JP2017105379A - ハイブリッド車両の駆動制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の停止を伴うEVモードへの切り替えおよびEVモードでの走行をスムースに行うことのできる駆動制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関を停止しかつEVモードに切り替える場合に、EVモードにおいて設定するべきモードが、動力分割機構を介したトルクの伝達を可能にする第1クラッチ機構を係合して設定される第1EVモードか、その第1クラッチ機構を解放して設定される第2EVモードかを判断し(ステップS3,S8)、設定するべきことが判断されたモードに応じて内燃機関の停止時に係合させるクラッチ機構を、第1クラッチ機構と、内燃機関と第1モータとを連結する第2クラッチ機構とから選択し、選択されたクラッチ機構を係合した状態で内燃機関を停止するように構成されている(ステップS4,S6、S7,S9,S10)。【選択図】図1

Description

この発明は、内燃機関と二つのモータと動力分割機構とを備え、クラッチ機構によって駆動力の伝達経路を変更することにより、複数の走行モードを設定することのできるハイブリッド車両の駆動制御装置に関するものである。
特許文献1および特許文献2には、内燃機関が連結された入力要素と、第1モータが連結された反力要素と、駆動輪が連結された出力要素とを有する動力分割機構と、その動力分割機構の出力側にトルクを伝達することができる第2モータとを備えたハイブリッド車両が記載されている。また、各特許文献1,2に記載されたハイブリッド車両は、内燃機関が出力する動力の一部を第1モータで電力に変換するとともに、内燃機関が出力する動力の他の部分を駆動輪に伝達し、さらに第1モータで発生した電力で第2モータを駆動して、第2モータの出力トルクを駆動輪に伝達して走行するシリーズパラレルモードと、内燃機関の動力を第1モータが電力に変換し、その変換された電力で第2モータを駆動することにより走行するシリーズモードと、内燃機関を停止させた状態で蓄電装置の電力で第2モータを駆動して走行するEVモードとを設定することができるように構成されている。そのようなモードの切り替えを行うために、複数のクラッチ機構が設けられている。
特許文献1に記載されたクラッチ機構は、内燃機関と動力分割機構とを連結することができる第1クラッチと、第1モータと内燃機関とを直結することができる第2クラッチとである。すなわち、特許文献1に記載されたハイブリッド車両の駆動制御装置は、第1クラッチを係合しかつ第2クラッチを解放することによりシリーズパラレルモードを設定し、第1クラッチを解放しかつ第2クラッチを係合することによりEVモードを設定するように構成されている。そして、特許文献1に記載されたハイブリッド車両の駆動制御装置は、上記シリーズパラレルモードからEVモードへ切り替える際に、第1クラッチを解放するとともに第2クラッチを係合して内燃機関と第1モータとを直結した状態で、第1モータから内燃機関にトルクを伝達することで、内燃機関を迅速に停止させるように構成されている。
特開2012−071699号公報 特開2011−063136号公報
ところで、蓄電装置の充電残量などの車両の状態などに応じてEVモードであっても、第1モータを連れ回して走行するモードや、第1モータの回転を止めた状態で走行するモードなど適宜設定することが好ましい。しかしながら、各特許文献1,2に記載されたハイブリッド車両では、EVモードとしての設定することができる走行モードが一つのみであって、このような要請に応えることはできない。
走行モードは駆動トルクの伝達経路に応じて設定されるから、EVモードで複数のモータを設定するとすれば、駆動トルクの伝達経路を変更するために複数のクラッチ機構(ブレーキ機構を含む)を用いることになる。その場合、エンジンを駆動している走行モードからEVモードに切替える際に係合させるクラッチ機構を特定の単一のクラッチ機構に定めると、制御が複雑になり、またショックが悪化する可能性がある。すなわち、EVモードに切替えた後に設定するべきモードは、その時点の要求駆動力、車速、蓄電装置の充電残量などによって異なるため、EVモードに切替えた後に、EVモードにおける他のモードに切替える制御が必要になる場合がある。このような場合には、クラッチ機構の係合状態および解放状態の切り替えを、走行モードの切替えに連続して実行することになり、しかも制御の遅れを回避するために迅速に実行する必要があるので、制御が複雑になったり、またショックが悪化したりする可能性がある。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、EVモードで複数のモードを設定可能なハイブリッド車両において、内燃機関の停止を伴うEVモードへの切り替えおよびEVモードでの走行をスムースに行うことのできる駆動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、内燃機関と、発電機能のある第1モータと、前記内燃機関からトルクが伝達される入力要素および前記第1モータからトルクが伝達される反力要素ならびに出力要素の少なくとも三つの回転要素によって差動作用を行う動力分割機構と、係合することにより前記内燃機関から前記動力分割機構を介した駆動輪へのトルクの伝達を可能にする第1クラッチ機構と、前記内燃機関の出力軸と前記第1モータとを連結する第2クラッチ機構と、走行のための駆動トルクを出力する第2モータとを備え、前記第1クラッチ機構と前記第2クラッチ機構とのうちの少なくとも前記第1クラッチ機構を係合した状態で、前記内燃機関と前記第2モータとから駆動トルクを出力して走行するシリーズパラレルモードと、前記第2クラッチ機構が係合し、かつ前記第1クラッチ機構が解放した状態で、前記内燃機関が出力した動力を前記第1モータにより電力に変換するとともに、前記第2モータから駆動トルクを出力して走行するシリーズモードと、前記内燃機関が停止した状態かつ前記第1クラッチ機構が係合した状態で前記各モータのうちの少なくとも前記第2モータから駆動トルクを出力して走行する第1EVモード、および前記内燃機関が停止した状態かつ前記第1クラッチ機構が解放した状態で前記第2モータから駆動トルクを出力して走行する第2EVモードを含むEVモードとを切り替えることができるハイブリッド車両の駆動制御装置において、前記各クラッチ機構の係合および解放を制御するとともに、前記内燃機関の停止制御を実行するコントローラを備え、前記コントローラは、前記内燃機関を停止しかつ前記EVモードに切り替えることを判断し、前記判断が成立した場合に、前記EVモードにおいて設定するべきモードが前記第1EVモードか前記第2EVモードかを判断し、前記第1EVモードと前記第2EVモードとのうち設定するべきことが判断されたモードに応じて前記内燃機関を停止させる際に係合させるクラッチ機構を、前記第1クラッチ機構と前記第2クラッチ機構とから選択し、前記選択されたクラッチ機構を係合した状態で前記内燃機関の停止制御を実行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。
この発明では、前記コントローラは、前記シリーズパラレルモードまたは前記シリーズモードから、前記第1EVモードに切り替える場合に、前記第1クラッチ機構が係合しかつ前記第2クラッチ機構が解放した状態で前記内燃機関の停止制御を実行するように構成されていてよい。
この発明では、前記シリーズパラレルモードは、前記第1クラッチ機構が係合しかつ前記第2クラッチ機構が解放した第1シリーズパラレルモードと、前記第1クラッチ機構および前記第2クラッチ機構が係合した第2シリーズパラレルモードとを含み、前記コントローラは、前記第2シリーズパラレルモードから前記第2EVモードに切り替える場合に、前記第1クラッチ機構が解放しかつ前記第2クラッチ機構が係合した状態で前記内燃機関の停止制御を実行するように構成されていてよい。
この発明では、前記シリーズパラレルモードは、前記第1クラッチ機構が係合しかつ前記第2クラッチ機構が解放した第1シリーズパラレルモードと、前記第1クラッチ機構および前記第2クラッチ機構が係合した第2シリーズパラレルモードとを含み、前記コントローラは、前記第1シリーズパラレルモードから前記第2EVモードに切り替える場合に、前記第1クラッチ機構が係合しかつ前記第2クラッチ機構が解放した状態で前記内燃機関の停止制御を実行するように構成されていてよい。
この発明では、前前記コントローラは、前記シリーズモードから前記第2EVモードに切り替える場合に、前記第1クラッチが解放しかつ前記第2クラッチが係合した状態で前記内燃機関の停止制御を実行するように構成されていてよい。
この発明では、前記内燃機関の停止制御は、前記第1モータから前記内燃機関にトルクを伝達して前記内燃機関の回転を停止させるように構成されていてよい。
この発明によれば、内燃機関を駆動した状態で走行するモードを二つ設定することができ、また、内燃機関を停止した状態で走行するEVモードとして、内燃機関から動力分割機構を介した駆動輪へのトルクの伝達を可能にする第1クラッチ機構が係合した状態で走行する第1EVモードと、第1クラッチ機構が解放した状態で走行する第2EVモードとを設定することができる。そして、上記内燃機関が駆動した状態で走行するモードからEVモードへ切り替える際に内燃機関を停止させる場合に、切り替え後におけるモードに応じて係合させるクラッチ機構を、第1クラッチ機構と、内燃機関と第1モータとを連結する第2クラッチ機構とから選択し、その選択されたクラッチ機構が係合した状態で内燃機関の停止制御を実行する。そのため、内燃機関の停止後に設定するべきEVモードで走行することができ、または設定するべきEVモードとするために内燃機関の停止後にクラッチ機構の係合または解放を実行することを抑制することができる。その結果、内燃機関の停止後に迅速に設定するべきEVモードで走行することができ、またはクラッチ機構の係合や解放を行うことによるショックの発生を抑制することができる。すなわち、内燃機関の停止後から設定するべきEVモードにスムーズに切り替えることができる。
また、内燃機関を駆動している走行モードからEVモードへ切り替える際に、第1クラッチ機構が解放し、かつ第2クラッチ機構が係合した状態で内燃機関を停止させることにより、内燃機関を停止する際に生じるトルクの変化が駆動輪に伝達されることを抑制することができる。そのため、内燃機関の停止時に、ショックが生じることを抑制することができる。
この発明の実施形態における駆動制御装置の一例を説明するためのフローチャートである。 この発明で対象とすることができるハイブリッド車両の構成の一例を説明するためのスケルトン図である。 制御系統を模式的に示すブロック図である。 各走行モードを設定するための各クラッチおよびブレーキの係合および解放の状態をまとめて示す図表である。 各走行モードでの動作状態を説明するための図であって、動力分割機構を構成している遊星歯車機構についての共線図である。 蓄電装置の充電残量が比較的多い場合における両駆動モードとシリーズパラレルモードとの駆動領域を車速と出力軸トルクとで示す線図である。 蓄電装置の充電残量が比較的少ない場合における単駆動モードとシリーズモードとシリーズパラレルモードとの駆動領域を車速と出力軸トルクとで示す線図である。 固定段状態からMG1引き摺りモードへ切り替える際におけるエンジン回転数、エンジントルク、MG1トルク、MG1回転数、CS油圧、MG2トルク、MG2回転数、車速、C0油圧、B0油圧、アクセル開度の変化を示すタイムチャートである。 固定段状態からMG1切り離しモードへ切り替える際におけるエンジン回転数、エンジントルク、MG1トルク、MG1回転数、CS油圧、MG2トルク、MG2回転数、車速、C0油圧、B0油圧、アクセル開度の変化を示すタイムチャートである。 この発明に係る他の実施形態を示すスケルトン図である。 図10に示す駆動装置に関し、各走行モードでの動作状態を説明するための図であって、動力分割機構を構成している遊星歯車機構についての共線図である。
図2は、この発明で対象とすることができるハイブリッド車両の実施形態を説明するためのスケルトン図である。ここに示す実施形態は、内燃機関(以下、エンジンと記す)と二つのモータとを駆動力源として備えており、それらのモータは、永久磁石式同期形電動機などの発電機能のあるモータである。
図2に示すエンジン(ENG)1は、ガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンであって、出力軸(クランクシャフト)2と同一の回転中心軸線上に、動力分割機構3および第1モータ(MG1)4が、ここに挙げた順に配置されている。動力分割機構3は、入力要素と、反力要素と、出力要素との三つの回転要素によって差動作用を行う機構であって、図2に示す実施形態では、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。すなわち、動力分割機構3は、反力要素に相当するサンギヤ5と、サンギヤ5に対して同心円上に配置されかつ出力要素に相当するリングギヤ6と、これらサンギヤ5およびリングギヤ6に噛み合っているプラネタリピニオンを自転可能かつ公転可能に保持し入力要素に相当するキャリヤ7を有している。
エンジン1の出力軸2に連結された入力軸8が、この動力分割機構3の回転中心軸線に沿って配置されている。これら入力軸8とキャリヤ7とを選択的に連結する入力クラッチC0が設けられている。入力クラッチC0は、この発明の実施形態における第1クラッチ機構に相当するものであり、油圧が供給されることにより、入力軸8とキャリヤ7とを係合させる湿式の摩擦クラッチである。また、入力軸8およびエンジン1の出力軸2の回転を選択的に止めるためのブレーキB0が設けられている。なお、ブレーキB0も入力クラッチC0と同様に湿式の摩擦ブレーキであって、油圧が供給されることにより、入力軸8およびエンジン1の出力軸2の回転を停止させるように構成されている。
動力分割機構3を挟んでエンジン1とは反対側に第1モータ4が配置されており、第1モータ4のロータ9と一体のロータ軸10がサンギヤ5に連結されている。ロータ軸10は、中空軸であって、ロータ軸10の内部にその回転中心軸線に沿って中間軸11が挿入されている。中間軸11とロータ軸10とは相対回転できるように構成されている。また、中間軸11は前述した入力軸8に連結され、入力軸8と一体となって回転する。さらに、中間軸11とロータ軸10とを選択的に連結するシリーズクラッチCSが設けられている。このシリーズクラッチCSは、この発明の実施形態における第2クラッチ機構に相当するものであり、入力クラッチC0と同様に、油圧が供給されることにより、中間軸11とロータ軸10とを係合させる湿式の摩擦クラッチである。
動力分割機構3におけるリングギヤ6に出力ギヤ12が連結され、これらリングギヤ6と出力ギヤ12とは一体となって回転する。したがって、前述した入力クラッチC0が係合し、かつ第1モータ4が反力トルクを発生している状態では、エンジン1の出力トルクが動力分割機構3を介して出力ギヤ12に伝達される。このようなエンジン1から動力分割機構3を介して出力ギヤ12に到るトルクの伝達を、上記の入力クラッチC0によって行い、またそのトルク伝達を入力クラッチC0によって遮断するようになっている。
エンジン1の出力軸2やこれと一体となって回転する入力軸8および中間軸11などに対して平行にカウンタ軸13が配置されている。カウンタ軸13にはドリブンギヤ14とドライブギヤ15とが設けられており、ドリブンギヤ14が上記の出力ギヤ12に噛み合っている。
さらに、カウンタ軸13と平行に、第2モータ(MG2)16が配置されている。第2モータ16におけるロータ17と一体となっているロータ軸18にはドライブギヤ19が設けられており、ドライブギヤ19は上記のドリブンギヤ14に噛み合っている。第2モータ16は、電力が供給されることによりトルクを出力し、前記出力ギヤ12から出力されたトルクに第2モータ16の出力トルクを加えるように構成されている。
前記カウンタ軸13や第2モータ16と平行に終減速機であるデファレンシャルギヤ20が設けられている。このデファレンシャルギヤ20のリングギヤ21が、カウンタ軸13上のドライブギヤ15に噛み合い、デファレンシャルギヤ20の出力軸に駆動輪22が連結されている。
上記の第1モータ4および第2モータ16は、バッテリやキャパシタなどからなる蓄電装置23やインバータ24を含む電源部25にそれぞれ電気的に接続されている。そして、第1モータ4および第2モータ16は、電源部25によって制御されて、それぞれモータとして動作し、あるいは発電機として動作し、さらには第1モータ4で発電した電力で第2モータ16をモータとして動作させるように構成されている。
上述したハイブリッド車両は、複数の走行モードを設定することができる。その走行モードは、大きく分けてEVモードとハイブリッド(HV)モードとであり、HVモードにはシリーズモードとシリーズパラレルモードとがある。これらの走行モードの選択や各走行モードでの駆動力の制御などを行うためのハイブリッド用電子制御装置(HV−ECU)100が設けられている。このHV−ECU100が、この発明の実施形態におけるコントローラに相当する。
図3はそのHV−ECU100を中心とした制御信号系統を示すブロック図である。HV−ECU100は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されるデータおよび予め記憶しているデータならびにプログラムを使用して演算を行い、演算結果を制御指令信号として出力するように構成されている。その入力されるデータの例を挙げると、車速、アクセル開度(もしくは駆動要求量)、第1モータ4の回転数(MG1回転数)、第2モータ16の回転数(MG2回転数)、前記出力ギヤ12もしくはカウンタ軸13の回転数(出力軸回転数)、蓄電装置23の電圧や電流(バッテリ電圧・電流)などである。制御指令信号の例を挙げると、第1モータ4のトルク指令信号、第2モータ16のトルク指令信号、エンジン1のトルク指令信号、シリーズクラッチCSの油圧指令信号PbCS、入力クラッチC0の油圧指令信号PbC0、ブレーキB0の油圧指令信号PbB0などである。
なお、各クラッチCS,C0およびブレーキB0の油圧は、それぞれの油圧指令信号PbCS,PbC0,PbB0によって図示しないソレノイドバルブの電流を制御することにより行われる。これは、従来知られている車両用自動変速機における油圧の制御と同様である。
さらに、モータ用電子制御装置(MG−ECU)101およびエンジン用電子制御装置(ENG−ECU)102が設けられている。これらの電子制御装置101,102は、上記のHV−ECU100と同様に、マイクロコンピュータを主体に構成され、入力されるデータおよび予め記憶しているデータならびにプログラムを使用して演算を行い、演算結果を制御指令信号として出力するように構成されている。MG−ECU101は、HV−ECU100から伝送される第1モータ4および第2モータ16のトルク指令信号に基づいて演算を行い、第1モータ4の電流および第2モータ16の電流を制御する信号を出力する。また、ENG−ECU102は、HV−ECU100から伝送されるエンジントルク指令信号に基づいて演算を行い、エンジン1に付設されている電子スロットルバルブ(図示せず)の開度信号やエンジン1に対する燃料の供給を制御する噴射信号を出力するように構成されている。
図4は、各走行モードを設定するためのクラッチC0,CSおよびブレーキB0の係合および解放の状態をまとめて示す係合作動表である。なお、図4で「〇」印は係合していることを示し、空欄は解放していることを示す。EVモードは、蓄電装置23の電力で走行するモードであり、第2モータ16のみを駆動する単駆動モードと、二つのモータ4,16を駆動する両駆動モードとがある。さらに、単駆動モードでは、第1モータ4を回転させないモード(MG1切り離しモード)と、第1モータ4を連れ回すモード(MG1引き摺りモード)とが可能である。前者のMG1切り離しモードは、少なくとも入力クラッチC0とブレーキB0とを解放状態にする。つまり、シリーズクラッチCSは、係合していても解放していてもよい。また、第2モータ16が蓄電装置23の電力で駆動される。したがって、第2モータ16による駆動トルクがカウンタ軸13を経由してデファレンシャルギヤ20に伝達される。その場合、ドリブンギヤ14が回転することにより出力ギヤ12が回転するが、入力クラッチC0を解放していることによりキャリヤ7が自由に回転することができるために、エンジン1や第1モータ4は停止状態を維持することができる。
これに対して、後者のMG1引き摺りモードは、入力クラッチC0のみを係合させ、その状態で第2モータ16を蓄電装置23の電力で駆動する。この場合、動力分割機構3のキャリヤ7が入力軸8に連結され、その回転が止められるから、サンギヤ5およびこれに連結されているロータ軸10ならびにロータ9が第2モータ16とは反対方向(負方向)に回転する。このMG1引き摺りモードの動作状態を動力分割機構3を構成している遊星歯車機構についての共線図として図5の(a)に示してある。なお、図5において、各クラッチC0,CSやブレーキB0について付記してある「OFF」は解放していることを示し、「ON」は係合していることを示している。また、太い矢印はトルクの方向を示している。
両駆動モードは、第1モータ4および第2モータ16を蓄電装置23の電力でモータとして駆動し、これらのモータ4,16が出力するトルクで走行するモードである。この両駆動モードは、入力クラッチC0とブレーキB0とを係合して設定される。動力分割機構3では、キャリヤ7が固定されるから、第1モータ4がモータとして動作して負方向に回転すると、リングギヤ6およびこれと一体の出力ギヤ12が前進走行する方向(正方向)に回転する。こうして第1モータ4の出力したトルクが出力ギヤ12からカウンタ軸13を経由してデファレンシャルギヤ20に伝達される。また、第2モータ16がモータとして動作して正方向に回転すると、その出力トルクがカウンタ軸13上で、前記出力ギヤ12から伝達されたトルクに加算され、こうして合算されたトルクがデファレンシャルギヤ20に伝達される。なお、上述したMG1引き摺りモードおよび両駆動モードが、この発明の実施形態における「第1EVモード」に相当し、MG1切り離しモードが、この発明の実施形態における「第2EVモード」に相当する。
HVモードのうちのシリーズモードは、シリーズクラッチCSのみを係合させることにより設定される。シリーズモードにおける動作状態を図5の(b)に、動力分割機構3を構成している遊星歯車機構についての共線図で示してある。エンジン1の出力トルクはシリーズクラッチCSを介して第1モータ4に伝達され、第1モータ4が発電機として機能する。その場合、動力分割機構3におけるキャリヤ7が自由に回転する状態になっているので、出力ギヤ12にはエンジン1のトルクが伝達されない。第1モータ4で発生した電力は第2モータ16に供給されて第2モータ16がモータとして動作し、その出力トルクがカウンタ軸13を経由してデファレンシャルギヤ20に伝達され、その結果、第2モータ16による駆動トルクで車両が走行する。図5の(b)は前進時の状態を示してあり、リングギヤ6が車速に応じた回転数で正方向に回転し、これに対してサンギヤ5はエンジン1と同じ回転数になるので、キャリヤ7はリングギヤ6の回転数およびサンギヤ5の回転数ならびに遊星歯車機構のギヤ比(サンギヤ5の歯数とリングギヤ6の歯数との比)に応じた回転数で空転する。
HVモードのうちのシリーズパラレルモードは、エンジン1の出力トルクとモータ4,16の出力トルクとによって走行するモードであり、前進時には、エンジン1の回転数と出力軸回転数(例えば出力ギヤ12の回転数)との比を無段階に変化させることのできる無段状態と、動力分割機構3の全体を一体化させる固定段状態とを設定することが可能である。
無段状態は入力クラッチC0のみを係合させて設定され、エンジン1が駆動力を出力する。その動作状態を動力分割機構3を構成している遊星歯車機構の共線図として図5の(c)に示してある。エンジン1の出力トルクは入力クラッチC0を介して動力分割機構3のキャリヤ7に伝達され、キャリヤ7が正方向に回転する。その状態で、第1モータ4を発電機として動作させることによりサンギヤ5に負方向のトルクを加える。こうすることによりリングギヤ6およびこれと一体の出力ギヤ12に正方向のトルクが伝達される。一方、第1モータ4によって発電された電力は、第2モータ16に供給されて第2モータ16がモータとして機能し、その出力トルクが前記出力ギヤ12から伝達されるトルクにカウンタ軸13を介して加えられる。したがって、エンジン1が出力する動力の一部が、動力分割機構3を介して出力ギヤ12からデファレンシャルギヤ20に向けて出力され、かつエンジン1が出力する動力の他の部分が一旦電力に変換された後、第2モータ16から駆動トルクとしてデファレンシャルギヤ20に向けて出力される。そして、第1モータ4の回転数を変化させることによりエンジン1の回転数が変化する。したがって、エンジン1の回転数を例えば燃費が最適になる回転数に制御することができる。
固定段状態は、入力クラッチC0およびシリーズクラッチCSを係合させることによって設定される。その動作状態を動力分割機構3を構成している遊星歯車機構の共線図として図5の(d)に示してある。これら二つのクラッチC0,CSを係合させることにより動力分割機構3におけるキャリヤ7とサンギヤ5とが連結されるので、動力分割機構3はその全体が一体となって回転する。したがって、エンジン1が出力したトルクは、動力分割機構3によって増減されることなく出力ギヤ12に伝達される。その場合、第1モータ4は動力分割機構3を介してエンジン1に連結された状態になるので、蓄電装置23の電力で第1モータ4をモータとして動作させることにより、第1モータ4の出力トルクを駆動トルクとして、エンジン1の出力トルクに加えることができる。また同様に、蓄電装置23の電力で第2モータ16をモータとして動作させることにより、第2モータ16の出力トルクを駆動トルクとして、エンジン1の出力トルクに加えることができる。
蓄電装置23の充電残量SOC(State of charge)が予め定められた閾値以上の場合には、上述した各走行モードのうち、主に、両駆動モードが設定されるように構成されている。なお、両駆動モードで出力可能な動力は、各モータ4,16の特性に応じて定まるので、それ以上の動力が要求される場合には、シリーズパラレルモードが設定される。図6には、蓄電装置23の充電残量SOCが閾値以上の場合におけるモードの切り替えを実行するために、HV−ECU100に予め記憶されているマップの一例を示しており、縦軸が、出力軸トルク(もしくは要求トルク)を示し、横軸が、車速を示している。このマップにおける第1領域Aは、両駆動モードが設定される領域である。すなわち、出力軸トルクや車速に基づく車両の走行状態が、第1領域A内である場合には、両駆動モードが設定される。その場合には、走行状態の条件を満たしつつ各モータ4,16の効率が良好となるように、各モータ4,16の出力が制御される。また、図6に示すマップの第2領域Bは、両駆動モードでは出力することができない走行状態であるため、シリーズパラレルモードが設定される。その際に、低燃費で走行することを運転者が要求している場合、すなわち、図示しないエコモードのスイッチが押されている場合に無段状態に設定するなど、運転者の要求に応じて無段状態と固定段状態とを選択してもよい。
一方、蓄電装置23の充電残量SOCが上記閾値未満の場合には、図7に示すマップに基づいて走行モードが設定される。なお、図7に示すマップは、HV−ECU100に予め記憶されており、縦軸が、出力軸トルク(もしくは要求トルク)を示し、横軸が、車速を示している。図7に示すように出力軸トルクが比較的小さく、車速が比較的低速の場合(第3領域C)には、原則として単駆動モードが設定される。この際には、MG1切り離しモードが主に設定されるものの、例えば、潤滑油の暖気を促進するためや、エンジン始動が予測される場合などには、MG1引き摺りモードが設定される。また、出力軸トルクが比較的小さく、車速が単駆動モードが設定される車速よりも高車速の場合(第4領域D)には、シリーズモードが設定される。なお、シリーズモードは、第2モータ16の出力により走行するモードであるから、第4領域Dにおける出力軸トルクの上限や、車速の上限は、第2モータ16の特性に応じて定められている。そして、上記第3領域Cおよび第4領域Dを囲う第5領域Eは、シリーズパラレルモードが設定される。
なお、蓄電装置23の充電残量SOCが、上記閾値よりも小さい、他の閾値以下の場合には、モータ4,16のみにより走行することが困難となる可能性があり、または、エンジン1を始動するために要する電力を確保する必要がある。そのため、他の閾値以下の場合には、走行状態が、第3領域C内であっても、シリーズモードやシリーズパラレルモードが設定される場合がある。
走行状態が上記第2領域Bから第1領域Aに切り替わった場合、あるいは第4領域Dもしくは第5領域Eから第3領域Cに切り替わった場合、または、蓄電装置23の充電残量SOCが閾値よりも大きくなった場合などには、シリーズパラレルモードやシリーズモードからEVモードに走行モードの切り替えが行われる。それに伴ってエンジン1が停止させられる。そのようにエンジン1を停止する場合には、入力クラッチC0とシリーズクラッチCSとのいずれか一方を係合して、第1モータ4からエンジン1にトルクを伝達するように構成されている。これは、エンジン1への燃料の供給を停止するのみでは、エンジン回転数が迅速に低下しないことにより、エンジン回転数がエンジン1や動力分割機構3などの共振周波数に一致する時間を短くするためである。なお、上記のように第1モータ4からエンジン1にトルクを伝達してエンジン1を停止する制御が、この発明の実施形態における「内燃機関の停止制御」に相当する。
上記のようなエンジン停止を実行するためのフローチャートの一例を図1に示している。図1に示すフローチャートは、上記マップに応じてモードの切り替えが判断された場合にHV−ECU100で実行される。
図1に示す例では、まず、エンジン1の停止が必要か否かが判断される(ステップS1)。すなわち、走行モードの切り替えが、HVモードからEVモードへの切り替えか否かが判断される。このフローチャートは、エンジン停止を実行するためのものであるため、シリーズモードからシリーズパラレルモードへの切り替えや、単駆動モードから両駆動モードへの切り替え、あるいは、単駆動モードからシリーズモードへの切り替えなどの走行モードの切り替えであって、エンジン1の運転状態を、駆動から停止へと変更する必要がなく、ステップS1で否定的に判断された場合には、このルーチンを一旦終了する。
それとは反対に、HVモードからEVモードに切り替えるために、エンジン1を停止させる必要があり、ステップS1で肯定的に判断された場合には、次いで、切り替え前の走行モード、つまり、現在の走行モードを判断する。具体的には、現在の走行モードがシリーズパラレルモードか否かを判断する(ステップS2)。このステップS2は、HV−ECU100から入力クラッチC0を係合させる油圧指令信号PbC0が出力されているか否かなどに基づいて判断することができる。
このエンジン1の停止制御は、入力クラッチC0とシリーズクラッチCSとのうち、切り替え後に設定するべきEVモードに応じたクラッチC0(CS)を係合した状態でエンジン1を停止させるように構成されている。したがって、現在のモードがシリーズパラレルモードであり、ステップS2で肯定的に判断された場合は、切り替え後のEVモードが、入力クラッチC0を係合するモードであるか否かを判断する(ステップS3)。すなわち、切り替え後のEVモードが、両駆動モード、またはMG1引き摺りモードか否かを判断する。なお、ステップS3は、図6や図7に示すマップに基づいて判断することができる。
切り替え後のEVモードが、入力クラッチC0を係合するモードであり、ステップS3で肯定的に判断された場合は、入力クラッチC0を係合し、かつシリーズクラッチCSを解放した状態で、第1モータ4によりエンジン1を停止させて(ステップS4)、このルーチンを一旦終了する。具体的には、現在の走行モードが、シリーズパラレルモードのうち無段状態である場合には、入力クラッチC0が係合した状態を維持するとともに、シリーズクラッチCSが解放した状態を維持したまま、第1モータ4をリングギヤ6とは反対方向に回転させて、エンジン回転数を「0」にする。また、現在の走行モードが、シリーズパラレルモードのうち固定段状態である場合には、入力クラッチC0を係合させた状態を維持しつつ、シリーズクラッチCSを解放させ、第1モータ4をリングギヤ6とは反対方向に回転させて、エンジン回転数を「0」にする。
一方、切り替え後のEVモードが、入力クラッチC0を係合しないモードであり、つまり、MG1切り離しモードであり、ステップS3で否定的に判断された場合には、現在のシリーズパラレルモードのうち固定段状態であるか否かを判断する(ステップS5)。固定段状態であり、ステップS5で肯定的に判断された場合には、入力クラッチC0を解放するとともに、シリーズクラッチCSが係合した状態を維持して、第1モータ4をリングギヤ6とは反対方向に回転させて、エンジン回転数を「0」にし(ステップS6)、このルーチンを一旦終了する。なお、エンジン停止の後に、シリーズクラッチCSを解放してもよい。
それとは反対に、現在のモードが無段状態であり、ステップS5で否定的に判断された場合には、入力クラッチC0が係合した状態を維持するとともに、シリーズクラッチCSを解放させて、第1モータ4をリングギヤ6とは反対方向に回転させて、エンジン回転数を「0」にし(ステップS7)、このルーチンを一旦終了する。
また、現在の走行モードがシリーズモードであり、ステップS2で否定的に判断された場合には、ステップS3と同様に切り替え後のEVモードが、入力クラッチC0を係合するモードであるか否かを判断する(ステップS8)。切り替え後のEVモードが、入力クラッチC0を係合するモードであり、ステップS8で肯定的に判断された場合は、ステップS4と同様に入力クラッチC0を係合し、かつシリーズクラッチCSを解放した状態で、第1モータ4によりエンジン1を停止させて(ステップS9)、このルーチンを一旦終了する。上述したようにここでは、シリーズモードが設定されているため、ステップS9では、解放されている入力クラッチC0を係合し、かつ係合しているシリーズクラッチCSを解放し、その後に、第1モータ4をリングギヤ6とは反対方向に回転させて、エンジン回転数を「0」にする。
一方、切り替え後のEVモードが、入力クラッチC0を係合しないモードであり、ステップS8で否定的に判断された場合には、入力クラッチC0が解放し、かつシリーズクラッチCSが係合している状態を維持したまま、第1モータ4をリングギヤ6とは反対方向に回転させて、エンジン回転数を「0」にし(ステップS10)、このルーチンを一旦終了する。なお、エンジン停止の後に、シリーズクラッチCSを解放してもよい。
図8および図9は、図7における第5領域Eで走行している状態から、要求トルクが低下することにより運転状態が第3領域Cに切り替わる場合に、図1に示す制御を実行した際のエンジン回転数、エンジントルク、第1モータ4のトルク(MG1トルク)、第1モータ4の回転数(MG1回転数)、シリーズクラッチCSの油圧(CS油圧)、第2モータ16のトルク(MG2トルク)、第2モータ16の回転数(MG2回転数)、車速、入力クラッチC0の油圧(C0油圧)、ブレーキB0の油圧(B0油圧)、アクセル開度の変化を示すタイムチャートである。なお、図8は、シリーズパラレルモードのうちの固定段状態から、単駆動モードのうちのMG1引き摺りモードへ移行する例を示し、図9は、シリーズパラレルモードのうちの固定段状態から、単駆動モードのうちのMG1切り離しモードへ移行する例を示している。
図8に示す例では、t1時点までの間は、アクセル開度が一定に保たれている。したがって、エンジントルクおよびMG1トルクならびにMG2トルクが、同一の方向でかつ一定に保たれている。一方、図8に示す例では、車速が次第に低下しているため、車速の低下に伴ってMG2回転数も低下している。
その状態で、アクセル開度が低下し始めると(t1時点)、要求駆動力が低下するため、MG2トルクがそのアクセル開度の低下に従って低下し始める。
ついで、アクセル開度が閾値以下となると、エンジン停止判断が成される(t2時点)。この閾値は、図7における第3領域Cと第5領域Eとの境界となる要求トルクに対応した値である。すなわち、t2時点で、シリーズパラレルモードから単駆動モードへの切り替えを実行することが判断される。つまり、図1に示す制御が実行される。
図8に示す例は、エンジン1の停止を伴うモードの切り替えであり、かつシリーズパラレルモードからのモードの切り替えであるため、図1におけるステップS1とステップS2とが共に肯定的に判断される。ここで、図8は、上述したように単駆動モードのうちのMG1引き摺りモードへの切り替え時について説明するものであるため、切り替え後のEVモードでは、入力クラッチC0が係合させられる。したがって、図1におけるステップS3も肯定的に判断される。
そのため、図8におけるt2時点では、シリーズクラッチCSを解放させるために、CS油圧を低下させ始める。そして、CS油圧が「0」まで低下して、シリーズクラッチCSが解放すると、ついで、エンジン1を停止させるために、MG1トルクを反転させるとともに、エンジントルクを低下させ始める。また、エンジン回転数が「0」になるようにMG1回転数を低下させ始める。すなわち、MG1回転数を負方向にする。そのようなMG1回転数の低下に伴って、エンジン回転数が低下し始める。このように入力クラッチC0を係合した状態で、エンジン回転数を低下させるように第1モータ4からトルクを出力すると、それに伴って、駆動トルクが低下する方向に動力分割機構3からトルクが出力される場合がある。そのような場合には、第2モータ16の出力トルクを増大させて駆動トルクが低下することを抑制することが好ましい。そして、t4時点で、エンジン回転数が停止し、それと同時に、MG1切り離しモードで走行し始める。
図9に示す例も、図8に示す例と同様に、シリーズパラレルモードのうちの固定段状態から、単駆動モードへのモードの切り替えであるため、t12時点までの制御は同一である。一方、図9に示す例では、単駆動モードのうちのMG1切り離しモードであるため、図1におけるステップS3で否定的に判断され、また固定段状態からのモードの切り替えであるため、図1におけるステップS5で肯定的に判断される。したがって、図9に示すようにエンジン1を停止させる判断が成立すると(t12時点)、まず、入力クラッチC0を解放し始める。そして、入力クラッチC0が解放した後には、図8におけるt3時点からt4時点と同様に、エンジントルク、MG1トルク、MG1回転数を制御してエンジン1を停止させる(t13時点からt14時点まで)。ついで、MG1切り離しモードは、各クラッチC0,CSを解放して設定するものであるから、現時点で係合しているシリーズクラッチCSを解放させる(t14時点)。そして、シリーズクラッチCSが解放した時点(t15時点)で、MG1切り離しモードで走行し始める。
上述したように切り替え後におけるEVモードに応じてエンジン停止時にクラッチC0(CS)を選択するように構成されている。そのため、エンジン停止後にそのまま設定するべきEVモードで走行することができる。または、設定するべきEVモードとするために、エンジン停止後にクラッチC0(CS)の係合または解放を実行することを抑制することができる。その結果、例えば、上述したMG1切り離しモードに移行する場合であっても、エンジン停止時にシリーズクラッチCSを解放するのみであって、エンジン停止後に迅速に設定するべきEVモードとすることができ、またクラッチC0(CS)の係合や解放を行うことによるショックの発生を抑制することができる。すなわち、エンジン停止後からEVモードにスムーズに切り替えることができる。
また、エンジン1を駆動している走行モードからMG1切り離しモードへ切り替える際には、入力クラッチC0を解放してシリーズクラッチCSを係合した状態でエンジン停止させることにより、エンジン1を停止するための第1モータ4のトルクが駆動輪22に伝達されることを抑制することができる。そのため、エンジン停止時に、ショックが生じることを抑制することができる。
この発明の実施形態における入力クラッチC0は、エンジン1から動力分割機構3を介して出力ギヤ12にトルクを伝達する経路をトルク伝達可能な状態にし、またそのトルク伝達を遮断するように構成されていればよく、またシリーズクラッチCSはエンジン1の出力トルクを第1モータ4に伝達し、その伝達を遮断するように構成されていればよい。したがって、この発明の実施例では、入力クラッチC0は図10に示すように、動力分割機構3のリングギヤ6と出力ギヤ12との間に設けられていてもよく、またシリーズクラッチCSはキャリヤ7とロータ軸10との間に設けられていてもよい。
図10に示す構成であっても、前述した図4に示すように、各クラッチC0,CSおよびブレーキB0を係合もしくは解放することにより、EVモードやHVモードを設定することができる。第2モータ16によって走行するEVモードでは、各クラッチC0,CSおよびブレーキB0を解放する。その結果、出力ギヤ12と動力分割機構3におけるリングギヤ6との連結が解除されるので、動力分割機構3を構成しているサンギヤ5およびリングギヤ6ならびにキャリヤ7は停止している。これに対して、入力クラッチC0を係合させれば、リングギヤ6が出力ギヤ12と共に回転し、またキャリヤ7がエンジン1と共に停止しているので、サンギヤ5およびこれに連結されている第1モータ4が負方向に回転する。すなわち、第1モータ4を連れ回すMG1引き摺りモードになる。この動作状態を動力分割機構3を構成している遊星歯車機構についての共線図として図11の(a)に示してある。さらに、その状態でブレーキB0を係合させて入力軸8およびキャリヤ7を固定すれば、第1モータ4がトルクを出力することに対する反力トルクをキャリヤ7で受け持つことができるので、第1モータ4を負方向に回転させ、かつ第2モータ16を正方向に回転させて、これら二つのモータ4,16のトルクで走行する両駆動モードとなる。
シリーズモードは、シリーズクラッチCSを係合させてエンジン1によって第1モータ4を駆動し、その第1モータ4で発電した電力によって第2モータ16を駆動して走行するモードである。したがって、図10に示す構成では、シリーズクラッチCSによってサンギヤ5とキャリヤ7とが連結されることにより動力分割機構3の全体が一体となって回転する。その結果、第1モータ4がエンジン1によって駆動されて発電する。しかしながら、入力クラッチC0が解放していてリングギヤ6と出力ギヤ12とが連結されていないので、エンジン1の出力トルクは出力ギヤ12に伝達されることはない。図11の(b)はその状態を共線図で示しており、サンギヤ5およびリングギヤ6ならびにキャリヤ7は同一回転数になっている。
HVモードでの前進時における無段状態は、前述した図1に示す例と同様であって、エンジン1の回転数を第1モータ4によって制御し、その結果、第1モータ4で発生した電力を第2モータ16に供給して第2モータ16が駆動トルクを出力する。その動作状態を図11の(c)に共線図で示してある。これは、前述した図5の(c)に示す共線図とクラッチC0,CSの位置が異なるものの、サンギヤ5およびリングギヤ6ならびキャリヤ7の回転方向などは同じである。
HVモードでの前進時の固定状態は各クラッチC0,CSを係合させることにより設定され、したがって動力分割機構3の全体が一体となって回転する。したがって、エンジン1に加えて各モータ4,16をモータとして駆動させてトルクを出力させることにより、エンジン1および各モータ4,16のトルクで走行するいわゆる両駆動状態となる。その動作状態を図11の(d)に共線図で示してある。これは、前述した図5の(d)に示す共線図とクラッチC0,CSの位置が異なるものの、サンギヤ5およびリングギヤ6ならびキャリヤ7の回転方向などは同じである。
なお、この発明は上述した各実施例に限定されないのであって、クラッチ機構やブレーキ機構は、噛み合い式の係合機構によって構成されていてもよく、また一方向クラッチによって構成され、あるいは一方向クラッチを併用して構成されていてもよい。
1…エンジン、 3…動力分割機構、 4,16…モータ、 5…サンギヤ、 6,21…リングギヤ、 7…キャリヤ、 22…駆動輪、 100…ハイブリッド用電子制御装置(HV−ECU)、 101…モータ用電子制御装置(MG−ECU)、 102…エンジン用電子制御装置(ENG−ECU)、 入力クラッチ…C0、 シリーズクラッチ…CS、 B0…ブレーキ。

Claims (6)

  1. 内燃機関と、発電機能のある第1モータと、前記内燃機関からトルクが伝達される入力要素および前記第1モータからトルクが伝達される反力要素ならびに出力要素の少なくとも三つの回転要素によって差動作用を行う動力分割機構と、係合することにより前記内燃機関から前記動力分割機構を介した駆動輪へのトルクの伝達を可能にする第1クラッチ機構と、前記内燃機関の出力軸と前記第1モータとを連結する第2クラッチ機構と、走行のための駆動トルクを出力する第2モータとを備え、
    前記第1クラッチ機構と前記第2クラッチ機構とのうちの少なくとも前記第1クラッチ機構を係合した状態で、前記内燃機関と前記第2モータとから駆動トルクを出力して走行するシリーズパラレルモードと、前記第2クラッチ機構が係合し、かつ前記第1クラッチ機構が解放した状態で、前記内燃機関が出力した動力を前記第1モータにより電力に変換するとともに、前記第2モータから駆動トルクを出力して走行するシリーズモードと、前記内燃機関が停止した状態かつ前記第1クラッチ機構が係合した状態で前記各モータのうちの少なくとも前記第2モータから駆動トルクを出力して走行する第1EVモード、および前記内燃機関が停止した状態かつ前記第1クラッチ機構が解放した状態で前記第2モータから駆動トルクを出力して走行する第2EVモードを含むEVモードとを切り替えることができるハイブリッド車両の駆動制御装置において、
    前記各クラッチ機構の係合および解放を制御するとともに、前記内燃機関の停止制御を実行するコントローラを備え、
    前記コントローラは、
    前記内燃機関を停止しかつ前記EVモードに切り替えることを判断し、
    前記判断が成立した場合に、前記EVモードにおいて設定するべきモードが前記第1EVモードか前記第2EVモードかを判断し、
    前記第1EVモードと前記第2EVモードとのうち設定するべきことが判断されたモードに応じて前記内燃機関を停止させる際に係合させるクラッチ機構を、前記第1クラッチ機構と前記第2クラッチ機構とから選択し、
    前記選択されたクラッチ機構を係合した状態で前記内燃機関の停止制御を実行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駆動制御装置。
  2. 請求項1に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置において、
    前記コントローラは、
    前記シリーズパラレルモードまたは前記シリーズモードから、前記第1EVモードに切り替える場合に、前記第1クラッチ機構が係合しかつ前記第2クラッチ機構が解放した状態で前記内燃機関の停止制御を実行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駆動制御装置。
  3. 請求項1または2に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置において、
    前記シリーズパラレルモードは、前記第1クラッチ機構が係合しかつ前記第2クラッチ機構が解放した第1シリーズパラレルモードと、前記第1クラッチ機構および前記第2クラッチ機構が係合した第2シリーズパラレルモードとを含み、
    前記コントローラは、
    前記第2シリーズパラレルモードから前記第2EVモードに切り替える場合に、前記第1クラッチ機構が解放しかつ前記第2クラッチ機構が係合した状態で前記内燃機関の停止制御を実行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駆動制御装置。
  4. 請求項1または2に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置において、
    前記シリーズパラレルモードは、前記第1クラッチ機構が係合しかつ前記第2クラッチ機構が解放した第1シリーズパラレルモードと、前記第1クラッチ機構および前記第2クラッチ機構が係合した第2シリーズパラレルモードとを含み、
    前記コントローラは、
    前記第1シリーズパラレルモードから前記第2EVモードに切り替える場合に、前記第1クラッチ機構が係合しかつ前記第2クラッチ機構が解放した状態で前記内燃機関の停止制御を実行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駆動制御装置。
  5. 請求項1ないし4のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置において、
    前記コントローラは、
    前記シリーズモードから前記第2EVモードに切り替える場合に、前記第1クラッチが解放しかつ前記第2クラッチが係合した状態で前記内燃機関の停止制御を実行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駆動制御装置。
  6. 請求項1ないし5のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置において、
    前記内燃機関の停止制御は、前記第1モータから前記内燃機関にトルクを伝達して前記内燃機関の回転を停止させ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駆動制御装置。
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