JP5900062B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

従来、回転電機の回転を変速する変速機構を有する車両の技術が公知である。例えば、特許文献１には、ブレーキとワンウェイクラッチとにより、必要に応じてモータを直接サンギヤに連結したり、減速比をもってサンギヤに連結したり、連結の解除を行う動力出力装置およびこれを搭載する自動車の技術が開示されている。

特開２００５−８１９２９号公報

ここで、ハイブリッド車両において、走行中に回転電機によってエンジンを始動する場合に、広い速度範囲でエンジンを始動できることが望まれている。例えば、走行速度に応じて回転電機が高回転となることを抑制しつつエンジンを始動できることが好ましい。

本発明の目的は、広い速度範囲で回転電機によってエンジンを始動できるハイブリッド車両の制御装置を提供することである。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、第一回転電機と、第二回転電機と、前記エンジンに接続された回転要素と、前記第一回転電機に接続された回転要素とを有する差動機構と、前記差動機構の差動を規制するクラッチと、前記差動機構の回転要素の回転を規制するブレーキとを有し、前記差動機構を変速させる切替機構とを備え、前記クラッチおよび前記ブレーキを開放し、かつ前記第二回転電機を動力源として走行するＥＶ走行モードで走行中、当該ＥＶ走行モードから前記第一回転電機によって前記エンジンを始動する始動制御として、前記クラッチを係合し、かつ前記ブレーキを開放して前記差動機構の差動を規制した状態で前記エンジンを始動する第一始動制御と、前記クラッチを開放し、かつ前記ブレーキを係合して前記差動機構の差動を許容した状態で前記エンジンを始動する第二始動制御とを備えることを特徴とする。

上記ハイブリッド車両の制御装置において、前記エンジンを始動するときの前記第一回転電機の回転数の変化量に基づいて前記第一始動制御あるいは前記第二始動制御を選択することが好ましい。

上記ハイブリッド車両の制御装置において、前記差動機構は、差動が許容された状態で、前記第一回転電機の回転を増速して出力することが好ましい。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、第一回転電機と、第二回転電機と、前記エンジンに接続された回転要素と、前記第一回転電機に接続された回転要素とを有する差動機構と、前記差動機構の差動を規制するクラッチと、前記差動機構の回転要素の回転を規制するブレーキとを有し、前記差動機構を変速させる切替機構とを備え、前記クラッチおよび前記ブレーキを開放し、かつ前記第二回転電機を動力源として走行するＥＶ走行モードで走行中、当該ＥＶ走行モードから前記第一回転電機によって前記エンジンを始動する始動制御として、前記クラッチを係合し、かつ前記ブレーキを開放して前記差動機構の差動を規制した状態で前記エンジンを始動する第一始動制御と、前記クラッチを開放し、かつ前記ブレーキを係合して前記差動機構の差動を許容した状態で前記エンジンを始動する第二始動制御とを備える。本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、広い速度範囲で回転電機によってエンジンを始動できるという効果を奏する。

図１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２は、第１実施形態に係る車両のスケルトン図である。 図３は、軸配置の一例を示す図である。 図４は、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の入出力関係図である。 図５は、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の係合表を示す図である。 図６は、１ＭＧモードに係る共線図である。 図７は、ＨＶモードＨｉに係る共線図である。 図８は、ＨＶモードＬｏに係る共線図である。 図９は、ＭＧ１ロックに係る共線図である。 図１０は、第一始動制御に係る共線図である。 図１１は、第二始動制御に係る共線図である。 図１２は、第１実施形態のエンジン始動制御に係るタイムチャートである。 図１３は、第２実施形態に係る車両のスケルトン図である。 図１４は、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の係合表を示す図である。 図１５は、第２実施形態の１ＭＧモードに係る共線図である。 図１６は、第２実施形態のＨＶモードＨｉに係る共線図である。 図１７は、第２実施形態のＨＶモードＬｏに係る共線図である。 図１８は、第２実施形態のＭＧ１ロックに係る共線図である。

以下に、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第１実施形態］
図１から図１２を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。図１は、本発明の第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、図２は、第１実施形態に係る車両のスケルトン図、図３は、軸配置の一例を示す図、図４は、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の入出力関係図、図５は、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の係合表を示す図である。

図２に示す車両１００は、ハイブリッド車両であり、エンジン１、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２、第一遊星歯車機構１０、第二遊星歯車機構２０、クラッチＣＬおよびブレーキＢＫを含んで構成されている。また、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置１−１は、エンジン１、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２、第一遊星歯車機構１０、クラッチＣＬおよびブレーキＢＫを含んで構成されている。なお、ハイブリッド車両の制御装置１−１は、更にＥＣＵ５０を含んで構成されてもよい。本実施形態では、第一遊星歯車機構１０が差動機構に対応している。

エンジン１は、燃料の燃焼エネルギーを回転軸１ａの回転運動に変換して出力する。エンジン１の回転軸１ａは、第二遊星歯車機構２０の第二キャリア２４と接続されている。エンジン１の回転軸１ａと同軸上には、エンジン１側から順に、第二遊星歯車機構２０、第一遊星歯車機構１０、第一回転電機ＭＧ１、クラッチＣＬ、ブレーキＢＫが配置されている。

第一遊星歯車機構１０は、エンジン１に接続された回転要素と、第一回転電機ＭＧ１に接続された回転要素と、ブレーキＢＫに接続された回転要素とを有する差動機構である。第一遊星歯車機構１０は、第一回転電機ＭＧ１の回転を変速して出力するＭＧ１変速プラネタリとしての機能を有する。

第一遊星歯車機構１０は、シングルピニオン式であり、第一サンギア１１、第一ピニオンギア１２、第一リングギア１３および第一キャリア１４を有する。第一リングギア１３は、第一サンギア１１と同軸上であってかつ第一サンギア１１の径方向外側に配置されている。第一ピニオンギア１２は、第一サンギア１１と第一リングギア１３との間に配置されており、第一サンギア１１および第一リングギア１３とそれぞれ噛み合っている。第一ピニオンギア１２は、第一キャリア１４によって回転自在に支持されている。

第一キャリア１４は、第一回転電機ＭＧ１の回転軸２５と接続されている。回転軸２５は、エンジン１の回転軸１ａと同軸上に回転自在に支持されている。従って、第一ピニオンギア１２は、第一キャリア１４と共に回転軸１ａの中心軸線周りに回転（公転）可能であり、かつ第一キャリア１４によって支持されて第一ピニオンギア１２の中心軸線周りに回転（自転）可能である。本実施形態では、第一キャリア１４が第一回転電機ＭＧ１に接続された回転要素に対応している。

第二遊星歯車機構２０は、エンジン１の動力を出力側と第一回転電機ＭＧ１側とに分割する動力分割プラネタリとしての機能を有している。

第二遊星歯車機構２０は、第一遊星歯車機構１０に隣接して配置されており、第一遊星歯車機構１０と軸方向において互いに対向している。第二遊星歯車機構２０は、シングルピニオン式であり、第二サンギア２１、第二ピニオンギア２２、第二リングギア２３および第二キャリア２４を有する。第二リングギア２３は、第二サンギア２１と同軸上であってかつ第二サンギア２１の径方向外側に配置されている。第二ピニオンギア２２は、第二サンギア２１と第二リングギア２３との間に配置されており、第二サンギア２１および第二リングギア２３とそれぞれ噛み合っている。第二ピニオンギア２２は、第二キャリア２４によって回転自在に支持されている。

第二キャリア２４は、エンジン１の回転軸１ａと接続されており、回転軸１ａと一体回転する。従って、第二ピニオンギア２２は、第二キャリア２４と共に回転軸１ａの中心軸線周りに回転（公転）可能であり、かつ第二キャリア２４によって支持されて第二ピニオンギア２２の中心軸線周りに回転（自転）可能である。

第二サンギア２１は、第一リングギア１３と接続されている。つまり、第一リングギア１３は、第二サンギア２１、第二ピニオンギア２２および第二キャリア２４を介してエンジン１の回転軸１ａと接続されており、エンジン１に接続された回転要素に対応している。第一リングギア１３は、第一遊星歯車機構１０に入力されたＭＧ１トルクを出力する出力回転要素である。

第一回転電機ＭＧ１の回転軸２５は、係合部２６を有する。係合部２６は、回転軸２５におけるエンジン１側と反対側の端部に配置されている。係合部２６は、径方向外側に向けて突出する円板形状をなしている。第一回転電機ＭＧ１の回転軸２５は、中空であり、その内部に第一サンギア１１の回転軸が挿入されている。第一サンギア１１の回転軸は、係合部２７を有する。係合部２７は、第一サンギア１１の回転軸におけるエンジン１側と反対側の端部に配置されている。係合部２７は、径方向外側に向けて突出する円板形状をなしている。係合部２７は、係合部２６よりもエンジン側と反対側に位置している。

本実施形態では、第一遊星歯車機構１０を変速させる切替機構は、クラッチＣＬとブレーキＢＫとを含んで構成されている。

クラッチＣＬは、第一遊星歯車機構１０の差動を規制することができる。本実施形態のクラッチＣＬは、係合部２６に連結された第一キャリア側係合要素と、係合部２７に連結された第一サンギア側係合要素とを有する。クラッチＣＬは、第一キャリア側係合要素と第一サンギア側係合要素とが係合することにより、第一キャリア１４と第一サンギア１１とを接続し第一遊星歯車機構１０の差動を規制することができる。クラッチＣＬは、例えば、噛合い式や摩擦係合式のクラッチ装置とすることができる。なお、クラッチＣＬは、第一キャリア１４と第一サンギア１１とを接続するものには限定されない。クラッチＣＬは、第一サンギア１１、第一キャリア１４、第一リングギア１３の３つの回転要素のうち、いずれか２つ以上を接続して第一遊星歯車機構１０の差動を規制するものであればよい。

ブレーキＢＫは、第一遊星歯車機構１０の回転要素の回転を規制することができる。本実施形態のブレーキＢＫは、第一サンギア１１の回転を規制する。具体的には、ブレーキＢＫは、係合部２７に連結された回転要素側係合要素と、車体側に固定された車体側係合要素とを有する。ブレーキＢＫは、回転要素側係合要素と車体側係合要素とが係合することにより、第一サンギア１１の回転を規制する。ブレーキＢＫは、例えば、噛合い式や摩擦係合式のクラッチ装置とすることができる。なお、ブレーキＢＫは、第一サンギア１１の回転を規制するものには限定されない。ブレーキＢＫは、第一サンギア１１、第一キャリア１４、第一リングギア１３の３つの回転要素のうち、少なくとも一つの回転を規制するものであればよい。

クラッチＣＬおよびブレーキＢＫを噛合い式のクラッチ、例えばドグ歯噛合い式とした場合、湿式摩擦材のクラッチと比較して、非係合時の引き摺り損失が小さく、高効率化が可能である。噛合い式クラッチのアクチュエータは、電磁式を用いることができる。この場合、油圧回路が不要となり、Ｔ／Ａの簡略化、軽量化が可能となる。

第二リングギア２３の外周には、カウンタドライブギア１５が配置されている。カウンタドライブギア１５は、第二遊星歯車機構２０の出力軸に配置された出力ギアであり、動力源の動力を駆動輪３９に向けて出力する。

カウンタドライブギア１５は、カウンタドリブンギア３１と噛み合っている。また、カウンタドリブンギア３１には、リダクションギア３５が噛み合っている。リダクションギア３５は、第二回転電機ＭＧ２の回転軸３４に配置されたギアである。リダクションギア３５は、カウンタドリブンギア３１よりも小径であり、第二回転電機ＭＧ２の回転を減速してカウンタドリブンギア３１に伝達する。カウンタドリブンギア３１は、カウンタシャフト３２を介してドライブピニオンギア３３と接続されている。カウンタドリブンギア３１とドライブピニオンギア３３とは一体回転する。

ドライブピニオンギア３３は、デファレンシャル装置３６のデフリングギア３７と噛み合っている。デファレンシャル装置３６は、左右の駆動軸３８を介して駆動輪３９と接続されている。

第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２は、それぞれモータ（電動機）としての機能と、発電機としての機能とを備えている。第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２は、インバータを介してバッテリと接続されている。第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２は、バッテリから供給される電力を機械的な動力に変換して出力することができると共に、入力される動力によって駆動されて機械的な動力を電力に変換することができる。回転電機ＭＧ１，ＭＧ２によって発電された電力は、バッテリに蓄電可能である。第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２としては、例えば、交流同期型のモータジェネレータを用いることができる。

本実施形態に係る車両１００では、図３に示すように各軸Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４が配置されている。第二回転電機ＭＧ２の中心軸線であるＭＧ２軸Ｘ３は、最も上側に配置されている。また、デファレンシャル装置３６の中心軸線であるデフ軸Ｘ４は、最も下側に配置されている。エンジン１および第一回転電機ＭＧ１の中心軸線であるエンジン・ＭＧ１軸Ｘ１は、最も前側に配置されている。また、カウンタシャフト３２の中心軸線であるカウンタ軸Ｘ２は、軸方向視において各軸Ｘ１，Ｘ３，Ｘ４を頂点とする三角形の内部に配置されている。

図２に戻り、車両１００は、ＥＣＵ５０を備える。ＥＣＵ５０は、コンピュータを有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ５０は、車両１００の各部を制御する制御装置としての機能を有する。ＥＣＵ５０は、エンジン１、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２、クラッチＣＬおよびブレーキＢＫと接続されており、エンジン１、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２、クラッチＣＬおよびブレーキＢＫを制御することができる。

例えば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の燃料噴射制御や点火制御、電子スロットル制御等によってエンジン１のトルクや回転数を制御することができる。また、ＥＣＵ５０は、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２の回転数やトルクを制御することができる。また、ＥＣＵ５０は、図示しない油圧制御装置からクラッチＣＬおよびブレーキＢＫに対する供給油圧を制御することによってクラッチＣＬおよびブレーキＢＫの係合／開放状態を制御することができる。

図４に示すように、本実施形態に係るＥＣＵ５０は、ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａと、ＭＧ＿ＥＣＵ５０Ｂと、エンジンＥＣＵ５０Ｃとを有する。ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａは、ハイブリッドシステムを統合制御する制御装置としての機能を有している。ＭＧ＿ＥＣＵ５０Ｂは、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２を制御する制御装置としての機能を有している。エンジンＥＣＵ５０Ｃは、エンジン１を制御する制御装置としての機能を有している。

ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａには、車速を示す信号、アクセル開度を示す信号、バッテリの充電状態ＳＯＣを示す信号がそれぞれ入力される。また、ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａには、ＭＧ１回転数センサ、ＭＧ２回転数センサ、出力軸回転数センサがそれぞれ接続されている。ＭＧ１回転数センサは、第一回転電機ＭＧ１の回転数であるＭＧ１回転数を検出し、ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａに対してその検出結果を示す信号を出力する。ＭＧ２回転数センサは、第二回転電機ＭＧ２の回転数であるＭＧ２回転数を検出し、ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａに対してその検出結果を示す信号を出力する。出力軸回転数センサは、ハイブリッドシステムの出力軸の回転数、例えば第二リングギア２３の回転数を検出し、ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａに対してその検出結果を示す信号を出力する。

ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａは、取得した情報に基づいて、ハイブリッドシステムを制御する。ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａは、例えば、取得した情報に基づいて要求駆動力や要求パワーを算出することができる。また、ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａは、取得した情報に基づいて走行モードを決定することができる。また、ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａは、取得した情報に基づいて、エンジン１、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２、ブレーキＢＫおよびクラッチＣＬのそれぞれに対する指令値を決定することができる。

例えば、ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａは、第一回転電機ＭＧ１に対するトルク指令であるＭＧ１トルク指令および第二回転電機ＭＧ２に対するトルク指令であるＭＧ２トルク指令を決定し、これらのトルク指令をＭＧ＿ＥＣＵ５０Ｂに対して出力する。ＭＧ＿ＥＣＵ５０Ｂは、各トルク指令に基づいて第一回転電機ＭＧ１に対する供給電流および第二回転電機ＭＧ２に対する供給電流をそれぞれ制御する。

また、ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａは、エンジン１に対するトルク指令であるエンジントルク指令を決定し、エンジントルク指令をエンジンＥＣＵ５０Ｃに対して出力する。エンジンＥＣＵ５０Ｃは、エンジントルク指令に基づいて電子スロットル弁の開度や点火タイミング等を制御する。

また、ＨＶ＿ＥＣＵ５０Ａは、クラッチＣＬに対する指令値（例えば、供給油圧の指令値）ＰｂＣ１やブレーキＢＫに対する指令値（例えば、供給油圧の指令値）ＰｂＢ１をアクチュエータ（例えば、油圧制御装置）に対して出力する。

図５に示すように、車両１００は、１つのＥＶ走行モードと、３つのＨＶ走行モードとを有する。車両１００は、ＥＶ走行モードとして、１ＭＧモードを有する。１ＭＧモードは、第二回転電機ＭＧ２を動力源として車両１００を走行させる走行モードである。図６は、１ＭＧモードに係る共線図である。共線図において、Ｓ１軸は第一サンギア１１の回転数、Ｃ１軸は第一キャリア１４の回転数、Ｒ１軸は第一リングギア１３の回転数をそれぞれ示す。また、Ｓ２軸は第二サンギア２１の回転数、Ｃ２軸は第二キャリア２４の回転数、Ｒ２軸は第二リングギア２３の回転数をそれぞれ示す。また、ＰＬ１は第一遊星歯車機構１０、ＰＬ２は第二遊星歯車機構２０を示す。

図５に示すように、１ＭＧモードでは、ブレーキＢＫおよびクラッチＣＬがともに開放される。１ＭＧモードでは、第二回転電機ＭＧ２の動力が駆動輪３９に伝達されて車両１００が走行する。１ＭＧモードでは、エンジン１の運転を停止して走行することができる。出力軸の第二リングギア２３は、第二回転電機ＭＧ２の回転と連動して回転する。１ＭＧモードでは、エンジン１や第一回転電機ＭＧ１は、例えば回転を停止し、もしくは引き摺られて低速で回転する。

従って、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置１−１によれば、ブレーキＢＫおよびクラッチＣＬを開放して第一遊星歯車機構１０をニュートラルとすることにより、エンジン回転数およびＭＧ１回転数を略０とすることができる。よって、エンジン１や第一回転電機ＭＧ１を切り離すための専用のクラッチが不要となる。

図７は、ＨＶモードＨｉに係る共線図である。図５に示すように、ＨＶモードＨｉでは、ブレーキＢＫが開放され、クラッチＣＬが係合される。クラッチＣＬが係合されることにより、第一遊星歯車機構１０の差動が規制され、第一サンギア１１、第一キャリア１４および第一リングギア１３が一体回転する。従って、第一回転電機ＭＧ１は、エンジン１の反力受けとして機能することができる。第一回転電機ＭＧ１が出力するＭＧ１トルクは、第一リングギア１３から第二サンギア２１に伝達され、エンジントルクに対する反力トルクとして作用する。これにより、エンジントルクが第二リングギア２３から出力されて駆動輪３９に伝達される。ＨＶモードＨｉでは、第一回転電機ＭＧ１の回転が増速も減速もされずに等速で第二サンギア２１に伝達される。ＨＶモードＨｉは、エンジン回転を増速して第二リングギア２３から出力する場合、例えば高車速走行時に実行される。あるいは、ＨＶモードＨｉは、第一回転電機ＭＧ１の回転数を増速しない方が効率等の点で有利な場合に選択されてもよい。

図８は、ＨＶモードＬｏに係る共線図である。図５に示すように、ＨＶモードＬｏでは、ブレーキＢＫが係合され、クラッチＣＬが開放される。ブレーキＢＫが係合されることにより、第一サンギア１１の回転が規制される。第一サンギア１１は、ＭＧ１トルクに対する反力受けとして機能し、ＭＧ１トルクを第一リングギア１３から第二サンギア２１に伝達させることができる。これにより、第一回転電機ＭＧ１は、エンジン１に対する反力受けとして機能し、エンジントルクを第二リングギア２３から駆動輪３９に対して出力させることができる。第一遊星歯車機構１０は、ＨＶモードＬｏでは、第一回転電機ＭＧ１の回転を増速して第一リングギア１３から第二サンギア２１に伝達することができる。つまり、第一遊星歯車機構１０は、差動が許容された状態で、第一回転電機ＭＧ１の回転を増速して出力する。ＨＶモードＬｏは、エンジン回転数を減速して第二リングギア２３から出力する場合、例えば低車速走行時に実行される。あるいは、ＨＶモードＬｏは、第一回転電機ＭＧ１の回転数を増速した方が効率等の点で有利な場合に選択されてもよい。

図９は、ＭＧ１ロックに係る共線図である。図５に示すように、ＭＧ１ロックでは、ブレーキＢＫおよびクラッチＣＬが共に係合される。ブレーキＢＫが係合することにより第一サンギア１１の回転が規制され、クラッチＣＬが係合することにより第一遊星歯車機構１０の差動が規制される。従って、ＭＧ１ロックのモードでは、第一遊星歯車機構１０の全ての回転要素の回転が規制される。また、第一リングギア１３と接続された第二サンギア２１の回転も規制される。よって、第二サンギア２１は、エンジン１の反力受けとして機能し、エンジントルクを第二リングギア２３から駆動輪３９に対して出力させることができる。ＭＧ１ロックのモードでは、第二回転電機ＭＧ２にアシストトルクを出力させることも、減速時に回生発電を行わせることも、エンジントルクによって発電を行わせることも可能である。

ＭＧ１ロックのモードは、例えば、車両１００の高車速走行時に実行される。ＭＧ１ロックのモードでは、第一回転電機ＭＧ１の回転がロックされるため、第一回転電機ＭＧ１の引き摺り損失による効率低下が抑制される。また、機械的に第一遊星歯車機構１０の回転をロックすることにより、第一回転電機ＭＧ１のトルクによる反力受けが不要となり、高車速巡航時等における動力循環の発生が抑制される。また、ＭＧ１ロックのモードは、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を含む電気系統の不調時等に実行されてもよい。ＭＧ１ロックのモードでは、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２のいずれのトルクも必要とせずにエンジントルクによって車両１００を走行させることができる。従って、電気系統の不調時等であっても、車両１００を走行させることが可能となる。

ＥＶ走行モードからＨＶ走行モードに移行する場合、ＥＣＵ５０は、エンジン１を始動する。本実施形態のハイブリッド車両の制御装置１−１は、ＥＶ走行モードから第一回転電機ＭＧ１によってエンジン１を始動する始動制御として、第一始動制御および第二始動制御を備える。

第一始動制御は、第一遊星歯車機構１０の差動を規制した状態でエンジン１を始動する始動制御である。一方、第二始動制御は、第一遊星歯車機構１０の差動を許容した状態でエンジン１を始動する始動制御である。第一始動制御および第二始動制御を適宜選択してエンジン始動を行うことにより、広い速度範囲でエンジン１を第一回転電機ＭＧ１によって始動することが可能となる。また、適切に始動制御を選択することによって、エンジン始動時におけるイナーシャ等による損失を低減することが可能となる。

図１０は、第一始動制御に係る共線図である。第一始動制御では、ブレーキＢＫが開放され、かつクラッチＣＬが係合される。クラッチＣＬが係合することにより、第一遊星歯車機構１０の差動が規制される。第一回転電機ＭＧ１は、正トルクを出力してエンジン回転数を上昇させる。ここで、正トルクは、車両１００の前進時の第二リングギア２３の回転方向のトルクである。ＭＧ１トルクは、第一リングギア１３から第二サンギア２１を介して第二キャリア２４に伝達され、エンジン回転数を上昇させることができる。ＥＣＵ５０は、エンジン回転数が予め定められた回転数Ｎ３まで上昇すると、ファイアリングを行い、エンジン１を自立運転させる。

ＥＣＵ５０は、第一始動制御を実行する場合、ＭＧ１回転数を第一リングギア１３の回転数Ｎ１に同期させてからクラッチＣＬを係合することができる。１ＭＧモードで走行中は、図６に示すように、第一リングギア１３および第二サンギア２１は負回転している。このときに、ＭＧ１回転数を第一リングギア１３の回転数Ｎ１に同期させてクラッチＣＬを係合すると、図１０に実線で示す回転状態となる。第一回転電機ＭＧ１は、正トルクを出力して、図１０に破線で示すように、回転数Ｎ３までエンジン回転数を上昇させる。このときのエンジン回転数Ｎ３は、ファイアリングによりエンジン１が自立運転を開始できる回転数として予め定められた回転数である。ＥＣＵ５０は、図１０に破線で示す状態からファイアリングを行い、エンジン１を始動する。ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動が完了すると、３つのＨＶモードのいずれかのモードで車両１００を走行させる。

なお、ＥＣＵ５０は、ＭＧ１回転数を第一リングギア１３の回転数Ｎ１に同期させることなく、クラッチＣＬを係合することも可能である。この場合、クラッチＣＬを半係合状態とすることによりＭＧ１回転数を第一リングギア１３の回転数Ｎ１まで連続的に変化させることができる。

図１１は、第二始動制御に係る共線図である。第二始動制御では、ブレーキＢＫが係合され、かつクラッチＣＬが開放される。ブレーキＢＫが係合することにより、第一サンギア１１の回転が規制される。従って、第一サンギア１１は、ＭＧ１トルクに対する反力受けとして機能し、ＭＧ１トルクを第一リングギア１３から第二サンギア２１を介して第二キャリア２４に伝達することができる。第一回転電機ＭＧ１は、正トルクを出力し、エンジン回転数を上昇させることができる。

ＥＣＵ５０は、第二始動制御を実行する場合、ＭＧ１回転数を予め調節してからブレーキＢＫを係合するようにしてもよい。１ＭＧモードで走行中にブレーキＢＫを係合すると、ＭＧ１回転数は、図１１に示す回転数Ｎ４となる。このときのＭＧ１回転数Ｎ４は、第一リングギア１３の回転数Ｎ１と、第一サンギア１１の回転数（０）と、第一遊星歯車機構１０のギア比とで決まる。ＥＣＵ５０は、ＭＧ１回転数をブレーキＢＫを係合した場合の回転数Ｎ４に予め調節してからブレーキＢＫを係合させることができる。第一回転電機ＭＧ１は、正トルクを出力して、図１１に破線で示すように回転数Ｎ３までエンジン回転数を上昇させる。このときのエンジン回転数Ｎ３は、ファイアリングによりエンジン１が自立運転を開始できる回転数として予め定められた回転数である。ＥＣＵ５０は、図１１に破線で示す状態からファイアリングを行い、エンジン１を始動する。ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動が完了すると、３つのＨＶモードのいずれかのモードで車両１００を走行させる。

なお、ＥＣＵ５０は、ＭＧ１回転数をブレーキＢＫ係合後の回転数Ｎ４に調節することなく、ブレーキＢＫを係合することも可能である。この場合、ブレーキＢＫを半係合状態とすることにより、ブレーキＢＫが完全係合したときの回転数Ｎ４までＭＧ１回転数を変化させることができる。

図１および図１２を参照して、ハイブリッド車両の制御装置１−１のエンジン始動制御について説明する。図１２は、本実施形態のエンジン始動制御に係るタイムチャートである。図１２には、エンジン回転数、ＭＧ１トルク、ＭＧ１回転数、ＭＧ２トルクおよびＭＧ２回転数の推移が示されている。図１に示す制御フローは、例えば、車両１００の走行中、一例として１ＭＧモードによる走行中に実行される。

まず、ステップＳ１では、ＥＣＵ５０により、エンジン１が停止中であるか否かが判定される。その判定の結果、エンジン停止中であると判定された場合（ステップＳ１−Ｙ）にはステップＳ２に進み、そうでない場合（ステップＳ１−Ｎ）には本制御フローは終了する。

ステップＳ２では、ＥＣＵ５０により、エンジン始動要求があるか否かが判定される。ＥＣＵ５０は、例えば、車速や要求駆動力、バッテリの充電状態等の車両１００の走行状況に基づいてステップＳ２の判定を行うことができる。ステップＳ２の判定の結果、エンジン始動要求があると判定された場合（ステップＳ２−Ｙ）にはステップＳ３に進み、そうでない場合（ステップＳ２−Ｎ）には本制御フローは終了する。図１２では、時刻ｔ１にエンジン始動要求がなされる。

ステップＳ３では、ＥＣＵ５０により、車速情報が取得される。ステップＳ３が実行されると、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、ＥＣＵ５０により、車速が閾値以上であるか否かが判定される。ＥＣＵ５０は、ステップＳ３で取得した車速と閾値とを比較してステップＳ４の判定を行う。この閾値は、第一始動制御あるいは第二始動制御のいずれの始動制御を実施するかを判定する閾値である。閾値は、例えば、以下に説明するように定められている。

閾値は、例えば、エンジン１を始動するときのＭＧ１回転数の変化量が小さい方の始動制御を選択することができるように定められる。第一始動制御（図１０参照）の場合、エンジン始動に係るＭＧ１回転数の変化量ΔＮ１は、例えば、１ＭＧモードにおけるＭＧ１回転数（一例として、０）から第一リングギア１３の回転数Ｎ１までの回転数の変化量ΔＮａ、第一リングギア１３の回転数Ｎ１からエンジン１のファイアリングを開始するときの回転数Ｎ２までの回転数の変化量ΔＮｂ、あるいは１ＭＧモードにおけるＭＧ１回転数からファイアリングを開始するときの回転数Ｎ２までの回転数の変化量ΔＮｃの少なくともいずれか１つを含むことができる。本実施形態では、第一始動制御のＭＧ１回転数の変化量ΔＮ１は、上記回転数の変化量ΔＮａと回転数の変化量ΔＮｂとの和であるものとする。

第二始動制御（図１１参照）の場合、エンジン始動に係るＭＧ１回転数の変化量ΔＮ２は、例えば、１ＭＧモードにおけるＭＧ１回転数からブレーキＢＫ係合後の回転数Ｎ４までの回転数の変化量ΔＮｄ、ブレーキＢＫ係合後の回転数Ｎ４からエンジン１のファイアリングを開始するときの回転数Ｎ５までの回転数の変化量ΔＮｅ、あるいは１ＭＧモードにおけるＭＧ１回転数からファイアリングを開始するときの回転数Ｎ５までの回転数の変化量ΔＮｆの少なくともいずれか１つを含むことができる。本実施形態では、第二始動制御のＭＧ１回転数の変化量ΔＮ２は、上記回転数の変化量ΔＮｄと回転数の変化量ΔＮｅとの和であるものとする。

第一始動制御のＭＧ１回転数の変化量ΔＮ１、および第二始動制御のＭＧ１回転数の変化量ΔＮ２は、それぞれ車速に応じて変化する。つまり、第一始動制御のＭＧ１回転数の変化量ΔＮ１あるいは第二始動制御のＭＧ１回転数の変化量ΔＮ２のいずれが小さくなるかは、車速に応じて決まる。

低車速で走行している場合、第一始動制御のＭＧ１回転数の変化量ΔＮ１の方が小さくなる可能性が高いと考えられ、高車速で走行している場合、第二始動制御のＭＧ１回転数の変化量ΔＮ２の方が小さくなる可能性が高いと考えられる。閾値は、例えば、ＭＧ１回転数の変化量ΔＮ１，ΔＮ２の大小関係が逆転する車速として定められる。

ステップＳ４の判定の結果、車速が閾値以上であると判定された場合（ステップＳ４−Ｙ）には、ステップＳ５に進み、そうでない場合（ステップＳ４−Ｎ）にはステップＳ６に進む。図１２では、時刻ｔ２に車速に基づいてエンジン始動モードの判定が実施される。

ステップＳ５では、ＥＣＵ５０により、高速モードでのエンジン始動が実施される。本実施形態では、高速モードでのエンジン始動として、第二始動制御が実施される。ＥＣＵ５０は、ブレーキＢＫを係合し、かつクラッチＣＬを開放して第一回転電機ＭＧ１のトルクによってエンジン１のクランキングを行い、エンジン１を始動する。図１２では、時刻ｔ３にエンジン１の点火がなされる。エンジン始動が完了すると、ＭＧ１トルクは負トルクとされ、第一回転電機ＭＧ１がエンジン１の反力を受ける。ステップＳ５が実行されると、本制御フローは終了する。

ステップＳ６では、ＥＣＵ５０により、低速モードでのエンジン始動が実施される。本実施形態では、低速モードでのエンジン始動として、第一始動制御が実施される。ＥＣＵ５０は、ブレーキＢＫを開放し、かつクラッチＣＬを係合して第一回転電機ＭＧ１のトルクによってエンジン１のクランキングを行い、エンジン１を始動する。ステップＳ６が実行されると、本制御フローは終了する。

なお、第一回転電機ＭＧ１のトルクによってエンジン回転数を上昇させるときに、第二リングギア２３には、始動反力トルクが作用する。この始動反力トルクは、負方向のトルクであり、車両１００の走行駆動力を減少させるトルクである。ＥＣＵ５０は、第一回転電機ＭＧ１のトルクによってエンジン回転数を上昇させるときに、始動反力トルクを打ち消すようにＭＧ２トルクを増加させる。

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１−１は、第一始動制御と第二始動制御とを備えることにより、走行状態に適した始動制御でエンジン始動を実施することができる。第一遊星歯車機構１０がＭＧ１回転数を等速度で出力する第一始動制御と、第一遊星歯車機構１０がＭＧ１回転数を増速して出力する第二始動制御とを選択可能であることから、広い車速領域で第一回転電機ＭＧ１によるエンジン始動を行うことができる。

適切に始動制御を選択することで、エンジン始動時のＭＧ１回転数を抑制することができる。例えば、１種類の始動制御しか実施できない場合、高車速時にエンジン始動をしようとすると、ＭＧ１回転数が高回転となり、トルク不足となる虞がある。これに対して高回転で大トルクを出力できる回転電機を搭載するとコスト増を招いてしまう。本実施形態のハイブリッド車両の制御装置１−１は、始動制御を適宜選択することにより、エンジン始動時のＭＧ１回転数を抑制することができる。よって、ＭＧ１トルクの不足を抑制し、低コスト化を実現することができる。ＭＧ１回転数を変速できることにより、第一回転電機ＭＧ１に大トルクを発揮させることが可能となる。また、高車速であっても第一回転電機ＭＧ１によってエンジン１を始動することができるため、ＥＶ走行領域を高車速側に拡張することができ、燃費の向上が可能である。

ブレーキＢＫおよびクラッチＣＬを係合して第一回転電機ＭＧ１の回転をロックした状態からエンジン１を始動するときは、走行状態等によりブレーキＢＫおよびクラッチＣＬのうちで必要な一方の係合装置は係合したまま、他方の係合装置を開放して第一遊星歯車機構１０を動力伝達状態に切り替えることができる。単一係合装置の開放なので、エンジン回転数を第一回転電機ＭＧ１で上昇させる制御が行いやすい。

本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置１−１は、ＨＶ走行時に第一遊星歯車機構１０の変速によって第一回転電機ＭＧ１の回転数レンジを選択できるため、高車速走行時の動力循環の発生が抑制可能である。なお、ＨＶモードＬｏとＨＶモードＨｉとの切り替えは、例えば、第一回転電機ＭＧ１を高効率で動作させることができるように決定されてもよい。

また、ハイブリッド車両の制御装置１−１によれば、トーイング（牽引）等の発熱の厳しい条件において、ＭＧ１ロックモードで係合装置によって機械的にエンジン反力を受けることが可能であり、第一回転電機ＭＧ１の熱制限要件が緩和される。

なお、ＨＶ走行時に、ブレーキＢＫ／クラッチＣＬによる変速と、第一回転電機ＭＧ１の回転制御による変速とを同時に行うようにしてもよい。例えば、ＨＶモードＬｏとＨＶモードＨｉとの切り替えによるショックを抑制するように、第一回転電機ＭＧ１の回転制御が行われてもよい。

なお、本実施形態では、差動機構として遊星歯車機構が用いられているが、これには限定されず、他の公知の差動機構が第一遊星歯車機構１０に代えて搭載されてもよい。また、差動機構を変速させる切替機構は、ブレーキＢＫとクラッチＣＬとの組合せに限定されるものではない。

［第２実施形態］
図１３から図１８を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記第１実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図１３は、第２実施形態に係る車両のスケルトン図である。本実施形態のハイブリッド車両の制御装置１−２において、上記第１実施形態のハイブリッド車両の制御装置１−１と異なる点は、第一遊星歯車機構１０において、第一回転電機ＭＧ１の回転を減速して出力可能な点である。

図１３に示すように、第一回転電機ＭＧ１の回転軸２５は、第一リングギア１３に接続されている。つまり、第一リングギア１３は、第一回転電機ＭＧ１に接続された回転要素に対応する。第一キャリア１４は、第二サンギア２１と接続されている。従って、第一キャリア１４は、第二サンギア２１、第二ピニオンギア２２および第二キャリア２４を介してエンジン１と接続された回転要素である。

クラッチＣＬは、第一サンギア１１と第一リングギア１３とを接続することにより第一遊星歯車機構１０の差動を規制する。具体的には、クラッチＣＬは、第一回転電機ＭＧ１の回転軸２５の係合部２６に連結された第一リングギア側係合要素と、係合部２７に連結された第一サンギア側係合要素とを有する。クラッチＣＬは、第一リングギア側係合要素と第一サンギア側係合要素とが係合することにより、第一リングギア１３と第一サンギア１１とを接続し、第一遊星歯車機構１０の差動を規制することができる。なお、クラッチＣＬは、第一リングギア１３と第一サンギア１１とを接続するものには限定されない。

ブレーキＢＫは、第一サンギア１１の回転を規制する。なお、ブレーキＢＫは、第一サンギア１１に代えて、第一キャリア１４の回転を規制するようにしてもよい。

図１４は、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置１−２の係合表を示す図である。本実施形態のハイブリッド車両の制御装置１−２は、上記第１実施形態のハイブリッド車両の制御装置１−１と同様に、１つのＥＶモードと、３つのＨＶモードとを備えている。

図１５は、第２実施形態の１ＭＧモードに係る共線図である。図１４に示すように、１ＭＧモードでは、ブレーキＢＫおよびクラッチＣＬがそれぞれ開放される。ＥＣＵ５０は、第二回転電機ＭＧ２のトルクによって車両１００を走行させる。出力軸の第二リングギア２３は、第二回転電機ＭＧ２の回転と連動して回転する。１ＭＧモードでは、エンジン１や第一回転電機ＭＧ１は、例えば、運転を停止し、もしくは引き摺られて低速で回転する。

図１６は、第２実施形態のＨＶモードＨｉに係る共線図である。図１４に示すように、ＨＶモードＨｉでは、ブレーキＢＫが係合され、クラッチＣＬが開放される。ブレーキＢＫが係合されることにより、第一サンギア１１の回転が規制される。従って、第一サンギア１１がＭＧ１トルクに対する反力受けとなり、ＭＧ１トルクを第一キャリア１４から第二サンギア２１に伝達させることができる。よって、第一回転電機ＭＧ１は、エンジン１の反力を受け、エンジントルクを第二リングギア２３から駆動輪３９に出力させることができる。

ＨＶモードＨｉでは、第一回転電機ＭＧ１の回転数が減速されて第一キャリア１４から第二サンギア２１に伝達される。つまり、第一遊星歯車機構１０は、差動が許容された状態で第一回転電機ＭＧ１の回転を減速して出力する。ＨＶモードＨｉは、例えば、高車速走行時に実行されてもよい。あるいは、ＨＶモードＨｉは、第一キャリア１４の回転数が低回転となる運転状態のときに選択されてもよい。

図１７は、第２実施形態のＨＶモードＬｏに係る共線図である。図１４に示すように、ＨＶモードＬｏでは、ブレーキＢＫが開放され、クラッチＣＬが係合される。クラッチＣＬが係合されることにより、第一遊星歯車機構１０の差動が規制され、第一回転電機ＭＧ１がエンジン１の反力受けとして機能することができる。第一回転電機ＭＧ１が出力するＭＧ１トルクは、第一キャリア１４から第二サンギア２１に伝達され、エンジントルクに対する反力トルクとして作用する。これにより、エンジントルクが第二リングギア２３から出力されて駆動輪３９に伝達される。

ＨＶモードＬｏでは、第一回転電機ＭＧ１の回転が増速も減速もされずに等速で第二サンギア２１に伝達される。ＨＶモードＬｏは、例えば低車速走行時に実行されてもよい。あるいは、ＨＶモードＬｏは、第一キャリア１４の回転数が高回転となる運転状態のときに選択されてもよい。

図１８は、第２実施形態のＭＧ１ロックに係る共線図である。図１４に示すように、ＭＧ１ロックでは、ブレーキＢＫおよびクラッチＣＬが共に係合される。ブレーキＢＫが係合することにより第一サンギア１１の回転が規制され、クラッチＣＬが係合することにより第一遊星歯車機構１０の差動が規制される。従って、ＭＧ１ロックのモードでは、第一遊星歯車機構１０の全ての回転要素の回転が規制される。また、第一キャリア１４と接続された第二サンギア２１の回転も規制される。よって、第二サンギア２１は、エンジン１の反力受けとして機能し、エンジントルクを第二リングギア２３から駆動輪３９に対して出力させることができる。

本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置１−２は、上記第１実施形態のハイブリッド車両の制御装置１−１と同様に、第一始動制御および第二始動制御を実施することができる。第一始動制御は、クラッチＣＬを係合して第一遊星歯車機構１０の差動を規制した状態で、かつブレーキＢＫを開放して第一回転電機ＭＧ１によってエンジン１を始動する始動制御である。第二始動制御は、クラッチＣＬを開放して第一遊星歯車機構１０の差動を許容した状態で、かつブレーキＢＫを係合して第一回転電機ＭＧ１によってエンジン１を始動する始動制御である。

ＥＣＵ５０は、例えば、予め定められた閾値以上の車速で走行している場合には第二始動制御を実行し、車速が閾値未満である場合には第一始動制御を実行するようにしてもよい。

［実施形態の変形例］
上記第１実施形態および第２実施形態の変形例について説明する。上記の各実施形態では、車速に基づいて第一始動制御あるいは第二始動制御の選択がなされたが、始動制御の選択方法はこれには限定されない。例えば、第一回転電機ＭＧ１の回転数に関連する他の運転状態に基づいて、始動制御の選択がなされてもよい。

また、エンジン始動後に実行されるＨＶ走行モードに基づいて始動制御が選択されてもよい。例えば、ＥＶ走行モードから、第一遊星歯車機構１０の差動が規制されるＨＶ走行モード（ＨＶモードＬｏ）へ移行する場合には、第一遊星歯車機構１０の差動を規制する第一始動制御によってエンジン１を始動するようにしてもよい。一方、ＥＶ走行モードから、第一遊星歯車機構１０の差動が許容されるＨＶ走行モード（ＨＶモードＨｉ）に移行する場合には、第一遊星歯車機構１０の差動を許容する第二始動制御によってエンジン１を始動するようにしてもよい。

また、エンジン始動に要する時間に基づいて、始動制御の選択がなされてもよい。例えば、高い加速応答性が要求される運転状況では、エンジン始動に要する時間を短くすることを優先して始動制御を選択し、高い加速応答性が要求されない運転状況では、ＭＧ１回転数の変化量を少なくすることを優先して始動制御を選択するようにしてもよい。

上記の各実施形態では、以下のギヤトレーンが開示されている。
機関と、変速部と、差動部と、変速部の軸に係合する２つの係合要素とを備え、第一回転電機の出力軸が変速部の入力軸に連結され、差動部の第一要素が変速部の出力軸に連結され、第二要素に機関が連結され、第三要素に第二回転電機が連結されており、変速部は係合する係合要素を切り替えることで第一回転電機を変速し、２つの係合要素を両方係合することで第一回転電機の回転数を０に固定するギヤトレーン。

このギヤトレーンによれば、新たな固定手段を追加することなく、エンジン走行時にエンジンのみでの直達走行を可能とすることができる。

上記の各実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１−１，１−２ ハイブリッド車両の制御装置
１ エンジン
１０ 第一遊星歯車機構
１１ 第一サンギア
１２ 第一ピニオンギア
１３ 第一リングギア
１４ 第一キャリア
２０ 第二遊星歯車機構
３９ 駆動輪
５０ ＥＣＵ
１００ 車両
ＢＫ ブレーキ
ＣＬ クラッチ
ＭＧ１ 第一回転電機
ＭＧ２ 第二回転電機

Claims (3)

1. エンジンと、
   第一回転電機と、
   第二回転電機と、
   前記エンジンに接続された回転要素と、前記第一回転電機に接続された回転要素とを有する差動機構と、
   前記差動機構の差動を規制するクラッチと、前記差動機構の回転要素の回転を規制するブレーキとを有し、前記差動機構を変速させる切替機構と
   を備え、
   前記クラッチおよび前記ブレーキを開放し、かつ前記第二回転電機を動力源として走行するＥＶ走行モードで走行中、当該ＥＶ走行モードから前記第一回転電機によって前記エンジンを始動する始動制御として、前記クラッチを係合し、かつ前記ブレーキを開放して前記差動機構の差動を規制した状態で前記エンジンを始動する第一始動制御と、前記クラッチを開放し、かつ前記ブレーキを係合して前記差動機構の差動を許容した状態で前記エンジンを始動する第二始動制御とを備える
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記エンジンを始動するときの前記第一回転電機の回転数の変化量に基づいて前記第一始動制御あるいは前記第二始動制御を選択する
   請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記差動機構は、差動が許容された状態で、前記第一回転電機の回転を増速して出力する
   請求項１または２に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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