(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力が入力されて回転磁界を発生する巻線をもつ固定子、ならびに回転磁界と鎖交して交流電力を出力する巻線をもちかつ前記固定子に対して相対回転可能に軸承された第１回転子、ならびに前記固定子の巻線との間に第２トルクを発生可能であるとともに前記第１回転子の巻線との間に第１トルクを発生可能でありかつ前記固定子および前記第１回転子に対して相対回転可能に軸承された第２回転子を有する回転電機と、
前記回転電機の前記第１回転子にアウトプット軸が連結されたエンジンと、
前記回転電機の前記第２回転子にインプット軸が連結された変速機と、
前記回転電機の前記第１回転子の巻線から出力された交流電力を周波数変換可能かつ供給量調整可能に前記固定子の巻線に供給する電力変換供給装置と、
前記回転電機、前記エンジン、前記変速機、および前記電力変換供給装置を協調制御する制御装置と、を備えるハイブリッド車両用駆動装置であって、
前記制御装置は、
前記エンジンのエンジン回転数、前記変速機のインプット回転数、前記変速機の変速ギヤ比、アクセル手段のアクセル開度、および車速を取得する情報取得手段と、
前記変速ギヤ比、前記アクセル開度、および前記車速に基づき前記インプット軸に要求される要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、
前記エンジン回転数において前記エンジンの効率が最適になるエンジントルクを仮置きし、前記エンジントルクのうち前記第１トルクとして前記インプット軸に直接に伝達される直達トルクを算出し、さらに前記エンジントルクのうち前記交流電力に変換されて前記供給量が調整され前記第２トルクとして前記変速機の前記インプット軸に間接に伝達される電力変換トルクを算出する動作点仮置き手段と、
前記直達トルクと前記電力変換トルクとの和が前記要求トルクに一致するか否かを判定する判定手段と、
前記和が前記要求トルクに対して超過した場合にトルク超過分を差し引いて目標とする電力変換トルクを求め、前記和が前記要求トルクに対して不足した場合にトルク不足分を増加させて目標とする電力変換トルクを求め、前記目標とする電力変換トルクと前記インプット回転数とにより求められる電動機効率を用い前記交流電力の前記供給量を調整して前記判定手段に戻り、前記交流電力の前記供給量を調整できないときに、仮置きした前記エンジントルクを調整して前記動作点仮置き手段に戻る動作点調整手段と、
前記和が前記要求トルクに一致した場合に、前記直達トルクおよび前記電力変換トルクを発生させる制御を実行する動作点実行制御手段と、
を有することを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記動作点仮置き手段で前記直達トルクおよび前記電力変換トルクを算出する際に、トルク伝達効率および電力変換効率の少なくとも一方を考慮することを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記電力変換供給装置は、インバータ装置およびバッテリ装置を含み、前記固定子の巻線に供給する前記交流電力の前記供給量の調整を前記バッテリ装置の充電または放電によって行い、
前記動作点調整手段は、前記バッテリ装置の充電状態に基づいて、前記交流電力の前記供給量の調整の可否を判定することを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
【請求項４】
請求項３において、前記動作点調整手段は、
前記和が前記要求トルクに対して不足した場合に、前記バッテリ装置の充電状態が所定の第１レベルを超えかつトルク不足分に相当する交流電力の供給量が前記バッテリ装置で賄えるときに前記バッテリ装置を放電して前記電力変換トルクを増加させ、前記バッテリ装置の充電状態が前記第１レベル以下のときおよび前記トルク不足分に相当する交流電力の供給量が前記バッテリ装置で賄えないときに前記エンジントルクを増加させ、
前記和が前記要求トルクに対して超過した場合に、前記バッテリ装置の充電状態が前記第１レベルとは異なりかつ前記第１レベルの値よりも大きい値である第２レベル未満であるときに前記電力変換トルクを減少させて前記バッテリ装置を充電し、前記バッテリ装置の充電状態が前記第２レベル以上であるときに前記エンジントルクを減少させる、
ことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、前記変速機は段階的な変速ギヤ比を有する有段変速機であることを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原動機としてエンジンおよびモータを併用するハイブリッド車両用駆動装置に関し、より詳細には、エンジンおよび二重回転子形回転電機を併用する駆動装置の最適動作点の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、走行駆動用の原動機としてエンジンおよびモータを併用するハイブリッド車両が急速に普及しつつある。ハイブリッド車両では、エンジンによる駆動をモータでアシストしたり、モータ単独で駆動したり、制動時のエネルギ回生によりバッテリを充電したりできるようになっている。モータには、発電機としても動作し得る三相交流電動機を用い、バッテリ装置が接続されたインバータ装置で通電制御することにより、回転数を可変に制御するのが一般的である。これにより、ハイブリッド車両の燃料消費量は、従来のエンジン車両と比較して格段に低減されている。この種の技術の一例として、本願出願人は、２つの回転子を有する二重回転子形回転電機を組み込んだ動力伝達装置を特許文献１に開示している。
【０００３】
特許文献１の動力伝達装置は、固定子、第１回転子、および第２回転子により回転電機が構成され、第１および第２回転子の一方に原動機（エンジン）からの動力が伝達され、他方から負荷へ動力が伝達されるように構成されている。さらに、回転電機の回転子導体から交流電力を取り出す電力伝達部、回転電機の固定子導体へ交流電力を供給する電力変換部、および原動機のトルクに基づいて原動機回転速度を目標回転速度に略一致させるように電力変換部を制御する制御装置を備えている。これにより、動力伝達装置の構造の複雑化及び高コスト化を招くことなく、原動機の運転状態を制御しながら負荷の駆動を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７４５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の動力伝達装置では、原動機（エンジン）から出力された全トルクが回転電機に入力され、一部は電磁力によるトルクとして直接に負荷へ伝達され、残りは一旦交流電力に変換され再度機械的なトルクに変換されて間接に負荷へ伝達される。このように、複数のトルク伝達形態を有しかつ原動機および回転電機を併用する駆動装置を組み込んだハイブリッド車両において、燃料消費量の低減に効率的な最適動作点の制御方法が未だ確立されていない。最適動作点は、エンジン車両と異なり原動機（エンジン）の特性だけでは定まらず、回転電機、インバータ装置、およびバッテリ装置などの電気的な構成要素の条件も考慮して制御することが好ましい。
【０００６】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、燃料消費量の低減に効率的となるようにエンジンおよび回転電機を総合的に最適動作させる駆動制御を行うハイブリッド車両用駆動装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する請求項１に係るハイブリッド車両用駆動装置の発明は、交流電力が入力されて回転磁界を発生する巻線をもつ固定子、ならびに回転磁界と鎖交して交流電力を出力する巻線をもちかつ前記固定子に対して相対回転可能に軸承された第１回転子、ならびに前記固定子の巻線との間に第２トルクを発生可能であるとともに前記第１回転子の巻線との間に第１トルクを発生可能でありかつ前記固定子および前記第１回転子に対して相対回転可能に軸承された第２回転子を有する回転電機と、前記回転電機の前記第１回転子にアウトプット軸が連結されたエンジンと、前記回転電機の前記第２回転子にインプット軸が連結された変速機と、前記回転電機の前記第１回転子の巻線から出力された交流電力を周波数変換可能かつ供給量調整可能に前記固定子の巻線に供給する電力変換供給装置と、前記回転電機、前記エンジン、前記変速機、および前記電力変換供給装置を協調制御する制御装置と、を備えるハイブリッド車両用駆動装置であって、前記制御装置は、前記エンジンのエンジン回転数、前記変速機のインプット回転数、前記変速機の変速ギヤ比、アクセル手段のアクセル開度、および車速を取得する情報取得手段と、前記変速ギヤ比、前記アクセル開度、および前記車速に基づき前記インプット軸に要求される要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、前記エンジン回転数において前記エンジンの効率が最適になるエンジントルクを仮置きし、前記エンジントルクのうち前記第１トルクとして前記インプット軸に直接に伝達される直達トルクを算出し、さらに前記エンジントルクのうち前記交流電力に変換されて前記供給量が調整され前記第２トルクとして前記変速機の前記インプット軸に間接に伝達される電力変換トルクを算出する動作点仮置き手段と、前記直達トルクと前記電力変換トルクとの和が前記要求トルクに一致するか否かを判定する判定手段と、前記和が前記要求トルクに対して超過した場合にトルク超過分を差し引いて目標とする電力変換トルクを求め、前記和が前記要求トルクに対して不足した場合にトルク不足分を増加させて目標とする電力変換トルクを求め、前記目標とする電力変換トルクと前記インプット回転数とにより求められる電動機効率を用い前記交流電力の前記供給量を調整して前記判定手段に戻り、前記交流電力の前記供給量を調整できないときに、仮置きした前記エンジントルクを調整して前記動作点仮置き手段に戻る動作点調整手段と、前記和が前記要求トルクに一致した場合に、前記直達トルクおよび前記電力変換トルクを発生させる制御を実行する動作点実行制御手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記動作点仮置き手段で前記直達トルクおよび前記電力変換トルクを算出する際に、トルク伝達効率および電力変換効率の少なくとも一方を考慮することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記電力変換供給装置は、インバータ装置およびバッテリ装置を含み、前記固定子の巻線に供給する前記交流電力の前記供給量の調整を前記バッテリ装置の充電または放電によって行い、前記動作点調整手段は、前記バッテリ装置の充電状態に基づいて、前記交流電力の前記供給量の調整の可否を判定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３において、前記動作点調整手段は、前記和が前記要求トルクに対して不足した場合に、前記バッテリ装置の充電状態が所定の第１レベルを超えかつトルク不足分に相当する交流電力の供給量が前記バッテリ装置で賄えるときに前記バッテリ装置を放電して前記電力変換トルクを増加させ、前記バッテリ装置の充電状態が前記第１レベル以下のときおよび前記トルク不足分に相当する交流電力の供給量が前記バッテリ装置で賄えないときに前記エンジントルクを増加させ、前記和が前記要求トルクに対して超過した場合に、前記バッテリ装置の充電状態が前記第１レベルとは異なりかつ前記第１レベルの値よりも大きい値である第２レベル未満であるときに前記電力変換トルクを減少させて前記バッテリ装置を充電し、前記バッテリ装置の充電状態が前記第２レベル以上であるときに前記エンジントルクを減少させる、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記変速機は段階的な変速ギヤ比を有する有段変速機であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係るハイブリッド車両用駆動装置の発明では、現在のエンジン回転数において効率が最適になるエンジントルクを仮置きし、直達トルクと電力変換トルクとの和が要求トルクに一致するか否かを判定し、一致している場合は直ちに制御を実行する。これにより、エンジンの効率は最適となり、電力変換供給装置における交流電力の供給量の調整も不要となって電力変換損失は最小限になる。また、一致していない場合は、交流電力の供給量を調整する試算を行い、前記和を要求トルクに一致させた後に制御を実行する。これにより、エンジンの効率は最適となり、また電力変換供給装置における電力変換損失がわずかに増加する。さらに、交流電力の供給量を調整できないときには、仮置きしたエンジントルクを調整する試算を行い、前記和を要求トルクに一致させた後に制御を実行する。これにより、エンジンは最適動作点から外れて効率は低下するが、アクセル手段を操作する運転者の要求に応えることができる。
【００１３】
つまり、本発明では運転者の要求に基づく要求トルクを満たしつつエンジンの燃料消費量を低減するために、まずエンジンを効率上の最適動作点で動作させることを優先し、トルクに過不足が生じた場合には交流電力の供給量の調整により過不足分を補い、交流電力の供給量の調整ができないときに限りエンジンを最適動作点から外して動作させる。したがって、燃料消費量の低減に効率的となるようにエンジンおよび回転電機を総合的に最適動作させる駆動制御を行うことができる。
さらに、直達トルクと電力変換トルクとの和が要求トルクに一致しない場合に、トルク超過分を差し引きまたはトルク不足分を増加させた目標とする電力変換トルクとインプット回転数とにより求められる電動機効率を用いて、交流電力の供給量を調整する。したがって、交流電力を減少または増加させる分を正確に求めることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明では、動作点仮置き手段で直達トルクおよび電力変換トルクを算出する際に、トルク伝達効率および電力変換効率の少なくとも一方を考慮する。回転電機や電力変換供給装置などでは、トルクを伝達する際や交流電力を変換する際に損失を発生するため、トルク伝達効率および電力変換効率を考慮することで算出精度が向上する。これにより、燃料消費量の低減に効率的となるようにエンジンおよび回転電機を総合的に最適動作させる駆動制御を高精度化できる。
【００１５】
請求項３に係る発明では、電力変換供給装置は、インバータ装置およびバッテリ装置を含み、交流電力の供給量の調整をバッテリ装置の充電または放電によって行い、動作点調整手段は、バッテリ装置の充電状態に基づいて交流電力の供給量の調整の可否を判定する。このとき、交流電力を減少または増加させる分が正確に求められているので、バッテリ装置の充電制御および放電制御を適正に行うことができる。これにより、エンジンを最適動作点で動作させ直達トルクと電力変換トルクとの和が要求トルクを超過した場合に、トルク超過分に相当する余剰のエネルギをバッテリ装置に貯蔵することができる。また、前記和が要求トルクに対して不足した場合に、バッテリ装置のエネルギを消費してトルク不足分に相当する電力変換トルクを補うことができる。したがって、エンジンを最適動作点で動作させて高い効率を得るとともに、発生したエネルギを有効に使用することができ、燃料消費量を格段に低減できる。
【００１６】
請求項４に係る発明では、前記和が要求トルクに対して不足または超過した場合に、バッテリ装置の充電状態の良否に応じて、電力変換トルクによる調整を行うかエンジントルクによる調整を行うかを選択する。これにより、バッテリ装置に無理な負担をかけずにかつ確実に、直達トルクと電力変換トルクとの和を要求トルクに一致させることができ、駆動制御の信頼性が極めて高くなる。
【００１７】
請求項５に係る発明では、変速機は段階的な変速ギヤ比を有する有段変速機とされている。本発明は、二重回転子形の回転電機と有段変速機とを組み合わせた駆動装置に好適であり、請求項１〜４で説明した効果に加え、回転電機の変速機能により駆動装置全体での変速比を連続的に変えられる効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態のハイブリッド車両用駆動装置の全体構成を模式的に説明する図である。
【図２】実施形態における駆動制御の演算処理フローを説明する図である。
【図３】要求駆動力を表す三次元マップを例示説明する図である。
【図４】エンジン効率を表す三次元マップを例示説明する図である。
【図５】（１）は回転電機の固定子と第２回転子を組み合わせた電動機の出力特性の図であり、（２）は同じ電動機の電動機効率を表す三次元マップの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態のハイブリッド車両用駆動装置について、図１〜図５を参考にして説明する。図１は、実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１の全体構成を模式的に説明する図である。図１において、構成装置間を結ぶ実線は電力の流れを示し、破線は制御の流れを示している。ハイブリッド車両用駆動装置１は、回転電機２、エンジン３、有段変速機４、電力変換供給装置５、制御装置６により構成されている。
【００２０】
回転電機２は、固定子２１、第１回転子２２、および第２回転子２３などにより略軸対称に構成される二重回転子形の回転電機である。固定子２１は略筒形状であり、図略のケーシングに固定されている。固定子２１は、電磁鋼板が積層されて形成された略筒状の固定子コア２１１と、固定子コア２１１の周方向に沿って配置され導体が巻回されて形成された複数相（例えば３相）の固定子巻線２１２とを有している。固定子巻線２１２は、交流電力が入力されると回転磁界を形成するようになっている。固定子２１の径方向内側に第２回転子２３が配設され、第２回転子２３のさらに径方向内側に第１回転子２２が配設されている。
【００２１】
第１回転子２２は、図略のケーシングに回転可能に軸承されており、固定子２１に対して相対回転可能となっている。第１回転子２２は、電磁鋼板が積層されて形成された回転子コア２２１と、回転子コア２２１の周方向に沿って配置され導体が巻回されて形成された複数相（例えば３相）の回転子巻線２２２とを有している。回転子巻線２２２は、相対回転する磁界と鎖交すると交流電力を出力するようになっている。第１回転子２２の軸心には入力軸２４が貫設されて一体的に結合され、入力軸２４はエンジン３のアウトプット軸３１に機械的に連結されている。
【００２２】
また、入力軸２４のエンジン３寄りには、入力軸２４の外周面を周回する環状のスリップリング２５が固設されている。各相（例えば３相）のスリップリング２５は、回転子巻線２２２の各相端子に電気接続されている。一方、ケーシング側には、ブラシ２６が固設されている。各相（例えば３相）のブラシ２６は、入力軸２４とともに回転するスリップリング２５に摺動しながら導通を保ち、交流電力を取り出せるようになっている。
【００２３】
第２回転子２３は略筒形状で、図略のケーシングに回転可能に軸承されており、固定子２１および第１回転子２２に対して相対回転可能となっている。第２回転子２３は、電磁鋼板が積層されて形成された回転子コア２３１と、回転子コア２３１の内周側にＮ極とＳ極が周方向に交互に配設された第１永久磁石２３２と、回転子コア２３１の外周側にＮ極とＳ極が周方向に交互に配設された第２永久磁石２３３とを有している。なお、第１永久磁石２３２および第２永久磁石２３３を一体化することも可能である。第２回転子２３の軸長方向の有段変速機４側の一端面（図の右側）には出力軸２７が一体的に結合され、出力軸２７は有段変速機４のインプット軸４１に機械的に連結されている。
【００２４】
さらに、回転電機２内の有段変速機４寄りに、ロックアップクラッチ２８が設けられている。ロックアップクラッチ２８は、入力軸２４と出力軸２７との間の機械的係合及びその解除を選択的に行う装置である。ロックアップクラッチ２８を完全に係合させると、入力軸２４および出力軸２７は一体的に同期回転する。また、ロックアップクラッチ２８を解除すると、入力軸２４と出力軸２７との回転数差が許容され、第１回転子２２と第２回転子２３が相対回転する。さらに、ロックアップクラッチ２８の係合力を調整することもできる。ロックアップクラッチ２８には、例えば油圧操作方式の摩擦クラッチや、電気制御方式の電磁クラッチなど用いることができる。
【００２５】
通常、ロックアップクラッチ２８は、エンジン３のアウトプット軸３１と有段変速機４のインプット軸４１とで回転数が一致して概ね定常走行しているときに係合される。このとき、エンジン３から出力されたエンジントルクＴｅは、入力軸２４からロックアップクラッチ２８を経由して出力軸２７へ直接伝達される。また、ロックアップクラッチ２８は、エンジン３のアウトプット軸３１と有段変速機４のインプット軸４１とで回転数が一致していないときや、変速操作の途中などでは解除される。
【００２６】
ここで、第１回転子２２の回転子巻線２２２と、第２回転子２３の内周側の第１永久磁石２３２とは同軸内外に向かい合って配置されている。したがって、両者２２２、２３２が相対回転すると、回転子巻線２２２に鎖交する第１永久磁石２３２の磁束が変化し、電磁相互作用により第１トルクを発生する。またこのとき、回転子巻線２２２には電磁誘導作用により交流電圧が誘起されて、スリップリング２５からブラシ２６へ交流電力を出力する。つまり、第１回転子２２と第２回転子２３の組み合わせは、トルク伝達機構の機能および発電機の機能を有している。このトルク伝達機構および発電機の特性は予め求められ、制御装置６に記憶されている。
【００２７】
一方、固定子２１の固定子巻線２１２と、第２回転子２３の外周側の第２永久磁石２３２とは同軸内外に向かい合って配置されている。したがって、固定子巻線２１２に交流電力が入力されて回転磁界が形成されると、電磁相互作用により第２永久磁石２３２との間に第２トルクを発生する。つまり、固定子２１と第２回転子２３の組み合わせは、電動機の機能を有している。この電動機としての特性は予め求められ、制御装置６に記憶されている。
【００２８】
エンジン３は、アウトプット軸３１からエンジントルクＴｅを出力する。エンジン３の構造に特別な制約はない。エンジン３のアウトプット軸３１におけるエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅをパラメータとする効率特性は予め求められ、制御装置６に記憶されている。
【００２９】
有段変速機４は、インプット軸４１に入力されたトルクを変速してアウトプット軸４２から出力する装置である。アウトプット軸４２は、デファレンシャル装置４３を経由して左右の駆動輪４４に連結され、走行駆動できるようになっている。有段変速機４には、例えば、変速ギヤ比Ｇが異なる複数の歯車対を有し、アクチュエータで同期装置を駆動していずれかの歯車対を選択してトルクを伝達するように構成したＡＭＴ（手動歯車変速機を自動化したもの）を用いることができる。また、有段変速機４には、プラネタリギヤを組み合わせて構成しトルク伝達経路を切り替えることで複数の変速ギヤ比Ｇを選択的に実現する自動変速機を用いることができる。
【００３０】
電力変換供給装置５は、回転電機２の第１回転子２２の回転子巻線２２２から出力された交流電力を周波数変換可能かつ供給量調整可能に固定子２１の固定子巻線２１２に供給する装置である。電力変換供給装置５は、第１インバータ装置５１、第２インバータ装置５２、およびバッテリ装置５３で構成されている。第１インバータ装置５１は、入出力端子として交流端子５１Ａおよび直流端子５１Ｄを有している。交流端子５１Ａはブラシ２６に電気接続され、直流端子５１Ｄはバッテリ装置５３の端子５３Ｄに電気接続されている。第２インバータ装置５２も、入出力端子として交流端子５２Ａおよび直流端子５２Ｄを有している。交流端子５２Ａは固定子２１の固定子巻線２１２に電気接続され、直流端子５２Ｄはバッテリ装置５３の端子５３Ｄに電気接続され、したがって第１インバータ装置５１の直流端子５１Ｄにも接続されている。
【００３１】
ここで、電力変換供給装置５の作用について説明しておく。前述したように、回転電機２のロックアップクラッチ２８が解除された状態でエンジントルクＴｅが第１回転子２２に入力されると、第２回転子２３との回転数差に応じて回転子巻線２２２から交流電力が出力される。第１インバータ装置５１は、この交流電力を直流電力に変換して第２インバータ装置５２に送出する。第２インバータ装置５２は、入力された直流電力から周波数可変の交流電力を生成し、固定子２１の固定子巻線２１２に供給する。これにより、固定子巻線２１２に回転磁界が形成され、第２トルクを発生して第２回転子２３を回転駆動する。このとき、固定子巻線２１２に供給する交流電力の供給量が不足すればバッテリ装置５３を放電し、供給量が超過であればバッテリ装置５３を充電して調整することができる。
【００３２】
上述のように回転電機２および電力変換供給装置５は共同して動作し、エンジントルクＴｅを直接に伝達する第１トルク（直達トルク）と電力変換を経由して伝達する第２トルク（電力変換トルク）とに分けて、有段変速機４のインプット軸４１に伝達できる。この意味で、回転電機２および電力変換供給装置５をまとめて動力伝達機構と呼ぶことができる。
【００３３】
制御装置６は、駆動装置１の各部分をそれぞれ受け持って制御する動力伝達機構制御装置６２、エンジン制御装置６３、および変速機制御装置６４と、駆動装置１の全体を総括的に制御するシステム制御装置６５とが協調して動作することで構成されている。動力伝達機構制御装置６２は、回転電機２および電力変換供給装置５を制御する。具体的に、動力伝達機構制御装置６２は、システム制御装置６５からの指令にしたがって、ロックアップクラッチ２８の係合及び解除を制御し、また第１および第２インバータ装置５１、５２の動作を制御する。
【００３４】
エンジン制御装置６３は、トルク特性や効率特性を始めとする各種動作特性マップを内部に記憶し、これに基づいてエンジン３の動作を制御する。エンジン制御装置６３は、アウトプット軸３１に設けられた回転数センサ３２からエンジン回転数Ｎｅの信号を取得する。変速機制御装置６４は、変速点を始めとする各種動作特性マップを内部に記憶し、これに基づいて有段変速機４の変速ギヤ比Ｇの変更を制御する。変速機制御装置６４は、インプット軸４１に設けられた回転数センサ４５からインプット回転数Ｎｉの信号を取得する。
【００３５】
システム制御装置６５は、エンジン制御装置６３からエンジン回転数Ｎｅの情報を取得し、変速機制御装置６４から変速ギヤ比Ｇおよびインプット回転数Ｎｉの情報を取得し、バッテリ装置５３から充電状態ＳＯＣの情報を直接取得する。また、システム制御装置６５は、アクセル開度センサ７１からアクセル開度Ａｃｃの情報を取得し、車速センサ７２から車速Ｖｓｐｄの情報を取得する。システム制御装置６５のソフトウェアにより、本発明の情報取得手段、要求トルク算出手段、動作点仮置き手段、判定手段、動作点調整手段、および動作点実行制御手段の各機能手段が実現されている。さらに、前述のように各制御装置６２〜６５が協調して動作することにより各機能手段が実行される。以降では、個々の制御装置６２〜６５の区別を要しない場合に総称の制御装置６を用いることとし、各機能手段の説明は次の演算処理フローを参考にして行う。
【００３６】
次に、上述のように構成された実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１の駆動制御の動作について説明する。図２は、実施形態における駆動制御の演算処理フローを説明する図である。この演算処理フローは、回転電機２のロックアップクラッチ２８が解除されているときを対象とし、燃料消費量の低減に効率的となる駆動制御を目標としている。なお、演算処理フロー中のステップＳ２〜Ｓ１５は制御装置６の内部演算による動作点の試算であり、ステップＳ１６で試算結果に基づいて実際の動作点制御を行う。
【００３７】
図２の演算処理フローのステップＳ１は情報取得手段に対応しており、制御装置６は駆動制御に用いる各情報を取得する。具体的には、現在のエンジン回転数Ｎｅ、インプット回転数Ｎｉ、変速ギヤ比Ｇ、アクセル開度Ａｃｃ、車速Ｖｓｐｄ、及び充電状態ＳＯＣの各情報を取得する。ステップＳ１に続き、フロー上ではステップＳ２とステップＳ３〜Ｓ６とを並行して行う。実際には、ステップＳ２を先に行い、次いでステップＳ３〜Ｓ６を行うようにしてもよい。
【００３８】
ステップＳ２は要求トルク算出手段に対応しており、有段変速機４のインプット軸４１に要求される要求トルクＴｒｅｑを算出する。このとき、例えば、要求駆動力を表す三次元マップを利用する。図３は、要求駆動力を表す三次元マップを例示説明する図である。図中の横軸はアクセル開度、縦軸は車速であり、グラフには駆動力の等しい点を結んだ等駆動力線が示されている。要求駆動力Ｆｒｅｑとは、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに見合って車両に必要とされる推進力を意味し、これを実現することでアクセル手段を操作した運転者の要求に応えることになる。要求駆動力Ｆｒｅｑを表す三次元マップは、車種ごとに予め設定して制御装置６内に記憶させておく。
【００３９】
図３で、右下のブーメラン状の閉じた等駆動力線は駆動力が大きい領域を示し、左上方の斜線の等駆動力線に向かうにつれて駆動力は減少している。図３上で、ステップＳ１で取得したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖｓｐｄの交点Ｗにおける駆動力の大きさが要求駆動力Ｆｒｅｑになる。要求駆動力Ｆｒｅｑは駆動輪４４すなわち有段変速機４のアウトプット軸４２における値なので、次式により変速ギヤ比Ｇを用いてインプット軸４１側の要求トルクＴｒｅｑを算出する。
要求トルクＴｒｅｑ＝Ｆｒｅｑ／Ｇ
【００４０】
ステップＳ３〜Ｓ６は、動作点仮置き手段に対応している。まずステップＳ３で、エンジン３の効率が最適になるエンジントルクＴｅを仮置きする。このとき、例えば、エンジン効率を表す三次元マップを利用する。図４は、エンジン効率を表す三次元マップを例示説明する図である。図中の横軸はエンジン回転数、縦軸はエンジントルクであり、グラフにはエンジン効率の等しい点を結んだ等効率線が示されている。また、図中の太い破線は動作範囲の上限を示している。エンジン効率を表す三次元マップは、エンジン３の機種ごとに予め求めて制御装置６内に記憶させておく。
【００４１】
図４で、右上寄りの小さく閉じた等効率線はエンジン効率が大きい領域を示し、領域の中心付近に最高効率点Ｘｍａｘがあり、外側の等効率線に向かうにつれてエンジン効率は低下している。さらに、最高効率点Ｘｍａｘを通り図中左下方に傾斜して最適動作線Ｌｍａｘが引かれている。最適動作線Ｌｍａｘは、エンジン回転数が変化したときにエンジン３の効率が最適になるエンジントルクを結んだ線である。したがって、図４上で、ステップＳ１で取得したエンジン回転数Ｎｅを上方に伸ばしたときに最適動作線Ｌｍａｘと交わる点が最適動作点Ｙｍａｘとなり、最適動作点ＹｍａｘにおけるエンジントルクＴｅの値を仮置きする。また、次式に示されるように、エンジントルクＴｅにエンジン回転数Ｎｅを乗算して、エンジン３から出力されるエンジンパワーＰｅを算出しておく。
エンジンパワーＰｅ＝Ｔｅ×Ｎｅ
【００４２】
次に、ステップＳ４で、直達トルクＴ１ｏｕｔおよび直達パワーＰ１ｏｕｔを算出する。直達トルクＴ１ｏｕｔは、エンジントルクＴｅのうち第１トルクとして回転電機２の第１回転子２２から第２回転子２３を経由して有段変速機４のインプット軸４１に直接に伝達される量である。直達トルクＴ１ｏｕｔは、第１回転子２２と第２回転子２３の電磁相互作用の電磁カップリング効率ηＥＣ（トルク伝達効率に相当）を用いて、次式により算出する。
直達トルクＴ１ｏｕｔ＝Ｔｅ×ηＥＣ
また、第１回転子２２から第２回転子２３に伝達される直達パワーＰ１ｉｎ（第１回転子２２側）、Ｐ１ｏｕｔ（第２回転子２３側）を、次式により算出する。
直達パワーＰ１ｉｎ＝Ｔｅ×（Ｎｅ−Ｎｉ）
直達パワーＰ１ｏｕｔ＝Ｐ１ｉｎ×ηＥＣ
【００４３】
次に、ステップＳ５で、固定子２１の固定子巻線２１２に入力される交流電力Ｐ２を、次式により算出する。
交流電力Ｐ２＝（Ｐｅ−Ｐ１ｉｎ）×ηＧＥＮ×ηＩＮＶ１×ηＩＮＶ２
上式は、エンジンパワーＰｅのうち直達パワーＰ１ｉｎに用いられなかった分が交流電力に変換され、固定子巻線２１２に入力されることを意味している。交流電力Ｐ２は、回転子巻線２２２から出力され第１および第２インバータ装置５１、５２を経由して固定子巻線２１２に供給される量であり、初回の算出ではバッテリ装置５３の充放電すなわち供給量の調整は無いものとする。式中のηＧＥＮは第１回転子２２と第２回転子２３の組み合わせによる発電機効率（電力変換効率の一種）であり、ηＩＮＶ１およびηＩＮＶ２はそれぞれ、第１および第２インバータ装置５１、５２における電力変換効率である。
【００４４】
次に、ステップＳ６で、電力変換トルクＴ２ｏｕｔを算出する。電力変換トルクＴ２ｏｕｔは、固定子巻線２１２に入力された交流電力Ｐ２によって発生する第２トルクであり、固定子２１から第２回転子２３を経由して有段変速機４のインプット軸４１に伝達される量である。電力変換トルクＴ２ｏｕｔは、例えば、固定子２１と第２回転子２３を組み合わせた電動機の出力特性および電動機効率を表す三次元マップを利用して求めることができる。図５で、（１）は回転電機２の固定子２１と第２回転子２３を組み合わせた電動機の出力特性の図であり、（２）は同じ電動機の電動機効率を表す三次元マップの図である。図５の（１）および（２）は同一のスケールで示され、横軸は有段変速機４のインプット軸４１のインプット回転数（＝第２回転子２３の回転数）、縦軸は電力変換トルクＴ２ｏｕｔ（＝第２トルク）である。また、図中の太線は定格動作範囲の上限を示している。（１）には固定子巻線２１２に入力される交流電力をパラメータとする３本の出力特性グラフが例示され、（２）には電動機効率の等しい点を結んだ等効率線が示されている。これらの特性は、回転電機２の機種ごとに予め求めて制御装置６内に記憶させておく。
【００４５】
図５（１）で、ステップＳ１で取得したインプット回転数Ｎｉを上方に伸ばしステップＳ５で算出した交流電力Ｐ２のラインと交わる動作点Ｚを求める。すると、回転電機２は、この動作点Ｚで動作するので、電力変換トルクＴ２ｏｕｔを求めることができる。次に、図５（２）で、インプット回転数Ｎｉと電力変換トルクＴ２ｏｕｔが交わる動作点Ｚから、電動機効率ηＭＴＲ（電力変換効率の一種）を求める。
【００４６】
次のステップＳ７は判定手段に対応しており、ステップＳ４で算出した直達トルクＴ１ｏｕｔとステップＳ６で求めた電力変換トルクＴ２ｏｕｔとの和Ｓｕｍが、ステップＳ２で算出した要求トルクＴｒｅｑに一致するか否かを判定する。判定の結果、一致しなければステップＳ８に進み、一致すればステップＳ１６に進む。一致しないときに行うステップＳ８〜Ｓ１５は動作点調整手段に対応している。
【００４７】
ステップＳ８で、和Ｓｕｍが要求トルクＴｒｅｑに対して不足したかまたは超過したかを判定し、超過した場合にステップＳ９に進む。ステップＳ９で、バッテリ装置５３の充電状態ＳＯＣが所定の第２レベルＳｍａｘ以上であるか否かを判定する。第２レベルＳｍａｘは、例えば、バッテリ装置５３の過充電を判定する閾レベルに設定する。充電状態ＳＯＣが第２レベルＳｍａｘ未満のときはステップＳ１０に進み、電力変換トルクＴ２ｏｕｔを減少させる。つまり、第１インバータ装置５１から出力される直流電力の一部をバッテリ装置５３の充電に用い、固定子巻線２１２の電力変換トルクＴ２ｏｕｔをトルク超過分だけ減少させる。このとき、図５（２）で、トルク超過分を差し引いた目標とする電力変換トルクとインプット回転数Ｎｉとの交点で適正な電動機効率ηＭＴＲを求めることができ、さらに図５（１）で目標とする電力変換トルクとインプット回転数Ｎｉとの交点から適正な交流電力を求めることができる。したがって、交流電力Ｐ２を減少させる分を正確に求めることができ、バッテリ装置５３の充電制御を適正に行うことができる。この後、ステップＳ７に戻る。
【００４８】
また、ステップＳ９で充電状態ＳＯＣが第２レベルＳｍａｘ以上のときはステップＳ１１に進み、エンジントルクＴｅを減少させて、ステップＳ４に戻る。
【００４９】
ステップＳ８で、和Ｓｕｍが要求トルクＴｒｅｑに対して不足した場合には、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、バッテリ装置５３の充電状態ＳＯＣが所定の第１レベルＳｍｉｎ以下であるか否かを判定する。第１レベルＳｍｉｎは、例えば、バッテリ装置５３の電圧不足を判定する閾レベルに設定する。なお、前述の第２レベルＳｍａｘは、第１レベルＳｍｉｎとは異なりかつ第１レベルＳｍｉｎの値よりも大きい値である。充電状態ＳＯＣが所定の第１レベルＳｍｉｎを越えているときは、さらにステップＳ１３で、トルク不足分に相当する交流電力の供給量を賄えるか否かを判定する。そして、賄えると判定したときにはステップＳ１４で、バッテリ装置５３を放電して電力変換トルクＴ２ｏｕｔを増加させ、ステップＳ７に戻る。このとき、図５を用いることで交流電力Ｐ２を増加させる分を正確に求めることができ、バッテリ装置５３の放電制御を適正に行うことができる点は、前述の交流電力Ｐ２を減少させる場合と同様である。
【００５０】
また、ステップＳ１２で充電状態ＳＯＣが第１レベルＳｍｉｎ以下のとき、および、ステップＳ１３でトルク不足分を賄えないと判定したときには、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５で、エンジントルクＴｅを増加させ、ステップＳ４に戻る。
【００５１】
ステップＳ１０またはステップＳ１４で電力変換トルクＴ２ｏｕｔを変更した後の２回目のステップＳ７では、通常は和Ｓｕｍが要求トルクＴｒｅｑに一致する。また、ステップＳ１１またはステップＳ１５でエンジントルクＴｅを変更したときには、必ずしも２回目のステップＳ７で和Ｓｕｍが要求トルクＴｒｅｑに一致するとは限らず、ステップＳ４〜Ｓ１５を必要に応じて繰返す。いずれのときも、和Ｓｕｍが要求トルクＴｒｅｑに一致した場合、ステップＳ１６に進む。
【００５２】
ステップＳ１６は動作点実行制御手段に対応しており、エンジントルクＴｅ、直達トルクＴ１ｏｕｔ、および電力変換トルクＴ２ｏｕｔを発生させる制御を実行して要求トルクＴｒｅｑを実現する。具体的には、システム制御装置６５からの指令にしたがい、エンジン制御装置６３はエンジン３の燃料消費量を制御して所定のエンジントルクＴｅを発生させ、動力伝達機構制御装置６２は第１および第２インバータ装置５１、５２の動作を制御して所定の電力変換トルクＴ２ｏｕｔを発生させる。以上で、駆動制御の演算処理フローの１サイクルが終了する。通常、この演算処理フローは、一定時間間隔で繰返して実施される。
【００５３】
本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１によれば、現在のエンジン回転数Ｎｅにおいて効率が最適になるエンジントルクＴｅを仮置きし、直達トルクＴ１ｏｕｔと電力変換トルクＴ２ｏｕｔとの和Ｓｕｍが要求トルクＴｒｅｑに一致するか否かを判定し、一致している場合は直ちに制御を実行する。これにより、エンジン３の効率は最適となり、電力変換供給装置５におけるバッテリ装置５３の充放電も不要となって電力変換損失は最小限になる。また、一致していない場合は、交流電力Ｐ２の供給量を調整する試算を行い、前記和Ｓｕｍを要求トルクＴｒｅｑに一致させた後に制御を実行する。これにより、エンジン３の効率は最適となり、また電力変換供給装置５におけるバッテリ装置５３の充放電に伴う損失がわずかに増加する。さらに、交流電力Ｐ２の供給量を調整できないときには、仮置きしたエンジントルクＴｅを調整する試算を行い、前記和Ｓｕｍを要求トルクに一致させた後に制御を実行する。これにより、エンジン３は最適動作点Ｙｍａｘから外れて効率は低下するが、アクセル手段を操作する運転者の要求に応えることができる。
【００５４】
つまり、本実施形態では、運転者の要求に基づく要求トルクＴｒｅｑを満たしつつエンジン３の燃料消費量を低減するために、まずエンジン３を最適動作点Ｙｍａｘで動作させることを優先し、トルクに過不足が生じた場合には交流電力Ｐ２の供給量の調整により過不足分を補い、交流電力Ｐ２の供給量の調整ができないときに限りエンジン３を最適動作点Ｙｍａｘから外して動作させる。したがって、燃料消費量の低減に効率的となるようにエンジン３および回転電機２を総合的に最適動作させる駆動制御を行うことができる。さらに、エンジン３を最適動作点Ｙｍａｘで動作させたときのトルクの過不足分をバッテリ装置５３の充放電により調整するので燃料消費量を格段に低減できる。
【００５５】
また、動作点仮置き手段で直達トルクＴ１ｏｕｔおよび電力変換トルクＴ２ｏｕｔを算出する際に、電磁カップリング効率ηＥＣ（トルク伝達効率に相当）や、発電機効率ηＧＥＮ、電力変換効率ηＩＮＶ１、ＩＮＶ２、および電動機効率ηＭＴＲを考慮するので算出精度が向上する。さらに、バッテリ装置５３の充電状態ＳＯＣの良否に応じて電力変換トルクＴ２ｏｕｔによる調整を行うかエンジントルクＴｅによる調整を行うかを選択する。これにより、バッテリ装置５３の充電状態ＳＯＣを所定の第１レベルＳｍｉｎから第２レベルＳｍａｘの間として無理な負担をかけず、かつ確実に直達トルクＴ１ｏｕｔと電力変換トルクＴ２ｏｕｔとの和を要求トルクＴｒｅｑに一致させることができ、駆動制御の信頼性が極めて高くなる。
【００５６】
なお、直達トルクＴ１ｏｕｔと電力変換トルクＴ２ｏｕｔとの和Ｓｕｍが要求トルクＴｒｅｑに一致している状態から意図的に交流電力Ｐ２を加減調整することにより、エンジン回転数Ｎｅが一定の条件下で有段変速機４のインプット回転数Ｎｉを加減調整することができる。つまり、有段変速機４は段階的な変速ギヤ比Ｇしか有さないが、回転電機２の変速機能により駆動装置１全体での変速比を連続的に変えられる効果が生じる。
【００５７】
また、直達トルクＴ１ｏｕｔと電力変換トルクＴ２ｏｕｔとの和Ｓｕｍが要求トルクＴｒｅｑに一致している状態から意図的にエンジントルクＴｅを増加させることにより、要求トルクＴｒｅｑを満たしかつ有段変速機４のインプット回転数Ｎｉを一定とする条件下でバッテリ装置５３を充電することができる。さらに、エンジン３の停止状態でバッテリ装置５３を放電して第１インバータ装置５２から回転子巻線２２２に交流電力を入力すれば（今までの説明とは逆方向）、第１回転子２２と第２回転子２３の間は電動機として機能してエンジン３のアウトプット軸３１を回転駆動でき、エンジン始動機として使える。
【００５８】
なお、ロックアップクラッチ２８が係合されてエンジントルクＴｅが機械的に直接伝達されているときは、第１回転子２２および第２回転子２３は一体的に同期回転するので、両者の間のトルク伝達機構の機能および発電機の機能は働かない。ここで、電力供給変換装置５を停止すれば、駆動装置１はエンジンのみを搭載した車両と同等の状態になり、従来の燃費を重視した駆動制御を準用することができる。また、ロックアップクラッチ２８が係合された状態で、バッテリ装置５３を放電して第２インバータ装置５２から固定子巻線２１２に交流電力を入力すればアシストトルクを付加することができる。
【００５９】
さらに、駆動輪４４に制動の要求が発生したときには、エネルギ回生によりバッテリ装置５３を充電することができる。つまり、ロックアップクラッチ２８を解除してエンジン３を切り離し、固定子２１と第２回転子２３の組み合わせに発電機の機能をもたせ、固定子巻線２１２から第２インバータ装置５２に交流電力を入力し（今までの説明とは逆方向）、バッテリ装置５３を充電することができる。その他、本発明は様々な駆動制御の応用や装置構成の変形などが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１：ハイブリッド車両用駆動装置
２：回転電機
２１：固定子        ２１１：固定子コア    ２１２：固定子巻線
２２：第１回転子    ２２１：回転子コア    ２２２：回転子巻線
２３：第２回転子    ２３１：回転子コア    ２３２：第１永久磁石
２３３：第２永久磁石
２４：入力軸    ２５：スリップリング    ２６：ブラシ
２７：出力軸    ２８：ロックアップクラッチ
３：エンジン    ３１：アウトプット軸    ３２：回転数センサ
４：有段変速機
４１：インプット軸    ４２：アウトプット軸    ４３：デファレンシャル装置
４４：駆動輪    ４５：回転数センサ
５：電力変換供給装置
５１：第１インバータ装置  ５２：第２インバータ装置  ５３：バッテリ装置
６：制御装置
６２：動力伝達機構制御装置    ６３：エンジン制御装置
６４：変速機制御装置    ６５：システム制御装置
７１：アクセル開度センサ    ７２：車速センサ
Ｎｅ：エンジン回転数    Ｎｉ：インプット回転数    Ｇ：変速ギヤ比
Ａｃｃ：アクセル開度    Ｖｓｐｄ：車速    ＳＯＣ：充電状態
Ｔｒｅｑ：要求トルク    Ｔｅ：エンジントルク    Ｐ２：交流電力
Ｔ１ｏｕｔ：直達トルク（第１トルク）    Ｔ２ｏｕｔ：電力変換トルク（第２トルク）
Ｓｕｍ：直達トルクと電力変換トルクとの和
【図１】
0005669639.tif 000002
【図２】
0005669639.tif 000003
【図３】
0005669639.tif 000004
【図４】
0005669639.tif 000005
【図５】
0005669639.tif 000006