JP2016215803A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後進走行時の駆動力性能を向上させる。【解決手段】第１モータに連結された第１サンギヤと、第２モータおよび駆動軸に連結された第１リングギヤと、切替クラッチ機構を介してエンジンに連結される第１キャリアとを有する第１遊星歯車機構、ならびに、前記第１サンギヤに連結された第２サンギヤと、ブレーキ機構により回転がロックされる第２リングギヤと、前記エンジンに連結されかつ前記切替クラッチ機構を介して前記第１キャリアに連結される第２キャリアとを有する第２遊星歯車機構を備えたハイブリッド車両の制御装置において、前記切替クラッチ機構をキャリア固定状態にして前記第１，第２モータの両駆動で後進走行を開始し、所定車速以上で、前記切替クラッチ機構をフリー状態にしかつ前記ブレーキ機構により前記第２リングギヤをロックし、前記第１モータで発電した電力で前記第２モータを力行制御する。【選択図】図５

Description

この発明は、エンジンおよびモータを駆動力源とするハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

特許文献１には、装置の大型化や重量増を抑えつつ、広範な車速域で十分な駆動力を得ること、および、エネルギ効率を高めることを目的としたハイブリッド駆動装置が記載されている。この特許文献１に記載されたハイブリッド駆動装置は、エンジンおよび入力部材に連結されたキャリア、第１モータに連結されたサンギヤ、ならびに、出力部材および第２モータに連結されたリングギヤの３つの回転要素を有する遊星歯車装置と、エンジンを動力伝達経路から切り離すクラッチと、遊星歯車装置のキャリアの回転を止めて固定するブレーキとを備えている。そして、入力部材の回転を無段階に変速して出力部材側に伝達する無段変速モードと、第１モータの回転駆動力を出力部材に伝達するモードであって２つの変速段で変速が可能な第１モータ駆動モードとを切り替えて走行することが可能なように構成されている。

また、この特許文献１には、ブレーキを係合してエンジンおよびキャリアの回転を止めた状態で、第１モータおよび第２モータの両方の出力トルクによるモータ走行が可能なこと、および、クラッチを解放して動力伝達経路からエンジンを切り離した状態で、モータ走行が可能なことが記載されている。

特開２０１０−３６８８０号公報

上記の特許文献１に記載されているような構成のハイブリッド車両では、通常、後進走行は第２モータの出力トルクにより行われる。その後進走行の際の最大駆動力は、バッテリから第２モータへ供給される電力量に依存して決まる。バッテリ電力の残量が不足すると、第１モータが回生制御され、その第１モータで発電した電力が第２モータへ供給される。したがって、バッテリ電力の残量が少なくなり、第１モータが回生制御される場合には、走行抵抗に加え、第１モータが発電する際の充電反力が走行抵抗側に掛かる。そのため、第２モータの出力による後進走行時に、上記のような反力に対抗するために第２モータの出力トルクが使われてしまい、その分だけ後進走行時の駆動力性能が低下してしまう。

この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、後進走行時の駆動力性能を向上させることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンと、第１モータおよび第２モータとを駆動力源とし、前記第１モータに連結された第１サンギヤと、出力部材を介して前記第２モータおよび駆動軸に連結された第１リングギヤと、切替クラッチ機構を介して前記エンジンに選択的に連結される第１キャリアとを有するシングルピニオン型の第１遊星歯車機構、ならびに、前記第１サンギヤに連結された第２サンギヤと、ブレーキ機構により選択的に回転が止められて固定される第２リングギヤと、前記エンジンに連結されかつ前記切替クラッチ機構を介して前記第１キャリアに選択的に連結される第２キャリアとを有するダブルピニオン型の第２遊星歯車機構を備え、前記切替クラッチ機構により、前記エンジンと前記第１キャリアとを連結したエンジン連結状態と、前記第１キャリアをいずれの部材にも係合させないフリー状態と、前記第１キャリアの回転を止めて固定したキャリア固定状態とを切り替えることが可能なハイブリッド車両の制御装置において、前記各駆動力源の運転状態ならびに前記切替クラッチ機構および前記ブレーキ機構の動作をそれぞれ制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記ハイブリッド車両を後進走行させる場合に、前記ハイブリッド車両の停止時に前記切替クラッチ機構を前記エンジン連結状態にして前記エンジンを始動させた後に、前記切替クラッチ機構を前記キャリア固定状態にして前記第１モータおよび前記第２モータの両方の出力トルクで前記後進走行を開始し、前記後進走行中に車速が予め定めた所定車速以上になった場合には、前記切替クラッチ機構を前記フリー状態にすると共に、前記ブレーキ機構を係合して前記第２リングギヤの回転を止めて固定した状態で、前記第１モータを回生制御して発電した電力を前記第２モータに供給して前記第２モータを力行制御することにより前記後進走行を継続するように構成されていることを特徴とするものである。

この発明で対象とするハイブリッド車両の構成では、第２遊星歯車機構およびブレーキ機構を設け、第２モータの出力によるモータ走行中にブレーキ機構を係合して第２リングギヤの回転をロックすることにより、エンジンの出力によって第１モータを駆動して発電させることができる。したがって、その第１モータで発電した電力で第２モータを力行させて走行するいわゆるシリーズハイブリッド走行が可能になる。さらに、この発明によれば、後進走行する際には、大きな駆動力が要求される停車状態からの発進時に、第１モータおよび第２モータの両方の出力による高出力のモータ走行（両駆動）でハイブリッド車両を発進させることができる。そして、第１モータおよび第２モータの両駆動によるモータ走行中にブレーキ機構を係合して第２リングギヤの回転をロックすることにより、上記のようなシリーズハイブリッド走行が可能になる。そのため、バッテリ電力の残量によらず、第２モータへ供給する電力を確保することができる。したがって、第１モータの充電反力によって第２モータによる駆動トルクが減少してしまうこと防止することができ、常時、第２モータによる最大駆動トルクでハイブリッド車両を後進走行させることができる。

この発明に係るハイブリッド車両の制御装置で制御対象とすることのできるハイブリッド車両の構成の一例を示す図である。 図１に示すハイブリッド車両の構成で用いられる切替クラッチ機構（ドグクラッチ）の動作を説明するための図であって、「エンジン連結状態」を示す図ある。 図１に示すハイブリッド車両の構成で用いられる切替クラッチ機構（ドグクラッチ）の動作を説明するための図であって、「フリー状態」を示す図ある。 図１に示すハイブリッド車両の構成で用いられる切替クラッチ機構（ドグクラッチ）の動作を説明するための図であって、「キャリア固定状態」を示す図ある。 この発明に係るハイブリッド車両の制御装置で実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。 図１に示すハイブリッド車両の構成で用いられる２つの遊星歯車機構の各回転要素の回転状態、および、各駆動力源の出力状態を説明するための図であって、車両が「ＨＶモード」で停止している状態を示す共線図である。 図１に示すハイブリッド車両の構成で用いられる２つの遊星歯車機構の各回転要素の回転状態、および、各駆動力源の出力状態を説明するための図であって、車両が「両駆動モード」で後進走行する状態を示す共線図である。 図１に示すハイブリッド車両の構成で用いられる２つの遊星歯車機構の各回転要素の回転状態、および、各駆動力源の出力状態を説明するための図であって、車両が「シリーズモード」で後進走行する状態を示す共線図である。

この発明を、図を参照して具体的に説明する。先ず、図１に、この発明で制御対象とすることのできるハイブリッド車両の一例を示してある。図１に示す車両Ｖｅは、エンジン（ＥＮＧ）１、ならびに、第１モータ（ＭＧ１）２および第２モータ（ＭＧ２）３を駆動力源とするハイブリッド車両である。車両Ｖｅは、エンジン１が出力する動力を、動力分割機構として機能する第１遊星歯車機構４によって第１モータ２側と駆動軸５側とに分割して伝達するように構成されている。また、第１モータ２で発生した電力を第２モータ３に供給し、その第２モータ３が出力する動力を駆動軸５に付加することができるように構成されている。

更に、エンジン１と第１遊星歯車機構４との間に、それらの間の動力伝達状態や回転状態を切り替えて設定する切替クラッチ機構６が設けられている。また、エンジン１と第１モータ２および第１遊星歯車機構４との間で変速機構として機能する第２遊星歯車機構７が設けられている。

第１遊星歯車機構４は、サンギヤＳ１、リングギヤＲ１、および、キャリアＣ１の３つの回転要素を有する遊星歯車機構によって構成されている。図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構が用いられている。

第１遊星歯車機構４は、エンジン１の出力軸１ａと同一の回転軸線上に配置されている。そして、第１遊星歯車機構４のサンギヤＳ１に第１モータ２が連結されている。具体的には、第１モータ２は、第１遊星歯車機構４に隣接してエンジン１とは反対側に配置されていて、その第１モータ２のロータ２ａに一体となって回転するロータ軸２ｂがサンギヤＳ１に連結されている。

第１遊星歯車機構４のサンギヤＳ１に対して同心円上に、内歯歯車のリングギヤＲ１が配置されている。これらサンギヤＳ１とリングギヤＲ１とに噛み合っているピニオンギヤＰ１がキャリアＣ１によって自転および公転できるように保持されている。キャリアＣ１は、切替クラッチ機構６を介して、出力軸１ａと選択的に連結されるように構成されている。具体的には、出力軸１ａに、ダンパ機構を備えたフライホイール８を介して、第１遊星歯車機構４の入力軸４ａが連結されている。入力軸４ａとキャリアＣ１との間に、切替クラッチ機構６が設けられている。

切替クラッチ機構６は、図２，図３，図４に示すように、キャリアＣ１と入力軸４ａ（すなわち、エンジン１の出力軸１ａ）とを連結する「エンジン連結状態」（図２）と、キャリアＣ１をいずれの部材にも係合させない「フリー状態」（図３）と、例えばハウジングなどの固定部材９とキャリアＣ１とを連結し、キャリアＣ１の回転を止めて固定する（ロックする）「キャリア固定状態」（図４）とを切り替えて設定することが可能なように構成されている。この切替クラッチ機構６は、例えば、ドグクラッチによって構成されている。

第２遊星歯車機構７は、サンギヤＳ２、リングギヤＲ２、および、キャリアＣ２の３つの回転要素を有する遊星歯車機構によって構成されている。図１に示す例では、ダブルピニオン型の遊星歯車機構が用いられている。

第２遊星歯車機構７は、エンジン１の出力軸１ａおよび第１遊星歯車機構４の入力軸４ａと同一の回転軸線上に配置されている。そして、第２遊星歯車機構７のサンギヤＳ２に第１遊星歯車機構４のサンギヤＳ１および第１モータ２が連結されている。具体的には、第１モータ２のロータ軸２ｂが、サンギヤＳ１と共に、サンギヤＳ２に連結されている。

第２遊星歯車機構７のサンギヤＳ２に対して同心円上に、内歯歯車のリングギヤＲ２が配置されている。これらサンギヤＳ２とリングギヤＲ２とに噛み合っている一対のピニオンギヤＰ２がキャリアＣ２によって自転および公転できるように保持されている。キャリアＣ２は、入力軸４ａおよびフライホイール８を介して、出力軸１ａに連結されている。具体的には、ロータ軸２ｂおよびサンギヤＳ１の回転軸は中空軸になっていて、その中空部を通って入力軸４ａがキャリアＣ２に連結されている。したがって、キャリアＣ２は、エンジン１の出力軸１ａに連結されると共に、切替クラッチ機構６によって選択的にキャリアＣ１と連結されるように構成されている。すなわち、上述の図２に示すように、切替クラッチ機構６を「エンジン連結状態」にすることにより、出力軸１ａとキャリアＣ１とキャリアＣ２とが、全て互いに連結された状態になる。

第２遊星歯車機構７のリングギヤＲ２と固定部材９との間に、ブレーキ機構１０が設けられている。ブレーキ機構１０は、係合することによってリングギヤＲ２の回転を選択的に止めて固定する（ロックする）ように構成されている。

第１遊星歯車機構４のリングギヤＲ１の外周部分に、外歯歯車の第１ドライブギヤ１１がリングギヤＲ１と一体に形成されている。また、第１遊星歯車機構４および第１モータ２の回転軸線と平行に、カウンタシャフト１２が配置されている。このカウンタシャフト１２の一方（図１での左側）の端部に、上記の第１ドライブギヤ１１と噛み合うカウンタドリブンギヤ１３が一体となって回転するように取り付けられている。カウンタシャフト１２の他方（図１での右側）の端部には、カウンタドライブギヤ１４がカウンタシャフト１２に一体となって回転するように取り付けられている。カウンタドライブギヤ１４は、終減速機であるデファレンシャルギヤ１５のリングギヤ１６と噛み合っている。したがって、リングギヤＲ１は、出力部材を介して、すなわち、上記の第１ドライブギヤ１１、カウンタシャフト１２、カウンタドリブンギヤ１３、およびカウンタドライブギヤ１４からなるギヤ列、ならびに、デファレンシャルギヤ１５のリングギヤ１６を介して、駆動軸５に動力伝達可能に連結されている。

上記の第１遊星歯車機構４から駆動軸５に伝達されるトルクに、第２モータ３が出力するトルクを付加できるように構成されている。すなわち、第２モータ３のロータ３ａに一体となって回転するロータ軸３ｂが、上記のカウンタシャフト１２と平行に配置されている。ロータ軸３ｂには、上記のカウンタドリブンギヤ１３と噛み合う第２ドライブギヤ１７が一体となって回転するように取り付けられている。したがって、リングギヤＲ１には、出力部材を介して、すなわち、上記のようなギヤ列および第２ドライブギヤ１７を介して、第２モータ３が動力伝達可能に連結されている。

そして、上記のようなエンジン１、第１モータ２および第２モータ３、ならびに、図示しないバッテリやインバータなどを制御するためのコントローラ（ＥＣＵ）１８が設けられている。コントローラ１８は、例えばマイクロコンピュータを主体にして構成される電子制御装置である。このコントローラ１８には、例えば、アクセル開度センサ、シフトポジションセンサ、車速センサ、エンジン回転数センサ、第１モータおよび第２モータの回転数センサもしくはレゾルバなどの計測値あるいは検出値が入力されるように構成されている。そして、それら入力されたデータおよび予め記憶させられているデータ等を使用して演算を行い、その演算結果を基に制御指令信号を出力するように構成されている。

前述したように、従来のハイブリッド車両では、後進走行時にバッテリ電力の残量が不足すると、一方のモータで発電する際の充電反力が走行抵抗に加わるため、後進走行時の駆動力性能が低下してしまう場合があった。そこで、この発明におけるコントローラ１８は、後進走行時、常時、良好な駆動力性能を得るために、以下の例に示す制御を実行するように構成されている。

図５は、この発明におけるコントローラ１８で実行される制御の概要を示すフローチャートである。この図５のフローチャートに示すルーチンは、車両Ｖｅを後進走行させる場合に実行される。先ず、車両Ｖｅが、「ＨＶモード」もしくは「シリーズモード」の走行モードで停止している際に、シフトポジションがリバース（Ｒｅｖ）の位置に操作されることにより、エンジン１が始動される（ステップＳｔｐ１）。

「ＨＶモード」は、前述の図２に示すように切替クラッチ機構６を「エンジン連結状態」にし、かつ、ブレーキ機構１０を解放することにより設定される走行モードである。この「ＨＶモード」では、少なくともエンジン１の出力によって車両Ｖｅを走行させることが可能である。「シリーズモード」は、前述の図３に示すように切替クラッチ機構６を「フリー状態」にし、かつ、ブレーキ機構１０を係合して第２遊星歯車機構７のリングギヤＲ２をロックすることにより設定される走行モードである。この「シリーズモード」では、第１モータ２で発電した電力で第２モータ３を力行させることにより車両Ｖｅを走行させる、いわゆるシリーズハイブリッド走行が可能である。

車両Ｖｅの走行モードが「ＨＶモード」である場合は、図６の共線図に示すように、第１モータ２を正回転方向に力行制御し、その第１モータ２の出力トルクでエンジン１をモータリングして回転数を上昇させることにより、エンジン１を始動する。車両Ｖｅの走行モードが「シリーズモード」である場合には、第１モータ２の回転数を制御してキャリアＣ１およびキャリアＣ２の回転数を０に同期させた状態で、切替クラッチ機構６を「エンジン連結状態」にする。また、ブレーキ機構１０を解放する。それにより、車両Ｖｅの走行モードを「シリーズモード」から「ＨＶモード」に移行させる。その後、上記のように、第１モータ２によってエンジン１の回転数を上昇させて、エンジン１を始動する。なお、この説明で、正回転方向は、エンジン１の出力軸１ａが回転する方向であり、逆回転方向は、エンジン１の出力軸１ａが回転する方向と逆の回転方向である。

エンジン１を始動した後に、切替クラッチ機構６が操作されて、車両Ｖｅの走行モードが「両駆動モード」に移行される（ステップＳｔｐ２）。「両駆動モード」は、前述の図４に示すように切替クラッチ機構６を「キャリア固定状態」にし、かつ、ブレーキ機構１０を解放することにより設定される走行モードである。この「両駆動モード」では、第１モータ２および第２モータの両方の出力トルクによる高出力で効率のよいモータ走行が可能である。

車両Ｖｅの走行モードが「両駆動モード」に移行されると、第１モータ２および第２モータの両駆動による後進走行が開始される（ステップＳｔｐ３）。この「両駆動モード」の後進走行では、図７の共線図に示すように、第１モータ２が正回転方向に力行制御されると共に、第２モータ３が逆回転方向に力行制御される。この場合、エンジン１はアイドリング状態に制御される。

ステップＳｔｐ３で「両駆動モード」の後進走行が開始された後に、その後進走行中に車速が予め定めた所定車速以上になると、切替クラッチ機構６およびブレーキ機構が操作されて、車両Ｖｅの走行モードが「シリーズモード」に移行される（ステップＳｔｐ４）。そして、「シリーズモード」で第２モータ３の最大トルクによる後進走行の継続が可能になる（ステップＳｔｐ５）。

この「シリーズモード」の後進走行では、図８の共線図に示すように、エンジン１の出力トルクにより、第１モータ２が逆回転方向に回生制御される。その際に第１モータ２で発電した電力が第２モータ３へ供給され、第２モータ３が逆回転方向に力行制御される。そして、その第２モータ３が出力する逆回転のトルクにより車両Ｖｅが後進走行させられる。

上記のように、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置では、第１モータ１および第２モータ３の両駆動のモータ走行で、後進走行の発進を行うことができる。そして、その両駆動による後進走行中に、切替クラッチ機構６を「フリー状態」にし、かつ、ブレーキ機構１０を係合してリングギヤＲ２の回転をロックすることにより、「シリーズモード」での後進走行が可能になる。すなわち、エンジン１の出力によって第１モータ２を駆動し、第１モータ２で発電させながら第２モータ３の出力トルクによる後進走行が可能になる。そのため、仮にバッテリ電力の残量が不足する場合であっても、第１モータ２で発電することにより、第２モータへ供給する電力を確保することができる。したがって、常時、第２モータ３による最大駆動トルクで車両Ｖｅを後進走行させることができる。

１…エンジン（Ｅｎｇ）、 ２…第１モータ（ＭＧ１）、 ２ｂ…ロータ軸、 ３…第２モータ（ＭＧ２）、 ３ｂ…ロータ軸、 ４…第１遊星歯車機構（動力分割機構）、 ４ａ…入力軸、 ５…駆動軸、 ６…切替クラッチ機構、 ７…第２遊星歯車機構、 １０…ブレーキ機構、 １１…第１ドライブギヤ、 １２…カウンタシャフト、 １３…カウンタドリブンギヤ、 １４…カウンタドライブギヤ、 １５…デファレンシャルギヤ、 １６…リングギヤ、 １７…第２ドライブギヤ、 １８…コントローラ（ＥＣＵ）、 Ｃ１…キャリア（第１キャリア）、 Ｒ１…リングギヤ（第１リングギヤ）、 Ｓ１…サンギヤ（第１サンギヤ）、 Ｃ２…キャリア（第２キャリア）、 Ｒ２…リングギヤ（第２リングギヤ）、 Ｓ２…サンギヤ（第２サンギヤ）、 Ｖｅ…車両（ハイブリッド車両）。

Claims (1)

1. エンジンと、第１モータおよび第２モータとを駆動力源とし、前記第１モータに連結された第１サンギヤと、出力部材を介して前記第２モータおよび駆動軸に連結された第１リングギヤと、切替クラッチ機構を介して前記エンジンに選択的に連結される第１キャリアとを有するシングルピニオン型の第１遊星歯車機構、ならびに、前記第１サンギヤに連結された第２サンギヤと、ブレーキ機構により選択的に回転が止められて固定される第２リングギヤと、前記エンジンに連結されかつ前記切替クラッチ機構を介して前記第１キャリアに選択的に連結される第２キャリアとを有するダブルピニオン型の第２遊星歯車機構を備え、前記切替クラッチ機構により、前記エンジンと前記第１キャリアとを連結したエンジン連結状態と、前記第１キャリアをいずれの部材にも係合させないフリー状態と、前記第１キャリアの回転を止めて固定したキャリア固定状態とを切り替えることが可能なハイブリッド車両の制御装置において、
   前記各駆動力源の運転状態ならびに前記切替クラッチ機構および前記ブレーキ機構の動作をそれぞれ制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記ハイブリッド車両を後進走行させる場合に、
   前記ハイブリッド車両の停止時に前記切替クラッチ機構を前記エンジン連結状態にして前記エンジンを始動させた後に、前記切替クラッチ機構を前記キャリア固定状態にして前記第１モータおよび前記第２モータの両方の出力トルクで前記後進走行を開始し、
   前記後進走行中に車速が予め定めた所定車速以上になった場合には、前記切替クラッチ機構を前記フリー状態にすると共に、前記ブレーキ機構を係合して前記第２リングギヤの回転を止めて固定した状態で、前記第１モータを回生制御して発電した電力を前記第２モータに供給して前記第２モータを力行制御することにより前記後進走行を継続する
   ように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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