JP2023081112A - ハイブリッド車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイモードを設定した制動走行時に迅速にローモードに切り替えを行うことができるハイブリッド車両の駆動力制御装置を提供する。【解決手段】エンジンと駆動輪との間で伝達するトルクが相対的に小さいハイモードが設定され、かつ蓄電装置の充電残量が所定残量以上で制動走行する場合に、第１モータを力行制御することによってエンジンの回転数を増加させることができる回転数の予め定められた所定範囲にエンジン回転数を制御し（ステップＳ５）、エンジン回転数が所定範囲である状態でローモードへの切り替えを開始する（ステップＳ７）。【選択図】図９

Description

この発明は、エンジンとモータとを駆動力源として備えたハイブリッド車両の駆動力制御装置に関し、特に駆動力源による制動トルクを駆動輪に伝達する走行時のハイブリッド車両の駆動力制御装置に関するものである。

特許文献１には、エンジンが連結された第１回転要素と、第１モータが連結された第２回転要素と、第３回転要素とが差動回転可能に連結された第１差動機構と、駆動輪が連結された第４回転要素と、第３回転要素に連結された第５回転要素と、第６回転要素とが差動回転可能に連結された第２差動機構と、第１回転要素と第６回転要素とを選択的に連結する第１クラッチ機構と、第５回転要素と第６回転要素とを選択的に連結する第２クラッチ機構と、駆動輪にトルク伝達可能に連結された第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。

このハイブリッド車両は、第１クラッチ機構を係合することによりエンジンから駆動輪に伝達されるトルクが大きいＬｏモードを設定し、第２クラッチ機構を係合することによりエンジンから駆動輪に伝達されるトルクが小さいＨｉモードを設定することができる。

特許第６４５１５２４号公報

特許文献１に記載されたハイブリッド車両は、第２モータから制動トルクを出力することによって、車両の運動エネルギーを電力に変換しながら制動走行することができる。一方、第２モータの発電電力を充電する蓄電装置の充電残量が上限値まで増加している場合には、蓄電装置の過充電を抑制するために第２モータから制動トルクを出力することができない。そのような場合には、第１モータによってエンジンを連れ回すことにより、エンジンのフリクショントルクを駆動輪に作用させることができ、いわゆるエンジンブレーキによって制動走行することができる。

上記のエンジンブレーキは、エンジン回転数が高回転数となるに連れて大きくなるため、例えば、ハイモードが設定されて駆動走行している状態からアクセルペダルが踏み戻されて制動走行に切り替える場合には、第１モータによってエンジン回転数を引き上げる。一方、制動走行後における再発進や再加速時の駆動力を得るためには、制動走行時にローモードを設定することが好ましく、上記のようにエンジン回転数を引き上げることによって第１回転要素の回転数が第６回転要素の回転数よりも高回転数となった場合には、迅速にローモードに切り替えるためには、第１モータによってエンジン回転数を引き下げることになる。すなわち、第１モータを発電機として機能させることになる。

しかしながら、上述したようにエンジンブレーキによって制動走行する場合には、蓄電装置の充電残量が上限値まで増加しているため、第１モータを発電機として機能させることができず、エンジン回転数を高回転数に引き上げた後に、ハイモードからローモードに切り替えることができず、またはその切り替えを迅速に行うことができない可能性がある。そのため、再発進時や再加速時の加速性能が低下し、または制動走行時に走行モードを切り替える過程でのエンジンブレーキ力が作用しない期間が長くなる可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、ハイモードを設定した制動走行時に迅速にローモードに切り替えを行うことができるハイブリッド車両の駆動力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、 エンジンが連結された回転要素と、第１モータが連結された回転要素と、駆動輪が連結された回転要素とのうちの二つの回転要素である第１回転要素および第２回転要素と、第３回転要素との三つの回転要素が差動作用を行うように構成された第１差動機構と、前記エンジンが連結された回転要素と、前記第１モータが連結された回転要素と、前記駆動輪が連結された回転要素とのうちの他の回転要素である第４回転要素と、前記第３回転要素に連結された第５回転要素と、第６回転要素との三つの回転要素が差動作用を行うように構成された第２差動機構と、前記第１回転要素と前記第２回転要素とのいずれか一方の回転要素と、前記第６回転要素とを選択的に連結する第１係合機構と、前記第４回転要素と前記第５回転要素と前記第６回転要素とのいずれか一対の回転要素を選択的に連結する第２係合機構と、前記駆動輪または前記駆動輪とは異なる他の駆動輪に連結された第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータとの間で電力の授受を行う蓄電装置とを備え、前記第１係合機構を係合しかつ前記第２係合機構を解放することにより設定されかつ前記エンジンと前記駆動輪との間で伝達されるトルクが相対的に大きいローモードと、前記第１係合機構を解放しかつ前記第２係合機構を係合することにより設定されかつ前記エンジンと前記駆動輪との間で伝達されるトルクが相対的に小さいハイモードを設定することように構成されたハイブリッド車両の駆動力制御装置において、前記エンジン、前記第１モータ、前記第２モータ、前記第１係合機構、および前記第２係合機構を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記ハイモードが設定され、かつ前記蓄電装置の充電残量が所定残量以上であって前記第２モータから出力する制動トルクが制限されて制動走行する場合に、前記第１モータを力行制御することによって前記エンジンの回転数を増加させることができる回転数の予め定められた所定範囲に前記エンジンの回転数を制御し、前記エンジンの回転数が前記所定範囲である状態でローモードへの切り替えを開始することを特徴とするものである。

また、この発明では、前記ハイブリッド車両は、前記第１係合機構と前記第２係合機構とを係合することにより前記エンジンと前記駆動輪との回転数比が一定となる固定段モードを設定するように構成され、前記コントローラは、前記ハイモードから前記固定段モードを介して前記ローモードに切り替えてよい。

そして、この発明では、前記ハイモードおよび前記ローモードは、前記第１モータを力行制御して前記エンジンを連れ回すことにより、前記エンジンを連れ回すことによる制動トルクを前記駆動輪に伝達するように構成されていてよい。

この発明によれば、エンジンと駆動輪との間で伝達されるトルクが相対的に小さいハイモードが設定され、また第１モータおよび第２モータとの間で電力の授受を行う蓄電装置の充電残量が所定残量以上であって第２モータから出力する制動トルクが制限されて制動走行する場合に、第１モータを力行制御することによってエンジンの回転数を増加させることができる回転数の予め定められた所定範囲にエンジン回転数を制御し、その状態でエンジンと駆動輪との間で伝達されるトルクが相対的に大きいローモードへの切り替えを開始する。そのため、蓄電装置の充電残量が所定残量以上である条件下であっても、ハイモードからローモードへの切り替えが可能となり、またはハイモードからローモードへの切り替えを迅速に行うことができる。その結果、エンジンから駆動輪に制動トルクを伝達して制動走行した後の再発進や再加速時に充分な駆動力を得ることができる。

この発明の実施形態における車両の一例を説明するためのスケルトン図である。 電子制御装置（ＥＣＵ）の構成を説明するためのブロック図である。 HV-Hiモードを設定した駆動走行時の動作状態を説明するための共線図である。 HV-Loモードを設定した駆動走行時の動作状態を説明するための共線図である。 直結モードを設定した駆動走行時の動作状態を説明するための共線図である。 切り離しモードを設定した駆動走行時の動作状態を説明するための共線図である。 HV-Hiモードを設定しエンジンから駆動輪に制動トルクを伝達した走行時の動作状態を説明するための共線図である。 HV-Loモードを設定しエンジンから駆動輪に制動トルクを伝達した走行時の動作状態を説明するための共線図である。 この発明の実施形態における制御装置の制御の一例を説明するためのフローチャートである。

この発明の実施形態におけるハイブリッド車両（以下、単に車両と記す）Ｖｅの一例を図１を参照して説明する。図１に示す車両Ｖｅは、エンジン（ＥＮＧ）１と、二つのモータ２，３とを有するハイブリッド駆動装置（以下、単に駆動装置と記す）４を備えている。この駆動装置４は、前輪（駆動輪）５Ｒ，５Ｌを駆動するように構成されている。エンジン１は、従来知られたガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどであって、供給される燃料と空気との混合気を燃焼することにより駆動トルクを出力し、また、その混合気の燃焼を停止すること、すなわち、燃料の供給を停止することにより、フリクショントルクやポンピングロスなどに応じた制動トルクを出力することができるように構成されている。

第１モータ２は発電機能のあるモータ（すなわちモータ・ジェネレータ：ＭＧ１）によって構成され、エンジン１の回転数を第１モータ２によって制御するとともに、第１モータ２で発電した電力により第２モータ３を駆動し、その第２モータ３が出力するトルクを走行のための駆動トルクに加えることができるように構成されている。第２モータ３は、第１モータ２と同様に発電機能のあるモータ（すなわちモータ・ジェネレータ：ＭＧ２）によって構成することができる。これらの第１モータ２および第２モータ３は、例えば、ロータに永久磁石を取り付けた、永久磁石式の同期モータなどの交流モータによって構成することができる。なお、各モータ２，３には、リチウムイオン電池などの二次電池によって構成されたバッテリや、キャパシタなどの蓄電装置Ｂが電気的に接続され、その蓄電装置Ｂから各モータ２，３に電力が供給され、また、各モータ２，３により発電された電力を蓄電装置Ｂに充電することができるように構成されている。さらに、各モータ２，３は、一方のモータ２（３）が発電した電力を、蓄電装置Ｂを介することなく他方のモータ３（２）に通電することができるように構成されている。

エンジン１には、動力分割機構６が連結されている。この動力分割機構６は、エンジン１が出力したトルクを第１モータ２側と出力側とに分割するものであって、そのようにトルクを分割する機能を主とする分割部７と、そのトルクの分割率を変更する機能を主とする変速部８とにより構成されている。

分割部７は、三つの回転要素によって差動作用を行う構成であればよく、遊星歯車機構を採用することができる。図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構（第１差動機構）によって構成されている。図１に示す分割部７は、サンギヤ９と、サンギヤ９に対して同心円上に配置された、内歯歯車であるリングギヤ１０と、これらサンギヤ９とリングギヤ１０との間に配置されてサンギヤ９とリングギヤ１０とに噛み合っているピニオンギヤ１１と、ピニオンギヤ１１を自転および公転可能に保持するキャリヤ１２とを有し、サンギヤ９、リングギヤ１０、およびキャリヤ１２の三つの回転要素によって差動作用を行うように構成されている。

エンジン１が出力したトルクが前記キャリヤ１２に入力されるように構成されている。具体的には、エンジン１の出力軸１３に、動力分割機構６の入力軸１４が連結され、その入力軸１４がキャリヤ１２に連結されている。また、サンギヤ９に第１モータ２が連結されている。なお、キャリヤ１２と入力軸１４とを直接連結する構成に替えて、歯車機構などの伝動機構（図示せず）を介してキャリヤ１２と入力軸１４とを連結してもよい。また、その出力軸１３と入力軸１４との間にダンパ機構やトルクコンバータなどの機構（図示せず）を配置してもよい。さらに、第１モータ２とサンギヤ９とを直接連結する構成に替えて、歯車機構などの伝動機構（図示せず）を介して第１モータ２とサンギヤ９とを連結してもよい。これらのサンギヤ９およびキャリヤ１２が、この発明の実施形態における「第１回転要素」および「第２回転要素」に相当し、リングギヤ１０が、この発明の実施形態における「第３回転要素」に相当し、分割部７が、この発明の実施形態における「第１差動機構」に相当する。

変速部８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、変速部８は、上記の分割部７と同様に、サンギヤ１５と、サンギヤ１５に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ１６と、これらサンギヤ１５とリングギヤ１６との間に配置されてこれらサンギヤ１５およびリングギヤ１６に噛み合っているピニオンギヤ１７と、ピニオンギヤ１７を自転および公転可能に保持しているキャリヤ１８とを有している。したがって、変速部８は、サンギヤ１５、リングギヤ１６、およびキャリヤ１８の三つの回転要素によって差動作用を行う差動機構（第２差動機構）となっている。この変速部８におけるサンギヤ１５に分割部７におけるリングギヤ１０が連結されている。また、変速部８におけるリングギヤ１６に、出力ギヤ１９が連結されている。このリングギヤ１６が、この発明の実施形態における「第４回転要素」に相当し、サンギヤ１５が、この発明の実施形態における「第５回転要素」に相当し、キャリヤ１８が、この発明の実施形態における「第６回転要素」に相当し、変速部８が、この発明の実施形態における「第２差動機構」に相当する。

上記の分割部７と変速部８とが複合遊星歯車機構を構成するようにＬｏクラッチ機構（第１係合機構）ＣＬ_Loが設けられている。Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loは、変速部８におけるキャリヤ１８を、分割部７におけるキャリヤ１２および入力軸１４に選択的に連結するためのものであって、摩擦式のクラッチ機構や噛み合い式のクラッチ機構によって構成することができる。このＬｏクラッチ機構ＣＬ_Loを係合させることにより分割部７におけるキャリヤ１２と変速部８におけるキャリヤ１８とが連結されてこれらが入力要素となり、また分割部７におけるサンギヤ９が反力要素となり、さらに変速部８におけるリングギヤ１６が出力要素となった複合遊星歯車機構が形成される。

さらに、変速部８の全体を一体化させるためのＨｉクラッチ機構（第２係合機構）ＣＬ_Hiが設けられている。このＨｉクラッチ機構ＣＬ_Hiは、変速部８におけるキャリヤ１８とリングギヤ１６もしくはサンギヤ１５、あるいはサンギヤ１５とリングギヤ１６とを連結するなどの少なくともいずれか一対の回転要素を連結するためのものであって、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loと同様に、摩擦式のクラッチ機構や噛み合い式のクラッチ機構によって構成することができる。図１に示す例では、Ｈｉクラッチ機構ＣＬ_Hiは、変速部８におけるキャリヤ１８とリングギヤ１６とを連結するように構成されている。このＨｉクラッチ機構ＣＬ_Hiを係合させることにより変速部８を構成する各回転要素が一体となって回転する。したがって、分割部７におけるキャリヤ１２が入力要素となり、また分割部７におけるサンギヤ９が反力要素となり、さらに変速部８におけるリングギヤ１６が出力要素となる。

上述したＬｏクラッチ機構ＣＬ_LoとＨｉクラッチ機構ＣＬ_Hiとの少なくともいずれか一方を係合することにより、動力分割機構６を介してエンジン１と出力ギヤ１９とがトルク伝達可能に連結される。その出力ギヤ１９から前輪５Ｒ，５Ｌにギヤトレーン部を介してトルクが伝達される。図１に示す例では、上記のエンジン１や分割部７あるいは変速部８の回転中心軸線と平行にカウンタシャフト２０が配置されている。前記出力ギヤ１９に噛み合っているドリブンギヤ２１がこのカウンタシャフト２０に取り付けられている。また、カウンタシャフト２０にはドライブギヤ２２が取り付けられており、このドライブギヤ２２が終減速機であるデファレンシャルギヤユニット２３におけるリングギヤ２４に噛み合っている。

さらに、前記ドリブンギヤ２１には、第２モータ３のロータシャフト３ａに取り付けられたドライブギヤ２５が噛み合っている。したがって、前記出力ギヤ１９から出力された動力もしくはトルクに、第２モータ３が出力した動力もしくはトルクを、上記のドリブンギヤ２１の部分で加えるように構成されている。このようにして合成された動力もしくはトルクをデファレンシャルギヤユニット２３から左右のドライブシャフト２６に出力し、その動力やトルクが前輪５Ｒ，５Ｌに伝達されるように構成されている。なお、第２モータ３は、例えば、ドライブギヤ２２にトルク伝達可能に連結するなど、出力ギヤ１９と駆動輪５Ｒ，５Ｌとの間のトルクの伝達経路内に設けられたいずれかの回転部材にトルク伝達可能に連結してよい。

図１に示す駆動装置４は、第１モータ２から出力された駆動トルクを、前輪５Ｒ，５Ｌに伝達することができるように、出力軸１３または入力軸１４を固定可能に構成された、ワンウェイクラッチＦを備えている。そのワンウェイクラッチＦは、出力軸１３や入力軸１４が、エンジン１の駆動時に回転する方向とは逆方向に回転することを禁止するように構成されている。

したがって、第１モータ２が駆動トルクを出力してワンウェイクラッチＦが係合状態になることにより、第１モータ２の駆動トルクに対する反力トルクをワンウェイクラッチＦが受け持ち、その結果、第１モータ２からリングギヤ１６に第１モータ２の駆動トルクが伝達される。すなわち、ワンウェイクラッチＦにより出力軸１３または入力軸１４を固定することで、分割部７におけるキャリヤ１２や、変速部８におけるキャリヤ１８を反力要素として機能させ、分割部７におけるサンギヤ９を入力要素として機能させることができるように構成されている。

なお、ワンウェイクラッチＦは、第１モータ２が駆動トルクを出力した場合に、反力トルクを発生させるためのものであり、したがって、摩擦式のブレーキ機構によって出力軸１３または入力軸１４の回転を規制するトルクを発生させてもよい。その場合、出力軸１３または入力軸１４を完全に固定する構成に限らず、相対回転を許容しつつ、要求される反力トルクを出力軸１３または入力軸１４に作用させるように構成してもよい。

上記のエンジン１、各モータ２，３、および各クラッチ機構ＣＬ_Lo，ＣＬ_Hiを制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）２７が設けられている。このＥＣＵ２７は、この発明の実施形態における「コントローラ」に相当するものであり、マイクロコンピュータを主体にして構成されている。図２は、ＥＣＵ２７の構成の一例を説明するためのブロック図である。図２に示す例では、ＨＶ－ＥＣＵ２８、ＭＧ－ＥＣＵ２９、エンジンＥＣＵ３０、およびクラッチＥＣＵ３１によりＥＣＵ２７が構成されている。

ＨＶ－ＥＣＵ２８は、車両Ｖｅに搭載された種々のセンサからデータが入力され、その入力されたデータと、予め記憶されているマップや演算式などとに基づいて、ＭＧ－ＥＣＵ２９、エンジンＥＣＵ３０、およびクラッチＥＣＵ３１に指令信号を出力するように構成されている。ＨＶ－ＥＣＵ２８に入力されるデータの一例を図２に示してあり、車速、アクセル開度、第１モータ(ＭＧ１)２の回転数、第２モータ(ＭＧ２)３の回転数、エンジン１の出力軸１３の回転数（エンジン回転数）、変速部８におけるリングギヤ１６またはカウンタシャフト２０の回転数である出力回転数、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loを構成するピストンなどの可動部材のストローク量、Ｈｉクラッチ機構ＣＬ_Hiを構成するピストンなどの可動部材のストローク量、第１モータ２の温度、第２モータ３の温度、蓄電装置Ｂの充電残量（以下、ＳＯＣと記す）、蓄電装置Ｂの温度、ギヤトレーン部などを潤滑するためのオイル（ＡＴＦ)の温度などのデータが、ＨＶ－ＥＣＵ２８に入力される。

そして、ＨＶ－ＥＣＵ２８に入力されたデータなどに基づいて第１モータ２の出力トルク、および第２モータ３の出力トルクを求めて、それらの求められたデータを指令信号としてＭＧ－ＥＣＵ２９に出力する。同様に、ＨＶ－ＥＣＵ２８に入力されたデータなどに基づいてエンジン１の出力トルクを求めて、その求められたデータを指令信号としてエンジンＥＣＵ３０に出力する。さらに、ＨＶ－ＥＣＵ２８に入力されたデータなどに基づいてＬｏクラッチ機構ＣＬ_LoおよびＨｉクラッチ機構ＣＬ_Hiを係合させるか解放させるかを判断して、その判断された係合状態または解放状態の指令信号をクラッチＥＣＵ３１に出力する。なお、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_LoやＨｉクラッチ機構ＣＬ_Hiが摩擦式のクラッチ機構である場合には、係合状態と解放状態との情報に加えて、伝達するべきトルク容量の情報がＨＶ－ＥＣＵ２８からクラッチＥＣＵ３１に出力される。

ＭＧ－ＥＣＵ２９は、上記のようにＨＶ－ＥＣＵ２８から入力されたデータに基づいて各モータ２，３に通電するべき電流値を求めて、各モータ２，３に指令信号を出力する。各モータ２，３は、交流モータであるから、上記の指令信号は、インバータで生成するべき電流の周波数や、コンバータで昇圧するべき電圧値などが含まれる。

エンジンＥＣＵ３０は、上記のようにＨＶ－ＥＣＵ２８から入力されたデータに基づいて電子スロットルバルブの開度を定めるための電流、点火装置で混合気を着火するための電流、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブの開度を定めるための電流、吸気バルブや排気バルブの開度を定めるための電流値などを求め、それぞれのバルブや装置に指令信号を出力する。すなわち、エンジンＥＣＵ３０は、エンジントルクを制御するための指示信号を、エンジン１の出力トルクを制御する各装置に出力する。

クラッチＥＣＵ３１は、上記のようにＨＶ－ＥＣＵ２８から入力された各クラッチ機構ＣＬ_Lo，ＣＬ_Hiの係合状態と解放状態との信号に基づいて、それらの係合状態と解放状態とを成立させるための図示しないアクチュエータの制御量を求め、その制御量となるようにアクチュエータに指令信号を出力する。なお、ＥＣＵ２７は、全ての制御を統合して行う単一のものに限らず、エンジン１、各モータ２，３、および各クラッチ機構ＣＬ_Lo，ＣＬ_Hi毎にそれぞれ設けられていてもよい。

上記の駆動装置４は、エンジン１と前輪５Ｌ，５Ｒとがトルクを伝達して走行するＨＶ走行モードと、エンジン１から駆動トルクを出力することなく、第１モータ２や第２モータ３から駆動トルクを出力して走行するＥＶ走行モードとを設定することが可能である。さらに、ＨＶ走行モードは、エンジン１から変速部８のリングギヤ１６（または出力ギヤ１９）に伝達されるトルクが相対的に大きいHV-Loモードと、そのトルクが相対的に小さいHV-Hiモードと、エンジン１のトルクを変化させずにそのまま変速部８のリングギヤ１６に伝達する直結モード（固定段モード）とを設定することができる。

またさらに、ＥＶ走行モードは、第１モータ２および第２モータ３から前輪５Ｌ，５Ｒにトルクを伝達して走行するデュアルモードと、第１モータ２からトルクを出力せずに第２モータ３のみからトルクを出力するシングルモードとを設定することが可能である。更にデュアルモードは、第１モータ２のトルクを増幅させる増幅率が比較的大きいEV-Loモードと、第１モータ２のトルクを増幅させる増幅率がEV-Loモードより小さいEV-Hiモードとを設定することが可能である。

図３ないし図６には、HV-Hiモード、HV-Loモード、直結モード、および切り離しモードを設定して駆動走行した場合における動力分割機構６の各回転要素の回転数、エンジン１、各モータ２，３のトルクの向き、および各クラッチ機構ＣＬ_Lo，ＣＬ_Hiの係合の有無を説明するための共線図を示してある。共線図は、動力分割機構６における各回転要素を示す直線をギヤ比の間隔をあけて互いに平行に引き、これらの直線に直交する基線からの距離をそれぞれの回転要素の回転数として示す図であり、それぞれの回転要素を示す直線にトルクの向きを矢印で示すとともに、その大きさを矢印の長さで示している。

図３に示すようにHV-Hiモードは、Ｈｉクラッチ機構ＣＬ_Hiを係合することによって設定され、駆動走行時には、エンジン１から駆動トルクを出力するとともに、その駆動トルクに応じた反力トルクを第１モータ２から出力する。また、図４に示すようにHV-Loモードは、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loを係合することによって設定され、駆動走行時には、エンジン１から駆動トルクを出力するとともに、その駆動トルクに応じた反力トルクを第１モータ２から出力する。

上記のようにエンジン１から駆動トルクを出力し、その駆動トルクに応じた反力トルクを第１モータ２から出力した場合にリングギヤ１６に伝達されるトルクの大きさは、HV-Hiモードを設定した場合とHV-Loモードを設定した場合とで異なる。具体的には、エンジン１の出力トルクをＴeとすると、HV-Loモードを設定した場合に、リングギヤ１６に伝達されるトルクの大きさは、（１／（１ーρ１・ρ２））Ｔeとなり、HV-Hiモードを設定した場合に、リングギヤ１６に伝達されるトルクの大きさは、（１／（１＋ρ１））Ｔeとなる。ここで、「ρ１」は分割部７のギヤ比（リングギヤ１０の歯数とサンギヤ９の歯数との比率）であり、「ρ２」は変速部８のギヤ比（リングギヤ１６の歯数とサンギヤ１５の歯数との比率）である。なお、ρ１およびρ２は、「１」よりも小さい値である。

すなわち、HV-Loモードを設定した場合の方が、HV-Hiモードを設定した場合よりも、エンジン１の駆動トルクに対するリングギヤ１６（または前輪５Ｒ，５Ｌ）に伝達されるトルクの比であるトルクの分割率（増幅率）が大きい。なお、上記第１クラッチ機構ＣＬ１が、この発明の実施形態における「第１係合機構」に相当し、第２クラッチ機構ＣＬ２が、この発明の実施形態における「第２係合機構」に相当する。

そして、上記の反力トルクよりも大きなトルクを第１モータ２から出力すると、その余剰分のトルクがエンジン回転数を低下させるように作用し、それとは反対に上記の反力トルクよりも小さなトルクを第１モータ２から出力すると、エンジントルクの一部が、エンジン回転数を増大させるように作用する。すなわち、第１モータ２のトルクを制御することによりエンジン回転数を制御することができる。言い換えると、エンジン回転数が目標回転数となるように第１モータ２のトルクが制御される。

上記のように第１モータ２から反力トルクを出力することにより、第１モータ２が発電機として機能する場合には、エンジン１の動力の一部が第１モータ２により電気エネルギーに変換される。そして、エンジン１の動力から第１モータ２により電気エネルギーに変換された動力分を除いた動力が変速部８におけるリングギヤ１６に伝達される。そして、リングギヤ１６から前輪５Ｒ，５Ｌに伝達されるトルクが、要求駆動力を出力するために前輪５Ｒ，５Ｌに伝達するべきトルクよりも小さい場合には、第２モータ３からその不足分のトルクを出力する。すなわち、第２モータ３は、要求駆動力を充足するためのアシストトルクを出力する。なお、第１モータ２により変換された電力は、第２モータ３を駆動するために第２モータ３に供給してもよく、蓄電装置ＢのＳＯＣを増加させるために蓄電装置Ｂに供給してもよい。

直結モードは、各クラッチ機構ＣＬ_Lo，ＣＬ_Hiを係合することによって設定され、図５に示すように動力分割機構６における各回転要素が同一回転数で回転する。言い換えると、エンジン１と第１モータ２と出力部材（出力ギヤ１９）とが差動回転することを制限し、エンジン１と前輪５Ｒ，５Ｌとの回転数比が一定となる。したがって、エンジン１の動力の全てが動力分割機構６から出力される。そのため、エンジン１の動力の一部が、第１モータ２や第２モータ３により電気エネルギーに変換されることがなく、電気エネルギーに変換する際に生じるジュール損などを要因とした損失を抑制でき、動力の伝達効率を向上させることができる。

切り離しモードは、各クラッチ機構ＣＬ_Lo，ＣＬ_Hiを解放することによって設定され、動力分割機構６を介したエンジン１と前輪５Ｒ，５Ｌとのトルクの伝達が遮断される。したがって、切り離しモードでは、図６に示すようにエンジン１および第１モータ２を停止させることができる。すなわち、分割部７を構成する各回転要素、および変速部８におけるサンギヤ１５が停止するとともに、リングギヤ１６が車速に応じた回転数で回転し、キャリヤ１８が、変速部８のギヤ比とリングギヤ１６の回転数とに応じた回転数で回転する。

また、上述した各走行モードを設定して制動走行する場合には、通常、第２モータ３を発電機として機能させることにより、第２モータ３で生じる制動トルクを前輪５Ｒ，５Ｌに伝達する。一方、蓄電装置ＢのＳＯＣが、予め定められた所定値まで増加している場合や蓄電装置Ｂや第２モータ３の温度が予め定められた上限温度まで増加している場合などには、蓄電装置Ｂや第２モータ３の耐久性が低下することを抑制するために第２モータ３から制動トルクを出力した制動走行を行うことができない。そのような場合には、エンジン１のフリクショントルクやポンピングロスなどによる制動トルクを前輪５Ｒ，５Ｌに伝達して、すなわち、エンジンブレーキによって制動走行する。

図７および図８には、HV-HiモードおよびHV-Loモードを設定している状態で、エンジンブレーキを前輪５Ｒ，５Ｌに作用させて制動走行した場合の動力分割機構６の各回転要素の回転数、エンジン１、各モータ２，３のトルクの向き、および各クラッチ機構ＣＬ_Lo，ＣＬ_Hiの係合の有無を説明するための共線図を示してある。

図７および図８に示すようにHV-HiモードやHV-Loモードを設定してエンジンブレーキを発生させるためには、エンジン１への燃料の供給を停止し、またスロットル開度を小さくする。そして、エンジン１の制動トルクを前輪５Ｒ，５Ｌに伝達するために、第１モータ２は、エンジン１の制動トルクに相当する大きさの反力トルクを出力する。具体的には、HV-Hiモードを設定している場合には、エンジン１と同一の回転方向の回転数が増加するように第１モータ２からトルクを出力する。すなわち、第１モータ２がエンジン１と同一方向に回転している場合には、第１モータ２をモータとして機能させて、その回転数を増加させ、エンジン１とは反対方向に回転している場合には、第１モータ２を発電機として機能させて、その回転数を減少させるようにトルクを出力する。

また、HV-Loモードを設定している場合には、第１モータ２をエンジン１とは反対方向の回転数が増加するように第１モータ２からトルクを出力する。すなわち、第１モータ２がエンジン１と同一方向に回転している場合には、第１モータ２を発電機として機能させて、その回転数を減少させ、エンジン１とは反対方向に回転している場合には、第１モータ２をモータとして機能させて、その回転数を増加させるようにトルクを出力する。

上記のエンジン１の制動トルクは、エンジン１の回転数が高回転数になるに連れて大きくなる。したがって、エンジン１の回転数が低回転数の場合には、エンジン１の制動トルクに応じた反力トルク以上のトルクを第１モータ２から出力することにより、制動トルクを前輪５Ｒ，５Ｌに伝達しつつ、エンジン回転数を高回転数に向けて吹き上げることができる。

上記のHV-HiモードとHV-Loモードとの切り替えは、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loを係合した後に、Ｈｉクラッチ機構ＣＬ_Hiを解放させることにより行うことができ、またはＨｉクラッチ機構ＣＬ_Hiを解放させた後に、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loを係合させることにより行うことができる。すなわち、直結モードと切り離しモードとのいずれかを介してHV-HiモードとHV-Loモードとの切り替えを行うことができる。

直結モードを介してHV-HiモードとHV-Loモードとの切り替えを行う場合には、直結モードを設定している時点であっても、エンジン１の制動トルクを前輪５Ｒ，５Ｌに伝達することができるのに対して、切り離しモードを介してHV-HiモードとHV-Loモードとの切り替えを行う場合には、切り離しモードを設定している時点では、エンジン１の制動トルクを前輪５Ｒ，５Ｌに伝達することができない。そのため、通常、直結モードを介してHV-HiモードとHV-Loモードとの切り替えが行われる。

HV-Hiモードから直結モードへの切り替えは、エンジン回転数が低回転数の場合には、第１モータ２をモータとして機能させてエンジン回転数を増加させ、その後、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loを係合させる。また、エンジン回転数が高回転数の場合には、第１モータ２を発電機として機能させてエンジン回転数を減少させ、その後、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loを係合させる。このように第１モータ２によってエンジン回転数を変更することによって、迅速に走行モードの切り替えが行われる。

一方、上述したように第２モータ３から制動トルクを出力できない場合にエンジンブレーキを作用させるため、蓄電装置ＢのＳＯＣが所定値まで増加していることを要因として、第２モータ３から制動トルクを出力できない場合には、第１モータ２を発電機として機能させることもできない。すなわち、第１モータ２を発電機として機能させてエンジン回転数を減少させることができない。その結果、HV-Hiモードを設定してエンジンブレーキを増加させるためにエンジン回転数を高回転数まで引き上げている状態では、第１モータ２を制御して直結モードに切り替えることができない。すなわち、第１モータ２の反力トルクを低下させてエンジン回転数が低下させることにより、直結モードに切り替えることになり、走行モードの切り替えを迅速に行うことや、あるいは走行モードの切り替えを行うことができなくなる可能性がある。

そのため、この発明の実施形態における駆動力制御装置は、エンジンブレーキによって制動走行する場合に、エンジン回転数が高回転数に増加する以前にHV-Loモードに切り替えるように構成されている。その制御の一例を説明するためのフローチャートを図９に示してある。

図９に示す制御例は、HV-Hiモードが設定され、かつ蓄電装置ＢのＳＯＣが所定値まで増加している状態で、例えばアクセルペダルが踏み戻されて駆動力源から前輪５Ｒ，５Ｌに制動トルクを作用させる要求がある場合に繰り返し実行される。図９に示す制御例では、まず、エンジンブレーキを前輪５Ｒ，５Ｌに作用させるために、エンジン回転数の吹き上げを開始する（ステップＳ１）。このステップＳ１は、HV-Hiモードを設定して駆動走行している場合には、通常、エンジン回転数が低回転数に維持され、また、第２モータ３から制動トルクを出力して制動走行している場合には、駆動走行時と同程度のエンジン回転数に維持されているためである。なお、エンジン回転数がHV-Loモードに切り替えるエンジン回転数以上の場合には、特にエンジン回転数を吹き上げることなく、このステップＳ１をスキップしてもよい。

ついで、HV-Hiモードから直結モードへの切り替えるための目標エンジン回転数の範囲を算出する。具体的には、まず、エンジン１の下限回転数Ｎｅloを算出する（ステップＳ２）。このエンジン１の下限回転数Ｎｅloは、エンジン１の回転数を増加させるとした場合に、第１モータ２がモータとして機能する回転数である。具体的には、以下の式（１）によって求めることができる。なお、式（１）におけるＮｒは、リングギヤ１６の回転数である。
Ｎｅlo＝Ｎｒ／（１＋ρ１） …（１）

続いて、エンジン１の上限回転数Ｎｅhiを算出する（ステップＳ３）。このエンジン１の上限回転数Ｎｅhiは、直結モードを設定した場合の回転数である。したがって、エンジン１の上限回転数Ｎｅhiは、以下の式（２）となる。
Ｎｅhi＝Ｎｒ …（２）

すなわち、ステップＳ２およびステップＳ３では、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loの入力回転数と出力回転数の差、つまり、キャリヤ１２とキャリヤ１８との回転数の差を所定差に低下させる場合に、第１モータ２がモータとして機能する回転数の範囲を、目標エンジン回転数の所定範囲として算出する。

そして、現時点でのエンジン回転数Ｎｅが、上限回転数Ｎｅhi未満であるか否かを判断する（ステップＳ４）。このステップＳ４は、エンジン１のクランク軸の回転数（入力軸の回転数）を検出することによって判断することができる。

エンジン回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅhi以上であることによりステップＳ４で否定的に判断された場合は、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loの入力回転数と出力回転数の差を所定差に低下させるためには、第１モータ２を発電機として機能させることになる。しかしながら、上述したように蓄電装置ＢのＳＯＣが所定値まで増加している場合には、第１モータ２を発電機として機能させることができない。そのため、このルーチンを一旦終了する。すなわち、HV-Hiモードを維持したままエンジン回転数Ｎｅを増加させるなどによってエンジンブレーキを前輪５Ｒ，５Ｌに作用させて制動走行を行う。

それとは反対に、エンジン回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅhi未満であることによりステップＳ４で肯定的に判断された場合は、エンジン回転数制御を行う（ステップＳ５）。このエンジン回転数制御は、エンジン１への燃料の供給量やスロットル開度を制御するなどによって、エンジン１で発生するトルクのみによってエンジン回転数Ｎｅを下限回転数Ｎｅloと上限回転数Ｎｅhiとの間の回転数に維持する制御である。すなわち、第１モータ２はトルクを出力しない。したがって、例えば、エンジン回転数Ｎｅが下限回転数ＮｅLo未満である場合には、エンジン１から駆動トルクを発生させることによって、エンジン回転数Ｎｅを増加させる。

ついで、エンジン回転数Ｎｅが下限回転数Ｎｅloと上限回転数Ｎｅhiとの間の回転数であるか否かを判断し（ステップＳ６）、エンジン回転数Ｎｅが下限回転数Ｎｅlo以下、または上限回転数Ｎｅhi以上であることによりステップＳ６で否定的に判断された場合には、ステップＳ４にリターンする。

それとは反対に、エンジン回転数Ｎｅが下限回転数Ｎｅloと上限回転数Ｎｅhiとの間の回転数であることによりステップＳ６で肯定的に判断された場合は、HV-HiモードからHV-Loモードへの切り替え制御を実行して（ステップＳ７）、このルーチンを一旦終了する。すなわち、第１モータ２を力行制御することによってエンジン回転数Ｎｅを引き上げて、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loの入力回転数と出力回転数との差を所定差まで低下させ、その後、Ｌｏクラッチ機構ＣＬ_Loを係合する。ついで、Ｈｉクラッチ機構ＣＬ_Hiを解放してHV-Loモードに切り替える。そのようにHV-Loモードに切り替えた後に、要求される制動力に応じたエンジンブレーキ力が発生するエンジン回転数Ｎｅとなるように、第１モータ２を制御する。

上述したようにHV-Hiモードを設定した制動走行時に、蓄電装置ＢのＳＯＣが所定値まで増加した場合であっても、HV-HiモードからHV-Loモードへの切り替えが可能となり、またはそのような走行モードの切り替えを迅速に行うことができる。その結果、再発進時や再加速時に充分な駆動力を得ることができる。

なお、この発明の実施形態におけるハイブリッド車両は、上述した構成に限らず、例えば、エンジンと駆動輪とが一方の差動機構に連結され、第１モータが他方の差動機構に連結されていてもよく、あるいは第１モータと駆動輪とが一方の差動機構に連結され、エンジンが他方の差動機構に連結されていてもよい。また、第２モータは、エンジンからトルクが伝達される駆動輪に限らず、他の駆動輪（例えば、後輪）にトルクを伝達するように連結されていてもよい。

１ エンジン
２，３ モータ
４ 駆動装置
５Ｒ，５Ｌ 前輪（駆動輪）
６ 動力分割機構
７ 分割部
８ 変速部
９，１５ サンギヤ
１０，１６，２４ リングギヤ
１２，１８ キャリヤ
１９ 出力ギヤ
２７ 電子制御装置（ＥＣＵ）
Ｂ 蓄電装置
ＣＬ_Lo，ＣＬ_Hi クラッチ機構
Ｖｅ 車両

Claims (3)

1. エンジンが連結された回転要素と、第１モータが連結された回転要素と、駆動輪が連結された回転要素とのうちの二つの回転要素である第１回転要素および第２回転要素と、第３回転要素との三つの回転要素が差動作用を行うように構成された第１差動機構と、
   前記エンジンが連結された回転要素と、前記第１モータが連結された回転要素と、前記駆動輪が連結された回転要素とのうちの他の回転要素である第４回転要素と、前記第３回転要素に連結された第５回転要素と、第６回転要素との三つの回転要素が差動作用を行うように構成された第２差動機構と、
   前記第１回転要素と前記第２回転要素とのいずれか一方の回転要素と、前記第６回転要素とを選択的に連結する第１係合機構と、
   前記第４回転要素と前記第５回転要素と前記第６回転要素とのいずれか一対の回転要素を選択的に連結する第２係合機構と、
   前記駆動輪または前記駆動輪とは異なる他の駆動輪に連結された第２モータと、
   前記第１モータおよび前記第２モータとの間で電力の授受を行う蓄電装置とを備え、
   前記第１係合機構を係合しかつ前記第２係合機構を解放することにより設定されかつ前記エンジンと前記駆動輪との間で伝達されるトルクが相対的に大きいローモードと、前記第１係合機構を解放しかつ前記第２係合機構を係合することにより設定されかつ前記エンジンと前記駆動輪との間で伝達されるトルクが相対的に小さいハイモードを設定することように構成されたハイブリッド車両の駆動力制御装置において、
   前記エンジン、前記第１モータ、前記第２モータ、前記第１係合機構、および前記第２係合機構を制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記ハイモードが設定され、かつ前記蓄電装置の充電残量が所定残量以上であって前記第２モータから出力する制動トルクが制限されて制動走行する場合に、前記第１モータを力行制御することによって前記エンジンの回転数を増加させることができる回転数の予め定められた所定範囲に前記エンジンの回転数を制御し、
   前記エンジンの回転数が前記所定範囲である状態でローモードへの切り替えを開始する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動力制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置において、
   前記ハイブリッド車両は、前記第１係合機構と前記第２係合機構とを係合することにより前記エンジンと前記駆動輪との回転数比が一定となる固定段モードを設定するように構成され、
   前記コントローラは、
   前記ハイモードから前記固定段モードを介して前記ローモードに切り替える
   ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動力制御装置。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置において、
   前記ハイモードおよび前記ローモードは、前記第１モータを力行制御して前記エンジンを連れ回すことにより、前記エンジンを連れ回すことによる制動トルクを前記駆動輪に伝達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力制御装置。

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