JP4803101B2

JP4803101B2 - ハイブリッド車両の動力出力装置

Info

Publication number: JP4803101B2
Application number: JP2007119309A
Authority: JP
Inventors: 誠石倉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP2008273381A

Description

本発明はハイブリッド車両の動力出力装置に関し、より特定的には、モータの温度に応じてモータの負荷率を制限する動力出力装置に関する。

近年、エンジンの低燃費化を図るために、エンジンおよびモータジェネレータ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。モータジェネレータは、電気エネルギの供給により電動機（モータ）として機能させられるとともに、回転駆動されることにより発電機（ジェネレータ）として機能させられる。モータジェネレータは駆動軸に結合されることにより、力行時すなわち電動機として機能させられるときには車両を駆動し、回生時すなわち発電機として機能させられるときには、その車両により回転駆動される。

モータジェネレータの力行時および回生時にはモータジェネレータの温度が上昇する。モータジェネレータの温度が高くなりすぎると、モータジェネレータに含まれるコイルの断線あるいは絶縁被膜の損傷による短絡などが生じる可能性が高くなる。このような問題を防ぐために、従来からモータジェネレータの温度に応じてモータジェネレータの負荷率を制限する技術が提案される。

たとえば特開２００１−１１２１０１号公報（特許文献１）は、電動発電機（モータジェネレータ）を備える車両の制御装置を開示する。この制御装置は電動発動機の負荷制限値を決定するための負荷制限値決定手段を備える。負荷制限値決定手段は、たとえば電動発電機が発電機として機能させられる場合の負荷制限値を、電動発電機が電動機として機能させられる場合の負荷制限値よりも低く設定する。上記文献によれば、このように力行時および回生時の負荷制限値を定めることによって、電動発電機の動作が回生動作から力行動作に切換わったときに電動発電機から大きなトルクをただちに出力することができるので、良好な運転性を確保することができる。
特開２００１−１１２１０１号公報特開２００５−８６９１９号公報

ハイブリッド方式の動力出力装置には、シリーズ方式、パラレル方式など各種の方式が提案されているが、遊星歯車機構によってエンジンおよび２つのモータジェネレータを連結したシリーズ−パラレルハイブリッド方式が提案されている。

このようなシリーズ−パラレルハイブリッド方式では、遊星歯車機構のサンギヤは第１のモータジェネレータに接続され、リングギヤは第２のモータジェネレータに接続される。そしてリングギヤとサンギヤとはピニオンギヤを間に介して噛み合っている。このピニオンギヤを支持するキャリヤがエンジン出力軸に接続されている。

そして基本的には、エンジンが最高効率領域で駆動するように回転数が定められ、このエンジンの回転数を維持できるように、車速に応じて回転するリングギヤに対して、サンギヤに接続されているモータジェネレータの回転数を制御する。このサンギヤに接続されているモータジェネレータの回転数を制御するには、モータジェネレータで発生される電力を制御すればよい。

しかしながら、車速をある一定値以上に上げて高速低負荷走行すると、エンジン回転数を所定の回転数に維持したままでは、サンギヤに接続された第１のモータジェネレータは回転数が負回転となる。このため、エンジントルクと駆動力とのバランスを保つために、サンギヤに接続された第１のモータジェネレータは力行動作を行ない、一方、リングギヤに接続された第２のモータジェネレータは発電動作を行なう。この場合、第２のモータジェネレータの発電動作により生じた電力は第１のモータジェネレータに供給される。

このような状態では第１および第２のモータジェネレータ間で動力が循環するとともに、ハイブリッド車両の駆動力はエンジンが出力する駆動力にほぼ等しくなる。このときの動作モードは動力循環モードと称される。

動力循環時には第２のモータジェネレータが回生動作を行なうもののハイブリッド車両の駆動力自体は正の駆動力となる。よって、第２のモータジェネレータの力行動作時と回生動作時とで第２のモータジェネレータの負荷率制限値を切換えた場合には、動力循環時（言い換えると高速低負荷走行時）にも車両の動力性能が制限されることが考えられる。よってユーザの違和感が生じるような車両の挙動の変化が生じる可能性がある。

本発明の目的は、ハイブリッド車両の走行時における動力性能への影響をより低減することが可能なハイブリッド車両の動力出力装置を提供することである。

本発明は要約すれば、駆動軸に動力を出力するハイブリッド車両の動力出力装置である。動力出力装置は、３軸式の動力分割機構と、エンジンと、第１のモータジェネレータと、第２のモータジェネレータと、温度検知部と、制御部とを備える。動力分割機構は、第１から第３の軸と結合された遊星歯車機構を含み、第３の軸に車両の駆動軸が結合されるとともに、第１ないし第３の軸のうちのいずれか２軸に対し動力が入出力されたときに、その入出力された動力に基づいて定まる動力を残余の１軸に対して入出力する。エンジンは、第１の軸にその回転軸が結合し、燃料の燃焼により第１の回転軸に対し動力を出力する。第１のモータジェネレータは、第２の軸にその回転軸が結合し、第２の軸に対し動力を入出力することが可能である。第２のモータジェネレータは、第３の軸にその回転軸が結合し、第３の軸に対し動力を入出力することが可能である。温度検知部は、第２のモータジェネレータの温度であるモータ温度を検知する。制御部は、温度検知部が検知したモータ温度が所定の温度を超えた場合において、第２のモータジェネレータが第３の軸に対し動力を出力する力行動作を行なうときには第２のモータジェネレータの負荷率が第１の制限値を超えないように負荷率を制限し、第２のモータジェネレータが第３の軸に対し動力を入力する回生動作を行なうときには負荷率が第１の制限値よりも低い第２の制限値を超えないように負荷率を制限する。制御部は、ハイブリッド車両に要求される駆動力の符号が正であり、かつ、第１のモータジェネレータが第２の軸に動力を出力する場合には、第２のモータジェネレータが回生動作を行なっていても負荷率を第１の制限値に設定する。

好ましくは、制御部は、モータ温度と第１の制限値とを対応付ける第１のマップ、およびモータ温度と第２の制限値とを対応付ける第２のマップを記憶する。制御部は、第２のモータジェネレータが力行動作を行なうときには第１のマップに基づいて第１の制限値を決定する。制御部は、第２のモータジェネレータが回生動作を行なうときには第２のマップに基づいて第２の制限値を決定する。

より好ましくは、制御部は、さらに、第２のモータジェネレータの回転数が負の所定値から正の所定値までの範囲内にある場合には、第２のモータジェネレータが回生動作を行なっていても負荷率を第１の制限値に設定する。

さらに好ましくは、制御部は、第２のモータジェネレータが回生動作を行ない、かつ、第２のモータジェネレータの回転数が正の所定値より大きい場合には、負荷率を第２の制限値に設定する。

本発明によれば、ハイブリッド車両の走行時における動力性能への影響をより低減することが可能になる。

以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下において図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的として繰返さないものとする。

［実施の形態１］
図１は、この発明によるハイブリッド車両の動力出力装置（以下、「ハイブリッド動力出力装置」と称する）の構成を示すブロック図である。

図１を参照して、この発明の実施の形態によるハイブリッド動力出力装置１００は、エンジン１０と、バッテリ２０と、インバータ３０と、車輪４０ａと、トランスアクスル５０と、温度センサ８０と、ＥＣＵ（Electric Control Unit）９０とを備える。

エンジン１０は、ガソリン等の燃料の燃焼エネルギを源として駆動力を発生する。バッテリ２０は、電力ライン５１へ直流電力を供給する。バッテリ２０は、充電可能な二次電池で構成され、代表的にはニッケル・水素蓄電池やリチウムイオン二次電池や大容量コンデンサ（キャパシタ）等が適用される。

インバータ３０は、電力ライン５１にバッテリ２０から供給された直流電力を交流電力に変換して電力ライン５３へ出力する。あるいは、インバータ３０は、電力ライン５２，５３に供給された交流電力を直流電力に変換して電力ライン５１へ出力する。なお図１には示さないが、インバータ３０は電力ライン５１と電力ライン５２との間で直流−交流変換を行なう変換回路と、電力ライン５１と電力ライン５３との間で直流−交流変換を行なう変換回路とを含む。これらの変換回路はともにＥＣＵ９０により制御される。

トランスアクスル５０は、トランスミッションとアクスル（車軸）とを一体構造として備えており、動力分割機構６０と、減速機７０と、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２とを有する。

動力分割機構６０は、エンジン１０によって生じた駆動力を、減速機７０を介して車輪４０ａ駆動用の駆動軸４５へ伝達する経路と、モータジェネレータＭＧ１へ伝達する経路とに分割可能である。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータＭＧ１は概ね発電機として動作することが多いため「発電機」と呼ばれることがあり、モータジェネレータＭＧ２は主として電動機として動作するため「電動機」と呼ばれることがある。

モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構６０を介して伝達されたエンジン１０からの駆動力によって回転されて発電する。モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、電力ライン５２を介してインバータ３０に供給され、バッテリ２０の充電電力として、あるいはモータジェネレータＭＧ２の駆動電力として用いられる。

モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３０から電力ライン５３に供給された交流電力によって回転駆動される。モータジェネレータＭＧ２によって生じた駆動力は、減速機７０を介して駆動軸４５へ伝達される。なお、駆動軸４５にて駆動される車輪４０ａ以外の車輪（図示せず）については、単なる従動輪としてもよいが、さらに図示しない別のモータジェネレータにて駆動されるように構成して、いわゆる電動の四輪駆動システムを構成するようにしてもよい。

また、回生制動動作時にモータジェネレータＭＧ２が車輪４０ａの減速に伴って回転される場合には、モータジェネレータＭＧ２に生じた起電力（交流電力）が電力ライン５３へ供給される。この場合には、インバータ３０が電力ライン５３へ供給された交流電力を直流電力に変換して電力ライン５１へ出力することによりバッテリ２０が充電される。

温度センサ８０は、モータジェネレータＭＧ２の温度を検出して、検出した温度値をＥＣＵ９０に出力する。ここで「モータジェネレータＭＧ２の温度」とは、たとえばモータジェネレータＭＧ２が有するコイルの温度でもよいし、モータジェネレータＭＧ２の潤滑および冷却のために潤滑油が供給されている場合には潤滑油の温度でもよい。

ＥＣＵ９０は、ハイブリッド動力出力装置１００が搭載された自動車を運転者の指示（たとえばアクセル開度の情報であるアクセル開度Ａｃｃ）および車速Ｖ等に応じて運転させるために、自動車に搭載された機器・回路群の全体動作を制御する。ＥＣＵ９０は、代表的には、予めプログラムされた所定シーケンスおよび所定演算を実行するためのマイクロコンピュータおよびメモリ（ＲＡＭ，ＲＯＭ等）で構成される。

特に、ＥＣＵ９０は、温度センサ８０が検知したモータジェネレータＭＧ２の温度（以下、「モータ温度」とも呼ぶ）に応じてモータジェネレータＭＧ２の負荷率制限を行なう。モータジェネレータＭＧ２の温度はモータジェネレータＭＧ２が行なう駆動軸４５の駆動あるいは回生制動動作により上昇する。しかしながらモータ温度が高くなりすぎるとモータコイルの断線あるいは絶縁被膜の損傷による短絡などが生じる可能性が高くなる。モータ温度に応じてモータジェネレータの負荷率が制限されることによって、このような問題が生じるのを防ぐことができる。

次に、図２および図３を用いて、動力分割機構６０による遊星歯車を利用した駆動力の機械分配について説明する。なお、図３は、図２に示される遊星歯車機構１５０の断面図である。

図２および図３を参照して、動力分割機構６０を構成する遊星歯車機構１５０は、複数のピニオンギヤ１６０と、サンギヤ１７０と、リングギヤ１８０とを有する。サンギヤ１７０およびリングギヤ１８０は回転軸が同軸のギヤである。

サンギヤ１７０の回転力が入出力されるサンギヤ軸１７２は、モータジェネレータＭＧ１の回転軸（すなわちロータ）と接続される。また、リングギヤ１８０の回転力が入出力されるリングギヤ軸１８２は、モータジェネレータＭＧ２の回転軸（すなわちロータ）と結合される。

リングギヤ軸１８２は、減速機７０を構成するチェーンドライブスプロケット１９０とさらに連結されている。チェーンドライブスプロケット１９０は、チェーン１９５によってチェーンドリブンスプロケット１９２と連結されている。チェーンドリブンスプロケット１９２は、駆動軸４５と結合されたカウンタドライブギヤ１９８と連結されている。これにより、リングギヤ１８０の回転は、減速機７０の所定の減速比に従って、駆動軸４５へ伝達される。

複数のピニオンギヤ１６０は、サンギヤ１７０およびリングギヤ１８０との間に配置され、各々が、サンギヤ１７０の外周を自転しながら公転する。各ピニオンギヤ１６０の公転力は、プラネタリキャリア軸１６２によりプラネタリキャリア１６５の回転力として与えられる。プラネタリキャリア軸１６２は、エンジン回転軸１１０と連結される。

遊星歯車機構１５０では、上記のサンギヤ軸１７２、リングギヤ軸１８２およびプラネタリキャリア軸１６２の３軸のうちいずれか２軸の回転数およびこれらの軸に入出力されるトルクが決定されると、対応の１軸の回転数およびその回転軸に入出力されるトルクが決定されるという性質を有している。

図３を参照して、複数のピニオンギヤ１６０は、エンジン回転軸１１０による回転力がプラネタリキャリア１６５を回転させることによって、サンギヤ１７０の外周を自転しながら公転する。プラネタリキャリア１６５の回転に伴ってサンギヤ１７０およびリングギヤ１８０が回転することにより、エンジン回転軸１１０からの動力が、ピニオンギヤ１６０を通じて外周のリングギヤ１８０および内側のサンギヤ１７０へ伝達される。これにより、エンジン１０による駆動力が、駆動軸４５の回転駆動力と、モータジェネレータＭＧ１の回転駆動力とに分割される。

なお、図２および図３に示した構成と、本発明の構成との関係を説明すると、プラネタリキャリア軸１６２がこの発明における「動力分割機構における第１の軸」に相当し、サンギヤ軸１７２がこの発明における「動力分割機構における第２の軸」に相当し、リングギヤ軸１８２がこの発明における「動力分割機構における第３の軸」に相当する。また、駆動軸４５がこの発明における「駆動軸」に相当する。また、モータジェネレータＭＧ１がこの発明における「第１のモータジェネレータ」に相当し、モータジェネレータＭＧ２がこの発明における「第２のモータジェネレータ」に相当する。

また、モータジェネレータＭＧ１がサンギヤ軸１７２に動力を出力する動作を「モータジェネレータＭＧ１の力行動作」と定義し、モータジェネレータＭＧ１がサンギヤ軸１７２から入力される動力により回転する動作を「モータジェネレータＭＧ１の回生動作」と定義する。同様に、モータジェネレータＭＧ２がリングギヤ軸１８２に動力を出力する動作を「モータジェネレータＭＧ２の力行動作」と定義し、モータジェネレータＭＧ２がリングギヤ軸１８２から入力される動力により回転する動作を「モータジェネレータＭＧ２の回生動作」と定義する。

上記のハイブリッド動力出力装置１００を有するハイブリッド車両は、走行時において、駆動軸４５に出力すべき要求パワーに相当する動力をエンジン１０から出力し、出力された動力を動力分割機構６０を介して駆動軸４５に伝達している。このとき、たとえば、駆動軸４５から出力すべき要求回転数および要求トルクに対し、エンジン回転軸１１０が高回転数かつ低トルクで回転している場合には、エンジン１０の出力している動力の一部を動力分割機構６０を介してモータジェネレータＭＧ１に伝達する。モータジェネレータＭＧ１は伝達された動力により発電し、その発電電力によりモータジェネレータＭＧ２が駆動される。モータジェネレータＭＧ２の駆動により、リングギヤ１８０を介して駆動軸４５にトルクが付加される。

逆に、駆動軸４５から出力すべき要求回転数および要求トルクに対し、エンジン回転軸１１０が低回転数かつ高トルクで回転している場合には、エンジン１０の出力している動力の一部を動力分割機構６０を介してモータジェネレータＭＧ２に伝達し、モータジェネレータＭＧ２により電力を回収する。この回収した電力によって、モータジェネレータＭＧ１が駆動されて、サンギヤ１７０にトルクが付加される。

上記のように、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２を介して電力の形でやり取りされる動力を調整することにより、エンジン１０から出力された動力を所望の回転数およびトルクとして駆動軸４５から出力することができる。なお、モータジェネレータＭＧ１またはＭＧ２によって回収された電力の一部は、バッテリ２０に蓄積することが可能である。また、バッテリ２０に蓄積された電力を用いて、モータジェネレータＭＧ１またはＭＧ２を駆動することも可能である。

上記のような動作原理に基づき、定常走行時には、たとえばエンジン１０を主駆動源としつつ、モータジェネレータＭＧ２の動力を用いて走行する。このように、エンジン１０とモータジェネレータＭＧ２の双方を駆動源として走行することにより、必要なトルクおよびモータジェネレータＭＧ２で発生し得るトルクに応じて、エンジン１０を運転効率の高い動作点にて運転できる。したがって、ハイブリッド車両は、エンジン１０のみを駆動源とする車両に比べて、省資源性および排気浄化性に優れている。

一方、エンジン回転軸１１０の回転を、動力分割機構６０を介してモータジェネレータＭＧ１に伝達することができるため、エンジン１０の運転によりモータジェネレータＭＧ１で発電しつつ走行することも可能である。

図４は、ハイブリッド動力出力装置１００の各運転状況における動作を説明する第１の共線図である。

図５は、ハイブリッド動力出力装置１００の各運転状況における動作を説明する第２の共線図である。

図４および図５を参照して、符号２１０に示される車両停止時には、エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は停止している。

符号２２０に示されるエンジン起動時には、発電機であるモータジェネレータＭＧ１をスタータとして使うことによりエンジン１０が始動される。エンジン１０が始動されるとモータジェネレータＭＧ１はその回転数が上昇して発電を始めるとともに、発電した電力はモータジェネレータＭＧ２に供給され加速に使用される。

符号２３０に示される定常走行時には、主としてエンジン１０の出力で走行するので、発電は殆ど不要となり、モータジェネレータＭＧ１の回転数は低下する。

定常走行から加速を行なう場合には、符号２４０に示すように、エンジン１０の回転数を上げるとともに、モータジェネレータＭＧ１に発電させることによって、モータジェネレータＭＧ２の駆動力を加えて加速を行なう。このように、モータジェネレータＭＧ１の回転を制御することにより、エンジン回転数を変えることができるとともに、エンジン出力の一部をモータジェネレータＭＧ１（発電機）を介してモータジェネレータＭＧ２（電動機）に伝達することができる。すなわち、動力分割機構６０に無段変速機の機能を持たせている。

さらに符号２５０に示される走行状態において、プラネタリキャリアの回転数Ｒｅｇはエンジンが最高効率を発揮するときのエンジン回転数に対応する回転数である。この状態で車速をさらに増加させたい場合には、チェーンドライブスプロケット１９０と一体となって回転するリングギヤ１８０の回転数Ｒｍｇ２を増加させる必要がある。このためには、サンギヤ１７０の回転数Ｒｍｇ（すなわちモータジェネレータＭＧ１の回転数）を減少させる必要がある。つまりハイブリッド車両をさらに加速するためには、モータジェネレータＭＧ１を制御することによりその回転数を低下させる。これによりエンジンの回転数を効率のよい回転数に維持しつつ車速を増加させることができる。

ここで、車速をある一定値以上に上げることにより高速低負荷走行した場合には、ハイブリッド車両の走行状態は符号２５０に示される状態から符号２６０に示される状態に変化する。走行状態が変化してもエンジンの回転数が変化しないためサンギヤ１７０に接続されたモータジェネレータＭＧ１の回転数は負の回転数となる。この状態では駆動軸４５から出力すべき要求回転数および要求トルクに対し、エンジン回転軸１１０が低回転数かつ高トルクで回転しているため、エンジントルクと駆動力とのバランスを保つ必要がある。このためモータジェネレータＭＧ２は回生動作を行ない、サンギヤ１７０に接続されたモータジェネレータＭＧ１は力行動作を行なう。このような動作モードは動力循環モードと呼ばれる。

図６は、動力循環モードを説明するための図である。図６を参照して、実線の矢印により示される動力の経路は通常のハイブリッド車両の走行時における動力の経路を示す（この経路は図１に示す経路と同様である）。また、実線の矢印と併記された破線の矢印は動力循環時に動力の流れが変化することを表わす。

動力循環モードでは、モータジェネレータＭＧ２は回生動作を行なうことにより電力を生成する。この電力はインバータ３０を介してモータジェネレータＭＧ１に供給される。モータジェネレータＭＧ１は電力供給に応じて力行動作を行なうため、動力分割機構６０の第２の軸（サンギヤ軸１７２）に動力を出力する。モータジェネレータＭＧ２は動力分割機構６０の第３の軸（リングギヤ軸１８２）から入力される動力により回生動作を行なう。モータジェネレータＭＧ１の動力とモータジェネレータＭＧ２の動力とがほぼ釣り合った状態では、破線の矢印に示されるようにモータジェネレータＭＧ１とモータジェネレータＭＧ２との間で動力が循環する。この結果、動力循環モードではハイブリッド車両の駆動力はエンジンによる駆動力とほぼ等しくなる。

上述したようにＥＣＵ９０は、モータ温度に基づいてモータジェネレータＭＧ２の負荷率を制限する。特にＥＣＵ９０は、モータジェネレータＭＧ２の動作（力行動作および回生動作）だけでなくハイブリッド車両の走行状況も考慮してモータジェネレータＭＧ２の負荷を制限する。これにより動力性能の低下を防ぎながらモータジェネレータＭＧ２を確実に保護することが可能になる。ＥＣＵ９０による負荷率の制限について、以下詳しく説明する。

図７は、ＥＣＵ９０の機能ブロック図である。図７を参照して、ＥＣＵ９０は、バッテリ制御部９１とハイブリッド制御部９２と、エンジン制御部９３と、インバータ制御部９４と、マップ記憶部９５とを含む。

バッテリ制御部９１は、バッテリ２０の充電状態（ＳＯＣ）をバッテリ２０の充放電電流の積算などにより求めてこれをハイブリッド制御部９２に送信する。

エンジン制御部９３は、エンジン１０のスロットル制御を行なうとともに、エンジン１０のエンジン回転数Ｎｅを検出してハイブリッド制御部９２に送信する。

ハイブリッド制御部９２は、アクセルポジションセンサ（図示せず）からアクセル開度Ａｃｃの情報を受けるとともに車速センサ（図示せず）から車速Ｖの情報を受ける。ハイブリッド制御部９２は、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて、運転者の要求する出力（要求パワー）を算出する。ハイブリッド制御部９２は、この運転者の要求パワーに加え、バッテリ２０の充電状態ＳＯＣを考慮してハイブリッド車両のトータルパワーを算出するとともに、エンジン１０の要求回転数および要求パワーをさらに算出する。

ハイブリッド制御部９２は、エンジン制御部９３に要求回転数と要求パワーとを送信し、エンジン制御部９３にエンジン１０のスロットル制御を行なわせる。

ハイブリッド制御部９２は、ハイブリッド車両の走行状態に応じた運転者要求トルクを算出する。そしてハイブリッド制御部９２は、運転者要求トルクと、エンジン１０の要求回転数および要求パワーにより定まるエンジントルクとに基づいてモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルクをそれぞれ指令するためのトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２を生成し、そのトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２をインバータ制御部９４に対して出力する。

なお、ハイブリッド制御部９２はモータジェネレータＭＧ１に発電動作を行なわせる場合にはトルク指令値ＴＲ１の符号を正に設定し、モータジェネレータＭＧ１に力行動作を行なわせる場合にはトルク指令値ＴＲ１の符号を負に設定する。

同様に、ハイブリッド制御部９２は、モータジェネレータＭＧ２に発電動作（回生動作）を行なわせる場合にはトルク指令値ＴＲ２の符号を負に設定し、モータジェネレータＭＧ２に力行動作を行なわせる場合にはトルク指令値ＴＲ２の符号を正に設定する。

マップ記憶部９５は、モータジェネレータＭＧ２のモータ温度と負荷率制限値との関係を規定するマップを記憶する。

インバータ制御部９４は、トルク指令値ＴＲ１を受け、モータジェネレータＭＧ１の電流値を示すモータ電流Ｉｇを受け、モータジェネレータＭＧ１の回転数を示すモータ回転数Ｎｇを受ける。インバータ制御部９４は、トルク指令値ＴＲ１、モータ電流Ｉｇ、モータ回転数Ｎｇに基づいて、モータジェネレータＭＧ１から出力されるトルクがトルク指令値ＴＲ１に等しくなるようにインバータ３０を制御する。

同様にインバータ制御部９４は、トルク指令値ＴＲ２を受け、モータジェネレータＭＧ２の電流値を示すモータ電流Ｉｍを受け、モータジェネレータＭＧ２の回転数を示すモータ回転数Ｎｍを受ける。インバータ制御部９４は、さらに、温度センサ８０からモータジェネレータＭＧ２の温度を示す温度値ＴＨを受ける。

インバータ制御部９４は、マップ記憶部９５に記憶されるマップを参照することにより温度値ＴＨに応じた負荷率制限値を取得する。インバータ制御部９４は、トルク指令値ＴＲ２に負荷率制限値を乗算して、制限トルク指令値を演算する。インバータ制御部９４は、その制限トルク指令値により指定されたトルクがモータジェネレータＭＧ２から出力されるように、その制限トルク指令値、モータ電流Ｉｍおよびモータ回転数Ｎｍに基づいてインバータ３０を制御する。

図８は、マップ記憶部９５が記憶するマップを説明する図である。図８を参照して、負荷率制限マップＭＡＰ１は、モータジェネレータＭＧ２の力行動作時におけるモータ温度と負荷率制限値との関係を規定する。負荷率制限マップＭＡＰ２は、モータジェネレータＭＧ２の回生動作時におけるモータ温度と負荷率制限値との関係を規定する。

負荷率制限値が１００％の場合には制限トルク指令値はトルク指令値ＴＲ２に等しい。すなわち負荷率制限マップＭＡＰ１，ＭＡＰ２において負荷率制限値が１００％から低下し始めるときのモータ温度が負荷率の制限が開始されるときのモータ温度（以下、「制限開始温度」という）である。

負荷率制限マップＭＡＰ１における制限開始温度は温度Ｔ１である。負荷率制限マップＭＡＰ２における制限開始温度は温度Ｔ２である。負荷率制限値が０％になるときのモータ温度は負荷率制限マップＭＡＰ１，ＭＡＰ２ともに温度Ｔ０である。Ｔ２＜Ｔ１であることから、モータ温度が同一であれば、回生動作時のほうが力行動作時よりも負荷率制限値が小さくなる。

このように負荷率制限値を設定することにより得られる利点について説明する。モータジェネレータＭＧ２の回生動作時（動力循環時を除く）にはハイブリッド車両の駆動力の符号が負になる。負の駆動力は、ＥＣＵ９０によるモータジェネレータＭＧ２の回生動作とハイブリッド車両の油圧ブレーキとの協調制御により実現される。図８のマップに示されるようにモータジェネレータＭＧ２の回生動作時の負荷率制限値をモータジェネレータＭＧ２の力行時の負荷率制限値よりも小さくすれば、油圧ブレーキによる制動力が大きくなる。これによりモータジェネレータＭＧ２の発熱を抑制することができる。

モータジェネレータＭＧ２の発熱を抑制することによりモータジェネレータＭＧ２の温度上昇が抑制されるため、力行時においても負荷率が制限される可能性が小さくなる。この結果、ハイブリッド車両を走行させる際における動力性能への影響を緩和することができる。

なお、モータ温度が制限開始温度よりも低い場合の負荷率制限値は、負荷率制限マップＭＡＰ１，ＭＡＰ２ともに１００％である（図８ではこれを示すために意図的にＭＡＰ２をＭＡＰ１とずらしている）。この場合の負荷率制限マップＭＡＰ２の負荷率制限値は負荷率制限マップＭＡＰ１の負荷率制限値より低く設定されてもよい。

図９は、図７に示すＥＣＵ９０が実行する負荷率制限処理を説明するフローチャートである。図９および図７を参照して、処理が開始されると、インバータ制御部９４はハイブリッド制御部９２から受けるトルク指令値ＴＲ２の符号に基づいて、モータジェネレータＭＧ２に力行動作を行なわせるか否かを判定する（ステップＳ１）。

トルク指令値ＴＲ２の符号が正の場合には、インバータ制御部９４は、モータジェネレータＭＧ２に力行動作を行なわせる。この場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、インバータ制御部９４は、負荷率制限マップＭＡＰ１（図８参照）および温度センサ８０が検出したモータ温度（温度値ＴＨ）に基づいて、モータジェネレータＭＧ２の負荷率制限値を決定する。インバータ制御部９４は、その負荷率制限値と、トルク指令値ＴＲ２とを算出して制限トルク指令値を算出する。インバータ制御部９４は、制限トルク指令値と、モータ回転数Ｎｍと、モータ電流Ｉｍとに基づいてモータジェネレータＭＧ２を制御することによりトルク制限を実施する。これによりモータジェネレータＭＧ２は、その出力トルクが制限トルク指令値を超えないように制限される（ステップＳ３）。

一方、トルク指令値ＴＲ２の符号が負の場合には、インバータ制御部９４は、モータジェネレータに回生動作を行なわせる。この場合（ステップＳ１においてＮＯ）、インバータ制御部９４はハイブリッド車両に動力循環が生じているか否かを判定する（ステップＳ２）。

上述したように、動力循環とはモータジェネレータＭＧ１が力行動作を行ない、かつ、モータジェネレータＭＧ２が回生動作を行なっている状態である。よってインバータ制御部９４は、以下の（１）〜（４）の条件がすべて成立する場合に、動力循環が生じていると判定する。

（１）モータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇの符号が負である。
（２）モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１の符号が負である。

（３）モータジェネレータＭＧ２の回転数Ｎｍの符号が正である。
（４）モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２の符号が負である。

条件（１），（２）はモータジェネレータＭＧ１が力行動作を行なっていることを示し、条件（３），（４）はモータジェネレータＭＧ２が回生動作を行なっていることを示す。

インバータ制御部９４は動力循環が生じていると判定した場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ステップＳ３の処理を実行する。動力循環時には車両の駆動力は正である。このため、ハイブリッド車両の制動時（モータジェネレータＭＧ２の回生動作時）と同様に負荷率制限値を設定した場合には、モータジェネレータＭＧ２の力行動作時よりも負荷率制限値が小さくなるため車両の動力性能が制限される可能性がある。しかし、インバータ制御部９４は、負荷率制限マップＭＡＰ１に基づいてモータジェネレータＭＧ２の負荷率制限値を決定するので、このような問題を防ぐことができる。

一方、インバータ制御部９４は動力循環が生じていないと判定した場合（ステップＳ２においてＮＯ）、ステップＳ４の処理を実行する。ステップＳ４の処理はハイブリッド車両の制動処理に対応する。この場合には、インバータ制御部９４は、負荷率制限マップＭＡＰ２（図８参照）および温度センサ８０が検出したモータ温度（温度値ＴＨ）に基づいて、モータジェネレータＭＧ２の負荷率制限値を決定する。ステップＳ３の処理と同様にインバータ制御部９４は、その負荷率制限値と、トルク指令値ＴＲ２とを算出して制限トルク指令値を算出する。インバータ制御部９４は、制限トルク指令値と、モータ回転数Ｎｍと、モータ電流Ｉｍとに基づいてモータジェネレータＭＧ２を制御することによりトルク制限を実施する。これによりモータジェネレータＭＧ２は、その出力トルクが制限トルク指令値を超えないように制限される。

ステップＳ３またはステップＳ４の処理が終了すると全体の処理はステップＳ１に戻される。

実施の形態１を包括的に説明すると以下のとおりである。ＥＣＵ９０は、温度センサ８０が検知したモータジェネレータＭＧ２の温度が所定の温度を超えた場合において、モータジェネレータＭＧ２が力行動作を行なうときにはモータジェネレータＭＧ２の負荷率が第１の制限値を超えないように負荷率を制限し、モータジェネレータＭＧ２が回生動作を行なうときには負荷率が第１の制限値よりも低い第２の制限値を超えないように負荷率を制限する。ＥＣＵ９０は、ハイブリッド車両の動力循環時、すなわちハイブリッド車両に要求される駆動力の符号が正であり、かつ、モータジェネレータＭＧ１が動力分割機構６０の第２の軸に動力を出力する場合には、モータジェネレータＭＧ２が回生動作を行なっていても負荷率を第１の制限値に設定する。

実施の形態１によれば、動力循環時にはモータジェネレータＭＧ２が回生動作を行なっているものの、負荷率の制限が緩やかになる。これにより動力性能への影響を緩和することができる。よってハイブリッド車両が高速で走行する場合に走行性能が制限されるのを防ぐことができる。

［実施の形態２］
実施の形態２に係るハイブリッド動力出力装置１００Ａの構成は、図１に示すハイブリッド動力出力装置１００とほぼ同様である。図１を参照して、ハイブリッド動力出力装置１００ＡはＥＣＵ９０に代えてＥＣＵ９０Ａを含む点でハイブリッド動力出力装置１００と異なるが他の部分はハイブリッド動力出力装置１００の対応する部分の構成と同様である。

次にＥＣＵ９０ＡとＥＣＵ９０との構成の相違点について図７を参照しながら説明する。ＥＣＵ９０Ａは、インバータ制御部９４に代えてインバータ制御部９４Ａを含む点、およびマップ記憶部９５に代えてマップ記憶部９５Ａを含む点においてＥＣＵ９０と異なる。

図１０は、マップ記憶部９５Ａが記憶するマップを説明する図である。図１０を参照して、負荷率制限マップＭＡＰ１Ａは、モータジェネレータＭＧ２の力行動作時、および、モータ回転数ＮｍがＮｍ１以上かつＮｍ２以下の範囲内にある時の両方におけるモータ温度と負荷率制限値との関係を規定する。ここでＮｍ１は負の値であり、Ｎｍ２は正の値である。また、Ｎｍ１，Ｎｍ２は、ハイブリッド車両の車速が０近傍となるときのモータジェネレータＭＧ２の回転数であり設計や実験などにより適切に定めることができる。

負荷率制限マップＭＡＰ２Ａは、モータジェネレータＭＧ２の回生動作時、かつ、モータ回転数ＮｍがＮｍ２より大きい場合におけるモータ温度と負荷率制限値との関係を規定する。

負荷率制限マップＭＡＰ１Ａにおける制限開始温度は温度Ｔ１Ａであり、負荷率制限マップＭＡＰ２Ａにおける制限開始温度は温度Ｔ２Ａである。負荷率制限値が０％になるときのモータ温度は負荷率制限マップＭＡＰ１Ａ，ＭＡＰ２Ａともに温度Ｔ０Ａである。

なおＴ２Ａ＜Ｔ１Ａである。また、温度Ｔ０Ａ，Ｔ１Ａ，Ｔ２Ａは、図８に示す温度Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２とそれぞれ同一でもよい。さらに、モータ温度が制限開始温度よりも低い場合の負荷率制限値は、負荷率制限マップＭＡＰ１Ａ，ＭＡＰ２Ａともに１００％である（図８と同様に図１０でもＭＡＰ２ＡをＭＡＰ１Ａとずらして示す）。ただしこの場合の負荷率制限マップＭＡＰ２Ａの負荷率制限値は、負荷率制限マップＭＡＰ１Ａの負荷率制限値より低くてもよい。

図７に戻り、ＥＣＵ９０Ａは、モータ回転数ＮｍがＮｍ１以上かつＮｍ２以下である場合には、トルク指令値ＴＲ２の符号が負であっても負荷率制限マップＭＡＰ１Ａに基づいて負荷率制限値を決定する。なお実施の形態１と同様に、トルク指令値ＴＲ２の符号が正である場合にはＥＣＵ９０Ａは負荷率制限マップＭＡＰ１Ａに基づいて負荷率制限値を決定する。また、トルク指令値ＴＲ２の符号が負であり、かつ、モータ回転数ＮｍがＮｍ２より大きい場合には、ＥＣＵ９０Ａは負荷率制限マップＭＡＰ２Ａに基づいて負荷率制限値を決定する。

上述のように、モータ回転数ＮｍがＮｍ２以上かつＮｍ１以下である場合にはハイブリッド車両の車速が０近傍の値となる。この場合において、インバータ制御部９４Ａは、モータジェネレータＭＧ２が回生動作を行なう場合であっても負荷率制限マップＭＡＰ１Ａに基づいてモータジェネレータＭＧ２の負荷制限値を設定する。これにより、車速が０付近である場合には、モータジェネレータＭＧ２の回生動作時における負荷率制限が緩和される。

図１１は、ＥＣＵ９０Ａが実行する負荷率制限処理を説明するフローチャートである。図１１および図９を参照して、図１１のフローチャートは、ステップＳ１の処理に先立ってステップＳＡの処理が実行される点で図９のフローチャートと異なる。また、図１１のフローチャートでは、ステップＳ３，Ｓ４において負荷率制限マップＭＡＰ１Ａ，ＭＡＰ２Ａにそれぞれ基づきトルク制限が実施される点で図９のフローチャートと異なる。

ステップＳＡにおいて、ＥＣＵ９０Ａはモータ回転数Ｎｍを受ける。ＥＣＵ９０Ａはモータ回転数ＮｍがＮｍ１以上かつＮｍ２以下であると判定した場合（ステップＳＡにおいてＹＥＳ）にはステップＳ１の処理を実行し、そうでない場合（ステップＳＡにおいてＮＯ）、ステップＳ３の処理を実行する。なお、図１１のフローチャートにおけるステップＳ１〜Ｓ４の処理は図９のフローチャートにおける対応するステップの処理と同様であるので以後の説明は繰返さない。

このように実施の形態２によれば車速が０付近である場合にモータジェネレータＭＧ２の回生動作時における負荷率制限を緩和する。これにより、たとえばハイブリッド車両が上り坂で停車した状態から発進するときに運転者の操作に対する車両の応答性が低下するのを防ぐことができる。また、ハイブリッド車両が上り坂を走行する場合にも運転者の操作に対する車両の応答性が低下するのを防ぐことができる。

また、実施の形態２では実施の形態１と同様に、動力循環時にはモータジェネレータＭＧ２が回生動作を行なっていても負荷率制限を緩和するので、実施の形態１の効果と同様の効果を得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明によるハイブリッド車両の動力出力装置の構成を示すブロック図である。図１に示した動力分割機構の構成を示す図である。図２に示される遊星歯車機構１５０の断面図である。ハイブリッド動力出力装置１００の各運転状況における動作を説明する第１の共線図である。ハイブリッド動力出力装置１００の各運転状況における動作を説明する第２の共線図である。動力循環モードを説明するための図である。ＥＣＵ９０の機能ブロック図である。マップ記憶部９５が記憶するマップを説明する図である。図７に示すＥＣＵ９０が実行する負荷率制限処理を説明するフローチャートである。マップ記憶部９５Ａが記憶するマップを説明する図である。ＥＣＵ９０Ａが実行する負荷率制限処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０エンジン、２０バッテリ、３０インバータ、４０ａ車輪、４５駆動軸、５０トランスアクスル、５１〜５３電力ライン、６０動力分割機構、７０減速機、８０温度センサ、９１バッテリ制御部、９２ハイブリッド制御部、９３エンジン制御部、９４，９４Ａインバータ制御部、９５，９５Ａマップ記憶部、１００，１００Ａハイブリッド動力出力装置、１１０エンジン回転軸、１５０遊星歯車機構、１６０ピニオンギヤ、１６２プラネタリキャリア軸、１６５プラネタリキャリア、１７０サンギヤ、１７２サンギヤ軸、１８０リングギヤ、１８２リングギヤ軸、１９０チェーンドライブスプロケット、１９２チェーンドリブンスプロケット、１９５チェーン、１９８カウンタドライブギヤ、ＭＡＰ１，ＭＡＰ２，ＭＡＰ１Ａ，ＭＡＰ２Ａ負荷率制限マップ、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ。

Claims

駆動軸に動力を出力するハイブリッド車両の動力出力装置であって、
第１から第３の軸と結合された遊星歯車機構を含み、前記第３の軸に車両の駆動軸が結合されるとともに、前記第１ないし第３の軸のうちのいずれか２軸に対し動力が入出力されたときに、その入出力された動力に基づいて定まる動力を残余の１軸に対して入出力する３軸式の動力分割機構と、
前記第１の軸にその回転軸が結合し、燃料の燃焼により前記第１の回転軸に対し動力を出力するエンジンと、
前記第２の軸にその回転軸が結合し、前記第２の軸に対し動力を入出力することが可能な第１のモータジェネレータと、
前記第３の軸にその回転軸が結合し、前記第３の軸に対し動力を入出力することが可能な第２のモータジェネレータと、
前記第２のモータジェネレータの温度であるモータ温度を検知する温度検知部と、
前記温度検知部が検知した前記モータ温度が所定の温度を超えた場合において、前記第２のモータジェネレータが前記第３の軸に対し動力を出力する力行動作を行なうときには前記第２のモータジェネレータの負荷率が第１の制限値を超えないように前記負荷率を制限し、前記第２のモータジェネレータが前記第３の軸に対し動力を入力する回生動作を行なうときには前記負荷率が前記第１の制限値よりも低い第２の制限値を超えないように前記負荷率を制限する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ハイブリッド車両に要求される駆動力の符号が正であり、かつ、前記第１のモータジェネレータが前記第２の軸に動力を出力する場合には、前記第２のモータジェネレータが前記回生動作を行なっていても前記負荷率を前記第１の制限値に設定する、ハイブリッド車両の動力出力装置。
前記制御部は、前記モータ温度と前記第１の制限値とを対応付ける第１のマップ、および前記モータ温度と前記第２の制限値とを対応付ける第２のマップを記憶し、前記第２のモータジェネレータが前記力行動作を行なうときには前記第１のマップに基づいて前記第１の制限値を決定するとともに、前記第２のモータジェネレータが前記回生動作を行なうときには前記第２のマップに基づいて前記第２の制限値を決定する、請求項１に記載のハイブリッド車両の動力出力装置。
前記制御部は、さらに、前記第２のモータジェネレータの回転数が負の所定値から正の所定値までの範囲内にある場合には、前記第２のモータジェネレータが前記回生動作を行なっていても前記負荷率を前記第１の制限値に設定する、請求項１または２に記載のハイブリッド車両の動力出力装置。
前記制御部は、前記第２のモータジェネレータが前記回生動作を行ない、かつ、前記第２のモータジェネレータの回転数が前記正の所定値より大きい場合には、前記負荷率を前記第２の制限値に設定する、請求項３に記載のハイブリッド車両の動力出力装置。