JP2000227035A - 動力出力装置およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
共に、そのアシストモータを駆動するためのインバータ
回路の最大電流値も低減する。 【解決手段】 制御ユニット90はアシストモータ40
の結合状態がオーバードライブ結合状態にある場合に
は、WOTラインL2をオーバードライブ領域とアンダ
ードライブ領域の境界として設定する(S104)。制
御ユニット90は要求出力から駆動軸であるアウタロー
タ軸35の目標動作点を決定し(S106)、その目標
動作点がアンダードライブ領域にある場合には、エンジ
ン50の動作線として、エンジン50のトルクが最大と
なるWOTラインL2を選択し(S116)、オーバー
ドライブ結合からアンダードライブ結合への切換フラグ
を立てる(S118)。これにより、オーバードライブ
結合からアンダードライブ結合に切り換わり、駆動軸で
あるアウタロータ軸35の動作点がアンダードライブ領
域にある場合には、エンジン50の動作線としてWOT
ラインL2を用いることになる。
Description
ジンと電動機とを備える動力出力装置およびその制御方
法に関し、詳しくは、上記電動機を上記エンジンの出力
軸と駆動軸とに切り換えて結合可能な結合手段を有する
動力出力装置に関するものである。
る動力出力装置を搭載したハイブリッド車両が提案され
ている(例えば特開平9−47094に記載の技術
等)。ハイブリッド車両の一種としていわゆるパラレル
ハイブリッド車両がある。パラレルハイブリッド車両で
は、搭載した動力出力装置によって、エンジンから出力
された動力は、一部が動力調整装置により駆動軸に伝達
され、残余の動力が電力として回生される。この電力は
バッテリに蓄電されたり、エンジン以外の動力源として
の電動機を駆動するのに用いられる。このような動力出
力装置は、上述の動力の伝達過程において、動力調整装
置および電動機を制御することによって、エンジンから
出力された動力を任意の回転数およびトルクで駆動軸に
出力することができる。駆動軸から出力すべき要求出力
に関わらずエンジンは運転効率の高い運転ポイントを選
択して運転することができるため、ハイブリッド車両は
エンジンのみを駆動源とする従来の車両に比べて省資源
性および排気浄化性に優れている。
は、駆動軸とエンジンの出力軸の2通りが可能である。
これらの結合について、電動機を駆動軸に結合した構成
では、エンジンの回転数よりも駆動軸の回転数が低いア
ンダードライブ動作時(アンダードライブ走行時)に運
転効率が高くなる特性がある。電動機をエンジンの出力
軸に結合した構成は、逆に、エンジンの回転数よりも駆
動軸の回転数が高いオーバードライブ動作時(オーバー
ドライブ走行時)に運転効率が高くなる特性がある。こ
れらの特性は、以下に示す動力の循環の発生に基づくも
のである。
いて動力の伝達の様子を図13および図14に基づいて
説明する。ここでは、動力調整装置としての対ロータ電
動機CMを介してエンジンEGの出力軸CSと駆動軸D
Sとを結合し、駆動軸DSにはアシストモータAMが結
合されている場合を例にとって説明する。図13に、ク
ランクシャフトCSの回転を低減するとともにトルクを
増大して駆動軸DSから出力するアンダードライブ時の
動力の流れを模式的に示した。エンジンEGから出力さ
れた動力PU1は、対ロータ電動機CMによって回転数
が低減された動力PU2として伝達される。この際、対
ロータ電動機では、2つのロータ間に相対的な滑りが生
じるから、両ロータ間の回転数差に基づいて発電が行わ
れ、エンジンEGから出力された動力の一部が電力EU
1として回生される。この電力によってアシストモータ
AMを力行し、不足分のトルクを調整することによっ
て、要求された回転数およびトルクからなる動力PU3
が駆動軸DSに出力される。
ともにトルクを低減して駆動軸DSから出力するオーバ
ードライブ時の動力の流れを図14に模式的に示した。
このときは、エンジンEGから出力された動力PU1
は、対ロータ電動機CMを力行することによって回転数
が増速された動力PU4として伝達される。次に、アシ
ストモータAMで負荷を与えることにより、余剰のトル
クを調整することによって、要求された回転数およびト
ルクからなる動力PU5が駆動軸DSに出力される。ア
シストモータAMでは動力PU4の一部を電力EU2と
して回生することによって負荷を与える。この電力は対
ロータ電動機CMに供給される。
は、エンジンEGから出力された動力が駆動軸DSに伝
達される経路において、上流側に位置する対ロータ電動
機CMで回生された電力が下流側に位置するアシストモ
ータAMに供給される。オーバードライブ時には、逆
に、下流側に位置するアシストモータAMで回生された
電力が上流側に位置する対ロータ電動機CMに供給され
る。対ロータ電動機CMに供給された電力は、再び機械
的な動力として下流側に位置するアシストモータAMに
供給される。こうしてオーバードライブ時には、図示す
る動力の循環γ1が生じる。かかる循環γ1が生じる
と、エンジンEGから出力された動力のうち、有効に駆
動軸DSに伝達される動力が低減するため、ハイブリッ
ド車両の運転効率は低下する。
の動力の伝達の様子を図15および図16に示す。図1
5はアンダードライブ時の動力の伝達の様子を示し、図
16はオーバードライブ時の動力の伝達の様子を示して
いる。かかる構成では、電動機を駆動軸に結合した場合
とは逆の現象が起きる。アンダードライブ時には、下流
側に位置する対ロータ電動機CMで回生された電力EO
1が上流側に位置するアシストモータAMに供給され
る。オーバードライブ時には、上流側に位置するアシス
トモータAMにより回生されたEO2が下流側に位置す
る対ロータ電動機CMに供給される。従って、電動機を
エンジンの出力軸に結合した状態では、アンダードライ
ブ時に図15に示す動力の循環γ2が生じ、ハイブリッ
ド車両の運転効率は低下する。
駆動軸側とエンジンの出力軸側とで切り替え可能に構成
した動力出力装置を搭載するハイブリッド車両が提案さ
れている(例えば、特開平10−75501記載のハイ
ブリッド車両)。かかる動力出力装置では、電動機とエ
ンジンの出力軸との結合および解放を行う第1のクラッ
チ、およびこの電動機と駆動軸との結合および解放を行
う第2のクラッチを設けている。エンジンの回転数が駆
動軸の回転数よりも大きくなった場合には、第1のクラ
ッチを解放するとともに、第2のクラッチを結合するこ
とによって、電動機を駆動軸側に結合する。逆の場合に
は、第1のクラッチを結合するとともに、第2のクラッ
チを解放することによって、電動機をエンジンの出力軸
側に結合する。こうすることによってアンダードライブ
動作、オーバードライブ動作の双方において、効率の高
い運転を実現している。
な電動機の結合状態を切り換え可能な動力出力装置にお
いては、従来、運転効率をさらに向上させるために、エ
ンジンの動作点を、アンダードライブ動作時,オーバー
ドライブ動作時に関わらず、常に、エンジンの効率が最
高となる動作線(即ち、エンジンの燃費が最適となる動
作線)に沿うように設定していた。
ては、駆動軸から出力され得る最大トルクとして或る程
度のトルクを確保するために、上記した電動機の最大負
荷容量を大きくすると共に、その電動機を駆動するため
のインバータ回路の最大電流値も大きくする必要があっ
た。
術の問題点を解決し、電動機の最大負荷容量を軽減する
と共に、その電動機を駆動するためのインバータ回路の
最大電流値も低減することの可能な動力出力装置および
その制御方法を提供することにある。
記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明
の動力出力装置は、出力軸を有するエンジンと、動力を
出力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合
され電力のやりとりによって前記エンジンから出力され
た動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置
と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記
出力軸または前記駆動軸に選択的に結合させることが可
能な結合手段と、を備えた動力出力装置であって、トル
クと回転数との関係で表される動作領域において、前記
エンジンの動作点を決定する際に用いるエンジン動作線
として、第1の動作線、及び、前記第1の動作線よりも
所定の回転数範囲においてトルクが高い第2の動作線の
うち、何れか一方を選択する動作線選択手段と、前記動
作領域を前記第1及び第2の動作線によって分割して得
られる、前記第1の動作線に主として隣接する第1の領
域と、前記第1及び第2の動作線に挟まれた第2の領域
と、前記第2の動作線に主として隣接する第3の領域の
うち、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第1の
領域である場合には、前記動作線選択手段によって、前
記エンジン動作線として前記第1の動作線を選択させ、
前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第3の領域で
ある場合には、前記動作線選択手段によって、前記エン
ジン動作線として前記第2の動作線を選択させる制御手
段と、をさらに備えることを要旨とする。
は、出力軸を有するエンジンと、動力を出力するための
駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され電力のやり
とりによって前記エンジンから出力された動力を増減し
て前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、回転軸を有
する電動機と、該電動機の回転軸を前記出力軸または前
記駆動軸に選択的に結合させることが可能な結合手段
と、を備えた動力出力装置の制御方法であって、(a)
トルクと回転数との関係で表される動作領域において、
前記エンジンの動作点を決定する際に用いるエンジン動
作線として、第1の動作線、及び、前記第1の動作線よ
りも所定の回転数範囲においてトルクが高い第2の動作
線を用意する工程と、(b)前記動作領域を前記第1及
び第2の動作線によって分割して得られる、前記第1の
動作線に主として隣接する第1の領域と、前記第1及び
第2の動作線に挟まれた第2の領域と、前記第2の動作
線に主として隣接する第3の領域のうち、前記駆動軸の
動作点の存在する領域が前記第1の領域である場合に
は、前記エンジン動作線として前記第1の動作線を選択
し、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第3の領
域である場合には、前記エンジン動作線として前記第2
の動作線を選択する工程と、を備えることを要旨とす
る。
その制御方法では、トルクと回転数との関係で表される
動作領域において、エンジンの動作点を決定する際に用
いるエンジン動作線として、第1の動作線、及び、第1
の動作線よりも所定の回転数範囲においてトルクが高い
第2の動作線のうち、何れか一方を選択する。そして、
動作領域を第1及び第2の動作線によって分割して得ら
れる第1ないし第3のうち、駆動軸の動作点の存在する
領域が第1の領域である場合には、エンジン動作線とし
て第1の動作線を選択させ、駆動軸の動作点の存在する
領域が第3の領域である場合には、エンジン動作線とし
て第2の動作線を選択させる。ここで、第1の領域はオ
ーバードライブ動作領域に含まれ、第3の領域はアンダ
ードライブ動作領域に含まれるので、駆動軸の動作点が
第3の領域に存在する場合は、アンダードライブ動作と
なる。従って、アンダードライブ動作時には、エンジン
動作線として第2の動作線を用いて、エンジンの動作点
が決定されることになる。一方、アンダードライブ動作
時においては、駆動軸から出力されるトルクは、電動機
から出力されるトルクとエンジンから出力されるトルク
との和に相当する。従って、エンジンの動作線として、
第1の動作線よりも所定の回転数範囲においてトルクが
高い第2の動作線を用いることにより、エンジンから出
力されるトルクは大きくなるため、その分、電動機から
出力されるトルクを小さくしても、駆動軸から出力され
るトルク(特に、最大トルク)としては、従来と同様の
値を確保することができる。
制御方法によれば、アンダードライブ動作時において、
駆動軸から出力され得る最大トルクとして或る程度のト
ルクを確保しながら、電動機の最大負荷容量を軽減する
ことができると共に、その電動機を駆動するためのイン
バータ回路の最大電流値も低減することができる。従っ
て、電動機の大きさを小さくしたり、インバータ回路の
コストを低減したりすることができる。
要求された要求出力に基づいて、前記駆動軸の目標動作
点の存在する領域を決定する領域決定手段をさらに備
え、前記制御手段は、前記エンジン動作線として前記第
1の動作線が選択されている場合において、前記領域決
定手段により、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域
が前記第3の領域であると決定された場合は、前記動作
線選択手段により、前記第1の動作線に代えて前記第2
の動作線を選択させ、前記エンジン動作線として前記第
2の動作線が選択されている場合において、前記領域決
定手段により、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域
が前記第1の領域であると決定された場合には、前記動
作線選択手段により、前記第2の動作線に代えて前記第
1の動作線を選択させることが好ましい。
おいて、(c)前記駆動軸から出力されるべき要求出力
に基づいて、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域を
決定する工程と、(d)前記エンジン動作線として前記
第1の動作線が選択されている場合において、前記工程
(c)で、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域が前
記第3の領域であると決定された場合に、前記第1の動
作線に代えて前記第2の動作線を選択させ、前記エンジ
ン動作線として前記第2の動作線が選択されている場合
において、前記工程(c)で、前記駆動軸の目標動作点
の存在する領域が前記第1の領域であると決定された場
合に、前記動作線選択手段により、前記第2の動作線に
代えて前記第1の動作線を選択させる工程と、をさらに
備えることが好ましい。
はその制御方法においては、エンジン動作線として第1
の動作線を用いている場合でも、駆動軸の目標動作点が
第3の領域に存在する場合には、第1の動作線に代えて
第2の動作線を用いることにより、オーバードライブ動
作からアンダードライブ動作に切り換わる際に、エンジ
ン動作線の切り換えをスムーズに行なうことができる。
また、エンジン動作線として第2の動作線を用いている
場合でも、駆動軸の目標動作点が第1の領域に存在する
場合には、第2の動作線に代えて第1の動作線を用いる
ことにより、アンダードライブ動作からオーバードライ
ブ動作に切り換わる際も、上記と同様に、エンジン動作
線の切り換えをスムーズに行なうことができる。
手段は、前記エンジン動作線として前記第1の動作線が
選択されている場合は、前記領域決定手段により、前記
駆動軸の目標動作点の存在する領域が前記第3の領域で
あると決定されない限り、前記駆動軸の動作点の存在す
る領域が前記第2の領域であっても、前記動作線選択手
段により、引き続き前記第1の動作線を選択させ、前記
エンジン動作線として前記第2の動作線が選択されてい
る場合は、前記領域決定手段により、前記駆動軸の目標
動作点の存在する領域が前記第1の領域であると決定さ
れない限り、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記
第2の領域であっても、前記動作線選択手段により、引
き続き前記第2の動作線を選択させることが好ましい。
び第2の動作線に挟まれた第2の領域に存在する場合
は、エンジン動作線としてそれまで用いていた動作線を
引き続き用いることにより、エンジン動作線が頻繁に切
り換えられるのを防ぐことができる。
手段は、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第1
の領域である場合には、前記結合手段によって、前記電
動機の回転軸を前記出力軸に結合させ、前記駆動軸の動
作点の存在する領域が前記第3の領域である場合には、
前記結合手段によって、前記電動機の回転軸を前記駆動
軸に結合させていることが好ましい。
おいて、(c)前記駆動軸の動作点の存在する領域が前
記第1の領域である場合には、前記結合手段によって、
前記電動機の回転軸を前記出力軸に結合させ、前記駆動
軸の動作点の存在する領域が前記第3の領域である場合
には、前記結合手段によって、前記電動機の回転軸を前
記駆動軸に結合させる工程をさらに備えることが好まし
い。
はその制御方法においては、駆動軸の動作点が第1の領
域に存在する場合、オーバードライブ動作となるので、
電動機の回転軸をエンジンの出力軸に結合させることに
より、運転効率を高くすることができ、また、駆動軸の
動作点が第3の領域に存在する場合は、アンダードライ
ブ動作となるので、電動機の回転軸をエンジンの出力軸
に結合させることにより、運転効率を高くすることがで
きる。
手段は、前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されて
いる場合には、前記駆動軸の動作点が前記第2の領域に
入っても、前記結合手段により、引き続き前記電動機の
回転軸を前記出力軸に結合させ、前記電動機の回転軸が
前記駆動軸に結合されている場合には、前記駆動軸の動
作点が前記第2の領域に入っても、前記結合手段によ
り、引き続き前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合さ
せることが好ましい。
て、(d)前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合され
ている場合において、前記駆動軸の動作点が前記第2の
領域に入った場合には、前記結合手段により、引き続き
前記電動機の回転軸を前記出力軸に結合させ、前記電動
機の回転軸が前記駆動軸に結合されている場合におい
て、前記駆動軸の動作点が前記第2の領域に入った場合
には、前記結合手段により、引き続き前記電動機の回転
軸を前記駆動軸に結合させる工程をさらに備えることが
好ましい。
はその制御方法においては、駆動軸の動作点が第1およ
び第2の動作線に挟まれた第2の領域に入った場合で
も、電動機の回転軸の結合先は変えずに、電動機の回転
軸を引き続き同じ軸に結合させることにより、電動機の
回転軸の結合状態が頻繁に切り換えられるのを防ぐこと
ができる。
手段は、前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されて
いる場合において、前記駆動軸の動作点が前記第2の動
作線を越える場合には、前記結合手段により、前記電動
機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合さ
せ、前記電動機の回転軸が前記駆動軸に結合されている
場合において、前記駆動軸の動作点が前記第1の動作線
を越える場合には、前記結合手段により、前記電動機の
回転軸を前記駆動軸に代えて前記出力軸に結合させるこ
とが好ましい。
おいて、(e)前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合
されている場合において、前記駆動軸の動作点が前記第
2の動作線を越える場合には、前記結合手段により、前
記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結
合させ、前記電動機の回転軸が前記駆動軸に結合されて
いる場合において、前記駆動軸の動作点が前記第1の動
作線を越える場合には、前記結合手段により、前記電動
機の回転軸を前記駆動軸に代えて前記出力軸に結合させ
る工程をさらに備えることが好ましい。
はその制御方法では、電動機の回転軸がエンジンの出力
軸に結合されている場合において、オーバードライブ動
作からアンダードライブ動作に切り換わる際に、電動機
の回転軸の結合状態の切り換えをスムーズに行なうこと
ができる。また、電動機の回転軸が駆動軸に結合されて
いる場合においても、アンダードライブ動作からオーバ
ードライブ動作に切り換わる際に、同様に、電動機の回
転軸の結合状態の切り換えをスムーズに行なうことがで
きる。
要求された要求出力に基づいて、前記駆動軸の目標動作
点の存在する領域を決定する領域決定手段をさらに備
え、前記制御手段は、前記電動機の回転軸が前記出力軸
に結合されている場合において、前記領域決定手段によ
り、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域が前記第3
の領域であると決定された場合は、前記動作線選択手段
により、前記第1の動作線に代えて前記第2の動作線を
選択させ、前記電動機の回転軸が前記駆動軸に結合され
ている場合において、前記領域決定手段により、前記駆
動軸の目標動作点の存在する領域が前記第1の領域であ
ると決定された場合には、前記動作線選択手段により、
前記第2の動作線に代えて前記第1の動作線を選択させ
ることが好ましい。
おいて、(f)前記駆動軸から出力されるべき要求出力
に基づいて、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域を
決定する工程と、(g)前記電動機の回転軸が前記出力
軸に結合されている場合において、前記工程(f)で、
前記駆動軸の目標動作点の存在する領域が前記第3の領
域であると決定された場合は、前記第1の動作線に代え
て前記第2の動作線を選択させ、前記電動機の回転軸が
前記駆動軸に結合されている場合において、前記工程
(f)で、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域が前
記第1の領域であると決定された場合には、前記第2の
動作線に代えて前記第1の動作線を選択させる工程と、
をさらに備えることが好ましい。
はその制御方法では、電動機の回転軸がエンジンの出力
軸に結合されている場合において、駆動軸の目標動作点
が第3の領域にある場合には、エンジン動作線として第
1の動作線に代えて第2の動作線を用いることにより、
その後、駆動軸の動作点が第2の動作線を越えて、電動
機の回転軸の結合先をエンジンの出力軸から駆動軸に切
り換える際に、駆動軸の回転数とエンジンの出力軸の回
転数との偏差を少なくすることができるので、支障なく
切り換えることができる。また、電動機の回転軸が駆動
軸に結合されている場合においても、駆動軸の目標動作
点が第1の領域にある場合には、エンジン動作線として
第2の動作線に代えて第1の動作線を用いることによ
り、その後、駆動軸の動作点が第1の動作線を越えて、
電動機の回転軸の結合先を駆動軸からエンジンの出力軸
に切り換える際に、上記と同様に、支障なく切り換える
ことができる。
の動作線は、前記エンジンの効率が最高となる動作線で
あり、前記第2の動作線は、前記エンジンのトルクが各
回転数において最大となる動作線であることが好まし
い。
効率の最高となる動作線とすることにより、オーバード
ライブ動作時に、エンジンの運転効率を向上させること
ができるので、延いては装置全体の運転効率を向上させ
ることができる。また、第2の動作線をエンジンのトル
クが各回転数において最大となる動作線とすることによ
り、アンダードライブ動作時に、エンジンから出力され
るトルクを最大トルクとすることができるので、その
分、さらに、電動機から出力されるトルクを小さくする
ことができる。従って、電動機の最大負荷容量をさらに
軽減することができると共に、その電動機を駆動するた
めのインバータ回路の最大電流値もさらに低減すること
ができる。
調整装置は、前記出力軸に結合された第1のロータと、
前記駆動軸に結合された第2のロータとを有する対ロー
タ電動機を備えるようにしても良いし、ロータ軸を有す
る発電機と、3つの回転軸を有し、各回転軸が前記出力
軸、駆動軸、及びロータ軸にそれぞれ結合されたプラネ
タリギヤと、を備えるようにしても良い。
ータ電動機を用いて電気分配型の構成を採ることもでき
るし、プラネタリギヤなどを用いて機械分配型の構成を
採ることもできる。
出力装置およびその制御方法に適用されている。その
他、そのような動力出力装置を搭載した種々の装置、例
えば、ハイブリッド車両として本発明を構成することも
可能である。
例に基づいて説明する。 (1)実施例の構成:はじめに、実施例の構成について
図1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したハイブリッド車両の概略構成
を示す構成図である。
であるエンジン50およびハイブリッドユニット20
と、制御系統である燃料噴射制御ユニット(以下、EF
IECUと言う)およと制御ユニット90と、を主とし
て備えている。
0は、通常のガソリンエンジンであり、出力軸であるク
ランクシャフト56を回転させる。
FIECU70により制御されている。EFIECU7
0は内部にCPU、ROM、RAM等を有するワンチッ
プ・マイクロコンピュータであり、CPUがROMに記
録されたプログラムに従い、主に、エンジン50の燃料
噴射量、吸排気バルブの進角制御、その他の制御を実行
する。これらの制御を可能とするために、EFIECU
70には、燃料噴射弁51,スロットルバルブ53の開
度を制御するスロットルバルブモータ54,あるいは吸
排気バルブ(図示せず)の開閉タイミングを制御するV
VT57などが設けられている。また、EFIECU7
0には、これらの制御を行なうために必要なセンサであ
って、エンジン50の運転状態を示す種々のセンサが接
続されている。その一つとしてクランクシャフト56の
回転数を検出する回転数センサ52がある。その他のセ
ンサおよびスイッチなどの図示は省略した。
車輪26を駆動するための動力を出力する伝達軸22と
の間には、ハイブリッドユニット20が配設されてい
る。ハイブリッドユニット20内には、主として、対ロ
ータ電動機であるクラッチモータ30と、電動機である
アシストモータ40と、そのアシストモータ40のロー
タ軸43の結合先を選択的に切り換える切換装置80
と、が設けられている。
本的には永久磁石を用いた同期電動機として構成されて
いるが、磁界を発生させる三相コイルが巻回された部材
が、ケースに固定されたいわゆるステータではなく、回
転可能なロータとして構成されている点で通常の電動機
と異なる。即ち、クラッチモータ30では、通常の電動
機におけるロータに相当するインナロータ32のみなら
ず、三相コイル36が巻回されたアウタロータ34も、
自由に回転することができる。このように構成された電
動機を前述したように対ロータ電動機と呼ぶ。このよう
な対ロータ電動機では、三相コイル36が設けられたア
ウタロータ34も回転するから、回転するコイル36に
対して電力を供給するための機構が必要になる。本実施
例では、この機構としてスリップリング38を設けて、
三相コイル36への電力を供給しているが、スリップリ
ング38に代えて、差動トランスなど、他の構成を用い
ることも可能である。クラッチモータ30では、インナ
ロータ32に備えられた永久磁石による磁界とアウタロ
ータ34に備えられた三相コイル36によって形成され
る磁界との相互作用により、両者は相対的に回転する。
なお、かかる作用は、可逆的なものなので、クラッチモ
ータ30を発電機として動作させ、両ロータの回転数差
に応じた電力を、クラッチモータ30から回生すること
もできる。
は、インナロータ軸33が結合されており、アウタロー
タ34には、駆動軸であるアウタロータ軸35が結合さ
れている。インナロータ軸33は、図示しないダンパを
介してクランクシャフト56に結合されている。アウタ
ロータ軸35は、出力用ギヤ21,チェーン23を介し
て伝達軸22に結合されている。この伝達軸22は、更
に減速機24およびディファレンシャルギヤ25を介し
て、駆動輪26R,26Lを備えた車軸26に結合され
ている。
アウタロータ34の双方が回転可能であるため、インナ
ロータ軸33およびアウタロータ軸35の一方から入力
された動力を他方に伝達することができる。クラッチモ
ータ30自体では、トルクは作用・反作用の関係にある
ため変えられないが、クラッチモータ30を電動機とし
て力行運転すれば他方の軸の回転数は高くなり、結果的
に他方の軸から出力する動力(=回転数×トルク)は高
くなる。クラッチモータ30を発電機として回生運転す
れば他方の軸の回転数は低くなり、回転数差に対応した
電力(=回転数差×トルク)が取り出される。即ち、ク
ラッチモータ30を用いることで、動力の一部を電力の
形で取り出しつつ残余の動力を伝達することができる。
また、力行運転も回生運転も行なわなければ、動力が伝
達されない状態となる。この状態は機械的なクラッチを
解放にした状態に相当することから、この対ロータ電動
機を、クラッチモータと呼ぶのである。
らているアシストモータ40も、クラッチモータ30と
同様に、永久磁石を用いた同期電動機として構成されて
おり、本実施例では、ロータ42側に永久磁石が、ステ
ータ44側に三相コイル46が、それぞれ設けられてい
る。アシストモータ40のステータ44はケースに固定
され、ロータ42は中空のロータ軸43に結合されてい
る。中空のロータ軸43の軸中心は、クランクシャフト
56に結合されたインナロータ軸33が貫通している。
トモータ40を駆動するために、バッテリ94に接続さ
れた第1の駆動回路91および第2の駆動回路92が設
けられている。第1の駆動回路91は、内部にスイッチ
ング素子としてのトランジスタを複数備えたトランジス
タインバータであり、制御ユニット90と電気的に接続
されている。制御ユニット90が第1の駆動回路91の
トランジスタのオン・オフの時間をPWM制御すると、
バッテリ94とクラッチモータ30のアウタロータ34
に巻回された三相コイル36との間には、両者に接続さ
れた第1の駆動回路91およびスリップリング38を介
して、三相交流が流れる。この三相交流によりアウタロ
ータ34には回転磁界が形成され、クラッチモータ30
の回転は制御される。この結果、バッテリ94の電力を
用いてクラッチモータ30を力行する動作や、あるいは
クラッチモータ30から回生する電力をバッテリ94に
蓄える動作などを行なうことができる。
回路92を介してバッテリ94に接続されている。第2
の駆動回路92もトランジスタインバータにより構成さ
れており、制御ユニット90に接続されて、その制御を
受けて動作する。制御ユニット90の制御信号により駆
動回路92のトランジスタをスイッチングすると、ステ
ータ44に巻回された三相コイル46に三相交流が流れ
て回転磁界を生じ、アシストモータ40は回転する。ア
シストモータ40も、回生動作を行なうことができるこ
とは勿論である。
られている切換装置80は、アシストモータ40のロー
タ軸43を、クラッチモータ30のアウタロータ軸35
およびインナロータ軸33のうち、何れか一方の軸に結
合させるか、あるいは何れの軸にも結合させない状態に
するかを切り換えるものである。
る。切換装置80は、クラッチモータ30のアウタロー
タ軸35に結合された第1ギヤ81と、インナロータ軸
33に結合された第2ギヤ82と、何れの軸にも結合さ
れていない第3ギヤ83と、可動部材87と、で構成さ
れている。可動部材87の片側には、第1ないし第3ギ
ヤ81〜83に噛合し得る可動ギヤ84が設けられお
り、他の片側はスプライン85を介してアシストモータ
40のロータ軸43に摺動自在に結合されている。した
がって、可動ギヤ84は、ロータ軸43と回転を共にし
ながら、ロータ軸43に対してその軸方向に移動するこ
とができる。切換装置80には、可動部材87を駆動し
て、可動ギヤ84の位置を切り換えるアクチュエータ8
6が設けられている。アクチュエータ86は、モータあ
るいはソレノイドなどにより実現可能であり、制御ユニ
ット90により制御される。
きは、第1ギヤ81と可動ギヤ84とが噛合し、アシス
トモータ40のロータ軸43は、駆動軸であるクラッチ
モータ30のアウタロータ軸35に結合されることにな
る。この結果、エンジン50から出力された動力は、ク
ラッチモータ30を経て、駆動軸であるアウタロータ軸
35に出力されるが、このアウタロータ軸35に対し
て、アシストモータ40が動力をやり取りすることが可
能となる。この構成を模式的に示したのが図2である。
切換装置80が、可動ギヤ84を位置aに切り換えたと
きは、図2の構成と等価である。以下、この結合状態を
アンダードライブ結合と呼ぶ。
1中の位置cに切り換えたときは、第2ギヤ82と可動
ギヤ84とが噛合し、アシストモータ40のロータ軸4
3はクラッチモータ30のインナロータ軸33に結合さ
れ、延いてはエンジン50のクランクシャフト56に結
合されることになる。この結果、エンジン50からクラ
ッチモータ30を経て駆動軸であるアウタロータ軸35
に出力される動力の出力系統に対して、アシストモータ
40はインナロータ軸33やクランクシャフト56との
間で動力のやり取りを行なうことが可能となる。この構
成を模式的に示したのが図3である。切換装置80が可
動ギヤ84を位置cに切り換えたときは、図3の構成と
等価である。以下、この結合状態をオーバードライブ結
合と呼ぶ。
ヤ83と噛合する位置bに切り換えることも可能であ
る。この位置では、可動ギヤ84は、第1ギヤ81およ
び第2ギヤ82のいずれとも噛合してない中立状態にな
る。このときエンジン50から出力された動力は、クラ
ッチモータ30を経てそのまま駆動軸であるアウタロー
タ軸35に出力される。
走行状態に応じて、後述するように、切換装置80を制
御して、アシストモータ40のロータ軸43の結合先を
切り換える。
置80は、複数のクラッチにより構成することも可能で
ある。つまり、第1ないし第3ギヤ81〜83と可動ギ
ヤ84との組み合わせに代えて、アウタロータ軸35と
ロータ軸43の結合および解放を行う第1のクラッチを
設け、またインナロータ軸33とロータ軸43の結合お
よび解放を行う第2のクラッチを設けるものとしてもよ
い。この場合、スプライン85を設ける必要はない。
転状態は制御ユニット90により制御されている。制御
ユニット90もEFIECU70と同様、内部にCP
U、ROM、RAM等を有するワンチップ・マイクロコ
ンピュータであり、CPUがROMに記録されたプログ
ラムに従い、後述する種々の制御処理を行うよう構成さ
れている。これらの制御を可能とするために、制御ユニ
ット90には、各種のセンサおよびスイッチが電気的に
接続されている。制御ユニット90に接続されているセ
ンサおよびスイッチとしては、アクセルペダル65の踏
み込み量を検出するためのアクセルペダルポジションセ
ンサ65a、シフトレバー66のポジションを検出する
ためのシフトポジションセンサ66a等がある。
も通信回線により接続されており、EFIECU70と
の間で種々の情報を、通信によってやりとりしている。
制御ユニット90からエンジン50の制御に必要な情報
をEFIECU70に出力することにより、エンジン5
0を間接的に制御することができる。逆にエンジン50
の回転数などの情報をEFIECU70から入力するこ
ともできる。
150から出力された動力を電力のやりとりによって増
減して伝達する動力調整装置として、クラッチモータ3
0を適用しており、動力の分配をそのクラッチモータ3
0のインナロータ32とアウタロータ34との滑りによ
り実現する。エンジン50からの動力の一部は、クラッ
チモータ30を介して駆動軸であるアウタロータ軸35
に機械的な形態で直接出力され、一部は、二つのロータ
32,34の滑り回転によりクラッチモータ30から電
力の形態で取り出される。電気的に取り出されたエネル
ギは、バッテリ94に蓄積することもできるし、もう一
つのモータであるアシストモータ40に出力し、駆動軸
であるアウタロータ軸35のトルクアップに用いること
もできる。即ち、この動力出力装置10は、動力を出力
するエンジン50、滑り回転により動力をやり取りする
クラッチモータ30、力行・回生可能なアシストモータ
40の三者により、アウタロータ軸35に出力する動力
を自由に制御することができるのである。
出力装置の一般的動作として、エンジン50から出力さ
れた動力を要求された回転数およびトルクに変換して駆
動軸であるアウタロータ軸35に出力する動作について
説明する。本実施例の動力出力装置10では、エンジン
50の回転数Neとアウタロータ軸35の回転数Ndと
の大小関係、およびアシストモータ40のロータ軸43
の結合状態に応じて、上記変換の経路が異なる。
において、アウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン
50の回転数Neよりも小さい場合について説明する。
かかる場合のトルクの変換の様子を図4に示す。図4
は、横軸に回転数N、縦軸にトルクTを採り、エンジン
50の動作点Peとアウタロータ軸35の動作点Pdを
示した図である。図4中の曲線Pは動力、つまり回転数
とトルクの積が一定の曲線である。回転数Ne、トルク
Teでエンジン50から出力された動力Peを、Neよ
りも低い回転数Nd、Teよりも高いトルクTdの動力
Pdに変換してアウタロータ軸35から出力する場合を
考える。
タ軸35の回転数Ndはエンジン50の回転数Neより
も小さい。クラッチモータ40はアウタロータが回転数
Ndで回転し、インナロータがそれよりも高い回転数N
eで回転するから、クラッチモータ30は、相対的に逆
転することになり、クラッチモータ30の回転数Ncは
負の値となる。クラッチモータ30のトルクTcは作用
・反作用の原理からエンジン50の出力トルクTeと等
しく、正の値である。つまり、クラッチモータ30はエ
ンジン50から出力された動力の一部を駆動軸であるア
ウタロータ軸35に伝達しつつ、残りを電力として回生
する状態で運転される。このとき、回生される電力はク
ラッチモータ130の回転数NcとトルクTcの積に等
しく、図4中のハッチングを施した領域GU1の面積に
等しい。
エンジン50のトルクTeよりも大きい。従って、アシ
ストモータ40は正のトルク、正の回転数で運転され
る。つまり、アシストモータ40は電力の供給を受け力
行される。このとき供給される電力はアシストモータ4
0の回転数とトルクの積に等しく、図4中のハッチング
を施した領域AU1の面積に等しい。両モータでの運転
効率を100%と仮定すれば、クラッチモータ30で回
生される電力とアシストモータ40に供給される電力と
は等しくなる。つまり、クラッチモータ30で領域GU
1に相当する分のエネルギを電力の形で取り出し、領域
AU1に相当する分のエネルギとして供給することによ
りエンジン50の動作点Peで表される動力を、動作点
Pdの状態に変換する。実際には運転効率が100%に
なることはないため、バッテリ94からの電力の持ち出
しを伴ったり、損失に相当する動力をエンジン50から
余分に出力したりして、上記変換を実現する。かかる変
換では、先に図13で述べたとおり、上流側に位置する
クラッチモータ30で回生された電力が下流側に位置す
るアシストモータ40に供給される。
ウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の回転数
Neよりも高い場合について説明する。かかる場合のト
ルクの変換の様子を図5に示した。図5に示した変換を
行う場合、アウタロータ軸35の回転数Ndはエンジン
50の回転数Neよりも大きい。従って、クラッチモー
タ30は、正の回転数Nc、正のトルクTcで回転す
る。つまり、クラッチモータ30は電力の供給を受けて
力行される。このとき、供給される電力はクラッチモー
タ30の回転数とトルクの積に等しく、図5中のハッチ
ングを施した領域「GU2+GU3」の面積に等しい。
一方、アウタロータ軸35のトルクTdはエンジン50
のトルクTeよりも小さい。従って、アシストモータ4
0は負のトルク、正の回転数で運転される。つまり、ア
シストモータ40は回生運転される。このとき回生され
る電力はアシストモータ40の回転数とトルクの積に等
しく、図5中のハッチングを施した領域「AU2+GU
3」の面積に等しい。両モータでの運転効率を100%
と仮定すれば、アシストモータ40で回生される電力と
クラッチモータ30に供給される電力とが等しくなる。
かかる変換では、先に図14において述べたとおり、下
流側に位置するアシストモータ40から上流側に位置す
るクラッチモータ30に電力が供給されるため、動力の
循環が生じる。
換を実現するための、アシストモータ40およびクラッ
チモータ30の動作点は、それぞれ以下の通りとなる。
3)において、アウタロータ軸35の回転数Ndがエン
ジン50の回転数Neよりも小さい場合について説明す
る。かかる場合のトルクの変換の様子を図6に示した。
図6に示した変換を行う場合、アウタロータ軸35の回
転数Ndはエンジン50の回転数Neよりも小さい。従
って、クラッチモータ30は、負の回転数Nc、正のト
ルクTcで回転する。つまり、クラッチモータ30は回
生運転される。このとき、回生される電力はクラッチモ
ータ30の回転数とトルクの積に等しく、図6中のハッ
チングを施した領域「GO1+GO2」の面積に等し
い。一方、アウタロータ軸35のトルクTdはエンジン
50のトルクTeよりも大きい。従って、アシストモー
タ40は正のトルク、正の回転数で運転される。このと
き、供給される電力はクラッチモータ30の回転数とト
ルクの積に等しく、図5中のハッチングを施した領域
「GU2+GU3」の面積に等しい。一方、アウタロー
タ軸35のトルクTdはエンジン50のトルクTeより
も小さい。従って、アシストモータ40は負のトルク、
正の回転数で運転される。つまり、アシストモータ40
は電力の供給を受けて力行される。このとき、供給され
る電力はアシストモータ40の回転数とトルクの積に等
しく、図6中のハッチングを施した領域「AU1+GU
2」の面積に等しい。両モータでの運転効率を100%
と仮定すれば、クラッチモータ30で回生される電力と
アシストモータ40に供給される電力とが等しくなる。
かかる変換では、先に図15において述べたとおり、下
流側に位置するクラッチモータ30から上流側に位置す
るアシストモータ40に電力が供給されるため、動力の
循環が生じる。
て、アウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の
回転数Neよりも高い場合について説明する。かかる場
合におけるトルクの変換の様子を図7に示す。図7に示
した変換を行う場合、アウタロータ軸35の回転数Nd
はエンジン50の回転数Neよりも大きい。従って、ク
ラッチモータ30は、正の回転数Nc、正のトルクTc
で回転する。つまり、クラッチモータ30は電力の供給
を受けて力行される。このとき、供給される電力はクラ
ッチモータ30の回転数とトルクの積に等しく、図7中
のハッチングを施した領域「GO3」の面積に等しい。
一方、アウタロータ軸35のトルクTdはエンジン50
のトルクTeよりも小さい。従って、アシストモータ4
0は負のトルク、正の回転数で運転される。つまり、ア
シストモータ40は回生運転される。このとき回生され
る電力はアシストモータ40の回転数とトルクの積に等
しく、図7中のハッチングを施した領域「AO2」の面
積に等しい。両モータでの運転効率を100%と仮定す
れば、アシストモータ40で回生される電力とクラッチ
モータ30に供給される電力とが等しくなる。かかる変
換では、先に図16で述べたとおり、上流側に位置する
アシストモータ40で回生された電力が下流側に位置す
るクラッチモータ30に供給される。
換を実現するための、アシストモータ40およびクラッ
チモータ30の運転ポイントは、次の通りとなる。
装置10は、アシストモータ40のロータ軸43の結合
状態、およびアウタロータ軸35の回転数Ndとエンジ
ン50の回転数Neとの大小関係に応じて、エンジン5
0から出力された動力を要求された回転数およびトルク
からなる動力に変換して、駆動軸であるアウタロータ軸
35から出力することができる。
がエンジン50の回転数Neよりも大きいオーバードラ
イブ動作時に、アンダードライブ結合で動作させると、
動力の循環が生じ、車両の運転効率が低下する。また、
アウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の回転
数Neよりも小さいアンダードライブ動作時に、オーバ
ードライブ結合で動作させると、同様に、動力の循環が
生じ、車両の運転効率が低下する。従って、運転効率を
向上させるためには、アウタロータ軸35の回転数Nd
がエンジン50の回転数Neよりも大きいオーバードラ
イブ動作時には、オーバードライブ結合となるように、
アウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の回転
数Neよりも小さいアンダードライブ動作時には、アン
ダードライブ結合となるように、アシストモータ40の
ロータ軸43の結合状態を制御した方がよい。ここで、
エンジン50の回転数Neとアウタロータ軸35の回転
数Ndが等しくなる境界は、エンジン50の動作点を決
定する際に用いるエンジン50の動作線である。
制御:図8は駆動軸であるアウタロータ軸35の動作点
とエンジン50の動作線との関係を示す説明図である。
図8において、縦軸はトルクであり、横軸は回転数であ
る。図8はいわば本実施例の動力出力装置10の動作特
性を示している。
も、エンジン50の動作点を決定する際に用いる動作線
である。エンジン50の動作点は、エンジン50のトル
クと回転数の組み合わせとして表される。制御ユニット
90は、後述するように、アシストモータ40のロータ
軸43の結合状態やアウタロータ軸35の動作点の位置
などに応じて、動作線L1,L2の何れかに沿うよう
に、エンジン50の動作点を決定する。2つの動作線L
1,L2のうち、動作線L1は、エンジン50の効率が
最高となる動作線であり、この動作線L1に従ってエン
ジン50の動作点を決定すると、エンジン50の燃費は
最適となるため、この動作線L1を、以下、燃費最適ラ
インと呼ぶ。他方の動作線L2は、エンジン50から出
力されるトルクが最大となる動作線であり、エンジン5
0におけるスロットルバルブ53を全開にした場合の動
作線に相当するため、この動作線L2を、以下、WOT
(WideOpen Throttle)ラインと呼ぶ。なお、これら2
つの動作線L1,L2は、予め、実験的に求めて、制御
ユニット90内のROMにマップとして記憶しておく。
施例の動力出力装置10の最大出力線である。従って、
トルク軸である縦軸と回転数軸である横軸とこの曲線L
IMとで囲まれる領域が、駆動軸であるアウタロータ軸
35の動作点の採り得る範囲、即ち、動力出力装置10
の動作可能領域である。また、曲線DDは、走行抵抗0
%を表す曲線である。
50の動作線として、燃費最適ラインL1とWOTライ
ンL2の2つの動作線を用いている。そして、原則とし
て、燃費最適ラインL1よりもトルクが低い側の領域で
は、アシストモータ40のロータ軸43の結合状態をオ
ーバードライブ結合にして動作させ、WOTラインL2
よりもトルクが高い側の領域では、アンダードライブ結
合にして動作させるようにしている。なお、燃費最適ラ
インL1よりもトルクが高くWOTラインL2よりもト
ルクが低い領域(即ち、燃費最適ラインL1とWOTラ
インL2とに挟まれた領域;図8中の斜線部)では、後
述するように、オーバードライブ結合にして動作させる
場合と、アンダードライブ結合にして動作させる場合
と、がある。
動軸であるアウタロータ軸35の動作点の軌跡である。
アウタロータ軸35の動作点は、アウタロータ軸35の
トルクと回転数の組み合わせとして表される。言うなれ
ば、動力出力装置10の出力動作点である。これらのう
ち、曲線DUは、駆動軸であるアウタロータ軸35から
0%走行抵抗DDよりも大きなトルクを出力して、車両
を加速させ、その後、加速とともに、アウタロータ軸3
5の出力トルクが低下し、アウタロータ軸35からの出
力トルクと0%走行抵抗DDとが釣り合った速度で、車
両を定常走行させる場合の軌跡である。また、曲線DO
は、車両を定常走行させている場合に、運転者がアクセ
ルを踏み込み、アウタロータ軸35からの出力トルクを
増加して、車両を加速させる場合の軌跡である。
タロータ軸35の動作点が曲線DOに沿って移動する場
合と曲線DUに沿って移動する場合とを例として、それ
ぞれ、説明する。
トモータおよびクラッチモータの動作制御処理の処理手
順を示すフローチャート、図10は本実施例におけるア
シストモータ40のロータ軸43の結合状態切り換え処
理の処理手順を示すフローチャートである。なお、これ
らの処理ルーチンは、制御ユニット90のCPUが、R
OM内に記憶されている処理プログラムに従って動作す
ることによって、各々別個に、所定の時間間隔毎に繰り
返し実行される。
DOに沿って移動している場合について説明する。アウ
タロータ軸35の動作点は、今、曲線DO上の点b1に
あるものとする。従って、アウタロータ軸35の動作点
は、燃費最適ラインL1よりもトルクが低い側の領域に
あるため、アシストモータ40のロータ軸43の結合状
態はオーバードライブ結合状態にある。
れると、まず、制御ユニット90は、アシストモータ4
0のロータ軸43の結合状態がオーバードライブ結合状
態であるか、アンダードライブ結合状態であるかを判定
する(ステップS102)。前述したように、制御ユニ
ット90は、アクチュエータ86を駆動して、アシスト
モータ40のロータ軸43の結合先を切り換え得るの
で、アシストモータ40のロータ軸43の結合状態が今
どのような状態であるを常に把握している。従って、制
御ユニット90は、その把握している状態に応じて、上
記判定を下す。
る状態では、上述したように、結合状態はオーバードラ
イブ結合状態であるので、制御ユニット90は、ステッ
プS102においてオーバードライブ結合状態であると
判定を下し、続いて、制御ユニット90は、上記したW
OTラインL2をオーバードライブ領域とアンダードラ
イブ領域の境界として設定する(ステップS104)。
に示した動力出力装置10の動作可能領域のうち、アシ
ストモータ40のロータ軸43の結合状態をオーバード
ライブ結合状態にすべき領域のことであり、アンダード
ライブ領域とは、アンダードライブ結合状態にすべき領
域のことである。前述したように、燃費最適ラインL1
よりもトルクが低い領域はオーバードライブ結合状態に
するため、オーバードライブ領域に含まれることは確実
であり、また、WOTラインL2よりもトルクが高い側
の領域は、アンダードライブ結合状態にするため、アン
ダードライブ領域に含まれることは確実である。しか
し、燃費最適ラインL1よりもトルクが高くWOTライ
ンL2よりもトルクが低い領域は、オーバードライブ結
合状態にも、アンダードライブ結合状態にも成り得る不
定領域であるため、この領域をオーバードライブ領域に
含めるか、アンダードライブ領域に含めるかを決定する
必要がある。そこで、ステップS104や後述するステ
ップS120では、オーバードライブ領域とアンダード
ライブ領域の境界を設定して、上記不定領域がオーバー
ドライブ領域に属するか、アンダードライブ領域に属す
るかを決定するである。
1をオーバードライブ領域とアンダードライブ領域の境
界として設定して、上記不定領域がオーバードライブ領
域に含まれるものと決定する。
ルポジションセンサ65aにより検出されたアクセルペ
ダル65の踏み込み量に基づいて、運転者から要求され
た要求出力を求め、その要求出力からさらに駆動軸であ
るアウタロータ軸35の目標動作点を決定する(ステッ
プS106)。要求出力は、アウタロータ軸35から出
力すべき動力に相当し、アウタロータ軸35の目標回転
数と目標トルクの積で表される。従って、アウタロータ
軸35の目標動作点は、アウタロータ軸35の目標回転
数と目標トルクの組み合わせとして決定される。
アウタロータ軸35の目標動作点がアンダードライブ領
域にあるか否かを判定する(ステップS108)。
にあって、決定したアウタロータ軸35の目標動作点
が、例えば、点b2や点b3であるすると、点b2や点
b3はアンダードライブ領域内であるので、ステップS
110に進み、制御ユニット90は、エンジン50の動
作線として、2つの動作線L1,L2のうち、燃費最適
ラインL1を選択する(ステップS110)。このよう
に、現在のアシストモータ40の結合状態がオーバード
ライブ結合状態であって、かつ、アウタロータ軸35の
目標動作点もオーバードライブ領域にある場合には、エ
ンジン50の動作線として、従来の場合と同様に、エン
ジン50の効率が最も高い燃費最適ラインL1を用い
る。
ると、次に、制御ユニット90は、そのエンジン50の
動作線に基づいてエンジン50の目標動作点を決定し、
さらに、その決定したエンジン50の目標動作点を基に
して、アシストモータ40およびクラッチモータ30の
目標動作点を決定する(ステップS112)。具体的に
は、次のようにして決定する。
電力および補機駆動電力をそれぞれ算出し、各々の算出
結果を、ステップS106で求めた運転者からの要求出
力に加算して、その総和をエンジン50に対する要求動
力として求める。ここで、充放電電力とは、バッテリ9
4の充放電に要するエネルギであり、バッテリ94を充
電する必要がある場合には正の値、放電する必要がある
場合には負の値を採る。また、補機駆動電力とは、エア
コンなどの補機を駆動するために必要となるエネルギで
ある。なお、本明細書でエネルギという場合は、全て単
位時間当たりのエネルギを意味するものとする。この意
味で、本明細書においては、機械的なエネルギは動力と
同義であり、電気的なエネルギは電力と同義である。
たエンジン50に対する要求動力が、先に選択したエン
ジン50の動作線上のどこに当たるかを求めて、エンジ
ン50の目標動作点を決定する。即ち、エンジン50に
対する要求動力はエンジン50の目標回転数と目標トル
クとの積として表されるため、回転数とトルクとの積が
要求動力の値と等しくなるエンジン50の動作線上の点
を求めれば、それがエンジン50の目標動作点となる。
具体的には、制御ユニット90内のROMに記憶された
2つのマップのうち、選択された動作線(この例の場
合、燃費最適ラインL1)に対応するマップから、要求
動力に応じた動作点を読み込むことで、エンジン50の
目標動作点を決定する。
エンジン50の目標動作点を基にして、前述した式
(1)または(2)に従って、アシストモータ40およ
びクラッチモータ30の目標動作点、即ち、アシストモ
ータ40の目標回転数および目標トルク、並びにクラッ
チモータ30の目標回転数および目標トルクを決定す
る。なお、式(1)を用いるか、式(2)を用いるか
は、現在のアシストモータ40の結合状態に従って決定
する。即ち、結合状態がアンダードライブ結合状態であ
る場合には、式(1)を用い、オーバードライブ結合状
態である場合には、式(2)を用いる。従って、この例
の場合、前述したように結合状態はオーバードライブ結
合状態であるので、式(2)を用いることになる。
アシストモータ40およびクラッチモータ30の各目標
動作点に基づいて、制御ユニット90は、エンジン5
0、アシストモータ40およびクラッチモータ30の動
作を制御する(ステップS114)。各モータ30,4
0の動作制御処理は、同期モータの制御として周知の処
理を適用することができる。本実施例では、いわゆる比
例積分制御による制御を実行している。つまり、各モー
タの現在のトルクを検出し、目標トルクとの偏差および
目標回転数に基づいて、各相に印加する電圧指令値を設
定する。印加される電圧値は上記偏差の比例項、積分
項、累積項によって設定される。それぞれの項にかかる
比例係数は実験などにより適切な値が設定される。こう
して設定された電圧は、駆動回路91,92を構成する
トランジスタインバータのスイッチングのデューティに
置換され、いわゆるPWM制御により各モータに印加さ
れる。
のスイッチングを制御することによって、上述の通り、
クラッチモータ30およびアシストモータ40の動作を
直接制御する。これに対し、エンジン150の動作は現
実にはEFIECU70が実施する処理である。従っ
て、制御ユニット90はEFIECU70に対してエン
ジン50の動作点の情報を出力することで、間接的にエ
ンジン50の動作を制御する。
1にあって、ステップS106で決定したアウタロータ
軸35の目標動作点が、例えば、点b5であるとする
と、点b5はアンダードライブ領域内であるので、制御
ユニット90は、ステップS108において、アウタロ
ータ軸35の目標動作点はアンダードライブ領域にある
と判定し、エンジン50の動作線として、2つの動作線
L1,L2のうち、WOTラインL2を選択する(ステ
ップS116)。このように、現在のアシストモータ4
0の結合状態がオーバードライブ結合状態であって、か
つ、アウタロータ軸35の目標動作点がアンダードライ
ブ領域にある場合には、エンジン50の動作線として、
従来の場合と異なり、エンジン50の出力が最大となる
WOTラインL2を用いる。
ータ40のロータ軸43の結合状態を、オーバードライ
ブ結合からアンダードライブ結合に切り換えるべく、切
換指令フラグを立てる(ステップS118)。この切換
指令フラグは、後述するアシストモータ40のロータ軸
43の結合状態切り換え処理において用いる。
の動作線として選択したWOTラインL2を用いて、エ
ンジン50の目標動作点を決定し、さらに、その決定し
たエンジン50の目標動作点を基にして、アシストモー
タ40およびクラッチモータ30の目標動作点を決定す
る(ステップS112)。そして、その決定したエンジ
ン50,アシストモータ40およびクラッチモータ30
の各目標動作点に基づいて、エンジン50,アシストモ
ータ40およびクラッチモータ30の動作を制御する
(ステップS114)。なお、ステップS112および
S114の処理については、先に詳細に述べたので、説
明は省略する。
て、図10に示す処理ルーチンが開始されると、まず、
制御ユニット90は、切換指令フラグが立っているか否
かを判定する(ステップS202)。判定の結果、切換
指令フラグが立っていなければ、図10に示す処理ルー
チンを終了し、切換指令フラグが立っていれば、ステッ
プS204以降の処理を実行する。
ステップS118において、切換指令フラグを立てたの
で、ステップS204に進み、まず、クラッチモータ3
0のインナロータ軸33の回転数とアウタロータ軸35
の回転数との偏差dを求める(ステップS204)。次
に、制御ユニット90は、その求めた回転数偏差dが所
定の範囲内(即ち、−Nlim<d<Nlim)にあるか否か
を判定する(ステップS206)。
0のロータ軸43の結合状態を、例えば、オーバードラ
イブ結合状態(即ち、クラッチモータ30のインナロー
タ軸33に結合されている状態)からアンダードライブ
結合状態(即ち、クラッチモータ30のアウタロータ軸
35に結合されている状態)に切り換える際、クラッチ
モータ30のインナロータ軸33の回転数とアウタロー
タ軸35の回転数との偏差dがゼロに近いほど、スムー
ズに切り換えることができる。そこで、本実施例では、
上記の所定の範囲(−Nlim<d<Nlim)が、そのスム
ーズに切り換え得る範囲となるように、予め、所定値N
limを決定しておく。
果、クラッチモータ30のインナロータ軸33とアウタ
ロータ軸35との間の回転数偏差dが上記範囲(−Nli
m<d<Nlim)内にない場合には、そのまま待機する。
しては、前述したようにステップS116においてWO
TラインL2を選択しているので、エンジン50の動作
点は、WOTラインL2上を徐々に移動している。一
方、アウタロータ軸35の動作点も、点b1から点b5
(目標動作点)に向かって曲線DO上を徐々に移動して
いる。その後、アウタロータ軸35の動作点が、エンジ
ン50の動作線であるWOTラインL2とアウタロータ
軸35の動作点の軌跡である曲線DOとの交点b4に来
たときに、エンジン50の動作点も、その交点b4に来
て、両者の動作点は一致する。従って、このとき、エン
ジン50の回転数とアウタロータ軸35の回転数は一致
し、クラッチモータ30のインナロータ軸33の回転数
とアウタロータ軸35の回転数は一致するため、両者の
回転数偏差dはゼロになる。
インL2に沿って交点b4に近づき、アウタロータ軸3
5の動作点も曲線DOに沿って交点b4に近づいたとき
に、クラッチモータ30のインナロータ軸33とアウタ
ロータ軸35との間の回転数偏差dは上記範囲(−Nli
m<d<Nlim)内に入ることになる。このように、回転
数偏差dが上記範囲(−Nlim<d<Nlim)内に入る
と、制御ユニット90は、アクチュエータ86を駆動し
て、アシストモータ40のロータ軸43の結合状態を、
オーバードライブ結合状態からアンダードライブ結合状
態に切り換える(ステップS208)。その後、制御ユ
ニット90は、切換指令フラグを降ろし(ステップS2
10)、図10の処理ルーチンを終了する。
点b1から曲線DOに沿って交点b4に至ると、アシス
トモータ40のロータ軸43の結合状態は、オーバード
ライブ結合状態からアンダードライブ結合状態に切り換
わる。
点b4から、例えば、点b5に移動し、改めて、図9に
示す処理ルーチンが開始されると、次のような処理とな
る。制御ユニット90は、まず、前述したとおり、アシ
ストモータ40のロータ軸43の結合状態がオーバード
ライブ結合状態であるか、アンダードライブ結合状態で
あるかを判定するが(ステップS102)、結合状態は
オーバードライブ状態からアンダードライブ結合状態に
切り換わったので、制御ユニット90は、アンダードラ
イブ結合状態であると判定を下し、今度は、燃費最適ラ
インL1をオーバードライブ領域とアンダードライブ領
域の境界として設定する(ステップS120)。
06の処理と同様に、運転者から要求された要求出力を
求めて、その要求出力から駆動軸であるアウタロータ軸
35の目標動作点を決定する(ステップS122)。そ
して、制御ユニット90は、その決定したアウタロータ
軸35の目標動作点がオーバードライブ領域にあるか否
かを判定する(ステップS124)。今、アウタロータ
軸35の動作点が点b5にあって、決定したアウタロー
タ軸35の目標動作点が、例えば、点b6であるする
と、点b6はアンダードライブ領域内であるので、ステ
ップS126に進み、制御ユニット90は、エンジン5
0の動作線としてWOTラインL2を選択する(ステッ
プS126)。このように、現在のアシストモータ40
の結合状態がアンダードライブ結合状態であって、か
つ、アウタロータ軸35の目標動作点もアンダードライ
ブ領域にある場合には、エンジン50の動作線として、
引き続きWOTラインL2を用いる。
き続きWOTラインL2を選択すると、制御ユニット9
0は、そのWOTラインL2を用いてエンジン50の目
標動作点を決定し、さらに、その決定したエンジン50
の目標動作点を基にして、アシストモータ40およびク
ラッチモータ30の目標動作点を決定する(ステップS
112)。そして、その決定したエンジン50,アシス
トモータ40およびクラッチモータ30の各目標動作点
に基づいて、エンジン50,アシストモータ40および
クラッチモータ30の動作を制御する(ステップS11
4)。
DOに沿って移動している場合について説明したが、次
に、アウタロータ軸35の動作点が曲線DUに沿って移
動している場合について説明する。アウタロータ軸35
の動作点は、今、曲線DU上の点a1にあるものとす
る。よって、アウタロータ軸35の動作点は、WOTラ
インL2よりもトルクが高い側の領域にあるため、アシ
ストモータ40のロータ軸43の結合状態はアンダード
ライブ結合状態にある。
れると、制御ユニット90は、まず、前述したとおり、
アシストモータ40のロータ軸43の結合状態がオーバ
ードライブ結合状態であるか、アンダードライブ結合状
態であるかを判定するが(ステップS102)、この場
合、結合状態はアンダードライブ結合状態であるので、
制御ユニット90は、アンダードライブ結合状態である
と判定を下し、燃費最適ラインL1をオーバードライブ
領域とアンダードライブ領域の境界として設定する(ス
テップS120)。従って、上記した不定領域(即ち、
燃費最適ラインL1よりもトルクが高くWOTラインL
2よりもトルクが低い領域)は、今度は、アンダードラ
イブ領域に含まれるものと決定することになる。
り、運転者から要求された要求出力を求めて、その要求
出力から駆動軸であるアウタロータ軸35の目標動作点
を決定し(ステップS122)。さらに、その決定した
アウタロータ軸35の目標動作点がオーバードライブ領
域にあるか否かを判定する(ステップS124)。
にあって、決定したアウタロータ軸35の目標動作点
が、例えば、点a2や点a3であるすると、点a2や点
a3はアンダードライブ領域内であるので、ステップS
126に進むことになる。従って、この場合の処理は、
前述した、アウタロータ軸35の動作点が点b5にあ
り、目標動作点が点b6にある場合の処理と同様となる
ので、以降の説明は省略する。
1にあって、ステップS122で決定したアウタロータ
軸35の目標動作点が、例えば、点a5であるとする
と、点a5はオーバードライブ領域内であるので、制御
ユニット90は、ステップS124において、アウタロ
ータ軸35の目標動作点はオーバードライブ領域にある
と判定し、エンジン50の動作線として、今度は、燃費
最適ラインL1を選択する(ステップS128)。この
ように、現在のアシストモータ40の結合状態がアンダ
ードライブ結合状態であって、かつ、アウタロータ軸3
5の目標動作点がオーバードライブ領域にある場合に
は、エンジン50の動作線として燃費最適ラインL1を
用いる。
ータ40のロータ軸43の結合状態を、アンダードライ
ブ結合からオーバードライブ結合に切り換えるべく、切
換指令フラグを立てる(ステップS130)。
の動作線として選択した燃費最適ラインL1を用いて、
エンジン50の目標動作点を決定し、さらに、その決定
したエンジン50の目標動作点を基にして、アシストモ
ータ40およびクラッチモータ30の目標動作点を決定
する(ステップS112)。そして、その決定したエン
ジン50,アシストモータ40およびクラッチモータ3
0の各目標動作点に基づいて、エンジン50,アシスト
モータ40およびクラッチモータ30の動作を制御する
(ステップS114)。
て、図10に示す処理ルーチンが開始されると、まず、
制御ユニット90は、前述したとおり、切換指令フラグ
が立っているか否かを判定する(ステップS202)。
上記した例の場合、制御ユニット90は、ステップS1
30において、切換指令フラグを立てたので、ステップ
S204に進み、前述したとおり、クラッチモータ30
のインナロータ軸33の回転数とアウタロータ軸35の
回転数との偏差dを求めて(ステップS204)、その
回転数偏差dが所定の範囲内(−Nlim<d<Nlim)に
あるか否かを判定する(ステップS206)。
しては、前述したようにステップS128において燃費
最適ラインL1を選択しているので、エンジン50の動
作点は、燃費最適ラインL1上を徐々に移動している。
一方、アウタロータ軸35の動作点は、点a1から点a
5(目標動作点)に向かって曲線DU上を徐々に移動し
ている。
費最適ラインL1と曲線DUとの交点a4に来たとき
に、エンジン50の動作点も、その交点a4に来るた
め、両者の動作点は一致する。従って、このとき、エン
ジン50の回転数とアウタロータ軸35の回転数は一致
するため、クラッチモータ30のインナロータ軸33の
回転数とアウタロータ軸35の回転数も一致して、両者
の回転数偏差dはゼロになる。
ラインL1に沿って交点a4に近づき、アウタロータ軸
35の動作点も曲線DUに沿って交点a4に近づいたと
きに、クラッチモータ30のインナロータ軸33とアウ
タロータ軸35との間の回転数偏差dは上記範囲(−N
lim<d<Nlim)内に入り、それによって、制御ユニッ
ト90は、アクチュエータ86を駆動して、アシストモ
ータ40のロータ軸43の結合状態を、アンダードライ
ブ結合状態からオーバードライブ結合状態に切り換える
(ステップS208)。その後、制御ユニット90は、
切換指令フラグを降ろし(ステップS210)、図10
の処理ルーチンを終了する。
点a1から曲線DUに沿って交点a4に至ると、アシス
トモータ40のロータ軸43の結合状態は、アンダード
ライブ結合状態からオーバードライブ結合状態に切り換
わる。
点a4から、例えば、点a5に移動し、改めて、図9に
示す処理ルーチンが開始されると、制御ユニット90
は、まず、前述したとおり、アシストモータ40のロー
タ軸43の結合状態がオーバードライブ結合状態である
か、アンダードライブ結合状態であるかを判定するが
(ステップS102)、結合状態はアンダードライブ状
態からオーバードライブ結合状態に切り換わったので、
制御ユニット90は、オーバードライブ結合状態である
と判定を下し、今度は、WOTラインL2をオーバード
ライブ領域とアンダードライブ領域の境界として設定す
る(ステップS104)。
求された要求出力を求めて、その要求出力から駆動軸で
あるアウタロータ軸35の目標動作点を決定し(ステッ
プS106)、その決定したアウタロータ軸35の目標
動作点がアンダードライブ領域にあるか否かを判定する
(ステップS108)。今、アウタロータ軸35の動作
点が点a5にあって、決定したアウタロータ軸35の目
標動作点が、例えば、点a6であるすると、点a6はオ
ーバードライブ領域内であるので、ステップS110に
進み、制御ユニット90は、エンジン50の動作線とし
て燃費最適ラインL1を選択する(ステップS11
0)。このように、現在のアシストモータ40の結合状
態がオーバードライブ結合状態であって、かつ、アウタ
ロータ軸35の目標動作点もオーバードライブ領域にあ
る場合には、エンジン50の動作線として、引き続き燃
費最適ラインL1を用いる。
き続き燃費最適ラインL1を選択すると、制御ユニット
90は、そのWOTラインL2を用いてエンジン50の
目標動作点を決定し、さらに、その決定したエンジン5
0の目標動作点を基にして、アシストモータ40および
クラッチモータ30の目標動作点を決定する(ステップ
S112)。そして、その決定したエンジン50,アシ
ストモータ40およびクラッチモータ30の各目標動作
点に基づいて、エンジン50,アシストモータ40およ
びクラッチモータ30の動作を制御する(ステップS1
14)。
に、本実施例においては、駆動軸であるアウタロータ軸
35の動作点がアンダードライブ領域にある場合には、
エンジン50の動作点を決定する際に用いる動作線とし
て、エンジン50のトルクが最大となるWOTラインL
2を主として用いている。従って、アウタロータ軸35
の動作点がアンダードライブ領域にある場合には、エン
ジン50から出力されるトルクは、従来に比較して、よ
り大きなものとなる。
ダードライブ領域にある場合には、アシストモータ40
のトルクTaは、アウタロータ軸35のトルクをTd、
エンジン50のトルクをTeとすると、式(1)で示し
たとおり、Ta=Td−Teとなる。従って、この式を
変形すると、Td=Ta+Teとなるため、アウタロー
タ軸35から出力されるトルクTdは、アシストモータ
40から出力されるトルクTaとエンジン50から出力
されるトルクTeとの和に等しくなる。なお、ちなみ
に、式(1)から明らかなように、エンジン50のトル
クTeはクラッチモータのトルクTcと等しい。
ンダードライブ領域にある場合には、従来に比較して、
エンジン50から出力されるトルクTaが大きくなった
分、アシストモータ40から出力されるトルクTaを小
さくしても、アウタロータ軸35から出力されるトルク
Td(特に、最大トルク)としては、従来と同様の値を
確保することができる。
アウタロータ軸35の動作点がアンダードライブ領域に
ある場合に、アウタロータ軸35から出力され得る最大
トルクとして或る程度のトルクを確保しながら、アシス
トモータ40の最大負荷容量を軽減することができると
共に、そのアシストモータ40を駆動するためのインバ
ータ回路(即ち、駆動回路91)の最大電流値も低減す
ることができる。従って、アシストモータ40の大きさ
を小さくしたり、インバータ回路のコストを低減したり
することができる。
明と従来例とで比較して示した説明図である。図11に
おいて、(a)は図8と同様に動力出力装置の動作特性
を示し、(b)はアシストモータの出力特性を示し、
(c)はアシストモータの電流−トルク特性を示してい
る。また、(a),(b)において、縦軸はトルクであ
り、横軸は回転数である。(c)において、縦軸はトル
クであり、横軸は電流である。さらにまた、(a)〜
(c)の図中において、Invは本発明の場合を、Pr
iは従来例の場合をそれぞれ示している。
点がアンダードライブ領域にあり、かつ、駆動軸から出
力されるトルクが最大トルクである場合に、本発明と従
来例とを比較すると、従来例ではエンジンの動作線とし
て燃費最適ラインL1を用いているのに対し、本発明で
はWOTラインL2を用いているため、エンジンから出
力されるトルクTeを大きくすることができる。従っ
て、本発明では、エンジンから出力されるトルクTe
(言い換えれば、クラッチモータから出力されるトルク
Tc)が大きくなった分、アシストモータから出力すべ
きトルクTaは、従来例に比較して、小さくすることが
できる。
ストモータの出力特性としても、本発明では、アシスト
モータの最大トルクTamaxを、従来例に比較して小
さくすることができ、アシストモータの最大負荷容量を
軽減することができる。また、図11(c)に示すよう
に、アシストモータの電流特性としても、本発明では、
アシストモータの最大トルクTamaxが小さくなった
分、従来例に比較して、アシストモータに供給する最大
電流Iamaxも少なくて済むため、アシストモータを
駆動するためのインバータ回路の最大電流値を低減する
ことができる。
アウタロータ軸35の動作点がオーバードライブ領域に
ある場合には、アシストモータ40の最大負荷容量やイ
ンバータ回路の最大電流値等を考慮しなくて良いため、
エンジン50の動作点を決定する際に用いる動作線とし
て、エンジン50の効率が最高となる燃費最適ラインL
1を主として用いている。従って、アウタロータ軸35
の動作点がオーバードライブ領域にある場合には、エン
ジン50を効率が最大となるように動作させることがで
きるため、動力出力装置10全体の運転効率を向上させ
ることができる。
線の切り換えおよびアシストモータ40のロータ軸43
の結合状態の切り換えを、オーバードライブ領域とアン
ダードライブ領域との境界を基準として行なっている。
しかし、本実施例では、その境界を、アシストモータ4
0のロータ軸43の結合状態がオーバードライブ結合状
態である場合には、WOTラインL2とし、アンダード
ライブ結合状態である場合には、燃費最適ラインL1と
しており、オーバードライブ結合状態からアンダードラ
イブ結合状態へ移行する場合とアンダードライブ結合状
態からオーバードライブ結合状態へと移行する場合と
で、上記境界を違えている。これは、エンジン50の動
作線の切り換え処理およびアシストモータ40のロータ
軸43の結合状態の切り換え処理に、それぞれ、ヒステ
リシスを持たせるためである。つまり、オーバードライ
ブ結合状態からアンダードライブ結合状態へ移行する場
合とアンダードライブ結合状態からオーバードライブ結
合状態へと移行する場合とで、エンジン50の動作線の
切り換え処理およびアシストモータ40のロータ軸43
の結合状態の切り換え処理の基準となる上記境界を何れ
か一方に統一すると、アウタロータ軸35の動作点がそ
の境界近傍に留まるような動作状態が持続する場合、上
記切り換え処理が頻繁に行なわれる可能性がある。そこ
で、本実施例では、このような上記切り換え処理が頻繁
に行なわれるのを回避するために、オーバードライブ結
合状態からアンダードライブ結合状態へ移行する場合と
アンダードライブ結合状態からオーバードライブ結合状
態へと移行する場合とで上記境界を違えて、上記切り換
え処理にヒステリシスを持たせているのである。
は、エンジン150から出力された動力を電力のやりと
りによって増減して伝達する動力調整装置として、クラ
ッチモータ30を適用していた。しかし、本発明はこれ
に限定されるものではなく、動力調整装置として、クラ
ッチモータ30の代わりに、図12に示すように、プラ
ネタリギヤ200と電動発電機210を適用するように
しても良い。
す構成図である。この変形例の構成は、動力調整装置と
してプラネタリギヤ200と電動発電機210を用いた
以外は、図1に示した動力出力装置の構成と基本的に同
じである。なお、図12においては、切換装置80に代
えて、切換装置80と基本構成が同じな切換装置180
を用いている。また、図1では図示しなかったが、図1
2ではダンパ58が図示されている。
転するサンギヤ201、サンギヤ201の外周を自転し
ながら公転するプラネタリピニオンギヤを備えるプラネ
タリキャリア203と、更にその外周で回転するリング
ギヤ202とから構成されている。サンギヤ201、プ
ラネタリキャリア203,およびリングギヤ202はそ
れぞれ別々の回転軸を有している。サンギヤ201の回
転軸であるサンギヤ軸204は中空になっており、電動
発電機210のロータ212に結合されている。プラネ
タリキャリア203の回転軸であるプラネタリキャリア
軸206はダンパ58を介してエンジン50のクランク
シャフト56と結合されている。リングギヤ202の回
転軸であるリングギヤ軸205は、駆動軸であって、出
力用ギヤ21,チェーン23を介して伝達軸22に結合
されている。この伝達軸22は、更に減速機24および
ディファレンシャルギヤ25を介して、駆動輪26R,
26Lを備えた車軸26に結合されている。
4,プラネタリキャリア軸206およびリングギヤ軸2
05の3軸の回転数およびトルクに以下の関係が成立す
ることが機構学上よく知られている。即ち、上記3つの
回転軸のうち2つの回転軸の動力状態が決定されると、
以下の関係式に基づいて残余の一つの回転軸の動力状態
が決定される。
数;Tsはサンギヤ軸204のトルク;Ncはプラネタ
リキャリア軸206の回転数(即ちNe);Tcはプラ
ネタリキャリア軸206のトルク(即ちTe);Nrは
リングギヤ軸205の回転数(即ちNd);Trはリン
グギヤ軸205のトルク(即ちTd);である。
と同様の構成をしている。つまり、電動発電機210は
ステータ214にコイルが巻回され、ロータ212に永
久磁石が貼付された三相同期モータとして構成されてい
る。ステータ214はケースに固定されている。ステー
タ214に巻回されたコイルに三相交流を流すと回転磁
界が生じ、ロータ212に貼付された永久磁石との相互
作用によってロータ212が回転する。電動発電機21
0は、ロータ212が外力によって回転されると、その
動力を電力として回生する発電機としての機能も奏す
る。なお、電動発電機210のステータ214に巻回さ
れたコイルは、図1のクラッチモータ30と同様に、駆
動回路91と電気的に接続されている。制御ユニット9
0が駆動回路91のトラジスタをオン・オフすることに
より電動発電機210の運転を制御することができる。
電動発電機210の組み合わせにより、図1に示したク
ラッチモータ30と同等の機能を奏することができる。
クラッチモータ30のインナロータ軸33に相当するの
がプラネタリキャリア軸206であり、駆動軸であった
アウタロータ軸35に相当するのがリングギヤ軸205
である。この変形例では、これらの組み合わせにより、
以下に示す通り、動力調整装置としての機能を奏する。
06に動力が入力されると、上式(3)に従い、リング
ギヤ202およひサンギヤ201が回転する。リングギ
ヤ202およびサンギヤ201のいずれか一方の回転を
止めることも可能である。リングギヤ202が回転する
ことにより、エンジン50から出力された動力の一部を
駆動軸であるリングギヤ軸205に機械的な形で伝達す
ることができる。また、サンギヤ201が回転すること
により、エンジン50から出力された動力の一部を電動
発電機210により電力として回生することができる。
一方、電動発電機210を力行すれば、電動発電機21
0から出力されたトルクは、サンギヤ201、プラネタ
リキャリア203およびリングギヤ202を介して駆動
軸であるリングギヤ軸205に機械的に伝達することが
できる。従って、電動発電機210を力行することによ
り、エンジン50から出力されたトルクを増大して駆動
軸であるリングギヤ軸205に出力することも可能であ
る。このように、この変形例では、プラネタリギヤ20
0と電動発電機210の組み合わせにより、図1に示し
たクラッチモータ30と同様の機能を奏することができ
るのである。
0のロータ軸43をプラネタリギヤ200のリングギヤ
軸205に結合させるか、プラネタリキャリア軸206
に結合させるかを、第1ギヤ111,第2ギヤ112,
第3ギヤ113を備えた切換装置180により切り換え
ている。切換装置180には、図1に示した切換装置8
0と同様、切り換え用のアクチュエータが設けられてお
り、制御ユニット90に接続されているが、図示は省略
した。
応じて種々の構成を採ることができる。例えば、第1ギ
ヤ111と第3ギヤ113とを噛合すると、アシストモ
ータ40のロータ軸43はプラネタリギヤ200のリン
グギヤ軸205と結合する。従って、エンジン50から
出力された動力は、プラネタリギヤ200、アシストモ
ータ40を経て駆動軸であるリングギヤ軸205に伝達
される。これは、図1の構成におけるアンダードライブ
結合(図2)に相当する結合状態である。
ヤ112と第3ギヤ113とを噛合すると、アシストモ
ータ40のロータ軸43はプラネタリギヤ200のプラ
ネタリキャリア軸206と結合する。従って、エンジン
50から出力された動力は、アシストモータ40、プラ
ネタリギヤ200を経て駆動軸であるリングギヤ軸20
5に伝達される。これは、図1の構成におけるオーバー
ドライブ結合(図3)に相当する結合状態である。
に示したエンジン,アシストモータおよびクラッチモー
タの動作制御処理や図10に示したアシストモータ40
のロータ軸43の結合状態切り換え処理をそのまま実行
することによって、この変形例においても、図1に示し
た実施例と同様の効果を奏することは可能である。但
し、図9において、クラッチモータの代わりに、電動発
電機210の動作制御を行なう必要がある。
もできる。実施例(図1)または変形例(図12)の構
成による動力系統を車両の前輪に適用し、後輪の車軸に
別途駆動用の電動機を設けることによって4輪駆動可能
なハイブリッド車両を構成することができる。かかる車
両でも、駆動軸の回転数とエンジン50の回転数の大小
関係に応じて、結合状態を切り換えることにより効率の
高い運転を行うことができる。従って、かかる切り換え
の制御に本発明を適用するものとすれば、先に実施例で
説明した種々の効果を得ることができる。
たが、本発明はこうした実施の形態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、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
例えば、上述した実施例においては、エンジン50とし
てガソリンにより運転されるガソリンエンジンを用いて
いたが、その他にも、ディーゼルエンジン等のレシプロ
エンジンの他、タービンエンジンや、ジェットエンジ
ン、ロータリエンジンなど各種内燃或いは外燃機関を用
いることができる。
形;Permanent Magnet type)同期電動機を用いたが、
回生動作及び力行動作を行なわせるのであれば、その他
にも、VR形(可変リラクタンス形;Variable Relucta
nce type)同期電動機や、バーニアモータや、直流電動
機や、誘導電動機や、超電導モータなどを用いることが
できる。また、力行動作のみ行なわせるのであれば、直
流モータやステップモータなどを用いることもできる。
タ,アウタロータと外部の回転軸との関係は、逆にする
ことも可能である。また、アウタロータとインナロータ
の代わりに、互いに対向する円盤状のロータを用いるよ
うにしても良い。
は、トランジスタインバータを用いていたが、その他に
も、IGBT(絶縁ゲートバイポーラモードトランジス
タ;Insulated Gate Bipolar mode Transistor)インバ
ータや、サイリスタインバータや、電圧PWM(パルス
幅変調;Pulse Width Modulation)インバータや、方形
波インバータ(電圧形インバータ,電流形インバータ)
や、共振インバータなどが用いることができる。
バッテリ,NiMHバッテリ,Liバッテリなどを用い
ることができるが、バッテリ94に代えてキャパシタを
用いることもできる。また、本実施例では、種々の制御
処理をCPUがソフトウェアを実行することにより実現
しているが、かかる制御処理をハード的に実現すること
もできる。
リッド車両に搭載する場合について説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、2つの出力軸を有す
るものであれば、船舶,航空機などの交通手段や、工作
機械などの各種産業機械などに搭載することも可能であ
る。
したハイブリッド車両の概略構成を示す構成図である。
ドライブ結合時の動力系統の概略構成を示す説明図であ
る。
ドライブ結合時の動力系統の概略構成を示す説明図であ
る。
から出力された動力を回転数が低い側に変換する場合の
様子を示す説明図である。
から出力された動力を回転数が高い側に変換する場合の
様子を示す説明図である。
から出力された動力を回転数が低い側に変換する場合の
様子を示す説明図である。
から出力された動力を回転数が高い側に変換する場合の
様子を示す説明図である。
あるアウタロータ軸35の動作点とエンジン50の動作
線との関係を示す説明図である。
トモータおよびクラッチモータの動作制御処理の処理手
順を示すフローチャートである。
40のロータ軸43の結合状態切り換え処理の処理手順
を示すフローチャートである。
とで比較して示した説明図である。
ある。
タを駆動軸に結合した場合における、アンダードライブ
動作時の動力の伝達の様子を示す説明図である。
タを駆動軸に結合した場合における、オーバードライブ
動作時の動力の伝達の様子を示す説明図である。
タを出力軸に結合した場合における、アンダードライブ
動作時の動力の伝達の様子を示す説明図である。
タを出力軸に結合した場合における、オーバードライブ
動作時の動力の伝達の様子を示す説明図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 出力軸を有するエンジンと、動力を出力
するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され
電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動
力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、
回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記出力
軸または前記駆動軸に選択的に結合させることが可能な
結合手段と、を備えた動力出力装置であって、 トルクと回転数との関係で表される動作領域において、
前記エンジンの動作点を決定する際に用いるエンジン動
作線として、第1の動作線、及び、前記第1の動作線よ
りも所定の回転数範囲においてトルクが高い第2の動作
線のうち、何れか一方を選択する動作線選択手段と、 前記動作領域を前記第1及び第2の動作線によって分割
して得られる、前記第1の動作線に主として隣接する第
1の領域と、前記第1及び第2の動作線に挟まれた第2
の領域と、前記第2の動作線に主として隣接する第3の
領域のうち、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記
第1の領域である場合には、前記動作線選択手段によっ
て、前記エンジン動作線として前記第1の動作線を選択
させ、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第3の
領域である場合には、前記動作線選択手段によって、前
記エンジン動作線として前記第2の動作線を選択させる
制御手段と、 をさらに備える動力出力装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の動力出力装置におい
て、 外部から要求された要求出力に基づいて、前記駆動軸の
目標動作点の存在する領域を決定する領域決定手段をさ
らに備え、 前記制御手段は、前記エンジン動作線として前記第1の
動作線が選択されている場合において、前記領域決定手
段により、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域が前
記第3の領域であると決定された場合は、前記動作線選
択手段により、前記第1の動作線に代えて前記第2の動
作線を選択させ、前記エンジン動作線として前記第2の
動作線が選択されている場合において、前記領域決定手
段により、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域が前
記第1の領域であると決定された場合には、前記動作線
選択手段により、前記第2の動作線に代えて前記第1の
動作線を選択させることを特徴とする動力出力装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の動力出力装置におい
て、 前記制御手段は、前記エンジン動作線として前記第1の
動作線が選択されている場合は、前記領域決定手段によ
り、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域が前記第3
の領域であると決定されない限り、前記駆動軸の動作点
の存在する領域が前記第2の領域であっても、前記動作
線選択手段により、引き続き前記第1の動作線を選択さ
せ、前記エンジン動作線として前記第2の動作線が選択
されている場合は、前記領域決定手段により、前記駆動
軸の目標動作点の存在する領域が前記第1の領域である
と決定されない限り、前記駆動軸の動作点の存在する領
域が前記第2の領域であっても、前記動作線選択手段に
より、引き続き前記第2の動作線を選択させることを特
徴とする動力出力装置。 - 【請求項4】 請求項1に記載の動力出力装置におい
て、 前記制御手段は、前記駆動軸の動作点の存在する領域が
前記第1の領域である場合には、前記結合手段によっ
て、前記電動機の回転軸を前記出力軸に結合させ、前記
駆動軸の動作点の存在する領域が前記第3の領域である
場合には、前記結合手段によって、前記電動機の回転軸
を前記駆動軸に結合させていることを特徴とする動力出
力装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載の動力出力装置におい
て、 前記制御手段は、前記電動機の回転軸が前記出力軸に結
合されている場合には、前記駆動軸の動作点が前記第2
の領域に入っても、前記結合手段により、引き続き前記
電動機の回転軸を前記出力軸に結合させ、前記電動機の
回転軸が前記駆動軸に結合されている場合には、前記駆
動軸の動作点が前記第2の領域に入っても、前記結合手
段により、引き続き前記電動機の回転軸を前記駆動軸に
結合させることを特徴とする動力出力装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載の動力出力装置におい
て、 前記制御手段は、前記電動機の回転軸が前記出力軸に結
合されている場合において、前記駆動軸の動作点が前記
第2の動作線を越える場合には、前記結合手段により、
前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に
結合させ、前記電動機の回転軸が前記駆動軸に結合され
ている場合において、前記駆動軸の動作点が前記第1の
動作線を越える場合には、前記結合手段により、前記電
動機の回転軸を前記駆動軸に代えて前記出力軸に結合さ
せることを特徴とする動力出力装置。 - 【請求項7】 請求項4ないし請求項6のうちの任意の
一つに記載の動力出力装置において、 外部から要求された要求出力に基づいて、前記駆動軸の
目標動作点の存在する領域を決定する領域決定手段をさ
らに備え、 前記制御手段は、前記電動機の回転軸が前記出力軸に結
合されている場合において、前記領域決定手段により、
前記駆動軸の目標動作点の存在する領域が前記第3の領
域であると決定された場合は、前記動作線選択手段によ
り、前記第1の動作線に代えて前記第2の動作線を選択
させ、前記電動機の回転軸が前記駆動軸に結合されてい
る場合において、前記領域決定手段により、前記駆動軸
の目標動作点の存在する領域が前記第1の領域であると
決定された場合には、前記動作線選択手段により、前記
第2の動作線に代えて前記第1の動作線を選択させるこ
とを特徴とする動力出力装置。 - 【請求項8】 請求項1ないし請求項7のうちの任意の
一つに記載の動力出力装置において、 前記第1の動作線は、前記エンジンの効率が最高となる
動作線であり、前記第2の動作線は、前記エンジンのト
ルクが各回転数において最大となる動作線であることを
特徴とする動力出力装置。 - 【請求項9】 請求項1ないし請求項8のうちの任意の
一つに記載の動力出力装置において、 前記動力調整装置は、前記出力軸に結合された第1のロ
ータと、前記駆動軸に結合された第2のロータとを有す
る対ロータ電動機を備えることを特徴とする動力出力装
置。 - 【請求項10】 請求項1ないし請求項8のうちの任意
の一つに記載の動力出力装置において、 前記動力調整装置は、 ロータ軸を有する発電機と、 3つの回転軸を有し、各回転軸が前記出力軸、駆動軸、
及びロータ軸にそれぞれ結合されたプラネタリギヤと、 を備えることを特徴とする動力出力装置。 - 【請求項11】 出力軸を有するエンジンと、動力を出
力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合さ
れ電力のやりとりによって前記エンジンから出力された
動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置
と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記
出力軸または前記駆動軸に選択的に結合させることが可
能な結合手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であ
って、 (a)トルクと回転数との関係で表される動作領域にお
いて、前記エンジンの動作点を決定する際に用いるエン
ジン動作線として、第1の動作線、及び、前記第1の動
作線よりも所定の回転数範囲においてトルクが高い第2
の動作線を用意する工程と、 (b)前記動作領域を前記第1及び第2の動作線によっ
て分割して得られる、前記第1の動作線に主として隣接
する第1の領域と、前記第1及び第2の動作線に挟まれ
た第2の領域と、前記第2の動作線に主として隣接する
第3の領域のうち、前記駆動軸の動作点の存在する領域
が前記第1の領域である場合には、前記エンジン動作線
として前記第1の動作線を選択し、前記駆動軸の動作点
の存在する領域が前記第3の領域である場合には、前記
エンジン動作線として前記第2の動作線を選択する工程
と、 を備える動力出力装置の制御方法。 - 【請求項12】 請求項11に記載の制御方法におい
て、 (c)前記駆動軸から出力されるべき要求出力に基づい
て、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域を決定する
工程と、 (d)前記エンジン動作線として前記第1の動作線が選
択されている場合において、前記工程(c)で、前記駆
動軸の目標動作点の存在する領域が前記第3の領域であ
ると決定された場合に、前記第1の動作線に代えて前記
第2の動作線を選択させ、前記エンジン動作線として前
記第2の動作線が選択されている場合において、前記工
程(c)で、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域が
前記第1の領域であると決定された場合に、前記動作線
選択手段により、前記第2の動作線に代えて前記第1の
動作線を選択させる工程と、 をさらに備える動力出力装置の制御方法。 - 【請求項13】 請求項11に記載の動力出力装置の制
御方法において、 (c)前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第1の
領域である場合には、前記結合手段によって、前記電動
機の回転軸を前記出力軸に結合させ、前記駆動軸の動作
点の存在する領域が前記第3の領域である場合には、前
記結合手段によって、前記電動機の回転軸を前記駆動軸
に結合させる工程をさらに備える動力出力装置の制御方
法。 - 【請求項14】 請求項13に記載の制御方法におい
て、 (d)前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されてい
る場合において、前記駆動軸の動作点が前記第2の領域
に入った場合には、前記結合手段により、引き続き前記
電動機の回転軸を前記出力軸に結合させ、前記電動機の
回転軸が前記駆動軸に結合されている場合において、前
記駆動軸の動作点が前記第2の領域に入った場合には、
前記結合手段により、引き続き前記電動機の回転軸を前
記駆動軸に結合させる工程をさらに備える動力出力装置
の制御方法。 - 【請求項15】 請求項14に記載の制御方法におい
て、 (e)前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されてい
る場合において、前記駆動軸の動作点が前記第2の動作
線を越える場合には、前記結合手段により、前記電動機
の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させ、
前記電動機の回転軸が前記駆動軸に結合されている場合
において、前記駆動軸の動作点が前記第1の動作線を越
える場合には、前記結合手段により、前記電動機の回転
軸を前記駆動軸に代えて前記出力軸に結合させる工程を
さらに備える動力出力装置の制御方法。 - 【請求項16】 請求項13ないし請求項15のうちの
任意の一つに記載の制御方法において、 (f)前記駆動軸から出力されるべき要求出力に基づい
て、前記駆動軸の目標動作点の存在する領域を決定する
工程と、 (g)前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されてい
る場合において、前記工程(f)で、前記駆動軸の目標
動作点の存在する領域が前記第3の領域であると決定さ
れた場合は、前記第1の動作線に代えて前記第2の動作
線を選択させ、前記電動機の回転軸が前記駆動軸に結合
されている場合において、前記工程(f)で、前記駆動
軸の目標動作点の存在する領域が前記第1の領域である
と決定された場合には、前記第2の動作線に代えて前記
第1の動作線を選択させる工程と、 をさらに備える動力出力装置の制御方法。
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