JP4054005B2 - 動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法に関し、詳しくは、変速機を介して駆動軸に動力を出力する電動機を備える動力出力装置およびこれを搭載し駆動軸に車軸が連結されて走行する自動車並びに動力出力装置の制御方法に関する。

従来、この種の動力出力装置としては、遊星歯車機構の各回転要素に内燃機関の出力軸，発電機の回転軸，駆動軸が接続されると共に変速機を介して駆動軸に電動機が接続されたハイブリッド自動車に搭載されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、変速機の変速段を車速に応じて切り替えることにより、電動機からの動力を車速に応じた動力に変速して駆動軸に出力している。
特開２００２−２２５５７８号公報

上述の動力出力装置では、例えば、変速段を増速側に切り替える際、必要なクラッチの係合によるエネルギ損失により電動機から駆動軸に作用する駆動力に落ち込みが生じ、その後に電動機の回転数が低下する際に電動機の回転軸のイナーシャによって駆動軸に過剰な駆動力が作用して運転者に違和感を与える場合がある。こうした駆動軸への過剰な駆動力は、電動機の回転軸のイナーシャ分を完全キャンセルさせるように電動機から出力する駆動力を減少させることにより防止できるが、イナーシャ分を完全にキャンセルさせるとクラッチの係合時の駆動力の落ち込みからの回復が遅れ、これも運転者に違和感を与える結果となる。

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、変速比を変更している最中の駆動軸への駆動力の落ち込みを抑制しながら変速による違和感の発生を防止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、変速比を変更している最中の駆動軸への駆動力の落ち込みを抑制しながら変速により駆動軸に過剰な駆動力が作用するのを防止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、
要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する制御手段と、
前記電動機から駆動力が出力されている最中に前記変速機における変速比の切り替えが要求されたとき、該要求された変速比に切り替わるよう該変速機を駆動制御し、前記変速比が切り替えられている最中に生じる前記電動機の回転子の慣性力により前記電動機から前記駆動軸に作用する駆動力が前記要求駆動力に一致する方向に調整されるよう該電動機を駆動制御する駆動力調整制御を行なう駆動時変速制御手段と
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、電動機から駆動力が出力されている最中に変速機における変速比の切り替えが要求されたとき、要求された変速比に切り替わるよう変速機を駆
動制御し、変速比が切り替えられている最中に生じる電動機の回転子の慣性力により駆動軸に作用する駆動力が要求駆動力に一致する方向に調整されるよう電動機を駆動制御する。したがって、電動機の回転子の慣性力を完全キャンセルするものに比して変速比を変更している最中の駆動力の落ち込みを抑制できると共に変速による違和感の発生を防止することができる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記駆動時変速制御手段は、減速側から増速側への変速比の変更が要求されたときに前記駆動力調整制御を行なう手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記駆動時変速制御手段は、前記変速比が切り替えられている最中に前記電動機から出力されている動力が維持される駆動力が出力されるよう前記電動機を駆動制御し、該駆動力を該電動機から出力すると前記慣性力により前記駆動軸に作用する駆動力が前記要求駆動力を超えるときには該超える部分に相当する駆動力を減じた駆動力に調整されるよう前記電動機を駆動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、変速比を変更している最中の駆動力の落ち込みを抑制しながら要求駆動力を超える過剰な駆動力が作用するのをより確実に防止することができる。

本発明の動力出力装置において、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力手段と、前記第３の回転軸に動力を入出力可能な発電機とを備えるものとすることもできるし、内燃機関と、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、電磁的な作用により該第１の回転子と該第２の回転子とを相対的に回転駆動させる発電可能な対回転子電動機とを備えるものとすることもできる。

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、変速機を介して駆動軸に動力を出力する電動機を備える動力出力装置であって、要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する制御手段と、前記電動機から駆動力が出力されている最中に前記変速機における変速比の切り替えが要求されたとき、該要求された変速比に切り替わるよう該変速機を駆動制御し、前記変速比が切り替えられている最中に生じる前記電動機の回転子の慣性力により前記電動機から前記駆動軸に作用する駆動力が前記要求駆動力に一致する方向に調整されるよう該電動機を駆動制御する駆動力調整制御を行なう駆動時変速制御手段とを備える動力出力装置とを搭載し、前記駆動軸に車軸が連結されて走行する
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、変速比を変更している最中の駆動力の落ち込みを抑制しながら変速による違和感の発生を防止することができる効果や変速比を変更している最中の駆動力の落ち込みを抑制しながら変速により駆動軸に過剰な駆動力が作用するのを防止することができる効果などの効果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、
変速機を介して駆動軸に動力を出力する電動機を備える動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御し、
（ｂ）前記電動機から駆動力が出力されている最中に前記変速機における変速比の切り替えが要求されたとき、該要求された変速比に切り替わるよう該変速機を駆動制御し、該変速比の切り替えの際に生じる前記電動機の回転子の慣性力により前記駆動軸に作用する駆
動力が前記要求駆動力に一致する方向に調整されるよう該電動機を駆動制御する
ことを要旨とする。

この本発明の動力出力装置の制御方法によれば、電動機から駆動力が出力されている最中に変速機における変速比の切り替えが要求されたとき、要求された変速比に切り替わるよう変速機を駆動制御し、変速比が切り替えられている最中に生じる電動機の回転子の慣性力により駆動軸に作用する駆動力が要求駆動力に一致する方向に調整されるよう電動機を駆動制御する。したがって、電動機の回転子の慣性力を完全キャンセルするものに比して変速比を変更している最中の駆動力の落ち込みを抑制できると共に変速による違和感の発生を防止することができる。

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を介して車両前輪の駆動輪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。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を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）。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、図示しないが、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた電流センサからの充放電電流，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の踏み込み量に対応したアクセル開度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に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、主に変速機６０の変速比を変更する際の動作について説明する。図３は、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、バッテリＥＣＵ５２からのバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊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、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。充放電要求パワーＰｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）
が基準値より大きいときには大きいほど放電用のパワーが大きくなるように、且つ、残容量（ＳＯＣ）が基準値より小さいときには小さいほど充電用のパワーが大きくなるように予め設定されたマップを用いてバッテリＥＣＵ５２により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。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊と要求パワーＰｒ＊とを設定する（ステップＳ１０２）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図４に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｒ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとして計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることにより求めることができる。

要求トルクＴｒ＊と要求パワーＰｒ＊とを設定すると、要求パワーＰｒ＊と充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとを合算することによりエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊を計算し（ステップＳ１０４）、この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＊とを設定する（ステップＳ１０６）。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５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。

目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると、目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ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Ｓ１０８）。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の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図６に示す。図中、左のＳ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、Ｃ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、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に変速機６０の現在のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ３２（リングギヤ軸３２ａ）の回転数Ｎｒを示す。モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊は、この共線図における回転数の関係を用いることにより容易に導くことができる。したがって、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御することによりエンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。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。なお、図６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（以下、これを直達トルクＴｅｒと呼ぶ）と、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊が変速機６０を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。

Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−Nr/ρ ・・・（１）
Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt ・・・（２）

モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算すると、リングギヤ軸３２ａの要求トルクＴｒ＊とモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて次式（３）により要求トルクＴｒ＊のうちモータＭＧ２が分担すべきモータ分担分要求トルクＴｍｒ＊を計算する（ステップＳ１１０）。

Tmr*＝Tr*＋Tm1*/ρ ・・・（３）

そして、変速機６０の変速要求（変速比の変更要求）がなされているか否かを判定する（ステップＳ１１２）。変速機６０の変速要求は、例えば、車速Ｖや要求トルクＴｒ＊などに基づいてなされる。変速要求がなされていないときには、モータ分担分要求トルクＴｍｒ＊を変速機６０のギヤ比Ｇｒ（変速機６０がＨｉギヤの状態のときにはＨｉギヤのギヤ比Ｇｈｉ，Ｌｏギヤの状態のときにはＬｏギヤのギヤ比Ｇｌｏ）で割ってモータＭＧ２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１１４）。

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のトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定すると、エンジンＥＣＵ２４へはエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを，モータＥＣＵ４０へはモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をそれぞれ送信して（ステップＳ１１６）、本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燃料噴射制御や点火制御などを行なう。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。

一方、変速機６０の変速要求がなされていると判定されると、変速要求がＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態への切替要求、即ちアップシフトの要求であるか否かを判定し（ステップＳ１１８）、アップシフトの要求であると判定されると図７に例示するアップシフト実行処理を実行し（ステップＳ１２０）、アップシフトの要求でない、即ちダウンシフトの要求であると判定されると、ダウンシフト実行処理を実行し（ステップＳ１２２）、各設定値をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信する処理を行なって（ステップＳ１１６）、本ルーチンを終了する。ダウンシフト実行処理では、ブレーキＢ１がＯＮでブレーキＢ２がＯＦＦの状態からブレーキＢ１がＯＦＦでブレーキＢ２がＯＮの状態に切り替える処理であり、例えば、ブレーキＢ１をＯＦＦとして待機し、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が変速比の変更後のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２＊に一致したときにブレーキＢ２をＯＮとすることにより行なうことができる。以下、図７のアップシフト実行処理について詳細に説明する。

アップシフト実行処理では、フラグＦ１，Ｆ２の値を調べる（ステップＳ１５０）。ここで、フラグＦ１，Ｆ２は、アップシフトの実行段階をあらわすフラグであり、初期値としては値０が設定されている。アップシフト実行処理では、アップシフトの実行終了をあらわすフラグＦ３もあり、このフラグＦ３に値１が設定されたときに図３のステップＳ１１２で変速要求はなされていないと判定されるようになる。

フラグＦ１，Ｆ２が共に値０のときには、現時点のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２からアップシフト後のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２＊を次式（４）により計算し（ステップＳ１５２）、ブレーキＢ２をＯＦＦとすると共に（ステップＳ１５４）、ブレーキＢ１をフリクション係合する（ステップＳ１５６）。

Nm2*＝Nm2・Ghi/Glo ・・・（４）

続いて、図３のステップＳ１１０で計算されたモータ分担分要求トルクＴｍｒ＊を格納値Ｔｓｅｔに設定して（ステップＳ１５８）、設定した格納値Ｔｓｅｔを変速機６０のＬｏギヤのギヤ比Ｇｌｏで割ってモータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ１６０）、フラグＦ１に値１をセットして（ステップＳ１６２）、処理を終了する。

ステップＳ１５０でフラグＦ１が値１でありフラグＦ２が値０であると判定されると、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２がステップＳ１５２で計算されたＨｉギヤに切替後のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２＊に一致するか否かを判定する（ステップＳ１６４）。まだモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が回転数Ｎｍ２＊に一致しないと判定されたときには、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２をリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝ｋ・Ｖ）で割って変速機６０の現在のギヤ比Ｇｓｆｔを計算し（ステップＳ１６６）、ステップＳ１５８の格納値Ｔｓｅｔを計算したギヤ比Ｇｓｆｔで割ってモータＭＧ２の仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを設定し（ステップＳ１６８）、モータＭＧ２の仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐにＨｉギヤのギヤ比Ｇｈを乗じた値（＝Ｔｍ２ｔｍｐ×Ｇｈ）から慣性モーメントＩにモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の時間微分を乗じた値（＝Ｉ・ｄ（Ｎｍ２）／ｄｔ）を減じたトルクとしての出力トルクＴｍｒと格納値Ｔｓｅｔ（モータ分担分要求トルクＴｍｒ＊の格納値）とを比較する（ステップＳ１７０）。出力トルクＴｍｒが格納値Ｔｓｅｔよりも大きいと判定されたときには、格納値Ｔｓｅｔと出力トルクＴｍｒ（＝Ｔｍ２ｔｍｐ・Ｇｈ−Ｉ・ｄ（Ｎｍ２）／ｄｔ）とギヤ比Ｇｈｉとに基づいて次式（５）により仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐの値を調整するための調整トルクΔＴｍ２を設定し（ステップＳ１７２）、出力トルクＴｍｒが格納値Ｔｓｅｔ以下と判定されたときには、調整トルクΔＴｍ２として値０を設定する（ステップＳ１７４）。こうして調整トルクΔＴｍ２が設定されると、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐに調整トルクΔＴｍ２を足して（ステップＳ１７６）、処理を終了する。一方、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２がＨｉギヤに切替後の回転数Ｎｍ２＊に一致すると判定されると、フラグＦ２に値１をセットして（ステップＳ１７８）、処理を終了する。

ΔTm2＝(Tset−(Tm2tmp・Ghi−I・d(Nm2)/dt))/Ghi ・・・（５）

ここで、慣性モーメントＩにモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の時間微分を乗じたものは、モータＭＧ２のイナーシャトルクに相当し、このイナーシャトルクは、変速機６０を介してリングギヤ軸３２ａに作用する。図８に、変速機６０をＬｏギヤからＨｉギヤに変更する様子を示す。変速機６０をＬｏギヤからＨｉギヤに切り替える際、ブレーキＢ１，Ｂ２の切り替えによるエネルギ損失によりモータＭＧ２から出力されるパワーを一定に維持してもリングギヤ軸３２ａに作用するトルクには落ち込みが生じるが、その後に、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の減少を伴ってトルクの落ち込みは回復していく。前述したように、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が減少する際にはイナーシャトルクが変速機６０を介してリングギヤ軸３２ａに作用するから、このイナーシャトルクによりトルクの落ち込みは急激に回復していくが、その後にイナーシャトルクにより格納値Ｔｓｅｔ（モータ分担分要求トルクＴｍｒ＊）を超える過剰な出力トルクＴｍｒがリングギヤ軸３２ａに作用する場合がある。これに対して、このイナーシャトルクを完全にキャンセルするようモータＭＧ２から出力するトルクを減少させると、トルクの減少が過剰となってリングギヤ軸３２ａへのトルクの落ち込みからの回復が遅れ、運転者に違和感を与える。したがって、出力トルクＴｍｒが格納値Ｔｓｅｔ（変速直前のモータ分担分要求トルクＴｍｒ＊）を超えるときには超える部分に相当するトルクを調整トルクΔＴｍ２として計算しこの調整トルクΔＴｍ２を仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐに加算してトルク指令Ｔｍ２＊を設定することでアップシフトの際にイナーシャトルクを利用してリングギヤ軸３２ａへのトルクの落ち込みを最小限に抑えながら変速終期のイナーシャトルクによりリングギヤ軸３２ａに過剰なトル
クが出力されるのを防止しているのである。

フラグＦ１，Ｆ２が共に値１に設定、即ち、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が回転数Ｎｍ２＊に一致するとブレーキＢ１を完全にＯＮとして（ステップＳ１８０）、格納値ＴｓｅｔをＨｉギヤのギヤ比Ｇｈｉで割ってモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ１８２）、フラグＦ３に値１を設定して（ステップＳ１８４）、本ルーチンを終了する。これによりアップシフトの実行は終了し、次回に図３のルーチンが実行された時にステップＳ１１２で変速要求はなされていないと判定されるようになる。

図９に、変速機６０をＬｏギヤからＨｉギヤへ切り替える際のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊と駆動軸（リングギヤ軸３２ａ）への出力トルクの時間変化の様子を説明する説明図を示す。図示するように、時刻ｔ１に変速要求によってアップシフト実行処理が開始されると、モータＭＧ２からのパワーを一定に維持するようトルク指令Ｔｍ２＊を設定したときにブレーキＢ１，Ｂ２の切り替えによるエネルギ損失により駆動軸（リングギヤ軸３２ａ）への出力トルクが落ち込んでいく。その後、時刻ｔ２にモータＭＧ２の回転数が減少するに伴って駆動軸への出力トルクの落ち込みから回復する際、モータＭＧ２のイナーシャトルクを利用して駆動軸への出力トルクの落ち込みは比較的急激に回復していく。時刻ｔ３以降に、イナーシャトルクにより出力トルクが格納値Ｔｓｅｔ（変速直前のモータ分担分要求トルクＴｍｒ）を超えたときには、超えた部分のトルクを減少させてトルク指令Ｔｍ２＊が設定されるから、駆動軸（リングギヤ軸３２ａ）には過剰なトルクは作用しない。

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の変速比をＬｏギヤからＨｉギヤに切り替える際、モータＭＧ２から出力されるパワーを一定に維持するためのトルク指令Ｔｍ２＊（＝仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐ）をもってモータＭＧ２を駆動制御することによりモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の減少により発生するイナーシャトルクを利用してブレーキＢ１，Ｂ２の切替によるエネルギ損失により落ち込んだリングギヤ軸３２ａへの出力トルクＴｍｒを迅速に回復させ、この出力トルクＴｍｒが格納値Ｔｓｅｔ（変速直前のモータ分担分要求トルクＴｍｒ＊）を超えたときには超えた部分の調整トルクΔＴｍ２を計算し、この調整トルクΔＴｍ２を仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐに加算したトルク指令Ｔｍ２＊をもってモータＭＧ２を駆動制御するから、アップシフトする際の駆動軸（リングギヤ軸３２ａ）への出力トルクの落ち込みを迅速に回復させながらリングギヤ軸３２ａに過剰なトルクが作用するのを防止できる。この結果、変速の際に運転者に違和感を与えるのを防止することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０をＬｏギアからＨｉギヤに切り替える際、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａへの出力トルクＴｍｒが格納値Ｔｓｅｔ（変速直前のモータ分担分要求トルクＴｍｒ＊）を超えたときには、出力トルクＴｍｒが格納値Ｔｓｅｔに完全に一致するよう調整トルクΔＴｍ２を計算してトルク指令Ｔｍ２＊を設定したが、出力トルクＴｍｒが格納値Ｔｓｅｔに一致する方向であれば必ずしも完全に一致させる必要はない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の回転軸を、駆動輪３９ａ，３９ｂに接続された駆動軸に変速機６０を介して接続するものとしたが、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の回転軸を、駆動輪３９ａ，３９ｂとは異なる駆動輪３９ｃ，３９ｄに接続された駆動軸に変速機６０を介して接続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、エンジン２２からの動力をモータＭＧ１が接続された動力分配統合機構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に出力するものに適用したが、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からの動力を、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を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに出力するものに適用することもできる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２からの動力をモータＭＧ１が接続された動力分配統合機構３０を介して駆動軸３９ａ，３９ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものに適用したが、図１２の変形例のハイブリッド自動車３２０に例示するように、エンジン２２を変速機３３０を介して駆動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、駆動軸に動力を出力可能なエンジン２２とモータＭＧ２とを備えるいわゆるパラレル型のハイブリッド自動車としたが、モータからの動力を変速機を介して駆動軸に出力するものであればよいから、いわゆるシリーズ型のハイブリッド自動車や単純な電気自動車などに適用しても差し支えない。

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の構成の一例を示す構成図である。 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。 アップシフト実行処理の一例を示すフローチャートである。 変速機６０をＬｏギヤからＨｉギヤに切り替える際の変速機６０の各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。 変速機６０をＬｏギヤからＨｉギヤに切り替える際のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊と駆動軸への出力トルクの時間変化の様子を説明する説明図である。 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。 変形例のハイブリッド自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ３２０ 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 ３９ｃ，３９ｄ 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、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 (5)

1. 変速機を介して駆動軸に動力を出力する電動機を備える動力出力装置であって、
   要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する制御手段と、
   前記電動機からトルクが出力されている最中に前記変速機における変速比を減速側から増速側に切り替える要求がなされたとき、該要求された変速比に切り替わるよう該変速機を駆動制御すると共に前記電動機からパワーを一定に維持するための維持トルクが出力されるよう該電動機を駆動制御し、前記変速比が切り替えられている最中に前記電動機から前記維持トルクを出力すると、該維持トルクの出力により前記増速側の変速比をもって前記駆動軸に作用するトルクと前記電動機の回転子の慣性力により前記駆動軸に作用するトルクとの和の出力トルクが前記要求トルクを超えるときには、該要求トルクと前記出力トルクとの偏差のトルクにより前記維持トルクを調整したトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を駆動制御する変速制御手段と
   を備える動力出力装置。
2. 請求項１記載の動力出力装置であって、
   内燃機関と、
   前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力手段と、
   前記第３の回転軸に動力を入出力可能な発電機と
   を備える動力出力装置。
3. 請求項１記載の動力出力装置であって、
   内燃機関と、
   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、電磁的な作用により該第１の回転子と該第２の回転子とを相対的に回転駆動させる発電可能な対回転子電動機と
   を備える動力出力装置。
4. 請求項１ないし３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連結されて走行する自動車。
5. 変速機を介して駆動軸に動力を出力する電動機を備える動力出力装置の制御方法であって、
   （ａ）要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御し、
   （ｂ）前記電動機からトルクが出力されている最中に前記変速機における変速比を減速側から増速側に切り替える要求がなされたとき、該要求された変速比に切り替わるよう該変速機を駆動制御すると共に前記電動機からパワーを一定に維持するための維持トルクが出力されるよう該電動機を駆動制御し、前記変速比が切り替えられている最中に前記電動機から前記維持トルクを出力すると、該維持トルクの出力により前記増速側の変速比をもって前記駆動軸に作用するトルクと前記電動機の回転子の慣性力により前記駆動軸に作用するトルクとの和の出力トルクが前記要求トルクを超えるときには、該要求トルクと前記出力トルクとの偏差のトルクにより前記維持トルクを調整したトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を駆動制御する
   動力出力装置の制御方法。

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