JP4299288B2 - 動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに駆動装置，動力出力装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこれを搭載し車軸が前記駆動軸に接続されて走行する自動車並びに内燃機関と充放電可能な蓄電手段とを備える車両に搭載され前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続された駆動装置，動力出力装置の制御方法に関する。

従来、この種の動力出力装置としては、プラネタリギヤのサンギヤ，キャリア，リングギヤに第１モータジェネレータ，エンジン，出力軸がそれぞれ接続されると共に変速機を介して出力軸に第２モータジェネレータが接続されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、変速段の変更指示がなされたときには、変速機が備える二つのブレーキのうちオンしていたブレーキをオフすることにより出力軸と第２モータジェネレータとを切り離し、第２モータジェネレータの回転数が同期回転数に向けて変化するよう第２モータジェネレータを制御し、第２モータジェネレータの回転数が同期回転数に一致したときにもう一方のブレーキをオンすることにより変速段の変更を行なっている。こうした第２モータジェネレータの回転数を同期回転数に一致させるための回転数制御は、バッテリからの出力許可電力が所定値以下と判定されたときには、第２モータジェネレータの回転数を電気的に制御できないとして、第２モータジェネレータの回転数制御に代えて二つのブレーキの係合圧を制御することにより変速段の変更を行なっている。
特開２００４−２０３２１９号公報

このように上述の動力出力装置では、バッテリの出力許可電力に基づいて変速段を変更する際に第２モータジェネレータの回転数制御を実行しているものの、第１モータジェネレータの電力消費については考慮されていない。第１モータジェネレータがエンジンをモータリングしている最中に変速段をダウンシフトするときには、第２モータジェネレータの消費電力に第１モータジェネレータの消費電力が加わるから、第２モータジェネレータの回転数を同期回転数に一致させるために必要な電力を確保することができない場合が生じる。一方で、変速段をスムーズに変更するには、できる限り第２モータジェネレータの回転数の同期を伴った回転数制御を実行することが望ましい。

本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに駆動装置，動力出力装置の制御方法は、電力の消費を伴って内燃機関をモータリングしている最中に変速伝達装置の変速比を電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたときにも電動機の回転数の同期に必要な電力を確保してから変速比を変更することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに駆動装置，動力出力装置の制御方法は、変速比の変更をスムーズに行なうことを目的の一つとする。

本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに駆動装置，動力出力装置の制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、
動力を入出力可能な電動機と、
変更可能な変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力をやり取りする蓄電手段と、
電力の消費を伴って前記電力動力入出力手段により前記内燃機関をモータリングしている最中に前記変速伝達手段における変速比を前記電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、前記内燃機関のモータリングを停止すると共に該内燃機関が自立運転するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御し、該内燃機関を自立運転させた後に前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該変速伝達手段と前記電動機とを制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の動力出力装置では、電力の消費を伴って電力動力入出力手段により内燃機関をモータリングしている最中に変速伝達手段における変速比を電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、内燃機関のモータリングを停止すると共に内燃機関が自立運転するよう内燃機関と電力動力入出力手段とを制御し、内燃機関を自立運転させた後に電動機の回転数の同期を伴って変速伝達手段の変速比が変更されるよう変速伝達手段と電動機とを制御する。したがって、電力の消費を伴って内燃機関をモータリングしている最中に変速伝達装置の変速比を電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたときにも電動機の回転数の同期に必要な電力を確保してから変速比を変更することができる。この結果、変速比の変更をスムーズに行なうことができる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、電力の消費を伴って前記電力動力入出力手段により前記内燃機関をモータリングしている最中に前記変速伝達手段における変速比を前記電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、前記蓄電手段の出力制限の範囲内で前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速比の変更ができるときには前記内燃機関をモータリングをしている状態で前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御し、前記蓄電手段の出力制限の範囲内で前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速比の変更ができないときには前記内燃機関のモータリングを停止すると共に該内燃機関が自立運転するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御し該内燃機関を自立運転させた後に前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該変速伝達手段と前記電動機とを制御し前記変速伝達手段の変速比の変更が終了した後に前記内燃機関の自立運転を停止すると共に前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされるよう該内燃機関と該電力動力入出力手段とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、必要なときにだけ内燃機関を自立運転として電動機の回転数の同期に必要な電力を確保することができる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記変速伝達手段は、係合力を調整可能なクラッチの係合状態を変更することにより変速比の変更が可能な手段であり、前記制御手段は、前記内燃機関のモータリングを停止しても前記蓄電手段の出力制限の範囲内で前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速比の変更ができないときには、前記クラッチの半係合による係合力の調整を伴って変速比が変更されるよう前記変速伝達手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、変速伝達手段の変速比を変更する際に蓄電手段が出力制限を超えて出力されるのをより確実に防止することができる。これらの態様の本発明の動力出力装置において、前記蓄電手段からの電力により作動する補機を備え、前記制御手段は、前記内燃機関をモータリングするのに必要な前記電力動力入出力手段の消費電力と前記補機の消費電力とに基づいて前記蓄電手段の出力制限の範囲内で前記電動機の回転数の同期に必要な電力を前記蓄電手段から出力できるか否かを判定して制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の出力制限の範囲内で電動機の回転数の同期に必要な電力を蓄電手段から出力できるか否かをより正確に判定することができる。

また、本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、操作者のシフト操作を伴って前記内燃機関がモータリングされるよう前記電力動力入出力手段を制御する手段であるものとすることもできる。

さらに、本発明の動力出力装置において、前記蓄電手段の状態に基づいて前記蓄電手段の出力制限を設定する出力制限設定手段を備えるものとすることもできる。

本発明の動力出力装置において、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段であるものとすることもできるし、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、該第１の回転子と該第２の回転子との相対的な回転により回転する対回転子電動機であるものとすることもできる。

本発明の自動車は、
上述した各態様のいずれかの本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、内燃機関と、該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、変更可能な変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力をやり取りする蓄電手段と、電力の消費を伴って前記電力動力入出力手段により前記内燃機関をモータリングしている最中に前記変速伝達手段における変速比を前記電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、前記内燃機関のモータリングを停止すると共に該内燃機関が自立運転するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御し、該内燃機関を自立運転させた後に前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該変速伝達手段と前記電動機とを制御する制御手段とを備える動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなる
ことを要旨とする。

この本発明の自動車では、本発明の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置が奏する効果と同様の効果、例えば、電力の消費を伴って内燃機関をモータリングしている最中に変速伝達装置の変速比を電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたときにも電動機の回転数の同期に必要な電力を確保してから変速比を変更することができる効果や変速比の変更をスムーズに行なうことができる効果などを奏することができる。

こうした本発明の自動車において、前記車軸に直接または間接に制動力を付与する制動力付与手段を備え、前記制御手段は、前記内燃機関のモータリングを停止すると共に該内燃機関が自立運転するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御する際には、前記内燃機関のモータリングに伴って前記駆動軸に出力される制動力の少なくとも一部が前記制動力付与手段により付与される制動力に置き換えられるよう該制動力付与手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関のモータリングしている状態から自立運転の状態に移行する際に駆動軸に出力される駆動力（制動力）に変動が生じるのを抑制することができる。

本発明の駆動装置は、
内燃機関と充放電可能な蓄電手段とを備える車両に搭載され、前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続された駆動装置であって、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、前記蓄電手段と電力をやりとり可能で、電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、
前記蓄電手段と電力をやりとり可能で、動力を入出力可能な電動機と、
変更可能な変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、
電力の消費を伴って前記電力動力入出力手段により前記内燃機関をモータリングしている最中に前記変速伝達手段における変速比を前記電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、前記内燃機関のモータリングを停止すると共に該内燃機関が自立運転するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御し、該内燃機関を自立運転させた後に前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該変速伝達手段と前記電動機とを制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の駆動装置では、電力の消費を伴って電力動力入出力手段により内燃機関をモータリングしている最中に変速伝達手段における変速比を電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、内燃機関のモータリングを停止すると共に内燃機関が自立運転するよう内燃機関と電力動力入出力手段とを制御し、内燃機関を自立運転させた後に電動機の回転数の同期を伴って変速伝達手段の変速比が変更されるよう変速伝達手段と電動機とを制御する。したがって、電力の消費を伴って内燃機関をモータリングしている最中に変速伝達装置の変速比を電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたときにも電動機の回転数の同期に必要な電力を確保してから変速比を変更することができる。この結果、変速比の変更をスムーズに行なうことができる。

本発明の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、変更可能な変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力をやり取りする蓄電手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
電力の消費を伴って前記電力動力入出力手段により前記内燃機関をモータリングしている最中に前記変速伝達手段における変速比を前記電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、前記内燃機関のモータリングを停止すると共に該内燃機関が自立運転するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御し、該内燃機関を自立運転させた後に前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該変速伝達手段と前記電動機とを制御することを特徴とする。

この本発明の動力出力装置の制御方法によれば、電力の消費を伴って電力動力入出力手段により内燃機関をモータリングしている最中に変速伝達手段における変速比を電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、内燃機関のモータリングを停止すると共に内燃機関が自立運転するよう内燃機関と電力動力入出力手段とを制御し、内燃機関を自立運転させた後に電動機の回転数の同期を伴って変速伝達手段の変速比が変更されるよう変速伝達手段と電動機とを制御する。したがって、電力の消費を伴って内燃機関をモータリングしている最中に変速伝達装置の変速比を電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたときにも電動機の回転数の同期に必要な電力を確保してから変速比を変更することができる。この結果、変速比の変更をスムーズに行なうことができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態としての動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、変速機６０を介して動力分配統合機構３０に接続されたモータＭＧ２と、車両の駆動系全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

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には変速機６０を介してモータＭＧ２がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力とを統合してリングギヤ３２に出力する。リングギヤ３２は、ギヤ機構３７，デファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続されている。したがって、リングギヤ３２に出力された動力は、ギヤ機構３７，デファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに出力されることになる。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、共に発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２の一方で発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２から生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１とモータＭＧ２とにより電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、共にモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンによりモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

変速機６０は、モータＭＧ２の回転軸４８とリングギヤ軸３２ａとの接続および接続の解除を行なうと共に両軸の接続をモータＭＧ２の回転軸４８の回転数を２段に減速してリングギヤ軸３２ａに伝達可能に構成されている。変速機６０の構成の一例を図２に示す。この図２に示す変速機６０は、ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂと二つのブレーキＢ１，Ｂ２とにより構成されている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａは、外歯歯車のサンギヤ６１と、このサンギヤ６１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６２と、サンギヤ６１に噛合する複数の第１ピニオンギヤ６３ａと、この第１ピニオンギヤ６３ａに噛合すると共にリングギヤ６２に噛合する複数の第２ピニオンギヤ６３ｂと、複数の第１ピニオンギヤ６３ａおよび複数の第２ピニオンギヤ６３ｂを連結して自転かつ公転自在に保持するキャリア６４とを備えており、サンギヤ６１はブレーキＢ１のオンオフによりその回転を自由にまたは停止できるようになっている。シングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂは、外歯歯車のサンギヤ６５と、このサンギヤ６５と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６６と、サンギヤ６５に噛合すると共にリングギヤ６６に噛合する複数のピニオンギヤ６７と、複数のピニオンギヤ６７を自転かつ公転自在に保持するキャリア６８とを備えており、サンギヤ６５はモータＭＧ２の回転軸４８に、キャリア６８はリングギヤ軸３２ａにそれぞれ連結されていると共にリングギヤ６６はブレーキＢ２のオンオフによりその回転が自由にまたは停止できるようになっている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂとは、リングギヤ６２とリングギヤ６６、キャリア６４とキャリア６８とによりそれぞれ連結されている。変速機６０は、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオフとすることによりモータＭＧ２の回転軸４８をリングギヤ軸３２ａから切り離すことができ、ブレーキＢ１をオフとすると共にブレーキＢ２をオンとしてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的大きな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達し（以下、この状態をＬｏギヤの状態という）、ブレーキＢ１をオンとすると共にブレーキＢ２をオフ状態としてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的小さな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達する（以下、この状態をＨｉギヤの状態という）。なお、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオンとする状態は回転軸４８やリングギヤ軸３２ａの回転を禁止するものとなる。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば，バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度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。

電力ライン５４にはインバータ４５を介してエアコンディショナ（エアコン）４６が接続されており、エアコン４６はバッテリ５０からの電力によりハイブリッド用電子制御ユニット７０による駆動制御を受けている。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、変速機６０のブレーキＢ１，Ｂ２の図示しないアクチュエータへの駆動信号や駆動輪３９ａ，３９ｂに制動力を出力するブレーキ８９ａ，８９ｂへの駆動信号などが出力されている。なお、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトポジションセンサ８２により検出するシフトレバー８１のポジションとしては、駐車ポジション（Ｐポジション）や中立ポジション（ニュートラル），後進ポジション（Ｒポジション），ドライブポジション（Ｄポジション），ブレーキポジション（Ｂ）などがある他、ドライブポジションからの移行により車速Ｖに対するエンジン２２の回転数の回転数比を６段に変更するためにアップシフトを指示するアップシフト指示ポジションとダウンシフトを指示するダウンシフト指示ポジションとがある。こうしたアップシフト指示ポジションとダウンシフト指示ポジションとによりシフト変更するシフトを実施例では「シーケンシャルシフト」と呼ぶことにする。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、シーケンシャルシフトを用いて走行しているときに変速機６０をダウンシフトする際の動作について説明する。図３は、シーケンシャルシフトを用いて走行している際に実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、シフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰがシーケンシャルシフトにあるときに所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ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，シフトポジションセンサ８２からシフトポジションＳＰ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，バッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊，エアコン４６が消費している電力としての補機電力Ｐａなどの制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１により検出されたバッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定することができる。図４に電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図５にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。充放電要求パワーＰｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）などに基づいてバッテリＥＣＵ５２によりバッテリ５０を充放電すべき電力として設定されるものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。補機電力Ｐａは、インバータ４５に取り付けられた図示しない電力センサにより検出されたものを入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪３９ａ，３９ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊とエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図６に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めることができる。

要求パワーＰｅ＊を設定すると、設定した要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとを設定する（ステップＳ１２０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーＰｅ＊とに基づいて仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと目標トルクＴｅｔｍｐとを設定する。エンジン２２の動作ラインの一例と仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとを設定する様子を図７に示す。図示するように、仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐは、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅｔｍｐ×Ｔｅｔｍｐ）が一定の曲線との交点により求めることができる。

仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと仮目標トルクＴｅｔｍｐとを設定すると、車速ＶとシフトポジションＳＰとに基づいてエンジン２２の下限回転数Ｎｅｍｉｎを設定し（ステップＳ１３０）、設定した下限回転数Ｎｅｍｉｎと仮目標回転数Ｎｅｔｍｐとのうち大きい方をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に設定する（ステップＳ１４０）。ここで、下限回転数Ｎｅｍｉｎは、実施例では、車速ＶとシフトポジションＳＰと下限回転数Ｎｅｍｉｎとの関係を予め求めて下限回転数設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、車速ＶとシフトポジションＳＰとが与えられると記憶しているマップから対応する下限回転数Ｎｅｍｉｎを導出することにより設定するものとした。下限回転数設定用マップの一例を図８に示す。

目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、ステップＳ１１０で設定した要求パワーＰｅ＊と所定パワーＰｒｅｆとを比較し、要求パワーＰｅ＊が所定パワーＰｒｅｆ以上のときには要求パワーＰｅ＊を目標回転数Ｎｅ＊で除したものをエンジン２２の目標トルクＴｅ＊に設定し、要求パワーＰｅ＊が所定パワーＰｒｅｆ未満のときにはエンジンＥＣＵ２４に燃料カット指令を送信する（ステップＳ１５０）。ここで、所定パワーＰｒｅｆは、エンジン２２を効率よく運転できる領域の下限として設定されるものであり、エンジン２２やモータＭＧ２に基づいて定められる。

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（ｋ・Ｖ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１６０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図９に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を変速機６０のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（１）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで運転したときにエンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに直接伝達されるトルク（以下、これを直達トルクＴｅｒという）と、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊が変速機６０を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。また、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。いま、シーケンシャルシフトを用いて走行しているときにアクセルペダル８３がオフされた場合を考えると、充放電要求パワーＰｂ＊にもよるが要求パワーＰｅ＊としては比較的小さな値が設定されるため要求パワーＰｅ＊が所定パワーＰｒｅｆ未満となってエンジン２２は燃料カットされると共にモータＭＧ１は下限回転数Ｎｅｍｉｎを下限とした目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２がモータリングされるよう制御されることになる。この場合、リングギヤ軸３２ａには、モータＭＧ１から出力するトルクＴｍ１＊を動力分配統合機構３０のギヤ比ρで割った大きさの制動トルク（−Ｔｍ１＊／ρ）がエンジンブレーキとして出力される。この状態の動力分配統合機構３０の共線図の一例を図１０に示す。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-k・V/ρ (1)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)

こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（３）および式（４）により計算すると共に（ステップＳ１７０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（５）により計算し（ステップＳ１８０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１９０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式（５）は、前述した図９の共線図から容易に導き出すことができる。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (5)

こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、変速機６０の変速段を変更するよう変速要求がなされているか否かを判定する（ステップＳ２００）。ここで、変速要求は、実施例では、車速Ｖや要求トルクＴｒ＊に基づいて所定のタイミングで行なうものとした。変速要求がなされていないと判定されると、後述するフラグＦ１，Ｆ２，Ｆ３を値０にリセットすると共に（ステップＳ２１０）、ブレーキ８９ａ，８９ｂから出力すべきブレーキトルクＴｂ＊に値０を設定し（ステップＳ２２０）、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信すると共にブレーキトルクＴｂ＊でブレーキ８９ａ，８９ｂを駆動制御して（ステップＳ２６０）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

一方、変速要求がなされていると判定されると、図１１に例示する変速処理ルーチンを実行する（ステップＳ２３０）。以下、図３の駆動制御ルーチンの説明を中断して図１１の変速処理ルーチンについて説明する。変速処理ルーチンでは、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、変速要求がダウンシフトの変速要求であるか否かを判定する（ステップＳ３００）。ダウンシフトの変速要求でないと判定されると、即ち、アップシフトの変速要求と判定されると、変速中であるか否かを判定し（ステップＳ４３０）、変速中ではないと判定されたときにはアップシフト制御を開始し（ステップＳ４４０）、変速中であると判定されたときにはそのまま変速処理ルーチンを終了する。なお、アップシフト制御は、ブレーキＢ１がオフでブレーキＢ２がオンのＬｏギヤの状態からブレーキＢ１がオンでブレーキＢ２がオフのＨｉギヤの状態に変更する処理であり、その詳細は本発明の中核をなさないから省略する。

一方、ダウンシフトの変速要求と判定されると、フラグＦ１の値を調べ（ステップＳ３１０）、フラグＦ１が値０と判定されると、フラグＦ１に値１を設定し（ステップＳ３２０）、駆動制御ルーチンのステップＳ１６０で設定したトルク指令Ｔｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とを乗じてモータＭＧ１のモータ消費電力Ｐｍ１を計算すると共に計算したモータ消費電力Ｐｍ１と補機電力Ｐａとをバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔから減じることによりモータＭＧ２が消費してもよい電力としてのモータ消費可能電力Ｐｍ２＊を計算し（ステップＳ３３０）、計算したモータ消費可能電力Ｐｍ２＊と閾値αとを比較する（ステップＳ３４０）。ここで、閾値αは、モータＭＧ２とリングギヤ軸３２ａとを切り離した状態でモータＭＧ２から正のトルクを出力することによりモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を変速後の回転数に同期させてダウンシフトするのに必要な電力として設定されるものであり、モータＭＧ２や変速機６０の仕様に基づいて定められる。モータ消費可能電力Ｐｍ２＊が閾値α以上と判定されたときには、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期を伴ってダウンシフトするのに必要な電力を確保することができると判断して、フラグＦ２に値１を設定すると共にフラグＦ３に値０を設定する（ステップＳ３５０）。ここで、フラグＦ２は、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期を伴ったダウンシフトの許否を判定するフラグであり、フラグＦ３は、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期を伴ってダウンシフトするに先だってモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている状態からモータＭＧ１を停止してエンジン２２を自立運転する状態に移行すべきか否かを判定するフラグである。一方、モータ消費可能電力Ｐｍ２＊が閾値α未満と判定されたときには、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングされている最中であるか否かを判定すると共に（ステップＳ３６０）、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔから補機電力Ｐａを減じた電力（Ｗｏｕｔ−Ｐａ）と閾値αとを比較する（ステップＳ３７０）。モータＭＧ１によりエンジン２２がモータリングされている最中であり且つ出力制限Ｗｏｕｔから補機電力Ｐａを減じた電力（Ｗｏｕｔ−Ｐａ）が閾値α以上と判定されたときには、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている状態のままではバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期を伴ってダウンシフトするのに必要な電力を確保することができないが、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを停止させれば出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期を伴ってダウンシフトするのに必要な電力を確保することができると判断して、フラグＦ２に値１を設定すると共にフラグＦ３に値１を設定し（ステップＳ３８０）、駆動制御ルーチンのステップＳ１４０で設定した目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２が自立運転するようエンジンＥＣＵ２４に自立運転指令を送信し（ステップＳ３９０）、ステップＳ１６０で設定したトルク指令Ｔｍ１＊を値０に修正すると共に（ステップＳ４００）、要求トルクＴｒ＊を変速機６０のギヤ比Ｇｒで除したものにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を修正する（ステップＳ４１０）。即ち、基本的に要求トルクＴｒ＊を維持したままモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている状態からモータＭＧ１を停止してエンジン２２を自立運転する状態に移行するのである。エンジン２２をモータリングしている最中にないと判定されたり出力制限Ｗｏｕｔから補機電力Ｐａを減じた電力（Ｗｏｕｔ−Ｐａ）が閾値α未満と判定されたときには、モータＭＧ１を停止してエンジン２２を自立運転する状態に移行しても出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期を伴ってダウンシフトするのに必要な電力を確保することができないと判断して、フラグＦ２に値０を設定すると共にフラグＦ３に値０を設定する（ステップＳ４２０）。

こうしてフラグＦ２，Ｆ３を設定すると、変速中であるか否かを判定し（ステップＳ４３０）、変速中でないと判定されたときにはダウンシフト制御を開始して（ステップＳ４４０）、変速処理ルーチンを終了する。ここで、ダウンシフト制御は、ブレーキＢ１がオンでブレーキＢ２がオフのＨｉギヤの状態からブレーキＢ１がオフでブレーキＢ２がオンのＬｏギヤの状態に変更する処理であり、その詳細は後述する。ダウンシフト制御が開始された後はその処理が終了するまでステップＳ３１０でフラグＦ１が値１と判定されるから、フラグＦ２とフラグＦ３の値を調べ（ステップＳ４５０，Ｓ４６０）、フラグＦ２が値０と判定されたりフラグＦ３が値０と判定されたときにはそのまま変速処理ルーチンを終了し、フラグＦ２とフラグＦ３が共に値１と判定されたときにはステップＳ３９０に進んでステップＳ３９０〜Ｓ４１０，Ｓ４３０の処理を実行することによりエンジン２２の自立運転を維持して変速処理ルーチンを終了する。

図３の駆動制御ルーチンに戻って、こうして変速処理ルーチンを実行すると、要求トルクＴｒ＊が負のトルクか否かを判定し（ステップＳ２４０）、要求トルクＴｒ＊が負のトルクでないと判定すなわち値０以上と判定されたときには、ブレーキトルクＴｂ＊に値０を設定し（ステップＳ２２０）、要求トルクＴｒ＊が負のトルクと判定されたときには、要求トルクＴｒ＊に見合う制動トルクがブレーキ８９ａ，８９ｂから出力されるよう次式（６）によりブレーキ８９ａ，８９ｂから出力すべきブレーキトルクＴｂ＊を設定すると共にモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を値０に修正し（ステップＳ２５０）、各設定値をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信すると共にブレーキトルクＴｂ＊でブレーキ８９ａ，８９ｂを制御して（ステップＳ２６０）、駆動制御ルーチンを終了する。ここで、式（６）中、「Ｇｂ」はリングギヤ軸３２ａに作用する制動トルクを駆動輪３９ａ，３９ｂに作用する制動トルクに換算するための換算係数（ギヤ比）である。式（６）に示すように、ブレーキトルクＴｂ＊は、モータＭＧ２から出力すべき制動トルクをブレーキ８９ａ，８９ｂから出力する制動トルクに置き換えられるように設定される。モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている状態からモータＭＧ１を停止してエンジン２２を自立運転する状態に移行するときには、エンジン２２のモータリングを伴ってリングギヤ軸３２ａ側に出力される直達トルクＴｅｒ（制動トルク）がなくなるから、その不足分の制動トルクもブレーキ８９ａ，８９ｂからの制動トルクに置き換えられることになる。

Tb*=Gb*・(Tr*+Tm1*/ρ) (6)

次に、変速処理ルーチンのステップＳ４４０で実行されるダウンシフト制御について説明する。図１２は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるダウンシフト制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。ダウンシフト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、ダウンシフトのための準備が完了したか否かを判定する処理を行なう（ステップＳ５００）。この処理は、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている状態からモータＭＧ１を停止してエンジン２２を自立運転する状態に移行する際にはその移行に要する時間が経過したか否かを判定する処理となり、モータＭＧ２から出力すべき制動トルクをブレーキ８９ａ，８９ｂから出力する制動トルクに置き換える際にはその置き換えに要する時間が経過したか否かを判定する処理となる。ダウンシフトのための準備が完了したと判定されると、次に、フラグＦ２の値を調べる（ステップＳ５１０）。フラグＦ２が値１と判定されると、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期を伴ってのダウンシフト制御が許可されているから、ブレーキＢ１をオフとして（ステップＳ５２０）、前述した駆動制御ルーチンや変速処理ルーチンで設定されたモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期を伴ってダウンシフトするのに必要最小限の正のトルクＴｍｉｎ２を下限値として修正する（ステップＳ５３０）。そして、車速ＶとモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とを入力し（ステップＳ５４０）、入力した車速Ｖに換算係数ｋを乗じてリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを計算すると共に（ステップＳ５５０）、計算したリングギヤ軸３２ａの回転数ＮｒにＬｏギヤのギヤ比Ｇｌｏを乗じてダウンシフト後のモータＭＧ２の回転数としての変速後回転数Ｎｍ２＊を計算し（ステップＳ５６０）、モータＭＧ２の現在の回転数Ｎｍ２が変速後回転数Ｎｍ２＊の近傍に至るまでステップＳ５３０に戻ってステップＳ５３０〜Ｓ５６０の処理を繰り返し実行する（ステップＳ５７０）。モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が変速後回転数Ｎｍ２＊の近傍に至ると、ブレーキＢ２をオンとして（ステップＳ６４０）、ダウンシフト制御ルーチンを終了する。 図１３に、ダウンシフトする際の変速機６０の共線図の一例を示す。図中、Ｓ１軸はダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａのサンギヤ６１の回転数を示し、Ｒ１，Ｒ２軸はダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａおよびシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂのリングギヤ６２，６６の回転数を示し、Ｃ１，Ｃ２軸はリングギヤ軸３２ａの回転数であるダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａおよびシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂのキャリア６４，６８の回転数を示し、Ｓ２軸はモータＭＧ２の回転数であるシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂのサンギヤ６５の回転数を示す。また、図中、実線はＨｉギヤの状態の共線図であり、破線はＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態へダウンシフトする際の共線の時間変化を示す。図示するように、Ｈｉギヤの状態では、ブレーキＢ１がオンでブレーキＢ２がオフとされている。この状態からブレーキＢ１をオフすると、モータＭＧ２はリングギヤ軸３２ａから切り離された状態となる。ここで、モータＭＧ２から正のトルク（前述した正のトルクＴｍｉｎ２以上のトルク）を出力すると、そのトルクによりモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２は増加する。そして、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２がＬｏギヤに対応する変速後回転数Ｎｍ２＊近傍になったときにブレーキＢ２をオンすると、Ｌｏギヤの状態でモータＭＧ２とリングギヤ軸３２ａとが接続される。

一方、フラグＦ２が値０と判定されると、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期を伴ってのダウンシフト制御は許可されていないから、ブレーキＢ１をオフとすると共に（ステップＳ５８０）、ブレーキＢ２をフリクション係合し（ステップＳ５９０），車速ＶとモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とを入力し（ステップＳ６００）、入力した車速Ｖに換算係数ｋを乗じてリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを計算すると共に（ステップＳ６１０）、計算したリングギヤ軸３２ａの回転数ＮｒにＬｏギヤのギヤ比Ｇｌｏを乗じてダウンシフト後のモータＭＧ２の回転数としての変速後回転数Ｎｍ２＊を計算し（ステップＳ６２０）、モータＭＧ２の現在の回転数Ｎｍ２が変速後回転数Ｎｍ２＊の近傍に至るのを待って（ステップＳ６３０）、ブレーキＢ２をオンとして（ステップＳ６４０）、ダウンシフト制御ルーチンを終了する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている最中に変速機６０をダウンシフトする変速要求がなされたとき、バッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔからモータＭＧ１の消費電力Ｐｍ１とエアコン４６の消費電力Ｐａとを減じてモータＭＧ２で消費してもよい電力としてのモータ消費可能電力Ｐｍ２＊（Ｗｏｕｔ−Ｐｍ１−Ｐａ）を計算し、計算したモータ消費可能電力Ｐｍ２＊が閾値α以上のときには、エンジン２２をモータリングしている状態でモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期を伴ってダウンシフトされるようモータＭＧ２と変速機６０とを制御し、モータ消費可能電力Ｐｍ２＊が閾値α未満のときには、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている状態からモータＭＧ１を停止してエンジン２２を自立運転する状態に移行すると共にエンジン２２が自立運転している状態でモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期を伴ってダウンシフトされるようモータＭＧ２と変速機６０とを制御するから、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている最中に変速機６０のダウンシフトする変速要求がなされたときであってもモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の同期に必要な電力をより確実に確保してダウンシフトすることができる。この結果、変速機６０のダウンシフトをスムーズに行なうことができる。しかも、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている状態からモータＭＧ１を停止してエンジン２２を自立運転する状態に移行する場合にはエンジン２２のモータリングに伴ってリングギヤ軸３２ａに出力される制動トルクをブレーキ８９ａ，８９ｂから出力する制動トルクに置き換えるから、この場合でもリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊に見合ったトルクを出力することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔからモータＭＧ１の消費電力Ｐｍ１と補機電力Ｐａとを減じることによりモータＭＧ２で消費してもよい電力としてのモータ消費可能電力Ｐｍ２＊を計算するものとしたが、補機電力Ｐａを考慮することなく単にバッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔからモータＭＧ１の消費電力Ｐｍ１を減じることによりモータ消費可能電力Ｐｍ２＊を計算するものとしてもよい。この場合、変速処理ルーチンのステップＳ３７０では単にバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと閾値αとを比較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、シーケンシャルシフトを用いて走行しているときにおけるモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている最中にダウンシフトの変速要求がなされたときの処理として説明したが、シーケンシャルシフトを用いて走行しているときに限られず、電力の消費を伴ってモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている最中にダウンシフトの変速要求がなされる如何なる場合に適用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、変速機６０の変速要求がなされているとき、要求トルクＴｒ＊が負のトルクのときには要求トルクＴｒ＊に見合う制動トルクが出力されるようブレーキ８９ａ，８９ｂを制御するものとしたが、要求トルクＴｒ＊に見合う制動トルクとは若干異なる制動トルクを出力するものとしてもよいし、ブレーキ８９ａ，８９ｂから制動トルクを出力しないものとしても差し支えない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、Ｈｉ，Ｌｏの２段の変速段をもって変速可能な変速機６０を用いるものとしたが、変速機６０の変速段は２段に限られるものではなく、３段以上の変速段としてもよい。また、変速機６０として有段変速機を用いたが、無段変速機を用いるものとしても差し支えない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１４の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１４における車輪３９ｃ，３９ｄに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１５の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪３９ａ，３９ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

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。

本発明は、自動車産業に利用可能である。

本発明の一実施形態としての動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 変速機６０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。 バッテリ５０における電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。 バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の動作ラインの一例と仮目標回転数Ｎｅｔｍｐおよび仮目標トルクＴｅｔｍｐを設定する様子を示す説明図である。 下限回転数設定用マップの一例を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしているときの動力分配統合機構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により実行される変速処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるダウンシフト制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ダウンシフトする際の変速機６０の共線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、３９ｃ，３９ｄ 車輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、４５ インバータ、４６ エアコンディショナ（エアコン）、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ 変速機、６０ａ ダブルピニオンの遊星歯車機構、６０ｂ シングルピニオンの遊星歯車機構、６１ サンギヤ、６２ リングギヤ、６３ａ 第１ピニオンギヤ、６３ｂ 第２ピニオンギヤ、６４ キャリア、６５ サンギヤ、６６ リングギヤ、６７ ピニオンギヤ、６８ キャリア、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、８９ａ，８９ｂ ブレーキ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｂ１，Ｂ２ ブレーキ。

Claims (12)

1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
   内燃機関と、
   該内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、
   動力を入出力可能な電動機と、
   変更可能な変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、
   前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力をやり取りする蓄電手段と、
   電力の消費を伴って前記電力動力入出力手段により前記内燃機関を目標回転数でモータリングしている最中に前記変速伝達手段における変速比を前記電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、前記内燃機関のモータリングを停止すると共に該内燃機関が前記目標回転数で自立運転するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御し、該内燃機関を自立運転させた後に前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該変速伝達手段と前記電動機とを制御する制御手段と
   を備える動力出力装置。
2. 前記制御手段は、電力の消費を伴って前記電力動力入出力手段により前記内燃機関を前記目標回転数でモータリングしている最中に前記変速伝達手段における変速比を前記電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、前記蓄電手段の出力制限の範囲内で前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速比の変更ができるときには前記内燃機関をモータリングをしている状態で前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速伝達手段とを制御し、前記蓄電手段の出力制限の範囲内で前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速比の変更ができないときには前記内燃機関のモータリングを停止すると共に該内燃機関が前記目標回転数で自立運転するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御し該内燃機関を自立運転させた後に前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該変速伝達手段と前記電動機とを制御し前記変速伝達手段の変速比の変更が終了した後に前記内燃機関の自立運転を停止すると共に前記電力動力入出力手段により前記内燃機関がモータリングされるよう該内燃機関と該電力動力入出力手段とを制御する手段である請求項１記載の動力出力装置。
3. 請求項２記載の動力出力装置であって、
   前記変速伝達手段は、係合力を調整可能なクラッチの係合状態を変更することにより変速比の変更が可能な手段であり、
   前記制御手段は、前記内燃機関のモータリングを停止しても前記蓄電手段の出力制限の範囲内で前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速比の変更ができないときには、前記クラッチの半係合による係合力の調整を伴って変速比が変更されるよう前記変速伝達手段を制御する手段である
   動力出力装置。
4. 請求項２または３記載の動力出力装置であって、
   前記蓄電手段からの電力により作動する補機を備え、
   前記制御手段は、前記内燃機関をモータリングするのに必要な前記電力動力入出力手段の消費電力と前記補機の消費電力とに基づいて前記蓄電手段の出力制限の範囲内で前記電動機の回転数の同期に必要な電力を前記蓄電手段から出力できるか否かを判定して制御する手段である
   動力出力装置。
5. 前記制御手段は、操作者のシフト操作を伴って前記内燃機関がモータリングされるよう前記電力動力入出力手段を制御する手段である請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置。
6. 前記蓄電手段の状態に基づいて前記蓄電手段の出力制限を設定する出力制限設定手段を備える請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置。
7. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段である請求項１ないし６いずれか記載の動力出力装置。
8. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、該第１の回転子と該第２の回転子との相対的な回転により回転する対回転子電動機である請求項１ないし６いずれか記載の動力出力装置。
9. 請求項１ないし８いずれか記載の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなる自動車。
10. 請求項９記載の自動車であって、
    前記車軸に直接または間接に制動力を付与する制動力付与手段を備え、
    前記制御手段は、前記電力動力入出力手段を停止すると共に該内燃機関が前記目標回転数で自立運転するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御する際には、前記内燃機関のモータリングに伴って前記駆動軸に出力される制動力の少なくとも一部が前記制動力付与手段により付与される制動力に置き換えられるよう該制動力付与手段を制御する手段である
    自動車。
11. 内燃機関と充放電可能な蓄電手段とを備える車両に搭載され、前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸とに接続された駆動装置であって、
    前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、前記蓄電手段と電力をやりとり可能で、電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、
    前記蓄電手段と電力をやりとり可能で、動力を入出力可能な電動機と、
    変更可能な変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、
    電力の消費を伴って前記電力動力入出力手段により前記内燃機関を目標回転数でモータリングしている最中に前記変速伝達手段における変速比を前記電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、前記内燃機関のモータリングを停止すると共に該内燃機関が前記目標回転数で自立運転するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御し、該内燃機関を自立運転させた後に前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該変速伝達手段と前記電動機とを制御する制御手段と
    を備える駆動装置。
12. 内燃機関と、該内燃機関の出力軸と駆動軸とに接続され電力と動力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、変更可能な変速比をもって前記電動機の回転軸と前記駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力をやり取りする蓄電手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
    電力の消費を伴って前記電力動力入出力手段により前記内燃機関を目標回転数でモータリングしている最中に前記変速伝達手段における変速比を前記電動機の回転数を大きくする方向に変更する指示がなされたとき、前記内燃機関のモータリングを停止すると共に該内燃機関が前記目標回転数で自立運転するよう該内燃機関と前記電力動力入出力手段とを制御し、該内燃機関を自立運転させた後に前記電動機の回転数の同期を伴って前記変速伝達手段の変速比が変更されるよう該変速伝達手段と前記電動機とを制御することを特徴とする動力出力装置の制御方法。

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