JP4512075B2 - 動力出力装置およびその制御方法並びに車両 - Google Patents

動力出力装置およびその制御方法並びに車両 Download PDF

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Description

本発明は、動力出力装置およびその制御方法並びに車両に関する。
従来、この種の動力出力装置としては、駆動軸に動力を出力可能でインバータを介して直流電源と電力のやりとりが可能なモータを備える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、インバータの動作状態に基づいてモータの駆動制限を設定することにより、インバータ等の動作状態を考慮した制御を行なうことができる。
特開２００５−８６９１９号公報
一般的に、上述の動力出力装置では、モータの温度上昇を抑制するためにモータの温度に基づいてモータの駆動を制限する制御が行なわれている。また、モータが、動力出力装置に含まれる変速機などの機械部分を潤滑する潤滑オイルと熱交換するよう配置された動力出力装置が提案されている。このような動力出力装置では、モータの温度のみに基づいてモータの駆動を制限を設定してもモータを適正に駆動できないことがある。
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、より適正に電動機を駆動することを目的とする。
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、上述の目的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、
該動力出力装置に含まれる一部の機械部分を潤滑する潤滑媒体の少なくとも一部と熱交換するよう配置され、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記電動機の温度を検出する電動機温度検出手段と、
前記潤滑媒体の温度を検出する媒体温度検出手段と、
前記検出された潤滑媒体の温度を考慮して前記検出された電動機の温度に基づいて前記電動機の駆動制限を設定する駆動制限設定手段と、
前記設定された駆動制限の範囲内で前記電動機が駆動するよう該電動機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、動力出力装置に含まれる少なくとも一部の機械部分を潤滑する潤滑媒体の温度を考慮した電動機の温度に基づく駆動制限の範囲内で電動機が駆動するよう電動機を制御する。潤滑媒体の温度も考慮するから、潤滑媒体の温度を考慮しないものに比してより適正に電動機を駆動することができる。
こうした本発明の動力出力装置において、前記駆動制限設定手段は、前記潤滑媒体の温度が高いほど前記電動機の駆動を大きく制限する傾向で前記駆動制限を設定する手段であるものとすることもできる。この場合において、前記駆動制限設定手段は、前記潤滑媒体の温度に対して緩変化処理を用いて前記駆動制限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、潤滑媒体の温度が急変して電動機の駆動制限が急変することを抑制することができる。
また、本発明の動力出力装置において、前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され、前記電動機からの動力を変速して前記駆動軸に伝達する変速伝達手段を備え、前記潤滑媒体は、前記変速伝達手段に含まれる機械部分を潤滑する媒体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、前記駆動軸に動力を出力する内燃機関と、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、前記潤滑媒体は、前記３軸式動力入出力手段に含まれる機械部分を潤滑する媒体であるものとすることもできる。
本発明の車両は、上述したいずれかの態様の本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、該動力出力装置に含まれる一部の機械部分を潤滑する潤滑媒体の少なくとも一部と熱交換するよう配置され、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記電動機の温度を検出する電動機温度検出手段と、前記潤滑媒体の温度を検出する媒体温度検出手段と、前記検出された潤滑媒体の温度を考慮して前記検出された電動機の温度に基づいて前記電動機の駆動制限を設定する駆動制限設定手段と、前記設定された駆動制限の範囲内で前記電動機が駆動するよう該電動機を制御する制御手段と、を備える動力出力装置を搭載し、前記駆動軸が車軸に接続されてなることを要旨とする。
こうした本発明の車両では、上述したいずれかの態様の本発明の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置の奏する効果、例えば、より適正に電動機を駆動することができる効果などと同様の効果を奏することができる。
本発明の動力出力装置の制御方法は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、該動力出力装置に含まれる少なくとも一部の機械部分を潤滑する潤滑媒体の少なくとも一部と熱交換するよう配置され前記駆動軸に動力を出力可能な電動機を備える動力出力装置の制御方法であって、
前記潤滑媒体の温度を考慮した前記電動機の温度に基づく駆動制限の範囲内で前記電動機が駆動するよう該電動機を制御する
ことを要旨とする。
こうした本発明の動力出力装置の制御方法では、動力出力装置に含まれる少なくとも一部の機械部分を潤滑する潤滑媒体の温度を考慮した電動機の温度に基づく駆動制限の範囲内で電動機が駆動するよう電動機を制御する。潤滑媒体の温度も考慮するから、潤滑媒体の温度を考慮しないものに比してより適正に電動機を駆動することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、変速機６０を介して動力分配統合機構３０に接続されたモータＭＧ２と、動力分配統合機構３０や変速機６０に含まれる機械部分やモータＭＧ１，ＭＧ２を潤滑したり冷却する潤滑冷却オイルを供給する機械式オイルポンプ５５や電動オイルポンプ５６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。なお、図中太線矢印は、機械式オイルポンプ５５や電動オイルポンプ５６により供給される潤滑冷却オイルの流れを示す。
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からの動力を統合してリングギヤ３２に出力する。リングギヤ３２は、ギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して車両前輪の駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続されている。したがって、リングギヤ３２に出力された動力は、ギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに出力されることになる。なお、駆動系として見たときの動力分配統合機構３０に接続される３軸は、キャリア３４に接続されたエンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６，サンギヤ３１に接続されモータＭＧ１の回転軸となるサンギヤ軸３１ａおよびリングギヤ３２に接続されると共に駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとなる。
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、動力分配統合機構３０などに供給される潤滑冷却オイルの一部と熱交換するよう配置されており、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。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，モータＭＧ１，ＭＧ２の巻線コイルの温度を検出する温度センサ４５，４６からのコイル温度Ｔｃｏｉｌ１，Ｔｃｏｉｌ２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に伝達するよう構成されている。変速機６０の構成の一例を図２に示す。この図２に示す変速機６０は、ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂと二つのブレーキＢ１，Ｂ２とにより構成されている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａは、外歯歯車のサンギヤ６１と、このサンギヤ６１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６２と、サンギヤ６１に噛合する複数の第１ピニオンギヤ６３ａと、この第１ピニオンギヤ６３ａに噛合すると共にリングギヤ６２に噛合する複数の第２ピニオンギヤ６３ｂと、複数の第１ピニオンギヤ６３ａおよび複数の第２ピニオンギヤ６３ｂを連結して自転かつ公転自在に保持するキャリア６４とを備えており、サンギヤ６１はブレーキＢ１のオンオフによりその回転を自由にまたは停止できるようになっている。シングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂは、外歯歯車のサンギヤ６５と、このサンギヤ６５と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６６と、サンギヤ６５に噛合すると共にリングギヤ６６に噛合する複数のピニオンギヤ６７と、複数のピニオンギヤ６７を自転かつ公転自在に保持するキャリア６８とを備えており、サンギヤ６５はモータＭＧ２の回転軸４８に、キャリア６８はリングギヤ軸３２ａにそれぞれ連結されていると共にリングギヤ６６はブレーキＢ２のオンオフによりその回転が自由にまたは停止できるようになっている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂとは、リングギヤ６２とリングギヤ６６、キャリア６４とキャリア６８とによりそれぞれ連結されている。変速機６０は、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオフとすることによりモータＭＧ２の回転軸４８をリングギヤ軸３２ａから切り離すことができ、ブレーキＢ１をオフとすると共にブレーキＢ２をオンとしてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的大きな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達し（以下、この状態をＬｏギヤの状態という）、ブレーキＢ１をオンとすると共にブレーキＢ２をオフ状態としてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的小さな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達する（以下、この状態をＨｉギヤの状態という）。なお、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオンとする状態は回転軸４８やリングギヤ軸３２ａの回転を禁止するものとなる。
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。
機械式オイルポンプ５５は、その回転軸がクランクシャフト２６に連結されており、キャリア３４の回転により駆動されたオイルパン５７に貯められた潤滑冷却オイルを動力分配統合機構３０などに供給する。電動オイルポンプ５６は、図示しない補機バッテリのからの電力により駆動され、同じくオイルパン５７に貯められた潤滑冷却オイルを動力分配統合機構３０などに供給する。なお、電動オイルポンプ５６は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により駆動制御されている。
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の踏み込み量に対応したアクセル開度Ａｄｒｖを検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｄｒｖ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖ，オイルパン５７に取り付けられた温度センサ５７ａからのオイル温度Ｔｏｉｌなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、変速機６０のブレーキＢ１，Ｂ２の図示しないアクチュエータへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
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、特にモータＭＧ２の駆動を制限する際の動作について説明する。図３は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、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，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，充放電要求電力Ｐｂ＊，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，変速機６０のギヤ比Ｇｒ，モータＭＧ１，ＭＧ２の巻線コイルのコイル温度Ｔｃｏｉｌ１，Ｔｃｏｉｌ２，温度センサ５７ａからの潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、充放電要求電力Ｐｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）などに基づいてバッテリＥＣＵ５２によりバッテリ５０を充放電すべき電力として設定されるものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。さらに、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の温度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。そして、変速機６０のギヤ比Ｇｒは、図示しない変速処理ルーチンにより変速されたときに設定されてＲＡＭ７６の所定領域に書き込まれたものを読み込むことにより入力するものとした。また、モータＭＧ１，ＭＧ２の巻線コイルのコイル温度Ｔｃｏｉｌ１，Ｔｃｏｉｌ２は、温度センサ４５，４６により検出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。
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＊と車両に要求される要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図４に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものと充放電要求電力Ｐｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を変速機６０のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めることができる。
設定した要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１２０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーＰｅ＊とに基づいて行なわれる。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５に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。
次に、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１の仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐを計算する（ステップＳ１３０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図６に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２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軸上の二つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が減速ギヤ３５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。
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1tmp=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
続いて、モータＭＧ１の負荷率Ｒ１を設定する（ステップＳ１４０）と共に設定した負荷率Ｒ１に仮モータトルクＴｍ１ｔｍｐを乗じたトルクをモータトルク指令Ｔｍ１＊として設定する（ステップＳ１５０）。負荷率Ｒ１の設定は、実施例では、モータＭＧ１のコイル温度Ｔｃｏｉｌ１と負荷率Ｒ１との関係を予め定めてモータＭＧ１負荷率設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、コイル温度Ｔｃｏｉｌ１が与えられると記憶したマップから対応する負荷率Ｒ１を設定するものとした。図７にモータＭＧ１負荷率設定用マップの一例を示す。ここで、モータＭＧ１の負荷率Ｒ１は、図示するように、コイル温度Ｔｃｏｉｌ１が所定温度Ｔ１（例えば、１４５℃）以下であるときには１００％に設定され、コイル温度Ｔｃｏｉｌが所定温度Ｔ１を超えるとコイル温度Ｔｃｏｉｌの上昇に従って１００％から減少して所定温度Ｔ２（例えば、１５０℃）で０％になるよう設定される。このように負荷率Ｒ１を設定することにより、コイル温度Ｔｃｏｉｌ１が所定温度Ｔ１を超えると負荷率Ｒ１に応じてモータＭＧ１の駆動を制限することができ、モータＭＧ１の発熱を抑制することができる。
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Ｓ１６０）、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）により計算して設定する（ステップＳ１７０）。なお、式（５）は、前述した図６の共線図から容易に導き出すことができる。
Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (5)
続いて、前回の実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊からステップＳ１００の処理で入力されたオイル温度Ｔｏｉｌに向けて緩変化するよう緩変化処理によって実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊を設定する（ステップＳ１８０）。ここで、緩変化処理としては、レート処理やなまし処理などを用いることができる。緩変化処理によって実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊を設定することにより、実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊の急変を抑制することができる。
こうして実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊を設定すると、実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊とモータＭＧ２のコイル温度Ｔｃｏｉｌ２とを用いてモータＭＧ２の負荷率Ｒ２を設定する（ステップＳ１９０）。負荷率Ｒ２の設定は、実施例では、コイル温度Ｔｃｏｉｌ２と実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊と負荷率Ｒ２との関係を予め定めてモータＭＧ２負荷率設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、コイル温度Ｔｃｏｉｌ２と実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊とが与えられると記憶したマップから対応する負荷率Ｒ２を設定するものとした。図８にモータＭＧ２負荷率設定用マップの一例を示す。実線は実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊が温度Ｔ３（例えば、１３５℃）である場合の負荷率Ｒ２を示しており、破線は実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊が温度Ｔ３より高い温度Ｔ４（例えば、１４０℃）である場合の負荷率Ｒ２を示しており、一点鎖線は、実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊が温度Ｔ４より高い温度Ｔ５（例えば、１４５℃）である場合の負荷率Ｒ２を示している。ここで、モータＭＧ２の負荷率Ｒ２は、図示するように、コイル温度Ｔｃｏｉｌ２が所定温度Ｔ６（例えば、１４０℃）以下であるときには、実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊に拘わらず１００％に設定され、コイル温度Ｔｃｏｉｌ２が所定温度Ｔ６を超えると実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊の上昇に伴って１００％から減少して０％になるよう設定される。このように負荷率Ｒ２を設定することにより、コイル温度Ｔｃｏｉｌ２が所定温度Ｔ６以下であるときにはモータＭＧ２を駆動制限することなく駆動して、コイル温度Ｔｃｏｉｌ２が所定温度Ｔ６を超えると負荷率Ｒ２に応じてモータＭＧ２の駆動を制限することができ、モータＭＧ２の発熱を抑制することができる。また、負荷率Ｒ２は、コイル温度Ｔｃｏｉｌ２が所定温度Ｔ６を超えると実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊が高くなるほど大きく減少するよう設定される。このように設定されるのは、潤滑冷却オイルがモータＭＧ２と熱交換するため、潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌに基づく実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊が高くなるほどモータＭＧ２の駆動を大きく制限することにより、潤滑冷却オイルの温度上昇による劣化やオイル吹きを抑制することができるからである。さらに、潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌに緩変化処理を施した実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊を用いてモータＭＧ２の負荷率Ｒ２を設定するから、潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌの急変によりモータＭＧ２の負荷率Ｒ２が急変するのを回避することができる。
こうして負荷率Ｒ２を設定すると、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐに負荷率Ｒ２を乗じたトルク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ＳＳ２００）。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、負荷率Ｒ２で制限すると共にバッテリ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。
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ２１０）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このように、潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌを考慮してモータＭＧ２のコイル温度Ｔｃｏｉｌ２に基づいて設定されるモータＭＧ２の負荷率Ｒ２を用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、モータＭＧ２の発熱を抑制すると共に潤滑冷却オイルの温度上昇による劣化やオイル吹きを抑制することができる。したがって、潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌを考慮しないものに比してより適正にモータＭＧ２を駆動することができる。さらに、潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌに緩変化処理を施した実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊に基づくモータＭＧ２の負荷率Ｒ２を用いてモータトルク指令Ｔｍ２＊を設定するから、潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌの急変によりモータＭＧ２の駆動制限が急変するのを回避することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌを考慮してモータＭＧ２のコイル温度Ｔｃｏｉｌ２に基づいて設定されるモータＭＧ２の負荷率Ｒ２を用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、モータＭＧ２の発熱を抑制することができると共に潤滑冷却オイルの温度上昇による劣化やオイル吹きを抑制することができる。したがって、潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌを考慮しないものに比してより適正にモータＭＧ２を駆動することができる。また、潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌに緩変化処理を施した実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊を用いてモータＭＧ２の負荷率Ｒ２を設定するから、潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌの急変によりモータＭＧ２の負荷率Ｒ２が急変してモータＭＧ２の駆動制限が急変するのを回避することができる。
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、動力分配統合機構３０や変速機６０の機械部分を潤滑する潤滑オイルの少なくとも一部と熱交換するよう配置され、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに動力を出力可能なモータＭＧ２が「電動機」に相当し、モータＭＧ２のコイル温度を検出する温度センサ４５が「電動機温度検出手段」に相当し、潤滑冷却オイルのオイル温度を検出する温度センサ５７ａが「媒体温度検出手段」に相当し、検出された潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌを考慮して検出されたモータＭＧ２のコイル温度Ｔｃｏｉｌ２に基づいてモータＭＧ２の負荷率Ｒ２を設定する図３に例示した駆動制御ルーチンにおけるステップＳ１９０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「駆動制限設定手段」に相当し、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設定した仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐに負荷率Ｒ２を乗じたトルクに基づくトルクをモータトルク指令Ｔｍ２＊として設定する図３に例示した駆動制御ルーチンにおけるＳ２００の処理やトルク指令Ｔｍ２＊ｗｐモータＥＣＵ４０に送信するステップＳ２１０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「制御手段」に相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
実施例のハイブリッド自動車２０では、温度センサ５７ａにより検出された潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌに対して緩変化処理を用いて設定した実行用オイル温度Ｔｏｉｌ＊を用いてモータＭＧ２の負荷率Ｒ２を設定するものとしたが、モータＭＧ２の駆動の急変を許容するならば温度センサ５７ａにより検出された潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌをそのまま用いてモータＭＧ２の負荷率Ｒ２を設定するものとしてもよい。なお、実施例では、動力分配統合機構３０やモータＭＧ２などの潤滑や冷却に潤滑冷却オイルを用いるものとしたが、動力分配統合機構３０やモータＭＧ２の潤滑と冷却とが可能な媒体なら如何なるものを用いてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１については潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌを考慮した負荷率Ｒ１の設定を行なわないものとしたが、エンジン２２の回転数の変動を許容するならば、モータＭＧ１についても潤滑冷却オイルのオイル温度Ｔｏｉｌを考慮した負荷率Ｒ１の設定を行なうものとしてもよい。この場合、負荷率Ｒ１は、オイル温度Ｔｏｉｌが高くなるほど小さくなる傾向に設定することが望ましい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を変速機６０により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力を変速機６０により変速してリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図９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１０の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪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。
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２からの動力を変速機６０を介して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、変速機６０を備えておらず、モータＭＧ２からの動力を変速機６０を介さずに駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしてもよい。
実施例では、エンジン２２およびモータＭＧ２からの動力を車軸に出力して走行するハイブリッド自動車に適用するものとしたが、車軸に動力を出力可能なモータを搭載する車両であれば如何なる車両でも適用することができ、例えば、モータのみからの動力を車軸に出力して走行する電気自動車に適用するものとしてもよい。また、動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０として説明したが、エンジン２２や動力分配統合機構３０，モータＭＧ１，ＭＧ２，バッテリ５０，ハイブリッド用電子制御ユニット７０などを備える動力出力装置の形態としてもよいし、こうしたハイブリッド自動車２０の制御方法の形態や動力出力装置の制御方法の形態としても構わない。
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、動力出力装置や車両の製造業などに利用可能である。
本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 変速機６０の構成の一例を示す説明図である。 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。 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目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を示す説明図である。 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の一例を示す説明図である。 モータＭＧ１負荷率設定用マップの一例を示す説明図である。 モータＭＧ２負荷率設定用マップ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、３１ａ サンギヤ軸、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 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、４５，４６，５７ａ 温度センサ、４８ 回転軸、５０ バッテリ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、５５ 機械式オイルポンプ、５６ 電動オイルポンプ、５７ オイルパン、６０ 変速機、６０ａ ダブルピニオンの遊星歯車機構、６０ｂ シングルピニオンの遊星歯車機構、６１，６５ サンギヤ、６２，６６ リングギヤ、６３ａ 第１ピニオンギヤ、６３ｂ 第２ピニオンギヤ、６４，６８ キャリア、６７ ピニオンギヤ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (7)

  1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
    該動力出力装置に含まれる一部の機械部分を潤滑する潤滑媒体の少なくとも一部と熱交換するよう配置され、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
    前記電動機の温度を検出する電動機温度検出手段と、
    前記潤滑媒体の温度を検出する媒体温度検出手段と、
    前記検出された電動機の温度が予め定められた電動機用閾値温度以下であるときには前記検出された潤滑媒体の温度に拘わらず前記電動機から出力すべき目標トルクが制限されずに前記電動機から出力されるよう前記目標トルクに対する前記電動機から実際に出力してもよいトルクの割合である負荷率を設定し、前記検出された電動機の温度が前記電動機用閾値温度を超えているときには前記検出された電動機の温度が高いほど減少する傾向に且つ前記検出された潤滑媒体の温度が高いほど減少の程度が大きくなる傾向に前記負荷率を設定する負荷率設定手段と、
    前記目標トルクに前記負荷率を乗じたトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する制御手段と、
    を備える動力出力装置。
  2. 前記負荷率設定手段は、前記潤滑媒体の温度に対して緩変化処理を用いて前記負荷率を設定する手段である請求項１記載の動力出力装置。
  3. 請求項１または２いずれか記載の動力出力装置であって、
    前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され、前記電動機からの動力を変速して前記駆動軸に伝達する変速伝達手段を備え、
    前記潤滑媒体は、前記変速伝達手段に含まれる機械部分を潤滑する媒体である
    動力出力装置。
  4. 請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置であって、
    前記駆動軸に動力を出力する内燃機関と、
    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、
    前記潤滑媒体は、前記３軸式動力入出力手段に含まれる機械部分を潤滑する媒体である
    動力出力装置。
  5. 請求項４記載の動力出力装置であって、
    前記駆動軸に出力すべき要求トルクに基づいて前記駆動軸に要求される要求パワーを設定し、前記内燃機関を効率よく動作させる前記内燃機関の回転数とトルクとの関係である動作ライン上の回転数およびトルクであり且つ前記設定された要求パワーを前記内燃機関から出力する回転数およびトルクとして目標機関回転数および目標機関トルクを設定する機関目標値設定手段と、
    前記内燃機関を前記設定された目標機関回転数で回転させるために前記発電機から出力すべき目標発電機トルクを設定する発電機目標値設定手段と、
    前記発電機の温度が予め定められた発電機用閾値温度以下であるときには前記検出された潤滑媒体の温度に拘わらず前記設定された目標発電機トルクが制限されずに前記発電機から出力されるよう前記目標発電機トルクに対する前記発電機から実際に出力してもよいトルクの割合である発電機負荷率を設定し、前記発電機の温度が前記発電機用閾値温度を超えているときには前記検出された潤滑媒体の温度に拘わらず前記検出された発電機の温度が高いほど減少する傾向に前記発電機負荷率を設定する発電機負荷率設定手段と、
    を備え、
    前記発電機は、前記潤滑媒体の一部と熱交換するよう配置されてなり、
    前記電動機から出力すべき目標トルクは、前記駆動軸に前記要求トルクを出力するために前記電動機から出力すべきトルクであり、
    前記制御手段は、前記設定された目標機関回転数および前記設定された目標機関トルクとによって示された運転ポイントで前記内燃機関を運転しながら前記目標発電機トルクに前記設定された発電機負荷率を乗じたトルクが前記発電機から出力されると共に前記目標トルクに前記設定された負荷率を乗じたトルクが前記電動機から出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御する手段である、
    動力出力装置。
  6. 請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置を搭載し、前記駆動軸が車軸に接続されてなる車両。
  7. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、該動力出力装置に含まれる少なくとも一部の機械部分を潤滑する潤滑媒体の少なくとも一部と熱交換するよう配置され前記駆動軸に動力を出力可能な電動機を備える動力出力装置の制御方法であって、
    前記電動機の温度が予め定められた電動機用閾値温度以下であるときには前記潤滑媒体の温度に拘わらず前記電動機から出力すべき目標トルクが制限されずに前記電動機から出力されるよう前記目標トルクに対する前記電動機から実際に出力してもよいトルクの割合である負荷率を設定し、前記電動機の温度が前記電動機用閾値温度を超えているときには前記電動機の温度が高いほど減少する傾向に且つ前記検出された潤滑媒体の温度が高いほど減少の程度が大きくなる傾向に前記負荷率を設定し、
    前記目標トルクに前記負荷率を乗じたトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する
    動力出力装置の制御方法。
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