JP3929435B2 - Power output apparatus, automobile equipped with the same, and control method of power output apparatus - Google Patents
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Abstract
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
Claims (12)
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:
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.
(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.
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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