JP4089608B2

JP4089608B2 - 自動車

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Publication number: JP4089608B2
Application number: JP2003408831A
Authority: JP
Inventors: 明本美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-12-08
Also published as: JP2005170086A

Description

本発明は、自動車に関し、詳しくは、前輪と後輪とに動力を出力可能な自動車に関する。

従来、この種の自動車としては、前輪を駆動する前輪用原動機と後輪を駆動する後輪用原動機とを備える４輪駆動の自動車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、前輪および後輪に要求される要求動力を定トルク比で分配して走行し、前輪や後輪にスリップが発生したときにはスリップが発生した輪に分配されるトルクを小さくすると共に小さくしたトルクに相当するトルクがスリップが発生していない輪に分配されるようトルク比を調整することにより、要求動力に対応できるものとしている。
特開２００２−６７７２３号公報

上述の自動車では、車両の走行安定性を図る上で望ましくない場合が生じる。例えば、前輪にスリップが発生して前輪に出力するトルクの分配を小さくしてその分スリップが発生していない後輪にトルクを分配することにより要求動力に対応するものとすると、後輪から出力するトルクが過剰となって後輪にもスリップが生じ、車両によってはその挙動が不安定となる場合が生じる。

本発明の自動車は、こうした問題を解決し、スリップ時の走行安定性をより向上させることを目的の一つとする。また、本発明の自動車は、スリップ時の走行安定性を確保しながら要求動力に対処することを目的の一つとする。さらに、本発明の自動車は、路面勾配に拘わらずスリップ時の走行安定性と走行性能とをバランスさせることを目的の一つとする。

本発明の自動車は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の自動車は、
前輪と後輪とに動力を出力可能な自動車であって、
前輪に動力を出力可能な前輪用動力出力手段と、
後輪に動力を出力可能な後輪用動力出力手段と、
前輪および／または後輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出手段と、
前記スリップ検出手段により前輪か後輪かのいずれかのスリップが検出されたとき、該スリップが抑制されるよう該スリップが検出された輪としてのスリップ輪に出力する動力の制限値を設定すると共に該設定した制限値に基づいて前記スリップが検出されなかった輪としての非スリップ輪に出力する動力の制限値を設定する動力制限設定手段と、
該設定された制限値の範囲内で前輪および後輪に要求される要求動力が前輪と後輪とに出力されるよう前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段とを駆動制御する駆動制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の自動車では、前輪か後輪かのいずれかのスリップが検出されたとき、スリップが抑制されるようスリップ輪に出力する動力の制限値を設定すると共にこの設定した制限値に基づいて非スリップ輪に出力する動力の制限値を設定し、設定した制限値の範囲内で要求動力が前輪と後輪とに出力されるよう前輪用動力出力手段と後輪用動力出力手段とを駆動制御する。スリップ輪に出力する動力の制限値に基づいて非スリップ輪に出力する動力を制限するから、非スリップ輪に出力される動力が過剰となるのを抑制でき、車両の走行安定性を確保できる。また、スリップ輪や非スリップ輪に出力する動力の制限値の範囲内で要求動力に対処することができる。

こうした本発明の自動車において、路面勾配を検出または推定する路面勾配検出推定手段を備え、前記動力制限設定手段は、前記検出または推定された路面勾配に基づいて前記非スリップ輪に出力する動力の制限値を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、路面勾配に拘わらず車両の走行安定性を確保できる。

路面勾配検出推定手段を備える態様の本発明の自動車において、前記動力制限設定手段は、前進走行時に前記スリップ検出手段により前輪のスリップが検出されたとき又は後進走行時に前記スリップ検出手段により後輪のスリップが検出されたときに前記路面勾配検出推定手段により検出または推定された路面勾配が登り勾配として所定勾配未満のときには、前記スリップ輪に出力する動力以下に制限されるよう前記非スリップ輪に出力する動力の制限値を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、非スリップ輪がスリップするのをより確実に抑制できる。また、路面勾配検出推定手段を備える態様の本発明の自動車において、前記動力制限設定手段は、前進走行時に前記スリップ検出手段により前輪のスリップが検出されたとき又は後進走行時に前記スリップ検出手段により後輪のスリップが検出されたときに前記路面勾配検出推定手段により検出または推定された路面勾配が登り勾配として所定勾配以上のときには、前記非スリップ輪に出力する動力の制限を行なわない手段であるものとすることもできる。こうすれば、路面勾配が登り勾配として所定勾配以上のとき、即ち非スリップ輪への荷重割合が大きくなるときには、非スリップ輪のスリップの可能性が低いとして非スリップ輪の動力の制限を行なわないから、登り勾配における走行性能を確保することができる。さらに、これらの態様の本発明の自動車において、前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段は、該後輪用動力出力手段の最大トルクが該前輪用動力出力手段の最大トルクと該後輪用動力出力手段の最大トルクとの和に対して略１０ないし４０％となるよう設計されてなるものとすることもできる。

また、路面勾配検出推定手段を備える態様の本発明の自動車において、前記動力制限設定手段は、前進走行時に前記スリップ検出手段により前輪のスリップが検出されたとき又は後進走行時に前記スリップ検出手段により後輪のスリップが検出されたとき、前記路面勾配検出推定手段により検出または推定された路面勾配が登り勾配として大きいほど前記非スリップ輪に出力する動力の制限が小さくなる傾向に該非スリップ輪に出力する動力の制限値を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、路面勾配に応じて車両の走行安定性と走行性能とをより適切にバランスさせることができる。この態様の本発明の自動車において、前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段は、該後輪用動力出力手段の最大トルクが該前輪用動力出力手段の最大トルクと該後輪用動力出力手段の最大トルクとの和に対して略４０ないし６０％となるよう設計されてなるものとすることもできる。

また、本発明の自動車において、前記動力制限設定手段は、所定の緩変化処理を施して前記非スリップ輪に出力する動力の制限値を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、非スリップ輪に出力する動力が急激に制限されるのを抑制することができる。

さらに、本発明の自動車において、前記前輪用動力出力手段は、前輪に動力を出力可能な前輪用電動機を有する手段であり、前記後輪用動力出力手段は、後輪に動力を出力可能な後輪用電動機を有する手段であるものとすることもできる。

あるいは、本発明の自動車において、前記前輪用動力出力手段は、内燃機関と、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前輪に伝達可能な動力伝達手段とを有する手段であるものとすることもできるし、前記後輪用動力出力手段は、内燃機関と、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を後輪に伝達可能な動力伝達手段とを有する手段であるものとすることもできる。

動力伝達手段を有する態様の本発明の自動車において、前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と車軸に接続された駆動軸と回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力出力手段と、前記回転軸に動力を入出力する発電可能な発電電動機とを有する手段であるものとすることもできるし、前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と車軸に接続された駆動軸に接続された第２の回転子とを有し電磁気的な作用により電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力する対回転子電動機を有する手段であるものとすることもできる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続されると共に前輪６３ａ，６３ｂに連結された前軸６４にディファレンシャルギヤ６２を介して接続されたモータＭＧ２と、後輪６６ａ，６６ｂに連結された後軸６７にディファレンシャルギヤ６５を介して接続されたモータＭＧ３と、駆動系全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２には駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａを介してモータＭＧ２がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびディファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の前輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３は、いずれも発電機として駆動できると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２，４３を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２，４３とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２，４３が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４４，４５，４６からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２，４３へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

なお、エンジン２２およびモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３は、モータＭＧ３により後輪６６ａ，６６ｂ（後軸６７）に出力可能な最大トルクがエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とにより前輪６３ａ，６３ｂ（前軸６４）に出力可能な最大トルクとモータＭＧ３により後軸６７に出力可能な最大トルクとの和に対して約２０％程度となるよう設計されている。

前輪６３ａ，６３ｂおよび後輪６６ａ，６６ｂには、油圧により作動する油圧ブレーキ６８ａが取り付けられている。油圧ブレーキ６８ａは、ブレーキアクチュエータ６８の駆動により前輪６３ａ，６３ｂおよび後輪６６ａ，６６ｂに作用させる制動力を調整できるようになっている。ブレーキアクチュエータ６８は、ブレーキＥＣＵ６９により駆動制御されている。ブレーキＥＣＵ６９には、前輪６３ａ，６３ｂおよび後輪６６ａ，６６ｂの各回転速度を検出する車輪速センサ６９ａからの車輪速信号が図示しない入力ポートを介して入力されている。また、ブレーキＥＣＵ６９は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりブレーキアクチュエータ６８を駆動制御すると共に必要に応じて油圧ブレーキの作動に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖ、路面の勾配を検出する勾配センサ８９からの路面勾配Ｒθなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２，ブレーキＥＣＵ６９と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２，ブレーキＥＣＵ６９と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて前軸６４および後軸６７に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が前軸６４と後軸６７とに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２，ＭＧ３の一方または双方とによってトルク変換されて前軸６４と後軸６７とに出力されるようモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２，ＭＧ３の一方または双方とによるトルク変換を伴って要求動力が前軸６４と後軸６７とに出力されるようモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２，ＭＧ３の一方または双方から要求動力に見合う動力を前軸６４と後軸６７とに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に前輪６３ａ，６３ｂか後輪６６ａ，６６ｂかのいずれかがスリップした際の動作について説明する。図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、シフトレバー８１が前進走行可能なポジションにあるとき、即ちＤレンジやＢレンジにあるときに所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，回転位置検出センサ４４，４５，４６からの回転位置に基づいてモータＥＣＵ４０により演算されるモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，Ｎｍ３，バッテリＥＣＵ５２により演算されるバッテリ５０の残容量ＳＯＣなど制御に必要なデータを入力する処理を行なう（ステップＳ１００）。

続いて、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求される前軸６４および後軸６７に出力すべき要求トルクＴ＊と要求パワーＰ＊とを設定する処理を行なう（ステップＳ１０２）。要求トルクＴ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係を予め求めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると要求トルク設定用マップから対応する要求トルクＴ＊を導出して設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図３に示す。また、要求パワーＰ＊は、設定した要求トルクＴ＊に車速Ｖを乗じて得られるものとして設定するものとした。

次に、スリップ制御要求があるか否かを調べる（ステップＳ１０４）。スリップ制御要求は、実施例では、図示しないスリップ判定処理ルーチンの実行によって、前輪６３ａ，６３ｂにリングギヤ軸３２ａを介して連結されたモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の時間変化としての回転加速度αｆと後輪６６ａ，６６ｂに連結されたモータＭＧ３の回転数Ｎｍ３の時間変化としての回転加速度αｒとに基づいてスリップの発生の有無と前輪のスリップか後輪のスリップかの種別とをＲＡＭ７６の所定アドレスに書き込むことにより行なうものとした。スリップ制御要求がないと判定されたときには、前後軸のトルクの分配比として通常時の分配比Ｄを設定する（ステップＳ１０６）。ここで、通常時の分配比Ｄの設定は、例えば、車両が発進する際に荷重割合が大きくなる後輪６６ａ，６６ｂに比較的大きなトルクが出力される分配比として設定したり、車両に制動力が要求されたときにモータＭＧ２，ＭＧ３による回生が効率よく行なわれる分配比として設定したりすることにより行なわれる。一方、スリップ制御要求があると判定されたときには、スリップ輪の回転加速度に基づいてスリップ輪のトルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍを設定し（ステップＳ１０８）、設定したスリップ輪のトルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍと要求トルクＴ＊とに基づいて分配比Ｄを設定する（ステップＳ１１０）。トルク制限値Ｔｓｌｉｍの設定は、例えば、回転加速度が大きいほどスリップ輪に出力されるトルクを大きく制限する値として設定することにより行なうことができる。また、このトルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍに基づく分配比Ｄの設定は、例えば、トルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍを用いてスリップ輪に出力すべきトルク（スリップ輪トルク）を設定すると共に要求トルクＴ＊からスリップ輪トルクを減じて非スリップ輪に出力すべきトルク（非スリップ輪トルク）を設定し、設定したスリップ輪トルクと非スリップ輪トルクとスリップ輪が前輪か後輪か否かの種別とにより次式（１）を用いて設定することにより行なうことができる。例えば、要求トルクＴ＊が値１００であるときに前輪６３ａ，６３ｂがスリップしてトルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍが値６０に設定されたときには、スリップ輪トルクとしての前輪６３ａ，６３ｂのトルクを値６０に設定し、非スリップ輪トルクとしての後輪６６ａ，６６ｂのトルクを値４０に設定して分配比Ｄを値０．４に設定するのである。

こうして前後軸のトルクの分配比Ｄを設定すると、設定した分配比Ｄと要求トルクＴ＊とに基づいて次式（２）と次式（３）とにより前軸６４（前輪６３ａ，６３ｂ）に要求されるトルクとしての前軸要求トルクＴｆ＊と後軸６７（後輪６６ａ，６６ｂ）に要求されるトルクとしての後軸要求トルクＴｒ＊とを設定する（ステップＳ１１２）。そして、バッテリ５０の残容量ＳＯＣやアクセル開度Ａｃｃに基づいてバッテリ５０が充放電すべきパワーとしてのバッテリ要求パワーＰｂ＊を設定すると共に要求パワーＰ＊とバッテリ要求パワーＰｂ＊とロス（Ｌｏｓｓ）との和によりエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊を設定し（ステップＳ１１４）、設定したエンジン要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する処理を行なう（ステップＳ１１６）。この処理は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインとエンジン要求パワーＰｅ＊とに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定することにより行なわれる。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図４に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインとエンジン要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。

そして、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（Ｎｍ２）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいてモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊を計算する（ステップＳ１１８）。図５に、動力分配統合機構３０の共線図を示す。図中、Ｓ軸はサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２の回転数を示す。サンギヤ３１の回転数はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１でありキャリア３４の回転数はエンジン２２の回転数Ｎｅでありリングギヤ３２の回転数はモータＭＧ２の回転数であるから、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊は、回転数Ｎｍ２と目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて次式（４）により計算することができる。したがって、計算した目標回転数Ｎｍ１＊で回転するよう目標トルクＴｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御することにより、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。また、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊は、実施例では、目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とを用いてフィードバック制御における関係式（５）により設定するものとした。ここで、式（５）中の「ＫＰ」は比例項におけるゲインを示し、「ＫＩ」は積分項におけるゲインを示す。

モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊を設定すると、前軸要求トルクＴｆ＊と目標トルクＴｍ１＊とに基づいて次式（６）によりモータＭＧ２から出力すべき目標トルクＴｍ２＊を設定すると共に後軸要求トルクＴｒ＊に基づいて次式（７）によりモータＭＧ３から出力すべき目標トルクＴｍ３＊を設定する（ステップＳ１２０）。図５の共線図に示すように、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊は、モータＭＧ１からの目標トルクＴｍ１＊の出力によりエンジン２２からリングギヤ軸３２ａに直接伝達されるトルク（−Ｔｍ１＊／ρ）と前軸要求トルクＴｆ＊に対応するリングギヤ軸３２ａ上のトルクとの偏差として求めることができる。ここで、式（６）中の「Ｇ１」は、前軸６４の回転数Ｎ１に対するモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の比（Ｎｍ２／Ｎ１）であり、式（７）中の「Ｇ２」は、後軸６７の回転数Ｎ２に対するモータＭＧ３の回転数Ｎｍ３の比（Ｎｍ３／Ｎ２）である。

次に、スリップ輪が前輪６３ａ，６３ｂであるときのトルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍに基づいて後輪６６ａ，６６ｂ（非スリップ輪）のトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍを設定し（ステップＳ１２２）、設定したトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍを上限値としてステップＳ１２０で設定された目標トルクＴｍ３＊を制限する処理を行なう（ステップＳ１２４）。ここで、トルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍの設定は、図６に例示する後輪トルク制限値設定処理の実行により行なわれる。

後輪トルク制限値設定処理では、勾配センサ８９からの路面勾配Ｒθを入力し（ステップＳ２００）、スリップ制御要求があるか否か、即ち前輪６３ａ，６３ｂか後輪６６ａ，６６ｂかのいずれかにスリップが発生しているか否かを判定し（ステップＳ２０２）、スリップが発生しているときにはスリップ輪が前輪６３ａ，６３ｂであるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。スリップ輪が前輪６３ａ，６３ｂであると判定されると、路面勾配Ｒθが登り勾配として所定勾配Ａｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。ここで、所定勾配Ａｒｅｆは、実施例では、雪路などの路面を走行中であっても後輪６６ａ，６６ｂがスリップする可能性が低い荷重割合となる坂路の路面勾配として設定されている。路面勾配Ｒθが所定勾配Ａｒｅｆ未満と判定されたときには、即ち平坦路かそれに近い路面勾配であると判定されたときには、図２のルーチンのステップＳ１０８で設定したスリップ輪のトルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍから所定の調整値αを減じることにより（次式（５）参照）、後輪６６ａ，６６ｂのトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍを設定する（ステップＳ２０８）。ここで、調整値αは、ステップＳ１０８やステップＳ１１０の処理で前輪６３ａ，６３ｂのスリップにより前輪６３ａ，６３ｂ（前軸６４）に出力するトルクを制限すると共に制限した分に相当するトルクを後輪６６ａ，６６ｂ（後軸６７）に分配したときに後輪６６ａ，６６ｂがスリップして車両に横滑りが生じたりいわゆるプッシングアンダーが生じたりして車両の挙動が不安定となるのを防止するために設定されるものであり、車両別に定められる。例えば、調整値αを、後輪６６ａ，６６ｂに出力されるトルクがスリップ中の前輪６３ａ，６３ｂに出力されるトルク以下となるよう設定することができる。

こうして後輪６６ａ，６６ｂのトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍを設定すると、前輪６３ａ，６３ｂにスリップが発生したときのスリップ輪としての前輪６３ａ，６３ｂのトルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍの設定の急変に伴って後輪６６ａ，６６ｂのトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍが急変するのを防止するためにトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍを前回のルーチンのステップＳ１２４で設定されたモータＭＧ３の目標トルクＴｍ３＊（前回Ｔｍ３＊）を中心とした所定範囲内でガードすることによりレート処理を行なって（ステップＳ２１０）、処理を終了する。

ステップＳ２０２でスリップが発生していないと判定されたり、ステップＳ２０４でスリップ輪が前輪６３ａ，６３ｂでないと判定されたり、ステップＳ２０６で路面勾配Ｒθが所定勾配Ａｒｅｆ以上である、即ち坂路であると判定されたときには、非スリップ輪である後輪６６ａ，６６ｂのトルクを制限しなくても後輪６６ａ，６６ｂのスリップの可能性は小さいと判断して、後輪６６ａ，６６ｂのトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍをモータＭＧ３の最大トルクに対応する最大トルクＴｍａｘに設定して（ステップＳ２１２）、処理を終了する。

図２の駆動制御ルーチンに戻って、こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ１２６）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とにより運転されるよう燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊でモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３が駆動されるようインバータ４１，４２，４３のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

図７に、前輪６３ａ，６３ｂにスリップが発生したときに前輪６３ａ，６３ｂに出力されるトルク（前輪トルク）と後輪６６ａ，６６ｂに出力されるトルク（後輪トルク）の時間変化の様子を示す説明図を示す。時刻ｔ１に前輪６３ａ，６３ｂが空転してスリップが発生すると、前輪６３ａ，６３ｂの回転加速度に応じてスリップを抑制するために前輪６３ａ，６３ｂのトルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍが設定されて前輪トルクが制限される。この際、路面勾配Ｒθが所定勾配Ａｒｅｆ以上にあり車両が坂路を走行中と判定されたときには、非スリップ輪である後輪６６ａ，６６ｂ側に分配するトルクの制限は行なわずに、前輪トルクが制限された分がそのまま後輪６６ａ，６６ｂ側に分配されて要求トルクＴ＊に対応したトルクが出力される（図７中の一点破線を参照）。一方、路面勾配Ｒθが所定勾配Ａｒｅｆ未満にあり車両が平坦路を走行中と判定されたときには、車両の横滑りやプッシングアンダーを防止するために前輪６３ａ，６３ｂのトルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍから調整値αを減じて得られるトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍをもって後輪トルクが制限される（図７中の実線を参照）。時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、前輪トルクの制限と共に後輪トルクの制限が急激に行なわれるのを防止するためにレート処理がなされる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、前輪６３ａ，６３ｂが空転してスリップが発生したときに、スリップを抑制するためのトルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍをもってスリップ輪としての前輪６３ａ，６３ｂ（前軸６４）に出力するトルクを制限し、路面勾配Ｒθが所定勾配Ａｒｅｆ未満（平坦路）のときにトルク制限値Ｔｓ１ｌｉｍから調整値αを減じて得られるトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍをもって非スリップ輪としての後輪６６ａ，６６ｂ（後軸６７）に出力するトルクを制限するから、路面勾配Ｒθに拘わらず前輪６３ａ，６３ｂに出力するトルクを制限した分に相当するトルクを後輪６６ａ，６６ｂに分配するものに比して、後輪６６ａ，６６ｂのスリップによる横滑りの発生やいわゆるプッシングアンダーの発生などを抑制でき、車両の走行安定性をより向上させることができる。しかも、路面勾配Ｒθが所定勾配Ａｒｅｆ以上（坂路）のときには後輪６６ａ，６６ｂのトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍを最大トルクＴｍａｘに設定して後輪６６ａ，６６ｂのトルク制限を行なわないから、前輪６３ａ，６３ｂのスリップ時における坂路の走行性を向上させることができる。また、後輪６６ａ，６６ｂのトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍにレート処理を施すから、前輪６３ａ，６３ｂのスリップの抑制のために前輪６３ａ，６３ｂに出力するトルクが急激に制限されたときに後輪６６ａ，６６ｂに出力されるトルクが過剰に制限されるのを抑制できる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２およびモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３を、モータＭＧ３により後輪６６ａ，６６ｂ（後軸６７）に出力可能な最大トルクがエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とにより前輪６３ａ，６３ｂ（前軸６４）に出力可能な最大トルクとモータＭＧ３により後軸６７に出力可能な最大トルクとの和に対して約２０％程度となるよう設計するものとしたが、こうした比率に限定されず、約１０％〜４０％の比率や他の如何なる比率に設計するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、前輪６３ａ，６３ｂのスリップ時に、路面勾配Ｒθが所定勾配Ａｒｅｆ未満のときには予め設定された所定の調整値αを用いて後輪６６ａ，６６ｂのトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍを設定して後輪６６ａ，６６ｂに出力するトルクを制限し、路面勾配Ｒθが所定勾配Ａｒｅｆ以上のときにはトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍをモータＭＧ３の最大トルクに対応する最大トルクＴｍａｘに設定して後輪６６ａ，６６ｂに出力するトルクの制限を解除したが、路面勾配Ｒθに応じた調整値αを設定してこの調整値αを用いてトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍを設定するものとしてもよい。この場合、例えば、トルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍは、路面勾配Ｒθと調整値αとの関係を予めマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、路面勾配Ｒθが与えられるとマップから対応する調整値αを導出し、導出した調整値αに基づいて前述した式（８）により計算されたものを設定することができる。このマップの一例を図８に示す。図示するように、路面勾配Ｒθが登り勾配として大きいほど小さくなる傾向に調整値αを設定するのは、路面勾配Ｒθが登り勾配として大きいほど後輪６６ａ，６６ｂの荷重割合が大きくなるから、比較的大きなトルクを後輪６６ａ，６６ｂに分配しても後輪６６ａ，６６ｂのスリップは発生せず車両の走行安定性を確保できることに基づく。これにより、路面勾配Ｒθに応じて車両の走行安定性と走行性能とを適切にバランスさせることができる。こうした処理は、特に、後輪６６ａ，６６ｂに出力可能な最大トルクが比較的大きな自動車、例えば、モータＭＧ３により後輪６６ａ，６６ｂ（後軸６７）に出力可能な最大トルクがエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とにより前輪６３ａ，６３ｂ（前軸６４）に出力可能な最大トルクとモータＭＧ３により後軸６７に出力可能な最大トルクとの和に対して約４０〜６０％程度となるよう設計されている自動車に対して有効な処理となる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、トルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍの急変を防止するためにトルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍにレート処理を施すものとしたが、なまし処理によるものとしてもよい。また、こうした緩変化処理を施さないものとしても構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、路面勾配Ｒθとして勾配センサ８９により直接検出されたものを用いたが、走行中または停車に至る過程で前軸６４および後軸６７に出力したトルク（Ｔｖ）と車両の加速度（αｖ）との関係式（Ｒθ＝Ｔｖ−Ｋ・αｖ；Ｋは車重や車輪の径などから定まる係数）から計算されるものを用いるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトレバー８１が前進走行可能なポジションとされて走行しているときに前輪６３ａ，６３ｂにスリップが生じたとき、トルク制限値Ｔｓ２ｌｉｍを設定してスリップが生じていない後輪６６ａ，６６ｂに出力するトルクを制限するものとしたが、シフトレバー８１が後進走行可能なポジション、即ちＲレンジとされて走行しているときに後輪６６ａ，６６ｂにスリップが生じたときでも、スリップが生じていない前輪６３ａ，６３ｂに出力するトルクを制限するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２と動力分配統合機構３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とを前軸６４に接続し、モータＭＧ３を後軸６７に接続したが、エンジン２２と動力分配統合機構３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とを後軸６７に接続し、モータＭＧ３を前軸６４に接続するものとしてもよい。

実施例では、モータＭＧ１からの動力の入出力によりエンジン２２からの動力を動力分配統合機構３０を介して前輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力可能なハイブリッド自動車に適用して説明したが、前輪に動力を出力可能な前輪用動力出力装置と後輪に動力を出力可能な後輪用動力出力装置とを備える自動車であれば、如何なるタイプの自動車にも適用することができる。例えば、図９の変形例のハイブリッド自動車１２０に示すように、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１に代えて、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ１３２と前輪６３ａ，６３ｂに接続されたアウターロータ１３４とを有し、電磁的な作用により電力と動力の入出力を伴ってエンジン２２の動力の一部を前輪６３ａ，６３ｂに出力する対ロータ電動機１３０を備える自動車に適用するものとしてもよい。

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

本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。エンジン要求パワーＰｅ＊から目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を説明する説明図である。動力分配統合機構３０の共線図の一例を示す説明図である。ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される後輪トルク制限値設定処理の一例を示すフローチャートである。前輪６３ａ，６３ｂにスリップが発生したときに前輪６３ａ，６３ｂに出力する前輪トルクと後輪６６ａ，６６ｂに出力する後輪トルクの時間変化の様子を説明する説明図である。路面勾配Ｒθと調整値αとの関係を示すマップである。変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６クランクシャフト、２８ダンパ、３０動力分配統合機構、３１サンギヤ、３２リングギヤ、３２ａリングギヤ軸、３３ピニオンギヤ、３４キャリア、４０モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２，４３インバータ、４４，４５，４６回転位置検出センサ、５０バッテリ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４電力ライン、６０ギヤ機構、６２，６５ディファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ前輪、６４前軸、６６ａ，６６ｂ後輪、６７後軸、６８ブレーキアクチュエータ、６８ａ油圧ブレーキ、６９ブレーキＥＣＵ、６９ａ車輪速センサ、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８０イグニッションスイッチ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ、８９勾配センサ、１３０対ロータ電動機、１３２インナーロータ１３４アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３モータ。

Claims

前輪と後輪とに動力を出力可能な自動車であって、
前輪に動力を出力可能な前輪用動力出力手段と、
後輪に動力を出力可能な後輪用動力出力手段と、
前輪および／または後輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出手段と、
路面勾配を検出または推定する路面勾配検出推定手段と、
前記スリップ検出手段により前輪か後輪かのいずれかのスリップが検出されたとき、該スリップが抑制されるよう該スリップが検出された輪としてのスリップ輪に出力する動力の制限値を設定すると共に該設定した制限値に基づいて前記スリップが検出されなかった輪としての非スリップ輪に出力する動力の制限値を設定し、前進走行時に前記スリップ検出手段により前輪のスリップが検出されたとき又は後進走行時に前記スリップ検出手段により後輪のスリップが検出されたときに前記路面勾配検出推定手段により検出または推定された路面勾配が登り勾配として所定勾配未満のときには前記スリップ輪に出力する動力以下に制限されるよう前記非スリップ輪に出力する動力の制限値を設定する動力制限設定手段と、
該設定された制限値の範囲内で前輪および後輪に要求される要求動力が前輪と後輪とに出力されるよう前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段とを駆動制御する駆動制御手段と、
を備える自動車。
前記動力制限設定手段は、前進走行時に前記スリップ検出手段により前輪のスリップが検出されたとき又は後進走行時に前記スリップ検出手段により後輪のスリップが検出されたときに前記路面勾配検出推定手段により検出または推定された路面勾配が登り勾配として所定勾配以上のときには、前記非スリップ輪に出力する動力の制限を行なわない手段である請求項１記載の自動車。
前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段は、該後輪用動力出力手段の最大トルクが該前輪用動力出力手段の最大トルクと該後輪用動力出力手段の最大トルクとの和に対して略１０ないし４０％となるよう設計されてなる請求項１または２記載の自動車。
前輪と後輪とに動力を出力可能な自動車であって、
前輪に動力を出力可能な前輪用動力出力手段と、
後輪に動力を出力可能な後輪用動力出力手段と、
前輪および／または後輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出手段と、
路面勾配を検出または推定する路面勾配検出推定手段と、
前記スリップ検出手段により前輪か後輪かのいずれかのスリップが検出されたとき、該スリップが抑制されるよう該スリップが検出された輪としてのスリップ輪に出力する動力の制限値を設定すると共に該設定した制限値に基づいて前記スリップが検出されなかった輪としての非スリップ輪に出力する動力の制限値を設定し、前進走行時に前記スリップ検出手段により前輪のスリップが検出されたとき又は後進走行時に前記スリップ検出手段により後輪のスリップが検出されたときには前記路面勾配検出推定手段により検出または推定された路面勾配が登り勾配として大きいほど前記非スリップ輪に出力する動力の制限が小さくなる傾向に該非スリップ輪に出力する動力の制限値を設定する動力制限設定手段と、
該設定された制限値の範囲内で前輪および後輪に要求される要求動力が前輪と後輪とに出力されるよう前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段とを駆動制御する駆動制御手段と、
を備える自動車。
前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段は、該後輪用動力出力手段の最大トルクが該前輪用動力出力手段の最大トルクと該後輪用動力出力手段の最大トルクとの和に対して略４０ないし６０％となるよう設計されてなる請求項４記載の自動車。
前記動力制限設定手段は、所定の緩変化処理を施して前記非スリップ輪に出力する動力の制限値を設定する手段である請求項１ないし５いずれか１項に記載の自動車。
請求項１ないし６いずれか１項に記載の自動車であって、
前記前輪用動力出力手段は、前輪に動力を出力可能な前輪用電動機を有する手段であり、
前記後輪用動力出力手段は、後輪に動力を出力可能な後輪用電動機を有する手段である
自動車。
前記前輪用動力出力手段は、内燃機関と、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前輪に伝達可能な動力伝達手段とを有する手段である請求項７記載の自動車。
前記後輪用動力出力手段は、内燃機関と、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を後輪に伝達可能な動力伝達手段とを有する手段である請求項７記載の自動車。
前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と車軸に接続された駆動軸と回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力出力手段と、前記回転軸に動力を入出力する発電可能な発電電動機とを有する手段である請求項８または９記載の自動車。
前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と車軸に接続された駆動軸に接続された第２の回転子とを有し電磁気的な作用により電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力する対回転子電動機を有する手段である請求項８または９記載の自動車。