JP6065413B2

JP6065413B2 - ハイブリッドシステム

Info

Publication number: JP6065413B2
Application number: JP2012118868A
Authority: JP
Inventors: 間宮　清孝; 清孝間宮; 誠司江崎
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: JP2013244797A

Description

本発明は、ハイブリッドシステム、即ち、駆動源としてエンジンとモータとを備えた車両の駆動システムに関し、車両の駆動技術の分野に属する。

省エネルギを目的とした車両のハイブリッドシステムとして、例えば特許文献１には、エンジンと、単一のモータジェネレータとを備え、主としてエンジンから駆動力を得ると共に、モータジェネレータをエンジン始動用電動機、加速時における補助的駆動源、及び、減速時における回生用発電機として用いるようにしたものが開示されている。

また、特許文献２には、さらなる省エネルギ化を目的としたハイブリッドシステムとして、エンジンと２つのモータジェネレータとを備え、モータ走行を重視したシステムが開示されている。

このハイブリッドシステムは、遊星歯車機構の２つの回転要素にエンジンと第１モータジェネレータとをそれぞれ連結し、もう１つの回転要素に駆動軸を介して駆動輪を連結すると共に、前記駆動軸に変速機構を介して第２モータジェネレータを接続した構成とされている。

そして、前記第２モータジェネレータを走行用電動機として用いると共に、第１モータジェネレータをエンジンの始動用電動機及び第２モータジェネレータ用電力の発電機として用い、通常は前記第２モータジェネレータの駆動力のみで走行すると共に、高駆動力要求時には、エンジン出力を第１モータジェネレータ側と駆動軸側とに分割し、第１モータジェネレータを発電機として作動させながら、第２モータジェネレータの駆動力をアシストして走行するようになっている。

特開２００３−１１６８２号公報特開２００５−９６５７４号公報

ところで、前記特許文献２に開示されたハイブリッドシステムでは、前記のように、高駆動力要求時にエンジン出力をアシストさせるようになっているが、さらなる省エネルギ化のためには、第２モータジェネレータのみで走行するモータ走行領域を高駆動力側まで拡大することが望まれる。しかし、そのためには、該第２モータジェネレータの大型化が必要となり、これに伴いインバータも大型化することになって、車両搭載性の悪化や車両重量の増大等を招くことになる。

これに対しては、エンジンに接続されたブレーキを設け、該ブレーキを締結してエンジンに連結された遊星歯車機構の回転要素の回転を制止させることにより、第１モータジェネレータの駆動力を駆動軸に出力可能として、該第１モータジェネレータを駆動参加させることが考えられる。これによれば、第２モータジェネレータを大型化せずに、モータ走行領域を高駆動力側まで拡大することができる。

このとき、図１５に示すように、運転者のアクセル操作によりアクセル開度が増大すると、それに応じて要求駆動力も増大する。ここで、図１５に符号ａで示すように、要求駆動力が所定値Ｆを超えたときに、ブレーキを締結して第１モータジェネレータを駆動参加させることにより、要求駆動力の増大に対応することが可能となる。

しかし、前記ブレーキとして一般に用いられる油圧ブレーキの場合、締結時に、オイルポンプの作動開始から油圧が制御回路を経て油圧アクチュエータに供給され、該アクチュエータを作動させてブレーキを締結させるまでに所定の時間を要することから、要求駆動力の増大に応じてブレーキ締結指令を出しても、第１モータジェネレータの駆動参加が図１５中に符号ｔで示した時間だけ遅れることとなる。そして、その間、運転者のアクセル操作による高駆動力要求に対応することができない。

さらにこの場合、第１モータジェネレータの駆動参加開始時には、要求駆動力と実際出力されている駆動力との間に、図１５に符号ｂで示すように、要求駆動力と出力駆動力との間に差が生じており、第１モータジェネレータの駆動力を急激に上昇させることで要求駆動力に対応することが可能となるところ、このとき出力される駆動力を急激に変化させると、乗員に違和感を与えることになる。

そこで、本発明は、エンジンと２つのモータジェネレータとを備えた車両のハイブリッドシステムにおいて、モータジェネレータやインバータの大型化を回避しつつ、モータ走行領域を高駆動力側に拡大し、運転者の要求に対する応答性や、駆動力の変化の円滑性に優れたハイブリッドシステムを実現することを課題とする。

前記課題を解決するため、本願発明は次のように構成したことを特徴とする。
まず、請求項１に係る発明は、
エンジンと、第１、第２モータジェネレータと、コントローラと、３つの回転要素を備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素に駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、
締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するブレーキと、該ブレーキを作動させる油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを駆動する駆動源と、前記第２モータジェネレータの温度を検出するための温度センサと、を有し、
前記第２モータジェネレータは、該第２モータジェネレータの温度が高いほど出力上限値が低くなる特性を有し、
前記コントローラは、
要求駆動力が所定値未満の低要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを解放させ、且つ、前記第１モータジェネレータを非作動となるように制御し、
要求駆動力が前記所定値以上の高要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを締結させ、且つ、前記第１モータジェネレータを作動となるよう制御し、更に、
前記低要求駆動力領域での走行中に、前記温度センサの出力値が所定温度以上であるとき、前記低要求駆動力領域から前記高要求駆動力領域へ移行する可能性が高いと予測し、
前記高要求駆動力領域へ移行する可能性が高いと予測されたときに、前記ブレーキを締結するように前記油圧アクチュエータを作動させる制御、又は、前記駆動源の駆動を開始する制御を行う、ように構成されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、
エンジンと、第１、第２モータジェネレータと、３つの回転要素を備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素に駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、
前記第２モータジェネレータは、該第２モータジェネレータの温度が高いほど出力上限値が低くなる特性を有し、
前記ハイブリッドシステムは、
締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するブレーキと、
前記ブレーキに締結油圧を供給する油圧供給手段と、
前記第２モータジェネレータの温度を検出するための温度検出手段と、
要求駆動力が所定値未満の低要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを解放し且つ前記第１モータジェネレータを非作動とし、要求駆動力が前記所定値以上の高要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを締結させると共に、前記第１モータジェネレータを作動させる制御手段と、
前記低要求駆動力領域での走行中に、前記温度検出手段の出力値が所定温度以上であるとき、前記低要求駆動力領域から前記高要求駆動力領域へ移行する可能性が高いと予測する予測手段と、
該予測手段によって前記高要求駆動力領域へ移行する可能性が高いと予測されたときに、前記第１回転要素の回転を制止させた状態で前記第１モータジェネレータを作動させるために前記油圧供給手段によって前記ブレーキに油圧を供給するための準備動作を行わせる準備手段とを有することを特徴とする。

前記の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、請求項１に係る発明によれば、駆動軸に連結された第２モータジェネレータを作動させることにより、その出力によって前記駆動軸を介して当該車両が駆動されることになる。また、ブレーキを締結して、差動回転機構における第１回転要素の回転を制止すると共に、第１モータジェネレータを作動させれば、該第１モータジェネレータの出力が前記差動回転機構の第２回転要素から第３回転要素を介して駆動軸に伝達され、車両が第１モータジェネレータの出力によって駆動されることになる。

したがって、低要求駆動力領域では、第２モータジェネレータを作動させ、一方、高要求駆動力領域では、ブレーキを締結し、かつ第１モータジェネレータを作動させれば、車両は、第２モータジェネレータからの駆動力に加えて、第１モータジェネレータからの駆動力によって駆動されることになる。

これにより、第２モータジェネレータやインバータの大型化を回避し、車両搭載性の悪化や車両重量の増大等を抑制しながら、モータ走行領域を高駆動力側まで拡大して、さらなる省エネルギ化を達成することが可能となる。

そして、特にこの発明によれば、低要求駆動力領域での走行中に、該領域から高要求駆動力領域へ移行する可能性が高いか否かを予測することにより、即ち第１モータジェネレータの駆動参加の有無を予測することにより、該駆動参加が予測されるときは、予め駆動源の駆動を開始し、若しくは前記ブレーキを締結して第１モータジェネレータを迅速に駆動参加可能な状態にしておくことができ、これにより、駆動力の増大要求に迅速に対応することが可能となる。

また、請求項１に係る発明によれば、第２モータジェネレータの出力上限値は温度によって変化するので、その温度に応じて第１モータジェネレータを作動開始させるタイミングを異ならせる場合があり、この場合、温度センサの出力値により第２モータジェネレータの温度が検出されることにより、該第２モータジェネレータの温度によって、第１モータジェネレータの駆動参加の有無を予測することが可能となる。

また、請求項２に係る発明によれば、前記の請求項１で説明した効果と同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステムの構造を示す骨子図である。同ハイブリッドシステムの制御ブロック図である。制御領域を示すマップである。本発明の第１実施形態に係る制御動作を示すフローチャートである。本発明の第１実施形態に係る制御動作を示す図である。運転領域の移行可能性の一判定方法を説明する図である。駆動力制御機構の各領域における制御状態を示す模式図である。他の制御例を示す駆動力制御機構の模式図である。ＣＤモードでの走行例を示すタイムチャートであり、図９（ａ）は運転領域の移行可能性が高くない場合を、図９（ｂ）は移行可能性が高い場合をそれぞれ示す。本発明の第２実施形態に係る予測制御を説明するタイムチャートであり、図１０（ａ）はアクセル操作がやさしい運転の場合を、図１０（ｂ）はアクセル操作が激しい運転の場合をそれぞれ示す。本発明の第３実施形態に係る予測制御を示す図である（その１）。本発明の第３実施形態に係る予測制御を示す図であり（その２）、図１２（ａ）はカーブの曲率が小さい場合、図１２（ｂ）は曲率が大きい場合をそれぞれ示す。本発明の第３実施形態に係る予測制御を示す図である（その３）。本発明の第４実施形態に係る制御動作を示すフローチャートである。第１モータジェネレータの駆動参加の遅れを説明する図である。

以下、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、この実施形態に係るハイブリッドシステムの構造を示すもので、このシステムは、電動機及び発電機として作動する第１モータジェネレータ（以下、「第１ＭＧ」と記す）１と、同じく電動機及び発電機として作動する第２モータジェネレータ（以下、「第２ＭＧ」と記す）２と、エンジン３と、前記第１、第２ＭＧ１、２及びエンジン３が連結された駆動力制御機構４と、該駆動力制御機構４の出力により駆動される差動装置５とを有し、該差動装置５から左右に延びる車軸６、６に駆動輪（図示せず）が連結されている。なお、前記エンジン３と駆動力制御機構４との間にはダンパ７が介設されている。

前記駆動力制御機構４は、回転要素として、リングギヤ１１、サンギヤ１２及びキャリヤ１３を有する遊星歯車機構１０を有し、該遊星歯車機構１０のリングギヤ１１に、前記エンジン３が前記ダンパ７及び第１伝動軸２１を介して連結され、サンギヤ１２に、第２伝動軸２２を介して前記第１ＭＧ１が連結され、キャリヤ１３に、伝動歯車列２３を介して出力軸２４が連結されている。

また、前記第２ＭＧ２が第３伝動軸２５及び減速歯車列２６を介して前記出力軸２４に連結され、該出力軸２４が終減速歯車列２７を介して前記差動装置５に連結されている。なお、この出力軸２４は、特許請求の範囲における「駆動軸」に相当する。

さらに、駆動力制御機構４には、動力伝達経路切換用の摩擦締結要素として、前記遊星歯車機構１０のリングギヤ１１と該駆動力制御機構４のケース４ａとの間に配置され、締結時にリングギヤ１１の回転、即ちエンジン３の回転を制止するエンジンブレーキ４１と、前記サンギヤ１２とキャリヤ１３との間に配置され、締結時に該サンギヤ１２とキャリヤ１３とを結合する直結クラッチ４２と、前記サンギヤ１２とケース４ａとの間に配置され、締結時にサンギヤ１２の回転を制止する減速ブレーキ４３とが備えられている。

これらの摩擦締結要素４１〜４３は、それぞれ油圧アクチュエータ（図示せず）を有し、油圧制御回路４４（図２参照）から作動油による油圧が供給されたときに締結され、該油圧が排出されたときに解放されるようになっている。そして、油圧制御回路４４には、前記油圧アクチュエータの駆動源であるオイルポンプ４５から作動油が供給される。該オイルポンプ４５は、後述する駆動力制御モジュール６２からの制御信号に応じた油圧で作動油を供給する。

また、図２に示すように、このハイブリッドシステムはコントローラ５０を有し、該コントローラ５０に、当該車両の車速を検出する車速センサ５１からの信号、アクセルペダルの踏み込み量、換言すれば要求駆動力を検出するアクセルセンサ５２からの信号、エンジン３の回転数を検出するエンジン回転数センサ５３からの信号、バッテリ５４の残容量を検出する残容量センサ５５からの信号、及び、第２ＭＧ２の温度を検出するための温度センサ５６からの信号が入力されるようになっている。

ここで、温度センサ５６は第２ＭＧ２の冷却水の温度を測定し、コントローラ５０は該冷却水の温度を基に第２ＭＧ２の温度を検出するようになっている。

或は、第２ＭＧ２の巻線の温度を熱電対等の温度センサで測定することにより、第２ＭＧ２の温度を直接測定することも可能である。

そして、コントローラ５０は、前記各信号が示す車両の状態に応じて、エンジン３の作動を制御するエンジン制御モジュール６１と、前記油圧制御回路４４を介して摩擦締結要素４１〜４３を締結または解放させることにより前記駆動力制御機構４の動力伝達状態を制御する駆動力制御モジュール６２と、前記油圧制御回路４４を介して油圧アクチュエータに作動油の油圧を供給するオイルポンプ４５と、前記第１、第２ＭＧ１、２の作動及び前記バッテリ５４の充放電を制御するインバータ６３とに、それぞれ制御信号を出力するようになっている。

なお、このコントローラ５０には、図示しないが、以上のセンサの他、減速回生制御のためのブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキセンサ等の各種のセンサやスイッチからの信号も入力される。また、前記エンジン制御モジュール６１と駆動力制御モジュール６２とを一体化し、単一の制御モジュールでエンジン３の制御と摩擦要素４１〜４３の制御とを行うようにしてもよい。

次に、前記コントローラ５０によるハイブリッドシステムの制御動作について説明する。

図３に示すように、このハイブリッドシステムでは、駆動力制御モードとして、チャージ・ディプリーティングモード（以下、「ＣＤモード」と記す）と、チャージ・サステイニングモード（以下、「ＣＳモード」と記す）とが設定されている。

ＣＤモードは、バッテリ５４の残容量が所定量以上の場合に選択されるモードであって、省エネルギ性を重視して当該車両の全運転領域でモータ走行が実施されるモードであり、図３（ａ）に示すように、運転領域が、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１（所定車速以上では車速の関数）未満の低駆動力領域Ａ１と、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１以上の高駆動力領域Ａ２とに分割されている。そして、低駆動力領域Ａ１では第２ＭＧ２の駆動力のみで走行し、高駆動力領域Ａ２では第１、第２ＭＧ１、２の駆動力で走行するようになっている。

一方、ＣＳモードは、バッテリ５４の残容量が前記所定量未満の場合に選択されるモードであって、運転領域が、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１より大きい第２所定駆動力Ｆ２未満で、車速が所定車速Ｖ（要求駆動力の関数）未満のモータ走行領域Ａと、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２未満で、車速が前記所定車速Ｖ以上のエンジン走行領域Ｂと、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２以上のエンジン・モータ併用走行領域Ｃとに分割されている。

そして、前記モータ走行領域Ａは、さらに要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１未満の低駆動力領域Ａ１’と、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１以上の高駆動力領域Ａ２’とに分割され、前記ＣＤモードと同様、低駆動力領域Ａ１’では、第２ＭＧ２の駆動力のみで走行し、高駆動力領域Ａ２’では、第１、第２ＭＧ１、２の駆動力で走行するようになっている。

また、前記エンジン走行領域Ｂは、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２より小さい第３所定駆動力Ｆ３未満の低駆動力領域Ｂ１と、要求駆動力が該第３所定駆動力Ｆ３以上の高駆動力領域Ｂ２とに分割され、低駆動力領域Ｂ１では、エンジン出力をそのまま車両の駆動力として走行し、高駆動力領域Ｂ２では、エンジン出力を増大させて（回転数を減速して）走行するようになっている。

以上の構成において、コントローラ５０は、残容量センサ５５からバッテリ５４の残容量を取得し、ＣＤモードとＣＳモードのいずれか一方のモードを選択すると共に、車速センサ５１及びアクセルセンサ５２からの信号が示す車速と要求駆動力とに基づき、現在の運転状態が図３に示すいずれの運転領域に属するかを判定する。

そして、それぞれの領域に応じた走行状態となるように、前記エンジン制御モジュール６１、駆動力制御モジュール６２及びインバータ６３にそれぞれ制御信号を出力し、第１、第２ＭＧ１、２の作動、エンジン３の作動、駆動力制御機構４におけるエンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２、減速ブレーキ４３の締結、解放の制御を行うようになっている。

なお、前記のように、直結クラッチ４２は、遊星歯車機構１０のサンギヤ１２とキャリヤ１３との間に配置されているところ（図１参照）、図５では、便宜上、リングギヤ１１とサンギヤ１２との間に直結クラッチ４２を図示しているが、いずれの場合でも同様の作用を奏する。

次に、前記モードと運転領域とに応じた駆動力制御の具体的動作を、図４のフローチャート、図７の駆動力制御機構４の動力伝達状態を示す模式図などを用いて説明する。

まず、コントローラ５０は、フローチャートのステップＳ１で、前記センサ５１〜５３、５５、５６からの信号を入力し、ステップＳ２で、バッテリ５４の残容量に応じてＣＤモード又はＣＳモードのいずれかのモードを選択する。

そして、全運転領域でモータ走行を実行するＣＤモードを選択したとき、コントローラ５０は、ステップＳ３で、アクセルセンサ５２から信号で示される運転者の要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１以上か否かを判定する。

ここで、図５に示すように、第２ＭＧ２の出力上限値は温度上昇に伴って減少する。このため、第２ＭＧ２の温度上昇に応じて前記第１所定駆動力Ｆ１を変化させ、該変化させた第１所定駆動力Ｆ１に基づいて、ステップＳ３を実行することも可能である。

そして、要求駆動力が該第１所定駆動力Ｆ１未満で、運転状態が図３（ａ）の低駆動力領域Ａ１にあるとき、ステップＳ４に従い、前記ステップＳ１で入力した温度センサ５６からの信号に基づいて予測制御を行う。

具体的に述べると、前記のように第２ＭＧ２の出力上限値は温度上昇に伴って減少するため、第２ＭＧ２の温度が高い場合には、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上となる可能性が高まるといえる。このため、コントローラ５０は、ステップＳ４で第２ＭＧ２の温度が第１所定温度Ｔ１以上であるか否かを確認する。

コントローラ５０は、ステップＳ５で、車両の属する運転状態の高駆動力領域Ａ２への移行可能性が高いか否か、換言すると、第１ＭＧ１の駆動参加の可能性が高いか否かを判定する。このとき、図６（ａ）に示すように、ステップＳ４で第２ＭＧ２の温度が第１所定温度Ｔ１以上となったことが確認されないときには、前記移行可能性が高くないと判定し、一方、図６（ｂ）に示すように、第２ＭＧ２の温度が前記第１所定温度Ｔ１以上となったことが確認されたときには、前記移行可能性が高いと判定する。

そして、ステップＳ５で、前記移行可能性が高くないと判定されたときは、ステップＳ７〜Ｓ９に従い、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放する。

このとき、図７（ａ）に示すように、遊星歯車機構１０のリングギヤ１１とサンギヤ１２はフリーな状態となり、駆動力制御機構４は、第２ＭＧ２からの駆動力のみを減速歯車列２６を介して出力軸２４に出力可能な状態となる。したがって、コントローラ５０は、ステップＳ１０で、第２ＭＧ２のみを作動させ、車両は第２ＭＧ２のみからの駆動力によって駆動される。

また、ステップＳ５で、前記移行可能性が高いと判定されたときは、コントローラ５０は、ステップＳ６に従いエンジンブレーキ４１を締結し、該エンジンブレーキ４１の締結／解放についてのフラグを１（エンジンブレーキ４１が締結された状態）に切り替える。そして、上記と同様に、ステップＳ８、Ｓ９に従い、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放する。

このとき、遊星歯車機構１０のリングギヤ１１の回転は制止され、サンギヤ１２はフリーな状態となるところ、コントローラ５０は、ステップＳ１０で第２ＭＧ２のみを作動させ、したがって車両は第２ＭＧ２のみからの駆動力によって駆動される。

ここで、図５に符号ａで示すように、第２ＭＧ２の出力上限値は、上限温度以上で急激に減少する。このため、コントローラ５０は、前記第１所定温度Ｔ１より高く上限温度未満である第２所定温度Ｔ２となったことがステップＳ４で確認されたときに、ステップＳ５で第１ＭＧ１の駆動参加の可能性が高いと判定してステップＳ６を実行する制御を行うことも可能である。

また、前記ステップＳ３で、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上と判定され、運転状態が図３（ａ）の高駆動力領域Ａ２にあるときは、コントローラ５０は、まず、ステップＳ１１に従い、前記フラグを確認する。前記フラグが０（未締結状態）のときは、ステップＳ１２〜Ｓ１４に従い、エンジンブレーキ４１を締結し、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３を解放する。そして、前記フラグが１（締結状態）のときは、ステップＳ１２を実行せずに、ステップＳ１２〜Ｓ１４に従い、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３を解放する。

このとき、図７（ｂ）に示すように、駆動力制御機構４においては、遊星歯車機構１０におけるリングギヤ１１の回転が制止されることにより、第１ＭＧ１の出力をサンギヤ１２及びキャリヤ１３を介して出力軸２４に伝達可能な状態となり、コントローラ５０は、ステップＳ１５で、第２ＭＧ２に加えて第１ＭＧ１も作動させる。これにより、出力軸２４には、第２ＭＧ２からの駆動力に加えて第１ＭＧ１からの駆動力も出力され、車両は要求された高駆動力で走行することになる。

一方、ＣＳモードを選択したときは、コントローラ５０は、ステップＳ１６で、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１より大きな第２所定駆動力Ｆ２以上か否かを判定し、該第２所定駆動力Ｆ２未満の場合は、さらにステップＳ１７で、車速が所定車速Ｖ以上か否かを判定する。そして、車速が所定車速Ｖ未満のときは、ＣＤモードの場合と同様、前記ステップＳ４〜Ｓ１５によるモータ走行制御を実行する。

つまり、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１未満で、運転状態が図３（ｂ）の低駆動力領域Ａ１’にあるときは、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放し、第２ＭＧからの駆動力のみによって車両を駆動し（ステップＳ１０）、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上で、運転状態が高駆動力領域Ａ２’にあるときは、エンジンブレーキ４１を締結し、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３を解放して、第２ＭＧ２からの駆動力に、第１ＭＧ１からの駆動力を加えて車両を駆動する（ステップＳ１５）。

なお、図４に示すフローチャートのステップＳ５では、低駆動力領域Ａ１から高駆動力領域Ａ２への移行可能性について判定しているが、ＣＳモードでの走行中は、低駆動力領域Ａ１’から高駆動力領域Ａ２’への移行可能性について判定するものとする。

また、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２未満で、車速が所定車速Ｖ以上のとき、即ち、運転状態が図３（ｂ）のエンジン走行領域Ｂにあるときは、ステップＳ１８〜Ｓ２６のエンジン走行制御を実行し、まず、ステップＳ１８で、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２より小さな第３所定駆動力Ｆ３以上か否かを判定する。

そして、要求駆動力が第３所定駆動力Ｆ３未満で、運転状態が図３（ｂ）の低駆動力領域Ｂ１にあるときは、ステップＳ１９〜Ｓ２１に従い、エンジンブレーキ４１及び減速ブレーキ４３を解放し、直結クラッチ４２を締結する。

これにより、図７（ｃ）に示すように、駆動力制御機構４において、遊星歯車機構１０はリングギヤ１１とサンギヤ１２とが結合され、全体が一体回転する状態となる。そして、この状態でエンジン３を作動させれば、該エンジン３の出力は増大されることなく、キャリヤ１３を介して出力軸２４にそのまま出力される。したがって、ステップＳ２２でエンジン３を作動させることにより、車両はエンジン３の出力によって直接駆動されることになる。

また、前記ステップＳ１８で、要求駆動力が第３所定駆動力Ｆ３以上と判定され、運転状態が図３（ｂ）の高駆動力領域Ｂ２にあるときは、ステップＳ２３〜Ｓ２６に従い、エンジンブレーキ４１及び直結クラッチ４２を解放し、減速ブレーキ４３を締結する。

このとき、図７（ｄ）に示すように、駆動力制御機構４の遊星歯車機構１０は、サンギヤ１２の回転が制止されることにより、エンジン３の出力は、リングギヤ１１からキャリヤ１３を介して出力軸２４へ増大されて（減速されて）出力される。したがって、ステップＳ２６でエンジンを作動させることにより、車両は前記低駆動力領域Ｂ１の場合に比べて、大きな駆動力でエンジン走行することになる。

さらに、前記ステップＳ１６で、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２以上と判定され、運転状態が、図３（ｂ）のエンジン・モータ併用走行領域Ｃにあるときは、コントローラ５０は、まず、ステップＳ２７〜Ｓ２９に従い、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放する。

そして、次にステップＳ３０で、車速とアクセル踏み込み量とから、出力軸２４に出力すべき目標駆動力を決定し、ステップＳ３１で、予め設定されたエンジンの燃費率マップから燃費率が最も低くなるエンジン３の出力と回転数とを読み出し、これらを目標出力及び目標回転数として決定する。そして、ステップＳ３２で、この目標出力となるように、エンジン３にスロットル開度指令を出力する。

また、ステップＳ３３で、前記目標出力のもとでエンジン回転数が前記目標回転数となるように、エンジン３に作用する第１ＭＧ１の負荷、即ち第１ＭＧ１の発電量を決定し、エンジン３により、この発電量が得られるように第１ＭＧ１を作動させる。

このとき、エンジン３の出力は、一部が遊星歯車機構１０のキャリヤ１３を介して出力軸２４に出力されると共に、他の一部はサンギヤ１２を介して第１ＭＧ１を駆動し、該第１ＭＧ１を発電機として作動させる。そして、ステップＳ３４で、前記第１ＭＧ１の発電電力を用いて第２ＭＧ２を駆動する。

その場合に、第２ＭＧ２から出力軸２４に出力される駆動力と、前記目標出力に対応するエンジン３から出力軸２４に出力される駆動力との和が前記目標駆動力となるように、第２ＭＧ２を駆動する電力の過不足がインバータ６３を介してバッテリ５４との間で調整される。

これにより、出力軸２４には、エンジン３と第２ＭＧ２とにより、第２所定駆動力Ｆ２以上の目標駆動力に制御された駆動力が出力されることになり、ステップＳ３５として、車両は要求に応じた大きな駆動力で走行することになる。

なお、前記ステップＳ２２、Ｓ２６のエンジン直結走行制御及びエンジン減速走行制御においては、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、第１、第２ＭＧ１、２を非作動としたが、図８（ｃ’）に示すように、エンジン直結走行制御では、第１ＭＧ１及び／又は第２ＭＧ２を電動機として作動させて、これらの駆動力をエンジン３の駆動力に付加して出力軸２４に出力してもよい。また、第１ＭＧ１及び／又は第２ＭＧ２を発電機として作動させることも可能である。

また、図８（ｄ’）に示すように、エンジン減速走行制御においては、第２ＭＧ２を電動機として作動させて、その駆動力をエンジン３の駆動力に付加して出力軸２４に出力してもよい。また、この第２ＭＧ２を発電機として作動させることも可能である。

さらに、ステップＳ３１のエンジン・モータ併用走行状態では、図７（ｅ）に示すように、第１ＭＧ１を発電機として作動させ、その発電電力を用いて第２ＭＧ２を駆動するようにしたが、図８（ｅ’）に示すように、第２ＭＧ２を発電機として作動させ、その発電電力を用いて第１ＭＧ１を駆動し、その駆動力をエンジン３の駆動力に付加するようにしてもよい。

次に、当該車両の走行時における具体的な駆動制御例を、図９のタイムチャートを用いて説明する。

まず、図９（ａ）にタイムチャートを示すＣＤモードでの走行例では、符号ａで示すように、車両の発進時、アクセルペダルの踏み込み量が比較的小さく、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１未満であり（領域Ａ１）、したがって、第２ＭＧ２のみが作動し、車両は該第２ＭＧ２のみの駆動力によって比較的緩やかに発進する。

その後、アクセルペダルが踏み込まれ、符号ｂで示すように、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１以上となると（領域Ａ２）、エンジンブレーキ４１が締結されると共に第１ＭＧ１も作動し、第１、第２ＭＧ１、２の駆動力により、車両は発進直後よりも大きな加速力で走行する。

そして、車速の上昇に伴ってアクセルペダルの踏み込みが緩められ、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１未満に低下すれば（領域Ａ１）、前記エンジンブレーキ４１が解放されると共に第１ＭＧ１が非作動とされ、これにより、車両は再び第２ＭＧ２の駆動力のみで走行する状態となる。

以下、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１未満か以上かに応じて、車両は第２ＭＧ２のみで駆動される状態か、これに第１ＭＧ１の駆動力が付加される状態のいずれかで走行する。そして、減速時には、符号ｃで示すように、第２ＭＧ２が発電機として作動し、減速回生を行う。また、この走行例での走行では、第２ＭＧ２の温度は第１所定温度Ｔ１以下が維持されている。

一方、図９（ｂ）にタイムチャートを示すＣＤモードでの走行例では、アクセルペダルは図９（ａ）の走行例と同様に踏み込まれ、したがって要求駆動力も図９（ａ）の走行例と同様に変化する。このため、図９（ａ）と図９（ｂ）とで同じ変化を示す部分には同じ符号を付している。

また、この走行例では、車両が第２ＭＧ２の駆動力のみで走行しているときに、第２ＭＧ２の温度が第１所定温度Ｔ１以上となり、したがって符号ｄで示すように要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上となる前に予めエンジンブレーキ４１が締結される。その後、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１以上となると、エンジンブレーキ４１が締結された状態で迅速に第１ＭＧ１が作動する。

さらに、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１未満となると、第１ＭＧ１は非作動となるが、符号ｅで示すように、エンジンブレーキ４１は、第２ＭＧ２の温度が前記第１所定温度Ｔ１未満となるまで締結された状態が維持されることになる。

以上のように、この実施形態に係るハイブリッドシステムによれば、エンジン３の始動用電動機として、また、エンジン・モータ併用走行領域Ｃにおいて第２ＭＧ２への電力供給用発電機として用いられる第１ＭＧ１が、ＣＳモードにおけるモータ走行領域Ａの高駆動力領域Ａ２’において、第２ＭＧ２と共に車両駆動用として用いられる。したがって、第２ＭＧ２の大型化を回避しながら、モータ走行領域Ａが高駆動力側まで拡大されることになる。

さらに、低駆動力領域Ａ１またはＡ１’での走行中に、第２ＭＧ２の温度に基づいて、該領域から高駆動力領域Ａ２またはＡ２’への移行可能性が高いか否かを判定することにより、即ち第１ＭＧ１の駆動参加の有無を予測することにより、該駆動参加が予測されるときは、予めエンジンブレーキ４１を締結させる制御が行われる。これにより、要求駆動力の増大に迅速に対応して第１ＭＧ１が駆動参加することになる。

次に、図１０を用いて本発明の第２実施形態について説明する。

この実施形態では、図４のフローチャートのステップＳ４で実行する予測制御、及び、ステップＳ５で実行する運転領域の移行可能性が高いか否かの判定についての方法が第１実施形態と異なる。その他の構成については第１実施形態と同様であり、同一の符号を付して説明は省略する。

まず、コントローラ５０は、ステップＳ１でアクセルセンサ５２からの信号を入力し、そして、ステップＳ２でＣＤモードが選択され、ステップＳ３で要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１未満であると判定されたときは、ステップＳ４で、前記アクセルセンサ５２からの信号が示す要求駆動力の変化率を基に予測制御を実行する。

なお、第１実施形態で説明したように、第２ＭＧ２の温度上昇に応じて前記第１所定駆動力Ｆ１を変化させ、該変化させた第１所定駆動力Ｆ１に基づいて、ステップＳ３を実行することも可能である。

予測制御について具体的に述べると、コントローラ５０は、要求駆動力の変化率、即ち要求駆動力の微分値が所定値Ｄ（図１０参照）以上となったときには、アクセル変化のフラグを１に切り替え、そして、フラグが１に切り替わる回数が符号τで示す所定時間内に所定回数以上となったか否かを確認する。

そして、コントローラ５０は、前記フラグが１に切り替わる回数が前記所定時間内に所定回数以上となったことがステップＳ４で確認されたときには、ステップＳ５に従って、移行可能性は高いと判定してステップＳ６を実行する。また、前記ステップＳ５で、前記切り替わる回数が前記所定時間内に所定回数以上となったことがステップＳ４で確認されないときには、移行可能性は高くないと判定し、ステップＳ７を実行する。

つまり、図１０（ａ）に示すようなアクセル操作のやさしい運転では、移行可能性は高いと判定されず、図１０（ｂ）に示すようなアクセル操作の激しい運転では、例えば前記所定回数を３回とした場合、符号ａで示した時点で移行可能性が高いと判定されることになる。

また、ステップＳ４では、要求駆動力が前記所定時間内に第４所定駆動力Ｆ４（図１０参照）以上となる回数が所定回数であるか否かを確認し、ステップＳ５で運転領域の移行可能性が高いか否かを判定してもよい。

或は、ステップＳ４で前記所定時間内の要求駆動力（正の値に限る）の時間積分値が所定積分値以上であるか否かを確認し、ステップＳ５で運転領域の移行可能性が高いか否かを判定してもよい。またこの場合、前記第４所定駆動力Ｆ４以上の要求駆動力の時間積分値を用いることも可能である。

以上のように、この実施形態に係るハイブリッドシステムによれば、第２ＭＧ２の大型化を回避しながら、モータ走行領域Ａが高駆動力側まで拡大されることになることに加えて、低駆動力領域での走行中に、運転者のアクセルの操作傾向に基づいて第１ＭＧ１の駆動参加の有無を予測することにより、該駆動参加が予測されるときは、予めエンジンブレーキ４１を締結させておく。これにより、要求駆動力の増大に迅速に対応して、第１ＭＧ１が駆動参加することになる。

次に、図１１〜図１３を用いて本発明の第３実施形態について説明する。

この実施形態では、第２実施形態と同様、図４のフローチャートのステップＳ４で実行する予測制御、及び、ステップＳ５で実行する運転領域の移行可能性が高いか否かの判定についての方法が第１実施形態と異なる。その他の構成については第１実施形態と同様であり、同一の符号を付して説明は省略する。

まず、コントローラ５０は、ステップＳ１で、カーナビゲーションシステム５７（図２参照）からの信号を入力する。そして、ステップＳ２でＣＤモードが選択され、ステップＳ３で要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１未満であると判定されたときは、ステップＳ４で、前記カーナビゲーションシステム５７からの信号が示す車両の進路情報を確認する。

予測制御について具体的に述べると、コントローラ５０は、カーナビゲーションシステム５７が車両の現在位置、及び予め入力される目的地に基づいて取得する進路情報から、車両が進むことになる路面の傾斜度やカーブの曲率を把握する。

そして、コントローラ５０は、ステップＳ５に従って、運転領域の移行可能性が高いか否かを次のように判定する。即ち、路面の傾斜度の場合、図１１に符号ａで示す傾斜度の比較的小さい場所では移行可能性が小さいと判定し、一方、符号ｂで示す傾斜度の大きい場所では、傾斜が大きくなる地点でアクセルが大きく踏み込まれ、要求駆動力が急激に増大する可能性が高いことから、前記移行可能性が高いと判定する。

また、カーブの曲率の場合、図１２（ａ）に示すように、曲率の小さいカーブでは移行可能性が小さいと判定し、一方、図１２（ｂ）に示すように、曲率の大きいカーブでは、カーブの終端付近でアクセルが大きく踏み込まれ、要求駆動力が急激に増大する可能性が高いことから、前記移行可能性が高いと判定する。

また、例えば車両が交差点で左折（右折）する場合での左折後の符号ａで示す位置付近や（図１３参照）、高速道路の入口付近において、要求駆動力が急激に増大する可能性が高いことから、ステップＳ４の予測制御で、車両が右左折することになる交差点の位置や高速道路の入口の位置を把握し、ステップＳ５でこれらの位置を基に前記移行可能性が高いか否かを判定してもよい。

そして、ステップＳ５で移行可能性が高いと判定されたときは、コントローラ５０はステップＳ６を実行し、移行可能性が高くないと判定されたときはステップＳ７を実行する。

以上のように、この実施形態に係るハイブリッドシステムによれば、第２ＭＧ２の大型化を回避しながら、モータ走行領域Ａが高駆動力側まで拡大されることになることに加えて、低駆動力領域での走行中に、カーナビゲーションシステム５７が取得する車両の進路情報に基づいて路面の傾斜度やカーブの曲率などを把握して第１ＭＧ１の駆動参加の有無を予測することにより、該駆動参加が予測されるときは、予めエンジンブレーキ４１を締結させておく。これにより、要求駆動力の増大に迅速に対応して、第１ＭＧ１が駆動参加することになる。

次に、図１４のフローチャートを用いて、本発明の第４実施形態を説明する。

前記のとおり、第１〜第３実施形態では、ステップＳ３で要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１未満であると判定され、かつ、ステップＳ４の予測制御の結果を基に、ステップＳ５で車両の属する運転状態の低駆動力領域Ａ１から高駆動力領域Ａ２への移行可能性が高いと判定されたときは、ステップＳ６でエンジンブレーキ４１を予め締結し、要求駆動力が第１所定値Ｆ１以上となったときに、迅速に第１ＭＧ１を駆動参加させられるようにした。

また、前記のとおり、油圧制御回路４４を介してオイルポンプ４５から油圧アクチュエータに作動油の油圧が供給され、これにより、エンジンブレーキ４１が締結されるところ、油圧が油圧アクチュエータに供給され、該アクチュエータを作動させてエンジンブレーキ４１を締結させるまでには所定の時間を要する。

このため、この実施形態では、ステップＳ５で、前記移行可能性が高いと判定されたとき、コントローラ５０はステップＳ６’に従い、オイルポンプ４５を予め作動させておく制御を行う。その他の構成は、第１実施形態と同様であり、同一の符号を付して、説明を省略する。

そして、ステップＳ７〜Ｓ９に従い、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放し、ステップＳ１０で、車両は、第２ＭＧ２のみの駆動力で走行する。このとき、ＣＤモードでの走行中、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上となったときは、コントローラ５０は、ステップＳ１２に従い、エンジンブレーキ４１を締結するところ、予めオイルポンプ４５が作動しているため、エンジンブレーキ４１は、迅速に締結されることになる。これにより、運転者による高駆動力要求に対して、第１ＭＧ１を迅速に駆動参加させることが可能となる。

また、この実施形態で説明した、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上となる前に予めオイルポンプ４５を作動させておくという制御は、第１〜第３実施形態で説明した、フローチャートのステップＳ４で実行する予測制御、及び、ステップＳ５で実行する運転領域の移行可能性が高いか否かの判定についての方法と組み合わせて実行してもよい。

本願発明は、エンジンと２つのモータジェネレータとを備えた車両のハイブリッドシステムにおいて、該システムの車両搭載性や車両重量の増大を抑制しながら、さらなる省エネルギ化が可能となるので、この種の車両の製造産業分野において、好適に利用される可能性がある。

１第１モータジェネレータ（第１ＭＧ）
２第２モータジェネレータ（第２ＭＧ）
３エンジン
１０差動回転機構（遊星歯車機構）
１１第１回転要素（リングギヤ）
１２第２回転要素（サンギヤ）
１３第３回転要素（キャリヤ）
４１ブレーキ（エンジンブレーキ）
４５駆動源（オイルポンプ）
５０コントローラ
５２アクセルセンサ
５６温度センサ
５７カーナビケーションシステム

Claims

エンジンと、第１、第２モータジェネレータと、コントローラと、３つの回転要素を備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素に駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、
締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するブレーキと、該ブレーキを作動させる油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを駆動する駆動源と、前記第２モータジェネレータの温度を検出するための温度センサと、を有し、
前記第２モータジェネレータは、該第２モータジェネレータの温度が高いほど出力上限値が低くなる特性を有し、
前記コントローラは、
要求駆動力が所定値未満の低要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを解放させ、且つ、前記第１モータジェネレータを非作動となるように制御し、
要求駆動力が前記所定値以上の高要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを締結させ、且つ、前記第１モータジェネレータを作動となるよう制御し、更に、
前記低要求駆動力領域での走行中に、前記温度センサの出力値が所定温度以上であるとき、前記低要求駆動力領域から前記高要求駆動力領域へ移行する可能性が高いと予測し、
前記高要求駆動力領域へ移行する可能性が高いと予測されたときに、前記ブレーキを締結するように前記油圧アクチュエータを作動させる制御、又は、前記駆動源の駆動を開始する制御を行う、ように構成されていることを特徴とするハイブリッドシステム。
エンジンと、第１、第２モータジェネレータと、３つの回転要素を備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素に駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、
前記第２モータジェネレータは、該第２モータジェネレータの温度が高いほど出力上限値が低くなる特性を有し、
前記ハイブリッドシステムは、
締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するブレーキと、
前記ブレーキに締結油圧を供給する油圧供給手段と、
前記第２モータジェネレータの温度を検出するための温度検出手段と、
要求駆動力が所定値未満の低要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを解放し且つ前記第１モータジェネレータを非作動とし、要求駆動力が前記所定値以上の高要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを締結させると共に、前記第１モータジェネレータを作動させる制御手段と、
前記低要求駆動力領域での走行中に、前記温度検出手段の出力値が所定温度以上であるとき、前記低要求駆動力領域から前記高要求駆動力領域へ移行する可能性が高いと予測する予測手段と、
該予測手段によって前記高要求駆動力領域へ移行する可能性が高いと予測されたときに、前記第１回転要素の回転を制止させた状態で前記第１モータジェネレータを作動させるために前記油圧供給手段によって前記ブレーキに油圧を供給するための準備動作を行わせる準備手段とを有することを特徴とするハイブリッドシステム。