JP2012035653A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において、クラッチを用いた動力伝達モードの切替えを好適に行う。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置（１００）は、第１電動機（ＭＧ１）、第２電動機（ＭＧ２）及び内燃機関（２００）を含む動力要素と、駆動軸（５００）と、第１回転要素（Ｓ１）、第２回転要素（Ｒ１）、第３回転要素（Ｃ１）を有する動力伝達機構（３００）と、クラッチ（７１０）と、第２ブレーキ（７２０）とを備えたハイブリッド車両（１）を制御する。ハイブリッド車両の制御装置は、第１モード及び第２モードの間で、動力伝達モードを切替える切替手段（１５０）と、クラッチの回転数を検出するクラッチ回転数検出手段（１３０）と、クラッチの回転数が第１所定値以下である場合に、第１モードから第２モードへの動力伝達モードの切替えを停止する切替停止手段（１４０）とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数の回転要素の動作を制御することにより多様な動力伝達態様を実現可能に構成されたハイブリッド車両を制御するハイブリッド車両の制御装置の技術分野に関する。

この種のハイブリッド車両では、エンジンから出力された動力を全て電動機の駆動電力に変換して駆動軸に出力するシリーズモードと、エンジンから出力された動力を機械的な動力のまま駆動軸に出力すると共に残余を電力に変換して駆動軸へと出力するパラレルモードとが、運転状況等に応じて自動的に切替えられる。

上述した動力伝達モードの切替動作は、駆動軸とプラネタリギヤとの間にクラッチを設けて切り離し及び係合を可能にすると共に、クラッチを切り離した際にリングギヤを固定するブレーキを設けることで実現される（例えば、特許文献１参照）。

クラッチは、例えば回転可能なドグクラッチとして構成され、その係合時には、同期制御のため係合部の回転数が検出される。クラッチの回転数は、回転検出センサ等を用いて直接的に検出することも可能であるが、連動している電動機の回転数に基づいて間接的に検出することもできる（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−２０９７０６号公報 特開２０１０−０２３７５９号公報

しかしながら、クラッチの回転数の検出は、低回転領域において検出精度が大幅に低下してしまう傾向がある。即ち、クラッチの回転数が低い場合には、正確な回転数を検出することが困難である。また、上述した特許文献２に記載されているように、電動機の回転数に基づいてクラッチの回転数を検出しようとしても、電動機の回転数が低ければ、同様に検出精度は低下してしまう。

回転数の検出精度が低いと、クラッチの係合を適切に行うことが困難となり、様々な問題が発生する。具体的には、変速時間の冗長、係合時におけるショックによるドライバビリティの低下、歯当たりに起因する係合部の寿命低下等が発生してしまうおそれがある。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、クラッチを用いた動力伝達モードの切替えを好適に行うことが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は上記課題を解決するために、第１電動機、第２電動機及び内燃機関を含む動力要素と、前記動力要素からの動力を車軸に伝達する駆動軸と、前記第１電動機に連結された第１回転要素、前記第２電動機及び前記駆動軸に夫々連結された第２回転要素、並びに前記内燃機関に連結された第３回転要素を含む相互に差動回転可能な複数の回転要素を有する動力伝達機構と、前記第２回転要素の前記第２電動機及び前記駆動軸との連結を切り離し及び結合可能なクラッチと、前記第２回転要素の固定及び解放が可能なブレーキとを備えたハイブリッド車両を制御する装置であって、前記クラッチにより前記第２回転要素の前記第２電動機及び前記駆動軸との連結を切り離すと共に前記ブレーキにより前記第２回転要素を固定する第１モード、及び前記クラッチにより前記第２回転要素の前記第２電動機及び前記駆動軸との連結を結合すると共に前記ブレーキにより前記第２回転要素を解放する第２モードの間で、動力伝達モードを切替える切替手段と、前記クラッチの前記第２回転要素側の回転数を検出するクラッチ回転数検出手段と、前記クラッチの前記第２回転要素側の回転数が第１所定値以下である場合に、前記第１モードから前記第２モードへの動力伝達モードの切替えを停止する切替停止手段とを備える。

本発明に係るハイブリッド車両は、駆動軸に対し動力を供給可能な動力要素として、例えば夫々モータジェネレータ等の電動発電機として構成され得る第１及び第２電動機、並びに燃料種別、燃料の供給態様、燃料の燃焼態様、吸排気系の構成及び気筒配列等を問わない各種の態様を採り得る内燃機関を少なくとも備えた車両である。本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、このようなハイブリッド車両を制御する制御装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。

本発明に係るハイブリッド車両には、上述した各動力要素及び駆動軸間で動力を伝達する動力伝達機構が備えられている。動力伝達機構は、第１電動機に連結される第１回転要素、第２電動機及び駆動軸に夫々連結された第２回転要素、並びに内燃機関に連結された第３回転要素を含む複数の回転要素を有しており、各回転要素の状態（端的には、回転態様を規定する物理状態であり、回転可能であるか否か及び他の回転要素と連結された状態にあるか否か等を含む）に応じて定まる各種の動力伝達モードに従って動力伝達を行う。動力伝達機構は、一又は複数の遊星歯車機構等のギヤ機構を好適な一形態として採り得、複数の遊星歯車機構を含む場合には、各遊星歯車機構を構成する回転要素の一部が複数の遊星歯車機構相互間で適宜共有され得る。

本発明に係るハイブリッド車両には更に、動力伝達機構における第２回転要素の第２電動機及び駆動軸との連結を切り離し及び結合可能なクラッチと、第２回転要素の固定及び解放が可能なブレーキとが備えられている。クラッチは、回転可能とされた２つの係合部が互いに係合することによって第２電動機及び駆動軸への動力伝達を実現し、切り離されることによって第２電動機及び駆動軸への動力伝達を遮断できる。ブレーキは、第２回転要素を固定及び解放することで、その回転動作を制御できる。即ち、ここでの「固定」及び「解放」とは、第２回転要素の回転動作（言い換えれば、動力を伝達するための動作）を対象とするものである。クラッチ及びブレーキは、典型的には、互いに連動するように一体的に構成されている。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、上述したクラッチ及びブレーキを制御することで動力伝達機構の状態を変化させ、動力伝達モードを切替える切替手段を備えている。切替手段は、クラッチにより第２回転要素の第２電動機及び駆動軸との連結を切り離すと共にブレーキにより第２回転要素を固定する第１モードと、及びクラッチにより第２回転要素の第２電動機及び駆動軸との連結を結合すると共にブレーキにより第２回転要素を解放する第２モードとの間で、動力伝達モードを切替える。尚、切替手段による動力伝達モードの切替動作は、車両の運転状況に応じて出されるモード切替指示に基づいて自動的に行われる。

第１モードによれば、ブレーキによって第２回転要素が固定され、その回転が制止された状態となる。但し、クラッチが切り離されているため駆動軸は回転可能であり、駆動軸には第２電動機から動力を出力させることができる。また、第２回転要素の回転が制止されても、第１電動機が連結された第１回転要素及び内燃機関が連結された第３回転要素は回転可能である。よって、内燃機関から出力された動力を、第３回転要素及び第１回転要素を介して第１電動機に伝達し、電力として回生することができる。第１電動機の回生によって得られる電力は、第２電動機の動力として利用される。以上のように、第１モードは、内燃機関から供給される動力を、電力に変換してから駆動軸に出力する動力伝達モード（所謂、シリーズモード）といえる。

他方、第２モードによれば、ブレーキが第２回転要素を解放しているため、その回転は制止されない。このため、内燃機関から出力された動力は、第３回転要素から第１回転要素を介して第１電動機へと出力されると共に、第３回転要素から第２回転要素を介して駆動軸へと出力される。即ち、内燃機関から出力された動力は、第１電動機において回生されると共に、駆動軸へと出力される。ここで、第１電動機における回生によって得られる電力は、第２電動機の動力として利用することができる。よって、第１電動機において回生された内燃機関の動力は、第２電動機を介して駆動軸へと出力される。以上のように、第２モードは、内燃機関から供給される動力を駆動軸に直接出力すると共に、第２電動機の動力に換えて駆動軸へと出力する動力伝達モード（所謂、パラレルモード）といえる。

ここで本発明のハイブリッド車両の制御装置は特に、クラッチ回転数検出手段を備えており、クラッチの第２回転要素側（即ち、２つの係合部のうち第２電動機及び駆動軸とは反対側の係合部）の回転数（以下、単に「クラッチの回転数」と略する場合がある。）が検出される。そして、検出されたクラッチの回転数が第１所定値以下である場合には、切替停止手段によって、第１モードから第２モードへの動力伝達モードの切替えが停止される。即ち、検出された回転数が第１所定値以下である場合は、仮に第１モードから第２モードへと動力伝達モードを切替えるように切替指示が出されていたとしても、切替手段による切替動作は行われない。尚、ここでの「第１所定値」は、クラッチの回転数が、その検出精度を十分維持できる程度に高い状態であるか否かを判定するための閾値であり、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等により求められ、設定されている。

クラッチの回転数の検出は、クラッチ回転数検出手段がどのような態様を採るかによらず、回転数が低い場合には、その検出精度が低下してしまう傾向がある。即ち、クラッチの回転数が低い場合には、正確な回転数を検出することが困難である。クラッチの回転数の検出精度が低いと、クラッチの係合を適切に行うことが困難となり、様々な問題が発生する。具体的には、変速時間の冗長、係合時におけるショックによるドライバビリティの低下、歯当たりに起因する係合部の寿命低下等が発生してしまうおそれがある。

しかるに本発明では、上述したように、クラッチの回転数が第１所定値以下である場合には、第１モードから第２モードへの動力伝達モードの切替えが停止される。即ち、クラッチの回転数が第１所定値以下である場合には、クラッチの係合は行われない。よって、上述したクラッチ係合時の不具合を好適に防止することができる。尚、クラッチの回転数が第１所定値以下であるうちは、第１モードが維持され続けるが、運転状況の変化によりクラッチの回転数が第１所定値を超えた場合には、切替え停止は解除され、第１モードから第２モードへの切替え動作が通常通り行われる。

以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、クラッチを用いた動力伝達モードの切替えを好適に行うことが可能である。

本発明のハイブリッド車両の制御装置の一態様では、前記クラッチ回転数検出手段は、前記第１電動機の回転数を検出する第１電動機回転数検出手段と、前記第１電動機の回転数に基づいて、前記クラッチの前記第２回転要素側の回転数を推定する推定手段とを有しており、前記切替停止手段は、前記クラッチの前記第２回転要素側の回転数が第１所定値を超えている場合であっても、前記第１電動機の回転数が第２所定値以下である場合には、前記第１モードから前記第２モードへの動力伝達モードの切替えを停止する。

この態様によれば、クラッチ回転検出手段は、例えばレゾルバ等の第１電動機回転数検出手段を用いて第１電動機の回転数を検出し、検出された第１電動機の回転数に基づいてクラッチの回転数を推定する。即ち、クラッチの回転数を直接検出するのではなく、第１電動機の回転数から間接的に検出する。第１電動機及びクラッチ間は、動力伝達機構における第１回転要素及び第２回転要素を介して動力が伝達される。よって、第１電動機の回転数とクラッチの回転数は相関があり、上述したように第１電動機の回転数から、クラッチの回転数を推定することができる。

本態様では特に、クラッチの回転数が第１所定値を超えている場合であっても、第１電動機の回転数が第２所定値以下である場合には、第１モードから第２モードへの動力伝達モードの切替えが停止される。即ち、第１電動機の回転数が第２所定値以下である場合には、それに基づいて推定されるクラッチの回転数によらず、クラッチの係合が行われない。尚、ここでの「第２所定値」は、第１電動機の回転数が、その検出精度を十分維持できる程度に高い状態であるか否かを判定するための閾値であり、第１所定値と同様に、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等により求められ、設定されている。

本態様では、上述したように、第１電動機の回転数に基づいてクラッチの回転数が推定されるが、第１電動機の回転数も、回転数が低い場合には検出精度が低下してしまうという傾向がある。よって、第１電動機の回転数が低い場合には、第１電動機の回転数を正確に検出することができず、結果的に、そこから推定されるクラッチの回転数も正確な値とはならない可能性が高い。従って、仮にクラッチの回転数が第１所定値を超えている場合であっても、その値は正確ではないおそれがある。

これに対し本態様では、第１電動機の回転数が低い場合には、切替え手段による動力伝達モードの切替えが停止される。即ち、クラッチの回転数が正確に検出されていない可能性を考慮して、クラッチの係合を行わないようにする。従って、クラッチ係合時の不具合を確実に防止することができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。

ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。 ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。 エンジン２００の一断面構成を例示する模式図である。 ＥＣＵの構成を示すブロック図である。 ハイブリッド車両の制御装によって実現される２つの動力伝達モードを示すマトリクス図である。 ハイブリッド車両の制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

先ず、本実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図１において、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、ハイブリッド駆動装置１０、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１、バッテリ１２、アクセル開度センサ１３、車速センサ１４及びＥＣＵ１００を備えて構成されている。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「ハイブリッド車両の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、ハイブリッド車両１における各種制を実行可能に構成されている。

ＰＣＵ１１は、バッテリ１２から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２に供給する。また、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給することが可能な不図示のインバータを含んでいる。即ち、ＰＣＵ１１は、バッテリ１２と各モータジェネレータとの間の電力の入出力、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ１２を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。

バッテリ１２は、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２を力行するための電力に係る電力供給源として機能する充電可能な蓄電手段である。

アクセル開度センサ１３は、ハイブリッド車両１の図示せぬアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Ｔａを検出可能に構成されたセンサである。アクセル開度センサ１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度Ｔａは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

車速センサ１４は、ハイブリッド車両１の車速Ｖを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速Ｖは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインとして機能する動力ユニットである。ここで、図２を参照し、ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。

図２において、ハイブリッド駆動装置１０は、主にエンジン２００、動力分割機構３００、モータジェネレータＭＧ１（以下、適宜「ＭＧ１」と略称する）、モータジェネレータＭＧ２（以下、適宜「ＭＧ２」と略称する）、入力軸４００、駆動軸５００、減速機構６００、クラッチ７１０及びブレーキ７２０を備えて構成されている。

エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するように構成されている。ここで、図３を参照し、エンジン２００の詳細な構成について説明する。ここに、図３は、エンジン２００の一断面構成を例示する模式図である。尚、本発明における「内燃機関」とは、例えば２サイクル又は４サイクルレシプロエンジン等を含み、少なくとも一の気筒を有し、当該気筒内部の燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いはアルコール等の各種燃料を含む混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的又は機械的な伝達手段を適宜介して駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念である。係る概念を満たす限りにおいて、本発明に係る内燃機関の構成は、エンジン２００のものに限定されず各種の態様を有してよい。また、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に４本の気筒２０１が直列に配されてなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０１の構成は相互に等しいため、図３においては一の気筒２０１についてのみ説明を行うこととする。

図３において、エンジン２００は、気筒２０１内において燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介して、クランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。

クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。このクランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００（不図示）と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００では、このクランクポジションセンサ２０６から出力されるクランク角信号に基づいて、エンジン２００の機関回転数ＮＥが算出される構成となっている。

エンジン２００において、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２１０を介して吸気バルブ２１１の開弁時に気筒２０１内部へ導かれる。一方、吸気ポート２１０には、インジェクタ２１２の燃料噴射弁が露出しており、吸気ポート２１０に対し燃料を噴射することが可能な構成となっている。インジェクタ２１２から噴射された燃料は、吸気バルブ２１１の開弁時期に前後して吸入空気と混合され、上述した混合気となる。

燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介してインジェクタ２１２に供給される構成となっている。気筒２０１内部で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ２１１の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１３の開弁時に排気ポート２１４を介して排気管２１５に導かれる。

一方、吸気管２０７における、吸気ポート２１０の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２０９によってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルペダルの開度（即ち、上述したアクセル開度Ｔａ）に応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータ２０９を制御するが、スロットルバルブモータ２０９の動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。

排気管２１５には、三元触媒２１６が設置されている。三元触媒２１６は、エンジン２００から排出される排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元すると同時に、排気中のＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）を酸化可能に構成された触媒装置である。尚、触媒装置の採り得る形態は、このような三元触媒に限定されず、例えば三元触媒に代えて或いは加えて、ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）或いは酸化触媒の各種触媒が設置されていてもよい。

排気管２１５には、エンジン２００の排気空燃比を検出することが可能に構成された空燃比センサ２１７が設置されている。更に、気筒２０１を収容するシリンダブロックに設置されたウォータージャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温を検出するための水温センサ２１８が配設されている。これら空燃比センサ２１７及び水温センサ２１８は、夫々ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された空燃比及び冷却水温は、夫々ＥＣＵ１００により一定又は不定の検出周期で把握される構成となっている。

図２に戻り、モータジェネレータＭＧ１は、本発明に係る「第１電動機」の一例たる電動発電機であり、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた構成となっている。モータジェネレータＭＧ２は、本発明に係る「第２電動機」の一例たる電動発電機であり、モータジェネレータＭＧ１と同様に、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた構成となっている。尚、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有するが、他の構成を有していてもよい。

動力分割機構３００は、中心部に設けられた、本発明に係る「第１回転要素」の一例たるサンギヤＳ１と、サンギヤＳ１の外周に同心円状に設けられた、本発明に係る「第２回転要素」の一例たるリングギヤＲ１と、サンギヤＳ１とリングギヤＲ１との間に配置されてサンギヤＳ１の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギヤＰ１と、これら各ピニオンギヤの回転軸を軸支する、本発明に係る「第３回転要素」の一例たるキャリアＣ１とを備えている。即ち、動力分割機構３００は、本発明に係る「動力伝達機構」の一例たる動力伝達装置である。

ここで、サンギヤＳ１は、サンギヤ軸３１０を介してＭＧ１のロータＲＴ１に連結されており、その回転数はＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１（以下、適宜「ＭＧ１回転数Ｎｍｇ1」と称する）と等価である。また、リングギヤＲ１は、駆動軸５００、減速機構６００を介してＭＧ２のロータＲＴ２に結合されており、その回転数はＭＧ２の回転数Ｎｍｇ２（以下、適宜「ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２」と称する）と一義的な関係にある。更に、キャリアＣ１は、エンジン２００の先に述べたクランクシャフト２０５に連結された入力軸４００と連結されており、その回転数は、エンジン２００の機関回転数ＮＥと等価である。尚、ハイブリッド駆動装置１０において、ＭＧ１回転数Ｎｍｇ１及びＭＧ２回転数Ｎｍｇ２は、夫々レゾルバ等の回転センサにより一定の周期で検出されており、ＥＣＵ１００に一定又は不定の周期で送出されている。

一方、駆動軸５００は、ハイブリッド車両１の駆動輪たる右前輪ＦＲ及び左前輪ＦＬを夫々駆動するドライブシャフトＳＦＲ及びＳＦＬ（即ち、これらドライブシャフトは、本発明に係る「車軸」の一例である）と、各種減速ギヤ及び差動ギヤを含む減速装置としての減速機構６００を介して連結されている。従って、モータジェネレータＭＧ２から駆動軸５００に供給されるモータトルクＴｍｇ２は、減速機構６００を介して各ドライブシャフトへと伝達され、各ドライブシャフトを介して伝達される各駆動輪からの駆動力は、同様に減速機構６００及び駆動軸５００を介してモータジェネレータＭＧ２に入力される。従って、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２は、ハイブリッド車両１の車速Ｖと一義的な関係にある。

動力分割機構３００は、係る構成の下で、エンジン２００からクランクシャフト２０５を介して入力軸４００に供給されるエンジントルクＴｅを、キャリアＣ１とピニオンギヤＰ１とによってサンギヤＳ１及びリングギヤＲ１に所定の比率（各ギヤ相互間のギヤ比に応じた比率）で分配し、エンジン２００の動力を２系統に分割することが可能となっている。

動力分割機構３００の動作を分かり易くするため、リングギヤＲ１の歯数に対するサンギヤＳ１の歯数としてのギヤ比ρを定義すると、エンジン２００からキャリアＣ１に対しエンジントルクＴｅを作用させた場合に、サンギヤ軸３１０に現れるトルクＴｅｓは下記（１）式により、また駆動軸５００に現れるトルクＴｅｒ（即ち、エンジン２００からの直達トルク）は下記（２）式により夫々表される。

Ｔｅｓ＝−Ｔｅ×ρ／（１＋ρ）・・・（１）
Ｔｅｒ＝Ｔｅ×１／（１＋ρ）・・・（２）
本実施形態に係る動力分割機構３００は特に、リングギヤＲ１及び駆動軸５００間にクラッチ７１０を備えており、その係合状態によって、リングギヤＲ１と駆動軸５００及びＭＧ２との連結を切り離し及び結合可能である。具体的には、クラッチ７１０が切り離された状態においては、エンジン２００やＭＧ１からリングギヤＲ１を介して出力される動力は、駆動軸５００及びＭＧ２には伝達されない。一方、クラッチ７１０が係合された状態においては、リングギヤＲ１を介して出力される動力が、駆動軸５００及びＭＧ２に伝達される。

動力分割機構３００は更に、リングギヤＲ１の回転動作を固定及び解放可能なブレーキ７２０を備えている。ブレーキ７２０は、一の係合部がリングギヤＲ１側に設けられていると共に、他の係合部が固定要素に固定されている。よって、ブレーキ７２０の係合部が係合することにより、リングギヤＲ１の回転動作は固定され、切り離されることにより、リングギヤＲ１の回転動作が解放される。

上述したクラッチ７１０及びブレーキ７２０は、例えば噛合い式のドグクラッチとして互いに一体的に構成される。このようにすれば、クラッチ７１０及びブレーキ７２０の係合状態を夫々連動するように制御することができる。具体的には、クラッチ７１０が係合した状態となる場合には、ブレーキ７２０は切り離された状態となる。一方、クラッチ７１０が切り離された状態となる場合には、ブレーキ７２０は係合された状態となる。

次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図４を参照して説明する。ここに図４は、ＥＣＵの構成を示すブロック図である。

図４において、ＥＣＵ１００は、モード変更指示部１１０、ＭＧ１回転数検出部１２０、クラッチ回転数演算部１３０、モード切替判定部１４０及びモード切替制御部１５０を備えて構成されている。

モード変更指示部１１０は、入力される各種パラメータ（例えば、ハイブリッド車両１の運転状況を示すパラメータ）に基づいて、動力伝達モードを変更すべきか否かを判定する。ここでの判定条件は、例えばＲＯＭ等の記憶装置に予め記憶されており、ハイブリッド車両１は、運転状況に応じて最適な動力伝達モードとなるように制御される。モード変更指示部１１０は、動力伝達モードを変更すべきと判定した場合は、動力伝達モードを変更するようにモード変更命令を出力する。

ＭＧ１回転数検出部１２０は、本発明の「第１電動機回転数検出手段」の一例であり、例えばＭＧ１に設けられたレゾルバ等を用いて回転数を検出する。ＭＧ１回転数検出部１２０は、検出したＭＧ１の回転数を、クラッチ回転数演算部１３０及びモード切替判定部１４０に夫々出力可能である。

クラッチ回転数演算部１３０は、本発明の「クラッチ回転数検出手段」の一例であり、例えば演算回路やメモリ等を含んで構成されている。クラッチ回転数演算部１３０は、ＭＧ１回転数検出部１２０において検出されたＭＧ１の回転数に基づいて、クラッチ７１０の回転数を演算する。クラッチ回転数演算部１３０は、演算結果であるクラッチ７１０の回転数を、モード切替判定部１４０に出力可能に構成されている。

モード切替判定部１４０は、ＭＧ１回転数検出部１２０において検出されたＭＧ１の回転数、及びクラッチ回転数演算部１３０において演算されたクラッチ７１０の回転数が、それぞれ所定の閾値以下であるか否かを判定し、所定の閾値以下であると判定した場合に、後述するモード切替制御部１５０による動力伝達モードの切替動作を停止する。即ち、モード切替判定部１４０は、本発明の「切替停止手段」の一例として機能する。尚、判定条件である所定の閾値は、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等により求められ、モード切替判定部１４０が有するメモリ等に記憶されている。

モード切替制御部１５０は、モード切替判定部１４０において動力伝達モードの切替動作が停止されない場合に、ハイブリッド車両１における動力伝達モードを切替える。モード切替制御部１５０は、動力分割機構３００におけるクラッチ７１０及びブレーキ７２０（図２参照）をそれぞれ制御することで、動力伝達モードを切換える。

尚、ＥＣＵ１００は、上述したモード変更指示部１１０、ＭＧ１回転数検出部１２０、クラッチ回転数演算部１３０、モード切替判定部１４０及びモード切替制御部１５０を含んで構成された一体の電子制御ユニットであり、上記各手段に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。

次に、本実施形態に係るハイブリッド車両における動力伝達モードについて、図５を参照して説明する。ここに図５は、ハイブリッド車両の制御装置によって実現される２つの動力伝達モードを示すマトリクス図である。

図５において、第１モードでは、クラッチ７１０が切り離されている状態（即ち、ＯＦＦ）であるため、駆動軸５００には、リングギヤＲ１を介して動力は伝達されない。但し、駆動軸５００は回転が固定される訳ではないので、ＭＧ２から動力を利用して回転することができる。即ち、ハイブリッド車両１は、ＭＧ２を動力として走行することが可能である。一方で、ブレーキ７２０がリングギヤＲ１を固定した状態（即ち、ＯＮ）となるため、リングギヤＲ１は回転が制止された状態となる。但し、リングギヤＲ１の回転が制止されても、ＭＧ１が連結されたサンギヤＳ１及びエンジン２００が連結されたキャリアＣ１は回転可能である。よって、エンジン２００から出力された動力を、キャリアＣ１及びサンギヤＳ１を介してＭＧ１に伝達し、電力として回生することができる。ＭＧ１の回生によって得られる電力は、バッテリ１２（図１参照）に充電され、ＭＧ２の動力として利用される。このように、第１モードでは、エンジン２００から供給される動力が、全て電力に変換されてから出力されることになる。

他方、第２モードでは、クラッチ７１０が係合されている状態（即ち、ＯＮ）であり、ブレーキがリングギヤＲ１を解放している状態（即ち、ＯＦＦ）であるため、駆動軸５００には、エンジン２００から出力された動力が、リングギヤＲ１を介して伝達される。また、第１モードと同様に、エンジン２００から出力された動力を、キャリアＣ１及びサンギヤＳ１を介してＭＧ１に伝達し、電力として回生することもできる。ＭＧ１の回生によって得られる電力は、バッテリ１２に充電され、ＭＧ２の動力として利用される。このように、第２モードでは、エンジン２００から出力された動力が、駆動軸５００に直接出力されると共に、ＭＧ２の動力に変換され間接的に駆動軸５００へと出力されることになる。

次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作及びその効果について、図６を参照して説明する。ここに図６は、ハイブリッド車両の制御装置の動作を示すフローチャートである。

図６において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、第１モードで走行しているハイブリッド車両１において、モード変更指示部１１０からのモード変更要求が出されると（ステップＳ０１：ＹＥＳ）、ＭＧ１回転数検出部１２０によってＭＧ１の回転数が検出される（ステップＳ０２）。検出されたＭＧ１の回転数は、モード切替判定部１４０において所定の閾値である１００ｒｐｍ以下であるか否かが判定される（ステップＳ０３）。

ここで、ＭＧ１の回転数が１００ｒｐｍ以下でないと判定された場合（ステップＳ０３：ＮＯ）、クラッチ回転数演算部１３０によってクラッチ７１０の回転数が演算される（ステップＳ０４）。演算結果であるクラッチ７１０の回転数は、モード切替判定部１４０において所定の閾値以下であるか否かが判定される（ステップＳ０５）。

クラッチ７１０の回転数が所定の閾値以下でないと判定された場合（ステップＳ０５：ＮＯ）、モード切替制御部１５０が、クラッチ７１０及びブレーキ７２０を制御することによって、動力伝達モードが切替えられる。具体的には、クラッチ７１０が係合されると共にブレーキ７２０がリングギヤＲ１を解放することで、第１モードから第２モードへと切替えられる（ステップＳ０６）。

他方で、ＭＧ１の回転数が１００ｒｐｍ以下であると判定された場合（ステップＳ０３：ＹＥＳ）、及びクラッチ７１０の回転数が所定の閾値以下であると判定された場合（ステップＳ０５：ＹＥＳ）には、モード切替判定部１４０によって、モード切替制御部１５０による動力伝達モードの切替動作が停止される。即ち、モード変更指示部１１０からのモード変更要求が出されていない場合（ステップＳ０１：ＮＯ）と同様に扱われ、現在の動力伝達モードでの走行が維持される（ステップＳ０７）。

クラッチ７１０の回転数の検出は、回転数が低い場合に検出精度が低下してしまう傾向がある。よって、クラッチ７１０の回転数が低い場合には、正確な回転数を検出することが困難である。クラッチ７１０の回転数の検出精度が低いと、クラッチ７１０の係合を適切に行うことが困難となり、様々な問題が発生する。具体的には、変速時間の冗長、係合時におけるショックによるドライバビリティの低下、歯当たりに起因する係合部の寿命低下等が発生してしまうおそれがある。

これに対し本実施形態では、上述したように、クラッチ７１０の回転数が所定の閾値以下である場合には、第１モードから第２モードへの動力伝達モードの切替えが停止される。即ち、クラッチ７１０の回転数が所定の閾値以下である場合には、クラッチ７１０の係合は行われない。よって、上述したクラッチ７１０係合時の不具合を好適に防止することができる。

また本実施形態では、ＭＧ１の回転数に基づいてクラッチ７１０の回転数が演算されるが、ＭＧ１の回転数の検出においても、回転数が低い場合には検出精度が低下してしまうという傾向がある。よって、ＭＧ１の回転数が低い場合には、ＭＧ１の回転数を正確に検出することができず、結果的に、そこから推定されるクラッチの回転数も正確な値とはならない可能性が高い。従って、仮にクラッチ７１０の回転数が所定の閾値を超えている場合であっても、その値は正確ではないおそれがある。

これに対し本実施形態では、ＭＧ１の回転数が１００ｒｐｍ以下である場合には、第１モードから第２モードへの動力伝達モードの切替えが停止される。即ち、クラッチ７１０の回転数が正確に検出されていない可能性を考慮して、クラッチ７１０の係合を行わないようにする。従って、クラッチ７１０係合時の不具合を確実に防止することができる。

尚、クラッチ７１０の回転数及びＭＧ１の回転数が低いうちは、第１モードが維持され続けるが、運転状況の変化によりクラッチ７１０の回転数及びＭＧ１の回転数が十分に高くなった場合には、切替え停止は解除され、第１モードから第２モードへの切替動作が通常通り行われる。

以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、クラッチ７１０及びブレーキ７２０を用いた動力伝達モードの切替えを好適に行うことが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…ハイブリッド車両、１０…ハイブリッド駆動装置、１１…ＰＣＵ、１２…バッテリ、１３…アクセル開度センサ、１４…車速センサ、１００…ＥＣＵ、１１０…モード変更指示部、１２０…ＭＧ１回転数検出部、１３０…クラッチ回転数演算部、１４０…モード切替判定部、１５０…モード切替制御部、２００…エンジン、２０５…クランクシャフト、３００…動力分割機構、３１０…サンギヤ軸、Ｓ１…サンギヤ、Ｃ１…キャリア、Ｒ１…リングギヤ、ＭＧ１…モータジェネレータ、ＭＧ２…モータジェネレータ、４００…入力軸、５００…駆動軸、６００…減速機構、７１０…クラッチ、７２０…ブレーキ

Claims (2)

1. 第１電動機、第２電動機及び内燃機関を含む動力要素と、
   前記動力要素からの動力を車軸に伝達する駆動軸と、
   前記第１電動機に連結された第１回転要素、前記第２電動機及び前記駆動軸に夫々連結された第２回転要素、並びに前記内燃機関に連結された第３回転要素を含む相互に差動回転可能な複数の回転要素を有する動力伝達機構と、
   前記第２回転要素の前記第２電動機及び前記駆動軸との連結を切り離し及び結合可能なクラッチと、
   前記第２回転要素の固定及び解放が可能なブレーキと
   を備えたハイブリッド車両を制御する装置であって、
   前記クラッチにより前記第２回転要素の前記第２電動機及び前記駆動軸との連結を切り離すと共に前記ブレーキにより前記第２回転要素を固定する第１モード、及び前記クラッチにより前記第２回転要素の前記第２電動機及び前記駆動軸との連結を結合すると共に前記ブレーキにより前記第２回転要素を解放する第２モードの間で、動力伝達モードを切替える切替手段と、
   前記クラッチの前記第２回転要素側の回転数を検出するクラッチ回転数検出手段と、
   前記クラッチの前記第２回転要素側の回転数が第１所定値以下である場合に、前記第１モードから前記第２モードへの動力伝達モードの切替えを停止する切替停止手段と
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記クラッチ回転数検出手段は、
   前記第１電動機の回転数を検出する第１電動機回転数検出手段と、
   前記第１電動機の回転数に基づいて、前記クラッチの前記第２回転要素側の回転数を推定する推定手段と
   を有しており、
   前記切替停止手段は、前記クラッチの前記第２回転要素側の回転数が第１所定値を超えている場合であっても、前記第１電動機の回転数が第２所定値以下である場合には、前記第１モードから前記第２モードへの動力伝達モードの切替えを停止する
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。

Images