JP5429578B2 - 車両駆動システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの動力とモータジェネレータの動力を車両の車軸に伝達可能な動力伝達装置を備えた車両駆動システムの制御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車両の動力源としてエンジンとＭＧ（モータジェネレータ）を搭載したハイブリッド車が注目されている。このハイブリッド車においては、例えば、特許文献１（特開平９−２８７４９０号公報）に記載されているように、エンジンの動力を車両の駆動軸に伝達する動力伝達経路にＭＧを配置すると共に、エンジンとＭＧとの間にＭＧの回転速度に応じて変速比を自動的に変化させる変速機を配置して、エンジンの回転速度とトルクを一定に制御することで、燃費を向上させるようにしたものがある。

また、特許文献２（特許３４６１６５２号公報）に記載されているように、エンジンの出力軸とＭＧの回転軸と車両の駆動軸とを遊星ギヤユニットを介して連結することで、車両の停止中にエンジンの動力でＭＧを駆動して発電できるようにしたものもある。

特開平９−２８７４９０号公報 特許３４６１６５２号公報

しかし、上記特許文献１の技術では、ＭＧの回転軸と車両の駆動軸とが常に連結されているため、車両の停止中にエンジンの動力でＭＧを駆動して発電することができず、最悪の場合、バッテリの残容量が低下して走行できなくなる可能性がある。この対策として、ＭＧと駆動軸との間にクラッチを設けると、車両の発進時にクラッチを高精度に制御する必要があるため、駆動トルクの応答性を確保することが困難になり、発進性能が悪化してしまう可能性がある。

また、上記特許文献２の技術では、エンジンの出力軸とＭＧの回転軸と車両の駆動軸とを遊星ギヤユニットを介して連結するため、動力伝達系の構成が複雑化又は大型化するという欠点がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、動力伝達装置の構成を簡素化しながら、車両の停止中にＭＧで発電することができると共に、車両の発進性能を確保することができる車両駆動システムの制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、エンジンの動力と第１のモータジェネレータ（以下「第１のＭＧ」と表記する）及び第２のモータジェネレータ（以下「第２のＭＧ」と表記する）の動力を車両の車軸に伝達可能な動力伝達装置を備えた車両駆動システムの制御装置において、動力伝達装置は、エンジンの動力を伝達するエンジン入力軸と、第１のＭＧの動力を伝達するモータ入力軸と、第２のＭＧの動力が入力されると共に車軸に伝達するための動力を出力する出力軸と、エンジン入力軸の動力をモータ入力軸を介さずに出力軸に伝達するためのエンジン側ギヤ機構と、モータ入力軸の動力をエンジン入力軸を介さずに出力軸に伝達するためのモータ側ギヤ機構と、エンジン入力軸とモータ入力軸との間の動力伝達を断続する第１のクラッチと、モータ側ギヤ機構と出力軸との間の動力伝達を断続する第２のクラッチと、エンジン側ギヤ機構と出力軸との間の動力伝達を断続する第３のクラッチとを有し、車軸の回転速度に応じて各クラッチの断続状態と各ＭＧの要求トルクを決定する動力伝達制御手段を備えた構成としたものである。

この構成では、車両の停止中にエンジン及び第１のＭＧと出力軸との間の動力伝達を切り離すことができるため、車両の停止中にエンジンの動力で第１のＭＧを駆動して発電することができる。また、車両の発進時に第２のＭＧの動力で出力軸を駆動して車両を発進させることで、駆動トルクの応答性を確保することができ、発進性能を確保することができる。更に、動力伝達装置に遊星ギヤユニット等の複雑なギヤ機構を設ける必要がないため、動力伝達装置の構成を簡素化して小型化することができる。しかも、車軸の回転速度に応じて各クラッチの断続状態と各ＭＧの要求トルクを決定することで、各クラッチや各ＭＧを車軸の回転速度に応じて適正に制御することができる。

本発明は、請求項２のように、エンジンの運転中に該エンジンの要求トルクを一定値に設定するようにすると良い。このようにすれば、エンジンのトルクを一定に維持して、燃費向上と排気エミッション低減を実現することができる。

この場合、請求項３のように、車軸の回転速度が所定の第１の回転速度以下の場合に、第１のクラッチを接続して第２及び第３のクラッチを切断するようにすると良い。このようにすれば、車軸の回転速度が第１の回転速度以下となる低速領域（車両の停止中を含む）では、エンジン及び第１のＭＧと出力軸との間の動力伝達を切り離した状態にして、エンジンの動力で第１のＭＧを駆動して発電することができると共に、第２のＭＧの動力で出力軸を駆動して車両を走行させることができる。

更に、請求項４のように、第１のＭＧの要求トルクをエンジンの要求トルクと同じ値に設定すると共に第２のＭＧの要求トルクを出力軸の要求トルクに基づいて設定するようにすると良い。このようにすれば、エンジンのトルクを一定に維持しながら、第２のＭＧで出力軸の要求トルクを実現することができる。

また、請求項５のように、車軸の回転速度が所定の第１の回転速度よりも高く且つ所定の第２の回転速度以下の場合に、エンジン側ギヤ機構とモータ側ギヤ機構のうちでギヤ比が大きい方のギヤ機構を介してエンジンの動力を出力軸に伝達するように各クラッチを制御するようにすると良い。このようにすれば、車軸の回転速度が第１の回転速度よりも高く且つ第２の回転速度以下となる低速〜中速領域では、ローギヤ機構（ギヤ比が大きい方のギヤ機構）を介してエンジンの動力を出力軸に伝達することができる。

また、請求項６のように、車軸の回転速度が所定の第２の回転速度よりも高い場合に、エンジン側ギヤ機構とモータ側ギヤ機構のうちでギヤ比が小さい方のギヤ機構を介してエンジンの動力を出力軸に伝達するように各クラッチを制御するようにすると良い。このようにすれば、車軸の回転速度が第２の回転速度よりも高くなる中速〜高速領域では、ハイギヤ機構（ギヤ比が小さい方のギヤ機構）を介してエンジンの動力を出力軸に伝達することができる。

更に、請求項７のように、エンジンの動力を出力軸に伝達するギヤ機構のギヤ比から決定されるエンジンの目標パワーと、出力軸の要求パワーとに基づいてＭＧの要求パワーを算出するようにすると良い。このようにすれば、エンジンの運転中に出力軸の要求パワーを実現するのに必要なＭＧの要求パワーを精度良く設定することができる。

また、請求項８のように、エンジンの運転停止中に第１及び第３のクラッチを切断して第２のクラッチを接続するようにすると良い。このようにすれば、第１のＭＧと第２のＭＧのうちの少なくとも一方の動力で出力軸を駆動して車両を走行させたり、車軸の動力で駆動される出力軸の動力で第１のＭＧと第２のＭＧのうちの少なくとも一方を駆動して発電することができる。

この場合、請求項９のように、ＭＧの要求パワーを出力軸の要求パワーと同じ値に設定するようにすると良い。このようにすれば、エンジンの運転停止中に出力軸の要求パワーを実現するのに必要なＭＧの要求パワーを精度良く設定することができる。

更に、請求項１０のように、予めＭＧの総損失が最小となる最適動作点のマップを記憶しておき、該マップを用いてＭＧの要求パワーに基づいて第１のＭＧの要求トルクと第２のＭＧの要求トルクを算出するようにすると良い。このようにすれば、ＭＧの総損失が最小となるように第１のＭＧの要求トルクと第２のＭＧの要求トルクを設定することができる。

図１は本発明の一実施例におけるハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す図である。 図２は車軸の回転速度Ｎd に応じたクラッチとＭＧの制御を説明する図である。 図３はＭＧ最大トルクのマップの一例を概念的に示す図である。 図４はＭＧ損失のマップの一例を概念的に示す図である。 図５はＭＧ最適動作点のマップの一例を概念的に示す図である。 図６は動力伝達制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その１）である。 図７は動力伝達制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その２）である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてハイブリッド車の駆動システムの概略構成を説明する。

ハイブリッド車に搭載される動力伝達装置１１は、エンジン１２、第１のモータジェネレータ（以下「第１のＭＧ」と表記する）１３、第２のモータジェネレータ（以下「第２のＭＧ」と表記する）１４、第１エンジン入力軸１５、ダンパ１６、第２エンジン入力軸１７、モータ入力軸１８、エンジン側のドライブギヤ１９及びドリブンギヤ２０、モータ側のドライブギヤ２１及びドリブンギヤ２２、第１のクラッチ２３、第２のクラッチ２４、第３のクラッチ２５、出力軸２６、ディファレンシャルギヤ２７等を備えており、エンジン１２、第１及び第２のＭＧ１３，１４が発生した動力（すなわち駆動トルク）を車軸２８に伝達し、それによって駆動輪２９に駆動力を発生させるようになっている。

第１及び第２のＭＧ１３，１４は、インバータ３０を介してバッテリ３１（蓄電池）に接続され、第１及び第２のＭＧ１３，１４がインバータ３０を介してバッテリ３１と電力を授受するようになっている。エンジン１２は内燃機関であり、第１及び第２のＭＧ１３，１４は、バッテリ３１の電力によって回転する電気モータであると共に、動力伝達装置１１（具体的には第１のＭＧ１３ならモータ入力軸１８、第２のＭＧ１４なら出力軸２６）から伝達された軸トルクを利用して発電してバッテリ３１に充電を行うジェネレータでもある。

エンジン１２から伸びる第１エンジン入力軸１５には、エンジン１２が発生した動力が入力される。この第１エンジン入力軸１５は、エンジン１２から入力された動力を伝達する軸として機能する。この第１エンジン入力軸１５のエンジン１２と反対側の端部には、周知のトーションダンパ１６が取り付けられている。

また、ダンパ１６の第１エンジン入力軸１５とは反対側には、第２エンジン入力軸１７が第１エンジン入力軸１５に対して同軸に取り付けられている。従って、この第２エンジン入力軸１７は、ダンパ１６を介して第１エンジン入力軸１５の動力を伝達するようになっている。

また、第２エンジン入力軸１７には、エンジン側のドライブギヤ１９が軸着され、このドライブギヤ１９が第２エンジン入力軸１７と共に回転するようになっている。

また、第１のＭＧ１３から伸びるモータ入力軸１８には、第１のＭＧ１３が発生した動力が入力される。このモータ入力軸１８は、第１のＭＧ１３から入力された動力を伝達する軸として機能する。

また、モータ入力軸１８には、モータ側のドライブギヤ２１が軸着され、このドライブギヤ２１がモータ入力軸１８と共に回転するようになっている。

また、第２エンジン入力軸１７とモータ入力軸１８は、互いに平行かつ同軸に配置されている。また、第１のクラッチ２３は、第２エンジン入力軸１７とモータ入力軸１８との間に設けられ、第２エンジン入力軸１７とモータ入力軸１８を相互に同軸に断続するクラッチ機構である。第１のクラッチ２３としては、湿式クラッチを採用しても良いし、乾式クラッチを採用しても良い。

また、第２のＭＧ１４から伸びる出力軸２６には、第２のＭＧ１４が発生した動力が入力される。この出力軸２６は、第１エンジン入力軸１５、第２エンジン入力軸１７、モータ入力軸１８の側方にこれら入力軸１５，１７，１８に対して平行に配置され、ディファレンシャルギヤ２７、車軸２８等に伝達するための動力を出力する。

また、エンジン側のドリブンギヤ２０は、ドライブギヤ１９に噛合し、出力軸２６に回動自在に支持される。また、第３のクラッチ２５は、出力軸２６に取り付けられ、出力軸２６とドリブンギヤ２０とを相互に断続するクラッチ機構である。第３のクラッチ２５としては、湿式クラッチを採用しても良いし、乾式クラッチを採用しても良く、或は、シンクロ機構等のかみ合い式クラッチを採用しても良い。

また、モータ側のドリブンギヤ２２は、ドライブギヤ２１に噛合し、出力軸２６に回動自在に支持される。また、第２のクラッチ２４は、出力軸２６に取り付けられ、出力軸２６とドリブンギヤ２２とを相互に断続するクラッチ機構である。第２のクラッチ２４としては、湿式クラッチを採用しても良いし、乾式クラッチを採用しても良く、或は、シンクロ機構等のかみ合い式クラッチを採用しても良い。

また、出力軸２６の動力は、図示しないファイナルギヤ及びディファレンシャルギヤ２７及び車軸２８を介して駆動輪２９に伝達される。

第３のクラッチ２５を接続することで、出力軸２６とエンジン側のドリブンギヤ２０との間で動力伝達が行われる。従って、エンジン側のドライブギヤ１９、ドリブンギヤ２０、第３のクラッチ２５を介して第２エンジン入力軸１７と出力軸２６の間で（モータ入力軸１８を介さず）動力伝達が行われる。逆に、第３のクラッチ２５を切ると、第２エンジン入力軸１７と出力軸２６の間でエンジン側のドライブギヤ１９、ドリブンギヤ２０を介した動力伝達が行われることがなくなる。エンジン側のドライブギヤ１９とドリブンギヤ２０がハイギヤ機構３２（エンジン側ギヤ機構の一例に相当する）を構成している。このハイギヤ機構３２の減速比（ギヤ比）は、後述するローギヤ機構３３の減速比（ギヤ比）よりも小さい。

また、第２のクラッチ２４を接続することで、出力軸２６とモータ側のドリブンギヤ２２との間で動力伝達が行われる。従って、モータ側のドライブギヤ２１、ドリブンギヤ２２、第２のクラッチ２４を介してモータ入力軸１８と出力軸２６の間で（エンジン入力軸１５，１７を介さず）動力伝達が行われる。逆に、第２のクラッチ２４を切ると、モータ入力軸１８と出力軸２６の間でモータ側のドライブギヤ２１、ドリブンギヤ２２を介した動力伝達が行われることがなくなる。モータ側のドライブギヤ２１とドリブンギヤ２２がローギヤ機構３３（モータ側ギヤ機構の一例に相当する）を構成している。このローギヤ機構３３の減速比（ギヤ比）は、ハイギヤ機構３２の減速比（ギヤ比）よりも大きい。

この動力伝達装置１１においては、動力の伝達経路から見ても配置から見ても、エンジン１２に近い方のギヤ機構がハイギヤ機構３２であり、第１のＭＧ１３に近い方のギヤ機構がローギヤ機構３３である。

また、第１のクラッチ２３を接続すると、第１のクラッチ２３を介して第２エンジン入力軸１７とモータ入力軸１８の間で動力が伝達されるようになり、第１のクラッチ２３を切ると、第２エンジン入力軸１７とモータ入力軸１８の間で動力が伝達されなくなる。

また、第１のクラッチ２３が接続された場合、第２エンジン入力軸１７上のドライブギヤ１９が設けられる位置からモータ入力軸１８上のドライブギヤ２１が設けられる位置までの間は、常に動力伝達が可能となっている。換言すれば、入力軸１５，１７，１８上のエンジン側のドライブギヤ１９が設けられる位置からモータ側のドライブギヤ２１までの動力伝達経路に第１のクラッチ２３以外のクラッチが介在しない。このようになっていることで、クラッチの数を従来よりも低減することができ、ひいては、動力伝達装置１１を小型化することが可能となる。

また、第１のクラッチ２３及びエンジン側のドライブギヤ１９を、モータ側のドライブギヤ２１とエンジン１２との間の位置に配置することで、エンジン１２からエンジン側のドライブギヤ１９までの距離を低減することができ、その結果、エンジン入力軸１５，１７のねじれ振動に対する耐性を高く保つことができる。

また、第１のクラッチ２３及びモータ側のドライブギヤ２１を、エンジン側のドライブギヤ１９と第１のＭＧ１３との間の位置に配置することで、第１のＭＧ１３からモータ側のドライブギヤ２１までの距離を低減することができ、その結果、モータ入力軸１８のねじれ振動に対する耐性を高く保つことができる。

また、ＥＣＵ３４（電子制御回路）は、マイクロコンピュータを主体として構成され、車両内で取得された各種物理量に基づいて、上記の第１及び第２のＭＧ１３，１４の駆動／非駆動、及び、第１〜第３のクラッチ２３〜２５の接続／切断を制御することで、エンジン１２、第１のＭＧ１３が発生する動力の伝達経路及び減速比を制御する。

このＥＣＵ３４には、車速センサ（図示せず）で検出した車速、アクセルセンサ（図示せず）で検出したアクセル開度（アクセル操作量）、バッテリ監視装置（図示せず）で検出したバッテリ３１の充電状態を表すＳＯＣ(State Of Charge) 、クランク角センサ（図示せず）で検出したエンジン回転速度等の各種の信号が入力される。

ＥＣＵ３４は、これら入力された信号に基づいて、第１〜第３のクラッチ２３〜２５の接続／切断を切り換える。具体的には、ＥＣＵ３４は、クラッチ２３〜２５のそれぞれに対して設けられたアクチュエータ（例えばクラッチの断続のための油圧を発生するアクチュエータ）の作動を制御することで、クラッチ２３〜２５の接続／切断を個別に切り換える。

このようなＥＣＵ３４によるクラッチ２３〜２５の制御によって、第１のＭＧ１３の発生する動力は、ローギヤ機構３３を介して駆動輪２９に伝達されることも、ハイギヤ機構３２を介して駆動輪２９に伝達されることも、可能となる。また、エンジン１２の発生する動力についても、ローギヤ機構３３を介して駆動輪２９に伝達されることも、ハイギヤ機構３２を介して駆動輪２９に伝達されることも、可能となる。

本実施例では、ＥＣＵ３４により後述する図６及び図７の動力伝達制御ルーチンを実行することで、車軸２８の回転速度Ｎd に応じて各クラッチ２３〜２５の断続状態（接続／切断）と各ＭＧ１３，１４の要求トルクを次のようにして決定する。

尚、車軸２８の回転速度Ｎd の領域を判定するための第１の回転速度Ｎ1 と第２の回転速度Ｎ2 は、それぞれ下記の条件を満たす範囲内で設定される（但し、Ｎ1 ＜Ｎ2 ）。
Ｎmin ／ρl ／ρf ≦Ｎ1 ≦Ｎmax ／ρl ／ρf
Ｎmin ／ρh ／ρf ≦Ｎ2 ≦Ｎmax ／ρh ／ρf
ここで、Ｎmin はエンジン１２の最低回転速度（例えばアイドル回転速度）であり、Ｎmax はエンジン１２の最高回転速度である。また、ρl はローギヤ機構３３のギヤ比であり、ρh はハイギヤ機構３２のギヤ比であり、ρf はファイナルギヤ比である。

エンジン１２の運転中は、エンジン１２の要求トルクＴe を一定値に設定する。これにより、エンジン１２のトルクを一定に維持して、燃費向上と排気エミッション低減を実現できるようにする。

図２（ａ）に示すように、エンジン１２の運転中に車軸２８の回転速度Ｎd が第１の回転速度Ｎ1 以下の場合（０≦Ｎd ≦Ｎ1 の場合）には、第１のクラッチ２３を接続して第２及び第３のクラッチ２４，２５を切断する。これにより、車軸２８の回転速度Ｎd が第１の回転速度Ｎ1 以下となる低速領域（車両の停止中を含む）では、エンジン１２及び第１のＭＧ１３と出力軸２６との間の動力伝達を切り離した状態にして、エンジン１２の動力で第１のＭＧ１３を駆動して発電することができると共に、第２のＭＧ１４の動力で出力軸２６を駆動して車両を走行させることができるようにする。

この場合、第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 をエンジン１２の要求トルクＴe と同じ値に設定すると共に、第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を出力軸２６の要求トルクＴo に基づいて設定する。これにより、エンジン１２のトルクを一定に維持しながら、第２のＭＧ１４で出力軸２６の要求トルクＴo を実現できるようにする。

図２（ｂ）に示すように、エンジン１２の運転中に車軸２８の回転速度Ｎd が第１の回転速度Ｎ1 よりも高く且つ第２の回転速度Ｎ2 以下の場合（Ｎ1 ＜Ｎd ≦Ｎ2 の場合）には、ローギヤ機構３３（ギヤ比が大きい方のギヤ機構）を介してエンジン１２の動力を出力軸２６に伝達するように各クラッチ２３〜２５を制御する。具体的には、第１及び第２のクラッチ２３，２４を接続して第３のクラッチ２５を切断する。これにより、車軸２８の回転速度Ｎd が第１の回転速度Ｎ1 よりも高く且つ第２の回転速度Ｎ2 以下となる低速〜中速領域では、ローギヤ機構３３を介してエンジン１２の動力を出力軸２６に伝達できるようにする。

この場合、ローギヤ機構３３のギヤ比ρl から決定されるエンジン１２の目標パワーＰe と出力軸２６の要求パワーＰo とに基づいてＭＧ要求パワーＰmg（＝第１のＭＧ１３の要求パワーと第２のＭＧ１４の要求パワーの合計値）を算出する。これにより、エンジン１２の運転中の低速〜中速領域で出力軸２６の要求パワーＰo を実現するのに必要なＭＧ要求パワーＰmgを精度良く設定する。この後、後述するＭＧ最適動作点のマップを用いて、ＭＧ要求パワーＰmgに基づいて第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 と第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を算出することで、エンジン１２の運転中の低速〜中速領域でＭＧ総損失（＝第１のＭＧ１３の損失と第２のＭＧ１４の損失の合計値）が最小となるように第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 と第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を設定する。

図２（ｃ）に示すように、エンジン１２の運転中に車軸２８の回転速度Ｎd が第２の回転速度Ｎ2 よりも高い場合（Ｎ2 ＜Ｎd の場合）には、ハイギヤ機構３２（ギヤ比が小さい方のギヤ機構）を介してエンジン１２の動力を出力軸２６に伝達するように各クラッチ２３〜２５を制御する。具体的には、第１のクラッチ２３を切断して第２及び第３のクラッチ２４，２５を接続する。これにより、車軸２８の回転速度Ｎd が第２の回転速度Ｎ2 よりも高くなる中速〜高速領域では、ハイギヤ機構３２を介してエンジン１２の動力を出力軸２６に伝達できるようにする。

この場合、ハイギヤ機構３２のギヤ比ρh から決定されるエンジン１２の目標パワーＰe と出力軸２６の要求パワーＰo とに基づいてＭＧ要求パワーＰmgを算出する。これにより、エンジン１２の運転中の中速〜高速領域で出力軸２６の要求パワーＰo を実現するのに必要なＭＧ要求パワーＰmgを精度良く設定する。この後、後述するＭＧ最適動作点のマップを用いて、ＭＧ要求パワーＰmgに基づいて第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 と第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を算出することで、エンジン１２の運転中の中速〜高速領域でＭＧ総損失が最小となるように第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 と第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を設定する。

一方、エンジン１２の運転停止中（燃焼停止中）は、第１及び第３のクラッチ２３，２５を切断して第２のクラッチ２４を接続する。これにより、第１のＭＧ１３と第２のＭＧ１４のうちの一方又は両方の動力で出力軸２６を駆動して車両を走行させたり、車軸２８の動力で駆動される出力軸２６の動力で第１のＭＧ１３と第２のＭＧ１４のうちの一方又は両方を駆動して発電できるようにする。

この場合、ＭＧ要求パワーＰmgを出力軸２６の要求パワーＰo と同じ値に設定することで、エンジン１２の運転停止中に出力軸２６の要求パワーＰo を実現するのに必要なＭＧ要求パワーＰmgを精度良く設定する。この後、後述するＭＧ最適動作点のマップを用いて、ＭＧ要求パワーＰmgに基づいて第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 と第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を算出することで、エンジン１２の運転停止中にＭＧ総損失が最小となるように第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 と第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を設定する。

次に、ＭＧ最適動作点のマップの作成方法を説明する。このＭＧ最適動作点のマップは、予め設計段階又は製造段階で作成されてＥＣＵ３４のＲＯＭに記憶される。

［ＭＧ動作点候補の算出］
力行時のＭＧ要求パワーＰmgは、第１のＭＧ１３の最大トルクＴmg1.max （図３参照）と、第１のＭＧ１３の回転速度Ｎmg1 と、第２のＭＧ１４の最大トルクＴmg2.max （図３参照）と、第２のＭＧ１４の回転速度Ｎmg2 を用いて、下記の（１）式で表すことができる。

Ｐmg＝２π／６０×（ρl ×η×ｘ×Ｔmg1.max ×Ｎmg1 ／ρl
＋ｙ×Ｔmg2.max ×Ｎmg2 ） …（１）
ここで、ｘは第１のＭＧ１３のトルク負荷率、ｙは第２のＭＧ１４のトルク負荷率であり、ηはローギヤ機構３３のギヤ効率である。

また、第１のＭＧ１３の最大要求パワーＰmg1.max と第２のＭＧ１４の最大要求パワーＰmg2.max は、それぞれ下記の（２）式と（３）式で表すことができる。
Ｐmg1.max ＝２π／６０×Ｔmg1.max ×Ｎmg1 …（２）
Ｐmg2.max ＝２π／６０×Ｔmg2.max ×Ｎmg2 …（３）

上記（１）は、上記（２），（３）式の関係を用いて、下記の（４）式のように変形することができる。
Ｐmg＝η×ｘ×Ｐmg1.max ＋ｙ×Ｐmg2.max …（４）

ここで、ａ（Ｎmg1 ）＝Ｐmg1.max （Ｎmg1 ）／Ｐmg2.max （Ｎmg1 ）とすると、上記（４）式は、下記の（５）式のように変形することができる。
Ｐmg＝η×ｘ×（１＋ｙ／ａ）×Ｐmg1.max …（５）

上記（５）式をｙについて解くことで、下記の（６）式を得ることができる。
ｙ（ｘ）＝−ａ×ｘ＋ａ×Ｐmg／（η×Ｐmg1.max ） …（６）

一方、回生時のＭＧ要求パワーＰmgは、下記の（７）式で表すことができる。
Ｐmg＝１／η×ｘ×Ｐmg1.max ＋ｙ×Ｐmg2.max …（７）

上記（７）式をｙについて解くことで、下記の（８）式を得ることができる。
ｙ（ｘ）＝−ａ×ｘ＋ａ×η×Ｐmg／Ｐmg1.max …（８）

［ＭＧ最適動作点の決定］
力行時のｘとｙの関係を表す上記（６）式を用いた場合と、回生時のｘとｙの関係を表す上記（８）式を用いた場合のそれぞれについて、取り得るｘとｙにおいて第１のＭＧ１３の損失Ｐmg1.loss（ｘ×Ｔmg1.max ，Ｎmg1 ）と第２のＭＧ１４の損失Ｐmg2.loss（ｙ×Ｔmg2.max ，Ｎmg2 ）を、ＭＧ損失のマップ（図４参照）を用いて算出する。このＭＧ損失マップは、試験データや設計データ等に基づいて作成したものである。

この後、第１のＭＧ１３の損失Ｐmg1.loss（ｘ×Ｔmg1.max ，Ｎmg1 ）と第２のＭＧ１４の損失Ｐmg2.loss（ｙ×Ｔmg2.max ，Ｎmg2 ）を用いて、ＭＧ総損失Ｐmg.loss を次式により算出する。
Ｐmg.loss ＝Ｐmg1.loss（ｘ×Ｔmg1.max ，Ｎmg1 ）
＋Ｐmg2.loss（ｙ×Ｔmg2.max ，Ｎmg2 ）

このＭＧ総損失Ｐmg.loss が最小となる第１のＭＧ１３のトルク負荷率ｘをＭＧ最適動作点ｘopt として算出し、このＭＧ最適動作点ｘopt とＭＧ要求パワーＰmgと第１のＭＧ１３の回転速度Ｎmg1 との関係を規定したＭＧ最適動作点のマップ（図５参照）を作成してＥＣＵ３４のＲＯＭに記憶させる。

以下、本実施例でＥＣＵ３４が実行する図６及び図７に示す動力伝達制御ルーチンの処理内容を説明する。

図６及び図７に示す動力伝達制御ルーチンは、ＥＣＵ３４の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう動力伝達制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、アクセルセンサで検出したアクセル開度や車速センサで検出した車速等に基づいて出力軸２６の要求トルクＴo をマップ又は数式等により算出する。

この後、ステップ１０２に進み、車速センサで検出した車速に基づいて車軸２８の回転速度Ｎd を算出する。尚、車速センサで車軸２８の回転速度Ｎd を検出する場合は、その車軸２８の回転速度Ｎd を読み込む。

この後、ステップ１０３に進み、出力軸２６の要求トルクＴo と、車軸２８の回転速度Ｎd と、ファイナルギヤ比ρf を用いて、次式により出力軸２６の要求パワーＰo を算出する。
Ｐo ＝２π／６０×Ｔo ×Ｎd ×ρf

この後、ステップ１０４に進み、エンジン１２の運転中であるか否かを判定し、エンジン１２の運転中ではない（つまりエンジン１２の運転停止中である）と判定された場合には、ステップ１０５に進み、第１及び第３のクラッチ２３，２５を切断した後、ステップ１０６に進み、第２のクラッチ２４を接続する。これにより、第１のＭＧ１３と第２のＭＧ１４のうちの一方又は両方の動力で出力軸２６を駆動して車両を走行させたり、車軸２８の動力で駆動される出力軸２６の動力で第１のＭＧ１３と第２のＭＧ１４のうちの一方又は両方を駆動して発電できるようにする。

この後、ステップ１０７に進み、ＭＧ要求パワーＰmgを出力軸２６の要求パワーＰo と同じ値に設定することで、エンジン１２の運転停止中に出力軸２６の要求パワーＰo を実現するのに必要なＭＧ要求パワーＰmgを精度良く設定する。
Ｐmg＝Ｐo

この後、ステップ１０８に進み、図３に示すＭＧ最大トルクのマップを用いて、第１のＭＧ１３の回転速度Ｎmg1 に応じた第１のＭＧ１３の最大トルクＴmg1.max を算出すると共に、図５に示すＭＧ最適動作点のマップを用いて、ＭＧ要求パワーＰmgと第１のＭＧ１３の回転速度Ｎmg1 とに応じたＭＧ最適動作点ｘopt を算出した後、ＭＧ最適動作点ｘopt と第１のＭＧ１３の最大トルクＴmg1.max を用いて、次式により第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 を算出する。
Ｔmg1 ＝ｘopt ×Ｔmg1.max

図３に示すＭＧ最大トルクのマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３４のＲＯＭに記憶されている。また、図５に示すＭＧ最適動作点のマップは、前述した方法で予め作成され、ＥＣＵ３４のＲＯＭに記憶されている。

この後、ステップ１０９に進み、図３に示すＭＧ最大トルクのマップを用いて、第２のＭＧ１４の回転速度Ｎmg2 に応じた第２のＭＧ１４の最大トルクＴmg2.max を算出すると共に、力行時には上記（６）式を用いて、回生時には上記（８）式を用いて、ＭＧ最適動作点ｘopt に応じた第２のＭＧ１４のトルク負荷率ｙを算出した後、第２のＭＧ１４のトルク負荷率ｙと第２のＭＧ１４の最大トルクＴmg2.max を用いて、次式により第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を算出する。
Ｔmg2 ＝ｙ×Ｔmg2.max

これらのステップ１０８，１０９の処理により、エンジン１２の運転停止中にＭＧ総損失が最小となるように第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 と第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を設定する。

一方、上記ステップ１０４で、エンジン１２の運転中であると判定された場合には、ステップ１１０に進み、エンジン１２の要求トルクＴe を一定値に設定することで、エンジン１２のトルクを一定に維持して、燃費向上と排気エミッション低減を可能にする。
Ｔe ＝一定値

この後、ステップ１１１に進み、車軸２８の回転速度Ｎd が第１の回転速度Ｎ1 以下であるか否かを判定する。このステップ１１１で、車軸２８の回転速度Ｎd が第１の回転速度Ｎ1 以下であると判定された場合（０≦Ｎd ≦Ｎ1 の場合）には、低速領域（車両の停止中を含む）であると判断して、ステップ１１２に進み、第２及び第３のクラッチ２４，２５を切断した後、ステップ１１３に進み、第１のクラッチ２３を接続する。これにより、低速領域（車両の停止中を含む）では、エンジン１２及び第１のＭＧ１３と出力軸２６との間の動力伝達を切り離した状態にして、エンジン１２の動力で第１のＭＧ１３を駆動して発電することができると共に、第２のＭＧ１４の動力で出力軸２６を駆動して車両を走行させることができるようにする。

この後、ステップ１１４に進み、第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 をエンジン１２の要求トルクＴe と同じ値に設定する。
Ｔmg1 ＝Ｔe

この後、ステップ１１５に進み、第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を出力軸２６の要求トルクＴo と同じ値に設定する。
Ｔmg2 ＝Ｔo
これにより、エンジン１２のトルクを一定に維持しながら、第２のＭＧ１４で出力軸２６の要求トルクＴo を実現できるようにする。

一方、上記ステップ１１１で、車軸２８の回転速度Ｎd が第１の回転速度Ｎ1 よりも高いと判定された場合には、図７のステップ１１６に進み、車軸２８の回転速度Ｎd が第２の回転速度Ｎ2 以下であるか否かを判定する。

このステップ１１６で、車軸２８の回転速度Ｎd が第２の回転速度Ｎ2 以下であると判定された場合（Ｎ1 ＜Ｎd ≦Ｎ2 の場合）には、低速〜中速領域であると判断して、ステップ１１７に進み、第３のクラッチ２５を切断した後、ステップ１１８に進み、第１及び第２のクラッチ２３，２４を接続する。これにより、低速〜中速領域では、ローギヤ機構３３を介してエンジン１２の動力を出力軸２６に伝達できるようにする。

この後、ステップ１１９に進み、後述するステップ１２３でエンジン１２の目標回転速度Ｎe の算出に用いる算出用ギヤ比ρを、ローギヤ機構３３のギヤ比ρl に設定する。
ρ＝ρl

一方、上記ステップ１１６で、車軸２８の回転速度Ｎd が第２の回転速度Ｎ2 よりも高いと判定された場合（Ｎ2 ＜Ｎd の場合）には、中速〜高速領域であると判断して、ステップ１２０に進み、第１のクラッチ２３を切断した後、ステップ１２１に進み、第２及び第３のクラッチ２４，２５を接続する。これにより、中速〜高速領域では、ハイギヤ機構３２を介してエンジン１２の動力を出力軸２６に伝達できるようにする。

この後、ステップ１２２に進み、後述するステップ１２３でエンジン１２の目標回転速度Ｎe の算出に用いる算出用ギヤ比ρを、ハイギヤ機構３２のギヤ比ρh に設定する。
ρ＝ρh

この後、ステップ１２３に進み、算出用ギヤ比ρとファイナルギヤ比ρf と車軸２８の回転速度Ｎd を用いて、次式によりエンジン１２の目標回転速度Ｎe を算出する。
Ｎe ＝ρ×ρf ×Ｎd

この後、ステップ１２４に進み、エンジン１２の要求トルクＴe と目標回転速度Ｎe を用いて、次式によりエンジン１２の目標パワーＰe を算出する。
Ｐe ＝２π／６０×Ｔe ×Ｎe

この後、ステップ１２５に進み、出力軸２６の要求パワーＰo とエンジン１２の目標パワーＰe を用いて、次式によりＭＧ要求パワーＰmgを算出することで、出力軸２６の要求パワーＰo を実現するのに必要なＭＧ要求パワーＰmgを精度良く設定する。
Ｐmg＝Ｐo −Ｐe

この後、ステップ１２６に進み、図３に示すＭＧ最大トルクのマップを用いて、第１のＭＧ１３の回転速度Ｎmg1 に応じた第１のＭＧ１３の最大トルクＴmg1.max を算出すると共に、図５に示すＭＧ最適動作点のマップを用いて、ＭＧ要求パワーＰmgと第１のＭＧ１３の回転速度Ｎmg1 とに応じたＭＧ最適動作点ｘopt を算出した後、ＭＧ最適動作点ｘopt と第１のＭＧ１３の最大トルクＴmg1.max を用いて、次式により第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 を算出する。
Ｔmg1 ＝ｘopt ×Ｔmg1.max

この後、ステップ１２７に進み、図３に示すＭＧ最大トルクのマップを用いて、第２のＭＧ１４の回転速度Ｎmg2 に応じた第２のＭＧ１４の最大トルクＴmg2.max を算出すると共に、力行時には上記（６）式を用いて、回生時には上記（８）式を用いて、ＭＧ最適動作点ｘopt に応じた第２のＭＧ１４のトルク負荷率ｙを算出した後、第２のＭＧ１４のトルク負荷率ｙと第２のＭＧ１４の最大トルクＴmg2.max を用いて、次式により第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を算出する。
Ｔmg2 ＝ｙ×Ｔmg2.max

これらのステップ１２６，１２７の処理により、エンジン１２の運転中の低速〜中速領域や中速〜高速領域でＭＧ総損失が最小となるように第１のＭＧ１３の要求トルクＴmg1 と第２のＭＧ１４の要求トルクＴmg2 を設定する。

以上説明した本実施例では、車両の停止中にエンジン１２及び第１のＭＧ１３と出力軸２６との間の動力伝達を切り離すことができるため、車両の停止中にエンジン１２の動力で第１のＭＧ１３を駆動して発電することができる。また、車両の発進時に第２のＭＧ１４の動力で出力軸２６を駆動して車両を発進させることで、駆動トルクの応答性を確保することができ、発進性能を確保することができる。更に、動力伝達装置１１に遊星ギヤユニット等の複雑なギヤ機構を設ける必要がないため、動力伝達装置１１の構成を簡素化して小型化することができる。しかも、車軸２８の回転速度に応じて各クラッチ２３〜２５の断続状態と各ＭＧ１３，１４の要求トルクを決定することで、各クラッチ２３〜２５や各ＭＧ１３，１４を車軸２８の回転速度に応じて適正に制御することができる。

１１…動力伝達装置、１２…エンジン、１３，１４…ＭＧ、１５，１７…エンジン入力軸、１８…モータ入力軸、１９…ドライブギヤ、２０…ドリブンギヤ、２１…ドライブギヤ、２２…ドリブンギヤ、２３〜２５…クラッチ、２６…出力軸、２８…車軸、３２…ハイギヤ機構（エンジン側ギヤ機構）、３３…ローギヤ機構（モータ側ギヤ機構）、３４…ＥＣＵ（動力伝達制御手段）

Claims (10)

1. エンジンの動力と第１のモータジェネレータ（以下「第１のＭＧ」と表記する）及び第２のモータジェネレータ（以下「第２のＭＧ」と表記する）の動力を車両の車軸に伝達可能な動力伝達装置を備えた車両駆動システムの制御装置において、
   前記動力伝達装置は、前記エンジンの動力を伝達するエンジン入力軸と、前記第１のＭＧの動力を伝達するモータ入力軸と、前記第２のＭＧの動力が入力されると共に前記車軸に伝達するための動力を出力する出力軸と、前記エンジン入力軸の動力を前記モータ入力軸を介さずに前記出力軸に伝達するためのエンジン側ギヤ機構と、前記モータ入力軸の動力を前記エンジン入力軸を介さずに前記出力軸に伝達するためのモータ側ギヤ機構と、前記エンジン入力軸と前記モータ入力軸との間の動力伝達を断続する第１のクラッチと、前記モータ側ギヤ機構と前記出力軸との間の動力伝達を断続する第２のクラッチと、前記エンジン側ギヤ機構と前記出力軸との間の動力伝達を断続する第３のクラッチとを有し、
   前記車軸の回転速度に応じて前記各クラッチの断続状態と前記各ＭＧの要求トルクを決定する動力伝達制御手段を備えていることを特徴とする車両駆動システムの制御装置。
2. 前記動力伝達制御手段は、前記エンジンの運転中に該エンジンの要求トルクを一定値に設定することを特徴とする請求項１に記載の車両駆動システムの制御装置。
3. 前記動力伝達制御手段は、前記車軸の回転速度が所定の第１の回転速度以下の場合に、前記第１のクラッチを接続して前記第２及び第３のクラッチを切断することを特徴とする請求項２に記載の車両駆動システムの制御装置。
4. 前記動力伝達制御手段は、前記第１のＭＧの要求トルクを前記エンジンの要求トルクと同じ値に設定すると共に前記第２のＭＧの要求トルクを前記出力軸の要求トルクに基づいて設定することを特徴とする請求項３に記載の車両駆動システムの制御装置。
5. 前記動力伝達制御手段は、前記車軸の回転速度が所定の第１の回転速度よりも高く且つ所定の第２の回転速度以下の場合に、前記エンジン側ギヤ機構と前記モータ側ギヤ機構のうちでギヤ比が大きい方のギヤ機構を介して前記エンジンの動力を前記出力軸に伝達するように前記各クラッチを制御することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の車両駆動システムの制御装置。
6. 前記動力伝達制御手段は、前記車軸の回転速度が所定の第２の回転速度よりも高い場合に、前記エンジン側ギヤ機構と前記モータ側ギヤ機構のうちでギヤ比が小さい方のギヤ機構を介して前記エンジンの動力を前記出力軸に伝達するように前記各クラッチを制御することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の車両駆動システムの制御装置。
7. 前記動力伝達制御手段は、前記エンジンの動力を前記出力軸に伝達するギヤ機構のギヤ比から決定される前記エンジンの目標パワーと、前記出力軸の要求パワーとに基づいて前記ＭＧの要求パワーを算出することを特徴とする請求項５又は６に記載の車両駆動システムの制御装置。
8. 前記動力伝達制御手段は、前記エンジンの運転停止中に前記第１及び第３のクラッチを切断して前記第２のクラッチを接続することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の車両駆動システムの制御装置。
9. 前記動力伝達制御手段は、前記ＭＧの要求パワーを前記出力軸の要求パワーと同じ値に設定することを特徴とする請求項８に記載の車両駆動システムの制御装置。
10. 前記動力伝達制御手段は、予め前記ＭＧの総損失が最小となる最適動作点のマップを記憶しておき、該マップを用いて前記ＭＧの要求パワーに基づいて前記第１のＭＧの要求トルクと前記第２のＭＧの要求トルクを算出することを特徴とする請求項７又は９に記載の車両駆動システムの制御装置。

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