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JP4220961B2 - 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装置、動力出力装置の制御方法 - Google Patents

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装置、動力出力装置の制御方法 Download PDF

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JP4220961B2
JP4220961B2 JP2004380025A JP2004380025A JP4220961B2 JP 4220961 B2 JP4220961 B2 JP 4220961B2 JP 2004380025 A JP2004380025 A JP 2004380025A JP 2004380025 A JP2004380025 A JP 2004380025A JP 4220961 B2 JP4220961 B2 JP 4220961B2
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internal combustion
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清城 上岡
雅哉 山本
和臣 岡坂
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Aisin AW Co Ltd
Toyota Motor Corp
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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装置、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、遊星歯車の３つの回転要素にエンジンのクランクシャフトと発電機の回転軸と車軸に連結された駆動軸とを接続すると共に駆動軸に変速機を介して電動機を接続す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、変速機の変速中に駆動軸に出力すべき出力トルクを保持するようエンジンの出力や発電機のトルクを補正している。
特開２００４−２０３２２０号公報
ところで、こうした動力出力装置では、発電機や電動機と電力をやりとりする二次電池などの蓄電装置を備えるが、冷間期などに蓄電装置の入出力が制限されたときには変速機の変速をスムーズに行なうことができない場合が生じる。蓄電装置の入出力が制限されるときに駆動軸に出力すべき出力トルクを保持するようエンジンの出力や発電機のトルクを補正すると、この補正に伴って蓄電装置に入出力される電力が入出力制限の範囲外となる場合がある。この場合、蓄電装置の入出力制限を無視して変速機の変速を実行すれば蓄電手段の過大な電力による充放電が行なわれることになり、蓄電装置の入出力制限の範囲内で変速機の変速を実行すれば駆動軸に出力すべき出力トルクを保持することができない。
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装置、動力出力装置の制御方法は、二次電池などの蓄電装置の入出力が制限されているときでもスムーズに変速機の変速を行なう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装置、動力出力装置の制御方法は、二次電池などの蓄電装置の入出力が制限されているときに変速機の変速を行なうときでも要求動力に基づく動力を駆動軸に出力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装置、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、
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、
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前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、
動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間で変速比の変更を伴って動力の伝達が可能な変速伝達手段と、
前記電力動力入出力手段と前記電動機との電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
前記変速伝達手段の変速比の変更を前記電動機からの動力の変更補正を伴って行なう際に、前記設定された要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが可能な制限不要変更時には前記電動機からの動力の変更補正を伴って前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御し、前記設定された要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが不能な制限必要変更時には前記電力動力入出力手段による電力の入出力を調整することにより前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で前記電動機からの動力の変更補正を伴って前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御する制御手段と、
を備える要旨とする。
この本発明の動力出力装置では、電動機の回転軸と前記駆動軸との間で変速比の変更を伴って動力の伝達が可能な変速伝達手段の変速比の変更を電動機からの動力の変更補正を伴って行なう際に、駆動軸に出力すべき要求動力に基づく動力を駆動軸に出力しながら電動機からの動力の変更補正を電力動力入出力手段と電動機との電力のやりとりが可能な蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが可能な制限不要変更時には電動機からの動力の変更補正を伴って変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と電動機と変速伝達手段とを制御し、要求動力に基づく動力を駆動軸に出力しながら電動機からの動力の変更補正を蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが不能な制限必要変更時には電力動力入出力手段による電力の入出力を調整することにより蓄電手段の入出力制限の範囲内で電動機からの動力の変更補正を伴って変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と電動機と変速伝達手段とを制御する。これにより、要求動力に基づく動力を駆動軸に出力しながら電動機からの動力の変更補正を蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことができない制限必要変更時でも、変速伝達手段の変速比の変更をスムーズに行なうことができると共に要求動力に基づく動力を駆動軸に出力することができる。ここで、変速伝達手段は、少なくとも２段以上の有段変速機であるものとすることもできる。
こうした本発明の動力出力装置において、前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標動力を設定する目標動力設定手段を備え、前記制御手段は、前記制限不要変更時には前記目標動力に基づく動力が前記内燃機関から出力されるよう制御し、前記制限必要変更時には前記設定された目標動力の前記蓄電手段の入出力制限の範囲内となる方向への変更を伴って調整された動力が前記内燃機関から出力されるよう制御する手段であるものとすることもできる。制限必要変更時には、内燃機関から出力すべき目標動力の蓄電手段の入出力制限の範囲内となる方向への変更を伴うから、変速伝達手段の変速比の変更をスムーズに行なうことができる。この場合、前記制御手段は、前記制限必要変更時には前記内燃機関のトルクの変更を伴って制御する手段であるものとすることもできるし、前記制限必要変更時には前記内燃機関の回転数の変更を伴って制御する手段であるものとすることもできる。
また、本発明の動力出力装置において、前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定する目標パワー設定手段を備え、前記制御手段は、前記制限不要変更時には前記目標パワーに基づくパワーが前記内燃機関から出力されるよう制御し、前記制限必要変更時には前記内燃機関の回転数の変更を伴って前記設定された目標パワーに基づくパワーが前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で前記内燃機関から出力されるよう制御する手段であるものとすることもできる。制限必要変更時には、内燃機関から出力すべき目標パワーの蓄電手段の入出力制限の範囲内となる方向への変更を伴うから、変速伝達手段の変速比の変更をスムーズに行なうことができる。この場合、前記制御手段は、前記制限必要変更時には、前記内燃機関の回転数が前記設定された目標パワーに基づく目標回転数に至るまでは前記内燃機関の回転数の変更を伴って前記設定された目標パワーに基づくパワーが前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で前記内燃機関から出力されるよう制御し、前記内燃機関の回転数が前記設定された目標パワーに基づく目標回転数に至った以降は前記設定された目標パワーの前記蓄電手段の入出力制限の範囲内となる方向への変更を伴ったパワーが前記内燃機関から出力される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、変速伝達手段の変速比の変更の際における目標パワーの変更を小さくすることができ、変速比の変更後の動力の出力をよりスムーズに行なうことができる。
さらに、本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記制限必要変更時に前記電動機からの動力の変更補正として該電動機のトルクの値０方向への補正を行なうときには、前記電力動力入出力手段のトルクを値０方向へ調整するよう制御する手段であるものとすることもできる。この場合、前記制御手段は、前記制限必要変更時に前記電動機からの動力の変更補正として該電動機のトルクの値０方向への補正を行なうときには、前記内燃機関の回転数の増加を伴って制御する手段であるものとすることもできる。
あるいは、本発明の動力出力装置において、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸との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、前記第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段であるものとすることもできるし、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第１の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第２の回転子とを備え、該第１の回転子と該第２の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴って該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する対回転子電動機であ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、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、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前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間で変速比の変更を伴って動力の伝達が可能な変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段と前記電動機との電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、前記変速伝達手段の変速比の変更を前記電動機からの動力の変更補正を伴って行なう際に、前記設定された要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが可能な制限不要変更時には前記電動機からの動力の変更補正を伴って前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御し、前記設定された要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが不能な制限必要変更時には前記電力動力入出力手段による電力の入出力を調整することにより前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で前記電動機からの動力の変更補正を伴って前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達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搭載するから、本発明の動力出力装置の奏する効果、例えば、要求動力に基づく動力を駆動軸に出力しながら電動機からの動力の変更補正を蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことができない制限必要変更時でも、変速伝達手段の変速比の変更をスムーズに行なうことができると共に要求動力に基づく動力を駆動軸に出力す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。
本発明の動力出力装置の制御装置は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され、電力と動力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前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間で変速比の変更を伴って動力の伝達が可能な変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段と前記電動機との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装置であって、
前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
前記変速伝達手段の変速比の変更を前記電動機からの動力の変更補正を伴って行なう際に、前記設定された要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが可能な制限不要変更時には前記電動機からの動力の変更補正を伴って前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御し、前記設定された要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが不能な制限必要変更時には前記電力動力入出力手段による電力の入出力を調整することにより前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で前記電動機からの動力の変更補正を伴って前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達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の制御装置では、電動機の回転軸と前記駆動軸との間で変速比の変更を伴って動力の伝達が可能な変速伝達手段の変速比の変更を電動機からの動力の変更補正を伴って行なう際に、駆動軸に出力すべき要求動力に基づく動力を駆動軸に出力しながら電動機からの動力の変更補正を電力動力入出力手段と電動機との電力のやりとりが可能な蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが可能な制限不要変更時には電動機からの動力の変更補正を伴って変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と電動機と変速伝達手段とを制御し、要求動力に基づく動力を駆動軸に出力しながら電動機からの動力の変更補正を蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが不能な制限必要変更時には電力動力入出力手段による電力の入出力を調整することにより蓄電手段の入出力制限の範囲内で電動機からの動力の変更補正を伴って変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と電動機と変速伝達手段とを制御する。これにより、要求動力に基づく動力を駆動軸に出力しながら電動機からの動力の変更補正を蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことができない制限必要変更時でも、変速伝達手段の変速比の変更をスムーズに行なうことができると共に要求動力に基づく動力を駆動軸に出力することができる。
本発明の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され、電力と動力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前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間で変速比の変更を伴って動力の伝達が可能な変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段と前記電動機との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、
前記変速伝達手段の変速比の変更を前記電動機からの動力の変更補正を伴って行なう際に、前記駆動軸に要求される要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが可能な制限不要変更時には前記電動機からの動力の変更補正を伴って前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御し、前記要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが不能な制限必要変更時には前記電力動力入出力手段による電力の入出力を調整することにより前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で前記電動機からの動力の変更補正を伴って前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御する
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では、電動機の回転軸と前記駆動軸との間で変速比の変更を伴って動力の伝達が可能な変速伝達手段の変速比の変更を電動機からの動力の変更補正を伴って行なう際に、駆動軸に出力すべき要求動力に基づく動力を駆動軸に出力しながら電動機からの動力の変更補正を電力動力入出力手段と電動機との電力のやりとりが可能な蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが可能な制限不要変更時には電動機からの動力の変更補正を伴って変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と電動機と変速伝達手段とを制御し、要求動力に基づく動力を駆動軸に出力しながら電動機からの動力の変更補正を蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが不能な制限必要変更時には電力動力入出力手段による電力の入出力を調整することにより蓄電手段の入出力制限の範囲内で電動機からの動力の変更補正を伴って変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と電動機と変速伝達手段とを制御する。これにより、要求動力に基づく動力を駆動軸に出力しながら電動機からの動力の変更補正を蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことができない制限必要変更時でも、変速伝達手段の変速比の変更をスムーズに行なうことができると共に要求動力に基づく動力を駆動軸に出力することができる。
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、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および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および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。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，サンギヤ３１に接続されモータＭＧ１の回転軸となるサンギヤ軸３１ａおよびリングギヤ３２に接続されると共に駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとなる。
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に伝達するよう構成されている。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が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をオフ状態としてモータ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）。なお、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，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への駆動信号やなどが出力ポートを介して出力されている。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、特にモータＭＧ２のトルクＴｍ２を変更を伴って変速機６０の切り替えを行なう際の動作について説明する。図３および図４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、数ｍｓｅｃ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，エンジン２２の回転数Ｎｅ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ要求電力Ｐｂ＊，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計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。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。バッテリ要求電力Ｐｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）などに基づいてバッテリＥＣＵ５２によりバッテリ５０を充放電すべき電力として設定されるものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。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て入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定することができる。図５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６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。
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７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、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めることができる。
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８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。
次に、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（Ｎｍ２／Ｇｒ）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Ｓ１３０）。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９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に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ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＊が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸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（３）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。
Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt (2)
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、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令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）との偏差をモータＭＧ２の回転数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Ｔｍａｘ，Ｔｍｉｎを次式（３）および式（４）により計算すると共に（ステップＳ１４０）、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を用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（５）により計算し（ステップＳ１５０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘ，Ｔｍｉｎで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１６０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式（５）は、前述した図９の共線図から容易に導き出すことができる。
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmin＝(Win−Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr (5)
こうしてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定すると、モータＭＧ２のトルクの変更が要求されているか否かを判定する（ステップＳ１７０）。このトルク変更要求は、変速機６０のギヤの状態を切り替える際に実行される切替処理により行なわれる。変速機６０のギヤの状態を切り替えていないときや変速機６０のギヤの状態を切り替えているときでもモータＭＧ２のトルクの変更が必要ないときには、トルク変更要求はなされないから、設定したエンジン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にそれぞれ送信して（ステップＳ２９０）、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。
一方、トルク変更要求がなされているときには、変更が要求されたトルク（変更要求トルク）Ｔｒｑを入力し（ステップＳ１８０）、入力した変更要求トルクＴｒｑをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に再設定する（ステップＳ１９０）。ここで、変更要求トルクＴｒｑは、変速機６０のギヤの状態をスムーズに切り替える際のモータＭＧ２のトルクの上下限値（Ｔｒ１，Ｔｒ２）であり、図１０の切替処理ルーチンにより設定される。ここで、変速機６０のギヤの状態の切替処理について図１０の切替処理ルーチンに基づき簡単に説明する。
切替処理ルーチンでは、まず、変速機６０のギヤ状態の切り替え方向を判定する（ステップＳ３００）。Ｌｏギヤの状態からＨｉギヤの状態への切り替えのときには、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊をＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態へスムーズに切り替えることができるトルクとして設定された閾値Ｔｒ１と比較し（ステップＳ３１０）、トルク指令Ｔｍ２＊が閾値Ｔｒ１より大きいときにはトルクダウン要求としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を閾値Ｔｒ１の値に変更するトルク変更要求を出力する（ステップＳ３２０）。このとき、変更要求トルクＴｒｑに値Ｔｒ１が設定される。モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が閾値Ｔｒ１以下のときやトルク変更要求した後は、現在のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と変速機６０のギヤ比Ｇｌｏ，Ｇｈｉとにより次式（６）を用いて切り替え後のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２＊を計算する（ステップＳ３３０）。そして、ブレーキＢ１，Ｂ２の半係合を伴う作動を開始し（ステップＳ３４０）、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が切り替え後の回転数Ｎｍ２＊近傍に至るのを待って（ステップＳ３５０，Ｓ３６０）、ブレーキＢ１を完全にオンとすると共にブレーキＢ２を完全にオフとして（ステップＳ３７０）、駆動制御で用いる変速機６０のギヤ比ＧｒにＨｉギヤのギヤ比Ｇｈｉを設定し（ステップＳ３８０）、切替処理ルーチンを終了する。図１１に変速機６０の共線図の一例を示す。図中、Ｓ１軸はダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａのサンギヤ６１の回転数を示し、Ｒ１，Ｒ２軸はダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａおよびシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂのリングギヤ６２，６６の回転数を示し、Ｃ１，Ｃ２軸はリングギヤ軸３２ａの回転数であるダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａおよびシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂのキャリア６４，６８の回転数を示し、Ｓ２軸はモータＭＧ２の回転数であるシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂのサンギヤ６５の回転数を示す。図示するように、Ｌｏギヤの状態では、ブレーキＢ２がオンでブレーキＢ１がオフとされている。この状態からブレーキＢ２をオフすると、モータＭＧ２はリングギヤ軸３２ａから切り離された状態となる。ブレーキＢ１をフリクション係合すると、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減少させることができるが、モータＭＧ２が電動機として機能しているときにはその回転数を増加しようとするから、モータＭＧ２のトルクが大きすぎると、ブレーキＢ１の摩耗が著しくなったり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減少させることができなくなる。このため、実施例では、モータＭＧ２のトルクダウンを要求するのである。そして、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２がＨｉギヤの状態の回転数Ｎｍ２＊近傍になったときにブレーキＢ１をフリクション係合から完全にオンとすることにより、Ｈｉギヤの状態に切り替える。
Nm2*＝Nm2・Ghi/Glo (6)
一方、Ｈｉギヤの状態からＬｏギヤの状態への切り替えのときには、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊をＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態へスムーズに切り替えることができるトルクとして設定された閾値Ｔｒ２と比較し（ステップＳ３９０）、トルク指令Ｔｍ２＊が閾値Ｔｒ２より小さいときにはトルクアップ要求としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を閾値Ｔｒ２の値に変更するトルク変更要求を出力する（ステップＳ４００）。このとき、変更要求トルクＴｒｑに値Ｔｒ２が設定される。モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が閾値Ｔｒ２以上のときやトルク変更要求した後は、現在のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と変速機６０のギヤ比Ｇｌｏ，Ｇｈｉとにより次式（７）を用いて切り替え後のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２＊を計算する（ステップＳ４１０）。そして、ブレーキＢ１，Ｂ２の半係合を伴う作動を開始し（ステップＳ４２０）、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が切り替え後の回転数Ｎｍ２＊近傍に至るのを待って（ステップＳ４３０，Ｓ４４０）、ブレーキＢ２を完全にオンとすると共にブレーキＢ１を完全にオフとして（ステップＳ４５０）、駆動制御で用いる変速機６０のギヤ比ＧｒにＬｏギヤのギヤ比Ｇｌｏを設定し（ステップＳ４６０）、切替処理ルーチンを終了する。図１１に示すように、Ｈｉギヤの状態では、ブレーキＢ１がオンでブレーキＢ２がオフとされている。この状態からブレーキＢ１をオフすると、モータＭＧ２はリングギヤ軸３２ａから切り離された状態となる。ブレーキＢ２をフリクション係合すると、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を増加させることができるが、モータＭＧ２が発電機として機能しているときにはその回転数を減少しようとするから、モータＭＧ２のトルクが小さすぎると（負の値として大きすぎると）、ブレーキＢ２の摩耗が著しくなったり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を増加させることができなくなる。このため、実施例では、モータＭＧ２のトルクアップを要求するのである。そして、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２がＬｏギヤの状態の回転数Ｎｍ２＊近傍になったときにブレーキＢ２をフリクション係合から完全にオンとすることにより、Ｌｏギヤの状態に切り替える。
Nm2*＝Nm2・Glo/Ghi (7)
図３および図４の駆動制御ルーチンに戻る。ステップＳ１８０で変更要求トルクＴｒｑを入力すると、変更要求トルクＴｒｑがトルク制限Ｔｍａｘ，Ｔｍｉｎの範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２００）。変更要求トルクＴｒｑがトルク制限Ｔｍａｘ，Ｔｍｉｎの範囲内にあるときには、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を変更要求トルクＴｒｑに再設定して駆動してもバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で行なうことができると判断し、再設定したモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を含む各設定値をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２９０）、駆動制御ルーチンを終了する。
変更要求トルクＴｒｑがトルク制限Ｔｍｉｎより小さいときには、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を変更要求トルクＴｒｑに再設定して駆動してもバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲内となるよう次式（８）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算して再設定し（ステップＳ２１０）、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊から所定回転数αを減じたものより小さいことを確認して（ステップＳ２２０）、再設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を含む各設定値をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２９０）、駆動制御ルーチンを終了する。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊から所定回転数αを減じたものより小さいことを確認するのは、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を再設定することによりエンジン２２の回転数Ｎｅが大きくなるため、その勢いによりエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊を大きく上回るのを抑制するためである。
Tm1*＝(Win-Trq・Nm2)/Nm1 (8)
ステップＳ２２０でエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊から所定回転数αを減じたものより大きいときには、前回このルーチンで設定した要求パワーＰｅ＊からモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を変更する分に相当するパワーを減じたものとして次式（９）により要求パワーＰｅ＊を計算して再設定すると共に（ステップＳ２３０）、再設定した要求パワーＰｅ＊をエンジン２２の回転数Ｎｅで除して目標トルクＴｅ＊を再設定し（ステップＳ２４０）、再設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊や要求パワーＰｅ＊，目標トルクＴｅ＊を含む各設定値をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２９０）、駆動制御ルーチンを終了する。このように、要求パワーＰｅ＊を小さくすることにより、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を小さく再設定して駆動してもエンジン２２の回転数Ｎｅの急上昇を抑制することができる。
Pe*＝前回Pe*-(Tmin-Trq)・Nm2 (9)
変更要求トルクＴｒｑがトルク制限Ｔｍａｘより大きいときには、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を変更要求トルクＴｒｑに再設定して駆動してもバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内となるよう次式（１０）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算して再設定し（ステップＳ２５０）、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に所定回転数αを加えたものより大きいことを確認して（ステップＳ２６０）、再設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を含む各設定値をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２９０）、駆動制御ルーチンを終了する。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に所定回転数αを加えたものより大きいことを確認するのは、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を再設定することによりエンジン２２の回転数Ｎｅが小さくなるため、その勢いによりエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊を大きく下回るのを抑制するためである。
Tm1*＝(Wout-Trq・Nm2)/Nm1 (10)
ステップＳ２６０でエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に所定回転数αを加えたものより小さいときには、前回このルーチンで設定した要求パワーＰｅ＊からモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を変更する分に相当するパワーを増加したものとして次式（１１）により要求パワーＰｅ＊を計算して再設定すると共に（ステップＳ２７０）、再設定した要求パワーＰｅ＊をエンジン２２の回転数Ｎｅで除して目標トルクＴｅ＊を再設定し（ステップＳ２８０）、再設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊や要求パワーＰｅ＊，目標トルクＴｅ＊を含む各設定値をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２９０）、駆動制御ルーチンを終了する。このように、要求パワーＰｅ＊を大きくすることにより、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を大きく再設定して駆動してもエンジン２２の回転数Ｎｅの急降下を抑制することができる。
Pe*＝前回Pe*+(Tmax-Trq)・Nm2 (11)
図１２は、変速機６０をＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に切り替える際にトルク変更要求がなされたときのモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２やトルクＴｍ２，モータＭＧ１のトルクＴｍ１，エンジン２２の回転数Ｎｅ，要求パワーＰｅ＊の時間変化の一例を模式的に示す説明図である。時間Ｔ１に変速機６０の切り替えが開始され、モータＭＧ２のトルクＴｍ２がトルクダウンされると共にモータＭＧ１のトルクＴｍ１が大きくなるよう補正される（ステップＳ１９０，Ｓ２１０）。したがって、エンジン２２の回転数Ｎｅが上昇する。エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊から所定回転数αを減じたものに至った時間Ｔ２では、要求パワーＰｅ＊の引き下げが行なわれるから（ステップＳ２３０）、エンジン２２の回転数Ｎｅの急上昇は抑制され、目標回転数Ｎｅ＊程度に収束する。そして、変速機６０のギヤの切り替えが終了した時間Ｔ３にトルク変更要求が解除され、モータＭＧ２のトルクＴｍ２やモータＭＧ１のトルクＴｍ１，要求パワーＰｅ＊が通常の設定値に戻される。以上、図１２を用いて変速機６０をＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に切り替える際にトルク変更要求がなされたときについて説明したが、変速機６０をＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態に切り替える際にトルク変更要求がなされたときについても同様である。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、要求トルクＴｒ＊に基づくトルクを駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力しながら変速機６０のギヤの状態を切り替える際にモータＭＧ２のトルク変更をバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で行なうことができないときでも、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を再設定することにより、変速機６０のギヤの状態の切り替えをモータＭＧ２のトルク変更を伴って行なうことができる。この結果、変速機６０のギヤの状態の切り替えをスムーズに行なうことができる。しかも、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊の再設定に伴ってエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊を大きく上回りそうになったり下回りそうになったときには要求パワーＰｅ＊を変更するから、エンジン２２の回転数Ｎｅの急上昇や急降下を抑制することができる。この結果、変速機６０のギヤの状態の切り替え後の制御にスムーズに移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、変速機６０のギヤの状態を切り替える際にモータＭＧ２のトルク変更をバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で行なうことができないときには、モータＭＧ２のトルクを減少するときでも増加するときでもモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を再設定するものとしたが、モータＭＧ２のトルクを減少するときだけにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を再設定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、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊の再設定に伴ってエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊を大きく上回りそうになったり下回りそうになったときには要求パワーＰｅ＊を変更するものとしたが、要求パワーＰｅ＊を変更しない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、Ｌｏギヤの状態からＨｉギヤの状態への切り替えのときにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊がＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態へスムーズに切り替えることができるトルクとしての閾値Ｔｒ１以下の値となるようトルク変更要求し、逆に、Ｈｉギヤの状態からＬｏギヤの状態への切り替えのときにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊がＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態へスムーズに切り替えることができるトルクとしての閾値Ｔｒ２以上の値となるようトルクアップ要求するものとしたが、Ｈｉギヤの状態からＬｏギヤの状態への切り替えのときにはトルク変更要求市内ものとしてもかまわない。また、Ｈｉギヤの状態からＬｏギヤの状態への切り替えのときにもモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊がＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態へスムーズに切り替えることができるトルクとしての閾値Ｔｒ１以下の値となるようトルク変更要求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、ギヤの状態をＬｏギヤの状態とＨｉギヤの状態との２段に切り替える変速機６０を用いたが、３段以上の有段変速機を用いるものとしてもよい。また、変速機６０として無段変速機を用いるものとしても構わない。
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１３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の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１３における駆動輪３９ｃ，３９ｄに接続された車軸）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、エンジン２２の動力を動力分配統合機構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に出力するものとしたが、図１４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を備えるものとしてもよい。
実施例では、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２と動力分配統合機構３０と変速機６０とを備えるものとしたが、こうした構成に限定されるものではなく、モータトルクの変更を伴って変速機の変更を行なうものであれば如何なる構成の自動車や動力出力装置に適用するものとしてもよい。
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。
本発明は、動力出力装置および自動車の製造産業に利用可能である。
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。 変速機６０の構成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の前半部分を示すフローチャートである。 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の後半部分を示すフローチャートである。 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。 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。 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。 ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される切替処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変速機６０の共線図の一例を示す説明図である。 変速機６０をＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に切り替える際にトルク変更要求がなされたときのモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２やトルクＴｍ２，モータＭＧ１のトルクＴｍ１，エンジン２２の回転数Ｎｅ，要求パワーＰｅ＊の時間変化の一例を模式的に示す説明図である。 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。 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。
符号の説明
２０，１２０，２２０ 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、３１ａ サンギヤ軸、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、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、６１，６５ サンギヤ、６２，６６ リングギヤ、６３ａ 第１ピニオンギヤ、６３ｂ 第２ピニオンギヤ、６４，６８ キャリア、６７ ピニオンギヤ、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、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 (14)

  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、
    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前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、
    動力を入出力可能な電動機と、
    前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間で変速比の変更を伴って動力の伝達が可能な変速伝達手段と、
    前記電力動力入出力手段と前記電動機との電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
    前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
    前記変速伝達手段の変速比の変更を前記電動機からの動力の変更補正を伴って行なうときには、前記変更補正後に前記電動機から出力すべき変更補正後動力として前記変速伝達手段をアップシフトするときには該アップシフトの際に前記変速伝達手段の変速比をスムーズに変更する予め設定されたトルクを前記電動機から出力する動力を設定すると共に前記変速伝達手段をダウンシフトするときには該ダウンシフトの際に前記変速伝達手段の変速比をスムーズに変更する予め設定されたトルクを前記電動機から出力する動力を設定し、前記設定された要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが可能な制限不要変更時には前記電動機から前記設定した変更補正後動力を出力しながら前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御し、前記設定された要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが不能な制限必要変更時には前記電動機から前記設定された変更補正後動力を出力しても前記蓄電手段の入出力制限の範囲内となるよう前記電力動力入出力手段による電力の入出力を調整して前記電動機から前記設定した変更補正後動力を出力しながら前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御する制御手段と、
    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、
    前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標動力を設定する目標動力設定手段を備え、
    前記制御手段は、前記制限不要変更時には前記目標動力に基づく動力が前記内燃機関から出力されるよう制御し、前記制限必要変更時には前記設定された目標動力の前記蓄電手段の入出力制限の範囲内となる方向への変更を伴って調整された動力が前記内燃機関から出力されるよう制御する手段である
    動力出力装置。
  3. 前記制御手段は、前記制限必要変更時には前記内燃機関のトルクの変更を伴って制御する手段である請求項２記載の動力出力装置。
  4. 前記制御手段は、前記制限必要変更時には前記内燃機関の回転数の変更を伴って制御する手段である請求項２または３記載の動力出力装置。
  5. 請求項１記載の動力出力装置であって、
    前記設定された要求動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定する目標パワー設定手段を備え、
    前記制御手段は、前記制限不要変更時には前記目標パワーに基づくパワーが前記内燃機関から出力されるよう制御し、前記制限必要変更時には前記内燃機関の回転数の変更を伴って前記設定された目標パワーに基づくパワーが前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で前記内燃機関から出力されるよう制御する手段である
    動力出力装置。
  6. 前記制御手段は、前記制限必要変更時には、前記内燃機関の回転数が前記設定された目標パワーに基づく目標回転数に至るまでは前記内燃機関の回転数の変更を伴って前記設定された目標パワーに基づくパワーが前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で前記内燃機関から出力されるよう制御し、前記内燃機関の回転数が前記設定された目標パワーに基づく目標回転数に至った以降は前記設定された目標パワーの前記蓄電手段の入出力制限の範囲内となる方向への変更を伴ったパワーが前記内燃機関から出力されるよう制御する手段である請求項５記載の動力出力装置。
  7. 前記制御手段は、前記制限必要変更時に前記電動機からの動力の変更補正として該電動機のトルクの値０方向への補正を行なうときには、前記電力動力入出力手段のトルクを値０方向へ調整するよう制御する手段である請求項１ないし６いずれか記載の動力出力装置。
  8. 前記制御手段は、前記制限必要変更時に前記電動機からの動力の変更補正として該電動機のトルクの値０方向への補正を行なうときには、前記内燃機関の回転数の増加を伴って制御する手段である請求項７記載の動力出力装置。
  9. 前記変速伝達手段は、少なくとも２段以上の有段変速機である請求項１ないし８いずれか記載の動力出力装置。
  10. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸との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、前記第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段である請求項１ないし９いずれか記載の動力出力装置。
  11. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第１の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第２の回転子とを備え、該第１の回転子と該第２の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴って該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する対回転子電動機である請求項１ないし９いずれか記載の動力出力装置。
  12. 請求項１ないし１１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自動車。
  13. 内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され、電力と動力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前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間で変速比の変更を伴って動力の伝達が可能な変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段と前記電動機との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装置であって、
    前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
    前記変速伝達手段の変速比の変更を前記電動機からの動力の変更補正を伴って行なうときには、前記変更補正後に前記電動機から出力すべき変更補正後動力として前記変速伝達手段をアップシフトするときには該アップシフトの際に前記変速伝達手段の変速比をスムーズに変更する予め設定されたトルクを前記電動機から出力する動力を設定すると共に前記変速伝達手段をダウンシフトするときには該ダウンシフトの際に前記変速伝達手段の変速比をスムーズに変更する予め設定されたトルクを前記電動機から出力する動力を設定し、前記設定された要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが可能な制限不要変更時には前記電動機から前記設定した変更補正後動力を出力しながら前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御し、前記設定された要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが不能な制限必要変更時には前記電動機から前記設定された変更補正後動力を出力しても前記蓄電手段の入出力制限の範囲内となるよう前記電力動力入出力手段による電力の入出力を調整して前記電動機から前記設定した変更補正後動力を出力しながら前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御する制御手段と、
    を備える制御装置。
  14. 内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され、電力と動力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前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間で変速比の変更を伴って動力の伝達が可能な変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段と前記電動機との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、
    前記変速伝達手段の変速比の変更を前記電動機からの動力の変更補正を伴って行なうときには、前記変更補正後に前記電動機から出力すべき変更補正後動力として前記変速伝達手段をアップシフトするときには該アップシフトの際に前記変速伝達手段の変速比をスムーズに変更する予め設定されたトルクを前記電動機から出力する動力を設定すると共に前記変速伝達手段をダウンシフトするときには該ダウンシフトの際に前記変速伝達手段の変速比をスムーズに変更する予め設定されたトルクを前記電動機から出力する動力を設定し、前記駆動軸に要求される要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが可能な制限不要変更時には前記電動機から前記設定した変更補正後動力を出力しながら前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御し、前記要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力しながら前記電動機からの動力の変更補正を前記蓄電手段の入出力制限の範囲内で行なうことが不能な制限必要変更時には前記電動機から前記設定された変更補正後動力を出力しても前記蓄電手段の入出力制限の範囲内となるよう前記電力動力入出力手段による電力の入出力を調整して前記電動機から前記設定した変更補正後動力を出力しながら前記変速伝達手段の変速比の変更が行なわれ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電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御する
    動力出力装置の制御方法。
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