JP5146919B2 - 動力出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と電動発電機を動力源として備えた動力出力装置に関する発明である。

近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から電気自動車の需要が拡大している。現在、市販されている電気自動車においては、例えば、特許文献１（特開平９−４６８２１号公報）に記載されているように、エンジン（内燃機関）と、主に発電機として使用される第１のモータ（電動発電機）と、主に車輪を駆動する第２のモータとを動力分割機構（例えば遊星ギヤ機構等）を介して連結して、(1) エンジンの動力のみ又はエンジンとモータの両方の動力で走行するエンジン走行、(2) エンジンを停止してモータの動力のみで走行するＥＶ走行、(3) 車両の減速時や制動時の運動エネルギをモータで電力に変換してバッテリに回収する回生ブレーキ等を行うようにしたものがある。

しかし、上記特許文献１の技術では、モータや該モータを駆動するインバータ等を２系統設ける必要があるため、駆動システムの大型化や高コスト化を招いてしまい、搭載スペースが狭くて低価格の小型車に搭載することが困難であるという問題がある。

そこで、特許文献２（特開平９−２８００８５号公報）に記載されているように、エンジンの出力軸に１つのモータを直接連結した低コストな構成で、エンジンの動力のみで走行するエンジン単独走行やエンジンとモータの両方の動力で走行するアシスト走行を実現できるようにしたものがある。

しかし、上記特許文献２の技術では、エンジンの出力軸にモータが直接連結されているため、エンジンのフリクションロスの影響を受けてＥＶ走行や回生ブレーキを効率良く行うことができないという欠点がある。

この対策として、特許文献３（特開２００３−２００７４３号公報）に記載されているように、エンジンの出力軸にクラッチを介してモータを連結して、クラッチによってエンジンとモータとを切り離し可能にすることで、ＥＶ走行や回生ブレーキを効率良く行うことができるようにしたものがある。

また、特許文献４（特開２０００−２１９０５５号公報）に記載されているように、エンジンとモータとの間に遊星ギヤユニットを配置し、この遊星ギヤユニットのサンギヤにエンジンの出力軸を連結すると共に、遊星ギヤユニットのキャリアにモータの回転軸と無段変速機構の入力軸を連結して、エンジンやモータの動力を無段変速機構を介して車輪側に伝達する構成にすることで、エンジン走行（エンジン単独走行又はアシスト走行）、ＥＶ走行、回生ブレーキ等を実現できるようにしたものがある。
特開平９−４６８２１号公報 特開平９−２８００８５号公報 特開２００３−２００７４３号公報 特開２０００−２１９０５５号公報

しかし、上記特許文献３の技術では、エンジンの出力軸にクラッチを連結するため、エンジンの動力を全て受け持つことができる大型のクラッチを搭載する必要があり、しかも、エンジン、クラッチ、モータ、変速機構を全て直列に連結する構成となるため、動力伝達経路の全長が長くなって、小型車に搭載することが困難であるという問題がある。

また、上記特許文献４の技術では、エンジンやモータの動力を無段変速機構を介して車輪側に伝達する構成となっているため、エンジンとモータの両方の動力を全て受け持つことができる大型の無段変速機構を搭載する必要があり、やはり小型車に搭載することが困難であるという問題がある。

本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、駆動システムの小型化や低コスト化の要求を満たしながら、エンジン走行、ＥＶ走行、回生ブレーキ等を実現できる動力出力装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関と、該内燃機関と車両の駆動軸との間の動力伝達経路に設けられた動力調整機構と、駆動軸と動力を授受可能な電動発電機と、該電動発電機と電力を授受可能な蓄電手段と、車両の運転状態に基づいて内燃機関、動力調整機構及び電動発電機を制御する制御手段とを備え、動力調整機構は、内燃機関の動力を第１の動力伝達経路と第２の動力伝達経路に分割する遊星ギヤ機構と、第１の動力伝達経路の入力側と出力側の変速比を変化させる変速手段と、第１の動力伝達経路又は第２の動力伝達経路の動力伝達を断続する動力断続手段とを有し、第１の動力伝達経路の出力側と第２の動力伝達経路の出力側が共通の出力軸に連結されることで、動力断続手段が動力伝達状態のときに第１の動力伝達経路の入力側の回転速度と出力軸の回転速度とが変速手段の変速比によって拘束され、動力断続手段が動力伝達遮断状態のときに変速手段の変速比による拘束が解除されるように構成され、制御手段は、内燃機関の要求動力に基づいて動力断続手段の状態を変化させ、動力断続手段を動力伝達遮断状態から動力伝達状態に切り替える際には、内燃機関の回転速度指令値を所定値に設定すると共に、遊星ギヤ機構のサンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比であるプラネタリ比と内燃機関の回転速度と駆動軸の回転速度とから求めた第１の動力伝達経路の入力側の回転速度と駆動軸の回転速度とを用いて変速手段の変速比指令値を算出し、内燃機関の回転速度が回転速度指令値になるように内燃機関を制御すると共に、変速手段の変速比が変速比指令値になるように変速手段を制御することで、動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差が小さくなるように内燃機関の回転速度と変速手段の変速比を変化させ、動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差が所定値よりも小さくなったときに、動力断続手段を動力伝達遮断状態から動力伝達状態に切り替えるようにしたものである。

この構成では、動力断続手段（クラッチ）を動力伝達状態（第１の動力伝達経路又は第２の動力伝達経路を連結した状態）に切り替えることで、内燃機関の動力を動力調整機構を介して駆動軸に伝達可能な状態にできるため、内燃機関の動力のみ又は内燃機関と電動発電機の両方の動力で走行するエンジン走行を行うことができる。

一方、動力断続手段を動力伝達遮断状態（第１の動力伝達経路又は第２の動力伝達経路を切り離した状態）に切り替えることで、内燃機関と駆動軸との間の動力伝達を遮断した状態にできるため、内燃機関を停止して電動発電機の動力のみで走行するＥＶ走行や、車両の減速時や制動時の運動エネルギを電動発電機で電力に変換して蓄電手段に回収する回生ブレーキを、内燃機関のフリクションロスの影響を受けずに効率良く行うことができる。

しかも、変速手段や動力断続手段は、動力分割手段により分割された内燃機関の動力を受け持つだけで良いため、変速手段や動力断続手段を小型化することができ、動力調整機構の全長を短くすることができる。これにより、近年の重要な技術的課題である電気自動車の駆動システムの小型化や低コスト化の要求を満たすことができ、搭載スペースが狭くて低価格の小型車にも容易に搭載することが可能となる。
この場合、請求項２のように、変速手段の変速比と遊星ギヤ機構のプラネタリ比と内燃機関の回転速度と駆動軸の回転速度とを用いて動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差を算出するようにすると良い。

ところで、内燃機関の状態（例えば回転速度）や変速手段の状態（例えば変速比）によっては、動力断続手段を動力伝達遮断状態から動力伝達状態に切り替えたときや動力伝達状態から動力伝達遮断状態に切り替えたときに、駆動軸のトルクが急変して不快なトルク変動が発生する可能性がある。

そこで、動力断続手段の状態を変化させる前に内燃機関の状態と変速手段の状態を変化させるようにすると良い。このようにすれば、内燃機関の状態（例えば回転速度）と変速手段の状態（例えば変速比）を変化させて、動力断続手段の状態を変化させても駆動軸のトルクが急変しない状態となってから、動力断続手段の状態を変化させることができるため、動力断続手段を動力伝達遮断状態から動力伝達状態に切り替えたときや動力伝達状態から動力伝達遮断状態に切り替えたときに、駆動軸のトルクが急変することを防止して、不快なトルク変動が発生することを回避できる。

具体的には、動力断続手段を動力伝達遮断状態から動力伝達状態に切り替える際に、内燃機関の状態と変速手段の状態を変化させて動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差が所定値よりも小さくなってから、動力断続手段を動力伝達遮断状態から動力伝達状態に切り替えるようにすると良い。このようにすれば、動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差が小さくなるように内燃機関の状態（例えば回転速度）と変速手段の状態（例えば変速比）を変化させ、その後、動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差が所定値よりも小さくなったとき、動力断続手段を動力伝達状態に切り替えても駆動軸のトルクが急変しない状態になったと判断して、動力断続手段を動力伝達状態に切り替えることができるため、動力断続手段を動力伝達状態に切り替えたときに、駆動軸のトルクが急変することを確実に防止することができる。

また、請求項３のように、所定の車速以上で電動発電機の動力のみで走行するモード（ＥＶ走行モード）から内燃機関の動力のみ又は内燃機関と電動発電機の両方の動力で走行するモード（エンジン走行モード）に移行するときに、内燃機関のスロットル開度を制御して該内燃機関の回転速度を目標回転速度に制御することで動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差を減少させるようにしても良い。このようにすれば、所定の車速以上でＥＶ走行モードからエンジン走行モードに移行する際に、動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差を速やかに減少させることができるため、ＥＶ走行モードからエンジン走行モードへの移行に伴って動力断続手段を動力伝達状態に切り替えたときに、駆動軸のトルクが急変することを防止できる。

更に、請求項４のように、所定の車速以下でアクセル開度が所定値以上の加速要求のときに、内燃機関を始動して動力断続手段を半動力伝達状態に制御するようにしても良い。このようにすれば、所定の車速以下でアクセル開度が所定値以上の加速要求が発生したときに、動力断続手段を半動力伝達状態（半クラッチ状態）に制御することで、駆動軸のトルクが急変することを防止しながら、内燃機関の動力を速やかに駆動軸に作用させて車両を加速させることができる。

また、請求項５のように、動力断続手段の状態が変化した後に内燃機関のトルク指令値と電動発電機のトルク指令値のうちの一方を０又はそれに近い値にするまで内燃機関のトルク指令値と電動発電機のトルク指令値を協調して変化させるようにしても良い。このようにすれば、ＥＶ走行からエンジン走行への移行や、エンジン走行からＥＶ走行への移行を、不快なトルク変動を発生させずにスムーズに行うことができる。

更に、請求項６のように、動力断続手段を動力伝達状態から動力伝達遮断状態に切り替えて内燃機関を停止させる過程で変速手段の変速比を前記内燃機関の減速度が増大するように設定するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関を停止させる過程で内燃機関にかかる負荷を大きくして内燃機関を速やかに停止させることができる。

特に、請求項７のように、動力断続手段を動力伝達状態から動力伝達遮断状態に切り替えて内燃機関を停止させる過程で前記内燃機関の減速度が増大するように変速手段の変速比を大きい側に設定するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関を停止させる過程で内燃機関にかかる負荷を大きくして内燃機関を速やかに停止させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて電気自動車の駆動システム全体の概略構成を説明する。

車両の動力源として、１つのエンジン１１（内燃機関）と１つの三相の交流モータ１２（電動発電機）が搭載されている。エンジン１１のクランク軸１３には、トランスミッション１４（動力調整機構）の入力軸１５が連結され、この入力軸１５に、遊星ギヤ機構１６（動力分割手段）が連結されている。この遊星ギヤ機構１６は、サンギヤとプラネタリギヤとリングギヤ（いずれも図示せず）とから構成されている。プラネタリギヤには、キャリア（図示せず）を介してトランスミッション１４の入力軸１５（つまりエンジン１１のクランク軸１３）が連結され、サンギヤには、第１の動力伝達軸１７（第１の動力伝達経路）が連結され、リングギヤには、第２の動力伝達軸１８（第２の動力伝達経路）が連結されている。これにより、トランスミッション１４は、エンジン１１の動力を遊星ギヤ機構１６によって第１の動力伝達軸１７と第２の動力伝達軸１８に分割するようになっている。

また、第１の動力伝達軸１７には、入力側と出力側の変速比を連続的に変化させる無段変速機構１９（変速手段）と、入力側と出力側とを連結／切り離しすることで第１の動力伝達軸１７の動力伝達を断続するクラッチ２０（動力断続手段）とが設けられている。更に、トランスミッション１４の第１の動力伝達軸１７の出力側と第２の動力伝達軸１８の出力側が同一の回転速度になるように共通の出力軸２１に連結されている。これにより、クラッチ２０がオンされて動力伝達状態（第１の動力伝達軸１７を連結した状態）のときに、第１の動力伝達軸１７の入力側の回転速度と出力軸２１の回転速度とが無段変速機構１９の変速比によって拘束され、クラッチ２０がオフされて動力伝達遮断状態（第１の動力伝達軸１７を切り離した状態）のときに、無段変速機構１９の変速比による拘束が解除されるようになっている。

トランスミッション１４の出力軸２１には、交流モータ１２の回転軸とプロペラシャフト２２（駆動軸）が連結され、このプロペラシャフト２２の動力がデファレンシャルギヤ２３や車軸２４等を介して車輪２５に伝達される。また、エンジン１１のクランク軸１３には、スタータ２６によってエンジン１１をクランキングする始動機構２７が連結されている。

一方、二次電池等からなる直流電源２８（蓄電手段）にはリレー２９を介して三相のインバータ３０が接続されている。このインバータ３０は、直流電源２８の直流電力を三相交流電力に変換して交流モータ１２を駆動したり、交流モータ１２で発電した三相の交流電力を直流電力に変換して直流電源２８に充電する。

車両ＥＣＵ３１（制御手段）は、車両全体を総合的に制御するコンピュータであり、アクセル操作量（アクセルペダルの操作量）を検出するアクセルセンサ３２、シフトレバーの操作位置（例えば、前進運転位置、後退運転位置、パーキング位置、ニュートラル位置等）を検出するシフトスイッチ３３、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ３４、車速を検出する車速センサ３５等の各種のセンサやスイッチの出力信号を読み込んで車両の運転状態を検出する。この車両ＥＣＵ３１は、エンジン１１の運転を制御するエンジンＥＣＵ３６と、駆動装置４０を制御してトランスミッション１４（無段変速機構１９とクラッチ２０）を制御するトランスミッションＥＣＵ３７と、インバータ３０を制御して交流モータ１２を制御するモータＥＣＵ３８と、直流電源２８の充放電を監視するバッテリＥＣＵ３９との間で制御信号やデータ信号を送受信し、各ＥＣＵ３６〜３８によって車両の運転状態に応じてエンジン１１とトランスミッション１４（無段変速機構１９とクラッチ２０）と交流モータ１２を制御する。

例えば、クラッチ２０をオンして動力伝達状態に切り替えることで、エンジン１１の動力をトランスミッション１４を介してプロペラシャフト２２に伝達可能な状態にできるため、エンジン１１の動力のみで走行するエンジン単独走行やエンジン１１と交流モータ１２の両方の動力で走行するアシスト走行を行うことができる。

一方、クラッチ２０をオフして動力伝達遮断状態に切り替えることで、エンジン１１とプロペラシャフト２２との間の動力伝達を遮断した状態にできるため、エンジン１１を停止して交流モータ１２の動力のみで走行するＥＶ走行や、車両の減速時や制動時の運動エネルギを交流モータ１２で電力に変換して直流電源２８に回収する回生ブレーキを、エンジン１１のフリクションロスの影響を受けずに効率良く行うことができる。

図２に示すように、車両ＥＣＵ３１は、イグニッションスイッチ（図示せず）がオンされたときに、リレー駆動部４１で、システムの状況を確認した後にリレー２９をオンして直流電源２８の直流電力をインバータ３０に供給する。

また、ペラ軸回転速度演算部４２で、車速センサ３５の出力に基づいてプロペラシャフト２２の回転速度であるペラ軸回転速度Ｎp を演算し、ペラ軸トルク指令値演算部４３で、車速センサ３５で検出した車速（又はペラ軸回転速度Ｎp ）とアクセルセンサ３２で検出したアクセル開度Ａccel等に基づいてプロペラシャフト２２のトルク指令値であるペラ軸トルク指令値Ｔp*をマップ又は数式等により演算する。

更に、走行パワー指令値演算部４４で、ペラ軸トルク指令値Ｔp*とペラ軸回転速度Ｎp 等に基づいて車両の走行に必要な走行パワー指令値Ｐus* をマップ又は数式等により演算すると共に、充電パワー指令値演算部４５で、直流電源２８の充電状態ＳＯＣ（＝残容量／満充電容量）等に基づいて直流電源２８の充電に必要な充電パワー指令値Ｐbt* をマップ又は数式等により演算する。この後、エンジンパワー指令値演算部４７で、走行パワー指令値Ｐus* に充電パワー指令値Ｐbt* を加算してエンジンパワー指令値Ｐe*（内燃機関の要求動力）を求める。

また、走行モード判定部４８で、エンジンパワー指令値Ｐe*とペラ軸回転速度Ｎp とアクセル開度Ａccelとシフトレバーの操作位置等に基づいて、エンジン単独走行又はアシスト走行を行うエンジン走行モードであるか、ＥＶ走行を行うＥＶ走行モードであるかを判定する。

この後、エンジン動作指令部４９で、走行モードとエンジン回転速度Ｎe とエンジンパワー指令値Ｐe*等に基づいてエンジントルク指令値Ｔe*とエンジン回転速度指令値Ｎe*とエンジン起動指令信号Ｅgon*を演算する。

また、変速比・クラッチ指令値部５０で、走行モードとエンジン回転速度Ｎe とエンジントルク指令値Ｔe*とシフトレバーの操作位置とペラ軸回転速度Ｎp 等に基づいて無段変速機構１９の変速比指令値Ｒcvt*とクラッチ指令信号Ｃlton* を演算する。

更に、モータ動作・メカブレーキ指令部５１で、ペラ軸トルク指令値Ｔp*とペラ軸回転速度Ｎp とシフトレバーの操作位置とブレーキ操作状態等に基づいてモータトルク指令値Ｔm*とモータ回転速度指令値Ｎm*とメカブレーキトルク指令値Ｔbrk*を演算する。

これらの各種の制御指令値や制御指令信号をＥＣＵ３６〜３８に出力して、各ＥＣＵ３６〜３８によってエンジン１１とトランスミッション１４（無段変速機構１９とクラッチ２０）と交流モータ１２とブレーキ装置（図示せず）等を制御する。

ここで、図３は、遊星ギヤ機構１６のサンギヤに連結された第１の動力伝達軸１７の入力側（無段変速機構１９の入力軸１７ａ）の回転速度であるサン軸回転速度Ｎs と、プラネタリギヤのキャリアに連結されたエンジン１１のクランク軸１３の回転速度であるエンジン回転速度Ｎe と、リングギヤに連結された第２の動力伝達軸１８と一体的に回転するプロペラシャフト２２の回転速度であるペラ軸回転速度Ｎp との関係を示す共線図であり、各回転速度Ｎs ，Ｎe ，Ｎp が常に一直線で結ばれる関係となる。また、無段変速機構１９の変速比に応じてサン軸回転速度Ｎs （＝無段変速機構１９の入力軸１７ａの回転速度）と無段変速機構１９の出力軸１７ｂの回転速度Ｎclt （＝クラッチ２０の入力軸の回転速度）との関係が変化する。

例えば、図３に破線で示すように、車両の走行中（ペラ軸回転速度Ｎp ＞０のとき）にクラッチ２０がオフ（動力伝達遮断状態）でエンジン１１が停止状態（エンジン回転速度Ｎe ＝０）の場合には、サン軸回転速度Ｎs （＝無段変速機構１９の入力軸１７ａの回転速度）が負の値（逆回転状態）となり、それに伴って無段変速機構１９の出力軸１７ｂの回転速度Ｎclt も負の値となる。

その後、図３に実線で示すように、クラッチ２０をオン（動力伝達状態）に切り替えると、無段変速機構１９の出力軸１７ｂの回転速度Ｎclt （＝クラッチ２０の入力軸の回転速度）が、ペラ軸回転速度Ｎp （＝クラッチ２０の出力軸の回転速度）と同一の回転速度まで上昇し、それに伴ってサン軸回転速度Ｎs も上昇する。このようにクラッチ２０をオンした状態で、エンジン回転速度Ｎe や無段変速機構１９の変速比Ｒcvt を変化させると、それに応じてペラ軸回転速度Ｎp が変化して車速が変化する。

この場合、図４に破線で示すように、無段変速機構１９の最大変速比Ｒcvtmaxと最低エンジン回転速度Ｎemin（例えばアイドル回転速度）とによってペラ軸回転速度Ｎp の下限値が決まって車速の下限値が決まり、図４に実線で示すように、無段変速機構１９の最小変速比Ｒcvtminと最高エンジン回転速度Ｎemaxとによってペラ軸回転速度Ｎp の上限値が決まって車速の上限値が決まる。

ところで、クラッチ２０の入力軸と出力軸の回転速度差であるクラッチ回転速度差が大きい状態（図３の破線参照）で、クラッチ２０をオフ（動力伝達遮断状態）からオン（動力伝達状態）に切り替えると、ペラ軸トルク（プロペラシャフト２２のトルク）が急変して不快なトルク変動が発生する可能性がある。

そこで、車両ＥＣＵ３１は、後述する図５乃至図９の各ルーチンを実行することで、クラッチ２０をオフからオンに切り替える際に、まず、クラッチ回転速度差が小さくなるようにエンジン回転速度と無段変速機構１９の変速比を変化させ、その後、クラッチ回転速度差が所定の閾値よりも小さくなったときに、クラッチ２０をオンに切り替えてもペラ軸トルクが急変しない状態になったと判断して、クラッチ２０をオンに切り替える。これにより、クラッチ２０をオンに切り替えたときに、ペラ軸トルクが急変することを確実に防止する。

具体的には、クラッチ２０をオフからオンに切り替える際に、まず、エンジンを始動してエンジン回転速度指令値Ｎe*を所定値に設定する。ここで、所定値は、最低エンジン回転速度Ｎemin又はそれよりも少し高い回転速度であり、例えば８００ｒｐｍに設定されている。

また、プラネタリ比ρ（サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比）とエンジン回転速度Ｎe とペラ軸回転速度Ｎp とを用いてサン軸回転速度Ｎs を次式により算出する。
Ｎs ＝｛（１＋ρ）×Ｎe −Ｎp ｝／ρ

このサン軸回転速度Ｎs とペラ軸回転速度Ｎp とを用いて無段変速機構１９の変速比指令値Ｒcvt*を次式により算出する。
Ｒcvt*＝Ｎs ／Ｎp

このようにしてエンジン回転速度指令値Ｎe*と無段変速機構１９の変速比指令値Ｒcvt*を設定し、エンジン回転速度Ｎe がエンジン回転速度指令値Ｎe*になるようにエンジン１１を制御すると共に、無段変速機構１９の変速比Ｒcvt が変速比指令値Ｒcvt*になるように無段変速機構１９を制御することで、クラッチ回転速度差が小さくなるようにエンジン回転速度Ｎe と無段変速機構１９の変速比Ｒcvt を変化させる。

この後、無段変速機構１９の変速比Ｒcvt とプラネタリ比ρとエンジン回転速度Ｎe とペラ軸回転速度Ｎp とを用いてクラッチ回転速度差ΔＮclt を次式により算出する。
ΔＮclt ＝Ｒcvt ×｛（１＋ρ）×Ｎe −Ｎp ｝／ρ−Ｎp

このクラッチ回転速度差ΔＮclt の絶対値が所定の閾値Ｎ0 （例えば１８０ｒｐｍ）よりも小さいか否かを判定し、クラッチ回転速度差ΔＮclt の絶対値が閾値Ｎ0 よりも小さくなったときに、クラッチ２０をオンに切り替えてもペラ軸トルクが急変しない状態になったと判断して、クラッチオン指令を出力してクラッチ２０をオンに切り替える。
以下、車両ＥＣＵ３１が実行する図５乃至図９の各ルーチンの処理内容を説明する。

［駆動制御メインルーチン］
図５乃至図７に示す駆動制御メインルーチンは、車両ＥＣＵ３１の電源オン中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、初期化処理（例えば各種の制御指令値や制御指令信号をイニシャル値に設定する処理等）を実行する。このステップ１０１の初期化処理は、車両ＥＣＵ３１の電源オン直後の本ルーチンの１回目の起動時にのみ実行される。

この後、ステップ１０２で、アクセルセンサ３２の出力に基づいてアクセル開度Ａccelを検出し、次のステップ１０３で、ブレーキ装置の作動油圧等に基づいてブレーキトルクＴbrk を演算する。

この後、ステップ１０４に進み、ブレーキオン（ブレーキトルクＴbrk ≠０）且つアクセルオン（アクセル開度Ａccel≠０）であるか否かを判定する。その結果、ブレーキオン且つアクセルオンであると判定されれば、ステップ１０５に進み、アクセル開度Ａccelを強制的に「０」にして、ブレーキを優先する。

この後、ステップ１０６に進み、車速センサ３５の出力に基づいてプロペラシャフト２２の回転速度であるペラ軸回転速度Ｎp を検出した後、ステップ１０７に進み、ペラ軸回転速度Ｎp とアクセル開度Ａccel等に基づいてプロペラシャフト２２のトルク指令値であるペラ軸トルク指令値Ｔp*をマップ又は数式等により演算する。

この後、ステップ１０８に進み、ペラ軸トルク指令値Ｔp*とペラ軸回転速度Ｎp 等に基づいて車両の走行に必要な走行パワー指令値Ｐus* をマップ又は数式等により演算した後、ステップ１０９に進み、直流電源２８の充電状態ＳＯＣ（＝残容量／満充電容量）等に基づいて直流電源２８の充電に必要な充電パワー指令値Ｐbt* をマップ又は数式等により演算する。

この後、ステップ１１０に進み、車両走行中（ペラ軸回転速度Ｎp ≠０）且つアクセルオフ（アクセル開度Ａccel＝０）であるか否かを判定する。その結果、車両走行中且つアクセルオフであると判定されれば、減速中であると判断して、ステップ１１１に進み、減速中フラグＦdec を「１」にセットする。

一方、上記ステップ１１０で、車両停止中（ペラ軸回転速度Ｎp ＝０）と判定された場合、又は、アクセルオン（アクセル開度Ａccel≠０）と判定された場合には、減速中ではないと判断して、ステップ１１２に進み、減速中フラグＦdec を「０」にリセットする。

この後、図６のステップ１１３に進み、減速中（Ｆdec ＝１）であるか否かを判定する。その結果、減速中であると判定された場合には、ステップ１１４に進み、エンジンパワー指令値Ｐe*を「０」に設定する。
Ｐe*＝０

一方、上記ステップ１１３で、減速中ではないと判定された場合には、ステップ１１５に進み、走行パワー指令値Ｐus* に充電パワー指令値Ｐbt* を加算してエンジンパワー指令値Ｐe*を求める。
Ｐe*＝Ｐus* ＋Ｐbt*

この後、ステップ１１６に進み、エンジンパワー指令値Ｐe*とペラ軸回転速度Ｎp とアクセル開度Ａccelとシフトレバーの操作位置等に基づいてエンジン走行条件が成立しているか否かをを判定することで、エンジン単独走行又はアシスト走行を行うエンジン走行モードであるか、ＥＶ走行を行うＥＶ走行モードであるかを判定する。

このステップ１１６で、エンジン走行条件が成立していないと判定されれば、ＥＶ走行モードであると判断して、ステップ１１７に進み、前回がエンジン走行モードか否かを判定し、前回がエンジン走行モードと判定されれば、エンジン走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった直後であると判断して、ステップ１１８に進み、後述する図８のクラッチオフ制御ルーチンを実行することで、クラッチ指令フラグＮclt を「クラッチオフ指令」を意味する「０」にリセットして、クラッチ２０をオン（動力伝達状態）からオフ（動力伝達遮断状態）に切り替える。

その後、上記ステップ１１７で、前回がエンジン走行モードではない（前回もＥＶ走行モードである）と判定されれば、ステップ１１９に進み、エンジン回転速度指令値Ｎe*を「０」に設定した後、ステップ１２０に進み、エンジントルク指令値Ｔe*を「０」に設定する。

この後、ステップ１２１に進み、無段変速機構１９の変速比指令値Ｒcvt*を所定値に設定した後、ステップ１２２に進み、モータトルク指令値Ｔm*をペラ軸トルク指令値Ｔp*に設定する。この後、ステップ１２３に進み、モータトルク指令値Ｔm*をモータトルク上限値でガード処理する。

一方、上記ステップ１１６で、エンジン走行条件が成立していると判定されれば、エンジン走行モードであると判断して、図７のステップ１２４に進み、前回がＥＶ走行モードか否かを判定し、前回がＥＶ走行モードと判定されれば、ＥＶ走行モードからエンジン走行モードに切り替わった直後であると判断して、ステップ１２５に進み、クラッチオン制御フラグＦclton ＝０であるか否かを判定し、クラッチオン制御フラグＦclton ＝０であると判定されれば、ステップ１２６に進み、クラッチオン制御フラグＦclton を「１」にセットした後、ステップ１２７に進み、後述する図９のクラッチオン制御ルーチンを実行することで、クラッチ回転速度差ΔＮclが所定の閾値Ｎ0 よりも小さくなったときに、クラッチ指令フラグＮclt を「クラッチオン指令」を意味する「０」にセットして、クラッチ２０をオフ（動力伝達遮断状態）からオン（動力伝達状態）に切り替える。

その後、上記ステップ１２４で、前回がＥＶ走行モードではない（前回もエンジン走行モードである）と判定されれば、ステップ１２８に進み、エンジンパワー指令値Ｐe*等に基づいてエンジン回転速度指令値Ｎe*を演算した後、ステップ１２９に進み、エンジンパワー指令値Ｐe*等に基づいてエンジントルク指令値Ｔe*を演算する。

この後、ステップ１３０に進み、エンジン回転速度指令値Ｎe*とペラ軸回転速度Ｎp とを用いて無段変速機構１９の変速比指令値Ｒcvt*を次式により算出する。
Ｒcvt*＝Ｎe*／Ｎp

この後、ステップ１３１に進み、充電パワー指令値Ｐbt* ＝０であるか否かを判定し、充電パワー指令値Ｐbt* ＝０であると判定されれば、ステップ１３２に進み、ペラ軸トルク指令値Ｔp*と変速比指令値Ｒcvt*とエンジントルク指令値Ｔe*とを用いてモータトルク指令値Ｔm*を次式により算出する。
Ｔm*＝Ｔp*−Ｒcvt*×Ｔe*

一方、上記ステップ１３１で、充電パワー指令値Ｐbt* ＝０ではないと判定されれば、ステップ１３３に進み、充電パワー指令値Ｐbt* とペラ軸回転速度Ｎp とを用いてモータトルク指令値Ｔm*を次式により算出する。
Ｔm*＝Ｐbt* ／Ｎp
この後、ステップ１３４に進み、モータトルク指令値Ｔm*をモータトルク上限値でガード処理する。

以上のようにして、エンジン回転速度指令値Ｎe*、エンジントルク指令値Ｔe*、変速比指令値Ｒcvt*、モータトルク指令値Ｔm*、クラッチ指令フラグ等を設定した後、図６のステップ１３５に進み、ブレーキオフ（ブレーキトルクＴbrk ＝０）であるか否かを判定し、ブレーキオフであると判定されれば、ステップ１３６に進み、メカブレーキトルク指令値Ｔmbrk* を「０」に設定する。

一方、上記ステップ１３５で、ブレーキオン（ブレーキトルクＴbrk ≠０）であると判定されれば、ステップ１３７に進み、ブレーキトルクＴbrk とモータトルク指令値Ｔm*とを用いてメカブレーキトルク指令値Ｔbrk*を次式により算出する。
Ｔbrk*＝Ｔbrk ＋Ｔm*

この後、ステップ１３８に進み、各種の制御指令値や制御指令信号をＥＣＵ３６〜３８に出力して、各ＥＣＵ３６〜３８によってエンジン１１とトランスミッション１４（無段変速機構１９とクラッチ２０）と交流モータ１２とブレーキ装置等を制御する。

［クラッチオフ制御ルーチン］
図８に示すクラッチオフ制御ルーチンは、前記図５乃至図７の駆動制御メインルーチンのステップ１１８で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、クラッチ指令フラグＮclt を「クラッチオフ指令」を意味する「０」にリセットすることで、クラッチオフ指令を出力してクラッチ２０をオフに切り替える。

この後、ステップ２０２に進み、燃料供給フラグＦcdemを「燃料噴射停止」を意味する「０」にリセットすることで、エンジン１１の燃料噴射を停止してエンジン１１を停止させる。この後、ステップ２０３に進み、エンジン回転速度指令値Ｎe*を「０」に設定した後、ステップ２０４に進み、エンジントルク指令値Ｔe*を「０」に設定して、本ルーチンを終了する。

［クラッチオン制御ルーチン］
図９に示すクラッチオン制御ルーチンは、前記図５乃至図７の駆動制御メインルーチンのステップ１２７で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、燃料供給フラグＦcdemを「燃料噴射」を意味する「１」にセットすることで、エンジン１１の燃料噴射を開始してエンジン１１を始動させる。

この後、ステップ３０２に進み、エンジン回転速度指令値Ｎe*を所定値（例えば８００ｒｐｍ）に設定した後、ステップ３０３に進み、エンジントルク指令値Ｔe*を「０」に設定する。

この後、ステップ３０４に進み、プラネタリ比ρとエンジン回転速度Ｎe とペラ軸回転速度Ｎp とを用いて、サン軸回転速度Ｎs を次式により算出する。
Ｎs ＝｛（１＋ρ）×Ｎe −Ｎp ｝／ρ

この後、ステップ３０５に進み、サン軸回転速度Ｎs とペラ軸回転速度Ｎp とを用いて無段変速機構１９の変速比指令値Ｒcvt*を次式により算出する。
Ｒcvt*＝Ｎs ／Ｎp

このようにしてエンジン回転速度指令値Ｎe*と無段変速機構１９の変速比指令値Ｒcvt*を設定し、エンジン回転速度Ｎe がエンジン回転速度指令値Ｎe*になるようにエンジン１１を制御すると共に、無段変速機構１９の変速比Ｒcvt が変速比指令値Ｒcvt*になるように無段変速機構１９を制御することで、クラッチ回転速度差が小さくなるようにエンジン回転速度Ｎe と無段変速機構１９の変速比Ｒcvt を変化させる。

この後、ステップ３０６に進み、無段変速機構１９の変速比Ｒcvt とプラネタリ比ρとエンジン回転速度Ｎe とペラ軸回転速度Ｎp とを用いてクラッチ回転速度差ΔＮclt を次式により算出する。
ΔＮclt ＝Ｒcvt ×｛（１＋ρ）×Ｎe −Ｎp ｝／ρ−Ｎp

この後、ステップ３０７で、クラッチ回転速度差ΔＮclt の絶対値が所定の閾値Ｎ0 （例えば１８０ｒｐｍ）よりも小さいか否かを判定し、クラッチ回転速度差ΔＮclt の絶対値が閾値Ｎ0 以上であると判定された場合には、ステップ３０８に進み、クラッチ指令フラグＮclt を「クラッチオフ指令」を意味する「０」に維持したまま、本ルーチンを終了する。

その後、上記ステップ３０７で、クラッチ回転速度差ΔＮclt の絶対値が閾値Ｎ0 よりも小さいと判定された時点で、クラッチ２０をオンに切り替えてもペラ軸トルクが急変しない状態になったと判断して、ステップ３０９に進み、クラッチ指令フラグＮclt を「クラッチオン指令」を意味する「１」にセットすることで、クラッチオン指令を出力してクラッチ２０をオンに切り替える。この後、ステップ３１０に進み、クラッチオン制御フラグＦclton を「０」にリセットして、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例では、エンジン１１の動力を遊星ギヤ機構１６によって第１の動力伝達軸１７と第２の動力伝達軸１８に分割して、第１の動力伝達軸１７に無段変速機構１９とクラッチ２０を設け、第１の動力伝達軸１７の出力側と第２の動力伝達軸１８の出力側を共通の出力軸２１に連結して、この出力軸２１に交流モータ１２の回転軸とプロペラシャフト２２を連結した構成としている。

これにより、クラッチ２０をオン（動力伝達状態）にすることで、エンジン１１の動力をトランスミッション１４を介してプロペラシャフト２２に伝達可能な状態にできるため、エンジン走行（エンジン単独走行又はアシスト走行）を行うことができる。一方、クラッチ２０をオフ（動力伝達遮断状態）にすることで、エンジン１１とプロペラシャフト２２との間の動力伝達を遮断した状態にできるため、エンジン１１のフリクションロスの影響を受けずにＥＶ走行や回生ブレーキを効率良く行うことができる。

しかも、無段変速機構１９とクラッチ２０は、遊星ギヤ機構１６によって分割されたエンジン１１の動力を受け持つだけで良いため、無段変速機構１９やクラッチ２０を小型化することができ、トランスミッション１４の全長を短くすることができる。これにより、近年の重要な技術的課題である電気自動車の駆動システムの小型化や低コスト化の要求を満たすことができ、搭載スペースが狭くて低価格の小型車にも容易に搭載することが可能となる。

また、本実施例では、クラッチ２０をオフからオンに切り替える際に、まず、クラッチ回転速度差が小さくなるようにエンジン回転速度と無段変速機構１９の変速比を変化させ、その後、クラッチ回転速度差が所定の閾値よりも小さくなったときに、クラッチ２０をオンに切り替えてもペラ軸トルクが急変しない状態になったと判断して、クラッチ２０をオンに切り替えるようにしたので、クラッチ２０をオンに切り替えたときに、ペラ軸トルクが急変することを確実に防止することができ、不快なトルク変動が発生することを回避できる。

尚、上記実施例では、クラッチ２０をオフからオンに切り替える際に、エンジン回転速度と無段変速機構１９の変速比を変化させてから、クラッチ２０をオンに切り替えるようにしたが、クラッチ２０をオンからオフに切り替える際に、エンジン１１の状態（例えばエンジン回転速度）と無段変速機構１９の状態（例えば変速比）を変化させてから、クラッチ２０をオフに切り替えるようにしても良い。

また、上記実施例では、第１の動力伝達軸１７に無段変速機構１９とクラッチ２０を設けるようにしたが、これに限定されず、第１の動力伝達軸１７に無段変速機構１９を設けて、第２の動力伝達軸１８にクラッチ２０を設けるようにしても良い。

また、本発明は、所定の車速以上でＥＶ走行モードからエンジン走行モードに移行するときに、エンジン１１のスロットル開度を制御してエンジン回転速度を目標回転速度に制御することでクラッチ回転速度差を減少させるようにしても良い。このようにすれば、所定の車速以上でＥＶ走行モードからエンジン走行モードに移行する際に、クラッチ回転速度差を速やかに減少させることができるため、ＥＶ走行モードからエンジン走行モードへの移行に伴ってクラッチ２０をオンに切り替えたときに、ペラ軸トルクが急変することを防止できる。

更に、所定の車速以下でアクセル開度が所定値以上の加速要求のときに、エンジン１１を始動してクラッチ２０を半クラッチ状態（入力側と出力側を滑らせながら動力伝達する状態）に制御するようにしても良い。このようにすれば、所定の車速以下でアクセル開度が所定値以上の加速要求が発生したときに、クラッチ２０を半クラッチ状態に制御することで、ペラ軸トルクが急変することを防止しながら、エンジン１１の動力を速やかにプロペラシャフト２２に作用させて車両を加速させることができる。

また、クラッチ２０をオフからオンに切り替えてＥＶ走行からエンジン走行へ移行する際に、クラッチ２０をオフからオンに切り替えた後に、モータトルク指令値を０（又はそれに近い値）にするまでエンジントルク指令値とモータトルク指令値を協調して変化させるようにしても良い。或は、クラッチ２０をオンからオフに切り替えてエンジン走行からＥＶ走行へ移行する際に、クラッチ２０をオンからオフに切り替えた後に、エンジントルク指令値を０（又はそれに近い値）にするまでエンジントルク指令値とモータトルク指令値を協調して変化させるようにしても良い。このようにすれば、ＥＶ走行からエンジン走行への移行や、エンジン走行からＥＶ走行への移行を、不快なトルク変動を発生させずにスムーズに行うことができる。

更に、クラッチ２０をオンからオフに切り替えてエンジン１１を停止させる過程で無段変速機構１９の変速比を内燃機関の減速度が増大するように設定するようにしても良い。このようにすれば、エンジン１１を停止させる過程でエンジン１１にかかる負荷を大きくしてエンジン１１を速やかに停止させることができる。

本発明の一実施例における電気自動車の駆動システム全体の概略構成図である。 駆動制御系の構成を示すブロック図である。 各部の回転速度の関係を説明する共線図である。 無段変速機構の変速比とエンジン回転速度と車速との関係を説明する共線図である。 駆動制御メインルーチンの処理の流れを説明するフローチャート（その１）である。 駆動制御メインルーチンの処理の流れを説明するフローチャート（その２）である。 駆動制御メインルーチンの処理の流れを説明するフローチャート（その３）である。 クラッチオフ制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 クラッチオン制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…交流モータ（電動発電機）、１４…トランスミッション（動力調整機構）、１６…遊星ギヤ機構（動力分割手段）、１７…第１の動力伝達軸（第１の動力伝達経路）、１８…第２の動力伝達軸（第２の動力伝達経路）、１９…無段変速機構（変速手段）、２０…クラッチ（動力断続手段）、２２…プロペラシャフト（駆動軸）、２８…直流電源（蓄電手段）、３０…インバータ、３１…車両ＥＣＵ（制御手段）、３６…エンジンＥＣＵ、３７…トランスミッションＥＣＵ、３８…モータＥＣＵ、３９…バッテリＥＣＵ

Claims (7)

1. 内燃機関と、該内燃機関と車両の駆動軸との間の動力伝達経路に設けられた動力調整機構と、前記駆動軸と動力を授受可能な電動発電機と、該電動発電機と電力を授受可能な蓄電手段と、車両の運転状態に基づいて前記内燃機関、前記動力調整機構及び前記電動発電機を制御する制御手段とを備え、
   前記動力調整機構は、前記内燃機関の動力を第１の動力伝達経路と第２の動力伝達経路に分割する遊星ギヤ機構と、前記第１の動力伝達経路の入力側と出力側の変速比を変化させる変速手段と、前記第１の動力伝達経路又は前記第２の動力伝達経路の動力伝達を断続する動力断続手段とを有し、前記第１の動力伝達経路の出力側と前記第２の動力伝達経路の出力側が共通の出力軸に連結されることで、前記動力断続手段が動力伝達状態のときに前記第１の動力伝達経路の入力側の回転速度と前記出力軸の回転速度とが前記変速手段の変速比によって拘束され、前記動力断続手段が動力伝達遮断状態のときに前記変速手段の変速比による拘束が解除されるように構成され、
   前記制御手段は、前記内燃機関の要求動力に基づいて前記動力断続手段の状態を変化させ、前記動力断続手段を動力伝達遮断状態から動力伝達状態に切り替える際には、前記内燃機関の回転速度指令値を所定値に設定すると共に、前記遊星ギヤ機構のサンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比であるプラネタリ比と前記内燃機関の回転速度と前記駆動軸の回転速度とから求めた前記第１の動力伝達経路の入力側の回転速度と前記駆動軸の回転速度とを用いて前記変速手段の変速比指令値を算出し、前記内燃機関の回転速度が前記回転速度指令値になるように前記内燃機関を制御すると共に、前記変速手段の変速比が前記変速比指令値になるように前記変速手段を制御することで、前記動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差が小さくなるように前記内燃機関の回転速度と前記変速手段の変速比を変化させ、前記動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差が所定値よりも小さくなったときに、前記動力断続手段を動力伝達遮断状態から動力伝達状態に切り替えることを特徴とする動力出力装置。
2. 前記制御手段は、前記変速手段の変速比と前記遊星ギヤ機構のプラネタリ比と前記内燃機関の回転速度と前記駆動軸の回転速度とを用いて前記動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差を算出することを特徴とする請求項１に記載の動力出力装置。
3. 前記制御手段は、所定の車速以上で前記電動発電機の動力のみで走行するモードから前記内燃機関の動力のみ又は前記内燃機関と前記電動発電機の両方の動力で走行するモードに移行するときに、前記内燃機関のスロットル開度を制御して該内燃機関の回転速度を目標回転速度に制御することで前記動力断続手段の入力側と出力側の回転速度差を減少させる手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の動力出力装置。
4. 前記制御手段は、所定の車速以下でアクセル開度が所定値以上の加速要求のときに、前記内燃機関を始動して前記動力断続手段を半動力伝達状態に制御する手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の動力出力装置。
5. 前記制御手段は、前記動力断続手段の状態が変化した後に前記内燃機関のトルク指令値と前記電動発電機のトルク指令値のうちの一方を０又はそれに近い値にするまで前記内燃機関のトルク指令値と前記電動発電機のトルク指令値を協調して変化させる手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の動力出力装置。
6. 前記制御手段は、前記動力断続手段を動力伝達状態から動力伝達遮断状態に切り替えて前記内燃機関を停止させる過程で前記変速手段の変速比を前記内燃機関の減速度が増大するように設定する手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の動力出力装置。
7. 前記制御手段は、前記動力断続手段を動力伝達状態から動力伝達遮断状態に切り替えて前記内燃機関を停止させる過程で前記変速手段の変速比を大きい側に設定して前記内燃機関の減速度を増大する手段を有することを特徴とする請求項６に記載の動力出力装置。

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