JP2005212595A

JP2005212595A - 動力出力装置およびこれを搭載した自動車並びにその制御方法

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Publication number: JP2005212595A
Application number: JP2004021521A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yamanaka; 章弘山中; Akihiro Kimura; 秋広木村; Kensuke Uechi; 健介上地; Kazuomi Okasaka; 和臣岡坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: JP3984229B2

Abstract

【課題】コーストダウン中に変速機を変速する際の変速ショックを抑制すると共にバッテリなどの蓄電装置の過放電を抑止する。
【解決手段】コーストダウンの状態では、減速トルクが出力されている状態からクリープトルクが出力される状態に切り替える車速Ｖが閾値Ｖ２のタイミングのときに（Ｓ２００）、バッテリ５０が充電されない状態となるよう要求充電電力Ｐｂ＊を設定して（Ｓ１４０，Ｓ１５０）、変速機６０のギヤの状態を切り替える（Ｓ２３０）。このとき、補機電力Ｐａｃｃがバッテリの出力制限Ｗｏｕｔを超えるときには補機を駆動制限する（Ｓ１８０）。この結果、コーストダウン中に変速機のギヤの状態を切り替える際に生じ得る変速ショックや歯打ち音などを抑制することができると共にバッテリの過放電を抑止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、動力出力装置およびこれを搭載した自動車並びにその制御方法に関し、詳しくは、自動車に搭載され車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と電動機とを備える動力出力装置およびこれを搭載した自動車並びにこうした自動車の制御方法に関する。

従来、この種の自動車としては、エンジンの出力軸を遊星歯車機構を介して車軸に連結された駆動軸に接続すると共に遊星歯車機構の回転要素に発電機を接続し、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）。この自動車では、変速機の変速段を車速に応じて変更することにより電動機からの動力を車速に応じた動力にして駆動軸に出力している。
特開２００２−２２５５７８号公報（図１）

しかしながら、上述の自動車では、運転者がアクセルオフしたコーストダウン時に変速機の変速段を変更すると、変速に伴うトルクショック（変速ショック）が生じる場合がある。この変速ショックをできる限り抑制するために、電動機から出力されるトルクが値０となる近傍で変速段の変更を行なうことも考えられるが、バッテリの充電要求や補機駆動のためにエンジンからの動力を用いて発電機により発電する場合、駆動軸に作用するトルクをキャンセルするために電動機からトルクを出力しなければならず、こうした電動機からのトルクにより変速段の変更の際に変速ショックが生じてしまう。

本発明の動力出力装置およびこれを搭載した自動車並びにその制御方法は、コーストダウン中に変速機を変速する際の変速ショックを抑制することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびこれを搭載した自動車並びにその制御方法は、コーストダウン中の変速機の変速をよりスムースに行なう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した自動車並びにその制御方法は、コーストダウン中に変速機を変速する際におけるバッテリなどの蓄電装置の過放電を抑止することを目的の一つとする。

本発明の動力出力装置およびこれを搭載した自動車並びにその制御方法は、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、
自動車に搭載され、車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と電動機とを備える動力出力装置であって、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、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前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、
前記電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達を変速比の変更を伴って行なう変速伝達手段と、
前記電力動力入出力手段と前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
走行中に運転者がアクセルオフしたコーストダウンの状態の際に前記変速伝達手段の変速比を変更するときには、前記電力動力入出力手段による発電が行なわれない状態で前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該電力動力入出力手段と該変速伝達手段とを制御する変速制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の動力出力装置では、走行中に運転者がアクセルオフしたコーストダウンの状態の際に電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸との動力の伝達を変速比の変更を伴って行なう変速伝達手段の変速比を変更するときには、電力の入出力を伴って内燃機関からの動力の少なくとも一部を駆動軸に出力する電力動力入出力手段による発電が行なわれない状態で変速伝達手段の変速比を変更する。これにより、電力動力入出力手段による発電に伴って駆動軸に作用するトルクをキャンセルするために電動機から出力するトルクをなくすことができる。この結果、こうしたキャンセルするためのトルクを電動機から出力している際に変速伝達手段の変速比を変更する場合に比して変速比を変更する際に生じ得る変速ショックを抑制することができる。なお、この本発明は、この動力出力装置の態様の他、自動車の態様としてもよいのは勿論である。

こうした本発明の動力出力装置において、前記変速制御手段は、前記アクセルオフによる減速トルクを前記駆動軸に出力している状態からクリープトルクを出力する状態へ切り替えるトルク切替タイミングで前記変速伝達手段の変速比を変更する手段であるものとすることもできる。このタイミングでは駆動軸に出力すべきトルクは略値０となり、電力動力入出力手段による発電が行なわれていない状態では、電動機から出力するトルクも略値０となる。したがって、電動機からトルクを殆ど出力していない状態で変速伝達手段の変速比を変更するから、変速ショックをより抑制することができると共に変速比の変更をよりスムースに行なうことができる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記変速制御手段は、前記トルク切替タイミングを含む所定時間に亘って前記電力動力入出力手段による発電が行なわれないよう該電力動力入出力手段を制御する手段であるものとすることもできる。ここで、所定時間は、変速伝達手段の変速比を変更するのに要する時間以上の時間を用いるのが好ましい。

また、本発明の動力出力装置において、車速を検出する車速検出手段を備え、前記変速制御手段は前記車速検出手段により検出された車速が所定車速に至ったときに前記変速伝達手段の変速比を変更する手段であるものとすることもできる。この場合、前記所定車速は、前記アクセルオフによる減速トルクを前記駆動軸に出力している状態からクリープトルクを出力する状態へ切り替える車速であるものとすることもできる。こうすれば、電動機からトルクを殆ど出力していない状態で変速伝達手段の変速比を変更することができるから、変速ショックをより抑制することができると共に変速比の変更をよりスムースに行なうことができる。

この所定車速に至ったときに変速伝達手段の変速比を変更する態様の本発明の動力出力装置において、前記変速制御手段は、前記検出された車速が前記所定車速より早い第１の車速に至ったときに前記電力動力入出力手段による発電が行なわれなくなるよう該電力動力入出力手段を制御し、前記変速伝達手段の変速比の変更が完了した後に前記電力動力入出力手段による発電が再開されるよう該電力動力入出力手段を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、車速に基づいて変速伝達手段の変速比の変更をスムースに行なうことができる。この場合、前記変速制御手段は、前記検出された車速が前記第１の車速に至った状態で所定の待ち時間を経過したときには前記検出された車速が前記所定車速に至らないときでも前記変速伝達手段の変速比を変更する手段であるものとすることもできる。こうすれば、所定の待ち時間を経過しても変速比の変更が行なわれない状態を回避することができる。更にこの場合、前記蓄電手段の状態を検出する蓄電状態検出手段と、該蓄電状態検出手段により検出された蓄電手段の状態に基づいて前記所定の待ち時間を設定する待ち時間設定手段と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、所定の待ち時間を蓄電手段の状態に応じたものとすることができる。この結果、蓄電手段の過放電を抑制することができる。ここで、前記待ち時間設定手段は、前記蓄電手段の状態としての残容量が多いほど長くなる傾向に前記所定の待ち時間を設定する手段であるものとすることもできる。

本発明の動力出力装置において、前記蓄電手段からの電力の供給を受ける電気負荷を備え、前記変速制御手段は、前記電力動力入出力手段による発電が行なわれないよう該電力動力入出力手段を制御する際に前記蓄電手段の出力制限により前記電気負荷に必要な電力が供給できないときには該蓄電手段から該電気負荷への電力供給を制限する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の過放電を抑止することができる。この場合、前記蓄電手段から前記電気負荷への電力供給の制限は電力供給の停止であるものとすることもできる。また、前記電気負荷は乗員室の空調を行なう空調機器におけるコンプレッサであるものとすることもできる。

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。

本発明の自動車の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続され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前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達を変速比の変更を伴って行なう変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段と前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備える自動車の制御方法であって、
走行中に運転者がアクセルオフしたコーストダウンの状態の際に前記変速伝達手段の変速比を変更するときには、前記電力動力入出力手段による発電が行なわれない状態で前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該電力動力入出力手段と該変速伝達手段とを制御する
ことを要旨とする。

この本発明の自動車の制御方法によれば、走行中に運転者がアクセルオフしたコーストダウンの状態の際に電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸との動力の伝達を変速比の変更を伴って行なう変速伝達手段の変速比を変更するときには、電力の入出力を伴って内燃機関からの動力の少なくとも一部を駆動軸に出力する電力動力入出力手段による発電が行なわれない状態で変速伝達手段の変速比を変更するから、電力動力入出力手段による発電に伴って駆動軸に作用するトルクをキャンセルするために電動機から出力するトルクをなくすことができる。この結果、こうしたキャンセルするためのトルクを電動機から出力している際に変速伝達手段の変速比を変更する場合に比して変速比を変更する際に生じ得る変速ショックを抑制することができる。

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。また、バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４には、インバータ５５を介して接続された乗員室用のエアコンディショナーのコンプレッサ５６などの車両に搭載された電気負荷としての補機に接続されており、これらの補機にも電力を供給している。

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Ａｄｒｖ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Ａｄｒｖ，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Ａｄｒｖ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、特に運転者が走行中にブレーキを踏み込むことなくアクセルオフしたコーストダウンの状態で変速機６０のギヤの状態をＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態に切り替える際の動作について説明する。図３は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるコーストダウン時変速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、アクセルオフのコーストダウン状態のときに所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行され、アクセルオンされたときやブレーキオンされたときには中断される。

コーストダウン時変速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、補機で現在消費している補機電力Ｐａｃやバッテリ５０を充電するための要求充電電力Ｐｂ＊，車速センサ８８からの車速Ｖ，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔなど処理に必要なデータを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、補機電力Ｐａｃは、バッテリ５０からコンプレッサ５６などの補機への電力ラインに設けられた図示しない電力計から読み込むことができる。また、要求充電電力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ことができる。なお、要求充電電力Ｐｂ＊はこの電力に相当する動力をエンジン２２から出力し、モータＭＧ１により発電される電力のうちバッテリ５０に充電される電力である。さらに、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の電池温度と残容量（ＳＯＣ）と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ことができる。

こうしてデータを入力すると、入力した車速Ｖが閾値Ｖ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、閾値Ｖ１は、コーストダウンによる減速トルクが出力されている状態からクリープトルクが出力される状態に切り替える車速Ｖ２より若干速い車速として設定されている。図４にコーストダウン時における車速Ｖと駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する駆動トルクとの関係と閾値としての車速Ｖ１，Ｖ２とを示す。なお、後で詳述するが、実施例では、コーストダウンによる減速トルクが出力されている状態からクリープトルクが出力される状態に切り替える車速Ｖ２となるタイミングで変速機６０のギヤの状態を切り替える。車速Ｖが閾値Ｖ１以上のときには、変速機６０の切替準備を行なう必要がないと判断し、これで本ルーチンを終了する。

車速Ｖが閾値Ｖ１未満のときには、バッテリ５０の充電が禁止されているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。バッテリ５０の充電禁止は、このルーチンの後述するステップＳ２２０で実行される。バッテリ５０の充電が禁止されていないときには、車速Ｖに基づいて充電許容電力Ｐｌｉｍを設定する（ステップＳ１３０）。充電許容電力Ｐｌｉｍは、変速機６０のギヤの状態を切り替える車速Ｖ２近傍で値０となるように設定し、実施例では、車速Ｖと充電許容電力Ｐｌｉｍとの関係を予め定めて充電許容電力設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、車速Ｖが与えられるとマップから対応する充電許容電力Ｐｌｉｍを導出して設定するものとした。充電許容電力設定用マップの一例を図５に示す。図５の例では、充電許容電力Ｐｌｉｍは、車速Ｖが値Ｖ１以下になると急激に小さくなって値０が設定され、車速Ｖが値Ｖ２より小さくなると、急激に大きくなって元に戻される。こうして充電許容電力Ｐｌｉｍを設定すると、要求充電電力Ｐｂ＊を充電許容電力Ｐｌｉｍで制限して要求充電電力Ｐｂ＊を設定し直す（ステップＳ１４０）。一方、バッテリ５０の充電が禁止されているときには要求充電電力Ｐｂ＊に値０を設定する（ステップＳ１５０）。このように設定した要求充電電力Ｐｂ＊は図示しない駆動制御ルーチンによりエンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊を計算する際に用いられ、エンジン２２からの動力のうち動力分配統合機構３０，モータＭＧ１およびモータＭＧ２を介して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求動力として出力された動力の残分として電力変換されてバッテリ５０に充電される。

こうして要求充電電力Ｐｂ＊を設定すると、設定した要求充電電力Ｐｂ＊とバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔとの和をバッテリ５０からの放電可能電力Ｐｏｕｔとして設定し（ステップＳ１６０）、入力した補機電力Ｐａｃと設定した放電可能電力Ｐｏｕｔとを比較し（ステップＳ１７０）、補機電力Ｐａｃが放電可能電力Ｐｏｕｔより大きいときには補機電力Ｐａｃが放電可能電力Ｐｏｕｔ以下となるよう補機の駆動制限を行なう（ステップＳ１８０）。ここで、補機の駆動制限としては、例えば、エアコンディショナーのコンプレッサ５６への供給電力を制限したり電力供給を中止することなどにより行なわれる。

そして、変速機６０のギヤの状態の切り替えが完了しているか否かを判定する（ステップＳ１９０）。いま、コーストダウンにより車速Ｖが小さくなってこれから変速機６０のギヤの状態を切り替えようとしているから、この判定では否定的な結果となる。続いて、車速Ｖが閾値Ｖ２より大きいか否かを判定し（ステップＳ２００）、車速Ｖが閾値Ｖ２より大きいときには車速Ｖが閾値Ｖ１未満となってから待ち時間ｔを経過したか否かを判定し（ステップＳ２１０）、待ち時間ｔを経過していないときにはこれでこのルーチンを終了する。ここで、待ち時間ｔは、例えば下り坂を走行しているときなどのように、車速Ｖが閾値Ｖ１未満となってもなかなか閾値Ｖ２以下とならないときに強制的に変速機６０のギヤの状態を切り替えるよう設定された時間であり、平坦路におけるコーストダウンの状態で車速Ｖが閾値Ｖ１未満となってから閾値Ｖ２以下となる通常の時間より若干長い時間に設定されている。なお、実施例では、車速Ｖが閾値Ｖ１未満になったときのバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて待ち時間ｔを設定し、この設定した待ち時間ｔを用いるものとした。待ち時間ｔとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）との関係の一例を図６に示す。この図６の例では、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が大きいほど待ち時間ｔも大きくなる傾向に設定されている。これは、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が大きいほど長い時間に亘って補機に電力を供給することができることに基づく。

車速Ｖが閾値Ｖ１未満になってから待ち時間ｔを経過する前に車速Ｖが閾値Ｖ２以下となると、変速機６０のギヤの状態の切り替えを実行し（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。変速機６０のギヤの状態の切り替えは、上述したように、コーストダウンによる減速トルクが出力されている状態からクリープトルクが出力される状態に切り替えるタイミングで行なわれる。このタイミングでは、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する駆動トルクには値０が設定され、図５の充電許容電力設定マップに示すように、バッテリ５０の要求充電電力Ｐｂ＊にも値０が設定される。駆動トルクが値０で要求充電電力Ｐｂ＊が値０のときには、エンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊は値０となるから、エンジン２２は停止するかアイドリング状態となる。このとき、モータＭＧ１から出力するトルクもモータＭＧ２からのトルクも値０となる。従って、このトルクが値０の状態で変速機６０のギヤの状態を切り替えることになるから、切り替えの際に生じ得る変速ショックや歯打ち音の発生などを抑制することができる。これが、このタイミングで変速機６０のギヤの状態を切り替える理由である。変速機６０のギヤの状態の切り替えは、Ｈｉギヤの状態からＬｏギヤの状態に切り替えるから、まず、ブレーキＢ１をオフとし、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を切り替え後の回転数近傍に至るのを待って、ブレーキＢ２をオンとすることにより行なう。

車速Ｖが閾値Ｖ１未満になってから待ち時間ｔを経過しても車速Ｖが閾値Ｖ２以下となならいときには、バッテリ５０の充電を禁止して（ステップＳ２２０）、変速機６０のギヤの状態の切り替えを実行し（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。このとき、駆動トルクは値０ではないが値０近傍であるから、変速ショックや歯打ち音の発生が生じても小さなものとなる。

こうして変速機６０のギヤの状態の切り替えが完了すると、ステップＳ１９０により切り替え完了が判定され、バッテリ５０の充電禁止が解除される（ステップＳ２４０）。従って、充電禁止が解除された以降は、ステップＳ１３０，Ｓ１４０により要求充電電力Ｐｂ＊が車速Ｖに応じた充電許容電力Ｐｌｉｍで制限された値となる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、コーストダウンの状態では、減速トルクが出力されている状態からクリープトルクが出力される状態に切り替えるタイミングでバッテリ５０が充電されない状態として変速機６０のギヤの状態を切り替えるから、モータＭＧ２からトルクを出力していないときに変速機６０のギヤの状態を切り替えることができる。この結果、変速機６０のギヤの状態の切り替えをスムースに行なうことができると共に変速ショックや歯打ち音の発生を抑制することができる。しかも、エアコンディショナーのコンプレッサ５６などの補機に供給する電力（補機電力）Ｐａｃがバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを超えるときにはコンプレッサ５６を停止するなどの駆動を制限するから、バッテリ５０の過放電を抑止することができる。

また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、車速Ｖが閾値Ｖ１未満となって待ち時間ｔを経過しても車速Ｖが閾値Ｖ２以下にならないときには、強制的に変速機６０のギヤの状態を切り替えるから、変速機６０のギヤの状態を切り替えないままバッテリ５０が充電されない状態が長時間経過するのを抑止することができる。この結果、バッテリ５０の過放電を抑止することができる。しかも、強制的に変速機６０のギヤの状態を切り替えるときには、バッテリ５０の充電を禁止するから、バッテリ５０の充電に伴ってモータＭＧ２からトルクを出力するのを回避することができる。この結果、強制的な切り替えの際における変速ショックや歯打ち音の発生を抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、車速Ｖが閾値Ｖ１未満になっても直ちに充電許容電力Ｐｌｉｍに値０を設定しないものとしたが、車速Ｖが閾値Ｖ１未満のときには直ちに充電許容電力Ｐｌｉｍに値０を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、充電許容電力Ｐｌｉｍを設定する車速Ｖを車速Ｖ２より若干速い車速Ｖ１としたが、車速Ｖの時間変化率などに基づいて閾値Ｖ１を設定するものとしてもよい。この場合、車速Ｖの時間変化率の絶対値が大きいほど車速Ｖ２に近い車速を閾値Ｖ１に設定するものとすることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、補機電力Ｐａｃｃが放電可能電力Ｐｏｕｔのときにはエアコンディショナーのコンプレッサ５６などの補機の駆動を制限するものとしたが、一部の補機への電力供給を停止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、減速トルクが出力されている状態からクリープトルクが出力される状態に切り替えるタイミングで変速機６０のギヤの状態を切り替えるものとしたが、モータＭＧ２からのトルクが値０となるタイミングであれば如何なるタイミングで切り替え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、車速Ｖが閾値Ｖ１未満となっても車速Ｖが閾値Ｖ２以下にならないときに強制的に変速機６０のギヤの状態を切り替える際の待ち時間ｔをバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて設定するものとしたが、予め設定した固定的な時間を待ち時間ｔとして用いてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、車速Ｖが閾値Ｖ１未満となって待ち時間ｔを経過しても車速Ｖが閾値Ｖ２以下にならないときには、強制的に変速機６０のギヤの状態を切り替えるものとしたが、車速Ｖが閾値Ｖ２以下にならないときには強制的に変速機６０のギヤの状態を切り替え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、バッテリ５０から電力供給を受ける車両に搭載された補機としてエアコンディショナーのコンプレッサ５６を一例として挙げたが、バッテリ５０から電力供給を受ける電気負荷としての機器であれば如何なる機器としてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、Ｈｉ，Ｌｏの２段の変速段をもって変速可能な変速機６０を用いるものとしたが、変速機６０の変速段は２段に限られるものではなく、３段以上の変速段としてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を変速機６０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７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の動力を変速機６０により変速してリングギヤ軸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７における車輪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８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、本発明をハイブリッド自動車２０として適用したが、自動車以外の列車などの車両に適用するものとしても差し支えない。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、車両製造産業に利用可能である。

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。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により実行されるコーストダウン時変速制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。コーストダウン時における車速Ｖと駆動トルクとの関係の一例を示す説明図である。充電許容電力設定用マップの一例を示す説明図である。バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と待ち時間ｔとの関係の一例を示す説明図である。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、３９ｅ，３９ｆ従動輪、４０モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２インバータ、４３，４４回転位置検出センサ、４８回転軸、５０バッテリ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４電力ライン、５５インバータ、５６コンプレッサ、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、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、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

自動車に搭載され、車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と電動機とを備える動力出力装置であって、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、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前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、
前記電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達を変速比の変更を伴って行なう変速伝達手段と、
前記電力動力入出力手段と前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
走行中に運転者がアクセルオフしたコーストダウンの状態の際に前記変速伝達手段の変速比を変更するときには、前記電力動力入出力手段による発電が行なわれない状態で前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該電力動力入出力手段と該変速伝達手段とを制御する変速制御手段と、
を備える動力出力装置。
前記変速制御手段は、前記アクセルオフによる減速トルクを前記駆動軸に出力している状態からクリープトルクを出力する状態へ切り替えるトルク切替タイミングで前記変速伝達手段の変速比を変更する手段である請求項１記載の動力出力装置。
前記変速制御手段は、前記トルク切替タイミングを含む所定時間に亘って前記電力動力入出力手段による発電が行なわれないよう該電力動力入出力手段を制御する手段である請求項２記載の動力出力装置。
請求項１記載の動力出力装置であって、
車速を検出する車速検出手段を備え、
前記変速制御手段は、前記車速検出手段により検出された車速が所定車速に至ったときに前記変速伝達手段の変速比を変更する手段である
動力出力装置。
前記所定車速は、前記アクセルオフによる減速トルクを前記駆動軸に出力している状態からクリープトルクを出力する状態へ切り替える車速である請求項４記載の動力出力装置。
前記変速制御手段は、前記検出された車速が前記所定車速より早い第１の車速に至ったときに前記電力動力入出力手段による発電が行なわれなくなるよう該電力動力入出力手段を制御し、前記変速伝達手段の変速比の変更が完了した後に前記電力動力入出力手段による発電が再開されるよう該電力動力入出力手段を制御する手段である請求項４または５記載の動力出力装置。
前記変速制御手段は、前記検出された車速が前記第１の車速に至った状態で所定の待ち時間を経過したときには前記検出された車速が前記所定車速に至らないときでも前記変速伝達手段の変速比を変更する手段である請求項６記載の動力出力装置。
請求項７記載の動力出力装置であって、
前記蓄電手段の状態を検出する蓄電状態検出手段と、
該蓄電状態検出手段により検出された蓄電手段の状態に基づいて前記所定の待ち時間を設定する待ち時間設定手段と、
を備える動力出力装置。
前記待ち時間設定手段は、前記蓄電手段の状態としての残容量が多いほど長くなる傾向に前記所定の待ち時間を設定する手段である請求項８記載の動力出力装置。
請求項１ないし９いずれか記載の動力出力装置であって、
前記蓄電手段からの電力の供給を受ける電気負荷を備え、
前記変速制御手段は、前記電力動力入出力手段による発電が行なわれないよう該電力動力入出力手段を制御する際に前記蓄電手段の出力制限により前記電気負荷に必要な電力が供給できないときには該蓄電手段から該電気負荷への電力供給を制限する手段である
動力出力装置。
前記蓄電手段から前記電気負荷への電力供給の制限は電力供給の停止である請求項１０記載の動力出力装置。
前記電気負荷は乗員室の空調を行なう空調機器におけるコンプレッサである請求項１０または１１記載の動力出力装置。
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１２いずれか記載の動力出力装置。
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１２いずれか記載の動力出力装置。
請求項１ないし１４いずれか記載の動力出力装置を搭載する自動車。
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続され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前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達を変速比の変更を伴って行なう変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段と前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備える自動車の制御方法であって、
走行中に運転者がアクセルオフしたコーストダウンの状態の際に前記変速伝達手段の変速比を変更するときには、前記電力動力入出力手段による発電が行なわれない状態で前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該電力動力入出力手段と該変速伝達手段とを制御する
自動車の制御方法。