JP4001119B2 - 駆動装置およびこれを搭載するハイブリッド自動車並びに駆動装置の制御方法、内燃機関の制動装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置およびこれを搭載するハイブリッド自動車並びに駆動装置の制御方法、内燃機関の制動装置に関し、詳しくは、駆動軸を駆動する駆動装置およびこれを搭載し駆動軸に車軸が連結されて走行するハイブリッド自動車並びに駆動装置の制御方法、内燃機関の出力軸を制動する内燃機関の制動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、プラネタリギヤのサンギヤ，キャリア，リングギヤにそれぞれ第１モータ，エンジン，駆動軸が接続されると共に駆動軸に第２モータが接続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、エンジンの停止が指示されたとき、エンジンへの燃料噴射を禁止すると共にエンジンの回転を制動するのに必要なトルクがキャリアに出力されるよう第１モータを駆動制御することによりエンジンの回転を停止させている。
特開２００３−２３７３９２号公報

上述の駆動装置では、第１モータを用いてエンジンを停止させることが望ましくない場合がある。例えば、第１モータによりエンジンの回転を制動する際には第１モータは発電動作となるが、第１モータと電力のやり取りを行なうバッテリなどの蓄電装置の状態によっては第１モータにより発電された電力を蓄電装置が受け入れられずにエンジンの回転を制動できない場合が生じる。また、エンジンを停止させる際にはエンジンを所定の目標停止位置に停止させて次にエンジンを始動する際の始動性の向上を図ることが望ましいが、第２モータの駆動状態やエンジンの状態などによって停止直前にエンジンの回転が不安定となるから、第１モータのみにより正確にエンジンを目標停止位置に停止させることは困難な場合がある。

本発明の駆動装置およびこれを搭載するハイブリッド自動車並びに駆動装置の制御方法、内燃機関の制動装置は、内燃機関の回転をより確実に停止させることを目的の一つとする。また、本発明の駆動装置およびこれを搭載するハイブリッド自動車並びに駆動装置の制御方法、内燃機関の制動装置は、内燃機関の回転を停止させる際に蓄電装置の過充電や過剰な電力による充電を防止することを目的の一つとする。さらに、本発明の駆動装置およびこれを搭載するハイブリッド自動車並びに駆動装置の制御方法、内燃機関の制動装置は、内燃機関をより正確に目標停止位置に停止させることを目的の一つとする。

本発明の駆動装置およびこれを搭載するハイブリッド自動車並びに駆動装置の制御方法、内燃機関の制動装置は、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。

本発明の駆動装置は、
駆動軸を駆動する駆動装置であって、
内燃機関と、
電力の入出力を伴って前記内燃機関の出力軸を制動可能な電気的制動手段と、
前記電気的制動手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記内燃機関の出力軸を機械的に制動可能な機械的制動手段と、
前記内燃機関の運転停止が指示されたとき、該内燃機関の運転が停止するよう該内燃機関を駆動制御すると共に該内燃機関の回転が停止するよう前記電気的制動手段と前記機械的制動手段とを駆動制御する停止時制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の駆動装置では、内燃機関の運転停止が指示されたとき、内燃機関の運転が停止するよう内燃機関を駆動制御すると共に内燃機関の回転が停止するよう電力の入出力を伴って内燃機関の出力軸を制動可能な電気的制動手段と内燃機関の出力軸を機械的に制動可能な機械的制動手段とを駆動制御する。したがって、電気的制動手段による制動力と機械的制動手段による制動力とにより内燃機関の回転を停止させることができる。ここで、「機械的制動手段」には、摩擦力の作用により内燃機関の出力軸を制動可能なブレーキ機構が含まれる。

こうした本発明の駆動装置において、前記停止時制御手段は、前記蓄電手段の充放電制限の範囲内で前記内燃機関の回転が停止するよう前記電気的制動手段と前記機械的制動手段とを駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の過充電や過剰な電力による充電などを防止することができる。

また、本発明の駆動装置において、前記電気的制動手段は、発電可能な電動機であり、
前記内燃機関の出力軸と前記電動機の回転軸と前記駆動軸の３軸に接続され、該３軸に入出力される動力が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な駆動軸用電動機と、を備えるものとすることもできるし、前記電気的制動手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し電磁的な作用により前記第１の回転子と前記第２の回転子とを相対的に回転させる発電可能な対回転子電動機であり、前記駆動軸に動力を入出力可能な駆動軸用電動機を備えるものとすることもできる。これら態様の本発明の駆動装置において、前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段を備え、前記停止時制御手段は、前記設定された要求動力に対応する動力が前記駆動軸に出力されると共に前記蓄電手段の充放電制限の範囲内で前記内燃機関の回転が停止するよう前記電気的制動手段と前記駆動軸用電動機と前記機械的制動手段とを駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関を制動している最中でも要求動力に対処することができる。また、これらの態様の本発明の駆動装置において、前記停止時制御手段は、前記電気的制動手段と前記駆動軸用電動機とにより前記設定された要求動力に対応する動力が前記駆動軸に出力されると共に前記内燃機関の回転が停止するよう前記電気的制動手段の目標駆動力と前記駆動軸用電動機の目標駆動力とを設定して該電気的制動手段と該駆動軸用電動機とを駆動制御し、該駆動制御によると該電気的制動手段に入出力される電力と該駆動軸用電動機に入出力される電力との和の電力が前記蓄電手段の充放電制限を越えるときには該駆動制御に代えて該和の電力が該蓄電手段の充放電制限の範囲内となるよう前記電気的制動手段の目標駆動力と前記駆動軸用電動機の目標駆動力と前記機械的制動手段の目標駆動力とを設定して該電気的制動手段と該駆動軸用電動機と該機械的制動手段とを駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の充放電制限の範囲内でエネルギ効率をより向上させることが可能となる。ここで、「目標駆動力」には、負の駆動力、即ち、制動力が含まれる。

さらに、本発明の駆動装置において、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を備え、前記停止時制御手段は、前記検出された回転数に基づいて前記内燃機関の回転が停止するよう前記電気的制動手段と前記機械的制動手段とを駆動制御する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の駆動装置において、前記停止時制御手段は、前記検出された内燃機関の回転数が所定回転数以上のときには少なくとも前記機械的制動手段による制動力により前記内燃機関が制動するよう前記電気的制動手段と前記機械的制動手段とを駆動制御し、前記検出された内燃機関の回転数が前記所定回転数未満のときには前記電気的制動手段による制動力により前記内燃機関が制動するよう前記電気的制動手段と前記機械的制動手段とを駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電気的制動手段の発電電力が比較的大きくなる内燃機関の高回転時に少なくとも機械的制動手段を用いて内燃機関を制動させることができるから、蓄電手段の過充電や過剰な電力による充電を防止することができる。

あるいは、本発明の駆動装置において、前記停止時制御手段は、前記内燃機関が所定の目標停止位置で停止するよう前記電気的制動手段と前記機械的制動手段とを駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電気的制動手段と機械的制動手段とにより内燃機関を目標停止位置に停止させることができる。この態様の本発明の駆動装置において、前記内燃機関の回転位置を検出する回転位置検出手段を備え、前記停止時制御手段は、前記検出された回転位置が前記目標停止位置近傍に達したとき、前記機械的制動手段による制動力により前記内燃機関が前記目標停止位置で停止するよう該機械的制動手段を駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、停止直前における内燃機関の回転の不安定な状態に拘わらず内燃機関をより正確に目標停止位置に停止させることができる。３軸式動力入出力手段を備えるこの態様の本発明の駆動装置において、前記回転位置検出手段は、前記電動機の回転位置と前記駆動軸用電動機の回転位置とに基づいて前記内燃機関の回転位置を検出する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の回転位置を直接検出する必要がない。

本発明のハイブリッド自動車は、
上述した各態様のいずれかの駆動装置、即ち、基本的には、駆動軸を駆動する駆動装置であって、内燃機関と、電力の入出力を伴って前記内燃機関の出力軸を制動可能な電気的制動手段と、前記電気的制動手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記内燃機関の出力軸を機械的に制動可能な機械的制動手段と、前記内燃機関の運転停止が指示されたとき、該内燃機関の運転が停止するよう該内燃機関を駆動制御すると共に該内燃機関の回転が停止するよう前記電気的制動手段と前記機械的制動手段とを駆動制御する停止時制御手段と、を備える駆動装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が連結されて走行することを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、上述した各態様のいずれかの駆動装置を搭載するから、本発明の駆動装置と同様の効果、例えば、電気的制動手段と機械的制動手段とにより内燃機関を停止させることができる効果などを奏することができる。

本発明の第１の駆動装置の制御方法は、
内燃機関と、電力の入出力を伴って前記内燃機関の出力軸を制動可能な電気的制動手段と、前記電気的制動手段と電力をやり取り可能な蓄電手段と、前記内燃機関の出力軸を機械的に制動可能な機械的制動手段と、を備える駆動装置の制御方法であって、
前記内燃機関の運転停止が指示されたとき、該内燃機関の運転が停止するよう該内燃機関を駆動制御すると共に前記蓄電手段の充放電制限の範囲内で前記内燃機関の回転が停止するよう前記電気的制動手段と前記機械的制動手段とを駆動制御する
ことを要旨とする。

この本発明の第１の駆動装置の制御方法では、内燃機関の運転停止が指示されたとき、内燃機関の運転が停止するよう内燃機関を駆動制御すると共に蓄電手段の充放電制限の範囲内で内燃機関の回転が停止するよう蓄電手段と電力のやり取りが可能な電気的制御手段と機械的制御手段とを駆動制御する。したがって、蓄電手段の過充電や過剰な電力による充電を防止しながら内燃機関の回転を停止させることができる。

本発明の第２の駆動装置の制御方法は、
内燃機関と、電力の入出力を伴って前記内燃機関の出力軸を制動可能な電気的制動手段と、前記電気的制動手段と電力をやり取り可能な蓄電手段と、前記内燃機関の出力軸を機械的に制動可能な機械的制動手段と、を備える駆動装置の制御方法であって、
前記内燃機関の運転停止が指示されたとき、該内燃機関の運転が停止するよう該内燃機関を駆動制御すると共に該内燃機関が所定の目標停止位置で停止するよう前記電気的制動手段と前記機械的制動手段とを駆動制御する
ことを要旨とする。

この本発明の第２の駆動装置の制御方法では、内燃機関の運転停止が指示されたとき、内燃機関の運転が停止するよう内燃機関を駆動制御すると共に内燃機関が所定の目標停止位置で停止するよう電気的制動手段と機械的制動手段とを駆動制御する。したがって、電気的制動手段のみを用いて内燃機関を停止させるものに比して、内燃機関をより正確に目標停止位置で停止させることができる。

本発明の内燃機関の制動装置は、
内燃機関の出力軸を制動する内燃機関の制動装置であって、
電力の入出力を伴って前記内燃機関の出力軸を制動可能な電気的制動手段と、
前記電気的制動手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記内燃機関の出力軸を機械的に制動可能な機械的制動手段と、
前記内燃機関の運転停止が指示されたとき、該内燃機関の運転が停止するよう該内燃機関を駆動制御すると共に該内燃機関の回転が停止するよう前記電気的制動手段と前記機械的制動手段とを駆動制御する停止時制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の内燃機関の制動装置では、内燃機関の運転停止が指示されたとき、内燃機関の運転が停止するよう内燃機関を駆動制御すると共に内燃機関の回転が停止するよう電力の入出力を伴って内燃機関の出力軸を制動可能な電気的制動手段と内燃機関の出力軸を機械的に制動可能な機械的制動手段とを駆動制御する。したがって、電気的制動手段による制動力と機械的制動手段による制動力とにより内燃機関の回転を停止させることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態としての駆動装置を搭載した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に取り付けられクランクシャフト２６を摩擦力により制動可能なブレーキＢｒと、エンジン２２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、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、駆動装置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。

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。

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にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５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側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも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のいずれか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のいずれか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，ＭＧ２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、いずれも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、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。

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に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂ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。

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の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジション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、ブレーキＢｒの図示しないアクチュエータへの駆動信号が出力ポートを介して出力されている。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。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１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。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、運転中のエンジン２２を停止する際の動作について説明する。図２は、実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される停止時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、トルク変換運転モードや充放電運転モードからモータ運転モードに切り替えが指示されてエンジン２２の運転停止が指示されたときから所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

停止時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から車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，エンジン２２の回転数Ｎｅ，バッテリ５０の充電制限Ｗｉｎなどの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、回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されモータＥＣＵ４０により演算されたものを通信により入力するものとした。また、回転数Ｎｅは、図示しない回転数センサにより直接検出されたものを入力するものとした。なお、回転数Ｎｅは、回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２と動力分配統合機構３０のギヤ比とに基づいて計算することもできる。充電制限Ｗｉｎは、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）や電池温度Ｔｂなどに基づいて図示しない充電制限設定処理ルーチンにより設定されＲＡＭ７６の所定アドレスに書き込まれたものを読み込むものとした。なお、充電制限Ｗｉｎは、バッテリ５０を充電する方向をマイナスの符号として定めた。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速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Ｔｒ＊を設定する（ステップＳ１０２）。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＊との関係を予め求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とが与えられると要求トルク設定用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。この要求トルク設定用マップの一例を図３に示す。

続いて、入力した回転数Ｎｅに基づいてエンジン２２の回転を徐々に制動させていずれ値０となるようなまし処理（あるいは、レート処理）によりエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ１０４）。これにより、無理なくエンジン２２の回転を制動させることができる。そして、設定した目標回転数Ｎｅ＊と入力したモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と動力分配統合機構３０のギヤ比ρ（＝サンギヤ３１の歯数／リングギヤ３２の歯数）減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒ（＝モータＭＧ２の回転数／リングギヤ軸３２ａの回転数）とに基づいてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定すると共に設定した目標回転数Ｎｍ１＊と入力した回転数Ｎｍ１とに基づいてモータＭＧ１から出力すべき目標トルクＴｍ１＊を設定し、このモータＭＧ１からのトルクの出力に伴ってリングギヤ軸３２ａに作用する反力トルクＴｒｆを計算する（ステップＳ１０６）。図４に、エンジン２２の回転を制動する際の動力分配統合機構３０の各回転要素の力学的な関係を示す。図中、Ｓ軸はサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２の回転数を示す。前述したように、サンギヤ３１の回転数はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１でありキャリア３４の回転数はエンジン２２のクランクシャフト２６の回転数Ｎｅであるから、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊は、リングギヤ軸３２ａの回転数（＝Ｎｍ２／Ｇｒ）と目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて次式（１）により計算することができる。したがって、計算した目標回転数Ｎｍ１＊で回転するよう目標トルクＴｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御することにより、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。目標トルクＴｍ１＊は、実施例では、目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とを用いてフィードバック制御における関係式（２）により設定するものとした。ここで、式（２）中の右辺第２項の「ＫＰ」は比例項のゲインを示し、右辺第３項の「ＫＩ」は積分項のゲインを示す。また、反力トルクＴｒｆは、動力分配統合機構３０のサンギヤ３１の軸に目標トルクＴｍ１＊に相当するトルクを作用させたときにリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルするために必要なトルクとして動力分配統合機構３０のギヤ比ρや目標トルクＴｍ１＊を用いて計算することができる。

そして、要求トルクＴｒ＊と反力トルクＴｒｆを用いてモータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊を次式（３）により計算する（ステップＳ１０８）。ここで、目標トルクＴｍ２＊は、図４によって解るように、リングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊から反力トルクＴｒｆを減じたものを減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したものとして求めることができる。

次に、ステップＳ１００で入力したエンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ未満か否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、閾値Ｎｅｒｅｆは、エンジン２２が停止直前の状態にあるか否かを判定するための閾値であり、例えば、２００ｒｐｍなどのように定められている。回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ未満でない、即ち閾値Ｎｅｒｅｆ以上と判定されると、モータＭＧ１，ＭＧ２によりそれぞれ発電または消費されるモータパワーＰｍ１，Ｐｍ２を次式（４），（５）により計算すると共に（ステップＳ１１２）、計算したモータパワーＰｍ１，Ｐｍ２の和がバッテリ５０の充電制限Ｗｉｎよりも小さい（モータパワーＰｍ１，Ｐｍ２の和の絶対値が充電制限Ｗｉｎの絶対値よりも大きい）か否か、即ち、モータＭＧ１，ＭＧ２により発電される電力の和がバッテリ５０の最大充電電力を越えているか否かを判定する（ステップＳ１１４）。

モータパワーＰｍ１，Ｐｍ２の和が充電制限Ｗｉｎよりも小さいと判定されたときには、次式（６）により目標ブレーキトルクＴｂｒ＊を設定すると共に（ステップＳ１１６）、次式（７），（８）により目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊を再設定する処理を行なって（ステップＳ１１８）、ステップＳ１１４でモータパワーＰｍ１，Ｐｍ２の和が充電制限Ｗｉｎよりも小さくない、即ち、充電制限Ｗｉｎ以上と判定されるまで、ステップ１１２の処理に戻ってステップＳ１１２〜Ｓ１１８の処理を繰り返す。ここで、目標ブレーキトルクＴｂｒ＊は、実施例では、本ルーチンの実行が開始される度に初期値として値０が設定され、ステップＳ１１２〜Ｓ１１８の処理が繰り返される度に所定トルクΔＴｂｒを加算することにより計算するものとした。また、目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊の再設定は、目標ブレーキトルクＴｂｒ＊に相当するトルクをブレーキＢｒから出力したときに要求トルクＴｒ＊とエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とを維持するために必要なトルクとして式（７），（８）により計算することにより行なわれる。

ステップＳ１１４でモータパワーＰｍ１，Ｐｍ２の和が充電制限Ｗｉｎよりも小さくない（充電制限Ｗｉｎ以上）と判定されると、燃料カットでエンジン２２を駆動制御すると共に目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊でモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御し、目標ブレーキトルクＴｂｒ＊でブレーキＢｒを駆動制御する処理を行なって（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御は、具体的には、エンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するための制御信号をそれぞれエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信することにより行なわれる。また、ブレーキＢｒの駆動制御は、ブレーキＢｒのアクチュエータに駆動信号を出力することにより行なわれる。

ステップＳ１１０でエンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ未満であると判定されると、目標ブレーキトルクＴｂｒ＊を設定するための図５に例示する停止直前処理を行ない（ステップＳ１２２）、燃料カットでエンジン２２を駆動制御すると共に目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊でモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御し、ステップＳ１２２で設定した目標ブレーキトルクＴｂｒ＊でブレーキＢｒを駆動制御して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。以下、図５の停止直前処理ルーチンについて説明する。

停止直前処理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、エンジン回転角θを入力する処理を行なう（ステップＳ１５０）。この処理は、図６に例示するエンジン回転角算出処理ルーチンにより実行されＲＡＭ７６の所定領域に書き込まれたものを読み込む処理となる。このエンジン回転角算出処理は、クランクシャフト２６の回転角の基準値をパルス出力するＧセンサからの基準パルスが入力されたとき（ステップＳ１６０）、エンジン２２の回転角θｅやモータＭＧ１，ＭＧ２の変位量Δθ１，Δθ２をリセットし（ステップＳ１６２）、回転位置検出センサ４３，４４からモータＭＧ１，ＭＧ２の回転位置θ１，θ２を入力してリセットされてからの変位量Δθ１，Δθ２を計算し（ステップＳ１６４，Ｓ１６６）、算出した変位量Δθ１，Δθ２と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（９）によりエンジン２２の回転角θｅを計算することにより行なわれる（ステップＳ１６８）。

こうしてエンジン回転角θを入力すると、エンジン回転角θが目標停止位置θｓ近傍に達したか否かを判定し（ステップＳ１５２）、エンジン回転角θが目標停止位置θｓ近傍に達したと判定されると、ブレーキＢｒからのブレーキトルクによりエンジン２２が目標停止位置θｓで停止するよう目標ブレーキトルクＴｂｒ＊を設定して（ステップＳ１５４）、本ルーチンを終了する。ここで、目標停止位置θｓは、次のエンジン２２の始動をスムーズに行える位置、実施例ではエンジン２２を４気筒としたときに圧縮工程におけるピストンの上死点から約９０度前または後の位置に設定した。エンジン２２は、その停止直前では回転が安定しないために、動力分配統合機構３０を介してエンジン２２のクランクシャフト２６に接続されているモータＭＧ１，ＭＧ２ではなく、エンジン２２のクランクシャフト２６に直接接続されたブレーキＢｒを用いてエンジン２２を目標停止位置θｓで停止させるのである。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２を停止させる際にモータＭＧ１，ＭＧ２のモータパワーＰｍ１，Ｐｍ２の和がバッテリ５０の充電制限Ｗｉｎ以上となるようにモータＭＧ１，ＭＧ２の目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定してモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するから、バッテリ５０の過充電や電力ライン５４の過電圧による充電を防止しながらバッテリ５０を充電させることができ、エネルギ効率を向上させることができる。しかも、エンジン２２を最終的に停止させる際にはエンジン２２のクランクシャフト２６に取り付けられたブレーキＢｒを用いるから、エンジン２２をより確実に目標停止位置θｓで停止させることができる。この結果、次にエンジン２２を始動する際の始動性をより向上させることができる。もとより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、図２に例示する停止時制御ルーチンによりエンジン２２を停止させるものとしたが、図２の停止時制御ルーチンに代えて図７に例示する停止時制御ルーチンによりエンジン２２を停止させるものとしてもよい。この図７の停止時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、図３のステップＳ１００，Ｓ１０２と同様の処理、即ち、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖ，回転数Ｎｅ，Ｎｍ１，Ｎｍ２を入力し（ステップＳ２００）、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ２０２）。そして、設定した要求トルクＴｒ＊が負の値であるか否か、即ち、制動力が要求されているか否かを判定し（ステップＳ２０４）、要求トルクＴｒ＊が負の値であるときにはエンジン２２の運転停止が指示されてから（本ルーチンの実行が開始されてから）所定時間ｔｒｅｆ経過したか否かを判定する（ステップＳ２０６）。要求トルクＴｒ＊が負の値であり、且つ、エンジン２２の運転停止が指示されてから所定時間ｔｒｅｆ経過していないと判定されたときには、エンジン２２の回転が徐々に制動されるよう目標ブレーキトルクＴｂｒ＊を設定すると共に（ステップＳ２０８）、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊を値０に設定し（ステップＳ２１０）、要求トルクＴｒ＊がリングギヤ軸３２ａに出力されるよう要求トルクＴｒ＊に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇを除したものを目標トルクＴｍ２＊として設定して（ステップＳ２１２）、燃料カットでエンジン２２を駆動制御すると共に目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊でモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御し、目標ブレーキトルクＴｂｒ＊でブレーキＢｒを駆動制御して（ステップＳ２２４）、本ルーチンを終了する。一方、要求トルクＴｒ＊が正の値と判定されたり、エンジン２２の運転停止が指示されてから所定時間ｔｒｅｆ経過したと判定されたときには、図３のステップＳ１０４〜Ｓ１０８の同様の処理、即ち、入力した回転数Ｎｅに基づいてなまし処理（あるいは、レート処理）によりエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定し（ステップＳ２１４）、設定した目標回転数Ｎｅ＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定し、設定した目標回転数Ｎｍ１＊と入力した回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１から出力すべき目標トルクＴｍ１＊を設定し、このモータＭＧ１からのトルクの出力に伴ってリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルする反力トルクＴｒｆを計算し（ステップＳ２１６）、要求トルクＴｒ＊と目標トルクＴｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いて式（３）によりモータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊を計算する（ステップＳ２１８）。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ未満であるか否かを判定し（ステップＳ２２０）、回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ未満と判定されたときには、図５の停止直前時処理ルーチンを実行し（ステップＳ２２２）、燃料カットでエンジン２２を駆動制御すると共に目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊でモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御し、目標ブレーキトルクＴｂｒ＊でブレーキＢｒを駆動制御して（ステップＳ２２４）、本ルーチンを終了する。

図８に、アクセルペダル８３がオンからオフされて要求トルクＴｒ＊が負の値となったたときにブレーキＢｒを用いずにモータＭＧ１，ＭＧ２でエンジン２２を制動させた際のバッテリ５０の充電電力の時間変化の様子を示す。図示するように、要求トルクＴｒ＊が負の値に設定されているときにエンジン２２の停止が指示されたとき（時刻ｔ０）、燃料の供給を直ちにカットしても慣性力によりエンジン２２は回転しているから、この慣性力に打ち勝ってエンジン２２を制動させるためにモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊には比較的小さな負の値（発電電力が大きい値）が設定され、また、要求トルクＴｒ＊に見合う制動トルクをリングギヤ軸３２ａに出力するためにモータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊にも負の値が設定される。このとき、バッテリ５０の充電制限Ｗｉｎを越えてモータＭＧ１，ＭＧ２が発電してしまう場合が生じる。このため、モータＭＧ１，ＭＧ２がバッテリ５０の充電制限Ｗｉｎを越えて発電するおそれのある所定時間ｔｒｅｆが経過するまではブレーキＢｒを用いてエンジン２２を制動させることで、バッテリ５０の過充電や過大な電力による充電を防止しているのである。なお、図７の停止時制御ルーチンでは、要求トルクＴｒ＊が負の値のときにはエンジン２２の運転停止が指示されてから所定時間ｔｒｅｆ経過するまではブレーキＢｒのみを用いてエンジン２２を制動させるものとしたが、バッテリ５０の充電制限Ｗｉｎを超えない分担比でモータＭＧ１，ＭＧ２からの制動トルクとブレーキＢｒからの制動トルクとによりエンジン２２を制動させるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、目標停止位置θｓを４気筒のエンジンとしたときの圧縮行程におけるピストンの上死点から約９０度前または後の位置としたが、これに限られず、エンジンの気筒数やその他の特性に応じて他の位置としてもよいことは勿論である。

実施例のハイブリッド自動車２０では、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転位置θ１，θ２から基準パルスの入力によりリセットされる変位量Δθ１，Δθ２を算出し、この算出した変位量Δθ１，Δθ２と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いてエンジン回転角θｅを算出するものとしたが、エンジン２２の回転角を直接検出する場合には、検出された回転角を用いるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５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９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の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図９における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、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６３ａ，６３ｂ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１０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６３ａ，６３ｂ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。

この他、エンジンの出力軸に直接または間接に取り付けられたモータジェネレータと、エンジンの出力軸に取り付けられて出力軸を機械的に制動するブレーキ機構とを備えるものであれば、自動車に限られず、船舶や航空機などの他の移動体や据え置き型の装置に適用することも可能である。

以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の一実施例であ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により実行される停止時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の回転を制動させる際の動力分配統合機構３０の各回転要素の力学的な関係を示す共線図である。 実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される停止直前時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるエンジン回転角算出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例の停止時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 モータＭＧ１によりエンジン２２を停止させた際のバッテリ５０の充電電力の時間的な変化の様子を説明する説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 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。

符号の説明

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、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、３５，１３５ 減速ギヤ、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、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、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 ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ 駆動輪、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、Ｂｒ ブレーキ。

Claims (6)

1. 駆動軸を駆動する駆動装置であって、
   内燃機関と、
   発電を伴って前記内燃機関の出力軸に制動力を出力可能な第１の電動機と、
   前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と前記駆動軸の３軸に接続され、該３軸のうちの２軸に入出力される動力が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力手段と、
   前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
   前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
   前記内燃機関の出力軸を機械的に制動可能な機械的制動手段と、
   前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段と、
   前記内燃機関の運転停止が指示されたとき、該内燃機関の運転が停止するよう該内燃機関を制御し、前記第１の電動機により前記内燃機関の回転が停止すると共に前記設定された要求動力に対応する動力が前記駆動軸に出力されるよう前記第１の電動機の目標駆動力と前記第２の電動機の目標駆動力とを設定して該第１の電動機と該第２の電動機とを駆動制御し、該駆動制御によると前記第１の電動機に入出力される電力と前記第２の電動機に入出力される電力との和の電力が前記蓄電手段の充放電制限を超えるときには該駆動制御に代えて該和の電力が該充放電制限の範囲内となるように前記第１の電動機と前記機械的制動手段とにより前記内燃機関の回転が停止すると共に前記設定された要求動力に対応する動力が前記駆動軸に出力されるよう前記第１の電動機の目標駆動力と前記第２の電動機の目標駆動力と前記機械的制動手段の目標制動力とを設定して該第１の電動機と該第２の電動機と該機械的制動手段とを駆動制御する停止時制御手段と
   を備える駆動装置。
2. 前記停止時制御手段は、前記内燃機関が所定の目標停止位置で停止するよう前記第１の電動機と前記機械的制動手段とを駆動制御する手段である請求項１記載の駆動装置。
3. 請求項２記載の駆動装置であって、
   前記内燃機関の回転位置を検出する回転位置検出手段を備え、
   前記停止時制御手段は、前記検出された回転位置が前記目標停止位置近傍に達したとき、前記機械的制動手段による制動力により前記内燃機関が前記目標停止位置で停止するよう該機械的制動手段を駆動制御する手段である
   駆動装置。
4. 前記回転位置検出手段は、前記第１の電動機の回転位置と前記第２の電動機の回転位置とに基づいて前記内燃機関の回転位置を検出する手段である請求項３記載の駆動装置。
5. 請求項１ないし４いずれか記載の駆動装置を搭載し、前記駆動軸が車軸に連結されて走行するハイブリッド自動車。
6. 内燃機関と、発電を伴って前記内燃機関の出力軸に制動力を出力可能な第１の電動機と、前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と駆動軸の３軸に接続され該３軸のうちの２軸に入出力される動力が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、前記内燃機関の出力軸を機械的に制動可能な機械的制動手段と、を備える駆動装置の制御方法であって、
   （ａ）前記駆動軸に要求される要求動力を設定し、
   （ｂ）前記内燃機関の運転停止が指示されたとき、該内燃機関の運転が停止するよう該内燃機関を制御し、前記第１の電動機により前記内燃機関の回転が停止すると共に前記設定された要求動力に対応する動力が前記駆動軸に出力されるよう前記第１の電動機の目標駆動力と前記第２の電動機の目標駆動力とを設定して該第１の電動機と該第２の電動機とを駆動制御し、該駆動制御によると前記第１の電動機に入出力される電力と前記第２の電動機に入出力される電力との和の電力が前記蓄電手段の充放電制限を超えるときには該駆動制御に代えて該和の電力が該充放電制限の範囲内となるように前記第１の電動機と前記機械的制動手段とにより前記内燃機関の回転が停止すると共に前記設定された要求動力に対応する動力が前記駆動軸に出力されるよう前記第１の電動機の目標駆動力と前記第２の電動機の目標駆動力と前記機械的制動手段の目標制動力とを設定して該第１の電動機と該第２の電動機と該機械的制動手段とを駆動制御する
   駆動装置の制御方法。
   

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