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発明の名称 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
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−1415(P2007−1415A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−183451(P2005−183451)
出願日 平成17年6月23日(2005.6.23)
代理人 【識別番号】110000017
【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所
発明者 山内 友和 / 小川 元也 / 浅井 二郎 / 福島 明
要約 課題
装置の性能の向上を図ると共に装置の小型化を図る。

解決手段
動力分配統合機構30のサンギヤ31,キャリア34,リングギヤ32にそれぞれモータMG1,エンジン22のクランクシャフト26,モータMG2を接続し、ドグクラッチ90を介してエンジン22のクランクシャフト26とモータMG1とにモータMG3を接続すると共に電磁クラッチ92を介してモータMG3にA/C用コンプレッサ94を接続する。通常は電磁クラッチ92をオンとしてモータMG3によりA/C用コンプレッサ94を駆動し、必要に応じてモータMG3をエンジン22のクランクシャフト26に接続してエンジン22からの動力の一部をモータMG3で発電したり、モータMG3をモータMG1に接続してモータMG3でモータMG1の駆動をアシストしたりする。この結果、装置の性能を向上させることができると共に装置を小型化することができる。
特許請求の範囲
【請求項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、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第3の軸の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に基づいて残余の1軸に動力を入出力する3軸式の動力入出力手段と、
前記第3の軸に動力を入出力可能な第1の電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機と、
補機に駆動用の動力を出力可能な第3の電動機と、
前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸との接続および該接続の解除と、前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸との接続および該接続の解除とが可能な接続解除手段と
を備える動力出力装置。
【請求項2】
前記接続解除手段は、前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続および該接続の解除が可能な手段である請求項1記載の動力出力装置。
【請求項3】
請求項1または2記載の動力出力装置であって、
操作者の操作に基づいて要求動力を設定する要求動力設定手段と、
前記設定された要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機と前記接続解除手段とを駆動制御する駆動制御手段と
を備える動力出力装置。
【請求項4】
前記駆動制御手段は、前記設定された要求動力に基づいて前記接続解除手段を駆動制御する手段である請求項3記載の動力出力装置。
【請求項5】
前記駆動制御手段は、通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸および前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記設定された要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機とを駆動制御し、前記設定された要求動力が所定動力以上となる非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸との接続が解除され前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機とを駆動制御する手段である請求項4記載の動力出力装置。
【請求項6】
請求項5記載の動力出力装置であって、
前記接続解除手段は、前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続および該接続の解除が可能な手段であり、
前記駆動制御手段は、前記通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御し、前記非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御する手段である
動力出力装置。
【請求項7】
請求項3ないし6いずれか記載の動力出力装置であって、
前記第1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機は、互いに電力をやり取り可能に接続され、
前記3軸式の動力入出力手段は、共線図において順に並ぶ第1回転要素と第2回転要素と第3回転要素とを有し、該第1回転要素に前記駆動軸が接続され該第2回転要素に前記内燃機関の出力軸が接続され該第3回転要素に前記第3の軸が接続された遊星歯車であり、
前記駆動制御手段は、通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸および前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記設定された要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機とを駆動制御し、前記駆動軸に正の動力が出力されるときに前記内燃機関の出力軸の回転方向を正として前記第1の電動機の回転軸が負回転に駆動される非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸とが接続され前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御すると共に前記要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機とを駆動制御する手段である
動力出力装置。
【請求項8】
前記駆動制御手段は、前記非通常時には前記第2の電動機から負の動力が出力されないよう前記第3の電動機を駆動制御する手段である請求項7記載の動力出力装置。
【請求項9】
請求項7または8記載の動力出力装置であって、
前記接続解除手段は、前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続および該接続の解除が可能な手段であり、
前記駆動制御手段は、前記通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御し、前記非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御する手段である
動力出力装置。
【請求項10】
前記補機は、空調装置用のコンプレッサである請求項1ないし9いずれか記載の動力出力装置。
【請求項11】
請求項1ないし10いずれか記載の動力出力装置を搭載し、前記駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車。
【請求項12】
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸と第3の軸の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に基づいて残余の1軸に動力を入出力する3軸式の動力入出力手段と、前記第3の軸に動力を入出力可能な第1の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機と、補機に駆動用の動力を出力可能な第3の電動機と、前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸との接続および該接続の解除と前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸との接続および該接続の解除とが可能な接続解除手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
(a)操作者の操作に基づいて要求動力を設定し、
(b)通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸および前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記設定された要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機とを駆動制御し、前記設定された要求動力が所定動力以上となる非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸との接続が解除され前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機とを駆動制御する
動力出力装置の制御方法。
【請求項13】
請求項12記載の動力出力装置の制御方法であって、
前記接続解除手段は、前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続および該接続の解除が可能な手段であり、
前記ステップ(b)は、前記通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御し、前記非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御する
動力出力装置の制御方法。
【請求項14】
内燃機関と、共線図において順に並ぶ第1回転要素と第2回転要素と第3回転要素とを有し該第1回転要素に駆動軸が接続され該第2回転要素に前記内燃機関の出力軸が接続され該第3回転要素に第3の軸が接続された遊星歯車と、前記第3の軸に動力を入出力可能な第1の電動機と、該第1の電動機と電力をやり取り可能で前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機と、該第1の電動機および該第2の電動機と電力をやり取り可能で補機に駆動用の動力を出力可能な第3の電動機と、前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸との接続および該接続の解除と前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸との接続および該接続の解除とが可能な接続解除手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
(a)操作者の操作に基づいて要求動力を設定し、
(b)通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸および前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記設定された要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機とを駆動制御し、前記駆動軸に正の動力が出力されるときに前記内燃機関の出力軸の回転方向を正として前記第1の電動機の回転軸が負回転に駆動される非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸とが接続され前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御すると共に前記要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機とを駆動制御する
動力出力装置の制御方法。
【請求項15】
前記ステップ(b)は、前記非通常時には前記第2の電動機から負の動力が出力されないよう前記第3の電動機を駆動制御する請求項14記載の動力出力装置の制御方法。
【請求項16】
請求項14または15記載の動力出力装置の制御方法であって、
前記接続解除手段は、前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続および該接続の解除が可能な手段であり、
前記ステップ(b)は、前記通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御し、前記非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御する
動力出力装置の制御方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこれ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並びに動力出力装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の動力出力装置としては、エンジンと、エアコンディショナ用のコンプレッサが連結された発電電動機と、エンジンのクランクシャフトにキャリアが接続されると共に発電電動機の回転軸にリングギヤが接続された遊星歯車機構と、遊星歯車機構のサンギヤとキャリアとを連結するクラッチと、遊星歯車機構のサンギヤに取り付けられたロック機構と、を備えるものが提案されている(特許文献1参照)。この装置では、クラッチを開放すると共にロック機構を拘束することにより発電電動機によりエンジンをクランキングすることができ、クラッチとロック機構とを共に開放することによりエンジンを切り離して発電電動機によりエアコンディショナ用のコンプレッサを駆動することができ、クラッチを係合すると共にロック機構を開放することによりエンジンと発電電動機とエアコンディショナ用のコンプレッサとを連結してエンジンからの動力により発電電動機とエアコンディショナ用のコンプレッサとを駆動することができる、としている。
【特許文献1】特開2004−66956号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
こうしたエアコンディショナ用のコンプレッサなどの補機の駆動用に用いられる補機用モータを他の要素の駆動にも適用することは、上述した動力源としてエンジンのみを備えるタイプの動力出力装置に限られず、エンジンと、エンジンのクランクシャフトにキャリアが接続されると共に駆動軸にリングギヤが接続された遊星歯車機構と、遊星歯車機構のサンギヤに接続された第1モータと、駆動軸に動力を入出力可能な第2モータとを備えるタイプの動力出力装置に対しても、装置の小型化を図ったり動力性能を向上させたり装置のエネルギ効率を向上させたりする上で重要な問題として考えることができる。しかしながら、補機用モータをどの要素の駆動に適用し又その制御をどうするかは動力出力装置のタイプによって個別に検討する必要がある。
【0004】
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、内燃機関と3軸式の動力入出力手段と第1の電動機と第2の電動機とを備える動力出力装置において補機用の電動機を用いて動力性能をより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、装置のエネルギ効率の向上を図ることを目的の一つとする。さらに、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、装置の小型化を図ることを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
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。
【0006】
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、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第3の軸の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に基づいて残余の1軸に動力を入出力する3軸式の動力入出力手段と、
前記第3の軸に動力を入出力可能な第1の電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機と、
補機に駆動用の動力を出力可能な第3の電動機と、
前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸との接続および該接続の解除と、前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸との接続および該接続の解除とが可能な接続解除手段と
を備えることを要旨とする。
【0007】
この本発明の動力出力装置では、補機に駆動用の動力を出力可能な第3の電動機の回転軸と内燃機関の出力軸との接続および接続の解除と、第3の電動機の回転軸と3軸式の動力入出力手段(内燃機関の出力軸と駆動軸と第3の軸の3軸に接続され、3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の1軸に動力を入出力する3軸式の動力入出力手段)の第3の軸に動力を入出力可能な第1の電動機の回転軸との接続および接続の解除とが可能な接続解除手段を備える。従って、内燃機関と3軸式の動力入出力手段と第1の電動機と第2の電動機とを備える動力出力装置において、第3の電動機の回転軸を内燃機関の出力軸に接続させたり第1の電動機の回転軸に接続させたりして動力を駆動軸に出力することができるのである。また、このように接続解除手段により第3の電動機の回転軸の接続や接続の解除を切り替えることにより、装置を小型化することができる。ここで、「補機」としては、例えば、空調装置用のコンプレッサを挙げることができる。
【0008】
こうした本発明の動力出力装置において、前記接続解除手段は、前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続および該接続の解除が可能な手段であるものとすることもできる。こうすれば、第3の電動機の回転軸を補機の入力軸から切り離して内燃機関の出力軸に接続したり第1の電動機の回転軸に接続したりすることができる。
【0009】
また、本発明の動力出力装置において、操作者の操作に基づいて要求動力を設定する要求動力設定手段と、前記設定された要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機と前記接続解除手段とを駆動制御する駆動制御手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、第1〜第3の電動機と接続解除手段とにより要求動力に対応することができる。
【0010】
要求動力設定手段を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記駆動制御手段は、前記設定された要求動力に基づいて前記接続解除手段を駆動制御する手段であるものとすることもできる。この場合、前記駆動制御手段は、通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸および前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記設定された要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機とを駆動制御し、前記設定された要求動力が所定動力以上となる非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸との接続が解除され前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機と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、要求動力が所定動力以上となる非通常時には第3の電動機により第1の電動機の駆動をアシストすることができるから、動力性能をより向上させることができる。また、必要に応じて第3の電動機により第1の電動機の駆動をアシストすることにより、過剰な性能の第1の電動機を用いる必要をなくすことができ、第1の電動機を小型化することができる。さらにこの場合、前記接続解除手段は、前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続および該接続の解除が可能な手段であり、前記駆動制御手段は、前記通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御し、前記非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段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、第3の電動機の回転軸と補機の入力軸から切り離して第1の電動機の駆動をアシストすることができる。
【0011】
また、要求動力設定手段を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記第1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機は、互いに電力をやり取り可能に接続され、前記3軸式の動力入出力手段は、共線図において順に並ぶ第1回転要素と第2回転要素と第3回転要素とを有し、該第1回転要素に前記駆動軸が接続され該第2回転要素に前記内燃機関の出力軸が接続され該第3回転要素に前記第3の軸が接続された遊星歯車であり、前記駆動制御手段は、通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸および前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記設定された要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機とを駆動制御し、前記駆動軸に正の動力が出力されるときに前記内燃機関の出力軸の回転方向を正として前記第1の電動機の回転軸が負回転に駆動される非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸とが接続され前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御すると共に前記要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機と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、内燃機関からの動力の一部を第3の電動機により発電すると共に発電された電力を用いて第1の電動機を駆動することができるから、第2の電動機からの発電電力を用いて第1の電動機から動力が出力されその動力を用いて再び第2の電動機が発電されるといういわゆるエネルギ循環が生じてエネルギ効率が低下するのを抑制することができ、装置のエネルギ効率をより向上させることができる。この場合、前記駆動制御手段は、前記非通常時には前記第2の電動機から負の動力が出力されないよう前記第3の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、エネルギ循環が生じるのをより確実に回避することができるから、装置のエネルギ効率をより向上させることができる。さらにこれらの場合、前記接続解除手段は、前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続および該接続の解除が可能な手段であり、前記駆動制御手段は、前記通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御し、前記非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段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、第3の電動機の駆動に伴って補機が連れ回されるのを防止できるから、装置のエネルギ効率をさらに向上させることができる。
【0012】
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、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第3の軸の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に基づいて残余の1軸に動力を入出力する3軸式の動力入出力手段と、前記第3の軸に動力を入出力可能な第1の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機と、補機に駆動用の動力を出力可能な第3の電動機と、前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸との接続および該接続の解除と前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸との接続および該接続の解除とが可能な接続解除手段とを備える動力出力装置を搭載し、前記駆動軸が車軸に接続されて走行する
ことを要旨とする。
【0013】
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、内燃機関と3軸式の動力入出力手段と第1の電動機と第2の電動機とを備える動力出力装置において、補機に駆動用の動力を出力可能な第3の電動機を内燃機関の出力軸に接続させたり第1の電動機の回転軸に接続させたりして動力を駆動軸に出力することができる効果や装置を小型化することができる効果、動力性能をより向上させることができる効果、内燃機関の始動性能をより向上させることができる効果などを奏することができる。
【0014】
本発明の第1の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸と第3の軸の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に基づいて残余の1軸に動力を入出力する3軸式の動力入出力手段と、前記第3の軸に動力を入出力可能な第1の電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機と、補機に駆動用の動力を出力可能な第3の電動機と、前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸との接続および該接続の解除と前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸との接続および該接続の解除とが可能な接続解除手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
(a)操作者の操作に基づいて要求動力を設定し、
(b)通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸および前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記設定された要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機とを駆動制御し、前記設定された要求動力が所定動力以上となる非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸との接続が解除され前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機とを駆動制御する
ことを要旨とする。
【0015】
この本発明の第1の動力出力装置の制御方法によれば、操作者の操作に基づいて要求動力を設定し、通常時には第3の電動機の回転軸と内燃機関の出力軸および第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう接続解除手段を駆動制御すると共に要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と第1の電動機と第2の電動機とを駆動制御し、設定された要求動力が所定動力以上となる非通常時には第3の電動機の回転軸と内燃機関の出力軸との接続が解除され第3の電動機の回転軸と第1の電動機の回転軸とが接続されるよう接続解除手段を駆動制御すると共に要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と第1の電動機と第2の電動機と第3の電動機とを駆動制御する。従って、要求動力が所定動力以上となる非通常時には第3の電動機により第1の電動機の駆動をアシストすることができるから、動力性能をより向上させることができる。また、必要に応じて第3の電動機により第1の電動機の駆動をアシストすることにより、過剰な性能の第1の電動機を用いる必要をなくすことができ、第1の電動機を小型化することができる。
【0016】
こうした本発明の第1の動力出力装置の制御方法において、前記接続解除手段は、前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続および該接続の解除が可能な手段であり、前記ステップ(b)は、前記通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御し、前記非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御するものとすることもできる。こうすれば、第3の電動機の回転軸と補機の入力軸から切り離して第1の電動機の駆動をアシストすることができる。
【0017】
本発明の第2の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、共線図において順に並ぶ第1回転要素と第2回転要素と第3回転要素とを有し該第1回転要素に駆動軸が接続され該第2回転要素に前記内燃機関の出力軸が接続され該第3回転要素に第3の軸が接続された遊星歯車と、前記第3の軸に動力を入出力可能な第1の電動機と、該第1の電動機と電力をやり取り可能で前記駆動軸に動力を入出力可能な第2の電動機と、該第1の電動機および該第2の電動機と電力をやり取り可能で補機に駆動用の動力を出力可能な第3の電動機と、前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸との接続および該接続の解除と前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸との接続および該接続の解除とが可能な接続解除手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
(a)操作者の操作に基づいて要求動力を設定し、
(b)通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸および前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御すると共に前記設定された要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機とを駆動制御し、前記駆動軸に正の動力が出力されるときに前記内燃機関の出力軸の回転方向を正として前記第1の電動機の回転軸が負回転に駆動される非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸とが接続され前記第3の電動機の回転軸と前記第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御すると共に前記要求動力に基づく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1の電動機と前記第2の電動機と前記第3の電動機とを駆動制御する
ことを要旨とする。
【0018】
この本発明の第2の動力出力装置の制御方法によれば、通常時には第3の電動機の回転軸と内燃機関の出力軸および第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう接続解除手段を駆動制御すると共に要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と第1の電動機と第2の電動機とを駆動制御し、駆動軸に正の動力が出力されているときに内燃機関の出力軸の回転方向を正として第1の電動機の回転軸が負回転に駆動される非通常時には第3の電動機の回転軸と内燃機関の出力軸とが接続され第3の電動機の回転軸と第1の電動機の回転軸との接続が解除されるよう接続解除手段を制御すると共に要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と第1の電動機と第2の電動機と第3の電動機とを駆動制御する。したがって、内燃機関からの動力の一部を第3の電動機により発電すると共に発電された電力を用いて第1の電動機を駆動することができるから、第2の電動機からの発電電力を用いて第1の電動機から動力が出力されその動力を用いて再び第2の電動機が発電されるといういわゆるエネルギ循環が生じてエネルギ効率が低下するのを抑制することができるから、装置のエネルギ効率をより向上させることができる。
【0019】
こうした本発明の第2の動力出力装置の制御方法において、前記ステップ(b)は、前記非通常時には前記第2の電動機から負の動力が出力されないよう前記第3の電動機を駆動制御するものとすることもできる。こうすれば、エネルギ循環が生じるのをより確実に回避することができるから、装置のエネルギ効率をより向上させることができる。
【0020】
また、本発明の第2の動力出力装置の制御方法において、前記接続解除手段は、前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続および該接続の解除が可能な手段であり、前記ステップ(b)は、前記通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸とが接続されるよう前記接続解除手段を駆動制御し、前記非通常時には前記第3の電動機の回転軸と前記補機の入力軸との接続が解除されるよう前記接続解除手段を駆動制御するものとすることもできる。こうすれば、第3の電動機の駆動に伴って補機が連れ回されるのを防止できるから、装置のエネルギ効率をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
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。
【実施例】
【0022】
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。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に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに接続されたモータMG2と、ドグクラッチ90を介してエンジン22のクランクシャフト26とモータMG1とに接続されると共に電磁クラッチ92を介してエアコンディショナ(A/C)用コンプレッサ94に接続されるモータMG3と、動力出力装置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。
【0023】
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。
【0024】
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にはリングギヤ軸32a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からギヤ機構60およびデファレンシャルギヤ62を介して、最終的には車両の駆動輪63a,63bに出力される。
【0025】
ドグクラッチ90は、図中AのポイントでモータMG3をエンジン22のクランクシャフト26に連結し、図中BのポイントでモータMG3をモータMG1に連結し、図中CのポイントでモータMG3をエンジン22のクランクシャフト26およびモータMG1から切り離す。ドグクラッチ90は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により駆動制御されている。
【0026】
モータMG1,MG2,MG3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41,42,43を介してバッテリ50と電力のやりとりを行なう。なお、モータMG3は、基本的にはA/C用コンプレッサ94を駆動するために使用され、モータMG1,MG2に比して小さな定格値のモータとして設計されている。インバータ41,42,43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41,42,43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,MG3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,MG3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,MG3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,MG3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,MG3を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2,MG3の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ44,45,46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,MG3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41,42,43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,MG3を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2,MG3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。
【0027】
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。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。
【0028】
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,乗員室内を空調する際の温度を設定するための温度設定スイッチ89aからの設定温度Tset,乗員室内の温度を検出する温度センサ89bからの室内温度Tin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、ドグクラッチ90への駆動信号や電磁クラッチ92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。
【0029】
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。
【0030】
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の動作について説明する。図2は、トルク変換運転モードか充放電運転モードで走行しているときに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)に繰り返し実行される。
【0031】
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,MG3の回転数Nm1,Nm2,Nm3,バッテリ50の残容量SOC,温度設定スイッチ89aからの乗員室内の設定温度Tset,温度センサ89bからの室内温度Tinなどの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,MG3の回転数Nm1,Nm2,Nm3は、回転位置検出センサ44,45,46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。
【0032】
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輪63a,63b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*とエンジン22に要求される要求パワーPe*とを設定する(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3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Tr*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。なお、リングギヤ軸32aの回転数Nrは、モータMG2の回転数Nm2をそのままリングギヤ軸32aの回転数Nrとして用いたり、車速Vに換算係数kを乗じることによって求めたりすることができる。また、充放電要求パワーPb*は、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。
【0033】
続いて、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S120)。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*とに基づいて目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する。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4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。
【0034】
次に、モータMG1の回転数Nm1が値0以上か否かを判定する(ステップS130)。この判定は、モータMG1が力行運転されモータMG2が回生運転される状態を判定するためのものである。この状態はモータMG2から発電された電力によりモータMG1から動力が出力されモータMG1から動力分配統合機構30を介してリングギヤ軸32aに伝達される動力が再びモータMG2により発電されるいわゆるエネルギ循環が生じてエネルギ効率が低下する状態であるから、これを判定するものである。モータMG1の回転数Nm1が値0以上と判定されると、いわゆるエネルギ循環は生じていないと判断し、要求パワーPe*と所定パワーPrefとを比較する(ステップS140)。ここで、所定パワーPrefは、運転者によりアクセルペダル83が大きく踏み込まれてモータMG1側でエンジントルクを受け止めることができない程にエンジン22に大きなパワー(回転数とトルク)が要求されているかを判定するための閾値であり、エンジン22の性能やモータMG1の性能などにより設定される。要求パワーPe*が所定パワーPref未満と判定されたときには、モータMG3の回転軸がA/C用コンプレッサ94の入力軸に接続されると共にエンジン22のクランクシャフト26とモータMG1の回転軸とから切り離されるように、電磁クラッチ92をオンすると共にドグクラッチ90をオフ(図1中Cのポイントに移動)する(ステップS150)。そして、設定したエンジン22の目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(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S160)。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5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であるリングギヤ32の回転数Nrを示す。式(1)は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、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。また、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。
【0035】
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/ρ (1)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
【0036】
こうしてモータ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とを用いて次式(3)によりモータMG2から出力すべきトルクとしてのトルク指令Tm2*を計算する(ステップS170)。なお、式(3)は、前述した図5の共線図から容易に導き出すことができる。トルク指令Tm2*を設定すると、入力した室内温度Tinと設定温度Tsetとに基づいて室内温度Tinが設定温度Tsetに一致するようA/C用コンプレッサ94を駆動するためにモータMG3から出力すべきトルク指令Tm3*を設定する(ステップS180)。
【0037】
Tm2*=Tr*+Tm1*/ρ (3)
【0038】
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,MG3のトルク指令Tm1*,Tm2*,Tm3*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,MG3のトルク指令Tm1*,Tm2*,Tm3*についてはモータECU40にそれぞれ送信して(ステップS260)、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*,Tm3*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が駆動されトルク指令Tm3*でモータMG3が駆動されるようインバータ41,42,43のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
【0039】
ステップS140で要求パワーPe*が所定パワーPref以上と判定されたときには、モータMG3の回転軸がA/C用コンプレッサ94の入力軸およびエンジン22のクランクシャフト26から切り離されると共にモータMG1の回転軸に接続されるように、電磁クラッチ92をオフすると共にドグクラッチ90をモータMG1側でオン(図1中Bのポイントで接続)する(ステップS190)。そして、設定したエンジン22の目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2)と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて前述した式(1)によりモータMG1の目標回転数Nm1*を計算すると共に前述した式(2)における「Tm1*」を「Tm1*+Tm3*」に置き換えた次式(4)によりモータMG1から出力すべきトルク指令Tm1*とモータMG3から出力すべきトルク指令Tm3*とを計算し(ステップS200)、設定したトルク指令Tm1*,Tm3*と要求トルクTr*と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて前述した式(3)における「Tm1*」を「Tm1*+Tm3*」に置き換えた次式(5)によりモータMG2から出力すべきトルク指令Tm2*を計算し(ステップS210)、各設定値をエンジンECU24やモータECU40に送信して(ステップS260)、本ルーチンを終了する。ここで、トルク指令Tm1*,Tm3*は、式(4)を満たすと共にモータMG1,MG3の各定格値の範囲内で自由なトルク配分により設定することができる。モータMG3をモータMG1に連結させた状態の共線図を図6に示す。図示するように、モータMG1とモータMG3とにより図中S軸下向きのトルクを出力することにより、モータMG1とモータMG3とによりエンジン22からのトルクの反力を受け止めてリングギヤ軸32a側にトルクを出力することができる。こうするのは、エンジン22から出力されるパワー(回転数とトルク)が大きいときにモータMG1だけでトルクの反力を受け止めようとすると、これを受け止めきれずにモータMG1が上限回転数を超えて回転する場合がありエンジン22から出力するパワーを制限する必要が生じるから、これを防止することにより装置の動力性能を十分に発揮できるようにするためである。
【0040】
Tm1*+Tm3*=前回(Tm1*+Tm3*)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (4)
Tm2*=Tr*+(Tm1*+Tm3*)/ρ (5)
【0041】
ステップS130でモータMG1の回転数Nm1が値0以上でない即ち負の値と判定されると、エネルギ循環が生じている状態であるから、モータMG3の回転軸がA/C用コンプレッサ94の入力軸およびモータMG1の回転軸から切り離されると共にエンジン22のクランクシャフト26に接続されるように電磁クラッチ92をオフとすると共にドグクラッチ90をエンジン22側でオン(図1中Aのポイントで接続)する(ステップS220)。そして、前回このルーチンで設定されたモータMG2のトルク指令(前回Tm2*)に基づいてモータMG3のトルク指令Tm3*を次式(6)により計算する(ステップS230)。ここで、式(6)は、前回Tm2*すなわちモータMG2から出力される負のトルクが値0に調節されるように基本的にはエンジン22から出力されるトルクの一部をモータMG3で受け止めて発電しモータMG3からの発電電力のすべてをモータMG1からのトルクの出力によって消費することによりエネルギ循環の状態を回避するためのフィードバック制御における関係式であり、右辺第2項の「k3」は比例項のゲインであり右辺第3項の「k4」は積分項のゲインである。そして、エンジン22の目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2)と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて前述した式(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とに基づいて前述した式(2)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を計算し(ステップS240)、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とを用いて前述した式(3)によりモータMG2のトルク指令Tm2*を計算し(ステップS250)、各設定値をエンジンECU24やモータECU40に送信して(ステップS260)、本ルーチンを終了する。これにより、モータMG1が値0未満のときであってもエネルギ循環の状態を回避して要求トルクTr*をリングギヤ軸32aに出力することによりエネルギ効率を向上させているのである。
【0042】
Tm3*=前回Tm3*+k3(前回Tm2*)+k4∫(前回Tm2*)dt (6)
【0043】
なお、実施例のハイブリッド自動車20では、上述した態様の他に、電磁クラッチ92をオフとすると共にドグクラッチ90をエンジン22側でオンとした場合、エンジン22からの動力の一部をモータMG3で発電すると共に残余の動力を動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによりトルク変換してリングギヤ軸32aに出力して走行したり、モータMG1からトルクが出力されないようにモータMG1を駆動制御することによりエンジン22のクランクシャフト26とリングギヤ軸32aとを切り離してエンジン22からの動力の全部をモータMG3で発電すると共にこのモータMG3で発電された電力やバッテリ50の放電電力を用いてモータMG2からリングギヤ軸32aに動力を出力して走行することができる。また、電磁クラッチ92をオンとすると共にドグクラッチ90をエンジン22側でオンとすることにより、エンジン22からの動力を直接用いてA/C用コンプレッサ94を駆動することもできる。
【0044】
また、実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22を始動するときには、電磁クラッチ92をオフとすると共にドグクラッチ90をエンジン22側でオンとした状態でモータMG3だけでエンジン22をクランキングしたりモータMG1とモータMG3との両方でエンジン22をクランキングしたりすることもできるし、電磁クラッチ92をオフとすると共にドグクラッチ90をモータMG1側でオンとしてモータMG1とモータMG3とを連結した状態でモータMG1とモータMG3との両方によりエンジン22をクランキングすることもできる。後者の場合、要求トルクTr*をリングギヤ軸32aに出力するために、エンジン22のクランクシャフト26にクランキングに必要なトルクを出力したときにリングギヤ軸32a側に作用するトルク(−(Tm1*+Tm3*)/ρ)をモータMG2によりキャンセルすることが望ましい。もとより、モータMG1だけでエンジン22をクランキングして始動することも可能である。
【0045】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、モータMG3を電磁クラッチ92を介してA/C用コンプレッサ94に接続すると共にドグクラッチ90を介してエンジン22のクランクシャフト26とモータMG1とに接続するから、モータMG3をA/C用コンプレッサ94に連結させたり、エンジン22のクランクシャフト26に連結させたり、モータMG1に連結させたりすることができる。この結果、装置の小型化を図ることができる。
【0046】
また、実施例のハイブリッド自動車20によれば、ステップS140で要求パワーPe*が所定パワーPref以上と判定されたときには、電磁クラッチ92をオフとすると共にドグクラッチ90をモータMG1側でオンとして、エンジン22からのトルクの反力をモータMG1とモータMG3とにより受け止めるから、モータMG1だけでエンジン22からのトルクの反力を受け止めるものに比してエンジン22の出力を制限することなしにモータMG1が上限回転数を超えて回転されるのを抑止することができる。この結果、エンジン22からの大パワーをより確実にリングギヤ軸32aに伝達させることができ、動力性能をより向上させることができる。もとより、ステップS140で要求パワーPe*が所定パワーPref未満と判定されたときには、電磁クラッチ92をオンとすると共にドグクラッチ90をオフとし、モータMG3によりA/C用コンプレッサ94を駆動して乗員室内を空調することができる。このように、必要に応じてモータMG3をモータMG1に連結してモータMG1の駆動をアシストするから、過剰な性能のモータMG1を用いる必要がなく、モータMG1の体格を小さなものとすることができる。
【0047】
さらに、実施例のハイブリッド自動車20によれば、ステップS130でモータMG1の回転数Nm1が値0未満と判定されたときには、いわゆるエネルギ循環が生じている状態として電磁クラッチ92をオフとすると共にドグクラッチ90をエンジン22側でオンとして、モータMG2から負のトルクが出力されないようエンジン22からの動力の一部をモータMG3で発電すると共に発電した電力でモータMG1から要求トルクTr*に見合うトルクがリングギヤ軸32aに出力されるよう制御するから、エネルギ循環の発生を回避することができる。この結果、エネルギ効率をより向上させることができる。
【0048】
実施例のハイブリッド自動車20では、電磁クラッチ92を介してモータMG3をA/C用コンプレッサ94に接続するものとしたが、電磁クラッチ92を介さずにモータMG3をA/C用コンプレッサ94に直接接続してモータMG3がエンジン22やモータMG1に接続されたときにこれらと共にA/C用コンプレッサ94を連れ回すものとしても差し支えない。
【0049】
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG3をA/C用コンプレッサ94の駆動用に用いるものとしたが、A/C用コンプレッサ94に限られずモータからの動力により駆動する他の如何なる補機の駆動用に用いるものとしてもよい。
【0050】
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。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明は、自動車産業などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】本発明の一実施形態としての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】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。
【図3】要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図4】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。
【図5】動力分配統合機構30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。
【図6】モータMG3をモータMG1に連結した際の共線図の一例を示す説明図である。
【図7】モータMG3をエンジン22のクランクシャフト26に連結した際の共線図の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【0053】
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)、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、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42,43 インバータ、44,45,46 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 ギヤ機構、62 デファレンシャルギヤ、63a,63b 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、89a 温度設定スイッチ、89b 温度センサ、90 ドグクラッチ、92 電磁クラッチ、94 エアコンディショナ(A/C)用コンプレッサ、MG1,MG2,MG3 モータ。




 

 


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