JP4061763B2 - Power output apparatus and control method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten switching time when switching from an overdrive coupling to an underdrive coupling. SOLUTION: A control unit gives a switching command from an overdrive coupling to an underdrive coupling (S202). By this command, an actuator of a switching device is immediately started (S204). The control unit controls the actuator and separates a rotor shaft of an assist motor from a crankshaft of an engine (S206). The control unit controls the assist motor, accelerates rotation of the assist motor, increases the number of rotation of the rotor shaft of the assist motor and numbers of rotation are synchronized so that the number of rotation of the rotor shaft may be conformed to the number of rotation of an outer rotor shaft to be a drive shaft (S208). The control unit controls the actuator when the number of rotation of the rotor shaft coincides with the number of rotation of the outer rotor shaft and couples the rotor shaft with the outer rotor shaft (S212).

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源としてエンジンと電動機とを備える動力出力装置およびその制御方法に関し、詳しくは、上記電動機を上記エンジンの出力軸と駆動軸とに切り換えて結合可能な結合手段を有する動力出力装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、エンジンと電動機とを動力源とする動力出力装置を搭載したハイブリッド車両が提案されている(例えば特開平9−47094に記載の技術等)。ハイブリッド車両の一種としていわゆるパラレルハイブリッド車両がある。パラレルハイブリッド車両では、搭載した動力出力装置によって、エンジンから出力された動力は、一部が動力調整装置により駆動軸に伝達され、残余の動力が電力として回生される。この電力はバッテリに蓄電されたり、エンジン以外の動力源としての電動機を駆動するのに用いられる。このような動力出力装置は、上述の動力の伝達過程において、動力調整装置および電動機を制御することによって、エンジンから出力された動力を任意の回転数およびトルクで駆動軸に出力することができる。駆動軸から出力すべき要求出力に関わらずエンジンは運転効率の高い動作点を選択して運転することができるため、ハイブリッド車両はエンジンのみを駆動源とする従来の車両に比べて省資源性および排気浄化性に優れている。
【0003】
上記の動力出力装置おける電動機の回転軸の結合先は、駆動軸とエンジンの出力軸の2通りが可能である。これらの結合について、電動機の回転軸を駆動軸に結合した構成では、エンジンの回転数よりも駆動軸の回転数が低いアンダードライブ動作時(アンダードライブ走行時)に運転効率が高くなる特性がある。電動機の回転軸をエンジンの出力軸に結合した構成は、逆に、エンジンの回転数よりも駆動軸の回転数が高いオーバードライブ動作時(オーバードライブ走行時)に運転効率が高くなる特性がある。
【0004】
そこで、従来では、電動機の回転軸の結合状態を、駆動軸側とエンジンの出力軸側とで切り換え可能に構成した動力出力装置を搭載するハイブリッド車両が提案されている(例えば、特開平10−75501記載のハイブリッド車両)。かかる動力出力装置では、電動機の回転軸と駆動軸またはエンジンの出力軸との結合/切り離しを、クラッチを備えた切換装置や、シンクロナイズドギヤを備えた切換装置を用いて行なっていた。ここで、シンクロナイズドギヤとは、軸方向に直列に配置された2つ以上のギヤと、これらのギヤと選択的に噛合可能な可動ギヤとから構成される機構をいう。
【0005】
それでは、このような動力出力装置における結合状態の切換装置について簡単に説明する。なお、ここでは、動力調整装置として、対ロータ電動機であるクラッチモータ30を用い、切換装置として、シンクロナイズドギヤを備えた装置を用いる場合を例にとって説明する。
【0006】
図12は電動機の回転軸の結合状態を切り換え可能に構成した一般的な動力出力装置の要部を示す構成図である。
【0007】
図12に示すように、エンジン50の出力軸であるクランクシャフト56と、車輪26を駆動するための動力を出力する伝達軸22との間には、ハイブリッドユニット20が配設されている。ハイブリッドユニット20内には、対ロータ電動機であるクラッチモータ30と、電動機であるアシストモータ40と、そのアシストモータ40のロータ軸43の結合先を選択的に切り換える切換装置80と、が設けられている。
【0008】
これらのうち、クラッチモータ30は、インナロータ32とアウタロータ34とを備えており、通常の電動機におけるロータに相当するインナロータ32のみならず、アウタロータ34も自由に回転することができる。クラッチモータ30のインナロータ32には、インナロータ軸33が結合されており、アウタロータ34には、駆動軸であるアウタロータ軸35が結合されている。インナロータ軸33は、図示しないダンパを介してクランクシャフト56に結合されている。アウタロータ軸35は、出力用ギヤ21,チェーン23を介して伝達軸22に結合されている。この伝達軸22は、更に減速機24およびディファレンシャルギヤ25を介して、駆動輪26R,26Lを備えた車軸26に結合されている。
【0009】
アシストモータ40はロータ42とステータ44とを備えている。このうち、ステータ44はケースに固定され、ロータ42は中空のロータ軸43に結合されている。中空のロータ軸43の軸中心は、クランクシャフト56に結合されたインナロータ軸33が貫通している。
【0010】
切換装置80はシンクロナイズドギヤであって、クラッチモータ30のアウタロータ軸35に結合された第1ギヤ81と、インナロータ軸33に結合された第2ギヤ82と、何れの軸にも結合されていない第3ギヤ83と、可動部材87と、で構成されている。可動部材87の片側には、第1ないし第3ギヤ81〜83に噛合し得る可動ギヤ84が設けられおり、他の片側はスプライン85を介してアシストモータ40のロータ軸43に摺動自在に結合されている。したがって、可動ギヤ84は、ロータ軸43と回転を共にしながら、ロータ軸43に対してその軸方向に移動することができる。切換装置80には、可動部材87を駆動して、可動ギヤ84の位置を切り換えるアクチュエータ86が設けられている。アクチュエータ86は、モータあるいはソレノイドなどにより実現可能であり、図示していない制御ユニットにより制御される。
【0011】
可動ギヤ84が、図12中の位置aにあるときは、第1ギヤ81と可動ギヤ84とが噛合し、アシストモータ40のロータ軸43は、駆動軸であるクラッチモータ30のアウタロータ軸35に結合されることになる。この結果、エンジン50から出力された動力は、クラッチモータ30を経て、駆動軸であるアウタロータ軸35に出力されるが、このアウタロータ軸35に対して、アシストモータ40が動力をやり取りすることが可能となる。この構成を模式的に示したのが図13である。切換装置80が、可動ギヤ84を位置aに切り換えたときは、図13の構成と等価である。以下、この結合状態をアンダードライブ結合と呼ぶ。
【0012】
他方、切換装置80が可動ギヤ84を、図12中の位置cに切り換えたときは、第2ギヤ82と可動ギヤ84とが噛合し、アシストモータ40のロータ軸43はクラッチモータ30のインナロータ軸33に結合され、延いてはエンジン50の出力軸であるクランクシャフト56に結合されることになる。この結果、エンジン50からクラッチモータ30を経て駆動軸であるアウタロータ軸35に出力される動力の出力系統に対して、アシストモータ40はインナロータ軸33やクランクシャフト56との間で動力のやり取りを行なうことが可能となる。この構成を模式的に示したのが図14である。切換装置80が可動ギヤ84を位置cに切り換えたときは、図14の構成と等価である。以下、この結合状態をオーバードライブ結合と呼ぶ。
【0013】
切換装置80は、可動ギヤ84を、第3ギヤ83と噛合する位置bに切り換えることも可能である。この位置では、可動ギヤ84は、第1ギヤ81および第2ギヤ82のいずれとも噛合してない中立状態になる。このときエンジン50から出力された動力は、クラッチモータ30を経てそのまま駆動軸であるアウタロータ軸35に出力される。
【0014】
制御ユニット(図示せず)は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、切換装置80を制御して、アシストモータ40のロータ軸43の結合状態を切り換える。基本的には、エンジン50の回転数が駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数よりも大きくなった場合には、切換装置80を制御して、アンダードライブ結合(アシストモータ40のロータ軸43を駆動軸であるアウタロータ軸35に結合)にする。逆に、エンジン50の回転数が駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数よりも小さくなった場合には、オーバードライブ結合(アシストモータ40のロータ軸43をエンジン50の出力軸であるクランクシャフト56に結合)にする。こうすることによってアンダードライブ動作、オーバードライブ動作の双方において、効率の高い運転を実現している。
【0015】
さて、このような電動機の回転軸の結合状態を切り換え可能な動力出力装置においては、電動機の回転軸の結合状態を、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換える場合、従来では、次のような手順で行なっていた。
【0016】
図15は従来の動力出力装置におけるオーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ切り換える際の各構成要素の動作状態の時間的推移を示すタイミングチャートである。
【0017】
このようなオーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ切り換えは、例えば、ハイブリッド車両を定常走行させている場合に、運転者がアクセルペダルを踏み込んで、駆動軸であるアウタロータ軸35からの出力トルクを増加して、車両を加速させる場合などに生じる。
【0018】
図15において、aは制御ユニットが出す切換指令、b,cは制御ユニットの制御モード、d,e,fは切換装置80の動作状態、gはエンジン出力、hはエンジン50、駆動軸であるアウタロータ軸35,アシストモータ(AM)40の回転数、i,j,kはクラッチモータ(CM)30の動作状態、l,m,nはアシストモータ(AM)40の動作状態をそれぞれ示す。
なお、切換装置80の切換許容差速範囲は約300r.p.m以下であるとする。切換装置80において、可動ギヤ84にはアシストモータ40のロータ軸43が、第2ギヤ82にはエンジン50のクランクシャフト56及びクラッチモータ30のインナロータ軸33が、第1ギヤ81にはクラッチモータ30のアウタロータ軸35が、それぞれにつながっているため、何れも、イナーシャが大きくなっている。従って、可動ギヤ84を第2ギヤ82または第1ギヤ81に結合させる場合、可動ギヤ84と第2ギヤ82または第1ギヤ81との差速があまりに大きいと、両者の間で大きな磨耗が生じてしまう。そのため、切換装置80には、上記したような切換許容差速範囲が設定されている。
【0019】
それでは、図15を用いて、切り換え手順を順次説明する。運転者がアクセルペダルを踏み込む(キックダウン)と、制御ユニットは、その踏込量から、駆動軸であるアウタロータ軸35から出力すべき要求出力を算出し、その要求出力が所定の条件を満たしている場合に切換指令を発する(aの手順▲1▼)。
【0020】
次に、制御ユニットは、図示せざる燃料噴射制御ユニットを介してエンジン50の出力をアップする(gの手順▲2▼)。続いて、制御ユニットは、駆動軸であるアウタロータ軸35とエンジン50の出力軸であるクランクシャフト56との差速が切換許容差速範囲である約300r.p.m以下になったかどうかを判定し、差速が約300r.p.m以下になったら(hの手順▲3▼)、切換装置80のアクチュエータ86を始動し(dの手順▲4▼)、オーバードライブ(OD)結合状態から中立状態へ移行させるために、可動ギヤ84を第2ギヤ82から切り離す。そのとき同時に、制御ユニットは、アシストモータ40を発電状態から(n参照)、発電(回生)も駆動(力行)も行なわれないニュートラル状態に移行させ、可動ギヤ84の第2ギヤ82からの切り離しがスムーズに行なわれるようにする(mの手順▲5▼)。
【0021】
次に、制御ユニットは、アクチュエータ86を制御して、可動ギヤ84を第3ギヤ83に結合させ、中立状態に移行させる(eの手順▲6▼)。また、この間、制御ユニットは、アシストモータ40を駆動状態にして(l参照)、アシストモータ40を一定のトルクで回転数を徐々に上昇させる(h参照)。そして、制御ユニットは、アクチュエータ86を制御して、可動ギヤ84を第3ギヤ83から切り離し(eの手順▲7▼)、第1ギヤ81へ結合して、中立状態からアンダードライブ(UD)結合状態に移行させる(fの手順▲8▼)。そして、制御ユニットは、アシストモータ40のトルクアップを図るとともに(l参照)、エンジン50の回転数が駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数に一致したら(hの手順▲9▼)、クラッチモータ30を駆動状態から発電状態へと移行させる(iおよびk参照)。
【0022】
以上のようにして、従来においては、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切り換えを行なっていた。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来においては、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切り換える際に、制御ユニットにおいて、算出した要求出力が所定の条件を満たし後、駆動軸であるアウタロータ軸35とエンジン50の出力軸であるクランクシャフト56との差速が、切換装置80の切換許容差速範囲内になるのを確認してから、切換装置80のアクチュエータ86を始動していたので、その分、切換時間が長くなるという問題があった。また、そのため、運転者がアクセルペダルを踏み込んでから、その踏込量に見合ったトルクが駆動軸であるアウタロータ軸35から実際に出力されるまでに、1秒以上もの長い時間がかかってしまい、運転者にとってレスポンスの悪いものとなっていた。
【0024】
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ切り換える場合に、その切換時間を短縮することが可能な動力出力装置およびその制御方法を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の動力出力装置は、出力軸を有するエンジンと、動力を出力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記駆動軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置であって、
前記結合手段によって前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されている場合に、外部から要求された要求出力に基づいて、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきか否かを判定する判定手段と、
該判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り離すべく、前記結合手段の駆動を開始させる切り離し制御手段と、
前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離された場合に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、前記駆動軸の回転数に合わせ込む同期化手段と、
前記電動機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転数とほぼ等しくなった場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させる結合制御手段と、
をさらに備えることを要旨とする。
【0026】
従って、本発明の動力出力装置によれば、判定手段が電動機の回転軸を駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、エンジンの出力軸と駆動軸の差速が切換許容差速範囲内になるのを確認することなく、直ちに、結合手段の駆動を開始させるため、従来に比較して、電動機の回転軸の結合状態を切り換える際の切換時間を短縮することができる。また、電動機の回転軸が出力軸から切り離された場合に、電動機の回転軸の回転数を上昇させて、駆動軸の回転数に合わせ込むよう、積極的に回転数の同期化を図り、できる限り早く、電動機の回転軸を駆動軸に結合させるようにしているため、さらに上記切換時間を短縮することができる。
【0027】
また、本発明の動力出力装置において、前記判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記エンジンを制御して、該エンジンから出力される動力を上昇させる動力上昇手段をさらに備えるようにしても良い。
【0028】
このように、電動機の回転軸の結合先を出力軸から駆動軸に切り換える際に、エンジンから出力される動力を上昇させ、そのエンジンから得られたトルクを動力調整装置を介してそのまま駆動軸に伝達させることにより、駆動軸においてトルク抜けが生じるのを防ぐことができる。
【0029】
また、本発明の動力出力装置において、
トルクと回転数との関係で表される前記動力出力装置の動作領域を、所定の境界によって分割して、前記電動機の回転軸を前記出力軸に結合させて動作させるべき第1の領域と前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させて動作させるべき第2の領域とを設定する領域設定手段をさらに備えると共に、
前記決定手段は、
前記要求動力から前記駆動軸の目標動作点を設定する目標動作点設定手段と、設定した前記駆動軸の目標動作点が前記境界を越えて前記第2の領域にある場合に、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきであると決定する切換決定手段と、
を備えることが好ましい。
【0030】
このように、要求出力から駆動軸の目標動作点を設定し、その設定した目標動作点が境界を越えて第2の領域にある場合に、電動機の回転軸を駆動軸に結合させるべきと決定することによって、要求出力に基づいて電動機の回転軸を的確に切り換えることができる。
【0031】
本発明における動力調整装置としては種々の装置を適用可能である。
例えば、前記動力調整装置は、前記出力軸に結合された第1のロータと、前記駆動軸に結合された第2のロータとを有する対ロータ電動機を備えるものとすることができる。
【0032】
かかる対ロータ電動機によれば、第1のロータと第2のロータとの電磁的な結合により一方のロータから他方のロータに動力を伝達することが可能である。また、両者間の相対的な滑りによって動力の一部を電力として回生することも可能である。上述の対ロータ電動機は、これらの2つの作用によって動力調整装置として機能することができる。
【0033】
また、前記動力調整装置は、
ロータ軸を有する発電機と、
3つの回転軸を有し、該回転軸が前記出力軸、駆動軸、およびロータ軸にそれぞれ結合されたプラネタリギヤとを備えるものとすることもできる。
【0034】
かかる構成によれば、プラネタリギヤの一般的な動作に基づいて、出力軸の回転による動力を駆動軸とロータ軸に分配して伝達することができる。従って、出力軸に入力された動力の一部を駆動軸に伝達するとともに、ロータ軸に分配された動力を発電機によって電力として回生することができる。上述の装置は、これらの2つの作用によって動力調整装置として機能することができる。
【0035】
本発明は、以下に示す動力出力装置の制御方法として構成することもできる。
本発明の動力出力装置の制御方法は、出力軸を有するエンジンと、動力を出力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記駆動軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であって、
(a)前記結合手段によって前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されている場合に、外部から要求された要求出力に基づいて、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきか否かを判定する工程と、
(b)前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り離すべく、前記結合手段の駆動を開始させる工程と、
(c)前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離された場合に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、前記駆動軸の回転数に合わせ込む工程と、
(d)前記電動機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転数とほぼ等しくなった場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させる工程と、
を備えることを要旨とする。
【0036】
従って、かかる制御方法によれば、上記した本発明の動力出力装置と同様に、電動機の回転軸の結合状態を切り換える際の切換時間を短縮することができる。
【0037】
また、本発明の動力出力装置の制御方法において、
(e)前記工程(a)にて前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記エンジンを制御して、該エンジンから出力される動力を上昇させる工程
をさらに備えるようにしても良い。
【0038】
従って、かかる制御方法によれば、上記した本発明の動力出力装置と同様に、駆動軸においてトルク抜けが生じるのを防ぐことができる。
【0039】
以上で説明した本発明は、直接には、動力出力装置およびその制御方法に適用されている。その他、そのような動力出力装置を搭載した種々の装置、例えば、ハイブリッド車両として本発明を構成することも可能である。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
(1)実施例の構成:
はじめに、実施例の構成について図1を用いて説明する。図1は本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載したハイブリッド車両の概略構成を示す構成図である。なお、前述の図12に示した構成要素と同一のものには、同一の符号を付してある。
【0041】
本実施例の動力出力装置10は、動力系統であるエンジン50およびハイブリッドユニット20と、制御系統である燃料噴射制御ユニット(以下、EFIECUと言う)と、制御ユニット90と、を主として備えている。
【0042】
これらのうち、動力系統であるエンジン50は、通常のガソリンエンジンであり、出力軸であるクランクシャフト56を回転させる。
【0043】
エンジン50の運転は、制御系統であるEFIECU70により制御されている。EFIECU70は内部にCPU、ROM、RAM等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、CPUがROMに記録されたプログラムに従い、主に、エンジン50の燃料噴射量、吸排気バルブの進角制御、その他の制御を実行する。これらの制御を可能とするために、EFIECU70には、燃料噴射弁51,スロットルバルブ53の開度を制御するスロットルバルブモータ54,あるいは吸排気バルブ(図示せず)の開閉タイミングを制御するVVT57などが設けられている。また、EFIECU70には、これらの制御を行なうために必要なセンサであって、エンジン50の運転状態を示す種々のセンサが接続されている。その一つとしてクランクシャフト56の回転数を検出する回転数センサ52がある。その他のセンサおよびスイッチなどの図示は省略した。
【0044】
エンジン50のクランクシャフト56と、車輪26を駆動するための動力を出力する伝達軸22との間には、図12の場合と同様に、ハイブリッドユニット20が配設されている。ハイブリッドユニット20内には、主として、対ロータ電動機であるクラッチモータ30と、電動機であるアシストモータ40と、そのアシストモータ40のロータ軸43の結合先を選択的に切り換える切換装置80と、が設けられている。
【0045】
これらのうち、クラッチモータ30は、基本的には永久磁石を用いた同期電動機として構成されているが、磁界を発生させる三相コイルが巻回された部材が、ケースに固定されたいわゆるステータではなく、回転可能なロータとして構成されている点で通常の電動機と異なる。即ち、クラッチモータ30では、図12で述べたとおり、通常の電動機におけるロータに相当するインナロータ32のみならず、三相コイル36が巻回されたアウタロータ34も、自由に回転することができる。このように構成された電動機を前述したように対ロータ電動機と呼ぶ。このような対ロータ電動機では、三相コイル36が設けられたアウタロータ34も回転するから、回転するコイル36に対して電力を供給するための機構が必要になる。本実施例では、この機構としてスリップリング38を設けて、三相コイル36への電力を供給しているが、スリップリング38に代えて、差動トランスなど、他の構成を用いることも可能である。クラッチモータ30では、インナロータ32に備えられた永久磁石による磁界とアウタロータ34に備えられた三相コイル36によって形成される磁界との相互作用により、両者は相対的に回転する。なお、かかる作用は、可逆的なものなので、クラッチモータ30を発電機として動作させ、両ロータの回転数差に応じた電力を、クラッチモータ30から回生することもできる。
【0046】
また、図12の場合と同様に、クラッチモータ30のインナロータ32には、インナロータ軸33が結合されており、アウタロータ34には、駆動軸であるアウタロータ軸35が結合されている。インナロータ軸33は、図示しないダンパを介してクランクシャフト56に結合されている。アウタロータ軸35は、出力用ギヤ21,チェーン23を介して伝達軸22に結合されている。この伝達軸22は、更に減速機24およびディファレンシャルギヤ25を介して、駆動輪26R,26Lを備えた車軸26に結合されている。
【0047】
クラッチモータ30はインナロータ32とアウタロータ34の双方が回転可能であるため、インナロータ軸33およびアウタロータ軸35の一方から入力された動力を他方に伝達することができる。クラッチモータ30自体では、トルクは作用・反作用の関係にあるため変えられないが、クラッチモータ30を電動機として力行運転すれば他方の軸の回転数は高くなり、結果的に他方の軸から出力する動力(=回転数×トルク)は高くなる。クラッチモータ30を発電機として回生運転すれば他方の軸の回転数は低くなり、回転数差に対応した電力(=回転数差×トルク)が取り出される。即ち、クラッチモータ30を用いることで、動力の一部を電力の形で取り出しつつ残余の動力を伝達することができる。また、力行運転も回生運転も行なわなければ、動力が伝達されない状態となる。この状態は機械的なクラッチを解放にした状態に相当することから、この対ロータ電動機を、クラッチモータと呼ぶのである。
【0048】
一方、ハイブリッドユニット20内に設けらているアシストモータ40も、クラッチモータ30と同様に、永久磁石を用いた同期電動機として構成されており、本実施例では、ロータ42側に永久磁石が、ステータ44側に三相コイル46が、それぞれ設けられている。図12の場合と同様に、アシストモータ40のステータ44はケースに固定され、ロータ42は中空のロータ軸43に結合されている。中空のロータ軸43の軸中心は、クランクシャフト56に結合されたインナロータ軸33が貫通している。
【0049】
上述したクラッチモータ30およびアシストモータ40を駆動するために、バッテリ94に接続された第1の駆動回路91および第2の駆動回路92が設けられている。第1の駆動回路91は、内部にスイッチング素子としてのトランジスタを複数備えたトランジスタインバータであり、制御ユニット90と電気的に接続されている。制御ユニット90が第1の駆動回路91のトランジスタのオン・オフの時間をPWM制御すると、バッテリ94とクラッチモータ30のアウタロータ34に巻回された三相コイル36との間には、両者に接続された第1の駆動回路91およびスリップリング38を介して、三相交流が流れる。この三相交流によりアウタロータ34には回転磁界が形成され、クラッチモータ30の回転は制御される。この結果、バッテリ94の電力を用いてクラッチモータ30を力行する動作や、あるいはクラッチモータ30から回生する電力をバッテリ94に蓄える動作などを行なうことができる。
【0050】
他方、アシストモータ40は、第2の駆動回路92を介してバッテリ94に接続されている。第2の駆動回路92もトランジスタインバータにより構成されており、制御ユニット90に接続されて、その制御を受けて動作する。制御ユニット90の制御信号により駆動回路92のトランジスタをスイッチングすると、ステータ44に巻回された三相コイル46に三相交流が流れて回転磁界を生じ、アシストモータ40は回転する。アシストモータ40も、回生動作を行なうことができることは勿論である。
【0051】
また、ハイブリッドユニット20内に設けられている切換装置80は、シンクロナイズドギヤであって、アシストモータ40のロータ軸43を、クラッチモータ30のアウタロータ軸35およびインナロータ軸33のうち、何れか一方の軸に結合させるか、あるいは何れの軸にも結合させない状態にするかを切り換えるものである。なお、この切換装置80の構成およびその動作については、図12の場合と同様であるので、説明は省略する。
【0052】
制御ユニット90は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、後述するように、切換装置80を制御して、アシストモータ40のロータ軸43の結合先を切り換える。これにより、アシストモータ40のロータ軸43が、駆動軸であるクラッチモータ30のアウタロータ軸35に結合された場合は、図13に示したようなアンダードライブ結合となり、アシストモータ40のロータ軸43がクラッチモータ30のインナロータ軸33に、延いてはエンジン50の出力軸であるクランクシャフト56に結合された場合は、図14に示したようなオーバードライブ結合になる。
【0053】
なお、本実施例において用いられる切換装置80は、複数のクラッチにより構成することも可能である。つまり、第1ないし第3ギヤ81〜83と可動ギヤ84との組み合わせに代えて、アウタロータ軸35とロータ軸43の結合および解放を行う第1のクラッチを設け、またインナロータ軸33とロータ軸43の結合および解放を行う第2のクラッチを設けるものとしてもよい。この場合、スプライン85を設ける必要はない。
【0054】
本実施例において、ハイブリッド車両の運転状態は制御ユニット90により制御されている。制御ユニット90もEFIECU70と同様、内部にCPU、ROM、RAM等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、CPUがROMに記録されたプログラムに従い、後述する種々の制御処理を行うよう構成されている。これらの制御を可能とするために、制御ユニット90には、各種のセンサおよびスイッチが電気的に接続されている。制御ユニット90に接続されているセンサおよびスイッチとしては、アクセルペダル65の踏み込み量を検出するためのアクセルペダルポジションセンサ65aや、シフトレバー66のポジションを検出するためのシフトポジションセンサ66aの他、図示してはいないアウタロータ軸35の回転数を検出する回転数センサや、アシストモータ40のロータ軸43の回転数を検出する回転数センサなどがある。
【0055】
制御ユニット90は、EFIECU70とも通信回線により接続されており、EFIECU70との間で種々の情報を、通信によってやりとりしている。制御ユニット90からエンジン50の制御に必要な情報をEFIECU70に出力することにより、エンジン50を間接的に制御することができる。逆にエンジン50の回転数などの情報をEFIECU70から入力することもできる。
【0056】
図1に示す動力出力装置10は、エンジン150から出力された動力を電力のやりとりによって増減して伝達する動力調整装置として、クラッチモータ30を適用しており、動力の分配をそのクラッチモータ30のインナロータ32とアウタロータ34との滑りにより実現する。エンジン50からの動力の一部は、クラッチモータ30を介して駆動軸であるアウタロータ軸35に機械的な形態で直接出力され、一部は、二つのロータ32,34の滑り回転によりクラッチモータ30から電力の形態で取り出される。電気的に取り出されたエネルギは、バッテリ94に蓄積することもできるし、もう一つのモータであるアシストモータ40に出力し、駆動軸であるアウタロータ軸35のトルクアップに用いることもできる。即ち、この動力出力装置10は、動力を出力するエンジン50、滑り回転により動力をやり取りするクラッチモータ30、力行・回生可能なアシストモータ40の三者により、駆動軸であるアウタロータ軸35に出力する動力を自由に制御することができるのである。
【0057】
(2)一般的動作:
次に、本実施例の動力出力装置の一般的動作として、エンジン50から出力された動力を要求された回転数およびトルクに変換して駆動軸であるアウタロータ軸35に出力する動作について説明する。本実施例の動力出力装置10では、エンジン50の回転数Neとアウタロータ軸35の回転数Ndとの大小関係、およびアシストモータ40のロータ軸43の結合状態に応じて、上記変換の経路が異なる。
【0058】
最初にアンダードライブ結合(図13)において、駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の回転数Neよりも小さい場合について説明する。かかる場合のトルクの変換の様子を図2に示す。図2は、横軸に回転数N、縦軸にトルクTを採り、エンジン50の動作点Peとアウタロータ軸35の動作点Pdを示した図である。図2中の曲線Pは動力、つまり回転数とトルクの積が一定の曲線である。回転数Ne、トルクTeでエンジン50から出力された動力Peを、Neよりも低い回転数Nd、Teよりも高いトルクTdの動力Pdに変換してアウタロータ軸35から出力する場合を考える。
【0059】
図2に示した変換を行う場合、アウタロータ軸35の回転数Ndはエンジン50の回転数Neよりも小さい。クラッチモータ40はアウタロータが回転数Ndで回転し、インナロータがそれよりも高い回転数Neで回転するから、クラッチモータ30は、相対的に逆転することになり、クラッチモータ30の回転数Ncは負の値となる。クラッチモータ30のトルクTcは作用・反作用の原理からエンジン50の出力トルクTeと等しく、正の値である。つまり、クラッチモータ30はエンジン50から出力された動力の一部を駆動軸であるアウタロータ軸35に伝達しつつ、残りを電力として回生する状態で運転される。このとき、回生される電力はクラッチモータ130の回転数NcとトルクTcの積に等しく、図2中のハッチングを施した領域GU1の面積に等しい。
【0060】
一方、アウタロータ軸35のトルクTdはエンジン50のトルクTeよりも大きい。従って、アシストモータ40は正のトルク、正の回転数で運転される。つまり、アシストモータ40は電力の供給を受け力行される。このとき供給される電力はアシストモータ40の回転数とトルクの積に等しく、図2中のハッチングを施した領域AU1の面積に等しい。両モータでの運転効率を100%と仮定すれば、クラッチモータ30で回生される電力とアシストモータ40に供給される電力とは等しくなる。つまり、クラッチモータ30で領域GU1に相当する分のエネルギを電力の形で取り出し、領域AU1に相当する分のエネルギとして供給することによりエンジン50の動作点Peで表される動力を、動作点Pdの状態に変換する。実際には運転効率が100%になることはないため、バッテリ94からの電力の持ち出しを伴ったり、損失に相当する動力をエンジン50から余分に出力したりして、上記変換を実現する。かかる変換では、上流側に位置するクラッチモータ30で回生された電力が下流側に位置するアシストモータ40に供給される。
【0061】
次に、アンダードライブ結合において、駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の回転数Neよりも高い場合について説明する。かかる場合のトルクの変換の様子を図3に示した。図3に示した変換を行う場合、アウタロータ軸35の回転数Ndはエンジン50の回転数Neよりも大きい。従って、クラッチモータ30は、正の回転数Nc、正のトルクTcで回転する。つまり、クラッチモータ30は電力の供給を受けて力行される。このとき、供給される電力はクラッチモータ30の回転数とトルクの積に等しく、図3中のハッチングを施した領域「GU2+GU3」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸35のトルクTdはエンジン50のトルクTeよりも小さい。従って、アシストモータ40は負のトルク、正の回転数で運転される。つまり、アシストモータ40は回生運転される。このとき回生される電力はアシストモータ40の回転数とトルクの積に等しく、図3中のハッチングを施した領域「AU2+GU3」の面積に等しい。両モータでの運転効率を100%と仮定すれば、アシストモータ40で回生される電力とクラッチモータ30に供給される電力とが等しくなる。かかる変換では、下流側に位置するアシストモータ40で回生された電力が上流側に位置するクラッチモータ30に供給され、そのクラッチモータ30に供給された電力が、再び機械的な動力として下流側に位置するアシストモータ40に供給されるため、動力の循環が生じる。動力の循環が生じると、エンジン50から出力された動力のうち、有効に駆動軸であるアウタロータ軸35に伝達される動力が低減するため、動力出力装置10の運転効率は低下する。
【0062】
アンダードライブ結合において、上述の変換を実現するための、アシストモータ40およびクラッチモータ30の動作点は、それぞれ以下の通りとなる。
【0063】
クラッチモータ30の回転数Nc=Nd−Ne;
トルクTc=Te;
アシストモータ40の回転数Na=Nd;
トルクTa=Td−Te;・・・(1)
【0064】
次に、オーバードライブ結合の場合(図14)において、駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の回転数Neよりも小さい場合について説明する。かかる場合のトルクの変換の様子を図4に示した。図4に示した変換を行う場合、アウタロータ軸35の回転数Ndはエンジン50の回転数Neよりも小さい。従って、クラッチモータ30は、負の回転数Nc、正のトルクTcで回転する。つまり、クラッチモータ30は回生運転される。このとき、回生される電力はクラッチモータ30の回転数とトルクの積に等しく、図4中のハッチングを施した領域「GO1+GO2」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸35のトルクTdはエンジン50のトルクTeよりも大きい。従って、アシストモータ40は正のトルク、正の回転数で運転される。このとき、供給される電力はクラッチモータ30の回転数とトルクの積に等しく、図4中のハッチングを施した領域「GU2+GU3」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸35のトルクTdはエンジン50のトルクTeよりも小さい。従って、アシストモータ40は負のトルク、正の回転数で運転される。つまり、アシストモータ40は電力の供給を受けて力行される。このとき、供給される電力はアシストモータ40の回転数とトルクの積に等しく、図4中のハッチングを施した領域「AU1+GU2」の面積に等しい。両モータでの運転効率を100%と仮定すれば、クラッチモータ30で回生される電力とアシストモータ40に供給される電力とが等しくなる。かかる変換では、下流側に位置するクラッチモータ30で回生された電力が上流側に位置するアシストモータ40に供給されるため、この場合も動力の循環が生じ、動力出力装置10の運転効率は低下する。
【0065】
次に、オーバードライブ結合の場合において、駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の回転数Neよりも高い場合について説明する。かかる場合におけるトルクの変換の様子を図5に示す。図5に示した変換を行う場合、アウタロータ軸35の回転数Ndはエンジン50の回転数Neよりも大きい。従って、クラッチモータ30は、正の回転数Nc、正のトルクTcで回転する。つまり、クラッチモータ30は電力の供給を受けて力行される。このとき、供給される電力はクラッチモータ30の回転数とトルクの積に等しく、図5中のハッチングを施した領域「GO3」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸35のトルクTdはエンジン50のトルクTeよりも小さい。従って、アシストモータ40は負のトルク、正の回転数で運転される。つまり、アシストモータ40は回生運転される。このとき回生される電力はアシストモータ40の回転数とトルクの積に等しく、図5中のハッチングを施した領域「AO2」の面積に等しい。両モータでの運転効率を100%と仮定すれば、アシストモータ40で回生される電力とクラッチモータ30に供給される電力とが等しくなる。かかる変換では、上流側に位置するアシストモータ40で回生された電力が下流側に位置するクラッチモータ30に供給される。
【0066】
オーバードライブ結合において、上述の変換を実現するための、アシストモータ40およびクラッチモータ30の運転ポイントは、次の通りとなる。
【0067】
クラッチモータ30の回転数Nc=Nd−Ne;
トルクTc=Td;
アシストモータ40の回転数Na=Ne;
トルクTa=Td−Te; ・・・(2)
【0068】
以上で説明した通り、本実施例の動力出力装置10は、アシストモータ40のロータ軸43の結合状態、およびアウタロータ軸35の回転数Ndとエンジン50の回転数Neとの大小関係に応じて、エンジン50から出力された動力を要求された回転数およびトルクからなる動力に変換して、駆動軸であるアウタロータ軸35から出力することができる。
【0069】
しかし、アウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の回転数Neよりも大きいオーバードライブ動作時に、アンダードライブ結合で動作させると、動力の循環が生じ、車両の運転効率が低下する。また、アウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の回転数Neよりも小さいアンダードライブ動作時に、オーバードライブ結合で動作させると、同様に、動力の循環が生じ、車両の運転効率が低下する。そこで、本実施例では、運転効率を向上させるために、基本的に、アウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の回転数Neよりも大きいオーバードライブ動作時には、オーバードライブ結合となるように、アウタロータ軸35の回転数Ndがエンジン50の回転数Neよりも小さいアンダードライブ動作時には、アンダードライブ結合となるように、アシストモータ40のロータ軸43の結合状態を制御する。
【0070】
図6は図1の動力出力装置の動作領域と基本的にオーバードライブ結合とする領域とアンダードライブ結合とする領域とを示す説明図である。図6において、縦軸はトルクであり、横軸は回転数である。
【0071】
また、曲線LIMは、本実施例の動力出力装置10の最大出力線である。従って、トルク軸である縦軸と回転数軸である横軸とこの曲線LIMとで囲まれる領域が、駆動軸であるアウタロータ軸35の動作点の採り得る範囲、即ち、動力出力装置10の動作領域である。なお、動作点はトルクと回転数の組み合わせとして表現される。
【0072】
曲線L1はエンジン50の目標動作点を決定する際に用いる動作線である。この動作線L1は、エンジン50の効率が最高となる動作線であり、この動作線L1に従ってエンジン50の目標動作点を決定すると、エンジン50の燃費は最適となる。なお、実際には、この動作線は、制御ユニット90内のROMにマップとして記憶されている。
【0073】
また、一般に、エンジン50の動作線は、エンジン50の回転数Neと駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数Ndが等しくなる境界となる。従って、本実施例では、基本的に、動作線L1よりもトルクが低い側の領域では、アシストモータ40のロータ軸43の結合状態をオーバードライブ結合にして動作させ、動作線L1よりもトルクが高い側の領域では、アンダードライブ結合にして動作させるようにしている。なお、以下、動作線L1よりもトルクが低い側の領域をオーバードライブ領域と呼び、動作線L1よりもトルクが高い側の領域をアンダードライブ領域と呼ぶ。
【0074】
曲線DOは、駆動軸であるアウタロータ軸35の動作点の軌跡である。この曲線DOは、例えば、車両を定常走行させている場合に、運転者がアクセルを踏み込み、駆動軸であるアウタロータ軸35からの出力トルクを増加して、車両を加速させる場合の軌跡である。
【0075】
その他、曲線DDは、走行抵抗0%を表す曲線であり、曲線P1,P2は、それぞれ、動力が或る一定値となる曲線である。
【0076】
ここで、オーバードライブ結合時およびアンダードライブ結合時における、エンジン50、アシストモータ40、クラッチモータ30に対する一般的な制御動作について簡単に説明する。
【0077】
図1に示す制御ユニット90は、まず、駆動軸であるアウタロータ軸35から出力すべき要求出力、充放電電力および補機駆動エネルギをそれぞれ算出し、それらを加算して、エンジン50に対する要求動力を設定する。ここで、駆動軸であるアウタロータ軸35から出力すべき要求出力は、運転者から要求された、アウタロータ軸35から出力すべき動力に相当し、アウタロータ軸35の目標回転数と目標トルクの積で表される。この要求出力は、後述するように、アクセルペダルポジションセンサ65aにより検出されたアクセルペダル65の踏込量に基づいて設定される。また、充放電電力とは、バッテリ94の充放電に要するエネルギであり、バッテリ94を充電する必要がある場合には正の値、放電する必要がある場合には負の値を採る。補機駆動エネルギとは、エアコンなどの補機(図示せず)を駆動するために必要となる電力である。
【0078】
次に、制御ユニット90は、こうして設定された要求動力に基づいて、エンジン50の目標動作点を設定する。この目標動作点は、前述したエンジン50の動作線に対応したマップに従って、エンジン50の運転効率を優先して設定される。
【0079】
次に、制御ユニット90は、クラッチモータ30およびアシストモータ40の目標動作点を設定する。これらの目標動作点(即ち、目標回転数と目標トルクの組み合わせ)は、オーバードライブ結合時か、アンダードライブ結合時かに応じて、先に示した式(1),(2)に従い設定される。
【0080】
以上のようにして設定された目標トルクおよび目標回転数に基づいて、制御ユニット90は、クラッチモータ30、アシストモータ40、エンジン50の動作を制御する。モータの運転制御処理は、同期モータの制御として周知の処理を適用することができる。本実施例では、いわゆる比例積分制御による制御を実行している。つまり、各モータの現在のトルクを検出し、目標トルクとの偏差および目標回転数に基づいて、各相に印加する電圧指令値を設定する。印加される電圧値は上記偏差の比例項、積分項、累積項によって設定される。それぞれの項にかかる比例係数は実験などにより適切な値が設定される。こうして設定された電圧は、駆動回路91,92を構成するトランジスタインバータのスイッチングのデューティに置換され、いわゆるPWM制御により各モータに印加される。
【0081】
制御ユニット90は、駆動回路91,92のスイッチングを制御することによって、上述の通り、クラッチモータ30およびアシストモータ40の動作を直接制御する。これに対し、エンジン50の動作制御は、実際には、EFIECU70が実施する処理である。従って、制御ユニット90は、EFIECU70に対してエンジン50の目標動作点の情報を出力することで、間接的にエンジン50の動作を制御する。
【0082】
以上の処理を周期的に実行することにより、本実施例の動力出力装置10は、エンジン50から出力された動力を所望の回転数およびトルクに変換して、駆動軸であるアウタロータ軸35から出力することができる。
【0083】
(3)オーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換時の制御:
次に、アシストモータ40のロータ軸43の結合状態をオーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換える際の動作について、説明する。
【0084】
図7は図1の動力出力装置10におけるオーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換時の制御の処理手順を示すフローチャートである。なお、この処理ルーチンは、制御ユニット90のCPUが、ROM内に記憶されている処理プログラムに従って動作することによって実行される。
【0085】
ここでは、駆動軸であるアウタロータ軸35の動作点が図6の曲線DOに沿って移動する際に、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換わる場合を例として説明する。例えば、車両が走行抵抗0%で定常走行していて、アウタロータ軸35の動作点が、今、曲線DO上の点d1にあるものとする。従って、アウタロータ軸35の動作点はオーバードライブ領域にあるため、アシストモータ40のロータ軸43の結合状態はオーバードライブ結合となっている。また、エンジン50の動作点は、動作線L1上の点e1にあるものとする。
【0086】
従って、アシストモータ40のロータ軸43の結合状態はオーバードライブ結合となっているため、制御ユニット90は、エンジン50、アシストモータ40、クラッチモータ30に対し、前述したようなオーバードライブ結合時の制御処理を行なうことになる(ステップS102)。
【0087】
続いて、制御ユニット90は、アクセルペダルポジションセンサ65aにより検出されたアクセルペダル65の踏込量に基づいて、駆動軸であるアウタロータ軸35から出力すべき要求出力を求め、その要求出力からさらにアウタロータ軸35の目標動作点を決定する(ステップS104)。
【0088】
次に、制御ユニット90は、決定したアウタロータ軸35の目標動作点がアンダードライブ領域にあるか否かを判定する(ステップS106)。従って、運転者が未だアクセルペダル65を踏み込んでおらず、アウタロータ軸35の目標動作点がまだオーバードライブ領域にある場合には、再びステップS102に戻って、制御ユニット90は、上記したのと同様の処理を繰り返す。しかし、運転者がアクセルペダル65を踏み込んで、アウタロータ軸35の目標動作点がエンジン50の動作線L2を越えアンダードライブ領域にある場合には、制御ユニット90は、ステップS108以降の処理を実行する。
【0089】
例えば、ステップS104で決定したアウタロータ軸35の目標動作点が点e3であるすると、点e3はアンダードライブ領域にあるので、処理はステップS108に進み、制御ユニット90は、図8に示すようなオーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換処理ルーチンを開始する(ステップS108)。
【0090】
図8は図7におけるオーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換処理ルーチンを示すフローチャート、図9は図1の動力出力装置10におけるエンジン50、アシストモータ40及び駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数の時間変化を示すタイミングチャートである。図9において、縦軸は回転数であり、横軸は時間である。また、曲線ERがエンジン50の回転数の、曲線ARがアシストモータ40の回転数の、曲線DRが駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数の、それぞれ時間変化を示している。なお、図9では、タイミングt0において、運転者がアクセルペダル65を踏み込んだものとし、このタイミングt0を横軸に示す時間の原点としている。従って、図9における点e1,d1はそれぞれ図6に示した点e1,d1と対応している。
【0091】
図8に示す切換処理ルーチンが開始されると、制御ユニット90は、図9に示すタイミングt1で、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換指令を出し(ステップS202)、これにより、制御ユニット90は、直ちに、切換装置80のアクチュエータ86を始動する(ステップS204)。そして、制御ユニット90は、アクチュエータ86を制御して、タイミングt2で、アシストモータ40のロータ軸43をエンジン50のクランクシャフト56から切り離す(ステップS206)。具体的には、切換装置80において、アクチュエータ86を駆動して、図1中の位置cにある可動ギヤ84を位置bに向かって移動させ、可動ギヤ84の第2ギヤ82との噛合を外すことによって行なわれる。
【0092】
これによって、エンジン50のクランクシャフト56と同じ回転数で回転していたアシストモータ40のロータ軸43は、クランクシャフト56との結合から解放され、独自に自由に回転することが可能となる。
【0093】
そこで、次に、制御ユニット90は、駆動回路92を介して、アシストモータ40を制御して、アシストモータ40の回転を加速させ、アシストモータ40のロータ軸43の回転数を上昇させる。そして、アシストモータ40のロータ軸43の回転数を駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数に合わせ込むように、回転数の同期化を図る(ステップS208)。これによって、図9の曲線ARで示すように、アシストモータ40のロータ軸43の回転数は、エンジン50のクランクシャフト56の回転数から離れて、駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数に向かって上昇する。
【0094】
回転数の同期化は、例えば、次のようにして行なう。制御ユニット90は、まず、アシストモータ40の目標動作点(即ち、目標トルクと目標回転数の組み合わせ)を設定するに当たり、図示せざる回転数センサからアシストモータ40のロータ軸43の回転数とアウタロータ軸35の回転数をそれぞれ検出し、その検出したロータ軸43の回転数がアウタロータ軸35の回転数に近づくように、アシストモータ40の目標トルクと目標回転数を設定する。そして、制御ユニット90は、その設定したアシストモータ40の目標動作点に基づいて、アシストモータ40の動作を制御する。
【0095】
次に、制御ユニット90は、アシストモータ40のロータ軸43の回転数が駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数に一致したかどうかを判定し(ステップS210)、一致していなければ、一致するまで、回転数の同期化処理を継続する。
【0096】
その後、ロータ軸43の回転数がアウタロータ軸35の回転数に一致した場合には、制御ユニット90は、アクチュエータ86を制御して、タイミングt3で、アシストモータ40のロータ軸43を駆動軸であるアウタロータ軸35に結合させる(ステップS212)。具体的には、切換装置80において、アクチュエータ86を駆動して、図1中の位置bにある可動ギヤ84を位置aに向かって移動させ、可動ギヤ84を第1ギヤ81に噛合させることによって行なわれる。このとき、ロータ軸43の回転数はアウタロータ軸35の回転数に一致しているので、切換装置80において、可動ギヤ84と第1ギヤ81との差速はほぼゼロであり、当然に切換許容差速範囲内にあり、従って、両者の間で大きな磨耗を生じる恐れはない。こうして、アシストモータ40のロータ軸43をアウタロータ軸35に結合させることにより、結合状態はアンダードライブ結合となる。図9において、この結合の行なわれた点d2は、図6における曲線DO上の点d2に対応する。
【0097】
その後、制御ユニット90は、アクチュエータ86を介して、確実にアンダー結合状態になっているかを確認した上で(ステップS214)、駆動軸であるアウタロータ軸35から、ステップS104で決定した目標トルクが出力されるように、アシストモータ40の目標トルクを算出し(ステップS216)、駆動回路92を介してアシストモータ40を制御して、アシストモータ40から、算出した目標トルクを出力させる(ステップS218)。具体的には、アンダードライブ結合の場合、アシストモータ40のトルクTaは、前述の式(1)に示すように、駆動軸であるアウタロータ軸35のトルクTdとエンジン50のトルクTaとの差であるため(Ta=Td−Te)、アウタロータ軸35の目標トルクからエンジン50のトルク分を差し引いたものを、アシストモータ40の目標トルクとして設定するようにすれば良い。
【0098】
以上のようにして、制御ユニット90による切換装置80及びアシストモータ40に対する制御処理は行なわれる。
【0099】
ここで、アシストモータ40に対する制御シーケンスについて、さらに詳しく説明する。図10はオーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換時のアシストモータ40に対する制御シーケンスを示すタイミングチャートである。図10において、縦軸はアシストモータ40に対する制御内容を示し、横軸は時間を示している。なお、横軸に示す時間は、図9に示したそれと完全に対応しており、タイミングt0〜t3は図9で述べたものと同じである。
【0100】
まず、運転者がアクセルペダル65を踏み込み、制御ユニット90が切換指令を出すまでは、制御ユニット90は、アシストモータ40に対しオーバードライブ結合時の制御を行なっている(制御内容1)。これにより、アシストモータ40は、前述したとおり、発電状態(回生状態)となって、負のトルクを出力している。そこで、制御ユニット90は、切換指令を出した後に、アシストモータ40に対し、まず、出力しているトルクをゼロにするように制御する(制御内容2)。
【0101】
しかしながら、アシストモータ40からのトルクをゼロにしても、アシストモータ40自体、引きずりトルクを持っているため、制御ユニット90は、アシストモータ40に対して、次に、この引きずりトルクをキャンセルするように、引きずりトルクと逆向きのトルクをわずかに発生させる(制御内容3)。これにより、アシストモータ40のロータ軸43はエンジン50のクランクシャフト56に対し何らトルクを受けも加えもしていないので、切換装置80において、可動ギヤ84の第2ギヤ82との噛合を外す際に、スムーズに外すことができる。
【0102】
こうして、アシストモータ40のロータ軸43がエンジン50のクランクシャフト56から切り離されると、制御ユニット90は、アシストモータ40に対して、前述したように、加速及び同期化を行なうように制御する(制御内容4)。その後、アシストモータ40のロータ軸43の回転数が駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数に近づいて来たら、制御ユニット90は、アシストモータ40を制御して、アシストモータ40から出力されるトルクを再びゼロにする(制御内容5)。このようにアシストモータ40のロータ軸43に生じるトルクをゼロにすることにより、その後、アシストモータ40のロータ軸43の回転数がアウタロータ軸35の回転数と一致し、切換装置80において可動ギヤ84を第1ギヤ81に噛合する際に、両者の間に無理な力が加わって破損が生じたりすることがないようにすることができる。
【0103】
こうして、アシストモータ40のロータ軸43が駆動軸であるアウタロータ軸35に結合されると、制御ユニット90は、アシストモータ40に対し、アンダードライブ結合時の制御を行なう(制御内容6)。
【0104】
以上のように、アシストモータ40を制御することによって、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換を支障なく、スムーズに行なうことができる。
【0105】
さて、一方、以上のような切換装置80及びアシストモータ40に対する制御処理に並行して、制御ユニット90は、エンジン50及びクラッチモータ30に対しても、次のような制御処理を行なう。
【0106】
即ち、制御ユニット90は、まず、エンジン50を制御して、エンジン50から出力される動力を上昇させる(ステップS220)。具体的には、エンジン50に対する要求動力を増加させて、その増加した要求動力に基づいてエンジン50の目標動作点を設定するようにする。こうして、エンジン50からの動力を上昇させることにより、エンジン50は吹き上がり、エンジン50の回転数は図9に示すように上昇する。そして、ついには、エンジン50の回転数は、交点edで駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数を上回り、実質的にアンダードライブ動作状態となる。なお、図9における交点edは、図6における交点edと対応している。
【0107】
次に、制御ユニット90は、クラッチモータ30の目標トルクを算出し(ステップS222)、駆動回路91を介してクラッチモータ30を制御して、クラッチモータ30から、算出した目標トルクを出力させる(ステップS224)。この場合、クラッチモータ30の目標トルクTc*は、次の式(3)に従って算出する。
【0108】
Tc*=Te+{(Ne−Neini)・(Te*−Tcini)/(Ndini−Neini)}; ・・・(3)
【0109】
但し、Teはエンジン50の現在のトルク、Neはエンジン50の現在の回転数、Neiniは切換指令発生時のエンジン50のトルク、Te*はエンジン50の目標トルク、Tciniは切換指令発生時のクラッチモータ30のトルクである。
【0110】
このように、式(3)に従ってクラッチモータ30の目標トルクTc*を算出することにより、クラッチモータ30から出力されるトルクTcはエンジン50から出力されるトルクTeに次第に近づき、最終的に、そのトルクTeと等しくなる(ステップS226)。
【0111】
こうして、制御ユニット90により並行して行なわれる切換装置80およびアシストモータ40に対する制御処理と、エンジン50およびクラッチモータ30に対する制御処理がそれぞれ終了したら、図7に示す処理ルーチンに戻る。そして、アシストモータ40のロータ軸43の結合状態はアンダードライブ結合となっているため、制御ユニット90は、エンジン50、アシストモータ40、クラッチモータ30に対し、前述したようなアンダードライブ結合時の制御処理を行なうことになる(ステップS110)。
【0112】
アシストモータ40のロータ軸43の結合状態をオーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換える際には、以上説明したようにして、制御処理が行なわれる。
【0113】
従って、本実施例によれば、制御ユニット90は、運転者がアクセルペダル65を踏み込んで、駆動軸であるアウタロータ軸35の目標動作点がエンジン50の動作線L2を越えアンダードライブ領域にあると、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換指令を出し、直ちに、切換装置80のアクチュエータ86を始動して、アシストモータ40のロータ軸43をエンジン50のクランクシャフト56から切り離すので、従来に比較して切換時間を短縮することができる。つまり、従来においては、制御ユニット90は、駆動軸であるアウタロータ軸35とエンジン50の出力軸であるクランクシャフト56との差速が切換許容差速範囲内になったことを確認してから、切換装置80のアクチュエータ86を始動していたが、本実施例では、そのような確認をすることなく直ちに、アクチュエータ86を始動するので、その分、切換時間が短くなる。
【0114】
また、本実施例によれば、制御ユニット90は、アシストモータ40のロータ軸43をエンジン50のクランクシャフト56から切り離すと、アシストモータ40の回転を加速させ、ロータ軸43の回転数を駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数に合わせ込むように、回転数の同期化を図るため、従来に比べて、さらに切換時間を短くすることができる。つまり、従来においては、制御ユニットは、アシストモータ40のロータ軸43をエンジン50のクランクシャフト56から切り離した後、アシストモータ40を駆動状態にして、アシストモータ40を一定のトルクで回転数を徐々に上昇させていたのに対し、本実施例では、アシストモータ40の回転を積極的に加速させて、ロータ軸43の回転数を図9に示すように急速に上昇させ、駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数との同期化を図っているので、ロータ軸43の回転数を早期にアウタロータ軸35の回転数に一致させることができ、ロータ軸43とアウタロータ軸35との結合を早めることができる。このため、本実施例では、図9に矢印ATとして示すように、切換装置80のアクチュエータ86の駆動時間は、約0.25秒とすることができる。また、従来では、ロータ軸43とアウタロータ軸35との結合は、図6において、交点edで完了していたが、本実施例では、それよりも早い点d2で完了することになる。
また、本実施例では、アシストモータ40のロータ軸43を駆動軸であるアウタロータ軸35に結合させる時点で、ロータ軸43の回転数とアウタロータ軸35の回転数はほぼ一致しているため、切換装置80において、可動ギヤ84と第1ギヤ81との差速はほぼゼロとなって、切換許容差速範囲内にあり、従って、両者の間で大きな磨耗を生じる恐れはない。
【0115】
また、以上のように切換時間を短縮したことによって、本実施例によれば、運転者がアクセルペダルを踏み込んでから、その踏込量に見合ったトルクが駆動軸であるアウタロータ軸35から実際に出力されるまでに、かかる時間を約0.6秒程度とすることができるため、運転者にとってレスポンスの良いものとすることができる。
【0116】
さらにまた、本実施例では、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換える際に、エンジン50から出力される動力を上昇させると共に、このエンジン50の出力するトルクをクラッチモータ30で受けて、駆動軸であるアウタロータ軸35にトルク伝達させているので、駆動軸でのトルク抜けを防止することができる。
【0117】
さて、図1に示した動力出力装置10では、エンジン50から出力された動力を電力のやりとりによって増減して伝達する動力調整装置として、クラッチモータ30を適用していた。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、動力調整装置として、クラッチモータ30の代わりに、図11に示すように、プラネタリギヤ200と電動発電機210を適用するようにしても良い。
【0118】
図11は図1の動力出力装置の変形例を示す構成図である。この変形例の構成は、動力調整装置としてプラネタリギヤ200と電動発電機210を用いた以外は、図1に示した動力出力装置の構成と基本的に同じである。なお、図11においては、切換装置80に代えて、切換装置80と基本構成が同じな切換装置180を用いている。また、図1では図示しなかったが、図11ではダンパ58が図示されている。
【0119】
さて、プラネタリギヤ200は、中心で回転するサンギヤ201、サンギヤ201の外周を自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤを備えるプラネタリキャリア203と、更にその外周で回転するリングギヤ202とから構成されている。サンギヤ201、プラネタリキャリア203,およびリングギヤ202はそれぞれ別々の回転軸を有している。サンギヤ201の回転軸であるサンギヤ軸204は中空になっており、電動発電機210のロータ212に結合されている。プラネタリキャリア203の回転軸であるプラネタリキャリア軸206はダンパ58を介してエンジン50のクランクシャフト56と結合されている。リングギヤ202の回転軸であるリングギヤ軸205は、駆動軸であって、出力用ギヤ21,チェーン23を介して伝達軸22に結合されている。この伝達軸22は、更に減速機24およびディファレンシャルギヤ25を介して、駆動輪26R,26Lを備えた車軸26に結合されている。
【0120】
プラネタリギヤ200は、サンギヤ軸204,プラネタリキャリア軸206およびリングギヤ軸205の3軸の回転数およびトルクに以下の関係が成立することが機構学上よく知られている。即ち、上記3つの回転軸のうち2つの回転軸の動力状態が決定されると、以下の関係式に基づいて残余の一つの回転軸の動力状態が決定される。
【0121】
Ns=(1+ρ)/ρ×Nc−Nr/ρ;
Nc=ρ/(1+ρ)×Ns+Nr/(1+ρ);
Nr=(1+ρ)Nc−ρNs;
Ts=Tc×ρ/(1+ρ)=ρTr;
Tr=Tc/(1+ρ);
ρ=サンギヤ201の歯数/リングギヤ202の歯数; ・・・(4)
【0122】
ここで、
Nsはサンギヤ軸204の回転数;
Tsはサンギヤ軸204のトルク;
Ncはプラネタリキャリア軸206の回転数(即ちNe);
Tcはプラネタリキャリア軸206のトルク(即ちTe);
Nrはリングギヤ軸205の回転数(即ちNd);
Trはリングギヤ軸205のトルク(即ちTd);
である。
【0123】
電動発電機210は、アシストモータ40と同様の構成をしている。つまり、電動発電機210はステータ214にコイルが巻回され、ロータ212に永久磁石が貼付された三相同期モータとして構成されている。ステータ214はケースに固定されている。ステータ214に巻回されたコイルに三相交流を流すと回転磁界が生じ、ロータ212に貼付された永久磁石との相互作用によってロータ212が回転する。電動発電機210は、ロータ212が外力によって回転されると、その動力を電力として回生する発電機としての機能も奏する。なお、電動発電機210のステータ214に巻回されたコイルは、図1のクラッチモータ30と同様に、駆動回路91と電気的に接続されている。制御ユニット90が駆動回路91のトラジスタをオン・オフすることにより電動発電機210の運転を制御することができる。
【0124】
この変形例では、プラネタリギヤ200と電動発電機210の組み合わせにより、図1に示したクラッチモータ30と同等の機能を奏することができる。クラッチモータ30のインナロータ軸33に相当するのがプラネタリキャリア軸206であり、駆動軸であったアウタロータ軸35に相当するのがリングギヤ軸205である。この変形例では、これらの組み合わせにより、以下に示す通り、動力調整装置としての機能を奏する。
【0125】
エンジン50からプラネタリキャリア軸206に動力が入力されると、上式(4)に従い、リングギヤ202およひサンギヤ201が回転する。リングギヤ202およびサンギヤ201のいずれか一方の回転を止めることも可能である。リングギヤ202が回転することにより、エンジン50から出力された動力の一部を駆動軸であるリングギヤ軸205に機械的な形で伝達することができる。また、サンギヤ201が回転することにより、エンジン50から出力された動力の一部を電動発電機210により電力として回生することができる。一方、電動発電機210を力行すれば、電動発電機210から出力されたトルクは、サンギヤ201、プラネタリキャリア203およびリングギヤ202を介して駆動軸であるリングギヤ軸205に機械的に伝達することができる。従って、電動発電機210を力行することにより、エンジン50から出力されたトルクを増大して駆動軸であるリングギヤ軸205に出力することも可能である。このように、この変形例では、プラネタリギヤ200と電動発電機210の組み合わせにより、図1に示したクラッチモータ30と同様の機能を奏することができるのである。
【0126】
この変形例においても、アシストモータ40のロータ軸43をプラネタリギヤ200のリングギヤ軸205に結合させるか、プラネタリキャリア軸206に結合させるかを、第1ギヤ111,第2ギヤ112,第3ギヤ113を備えた切換装置180により切り換えている。切換装置180には、図1に示した切換装置80と同様、切り換え用のアクチュエータが設けられており、制御ユニット90に接続されているが、図示は省略した。
【0127】
この変形例でも、これらギヤの噛合状態に応じて種々の構成を採ることができる。例えば、第1ギヤ111と第3ギヤ113とを噛合すると、アシストモータ40のロータ軸43は、駆動軸であるプラネタリギヤ200のリングギヤ軸205と結合する。従って、エンジン50から出力された動力は、プラネタリギヤ200、アシストモータ40を経て駆動軸であるリングギヤ軸205に伝達される。これは、図1の構成におけるアンダードライブ結合(図13)に相当する結合状態である。
【0128】
他方、切換装置180を制御して、第2ギヤ112と第3ギヤ113とを噛合すると、アシストモータ40のロータ軸43はプラネタリギヤ200のプラネタリキャリア軸206と結合する。従って、エンジン50から出力された動力は、アシストモータ40、プラネタリギヤ200を経て駆動軸リングギヤ軸205に伝達される。これは、図1の構成におけるオーバードライブ結合(図14)に相当する結合状態である。
【0129】
従って、以上のような構成において、図7及び図8に示したオーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換時の制御処理をそのまま実行することによって、この変形例においても、図1に示した実施例と同様の効果を奏することは可能である。但し、図9において、クラッチモータの代わりに、電動発電機210の動作制御を行なう必要がある。
【0130】
また、本発明は4輪駆動車に適用することもできる。実施例(図1)または変形例(図11)の構成による動力系統を車両の前輪に適用し、後輪の車軸に別途駆動用の電動機を設けることによって4輪駆動可能なハイブリッド車両を構成することができる。かかる車両でも、駆動軸の回転数とエンジン50の回転数の大小関係に応じて、結合状態を切り替えることにより効率の高い運転を行うことができる。従って、かかる切り替えの制御に本発明を適用するものとすれば、先に実施例で説明した種々の効果を得ることができる。
【0131】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態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、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、上述した実施例においては、エンジン50としてガソリンにより運転されるガソリンエンジンを用いていたが、その他にも、ディーゼルエンジン等のレシプロエンジンの他、タービンエンジンや、ジェットエンジン、ロータリエンジンなど各種内燃或いは外燃機関を用いることができる。
【0132】
また、モータとしては、PM形(永久磁石形;Permanent Magnet type)同期電動機を用いたが、回生動作及び力行動作を行なわせるのであれば、その他にも、VR形(可変リラクタンス形;Variable Reluctance type)同期電動機や、バーニアモータや、直流電動機や、誘導電動機や、超電導モータなどを用いることができる。また、力行動作のみ行なわせるのであれば、直流モータやステップモータなどを用いることもできる。
【0133】
クラッチモータ30における、インナロータ,アウタロータと外部の回転軸との関係は、逆にすることも可能である。また、アウタロータとインナロータの代わりに、互いに対向する円盤状のロータを用いるようにしても良い。
【0134】
第1及び第2の駆動回路91,92としては、トランジスタインバータを用いていたが、その他にも、IGBT(絶縁ゲートバイポーラモードトランジスタ;Insulated Gate Bipolar mode Transistor)インバータや、サイリスタインバータや、電圧PWM(パルス幅変調;Pulse Width Modulation)インバータや、方形波インバータ(電圧形インバータ,電流形インバータ)や、共振インバータなどが用いることができる。
【0135】
二次電池であるバッテリ94としてはPbバッテリ,NiMHバッテリ,Liバッテリなどを用いることができるが、バッテリ94に代えてキャパシタを用いることもできる。また、本実施例では、種々の制御処理をCPUがソフトウェアを実行することにより実現しているが、かかる制御処理をハード的に実現することもできる。
【0136】
以上の実施例では、動力出力装置をハイブリッド車両に搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、2つの出力軸を有するものであれば、船舶,航空機などの交通手段や、工作機械などの各種産業機械などに搭載することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載したハイブリッド車両の概略構成を示す構成図である。
【図2】アンダードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が低い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図3】アンダードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が高い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図4】オーバードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が低い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図5】オーバードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が高い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図6】図1の動力出力装置の動作領域と基本的にオーバードライブ結合とする領域とアンダードライブ結合とする領域とを示す説明図である。
【図7】図1の動力出力装置10におけるオーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換時の制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図8】図7におけるオーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図9】図1の動力出力装置10におけるエンジン50、アシストモータ40及び駆動軸であるアウタロータ軸35の回転数の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図10】オーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換時のアシストモータ40に対する制御シーケンスを示すタイミングチャートである。
【図11】図1の動力出力装置の変形例を示す構成図である。
【図12】電動機の回転軸の結合状態を切り換え可能に構成した一般的な動力出力装置の要部を示す構成図である。
【図13】図1または図12における動力出力装置において、アンダードライブ結合時の動力系統の概略構成を示す説明図である。
【図14】図1または図12における動力出力装置において、オーバードライブ結合時の動力系統の概略構成を示す説明図である。
【図15】従来の動力出力装置におけるオーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ切り換える際の各構成要素の動作状態の時間的推移を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
10…動力出力装置
20…ハイブリッドユニット
21…出力用ギヤ
22…伝達軸
23…チェーン
24…減速機
25…ディファレンシャルギヤ
26…車軸
26R,26L…駆動輪
30…クラッチモータ
32…インナロータ
33…インナロータ軸
34…アウタロータ
35…アウタロータ軸
36…三相コイル
38…スリップリング
40…アシストモータ
42…ロータ
43…ロータ軸
44…ステータ
46…三相コイル
50…エンジン
51…燃料噴射弁
52…回転数センサ
53…スロットルバルブ
54…スロットルバルブモータ
56…クランクシャフト
57…VVT
58…ダンパ
65…アクセルペダル
65a…アクセルペダルポジションセンサ
66…シフトレバー
66a…シフトポジションセンサ
70…EFIECU
80…切換装置
81…第1ギヤ
82…第2ギヤ
83…第3ギヤ
84…可動ギヤ
85…スプライン
86…アクチュエータ
87…可動部材
90…制御ユニット
91…第1の駆動回路
92…第2の駆動回路
94…バッテリ
111…第1ギヤ
112…第2ギヤ
113…第3ギヤ
180…切換装置
200…プラネタリギヤ
201…サンギヤ
202…リングギヤ
203…プラネタリキャリア
204…サンギヤ軸
205…リングギヤ軸
206…プラネタリキャリア軸
210…電動発電機
212…ロータ
214…ステータ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power output apparatus including an engine and an electric motor as a power source and a control method thereof, and more particularly, to a power output apparatus having coupling means capable of switching and coupling the electric motor to an output shaft and a drive shaft of the engine. It is about.
[0002]
[Prior art]
In recent years, hybrid vehicles equipped with a power output device that uses an engine and an electric motor as power sources have been proposed (for example, a technique described in JP-A-9-47094). One type of hybrid vehicle is a so-called parallel hybrid vehicle. In the parallel hybrid vehicle, a part of the power output from the engine by the mounted power output device is transmitted to the drive shaft by the power adjustment device, and the remaining power is regenerated as electric power. This electric power is stored in a battery or used to drive an electric motor as a power source other than the engine. Such a power output device can output the power output from the engine to the drive shaft at an arbitrary rotational speed and torque by controlling the power adjustment device and the electric motor in the power transmission process described above. Regardless of the required output to be output from the drive shaft, the engine can be operated by selecting an operating point with high driving efficiency, and therefore, the hybrid vehicle is more resource-saving than conventional vehicles that use only the engine as the drive source. Excellent exhaust purification.
[0003]
In the power output apparatus described above, there are two ways to connect the rotating shaft of the electric motor: the drive shaft and the engine output shaft. With regard to these connections, the configuration in which the rotating shaft of the electric motor is connected to the drive shaft has a characteristic that the driving efficiency is increased during an underdrive operation (under driving) where the rotational speed of the drive shaft is lower than the rotational speed of the engine. . In contrast, the configuration in which the rotating shaft of the electric motor is coupled to the output shaft of the engine has a characteristic that the driving efficiency is increased during overdrive operation (overdrive traveling) in which the rotational speed of the drive shaft is higher than the rotational speed of the engine. .
[0004]
Therefore, conventionally, a hybrid vehicle is proposed that is equipped with a power output device configured to be able to switch the coupling state of the rotating shaft of the electric motor between the drive shaft side and the engine output shaft side (for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-2010). 75501 hybrid vehicle). In such a power output device, the rotation shaft of the motor and the drive shaft or the output shaft of the engine are coupled / disconnected using a switching device having a clutch or a switching device having a synchronized gear. Here, the synchronized gear refers to a mechanism composed of two or more gears arranged in series in the axial direction and a movable gear that can selectively mesh with these gears.
[0005]
Now, a combined state switching device in such a power output apparatus will be briefly described. Here, a case will be described as an example in which a clutch motor 30 that is a counter-rotor motor is used as the power adjustment device, and a device having a synchronized gear is used as the switching device.
[0006]
FIG. 12 is a configuration diagram showing a main part of a general power output apparatus configured to be able to switch the coupling state of the rotating shafts of the electric motor.
[0007]
As shown in FIG. 12, the hybrid unit 20 is disposed between a crankshaft 56 that is an output shaft of the engine 50 and a transmission shaft 22 that outputs power for driving the wheels 26. The hybrid unit 20 is provided with a clutch motor 30 that is a counter-rotor electric motor, an assist motor 40 that is an electric motor, and a switching device 80 that selectively switches the coupling destination of the rotor shaft 43 of the assist motor 40. Yes.
[0008]
Among these, the clutch motor 30 includes an inner rotor 32 and an outer rotor 34, and not only the inner rotor 32 corresponding to a rotor in a normal electric motor but also the outer rotor 34 can freely rotate. An inner rotor shaft 33 is coupled to the inner rotor 32 of the clutch motor 30, and an outer rotor shaft 35 that is a drive shaft is coupled to the outer rotor 34. The inner rotor shaft 33 is coupled to the crankshaft 56 via a damper (not shown). The outer rotor shaft 35 is coupled to the transmission shaft 22 via the output gear 21 and the chain 23. The transmission shaft 22 is further coupled to an axle 26 having drive wheels 26R and 26L via a reduction gear 24 and a differential gear 25.
[0009]
The assist motor 40 includes a rotor 42 and a stator 44. Among these, the stator 44 is fixed to the case, and the rotor 42 is coupled to the hollow rotor shaft 43. The inner rotor shaft 33 coupled to the crankshaft 56 passes through the center of the hollow rotor shaft 43.
[0010]
The switching device 80 is a synchronized gear, and includes a first gear 81 coupled to the outer rotor shaft 35 of the clutch motor 30, a second gear 82 coupled to the inner rotor shaft 33, and a first gear not coupled to any shaft. 3 gears 83 and a movable member 87. A movable gear 84 that can mesh with the first to third gears 81 to 83 is provided on one side of the movable member 87, and the other side is slidable on the rotor shaft 43 of the assist motor 40 via the spline 85. Are combined. Therefore, the movable gear 84 can move in the axial direction with respect to the rotor shaft 43 while rotating together with the rotor shaft 43. The switching device 80 is provided with an actuator 86 that drives the movable member 87 and switches the position of the movable gear 84. The actuator 86 can be realized by a motor or a solenoid and is controlled by a control unit (not shown).
[0011]
When the movable gear 84 is in the position a in FIG. 12, the first gear 81 and the movable gear 84 mesh with each other, and the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is connected to the outer rotor shaft 35 of the clutch motor 30 that is a drive shaft. Will be combined. As a result, the power output from the engine 50 passes through the clutch motor 30 and is output to the outer rotor shaft 35 that is a drive shaft. The assist motor 40 can exchange power with the outer rotor shaft 35. It becomes. FIG. 13 schematically shows this configuration. When the switching device 80 switches the movable gear 84 to the position a, this is equivalent to the configuration of FIG. Hereinafter, this coupling state is referred to as underdrive coupling.
[0012]
On the other hand, when the switching device 80 switches the movable gear 84 to the position c in FIG. 12, the second gear 82 and the movable gear 84 mesh, and the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is the inner rotor shaft of the clutch motor 30. 33, and in turn, coupled to a crankshaft 56 that is an output shaft of the engine 50. As a result, the assist motor 40 exchanges power with the inner rotor shaft 33 and the crankshaft 56 with respect to an output system of power output from the engine 50 to the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft through the clutch motor 30. It becomes possible. FIG. 14 schematically shows this configuration. When the switching device 80 switches the movable gear 84 to the position c, it is equivalent to the configuration of FIG. Hereinafter, this coupling state is referred to as overdrive coupling.
[0013]
The switching device 80 can also switch the movable gear 84 to a position b that meshes with the third gear 83. In this position, the movable gear 84 is in a neutral state where it is not meshed with either the first gear 81 or the second gear 82. The power output from the engine 50 at this time passes through the clutch motor 30 and is directly output to the outer rotor shaft 35 which is a drive shaft.
[0014]
A control unit (not shown) controls the switching device 80 according to the traveling state of the hybrid vehicle to switch the coupling state of the rotor shaft 43 of the assist motor 40. Basically, when the rotational speed of the engine 50 becomes larger than the rotational speed of the outer rotor shaft 35 which is a drive shaft, the switching device 80 is controlled so that the underdrive coupling (the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is changed). (Coupled to the outer rotor shaft 35, which is the drive shaft). On the contrary, when the rotational speed of the engine 50 becomes smaller than the rotational speed of the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft, overdrive coupling (the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is connected to the crankshaft 56 that is the output shaft of the engine 50). To). In this way, highly efficient operation is realized in both the underdrive operation and the overdrive operation.
[0015]
In such a power output device capable of switching the coupling state of the rotating shaft of the electric motor, when switching the coupling state of the rotating shaft of the electric motor from overdrive coupling to underdrive coupling, conventionally, the following procedure is used. It was done in.
[0016]
FIG. 15 is a timing chart showing temporal transition of the operating state of each component when switching from overdrive coupling to underdrive coupling in a conventional power output apparatus.
[0017]
Such switching from overdrive coupling to underdrive coupling increases the output torque from the outer rotor shaft 35, which is the drive shaft, when the driver depresses the accelerator pedal, for example, when the hybrid vehicle is running steadily. This occurs when the vehicle is accelerated.
[0018]
In FIG. 15, a is a switching command issued by the control unit, b and c are control modes of the control unit, d, e and f are operating states of the switching device 80, g is an engine output, and h is the engine 50 and drive shaft. The rotation speed of the outer rotor shaft 35 and the assist motor (AM) 40, i, j, and k indicate the operating state of the clutch motor (CM) 30, and l, m, and n indicate the operating state of the assist motor (AM) 40, respectively.
It is assumed that the switching allowable speed difference range of the switching device 80 is about 300 rpm. In the switching device 80, the movable gear 84 has the rotor shaft 43 of the assist motor 40, the second gear 82 has the crankshaft 56 of the engine 50 and the inner rotor shaft 33 of the clutch motor 30, and the first gear 81 has the clutch motor 30. Since the outer rotor shafts 35 are connected to each other, the inertia is increased. Therefore, when the movable gear 84 is coupled to the second gear 82 or the first gear 81, if the differential speed between the movable gear 84 and the second gear 82 or the first gear 81 is too large, large wear occurs between the two. End up. For this reason, the switching device 80 has a switching allowable speed range as described above.
[0019]
Now, the switching procedure will be sequentially described with reference to FIG. When the driver depresses the accelerator pedal (kick down), the control unit calculates a required output to be output from the outer rotor shaft 35 as a drive shaft from the amount of depression, and the required output satisfies a predetermined condition. In this case, a switching command is issued (procedure (1) of a).
[0020]
Next, the control unit increases the output of the engine 50 via a fuel injection control unit (not shown) (procedure (2) of g). Subsequently, the control unit determines whether or not the differential speed between the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft and the crankshaft 56 that is the output shaft of the engine 50 is less than or equal to about 300 rpm, which is the allowable switching speed range, When the differential speed is about 300 rpm or less (procedure (3) in h), the actuator 86 of the switching device 80 is started (procedure (4) in d) to shift from the overdrive (OD) coupling state to the neutral state. In order to achieve this, the movable gear 84 is disconnected from the second gear 82. At the same time, the control unit shifts the assist motor 40 from the power generation state (see n) to a neutral state where neither power generation (regeneration) nor driving (powering) is performed, and the movable gear 84 is disconnected from the second gear 82. Is performed smoothly (procedure (5) of m).
[0021]
Next, the control unit controls the actuator 86 to couple the movable gear 84 to the third gear 83 and shift to the neutral state (procedure (6) of e). During this time, the control unit puts the assist motor 40 into a driving state (see l), and gradually increases the rotation speed of the assist motor 40 with a constant torque (see h). Then, the control unit controls the actuator 86 to disconnect the movable gear 84 from the third gear 83 (procedure (7) of e), and is coupled to the first gear 81, from the neutral state to the underdrive (UD) coupling. Transition to the state (procedure (8) of f). Then, the control unit attempts to increase the torque of the assist motor 40 (see l), and when the rotational speed of the engine 50 matches the rotational speed of the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft (procedure 9 in h), the clutch motor 30 is shifted from the driving state to the power generation state (see i and k).
[0022]
As described above, conventionally, switching from overdrive coupling to underdrive coupling has been performed.
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, when switching from overdrive coupling to underdrive coupling, after the calculated required output satisfies a predetermined condition in the control unit, the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft and the output shaft of the engine 50 are used. Since the actuator 86 of the switching device 80 has been started after confirming that the differential speed with the crankshaft 56 is within the switching allowable differential speed range of the switching device 80, the switching time is increased accordingly. There was a problem. For this reason, after the driver depresses the accelerator pedal, it takes a long time of 1 second or more until the torque corresponding to the depression amount is actually output from the outer rotor shaft 35 as the drive shaft. The response was bad for the person.
[0024]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and to provide a power output apparatus and a control method thereof that can shorten the switching time when switching from overdrive coupling to underdrive coupling. There is to do.
[0025]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to achieve at least a part of the above object, a power output apparatus according to the present invention includes an engine having an output shaft, a drive shaft for outputting power, and exchange of electric power coupled to the output shaft and the drive shaft. A power adjusting device capable of increasing / decreasing the power output from the engine and transmitting it to the drive shaft, a motor having a rotary shaft, and selectively connecting the rotary shaft of the motor to the drive shaft or the output shaft. A power output device comprising coupling means capable of
When the rotating shaft of the motor is coupled to the output shaft by the coupling means, the rotating shaft of the motor is coupled to the drive shaft instead of the output shaft based on a request output requested from the outside. Determining means for determining whether or not to be;
When the determination means determines that the rotating shaft of the electric motor should be connected to the drive shaft, the connecting means controls the connecting means to disconnect the rotating shaft of the electric motor from the output shaft. Decoupling control means for starting driving,
Synchronizing means for increasing the rotational speed of the rotary shaft of the electric motor to match the rotational speed of the drive shaft when the rotary shaft of the electric motor is disconnected from the output shaft;
Coupling control means for controlling the coupling means when the rotational speed of the rotating shaft of the electric motor becomes substantially equal to the rotational speed of the driving shaft, and coupling the rotational shaft of the electric motor to the driving shaft;
Is further provided.
[0026]
Therefore, according to the power output apparatus of the present invention, when the determination means determines that the rotating shaft of the electric motor should be coupled to the drive shaft, the differential speed between the output shaft of the engine and the drive shaft is within the switching allowable differential speed range. Since the driving of the coupling means is started immediately without confirming that it is inside, the switching time for switching the coupling state of the rotating shafts of the electric motor can be shortened as compared with the prior art. In addition, when the rotating shaft of the motor is disconnected from the output shaft, the number of rotations of the rotating shaft of the motor can be increased and actively synchronized with the number of rotations of the driving shaft. Since the rotation shaft of the electric motor is coupled to the drive shaft as soon as possible, the switching time can be further shortened.
[0027]
In the power output apparatus of the present invention, when the determination means determines that the rotating shaft of the electric motor should be coupled to the drive shaft, the engine is controlled to output the power output from the engine. You may make it further provide the power raising means to raise.
[0028]
In this way, when the coupling destination of the rotating shaft of the motor is switched from the output shaft to the drive shaft, the power output from the engine is increased, and the torque obtained from the engine is directly applied to the drive shaft via the power adjustment device. By transmitting the torque, it is possible to prevent torque from being lost in the drive shaft.
[0029]
In the power output device of the present invention,
The operating region of the power output device represented by the relationship between the torque and the rotational speed is divided by a predetermined boundary, and the first region to be operated by coupling the rotating shaft of the electric motor to the output shaft, and And further comprising region setting means for setting a second region to be operated by coupling the rotating shaft of the electric motor to the drive shaft;
The determining means includes
The target operating point setting means for setting the target operating point of the drive shaft from the required power, and the rotation of the motor when the set target operating point of the drive shaft is in the second region beyond the boundary. Switching determining means for determining that a shaft should be coupled to the drive shaft instead of the output shaft;
It is preferable to provide.
[0030]
In this way, the target operating point of the drive shaft is set from the required output, and when the set target operating point is in the second region beyond the boundary, it is determined that the rotating shaft of the motor should be coupled to the driving shaft. By doing so, the rotating shaft of the electric motor can be accurately switched based on the required output.
[0031]
Various devices can be applied as the power adjustment device in the present invention.
For example, the power adjustment device may include a counter-rotor electric motor having a first rotor coupled to the output shaft and a second rotor coupled to the drive shaft.
[0032]
According to the counter-rotor motor, it is possible to transmit power from one rotor to the other rotor by electromagnetic coupling between the first rotor and the second rotor. It is also possible to regenerate part of the power as electric power by relative sliding between the two. The above-mentioned counter-rotor motor can function as a power adjustment device by these two actions.
[0033]
In addition, the power adjustment device
A generator having a rotor shaft;
It may have three rotating shafts, and the rotating shafts may include planetary gears respectively coupled to the output shaft, the drive shaft, and the rotor shaft.
[0034]
According to such a configuration, the power generated by the rotation of the output shaft can be distributed and transmitted to the drive shaft and the rotor shaft based on the general operation of the planetary gear. Accordingly, a part of the power input to the output shaft can be transmitted to the drive shaft, and the power distributed to the rotor shaft can be regenerated as electric power by the generator. The above-described device can function as a power adjustment device by these two actions.
[0035]
The present invention can also be configured as a method for controlling the power output apparatus described below.
A method for controlling a power output apparatus according to the present invention includes an engine having an output shaft, a drive shaft for outputting power, and the output shaft coupled to the output shaft and the drive shaft to increase or decrease the power output from the engine. And a power adjusting device capable of transmitting to the drive shaft, an electric motor having a rotating shaft, and a coupling means capable of selectively coupling the rotating shaft of the motor to the driving shaft or the output shaft. A control method for a power output device comprising:
(A) When the rotating shaft of the electric motor is coupled to the output shaft by the coupling means, the driving shaft is replaced with the output shaft based on a request output requested from the outside. Determining whether or not to combine with,
(B) When it is determined that the rotating shaft of the motor should be coupled to the drive shaft, the coupling means is controlled to control the coupling means so as to separate the rotating shaft of the motor from the output shaft. Starting the process,
(C) when the rotating shaft of the electric motor is disconnected from the output shaft, increasing the rotational speed of the rotating shaft of the electric motor to match the rotational speed of the drive shaft;
(D) when the rotational speed of the rotating shaft of the electric motor becomes substantially equal to the rotational speed of the driving shaft, controlling the coupling means to couple the rotating shaft of the electric motor to the driving shaft;
It is a summary to provide.
[0036]
Therefore, according to this control method, similarly to the power output apparatus of the present invention described above, it is possible to shorten the switching time when switching the coupling state of the rotating shafts of the electric motor.
[0037]
In the method for controlling the power output apparatus of the present invention,
(E) A step of controlling the engine to increase the power output from the engine when it is determined in the step (a) that the rotating shaft of the electric motor should be coupled to the drive shaft.
May be further provided.
[0038]
Therefore, according to such a control method, it is possible to prevent torque loss from occurring on the drive shaft, as in the power output apparatus of the present invention described above.
[0039]
The present invention described above is directly applied to a power output apparatus and its control method. In addition, the present invention can be configured as various devices equipped with such a power output device, for example, a hybrid vehicle.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
(1) Configuration of the embodiment:
First, the configuration of the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a hybrid vehicle equipped with a power output apparatus as an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as the component shown in above-mentioned FIG.
[0041]
The power output apparatus 10 of the present embodiment mainly includes an engine 50 and a hybrid unit 20 that are power systems, a fuel injection control unit (hereinafter referred to as EFIECU) that is a control system, and a control unit 90.
[0042]
Among these, the engine 50 which is a power system is a normal gasoline engine, and rotates the crankshaft 56 which is an output shaft.
[0043]
The operation of the engine 50 is controlled by an EFIECU 70 that is a control system. The EFIECU 70 is a one-chip microcomputer having a CPU, ROM, RAM, etc. therein, and the CPU mainly controls the fuel injection amount of the engine 50, the advance control of the intake / exhaust valve, and the like according to the program recorded in the ROM. Execute control. In order to enable these controls, the EFIECU 70 includes a fuel injection valve 51, a throttle valve motor 54 that controls the opening degree of the throttle valve 53, a VVT 57 that controls opening and closing timings of intake and exhaust valves (not shown), and the like. Is provided. The EFIECU 70 is connected with various sensors that are necessary for performing these controls and that indicate the operating state of the engine 50. One of them is a rotation speed sensor 52 that detects the rotation speed of the crankshaft 56. Other sensors and switches are not shown.
[0044]
The hybrid unit 20 is disposed between the crankshaft 56 of the engine 50 and the transmission shaft 22 that outputs power for driving the wheels 26, as in FIG. The hybrid unit 20 is mainly provided with a clutch motor 30 that is a counter-rotor electric motor, an assist motor 40 that is an electric motor, and a switching device 80 that selectively switches the coupling destination of the rotor shaft 43 of the assist motor 40. It has been.
[0045]
Among these, the clutch motor 30 is basically configured as a synchronous motor using a permanent magnet, but a member around which a three-phase coil for generating a magnetic field is wound is a so-called stator fixed to a case. It differs from a normal electric motor in that it is configured as a rotatable rotor. That is, in the clutch motor 30, as described in FIG. 12, not only the inner rotor 32 corresponding to the rotor in a normal electric motor but also the outer rotor 34 around which the three-phase coil 36 is wound can freely rotate. The electric motor configured as described above is called a counter-rotor electric motor as described above. In such a counter-rotor motor, since the outer rotor 34 provided with the three-phase coil 36 also rotates, a mechanism for supplying electric power to the rotating coil 36 is required. In this embodiment, a slip ring 38 is provided as this mechanism to supply power to the three-phase coil 36. However, instead of the slip ring 38, other configurations such as a differential transformer may be used. is there. In the clutch motor 30, both rotate relatively due to the interaction between the magnetic field generated by the permanent magnet provided in the inner rotor 32 and the magnetic field formed by the three-phase coil 36 provided in the outer rotor 34. In addition, since this effect | action is reversible, the clutch motor 30 can be operated as a generator, and the electric power according to the rotation speed difference of both rotors can also be regenerated from the clutch motor 30.
[0046]
Similarly to the case of FIG. 12, an inner rotor shaft 33 is coupled to the inner rotor 32 of the clutch motor 30, and an outer rotor shaft 35 that is a drive shaft is coupled to the outer rotor 34. The inner rotor shaft 33 is coupled to the crankshaft 56 via a damper (not shown). The outer rotor shaft 35 is coupled to the transmission shaft 22 via the output gear 21 and the chain 23. The transmission shaft 22 is further coupled to an axle 26 having drive wheels 26R and 26L via a reduction gear 24 and a differential gear 25.
[0047]
Since both the inner rotor 32 and the outer rotor 34 can rotate in the clutch motor 30, power input from one of the inner rotor shaft 33 and the outer rotor shaft 35 can be transmitted to the other. In the clutch motor 30 itself, the torque cannot be changed because of the relationship between action and reaction, but if the clutch motor 30 is operated as a motor, the number of rotations of the other shaft will increase, resulting in output from the other shaft. The power (= rotation speed × torque) becomes high. When the regenerative operation is performed using the clutch motor 30 as a generator, the rotational speed of the other shaft becomes low, and electric power (= rotational speed difference × torque) corresponding to the rotational speed difference is taken out. That is, by using the clutch motor 30, the remaining power can be transmitted while taking out a part of the power in the form of electric power. Further, if neither power running nor regenerative operation is performed, no power is transmitted. Since this state corresponds to a state in which the mechanical clutch is released, this counter-rotor electric motor is called a clutch motor.
[0048]
On the other hand, the assist motor 40 provided in the hybrid unit 20 is also configured as a synchronous motor using a permanent magnet, similar to the clutch motor 30, and in this embodiment, a permanent magnet is disposed on the rotor 42 side. Three-phase coils 46 are respectively provided on the 44 side. As in the case of FIG. 12, the stator 44 of the assist motor 40 is fixed to the case, and the rotor 42 is coupled to the hollow rotor shaft 43. The inner rotor shaft 33 coupled to the crankshaft 56 passes through the center of the hollow rotor shaft 43.
[0049]
In order to drive the clutch motor 30 and the assist motor 40 described above, a first drive circuit 91 and a second drive circuit 92 connected to the battery 94 are provided. The first drive circuit 91 is a transistor inverter having a plurality of transistors as switching elements therein, and is electrically connected to the control unit 90. When the control unit 90 performs PWM control of the ON / OFF time of the transistor of the first drive circuit 91, the battery 94 and the three-phase coil 36 wound around the outer rotor 34 of the clutch motor 30 are connected to both of them. Three-phase alternating current flows through the first drive circuit 91 and the slip ring 38 that have been made. By this three-phase alternating current, a rotating magnetic field is formed in the outer rotor 34, and the rotation of the clutch motor 30 is controlled. As a result, an operation of powering the clutch motor 30 using the electric power of the battery 94 or an operation of storing electric power regenerated from the clutch motor 30 in the battery 94 can be performed.
[0050]
On the other hand, the assist motor 40 is connected to the battery 94 via the second drive circuit 92. The second drive circuit 92 is also composed of a transistor inverter, and is connected to the control unit 90 and operates under the control thereof. When the transistor of the drive circuit 92 is switched by the control signal of the control unit 90, a three-phase alternating current flows through the three-phase coil 46 wound around the stator 44 to generate a rotating magnetic field, and the assist motor 40 rotates. Of course, the assist motor 40 can also perform a regenerative operation.
[0051]
The switching device 80 provided in the hybrid unit 20 is a synchronized gear, and the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is connected to any one of the outer rotor shaft 35 and the inner rotor shaft 33 of the clutch motor 30. To switch to a state where it is not connected to any axis. The configuration and operation of the switching device 80 are the same as in the case of FIG.
[0052]
As will be described later, the control unit 90 controls the switching device 80 to switch the coupling destination of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 according to the traveling state of the hybrid vehicle. As a result, when the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is coupled to the outer rotor shaft 35 of the clutch motor 30 that is the drive shaft, the underdrive coupling as shown in FIG. When coupled to the inner rotor shaft 33 of the clutch motor 30 and to the crankshaft 56 that is the output shaft of the engine 50, the overdrive coupling as shown in FIG.
[0053]
Note that the switching device 80 used in this embodiment can also be configured by a plurality of clutches. That is, instead of the combination of the first to third gears 81 to 83 and the movable gear 84, a first clutch for coupling and releasing the outer rotor shaft 35 and the rotor shaft 43 is provided, and the inner rotor shaft 33 and the rotor shaft 43 are provided. It is also possible to provide a second clutch that performs coupling and release. In this case, it is not necessary to provide the spline 85.
[0054]
In this embodiment, the operating state of the hybrid vehicle is controlled by the control unit 90. Similarly to the EFIECU 70, the control unit 90 is a one-chip microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The CPU 90 is configured to perform various control processes to be described later according to a program recorded in the ROM. In order to enable these controls, various sensors and switches are electrically connected to the control unit 90. Examples of sensors and switches connected to the control unit 90 include an accelerator pedal position sensor 65a for detecting the depression amount of the accelerator pedal 65, a shift position sensor 66a for detecting the position of the shift lever 66, and the like. There are a rotational speed sensor that detects the rotational speed of the outer rotor shaft 35 that is not shown, and a rotational speed sensor that detects the rotational speed of the rotor shaft 43 of the assist motor 40.
[0055]
The control unit 90 is also connected to the EFIECU 70 via a communication line, and exchanges various information with the EFIECU 70 by communication. By outputting information necessary for controlling the engine 50 from the control unit 90 to the EFIECU 70, the engine 50 can be indirectly controlled. Conversely, information such as the rotational speed of the engine 50 can be input from the EFIECU 70.
[0056]
The power output apparatus 10 shown in FIG. 1 applies a clutch motor 30 as a power adjustment apparatus that transmits power output from the engine 150 by increasing or decreasing power exchange, and distributes power to the clutch motor 30. This is realized by sliding between the inner rotor 32 and the outer rotor 34. A part of the motive power from the engine 50 is directly output in mechanical form to the outer rotor shaft 35 as a drive shaft via the clutch motor 30, and a part of the motive power is generated by the sliding rotation of the two rotors 32 and 34. Is taken out in the form of electric power. The electrically extracted energy can be stored in the battery 94, or can be output to the assist motor 40, which is another motor, and used to increase the torque of the outer rotor shaft 35, which is a drive shaft. That is, the power output apparatus 10 outputs the power to the outer rotor shaft 35 as a drive shaft by an engine 50 that outputs power, a clutch motor 30 that exchanges power by sliding rotation, and an assist motor 40 that can be powered and regenerated. The power can be controlled freely.
[0057]
(2) General operation:
Next, as a general operation of the power output apparatus of the present embodiment, an operation of converting the power output from the engine 50 into the requested rotation speed and torque and outputting it to the outer rotor shaft 35 as a drive shaft will be described. In the power output apparatus 10 of the present embodiment, the conversion path differs depending on the magnitude relationship between the rotational speed Ne of the engine 50 and the rotational speed Nd of the outer rotor shaft 35 and the coupling state of the rotor shaft 43 of the assist motor 40. .
[0058]
First, the case where the rotational speed Nd of the outer rotor shaft 35 serving as the drive shaft is smaller than the rotational speed Ne of the engine 50 in the underdrive coupling (FIG. 13) will be described. FIG. 2 shows how torque is converted in such a case. FIG. 2 is a diagram showing the operating point Pe of the engine 50 and the operating point Pd of the outer rotor shaft 35 with the rotational speed N on the horizontal axis and the torque T on the vertical axis. A curve P in FIG. 2 is a curve with a constant power, that is, a product of the rotation speed and the torque. Consider a case where the power Pe output from the engine 50 at the rotational speed Ne and the torque Te is converted into the power Pd having a rotational speed Nd and a torque Td higher than Ne and output from the outer rotor shaft 35.
[0059]
When the conversion shown in FIG. 2 is performed, the rotational speed Nd of the outer rotor shaft 35 is smaller than the rotational speed Ne of the engine 50. In the clutch motor 40, the outer rotor rotates at the rotation speed Nd, and the inner rotor rotates at a higher rotation speed Ne. Therefore, the clutch motor 30 rotates in the reverse direction, and the rotation speed Nc of the clutch motor 30 is negative. It becomes the value of. The torque Tc of the clutch motor 30 is equal to the output torque Te of the engine 50 from the principle of action and reaction, and is a positive value. That is, the clutch motor 30 is operated in a state where a part of the power output from the engine 50 is transmitted to the outer rotor shaft 35 as a drive shaft and the rest is regenerated as electric power. At this time, the regenerated electric power is equal to the product of the rotational speed Nc of the clutch motor 130 and the torque Tc, and is equal to the area of the hatched region GU1 in FIG.
[0060]
On the other hand, the torque Td of the outer rotor shaft 35 is larger than the torque Te of the engine 50. Therefore, the assist motor 40 is operated with a positive torque and a positive rotation speed. That is, the assist motor 40 is powered by receiving power. The electric power supplied at this time is equal to the product of the rotation speed and torque of the assist motor 40, and is equal to the area of the hatched area AU1 in FIG. Assuming that the operating efficiency of both motors is 100%, the power regenerated by the clutch motor 30 and the power supplied to the assist motor 40 are equal. That is, the energy corresponding to the region GU1 is extracted in the form of electric power by the clutch motor 30 and is supplied as the energy corresponding to the region AU1, so that the power represented by the operating point Pe of the engine 50 is converted to the operating point Pd. Convert to the state. Actually, since the operation efficiency does not reach 100%, the above conversion is realized by taking out the electric power from the battery 94 or outputting extra power corresponding to the loss from the engine 50. In such conversion, electric power regenerated by the clutch motor 30 located on the upstream side is supplied to the assist motor 40 located on the downstream side.
[0061]
Next, a case where the rotational speed Nd of the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft is higher than the rotational speed Ne of the engine 50 in the underdrive coupling will be described. The state of torque conversion in such a case is shown in FIG. When the conversion shown in FIG. 3 is performed, the rotational speed Nd of the outer rotor shaft 35 is larger than the rotational speed Ne of the engine 50. Therefore, the clutch motor 30 rotates at a positive rotational speed Nc and a positive torque Tc. That is, the clutch motor 30 is powered by receiving power. At this time, the supplied electric power is equal to the product of the rotational speed and torque of the clutch motor 30, and is equal to the area of the hatched region “GU2 + GU3” in FIG. On the other hand, the torque Td of the outer rotor shaft 35 is smaller than the torque Te of the engine 50. Therefore, the assist motor 40 is operated with a negative torque and a positive rotation speed. That is, the assist motor 40 is regeneratively operated. The electric power regenerated at this time is equal to the product of the rotation speed and torque of the assist motor 40, and is equal to the area of the hatched area “AU2 + GU3” in FIG. Assuming that the operating efficiency of both motors is 100%, the power regenerated by the assist motor 40 and the power supplied to the clutch motor 30 are equal. In such conversion, the electric power regenerated by the assist motor 40 located on the downstream side is supplied to the clutch motor 30 located on the upstream side, and the electric power supplied to the clutch motor 30 is again transmitted to the downstream side as mechanical power. Since it is supplied to the positioned assist motor 40, power circulation occurs. When the circulation of power occurs, the power transmitted from the engine 50 to the outer rotor shaft 35, which is the drive shaft, is effectively reduced, so that the operation efficiency of the power output device 10 is lowered.
[0062]
In the underdrive coupling, the operating points of the assist motor 40 and the clutch motor 30 for realizing the above-described conversion are as follows.
[0063]
Number of rotations of clutch motor 30 Nc = Nd−Ne;
Torque Tc = Te;
Number of rotations of assist motor 40 Na = Nd;
Torque Ta = Td−Te; (1)
[0064]
Next, a case where the rotational speed Nd of the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft is smaller than the rotational speed Ne of the engine 50 in the case of overdrive coupling (FIG. 14) will be described. The state of torque conversion in such a case is shown in FIG. When the conversion shown in FIG. 4 is performed, the rotational speed Nd of the outer rotor shaft 35 is smaller than the rotational speed Ne of the engine 50. Therefore, the clutch motor 30 rotates at a negative rotational speed Nc and a positive torque Tc. That is, the clutch motor 30 is regeneratively operated. At this time, the regenerated electric power is equal to the product of the rotational speed and torque of the clutch motor 30, and is equal to the area of the hatched region “GO1 + GO2” in FIG. On the other hand, the torque Td of the outer rotor shaft 35 is larger than the torque Te of the engine 50. Therefore, the assist motor 40 is operated with a positive torque and a positive rotation speed. At this time, the supplied electric power is equal to the product of the rotational speed and torque of the clutch motor 30, and is equal to the area of the hatched area “GU2 + GU3” in FIG. On the other hand, the torque Td of the outer rotor shaft 35 is smaller than the torque Te of the engine 50. Therefore, the assist motor 40 is operated with a negative torque and a positive rotation speed. That is, the assist motor 40 is powered by receiving power. At this time, the supplied electric power is equal to the product of the rotation speed and torque of the assist motor 40, and is equal to the area of the hatched area “AU1 + GU2” in FIG. Assuming that the operating efficiency of both motors is 100%, the power regenerated by the clutch motor 30 and the power supplied to the assist motor 40 are equal. In such conversion, since the electric power regenerated by the clutch motor 30 located on the downstream side is supplied to the assist motor 40 located on the upstream side, power circulation also occurs in this case, and the operating efficiency of the power output apparatus 10 is reduced. To do.
[0065]
Next, a case where the rotational speed Nd of the outer rotor shaft 35 that is a drive shaft is higher than the rotational speed Ne of the engine 50 in the case of overdrive coupling will be described. FIG. 5 shows how torque is converted in such a case. When the conversion shown in FIG. 5 is performed, the rotational speed Nd of the outer rotor shaft 35 is larger than the rotational speed Ne of the engine 50. Therefore, the clutch motor 30 rotates at a positive rotational speed Nc and a positive torque Tc. That is, the clutch motor 30 is powered by receiving power. At this time, the supplied electric power is equal to the product of the rotational speed and torque of the clutch motor 30, and is equal to the area of the hatched region “GO3” in FIG. On the other hand, the torque Td of the outer rotor shaft 35 is smaller than the torque Te of the engine 50. Therefore, the assist motor 40 is operated with a negative torque and a positive rotation speed. That is, the assist motor 40 is regeneratively operated. The electric power regenerated at this time is equal to the product of the rotation speed and torque of the assist motor 40, and is equal to the area of the hatched area “AO2” in FIG. Assuming that the operating efficiency of both motors is 100%, the power regenerated by the assist motor 40 and the power supplied to the clutch motor 30 are equal. In such conversion, electric power regenerated by the assist motor 40 located on the upstream side is supplied to the clutch motor 30 located on the downstream side.
[0066]
In overdrive coupling, the operation points of the assist motor 40 and the clutch motor 30 for realizing the above-described conversion are as follows.
[0067]
Number of rotations of clutch motor 30 Nc = Nd−Ne;
Torque Tc = Td;
Rotation speed of assist motor 40 Na = Ne;
Torque Ta = Td−Te; (2)
[0068]
As described above, the power output apparatus 10 according to the present embodiment, according to the coupled state of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 and the magnitude relationship between the rotational speed Nd of the outer rotor shaft 35 and the rotational speed Ne of the engine 50, The power output from the engine 50 can be converted into power having the required rotation speed and torque and output from the outer rotor shaft 35 as a drive shaft.
[0069]
However, if the operation is performed by underdrive coupling during an overdrive operation in which the rotation speed Nd of the outer rotor shaft 35 is greater than the rotation speed Ne of the engine 50, power circulation occurs and the driving efficiency of the vehicle decreases. Further, if the operation is performed by overdrive coupling during the underdrive operation in which the rotation speed Nd of the outer rotor shaft 35 is smaller than the rotation speed Ne of the engine 50, power circulation occurs in the same manner, and the driving efficiency of the vehicle decreases. Therefore, in the present embodiment, in order to improve the operation efficiency, basically, the outer rotor shaft 35 is rotated so that the outer rotor shaft 35 is overdrive coupled during overdrive operation when the rotational speed Nd is larger than the rotational speed Ne of the engine 50. During the underdrive operation in which the rotational speed Nd of the shaft 35 is smaller than the rotational speed Ne of the engine 50, the coupling state of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is controlled so that the underdrive coupling is achieved.
[0070]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an operation region of the power output apparatus of FIG. 1, a region for basically overdrive coupling, and a region for underdrive coupling. In FIG. 6, the vertical axis represents torque, and the horizontal axis represents rotation speed.
[0071]
Curve LIM is the maximum output line of power output device 10 of this example. Therefore, the region surrounded by the vertical axis that is the torque axis, the horizontal axis that is the rotational speed axis, and the curve LIM is the range that can be taken by the operating point of the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft, that is, the operation of the power output device 10. It is an area. The operating point is expressed as a combination of torque and rotation speed.
[0072]
A curve L1 is an operation line used when determining a target operation point of the engine 50. The operation line L1 is an operation line that maximizes the efficiency of the engine 50. When the target operation point of the engine 50 is determined according to the operation line L1, the fuel efficiency of the engine 50 becomes optimal. Actually, this operation line is stored as a map in the ROM in the control unit 90.
[0073]
In general, the operating line of the engine 50 is a boundary where the rotational speed Ne of the engine 50 is equal to the rotational speed Nd of the outer rotor shaft 35 that is a drive shaft. Therefore, in the present embodiment, basically, in the region where the torque is lower than the operation line L1, the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is operated with the overdrive connection, and the torque is higher than that of the operation line L1. In the higher region, the underdrive coupling is used for operation. Hereinafter, a region with a lower torque than the operation line L1 is referred to as an overdrive region, and a region with a higher torque than the operation line L1 is referred to as an underdrive region.
[0074]
A curved line DO is a locus of an operating point of the outer rotor shaft 35 that is a drive shaft. For example, the curve DO is a trajectory when the driver depresses the accelerator and increases the output torque from the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft to accelerate the vehicle when the vehicle is traveling steadily.
[0075]
In addition, the curve DD is a curve representing the running resistance of 0%, and the curves P1 and P2 are curves in which the power becomes a certain constant value.
[0076]
Here, a general control operation for the engine 50, the assist motor 40, and the clutch motor 30 during overdrive coupling and underdrive coupling will be briefly described.
[0077]
First, the control unit 90 shown in FIG. 1 calculates a required output to be output from the outer rotor shaft 35, which is a drive shaft, charge / discharge power, and auxiliary drive energy, and adds them to obtain the required power for the engine 50. Set. Here, the required output to be output from the outer rotor shaft 35 as the drive shaft corresponds to the power to be output from the outer rotor shaft 35 requested by the driver, and is the product of the target rotational speed of the outer rotor shaft 35 and the target torque. expressed. This required output is set based on the depression amount of the accelerator pedal 65 detected by the accelerator pedal position sensor 65a, as will be described later. The charge / discharge power is energy required for charging / discharging the battery 94, and takes a positive value when the battery 94 needs to be charged and takes a negative value when the battery 94 needs to be discharged. Auxiliary drive energy is electric power required to drive an auxiliary machine (not shown) such as an air conditioner.
[0078]
Next, the control unit 90 sets a target operating point of the engine 50 based on the required power set in this way. This target operating point is set with priority on the operating efficiency of the engine 50 according to the map corresponding to the operating line of the engine 50 described above.
[0079]
Next, the control unit 90 sets target operating points for the clutch motor 30 and the assist motor 40. These target operating points (that is, the combination of the target rotational speed and the target torque) are set according to the equations (1) and (2) shown above according to whether overdrive coupling or underdrive coupling is performed. .
[0080]
Based on the target torque and target rotational speed set as described above, the control unit 90 controls the operations of the clutch motor 30, the assist motor 40, and the engine 50. A well-known process can be applied to the motor operation control process as the synchronous motor control. In this embodiment, control by so-called proportional integral control is executed. That is, the current torque of each motor is detected, and the voltage command value to be applied to each phase is set based on the deviation from the target torque and the target rotational speed. The applied voltage value is set by the proportional term, integral term, and cumulative term of the deviation. Appropriate values are set for the proportional coefficients for each term through experiments. The voltage thus set is replaced with the switching duty of the transistor inverters constituting the drive circuits 91 and 92, and is applied to each motor by so-called PWM control.
[0081]
The control unit 90 directly controls the operations of the clutch motor 30 and the assist motor 40 as described above by controlling the switching of the drive circuits 91 and 92. On the other hand, the operation control of the engine 50 is actually a process performed by the EFIECU 70. Accordingly, the control unit 90 indirectly controls the operation of the engine 50 by outputting information on the target operating point of the engine 50 to the EFIECU 70.
[0082]
By periodically executing the above processing, the power output apparatus 10 of the present embodiment converts the power output from the engine 50 into a desired rotational speed and torque, and outputs it from the outer rotor shaft 35 that is a drive shaft. can do.
[0083]
(3) Control when switching from overdrive coupling to underdrive coupling:
Next, an operation when the coupling state of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is switched from overdrive coupling to underdrive coupling will be described.
[0084]
FIG. 7 is a flowchart showing a control processing procedure when switching from overdrive coupling to underdrive coupling in the power output apparatus 10 of FIG. This processing routine is executed by the CPU of the control unit 90 operating according to a processing program stored in the ROM.
[0085]
Here, a case will be described as an example where the operating point of the outer rotor shaft 35 as the drive shaft is switched from overdrive coupling to underdrive coupling when moving along the curve DO in FIG. For example, it is assumed that the vehicle is traveling normally with a running resistance of 0% and the operating point of the outer rotor shaft 35 is now at a point d1 on the curve DO. Accordingly, since the operating point of the outer rotor shaft 35 is in the overdrive region, the coupling state of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is overdrive coupling. The operating point of the engine 50 is assumed to be at a point e1 on the operating line L1.
[0086]
Therefore, since the coupling state of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is overdrive coupling, the control unit 90 controls the engine 50, the assist motor 40, and the clutch motor 30 at the time of overdrive coupling as described above. Processing is performed (step S102).
[0087]
Subsequently, the control unit 90 obtains a required output to be output from the outer rotor shaft 35 as a drive shaft based on the depression amount of the accelerator pedal 65 detected by the accelerator pedal position sensor 65a, and further calculates the outer rotor shaft from the required output. 35 target operating points are determined (step S104).
[0088]
Next, the control unit 90 determines whether or not the determined target operating point of the outer rotor shaft 35 is in the underdrive region (step S106). Therefore, if the driver has not yet depressed the accelerator pedal 65 and the target operating point of the outer rotor shaft 35 is still in the overdrive region, the process returns to step S102 and the control unit 90 is the same as described above. Repeat the process. However, when the driver depresses the accelerator pedal 65 and the target operating point of the outer rotor shaft 35 exceeds the operating line L2 of the engine 50 and is in the underdrive region, the control unit 90 executes the processing after step S108. .
[0089]
For example, if the target operating point of the outer rotor shaft 35 determined in step S104 is the point e3, the point e3 is in the underdrive region, so the process proceeds to step S108, and the control unit 90 performs the overshoot as shown in FIG. A switching processing routine from drive coupling to underdrive coupling is started (step S108).
[0090]
FIG. 8 is a flowchart showing a switching processing routine from overdrive coupling to underdrive coupling in FIG. 7, and FIG. 9 is the rotation speed of the engine 50, the assist motor 40, and the outer rotor shaft 35 as a drive shaft in the power output apparatus 10 in FIG. It is a timing chart which shows the time change of. In FIG. 9, the vertical axis represents the number of rotations and the horizontal axis represents time. Further, the curve ER indicates the time change of the engine 50, the curve AR indicates the speed of the assist motor 40, and the curve DR indicates the time change of the rotation speed of the outer rotor shaft 35 serving as a drive shaft. In FIG. 9, it is assumed that the driver depresses the accelerator pedal 65 at the timing t0, and this timing t0 is the origin of the time shown on the horizontal axis. Accordingly, points e1 and d1 in FIG. 9 correspond to points e1 and d1 shown in FIG. 6, respectively.
[0091]
When the switching processing routine shown in FIG. 8 is started, the control unit 90 issues a switching command from overdrive coupling to underdrive coupling at the timing t1 shown in FIG. 9 (step S202). Immediately starts the actuator 86 of the switching device 80 (step S204). Then, the control unit 90 controls the actuator 86 to disconnect the rotor shaft 43 of the assist motor 40 from the crankshaft 56 of the engine 50 at timing t2 (step S206). Specifically, in the switching device 80, the actuator 86 is driven to move the movable gear 84 at the position c in FIG. 1 toward the position b, and disengage the movable gear 84 from the second gear 82. Is done.
[0092]
As a result, the rotor shaft 43 of the assist motor 40 that has been rotating at the same rotational speed as the crankshaft 56 of the engine 50 is released from the coupling with the crankshaft 56 and can be freely rotated independently.
[0093]
Therefore, next, the control unit 90 controls the assist motor 40 via the drive circuit 92 to accelerate the rotation of the assist motor 40 and increase the rotation speed of the rotor shaft 43 of the assist motor 40. Then, the rotation speed is synchronized so that the rotation speed of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 matches the rotation speed of the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft (step S208). As a result, as indicated by a curve AR in FIG. 9, the rotational speed of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 moves away from the rotational speed of the crankshaft 56 of the engine 50 toward the rotational speed of the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft. Rise.
[0094]
The rotation speed is synchronized as follows, for example. The control unit 90 first sets the target operating point of the assist motor 40 (that is, the combination of the target torque and the target rotational speed) from the rotational speed sensor (not shown) to the rotational speed of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 and the outer rotor. The rotation speed of the shaft 35 is detected, and the target torque and the target rotation speed of the assist motor 40 are set so that the detected rotation speed of the rotor shaft 43 approaches the rotation speed of the outer rotor shaft 35. Then, the control unit 90 controls the operation of the assist motor 40 based on the set target operation point of the assist motor 40.
[0095]
Next, the control unit 90 determines whether or not the rotation speed of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 matches the rotation speed of the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft (step S210). Until the rotation speed synchronization process continues.
[0096]
Thereafter, when the rotational speed of the rotor shaft 43 matches the rotational speed of the outer rotor shaft 35, the control unit 90 controls the actuator 86, and at timing t3, the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is the drive shaft. The outer rotor shaft 35 is coupled (step S212). Specifically, in the switching device 80, the actuator 86 is driven to move the movable gear 84 at the position b in FIG. 1 toward the position a, and the movable gear 84 is engaged with the first gear 81. Done. At this time, since the rotational speed of the rotor shaft 43 matches the rotational speed of the outer rotor shaft 35, in the switching device 80, the differential speed between the movable gear 84 and the first gear 81 is substantially zero, and naturally the switching is allowed. It is in the differential speed range, so there is no risk of significant wear between them. In this way, by coupling the rotor shaft 43 of the assist motor 40 to the outer rotor shaft 35, the coupled state becomes underdrive coupling. In FIG. 9, the point d2 at which this coupling is performed corresponds to the point d2 on the curve DO in FIG.
[0097]
Thereafter, the control unit 90 confirms whether or not the under-coupled state is reliably established via the actuator 86 (step S214), and then outputs the target torque determined in step S104 from the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft. Thus, the target torque of the assist motor 40 is calculated (step S216), the assist motor 40 is controlled via the drive circuit 92, and the calculated target torque is output from the assist motor 40 (step S218). Specifically, in the case of underdrive coupling, the torque Ta of the assist motor 40 is the difference between the torque Td of the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft and the torque Ta of the engine 50, as shown in the above equation (1). Therefore (Ta = Td−Te), a value obtained by subtracting the torque of the engine 50 from the target torque of the outer rotor shaft 35 may be set as the target torque of the assist motor 40.
[0098]
As described above, the control process for the switching device 80 and the assist motor 40 by the control unit 90 is performed.
[0099]
Here, the control sequence for the assist motor 40 will be described in more detail. FIG. 10 is a timing chart showing a control sequence for the assist motor 40 at the time of switching from overdrive coupling to underdrive coupling. In FIG. 10, the vertical axis indicates the control content for the assist motor 40, and the horizontal axis indicates time. The time shown on the horizontal axis completely corresponds to that shown in FIG. 9, and the timings t0 to t3 are the same as those described in FIG.
[0100]
First, until the driver steps on the accelerator pedal 65 and the control unit 90 issues a switching command, the control unit 90 controls the assist motor 40 at the time of overdrive coupling (control content 1). Thereby, as mentioned above, the assist motor 40 is in a power generation state (regeneration state) and outputs a negative torque. Therefore, after issuing the switching command, the control unit 90 first controls the assist motor 40 so that the output torque is zero (control content 2).
[0101]
However, even if the torque from the assist motor 40 is zero, since the assist motor 40 itself has drag torque, the control unit 90 next cancels the drag torque to the assist motor 40. Then, a slight torque opposite to the drag torque is generated (control content 3). As a result, the rotor shaft 43 of the assist motor 40 does not receive or apply any torque to the crankshaft 56 of the engine 50, so when the switching device 80 disengages the movable gear 84 from the second gear 82. Can be removed smoothly.
[0102]
Thus, when the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is disconnected from the crankshaft 56 of the engine 50, the control unit 90 controls the assist motor 40 to accelerate and synchronize as described above (control). Content 4). Thereafter, when the rotational speed of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 approaches the rotational speed of the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft, the control unit 90 controls the assist motor 40 to output torque output from the assist motor 40. Is set to zero again (control content 5). Thus, by making the torque generated in the rotor shaft 43 of the assist motor 40 zero, the rotational speed of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 then coincides with the rotational speed of the outer rotor shaft 35, and the movable gear 84 in the switching device 80. When the gear is engaged with the first gear 81, it is possible to prevent an excessive force from being applied between the two and causing damage.
[0103]
Thus, when the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is coupled to the outer rotor shaft 35 as the drive shaft, the control unit 90 controls the assist motor 40 at the time of underdrive coupling (control content 6).
[0104]
As described above, by controlling the assist motor 40, switching from overdrive coupling to underdrive coupling can be performed smoothly without any trouble.
[0105]
On the other hand, in parallel with the control processing for the switching device 80 and the assist motor 40 as described above, the control unit 90 also performs the following control processing for the engine 50 and the clutch motor 30.
[0106]
That is, the control unit 90 first controls the engine 50 to increase the power output from the engine 50 (step S220). Specifically, the required power for the engine 50 is increased, and the target operating point of the engine 50 is set based on the increased required power. Thus, by increasing the power from the engine 50, the engine 50 is blown up, and the rotational speed of the engine 50 is increased as shown in FIG. Finally, the rotational speed of the engine 50 exceeds the rotational speed of the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft at the intersection ed, and is substantially in an underdrive operation state. The intersection point ed in FIG. 9 corresponds to the intersection point ed in FIG.
[0107]
Next, the control unit 90 calculates the target torque of the clutch motor 30 (step S222), controls the clutch motor 30 via the drive circuit 91, and outputs the calculated target torque from the clutch motor 30 (step S222). S224). In this case, the target torque Tc * of the clutch motor 30 is calculated according to the following equation (3).
[0108]
Tc * = Te + {(Ne−Neini) · (Te * −Tcini) / (Ndini−Neini)}; (3)
[0109]
Where Te is the current torque of the engine 50, Ne is the current rotational speed of the engine 50, Neini is the torque of the engine 50 when the switching command is generated, Te * is the target torque of the engine 50, and Tcini is the clutch when the switching command is generated. This is the torque of the motor 30.
[0110]
Thus, by calculating the target torque Tc * of the clutch motor 30 according to the equation (3), the torque Tc output from the clutch motor 30 gradually approaches the torque Te output from the engine 50, and finally, It becomes equal to the torque Te (step S226).
[0111]
Thus, when the control processing for the switching device 80 and the assist motor 40 and the control processing for the engine 50 and the clutch motor 30 performed in parallel by the control unit 90 are completed, the processing routine shown in FIG. Since the coupling state of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is underdrive coupling, the control unit 90 controls the engine 50, the assist motor 40, and the clutch motor 30 during underdrive coupling as described above. Processing is performed (step S110).
[0112]
When the coupling state of the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is switched from overdrive coupling to underdrive coupling, the control process is performed as described above.
[0113]
Therefore, according to the present embodiment, the control unit 90 determines that the driver depresses the accelerator pedal 65 and the target operating point of the outer rotor shaft 35 that is the driving shaft exceeds the operating line L2 of the engine 50 and is in the underdrive region. The switching command from the overdrive coupling to the underdrive coupling is issued and the actuator 86 of the switching device 80 is immediately started to disconnect the rotor shaft 43 of the assist motor 40 from the crankshaft 56 of the engine 50. Switching time can be shortened. That is, conventionally, the control unit 90 has confirmed that the differential speed between the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft and the crankshaft 56 that is the output shaft of the engine 50 is within the switching allowable differential speed range. Although the actuator 86 of the switching device 80 has been started, in this embodiment, since the actuator 86 is started immediately without such confirmation, the switching time is shortened accordingly.
[0114]
Further, according to the present embodiment, when the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is separated from the crankshaft 56 of the engine 50, the control unit 90 accelerates the rotation of the assist motor 40 and sets the rotational speed of the rotor shaft 43 to the drive shaft. Since the rotation speed is synchronized so as to match the rotation speed of the outer rotor shaft 35, the switching time can be further shortened compared to the conventional case. In other words, conventionally, the control unit disconnects the rotor shaft 43 of the assist motor 40 from the crankshaft 56 of the engine 50, then sets the assist motor 40 in a driving state, and gradually turns the assist motor 40 at a constant torque. In the present embodiment, however, the rotation of the assist motor 40 is positively accelerated to rapidly increase the rotational speed of the rotor shaft 43 as shown in FIG. Since the rotation speed of the shaft 35 is synchronized, the rotation speed of the rotor shaft 43 can be matched with the rotation speed of the outer rotor shaft 35 at an early stage, and the coupling between the rotor shaft 43 and the outer rotor shaft 35 can be accelerated. Can do. For this reason, in this embodiment, as indicated by an arrow AT in FIG. 9, the drive time of the actuator 86 of the switching device 80 can be about 0.25 seconds. Conventionally, the coupling of the rotor shaft 43 and the outer rotor shaft 35 is completed at the intersection point ed in FIG. 6, but in this embodiment, it is completed at a point d2 earlier than that.
Further, in this embodiment, when the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is coupled to the outer rotor shaft 35 that is the drive shaft, the rotational speed of the rotor shaft 43 and the rotational speed of the outer rotor shaft 35 are substantially the same. In the device 80, the differential speed between the movable gear 84 and the first gear 81 is substantially zero and is within the switching allowable speed range, so there is no risk of significant wear between the two.
[0115]
Further, by shortening the switching time as described above, according to the present embodiment, after the driver depresses the accelerator pedal, the torque corresponding to the depressing amount is actually output from the outer rotor shaft 35 as the drive shaft. Since the time required for the operation can be set to about 0.6 seconds, the driver can have good response.
[0116]
Furthermore, in this embodiment, when switching from overdrive coupling to underdrive coupling, the power output from the engine 50 is increased, and the torque output from the engine 50 is received by the clutch motor 30 so that the drive shaft Since torque is transmitted to a certain outer rotor shaft 35, torque loss on the drive shaft can be prevented.
[0117]
In the power output device 10 shown in FIG. 1, the clutch motor 30 is applied as a power adjustment device that transmits and receives the power output from the engine 50 by increasing or decreasing the power exchange. However, the present invention is not limited to this, and a planetary gear 200 and a motor generator 210 may be applied as a power adjustment device instead of the clutch motor 30 as shown in FIG.
[0118]
FIG. 11 is a block diagram showing a modification of the power output apparatus of FIG. The configuration of this modified example is basically the same as the configuration of the power output apparatus shown in FIG. 1 except that the planetary gear 200 and the motor generator 210 are used as the power adjustment apparatus. In FIG. 11, a switching device 180 having the same basic configuration as that of the switching device 80 is used in place of the switching device 80. Although not shown in FIG. 1, a damper 58 is shown in FIG.
[0119]
The planetary gear 200 includes a sun gear 201 that rotates at the center, a planetary carrier 203 that includes a planetary pinion gear that revolves while rotating on the outer periphery of the sun gear 201, and a ring gear 202 that rotates on the outer periphery thereof. The sun gear 201, the planetary carrier 203, and the ring gear 202 each have a separate rotating shaft. A sun gear shaft 204 that is a rotation shaft of the sun gear 201 is hollow and is coupled to the rotor 212 of the motor generator 210. A planetary carrier shaft 206 that is a rotation shaft of the planetary carrier 203 is coupled to a crankshaft 56 of the engine 50 via a damper 58. A ring gear shaft 205 that is a rotation shaft of the ring gear 202 is a drive shaft, and is coupled to the transmission shaft 22 via the output gear 21 and the chain 23. The transmission shaft 22 is further coupled to an axle 26 having drive wheels 26R and 26L via a reduction gear 24 and a differential gear 25.
[0120]
It is well known in terms of mechanics that the planetary gear 200 has the following relationship between the rotational speed and torque of the three axes of the sun gear shaft 204, the planetary carrier shaft 206, and the ring gear shaft 205. That is, when the power state of two of the three rotating shafts is determined, the power state of the remaining one rotating shaft is determined based on the following relational expression.
[0121]
Ns = (1 + ρ) / ρ × Nc−Nr / ρ;
Nc = ρ / (1 + ρ) × Ns + Nr / (1 + ρ);
Nr = (1 + ρ) Nc−ρNs;
Ts = Tc × ρ / (1 + ρ) = ρTr;
Tr = Tc / (1 + ρ);
ρ = the number of teeth of the sun gear 201 / the number of teeth of the ring gear 202; (4)
[0122]
here,
Ns is the rotational speed of the sun gear shaft 204;
Ts is the torque of the sun gear shaft 204;
Nc is the number of rotations of the planetary carrier shaft 206 (ie, Ne);
Tc is the torque of the planetary carrier shaft 206 (ie Te);
Nr is the rotational speed of the ring gear shaft 205 (ie, Nd);
Tr is the torque of the ring gear shaft 205 (ie, Td);
It is.
[0123]
The motor generator 210 has the same configuration as the assist motor 40. That is, the motor generator 210 is configured as a three-phase synchronous motor in which a coil is wound around a stator 214 and a permanent magnet is attached to a rotor 212. The stator 214 is fixed to the case. When a three-phase alternating current is passed through the coil wound around the stator 214, a rotating magnetic field is generated, and the rotor 212 is rotated by the interaction with the permanent magnet attached to the rotor 212. When the rotor 212 is rotated by an external force, the motor generator 210 also functions as a generator that regenerates its power as electric power. The coil wound around the stator 214 of the motor generator 210 is electrically connected to the drive circuit 91 as in the clutch motor 30 of FIG. The control unit 90 can control the operation of the motor generator 210 by turning on and off the transistor of the drive circuit 91.
[0124]
In this modification, the combination of the planetary gear 200 and the motor generator 210 can provide the same function as the clutch motor 30 shown in FIG. The planetary carrier shaft 206 corresponds to the inner rotor shaft 33 of the clutch motor 30, and the ring gear shaft 205 corresponds to the outer rotor shaft 35 that was the drive shaft. In this modification, these combinations provide a function as a power adjustment device as described below.
[0125]
When power is input from the engine 50 to the planetary carrier shaft 206, the ring gear 202 and the sun gear 201 rotate according to the above equation (4). It is also possible to stop the rotation of either the ring gear 202 or the sun gear 201. When the ring gear 202 rotates, a part of the power output from the engine 50 can be transmitted in a mechanical form to the ring gear shaft 205 which is a drive shaft. Further, as the sun gear 201 rotates, a part of the power output from the engine 50 can be regenerated as electric power by the motor generator 210. On the other hand, if the motor generator 210 is powered, the torque output from the motor generator 210 can be mechanically transmitted to the ring gear shaft 205, which is the drive shaft, via the sun gear 201, the planetary carrier 203, and the ring gear 202. . Therefore, it is possible to increase the torque output from the engine 50 and output it to the ring gear shaft 205 as a drive shaft by powering the motor generator 210. Thus, in this modification, the combination of the planetary gear 200 and the motor generator 210 can provide the same function as the clutch motor 30 shown in FIG.
[0126]
Also in this modified example, whether the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is coupled to the ring gear shaft 205 of the planetary gear 200 or the planetary carrier shaft 206 is determined using the first gear 111, the second gear 112, and the third gear 113. Switching is performed by a switching device 180 provided. As with the switching device 80 shown in FIG. 1, the switching device 180 is provided with a switching actuator and is connected to the control unit 90, but is not shown.
[0127]
Even in this modification, various configurations can be adopted according to the meshing state of these gears. For example, when the first gear 111 and the third gear 113 are engaged with each other, the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is coupled to the ring gear shaft 205 of the planetary gear 200 that is a drive shaft. Therefore, the power output from the engine 50 is transmitted to the ring gear shaft 205 which is a drive shaft through the planetary gear 200 and the assist motor 40. This is a coupling state corresponding to the underdrive coupling (FIG. 13) in the configuration of FIG.
[0128]
On the other hand, when the switching device 180 is controlled to engage the second gear 112 and the third gear 113, the rotor shaft 43 of the assist motor 40 is coupled to the planetary carrier shaft 206 of the planetary gear 200. Therefore, the power output from the engine 50 is transmitted to the drive shaft ring gear shaft 205 through the assist motor 40 and the planetary gear 200. This is a coupling state corresponding to the overdrive coupling (FIG. 14) in the configuration of FIG.
[0129]
Therefore, in the above-described configuration, the control process at the time of switching from the overdrive coupling to the underdrive coupling shown in FIGS. It is possible to achieve the same effect as the example. However, in FIG. 9, it is necessary to control the operation of the motor generator 210 instead of the clutch motor.
[0130]
The present invention can also be applied to a four-wheel drive vehicle. A power system having the configuration of the embodiment (FIG. 1) or the modified example (FIG. 11) is applied to the front wheels of the vehicle, and a hybrid vehicle capable of four-wheel drive is configured by separately providing an electric motor for driving on the rear axle. be able to. Even in such a vehicle, high-efficiency driving can be performed by switching the coupling state according to the magnitude relationship between the rotational speed of the drive shaft and the rotational speed of the engine 50. Therefore, if the present invention is applied to such switching control, the various effects described in the embodiments can be obtained.
[0131]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, and in the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement with a various form. Of course. For example, in the above-described embodiment, a gasoline engine driven by gasoline is used as the engine 50. In addition to the reciprocating engine such as a diesel engine, various internal combustion engines such as a turbine engine, a jet engine, and a rotary engine are used. Alternatively, an external combustion engine can be used.
[0132]
In addition, a PM type (permanent magnet type) synchronous motor is used as the motor. However, if the regenerative operation and the power running operation are performed, the VR type (variable reluctance type; Variable Reluctance type) is also used. ) A synchronous motor, a vernier motor, a DC motor, an induction motor, a superconducting motor, or the like can be used. Further, if only the power running operation is performed, a DC motor, a step motor, or the like can be used.
[0133]
In the clutch motor 30, the relationship between the inner rotor and the outer rotor and the external rotation shaft can be reversed. Further, instead of the outer rotor and the inner rotor, disk-shaped rotors facing each other may be used.
[0134]
As the first and second drive circuits 91 and 92, transistor inverters are used. In addition, IGBT (Insulated Gate Bipolar Mode Transistor) inverters, thyristor inverters, voltage PWM ( A pulse width modulation (Pulse Width Modulation) inverter, a square wave inverter (voltage type inverter, current type inverter), a resonant inverter, or the like can be used.
[0135]
As the battery 94 which is a secondary battery, a Pb battery, a NiMH battery, a Li battery, or the like can be used, but a capacitor can be used instead of the battery 94. In this embodiment, various control processes are realized by the CPU executing software, but such control processes can also be realized in hardware.
[0136]
In the above embodiment, the case where the power output device is mounted on the hybrid vehicle has been described. However, the present invention is not limited to this, and traffic such as a ship or an aircraft can be used as long as it has two output shafts. It can also be mounted on various industrial machines such as means and machine tools.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a hybrid vehicle equipped with a power output apparatus as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state in a case where power output from an engine is converted to a lower rotational speed side in an underdrive coupled state.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a state in which power output from an engine is converted to a higher rotation speed in an underdrive coupled state.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in a case where power output from an engine is converted to a lower rotational speed side in an overdrive coupled state.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in the case where power output from an engine is converted to a higher rotational speed side in an overdrive coupled state.
6 is an explanatory diagram showing an operation region of the power output apparatus of FIG. 1, a region basically used for overdrive coupling, and a region used for underdrive coupling. FIG.
7 is a flowchart showing a processing procedure of control at the time of switching from overdrive coupling to underdrive coupling in the power output apparatus 10 of FIG. 1; FIG.
FIG. 8 is a flowchart showing a switching processing routine from overdrive coupling to underdrive coupling in FIG. 7;
9 is a timing chart showing temporal changes in the number of revolutions of an engine 50, an assist motor 40, and an outer rotor shaft 35 as a drive shaft in the power output apparatus 10 of FIG.
FIG. 10 is a timing chart showing a control sequence for the assist motor 40 at the time of switching from overdrive coupling to underdrive coupling.
FIG. 11 is a configuration diagram showing a modification of the power output device of FIG. 1;
FIG. 12 is a configuration diagram showing a main part of a general power output device configured to be able to switch a coupling state of rotating shafts of an electric motor.
13 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a power system at the time of underdrive coupling in the power output apparatus in FIG. 1 or FIG. 12. FIG.
14 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a power system in overdrive coupling in the power output apparatus in FIG. 1 or FIG. 12. FIG.
FIG. 15 is a timing chart showing the temporal transition of the operating state of each component when switching from overdrive coupling to underdrive coupling in a conventional power output apparatus.
[Explanation of symbols]
10 ... Power output device
20 ... Hybrid unit
21 ... Output gear
22 ... Transmission shaft
23 ... Chain
24. Reducer
25 ... Differential gear
26 ... Axle
26R, 26L ... Drive wheels
30 ... Clutch motor
32 ... Inner rotor
33 ... Inner rotor shaft
34 ... Outer rotor
35 ... Outer rotor shaft
36 ... Three-phase coil
38 ... Slip ring
40 ... Assist motor
42 ... Rotor
43 ... Rotor shaft
44 ... Stator
46. Three-phase coil
50 ... Engine
51 ... Fuel injection valve
52 ... Rotation speed sensor
53 ... Throttle valve
54 ... Throttle valve motor
56 ... Crankshaft
57 ... VVT
58 ... Damper
65 ... Accelerator pedal
65a ... accelerator pedal position sensor
66 ... Shift lever
66a: Shift position sensor
70 ... EFIECU
80. Switching device
81 ... 1st gear
82 ... Second gear
83. Third gear
84 ... Moveable gear
85 ... Spline
86 ... Actuator
87: Movable member
90 ... Control unit
91. First drive circuit
92 ... Second drive circuit
94 ... Battery
111 ... 1st gear
112 ... second gear
113 ... Third gear
180 ... switching device
200 ... Planetary Gear
201 ... Sungear
202 ... Ring gear
203 ... Planetary carrier
204 ... Sun gear shaft
205 ... Ring gear shaft
206 ... Planetary carrier shaft
210 ... Motor generator
212 ... Rotor
214 ... Stator

Claims (7)

出力軸を有するエンジンと、動力を出力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記駆動軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置であって、
前記結合手段によって前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されている場合に、外部から要求された要求出力に基づいて、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきか否かを判定する判定手段と、
該判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記電動機を制御して、該電動機の回転軸が前記出力軸に対しトルクを受けも加えもしていない状態にすると共に、直ちに前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り離すべく、前記結合手段の駆動を開始させる切り離し制御手段と、
前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離された場合に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、前記駆動軸の回転数に合わせ込む同期化手段と、
前記電動機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転数とほぼ等しくなった場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させる結合制御手段と、
をさらに備える動力出力装置。
An engine having an output shaft, a drive shaft for outputting power, and a power adjustment coupled to the output shaft and the drive shaft to increase or decrease the power output from the engine by exchanging electric power and transmit the power to the drive shaft A power output device comprising: a device; an electric motor having a rotating shaft; and a coupling means capable of selectively coupling the rotating shaft of the electric motor to the drive shaft or the output shaft,
When the rotating shaft of the motor is coupled to the output shaft by the coupling means, the rotating shaft of the motor is coupled to the drive shaft instead of the output shaft based on a request output requested from the outside. Determining means for determining whether or not to be;
When the determination means determines that the rotary shaft of the motor should be coupled to the drive shaft, the motor is controlled so that the rotary shaft of the motor receives and adds torque to the output shaft. while the absence immediately by controlling the coupling means, to disconnect the rotating shaft of the electric motor from the output shaft, and a disconnection control means for starting the drive of the coupling means,
Synchronizing means for increasing the rotational speed of the rotary shaft of the electric motor to match the rotational speed of the drive shaft when the rotary shaft of the electric motor is disconnected from the output shaft;
Coupling control means for controlling the coupling means when the rotational speed of the rotating shaft of the electric motor becomes substantially equal to the rotational speed of the driving shaft, and coupling the rotational shaft of the electric motor to the driving shaft;
A power output device further comprising:
請求項1に記載の動力出力装置において、
前記判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記エンジンを制御して、該エンジンから出力される動力を上昇させる動力上昇手段をさらに備える動力出力装置。
The power output apparatus according to claim 1, wherein
When the determination means determines that the rotating shaft of the electric motor should be coupled to the drive shaft, the power output further includes power increasing means for controlling the engine and increasing the power output from the engine apparatus.
請求項1または請求項2に記載の動力出力装置において、
トルクと回転数との関係で表される前記動力出力装置の動作領域を、所定の境界によって分割して、前記電動機の回転軸を前記出力軸に結合させて動作させるべき第1の領域と前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させて動作させるべき第2の領域とを設定する領域設定手段をさらに備えると共に、
前記判定手段は、
前記要求動力から前記駆動軸の目標動作点を設定する目標動作点設定手段と、
設定した前記駆動軸の目標動作点が前記境界を越えて前記第2の領域にある場合に、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきであると決定する切換決定手段と、
を備える動力出力装置。
In the power output device according to claim 1 or 2,
The operating region of the power output device represented by the relationship between the torque and the rotational speed is divided by a predetermined boundary, and the first region to be operated by coupling the rotating shaft of the electric motor to the output shaft, and And further comprising region setting means for setting a second region to be operated by coupling the rotating shaft of the electric motor to the drive shaft;
The determination means includes
Target operating point setting means for setting a target operating point of the drive shaft from the required power;
Switching that determines that the rotating shaft of the motor should be coupled to the driving shaft instead of the output shaft when the set target operating point of the driving shaft is in the second region beyond the boundary A determination means;
A power output device comprising:
請求項1ないし請求項3のうちの任意の一つに記載の動力出力装置において、
前記動力調整装置は、前記出力軸に結合された第1のロータと、前記駆動軸に結合された第2のロータとを有する対ロータ電動機を備えることを特徴とする動力出力装置。
The power output apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The power adjustment apparatus includes a counter-rotor motor having a first rotor coupled to the output shaft and a second rotor coupled to the drive shaft.
請求項1ないし請求項3のうちの任意の一つに記載の動力出力装置において、
前記動力調整装置は、
ロータ軸を有する発電機と、
3つの回転軸を有し、各回転軸が前記出力軸、駆動軸、及びロータ軸にそれぞれ結合されたプラネタリギヤと、
を備えることを特徴とする動力出力装置。
The power output apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The power adjustment device is
A generator having a rotor shaft;
A planetary gear having three rotating shafts, each rotating shaft being coupled to the output shaft, the drive shaft, and the rotor shaft;
A power output apparatus comprising:
出力軸を有するエンジンと、動力を出力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記駆動軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であって、
(a)前記結合手段によって前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されている場合に、外部から要求された要求出力に基づいて、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきか否かを判定する工程と、
(b)前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記電動機を制御して、該電動機の回転軸が前記出力軸に対しトルクを受けも加えもしていない状態にすると共に、直ちに前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り離すべく、前記結合手段の駆動を開始させる工程と、
(c)前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離された場合に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、前記駆動軸の回転数に合わせ込む工程と、
(d)前記電動機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転数とほぼ等しくなった場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させる工程と、
を備える動力出力装置の制御方法。
An engine having an output shaft, a drive shaft for outputting power, and a power adjustment coupled to the output shaft and the drive shaft to increase or decrease the power output from the engine by exchanging electric power and transmit the power to the drive shaft A power output device control method comprising: a device; an electric motor having a rotating shaft; and a coupling means capable of selectively coupling the rotating shaft of the electric motor to the drive shaft or the output shaft,
(A) When the rotating shaft of the electric motor is coupled to the output shaft by the coupling means, the driving shaft is replaced with the output shaft based on a request output requested from the outside. Determining whether or not to combine with,
(B) When it is determined that the rotating shaft of the motor should be coupled to the drive shaft, the motor is controlled so that the rotating shaft of the motor does not receive or add torque to the output shaft. Setting the state and immediately controlling the coupling means to start driving the coupling means to disconnect the rotating shaft of the motor from the output shaft;
(C) when the rotating shaft of the electric motor is disconnected from the output shaft, increasing the rotational speed of the rotating shaft of the electric motor to match the rotational speed of the drive shaft;
(D) when the rotational speed of the rotating shaft of the electric motor becomes substantially equal to the rotational speed of the driving shaft, controlling the coupling means to couple the rotating shaft of the electric motor to the driving shaft;
A method for controlling a power output apparatus comprising:
請求項6に記載の制御方法において、
(e)前記工程(a)にて前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記エンジンを制御して、該エンジンから出力される動力を上昇させる工程
をさらに備える動力出力装置の制御方法。
The control method according to claim 6,
(E) a step of controlling the engine to increase the power output from the engine when it is determined in the step (a) that the rotating shaft of the electric motor should be coupled to the drive shaft. A method for controlling the power output apparatus further provided.
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