み込まれる駆動装置であって、
蓄電手段と電力のやりとりが可能で動力を入出力可能な発電機と、
入力軸を有し、前記入力軸と前記駆動軸との間で動力を変速して伝達する有段変速手段と、
前記入力軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
蓄電手段と電力のやりとりが可能で前記入力軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求動力設定手段と、
所定運転条件が成立していないときには前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記設定された要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関の制御と共に前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御し、前記所定運転条件が成立しているときには前記発電機の回転数を値０で固定した状態で前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記設定された要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関の制御と共に前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の駆動装置では、所定運転条件が成立していないときには有段変速手段の変速段の変速を伴って駆動軸に要求される要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関の制御と共に発電機と電動機と有段変速手段とを制御し、所定運転条件が成立しているときには発電機の回転数を値０で固定した状態で有段変速手段の変速段の変速を伴って要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関の制御と共に発電機と電動機と有段変速手段とを制御する。ブレーキを用いることなく発電機の回転数を値０で固定した状態で駆動軸に駆動力を出力するから、装置を複雑化することなく装置のエネルギ効率を向上させることができる。また、所定運転条件として発電機の発熱が少ない条件とすれば、発電機の発熱を抑制して装置のエネルギ効率を向上させることができる。

本発明の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、入力軸を有し前記入力軸と駆動軸との間で動力を変速して伝達する有段変速手段と、前記入力軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記入力軸に動力を入出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
所定運転条件が成立していないときには前記有段変速手段の変速段の変速を伴って駆動軸に要求される要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御し、前記所定運転条件が成立しているときには前記発電機の回転数を値０で固定した状態で前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御する、
ことを特徴とする。

この本発明の動力出力装置の制御方法では、所定運転条件が成立していないときには有段変速手段の変速段の変速を伴って駆動軸に要求される要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関の制御と共に発電機と電動機と有段変速手段とを制御し、所定運転条件が成立しているときには発電機の回転数を値０で固定した状態で有段変速手段の変速段の変速を伴って要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関の制御と共に発電機と電動機と有段変速手段とを制御する。ブレーキを用いることなく発電機の回転数を値０で固定した状態で駆動軸に駆動力を出力するから、装置を複雑化することなく装置のエネルギ効率を向上させることができる。また、所定運転条件として発電機の発熱が少ない条件とすれば、発電機の発熱を抑制して装置のエネルギ効率を向上させることができる。

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、本発明の一実施例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、動力分配統合機構３０に接続された動力軸としてのリングギヤ軸３２ａに接続されたモータＭＧ２と、リングギヤ軸３２ａの動力を変速して駆動輪３９ａ，３９ｂに連結された駆動軸３６に出力する変速機６０と、車両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。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算している。

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には回転軸としてのリングギヤ軸３２ａ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から変速機６０，駆動軸３６，デファレンシャルギヤ３８を介して、最終的には車両の駆動輪３９ａ，３９ｂ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からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ
２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。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

変速機６０は、動力軸としてのリングギヤ軸３２ａと駆動軸３６との間の変速段の変更を伴う動力の伝達およびリングギヤ軸３２ａと駆動軸３６との接続の解除を行なうことができるように構成されている。変速機６０の構成の一例を図２に示す。図示するように、変速機６０は、シングルピニオンの遊星歯車機構６２，６４，６６と二つのクラッチＣ１，Ｃ２と三つのブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３とにより構成されている。遊星歯車機構６２は、外歯歯車のサンギヤ６２ｓと、このサンギヤ６２ｓと同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６２ｒと、サンギヤ６２ｓに噛合すると共にリングギヤ６２ｒに噛合する複数のピニオンギヤ６２ｐと、複数のピニオンギヤ６２ｐを自転かつ公転自在に保持するキャリア６２ｃとを備えており、サンギヤ６２ｓはクラッチＣ２のオンオフによりリングギヤ軸３２ａに接続または接続の解除ができるようになっていると共にブレーキＢ１のオンオフによりその回転を停止または自由にできるようになっており、キャリア６２ｃはブレーキＢ２のオンオフによりその回転を停止または自由にできるようになっている。遊星歯車機構６４は、外歯歯車のサンギヤ６４ｓと、このサンギヤ６４ｓと同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６４ｒと、サンギヤ６４ｓに噛合すると共にリングギヤ６４ｒに噛合する複数のピニオンギヤ６４ｐと、複数のピニオンギヤ６４ｐを自転かつ公転自在に保持するキャリア６４ｃとを備えており、サンギヤ６４ｓは遊星歯車機構６２のサンギヤ６２ｓに接続され、リングギヤ６４ｒはクラッチＣ１のオンオフによりリングギヤ軸３２ａに接続またはその解除ができるようになっており、キャリア６４ｃは遊星歯車機構６２のリングギヤ６２ｒに接続されている。遊星歯車機構６６は、外歯歯車のサンギヤ６６ｓと、このサンギヤ６６ｓと同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６６ｒと、サンギヤ６６ｓに噛合すると共にリングギヤ６６ｒに噛合する複数のピニオンギヤ６６ｐと、複数のピニオンギヤ６６ｐを自転かつ公転自在に保持するキャリア６６ｃとを備えており、サンギヤ６６ｓは遊星歯車機構６４のリングギヤ６４ｒに接続され、リングギヤ６６ｒはブレーキＢ３のオンオフによりその回転を停止または自由にできるようになっており、キャリア６６ｃは遊星歯車機構６２のリングギヤ６２ｒと遊星歯車機構６４のキャリア６４ｃと駆動軸３６とに接続されている。変速機６０は、クラッチＣ１，Ｃ２とブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３とを全てオフにすることによりリングギヤ軸３２ａと駆動軸３６とを切り離すことができ、クラッチＣ１とブレーキＢ３とをオンとすると共にクラッチＣ２とブレーキＢ１，Ｂ２とをオフとすることによりリングギヤ軸３２ａの回転を比較的大きな減速比で減速して駆動軸３６に伝達し（以下、この状態を１速の状態という）、クラッチＣ１とブレーキＢ２とをオンとすると共にクラッチＣ２とブレーキＢ１，Ｂ３とをオフとすることによりリングギヤ軸３２ａの回転を１速より小さな減速比で減速して駆動軸３６に伝達し（以下、この状態を２速の状態という）、クラッチＣ１とクラッチＢ１とをオンとすると共にクラッチＣ２とブレーキＢ２，Ｂ３とをオフとすることによりリングギヤ軸３２ａの回転を２速より小さな減速比で減速して駆動軸３６に伝達し（以下、この状態を３速の状態という）、クラッチＣ１，Ｃ２をオンとすると共にクラッチＢ１，Ｂ２，Ｂ３をオフとすることによりリングギヤ軸３２ａの回転をそのまま駆動軸３６に伝達する（以下、この状態を４速の状態という）。また、この変速機６０は、クラッチＣ２とブレーキＢ３とをオンとすると共にクラッチＣ１とブレーキＢ１，Ｂ２とをオフとすることによりリングギヤ軸３２ａの回転を反転かつ減速して駆動軸３６に伝達する（以下、この状態をリバースの状態という）。

クラッチＣ１，Ｃ２やブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３のオンオフは、図１に示すように、油圧式のアクチュエータ１００の駆動によりクラッチＣ１，Ｃ２やブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３に対して作用させる油圧を調節することより行なわれる。この油圧式のアクチュエータ１００は、オイルを圧送するオイルポンプ１０２と、オイルポンプ１０２から圧送されたオイルの圧力（ライン圧）をクラッチＣ１，Ｃ２やブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３側に調整可能な圧力をもって個別に供給可能な油圧供給部１０４と、を備える。

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に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２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）を演算したり、演算した残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。図３に電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図４にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。

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，アクチュエータ１００の油圧供給部１０４のライン圧を検出する油圧センサ１０６からの油圧Ｐｏｉｌ，駆動軸３６に取り付けられた回転数センサ３７からの駆動軸回転数Ｎｄ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からは、変速機６０のクラッチＣ１，Ｃ２やブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３の油圧式のアクチュエータ１００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。

なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトポジションセンサ８２により検出するシフトレバー８１のポジションとしては、駐車ポジション（Ｐポジション）や中立ポジション（Ｎポジション），ドライブポジション（Ｄポジション），リバースポジション（Ｒポジション）などがある。シフトポジションＳＰがＤポジションやＲポジションのときには、変速機６０は、１速〜４速の状態，リバースの状態となるようクラッチＣ１，Ｃ２やブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３のうち１速〜４速の状態，リバースの状態に対応するクラッチやブレーキを係合するものとし、シフトポジションＳＰがＮポジションやＰポジションのときには、変速機６０のクラッチＣ１，Ｃ２やブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３は全て開放するものとした。

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３６に出力すべき要求トルクを計算し、要求トルクＴｄ＊と車速Ｖとに応じた変速段となるよう変速機６０が制御され、要求トルクと変速機６０の変速段とに応じた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を運転しているときの動作について説明する。図５は、エンジン２２を運転しているときに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、数ｍｓｅｃ毎）に実行される。なお、この駆動制御ルーチンが実行されている最中でも、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと変速段との関係を設定した変速マップと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と車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて変速機６０の変速段は変速されている。

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，回転数センサ３７からの駆動軸回転数Ｎｄ，変速機６０の変速比Ｇ，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、クランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいて演算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。また、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計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１により検出されたバッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて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。なお、変速機６０の変速比Ｇは、変速機６０の状態に基づいて得られるものを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とに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｄ＊を設定すると共に（ステップＳ１１０）、設定した要求トルクＴｄ＊に基づいてエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊を設定する（ステップＳ１２０）。要求トルクＴｄ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｄ＊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Ｔｄ＊を導出して設定するものとした。図６に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｄ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｄを乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。

次に、設定した要求パワー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＊とを設定する（ステップＳ１３０）。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要求パワーＰｅ＊とに基づいて行なわれる。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＊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。

続いて、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２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（ステップＳ１４０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構３０および変速機６０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を図８に示す。なお、図８は変速機６０が２速の状態のときを示している。図中左側は動力分配統合機構３０の共線図であり、左の３１軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、３４軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、３２軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２であるリングギヤ３２（リングギヤ軸３２ａ）の回転数を示す。図中右側は変速機６０の共線図であり、６４ｒ，６６ｓ軸は遊星歯車機構６４のリングギヤ６４ｒおよび遊星歯車機構６６のサンギヤ６６ｓの回転数を示し、６２ｒ，６４ｃ，６６ｃ軸は駆動軸３６の回転数Ｎｏである遊星歯車機構６２のリングギヤ６２ｒおよび遊星歯車機構６４のキャリア６４ｃおよび遊星歯車機構６６のキャリア６６ｃの回転数を示し、６２ｃ軸は遊星歯車機構６２のキャリア６２ｃの回転数を示し、６６ｒ軸は遊星歯車機構６６のリングギヤ６６ｒの回転数を示し、６２ｓ，６４ｓ軸は遊星歯車機構６２のサンギヤ６２ｓおよび遊星歯車機構６４のサンギヤ６４ｓの回転数を示す。図中左右の共線図を結ぶ点線は、シフトポジションＳＰがＤポジションのときに接続される回転要素（３２軸と６４ｒ，６６ｓ軸）を示す。なお、３２軸上の２つの太線矢印はモータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとモータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２とを示し、６２ｒ，６４ｃ，６６ｃ軸の２つの太線矢印は、３２軸に出力されるこれらのトルクが変速機６０を介して駆動軸３６に出力されるトルクを示す。式（１）は、図８の共線図から容易に導くことができる。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/ρ (1)

こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定すると、設定した要求トルクＴｄ＊を閾値Ｔｒｅｆと、設定したモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値を閾値Ｎｍ１ｒｅｆと、設定したエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの差の絶対値（回転数差）を閾値Ｎｅｒｅｆと、それぞれ比較する（ステップＳ１５０）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、走行に要求される負荷が比較的小さい状態を判定するために用いられるものであり、例えば、許容される最大トルクの３０％などのように定めることができ、車両に搭載されるエンジン２２の性能やモータＭＧ１，ＭＧ２などにより定められる。また、閾値Ｎｍ１ｒｅｆは、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊が値０近傍であるのを判定するために用いられるものであり、２００ｒｐｍや３００ｒｐｍ，５００ｒｐｍ，１０００ｒｐｍなどの値を用いることができる。さらに、閾値Ｎｅｒｅｆは、燃費を考えたときにエンジン２２の運転領域として許容される範囲にあるか否かを判定するために用いられるものであり、２００ｒｐｍや３００ｒｐｍ，５００ｒｐｍ，１０００ｒｐｍなどの値を用いることができる。これらの比較は、実施例では、モータＭＧ１を値０の回転数でロックした状態として走行するための条件が成立しているか否かを判定するものとなる。これは、要求トルクＴｄ＊が比較的小さな低負荷時には、動力分配統合機構３０のギヤ比ρにもよるが、一般的にモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１は値０近傍か負の値となり、モータＭＧ１をロックした状態とした方が車両全体のエネルギ効率を向上させることができることに基づく。モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊と閾値Ｎｍ１ｒｅｆとの比較やエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と回転数Ｎｅとの回転数差と閾値Ｎｅｒｅｆとの比較は、要求トルクＴｄ＊が比較的小さくても全体としての効率が低くなるときや過渡時などモータＭＧ１をロックした状態としない方がよい場合を考慮するものである。

要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上であったり、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ以上であったり、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ以上のときには、モータＭＧ１をロックした状態としない方がよいと判断し、計算した目標回転数Ｎｍ１＊と入力したモータＭＧ１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Ｔｍ１ｔｍｐを計算する（ステップＳ１６０）。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「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。

Tm1tmp=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)

続いて、要求トルクＴｄ＊を変速機６０のギヤ比Ｇで除したものにモータトルクＴｍ１ｔｍｐを動力分配統合機構３０のギヤ比ρで除したものを加えてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしてのモータトルクＴｍ２ｔｍｐを次式（３）により計算すると共に（ステップＳ１７０）、式（４）および式（５）を共に満たすモータトルクＴｍ１ｔｍｐの上下限としてのトルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定する（ステップＳ１８０）。ここで、式（３）は、図８の共線図から容易に導くことができる。また、式（４）はモータＭＧ１やモータＭＧ２によりリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクの総和が値０から要求トルクＴｄ＊を予想ギヤ比Ｇｅｓｔで除した値までの範囲内となる関係であり、式（５）はモータＭＧ１とモータＭＧ２とにより入出力される電力の総和が入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内となる関係である。トルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘの一例を図９に示す。トルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘは、図中斜線で示した領域内のトルク指令Ｔｍ１＊の最大値と最小値として求めることができる。

Tm2tmp=Td*/G+Tm1tmp/ρ (3)
0≦−Tm1tmp/ρ＋Tm2tmp≦Td*/G (4)
Win≦Tm1tmp・Nm1＋Tm2tmp・Nm2≦Wout (5)

こうしてトルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定すると、ステップＳ１６０で設定したモータトルクＴｍ１ｔｍｐを式（６）によりトルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘで制限してモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップ１９０）。そして、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと設定したトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差を回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘを次式（７）および式（８）により計算すると共に（ステップＳ２００）、ステップＳ１７０で設定したモータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（９）によりトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘで制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２１０）。

Tm1*=max(min(Tm1tmp,Tm1max),Tm1min) (6)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (7)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (8)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (9)

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（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における吸入空気量制御や燃料噴射制御，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Ｓ１５０で要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満であり、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ未満であり、且つ、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ未満のときには、モータＭＧ１をロックした状態とした方がよいと判断し、要求トルクＴｄ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｄを乗じたものをエンジン２２の回転数Ｎｅで除した値をエンジン２２の目標トルクＴｅ＊として設定し（ステップＳ２３０）、設定した目標トルクＴｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１０）によりロックした状態のモータＭＧ１に流す電流によって許容すべきトルクであるロック用トルクＴｍ１ｒを設定する（ステップＳ２４０）。ここで、式（１０）の右辺第１項は、エンジン２２から目標トルクＴｅ＊を出力したときにモータＭＧ１から出力すべきトルクであり、上述した図８の共線図から容易に求めることができる。右辺第２項は、エンジン２２のトルク脈動が生じてもモータＭＧ１が回転しないようにするために必要なトルクであり、エンジン２２の性能やステップＳ１５０の判定における条件などにより定めることができる。

Tm1r=ρ・Te*/(1+ρ)+ΔT (10)

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Ｓ２５０）、目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、ロック用トルクＴｍ１ｒとトルク指令Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２６０）、駆動制御ルーチンを終了する。目標トルクＴｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２がそのときの回転数と目標トルクＴｅ＊との運転ポイントで運転されるようエンジン２２における吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などの制御を行なう。ロック用トルクＴｍ１ｒとトルク指令Ｔｍ２＊とを受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ２からはトルクが出力されないようインバータ４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行ない、モータＭＧ１については回転数Ｎｍ１が値０であるときにはロック用トルクＴｍ１ｒに相当する電流がｄ軸に流れるようにインバータ４１のスイッチング素子をスイッチング制御し、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が値０ではないときには回転数Ｎｍ１が値０となるよう制御すると共に回転数Ｎｍ１が値０になった以降はロック用トルクＴｍ１ｒに相当する電流がｄ軸に流れるようにインバータ４１のスイッチング素子をスイッチング制御する。ここで、ｄ軸は、三相交流モータにおける相電流を３相−２相変換（座標変換）する際のｄ−ｑ座標系におけるｄ軸であり、モータＭＧ１のロータに貼り付けられた永久磁石により形成される時速の方向である。モータＭＧ１のロック制御は、以下のように行なうことができる。まず、モータＭＧ１のロータの回転位置から電気角を計算すると共にこの計算した電気角を用いて検出した相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１を座標変換（３相−２相変換）して電流Ｉｄ１，Ｉｑ１を計算する。続いて、電流指令Ｉｄ１＊にロック用トルクＴｍ１ｒに相当する電流を設定すると共に電流指令Ｉｑ１＊に値０を設定し、設定した電流指令Ｉｄ１＊，Ｉｑ１＊と計算した電流Ｉｄ１，Ｉｑ１とを用いて電圧指令Ｖｄ１＊，Ｖｑ１＊を設定し、この設定した電圧指令Ｖｄ１＊，Ｖｑ１＊を座標変換（２相−３相変換）してモータＭＧ１の三相コイルＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令Ｖｕ１＊，Ｖｖ１＊，Ｖｗ１＊を計算する。そして、計算した電圧指令Ｖｕ１＊，Ｖｖ１＊，Ｖｗ１＊をインバータ４１をスイッチングするためのＰＷＭ信号に変換し、これに基づいてインバータ４１のスイッチング素子をスイッチング制御する。こうした制御により、モータＭＧ１は、ロックした状態となる。

図１０は、モータＭＧ１をロックした状態における動力分配統合機構３０および変速機６０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例である。図１０中、実線は変速機６０が２速の状態のときを示し、破線は変速機６０が３速の状態のときを示している。図示するように、モータＭＧ１がロック状態とされることにより、エンジン２２から出力したトルクＴｅが動力分配統合機構３０のギヤ比ρと変速機６０のギヤ比Ｇとによって変換されて駆動軸３６に出力される。このため、モータＭＧ１をロック状態とするのに必要な電気的な損失が生じるものの、エンジン２２から出力された機械的なエネルギは僅かな機械的な損失を生じるのみで駆動軸３６に出力される。上述したように、こうしたモータＭＧ１をロック状態とした制御は、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満であり、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ未満であり、且つ、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ未満のときに実行されるから、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が負の値となることによって生じる動力循環を回避することができると共に比較的効率よくエンジン２２を運転して要求トルクＴｄ＊を駆動軸３６に出力することができる。この結果、車両の燃費を向上させることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、比較的低負荷で全体としての効率が低くならないときや過渡時ではないときに、モータＭＧ１をロック状態とすると共にエンジン２２から駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｄ＊に駆動軸回転数Ｎｄを乗じたものをエンジン２２の回転数Ｎｅで除して得られる目標トルクＴｅ＊が出力されるようエンジン２２を制御することにより、モータＭＧ１を固定するブレーキを設けることなく、モータＭＧ１をロック状態にして車両の燃費を向上させることができる。しかも、比較的低負荷のときにだけモータＭＧ１をロック状態とするから、モータＭＧ１の発熱を抑制することができる。さらに、モータＭＧ１をロック状態とするときには、上述した式（１０）により必要かつ十分なトルクが生じるだけの電流をモータＭＧ１に流すから、モータＭＧ１の発熱を抑制しながら車両の燃費を向上させることができる。もとより、変速機６０の変速段の変速を伴って要求トルクＴｄ＊を駆動軸３６に出力して走行することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満であり、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ未満であり、且つ、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ未満のときにモータＭＧ１をロック状態としたが、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満であり且つモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ未満であれば、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ以上のときにもモータＭＧ１をロック状態とするものとしてもよく、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満であり且つエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ未満のときであれば、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ以上のときにもモータＭＧ１をロック状態とするものとしてもよく、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ未満であり且つエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ未満であれば、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上であってもモータＭＧ１をロック状態とするものとしてもよい。また、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満であれば、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ以上であったりエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ以上であってもモータＭＧ１をロック状態とするものとしてもよく、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ未満であれば、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上であったりエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ以上であってもモータＭＧ１をロック状態とするものとしてもよく、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ未満であれば、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上であったりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ以上であってもモータＭＧ１をロック状態とするものとしてもよい。更に、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満である条件やモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ未満である条件，エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ未満である条件以外の条件を考慮してモータＭＧ１をロック状態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、エンジン２２が運転されている状態で要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満であり、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ未満であり、且つ、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ未満のときにモータＭＧ１をロック状態としたが、エンジン２２が運転されていない状態のときにもモータＭＧ１をロック状態とするものとしても構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、上述した式（４），（５）を満たす範囲内でモータトルクＴｍ１ｔｍｐを制限するトルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを求めてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共に式（７），（８）によりトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘを求めてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定したが、式（４），（５）を満たす範囲内によるトルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘの制限を受けることなくモータトルクＴｍ１ｔｍｐをそのままモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊として設定すると共にこのトルク指令Ｔｍ１＊を用いて式（７），（８）によりトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘを求めてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定するものとしても構わない。この他、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２や予想モータ回転数Ｎｍ２ｅｓｔを用いてバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定するものであれば、如何なる手法を用いるものとしても構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、４段の変速段をもって変速可能な変速機６０を用いるものとしたが、変速段は４段に限られるものではなく、２段以上の変速段をもって変速可能な変速機であればよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、駆動輪３９ａ，３９ｂに連結された駆動軸３６に変速機６０を介して接続された動力軸としてのリングギヤ軸３２ａにエンジン２２からの動力を動力分配統合機構３０を介して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、エンジン２２のクランクシャフトに接続されたインナーロータ１３２と駆動輪３９ａ，３９ｂに動力を出力する駆動軸３６に変速機６０を介して接続された動力軸３２ｂに接続されたアウターロータ１３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を動力軸３２ｂ，変速機６０，駆動軸３６を介して駆動輪３９ａ，３９ｂ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１３０を備えるものとしてもよい。

実施例では、本発明の最良の形態として動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０として説明したが、こうした自動車に搭載されない動力出力装置としてもよい。また、こうした動力出力装置に内燃機関と共に組み込まれる駆動装置の形態としてもよい。さらに、動力出力装置の制御方法の形態としても構わない。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、変速機６０が「有段変速手段」に相当し、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、バッテリ５０が「蓄電手段」に相当し、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定する図５の駆動制御ルーチンのステップＳ１１０を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「要求駆動力設定手段」に相当し、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上であったり、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ以上であったり、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ以上のときには、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で変速機６０の変速段の変速を伴ってエンジン２２を効率よく運転しながら要求トルクＴｄ＊が駆動軸３６に出力されるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定してエンジン２２，モータＭＧ１，ＭＧ２を制御し、要求トルクＴｄ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満であり、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値が閾値Ｎｍ１ｒｅｆ未満であり、且つ、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差が閾値Ｎｅｒｅｆ未満のときには、モータＭＧ１をロック状態とすると共にエンジン２２から駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｄ＊に駆動軸回転数Ｎｄを乗じたものをエンジン２２の回転数Ｎｅで除して得られる目標トルクＴｅ＊が出力されるようエンジン２２を制御する図５の駆動制御ルーチンのステップＳ１５０〜Ｓ２６０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによりエンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４とトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊とによりモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するモータＥＣＵ４０と油圧シーケンスにより変速機６０の変速段を変速制御するハイブリッド用電子制御ユニット７０とが「制御手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としては、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に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、入力軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの発電機であっても構わない。「有段変速手段」としては、４段変速の変速機６０に限定されるものではなく、入力軸と駆動軸との間で動力を変速して伝達する有段のものであれば如何なるものとしても構わない。「３軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて４以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、入力軸と内燃機関の出力軸と発電機の回転軸との３軸に接続され３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、入力軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ５０に限定されるものではなく、キャパシタなど、電力動力入出力手段および電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「要求駆動力設定手段」としては、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６の要求トルクＴｄ＊を設定するものに限定されるものではなく、アクセル開度Ａｃｃだけに基づいて駆動軸３６の要求トルクＴｄ＊を設定するなど、駆動軸に要求される要求駆動力を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、要求トルクＴｄ＊やモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊の絶対値，エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとの回転数差の条件に基づいてモータＭＧ１をロック制御するものに限定されるものではなく、所定運転条件が成立していないときには有段変速手段の変速段の変速を伴って設定された要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機と有段変速手段とを制御し、所定運転条件が成立しているときには発電機の回転数を値０で固定した状態で有段変速手段の変速段の変速を伴って設定された要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機と有段変速手段とを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。駆動軸に動力を出力する動力出力装置に内燃機関と共に組み込まれる駆動装置としたときの「制御手段」としては、動力出力装置としたときの「制御手段」からエンジンＥＣＵ２４を除いたもの、即ち、所定運転条件が成立していないときには有段変速手段の変速段の変速を伴って設定された要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機と有段変速手段とを制御し、所定運転条件が成立しているときには発電機の回転数を値０で固定した状態で有段変速手段の変速段の変速を伴って設定された要求駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機と有段変速手段とを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための最良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、動力出力装置や車両、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

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。 バッテリ５０における電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。 バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。 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。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す説明図である。 変速機６０が２速の状態のときの動力分配統合機構３０および変速機６０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 トルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘの一例を示す説明図である。 モータＭＧ１をロック状態としたときの動力分配統合機構３０および変速機６０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３２ｂ 動力軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３６ 駆動軸、３７ 回転数センサ、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、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、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ 変速機、６２，６４，６６ 遊星歯車機構、６２ｓ，６４ｓ，６６ｓ サンギヤ、６２ｃ，６４ｃ，６６ｃ キャリア、６２ｒ，６４ｒ，６６ｒ リングギヤ、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、１００ アクチュエータ、１０２ オイルポンプ、１０４ 油圧供給部、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｃ１，Ｃ２ クラッチ、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ ブレーキ。

Claims (9)

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、
   動力を入出力可能な発電機と、
   入力軸を有し、前記入力軸と前記駆動軸との間で動力を変速して伝達する有段変速手段と、
   前記入力軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
   前記入力軸に動力を入出力可能な電動機と、
   前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
   前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求動力設定手段と、
   所定運転条件が成立していないときには前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記設定された要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御し、前記所定運転条件が成立しているときには前記発電機の回転数を値０で固定した状態で前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記設定された要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御する制御手段と、
   を備える動力出力装置。
2. 前記所定運転条件は、前記内燃機関が運転されている条件を含む請求項１記載の動力出力装置。
3. 前記所定運転条件は、前記設定された要求駆動力が所定駆動力以下である条件を含む請求項１または２記載の動力出力装置。
4. 前記所定運転条件は、前記発電機の回転数の絶対値が所定回転数未満である条件を含む請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置。
5. 請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置であって、
   前記内燃機関の回転数である機関回転数を検出する回転数検出手段を備え、
   前記所定運転条件は、前記内燃機関を所定の制約で運転しながら前記設定された要求駆動力を前記駆動軸に出力するものとして演算される前記内燃機関の回転数である演算回転数と前記検出された機関回転数との回転数差が所定回転数差未満となる条件を含む、
   動力出力装置。
6. 請求項５記載の動力出力装置であって、
   前記所定の制約は、前記内燃機関を効率よく運転する制約であり、
   前記所定回転数差は、前記内燃機関を前記演算回転数で運転したときと前記検出された機関回転数で運転したときとの該内燃機関で消費される燃料に対応する損失が前記発電機の回転数を値０で固定しない状態における前記発電機における電気的な損失より小さくなるよう設定されてなる、
   動力出力装置。
7. 請求項１ないし６いずれか記載の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなる車両。
8. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置に内燃機関および蓄電手段と共に組み込まれる駆動装置であって、
   蓄電手段と電力のやりとりが可能で動力を入出力可能な発電機と、
   入力軸を有し、前記入力軸と前記駆動軸との間で動力を変速して伝達する有段変速手段と、
   前記入力軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
   蓄電手段と電力のやりとりが可能で前記入力軸に動力を入出力可能な電動機と、
   前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求動力設定手段と、
   所定運転条件が成立していないときには前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記設定された要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関の制御と共に前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御し、前記所定運転条件が成立しているときには前記発電機の回転数を値０で固定した状態で前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記設定された要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関の制御と共に前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御する制御手段と、
   を備える駆動装置。
9. 内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、入力軸を有し前記入力軸と駆動軸との間で動力を変速して伝達する有段変速手段と、前記入力軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記入力軸に動力を入出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
   所定運転条件が成立していないときには前記有段変速手段の変速段の変速を伴って駆動軸に要求される要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御し、前記所定運転条件が成立しているときには前記発電機の回転数を値０で固定した状態で前記有段変速手段の変速段の変速を伴って前記要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記有段変速手段とを制御する、
   ことを特徴とする動力出力装置の制御方法。

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