JP6337866B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、動力分割機構に接続されたエンジン、発電機、電動機を有し、さらに、電動機と車軸との間に有段変速機を有したハイブリッド車両に関する。

従来から、動力分割機構に接続されたエンジン、発電機、電動機を有し、さらに、電動機と車軸との間に有段変速機を有したハイブリッド車両が知られている（例えば特許文献１等）。かかるハイブリッド車両では、車速に対するアクセル開度に応じて、有段変速機のギヤ段を切り替えている。

特開２０１４−０８２８５５号公報 特開２０１３−１３９２５８号公報 特開２００５−１７０１４３号公報

ところで、こうしたハイブリッド車両に搭載される電動機や発電機（以下、両者を区別せずに「回転電機」という）は、その駆動に伴い熱が生じる。従来のハイブリッド車両では、こうした熱により、回転電機が過度に高温になった場合には、当該回転電機の更なる温度上昇を防止するために、車両の出力を制限していた。こうした車両の出力制限は、ドライバビリティの悪化を招く。

ここで、特許文献２には、電動機の温度が所定の範囲外にあるときに、電動機および内燃機関からの動力を駆動輪に向けて伝達する第一変速機構をニュートラルにして、このニュートラルにしている期間中に電動機の回転速度を低下、または、回転を停止させて電動機の温度を低下させる技術が開示されている。かかる技術によれば、電動機が過度に高温になることを防止できるが、一時的に、電動機からの動力が駆動輪に伝達されないため、車両全体の出力が低下する。

また、特許文献３には、バッテリの残量が低下した場合には、有段変速機をダウンシフトさせて、発電機の発電トルクを増大させる技術が開示されている。しかし、この特許文献３には、回転電機の温度上昇については、何ら考慮されていない。また、特許文献３の車両は、動力分割機構を有しておらず、特許文献３の技術は、動力分割機構を有したハイブリッド車両には適用できない。

本発明では、車両の出力を低下させることなく、発電機および／または電動機が過度に高温になることを防止できるハイブリッド車両を提供することを目的とする。

本発明であるハイブリッド車両は、エンジンと、発電機と、電動機と、車輪に駆動力を伝達する駆動軸と、前記電動機と駆動軸との間に介在する有段変速機と、前記電動機の回転軸、前記エンジンの出力軸、および、前記発電機の回転軸の三要素の各々を機械的に連結し、かつ、前記三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の二つの要素間で動力伝達を可能とする動力分割機構と、前記エンジン、前記発電機、前記電動機、および、前記有段変速機の駆動を制御する制御部であって、車速に対するアクセル開度の検出値がダウン基準値に達した場合に前記有段変速機をダウンシフトする制御部と、を備え、前記制御部は、予め規定された発電機用条件および電動機用条件のいずれを満たす場合でも、前記ダウン基準値を予め規定された標準値よりも下方修正して、前記ダウンシフトを生じやすくしており、前記発電機用条件は、少なくとも、前記発電機の温度が予め規定された第一基準温度以上であり、かつ、前記ダウンシフトすることで前記発電機の回転速度の絶対値が低下する、ことを含み、前記電動機用条件は、少なくとも、前記電動機の温度が予め規定された第三基準温度以上であることを含み、前記ダウンシフトの前後で、前記エンジンの回転数および出力トルクは一定であり、前記電動機は、回転速度の変動に伴う鉄損および機械損の変動量よりも銅損の変動量が大きい速度領域で駆動されている、ことを特徴とする。かかるハイブリッド車両によれば、電動機用条件および発電機用条件の少なくとも一方を満たすには、ダウンシフトしやすい状況となる。そして、ダウンシフトが実行されれば、電動機および発電機の温度上昇を抑制できる。その結果、車両の出力を低下させることなく、電動機および発電機が高温になることを防止できる。

好適な態様では、前記制御部は、前記ダウン基準値を下方修正している状態で、前記発電機の温度が第一基準温度よりも低い第二基準温度を下回るとの条件と、前記電動機の温度が第三基準温度よりも低い第四基準温度を下回る、または、前記ダウンシフトすることで前記発電機の回転速度の絶対値が増加するとの条件と、の双方を満たす場合に前記ダウン基準値を前記標準値に戻す。かかるハイブリッド車両によれば、ダウンシフトの必要性が低下したときには、ダウン基準値が標準値に戻るため、標準値に基づいた適切な変速制御ができる。

他の好適な態様では、前記発電機用条件を満たす場合に設定されるダウン基準値と、前記電動機用条件を満たす場合に設定されるダウン基準値と、は同じ値である。かかるハイブリッド車両によれば、発電機用条件、電動機用条件のいずれを満たす場合でも、同じダウン基準値に設定されるため、制御の流れを簡易化できる。

他の好適な態様では、前記発電機用条件は、さらに、前記車速が所定値以上であることも含む。かかるハイブリッド車両によれば、ダウン基準値の不必要な変更を防止できる。

他の好適な態様では、前記制御部は、前記発電機の温度が、予め規定された制限開始温度以上になった場合、前記発電機の出力を、前記制限開始温度未満の場合よりも制限し、前記第一基準温度は、前記制限開始温度よりも低い。かかるハイブリッド車両によれば、制限開始温度に達する前に、ダウン基準値が下方修正されるため、発電機が制限開始温度に達することを防止できる。

他の好適な態様では、前記電動機用条件は、さらに、前記電動機の出力トルクが、所定値以上であることも含む。かかるハイブリッド車両によれば、ダウン基準値の不必要な変更を防止できる。

他の好適な態様では、前記制御部は、前記電動機の温度が、予め規定された制限開始温度以上になった場合、前記電動機の出力を、前記制限開始温度未満の場合よりも制限し、前記第三基準温度は、前記制限開始温度よりも低い。かかるハイブリッド車両によれば、制限開始温度に達する前に、ダウン基準値が下方修正されるため、電動機が制限開始温度に達することを防止できる。

本発明によれば、発電機用条件、および／または、電動機用条件を満たすには、ダウンシフトしやすい状況となる。そして、ダウンシフトが実行されれば、電動機、および／または、発電機の温度上昇を抑制できる。その結果、車両の出力を低下させることなく、発電機および／または電動機が過度に高温になることを防止できる。

本発明の実施形態であるハイブリッド車両の構成を示す図である。 変速マップの一例を示す図である。 変速制御の流れを示すフローチャートである。 ハイブリッド車両の駆動機構の共線図である。 ハイブリッド車両の駆動機構の共線図である。 ダウン線およびアップ線の下方修正の様子を示すイメージ図である。 変速マップの選択処理の流れを示すフローチャートである。 変速マップの選択処理の他の例の流れを示すフローチャートである。 変速マップの選択処理の他の例の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるハイブリッド車両１０の構成を示す図である。図１に示す通り、ハイブリッド車両１０は、エンジン１２と、第一回転電機ＭＧ１と、第二回転電機ＭＧ２と、動力分割機構１４と、変速機１６と、インバータ１８，２０と、バッテリ２２と、電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２４と、を備えている。

エンジン１２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、ＥＣＵ２４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。このエンジン１２の運転制御を行うために、ＥＣＵ２４には、図示しない各種センサで検知されたパラメータ、例えば、燃料質内の圧力値や、空燃比、吸入空気量等が入力される。

動力分割機構１４は、外歯歯車のサンギヤＳと、サンギヤＳと同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤＲと、サンギヤＳに噛合すると共にリングギヤＲに噛合する複数のピニオンギヤと、複数のピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持するキャリアＣＡとを含む。動力分割機構１４は、サンギヤＳとリングギヤＲとキャリアＣＡ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。

キャリアＣＡには、エンジン１２のクランクシャフト（出力軸）が連結され、サンギヤＳには第一回転電機ＭＧ１の回転軸が連結され、リングギヤＲには、第二回転電機ＭＧ２の回転軸が連結されている。動力分割機構１４は、このクランクシャフト、第一回転電機ＭＧ１の回転軸、第二回転電機ＭＧ２の回転軸の三要素を機械的に連結し、かつ、この三要素のうちいずれか一つを反力要素とすることで、他の二つの要素間での動力伝達を可能としている。エンジン１２および第二回転電機ＭＧ２から出力された動力で車両走行しつつ、第一回転電機ＭＧ１で発電を行うハイブリッド走行中、動力分割機構１４は、キャリアＣＡに入力されるエンジン１２からの動力をサンギヤＳ側とリングギヤＲ側にそのギヤ比に応じて分配する。リングギヤＲに出力された動力は、リングギヤＲの回転軸から第二回転電機ＭＧ２の回転軸、変速機１６、駆動軸２８、デファレンシャルギヤを介して車輪に出力される。

第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２は、発電機として駆動することができるとともに電動機としても駆動できる周知の同期発電電動機である。第一回転電機ＭＧ１は、主に、発電機として使用され、第二回転電機ＭＧ２は、主に電動機として使用される。ただし、エンジン１２を始動させる際には、第一回転電機ＭＧ１は、バッテリ２２からの電力供給を受けて駆動する電動機（スタータモータ）として機能する。

第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ１８，２０を介してバッテリ２２と電力のやりとりを行なう。インバータ１８，２０とバッテリ２２とを接続する電力ラインは、各インバータ１８，２０が共用する正極母線および負極母線を含む。これにより、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の一方で発電される電力を他の回転電機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２２は、第一、第二回転電機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、第一回転電機ＭＧ１と第二回転電機ＭＧ２とにより電力収支のバランスをとるようにすれば、バッテリ２２は充放電されない。

第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、ともにＥＣＵ２４により駆動制御されている。この第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御のために、ＥＣＵ２４には、図示しない各種センサで検知されたパラメータ、例えば、各回転電機の回転数や、各回転電機への印加電流値、回転電機の温度やインバータ１８，２０の温度、回転電機を冷却するための冷媒の温度等が入力されている。ＥＣＵ２４は、これらのパラメータに基づいて、インバータ１８，２０のスイッチング制御信号を生成し、出力している。

変速機１６は、第二回転電機ＭＧ２と駆動軸２８との間に介在し、変速比を複数段階に変更可能な有段変速機である。変速機１６は、例えば、二つのプラネタリギヤと、複数のクラッチと、複数のブレーキと、で構成される。そして、複数のクラッチおよびブレーキの状態（係合状態または解放状態）を切り替えることで、変速段の変更を行うことができる。この変速機１６の変速は、ＥＣＵ２４からの制御信号に基づいて行われる。この変速機１６の変速制御を行うために、ＥＣＵ２４には、車速Ｖやアクセル開度Ａｃｃが入力される。また、後述するように、ＥＣＵ２４は、予め記憶された変速マップを参照して変速機１６の変速制御を行うが、参照する変速マップを選択して切り替えるために、ＥＣＵ２４には、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の温度等も入力されている。

バッテリ２２は、電力を充放電する二次電池である。このバッテリ２２は、ＥＣＵ２４によって管理されている。ＥＣＵ２４には、バッテリ２２を管理するために必要な信号、例えば、バッテリ２２の端子間電圧、バッテリ２２の充放電電流、バッテリ２２の温度などが入力されている。ＥＣＵ２４では、バッテリ２２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。

ＥＣＵ２４は、これまで説明した通り、エンジン１２や、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２、変速機１６等の駆動を制御し、バッテリ２２を管理する制御部として機能するもので、ＣＰＵやメモリ等を有している。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２４を単一の部位として説明しているが、ＥＣＵ２４は、複数のユニットから構成されてもよい。例えば、ＥＣＵ２４は、主にエンジン１２の駆動を制御するエンジンＥＣＵと、主に第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の駆動を制御するモータＥＣＵと、主にバッテリ２２を管理するバッテリＥＣＵと、これら複数のＥＣＵの駆動を制御するハイブリッドＥＣＵと、に分けて構成されてもよい。

以上のような構成のハイブリッド車両１０の走行モードとしては、ハイブリッド走行モード、モータ走行モード、エンジン直行トルク走行モードなどがある。ハイブリッド走行モードでは、車両を走行させるために、エンジン１２および第二回転電機ＭＧ２の双方を駆動するとともに、エンジン１２からの動力の一部を用いて第一回転電機ＭＧ１で発電を行う。モータ走行モードでは、エンジン１２の運転を停止して第二回転電機ＭＧ２からの動力で車両を走行させる。エンジン直行トルク走行モードでは、第二回転電機ＭＧ２の運転が停止され、第一回転電機ＭＧ１でエンジントルクの反力を受け持ちながらエンジン１２から動力分割機構１４を介してリングギヤＲの回転軸に直接伝達されるトルク（これをエンジン直達トルクともいう）だけで走行が行なわれる。

次に、変速機１６の変速制御について説明する。既述した通り、本実施形態のハイブリッド車両１０は、第二回転電機ＭＧ２と駆動軸２８のとの間に変速機１６が介在している。ＥＣＵ２４は、検知された車速Ｖに対するアクセル開度Ａｃｃに応じて変速機１６の変速を制御する。この変速制御を行うために、ＥＣＵ２４は、予め、ダウンシフトを実行する際の車速Ｖに対するアクセル開度Ａｃｃであるダウン基準値、および、アップシフトを実行する際の車速Ｖに対するアクセル開度Ａｃｃであるアップ基準値を記録した変速マップを記憶している。

図２は、変速マップの一例を示す図である。図２において、横軸は、車速Ｖを、縦軸は、アクセル開度Ａｃｃを示している。図２において、太線（太実線、太破線、太一点鎖線）は、アップシフトする（変速機１６の変速比を下げる）際のアクセル開度Ａｃｃの値、すなわちアップ基準値を示す線である。以下では、これら太線のように、アップ基準値を示す線を「アップ線」と呼ぶ。また、細線（細実線、細破線、細一点鎖線）は、ダウンシフトする（変速機１６の変速比を上げる）際のアクセル開度Ａｃｃの値、すなわち、ダウン基準値を示す線である。以下では、これら細線のように、ダウン基準値を示す線を「ダウン線」と呼ぶ。

ＥＣＵ２４は、所定間隔で、実際の車速Ｖおよびアクセル開度Ａｃｃを監視し、得られた車速Ｖおよびアクセル開度Ａｃｃの検出値により定まる動作点を、この変速線マップに照らし合わせる。そして、車速Ｖに対するアクセル開度Ａｃｃが低下して、動作点が現在のギヤ段に対応するアップ線を跨ぐ場合（アップ基準値に達した場合）、ＥＣＵ２４は、変速機１６をアップシフトさせる。例えば、変速機１６のギヤ段として２速が選択されている際に、車速Ｖおよびアクセル開度Ａｃｃにより定まる動作点が、点Ｐ１から点Ｐ２や点Ｐ３に移動して、２速に対応するアップ線（太破線）を跨いだ場合、ＥＣＵ２４は、変速機１６のギヤ段を２速から３速に上げる。

同様に、車速Ｖに対するアクセル開度Ａｃｃが増加して、動作点が現在のギヤ段に対応するダウン線を跨いだ場合（ダウン基準値に達した場合）、ＥＣＵ２４は、変速機１６をダウンシフトさせる。例えば、変速機１６のギヤ段として４速が選択されている際に、車速Ｖおよびアクセル開度Ａｃｃにより定まる動作点が、点Ｐ４から点Ｐ５や点Ｐ６に移動して、３速に対応するダウン線（細一点鎖線）を跨いだ場合、ＥＣＵ２４は、変速機１６のギヤ段を４速から３速に下げる。

図３は、こうした変速制御の流れを示すフローチャートである。図３に示すように、ＥＣＵ２４は、変速機１６を制御するために、車速Ｖとアクセル開度Ａｃｃをモニタリングしている（Ｓ１０）。車速Ｖおよびアクセル開度Ａｃｃが得られれば、ＥＣＵ２４は、続いて、車速Ｖおよびアクセル開度Ａｃｃにより定まる動作点が、現在のギヤ段に対応するダウン線を跨いだか否かを確認する（Ｓ１２）。具体的には、今回のサンプリング時に特定された動作点が、前回のサンプリング時に特定された動作点よりも、対応するダウン線を挟んで反対側（左側または上側）に位置している場合には、ダウン線を跨いだと判断する。動作点がダウン線を跨いだ場合、ＥＣＵ２４は、変速機１６の変速比を１段下げるダウンシフトを実行する（Ｓ１４）。一方、動作点がダウン線を跨いでいない場合、ＥＣＵ２４は、動作点が、現在のギヤ段に対応するアップ線を跨いだか否かを確認する（Ｓ１６）。具体的には、今回のサンプリング時に特定された動作点が、前回のサンプリング時に特定された動作点よりも、対応するアップ線を挟んで反対側（右側または下側）に位置している場合には、アップ線を跨いだと判断する。そして、動作点がアップ線を跨いだ場合、ＥＣＵ２４は、変速機１６の変速比を１段上げるアップシフトを実行する（Ｓ１８）。一方、動作点がアップ線、および、ダウン線のいずれをも跨いでいない場合（Ｓ１２、Ｓ１６でＮｏ）、ＥＣＵ２４は、現在のギヤ段を維持したまま、ステップＳ１０へと戻る。以降、同様の処理を繰り返す。以上の通り、ＥＣＵ２４は、車速Ｖとアクセル開度Ａｃｃを、予め記憶された変速マップに照らし合わして、変速機１６を変速させる。

ところで、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、その駆動に伴い熱が生じ、温度上昇することが知られている。特に、車両が高いギヤ段で高速走行を長期間継続したり、追い越し走行や登坂走行を繰り返し行ったりすると、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に大きな負荷がかかる。その結果、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２が過度に高温になることがある。このように第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２が、過度に高温になると、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の寿命低下や損傷を招く。そこで、第一回転電機ＭＧ１の温度Ｄｇまたは第二回転電機ＭＧ２の温度Ｄｍが、予め規定された制限開始温度Ｄ３を超えると、車両の出力を制限し、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の温度上昇を防止することが従来から提案されている。しかし、かかる技術によれば、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２が過度に高温になることを防止できるが、車両の動力性能が低下してしまい、ドライバビリティが低下する。

そこで、本実施形態では、車両の動力性能を低下させることなく、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２が過度に高温になることを防止するために、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の温度に応じて、変速マップを切り替え、ダウンシフトを生じやすくしている。これについて、図４〜図６を参照して説明する。図４、図５は、ハイブリッド車両１０の駆動機構の共線図であり、図６は、変速マップの一例を示す図である。

図４に示す通り、動力分割機構１４を構成するサンギヤＳの回転速度（第一回転電機ＭＧ１の回転速度Ｎｇ）、キャリアＣＡの回転速度（エンジン１２の回転速度Ｎｅ）、リングギヤＲの回転速度（第二回転電機ＭＧ２の回転速度Ｎｍ）は、共線図上において直線で結ばれる関係を有する。つまり、いずれか２つの回転要素の回転速度が決まれば残りの回転要素の回転速度も決まる。また、駆動軸２８の回転速度Ｎｏは、リングギヤＲの回転速度（Ｎｍ）に、変速機１６の減速比を乗じた値となる。

かかる駆動機構において、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の温度を低減するためには、ダウンシフトして、変速機１６のギヤ段を下げればよい。すなわち、一般に、変速の前後で、駆動軸２８の回転速度Ｎｏは、変わらないため、ダウンシフトすると、リングギヤＲ（第二回転電機ＭＧ２）の回転速度Ｎｍが上昇する。また、一般に、変速の前後でエンジン１２の回転速度Ｎｅも変わらないため、ダウンシフトすると、図４に示すように、第一回転電機ＭＧ１の回転速度Ｎｇは、低下する。つまり、ダウンシフトすることにより、第二回転電機ＭＧ２の回転速度Ｎｍは上昇し、第一回転電機ＭＧ１の回転速度Ｎｇは低下する。

このように、第二回転電機ＭＧ２の回転速度Ｎｍが上昇することで、第二回転電機の温度上昇が抑制される。また、第一回転電機ＭＧ１の場合は、その回転速度Ｎｇの絶対値が低下すれば、温度上昇が抑制される。その理由について説明する。回転電機が温度上昇する主な原因は、損失により発生する熱である。そのため、回転電機の温度上昇を防止するためには、損失を低減すればよい。回転電機で生じる主な損失としては、コイルの抵抗成分により発生する銅損と、コアの物性に起因して発生する鉄損と、ロータ回転に伴い生じる回転摩擦等の機械損と、がある。これらの損失のうち銅損は、電流に依存した損失であり、コイルに流れる電流が小さくなるほど、銅損も小さくなる。また、一般に、電流は、トルクに依存するため、回転電機の出力トルクが小さくなれば、銅損も小さくなる。鉄損および機械損は、回転電機の回転数に依存した損失であり、回転数の絶対値が小さいほど、鉄損および機械損も小さくなる。したがって、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の温度上昇を抑制する場合には、各回転電機のトルクおよび回転速度の絶対値の少なくとも一方を低下させる必要がある。

そこで、ダウンシフト前後での第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２のトルクおよび回転速度を検討する。駆動軸２８に出力されるパワーＰｏは、次の式１で表される。なお、式１において、Ｔｅｐは、変速機１６の入力軸２６に伝達されるエンジン直達トルクであり、Ｎｐは、変速機１６の入力軸２６の回転速度であり、Ｎｏは、駆動軸２８の回転速度であり、Ｇｒｐは、変速機１６の減速比Ｇａｔの逆数である。
Ｐｏ＝Ｔｅｐ×Ｎｐ＋Ｔｍ×Ｎｏ×Ｇａｐ
＝Ｔｅｐ×Ｎｐ＋Ｔｍ×Ｎｐ ・・・式１

ここで、変速機１６の入力軸の回転速度Ｎｐは、第二回転電機ＭＧ２の回転速度Ｎｍと等しい（Ｎｐ＝Ｎｍ）。また、エンジン直達トルクＴｅｐは、動力分割機構１４の変速比をρ、エンジン１２の出力トルクをＴｅとした場合、Ｔｅｐ＝１／（１＋ρ）×Ｔｅとなる。したがって、式１は、次の式２のように表すことができ、さらに、式２は、式３のように展開することができる。なお、Ｐｍは、第二回転電機ＭＧ２の出力パワーである。
Ｐｏ＝１／（１＋ρ）×Ｔｅ×Ｎｍ＋Ｔｍ×Ｎｍ
＝１／（１＋ρ）×Ｔｅ×Ｎｍ＋Ｐｍ ・・・式２

ここで、式２のうち、動力分割機構１４の変速比ρは、変速機１６のギヤ段に関わらず常に一定である。また、駆動軸２８への出力パワーＰｏ、エンジン１２の出力トルクＴｅは、長い期間の中では変動するが、ダウンシフトの前後という短い期間内では、変動しない一定値とみなせる。したがって、ダウンシフトして第二回転電機ＭＧ２の回転速度Ｎｍが大きくなれば、式２の右辺の第１項（１／（１＋ρ）×Ｔｅ×Ｎｍ）は、大きくなる。また、式２の右辺の第２項Ｐｍは、ほぼ一定値である出力パワーＰｏから（１／（１＋ρ）×Ｔｅ×Ｎｍ）を減じた値であるため、ダウンシフトして第二回転電機ＭＧ２の回転速度Ｎｍが大きくなれば、小さくなる。つまり、ダウンシフトして第二回転電機ＭＧ２の回転速度Ｎｍが大きくなれば、第二回転電機ＭＧ２の出力パワーＰｍは、小さくなる。そして、この出力パワーＰｍを回転速度Ｎｍで除して得られる出力トルクＴｍも、また、ダウンシフトして第二回転電機ＭＧ２の回転速度Ｎｍが大きくなれば、小さくなる。

つまり、ダウンシフトして第二回転電機ＭＧ２の回転速度Ｎｍが大きくなれば、第二回転電機ＭＧ２の出力パワーＰｍおよびトルクＴｍの双方が低下することになる。そして、第二回転電機ＭＧ２のトルクＴｍが低下すれば、その分、第二回転電機ＭＧ２の銅損も低下するため、第二回転電機ＭＧ２の温度上昇を抑制できる。なお、ダウンシフトすれば、第二回転電機ＭＧ２のトルクＴｍおよび銅損は低下するが、回転速度Ｎｍは上昇するため、鉄損および機械損は、上昇する。しかし、一般に、第二回転電機ＭＧ２が主に使用される低回転高トルクの動作範囲では、鉄損や機械損よりも銅損のほうが支配的であり、銅損に比べて鉄損や機械損は十分に小さい。そのため、回転速度Ｎｍの増加に伴い鉄損・機械損がある程度増加したとしても、その増加量以上に、銅損が減少するため、第二回転電機ＭＧ２の温度上昇は効果的に抑制される。

次に、第一回転電機ＭＧ１について検討する。第一回転電機ＭＧ１のトルクＴｇ、回転速度Ｎｇは、共線図から次の式３、図４で表すことができる。
Ｔｇ＝−ρ／（１＋ρ）×Ｔｅ ・・・式３
Ｎｇ＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｅ−１／ρ×Ｎｍ ・・・式４

ここで、上述した通り、動力分割機構１４の変速比ρは、常に一定であり、エンジン１２のトルクＴｅは、ダウンシフトの前後でほぼ一定である。したがって、式３で表される第一回転電機ＭＧ１のトルクＴｇも、ダウンシフトの前後でほぼ一定であると分かる。トルクＴｇが一定ということは、すなわち、銅損もほぼ一定であるといえる。

一方、第一回転電機ＭＧ１の回転速度Ｎｇは、式４および図４から明らかな通り、ダウンシフトして第二回転電機ＭＧ２の回転速度Ｎｍが増加すれば、低下する。そして、回転速度Ｎｇが低下することにより、鉄損および機械損も変化する。より具体的には、図４に示すように、第一回転電機ＭＧ１の回転速度Ｎｇが正（Ｎｇ＞０）であり、ダウンシフトにより、回転速度の絶対値｜Ｎｇ｜が低下する場合、第一回転電機ＭＧ１の銅損は変化せず、鉄損および機械損のみが低下するため、第一回転電機ＭＧ１の温度上昇が抑制される。

ただし、図５に示すように、第一回転電機ＭＧ１の回転速度Ｎｇが負（Ｎｇ＜０）であり、ダウンシフトにより、回転速度の絶対値｜Ｎｇ｜が増加する場合、第一回転電機ＭＧ１の銅損は変化せず、鉄損および機械損のみが増加する。この場合、第一回転電機ＭＧ１の温度上昇は、抑制されず、むしろ増加することになる。

以上説明した通り、ハイブリッド車両１０の駆動機構においては、ダウンシフトをして第二回転電機ＭＧ２の回転速度を増加、および、第一回転電機ＭＧ１の回転速度の絶対値を低下させることで、回転電機の温度上昇を抑制できる。そこで、本実施形態では、第二回転電機ＭＧ２の温度が高い場合、および／または、第一回転電機ＭＧ１の温度が高く、かつ、ダウンシフトにより第一回転電機ＭＧ１の回転速度の絶対値が低下する場合には、変速マップの変速線を下方修正して、ダウンシフトを生じやすくしている。これについて図６を参照して説明する。

本実施形態においてＥＣＵ２４は、二種類の変速マップ、すなわち、標準変速マップと、高温時変速マップとを記憶している。標準変速マップは、図２に示したような変速マップであり、後述する電動機用条件および発電機用条件のいずれも満たさない場合に用いられる変速マップである。一方、高温時変速マップは、標準変速マップと比して、変速線を下方修正した変速マップである。図６は、変速線の下方修正の一例を示す図である。図６において破線は、４速→３速のダウン線を、実線は３速→４速のアップ線を示している。また、図６において太線は、標準変速マップでの変速線であり、細線は、高温時変速マップでの変速線である。

図６に示す通り、高温時変速マップのダウン線（細破線）は、標準変速マップのダウン線（太破線）と比べて、車速Ｖに対するアクセル開度Ａｃｃが下方修正されている。そのため、高温時変速マップに基づいて変速制御すれば、標準変速マップに基づいて変速制御する場合に比べて、アクセル開度Ａｃｃが低い場合、あるいは、車速が早い場合でも、ダウンシフトすることになる。結果として、高温時変速マップによれば、標準変速マップに比べてダウンシフトが生じやすくなる。そして、ダウンシフトすることにより、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の損失が低減され、ひいては、温度上昇が抑制される。

また、ダウン線のみを下方修正し、アップ線を下方修正しない場合には、両者の間のヒステリシスが小さくなり、ギヤチェンジが比較的高頻度で生じる。こうした高頻度でのギヤチェンジは、ドライバビリティの悪化等を招き好ましくない。そこで、高温時変速マップでは、ダウン線だけでなく、アップ線も、下方修正している。すなわち、図６に示す通り、高温時変速マップのアップ線（細実線）は、標準変速マップのアップ線（太実線）と比べて、車速Ｖに対するアクセル開度Ａｃｃが下方修正されている。これにより、ギヤチェンジの頻度を低減でき、ドライバビリティを向上できる。

ＥＣＵ２４は、こうした二種類の変速マップを記憶し、状況に応じて、変速制御で参照するマップを切り替える。具体的には、ＥＣＵ２４は、電動機用条件および発電機用条件の少なくとも一方を満たす場合には、高温時変速マップを参照し、電動機用条件および発電機条件のいずれも満たさない場合には、標準変速マップを参照して変速制御を行う。ここで、電動機用条件とは、第二回転電機ＭＧ２の温度Ｄｍが、予め規定された基準温度Ｄ２以上となることである。また、発電機用条件とは、第一回転電機ＭＧ１の温度Ｄｇが、基準温度Ｄ２以上であり、かつ、第一回転電機ＭＧ１の回転速度の絶対値｜Ｎｇ｜がダウンシフトにより低下することである。なお、基準温度Ｄ２は、本願請求項１，３，５における第一基準温度および第三基準温度に対応する温度である。この基準温度Ｄ２は、温度上昇に起因する車両の出力制限を防止できる温度である。すなわち、本実施形態では、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、その温度が制限開始温度Ｄ３以上となれば、車両全体の出力の制限を開始する。基準温度Ｄ２は、この制限開始温度Ｄ３より小さい値に設定される。

図７は、変速マップの選択処理の流れを示すフローチャートである。ＥＣＵ２４は、ハイブリッド走行中、図３で示した変速制御と並行して、図７に示す変速マップの選択処理を実行する。この変速マップの選択処理について説明すると、ＥＣＵ２４は、まず、第二回転電機ＭＧ２の温度Ｄｍが、予め規定された基準温度Ｄ２以上か否かを確認する（Ｓ２０）。なお、本実施形態では、Ｄｍ≧Ｄ２か否かを第二回転電機ＭＧ２に設けられたセンサで検知された第二回転電機ＭＧ２の温度そのものに基づいて判定しているが、他のパラメータに基づいて、判定してもよい。例えば、第二回転電機ＭＧ２を冷却する冷媒の温度が、予め規定された冷媒基準温度以上の場合に、Ｄｍ≧Ｄ２と判定するようにしてもよい。電流値等から第二回転電機ＭＧ２の温度を推定するようにしてもよい。後に詳説するＤｍ＜Ｄ１、Ｄｇ≧Ｄ２、Ｄｇ＜Ｄ１の判定ステップ（Ｓ２２，２６，２８）についても同様に、他のパラメータに基づいて判定したり、他のパラメータから回転電機の温度を推定したりしてもよい。

Ｄｍ≧Ｄ２の場合、第二回転電機ＭＧ２の温度Ｄｍが、制限開始温度Ｄ３に近づいており、温度上昇を抑制する必要があると判断できる。したがって、この場合は、ステップＳ２４に進み、変速制御で用いる変速マップとして高温時変速マップを選択する。

一方、Ｄｍ＜Ｄ２の場合、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２２に進み、第一回転電機ＭＧ１の温度Ｄｇが、基準温度Ｄ２以上、かつ、ダウンシフトで｜Ｎｇ｜が低下する、という条件を満たすか否かを確認する。Ｄｍ≧Ｄ２か否かを回転電機ＭＧ２に設けられたセンサで検知された第二回転電機ＭＧ２の温度そのものに基づいて判定しているが、他のパラメータに基づいて、判定してもよい。例えば、回転電機ＭＧ２を冷却する冷媒の温度が、予め規定された冷媒基準温度以上の場合に、Ｄｍ≧Ｄ２と判定するようにしてもよい。Ｄｇ≧Ｄ２の場合、第一回転電機ＭＧ１の温度Ｄｍが、制限開始温度Ｄ３に近づいており、温度上昇を抑制する必要があると判断できる。また、ダウンシフトで｜Ｎｇ｜が低下する場合、ダウンシフトすることで第一回転電機ＭＧ１の損失（鉄損および機械損）を低減できると判断できる。したがって、ステップＳ２２においてＹｅｓの場合、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２４に進み、変速制御で用いる変速マップとして高温時変速マップを選択する。一方、ステップＳ２０、ステップＳ２２のいずれでもＮｏとなった場合、ＥＣＵ２４は、ステップＳ３０に進み、変速マップとして標準変速マップを選択する。

ステップＳ２４において、高温時変速マップを選択すると、ダウンシフトが生じやすくなり、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の損失が低下しやすくなる。そして、結果として、第一、第二回転電機の温度上昇を抑制できる。高温時変速マップを選択した後、ＥＣＵ２４は、所定条件を満たすまで、高温時変速マップを選択した状態を維持する。具体的には、高温時変速マップを選択した後、ＥＣＵ２４は、第二回転電機の温度Ｄｍが、予め規定された基準温度Ｄ１未満か否かを監視する（Ｓ２６）。基準温度Ｄ１は、本願請求項２，４，６における第二基準温度および第四基準温度に対応する温度である。この基準温度Ｄ１は、基準温度Ｄ２よりも低い温度である。Ｄｍ≧Ｄ１であれば、ＥＣＵ２４は、高温時変速マップを選択した状態を維持し続ける。一方、Ｄｍ＜Ｄ１となれば、ＥＣＵ２４は、続いて、ステップＳ２８に進み、第一回転電機ＭＧ１の温度Ｄｇが、基準温度Ｄ１未満、または、ダウンシフトで｜Ｎｇ｜が増加、という条件を満たすか否かを監視する。そして、Ｄｇ≧Ｄ１かつダウンシフトで｜Ｎｇ｜が低下する場合、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２６に戻り、高温時変速マップを選択した状態を維持し続ける。一方、Ｄｇ＜Ｄ１、または、ダウンシフトで｜Ｎｇ｜が増加する場合、ＥＣＵ２４は、ステップＳ３０に進み、変速マップを標準変速マップに戻す。そして、以降は、同様の処理を繰り返す。

以上、説明した通り、本実施形態によれば、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の温度が高い場合には、変速する際の車速Ｖに対するアクセル開度Ａｃｃの値（変速線）を下方修正している。これにより、ダウンシフトが生じやすくなる。そして、ダウンシフトが生じることにより、駆動軸に出力されるパワーＰｏを低下させることなく、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の損失を低減し、温度上昇を抑制することができる。

なお、図７のフローチャートによれば、第二回転電機ＭＧ２の温度Ｄｍが、基準温度Ｄ２以上（Ｓ２０でＹｅｓ）であれば、ダウンシフトにより｜Ｎｇ｜が増加する場合でも、高温時変速マップが選択される。この場合、ダウンシフトを行うことにより、第二回転電機ＭＧ２の銅損は低減されるが、第一回転電機ＭＧ１の鉄損・機械損は、増加することになる。結果として、ダウンシフトにより、第二回転電機ＭＧ２の温度Ｄｍは低下できるが、第一回転電機ＭＧ１の温度Ｄｇは上昇することになる。しかし、既述した通り、一般に、回転電機における鉄損・機械損は、銅損に比べて小さい。そのため、ダウンシフトしたとき、｜Ｎｇ｜が増加するとしても、第一回転電機ＭＧ１の温度上昇速度は、比較的小さく、影響は低いことが予想される。一方、第二回転電機ＭＧ２は、回転速度Ｎｍが低く、トルクＴｍが高い状態のままでは、温度上昇速度が速く、比較的短時間で制限開始温度Ｄ３に達する恐れがある。そこで、Ｄｍ≧Ｄ２かつダウンシフトで｜Ｎｇ｜が増加する場合には、第二回転電機ＭＧ２の温度低下を優先し、ダウンシフトしやすくなるように高温時変速マップを選択している。すなわち、Ｄｍ＜Ｄ１になるまでは、ステップＳ２６でＮｏとなるため、高温時変速マップの選択を維持する。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、発電機用条件、および／または、電動機用条件を満たす場合に、ダウンシフトする際の車速Ｖに対するアクセル開度Ａｃｃの値を標準値から下方修正するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、上述の実施形態では、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の双方の温度を考慮して変速マップを選択しているが、いずれか一方の温度は、考慮することなく、変速マップを選択してもよい。すなわち、図８や、図９に示すフローチャートに従って、変速マップを選択するようにしてもよい。

図８は、第二回転電機ＭＧ２の温度Ｄｍを考慮する一方で、第一回転電機ＭＧ１の温度Ｄｇは考慮することなく、変速マップを選択する場合のフローチャートである。図８に示す通り、この場合は、第二回転電機ＭＧ２の温度Ｄｍが、基準温度Ｄ２以上であれば、高温時変速マップを選択し（Ｓ４２，Ｓ４４）、第二回転電機ＭＧ２温度Ｄｍが、基準温度Ｄ１未満になれば、標準変速マップを選択する（Ｓ４６，Ｓ４８）。かかる処理は、例えば、第一回転電機ＭＧ１に比べて第二回転電機ＭＧ２のほうが高温になりやすい場合や、第一回転電機ＭＧ１に比べて第二回転電機ＭＧ２のほうが許容温度が低い場合等に有効である。

図９は、第一回転電機ＭＧ１の温度Ｄｇを考慮する一方で、第二回転電機ＭＧ２の温度Ｄｍは考慮することなく、変速マップを選択する場合のフローチャートである。図９に示す通り、この場合は、第一回転電機ＭＧ１の温度Ｄｇが、基準温度Ｄ２以上、かつ、ダウンシフトに伴い｜Ｎｇ｜が低下するのであれば、高温時変速マップを選択する（Ｓ５２、Ｓ５４）。また、高温時変速マップを選択した後、第一回転電機ＭＧ１温度Ｄｇが、基準温度Ｄ１未満、または、ダウンシフトにより｜Ｎｇ｜が増加するようになれば、標準変速マップを選択する（Ｓ５６、Ｓ５８）。かかる処理は、例えば、第二回転電機ＭＧ２に比べて第一回転電機ＭＧ１のほうが高温になりやすい場合や、第二回転電機ＭＧ２に比べて第一回転電機ＭＧ１のほうが許容温度が低い場合等に有効である。

また、これまでの説明では、第一回転電機ＭＧ１の温度Ｄｇと比較する基準温度Ｄ１，Ｄ２と、第二回転電機ＭＧ２の温度Ｄｇと比較する基準温度Ｄ１，Ｄ２とを同じ値としている。しかし、比較される基準温度の値は、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の温度特性等に応じて、適宜、変更されてもよい。すなわち、図７において、ステップＳ２０、Ｓ２２において、回転電機の温度を基準温度Ｄ２と比較しているが、例えば、ステップＳ２０では、温度Ｄｍと電動機用基準温度Ｄ２＿ｍとを比較し、ステップＳ２２では、温度Ｄｇと発電機用基準温度Ｄ２＿ｇとを比較するようにしてもよい（なおＤ２＿ｇ≠Ｄ２＿ｍ）。また、ステップＳ２６では、温度Ｄｍと電動機用基準温度Ｄ１＿ｍとを比較し、ステップＳ２８では、温度Ｄｇと発電機用基準温度Ｄ１＿ｇとを比較するようにしてもよい（なおＤ１＿ｇ≠Ｄ１＿ｍ）。

また、これまでの説明では、電動機用条件として、第二回転電機ＭＧ２の温度Ｄｍが、基準温度Ｄ２以上であることのみを挙げていたが、電動機用条件は、さらに、第二回転電機ＭＧ２のトルクＴｍが基準トルクＴａ以上であることも含んでもよい。すなわち、図８に示すように、変速マップの選択処理を行う際には、まず最初に、第二回転電機ＭＧ２のトルクＴｍが、基準トルクＴａ以上であるか否かを確認し（Ｓ４０）、Ｔｍ＜Ｔａの場合には、Ｄｍ≧Ｄ２であっても、標準変速マップを選択するようにしてもよい。このようなステップＳ４０を追加するのは、次の理由による。第二回転電機ＭＧ２のトルクＴｍが小さい場合には、第二回転電機ＭＧ２全体の損失の中に占める銅損の割合も小さいことが多い。かかる場合に、ダウンシフトによりトルクＴｍ、ひいては、銅損を低下させたとしても、温度低下には、殆ど寄与しないことが予想される。すなわち、トルクＴｍが小さい場合には、ダウンシフトしても、温度低下できないことが予想される。したがって、かかる場合には、変速線の下方修正は行わず、標準の変速マップに基づく変速制御を行えばよい。このように、電動機用条件にトルクＴｍが基準トルクＴａ以上であることも含めることで、不必要な変速線の修正を防止でき、より適切な変速制御が可能となる。

また、これまでの説明では、発電機用条件として、第一回転電機ＭＧ１の温度Ｄｇが、基準温度Ｄ２以上であること、かつ、ダウンシフトにより｜Ｎｇ｜が低下することを挙げていた。しかし、発電機用条件は、これらの条件に加えて、さらに、車速Ｖが基準値以上であること含んでもよい。例えば、図９に示すように、変速マップの選択処理を行う際には、まず最初に、車速Ｖが、基準車速Ｖａ以上であるか否かを確認し（Ｓ５０）、Ｖ＜Ｖａの場合には、Ｄｇ≧Ｄ２であっても、標準変速マップを選択するようにしてもよい。

このようなステップＳ５０を追加するのは、次の理由による。車速Ｖが低い場合には、第一回転電機ＭＧ１の回転速度Ｎｇも低くなりがちになる。この場合、ダウンシフトしても、第一回転電機ＭＧ１の温度が低下しない、または、低下するにしても低下速度が非常に小さいことが予想される。したがって、車速Ｖが低い場合には、変速線の下方修正は行わず、標準の変速マップに基づく変速制御を行うようにしてもよい。このように、発電機用条件に車速Ｖが基準車速Ｖａ以上であることも含めることで、不必要な変速線の修正を防止でき、より適切な変速制御が可能となる。

また、これまでの説明では、高温時変速マップを一種類のみ用いたが、発電機用条件を満たす場合と、電動機用条件を満たす場合とで、異なる高温時変速マップ（標準値からの下方修正量が異なるダウン線）を用いるようにしてもよい。例えば、発電機用条件のみを満たす場合には、下方修正量が比較的小さい高温時変速マップを選択、少なくとも電動機用条件を満たす場合には、下方修正量が大きい高温時変速マップを選択するようにしてもよい。また、上述の実施形態では、変速する際の車速Ｖに対するアクセル開度Ａｃｃの値（ダウン基準値、アップ基準値）をマップとして記憶している。しかし、ダウン基準値、アップ基準値は、マップに限らず、別の形態で記憶されてもよい。例えば、ダウン基準値、アップ基準値は、テーブルや、関数等の形態で記憶されてもよい。

１０ ハイブリッド車両、１２ エンジン、１４ 動力分割機構、１６ 変速機、１８，２０ インバータ、２２ バッテリ、２４ ＥＣＵ、２６ 入力軸、２８ 駆動軸、ＭＧ１ 第一回転電機、ＭＧ２ 第二回転電機。

Claims (7)

1. エンジンと、
   発電機と、
   電動機と、
   車輪に駆動力を伝達する駆動軸と、
   前記電動機と駆動軸との間に介在する有段変速機と、
   前記電動機の回転軸、前記エンジンの出力軸、および、前記発電機の回転軸の三要素の各々を機械的に連結し、かつ、前記三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の二つの要素間で動力伝達を可能とする動力分割機構と、
   前記エンジン、前記発電機、前記電動機、および、前記有段変速機の駆動を制御する制御部であって、車速に対するアクセル開度の検出値がダウン基準値に達した場合に前記有段変速機をダウンシフトする制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、予め規定された発電機用条件および電動機用条件のいずれを満たす場合でも、前記ダウン基準値を予め規定された標準値よりも下方修正して、前記ダウンシフトを生じやすくしており、
   前記発電機用条件は、少なくとも、前記発電機の温度が予め規定された第一基準温度以上であり、かつ、前記ダウンシフトすることで前記発電機の回転速度の絶対値が低下する、ことを含み、
   前記電動機用条件は、少なくとも、前記電動機の温度が予め規定された第三基準温度以上であることを含み、
   前記ダウンシフトの前後で、前記エンジンの回転数および出力トルクは一定であり、
   前記電動機は、回転速度の変動に伴う鉄損および機械損の変動量よりも銅損の変動量が大きい速度領域で駆動されている、
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
   前記制御部は、前記ダウン基準値を下方修正している状態で、前記発電機の温度が第一基準温度よりも低い第二基準温度を下回るとの条件と、前記電動機の温度が第三基準温度よりも低い第四基準温度を下回る、または、前記ダウンシフトすることで前記発電機の回転速度の絶対値が増加するとの条件と、の双方を満たす場合に前記ダウン基準値を前記標準値に戻す、ことを特徴とするハイブリッド車両。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両であって、
   前記発電機用条件を満たす場合に設定されるダウン基準値と、前記電動機用条件を満たす場合に設定されるダウン基準値と、は同じ値である、ことを特徴とするハイブリッド車両。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両であって、
   前記発電機用条件は、さらに、前記車速が所定値以上であることも含む、ことを特徴とするハイブリッド車両。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両であって、
   前記制御部は、前記発電機の温度が、予め規定された制限開始温度以上になった場合、前記発電機の出力を、前記制限開始温度未満の場合よりも制限し、
   前記第一基準温度は、前記制限開始温度よりも低い、
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両であって、
   前記電動機用条件は、さらに、前記電動機の出力トルクが、所定値以上であることも含む、ことを特徴とするハイブリッド車両。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のハイブリッド車両であって、
   前記制御部は、前記電動機の温度が、予め規定された制限開始温度以上になった場合、前記電動機の出力を、前記制限開始温度未満の場合よりも制限し、
   前記第三基準温度は、前記制限開始温度よりも低い、
   ことを特徴とするハイブリッド車両。

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