JP3929435B2 - Power output apparatus, automobile equipped with the same, and control method of power output apparatus - Google Patents

Power output apparatus, automobile equipped with the same, and control method of power output apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To change the gear change ratio of a gear change transmission in which the transmission of the power from the rotary shaft of a motor to a drive shaft is performed at a changeable gear change ratio, more properly, by considering the charging/discharging power of an electric storage unit, such as a secondary battery, etc., or considering the drive state of the motor. <P>SOLUTION: In a power output device, the output shaft of an engine is connected to the drive shaft coupled to an axle through a planetary gear mechanism, a generator is connected to the rotary element of the planetary gear mechanism, and the gear change of the transmission of the power output device in which the motor is connected to the drive shaft through the transmission is switched when a vehicle speed V, the required torque Tr* required to the drive shaft and the torque outputted from the motor to the power which charges and discharges the battery become near a value "0" at a positive side. Thus, the gear change of the transmission can be performed more properly. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は、動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法に関する。   The present invention relates to a power output apparatus, an automobile equipped with the power output apparatus, and a method for controlling the power output apparatus.

従来、この種の動力出力装置としては、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した自動車に搭載されたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、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)
Conventionally, as this type of power output device, an engine output shaft is connected to a drive shaft connected to an axle via a planetary gear mechanism, a generator is connected to a rotating element of the planetary gear mechanism, and a speed change is made to the drive shaft. The thing mounted in the motor vehicle which connected the electric motor via the machine is proposed (for example, refer patent document 1). In this apparatus, the power from the electric motor is changed to the power corresponding to the vehicle speed and is output to the drive shaft by changing the gear position of the transmission according to the vehicle speed.
JP 2002-225578 A (FIG. 1)

しかしながら、上述の動力出力装置では、変速機の変速段を車速に応じた変速段とすることは記載されているが、バッテリの充放電電力や電動機の駆動状態については十分に考慮していない。バッテリの充放電電力によらず、車速だけに基づいて変速機の変速段を変更するものとすると、バッテリの充放電電力を内燃機関からの動力で賄うことから、同じ車速でもバッテリの充放電電力によって電動機の駆動ポイントが変更され、場合によっては、電動機が効率の悪い運転ポイントで運転されてしまう。また、有段の変速機の場合、その多くは遊星歯車機構を組み合わせると共にその複数の回転要素に対してクラッチやブレーキを設けて回転要素の接続関係を変えたり回転要素の回転を規制することにより変速を行なう。このとき、クラッチやブレーキの摩耗などの耐久性を考慮すると、変速に適した駆動状態が存在し、その駆動状態のときに変速するのが好ましい。従って、電動機の駆動状態を考慮せずに車速だけに基づいて変速機の変速段を変更するものとすると、電動機の駆動状態が変速機の変速に適しない状態のときでも変速してしまう場合が生じる。   However, in the above-described power output apparatus, although it is described that the speed change stage of the transmission is set to the speed change stage according to the vehicle speed, the battery charge / discharge power and the driving state of the electric motor are not sufficiently considered. Assuming that the gear stage of the transmission is changed based only on the vehicle speed, regardless of the charge / discharge power of the battery, the charge / discharge power of the battery is covered by the power from the internal combustion engine. As a result, the drive point of the electric motor is changed, and in some cases, the electric motor is operated at an inefficient operation point. In the case of a stepped transmission, many of them are combined with a planetary gear mechanism and provided with clutches and brakes for the plurality of rotating elements to change the connection relationship of the rotating elements or to restrict the rotation of the rotating elements. Shifts. At this time, in consideration of durability such as wear of the clutch and the brake, there is a driving state suitable for gear shifting, and it is preferable to shift gears in that driving state. Therefore, if the gear stage of the transmission is changed based on only the vehicle speed without considering the driving state of the motor, the gear may shift even when the driving state of the motor is not suitable for gear shifting. Arise.

本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、二次電池などの蓄電装置の充放電電力を考慮したり電動機の駆動状態を考慮することにより電動機の回転軸と駆動軸との動力の伝達を変更可能な変速比をもって行なう変速伝達装置における変速比の変更をより適正に行なう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する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、装置や自動車のエネルギ効率を向上させることを目的の一つとする。   The power output device of the present invention, a vehicle equipped with the power output device, and a control method for the power output device include the rotating shaft of the motor by considering the charge / discharge power of a power storage device such as a secondary battery or the driving state of the motor. One of the purposes is to more appropriately change the speed ratio in the speed change transmission device that performs transmission of power to the drive shaft with a changeable speed ratio. It is an object of the power output apparatus, the automobile on which the power output apparatus is mounted, and the control method for the power output apparatus of the present invention to improve the energy efficiency of the apparatus and the automobile.

本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、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。   In order to achieve at least a part of the above object, the power output apparatus of the present invention, the automobile equipped with the power output apparatus, and the control method of the power output apparatus employ the following means.

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、
内燃機関と、
該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該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、
動力を入出力可能な電動機と、
該電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達を変更可能な変速比をもって行なう変速伝達手段と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
該蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電すべき要求電力を設定する要求電力設定手段と、
操作者の操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
前記設定された要求電力と前記設定された要求動力とに基づいて前記変速伝達手段における変速比を設定する変速比設定手段と、
前記設定された変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達が行なわれると共に前記設定された要求電力に基づく電力により前記蓄電手段が充放電され且つ前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
The power output apparatus of the present invention is
A power output device that outputs power to a drive shaft,
An internal combustion engine;
An electric power drive input / output means connected to the output shaft of the internal combustion engine and the drive shaft, and outputting at least a part of the power from the internal combustion engine to the drive shaft with input / output of electric power;
An electric motor that can input and output power;
Shift transmission means for performing transmission of power between the rotating shaft of the electric motor and the drive shaft with a changeable gear ratio;
A power storage means capable of exchanging power with the electric power drive input / output means and the electric motor;
Required power setting means for setting required power to charge / discharge the power storage means based on the state of the power storage means;
Requested power setting means for setting required power to be output to the drive shaft based on an operation of an operator;
A transmission ratio setting means for setting a transmission ratio in the transmission transmission means based on the set required power and the set required power;
Power is transmitted between the rotating shaft of the electric motor and the drive shaft with the set speed ratio, and the power storage means is charged / discharged by the electric power based on the set required power, and the set required power is obtained. Control means for controlling the internal combustion engine, the electric power drive input / output means, the electric motor, and the shift transmission means so that power based on the power is output to the drive shaft;
It is a summary to provide.

この本発明の動力出力装置では、蓄電手段の状態に基づいてこの蓄電手段を充放電すべき要求電力を設定すると共に操作者の操作に基づいて駆動軸に出力すべき要求動力を設定し、こうして設定した要求電力と要求動力とに基づいて電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達を変更可能な変速比をもって行なう変速伝達手段における変速比を設定する。そして、設定した変速比をもって電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達が行なわれると共に設定した要求電力に基づく電力により蓄電手段が充放電され且つ設定した要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機と変速伝達手段とを制御する。即ち、蓄電手段を充放電すべき要求電力に基づいて変速することになるから、電動機を効率よく駆動できる範囲内で変速することができる。この結果、装置のエネルギ効率を向上させることができる。ここで、駆動軸は単一の軸であってもよいし、異なる複数の軸であってもよい。   In the power output device of the present invention, the required power to be charged / discharged for the power storage means is set based on the state of the power storage means, and the required power to be output to the drive shaft is set based on the operation of the operator, thus Based on the set required power and required power, a transmission gear ratio is set in the transmission transmission means for performing transmission of power between the rotating shaft of the motor and the drive shaft with a changeable gear ratio. Then, power is transmitted between the rotating shaft of the motor and the drive shaft with the set speed ratio, and the power storage means is charged / discharged by the power based on the set required power, and the power based on the set required power is supplied to the drive shaft. The internal combustion engine, the power drive input / output means, the electric motor, and the transmission transmission means are controlled so as to be output. In other words, the power storage means is shifted based on the required power to be charged / discharged, so that the gear can be shifted within a range where the electric motor can be driven efficiently. As a result, the energy efficiency of the apparatus can be improved. Here, the drive shaft may be a single shaft or a plurality of different shafts.

こうした本発明の動力出力装置において、前記変速伝達手段は2段の変速比を切り替えて前記動力の伝達を行なう手段であり、前記変速比設定手段は前記変速伝達手段における変速比の切り替えポイントを設定する手段であるものとすることもできる。この場合、前記変速比設定手段は、前記電動機から出力されるトルクが値0近傍となるよう前記変速比の切り替えポイントを設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電動機の駆動状態に応じて変速比の切り替えを行なうことができる。また、変速伝達手段における変速を容易に行なうことができると共に変速によるショックを抑制することができる。   In such a power output apparatus of the present invention, the speed change transmission means is means for transmitting the power by switching between two speed ratios, and the speed ratio setting means sets a speed ratio switching point in the speed change transmission means. It can also be a means to do. In this case, the gear ratio setting means may be means for setting the gear ratio switching point so that the torque output from the electric motor is close to zero. In this way, the gear ratio can be switched according to the driving state of the electric motor. Further, it is possible to easily perform a shift in the shift transmission means and to suppress a shock due to the shift.

こうした変速伝達手段が2段の変速比を切り替えて動力の伝達を行なう態様の本発明の動力出力装置において、前記変速比設定手段は、前記電動機から出力されるトルクが値0以上の範囲内で前記変速比の切り替えポイントを設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、変速伝達手段の構造を電動機から出力されるトルクが値0以上のときに適正に変速比の変速を行なうことができる構造とすることにより、より適正に変速比の切り替えを行なうことができる。即ち、電動機の駆動状態に応じて変速比の切り替えを行なうことができる。この場合、前記変速伝達手段は、二つのブレーキを備え、前記駆動軸が正回転しており且つ前記電動機から正のトルクが出力されている状態で前記電動機の回転軸の動力が第1の減速比をもって前記駆動軸に伝達される第1の変速比から前記電動機の回転軸の動力が前記第1の減速比より小さな第2の減速比をもって前記駆動軸に伝達される第2の変速比に変更する際には前記二つのブレーキのうち一方についてはオフから滑りを伴ってオンとすることにより変速比の切り替えを行ない、前記駆動軸が正回転しており且つ前記電動機から正のトルクが出力されている状態で前記第2の減速比をもって前記駆動軸に伝達される第1の変速比から前記電動機の回転軸の動力が前記第2の変速比から第1の変速比に変更する際には前記二つのブレーキのいずれもが滑りを伴うオン操作なしに変速比の切り替えを行なう手段であるものとすることもできる。   In the power output apparatus of the present invention in which such a transmission means switches power transmission by switching between two speed ratios, the transmission ratio setting means is configured such that the torque output from the electric motor is within a range of 0 or more. It may be a means for setting a switching point of the gear ratio. In this way, the gear ratio transmission mechanism can be appropriately switched when the torque output from the electric motor has a value of 0 or more so that the gear ratio can be appropriately changed. Can do. That is, the gear ratio can be switched according to the driving state of the electric motor. In this case, the shift transmission means includes two brakes, and the power of the rotating shaft of the electric motor is a first deceleration while the driving shaft is rotating forward and a positive torque is output from the electric motor. From the first transmission ratio transmitted to the drive shaft with a ratio, the second transmission ratio with which the power of the rotating shaft of the motor is transmitted to the drive shaft with a second reduction ratio smaller than the first reduction ratio. When changing, one of the two brakes is switched from off to on with slipping to change the gear ratio, the drive shaft is rotating forward and a positive torque is output from the motor. When the power of the rotating shaft of the motor is changed from the second speed ratio to the first speed ratio from the first speed ratio transmitted to the drive shaft with the second speed reduction ratio in the state where Is the two braces Any of can also be assumed to be a means for changeover of the gear ratio without turning on involve slippage.

また、変速伝達手段が2段の変速比を切り替えて動力の伝達を行なう態様の本発明の動力出力装置において、前記変速比設定手段は、前記駆動軸の回転数と前記駆動軸に出力すべきトルクと切り替えポイントとの関係に対して前記要求動力を前記駆動軸の回転数と前記駆動軸に出力すべきトルクとの積として該関係から導出される切り替えポイントを前記変速比の切り替えポイントとして設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、容易に変速比の切り替えポイントを設定することができる。   Further, in the power output apparatus of the present invention in which the speed change transmission means switches the speed ratio of the two stages and transmits the power, the speed change ratio setting means should output the rotational speed of the drive shaft and the drive shaft. For the relationship between the torque and the switching point, the required power is set as the product of the rotational speed of the drive shaft and the torque to be output to the drive shaft, and the switching point derived from the relationship is set as the speed ratio switching point. It can also be a means to do. In this way, the gear ratio switching point can be easily set.

本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記設定された要求動力と前記設定された要求電力とが前記内燃機関から出力される動力により賄われると共に該内燃機関が所定の制約で運転されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段と制御する手段であるものとすることもできる。この場合、前記所定の制約は、前記内燃機関が効率よく運転される制約であるものとすることもできる。こうすれば、装置のエネルギ効率を向上させることができる。   In the power output apparatus of the present invention, the control means is configured such that the set required power and the set required power are covered by power output from the internal combustion engine, and the internal combustion engine is operated with predetermined restrictions. The internal combustion engine, the power drive input / output means, the electric motor, and the shift transmission means may be controlled. In this case, the predetermined restriction may be a restriction that allows the internal combustion engine to operate efficiently. In this way, the energy efficiency of the device can be improved.

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。   In the power output apparatus of the present invention, the power / power input / output means is connected to three axes of the output shaft, the drive shaft, and the third shaft of the internal combustion engine, and is input / output to any two of the three shafts. It may be a means comprising a three-axis power input / output means for inputting / outputting power to / from the remaining shaft based on the generated power, and a generator for inputting / outputting power to / from the third shaft, A first rotor attached to the output shaft of the internal combustion engine; and a second rotor attached to the drive shaft; and an electromagnetic action between the first rotor and the second rotor. It may be a counter-rotor motor that outputs at least part of the power from the internal combustion engine to the drive shaft with input and output of electric power.

本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置、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、内燃機関と、該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該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、該電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達を変更可能な変速比をもって行なう変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、該蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電すべき要求電力を設定する要求電力設定手段と、操作者の操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、前記設定された要求電力と前記設定された要求動力とに基づいて前記変速伝達手段における変速比を設定する変速比設定手段と、前記設定された変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達が行なわれると共に前記設定された要求電力に基づく電力により前記蓄電手段が充放電され且つ前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御する制御手段と、を備える動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に接続されてなることを要旨とする。   The automobile of the present invention is a power output apparatus of the present invention according to any one of the above-described aspects, that is, basically a power output apparatus that outputs power to a drive shaft, and includes an internal combustion engine and an output of the internal combustion engine. An electric power input / output means connected to the shaft and the drive shaft for outputting at least part of the power from the internal combustion engine to the drive shaft with input / output of electric power; an electric motor capable of inputting / outputting power; and Shift transmission means for performing transmission of power between the rotating shaft of the electric motor and the drive shaft with a changeable gear ratio; power storage input / output means; power storage means capable of exchanging power with the motor; and Required power setting means for setting required power to charge / discharge the power storage means based on a state; required power setting means for setting required power to be output to the drive shaft based on an operation of an operator; and the setting Requested power and said Transmission ratio setting means for setting a transmission ratio in the transmission transmission means based on the determined required power, and transmission of power between the rotating shaft of the motor and the drive shaft with the set transmission ratio. The internal combustion engine, the power power input / output means, and the electric motor so that the power storage means is charged / discharged by electric power based on the set required power and power based on the set required power is output to the drive shaft. A gist is that a power output device including a control means for controlling the shift transmission means is mounted, and an axle is connected to the drive shaft.

この本発明の自動車では、上述のいずれかの態様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、例えば、電動機を効率よく駆動できる範囲内で変速伝達手段の変速比を変更することができる効果やこれによる装置のエネルギ効率を向上させることができる効果、電動機の駆動状態に応じて変速比の切り替えを行なうことができる効果などと同様な効果を奏することができる。   Since the power output device of the present invention according to any one of the above-described aspects is mounted on the automobile of the present invention, the effect of the power output device of the present invention, for example, within the range where the electric motor can be efficiently driven, An effect similar to the effect of changing the gear ratio, the effect of improving the energy efficiency of the apparatus, and the effect of switching the gear ratio according to the driving state of the motor can be obtained. it can.

本発明の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、該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該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、該電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達を変更可能な変速比をもって行なう変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
(a)前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電すべき要求電力を設定し、
(b)操作者の操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定し、
(c)前記設定した要求電力と前記設定した要求動力とに基づいて前記変速伝達手段における変速比を設定し、
(d)前記設定した変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達が行なわれると共に前記設定した要求電力に基づく電力により前記蓄電手段が充放電され且つ前記設定した要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御する
ことを要旨とする。
The method for controlling the power output apparatus of the present invention includes:
An internal combustion engine; power power input / output means connected to the output shaft of the internal combustion engine and the drive shaft for outputting at least part of the power from the internal combustion engine to the drive shaft with power input / output; An electric motor capable of inputting / outputting power, transmission transmission means for performing transmission of power between the rotating shaft of the electric motor and the drive shaft with a changeable gear ratio, and exchange of electric power with the electric power input / output means and the electric motor. A power output device comprising a power storage means,
(A) Based on the state of the power storage means, setting required power to charge / discharge the power storage means,
(B) setting required power to be output to the drive shaft based on the operation of the operator;
(C) setting a transmission gear ratio in the transmission transmission means based on the set required power and the set required power;
(D) Power is transmitted between the rotating shaft of the electric motor and the drive shaft with the set gear ratio, and the power storage means is charged / discharged by electric power based on the set required power, and the set required power is achieved. The gist of the invention is to control the internal combustion engine, the electric power drive input / output means, the electric motor, and the shift transmission means so that the power based thereon is output to the drive shaft.

この本発明の動力出力装置の制御方法では、蓄電手段の状態に基づいてこの蓄電手段を充放電すべき要求電力を設定すると共に操作者の操作に基づいて駆動軸に出力すべき要求動力を設定し、更に、この設定した要求電力と要求動力とに基づいて電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達を変更可能な変速比をもって行なう変速伝達手段における変速比を設定する。そして、設定した変速比をもって電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達が行なわれると共に設定した要求電力に基づく電力により蓄電手段が充放電され且つ設定した要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機と変速伝達手段とを制御する。即ち、蓄電手段を充放電すべき要求電力に基づいて変速することになるから、電動機を効率よく駆動できる範囲内で変速することができる。この結果、装置のエネルギ効率を向上させることができる。   In the control method for the power output device of the present invention, the required power to be charged / discharged for the power storage means is set based on the state of the power storage means, and the required power to be output to the drive shaft is set based on the operation of the operator. Further, a transmission gear ratio is set in the transmission transmission means for performing transmission of power between the rotating shaft of the motor and the drive shaft with a changeable gear ratio based on the set required power and required power. Then, power is transmitted between the rotating shaft of the motor and the drive shaft with the set speed ratio, and the power storage means is charged / discharged by the power based on the set required power, and the power based on the set required power is supplied to the drive shaft. The internal combustion engine, the power drive input / output means, the electric motor, and the transmission transmission means are controlled so as to be output. In other words, the power storage means is shifted based on the required power to be charged / discharged, so that the gear can be shifted within a range where the electric motor can be driven efficiently. As a result, the energy efficiency of the apparatus can be improved.

こうした本発明の動力出力装置の制御方法において、前記変速伝達手段は2段の変速比を切り替えて前記動力の伝達を行なう手段であり、前記ステップ(c)は前記電動機から出力されるトルクが値0近傍の正の範囲内で前記変速伝達手段における変速比の切り替えポイントを設定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、変速伝達手段の構造を電動機から出力されるトルクが値0以上のときに適正に変速比の変速を行なうことができる構造とすることにより、より適正に変速比の切り替えを行なうことができると共に、変速伝達手段における変速を容易に行なうことができ、変速によるショックを抑制することができる。即ち、電動機の駆動状態に応じて変速比の切り替えを行なうことができる。   In such a control method for a power output apparatus of the present invention, the shift transmission means is a means for transmitting the power by switching between two gear ratios, and step (c) has a torque output from the motor as a value. It may be a step of setting a speed ratio switching point in the speed change transmission means within a positive range near zero. In this way, the gear ratio transmission mechanism can be appropriately switched when the torque output from the electric motor has a value of 0 or more so that the gear ratio can be appropriately changed. In addition, it is possible to easily perform a shift in the shift transmission means, and it is possible to suppress a shock caused by the shift. That is, the gear ratio can be switched according to the driving state of the electric motor.

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。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described using examples.

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。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a hybrid vehicle 20 equipped with a power output apparatus as an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the hybrid vehicle 20 of the embodiment includes an engine 22, a three-shaft power distribution / integration mechanism 30 connected to a crankshaft 26 as an output shaft of the engine 22 via a damper 28, and power distribution / integration. A motor MG1 capable of generating electricity connected to the mechanism 30, a motor MG2 connected to the power distribution and integration mechanism 30 via a transmission 60, and a hybrid electronic control unit 70 for controlling the entire drive system of the vehicle.

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。   The engine 22 is an internal combustion engine that outputs power using a hydrocarbon-based fuel such as gasoline or light oil, and an engine electronic control unit (hereinafter referred to as an engine ECU) that receives signals from various sensors that detect the operating state of the engine 22. ) 24 is subjected to operation control such as fuel injection control, ignition control, intake air amount adjustment control and the like. The engine ECU 24 is in communication with the hybrid electronic control unit 70, controls the operation of the engine 22 by a control signal from the hybrid electronic control unit 70, and, if necessary, transmits data related to the operating state of the engine 22 to the hybrid electronic control. Output to unit 70.

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。   The power distribution and integration mechanism 30 includes an external gear sun gear 31, an internal gear ring gear 32 arranged concentrically with the sun gear 31, a plurality of pinion gears 33 that mesh with the sun gear 31 and mesh with the ring gear 32, A planetary gear mechanism is provided that includes a carrier 34 that holds a plurality of pinion gears 33 so as to rotate and revolve, and that performs differential action using the sun gear 31, the ring gear 32, and the carrier 34 as rotational elements. In the power distribution and integration mechanism 30, the crankshaft 26 of the engine 22 is connected to the carrier 34, the motor MG1 is connected to the sun gear 31, and the motor MG2 is connected to the ring gear 32 via the transmission 60. The motor MG1 generates power. When the motor MG1 functions as a motor, the power from the engine 22 input from the carrier 34 is distributed according to the gear ratio between the sun gear 31 side and the ring gear 32 side, and when the motor MG1 functions as an electric motor, the engine 22 input from the carrier 34. And the power from the motor MG1 input from the sun gear 31 are integrated and output to the ring gear 32. The ring gear 32 is mechanically connected to the drive wheels 39a and 39b of the front wheels of the vehicle via a gear mechanism 37 and a differential gear 38. Therefore, the power output to the ring gear 32 is output to the drive wheels 39a and 39b via the gear mechanism 37 and the differential gear 38. Note that the three axes connected to the power distribution and integration mechanism 30 when viewed as a drive system are the crankshaft 26 that is the output shaft of the engine 22 connected to the carrier 34, and the rotation shaft of the motor MG1 that is connected to the sun gear 31. The ring gear shaft 32a as a drive shaft is connected to the sun gear shaft 31a and the ring gear 32 and mechanically connected to the drive wheels 39a and 39b.

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。   Both the motor MG1 and the motor MG2 are configured as well-known synchronous generator motors that can be driven as generators and can be driven as motors, and exchange power with the battery 50 via inverters 41 and 42. The power line 54 connecting the inverters 41 and 42 and the battery 50 is configured as a positive and negative bus shared by the inverters 41 and 42, and the electric power generated by one of the motors MG 1 and MG 2 is supplied to another motor. It can be consumed at. Therefore, battery 50 is charged / discharged by electric power generated from motors MG1 and MG2 or insufficient electric power. Note that the battery 50 is not charged / discharged if the electric power balance is balanced by the motor MG1 and the motor MG2. The motors MG1 and MG2 are both driven and controlled by a motor electronic control unit (hereinafter referred to as a motor ECU) 40. The motor ECU 40 detects signals necessary for driving and controlling the motors MG1 and MG2, such as signals from rotational position detection sensors 43 and 44 that detect the rotational positions of the rotors of the motors MG1 and MG2, and current sensors (not shown). The phase current applied to the motors MG1 and MG2 to be applied is input, and a switching control signal to the inverters 41 and 42 is output from the motor ECU 40. The motor ECU 40 calculates the rotational speeds Nm1 and Nm2 of the rotors of the motors MG1 and MG2 by a rotational speed calculation routine (not shown) based on signals input from the rotational position detection sensors 43 and 44. The motor ECU 40 is in communication with the hybrid electronic control unit 70, controls the driving of the motors MG1 and MG2 by a control signal from the hybrid electronic control unit 70, and, if necessary, data on the operating state of the motors MG1 and MG2. Output to the hybrid electronic control unit 70.

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。   The transmission 60 connects and disconnects the rotating shaft 48 of the motor MG2 and the ring gear shaft 32a and reduces the rotational speed of the rotating shaft 48 of the motor MG2 to two stages by connecting the both shafts to the ring gear shaft 32a. Configured to communicate. An example of the configuration of the transmission 60 is shown in FIG. The transmission 60 shown in FIG. 2 includes a double-pinion planetary gear mechanism 60a, a single-pinion planetary gear mechanism 60b, and two brakes B1 and B2. The planetary gear mechanism 60a of a double pinion includes an external gear sun gear 61, an internal gear ring gear 62 arranged concentrically with the sun gear 61, a plurality of first pinion gears 63a meshing with the sun gear 61, and the first pinion gear 63a. A plurality of second pinion gears 63b that mesh with the one pinion gear 63a and mesh with the ring gear 62, and a carrier 64 that holds the plurality of first pinion gears 63a and the plurality of second pinion gears 63b so as to rotate and revolve freely. The sun gear 61 can be freely rotated or stopped by turning on and off the brake B1. The single-pinion planetary gear mechanism 60 b includes an external gear sun gear 65, an internal gear ring gear 66 disposed concentrically with the sun gear 65, and a plurality of pinion gears 67 that mesh with the sun gear 65 and mesh with the ring gear 66. And a carrier 68 that holds a plurality of pinion gears 67 so as to rotate and revolve. The sun gear 65 is connected to the rotating shaft 48 of the motor MG2, the carrier 68 is connected to the ring gear shaft 32a, and the ring gear 66 is braked. The rotation can be freely or stopped by turning on and off B2. The double pinion planetary gear mechanism 60a and the single pinion planetary gear mechanism 60b are connected by a ring gear 62 and a ring gear 66, and a carrier 64 and a carrier 68, respectively. The transmission 60 can disconnect the rotating shaft 48 of the motor MG2 from the ring gear shaft 32a by turning off both the brakes B1 and B2, and can turn off the brake B1 and turn on the brake B2 to turn on the rotating shaft 48 of the motor MG2. Is rotated at a relatively large reduction ratio and transmitted to the ring gear shaft 32a (hereinafter, this state is referred to as a Lo gear state), the brake B1 is turned on and the brake B2 is turned off to rotate the rotating shaft 48 of the motor MG2. Is rotated at a relatively small reduction ratio and transmitted to the ring gear shaft 32a (hereinafter, this state is referred to as a Hi gear state). Note that when the brakes B1 and B2 are both turned on, the rotation of the rotary shaft 48 and the ring gear shaft 32a is prohibited.

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。   The battery 50 is managed by a battery electronic control unit (hereinafter referred to as a battery ECU) 52. The battery ECU 52 receives signals necessary for managing the battery 50, for example, a voltage between terminals from a voltage sensor (not shown) installed between the terminals of the battery 50, and a power line 54 connected to the output terminal of the battery 50. The charging / discharging current from the attached current sensor (not shown), the battery temperature from the temperature sensor (not shown) attached to the battery 50, and the like are input. Output to the control unit 70. The battery ECU 52 also calculates the remaining capacity (SOC) based on the integrated value of the charge / discharge current detected by the current sensor in order to manage the battery 50.

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。   The hybrid electronic control unit 70 is configured as a microprocessor centered on the CPU 72, and in addition to the CPU 72, a ROM 74 for storing processing programs, a RAM 76 for temporarily storing data, an input / output port and communication not shown. And a port. The hybrid electronic control unit 70 is provided with an ignition signal from the ignition switch 80, a shift position SP from the shift position sensor 82 that detects the operation position of the shift lever 81, and an accelerator opening Adrv corresponding to the depression amount of the accelerator pedal 83. The accelerator opening Adrv from the accelerator pedal position sensor 84 to be detected, the brake position BP from the brake pedal position sensor 86 to detect the depression amount of the brake pedal 85, the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 88, and the like are input via the input port. ing. Further, the hybrid electronic control unit 70 outputs a drive signal to actuators (not shown) of the brakes B1 and B2 of the transmission 60 through an output port. As described above, the hybrid electronic control unit 70 is connected to the engine ECU 24, the motor ECU 40, and the battery ECU 52 via communication ports, and exchanges various control signals and data with the engine ECU 24, the motor ECU 40, and the battery ECU 52. Is doing.

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。   The hybrid vehicle 20 of the embodiment configured in this way calculates the required torque to be output to the ring gear shaft 32a as the drive shaft based on the accelerator opening degree Adrv corresponding to the depression amount of the accelerator pedal 83 by the driver and the vehicle speed V. Then, the operation of the engine 22, the motor MG1, and the motor MG2 is controlled so that the required power corresponding to the required torque is output to the ring gear shaft 32a. As operation control of the engine 22, the motor MG1, and the motor MG2, the operation of the engine 22 is controlled so that power corresponding to the required power is output from the engine 22, and all of the power output from the engine 22 is the power distribution and integration mechanism 30. Torque conversion operation mode for driving and controlling the motor MG1 and the motor MG2 so that the torque is converted by the motor MG1 and the motor MG2 and output to the ring gear shaft 32a, and the required power and the power required for charging and discharging the battery 50. The engine 22 is operated and controlled so that suitable power is output from the engine 22, and all or part of the power output from the engine 22 with charging / discharging of the battery 50 is the power distribution and integration mechanism 30, the motor MG1, and the motor. The required power is converted to the ring gear shaft 32 with torque conversion by MG2. Charge / discharge operation mode in which the motor MG1 and the motor MG2 are driven and controlled to be output to each other, and a motor operation mode in which the operation of the engine 22 is stopped and the power corresponding to the required power from the motor MG2 is output to the ring gear shaft 32a. and so on.

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の切り替えを伴う駆動制御の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、所定時間毎(例えば、8msec毎)に繰り返し実行される。   Next, the operation of the hybrid vehicle 20 of the embodiment, particularly the operation at the time of drive control accompanied by the switching of the transmission 60 will be described. FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a drive control routine executed by the hybrid electronic control unit 70 according to the embodiment. This routine is repeatedly executed every predetermined time (for example, every 8 msec).

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や車速センサ88からの車速V,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ要求電力Pb*,バッテリ50の出力制限Wout,変速機60の変速状態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により検出されるモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて計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、バッテリ要求電力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。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ものとした。変速機60の変速状態は、変速機60のギヤの状態を切り替えるときに設定するフラグを入力するものとした。   When the drive control routine is executed, first, the CPU 72 of the hybrid electronic control unit 70 first determines the accelerator opening Acc from the accelerator pedal position sensor 84, the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 88, the rotational speed Nm1, of the motors MG1, MG2. A process of inputting data necessary for control, such as Nm2, required battery power Pb *, output limit Wout of battery 50, and the shift state of transmission 60 is executed (step S100). Here, the rotational speeds Nm1 and Nm2 of the motors MG1 and MG2 are input from the motor ECU 40 by communication from those calculated based on the rotational positions of the rotors of the motors MG1 and MG2 detected by the rotational position detection sensors 43 and 44. To do. Further, the battery required power Pb * is input from the battery ECU 52 by communication from the battery ECU 52 as power to be charged / discharged by the battery ECU 52 based on the remaining capacity (SOC) of the battery 50 or the like. The output limit Wout of the battery 50 is set based on the battery temperature and the remaining capacity (SOC) of the battery 50 and is input from the battery ECU 52 by communication. As the shift state of the transmission 60, a flag to be set when switching the gear state of the transmission 60 is input.

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63a,63b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*とエンジン22に要求される要求パワーPe*とを設定する(ステップS110)。要求トルクTr*は、実施例では、アクセル開度Acc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。要求パワーPe*は、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものとバッテリ要求電力Pb*とロスLossとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸32aの回転数Nrは、車速Vに換算係数kを乗じることによって求めたり、モータMG2の回転数Nm2を変速機60のギヤ比Grで割ることによって求めることができる。   When the data is thus input, the required torque Tr * to be output to the ring gear shaft 32a as the drive shaft connected to the drive wheels 63a and 63b as the torque required for the vehicle based on the input accelerator opening Acc and the vehicle speed V. And the required power Pe * required for the engine 22 is set (step S110). In the embodiment, the required torque Tr * is determined in advance by storing the relationship between the accelerator opening Acc, the vehicle speed V, and the required torque Tr * in the ROM 74 as a required torque setting map, and the accelerator opening Acc, the vehicle speed V, , The corresponding required torque Tr * is derived and set from the stored map. FIG. 4 shows an example of the required torque setting map. The required power Pe * can be calculated as the sum of the set required torque Tr * multiplied by the rotation speed Nr of the ring gear shaft 32a, the battery required power Pb *, and the loss Loss. The rotational speed Nr of the ring gear shaft 32a can be obtained by multiplying the vehicle speed V by a conversion factor k, or can be obtained by dividing the rotational speed Nm2 of the motor MG2 by the gear ratio Gr of the transmission 60.

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S120)。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*とに基づいて目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する。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。   Based on the set required power Pe *, a target rotational speed Ne * and a target torque Te * of the engine 22 are set (step S120). In this setting, the target rotational speed Ne * and the target torque Te * are set based on the operation line for efficiently operating the engine 22 and the required power Pe *. FIG. 5 shows an example of the operation line of the engine 22 and how the target rotational speed Ne * and the target torque Te * are set. As shown in the figure, the target rotational speed Ne * and the target torque Te * can be obtained from the intersection of the operation line and a curve with a constant required power Pe * (Ne * × Te *).

次に、設定した目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2/Gr)と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(1)によりモータMG1の目標回転数Nm1*を計算すると共に計算した目標回転数Nm1*と現在の回転数Nm1とに基づいて式(2)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を計算する(ステップS130)。ここで、式(1)は、動力分配統合機構30の回転要素に対する力学的な関係式である。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。式(1)は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、R軸上の2つの太線矢印は、エンジン22を目標回転数Ne*および目標トルク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す。また、式(2)は、モータMG1を目標回転数Nm1*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(2)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。   Next, using the set target rotational speed Ne *, the rotational speed Nr (Nm2 / Gr) of the ring gear shaft 32a, and the gear ratio ρ of the power distribution and integration mechanism 30, the target rotational speed Nm1 of the motor MG1 is given by the following equation (1). * Is calculated and a torque command Tm1 * of the motor MG1 is calculated by equation (2) based on the calculated target rotational speed Nm1 * and the current rotational speed Nm1 (step S130). Here, Expression (1) is a dynamic relational expression for the rotating element of the power distribution and integration mechanism 30. FIG. 6 is a collinear diagram showing the dynamic relationship between the rotational speed and torque in the rotating elements of the power distribution and integration mechanism 30. As shown in FIG. In the figure, the left S-axis indicates the rotation speed of the sun gear 31 that is the rotation speed Nm1 of the motor MG1, the C-axis indicates the rotation speed of the carrier 34 that is the rotation speed Ne of the engine 22, and the R-axis indicates the rotation speed of the motor MG2. The rotational speed Nr of the ring gear 32 obtained by multiplying the number Nm2 by the gear ratio Gr of the transmission 60 is shown. Expression (1) can be easily derived by using this alignment chart. The two thick arrows on the R axis indicate that torque Te * output from the engine 22 when the engine 22 is normally operated at the operation point of the target rotational speed Ne * and the target torque Te * is transmitted to the ring gear shaft 32a. Torque and torque that the torque Tm2 * output from the motor MG2 acts on the ring gear shaft 32a via the transmission 60. Expression (2) is a relational expression in feedback control for rotating the motor MG1 at the target rotational speed Nm1 *. In Expression (2), “k1” in the second term on the right side is a gain of a proportional term. “K2” in the third term on the right side is the gain of the integral term.

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*−Nm1)+k2∫(Nm1*−Nm1)dt (2)
Nm1 * = Ne * ・ (1 + ρ) / ρ−Nm2 / (Gr ・ ρ) (1)
Tm1 * = previous Tm1 * + k1 (Nm1 * −Nm1) + k2∫ (Nm1 * −Nm1) dt (2)

続いて、車速Vと要求トルクTr*とバッテリ要求電力Pb*とに基づいて変速機60のギヤの状態を切り替えるか否かの判定を行なう(ステップS140)。変速機60のギヤの状態の切り替えの判定は、実施例では、車速Vと要求トルクTr*とバッテリ要求電力Pb*とギヤ状態との関係を予め定めて変速状態設定用マップとしてROM74に記憶しておき、車速Vと要求トルクTr*とバッテリ要求電力Pb*とが与えられると、マップから対応するギヤ状態を導出し、この導出したギヤ状態と現在のギヤ状態とを比較することにより行なうものとした。変速状態設定用マップの一例を図7に示す。図中、複数の曲線はバッテリ要求電力Pb*に基づいて変速機60のギヤの状態を変更する変速線であり、変速線に記された電力値はバッテリ50を充電する電力を負としたバッテリ要求電力Pb*である。変速機60のギヤ状態は、例えば、バッテリ要求電力Pb*が−6kWのときには、要求トルクTr*と車速Vとの交点が−6kWの変速線より上部にあればLoギヤの状態となり、要求トルクTr*と車速Vとの交点が−6kWの変速線より下部にあればHiギヤの状態となる。実施例では、各変速線を、モータMG2が効率よく駆動されるよう、即ち変速機60ができる限りLoギヤの状態となると共に変速ショックが生じないようモータMG2から出力するトルクが正側で値0近傍となるように設定した。この理由については後述する。また、モータMG2についてはその上限回転数以下で駆動する必要があるため、車速Vがこの上限回転数より若干低い回転数に相当する車速Vhi以上のときには、要求トルクTr*やバッテリ要求電力Pb*に拘わらず、変速機60はHiギヤ状態とするものとした。   Subsequently, it is determined whether or not to change the gear state of the transmission 60 based on the vehicle speed V, the required torque Tr *, and the battery required power Pb * (step S140). In the embodiment, the determination of the change of the gear state of the transmission 60 is performed by preliminarily determining the relationship among the vehicle speed V, the required torque Tr *, the battery required power Pb * and the gear state and storing it in the ROM 74 as a shift state setting map. When vehicle speed V, required torque Tr *, and battery required power Pb * are given, the corresponding gear state is derived from the map, and this derived gear state is compared with the current gear state. It was. An example of the shift state setting map is shown in FIG. In the figure, a plurality of curves are shift lines that change the state of the gear of the transmission 60 based on the battery required power Pb *, and the power value indicated on the shift line is a battery in which the power for charging the battery 50 is negative. The required power Pb *. For example, when the battery required power Pb * is −6 kW, the gear state of the transmission 60 is the Lo gear state if the intersection of the required torque Tr * and the vehicle speed V is above the −6 kW shift line. If the intersection of Tr * and the vehicle speed V is below the -6 kW shift line, the Hi gear state is established. In the embodiment, the torque output from the motor MG2 is set to the positive side so that the motor MG2 is driven efficiently, that is, the transmission 60 is in the Lo gear state as much as possible and no shift shock is generated. It was set to be in the vicinity of 0. The reason for this will be described later. Further, since it is necessary to drive the motor MG2 below its upper limit rotational speed, when the vehicle speed V is equal to or higher than the vehicle speed Vhi corresponding to a rotational speed slightly lower than the upper limit rotational speed, the required torque Tr * and the battery required power Pb * Regardless, the transmission 60 is assumed to be in the Hi gear state.

変速機60のギヤの状態を切り替える必要がないと判定されたときには(ステップS150)、バッテリ50の出力制限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限としてのトルク制限Tmaxを次式(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Tmaxと仮モータトルクTm2tmpとを比較して小さい方をモータMG2のトルク指令Tm2*として設定する(ステップS200)。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の出力制限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。なお、式(4)は、前述した図6の共線図から容易に導き出すことができる。   When it is determined that there is no need to switch the gear state of the transmission 60 (step S150), the output limit Wout of the battery 50 and the calculated torque command Tm1 * of the motor MG1 are multiplied by the current rotational speed Nm1 of the motor MG1. A torque limit Tmax as an upper limit of the torque that may be output from the motor MG2 is calculated by the following equation (3) by dividing the deviation from the power consumption (generated power) of the motor MG1 obtained by the rotation speed Nm2 of the motor MG2. At the same time (step S180), a temporary motor torque Tm2tmp as a torque to be output from the motor MG2 is calculated by the equation (4) using the required torque Tr *, the torque command Tm1 *, and the gear ratio ρ of the power distribution and integration mechanism 30 ( Step S190) compares the calculated torque limit Tmax with the temporary motor torque Tm2tmp. Set the smaller as the torque command Tm2 * of the motor MG2 (step S200). By setting the torque command Tm2 * of the motor MG2 in this way, the required torque Tr * output to the ring gear shaft 32a as the drive shaft can be set as a torque limited within the range of the output limit of the battery 50. . Equation (4) can be easily derived from the collinear diagram of FIG. 6 described above.

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

こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定すると、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*についてはエンジンECU24に、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40にそれぞれ送信して(ステップS210)、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン22における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。   Thus, when the target engine speed Ne *, the target torque Te *, and the torque commands Tm1 *, Tm2 * of the motors MG1, MG2 are set, the target engine speed Ne * and the target torque Te * of the engine 22 are set in the engine ECU 24. The torque commands Tm1 * and Tm2 * for the motors MG1 and MG2 are transmitted to the motor ECU 40 (step S210), and the drive control routine is terminated. The engine ECU 24 that has received the target rotational speed Ne * and the target torque Te * performs fuel injection control in the engine 22 such that the engine 22 is operated at an operating point indicated by the target rotational speed Ne * and the target torque Te *. Controls such as ignition control. The motor ECU 40 that has received the torque commands Tm1 * and Tm2 * controls the switching elements of the inverters 41 and 42 so that the motor MG1 is driven by the torque command Tm1 * and the motor MG2 is driven by the torque command Tm2 *. To do.

一方、ステップS140で変速機60のギヤの状態を切り替える必要があると判定されたときには(ステップS150)、切替処理が実行中であるときを除いて(ステップS160)、変速機60のギヤの状態を切り替える処理の実行開始の指示する(ステップS170)。この指示がなされると、ハイブリッド用電子制御ユニット70は、駆動制御ルーチンと並行して図8に例示する切替処理ルーチンを実行する。なお、切替処理が実行中であるときに切替処理の実行開始の指示を行なわないのは、同一の切り替え判定に対して再度の指示のを出力しないためである。駆動制御ルーチンの説明を中断し、以下、切替処理について説明する。   On the other hand, when it is determined in step S140 that the gear state of the transmission 60 needs to be switched (step S150), the gear state of the transmission 60 is excluded except when the switching process is being executed (step S160). Is instructed to start execution of the process of switching (step S170). When this instruction is given, the hybrid electronic control unit 70 executes a switching processing routine illustrated in FIG. 8 in parallel with the drive control routine. The reason why the switching process execution start instruction is not performed when the switching process is being executed is that a second instruction is not output for the same switching determination. The description of the drive control routine is interrupted, and the switching process will be described below.

切替処理ルーチンでは、まず、変速機60のギヤ状態の切り替え方向を判定する(ステップS300)。Loギヤの状態からHiギヤの状態への切り替えのときには、まず、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(5)を用いて切り替え後のモータMG2の回転数Nm2*を計算する(ステップS310)。そして、ブレーキB2をオフとすると共に(ステップS320)、ブレーキB1をフリクション係合させる(ステップS330)。そして、モータMG2の回転数Nm2が切り替え後の回転数Nm2*近傍に至るのを待って(ステップS340,S350)、ブレーキB1を完全にオンとし(ステップS360)、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を設定して(ステップS370)、切替処理ルーチンを終了する。図9に変速機60の共線図の一例を示す。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、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。この状態からブレーキB2をオフすると、モータMG2はリングギヤ軸32aから切り離された状態となり、モータMG2から正のトルクが出力されていることから、その回転数は増加しようとする。ここで、ブレーキB1をフリクション係合させると、モータMG2の回転数Nm2は減少する。そして、モータMG2の回転数Nm2がHiギヤの状態の回転数Nm2*近傍になったときにブレーキB1をフリクション係合から完全にオンとすることにより、Hiギヤの状態に切り替えることができる。このようにブレーキB1およびブレーキB2をオンオフ操作することにより、変速ショックを抑制することができる。   In the switching process routine, first, the switching direction of the gear state of the transmission 60 is determined (step S300). When switching from the Lo gear state to the Hi gear state, first, the motor MG2 after switching using the following equation (5) based on the current rotational speed Nm2 of the motor MG2 and the gear ratios Glo and Ghi of the transmission 60. Is calculated (step S310). Then, the brake B2 is turned off (step S320), and the brake B1 is frictionally engaged (step S330). Then, after waiting for the rotation speed Nm2 of the motor MG2 to reach the vicinity of the rotation speed Nm2 * after switching (steps S340 and S350), the brake B1 is completely turned on (step S360), and the transmission 60 used in the drive control is The gear ratio Ghi of the Hi gear is set to the gear ratio Gr (step S370), and the switching process routine is ended. FIG. 9 shows an example of a collinear diagram of the transmission 60. In the figure, the S1 axis indicates the rotational speed of the sun gear 61 of the double pinion planetary gear mechanism 60a, and the R1 and R2 axes indicate the rotational speeds of the ring gears 62 and 66 of the double pinion planetary gear mechanism 60a and the single pinion planetary gear mechanism 60b. The C1 and C2 axes indicate the rotational speeds of the carriers 64 and 68 of the double pinion planetary gear mechanism 60a and the single pinion planetary gear mechanism 60b, which are the rotational speeds of the ring gear shaft 32a, and the S2 axis indicates the rotational speed of the motor MG2. The rotational speed of the sun gear 65 of the single-pinion planetary gear mechanism 60b is shown. As shown in the figure, in the Lo gear state, the brake B2 is on and the brake B1 is off. When the brake B2 is turned off from this state, the motor MG2 is disconnected from the ring gear shaft 32a, and since positive torque is output from the motor MG2, its rotational speed tends to increase. Here, when the brake B1 is frictionally engaged, the rotational speed Nm2 of the motor MG2 decreases. Then, when the rotational speed Nm2 of the motor MG2 becomes close to the rotational speed Nm2 * in the Hi gear state, the brake B1 can be switched from the friction engagement to the Hi gear state by completely turning on. Thus, the shift shock can be suppressed by turning on and off the brake B1 and the brake B2.

Nm2*=Nm2・Ghi/Glo (5)   Nm2 * = Nm2 ・ Ghi / Glo (5)

一方、Hiギヤの状態からLoギヤの状態への切り替えのときには、まず、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(6)を用いて切り替え後のモータMG2の回転数Nm2*を計算する(ステップS380)。そして、ブレーキB1をオフとし(ステップS390)、モータMG2の回転数Nm2が切り替え後の回転数Nm2*近傍に至るのを待って(ステップS400,S410)、ブレーキB2をオンとし(ステップS420)、駆動制御で用いる変速機60のギヤ比GrにLoギヤのギヤ比Gloを設定して(ステップS430)、切替処理ルーチンを終了する。
図9に示すように、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。こ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から切り離された状態となるから、上述したように、モータMG2から正のトルクが出力されていることから、その回転数は増加しようとする。そこで、モータMG2の回転数Nm2がLoギヤの状態の回転数Nm2*近傍になるまで待ってブレーキB2をオンとすることにより、Loギヤの状態に切り替えることができる。
On the other hand, when switching from the state of the Hi gear to the state of the Lo gear, first, after switching using the following equation (6) based on the current rotational speed Nm2 of the motor MG2 and the gear ratios Glo and Ghi of the transmission 60. The rotational speed Nm2 * of the motor MG2 is calculated (step S380). Then, the brake B1 is turned off (step S390), and it waits for the rotational speed Nm2 of the motor MG2 to reach the vicinity of the rotational speed Nm2 * after switching (steps S400 and S410), and the brake B2 is turned on (step S420). The gear ratio Glo of the Lo gear is set to the gear ratio Gr of the transmission 60 used for drive control (step S430), and the switching process routine is ended.
As shown in FIG. 9, in the state of the Hi gear, the brake B1 is on and the brake B2 is off. When the brake B1 is turned off from this state, the motor MG2 is disconnected from the ring gear shaft 32a. As described above, since the positive torque is output from the motor MG2, the number of rotations tends to increase. To do. Therefore, it is possible to switch to the Lo gear state by turning on the brake B2 after waiting until the rotation number Nm2 of the motor MG2 is close to the rotation number Nm2 * of the Lo gear state.

Nm2*=Nm2・Glo/Ghi (6)   Nm2 * = Nm2 ・ Glo / Ghi (6)

このように、モータMG2から正のトルクが出力されている状態で変速機60をLoギヤの状態からHiギヤの状態に切り替える際にブレーキB1をフリクション係合する必要がある。従って、実施例のハイブリッド自動車20では、ブレーキB1についてはフリクション係合可能なブレーキを用いると共にその係合力を調節可能なアクチュエータを用い、ブレーキB2については単にオンオフすることができる程度のブレーキを用いると共にその係合力については調節ができないアクチュエータを用いることができる。また、変速機60のギヤの状態の切り替えは、運転者がアクセルペダル83を大きく踏み込んだときのレスポンスを考えれば、Hiギヤの状態からLoギヤの状態への切り替えが迅速に行なわれることが好ましい。従って、Hiギヤの状態からLoギヤの状態への切り替えではブレーキのフリクション係合は伴わない方が好ましい。実施例の変速線は、こうしたブレーキB1およびブレーキB2の構成や変速の迅速の要求に対応するよう、モータMG2から出力するトルクが正側で値0近傍となるように設定されているのである。なお、モータMG2から出力するトルクが負の値のときにLoギヤの状態からHiギヤの状態に切り替えるときには、ブレーキB2をオフし、モータMG2の回転数Nm2がHiギヤの状態の回転数Nm2*となるのを待ってブレーキB1をオンするものとなり、Hiギヤの状態からLoギヤの状態に切り替えるときには、ブレーキB1をオフすると共にブレーキB2をフリクション係合し、モータMG2の回転数Nm2がLoギヤの状態の回転数Nm2*となるのを待ってブレーキB2を完全にオンするものとなる。従って、モータMG2から出力するトルクの符号(正負)を考慮せずに変速機60のギヤの状態を切り替える場合には、ブレーキB1もブレーキB2もフリクション係合が可能なブレーキとして構成すると共にそのアクチュエータも係合力の調節が可能なものとする必要がある。モータMG2から出力するトルクが負となるのは、比較的高速で低トルクが要求される高速巡航運転のときであり、それ以外はモータMG2から出力するトルクは正となる。こうしたことから、モータMG2から出力するトルクが正側で値0近傍のときに変速機60のギヤの状態を切り替えるのが好ましいのが理解できる。   As described above, when the transmission 60 is switched from the Lo gear state to the Hi gear state while the positive torque is output from the motor MG2, it is necessary to frictionally engage the brake B1. Therefore, in the hybrid vehicle 20 of the embodiment, the brake B1 uses a brake capable of friction engagement and an actuator capable of adjusting the engagement force, and the brake B2 uses a brake that can be simply turned on and off. An actuator in which the engagement force cannot be adjusted can be used. Further, the gear state of the transmission 60 is preferably switched quickly from the Hi gear state to the Lo gear state considering the response when the driver depresses the accelerator pedal 83 greatly. . Therefore, it is preferable that the frictional engagement of the brake is not involved in switching from the Hi gear state to the Lo gear state. The shift line of the embodiment is set so that the torque output from the motor MG2 is close to the value 0 on the positive side so as to respond to the configuration of the brake B1 and the brake B2 and the quick request of the shift. When the torque output from the motor MG2 is a negative value, when switching from the Lo gear state to the Hi gear state, the brake B2 is turned off, and the rotational speed Nm2 of the motor MG2 is the rotational speed Nm2 * in the Hi gear state. When switching from the Hi gear state to the Lo gear state, the brake B1 is turned off and the brake B2 is frictionally engaged, and the rotational speed Nm2 of the motor MG2 is set to the Lo gear. The brake B2 is completely turned on after waiting for the rotation speed Nm2 * in the state of. Therefore, when the gear state of the transmission 60 is switched without considering the sign (positive or negative) of the torque output from the motor MG2, both the brake B1 and the brake B2 are configured as brakes capable of friction engagement and the actuators thereof. It is also necessary to be able to adjust the engagement force. The torque output from the motor MG2 is negative during high-speed cruising operation that requires relatively high speed and low torque, and the torque output from the motor MG2 is positive otherwise. From this, it can be understood that it is preferable to switch the gear state of the transmission 60 when the torque output from the motor MG2 is on the positive side and in the vicinity of the value 0.

こうした切替処理が実行されている最中でも、図3に例示する駆動制御ルーチンは実行される。駆動制御ルーチンでは、切り替え処理が実行されている最中は、切り替えが行なわれていないものとしてモータMG2のトルク指令Tm2*が設定されるが、トルク指令Tm2*が値0近傍のときに切替処理が行なわれることや切替処理に要する時間が比較的短時間(例えば200〜400msec程度)であることなどから、切り替えを考慮してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定しなくても変速ショックは殆ど生じない。   Even while such switching processing is being executed, the drive control routine illustrated in FIG. 3 is executed. In the drive control routine, while the switching process is being performed, the torque command Tm2 * of the motor MG2 is set as not being switched. However, the switching process is performed when the torque command Tm2 * is near zero. And the time required for the switching process is relatively short (for example, about 200 to 400 msec). Therefore, even if the torque command Tm2 * of the motor MG2 is not set in consideration of switching, there is almost no shift shock. Does not occur.

以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、車速Vと要求トルクTr*とバッテリ要求電力Pb*とに基づいて変速機60のギヤの状態を設定するから、モータMG2の効率ができる限りよい範囲内でより変速機60のギヤの状態を切り替えることができる。また、モータMG2から出力するトルクが値0近傍のときに変速機60のギヤの状態を切り替えるから、変速機60の切り替えの際に生じ得るショック(変速ショック)を抑制することができる。こうしたギヤの状態の切り替えは変速機60をできる限りLoギヤの状態とすることになるから、モータMG2を効率よく駆動することができ、これにより車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。さらに、モータMG2から出力するトルクが正側のときに変速機60のギヤの状態を切り替えるから、ブレーキB1についてはフリクション係合可能なブレーキを用いると共にその係合力を調節可能なアクチュエータを用い、ブレーキB2については単にオンオフすることができる程度のブレーキを用いると共にその係合力については調節ができないアクチュエータを用いることができる。従って、ブレーキB1もブレーキB2もフリクション係合が可能なブレーキとして構成すると共にそのアクチュエータも係合力の調節が可能なものを用いる場合に比して、簡易な構成とすることができる。これらの結果、モータMG2の駆動状態に応じて変速機60のギヤの状態の切り替えをより適正に行なうことができる。   According to the hybrid vehicle 20 of the embodiment described above, since the gear state of the transmission 60 is set based on the vehicle speed V, the required torque Tr *, and the battery required power Pb *, the efficiency of the motor MG2 is as good as possible. The gear state of the transmission 60 can be switched more within the range. Further, since the gear state of the transmission 60 is switched when the torque output from the motor MG2 is close to 0, a shock (shift shock) that can occur when the transmission 60 is switched can be suppressed. Since the gear state is switched as much as possible to make the transmission 60 in the Lo gear state, the motor MG2 can be driven efficiently, thereby improving the energy efficiency of the entire vehicle. Furthermore, since the gear state of the transmission 60 is switched when the torque output from the motor MG2 is positive, the brake B1 uses a brake capable of friction engagement and an actuator capable of adjusting its engagement force. For B2, a brake that can be simply turned on and off is used, and an actuator whose engagement force cannot be adjusted can be used. Therefore, both the brake B1 and the brake B2 can be configured as a brake capable of frictional engagement, and the actuator can be configured in a simpler manner than the case where a brake capable of adjusting the engagement force is used. As a result, the gear state of the transmission 60 can be more appropriately switched according to the driving state of the motor MG2.

実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2から出力するトルクが正側で値0近傍のときに変速機60のギヤの状態を切り替えるものとしたが、モータMG2から出力するトルクが負側で値0近傍のときに変速機60のギヤの状態を切り替えるものとしてもよいし、モータMG2から出力するトルクが正側で値0近傍でないときに変速機60のギヤの状態を切り替えるものとしてもよい。   In the hybrid vehicle 20 of the embodiment, the gear state of the transmission 60 is switched when the torque output from the motor MG2 is on the positive side and near the value 0, but the torque output from the motor MG2 is the value 0 on the negative side. The gear state of the transmission 60 may be switched when near, or the gear state of the transmission 60 may be switched when the torque output from the motor MG2 is not near zero on the positive side.

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。   In the hybrid vehicle 20 of the embodiment, the transmission 60 that can change gears with two speeds of Hi and Lo is used. However, the speed of the transmission 60 is not limited to two, but three or more. It is good also as this gear stage.

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10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10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。   In the hybrid vehicle 20 of the embodiment, the power of the motor MG2 is changed by the transmission 60 and output to the ring gear shaft 32a. However, as illustrated in the hybrid vehicle 120 of the modified example of FIG. Is shifted by a transmission 60 and connected to an axle (an axle connected to wheels 39c and 39d in FIG. 10) different from an axle (an axle to which drive wheels 39a and 39b are connected) to which a ring gear shaft 32a is connected. It is good.

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11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。   In the hybrid vehicle 20 of the embodiment, the power of the engine 22 is output to the ring gear shaft 32a as the drive shaft connected to the drive wheels 39a and 39b via the power distribution and integration mechanism 30, but the modified example of FIG. The hybrid vehicle 220 includes an inner rotor 232 connected to the crankshaft 26 of the engine 22 and an outer rotor 234 connected to a drive shaft that outputs power to the drive wheels 39a and 39b. A counter-rotor motor 230 that transmits a part of the power to the drive shaft and converts the remaining power into electric power may be provided.

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。   The best mode for carrying out the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be implemented in the form.

本発明は、自動車産業に利用可能である。   The present invention is applicable to the automobile industry.

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。1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a hybrid vehicle 20 equipped with a power output apparatus as an embodiment of the present invention. 変速機60の構成の一例を示す説明図である。4 is an explanatory diagram illustrating an example of a configuration of a transmission 60. FIG. 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。It is a flowchart which shows an example of the drive control routine performed by the electronic control unit for hybrids 70 of an Example. 要求制動トルク設定用マップの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the map for request | requirement braking torque setting. エンジン22の動作ラインの一例と目標回転数Ne*および目標トルクTe*を設定する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that an example of the operating line of the engine 22, and target rotational speed Ne * and target torque Te * are set. 動力分配統合機構30の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a collinear diagram for dynamically explaining rotational elements of a power distribution and integration mechanism 30; 変速状態設定用マップの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the map for gear shifting state setting. 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される切替処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the switching process routine performed by the electronic control unit for hybrids 70 of an Example. 変速機60の共線図の一例を示す説明図である。4 is an explanatory diagram illustrating an example of a collinear diagram of the transmission 60. FIG. 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。FIG. 11 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a hybrid vehicle 120 according to a modification. 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。FIG. 11 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a hybrid vehicle 220 of a modified example.

符号の説明Explanation of symbols

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、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、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、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。
20, 120, 220 Hybrid vehicle, 22 engine, 24 engine electronic control unit (engine ECU), 26 crankshaft, 28 damper, 30 power distribution integration mechanism, 31 sun gear, 31a sun gear shaft, 32 ring gear, 32a ring gear shaft, 33 Pinion gear, 34 carrier, 37 gear mechanism, 38 differential gear, 39a, 39b, 39c, 39d drive wheel, 39e, 39f driven wheel, 40 electronic control unit for motor (motor ECU), 41, 42 inverter, 43, 44 rotational position Detection sensor, 48 rotary shaft, 50 battery, 52 battery electronic control unit (battery ECU), 54 power line, 60 transmission, 60a double pinion planetary gear mechanism, 60b single pinion planetary gear mechanism, 61, 65 Gear, 62, 66 Ring gear, 63a First pinion gear, 63b Second pinion gear, 64, 68 Carrier, 67 pinion gear, 70 Electronic control unit for hybrid, 72 CPU, 74 ROM, 76 RAM, 80 Ignition switch, 81 Shift lever, 82 Shift position sensor, 83 accelerator pedal, 84 accelerator pedal position sensor, 85 brake pedal, 86 brake pedal position sensor, 88 vehicle speed sensor, 230 rotor motor, 232 inner rotor 234 outer rotor, MG1, MG2 motor, B1, B2 brake.

Claims (12)

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する動力出力装置であって、
内燃機関と、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動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電力動力入出力手段と、
動力を入出力可能な電動機と、
該電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達を変更可能な変速比をもって行なう変速伝達手段と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
該蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電すべき要求電力を設定する要求電力設定手段と、
操作者の操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、
前記設定された要求電力と前記設定された要求トルクと前記検出された車速とに基づいて前記変速伝達手段における変速比を設定する変速比設定手段と、
前記設定された変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達が行なわれると共に前記設定された要求電力に基づく電力により前記蓄電手段が充放電され且つ前記設定された要求トルクに基づくトルクが前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御する制御手段と、
を備える動力出力装置。
A power output device that is mounted on an automobile and outputs power to a drive shaft connected to the axle ,
An internal combustion engine;
Power power input / output means connected to the output shaft of the internal combustion engine and the drive shaft, and outputting at least part of the power from the internal combustion engine to the drive shaft with input and output of power and power;
An electric motor that can input and output power;
Shift transmission means for performing transmission of power between the rotating shaft of the electric motor and the drive shaft with a changeable gear ratio;
A power storage means capable of exchanging power with the electric power drive input / output means and the electric motor;
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
Required power setting means for setting required power to charge / discharge the power storage means based on the state of the power storage means;
A required torque setting means for setting a torque demand to be output to said drive shaft, based on the operator's operation,
A transmission ratio setting means for setting a transmission ratio in the transmission transmission means based on the set required power, the set required torque, and the detected vehicle speed ;
Power is transmitted between the rotating shaft of the electric motor and the drive shaft with the set gear ratio, and the power storage means is charged / discharged by the electric power based on the set required power, and the set required torque is obtained. Control means for controlling the internal combustion engine, the power drive input / output means, the electric motor, and the shift transmission means so that a torque based on the torque is output to the drive shaft;
A power output device comprising:
請求項1記載の動力出力装置であって、
前記変速伝達手段は、2段の変速比を切り替えて前記動力の伝達を行なう手段であり、
前記変速比設定手段は、前記変速伝達手段における変速比の切り替えポイントを設定する手段である
動力出力装置。
The power output device according to claim 1,
The shift transmission means is means for transmitting the power by switching between two speed ratios,
The gear ratio setting means is means for setting a gear ratio switching point in the gear transmission means.
前記変速比設定手段は、前記電動機から出力されるトルクが値0近傍となるよう前記変速比の切り替えポイントを設定する手段である請求項2記載の動力出力装置。   The power output apparatus according to claim 2, wherein the speed ratio setting means is a means for setting the speed ratio switching point so that the torque output from the electric motor is close to a value of zero. 前記変速比設定手段は、前記電動機から出力されるトルクが値0以上の範囲内で前記変速比の切り替えポイントを設定する手段である請求項2または3記載の動力出力装置。   The power output apparatus according to claim 2 or 3, wherein the speed ratio setting means is a means for setting the speed ratio switching point within a range where the torque output from the electric motor has a value of 0 or more. 前記変速伝達手段は、二つのブレーキを備え、前記駆動軸が正回転しており且つ前記電動機から正のトルクが出力されている状態で前記電動機の回転軸の動力が第1の減速比をもって前記駆動軸に伝達される第1の変速比から前記電動機の回転軸の動力が前記第1の減速比より小さな第2の減速比をもって前記駆動軸に伝達される第2の変速比に変更する際には前記二つのブレーキのうち一方についてはオフから滑りを伴ってオンとすることにより変速比の切り替えを行ない、前記駆動軸が正回転しており且つ前記電動機から正のトルクが出力されている状態で前記第2の減速比をもって前記駆動軸に伝達される第1の変速比から前記電動機の回転軸の動力が前記第2の変速比から第1の変速比に変更する際には前記二つのブレーキのいずれもが滑りを伴うオン操作なしに変速比の切り替えを行なう手段である請求項4記載の動力出力装置。   The shift transmission means includes two brakes, and the power of the rotating shaft of the electric motor has a first reduction ratio in a state where the driving shaft is rotating forward and positive torque is being output from the electric motor. When changing from the first speed ratio transmitted to the drive shaft to the second speed ratio transmitted to the drive shaft with a second speed ratio that is smaller than the first speed reduction ratio. In one of the two brakes, one of the two brakes is turned on with slipping to switch the gear ratio, the drive shaft is rotating forward and the motor is outputting a positive torque. When the power of the rotating shaft of the electric motor changes from the second speed ratio to the first speed ratio from the first speed ratio transmitted to the drive shaft with the second speed reduction ratio in the state, the second speed One of the two brakes There power output apparatus according to claim 4 wherein the means for switching the speed change ratio without turning on involve slippage. 前記制御手段は、前記設定された要求トルク前記検出された車速と前記設定された要求電力とが前記内燃機関から出力される動力により賄われると共に該内燃機関が所定の制約で運転されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御する手段である請求項1ないし5いずれか記載の動力出力装置。 The control means is configured so that the set required torque , the detected vehicle speed, and the set required power are covered by power output from the internal combustion engine and the internal combustion engine is operated with predetermined restrictions. 6. The power output apparatus according to claim 1, which is means for controlling the internal combustion engine, the power drive input / output means, the electric motor, and the shift transmission means. 前記所定の制約は、前記内燃機関が効率よく運転される制約である請求項記載の動力出力装置。 The power output apparatus according to claim 6 , wherein the predetermined restriction is a restriction that allows the internal combustion engine to operate efficiently. 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7いずれか記載の動力出力装置。 The power power input / output means is connected to the three shafts of the output shaft, the drive shaft, and the third shaft of the internal combustion engine, and the remaining shaft based on the power input / output to any two of the three shafts. The power output apparatus according to any one of claims 1 to 7 , further comprising: a three-axis power input / output means for inputting / outputting power to / from the power generator and a generator for inputting / outputting power to / from the third shaft. 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8いずれか記載の動力出力装置。 The power drive input / output means includes a first rotor attached to the output shaft of the internal combustion engine and a second rotor attached to the drive shaft, and the first rotor and the second rotor. 9. A power output apparatus according to claim 1 , wherein the power output apparatus is a counter-rotor motor that outputs at least a part of power from the internal combustion engine to the drive shaft with input / output of electric power by electromagnetic action with the rotor. . 請求項1ないし9いずれか記載の動力出力装置を搭載する自動車 An automobile equipped with the power output device according to claim 1 . 内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され電力と動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電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、該電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達を変更可能な変速比をもって行なう変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段および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、自動車に搭載される動力出力装置の制御方法であって、
(a)前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電すべき要求電力を設定し、
(b)操作者の操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求トルクを設定し、
(c)前記設定した要求電力と前記設定した要求トルクと車速とに基づいて前記変速伝達手段における変速比を設定し、
(d)前記設定した変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との動力の伝達が行なわれると共に前記設定した要求電力に基づく電力により前記蓄電手段が充放電され且つ前記設定した要求トルクに基づくトルクが前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御する
動力出力装置の制御方法。
An internal combustion engine, and an electric power / power input / output means connected to the output shaft and the drive shaft of the internal combustion engine for outputting at least part of the power from the internal combustion engine to the drive shaft with input / output of electric power and power; An electric motor capable of inputting / outputting power; transmission transmission means for performing transmission of power between a rotating shaft of the electric motor and the drive shaft with a changeable gear ratio; and exchange of electric power with the electric power input / output means and the electric motor. And a power storage means capable of controlling a power output device mounted on an automobile ,
(A) Based on the state of the power storage means, setting required power to charge / discharge the power storage means,
(B) setting a required torque to be output to the drive shaft based on the operation of the operator;
(C) setting a transmission gear ratio in the transmission transmission means based on the set required power, the set required torque and the vehicle speed ;
(D) Power is transmitted between the rotating shaft of the motor and the drive shaft with the set gear ratio, and the power storage means is charged / discharged by the electric power based on the set required power, and the set required torque is achieved . A control method for a power output device that controls the internal combustion engine, the power power input / output means, the electric motor, and the shift transmission means so that a torque based on the power is output to the drive shaft.
請求項11記載の動力出力装置の制御方法であって、
前記変速伝達手段は、2段の変速比を切り替えて前記動力の伝達を行なう手段であり、
前記ステップ(c)は、前記電動機から出力されるトルクが値0近傍の正の範囲内で前記変速伝達手段における変速比の切り替えポイントを設定するステップである
動力出力装置の制御方法。
A method for controlling a power output apparatus according to claim 11 ,
The shift transmission means is means for transmitting the power by switching between two speed ratios,
The step (c) is a step of setting a speed ratio switching point in the speed change transmission means within a positive range in which the torque output from the electric motor has a value near zero.
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