JP2009292281A - 動力出力装置及びその制御方法並びに車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機からの動力を変速機を介して駆動軸に出力する構成において、その変速機のダウンシフト時に発生するショックや変速機へのダメージを電動機の劣化を抑制しつつ低減する。
【解決手段】変速機６０のダウンシフトの要求があったとき、変速機６０の変速段を一段下げたあとのモータＭＧ２の回転軸４８の目標回転数Ｎｍ２＊を設定すると共にモータ用冷却系５５の冷却能力が高いほどモータＭＧ２のトルクが大きく許容される傾向にモータＭＧ２のダウンシフト時トルク上限Ｔｄｍａｘを設定し、非伝達状態の下で回転軸４８の回転数を現回転数から設定した目標回転数Ｎｍ２＊まで上昇させる回転数制御をダウンシフト時トルク上限Ｔｄｍａｘを超えない範囲でモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し送信した後、リングギヤ軸３２ａと回転軸４８とを伝達状態に切り替えることにより実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力出力装置及びその制御方法並びに車両に関する。

従来、動力出力装置としては、変速機を介して駆動軸に動力を出力可能な電動機を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、変速機のＨｉギヤからＬｏギヤへの切り替え（Ｈｉ−Ｌｏ変速）の際に、バッテリの残容量に基づいてバッテリが許容する許容最大放電電力を求め、この許容最大放電電力からバッテリの出力制限を減じたものとダウンシフトに必要な電力とのうち小さい方をバッテリの出力制限に加えて新たなバッテリの出力制限として設定し、この新たな出力制限を用いて変速処理を実行する。ここで、変速機の入力側の回転数即ち電動機の回転数と、変速機の出力側の回転数即ち駆動軸の回転数との比は、変速機のＨｉギヤの状態とＬｏギヤの状態の変速比にそれぞれ対応した値となる。そして、変速機のＨｉ−Ｌｏ変速を行なうときには、変速前後の変速比の違いから生ずるショックや変速機へのダメージを軽減すべく予め変速機の入力側と出力側とを独立に回転可能にし電動機の回転数をＬｏ状態の変速比に対応した回転数まで高くすることが行なわれる。この特許文献１の装置では、その際電動機から出力されるトルクを、新たに設定したバッテリの出力制限に基づいて導出した制限値によって制限している。こうすることで、ダウンシフトをバッテリの劣化を促進しない範囲でバッテリの最大限の性能をもって行なうことができ、変速機のＨｉ−Ｌｏ変速をスムーズに行なうことができると共にバッテリの劣化を抑制することができるとしている。
特開２００７−９９２４４号公報

ところで、電動機は温度が高くなると劣化するおそれがある。そのため、温度が高いときにはそれ以上の温度上昇を回避すべく、電動機からの動力の出力を制限することが考えられる。しかしながら、電動機からの動力の出力を制限すると、Ｈｉ−Ｌｏ変速時に電動機の回転数をＬｏ状態の変速比に対応した回転数まで高くすることができず、変速機のショックやダメージが発生する場合があった。

本発明の動力出力装置及びその制御方法並びに車両は、電動機からの動力を変速機を介して駆動軸に出力する構成において、その変速機のダウンシフト時に発生するショックや変速機へのダメージを電動機の劣化を抑制しつつ低減することを主目的とする。

本発明の動力出力装置及びその制御方法並びに車両は、上述の主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する動力出力装置であって、
動力を出力可能な電動機と、
前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸と前記電動機の回転軸とに連結され、該駆動軸及び回転軸が係合して回転可能な伝達状態と該駆動軸及び回転軸が互いに独立して回転可能な非伝達状態とに切り替え可能であり、複数の変速段を有する変速手段と、
前記電動機を冷却する冷却手段と、
前記変速手段のダウンシフトの要求があったとき、前記変速手段の変速段を一段下げたあとの前記回転軸の目標回転数を設定すると共に前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定し、前記非伝達状態の下で前記回転軸の回転数を現回転数から前記設定した目標回転数まで上昇させる回転数制御を、前記ダウンシフト時トルク上限を超えない範囲で前記電動機のトルクを操作した後、前記駆動軸と前記回転軸とを前記伝達状態に切り替えることにより実施する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この動力出力装置では、変速手段のダウンシフトの要求があったとき、変速手段の変速段を一段下げたあとの回転軸の目標回転数を設定すると共に冷却手段の冷却能力が高いほど電動機のトルクが大きく許容される傾向に電動機のダウンシフト時トルク上限を設定し、非伝達状態の下で回転軸の回転数を現回転数から設定した目標回転数まで上昇させる回転数制御を、ダウンシフト時トルク上限を超えない範囲で電動機のトルクを操作した後、前記駆動軸と前記回転軸とを前記伝達状態に切り替えることにより実施する。このように、ダウンシフト時トルク上限は冷却手段の冷却能力が高いほど電動機のトルクが大きく許容される傾向に設定されるため、電動機の温度が高くトルクの出力が制限される場合であっても冷却手段の冷却能力を生かして電動機の劣化を抑制した状態でトルクを出力する。このため、ダウンシフト時に電動機の温度が高くても、駆動軸と回転軸とを非伝達状態にして電動機の回転軸の回転数を目標回転数まで上昇させるか該目標回転数に近づけた後、駆動軸と回転数とを伝達状態に切り替えることが可能になる。したがって、電動機からの動力を変速機を介して駆動軸に出力する構成において、その変速機のダウンシフト時に発生するショックや変速機へのダメージを電動機の劣化を抑制しつつ低減することができる。

本発明の動力出力装置において、前記冷却手段は、前記電動機と熱交換可能な冷却媒体を循環させることにより該電動機を冷却する熱交換器であり、前記制御手段は、前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定するにあたり、前記冷却媒体と前記電動機との温度差が大きいほど前記冷却手段の冷却能力が高いとみなして前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定するものとすることもできる。こうすれば、電動機と熱交換可能な冷却媒体を循環させることにより電動機を冷却する場合に、冷却能力の高低を適切に判断することができる。

本発明の動力出力装置において、前記冷却手段は、車両走行風を前記電動機に当てることにより該電動機を冷却する空冷機構であり、前記制御手段は、前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のシフトダウン時トルク上限を設定するにあたり、車速が大きいほど前記冷却手段の冷却能力が高いとみなして前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定するものとすることもできる。こうすれば、車両走行風を当てることにより電動機を冷却する場合に、冷却能力の高低を適切に判断することができる。

本発明の動力出力装置において、前記冷却手段は、前記電動機と熱交換可能な冷却媒体を循環させることにより該電動機を冷却する熱交換器、及び、車両走行風を前記電動機に当てることにより該電動機を冷却する空冷機構であり、前記制御手段は、前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のシフトダウン時トルク上限を設定するにあたり、前記冷却媒体と前記電動機との温度差が大きいほど、また、車速が大きいほど、前記冷却手段の冷却能力が高いとみなして前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定するものとすることもできる。こうすれば、電動機と熱交換可能な冷却媒体を循環させたり車両走行風を当てたりすることにより電動機を冷却する場合に、冷却能力の高低を適切に判断することができる。

本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定するにあたり、前記電動機から所定期間だけ継続してトルクを出力しても該電動機が発熱により劣化しない範囲で前記ダウンシフト時トルク上限を設定するものとすることもできる。こうすれば、電動機を劣化させないより適切なトルクを設定することができる。

本発明の車両は、
前述のいずれかの態様の本発明の動力出量装置、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、動力を出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記駆動軸と前記電動機の回転軸とに連結され、該駆動軸及び回転軸が係合して回転可能な伝達状態と該駆動軸及び回転軸が互いに独立して回転可能な非伝達状態とに切り替え可能であり、複数の変速段を有する変速手段と、前記電動機を冷却する冷却手段と、前記変速手段のダウンシフトの要求があったとき、前記変速手段の変速段を一段下げたあとの前記回転軸の目標回転数を設定すると共に前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定し、前記非伝達状態の下で前記回転軸の回転数を現回転数から前記設定した目標回転数まで上昇させる回転数制御を、前記ダウンシフト時トルク上限を超えない範囲で前記電動機のトルクを操作した後、前記駆動軸と前記回転軸とを前記伝達状態に切り替えることにより実施する制御手段と、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。

この本発明の車両では、上述した各態様のいずれかの本発明の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置が奏する効果と同様の効果、例えば、電動機からの動力を変速機を介して駆動軸に出力する構成において、その変速機のダウンシフト時に発生するショックや変速機へのダメージを電動機の劣化を抑制しつつ低減することができる効果などを奏することができる。

本発明の動力出力装置の制御方法は、
動力を出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記駆動軸と前記電動機の回転軸とに連結され、該駆動軸及び回転軸が係合して回転可能な伝達状態と該駆動軸及び回転軸が互いに独立して回転可能な非伝達状態とに切り替え可能であり、複数の変速段を有する変速手段と、前記電動機を冷却する冷却手段と、を備え前記駆動軸に動力を出力する動力出力装置の制御方法であって、
前記変速手段のダウンシフトの要求があったとき、前記変速手段の変速段を一段下げたあとの前記回転軸の目標回転数を設定すると共に前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定し、
前記非伝達状態の下で前記回転軸の回転数を現回転数から前記設定した目標回転数まで上昇させる回転数制御を、前記ダウンシフト時トルク上限を超えない範囲で前記電動機のトルクを操作した後、前記駆動軸と前記回転軸とを前記伝達状態に切り替えることにより実施する、
ことを要旨とする。

この動力出力装置の制御方法では、変速手段のダウンシフトの要求があったとき、変速手段の変速段を一段下げたあとの回転軸の目標回転数を設定すると共に冷却手段の冷却能力が高いほど電動機のトルクが大きく許容される傾向に電動機のダウンシフト時トルク上限を設定し、非伝達状態の下で回転軸の回転数を現回転数から設定した目標回転数まで上昇させる回転数制御を、ダウンシフト時トルク上限を超えない範囲で電動機のトルクを操作した後、前記駆動軸と前記回転軸とを前記伝達状態に切り替えることにより実施する。このように、ダウンシフト時トルク上限は冷却手段の冷却能力が高いほど電動機のトルクが大きく許容される傾向に設定されるため、電動機の温度が高くトルクの出力が制限される場合であっても冷却手段の冷却能力を生かして電動機の劣化を抑制した状態でトルクを出力する。このため、ダウンシフト時に電動機の温度が高くても、駆動軸と回転軸とを非伝達状態にして電動機の回転軸の回転数を目標回転数まで上昇させるか該目標回転数に近づけた後、駆動軸と回転数とを伝達状態に切り替えることが可能になる。したがって、電動機からの動力を変速機を介して駆動軸に出力する構成において、その変速機のダウンシフト時に発生するショックや変速機へのダメージを電動機の劣化を抑制しつつ低減することができる。なお、本発明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が備える各種構成の作用・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、モータＭＧ１，ＭＧ２と電力のやり取りが可能なバッテリ５０と、駆動輪３９ａ，３９ｂや図示しない従動輪のブレーキを制御するためのブレーキアクチュエータ９２と、モータＭＧ２の冷却を行なうモータ冷却システム５５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（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０とを備える。

エンジン２２は、例えば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には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２６のクランク角を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどが入力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０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ＥＣＵ７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算している。

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及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及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。

モータＭＧ１及びモータ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及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。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。また、モータＭＧ２にはモータＭＧ２のコイル温度を検出するモータ温度センサ４６が取り付けられている。

変速機６０は、モータＭＧ２の回転軸４８及びリングギヤ軸３２ａが係合して回転可能な伝達状態と、互いに独立して回転可能な非伝達状態とに切り替える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及び複数の第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（非伝達状態）、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）。これらＬｏギヤの状態及びＨｉギヤの状態は伝達状態に対応する。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。また、バッテリＥＣＵ５２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）を演算したり、演算した残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。

ブレーキアクチュエータ９２は、ブレーキペダル８５の踏み込みに応じて生じるブレーキマスターシリンダ９０の圧力（ブレーキ圧）と車速Ｖとにより車両に作用させる制動力におけるブレーキの分担分に応じた制動トルクが駆動輪３９ａ，３９ｂや図示しない従動輪に作用するようブレーキホイールシリンダ９６ａ〜９６ｄの油圧を調整したり、ブレーキペダル８５の踏み込みに無関係に、駆動輪３９ａ，３９ｂや従動輪に制動トルクが作用するようブレーキホイールシリンダ９６ａ〜９６ｄの油圧を調整したりすることができるように構成されている。ブレーキアクチュエータ９２は、ブレーキ用電子制御ユニット（以下、ブレーキＥＣＵという）９４により制御されている。ブレーキＥＣＵ９４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ブレーキアクチュエータ９２を駆動制御したり、必要に応じてブレーキアクチュエータ９２の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。

モータ冷却システム５５は、オイル熱交換器５５ａと空冷機構５５ｂとを備えている。オイル熱交換器５５ａは、車両前方に配置されて外気との熱交換により冷却媒体であるオイルを冷却するオイルクーラ５６と、このオイルクーラ５６とモータＭＧ２とにこのモータＭＧ２と熱交換可能なオイルを循環させるオイル循環路５７と、モータＭＧ２からのオイルをオイルクーラ５６側に圧送することによりオイル循環路５７にオイルを循環させるオイルポンプ５８と、オイル温度ｔｏｉｌを検出するオイル温度センサ４５と、オイルクーラ５６に送風するクーリングファン５９を有する。なお、クーリングファン５９は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により回転数が制御される。また、空冷機構５５ｂは、通風口から流入する走行風をモータＭＧ２に当てることによりモータＭＧ２を冷却する機構である。

ハイブリッドＥＣＵ７０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及び通信ポートとを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０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や，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，駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた回転数センサ３２ｂからの駆動軸回転数Ｎｒ，オイル温度センサ４５からのオイル温度ｔｏｉｌ，モータ温度センサ４６からのモータ温度ｔｍ２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ＥＣＵ７０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，クーリングファン５９への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッドＥＣＵ７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２，ブレーキＥＣＵ９４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，ブレーキＥＣＵ９４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及びモータ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及びモータ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、特に変速機６０の変速段を変速す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、変速機６０の変速段を変速する変速要求がないときには、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，回転数センサ３２ｂからの駆動軸回転数Ｎｒ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，充放電要求パワーＰｂ＊，バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ），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、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（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ものとした。充放電要求パワー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。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度ＡｃｃとブレーキペダルポジションＢＰ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３９ａ，３９ｂ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＊を設定すると共に（ステップＳ１１０）、設定した要求トルクＴｒ＊が値０以上であるか否か、即ち加速用の駆動トルクであるか減速用の制動トルクであるかを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度ＡｃｃとブレーキペダルポジションＢＰ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とブレーキペダルポジションＢＰ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４に要求トルク設定用マップの一例を示す。なお、要求トルクＴｒ＊が加速用の駆動トルクであるか減速用の制動トルクであるかを判定するのは、減速用の制動トルクを出力するときにはエンジン２２からの動力は不要となるからである。

要求トルクＴｒ＊が加速用の駆動トルクであるときには、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものと充放電要求パワーＰｂ＊（ただし放電要求側を正とする）とロスＬｏｓｓとを総和としてエンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊を設定し（ステップＳ１３０）、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Ｓ１４０）。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＊とに基づいて行なわれる。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。

一方、要求トルクＴｒ＊が減速用の制動トルクであるときには、エンジン２２の燃料カットを指示すると共に（ステップＳ１５０）、車速Ｖに基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ１６０）。ここで、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊については、実施例では、車速Ｖに応じたいわゆるエンジンブレーキが作用するよう車速Ｖが大きいほど大きな回転数を設定するものとしたが、アイドリング回転数などを設定するものとしてもよい。

こうして、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、エンジン２２が設定した目標回転数Ｎｅ＊で回転するよう次式（１）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算して設定すると共に設定したトルク指令Ｔｍ１＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１７０）。ここで、式（１）は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊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（１）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。なお、トルク指令Ｔｍ１＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Ne*−Ne)＋k2∫(Ne*−Ne)dt (1)

続いて、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，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Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（２）及び式（３）により計算すると共に（ステップＳ１８０）、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（４）により計算し（ステップＳ１９０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ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＊に設定すると共に設定したトルク指令Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ２００）。トルク指令Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。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。要求トルクＴｒ＊が加速用の駆動トルクであるときの動力分配統合機構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６に示し、要求トルクＴｒ＊が減速用の制動トルクであるときの動力分配統合機構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７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に変速機６０のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。図６におけるＲ軸上の２つの太線矢印は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊及び目標トルク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＊が変速機６０を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示し、図７におけるＲ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１によりエンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊でモータリングする際にリングギヤ軸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＊が変速機６０を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。なお、式（４）は、こうした図６または図７の共線図から容易に導き出すことができる。

Tmin＝(Win−Tm1*・Nm1)/Nm2 (2)
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr (4)

続いて、変速機６０の変速要求がなされているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。変速機６０の変速要求は、車速Ｖと車両に要求される要求トルクＴｒ＊とに基づいて、所定のタイミングで、変速機６０をＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に変更するＬｏ−Ｈｉ変速の要求や変速機６０をＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態に変更するＨｉ−Ｌｏ変速の要求が行なわれる。変速機６０の変速段を変更するための変速マップの一例を図８に示す。図８の例では、変速機６０がＬｏギヤの状態で車速ＶがＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉを超えて大きくなってから変速機６０のＬｏ−Ｈｉ変速が完了するまで変速機６０のＬｏ−Ｈｉ変速の要求がなされ、変速機６０がＨｉギヤの状態で車速ＶがＨｉ−Ｌｏ変速線Ｖｌｏを超えて小さくなってから変速機６０のＨｉ−Ｌｏ変速が完了するまで変速機６０のＨｉ−Ｌｏ変速の要求がなされる。こうした変速要求がないときには、これで駆動制御ルーチンを終了する。

一方、変速要求があるときには、変速要求が変速機６０の変速段のダウンシフトであるか否か（つまり、Ｈｉ−Ｌｏ変速であるか否か）を判定し（ステップＳ２２０）、ダウンシフトであるときにはＨｉ−Ｌｏ変速処理を実行して（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。

ここで、Ｈｉ−Ｌｏ変速処理ついて説明する。図９はＨｉ−Ｌｏ変速処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンを開始するとＣＰＵ７２は、まず、以下のようなＨｉ−Ｌｏ前処理を実行する（ステップＳ３００）。即ち、モータＭＧ１での消費電力（モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と回転数Ｎｍ１との積）がバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ以下のときには、モータＭＧ２を駆動することにより車両に作用させている制動力をブレーキトルクに置き換える。一方、モータＭＧ１での消費電力がバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを超えているときには、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊でトルク出力を行なわずに運転する自立運転を開始すると共に、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定してモータＥＣＵ４０に送信し、要求トルクＴｒ＊により車両に作用する制動力のすべてをブレーキトルクに置き換えるための置き換えトルクＴｃｈを設定する。そして、モータＭＧ２を駆動することにより車両に作用させている制動力やエンジン２２をモータリングすることにより車両に作用させている制動力をブレーキホイールシリンダ９６ａ〜９６ｄにより駆動輪３９ａ，３９ｂや従動輪に作用させる制動力に置き換えるトルク置き換え処理を実行する。このトルクの置き換え処理は、ブレーキホイールシリンダ９６ａ〜９６ｄにより駆動輪３９ａ，３９ｂや従動輪に作用させる制動トルクが置き換えトルクＴｃｈに至るまでレート処理などを用いて行なわれるが、この処理は本発明の中核をなさないため、これ以上の詳細な説明は省略する。

続いて、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と変速機６０のＬｏギヤの状態のときのギヤ比ＧｌｏとＨｉギヤの状態のときのギヤ比Ｇｈｉとを用いて変速して変速機６０をＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態としたときのモータＭＧ２の回転数としての目標回転数Ｎｍ２＊を次式（５）により計算する（ステップＳ３１０）。そして、変速機６０の図示しない油圧駆動のアクチュエータに対する油圧シーケンスを開始してブレーキＢ１をオフとする（ステップＳ３２０）。これにより、ブレーキＢ１，Ｂ２が共にオフになるため、モータＭＧ２の回転軸と駆動軸であるリングギヤ軸３２ａとは非伝達状態となる。変速機６０をＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態に変速するときの油圧シーケンスの一例を図１０に示す。図中、ブレーキＢ２の油圧指令がシーケンスの開始直後に大きいのは、ブレーキＢ２に係合力が作用するまでにシリンダにオイルを詰め込むためのファストフィルである。なお、この図は、モータＭＧ２の回転数が目標回転数Ｎｍ２＊に到達する場合の図である。

Nm2*=Nm2・Glo/Ghi (5)

こうしてモータＭＧ２の変速後の回転数である目標回転数Ｎｍ２＊を設定しブレーキＢ１をオフにしたあと、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２やモータ温度ｔｍ２，車速Ｖ，オイル温度ｔｏｉｌを入力する（ステップＳ３３０）。そして、モータＭＧ２が目標回転数Ｎｍ２＊で回転するようモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを次式（６）により計算する（ステップＳ３４０）。続いて、モータ冷却システム５５の冷却能力によりモータＭＧ２から出力してもよい上限トルクとしての冷却能力トルク制限Ｔｆｍａｘを設定する（ステップＳ３５０）。冷却能力トルク制限Ｔｆｍａｘは、予めＲＯＭ７４に記憶した冷却能力トルク制限設定用マップを用いて行なうものとする。図１１に冷却能力トルク制限設定用マップの一例を示す。この図において、各トルクの値Ｔ１〜Ｔ９の大小関係は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５＜Ｔ６＜Ｔ７＜Ｔ８＜Ｔ９である。図示するように、車速Ｖが高いほど、また、モータ温度ｔｍ２とオイル温度ｔｏｉｌの偏差が大きいほど冷却能力が高いとみなし、大きなトルクが設定される。ここでは、このトルクの値は、ダウンシフトに要する時間として許容される時間（実施例では２秒とする）の間、継続して出力してもモータＭＧ２にダメージを与えない範囲のトルクがマップの値として設定されている。続いて、現在のモータ温度によりモータＭＧ２から出力してもよい上限トルクとしてのモータ温度トルク制限Ｔｔｍａｘを設定する（ステップＳ３６０）。ここでは、モータＭＧ２の温度ｔｍ２に対して値が１〜０に変化するトルクリミット係数ｋｔｍｌｉｍを車速ＶのときのモータＭＧ２の定格最大トルクに乗じて得られる値と定格最大トルクとの偏差を車速ＶのときにモータＭＧ２から出力可能な定格最大トルクから減じた値として設定するものとした。モータＭＧ２の温度ｔｍ２とトルクリミット係数ｋｔｍｌｉｍの関係の一例を図１２に示す。続いて、冷却能力トルク制限Ｔｆｍａｘとモータ温度トルク制限Ｔｔｍａｘのうちの大きい方をダウンシフト時トルク上限Ｔｄｍａｘとして設定する（ステップＳ３７０）。そして、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとダウンシフト時トルク上限Ｔｄｍａｘの小さい方の値をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定してモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ３８０）。このように、モータ温度ｔｍ２が高くモータ温度トルク制限Ｔｔｍａｘが比較的小さな値に設定された場合であっても、その値よりも冷却能力トルク制限Ｔｆｍａｘの方が大きければ、その冷却能力トルク制限Ｔｆｍａｘをダウンシフト時トルク上限Ｔｄｍａｘとして採用し、モータ温度トルク制限Ｔｔｍａｘよりも大きなトルクを出力可能としている。ここで、式（６）は、モータＭＧ２を目標回転数Ｎｍ２＊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（１２）中、右辺第１項の「ｋ３」は比例項のゲインであり、右辺第２項の「ｋ４」は積分項のゲインである。

Tm2tmp＝k3(Nm2*−Nm2)＋k4∫(Nm2*−Nm2)dt (6)

続いて、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が目標回転数Ｎｍ２＊に達したか否かを判定する（ステップＳ３９０）。ここで、回転数Ｎｍ２が目標回転数Ｎｍ２＊に達したとは、検出誤差等を考慮して回転数Ｎｍ２が目標回転数Ｎｍ２＊に達したとみなせる場合も含むものとする。回転数Ｎｍ２が目標回転数Ｎｍ２＊に達していない場合は、今回入力したモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と前回のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の偏差が所定の回転数偏差Ｎｍｒｅｆ（例えばゼロ）未満となったか否かを判定する（ステップＳ４００）。つまり、それ以上モータＭＧ２からのトルクの出力を継続してもモータＭＧ２の回転数が上昇しないとみなせるか否かを判定する。今回入力したモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と前回のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の偏差が所定の回転数偏差Ｎｍｒｅｆ以上の場合には、ステップＳ３８０の処理で最初にモータトルク指令Ｔｍ２＊を送信したときから所定時間Ｔｒｅｆが経過したか否かを判定する（ステップＳ４１０）。所定時間Ｔｒｅｆは、ダウンシフトに要する時間として許容される範囲の値（実施例では２秒とする）に設定される。ここで、既述した冷却能力トルク制限設定用マップのトルクの値は、この所定時間Ｔｒｅｆとして設定された時間の間、継続してトルクを出力した場合を想定して設定される。所定時間Ｔｒｅｆが経過していないときには、モータＭＧ２の回転数制御を継続すべく、ステップＳ３３０以降の処理を実行する。ステップＳ４１０で所定時間Ｔｒｅｆが経過したとき、ステップＳ４００で今回入力したモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と前回のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の偏差が所定の回転数偏差Ｎｍｒｅｆ未満のとき、又は、ステップＳ３９０でモータＭＧ２の回転軸４８の回転数Ｎｍ２が目標回転数Ｎｍ２＊に達したときには、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に値０を設定してモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ４２０）、ブレーキＢ２をオンとして油圧シーケンスを終了し（ステップＳ４３０）、変速機６０のギヤ比ＧｒにＬｏギヤの状態のギヤ比Ｇｌｏを設定する（ステップＳ４４０）。そして、Ｈｉ−Ｌｏ後処理を実行する（ステップＳ４５０）。即ち、ブレーキホイールシリンダ９６ａ〜９６ｄにより駆動輪３９ａ，３９ｂや従動輪に作用させている制動トルクをモータＭＧ２を駆動することにより車両に作用させる制動力やエンジン２２をモータＭＧ１でモータリングすることにより車両に作用させる制動力に戻す制動トルクの戻し処理を行なう。このＨｉ−Ｌｏ後処理を実行したあと、本ルーチンを終了する。なお、制動トルクの戻し処理は、ブレーキホイールシリンダ９６ａ〜９６ｄにより駆動輪３９ａ，３９ｂや従動輪に作用させている制動トルクが値０に至るまでレート処理などを用いて行なわれるが、この処理は本発明の中核をなさないため、これ以上の詳細な説明は省略する。

ここで、Ｌｏ−Ｈｉ変速およびＨｉ−Ｌｏ変速の際の変速機６０の共線図の一例を図１３に示す。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、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。また、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。そして、モータＭＧ２は、リングギヤ軸３２ａの同じ回転数に対して、Ｌｏギヤの状態の方がＬｉギヤの状態よりも高い回転数となっている。Ｈｉギヤ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、リングギヤ軸３２ａの回転から独立して回転可能な状態（非伝達状態）となる。その状態で、モータＭＧ２にトルク指令を与えて回転数を高くする。そして、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２がＬｏギヤの状態の回転数Ｎｍ２＊になったか、又は、今回入力したモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と前回のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の偏差が所定の回転数偏差Ｎｍｒｅｆ未満となったか、又は、所定時間Ｔｒｅｆが経過したときにブレーキＢ１を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。このとき、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２がＬｏギヤの状態の回転数Ｎｍ２＊になっていた場合は、ショックの発生や変速機のダメージなどは最小限となる。一方、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２がＬｏギヤの状態の回転数Ｎｍ２＊になっていなかった場合は、ショックや変速機へのダメージが発生するが、このときのショックや変速機へのダメージはモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２がＬｏギヤの状態の回転数Ｎｍ２＊に近づくほど少なくて済む。実施例では、このときにモータＭＧ２に送信するトルク指令Ｔｍ２＊を単にモータＭＧ２の温度ｔｍ２によるモータ温度トルク制限Ｔｔｍａｘによって制限した値とするのではなく、モータ冷却システム５５の冷却能力による冷却能力トルク制限Ｔｆｍａｘをも考慮して設定する。よって、モータ冷却システム５５の冷却能力が高ければ、モータ温度トルク制限Ｔｔｍａｘよりも高いトルク指令Ｔｍ２＊を設定する場合もある。このため、より大きなトルクを発生させモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２をＬｏギヤの状態の回転数Ｎｍ２＊により近づけることが可能となっている。

さて、図３の駆動制御ルーチンに戻り、ステップＳ２２０で、変速要求が変速機６０の変速段のダウンシフトでないとき（つまり、Ｌｏ−Ｈｉ変速であるとき）にはＬｏ−Ｈｉ変速処理を実行する（ステップＳ２４０）。即ち、まず、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を、モータＭＧ２からトルクを出力しながらＬｏ−Ｈｉ変速する際にトルクショックが生じないトルク範囲の上限値であり変速機６０やモータＭＧ２の性能などにより設定される変速上限トルクＴｍ２ｓｅｔで制限する。そして、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）を用いて変速後のモータＭＧ２の目標回転数Ｎｍ２＊を計算する。続いて、変速機６０の図示しない油圧駆動のアクチュエータに対する油圧シーケンスを開始してブレーキＢ２をオフとすると共に、ブレーキＢ１をフリクション係合させ、変速に伴ってリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクの落ち込みを是正するためにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を調整する。そして、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が変速後の回転数Ｎｍ２＊近傍に至るのを待って、ブレーキＢ１を完全にオンとして油圧シーケンスを終了し、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を設定する。そして、Ｌｏ−Ｈｉ変速処理を実行したあと、本ルーチンを終了する。

Nm2*＝Nm2・Ghi/Glo (7)

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、ダウンシフト時トルク上限Ｔｄｍａｘはモータ冷却システム５５の冷却能力が高いほど即ち車速Ｖが大きくモータ温度ｔｍ２とオイル温度ｔｏｉｌの差が大きいほどモータＭＧ２のトルクが大きく許容される傾向に設定されるため、モータＭＧ２の温度が高くモータＭＧ２のトルクが温度トルク制限Ｔｔｍａｘによって制限される場合であっても、冷却能力トルク制限Ｔｆｍａｘが温度トルク制限Ｔｔｍａｘよりも大きければ、この冷却能力トルク制限Ｔｆｍａｘで制限した大きさのトルクを出力する。つまり、モータ冷却システム５５の冷却能力を生かしてモータＭＧ２の劣化を抑制した状態でトルクを出力する。このため、Ｈｉ−Ｌｏ変速時にモータＭＧ２の温度が高くても、リングギヤ軸３２ａと回転軸４８とを非伝達状態にしてモータＭＧ２の回転軸４８の回転数Ｎｍ２を目標回転数Ｎｍ２＊まで上昇させるか目標回転数Ｎｍ２＊に近づけた後、リングギヤ軸３２ａと回転軸４８とを伝達状態に切り替えることが可能になる。したがって、モータＭＧ２からのトルクを変速機６０を介して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する構成において、その変速機６０のＨｉ−Ｌｏ変速時に発生するショックや変速機６０へのダメージをモータＭＧ２の劣化を抑制しつつ低減することができる。また、モータＭＧ２と熱交換可能なオイルを循環させたり車両走行風を当てたりすることによりモータＭＧ２を冷却する場合に、冷却能力の高低を適切に判断することができる。

また、冷却能力トルク制限Ｔｆｍａｘの設定に用いる冷却能力トルク制限設定用マップは、Ｈｉ−Ｌｏ変速に要する時間として許容される時間（例えば２秒）の間、継続して出力してもモータＭＧ２にダメージを与えない範囲のトルクがマップの値として設定されているから、電動機を劣化させないより適切なトルクを設定することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、Ｈｉ−Ｌｏ変速に要する時間として許容される時間（例えば２秒）の間、継続して出力してもモータＭＧ２にダメージを与えない範囲のトルクがマップの値として設定された図１１に示した冷却能力トルク制限設定用マップを用い、Ｈｉ−Ｌｏ変速に要する時間として許容される時間（例えば２秒）を経過したときには、モータＭＧ２の回転数制御を終了するものとしたが、以下のようにしてもよい。即ち、まず、モータ温度ｔｍ２とオイル温度ｔｏｉｌの差が大きいほど、また、車速Ｖが大きいほど（つまり、冷却能力が大きいほど）、より長い時間となるように回転数制御時間を設定する。そして、この回転数制御時間の間継続して出力してもモータＭＧ２にダメージを与えない範囲で、冷却能力が大きいほど大きなトルクが設定される冷却能力トルク制限設定用マップを用い、回転数制御時間が経過したときにはモータＭＧ２の回転数制御を終了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、モータ冷却システム５５は、既述したオイル熱交換器５５ａと空冷機構５５ｂとにより構成されるものとしたが、どちらか一方のみにより構成されるものとしてもよいし、例えば、冷却媒体として液体の水を用いる冷却装置など、既述したオイル熱交換器５５ａや空冷機構５５ｂ以外の冷却装置により構成され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、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、ハイブリッドＥＣＵ７０とモータＥＣＵ４０とを備えるものとしたが、単一の電子制御ユニットを備えるもの、即ち、実施例のハイブリッドＥＣＵ７０の機能とモータＥＣＵ４０の機能とを兼ね備えた単一の電子制御ユニットを備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、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１４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１４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。

実施例では、ハイブリッド自動車２０を主としてエンジン２２とエンジンＥＣＵ２４と動力分配統合機構３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とインバータ４１，４２とバッテリ５０とハイブリッドＥＣＵ７０とによって構成したシリーズ−パラレルハイブリッド自動車としたが、モータからの動力を変速機を介して駆動軸に出力する構成を有するものであれば、こうした構成以外のもの、例えばシリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車など如何なる構成のハイブリッド自動車としてもよい。

上述した実施例では、エンジン２２と動力分配統合機構３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とバッテリ５０とハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０の形態として説明したが、動力出力装置は自動車に搭載されるものに限定されず、自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載してもよい。また、動力出力装置の形態や動力出力装置の制御方法の形態としても構わない。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、リングギヤ軸３２ａが「駆動軸」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、バッテリ５２が「蓄電手段」に相当し、モータ冷却システム５５が「冷却手段」に相当し、図３に示す駆動制御ルーチン及び図９に示すＨｉ−Ｌｏ変速処理ルーチンを実行するハイブリッドＥＣＵ７０が「制御手段」に相当する。また、オイルクーラ５６とオイル循環路５７とオイルポンプ５８とクーリングファン５９とを有するオイル熱交換器５５ａが「熱交換器」に相当し、空冷機構５５ｂが「空冷機構」に相当する。ここで、「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機としても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ５０に限定されるものではなく、キャパシタなど、電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「冷却手段」としては、電動機を冷却するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、図３の駆動制御ルーチンを実行するハイブリッドＥＣＵ７０に限定されるものではなく、変速手段のダウンシフトの要求があったとき、変速手段の変速段を一段下げたあとの回転軸の目標回転数を設定すると共に冷却手段の冷却能力が高いほど電動機のトルクが大きく許容される傾向に電動機のダウンシフト時トルク上限を設定し、非伝達状態の下で回転軸の回転数を現回転数から設定した目標回転数まで上昇させる回転数制御をダウンシフト時トルク上限を超えない範囲で電動機のトルクを操作した後、駆動軸と回転軸とを伝達状態に切り替えることにより実施するものであれば如何なるものとしても構わない。「熱交換器」としては、既述したオイル熱交換器５５ａに限定されるものではなく、冷却媒体として液体の水を用いるものなど、電動機と熱交換可能な冷却媒体を循環させることにより電動機を冷却するものであれば如何なるものとしても構わない。「空冷機構」としては、空冷機構５５ｂに限定されるものではなく、車両走行風を電動機に当てることにより電動機を冷却するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

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、動力出力装置や車両の製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例としての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構成図である。 ハイブリッドＥＣＵ７０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。 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示す説明図である。 要求トルクＴｒ＊が加速用の駆動トルクであるときの動力分配統合機構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である。 要求トルクＴｒ＊が減速用の制動トルクであるときの動力分配統合機構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である。 変速マップの一例を示す説明図である。 ハイブリッドＥＣＵ７０により実行されるＨｉ−Ｌｏ変速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をＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態に変速するときの油圧シーケンスの一例を示す説明図である。 冷却能力トルク制限設定用マップの一例を示す説明図である。 モータＭＧ２の温度ｔｍ２とトルクリミット係数ｋｔｍｌｉｍの関係の一例を示す説明図である。 Ｌｏ−Ｈｉ変速およびＨｉ−Ｌｏ変速の際の変速機６０の共線図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。

符号の説明

２０，１２０ 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、３２ｂ 回転数センサ、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 駆動輪、３９ｃ，３９ｄ 車輪、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、４５ オイル温度センサ，４６ モータ温度センサ、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 モータ冷却システム、５５ａ オイル熱交換器、５５ｂ 空冷機構、５６ オイルクーラ、５７ オイル循環路、５８ オイルポンプ、５９ クーリングファン、６０ 変速機、６０ａ 遊星歯車機構、６０ｂ 遊星歯車機構、６１ サンギヤ、６２ リングギヤ、６３ａ 第１ピニオンギヤ、６３ｂ 第２ピニオンギヤ、６４ キャリア、６５ サンギヤ、６６ リングギヤ、６７ ピニオンギヤ、６８ キャリア、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、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、９０ ブレーキマスターシリンダ、９２ ブレーキアクチュエータ、９４ ブレーキ用電子制御ユニット（ブレーキＥＣＵ）、９６ａ〜９６ｄ ブレーキホイールシリンダ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (7)

1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
   動力を出力可能な電動機と、
   前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
   前記駆動軸と前記電動機の回転軸とに連結され、該駆動軸及び回転軸が係合して回転可能な伝達状態と該駆動軸及び回転軸が互いに独立して回転可能な非伝達状態とに切り替え可能であり、複数の変速段を有する変速手段と、
   前記電動機を冷却する冷却手段と、
   前記変速手段のダウンシフトの要求があったとき、前記変速手段の変速段を一段下げたあとの前記回転軸の目標回転数を設定すると共に前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定し、前記非伝達状態の下で前記回転軸の回転数を現回転数から前記設定した目標回転数まで上昇させる回転数制御を、前記ダウンシフト時トルク上限を超えない範囲で前記電動機のトルクを操作した後、前記駆動軸と前記回転軸とを前記伝達状態に切り替えることにより実施する制御手段と、
   を備える動力出力装置。
2. 前記冷却手段は、前記電動機と熱交換可能な冷却媒体を循環させることにより該電動機を冷却する熱交換器であり、
   前記制御手段は、前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定するにあたり、前記冷却媒体と前記電動機との温度差が大きいほど前記冷却手段の冷却能力が高いとみなして前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定する、
   請求項１に記載の動力出力装置。
3. 車両に搭載された請求項１に記載の動力出力装置であって、
   前記冷却手段は、車両走行風を前記電動機に当てることにより該電動機を冷却する空冷機構であり、
   前記制御手段は、前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のシフトダウン時トルク上限を設定するにあたり、車速が大きいほど前記冷却手段の冷却能力が高いとみなして前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定する、
   動力出力装置。
4. 車両に搭載された請求項１に記載の動力出力装置であって、
   前記冷却手段は、前記電動機と熱交換可能な冷却媒体を循環させることにより該電動機を冷却する熱交換器、及び、車両走行風を前記電動機に当てることにより該電動機を冷却する空冷機構であり、
   前記制御手段は、前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のシフトダウン時トルク上限を設定するにあたり、前記冷却媒体と前記電動機との温度差が大きいほど、また、車速が大きいほど、前記冷却手段の冷却能力が高いとみなして前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定する、
   動力出力装置。
5. 前記制御手段は、前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定するにあたり、前記電動機から所定期間だけ継続してトルクを出力しても該電動機が発熱により劣化しない範囲で前記ダウンシフト時トルク上限を設定する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の動力出力装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項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。
7. 動力を出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記駆動軸と前記電動機の回転軸とに連結され、該駆動軸及び回転軸が係合して回転可能な伝達状態と該駆動軸及び回転軸が互いに独立して回転可能な非伝達状態とに切り替え可能であり、複数の変速段を有する変速手段と、前記電動機を冷却する冷却手段と、を備え前記駆動軸に動力を出力する動力出力装置の制御方法であって、
   前記変速手段のダウンシフトの要求があったとき、前記変速手段の変速段を一段下げたあとの前記回転軸の目標回転数を設定すると共に前記冷却手段の冷却能力が高いほど前記電動機のトルクが大きく許容される傾向に前記電動機のダウンシフト時トルク上限を設定し、
   前記非伝達状態の下で前記回転軸の回転数を現回転数から前記設定した目標回転数まで上昇させる回転数制御を、前記ダウンシフト時トルク上限を超えない範囲で前記電動機のトルクを操作した後、前記駆動軸と前記回転軸とを前記伝達状態に切り替えることにより実施する、
   動力出力装置の制御方法。

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