JP2021121512A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの出力可能なトルクが所定より小さい場合において、モータの電費が悪化することを抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】要求エンジントルクを駆動輪に作用させるべく第１モータが要求エンジントルクに対する反力トルクを出力するように構成され、加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる場合に、エンジンが現在出力することが許容される最大トルクを算出し（ステップＳ１０）、前記最大トルクがエンジン回転数を増大させるために要するイナーシャトルクより小さいか否かを判断し（ステップＳ１４）、前記最大トルクが前記イナーシャトルクより小さいと判断された場合に、第１モータの出力を予め定められた所定値以下に制御するように構成されている（ステップＳ１６）。【選択図】図３

Description

この発明は、駆動力源としてエンジンと発電機能のあるモータとを備えたハイブリッド車両を対象とする制御装置に関するものである。

特許文献１には、駆動力源としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両の制御装置が記載されている。この特許文献１に搭載されたハイブリッド車両は、遊星歯車機構からなる動力分割機構のキャリヤにエンジンが連結され、第１モータが動力分割機構におけるサンギヤに連結され、またリングギヤが出力部材に連結され、さらにその出力部材に対してトルクを付加できるように第２モータが設けられている。したがって、動力分割機構を構成している遊星歯車機構における共線図上では、第１モータが連結されているサンギヤと、第２モータのトルクが伝達されるリングギヤとの間に、エンジンが連結されているキャリヤが位置することになる。

特開２０１８−０４３５２８号公報

特許文献１に記載されている制御装置では、エンジンおよび各モータを動作させるハイブリッド走行モードで走行する際に、第１モータは、エンジン回転数の制御、ならびに、エンジントルクに応じたトルクを出力するように制御される。その場合、第１モータは、要求駆動力などに応じた正回転方向のエンジントルクに対する反力トルクをエンジンの回転方向とは反対方向（負回転方向）に出力し、第１モータはいわゆる反力受けとして機能する。ハイブリッド走行モードで走行している状態で、加速要求があると、エンジントルクおよびエンジン回転数を増大させることになる。その場合、第１モータは発電に伴ういわゆる負トルクによってエンジン回転数の増大を抑えてエンジン回転数を最適燃費運転点に制御している。なお、その負トルクが動力分割機構を構成している差動機構のギヤ比に応じたトルクとなり、エンジンの出力トルクは、その負トルクによって増大させられる駆動トルク（直達トルク）として作用している。

一方、近年、モータを主な駆動力源として搭載した車両が増大しており、エンジンよりモータの方が出力可能なトルクが大きい場合がある。また、車両の状態（例えばエンジンがリーン燃焼の場合など）によっては、エンジンの出力可能なトルクが制限される場合がある。そのような場合、エンジンは、出力トルクが制限されていることにより、運転者の要求するトルクを出力できない場合がある。その場合に、第１モータは、加速要求に応じてエンジン回転数を増大させる、あるいは、制御することになる。つまり、エンジントルクが制限されているにも拘わらず、加速要求に応じてエンジン回転数を増大させるなどの制御を行うことになる。そのような場合、第１モータが出力するトルクの一部は、エンジンや第１モータの回転数を引き上げるために消費され、その分、駆動トルクが小さくなる。すなわち第１モータを駆動するエネルギーの一部は駆動トルクとはならないので、電力を不要に消費し、ひいては電力ロスとなるとともにモータの電費が悪化するおそれがある。

この発明は上記の技術的課題に着目して創作されたものであり、エンジンの出力可能なトルクが所定より小さい場合において、モータの電費が悪化することを抑制できるハイブリッド車両の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、エンジンと、駆動輪に駆動力を伝達する出力部材と、発電機能のある第１モータと、前記エンジンが出力した駆動力を前記出力部材と前記第１モータとに分割して伝達する動力分割機構とを備え、前記動力分割機構は、前記エンジンに連結された入力要素と、前記第１モータに連結された反力要素と、前記出力部材に連結された出力要素との少なくとも三つの回転要素を含み、加速要求に基づく要求エンジントルクに応じたトルクを前記駆動輪に作用させるべく前記第１モータが前記要求エンジントルクに対する反力トルクを出力するように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、前記ハイブリッド車両を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる場合に、前記エンジンが現在出力することが許容される最大トルクを算出し、前記最大トルクが前記エンジン回転数を増大させるために要するイナーシャトルクより小さいか否かを判断し、前記最大トルクが前記イナーシャトルクより小さいと判断された場合に、前記第１モータの出力を予め定められた所定値以下に制御するように構成されていることを特徴とするものである。

また、この発明では、前記コントローラは、前記最大トルクが前記イナーシャトルクより小さいと判断された場合に、前記エンジンの出力トルクを前記最大トルクに制御し、かつ前記イナーシャトルクを前記最大トルクで出力可能な範囲のトルクに設定するように構成されていてよい。

また、この発明では、前記コントローラは、前記最大トルクが前記イナーシャトルクより小さいと判断された場合に、前記エンジンの出力トルクを前記最大トルクに制御し、かつ前記エンジン回転数を増大させる際の回転数変化率を前記最大トルクで増大させることが可能な変化率に制御するように構成されていてよい。

また、この発明では、前記第１モータが出力する前記所定値以下のトルクは、「０」または「０」に近似する予め定めた値であってよい。

また、この発明では、前記イナーシャトルクと前記最大トルクとは同じトルクの大きさであってよい。

また、この発明では、前記エンジンは、目標空燃比が理論空燃比を含む予め定めた値の空燃比に設定されたストイキ燃焼モードと、前記目標空燃比が前記ストイキ燃焼モードでの空燃比よりリーン側の空燃比に設定されたリーン燃焼モードとを選択して運転されるように構成され、前記最大トルクは、前記ストイキ燃焼モードあるいは前記リーン燃焼モードでの最大トルクであり、前記コントローラは、前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードに切り替わった場合に、前記エンジンの出力を前記リーン燃焼モードにおける最大トルクを上限とするように構成されていてよい。

また、この発明では、前記エンジンは過給機を備え、前記最大トルクは、前記過給機の回転数が所定の低回転数である場合のトルクであってよい。

また、この発明では、前記ハイブリッド車両は、前記駆動輪と前記出力要素との間の動力伝達経路に連結された第２モータを備え、前記コントローラは、前記加速要求に基づいて前記エンジン回転数を増大させる場合に、前記エンジンで不足する分のトルクを前記第２モータにより出力するように構成されていてよい。

そして、この発明では、前記第１モータの出力可能な最大トルクは、前記第１モータの軸換算で前記エンジンの出力可能な最大トルクより大きく構成されていてよい。

この発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる場合に、エンジンが現在出力することが可能な最大トルクを算出し、その最大トルクが前記エンジン回転数を増大させるために要するイナーシャトルクより小さいか否かを判断するように構成されている。そして、前記算出した最大トルクがイナーシャトルクより小さいと判断された場合には、第１モータの出力を予め定められた所定値以下に制御するように構成されている。つまり、エンジンの出力トルクが制限されている場合（あるいはエンジンの性能により出力可能なトルクが小さい場合）には、第１モータは、加速要求に応じてエンジン回転数を過度に増大させることがない。そのため、第１モータは、駆動トルクとして寄与しないトルクを出力することを抑制もしくは回避でき、その結果、電力ロスを抑制もしくは回避できる。言い換えれば電費が悪化することを抑制できる。

また、この発明によれば、上記のエンジンが出力可能な最大トルクは、エンジンの運転状態に応じて算出するように構成されている。例えばエンジンがリーン燃焼モードである場合には、そのリーン燃焼モードで出力可能なトルクを最大トルクとする。そのため、例えば燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替わった場合であっても、エンジンの出力トルクは、リーン燃焼モードで出力可能なトルクに制限される。そのため、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに燃焼モードが切り替わった場合であっても、即座にエンジン回転数やエンジントルクが増大されることがないので、そのエンジン回転数やエンジントルクの増大することによる振動や騒音の発生を抑制でき、その結果、それに起因した違和感や乗り心地の悪化を抑制もしくは回避できる。

そして、この発明によれば、上述の第１モータの出力トルクが所定値以下に制御されている場合に、第２モータにより駆動トルクを出力するように構成されている。つまり、加速要求に基づくトルクを第２モータで補うように構成されている。そのため、運転者の要求する加速度は主に第２モータの出力により確保しつつ、上述した第１モータの電力ロスが発生することを抑制もしくは回避できる。

この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両におけるパワートレーンの一例を模式的に示す図である。 この発明の実施形態で実行される基本制御を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施形態における制御例であって、特に第１モータの出力制御を説明するためのフローチャートである。 ストイキ燃焼モードにおける出力可能なトルクを説明するための図である。 この発明の実施形態における他の制御例であって、特に第１モータの出力制御を説明するためのフローチャートである。 リーン燃焼モードにおける出力可能なトルクを説明するためのマップである。 ターボ回転数が低回転数の場合における出力可能なトルクを説明するためのマップである。 リーン燃焼モード時の最大トルクとターボ低回転数時の最大トルクとを合成した場合の最小トルクを説明するための図である。

つぎに、この発明の実施形態について、図を参照しつつ説明する。先ず、この発明に係る実施形態の制御装置で対象とするハイブリッド車両について説明する。図１は、ハイブリッド車両Ｖｅ（以下、単に車両Ｖｅとも記す）のパワートレーンの一例を示すスケルトン図であり、このパワートレーンには、駆動力源としてエンジン（ＥＮＧ）１、および、第１モータ（ＭＧ１）２、ならびに、第２モータ（ＭＧ２）３を備えている。車両Ｖｅは、エンジン１が出力する動力を、動力分割機構４によって第１モータ２側と駆動軸５側とに分割して伝達するように構成されている。また、第１モータ２で発生した電力を第２モータ３に供給し、第２モータ３が出力する駆動力を駆動軸５および駆動輪６に付加することができるように構成されている。

エンジン１は、従来知られているガソリンエンジンや、ディーゼルエンジンなどの種々のエンジンを採用することができ、燃料噴射量や吸入空気量、あるいは点火時期などを制御することにより、出力トルクを変更することができるように構成されている。また、図１に示す例では、エンジン１には過給機Ｃが設けられている。この過給機Ｃは、従来知られた過給機と同様に構成することができ、エンジン１の排気によって駆動されること（ターボチャージャ）により、エンジン１の吸入空気量を増加させることができるように構成されている。すなわち、過給機Ｃを作動させることにより、エンジン１の出力トルクを増大させることができる。

さらに、エンジン１は、目標空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されたリーン燃焼モードと、目標空燃比が理論空燃比を含む予め定められた値に設定されたストイキ燃焼モードとの間で、燃焼モードを選択可能に構成されている。ここで燃焼モードとは、エンジン１の燃焼を決定する要因（例えばアクセル開度、エンジン水温、外気温、触媒温度など）によって特定されるエンジンの運転方式であり、この発明の実施形態では、燃費を重視する場合には、リーン燃焼モードが選択される。また、エンジン水温や外気温などの所定の条件によりストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとで燃焼モードが切り替わるように構成されている。

第１モータ２および第２モータ３は、いずれも、駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機能との両方を兼ね備えた電動機である。それら第１モータ２および第２モータ３としては、例えば、永久磁石式同期モータあるいは誘導モータなどの交流モータが用いられる。なお、上記の第１モータ２および第２モータ３は、バッテリやキャパシタなどからなる蓄電装置７やインバータ８を含む電源部９にそれぞれ電気的に接続されている。そして、第１モータ２および第２モータ３は、電源部９によって制御されて、それぞれモータとして動作し、あるいは発電機として動作し、さらには第１モータ２で発電した電力で第２モータ３をモータとして動作させるように構成されている。

動力分割機構４は、エンジン１および第１モータ２と駆動輪６との間でトルクを伝達する伝動機構であり、一例としてサンギヤ１０、リングギヤ１１、および、キャリヤ１２を有する遊星歯車機構によって構成されている。図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構が用いられている。遊星歯車機構のサンギヤ１０に対して同心円上に、内歯歯車のリングギヤ１１が配置されている。これらサンギヤ１０とリングギヤ１１とに噛み合っているピニオンギヤ１３がキャリヤ１２によって自転および公転が可能なように保持されている。なお、キャリヤ１２がこの発明の実施形態における「入力要素」に相当し、サンギヤ１０がこの発明の実施形態における「反力要素」に相当し、ならびに、リングギヤ１１がこの発明の実施形態における「出力要素」に相当する。

動力分割機構４は、エンジン１および第１モータ２と同一の軸線上に配置されている。動力分割機構４を構成している遊星歯車機構のキャリヤ１２に、エンジン１の出力軸１ａが連結されている。その出力軸１ａは、エンジン１から駆動輪６に到る動力伝達経路において動力分割機構４の入力軸となる。また、キャリヤ１２には、エンジン１の出力軸１ａが連結されていることに加えて、オイルポンプ１４の回転軸１４ａが連結されている。このオイルポンプ１４は、動力分割機構４の潤滑および冷却のため、あるいは第１モータ２や第２モータ３の銅損や鉄損により生じる熱を冷却するために設けられている。そのオイルポンプ１４は、オイルの供給用のポンプとして、従来、車両のエンジンや変速機に用いられている一般的な構成のオイルポンプであって、例えばエンジン１によってオイルポンプ１４を駆動し、油圧を発生させるように構成されている。

遊星歯車機構のサンギヤ１０には、第１モータ２が連結されている。第１モータ２は、動力分割機構４に隣接してエンジン１とは反対側（図１の左側）に配置されている。その第１モータ２のロータ２ａに一体となって回転するロータ軸２ｂが、サンギヤ１０に連結されている。なお、ロータ軸２ｂおよびサンギヤ１０の回転軸は中空軸になっている。それらロータ軸２ｂおよびサンギヤ１０の回転軸の中空部に、上記のオイルポンプ１４の回転軸１４ａが配置されている。すなわち、その回転軸１４ａは、上記の中空部を通ってエンジン１の出力軸１ａに連結されている。

遊星歯車機構のリングギヤ１１の外周部分に、この発明の実施形態における「出力部材」に相当する外歯歯車の第１ドライブギヤ１５がリングギヤ１１と一体に形成されている。また、動力分割機構４および第１モータ２の回転軸線と平行に、カウンタシャフト１６が配置されている。このカウンタシャフト１６の一方（図１での右側）の端部に、上記の第１ドライブギヤ１５と噛み合うカウンタドリブンギヤ１７が一体となって回転するように取り付けられている。このカウンタドリブンギヤ１７は、第１ドライブギヤ１５よりも大径に形成されており、第１ドライブギヤ１５から伝達されたトルクを増幅させるように構成されている。一方、カウンタシャフト１６の他方（図１での左側）の端部には、カウンタドライブギヤ（ファイナルドライブギヤ）１８がカウンタシャフト１６に一体となって回転するように取り付けられている。カウンタドライブギヤ１８は、終減速機であるデファレンシャルギヤ１９のデフリングギヤ（ファイナルドリブンギヤ）２０と噛み合っている。したがって、動力分割機構４のリングギヤ１１は、上記の第１ドライブギヤ１５、カウンタシャフト１６、カウンタドリブンギヤ１７、カウンタドライブギヤ１８、および、デフリングギヤ２０からなる出力ギヤ列２１を介して、駆動軸５および駆動輪６に動力伝達可能に連結されている。

この車両Ｖｅのパワートレーンは、上記の動力分割機構４から駆動軸５および駆動輪６に伝達されるトルクに、第２モータ３が出力するトルクを付加することができるように構成されている。具体的には、第２モータ３のロータ３ａに一体となって回転するロータ軸３ｂが、上記のカウンタシャフト１６と平行に配置されている。そのロータ軸３ｂの先端（図１での右端）に、上記のカウンタドリブンギヤ１７と噛み合う第２ドライブギヤ２２が一体となって回転するように取り付けられている。したがって、動力分割機構４のリングギヤ１１には、上記のようなデフリングギヤ２０および第２ドライブギヤ２２を介して、第２モータ３が動力伝達可能に連結されている。すなわち、リングギヤ１１は、第２モータ３と共に、デフリングギヤ２０を介して、駆動軸５および駆動輪６に動力伝達可能に連結されている。

上述したハイブリッド車両Ｖｅは、エンジン１（ならびに第２モータ３）を動力源としたＨＶ走行モード、第１モータ２、第２モータ３を蓄電装置７の電力で駆動して走行するＥＶ走行モードなどの走行形態が可能である。このような各モードの設定や切り替えは、電子制御装置（ＥＣＵ）２３により実行される。このＥＣＵ２３は、この発明における「コントローラ」に相当し、制御指令信号を伝送するように上記のエンジン１、第１モータ２および第２モータ３などに電気的に接続されている。また、このＥＣＵ２３は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや予め記憶しているデータならびにプログラムを使用して演算を行い、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は、車速Ｖ、アクセル開度Ａｃｃ、エンジン水温Ｔｗ、外気温Ｔｏ、吸入空気量Ｉａ、蓄電装置７の充電残量（ＳＯＣ）などであり、また予め記憶しているデータは、各走行モードを決めてあるマップ、エンジン１の最適燃費運転点を決めてあるマップ、最大エンジントルクを決めてあるマップ、エンジン１の要求パワーを決めてあるマップなどである。そして、ＥＣＵ２３は、制御指令信号として、エンジン１の始動や停止の指令信号、第１モータ２のトルク指令信号、第２モータ３のトルク指令信号、エンジン１のトルク指令信号などを出力する。なお、図１では１つのＥＣＵ２３が設けられた例を示しているが、ＥＣＵは、例えばエンジン１や各モータ２，３など制御する装置ごと、あるいは制御内容ごとに複数設けられていてもよい。

ＨＶ走行モードは、上述したようにエンジン１を動力源としてエンジン１および各モータ２，３を動作させて車両Ｖｅを走行させる走行モードである。具体的には、エンジン１と動力分割機構４とを連結することにより、エンジン１から出力された動力を駆動輪６に伝達することができる。このようにエンジン１から出力された動力を駆動輪６に伝達する際に、第１モータ２から反力を動力分割機構４に作用させる。そのため、エンジン１から出力されたトルクを駆動輪６に伝達することができるように、動力分割機構４におけるサンギヤ１０を反力要素として機能させる。すなわち、第１モータ２は、加速要求に基づく要求エンジントルクに応じたトルクを駆動輪６に作用させるべく前記要求エンジントルクに対する反力トルクを出力する。

また、上述した第１モータ２は、通電される電流値やその周波数に応じて回転数を任意に制御することができる。そのため、第１モータ２の回転数を制御して、エンジン回転数Ｎｅを任意に制御することができる。具体的には、運転者のアクセルペダルの踏み込み量によって決まるアクセル開度や車速などに応じて要求駆動力が求められる。また、その要求駆動力に基づいてエンジンの要求パワーＰｅ＿ｒｅｑが求められる。さらに、そのエンジンの要求パワーＰｅ＿ｒｅｑと現在のエンジン回転数Ｎｅとから運転者の要求する要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑが求められる。そして、エンジン１の燃費が良好になる最適燃費線からエンジン１の運転点を定める。また、前述のように定められたエンジン１の運転点となるように第１モータ２の回転数が制御される。つまり、エンジン１から動力分割機構４に伝達されるトルクに応じて第１モータ２の出力トルクＴｍｇ１あるいは回転数が制御され、具体的には、エンジン回転数Ｎｅを目標エンジン回転数に制御するように、第１モータ２の回転数が制御される。この場合、第１モータ２の回転数は連続的に変化させることができるので、エンジン回転数Ｎｅも連続的に変化させることができる。

図２は、この発明の実施形態における前提となる制御であり、加速要求や要求駆動力に応じてエンジン１に指令するエンジン指令トルクＴｅ＿ｃｍｄを算出するように構成されている。なお、この図２の制御の内容は、前掲の特許文献１に記載された制御の内容と同様であるため、簡略化して記載する。先ず、エンジン１の要求パワーＰｅ＿ｒｅｑを求める（ステップＳ１）。このエンジン１の要求パワーＰｅ＿ｒｅｑは、上述したように運転者のアクセルペダルの踏み込み量によって決まるアクセル開度Ａｃｃや車速Ｖに基づいて求まる要求駆動力から求められ、例えば予め用意されたマップ等を参照することにより決定される。

ついで、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑを求める（ステップＳ２）。この要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑは、運転者の要求するエンジントルクであって、運転者のアクセルペダルの操作量などに基づいて求まる値である。したがって、上記の要求駆動力と現在のエンジン回転数Ｎｅとから求めることができる。

ついで、イナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒを算出する（ステップＳ３）。このイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒは、加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる際に要するトルクであって、具体的にはエンジン１および第１モータ２の回転数を変化させるためのトルクである。このイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒは、フィードバック制御およびフィードフォワード制御により求めることができる。フィードバック制御は、現在時点における実際のエンジン回転数Ｎｅと現在時点における目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑとの差を制御偏差として演算する制御である。また、フィードフォワード制御は、現在時点の目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑと１ルーチン後の目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｒｅｑ_＋１との偏差に応じて制御値を決める制御である。そのイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｅｒを数式で表すと以下の式で表すことができる。
Ｔｇ＿ｉｎｅｒ＝Ｔｇ＿ｆｂ＋Ｔｇ＿ｆｆ…（１）

なお、上記のフィードフォワードトルクＴｇ＿ｆｆは、１ルーチンの間に増大させるべき目標エンジン回転数の増加量ｄＮｅに、エンジン１および第１モータ２のイナーシャモーメントＩｅを掛け合わせ、さらにエンジン１の軸トルクを第１モータ２の軸トルクに変換するための変換係数Ｋを掛けて求められる。これを簡略化して表すと以下のように示すことができる。
Ｔｇ＿ｆｆ＝Ｉｅ・Ｋ・ｄＮｅ／ｄｔ…（２）
なお、上記の式（２）において、第２モータ３の回転軸における回転変動に与える影響は比較的少ないため考慮しない。

ついで、エンジン１に指令するエンジン指令トルクＴｅ＿ｃｍｄを算出する。このエンジン指令トルクＴｅ＿ｃｍｄは、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑにエンジン１の軸トルクに変換したイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒを加えた合算トルクである（ステップＳ４）。したがって、エンジン１に指令するエンジン指令トルクＴｅ＿ｃｍｄを簡略化して表すと以下のように示すことができる。
Ｔｅ＿ｃｍｄ＝Ｔｅ＿ｒｅｑ＋Ｔｅ＿ｉｎｅｒ…（３）

なお、この場合、第１モータ２は、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに対する反力トルクのみを出力する。通常であれば、第１モータ２により、エンジン回転数Ｎｅを制御するから、加速要求によってエンジン回転数Ｎｅを増大させる場合、第１モータ２の回転数をエンジン回転数Ｎｅの増大方向と同じ方向に増大させる。その場合の第１モータ２のいわゆる正回転方向におけるトルクの増大分は、エンジン回転数Ｎｅを増大させるために要するイナーシャトルクに相当するトルクである。したがって、エンジン回転数Ｎｅを増大させるためのイナーシャトルクに相当する第１モータ２のトルクの増大分は、上記の反力トルク、すなわち駆動トルクを減じるように作用する。そのため、このステップＳ４では、そのような駆動トルクの低下を抑制するために、イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒは、エンジン１で出力し、第１モータ２は、要求エンジントルクＴｅ＿ｒｅｑに対する反力トルクのみを出力する。

つぎに、出力可能なエンジントルクが制限されている場合の第１モータ２の出力の制御について説明する。上述したように、加速要求があった場合には、図２の制御例を実行する。一方、エンジン１の出力可能なトルクあるいは許容されるトルクが制限されている場合には、エンジン１は、上述のエンジン指令トルクＴｅ＿ｃｍｄを出力できないことがある。エンジントルクが指令トルクを出力できない場合としては、例えば、エンジン水温Ｔｗが予め定められた所定温度以下の場合、外気温Ｔｏが予め定められた所定温度以下の場合、あるいは、モータ軸換算での出力可能なモータトルクがエンジン１が出力可能なトルクより大きく、エンジン１の最大トルクが比較的小さい場合などが想定される。そのような場合、第１モータ２は加速要求を満たすためにエンジン回転数Ｎｅを増大させるためのトルクを出力することがあるが、そのトルクは、エンジン回転数Ｎｅを増大させるだけで駆動力として機能するトルクを発生させないことになる。その場合には、その第１モータ２のトルクは電力ロスとなる。そこで、この発明の実施形態では、そのような電力ロスの発生を抑制するように構成されている。

図３は、その制御の一例を示すフローチャートであり、現在出力することが可能なエンジントルクに応じて第１モータ２の反力トルクを制御するように構成されている。なお、この制御例は、例えば車両Ｖｅが停車状態から発進する場合に実行される。先ず、現状のエンジン１で出力可能な最大トルクＴｅ＿ｍａｘを算出する（ステップＳ１０）。これは、エンジン１がストイキ燃焼モードで、現在出力することが許容される最大トルクを意味し、例えば図４に示すようなマップから算出することができる。つまり、機械的に出力可能なトルクではなく、制御上、出力することが許容される最大トルクを意味する。また、上述したように、エンジン１は、エンジン水温Ｔｗや外気温Ｔｏなどに応じて出力可能なトルクが決定される。なお、ストイキ燃焼モードとは、上述したように、目標空燃比が理論空燃比を含む予め定められた値に設定された燃焼モードをいう。

ついで、その算出した最大トルクＴｅ＿ｍａｘが上述のステップＳ４で算出したＴｅ＿ｃｍｄより大きいか否かを判断する（ステップＳ１１）。これは、現状のエンジン１の最大トルクにより、ステップＳ４で算出した指令トルクを出力できるか否かを判断するステップである。したがって、このステップＳ１１で否定的に判断された場合、すなわち現在出力することが可能な最大トルクＴｅ＿ｍａｘよりエンジン指令トルクＴｅ＿ｃｍｄの方が大きい場合には、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１を最大トルクＴｅ＿ｍａｘに更新する（ステップＳ１２）。つまり、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１を現在出力することが可能な最大トルクＴｅ＿ｍａｘに補正する。

それとは反対に、このステップＳ１１で肯定的に判断された場合、すなわち現在出力することが可能な最大トルクＴｅ＿ｍａｘの方がエンジン指令トルクＴｅ＿ｃｍｄより大きい場合には、エンジン指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１は、ステップＳ４で算出した指令トルクをそのまま更新する（ステップＳ１３）。言い換えれば、ステップＳ４で算出した指令トルクを維持する。

ついで、更新した指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１とイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒとの和が予め定められた閾値β未満か否かを判断する（ステップＳ１４）。このステップは、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１によりイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒを担保できるか否かを判断するステップであり、閾値βは「０」あるいは「０」に近似した予め定められた値とされる。またイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒは、上述の図２のステップＳ３で算出したイナーシャトルクであり、Ｔｅ＿ｃｍｄ１は、現在出力することが可能なトルクを最大として決定されたエンジントルクであるから、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１がステップＳ４で算出した指令トルクから制限されている場合には、トルクの大きさ（絶対値）としてはイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒの方が大きくなることが通常である。したがって、そのようにイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒの方が指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１よりトルクの大きさとして大きい場合には、このステップＳ１４で肯定的に判断される。言い換えれば、このステップＳ１４は、閾値βを「０」とした場合に、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１とイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒとの和が負の値あるか否かを判断するステップである。これを簡略化して数式で示すと以下のように示すことができる。
Ｔｅ＿ｃｍｄ１＋Ｔｅ＿ｉｎｅｒ＜β…（４）
なお、上記の式（４）において、イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒを右辺に展開した場合には、閾値βを「０」として、絶対値で判断すると、Ｔｅ＿ｃｍｄ１＜Ｔｅ＿ｉｎｅｒとなる。つまり、このステップＳ１４では、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１はイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒより小さいか否かを判断しているとも言える。

したがって、このステップＳ１４で肯定的に判断された場合、すなわち指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１とイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒとの和がβ未満である場合には、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１とイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒとが同等となるように、目標のイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒ＿ｔｒｇを決定する（ステップＳ１５）。上述したように、この図３に示す制御例では、エンジントルクが制限されている場合に第１モータ２の電力ロスを抑制することを目的としている。そのため、エンジン回転数Ｎｅの増大に要するイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒは、現在、エンジン１が出力することが可能なトルクに応じた大きさに制御する。つまり、加速要求に基づいて増大させるエンジン回転数変化率ｄＮｅ＿ｍａｘを指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１で満たすことができる変化率に制御する。言い換えれば、ステップＳ３で算出した加速要求に基づくイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒを、エンジン回転数Ｎｅの上昇を抑制するために、そのイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒを現在出力することが可能な最大トルク（すなわち指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１）で出力可能な値に補正する。なお、イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒが補正されたことにより、運転者の要求を満たさない分の駆動トルクは、第２モータ３により出力する。

そして、それに対応するように、第１モータ２の出力トルクを制御する（ステップＳ１６）。第１モータ２のトルクは、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１に対する反力トルクと上記のエンジン回転数を増大させるイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒとの関係から算出される。これを数式で示すと以下のように示すことができる。
Ｔｍｇ１＝−ρ／（１＋ρ）・Ｔｅ＿ｃｍｄ１＋Ｔｇ＿ｉｎｅｒ＿ｔｒｇ…（５）
なお、上記の式（５）の「−ρ／（１＋ρ）・Ｔ＿ｃｍｄ１」は上述した反力トルクを示し、また、前述した動力分割機構４を構成している遊星歯車機構における各回転要素のトルクの関係は、そのギヤ比（サンギヤ１０の歯数とリングギヤ１１の歯数との比）ρに基づいて決まるから、上記の式（５）を利用して第１モータ２によって出力するトルクＴｍｇ１を求めることができる。

上述のステップＳ１５で説明したように、イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒ＿ｔｒｇと、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１とは、閾値βを「０」または「０」に近似した値であるとすれば、ほぼ釣り合った状態であるから、上記の式（５）にＴｅ＿ｃｍｄ１と、イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒ＿ｔｒｇとを代入すると、第１モータ２の出力トルクＴｍｇ１は「０」あるいは「０」に近似した値となる。つまり、第１モータ２は、この加速過渡期においては、反力トルクをほぼ出力せず、エンジン１の指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１によりエンジン回転数Ｎｅが目標の回転数まで増大させられる。そして、エンジン回転数Ｎｅが、その目標の回転数まで増大させられた後に、第１モータ２が反力トルクを出力することで、エンジントルクによる駆動力が発生する。なお、第１モータ２が反力トルクを出力していない間の加速要求に応じたトルクは、第２モータ３により出力し、第１モータ２が反力トルクを出力し始めたら、その第２モータ３のトルクを低減させる。なお、上述のステップＳ１４で否定的に判断された場合、すなわち上記の式（４）の和がβ以上の値の場合には、この制御例を一旦終了する。

つぎに、この発明の実施形態における作用について説明する。上述したように、この発明の実施形態では、加速要求があった際に、所定の条件が成立していることによりエンジン１の出力が比較的小さい場合には、エンジン回転数Ｎｅを増大させるためのイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒを、現在エンジン１が出力できるトルクの大きさに制御し、それに応じて第１モータ２の出力を制御するように構成されている。つまり、第１モータ２の出力は、現在エンジン１が出力可能なトルクの大きさに応じたものになる。そのため、第１モータ２は、過度にエンジン回転数を増大させるためのトルクを出力することを回避もしくは抑制でき、その結果、駆動力として発生しないトルクを出力することを回避もしくは抑制できる。すなわち電力ロスが発生することを回避もしくは抑制できる。また、そのように電力ロスが発生することを抑制できるから電費が悪化することをも抑制できる。

また、上述のように、エンジン最大トルクＴｅ＿ｍａｘが比較的小さい、あるいは制限されている場合には、運転者の要求する加速度を満たさないおそれがあるものの、エンジントルクで出力できない分のトルクは第２モータ３のトルクにより出力するように構成されている。したがって、運転者の加速要求を満たしつつ、上記の電力ロスが発生することを抑制できる。

つぎに、この発明の実施形態における他の例について説明する。上述したように、エンジン１の出力可能なトルクは所定の条件により制限される場合がある。例えば、燃費を重視するためにエンジン１の燃焼モードをリーン燃焼モードとして走行する場合、あるいは、排気温度が低いことなどによりコンプレッサおよびタービンの回転数であるターボ回転数（過給回転数とも称される）が低回転数である場合には、エンジン１の出力が制限される。以下に示す制御例では、そのようなリーン燃焼モードの場合や、ターボ回転数が低回転数の場合における第１モータ２の出力制御について説明する。なお、上述の図３の制御例と同様のステップあるいは同様の制御内容については、省略あるいは簡略化して説明する。

図５は、その制御の一例を示すフローチャートであり、先ず、現状のエンジン１で出力可能な最大トルクＴｅ＿ｍａｘを算出し、その算出した最大トルクＴｅ＿ｍａｘがステップＳ４で算出した指令トルクＴｅ＿ｃｍｄより大きいか否かを判断する（ステップＳ１０〜ステップＳ１１）。このステップＳ１１で否定的に判断された場合、すなわちステップＳ４で算出した指令トルクＴｅ＿ｃｍｄの方が最大トルクＴｅ＿ｍａｘより大きいと判断された場合には、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１を最大トルクＴｅ＿ｍａｘに更新する（ステップＳ１２）。それとは反対に、ステップＳ４の指令トルクの方が最大トルクＴｅ＿ｍａｘより大きいと判断された場合には、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１をそのまま更新する（ステップＳ１３）。

ついで、リーン燃焼モードにおける最大エンジントルクＴｅ＿ｍａｘ１を算出する（ステップＳ２０）。図６は、そのリーン燃焼モードにおける最大エンジントルクＴｅ＿ｍａｘ１を説明する図であり、破線がストイキ燃焼モードを示し、実線がリーン燃焼モードを示している。つまり、リーン燃焼モードでは、出力可能なエンジントルクは制限される。同様に、ターボ回転数が低回転の場合の最大エンジントルクＴｅ＿ｍａｘ２を算出する（ステップＳ３０）。図７は、ターボ回転数に応じた最大エンジントルクＴｅ＿ｍａｘ２を説明する図であり、ターボ回転数が低い場合には、出力可能なエンジントルクは制限される。なお、このステップ２０とステップＳ３０とは同時に実行されてもよく、またこの順序は反対であってもよい。

ついで、上述のステップＳ１２あるいはステップＳ１３で算出した指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１がリーン燃焼時の最大トルクＴｅ＿ｍａｘ１とターボ低回転時の最大トルクＴｅ＿ｍａｘ２との小さい方のトルクに所定の係数αを積算した値より小さいか否かを判断する（ステップＳ４０）。現在の指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１は、ストイキ燃焼モードに応じたエンジントルクを最大として設定されている。一方、その指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１よりリーン燃焼モードの場合やターボ回転数が低回転数の場合における出力可能なトルクが小さい場合がある。その場合には、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１をその小さい出力トルクに更新することが好ましい。そこで、このステップ４０では、ステップＳ１２あるいはステップＳ１３で算出した指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１と、リーン燃焼モード時およびターボ低回転数時の出力可能なトルクとを比較するように構成されている。なお、所定の係数αは、「１」に近似した予め定められた値であり、この発明の実施形態では、「１」より僅かに大きい値を係数としている。また、図８は、上記の図６のマップと図７のマップとを重ね合わせた図であって、最小トルクをプロットして結んだ線を太い破線で示し、その太い破線で結んだ最小トルクに上述の係数αを積算した線を太い実線で示している。

したがって、このステップＳ４０で肯定的に判断された場合、すなわちステップＳ１２あるいはステップＳ１３で算出した指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１の方が係数αを積算した最小トルクより大きい場合には、その指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１を、図８の太い実線で示す最小トルクに更新し（ステップＳ５０）、ステップＳ１４へ進む。

それとは反対に、このステップＳ４０で否定的に判断された場合、すなわち指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１の方が、係数αを積算した最小トルクより小さい場合には、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１は、そのままの値を維持し、ステップ１４へ進む。

ステップＳ１４は、上述の図３の制御例で説明した通りであり、更新した指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１とイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒとの和が予め定められた閾値β未満か否かを判断するステップである。つまり、イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒをリーン燃焼モードなどにより制限された指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１で出力できるか否かを判断する。言い換えれば、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１は、イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒより小さいか否かを判断する。なお、通常、加速要求がされた場合、イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒは大きく、それに応じて指令トルクが決定され、現在の指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１は、その指令トルクが制限された状態であるから、イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒの方が指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１より大きくなる。したがって、通常、このステップＳ１４では肯定的になる。

ついで、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１とイナーシャトルクとが同等となるように、目標のイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒ＿ｔｒｇを決定する（ステップＳ１５）。つまり、エンジン１は、図８で示した太い実線のトルクを最大トルクとして出力し、その最大トルクに応じてエンジン回転数Ｎｅを増大させる。そして、第１モータ２の出力トルクＴｍｇ１は、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１とイナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒ＿ｔｒｇとの関係で決まり（ステップＳ１６）、上述の閾値βを「０」あるいは「０」に近似した値とした場合には、イナーシャトルクＴｅ＿ｉｎｅｒ＿ｔｒｇと指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１とは釣り合う状態となるから、第１モータ２の出力トルクも「０」あるいは「０」に近似した値となる。なお、この場合において、運転者の要求を満たさない分の駆動トルクは、第２モータ３により出力する。

このように図５に示す制御例では、リーン燃焼モードの場合やターボ回転数が低回転の場合における出力可能なエンジントルクを考慮するように構成されている。例えば、燃費を重視して走行するような場合には、リーン燃焼モードが選択されるが、その状態でエンジン水温Ｔｗや外気温Ｔｏが低い場合には、エンジン１をリーン燃焼させて運転できず、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替わる。そのような場合、ストイキ燃焼モードの方がリーン燃焼モードより出力トルクが大きく、エンジン回転数の変化率も大きいので、急に燃焼モードが切り替わることによる騒音や振動を要因として運転者に違和感は不快感を与えることがある。一方、この発明の実施形態では、指令トルクＴｅ＿ｃｍｄ１をそのリーン燃焼モードで出力可能なトルクに制御するように構成されている。そのため、外気温Ｔｏが所定温度未満、あるいは、エンジン水温Ｔｗが所定温度未満など所定の条件が成立することによりリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替わった場合であっても、急激にエンジントルクが増大すること、ならびに、エンジン回転数Ｎｅが増大することを抑制できる。言い換えれば、リーン燃焼モード時における滑らかなトルク変化および回転数変化を維持する。したがって、そのような急激なトルクや回転数の変動がないため、上記の騒音や振動による違和感、ならびに、乗り心地の悪化を回避もしくは抑制できる。

また、上述のように、エンジン最大トルクＴｅ＿ｍａｘが制限される場合には、運転者の要求する加速度を満たさないおそれがあるものの、エンジントルクで出力できない分のトルクは主に第２モータ３のトルクにより補償するように構成されている。したがって、運転者の加速要求を満たしつつ、上記の騒音や振動による違和感を運転者に与えること、ならびに、乗り心地が悪化することを回避もしくは抑制できる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。上述した実施形態では、ステップＳ１４で閾値βが「０」あるいは「０」に近似した値として説明したものの、例えばエンジン１から駆動輪６に機械的に伝達されるトルク（直達トルク）を出力させるような場合には、閾値βを正の値として、第１モータ２による反力を発生させるように構成してもよい。また蓄電装置７の蓄電残量や第２モータ３の出力可能な電力（Ｗｏｕｔ）に応じて設定してもよい。つまり、閾値βに応じて第１モータ２の出力を予め定められた所定値以下に制御してよい。

また、上述の図１で説明したパワートレーンでは、動力分割機構４をシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成したものの、ダブルピニオン型の遊星歯車機構やラビニヨ型の遊星歯車機構により構成してもよい。また、エンジン１の最大トルクが制限される場合の例としては、上述したリーン燃焼時、ターボ低回転数時などに限られず、一部の気筒の燃焼を休止する減筒運転時を含んでもよい。

１ エンジン（ＥＮＧ）
２ 第１モータ（ＭＧ１）
３ 第２モータ（ＭＧ２）
４ 動力分割機構（伝動機構）
６ 駆動輪
１０ サンギヤ
１１ リングギヤ
１２ キャリヤ
１５ 第１ドライブギヤ
２３ 電子制御装置（ＥＣＵ）
Ｃ 過給機
Ｖｅ 車両

Claims (9)

1. エンジンと、駆動輪に駆動力を伝達する出力部材と、発電機能のある第１モータと、前記エンジンが出力した駆動力を前記出力部材と前記第１モータとに分割して伝達する動力分割機構とを備え、
   前記動力分割機構は、前記エンジンに連結された入力要素と、前記第１モータに連結された反力要素と、前記出力部材に連結された出力要素との少なくとも三つの回転要素を含み、
   加速要求に基づく要求エンジントルクに応じたトルクを前記駆動輪に作用させるべく前記第１モータが前記要求エンジントルクに対する反力トルクを出力するように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記ハイブリッド車両を制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させる場合に、前記エンジンが現在出力することが許容される最大トルクを算出し、
   前記最大トルクが前記エンジン回転数を増大させるために要するイナーシャトルクより小さいか否かを判断し、
   前記最大トルクが前記イナーシャトルクより小さいと判断された場合に、前記第１モータの出力を予め定められた所定値以下に制御するように構成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記コントローラは、
   前記最大トルクが前記イナーシャトルクより小さいと判断された場合に、前記エンジンの出力トルクを前記最大トルクに制御し、かつ前記イナーシャトルクを前記最大トルクで出力可能な範囲のトルクに設定するように構成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記コントローラは、
   前記最大トルクが前記イナーシャトルクより小さいと判断された場合に、前記エンジンの出力トルクを前記最大トルクに制御し、かつ前記エンジン回転数を増大させる際の回転数変化率を前記最大トルクで増大させることが可能な変化率に制御するように構成されている
   ことを特徴するハイブリッド車両の制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記第１モータが出力する前記所定値以下のトルクは、「０」または「０」に近似する予め定めた値であることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
5. 請求項２から４のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記イナーシャトルクと前記最大トルクとは同じトルクの大きさである
   ことを特徴するハイブリッド車両の制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記エンジンは、目標空燃比が理論空燃比を含む予め定めた値の空燃比に設定されたストイキ燃焼モードと、前記目標空燃比が前記ストイキ燃焼モードでの空燃比よりリーン側の空燃比に設定されたリーン燃焼モードとを選択して運転されるように構成され、
   前記最大トルクは、前記ストイキ燃焼モードあるいは前記リーン燃焼モードでの最大トルクであり、
   前記コントローラは、
   前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードに切り替わった場合に、前記エンジンの出力を前記リーン燃焼モードにおける最大トルクを上限とするように構成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記エンジンは過給機を備え、
   前記最大トルクは、前記過給機の回転数が所定の低回転数である場合のトルクである
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記ハイブリッド車両は、前記駆動輪と前記出力要素との間の動力伝達経路に連結された第２モータを備え、
   前記コントローラは、
   前記加速要求に基づいて前記エンジン回転数を増大させる場合に、前記エンジンで不足する分のトルクを前記第２モータにより出力するように構成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記第１モータの出力可能な最大トルクは、前記第１モータの軸換算で前記エンジンの出力可能な最大トルクより大きい
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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