JP5527264B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、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、例えばプラネタリギヤとして構成される動力伝達機構によって、動力要素から駆動軸への動力伝達が制御されている。動力伝達機構は、例えば複数の回転要素に加えてクラッチやブレーキ等を有しており、これらの係合状態を変化させることで複数の動力伝達モードを実現する。

例えば特許文献１及び２では、第１サンギヤ及び第２サンギヤを含む４つの回転要素からなる動力伝達機構において、第１サンギヤ及び第２サンギヤのいずれを用いるかをクラッチによって選択し、変速比の異なる２つの動力伝達モードを実現しようとする技術が提案されている。

特開２００５−１３８８０３号公報 特開２００９−０９０８３１号公報

ハイブリッド車両の動力要素の１つである電動機は、その温度が上昇することでトルクが低下してしまうことがある。電動機のトルクが大きく低下すると、内燃機関の反力を電動機で十分にとりきることができず、駆動軸に対して適切にトルクを伝達することが困難となってしまう。よって、ハイブリッド車両の運転効率が低下してしまう。

特許文献１及び２では、上述したような電動機の温度が上昇した場合の対応について何ら言及されていない。従って、特許文献１及び２に係る技術は、電動機の温度上昇に起因して、ハイブリッド車両の運転効率を低下させてしまうおそれがあるという技術的問題点を有している。

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、ハイブリッド車両における技術的な不具合を抑制しつつ、運転効率を向上させる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、内燃機関及び電動機を含む動力要素と、前記動力要素からの動力を車軸に出力する駆動軸と、前記電動機に夫々連結された第１回転要素及び第２回転要素、前記駆動軸に連結された第３回転要素、並びに前記内燃機関に連結された第４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、前記電動機及び前記第１回転要素間の連結を切り離し及び結合可能な第１クラッチと、前記電動機及び前記第２回転要素間の連結を切り離し及び結合可能な第２クラッチとを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、前記第１クラッチを係合すると共に前記第２クラッチを解放する第１の動力伝達モード、及び前記第１クラッチを解放すると共に前記第２クラッチを係合する前記第１の動力伝達モードより変速比の小さい第２の動力伝達モードを相互に切替え可能な切替手段と、前記電動機の温度を検出する検出手段と、前記電動機の温度に基づいて、前記第１の動力伝達モード又は前記第２の動力伝達モードのいずれかを実現するように前記切替手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電動機の温度が所定の閾値以上である場合に前記第２の動力伝達モードを実現するように前記切替手段を制御し、前記電動機の温度が前記所定の閾値未満である場合に前記第１の動力伝達モードを実現するように前記切替手段を制御し、前記所定の閾値は、前記電動機の温度上昇に起因するトルク低下に応じて設定されている。

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、並びに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電動機を少なくとも備えた車両である。内燃機関及び電動機は、複数の回転要素（好適には、ギヤである）を含む動力伝達機構を介して駆動軸に連結されている。

動力伝達機構は、電動機に夫々連結された第１回転要素及び第２回転要素、駆動軸に連結された第３回転要素、並びに内燃機関に連結された第４回転要素を含んでおり、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特に、上述した動力伝達機構及び電動機間の連結を切り離し及び結合可能な、第１クラッチ及び第２クラッチが備えられている。第１クラッチ及び第２クラッチの各々は、例えばドグクラッチ等として構成され、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動力伝達機構及び電動機間の動力伝達を実現し、切り離されることによって動力伝達機構及び電動機間の動力伝達を遮断する。具体的には、第１クラッチが係合している場合には、第１回転要素を介して動力伝達機構及び電動機が連結される。第２クラッチが係合している場合には、第２回転要素を介して動力伝達機構及び電動機が連結される。

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の制御装置の動作時には、切替手段によって、第１クラッチを係合すると共に第２クラッチを解放する第１の動力伝達モードと、第１クラッチを解放すると共に第２クラッチを係合する第２の動力伝達モードが相互に切替えられる。尚、切替手段は、第１の動力伝達モード及び第２の動力伝達モード以外の動力伝達モードを実現可能とされてもよい。具体的には、切替手段は、第１クラッチ及び第２クラッチを共に係合する動力伝達モードや、第１クラッチ及び第２クラッチを共に解放する動力伝達モード等を実現可能とされてよい。

第１の動力伝達モードは、第１回転要素を介して動力伝達機構及び電動機間が連結される動力伝達モードである。一方、第２の動力伝達モードは、第２回転要素を介して動力伝達機構及び電動機間が連結される動力伝達モードである。ここで特に、第２の動力伝達モードは、第１の動力伝達モードより変速比の小さい動力伝達モードとされている。このような変速比の差は、例えば第１回転要素に対するギヤ比と、第２回転要素に対するギヤ比を互いに異ならしめることで実現することができる。

第１の動力伝達モードによれば、動力伝達機構及び電動機間で比較的大きい変速比が実現されるため、動力伝達機構や電動機における回転数が小さくなり、動力損失を低減させることができる。更には、動力循環領域を減少させることができる。一方で、第２の動力伝達モードによれば、動力伝達機構及び電動機間で比較的小さい変速比が実現されるため、電動機のトルク分担率を減少させることができる。よって、電動機に要求されるトルクを小さくすることができる。

他方で、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の動作時には、検出手段によって、電動機の温度が検出される。検出手段は、例えば電動機の温度を直接的に検出する温度センサ等であってもよいし、電動機の温度の影響を受けて温度が変化する部材の温度を検出することで、間接的に電動機の温度を検出するものであってもよい。或いは、検出手段は、ハイブリッド車両における各種パラメータを用いて電動機の温度を算出（言い換えれば、推定）するようなものであってもよい。検出手段は、例えば定期的に或いは所定のタイミングで電動機の温度を検出する。

電動機の温度が検出されると、検出された電動機に温度に基づいて、制御手段による切替手段の制御が行われる。即ち、電動機の温度に基づいて、第１の動力伝達モード又は第２の動力伝達モードのいずれかが実現される。制御手段には、例えば切替手段をどのように制御するかを決定するための閾値や数式、マップ等が予め記憶されている。尚、切替手段は、電動機の温度に加えて、他のパラメータを用いて切替手段の制御を行ってもよい。

ここで本願発明者の研究によれば、電動機の温度が上昇すると、電動機からの最大出力トルクが低下する可能性があることが判明している。即ち、高温となった電動機では、出力すべき要求トルクを出力できなくなるおそれがあることが判明している。電動機の温度上昇に起因してトルクが大きく低下すると、内燃機関の反力を電動機で十分にとりきることができず、駆動軸に対して適切にトルクを伝達することが困難となってしまう。この結果、ハイブリッド車両の運転効率が著しく低下してしまう。

しかるに本発明では、電動機の温度に基づいて、第１の動力伝達モード及び第２の動力伝達モードを選択的に実現することができる。よって、電動機の温度が比較的高い場合に第２の動力伝達モードを実現するようにすれば、電動機に対する要求トルクを小さくすることができ、高温のため出力トルクが低下している場合であっても、内燃機関の反力を十分にとることができる。また、電動機の印加電流値が小さくなるため、発熱量が低下し、更なる温度上昇を抑制することができる。一方で、電動機の温度が比較的低い場合に第１の動力伝達モードを実現するようにすれば、動力損失を抑えた効率のよい運転を実現することができる。

以上説明したように、本発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、電動機の温度変化による不具合を抑制しつつ、好適にハイブリッド車両の運転効率を高めることが可能である。

本発明のハイブリッド車両の制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記電動機の温度が所定の閾値以上である場合に前記第１の動力伝達モードを実現するように前記切替手段を制御し、前記電動機の温度が前記所定の閾値未満である場合に前記第２の動力伝達モードを実現するように前記切替手段を制御する。

この態様によれば、所定の閾値に基づいて切替手段が制御されるため、容易且つ的確に、第１の動力伝達モード又は第２の動力伝達モードを選択することができる。尚、所定の閾値は、例えば電動機の温度と出力トルクとの関係等に基づいて、理論的、実験的、或いは経験的に決定され、制御手段が有するメモリ等に予め記憶される。

本発明のハイブリッド車両の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記第１の動力伝達モード中に前記電動機の温度が第１閾値以上となった場合に前記第２の動力モードに切替えるように前記切替手段を制御し、前記第２の動力伝達モード中に前記電動機の温度が前記第１閾値より小さい第２閾値以下となった場合に前記第１のモードに切替えるように前記切替手段を制御する。

この態様によれば、第１クラッチが係合されることで第１の動力伝達モードが実現されている際に、電動機の温度が第１閾値以上となると、第１クラッチに代えて第２クラッチが係合されることで第２の動力モードが実現される。一方で、第２クラッチが係合されることで第２の動力伝達モードが実現されている際に、電動機の温度が第２閾値以下となると、第２クラッチに代えて第１クラッチが係合されることで第１の動力モードが実現される。

ここで特に、第１閾値及び第２閾値は互いに異なる値であり、第２閾値の方が第１閾値よりも小さい。このように、現在の動力伝達モードに応じて相異なる２つの閾値を用いれば、閾値付近で電動機の温度が上下した場合の頻繁な動力伝達モードの切替を防止できる。また、十分に電動機の温度が低下した状態で第１の動力伝達モードが実現されることになるため、不具合の発生率をより低くすることが可能である。

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。 エンジンの一断面構成を例示する模式図である。 クラッチの係合状態と実現される動力伝達モードとの関係を示す係合表である。 第１の動力伝達モードを示す共線図である。 第２の動力伝達モードを示す共線図である。 各動力伝達モードにおけるＭＧ１のトルク及び回転数の関係を示す対比表である。 第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置を示すブロック図である。 第１実施形態に係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。 第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置を示すブロック図である。 第２実施形態に係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。 第３実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置を示すブロック図である。 第３実施形態に係るハイブリッド車両によって実現される動力伝達モードを示す係合表である。 第３実施形態に係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における各種制御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。

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、オイルポンプ２５０、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、第１クラッチ７１０及び第２クラッチ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、オイルポンプ２５０は、ハイブリッド駆動装置１０の各部に潤滑油を供給する。オイルポンプ７０は、入力軸４００を介して伝達された動力にて駆動される。

モータジェネレータＭＧ１は、本発明に係る「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、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。

エンジン２００及びＭＧ１と駆動軸５００との間に設けられる動力分割機構３００は、本発明の「動力伝達機構」の一例であり、ステップドピニオン式のプラネタリギヤとして構成されている。動力分割機構３００は、中心部に設けられた本発明の「第１回転要素」の一例たる第１サンギヤＳ１と、本発明の「第２回転要素」の一例たる第２サンギヤＳ２と、第１サンギヤＳ１及び第２サンギヤＳ２の外周に同心円状に設けられた本発明の「第３回転要素」の一例たるリングギヤＲ１と、第１サンギヤＳ１とリングギヤＲ１との間に配置されて第１サンギヤＳ１の外周を自転しつつ公転する第１ピニオンギヤＰ１と、第２サンギヤＳ２とリングギヤＲ１との間に配置されて第２サンギヤＳ２の外周を自転しつつ公転する第２ピニオンギヤＰ２と、これら各ピニオンギヤの回転軸を軸支する本発明の「第４回転要素」の一例たるキャリアＣ１とを備えている。

ここで、第１サンギヤＳ１は、第１クラッチ７１０及びサンギヤ軸３１０を介してＭＧ１のロータＲＴ１に連結されている。また、第２サンギヤＳ２は、第２クラッチ７２０及びサンギヤ軸３１０を介してＭＧ１のロータＲＴ１に連結されている。第１クラッチ及び第２クラッチの各々は、例えばドグクラッチとして構成されており、係合及び解放されることにより動力分割機構３００及びＭＧ１間の動力伝達を制御する。具体的には、第１クラッチ７１０が係合される場合、動力分割機構３００及びＭＧ１間の動力伝達は、第１サンギヤ７１０を介して行われる。一方で、第２クラッチ７２０が係合される場合、動力分割機構３００及びＭＧ１間の動力伝達は、第２サンギヤ７２０を介して行われる。これら第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０によって実現される各動力伝達モードについては、後に詳しく説明する。

リングギヤＲ１は、駆動軸５００及び減速機構６００を介してＭＧ２のロータＲＴ２に結合されている。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の機関回転数と等価である。

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。

次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置１０によって実現される動力伝達モードについて、図４から図６を参照して具体的に説明する。ここに図４は、クラッチの係合状態と実現される動力伝達モードとの関係を示す係合表である。また図５は、第１の動力伝達モードを示す共線図であり、図６は、第２の動力伝達モードを示す共線図である。

図４及び図５において、ハイブリッド駆動装置１０における第１クラッチ７１０を係合すると共に、第２クラッチ７２０を解放することで、第１の動力伝達モード（即ち、第１サンギヤＳ１を介して動力伝達を行うモード）が実現される。第１サンギヤＳ１は、図５の横軸比率（ギヤ比に対応）から分かるように、第２サンギヤＳ２と比べて歯数が多い。このため、第１の動力伝達モードによれば、動力分割機構３００に連結されるＭＧ１の回転数が小さくなる。よって、ＭＧ１における動力損失が低減される。また、動力分割機構３００の作動回転も小さくなる。よって、動力分割機構３００における損失も低減される。第１の動力伝達モードは、ＭＧ１への負荷が比較的小さい軽負荷時に適したモードであると言える。

図４及び図６において、ハイブリッド駆動装置１０における第１クラッチ７１０を解放すると共に、第２クラッチ７２０を係合することで、第２の動力伝達モード（即ち、第２サンギヤＳ２を介して動力伝達を行うモード）が実現される。第２サンギヤＳ２は、図６の横軸比率から分かるように、第１サンギヤＳ１と比べて歯数が少ない。このため、第２の動力伝達モードによれば、動力分割機構３００に連結されるＭＧ１のトルク分担率が小さくなる。よって、ＭＧ１に対して要求されるトルクが小さくなる。また、エンジン２００の直達トルクが大きくなるため、エンジン２００に対して要求されるトルクも小さくなる。第２の動力伝達モードは、ＭＧ１への負荷が比較的大きい高負荷時に適したモードであると言える。

ここで、上述した各動力伝達モードにおけるＭＧ１のトルク及び回転数の大小関係について、図７を参照して、より詳細に説明する。ここに図７は、各動力伝達モードにおけるＭＧ１のトルク及び回転数の関係を示す対比表である。

図７において、リングギヤＲ１の歯数に対する第１サンギヤＳ１の歯数としてのギヤ比をρ１、リングギヤＲ１の歯数に対する第２サンギヤＳ２の歯数としてのギヤ比をρ２、エンジン２００のトルクをＴｅと定義する。この場合、第１の動力伝達モードにおけるＭＧ１のトルクは、ρ１／（１＋ρ１）×Ｔｅという式で表される。また、第２の動力伝達モードにおけるＭＧ２のトルクは、ρ２／（１＋ρ２）×Ｔｅという式で表される。ここで、図５及び図６にも示したように、ρ１＞ρ２であるため、第１の動力伝達モードにおけるＭＧ１のトルクの方が、第２の動力伝達モードにおけるＭＧ１のトルクより大きくなる。

更に、エンジン２００の回転数をＮｅ、リングギヤＲ１の回転数をＮｒと定義する。この場合、第１の動力伝達モードにおけるＭＧ１の回転数は、（１＋ρ１）/ρ１×Ｎｅ−１/ρ１×Ｎｒという式で表される。また、第２の動力伝達モードにおけるＭＧ１の回転数は、（１＋ρ２）/ρ２×Ｎｅ−１/ρ２×Ｎｒという式で表される。ここで、ρ１＞ρ２であるため、第１の動力伝達モードにおけるＭＧ１の回転数の方が、第２の動力伝達モードにおけるＭＧ１の回転数より小さくなる。

尚、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置１０は、上述した２つの動力伝達モード以外のモードを実現可能とされてもよい。具体的には、第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０が共に係合されるモードや、第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０が共に解放されるモードが実現可能とされてよい。

次に、上述し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について、複数の実施形態を挙げて説明する。

＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の一例であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図８を参照して説明する。ここに図８は、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成を示すブロック図である。

図８において、ＥＣＵ１００は、温度検出部１１０と、モード決定部１２０と、モード切替部１３０とを備えて構成されている。

温度検出部１１０は、本発明の「検出手段」の一例であり、ＭＧ１の温度を検出する。温度検出部１１０は、例えば定期的に或いは所定のタイミングでＭＧ１の温度を検出する。温度検出部１１０において検出されたＭＧ１の温度の値は、モード決定部１２０へと出力される。

モード決定部１２０は、本発明の「制御手段」の一例であり、温度検出部１１０において検出されたＭＧ１の温度に基づいて、実現すべき動力伝達モード（即ち、第１の動力伝達モード又は第２の動力伝達モードのいずれか）を決定し、モード切替部１３０を制御する。モード判定部１２０は、例えば実現すべき動力伝達モードを判定するための閾値や数式、マップ等を記憶している。

モード切替部１３０は、本発明の「切替手段」の一例であり、モード決定部１２０において選択された動力伝達モードを実現するように動力分割機構３００を制御する。具体的には、モード切替部１３０は、動力分割機構３００における第１クラッチ７１０、第２クラッチ７２０の係合状態を夫々制御する。これにより動力分割機構３００における動力伝達経路が切替えられ、動力伝達モードが変化することとなる。

尚、ＥＣＵ１００は、上述した各部位を含んで構成された一体の電子制御ユニットであり、上記各部位に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記部位の物理的、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、例えばこれら各部位は、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、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置による具体的な制御及びその効果について、図９を参照して説明する。ここに図９は、第１実施形態に係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。

図９において、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の初期動作時には、第１の動力伝達モードが実現されている（即ち、第１クラッチ７１０が係合され、第２クラッチ７２０が解放されている）ものとして説明する（ステップＳ１０１）。尚、初期動作時に第２の動力伝達モードが実現されている場合には、図中のステップＳ１０６から処理を開始するようにすればよい。

第１の動力伝達モードが実現されている場合には、先ず温度検出部１１０によって、ＭＧ１の温度が検出される（ステップＳ１０２）。検出されたＭＧ１の温度は、モード決定部１２０において、閾値Ｔ１以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０３）。尚、ここでの閾値Ｔ１は、本発明の「第１閾値」の一例であり、第１の動力伝達モードを第２の動力伝達モードへと切替えるか否かを判定するための閾値として予め決定され、モード決定部１２０に記憶されている。

ＭＧ１の温度が閾値Ｔ１以上でない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、第１の動力伝達モードは維持されたままとなり（ステップＳ１０４）、処理は終了する。一方で、ＭＧ１の温度が閾値Ｔ１以上である場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、モード決定部１２０は、第２の動力伝達モードを実現するようにモード切替部１３０を制御する。よって、モード切替部１３０は、第１クラッチ７１０を解放すると共に第２クラッチ７２０を係合する。この結果、第２の動力伝達モードが実現される（ステップＳ１０５）。

第２の動力伝達モードが実現された後には、再び温度検出部１１０によって、ＭＧ１の温度が検出される（ステップＳ１０６）。検出されたＭＧ１の温度は、モード決定部１２０において、閾値Ｔ２以下であるか否かが判定される（ステップＳ１０７）。尚、ここでの閾値Ｔ２は、本発明の「第２閾値」の一例であり、第２の動力伝達モードを第１の動力伝達モードへと切替えるか否かを判定するための閾値として予め決定され、モード決定部１２０に記憶されている。閾値Ｔ２は、閾値Ｔ１より低い値とされている。

ＭＧ１の温度が閾値Ｔ２以下でない場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、第２の動力伝達モードは維持されたままとなり（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０６移行の処理が繰り返される。一方で、ＭＧ１の温度が閾値Ｔ２以下である場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、モード決定部１２０は、第１の動力伝達モードを実現するようにモード切替部１３０を制御する。よって、モード切替部１３０は、第１クラッチ７１０を係合すると共に第２クラッチ７２０を解放する。この結果、第１の動力伝達モードが実現される（ステップＳ１０５）。

以上のように、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、ＭＧ１の温度が比較的高い場合に第２の動力伝達モードが実現され、ＭＧ１の温度が比較的低い場合に第１の動力伝達モードが実現される。

ここで本願発明者の研究によれば、ＭＧ１の温度が上昇すると、最大出力トルクが低下する可能性があることが判明している。即ち、高温となったＭＧ１では、出力すべき要求トルクを出力できなくなるおそれがあることが判明している。ＭＧ１の温度上昇に起因してトルクが大きく低下すると、エンジン２００の反力をＭＧ１で十分にとりきることができず、駆動軸５００に対して適切にトルクを伝達することが困難となってしまう。この結果、ハイブリッド車両１の運転効率が著しく低下してしまう。

これに対し、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、不都合を生じてしまう程にＭＧ１が高温となっている場合には、ＭＧ１に対する要求トルクを小さくできる第２の動力伝達モードが実現される。よって、ＭＧ１の出力トルクが低下している場合であっても、エンジン２００の反力を十分にとることができる。また、ＭＧ１への印加電流値が小さくなるため、発熱量が低下し、更なる温度上昇を抑制することができる。

一方で、ＭＧ１が高温でない場合には、回転数が小さくトルクの大きい第１の動力伝達モードが実現される。第１の動力伝達モードは、第２の動力伝達モードと比べて、ＭＧ１及び動力分割機構３００における動力損失が少ない。よって、ハイブリッド車両の運転効率を高めることができる。

以上説明したように、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、ＭＧ１の温度に応じて適切な動力伝達モードが実現される。従って、技術的な不具合の発生を抑制しつつ、ハイブリッド車両１の運転効率を高めることが可能である。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置について説明する。尚、第２実施形態は、上述した第１実施形態と比べて、一部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の多くの点については概ね同様である。このため、以下では第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、第１実施形態と重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

先ず、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成について、図１０を参照して説明する。ここに図１０は、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置を示すブロック図である。

図１０において、第２実施形態に係るＥＣＵ１００は、温度検出部１１０、モード決定部１２０、モード切替部１３０に加えて、勾配検出部１４０を備えて構成されている。

勾配検出部１４０は、例えば傾きセンサとして構成されており、ハイブリッド車両１が走行している道路の勾配を検出する。勾配検出部１４０において検出された勾配を示す値は、モード決定部１２０に出力される。

次に、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置による具体的な制御及びその効果について、図１１を参照して説明する。ここに図１１は、第２実施形態に係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。

図１１において、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の初期動作時には、第１の動力伝達モードが実現されているものとして説明する（ステップＳ２０１）。

第１の動力伝達モードが実現されている場合には、先ず勾配検出部１４０によって、ハイブリッド車両１が走行している道路の勾配が検出される（ステップＳ２０２）。検出された道路の勾配は、モード決定部１２０において、閾値Ｇ１以上であるか否かが判定される（ステップＳ２０３）。尚、ここでの閾値Ｇ１は、第１の動力伝達モードを第２の動力伝達モードへと切替えるか否かを判定するための閾値として予め決定され、モード決定部１２０に記憶されている。

道路の勾配が閾値Ｇ１以上でない場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、第１の動力伝達モードは維持されたままとなり（ステップＳ２０４）、処理は終了する。一方で、道路の勾配が閾値Ｇ１以上である場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、モード決定部１２０は、第２の動力伝達モードを実現するようにモード切替部１３０を制御する。よって、モード切替部１３０は、第１クラッチ７１０を解放すると共に第２クラッチ７２０を係合する。この結果、第２の動力伝達モードが実現される（ステップＳ２０５）。

第２の動力伝達モードが実現された後には、第１実施形態と同様に、温度検出部１１０によって、ＭＧ１の温度が検出される（ステップＳ２０６）。検出されたＭＧ１の温度は、モード決定部１２０において、閾値Ｔ２以下であるか否かが判定される（ステップＳ２０７）。

ＭＧ１の温度が閾値Ｔ２以下でない場合（ステップＳ２０７：ＮＯ）、第２の動力伝達モードは維持されたままとなり（ステップＳ２０８）、ステップＳ２０６移行の処理が繰り返される。一方で、ＭＧ１の温度が閾値Ｔ２以下である場合（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、モード決定部１２０は、第１の動力伝達モードを実現するようにモード切替部１３０を制御する。よって、モード切替部１３０は、第１クラッチ７１０を係合すると共に第２クラッチ７２０を解放する。この結果、第１の動力伝達モードが実現される（ステップＳ２０９）。

以上のように、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、第１の動力伝達モードから第２の動力伝達モードへの切替が、ハイブリッド車両１が走行している道路の勾配に基づいて決定される。

ここで、ハイブリッド車両１が、第１の動力伝達モードで比較的勾配の大きい道路を走行する場合、ＭＧ１からＭＧ２への電機パスが大きいことに起因して、ＭＧ１及びＭＧ２が発熱し易くなる。これに対し、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、勾配の大きい場合に第２の動力伝達モードが実現されるため、ＭＧ１及びＭＧ２の発熱を抑制することができる。具体的には、第１の動力伝達モードを第２の動力伝達モードへと切替えることにより、ＭＧ１及びＭＧ２に印加する電流値を小さくすることができる。よって、インバータ内の損失が小さくでき、発熱量を低減できる。

以上説明したように、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、道路の勾配に応じて適切な動力伝達モードが実現される。従って、技術的な不具合の発生を抑制しつつ、ハイブリッド車両１の運転効率を高めることが可能である。

尚、第１の動力伝達モードから第２の動力伝達モードへの切替には、道路の勾配という条件に加えて、第１実施形態と同様にＭＧ１の温度という条件を用いることもできる。即ち、道路の勾配が閾値Ｇ１以上でない場合であっても、ＭＧ１の温度が閾値Ｔ１以上である場合には、第１の動力伝達モードが第２の動力伝達モードへと切替えられるようにしてもよい。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置について説明する。尚、第３実施形態は、上述した第１及び第２実施形態と比べて、一部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の多くの点については概ね同様である。このため、以下では第１及び第２実施形態と異なる部分について詳細に説明し、第１及び第２実施形態と重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

先ず、第３実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成について、図１２及び図１３を参照して説明する。ここに図１２は、第３実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置を示すブロック図である。また図１３は、第３実施形態に係るハイブリッド車両によって実現される動力伝達モードを示す係合表である。

図１２において、第３実施形態に係るＥＣＵ１００は、温度検出部１１０、モード決定部１２０、モード切替部１３０に加えて、トルク検出部１５０を備えて構成されている。

トルク検出部１５０は、ＭＧ１及びＭＧ２のトルクを夫々検出可能とされている。トルク検出部１５０において検出されたトルクを示す値は、モード決定部１２０に出力される。

図１３に示すように、第３実施形態に係るモード切替部１３０は、第１の動力伝達モード及び第２の動力伝達モードに加えて、第３の動力伝達モードを実現可能とされている。モード切替部１３０は、第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０を共に係合することで第３の動力伝達モードを実現する。

次に、第３実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置による具体的な制御及びその効果について、図１４を参照して説明する。ここに図１４は、第３実施形態に係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。

図１４において、第３実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の初期動作時には、ＥＶ走行（即ち、エンジン２００が停止し、ＭＧ２からの動力によって走行している状態）が実現されていると共に、動力分割機構３００において第１の動力伝達モードが実現されているものとして説明する（ステップＳ３０１）。

ＥＶ走行時に第１の動力伝達モードが実現されている場合には、先ずトルク検出部１５０によって、ＭＧ２のトルクが検出される（ステップＳ３０２）。検出されたＭＧ２のトルクは、モード決定部１２０において、閾値Ｔ３以上であるか否かが判定される（ステップＳ３０３）。尚、ここでの閾値Ｔ３は、第１の動力伝達モードを第３の動力伝達モードへと切替えるか否かを判定するための閾値として予め決定され、モード決定部１２０に記憶されている。

ＭＧ２のトルクが閾値Ｔ３以上でない場合（ステップＳ３０３：ＮＯ）、第１の動力伝達モードは維持されたままとなり（ステップＳ３０４）、処理は終了する。一方で、ＭＧ２のトルクが閾値Ｔ３以上である場合（ステップＳ３０３：ＹＥＳ）、モード決定部１２０は、第３の動力伝達モードを実現するようにモード切替部１３０を制御する。よって、モード切替部１３０は、既に係合されている第１クラッチ７１０に加えて第２クラッチ７２０を係合する。この結果、第３の動力伝達モードが実現される（ステップＳ３０５）。

第３の動力伝達モードが実現された後には、トルク検出部１５０によって、ＭＧ１及びＭＧ２のトルクが夫々検出される（ステップＳ３０６）。検出されたＭＧ１のトルク及びＭＧ２のトルクは、モード決定部１２０において、その合計値（即ち、ＭＧ１のトルク値＋ＭＧ２のトルク値）が閾値Ｔ４以下であるか否かが判定される（ステップＳ３０７）。

ＭＧ１及びＭＧ２のトルク合計値が閾値Ｔ４以下でない場合（ステップＳ３０７：ＮＯ）、第３の動力伝達モードは維持されたままとなり（ステップＳ３０８）、ステップＳ３０６移行の処理が繰り返される。一方で、ＭＧ１及びＭＧ２のトルク合計値が閾値Ｔ４以下である場合（ステップＳ３０７：ＹＥＳ）、モード決定部１２０は、第１の動力伝達モードを実現するようにモード切替部１３０を制御する。よって、モード切替部１３０は、第２クラッチ７２０を解放する。この結果、第１の動力伝達モードが実現される（ステップＳ３０９）。

以上のように、第３実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、ＥＶ走行時における第１の動力伝達モードから第２の動力伝達モードへの切替が、ＭＧ２のトルクに基づいて決定される。また、ＥＶ走行時における第３の動力伝達モードから第１の動力伝達モードへの切替が、ＭＧ１及びＭＧ２のトルクに基づいて決定される。

ここで、第１の動力伝達モード中は、駆動に用いられるＭＧ２に負荷が集中してしまうため、高負荷時に第１の動力伝達モードを実現しようとすると、ＭＧ２の体格を大きくせざるを得ない。これに対し、第３実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、上述したように、ＭＧ２のトルクが大きくなった場合に、第３の動力伝達モードが実現される。よって、駆動トルクをＭＧ１及びＭＧ２で分担できるため、ＭＧ２に対する要求トルクを小さくすることができる。よって、ＭＧ２の体格が大きくなってしまうことを防止できる。また、同様の理由から、ＥＶ走行による駆動領域を拡大することができる。更には、動力分割機構３００における作動回転がゼロとなるため、ピニオンの回転数が上限に達することに起因するＥＶ走行領域の制限を緩和することができる。

以上説明したように、第３実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、ＭＧ１及びＭＧ２のトルクに応じて適切な動力伝達モードが実現される。従って、技術的な不具合の発生を抑制しつつ、ハイブリッド車両１の運転効率を高めることが可能である。

尚、第３実施形態はＥＶ走行時の制御に関するものであるが、ＥＶ走行時以外には第１実施形態や第２実施形態で説明したような、ＭＧ１の温度や道路の勾配に基づいた動力伝達モードの切替えが行われればよい。

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…温度検出部、１２０…モード決定部、１３０…モード切替部、１４０…勾配検出部、１５０…トルク検出部、２００…エンジン、３００…動力分割機構、Ｓ１…第１サンギヤ、Ｓ２…第２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、３１０…サンギヤ軸、４００…入力軸、５００…駆動軸、６００…減速機構、７１０…第１クラッチ、７２０…第２クラッチ。

Claims (2)

1. 内燃機関及び電動機を含む動力要素と、
   前記動力要素からの動力を車軸に出力する駆動軸と、
   前記電動機に夫々連結された第１回転要素及び第２回転要素、前記駆動軸に連結された第３回転要素、並びに前記内燃機関に連結された第４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、
   前記電動機及び前記第１回転要素間の連結を切り離し及び結合可能な第１クラッチと、
   前記電動機及び前記第２回転要素間の連結を切り離し及び結合可能な第２クラッチと
   を備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記第１クラッチを係合すると共に前記第２クラッチを解放する第１の動力伝達モード、及び前記第１クラッチを解放すると共に前記第２クラッチを係合する前記第１の動力伝達モードより変速比の小さい第２の動力伝達モードを相互に切替え可能な切替手段と、
   前記電動機の温度を検出する検出手段と、
   前記電動機の温度に基づいて、前記第１の動力伝達モード又は前記第２の動力伝達モードのいずれかを実現するように前記切替手段を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記電動機の温度が所定の閾値以上である場合に前記第２の動力伝達モードを実現するように前記切替手段を制御し、前記電動機の温度が前記所定の閾値未満である場合に前記第１の動力伝達モードを実現するように前記切替手段を制御し、
   前記所定の閾値は、前記電動機の温度上昇に起因するトルク低下に応じて設定されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記第１の動力伝達モード中に前記電動機の温度が第１閾値以上となった場合に前記第２の動力モードに切替えるように前記切替手段を制御し、前記第２の動力伝達モード中に前記電動機の温度が前記第１閾値より小さい第２閾値以下となった場合に前記第１のモードに切替えるように前記切替手段を制御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。

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