JP2017019394A - 動力伝達装置の制御装置 - Google Patents

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亨 松原
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康博 日浅
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恵太 今井
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Abstract

【課題】充電が制限されている状態でエンジンを駆動して、必要十分な駆動力を得ることのできる動力伝達装置の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン２０が出力した動力を差動機構２２によって駆動輪３１側と発電機２３側とに分割するとともに、発電機２３で発生した電力によって電動機を駆動して電動機３２のトルクを駆動輪３１に向けて出力し、かつ発電機２３で発生した電力の少なくとも一部を蓄電装置４１に充電可能な動力伝達装置の制御装置において、電動機３２は、差動機構２２を介してエンジン２０の動力を駆動輪３１に伝達する伝動経路Ｌから外れた位置に配置され、電動機３２と伝動経路Ｌとの間に、流体継手３３が配置され、発電機２３で発電した電力を蓄電装置４１に充電することが制限されている場合に、流体継手３３を差動させつつ電動機３２を駆動することにより損失を生じさせる。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンと発電機および電動機とを備えている動力伝達装置の制御装置に関するものである。
特許文献１には、ハイブリッド駆動装置と４速自動変速機とを備えたハイブリッド車用のパワートレーンが記載されている。そのハイブリッド駆動装置は、エンジンと発電機とを差動機構に連結し、電動機によってエンジン回転数を制御するとともにエンジントルクを増幅して差動機構から出力し、また発電機で発電した電力によって電動機を駆動して電動機の出力トルクを差動機構から出力するトルクに加えるように構成されている。その発電機と電動機とは蓄電装置に電気的に接続されており、発電機で発電した電力量が電動機で消費する電力量より多い場合には、余剰の電力を蓄電装置に充電するように構成されている。また、特許文献１に記載された装置では、電動機の出力側に設けてあるクラッチをスリップさせて、余剰のエネルギーを消費することとしている。
特開２０１４−１１３８９５号公報
クラッチをスリップさせることにより余剰エネルギーを消費すれば、その消費エネルギー分、発電機での発電量の制約が少なくなるので、エンジンの出力の抑制が緩和されてトルクの低下を発電機によって補償することができる。しかしながら、特許文献１に記載されているようにクラッチの摩擦によってエネルギーを消費する場合、そのエネルギーが熱となるので、クラッチの温度が高くなってその耐久性が低下する可能性がある。また、クラッチの耐久性の維持のために、発電機による発電量を制限するとすれば、エンジンの出力の制限に加えて発電機によるトルクを制限することになるので、車両を走行させるための駆動トルクが不足する可能性がある。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、充電が制限されている場合であっても、動力伝達装置の耐久性の低下などの不都合を招来することなく駆動トルクを好適に制御することのできる制御装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンが出力した動力を差動機構によって駆動輪側と発電機側とに分割するとともに、前記発電機で発生した電力によって電動機を駆動して前記電動機のトルクを前記駆動輪に向けて出力し、かつ前記発電機で発生した電力の少なくとも一部を蓄電装置に充電可能な動力伝達装置の制御装置において、前記電動機は、前記差動機構を介して前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達する伝動経路から外れた位置に配置され、前記電動機と前記伝動経路との間に、流体継手が配置され、前記発電機で発電した電力を前記蓄電装置に充電することが制限されている場合に、前記流体継手を差動させつつ前記電力で前記電動機を駆動することにより動力損失を生じさせるように構成されていることを特徴とするものである。
なお、「発電した電力を前記蓄電装置に充電することが制限されている場合」には、蓄電装置に既に充電されている電力が多いことにより充電電力可能値が予め定めた所定値未満であるために充電が制限されている場合や、充電電力可能値が大きいとしても、要求駆動力を満たすべく発電機を制御するとした際の発電電力が充電電力可能値を超えてしまう場合などが含まれる。
この発明は、前記エンジンが出力したパワーのうち前記蓄電装置に充電できないパワーと前記流体継手が差動することにより消費されるパワーとが等しくなるように前記電動機のトルクを制御するように構成されていてよい。
また、この発明は、前記エンジンが所定のパワーを出力している場合に、前記伝動経路を介して前記駆動輪に伝達されるトルクと、前記流体継手を介して前記伝動経路に伝達されるトルクとの和が最大となるように前記電動機のトルクを制御するように構成されていてよい。
この発明は、前記伝動経路は、少なくとも三つの回転要素によって差動作用を行う動力分割機構を含み、前記回転要素のうち、第１回転要素に前記エンジンのトルクが入力され、第２回転要素に前記発電機が連結され、第３回転要素が出力要素とされ、前記第３回転要素から前記駆動輪に伝達されるトルクに前記電動機から前記流体継手を介してトルクが付加されるように構成されていてよい。
この発明によれば、エンジンを駆動している状態で発電機で発生した電力を蓄電装置に充電することが制限されている場合、電動機の回転数を増大させて流体継手によって動力を消費するから、発電機での発電や発電機による反力トルクの制限が緩和される。そのため、差動機構を介して出力するエンジントルクが十分に大きくなる。
その場合、蓄電装置によって充電できない余剰のパワーと損失パワーとが等しくなるように電動機のトルクを制御することにより、過度にパワーを消費することを抑制することができる。
また、エンジンが所定のパワーを出力している状態において駆動輪に伝達されるエンジントルクと、流体継手を介して駆動輪に伝達される電動機のトルクとの和が最大となるように、流体継手の差動量や電動機の出力トルクとが制御されるので、走行のための駆動トルクを十分に確保することができる。
この発明に係る制御装置の制御対象である動力伝達装置（ハイブリッド車）におけるギヤトレーンの一例を示す模式図である。 そのハイブリッド車の制御系統を説明するためのブロック図である。 そのハイブリッド車の各走行モードでの第１クラッチ、第２クラッチ、ブレーキの係合および解放の状態、ならびに各モータ・ジェネレータの機能をまとめて示す図表である。 ハイブリッドモードでの動作状態を示す共線図である。 この発明に係る制御装置によって実行されている制御の一例を説明するためのフローチャートである。 パワーおよびトルクの釣り合いの関係を示す線図である。 この発明の実施例の制御装置で実行される演算を説明するためのモデルを示す図である。 エンジンと第２モータ・ジェネレータとの目標トルクを求める制御の一例を説明するためのフローチャートである。 第２モータ・ジェネレータのトルクと、エンジンパワーおよび直達トルクとの関係を示す図である。 ハイブリッドモードでの発進に備えて停車している時にこの発明に係る制御装置が制御を行った場合の第２モータ・ジェネレータの回転数やロックアップクラッチの油圧などの変化を示すタイムチャートである。
図１はこの発明の制御装置によって制御するハイブリッド車における動力伝達装置のギヤトレーンの一例を示しており、エンジン（ＥＮＧ）２０と同一の軸線上に、エンジン２０側から順に、オーバードライブ機構２１、動力分割機構２２、第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２３が配置されている。エンジン２０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関である。オーバードライブ機構２１は、出力回転数をエンジン回転数より増大させるための機構であって、図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。したがってオーバードライブ機構２１は、サンギヤＳ21と、サンギヤＳ21に対して同心円上に配置されたリングギヤＲ21と、サンギヤＳ21およびリングギヤＲ21に噛み合っているピニオンギヤを自転可能および公転可能に保持しているキャリヤＣ21とを備えている。そのキャリヤＣ21にエンジン２０から動力が伝達される入力軸２４が連結されている。また、サンギヤＳ21とキャリヤＣ21とを選択的に連結する第１クラッチＣ1 と、サンギヤＳ21を選択的に固定するブレーキＢ1 とが設けられている。したがって、クラッチＣ1 を係合させることによりオーバードライブ機構２１の全体が一体となって回転するいわゆる直結段（ロー）となり、オーバードライブ機構２１での変速比は「１」になる。これに対してブレーキＢ1 を係合させてサンギヤＳ21の回転を止めれば、キャリヤＣ21よりもリングギヤＲ21の回転数が高回転数になり、変速比が「１」より小さいいわゆるオーバードライブ段（ハイ）となる。また、第１クラッチＣ1 およびブレーキＢ1 を共に係合させれば、オーバードライブ機構２１の全体が固定され、エンジン２０の回転も止められる。さらに、第１クラッチＣ1 およびブレーキＢ1 を共に解放させれば、サンギヤＳ21が自由回転状態になるので、オーバードライブ機構２１はトルク伝達を行わない。
上記のリングギヤＲ21は出力要素であって、動力分割機構２２に動力を伝達するようになっている。動力分割機構２２は図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成され、この発明の実施例における差動機構に相当している。したがって動力分割機構２２は、サンギヤＳ22と、サンギヤＳ22に対して同心円上に配置されたリングギヤＲ22と、サンギヤＳ22およびリングギヤＲ22に噛み合っているピニオンギヤを自転可能および公転可能に保持しているキャリヤＣ22との三つの回転要素を備えている。そのキャリヤＣ22にオーバードライブ機構２１におけるリングギヤＲ21が連結されている。動力分割機構２２における出力要素はリングギヤＲ22であって、リングギヤＲ22に出力ギヤ２５が連結されている。サンギヤＳ22に第１モータ・ジェネレータ２３が連結されていて、サンギヤＳ22が反力要素となっている。第１モータ・ジェネレータ２３がこの発明の実施例における発電機に相当している。
サンギヤＳ22はサンギヤ軸に一体化されており、そのサンギヤ軸の内部を入力軸２４が回転可能に貫通している。そして、入力軸２４とサンギヤＳ22とを選択的に連結する第２クラッチＣＳが設けられている。この第２クラッチＣＳは、後述するように、シリーズモードを設定するためのクラッチである。
入力軸２４と平行にカウンタ軸２６が配置され、このカウンタ軸２６にドリブンギヤ２７とドライブギヤ２８とが一体回転するように設けられている。そのドリブンギヤ２７に前述した出力ギヤ２５が噛み合っている。また、ドライブギヤ２８には、終減速機であるデファレンシャルギヤ２９におけるリングギヤ３０が噛み合っている。駆動力はデファレンシャルギヤ２９から左右の駆動輪３１に伝達される。これらのドリブンギヤ２７およびドライブギヤ２８からなるギヤ列は、減速機構を構成している。上記の出力ギヤ２５からカウンタ軸２６およびデファレンシャルギヤ２９を介して駆動輪３１に動力を伝達する経路Ｌが、この発明の実施例における伝動経路に相当している。なお、図１には、作図の都合上、ドライブギヤ２８およびデファレンシャルギヤ２９を図１での右側に位置を変えて記載してある。
この発明の実施例における電動機に相当する第２モータ・ジェネレータ３２が、入力軸２４およびカウンタ軸２６と平行に配置されている。さらに、第２モータ・ジェネレータ３２と同一軸線上に流体継手３３が配置されている。この流体継手３３はロックアップクラッチＣＬを備えている。したがって、第２モータ・ジェネレータ３２と流体継手３３とは、前述した伝動経路を外れた位置に設けられている。流体継手３３は駆動側部材であるポンプインペラ３５と、従動側部材であるタービンランナ３６とを対向させて配置し、ポンプインペラ３５によって生起させたフルード（あるいはオイル）の螺旋流をタービンランナ３６に供給することにより、ポンプインペラ３５とタービンランナ３６との間でトルクを伝達するように構成されている。ロックアップクラッチＣＬは、これらポンプインペラ３５とタービンランナ３６とに対して並列に配置されている。そして、そのポンプインペラ３５が第２モータ・ジェネレータ３２に連結されている。また、タービンランナ３６と一体のタービン軸３７が第２モータ・ジェネレータ３２の中心部を貫通して前記ドリブンギヤ２７側に延びている。そして、ドリブンギヤ２７に噛み合っている他のドライブギヤ３８がタービン軸３７に取り付けられている。
ロックアップクラッチＣＬは、ポンプインペラ３５もしくはこれと一体の部材とタービンランナ３６もしくはこれと一体の部材とを機械的に連結してトルクを伝達するクラッチであり、油圧によって制御されて伝達トルク容量が連続的に変化するクラッチによって構成されている。なお、ロックアップクラッチＣＬと直列にダンパ３９が設けられている。また、流体継手３３およびロックアップクラッチＣＬは、従来知られているロックアップクラッチ付きトルクコンバータであってもよい。
エンジン２０が出力した動力（パワー）は前述した動力分割機構２２によって第１モータ・ジェネレータ２３側と出力ギヤ２５側とに分割される。その場合、第１モータ・ジェネレータ２３は発電機として機能することによりサンギヤＳ22に反力トルクを与える。その結果、エンジントルクは動力分割機構２２によって増幅されて出力ギヤ２５から出力される。このエンジントルクを直達トルクと称することがあり、直達トルクは前記伝動経路Ｌを介して駆動輪３１に伝達される。言い換えれば、エンジン２０が出力したトルクは流体継手３３には掛からないから、流体継手３３を容量の小さい小型のものとすることができる。
第１モータ・ジェネレータ２３で発生した電力は第２モータ・ジェネレータ３２に供給されて第２モータ・ジェネレータ３２がモータとして機能し、その出力トルクが前記ドリブンギヤ２７において、出力ギヤ２５から出力されたトルクに加えられる。したがって各モータ・ジェネレータ２３，３２は、インバータ４０や蓄電装置４１を含む電源部４２を介して電気的に接続されている。なお、これらのモータ・ジェネレータ２３，３２は一例として三相同期電動機によって構成されている。
上記のハイブリッド車についての制御系統を図２にブロック図で示してある。各モータ・ジェネレータ２３，３２を制御するモータ・ジェネレータ用電子制御装置（ＭＧ−ＥＣＵ）４３と、エンジン２０を制御するエンジン用電子制御装置（ＥＮＧ−ＥＣＵ）４４とが設けられている。これらの電子制御装置４３，４４は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力された各種の信号あるいはデータに基づいて演算を行い、その演算結果を制御指令信号として出力するように構成されている。ＭＧ−ＥＣＵ４３は、主として、第１モータ・ジェネレータ２３および第２モータ・ジェネレータ３２のそれぞれの電流（ＭＧ１電流、ＭＧ２電流）を制御するように構成されている。また、ＥＮＧ−ＥＣＵ４４は、主として、エンジン２０に対してその電子スロットルバルブ（図示せず）の開度を指令する電子スロットル開度信号や点火およびその時期を指令する点火信号を出力するように構成されている。
これらの電子制御装置４３，４４に対して指令信号を出力し、併せて前述した各クラッチＣ1 ，ＣＳ，ＣＬやブレーキＢ1 の係合および解放の制御や伝達トルク容量の制御を行うハイブリッド用電子制御装置（ＨＶ−ＥＣＵ）４５が設けられている。このＨＶ−ＥＣＵ４５は、前述した各電子制御装置４３，４４と同様に、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力された各種の信号あるいはデータに基づいて演算を行い、その演算結果を制御指令信号として出力するように構成されている。その入力されるデータを例示すると、車速、アクセル開度、第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）の回転数センサによる検出データ、第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）の回転数センサによる検出データ、出力軸（例えば前記カウンタ軸２６）の回転数センサによる検出データ、充電残量（ＳＯＣ）、オフロードスイッチからの信号などである。また、出力する指令信号を例示すれば、第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）のトルク指令および第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）のトルク指令が前記ＭＧ−ＥＣＵ４３に出力され、エンジントルク指令が前記ＥＮＧ−ＥＣＵ４４に出力される。さらに、各クラッチＣ1 ，ＣＳ，ＣＬおよびブレーキＢ1 の制御油圧ＰbC1 ，ＰbCS ，ＰbCL ，ＰbB1 がＨＶ−ＥＣＵ４５から出力される。なお、上記の各ＥＣＵ４３，４４，４５がコントローラを構成している。
上記の各モータ・ジェネレータ２３，３２をモータあるいは発電機として機能させ、また各クラッチＣ1 ，ＣＳやブレーキＢ1 を係合あるいは解放の状態に制御することにより、各種の走行モードが設定される。図３に走行モードをまとめて示してある。ハイブリッドモード（ＨＶ）は、エンジン２０と各モータ・ジェネレータ２３，３２とによって駆動力を発生させて走行するモードであり、パラレルモードとシリーズモードとを選択可能である。パラレルモードでの前進は、前述したオーバードライブ機構２１をオーバードライブ段（ハイ）に設定した走行と直結段（ロー）に設定した走行とが可能である。オーバードライブ段はブレーキＢ1 のみを係合させて設定され、その場合、第１モータ・ジェネレータ２３は発電機（Ｇ）として機能させられてエンジン２０の回転数を燃費の良い回転数に制御する。第１モータ・ジェネレータ２３で発生した電力は第２モータ・ジェネレータ３２に供給されて第２モータ・ジェネレータ３２がモータ（Ｍ）として機能する。これに対して直結段は、第１クラッチＣ1 のみを係合させることにより設定され、その場合の各モータ・ジェネレータ２３，３２の機能は、オーバードライブ段で走行する場合と同様である。
図４は、ハイブリッドモードで走行している場合における、オーバードライブ機構２１を構成している遊星歯車機構および動力分割機構２２を構成している遊星歯車機構についての共線図を示している。図４の左側がオーバードライブ機構２１についての共線図であり、右側が動力分割機構２２についての共線図である。前進時、ブレーキＢ1 によってサンギヤＳ21が固定されてキャリヤＣ21がエンジン２０によって回転させられるので、リングギヤＲ21がエンジン回転数より高速で回転する。すなわち、変速比が「１」より小さいオーバードライブ段となる。動力分割機構２２でキャリヤＣ22がオーバードライブ機構２１におけるリングギヤＲ22と共に回転し、そのトルクは正方向（エンジン２０の回転方向）のトルクとなる。その状態で第１モータ・ジェネレータ２３が発電機として機能し、その負方向（回転を止める方向）のトルクがサンギヤＳ22に作用し、それに伴う正方向のトルクがリングギヤＲ22に作用する。すなわち、エンジン２０の動力がサンギヤＳ22側とリングギヤＲ22側とに分割される。そして、第１モータ・ジェネレータ２３で発電した電力が第２モータ・ジェネレータ３２に供給されて第２モータ・ジェネレータ３２がモータとして機能するので、そのトルクが前記リングギヤＲ22から出力されるトルクに加算されて駆動輪３１に向けて出力される。オーバードライブ機構２１で直結段を設定した場合の動作状態を図４に破線で示してある。なお、後進走行は、エンジン２０が出力する動力によって第１モータ・ジェネレータ２３を回転させて発電し、その電力によって第２モータ・ジェネレータ３２を負の回転方向にモータとして機能させて行う。
シリーズモードは、エンジン２０によって第１モータ・ジェネレータ２３を発電機として駆動し、その電力で第２モータ・ジェネレータ３２をモータとして駆動することにより走行するモードである。したがって、第２クラッチＣＳのみを係合させることにより、エンジン２０の動力を第１モータ・ジェネレータ２３に伝達し、第１モータ・ジェネレータ２３が発電機（Ｇ）として機能する。また、第２モータ・ジェネレータ３２は第１モータ・ジェネレータ２３で発生した電力が給電されてモータ（Ｍ）として機能し、正回転して前進走行し、また負方向に回転して後進走行する。
ＥＶモードは、エンジン２０の動力を使用せずに、蓄電装置の電力で走行するモードであり、したがって車両は電気自動車（ＥＶ：Electric Car）として走行する。第２モータ・ジェネレータ３２は流体継手３３もしくはロックアップクラッチＣＬを介して駆動輪３７に連結されているので、ＥＶモードでは主として第２モータ・ジェネレータ３２が駆動力源として動作し、駆動力もしくは制動力が不足する場合に第１モータ・ジェネレータ２３が併用される。すなわち、第２モータ・ジェネレータ３２のみを使用する単駆動モードと、両方のモータ・ジェネレータ２３，３２を使用する両駆動モードとが可能である。
単駆動モードでは、第２モータ・ジェネレータ３２のみが駆動力源として動作するので、各クラッチＣ1 ，ＣＳおよびブレーキＢ1 は解放し、また第１モータ・ジェネレータ２３は特に制御せずに力行および回生のいずれも行わない。そして、第２モータ・ジェネレータ３２は駆動時にはモータ（Ｍ）として機能し、制動時には発電機（Ｇ）として機能する。回生に伴う制動力が不足する場合には、第１クラッチＣ1 とブレーキＢ1 との少なくともいずれか一方が係合させられる。また、各モータ・ジェネレータ２３，３２が発電機（Ｇ）として機能し、発電に伴う負トルクが制動力として作用する。
両駆動モードは、第１クラッチＣ1 およびブレーキＢ1 が係合し、かつ各モータ・ジェネレータ２３，３２が共にモータ（Ｍ）として動作する走行モードである。オーバードライブ機構２１は、第１クラッチＣ1 が係合してその全体が一体化され、その状態でブレーキＢ1 が係合することにより、オーバードライブ機構２１の全体の回転が止められる。そのため、そのリングギヤＲ21に連結されている動力分割機構２２のキャリヤＣ22が固定され、その状態で第１モータ・ジェネレータ２３が負回転方向にモータとして動作する。したがって、第１モータ・ジェネレータ２３によるトルクがリングギヤＲ22から正回転方向のトルクとして出力される。また、第２モータ・ジェネレータ３２が正回転方向にモータとして動作する。したがって、第２モータ・ジェネレータ３２のトルクが、出力ギヤ２５から出力されるトルクに加算される。後進時には、各モータ・ジェネレータ２３，３２のトルクの方向が前進時とは反対になる。
ハイブリッドモードで走行する場合、第１モータ・ジェネレータ２３が発電機として機能してサンギヤＳ22に反力トルクを付与し、エンジン２０からキャリヤＣ22に入力されたトルクが動力分割機構２２を構成している遊星歯車機構のギヤ比（リングギヤＲ22の歯数とサンギヤＳ22の歯数との比）に応じて増幅されて出力ギヤ２５から駆動輪３１に向けて出力される。したがって、第１モータ・ジェネレータ２３による反力トルクが小さい場合には、出力ギヤ２５から出力されるエンジントルクが小さくなる。第１モータ・ジェネレータ２３は発電することにより反力トルクを発生するから、発電が制限されると反力トルクが小さくなる。発電が制限される一例は、蓄電装置４１の充電量（ＳＯＣ）が十分に多く、予め定めた上限値に達しているいわゆる満充電あるいはこれに近い充電状態の場合である。このような状態で駆動トルクを確保するためにこの発明に係る制御装置は、以下に説明する制御を実行するように構成されている。
図５はその制御例を説明するためのフローチャートである。この制御ルーチンは前述したＨＶ−ＥＣＵ４５によって、エンジン２０が動力を出力している場合に所定の短時間ごとに繰り返し実行される。ルーチンのスタート後に先ず蓄電装置４１への充電が制限されているか否かが判断される（ステップＳ１）。この判断は、例えばＨＶ−ＥＣＵ４５に入力されるＳＯＣと予め記憶させてある基準値とを比較することにより行えばよい。蓄電装置４１がいわゆる満充電になっており、あるいは満充電に近い状態になっていることによりステップＳ１で肯定的に判断された場合には、第２モータ・ジェネレータ３２の目標トルクＴm_tgt、エンジン２０の目標トルクＴe_tgt、ならびにロックアップクラッチＣＬのスリップ量（すなわち流体継手３３の差動量）が算出される（ステップＳ２）。その算出例を以下に説明する。
エンジン２０を駆動して停車している状態から発進する場合のパワーおよびトルクの釣り合いの関係を図６に示してある。エンジン２０の回転数ＮｅおよびパワーＰe_realは所定の値になっており、要求パワーＰe_demより大きい出力となっている。そのパワーの差は、蓄電装置４１の充電量に余裕がある場合には、バッテリパワーＰbatとして充電される。このバッテリパワーＰbatが蓄電装置４１に充電されるパワーＷinである。一方、エンジン２０が出力したトルクは、オーバードライブ機構２１や動力分割機構２２によって増減されて駆動輪３１に向けて出力され、そのトルクは直達トルクＴe'である。また、第２モータ・ジェネレータ３２に対して第１モータ・ジェネレータ２３で発電した電力を供給することにより第２モータ・ジェネレータ３２がトルクＴmを出力し、したがってエンジン２０および第２モータ・ジェネレータ３２とによる出力トルクＴoutは、前記直達トルクＴe'と第２モータ・ジェネレータ３２によるトルクＴmとを合算したトルク（Ｔm＋Ｔe'）となる。なお、図１に示す構成のパワートレーンにおいては、第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmは、タービンランナ３６のトルクＴturbinである。
エンジン回転数Ｎｅが車速Ｖの増大に伴って増大することにより、実パワーＰe_realと要求パワーＰe_demとの差、すなわち余剰パワーが次第に少なくなり、ついにはゼロになる。その過程で蓄電装置４１に充電できれば、所期の出力トルクＴoutを得ることができる。なお、要求パワーＰe_demは、アクセル開度などの要求駆動量と車速ならびに予め用意したマップなどに基づいて、従来知られている駆動力制御と同様にして求められる。これに対して充電制限がある場合には、余剰パワーを制限することになるので、エンジン２０による直達トルクＴe'が制限されて出力トルクＴoutに不足が生じる。そこで、この発明の実施例における制御装置は、蓄電装置４１で受容（充電）できないパワーを損失として消費することにより、出力トルクＴoutを確保する。
図７はこの発明の実施例の制御装置で実行される演算を説明するためのモデルを示しており、エンジン２０の出力するパワーＰeは回転数ＮeとトルクＴeとの積（Ｎe×Ｔe）であり、それに基づく直達トルクＴe'がドリブンギヤ２７を介してカウンタ軸２６ならびに駆動輪３１に伝達される。一方、第１モータ・ジェネレータ２３がエンジン２０によって駆動されて発電し、その電力は蓄電装置４１や第２モータ・ジェネレータ３２に供給される。第２モータ・ジェネレータ３２は供給された電力でモータとして動作し、トルクＴmを出力する。ロックアップクラッチＣＬが解放している状態では、ポンプインペラ３５の回転数Ｎfinと、タービンランナ３６の回転数Ｎfoutとに差が生じる。なお、ポンプインペラ３５のトルクＴpumpは、流体継手３３の容量係数τと回転数Ｎfinの自乗との積（τ×Ｎfin２）であり、タービンランナ３６のトルクはＴturbinは、容量係数τと回転数Ｎfoutの自乗との積（τ×Ｎfout２）である。そのタービンランナ３６のトルクが、前記ドライブギヤ３８からドリブンギヤ２７あるいはカウンタ軸２６に伝達され、前記直達トルクＴe'と合算されて出力トルクＮoutとなる。なお、出力回転数をＮoutで表してある。そして、ポンプインペラ３５とタービンランナ３６とが相対回転することにより、オイルの剪断や撹拌に伴う動力損失が生じ、その損失パワーＰlossに応じた熱が発生する。すなわち、蓄電装置４１で受容できないいわゆる余剰パワーを損失パワーＰlossとして消費する。
その場合、流体継手３３でのいわゆる滑りあるいは差回転数が大きいほど損失パワーＰlossが大きくなるが、その反面、流体継手３３から出力されるトルクすなわちタービントルクＴturbinが小さくなり、出力トルクＴoutの低下要因となる。そこで、蓄電装置４１で受容できない余剰パワーと流体継手３３で消費するパワーとが等しくなるように、ロックアップクラッチＣＬのスリップ量およびエンジン２０のトルクＴeならびに第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmが制御される。その制御例を図８にフローチャートで示してある。
図８に示すルーチンは、前述した図１におけるステップＳ２で実行されるサブルーチンであり、先ず、第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmが求められる（ステップＳ２１）。第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmは、ゼロから次第に増大させることとしてあり、初回値Ｔm(0)をゼロとし、図８のルーチンを実行する１サイクルごとの予め定めた増大量ΔＴmを前回値Ｔm(i)に加算して算出される。
Ｔm(i+1)＝Ｔm(i)＋ΔＴm
また一方、直達トルクＴe'が算出される（ステップＳ２２）。直達トルクＴe'は、要求されている出力トルクＴout_demから第２モータ・ジェネレータ３２によるトルクＴmを減算して求められる。なお、要求出力トルクＴout_demは、アクセル開度などの要求駆動量と車速とに基づいて要求パワーを求め、その要求パワーと車速とから求められる。
Ｔe'(i+1)＝Ｔout_dem−Ｔｍ(i+1)
ついで、エンジントルクＴe(i+1)と実エンジン回転数Ｎe_realとからエンジンパワーＰe(i+1)が算出される（ステップＳ２３）。ここで、エンジントルクＴe(i+1)は、上記の直達トルクＴe'(i+1)と、前記動力分割機構２２や伝動経路Ｌにおけるギヤ比とに基づいて求められる。また、実エンジン回転数Ｎe_realは、車速Ｖやアクセル開度ならびに予め用意したマップなどに基づいて求めることができる。
Ｐe(i+1)＝Ｔe(i+1)×Ｎe_real
上記のエンジンパワーＰe(i+1)のうち蓄電装置４１に充電できるパワー（電力量）Ｗinを除いた余剰パワーが要求される損失パワーＰlossであるから、その演算を行って要求損失パワーＰloss_demが算出される（ステップＳ２４）。
Ｐloss_dem(i+1)＝Ｐe(i+1)＋Ｗin
なお、充電できるパワーＷinは、上記の式では負の値である。
実損失パワーＰloss_real(i+1)が上記の要求損失パワーＰloss_demにほぼ等しくなっているか否かが判断される（ステップＳ２５）。この判断は、実損失パワーＰloss_real(i+1)と要求損失パワーＰloss_demとの差が予め定めた基準値より小さくなったか否かの判断であってもよい。また、実損失パワーＰloss_real(i+1)は、以下の演算によって求めることができる。
Ｐloss＝τＮfin２・Ｎfin−τＮfin２・Ｎfout
＝τＮfin２（Ｎfin−ｅ・Ｎin）
＝τＮm３（１−ｅ）
なお、Ｎfin＝Ｎm（第２モータ・ジェネレータ３２の回転数)であり、また、ｅは流体継手３３における速度比であって、
ｅ＝Ｎfout／Ｎfin
である。したがって、タービンランナ３６の回転数Ｎfoutが車速から求まり、また第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmは図８におけるステップＳ２１で決められた値であるから、実損失パワーＰlossが求まる。
損失パワーＰlossについての要求値と実際値との差が未だ大きいことにより上記のステップＳ２５で否定的に判断された場合には、カウント値ｉをインクリメント（ｉ＋１）する（ステップＳ２６）。その後、ステップＳ２１に戻る。これとは反対にステップＳ２５で肯定的に判断された場合には、その時点の第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmと流体継手３３の速度比ｅによって、要求損失パワーＰloss_demをほぼ充足することができることになる。したがって、その時点の第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴm(i)を目標トルクＴm_tgtに設定し、またその時点のエンジントルクＴe(i)を目標エンジントルクＴe_tgtに設定する（ステップＳ２７）。
図５に示すルーチンでは、上記のようにして求められた各目標トルクを達成するように第２モータ・ジェネレータ３２およびエンジン２０が制御され、また上記の速度比ｅを達成するようにロックアップクラッチＣＬのスリップ量が制御される（ステップＳ２３）。言い換えれば、必要とする損失パワーを達成する速度比となるように、ロックアップクラッチＣＬの油圧をフィードバック制御すればよい。なお、図１に示すルーチンにおいて、充電制限が行われていないことによりステップＳ１で否定的に判断された場合には、ロックアップクラッチＣＬが係合状態に制御される（ステップＳ４）。
上記のステップＳ２２に示してあるように、第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmが大きくなって損失パワーＰlossが多ければ、直達トルクＴe'が小さくなって出力トルクＴoutが不足し、かつエネルギーの損失が増大する。また反対に第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmが小さくなって損失パワーＰlossが少なくなると、余剰パワーを減じるべくエンジンパワーを低下させる必要が生じ、それに伴って出力トルクＴoutが低下する。これに対して、上述したこの発明の実施例による制御では、蓄電装置４１に充電できない余剰パワーの全量を流体継手３３で損失パワーとして消費する。蓄電装置４１のバッテリパワーWinがゼロの場合には、エンジンパワーのうち発電に回されるパワー（走行のためのいわゆる直達パワー以外のパワー）の全量を流体継手３３で消費する。
この関係を図に示すと図９のとおりである。直達トルクＴe'は、第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmの増大に従って低下し、また同様に、直達トルクＴe'に対応しているエンジンパワーＰeも第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmの増大に従って低下する。これに対して、損失パワーＰlossは第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmの増大に従って増大する。なお、蓄電装置４１に充電できる場合には、その充電パワー（前記バッテリパワー）Ｗinがこの損失パワーＰlossに加算され、その値も、第２モータ・ジェネレータ３２の増大に従って増大する。
前述した図８に示す制御例では、第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmを次第に増大させるから、当初は、損失パワーＰloss（もしくはこれにバッテリパワーＷinを加えたパワー）が小さい値になっており、そのため蓄電装置４１で受容できずに余っている余剰パワーが一点鎖線で示すように大きい値になっている。第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmが増大するのに従って、損失パワーＰloss（もしくはこれにバッテリパワーＷinを加えたパワー）が増大するとともに、余剰パワーが次第に少なくなる。その結果、ついには両者が一致する。これは、図８に示す制御例では、ステップＳ２５で肯定的に判断される状態である。したがって、この損失パワーＰloss（もしくはこれにバッテリパワーＷinを加えたパワー）と余剰パワーとが一致する動作点（図９に○印で示す点）のトルクが第２モータ・ジェネレータ３２の目標トルクＴm_tgtとされる。そして、この動作点では、直達トルクＴe'と第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmとの和が最大になる。
なお、以上の実施例では、説明を簡素化するために、第１モータ・ジェネレータ２３による発電エネルギーと流体継手３３で損失（消費）するエネルギーとによってエネルギー収支を計算することとしてある。この発明では、これに限られないのであって、実際には、第１モータ・ジェネレータ２３で発電された電力は流体継手３３で消費されるだけでなく、第１モータ・ジェネレータ２３が動作することによる損失で消費され、また各モータ・ジェネレータ２３，３２を制御するインバータなどの電気回路での損失で消費されるのであり、したがってこの発明では、これらのエネルギー消費を考慮して最終的に流体継手３３で消費するべきエネルギーを算出するようにしてもよい。
また、上記の図８に示す制御例は、第２モータ・ジェネレータ３２のトルクを次第に増大させることにより、上記のＤ点を求める例であるが、この発明の実施例における制御装置では、これとは反対に第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmを当初、十分に大きくしておき、その状態から次第にトルクＴmを次第に小さくして上記のＤ点のトルクを求めることとしてもよい。
上述した図１に示す制御を行った場合のエンジン回転数やエンジントルク、各モータ・ジェネレータ２３，３２の回転数やトルク、ロックアップクラッチＣＬの油圧などの変化を図１０にタイムチャートとして示してある。エンジン２０がアイドル回転数などの所定の回転数で回転し、かつ車両が停止している状態では、第１モータ・ジェネレータ２３が発電機として機能している。第２モータ・ジェネレータ３２は車両が停止しているので停止しており、そのトルクは所定の小さいトルクに設定されている。したがって第１モータ・ジェネレータ２３で発生した電力の一部が第２モータ・ジェネレータ３２によって消費され、大半は蓄電装置４１に充電されており、そのためにＳＯＣが次第に増加している。ＳＯＣが満充電状態を示す値より小さい値として予め設定した所定の閾値に達すると（ｔ1 時点）、第２モータ・ジェネレータ３２のトルクが増大させられ、電力の消費量が次第に増大する。さらに、車両が停止しているから、オーバードライブ機構２１は直結段（ロー）になっている。すなわち、第１クラッチＣ1 の油圧が所定の圧力に制御されて第１クラッチＣ1 が係合し、かつブレーキＢ1 の油圧がゼロに制御されてブレーキＢ1 が解放している。
この間においても蓄電装置４１への充電が行われていてＳＯＣが増大しており、そのＳＯＣが満充電に近い予め定めた値αに達すると（ｔ2 時点）、流体継手３３のスリップ制御が開始される。具体的には、ロックアップクラッチＣＬの油圧が次第に低下させられてロックアップクラッチＣＬがスリップし始め、第２モータ・ジェネレータ３２が回転し始める。なお、第２モータ・ジェネレータ３２のトルクは、その時点のトルクに維持される。また、第２モータ・ジェネレータ３２が回転することによりエネルギーの消費量が増大するので、第１モータ・ジェネレータ２３の回転数が増大させられ、またそのトルク（回転を止める方向の負トルク）が増大させられる。さらに、駆動要求量を満足するようにエンジン２０の回転数およびトルク（すなわちパワー）が制御される。
そして、ＳＯＣが満充電状態に更に近づく（例えばＳＯＣの現在値と満充電値との差が所定値以下になる）と（ｔ3 時点）、ロックアップクラッチＣＬの油圧が予め定めた最低圧に設定されて流体継手３３のスリップ量が所定の最大値に設定される。また、エンジン２０の回転数およびトルクならびに第１モータ・ジェネレータ２３の回転数およびトルクはその時点の回転数およびトルクに維持される。ＳＯＣはその時点においても増大し続けているので、第２モータ・ジェネレータ３２は回転数を維持しつつトルクを増大させ、第１モータ・ジェネレータ２３で発電した電力を消費する。そして、第１モータ・ジェネレータ２３で発電した電力の総てを第２モータ・ジェネレータ３２で消費する状態になると（ｔ4 時点）、第２モータ・ジェネレータ３２のトルクがその時点のトルクに維持される。
この発明の実施例の制御装置によれば、上述した制御を行うことにより、第１モータ・ジェネレータ２３による発電およびそれに伴う反力トルクの発生を可能にし、それに伴っていわゆる直達トルクＴe'を十分に大きくすることができる。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２３で発生する電力は、流体継手３３で差回転を生じさせて第２モータ・ジェネレータ３２を回転させることにより消費するので、第２モータ・ジェネレータ３２が出力するトルクを駆動トルクとして利用できる。特に、直達トルクＴe'と第２モータ・ジェネレータ３２のトルクＴmとの和が最大となるように制御するので、駆動要求量に応じた必要十分な駆動力を得ることができる。また、直達トルクＴe'を駆動輪３１に伝達する伝動経路から外れた位置に第２モータ・ジェネレータ３２および流体継手３３を設けていることにより、流体継手３３にエンジン２０からの直達トルクＴe'が掛かることがなく、従って流体継手３３を容量の小さい小型のものとすることが可能になる。さらに、余剰のエネルギーを損失エネルギーＰlossとして消費し、熱が発生するとしても、流体継手３３のオイル自体で発熱し、しかもそのオイルは図示しないオイルクーラなどとの間で循環させられて熱を外部に輸送するので、熱による耐久性の低下を回避もしくは抑制することができる。
なお、この発明で対象とするハイブリッド車は、要は、エンジンと、発電機と、これらエンジンと発電機とが連結された動力分割機構と、電動機と、電動機と駆動輪との間に設けられた継手とを備えているハイブリッド車であり、図１に示す構成のギヤトレーンを備えたハイブリッド車に限られない。例えば、前述したオーバードライブ機構を備えていなくてもよい。
１…電動車両、 ２…駆動力源、 ３…電動機、 ４…蓄電装置、 ７…駆動輪、 ８…伝動経路、 ９…動力伝達機構、 １１…流体継手、 １２…係合機構、 １３…駆動側部材、 １４…従動側部材、 １５…電子制御装置（ＥＣＵ）、 ２０…エンジン、 ２１…オーバードライブ機構、 ２２…動力分割機構、 ２３…第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）、 ３１…駆動輪、 ３２…第２モータ・ジェネレータ、 ３３…流体継手、 ＣＬ…ロックアップクラッチ、 ３５…ポンプインペラ、 ３６…タービンランナ、 ４０…インバータ、 ４１…蓄電装置、 ４２…電源部、 ４３…モータ・ジェネレータ用電子制御装置（ＭＧ−ＥＣＵ）、 ４４…エンジン用電子制御装置（ＥＮＧ−ＥＣＵ）、 ４５…ハイブリッド用電子制御装置（ＨＶ−ＥＣＵ）、 Ｌ…伝動経路。

Claims (4)

  1. エンジンが出力した動力を差動機構によって駆動輪側と発電機側とに分割するとともに、前記発電機で発生した電力によって電動機を駆動して前記電動機のトルクを前記駆動輪に向けて出力し、かつ前記発電機で発生した電力の少なくとも一部を蓄電装置に充電可能な動力伝達装置の制御装置において、
    前記電動機は、前記差動機構を介して前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達する伝動経路から外れた位置に配置され、
    前記電動機と前記伝動経路との間に、流体継手が配置され、
    前記発電機で発電した電力を前記蓄電装置に充電することが制限されている場合に、前記流体継手を差動させつつ前記電力で前記電動機を駆動することにより動力損失を生じさせるように構成されている
    ことを特徴とする動力伝達装置の制御装置。
  2. 請求項１に記載の動力伝達装置の制御装置において、
    前記エンジンが出力したパワーのうち前記蓄電装置に充電できないパワーと前記流体継手が差動することにより消費されるパワーとが等しくなるように前記電動機のトルクを制御するように構成されていることを特徴とする動力伝達装置の制御装置。
  3. 請求項１に記載の動力伝達装置の制御装置において、
    前記エンジンが所定のパワーを出力している場合に、前記伝動経路を介して前記駆動輪に伝達されるトルクと、前記流体継手を介して前記伝動経路に伝達されるトルクとの和が最大となるように前記電動機のトルクを制御するように構成されていることを特徴とする動力伝達装置の制御装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の動力伝達装置の制御装置において、
    前記伝動経路は、少なくとも三つの回転要素によって差動作用を行う動力分割機構を含み、
    前記回転要素のうち、第１回転要素に前記エンジンのトルクが入力され、第２回転要素に前記発電機が連結され、第３回転要素が出力要素とされ、
    前記第３回転要素から前記駆動輪に伝達されるトルクに前記電動機から前記流体継手を介してトルクが付加される
    ように構成されていることを特徴とする動力伝達装置の制御装置。
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