JP2007230366A - 動力出力装置、それを搭載する車両及び動力出力装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機を制御する電動機制御手段の作動周波数を低く抑えることにより電動機制御手段の選択の幅を広げることができる。
【解決手段】後輪６４ａ，６４ｂに接続されたモータＭＧ３の回転数が所定の閾値以下の範囲にあるときには、前輪６２ａ，６２ｂに接続されたエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２と、モータＭＧ３とから要求トルクが出力されるようにこれらの制御指令を設定し、モータＭＧ３の回転数が閾値を超えているときにはエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２から要求トルクが出力されるようこれらの制御指令を設定すると共に、モータＭＧ３を駆動するインバータ４３のゲート遮断指令を設定し、設定された制御指令に基づいてこれらを制御する。このように、高回転数の範囲ではモータＭＧ３の駆動制御を実行しないため、リヤモータＥＣＵ４７の作動周波数を低く抑えることができ、ひいては性能の劣るリヤモータＥＣＵを利用可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力出力装置、それを搭載する車両及び動力出力装置の制御方法に関する。

従来、動力出力装置としては、プラネタリギヤを介してエンジンからの動力と前輪用モータからの動力とを前輪に出力する前輪駆動系と、後輪用モータからの動力を後輪に出力する後輪駆動系と、後輪モータとバッテリとの電気的接続を遮断するリレーとを備えたハイブリッド車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、路面の摩擦係数が低いときなど後輪用モータを駆動する以外ではリレーを開放し、後輪用モータの回転数が所定値を超えるとリレーの開放を禁止していわゆる弱め界磁制御を実行することにより、後輪用モータが発電するのを抑制する。
特開２０００−２５３５１２号公報

ところで、一般に、モータの回転数が高いほど、モータを駆動するための信号を単位時間あたりに多く出力する必要があるため、モータを制御する制御機器（例えば電子制御ユニットなど）も高い周波数で作動することが求められる。この特許文献１に記載された動力出力装置では、弱め界磁制御を実行するような高回転領域まで後輪用モータを駆動制御することを前提としているため、高い周波数帯で作動可能なモータの制御機器を後輪用モータの駆動制御に用いなければならず、後輪用モータの制御機器の作動周波数を低く抑えることができず、比較的高い性能を有する制御機器しか利用できなかった。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、電動機を制御する電動機制御手段の作動周波数を低く抑えることにより電動機制御手段の選択の幅を広げることができる動力出力装置、それを搭載する車両及び動力出力装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的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可能な動力源と、
駆動軸に動力を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駆動力設定手段と、
前記電動機の回転軸の回転数である回転軸回転数を検出可能な検出手段と、
前記検出された回転軸回転数が所定範囲内にあるときには前記動力源及び該電動機から前記要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該動力源と該電動機との目標駆動状態を設定し、前記回転軸回転数が所定範囲を超えているときには前記動力源から前記要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該動力源の目標駆動状態を設定すると共に前記電動機に電力供給を行わない目標駆動状態を設定する目標駆動状態設定手段と、
前記設定された目標駆動状態に基づいて前記動力源を制御する動力源制御手段と、
前記設定された目標駆動状態に基づいて前記電動機を制御する電動機制御手段と、
を備えたものである。

この動力出力装置では、電動機の回転軸回転数が所定範囲内にあるときには動力源及び電動機から操作者の操作に基づいて設定された要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるように動力源と電動機との目標駆動状態を設定し、回転軸回転数が所定範囲を超えているときには動力源から要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう動力源の目標駆動状態を設定すると共に、電動機に電力供給を行わない目標駆動状態を設定し、設定された目標駆動状態に基づいて動力源と電動機とを制御する。一般に、電動機の回転数が所定範囲を超えて大きくなると、それに合わせ高い周波数で作動する電動機制御手段が必要となる。ここでは、電動機の回転数が所定範囲を超えたときには電動機への電力供給を行わないようにするのである。したがって、電動機を制御する電動機制御手段の作動周波数を低く抑えることができ、ひいては電動機制御手段の選択の幅を広げることができる。

本発明の動力出力装置において、前記目標駆動状態設定手段は、前記所定範囲として前記電動機の最大許容回転数よりも小さい回転数を上限とした範囲を用いて前記目標駆動状態を設定する手段であるものとしてもよい。

本発明の動力出力装置は、スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する駆動回路、を備え、前記電動機制御手段は、前記電動機に電力供給を行わない目標駆動状態が設定されたときには、前記駆動回路のスイッチング素子を遮断する手段であるものとしてもよい。こうすれば、スイッチング素子のスイッチングを利用して、比較的容易に電動機への電力供給を行わないようにすることができる。

本発明の動力出力装置において、前記電動機は、永久磁石を備えずに前記駆動軸に動力を出力可能な非永久磁石式電動機であるものとしてもよい。こうすれば、回転軸が連れ回され回転軸回転数が所定範囲を超えたときに電動機への電力の供給を行わないものとしても、電動機の発電を防止することができる。

本発明の動力出力装置において、前記動力源は、内燃機関を含み該内燃機関から前記駆動軸に動力を出力可能であるものとしてもよい。このとき、前記動力源は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され電力と動力との入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、該駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、を備えるものとしてもよい。

本発明の車両は、上述したいずれかに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ものである。この動力出力装置は、上述したように電動機を制御する電動機制御手段の作動周波数を低く抑えることにより電動機制御手段の選択の幅を広げることができるものであるから、これを備えた車両も同様の効果が得られる。

本発明の車両において、前記電動機は、前記動力源の出力軸が駆動軸を介して連結した車軸とは異なる車軸に前記回転軸が駆動軸を介して連結されてなるものとしてもよい。こうすれば、回転軸回転数が所定範囲にあるときには複数の車軸を駆動可能であるため、安定した走行を行うことができる。

本発明の動力出力装置の制御方法は、
駆動軸に動力を出力可能な動力源と、駆動軸に動力を出力可能な電動機と、電動機を制御する電動機制御手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であって、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、
前記電動機の回転軸の回転数である回転軸回転数が所定範囲内にあるときには前記動力源及び該電動機から前記要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該動力源と該電動機との目標駆動状態を設定し、前記回転軸回転数が所定範囲を超えているときには前記動力源から前記要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該動力源の目標駆動状態を設定すると共に前記電動機に電力供給を行わない目標駆動状態を設定し、
前記設定された目標駆動状態に基づいて前記動力源を制御すると共に前記設定された目標駆動状態に基づいて前記電動機制御手段が電動機を制御する、ことを含むものである。

この動力出力装置の制御方法では、電動機の回転軸回転数が所定範囲内にあるときには動力源及び電動機から操作者の操作に基づいて設定された要求駆動力に基づく駆動力が出力されるように動力源と電動機との制御指令を設定し、回転軸回転数が所定範囲を超えているときには動力源から要求駆動力に基づく駆動力が出力されるよう動力源の制御指令を設定すると共に、電動機に電力供給を行わない制御指令を設定し、設定された制御指令に基づいて動力源と電動機とを制御する。一般に、電動機の回転数が所定範囲を超えて大きくなると、それに合わせ高い周波数で作動する電動機制御手段が必要となる。ここでは、電動機の回転数が所定範囲を超えたときには電動機への電力供給を行わないようにするのである。したがって、電動機を制御する電動機制御手段の作動周波数を低く抑えることができ、ひいては電動機制御手段の選択の幅を広げることができる。なお、この動力出力装置の制御方法において、上述した動力出力装置の種々の態様を採用してもよいし、また、上述した動力出力装置の各機能を実現するようなステップを追加してもよい。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態としての動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続されると共にギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６１を介して前輪６２ａ，６２ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して接続されたモータＭＧ２と、デファレンシャルギヤ６３を介して後輪６４ａ，６４ｂに接続されたモータ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。

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にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５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６１を介して、最終的には前輪６２ａ，６２ｂに出力される。

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いる。ここでは、モータＭＧ１，ＭＧ２は、ロータ内に永久磁石を埋め込んだいわゆるＰＭモータとして構成され、モータＭＧ３は、永久磁石を備えず、ロータに凸極を設けステータに設けられたコイルで発生する回転磁界の力によって回転駆動するシンクロナスリラクタンスモータとして構成されている。これらモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３は、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。図２に、インバータ４３の構成の概略を示す構成図を示す。なお、インバータ４１，４２，４３は、いずれも同様の構成としたから、各インバータ４１，４２，４３のうち一つだけを図示し他のインバータの図示は省略した。インバータ４３は、図示するように、６個のスイッチング素子４３ａ〜４３ｆ（例えばＩＧＢＴなど）から構成される三相ブリッジ回路により直流電流と三相交流電流との変換を行ったり、供給する電力の電圧の変換を行ったりする電力変換器である。このインバータ４３は、バッテリ５０からの直流電力を三相交流電力に変換してモータＭＧ３に供給可能であり、モータＭＧ３からの三相交流電力を整流してバッテリ５０へ供給可能となっている。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は、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のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ４４，４５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。また、モータＭＧ３は、リヤモータ用電子制御ユニット（以下、リヤモータＥＣＵという）４７により駆動制御されている。リヤモータＥＣＵ４７は、モータＥＣＵ４０よりも作動周波数の低いＣＰＵなどにより構成されている。リヤモータＥＣＵ４７には、モータＭＧ３を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ３の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ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ＭＧ３に印加される相電流などが入力されており、リヤモータＥＣＵ４７からは、インバータ４３へのスイッチング制御信号などが出力されている。モータＥＣＵ４０やリヤモータＥＣＵ４７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。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。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とに基づいて車両から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出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とモータＭＧ３とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とモータＭＧ３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およびモータＭＧ３の一方または両方とによってトルク変換されて出力されるようモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３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およびモータＭＧ３の一方または両方とによるトルク変換を伴って要求動力が出力されるようモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３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およびモータＭＧ３の一方または両方から要求動力に見合う動力が出力され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の動作について説明する。図３は、実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。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やモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の各回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，Ｎｍ３，車速センサ８８からの車速Ｖ，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（ステップＳ１００）。ここで、回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，Ｎｍ３は、回転位置検出センサ４４，４５，４６からのモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のロータの回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０及びリヤモータＥＣＵ４７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、図示しない充放電要求パワー設定処理ルーチンによりバッテリＥＣＵ５２から通信により入力した残容量ＳＯＣが所定量よりも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傾向に設定され、残容量ＳＯＣが所定量よりも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傾向に設定された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要求トルクＴ＊と要求パワーＰ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係を予め求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が与えられると要求トルク設定用マップから対応する要求トルクＴ＊を導出することにより設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図４に示す。また、要求パワーＰ＊は、設定した要求トルクＴ＊に車速Ｖを乗じたものと充放電要求パワーＰｂ＊と損失Ｌｏｓｓとの和により計算したものを設定するものとした。

続いて、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。閾値Ｎｍ３ｒｅｆは、予め設定されたモータＭＧ３の最大回転数Ｎｍ３ｍａｘよりも小さな値、例えば、最大回転数Ｎｍ３ｍａｘの５割や６割、７割などの回転数に定められている。回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆ以下であるときには、モータＭＧ３を駆動可能であるものとみなし、以下の処理を実行する。具体的には、まず、要求トルクＴ＊を前輪６２ａ，６２ｂおよび後輪６４ａ，６４ｂに分配するための分配比Ｄを設定する（ステップＳ１３０）。ここで、分配比Ｄは、要求トルクＴ＊に対する前輪６２ａ，６２ｂに出力するトルクの割合として車両の走行状態に基づいて値１〜値０の範囲で設定されるものである。例えば、通常走行時には前輪６２ａ，６２ｂ側だけにトルクが出力されるよう値１．０の分配比Ｄを設定したり、坂路走行時や発進走行時には前輪６２ａ，６２ｂと後輪６４ａ，６４ｂの両方にトルクが出力されるよう値０．５や値０．６などの分配比Ｄを設定したり、前輪６２ａ，６２ｂと後輪６４ａ，６４ｂの一方にスリップが発生したスリップ発生時にはスリップが発生した車輪に出力されるトルクの割合が小さくなると共にスリップが発生していない車輪に出力されるトルクの割合が大きくなるように分配比Ｄを設定したりすることができる。分配比Ｄを設定すると、設定した分配比Ｄに要求トルクＴ＊を乗じて前輪６２ａ，６２ｂ側に出力すべき前輪側トルクＴｆ＊を設定すると共に値１から分配比Ｄを減じたものに要求トルクＴ＊を乗じて後輪６４ａ，６４ｂ側に出力すべき後輪側トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１４０）。続いて、後輪側トルクＴｒ＊を設定すると、次式（１）に示すように、後輪側トルクＴｒ＊を換算係数Ｇｒで除することによりモータＭＧ３から出力すべきトルク指令Ｔｍ３＊を設定すると共に、設定したトルク指令Ｔｍ３＊をリヤモータＥＣＵ４７へ送信する（ステップＳ１５０）。ここで、換算係数Ｇｒは、後輪６４ａ，６４ｂに作用するトルクをモータＭＧ３に作用するトルクに換算するための係数である。

Tm3*=Tr*/Gr （１）

トルク指令Ｔｍ３＊を送信すると、要求パワーＰ＊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Ｓ１６０）。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Ｐ＊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、動作ラインと要求パワーＰ＊（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、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝Ｎｍ２／Ｇａ；「Ｇａ」は減速ギヤ３５のギヤ比）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて次式（２）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定すると共に設定した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて次式（３）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ１７０）。動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図を図６に示す。図中、左のＳ軸はサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２（リングギヤ軸３２ａ）の回転数Ｎｒを示す。前述したように、サンギヤ３１の回転数はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１でもありキャリア３４の回転数はエンジン２２の回転数Ｎｅでもあるから、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊はリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒとエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて式（２）により計算することができる。したがって、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で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。ここで、式（３）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ＫＰ」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ＫＩ」は積分項のゲインである。なお、図６におけるＲ軸上の２つの上向き太線矢印は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転したときにエンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。

Nm1*=(Ne*・(1+ρ)-Nm2/Ga)/ρ （２）
Tm1*=前回Tm1*＋KP（Nm1*-Nm1)＋KI∫(Nm1*-Nm1)dt （３）

モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、次式（４）に示すように、前輪側トルクＴｆ＊を換算係数Ｇｆで除したものからエンジン２２からリングギヤ軸３２ａに直接伝達されるトルク（＝−Ｔｍ１＊／ρ）を減じこれを更に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇａで除することによりモータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１８０）。ここで、換算係数Ｇｆは、前輪６２ａ，６２ｂに作用するトルクをリングギヤ軸３２ａに作用するトルクに換算するための係数である。

Tm2*=(Tf*/Gf+Tm1*/ρ)/Ga （４）

こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信し（ステップＳ１９０）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。また、ステップＳ１５０で送信されたトルク指令Ｔｍ３＊を受信したリヤモータＥＣＵ４７は、トルク指令Ｔｍ３＊でモータＭＧ３が駆動されるようインバータ４３のスイッチング素子４３ａ〜４３ｆのスイッチング制御を行なう。このように、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆ以下であるときには、操作者の要求する要求トルクＴ＊が前輪６２ａ，６２ｂ及び後輪６４ａ，６４ｂに出力されるようエンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３を駆動制御するのである。

一方、ステップＳ１２０で、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆを超えていると判定されたときにはモータＭＧ３を駆動可能な範囲を超えたものとみなし、要求トルクＴ＊を前輪６２ａ，６２ｂおよび後輪６４ａ，６４ｂに分配するための分配比Ｄを設定する（ステップＳ２００）。ここでは、分配比Ｄは、値１に定めることにより、後輪６４ａ，６４ｂからトルクを出力しないようにする。分配比Ｄを設定すると、設定した分配比Ｄに要求トルクＴ＊を乗じる、即ち前輪６２ａ，６２ｂ側に出力すべき前輪側トルクＴｆ＊を要求トルクＴ＊に設定すると共に後輪側トルクＴｒ＊を値０に設定し（ステップＳ２１０）、インバータ４３のゲート遮断指令をリヤモータＥＣＵ４７へ送信する（ステップＳ２２０）。

そして、上述と同様に、ステップＳ１６０〜Ｓ１９０の処理を実行して駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。また、インバータ４３のゲート遮断指令を受信したリヤモータＥＣＵ４７は、インバータ４３のスイッチング素子４３ａ〜４３ｆのゲート遮断を行なう。このように、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆを超えているときには、操作者の要求する要求トルクＴ＊がエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２から前輪６２ａ，６２ｂに出力されるようこれらを制御すると共に、モータＭＧ３への電力の供給を行わない、即ちモータＭＧ３の駆動制御を全く行わないようにするのである。ここで、例えば、極数が８極のＰＭモータを駆動制御する場合、モータＥＣＵは、ロータが１回転する間に４回の制御信号をインバータに出力する必要がある。したがって、モータの回転数をより高い回転数（例えば最高回転数Ｎｍ３ｍａｘなど）まで駆動可能とするためには、モータＭＧ３の制御機器（例えばモータＥＣＵなど）をより高い周波数まで作動可能なものとすることが必要になる。図７は、モータＭＧ３のトルクＴｍ３と、回転数Ｎｍ３との関係を表す説明図である。なお、図中に斜線で示した範囲がモータＭＧ３を駆動制御する範囲である。本実施例では、モータＭＧ３が坂路走行時や発進走行時、スリップ時などのアシストを行う補助的なものであり、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆを超えるような高車速では駆動する必要性がそもそも低いことから、閾値Ｎｍ３ｒｅｆを超えた範囲では、モータＭＧ３への電力の供給を停止する、即ちモータＭＧ３の駆動制御を全く行わないようにするのである。このため、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆ以上で駆動制御するものに比べてリヤモータＥＣＵ４７の作動周波数を低く抑えることができ、より性能の劣るリヤモータＥＣＵを利用可能である。また、モータＭＧ３が、永久磁石を備えていないシンクロナスリラクタンスモータであり、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆを超えるような高車速であっても、発電する（逆起電圧が発生する）ことがないため、モータＭＧ３を弱め界磁制御などの駆動制御をしないことによる弊害（例えば発電によるトルクショックなど）が生じない。

ここで、本実施例の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施例のエンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２及び動力分配統合機構３０が本発明の動力源に相当し、このうち、モータＭＧ１及び動力分配統合機構３０が電力動力入出力手段に相当し、モータＭＧ２が第２電動機に相当する。また、本実施例のモータＭＧ３が本発明の電動機に相当し、回転位置検出センサ４６が検出手段に相当し、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及び指令設定手段に相当し、エンジンＥＣＵ２４及びモータＥＣＵ４０が動力源制御手段に相当し、リヤモータＥＣＵ４７が電動機制御手段に相当し、インバータ４３が駆動回路に相当する。なお、本実施例では、ハイブリッド自動車２０の動作を説明することにより本発明の動力出力装置の制御方法の一例も明らかにしている。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３が所定範囲にあるときにはエンジン２２，モータＭＧ１，ＭＧ２及びモータＭＧ３から操作者の操作に基づいて設定された要求トルクＴ＊が出力されるようエンジン２２，モータＭＧ１，ＭＧ２とモータＭＧ３との制御指令を設定し、回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆを超えているときにはエンジン２２，モータＭＧ１，ＭＧ２から要求トルクＴ＊が出力されるようエンジン２２，モータＭＧ１，ＭＧ２の制御指令を設定すると共に、モータＭＧ３に電力供給を行わない制御指令を設定し、設定された制御指令に基づいてエンジン２２，モータＭＧ１，ＭＧ２とモータＭＧ３とを制御する。一般に、モータＭＧ３の回転数が所定範囲を超えて大きくなると、それに合わせて高い周波数で作動するリヤモータＥＣＵが必要となる。ここでは、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆを超えたときにはモータＭＧ３への電力供給を行わないようにするのである。したがって、リヤモータＥＣＵ４７やインバータ４３など、モータＭＧ３の制御機器の作動周波数を低く抑えることができる。このため、従来、例えばモータＭＧ３を最高回転数Ｎｍ３ｍａｘまで駆動制御可能としようとすると利用できなかった性能の劣るモータＥＣＵやインバータなどを利用することができ、ひいては、より安価にハイブリッド自動車２０を製造することができる。

また、リヤモータＥＣＵ４７は、モータＭＧ３に電力供給を行わないゲート遮断指令が設定・送信されたときには、インバータ４３のスイッチング素子４３ａ〜４３ｆのスイッチングを遮断するため、スイッチング素子４３ａ〜４３ｆのスイッチングを利用して、比較的容易にモータＭＧ３への電力供給を行わないようにすることができる。また、モータＭＧ３は、永久磁石を備えずに前記駆動軸に動力を出力可能なシンクロナスリラクタンスモータであるため、モータＭＧ３のロータが連れ回されモータＭＧ３の回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆを超えたときにモータＭＧ３への電力の供給を行わないものとしても、モータＭＧ３による発電（逆起電圧の発生）を防止することができる。更に、前輪６２ａ，６２ｂを駆動するエンジン２２，モータＭＧ１，ＭＧ２の接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとは異なる後輪６４ａ，６４ｂを駆動する駆動軸にモータＭＧ３が接続されているため、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３が閾値Ｎｍ３ｒｅｆ以下の範囲にあるときには前輪６２ａ，６２ｂと後輪６４ａ，６４ｂとを駆動することができ、安定した走行をすることができる。

なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施例では、モータＭＧ３を永久磁石を備えないシンクロナスリラクタンスモータとしたが、特にこれに限られず、モータＭＧ３を永久磁石を備えない他のモータ（例えば、誘導モータなど）としてもよい。こうしても、上述した実施例と同様の効果が得られる。また、モータＭＧ３を永久磁石を備えたモータ（例えばＰＭモータ）としてもよい。こうしても、リヤモータＥＣＵ４７やインバータ４３など、モータＭＧ３の制御系機器の作動周波数を低く抑えることはできる。

上述した実施例では、同期モータとしてのモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３をインバータ４１，４２，４３により駆動するものとしたが、これに限られず、例えば、直流モータをチョッパ回路により駆動するものとしてもよい。

上述した実施例では、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３は、回転位置検出センサ４６の回転位置を用いて演算するものとしたが、モータＭＧ３の回転数Ｎｍ３は、車速センサ８８の車速Ｖに変換係数を乗算することにより間接的に演算するものとしてもよい。

上述した実施例では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０がエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の指令値を設定し、エンジンＥＣＵ２４がエンジン２２を制御し、モータＥＣＵ４０がモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するものとしたが、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを要求トルクＴ＊に基づいて制御可能なものとすれば、例えば、ハイブリッド用電子制御ユニット７０にエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０との機能を持たせてエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とを省略するなど、自由に任意のＥＣＵを用いるものとしてもよい。

上述した実施例では、閾値Ｎｍ３ｒｅｆは、モータＭＧ３の最大回転数Ｎｍ３ｍａｘよりも小さな回転数に定められ、リヤモータＥＣＵ４７は、モータＥＣＵ４０よりも作動周波数の低いＣＰＵなどにより構成されているものとしたが、リヤモータＥＣＵ４７やインバータ４３などモータＭＧ３の制御機器の作動周波数やモータＭＧ３の最大回転数などを予め決定し、決定したモータＭＧ３の制御機器の作動周波数やモータＭＧ３の最大回転数から閾値Ｎｍ３ｒｅｆを設定するとしてもよい。

上述した実施例では、エンジン２２からの動力を前輪６２ａ，６２ｂに出力するものとしたが、エンジン２２からの動力を後輪６４ａ，６４ｂに出力するものとしてもよい。

上述した実施例では、エンジン２２からの動力を動力分配統合機構３０を介して前輪６２ａ，６２ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図８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２６に接続されたインナーロータ１３２と前輪６２ａ，６２ｂに動力を出力する駆動軸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モータ１３０を備えるものとしてもよい。

上述した実施例では、シリーズ型とパラレル型とを混成したハイブリッド自動車２０について説明したが、駆動軸を駆動する主動力源とこの駆動軸と同一又は別の駆動軸を駆動する副動力源としてのモータとを備えた自動車であれば特にこれに限定されず、例えば、図９に示すように、主動力源としてのエンジン２２のクランクシャフトに副動力源としてのモータＭＧ３が接続され、エンジン２２からの動力とモータＭＧ３からの動力とによりトランスミッション３８を介して前輪６２ａ，６２ｂを駆動するハイブリッド自動車２２０に本発明を適用してもよい。なお、トランスミッション３８は、有段であっても無段であってもよい。このとき、後輪６４ａ，６４ｂを駆動する図示しないモータＭＧに本発明を適用してもよい。また、シリーズ型のハイブリッド自動車に本発明を適用してもよい。さらに、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池で発電した電力により動力を出力するモータＭＧ２とを主動力源として備える燃料電池自動車に本発明を適用してもよい。

上述した実施例では、エンジン２２とインバータ４１，４２，４３により駆動されるモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３とを備えるハイブリッド自動車２０に適用して説明したが、ハイブリッド自動車に限られず、図１０の変形例の電気自動車３２０に例示するように、前輪６２ａ，６２ｂに動力を出力するモータＭＧ１と後輪６４ａ，６４ｂに動力を出力するモータＭ２とを備え、エンジンを備えない電気自動車としてもよい。

また、こうしたハイブリッド自動車２０に搭載された動力出力装置に限定されるものではなく、自動車以外の移動体（例えば列車や航空機、船舶）などに搭載された動力出力装置としても構わない。また、動力出力装置の形態としてもよいし、動力出力装置の制御方法の形態としてもよい。

本発明の一実施形態としての動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 インバータ４３の構成の概略を示す構成図である。 実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 動作ラインの一例および目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図である。 モータＭＧ３のトルクＴｍ３と回転数Ｎｍ３との関係を表す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の電気自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、３２０ 電気自動車、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、３５ 減速ギヤ、３８ トランスミッション、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、４３ａ〜ｆ スイッチング素子、４４，４５，４６ 回転位置検出センサ、４７ リヤモータ用電子制御ユニット（リヤモータＥＣＵ）、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 ギヤ機構、６１，６３ デファレンシャルギヤ、６２ａ，６２ｂ 前輪、６４ａ，６４ｂ 後輪、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、１３０ 対ロータ電動機、１３２ インナーロータ １３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３， モータ。

Claims (9)

1. 駆動軸に動力を出力可能な動力源と、
   駆動軸に動力を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駆動力設定手段と、
   前記電動機の回転軸の回転数である回転軸回転数を検出可能な検出手段と、
   前記検出された回転軸回転数が所定範囲内にあるときには前記動力源及び該電動機から前記要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該動力源と該電動機との目標駆動状態を設定し、前記回転軸回転数が所定範囲を超えているときには前記動力源から前記要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該動力源の目標駆動状態を設定すると共に前記電動機に電力供給を行わない目標駆動状態を設定する目標駆動状態設定手段と、
   前記設定された目標駆動状態に基づいて前記動力源を制御する動力源制御手段と、
   前記設定された目標駆動状態に基づいて前記電動機を制御する電動機制御手段と、
   を備えた動力出力装置。
2. 前記目標駆動状態設定手段は、前記所定範囲として前記電動機の最大許容回転数よりも小さい回転数を上限とした範囲を用いて前記目標駆動状態を設定する手段である、
   請求項１に記載の動力出力装置。
3. 請求項１又は２に記載の動力出力装置であって、
   スイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する駆動回路、を備え、
   前記電動機制御手段は、前記電動機に電力供給を行わない目標駆動状態が設定されたときには、前記駆動回路のスイッチング素子を遮断する手段である、
   動力出力装置。
4. 前記電動機は、永久磁石を備えずに前記駆動軸に動力を出力可能な非永久磁石式電動機である、
   請求項３に記載の動力出力装置。
5. 前記動力源は、内燃機関を含み該内燃機関から前記駆動軸に動力を出力可能である、
   請求項１〜４のいずれかに記載の動力出力装置。
6. 前記動力源は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され電力と動力との入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、該駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、を備える、請求項５に記載の動力出力装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに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. 前記電動機は、前記動力源の出力軸が駆動軸を介して連結した車軸とは異なる車軸に前記回転軸が駆動軸を介して連結されてなる、請求項７に記載の車両。
9. 駆動軸に動力を出力可能な動力源と、駆動軸に動力を出力可能な電動機と、電動機を制御する電動機制御手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であって、
   前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、
   前記電動機の回転軸の回転数である回転軸回転数が所定範囲内にあるときには前記動力源及び該電動機から前記要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該動力源と該電動機との目標駆動状態を設定し、前記回転軸回転数が所定範囲を超えているときには前記動力源から前記要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう該動力源の目標駆動状態を設定すると共に前記電動機に電力供給を行わない目標駆動状態を設定し、
   前記設定された目標駆動状態に基づいて前記動力源を制御すると共に前記設定された目標駆動状態に基づいて前記電動機制御手段が電動機を制御する、
   動力出力装置の制御方法。

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