JP6424808B2 - ハイブリッド車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンとモータとを動力源として備えた駆動力制御装置に関し、特に、エンジンに加えて少なくとも二つのモータもしくはモータ・ジェネレータを備えた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に開示されたハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンを停止した状態で電動機のトルクによって走行するＥＶモードと、エンジンの動力によって発電機で発電し、その発電で生じた電力によって電動機が出力するトルクで走行するシリーズモードと、エンジンのトルクの一部と電動機が出力するトルクとによって走行するシリーズパラレルモードとを備えている。そして、二つのクラッチとブレーキとを係合あるいは解放することによって、上記のＥＶモード、シリーズモードおよびシリーズパラレルモードとを切り換えることができる。また、特許文献２には、走行モードとしてＥＶモード、シリーズモードおよびシリーズパラレルモードとを備えたハイブリッド車両の駆動装置が開示されている。

特開２０１１−０６３１３６号公報 特開２０１２−０７１６９９号公報

特許文献１および２に開示されている駆動装置では、エンジンを停止して走行するＥＶモードが設定されている状態から、車速やアクセル開度などに応じて走行モードを切り換える場合がある。そして、この走行モードの切り換えによっては、停止しているエンジンを始動する必要が生じる。特許文献１の駆動装置では、エンジンを始動する必要が生じた場合に、ブレーキを係合させ、ＭＧ１を駆動させることでエンジンをクランキングしている。また、特許文献２では、第１クラッチを解放し、かつ第２クラッチを係合して第１ＭＧによってエンジンをクランキングしている。

ＥＶモードには、単駆動や両駆動など異なる駆動状態によって走行する場合がある。このようなＥＶモードでは、駆動状態によってクラッチおよびブレーキの係合あるいは解放の状態が異なる。そのため、特許文献１および２の駆動装置のように、エンジン始動時に各クラッチおよびブレーキを特定の係合あるいは解放の状態に設定する制御では、ＥＶモードで走行している状態からエンジンを始動するときに、各クラッチおよびブレーキの係合状態を切り換えてエンジンを始動させる必要がある。そのため、特許文献１および２の駆動装置では、この各クラッチおよびブレーキの係合もしくは解放の切り換えによって、エンジンを始動するまでに時間を要してしまうおそれがあった。

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、エンジンを停止して走行している状態から、エンジンの始動を迅速に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。

この発明は、上記の目的を達成するために、エンジンと、発電機能のある第１モータと、前記エンジン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、前記出力要素からトルクが伝達される出力部材と、前記エンジンから前記第１モータのロータに対するトルクの伝達と遮断とを行う第１係合装置と、前記第１係合装置とは異なる係合装置であってかつ前記エンジンから前記動力分割機構を介して前記出力部材に到るトルクの伝達を可能にする第２係合装置と、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係合装置を係合させるとともに前記エンジンによって前記第１モータを駆動し、かつ前記第１モータが発電した電力で前記第２モータを駆動して走行するシリーズモードと、前記第２係合装置を係合させるとともに少なくとも前記エンジンが出力する駆動力の一部と前記第２モータが出力する駆動力とによって走行するシリーズパラレルモードとの少なくとも二つの走行モードを設定可能なハイブリッド車両の駆動力制御装置において、前記エンジンを始動あるいは停止させる制御と前記走行モードを設定する制御とを実行するコントローラを備え、前記コントローラは、前記エンジンを始動するときに、前記第１係合装置が係合されている場合には、前記第１係合装置を係合した状態で前記エンジンを始動しかつ前記エンジンを始動した後の走行モードを前記シリーズモードに設定し、前記第２係合装置が係合されている場合には、前記第２係合装置を係合した状態で前記エンジンを始動しかつ前記エンジンを始動した後の走行モードを前記シリーズパラレルモードに設定し、前記第１係合装置および前記第２係合装置が解放されていてかつ前記エンジンを始動した後の走行モードとして前記シリーズモードが設定される場合には、前記第１係合装置を係合させて前記エンジンを始動し、前記第１係合装置および前記第２係合装置が解放されていてかつ前記エンジンを始動した後の走行モードとして前記シリーズパラレルモードが設定される場合には、前記第２係合装置を係合させて前記エンジンを始動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。

この発明によれば、直前に設定されている走行モードにおける各係合装置の係合あるいは解放の状態を維持してエンジンを始動する制御を実行している。すなわち、エンジンを始動するときに、各係合装置において係合状態の切り換えが生じることを抑制あるいは回避することができる。そのため、エンジンを始動するまでに要する時間を短縮することができる。また、エンジン始動後の走行モードを、エンジン始動時における係合装置の係合状態に基づいて設定している。すなわち、エンジン始動後に走行モードに応じて各係合装置の係合あるいは解放の切り換えが生じることを抑制あるいは回避することができるため、エンジン始動後における走行モードの遷移も迅速に行うことができる。

さらに、各係合装置が解放されていた場合には、各係合装置を、エンジン始動後に設定される走行モードでの係合あるいは解放の状態に設定してエンジンを始動している。そのため、エンジンが停止している状態からエンジンを始動して走行する走行モードに遷移するまでに生じる各クラッチの係合あるいは解放の切り換えを最小限にすることができる。したがって、各係合装置を常に特定の係合状態に切り換えてエンジンを始動する制御を実行する場合と比較して、走行モードの遷移を迅速に実行することができる。

ＥＶモードからエンジンを始動するときに実行される制御を説明するためのフローチャートである。 この発明に係る駆動力制御装置の対象とすることができる車両の構成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。 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。 ＭＧ１切り離しモードからエンジンを始動するときの挙動を説明するためのタイムチャートである。 ＭＧ１引き摺りモードからエンジンを始動するときの挙動を説明するためのタイムチャートである。 この発明に係る駆動力制御装置の対象とすることができる他の車両の構成を説明するためのスケルトン図である。 図９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、この発明の実施形態における駆動装置の一例を示すスケルトン図であり、フロントエンジン・フロントドライブ車に適するように構成した例である。なお、図２は各構成部材の連結関係を示し、特に説明していない限り、各構成部材の相対位置を示すものではない。ここに示す例は、複軸式でかつ二つのモータを備えたハイブリッド駆動装置である。複軸式とは、駆動力の伝達に関与する複数の回転軸が互いに平行な複数の軸線上に配置されている形式である。二つのモータは、内燃機関（以下、エンジンと記す）と共に駆動力源となっており、永久磁石式同期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ＬＰＧ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および発電機能のある第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に示す例では、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２係合装置に相当し、係合することでエンジン１のトルクを後述する駆動輪２３に伝達することができる。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。

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の第１ロータ９と一体の第１ロータ軸１０がサンギヤ５に連結されている。第１ロータ軸１０は、中空軸であって、第１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と第１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と第１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１係合装置に相当し、図２に示すように、エンジン１から第１ロータ９に対するトルクの伝達と遮断とを行うことができる。

動力分割機構３におけるリングギヤ６に、この実施形態における出力部材の一例である出力ギヤ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と第１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、発電機能のある第２モータ（ＭＧ２）１６が配置されている。第２モータ１６における第２ロータ１７と一体となっている第２ロータ軸１８には第２ドライブギヤ１９が設けられており、第２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、前述した第１モータ４と同様に、例えば永久磁石式の同期電動機であって、電力が供給されることによりトルクを出力し、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上の第１ドライブギヤ１５に噛み合っている。そして、第２モータ１６などから出力された駆動トルクがデファレンシャルギヤ２０からドライブシャフト２２を介して左右の駆動輪２３に伝達される。

また、第１モータ４および第２モータ１６は、図示しないバッテリやキャパシタなどからなる蓄電装置やインバータを含む電源部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、図示しない電源部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。

上述した駆動装置は、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、大きく分けて電気走行（ＥＶ＝Electric Vehicle）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。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、この発明におけるコントローラに相当し、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、第２モータ１６の回転数、出力軸回転数（前記出力ギヤ１２もしくはカウンタ軸１３の回転数）、蓄電装置の充電残量（ＳＯＣ：State Of Charge）、エンジン水温センサ（ＥＮＧ水温センサ）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Ｃ０，ＣＳ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に付設されている図示しない電子スロットルバルブ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、蓄電装置の電力で走行するモードであって、第１モータ４が出力する駆動力と第２モータ１６が出力する駆動力とのうち少なくとも第２モータ１６が出力する駆動力で走行するように構成され、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ＭＧ１切り離しモードと、第１モータ４を連れ回すＭＧ１引き摺りモードとが可能である。

ＭＧ１切り離しモードは、入力クラッチＣ０およびブレーキＢ０を解放状態にし、シリーズクラッチＣＳの係合あるいは解放を適宜決定することによって設定することができる。また、第２モータ１６が蓄電装置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、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。このとき第１モータ４の回転数を０に維持するために、コギングトルクを利用する、あるいはＨＶ−ＥＣＵ１００によって回転数を０に維持するように制御する、さらにｄ軸ロックによって回転数を０に維持するように制御するなどの方法が挙げられる。

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第１ロータ軸１０ならびに第１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。なお、減速時に第２モータ１６において回生エネルギーによる発電ができないときに、入力クラッチＣ０を係合することによってエンジンブレーキを併用することができる。具体的には、入力クラッチＣ０を係合することによってエンジン１が駆動輪２３と連結され、その状態で第１モータ４によってエンジン１の回転数を上げることによってエンジンブレーキを作用させることができる。

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、前進走行時の共線図を図５の（ａ）に示し、後進走行時の共線図を図５（ｂ）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。また、ＥＶモードにおける後進走行時は、前進走行の際の動作状態と後進走行の際の動作状態と同じであって、第２モータ１６の回転（トルク）を前進時とは反対の方向にし、両駆動モードであれば第１モータ４も前進時とは反対の方向に回転させることによって後進走行が可能である。

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（ｃ）および図５の（ｄ）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（ｃ）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。なお、第２モータ１６は正方向および負方向のいずれにも回転することができるから、第２モータ１６の回転方向に応じて、車両は前進し、あるいは後進する。すなわち、図５（ｄ）に示すように、エンジン１の回転数は前進走行時と比較して小さくし、第２モータ１６はモータとして動作して負方向に回転させることによって、車両が後進走行することができる。

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（ｅ）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（負トルク）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。また、シリーズパラレルモードで後進走行する場合、入力クラッチＣ０のみを係合させた状態で、エンジン１を駆動し、かつ第１モータ４を発電機として機能させて正方向に回転させる。また、第２モータ１６はモータとして機能させ、負方向に回転させ、その出力トルクによって後進走行する。

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（ｆ）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。

上述したＥＶモードおよびシリーズモードは、各モータ４，１６の出力トルクで走行し、もしくは第２モータ１６の出力トルクで走行するモードであるから、最大駆動トルクはモータ４，１６の特性に応じて制限される。例えばシリーズモードで出力できる最大駆動トルクは、図６に示すように、第２モータ１６の特性に応じたものとなり、車速がある程度増大した後は、車速の増大に従って低下する。したがって、シリーズモードとシリーズパラレルモードとの切り換え制御を行うためには、図６に示すように、車速と出力軸トルク（もしくは要求トルク）とによって各モードの領域を定めたマップを用意しておき、実際の走行状態が属しているモードを設定することとすればよい。

つぎに、この発明における駆動力制御装置が搭載された車両において、エンジン１が停止している走行モードが設定されている状態、すなわちＥＶモードが設定されている状態からエンジン１を始動し、他の走行モードに移行する場合に実行される制御を図１のフローチャートを用いて説明する。以下に説明する制御は、この発明の実施形態におけるコントローラに相当するＨＶ−ＥＣＵ１００で実行される。

上述したように、ＨＶ−ＥＣＵ１００は、エンジン１を停止して走行している状態、つまりＥＶモードで走行している状態の車両に、エンジン１を始動する要求があるか否かをステップＳ１で判断する。エンジン１を始動するか否かの判断は、アクセル開度の大きさ、あるいは車速、充電残量（ＳＯＣ）などを基準としている。エンジン１を始動する要求が生じていない、つまりステップＳ１で否定的に判断された場合には、リターンする。

ＨＶ−ＥＣＵ１００からエンジン１を始動する要求が生じた場合、つまりステップＳ１で肯定的に判断された場合には、現在のシリーズクラッチＣＳの係合状態がステップＳ２で判断される。上述したように、ＥＶモードにおいて、エンジン１が停止した状態でシリーズクラッチＣＳが係合されている走行モードは、シリーズクラッチＣＳが係合されている状態のＭＧ１切り離しモードである。

シリーズクラッチＣＳが係合されている状態のＭＧ１切り離しモードであった場合、つまりステップＳ２でＹＥＳと判断された場合には、ステップＳ３の制御が実行され、シリーズクラッチＣＳを係合した状態を維持してエンジン１を始動する。この場合におけるエンジン１を始動する制御は、シリーズクラッチＣＳを介して停止状態のエンジン１を回転させるように第１モータ４がトルクを出力する。つまり、シリーズクラッチＣＳが係合されていることによってエンジン１と第１モータ４とが直接連結されている状態であるため、第１モータ４が正方向へ回転するトルク（正トルク）を出力することによってエンジン１の回転数を上昇させる、すなわちクランキングすることができる。第１モータ４によってエンジン１をクランキングしてエンジン１を始動した後は、ステップＳ４の制御、つまり走行モードとしてシリーズモードを設定（選択）する制御が実行される。

一方、ステップＳ２において否定的に判断された場合、つまりシリーズクラッチＣＳが係合されていなかった場合には、ステップＳ５の制御が実行され、入力クラッチＣ０が係合されているか否かが判断される。上述したように、ＥＶモードにおいてシリーズクラッチＣＳが係合されておらず、入力クラッチＣ０が係合されている走行モードは、ＭＧ１引き摺りモードあるいは両駆動モードのいずれかである。入力クラッチＣ０が係合されていた場合、つまりステップＳ５で肯定的に判断された場合には、ステップＳ６の制御が実行され、入力クラッチＣ０を係合した状態を維持してエンジン１を始動する。

ＭＧ１引き摺りモードが設定されていた場合におけるエンジン１を始動する制御は、入力クラッチＣ０を介して停止状態のエンジン１を回転させるように第１モータ４がトルクを出力する。つまり、入力クラッチＣ０が係合されていることによって、エンジン１と第１モータ４とが動力分割機構３および入力クラッチＣ０を介して連結されている状態である。そのため、第１モータ４が正方向へ回転するトルク（正トルク）を出力することによってエンジン１の回転数を上昇させる、すなわちクランキングすることができる。第１モータ４によってエンジン１をクランキングしてエンジン１を始動した後は、ステップＳ７の制御、つまり走行モードとしてシリーズモードを設定（選択）して走行する。

なお、両駆動モードが設定されていた場合には、ブレーキＢ０を解放した後に、ステップＳ６およびステップＳ７と同様の制御を実行する。具体的には、ブレーキＢ０を解放した後に、第１モータ４によってエンジン１をクランキングする。このような制御によってエンジン１を始動した後は、走行モードとしてシリーズパラレルモードを設定（選択）する制御が実行される。

他方、上述したステップＳ５において否定的に判断された場合、つまり入力クラッチＣ０が係合されていなかった場合には、ステップＳ８の制御が実行される。ステップＳ８に進んだ場合は、エンジン１が停止していて、かつシリーズクラッチＣＳおよび入力クラッチＣ０が解放されている状態であるため、ＥＶモードにおけるＭＧ１切り離しモードが設定されている状態である。このように各クラッチＣＳ，Ｃ０が解放されていた場合には、エンジン１の始動要求と同時に決定されるエンジン１始動後の走行モードに基づいてエンジン１を始動する。すなわち、各クラッチＣＳ，Ｃ０を、エンジン１始動後に設定される走行モードでの係合状態と同じ係合状態に設定してエンジン１を始動する。

この実施形態においてエンジン１を始動した後に設定される走行モードは、シリーズモードとシリーズパラレルモードとのいずれか一方である。エンジン１を始動した後に設定される走行モードがシリーズモードであった場合には、先ずシリーズクラッチＣＳを係合する。そして、上述したステップＳ３で実行した制御と同じ制御によってエンジン１を始動する。具体的には、シリーズクラッチＣＳを係合し、第１モータ４から正トルクを出力するように制御することでエンジン１をクランキングしてエンジン１を始動する。エンジン１始動後はシリーズモードに遷移する。

エンジン１を始動した後に設定される走行モードがシリーズパラレルモードであった場合には、先ず入力クラッチＣ０を係合する。そして、ステップＳ６で実行した制御と同じ制御によってエンジン１を始動する。具体的には、入力クラッチＣ０を係合し、第１モータ４から正トルクを出力するように制御することにでエンジン１をクランキングしてエンジン１を始動する。エンジン１始動後はシリーズパラレルモードに遷移する。

このように、各クラッチＣＳ，Ｃ０が解放されていた場合には、エンジン１始動後に設定される走行モードに基づいて（従って）エンジン１を始動させる制御をステップＳ８で実行している。そのため、エンジン１が始動した後に各クラッチＣＳ，Ｃ０の係合あるいは解放の状態の切り換えが生じず、エンジン１始動後は即時にシリーズモードあるいはシリーズパラレルモードに遷移させることができる。

つぎに、図１のフローチャートで実行する制御によって生じる挙動を図７および図８のタイムチャートを用いて説明する。図７では、ＥＶモードにおけるＭＧ１切り離しモードで走行している状態からエンジン１を始動する場合に、上述した制御を実行することで生じる挙動を示してある。なお、図７で示すＭＧ１切り離しモードは、シリーズクラッチＣＳが係合している状態である。

図７に示すように、ｔ０時点では、ＭＧ１切り離しモードで走行しているため、アクセル開度や車速に応じて第２モータ１６が出力するトルクで走行している状態である。そして、ｔ１時点において、運転者の操作によってアクセル開度が大きくなると、それに伴い第２モータ１６が出力するトルクも大きくなる。

アクセル開度が大きくなり、所定のしきい値を超えるｔ２時点において、ＨＶ−ＥＣＵ１００はエンジン１を始動する必要があると判断する。

エンジン１の始動要求が生じることにより、第１モータ４は正トルクを出力するように制御される。このとき、シリーズクラッチＣＳが係合された状態で維持されていて、入力クラッチＣ０およびブレーキＢ０は解放された状態で維持されている。そのため、第１モータ４が出力した正トルクによって、エンジン１の回転数が上昇される。また、第２モータ１６が出力する正トルクでは、アクセル開度に応じて制御される。つまり、アクセル開度が大きくなった状態で一定になると、第２モータ１６が出力する正トルクも大きくなった状態で一定になる。

第１モータ４によるクランキングによってエンジン１が所定の回転数に達した時点、つまりｔ３時点において、エンジン１を点火させる。点火されることにより、エンジン１がトルクの出力を開始するため、第１モータ４は、出力していた正トルクは小さくなるように制御され、さらに正トルクの出力を停止した後は負トルクの出力を開始するように制御される。したがって、エンジン１が完爆するｔ４時点において、シリーズクラッチＣＳのみ係合されている状態でエンジン１が動力を出力し、第１モータ４が負トルクを出力し、第２モータ１６は駆動するための正トルクを出力している状態、すなわちシリーズモードが設定された状態になる。各クラッチＣＳ，Ｃ０およびブレーキＢ０の係合状態を維持した状態でエンジン１を始動した後は、図６で示したようなマップに応じて走行モードを遷移させてもよい。

この構成によれば、直前に設定されている走行モード、つまりＭＧ１切り離しモードにおける各クラッチＣＳ，Ｃ０およびブレーキＢ０の係合あるいは解放の状態を維持して第１モータ４によるエンジン１のクランキングを実行している。すなわち、エンジン１の始動要求が生じてからエンジン１を始動するまでに、各クラッチＣＳ，Ｃ０において係合状態の切り換えが生じていない。そのため、エンジン１を始動するまでに要する時間を短縮することができ、エンジン１の始動を迅速に実行することができる。

つぎに、図８を用いて、ＭＧ１引き摺りモードで走行している状態からエンジン１を始動する場合に、上述した制御を実行することで生じる挙動を説明する。図８に示すように、ＭＧ１引き摺りモードは、入力クラッチＣ０が係合されていて、シリーズクラッチＣＳおよびブレーキＢ０は解放されており、第２モータ１６が出力する駆動力によって走行している状態である。また、第１モータ４はトルクを出力していないが、入力クラッチＣ０が係合されているため、第２モータ１６の出力する駆動トルクに応じて負方向に回転されている。

図８に示すように、ｔ１０時点ではＭＧ１引き摺りモードで走行しているため、アクセル開度や車速に応じて第２モータ１６が出力するトルクで走行している状態である。そして、ｔ１１時点において、運転者の操作によってアクセル開度が大きくなると、それに伴い第２モータ１６が出力するトルクも大きくなる。

アクセル開度が大きくなり、所定のしきい値を超えるｔ１２時点において、ＨＶ−ＥＣＵ１００はエンジン１を始動する必要があると判断する。

エンジン１の始動要求が生じることにより、第１モータ４は正トルクを出力するように制御される。このとき、入力クラッチＣ０が係合した状態で維持されていて、シリーズクラッチＣＳおよびブレーキＢ０は解放した状態で維持されている。言い換えれば、各クラッチＣＳ，Ｃ０の係合状態は、シリーズパラレルモードの無段状態における係合状態と同じである。そのため、第１モータ４が出力した正トルクによって、動力分割機構３および入力クラッチＣ０を介してエンジン１の回転数が上昇される。また、入力クラッチＣ０が係合しているため、第１モータ４の正トルクは、制動力となって駆動輪２３に伝達される。そのため、ＨＶ−ＥＣＵ１００は、第２モータ１６が出力する正トルクを大きくすることによって、第１モータ４の正トルクで車速が低下しないように制御する。そして、アクセル開度が大きくなった状態で一定になると、第２モータ１６が出力するトルクも大きくなった状態で一定になる。なお、第１モータ４の出力する正トルクを考慮しない場合における第２モータ１６のトルクの変化を点線で示している。

第１モータ４によるクランキングによってエンジン１が所定の回転数に達した時点、つまりｔ１３時点において、エンジン１を点火させる。点火されることによりエンジン１がトルクの出力を開始するため、第２モータ１６は、出力している正トルクが小さくなるように制御され、第１モータ４は、次第に出力するトルクが正トルクから負トルクになるように制御される。したがって、エンジン１が完爆するｔ１４時点において、入力クラッチＣ０のみ係合されている状態でエンジン１が動力を出力し、第１モータ４が負トルクを出力し、第２モータ１６は駆動トルクを出力している状態、すなわちシリーズパラレルモードが設定された状態になる。各クラッチＣＳ，Ｃ０の係合状態を維持した状態でエンジン１を始動した後は、図６で示したようなマップに応じて走行モードを遷移させてもよい。なお、ＥＶモードにおける両駆動モードであった場合には、エンジン１を始動する要求が生じてから第１モータ４が正トルクを出力するまでの間にブレーキＢ０を解放する。ブレーキＢ０を解放した後に、上述したＭＧ１引き摺りモードが設定されている状態からエンジン１を始動する制御と同様の制御を実行する。

この構成によれば、直前に設定されている走行モード、つまりＭＧ１引き摺りモードにおける各クラッチＣＳ，Ｃ０およびブレーキＢ０の係合あるいは解放の状態を維持して第１モータ４によるエンジン１のクランキングを実行している。すなわち、エンジン１の始動要求が生じてからエンジン１を始動するまでに、各クラッチＣＳ，Ｃ０において係合状態の切り換えが生じない。そのため、エンジン１を始動するまでに要する時間を短縮することができ、エンジン１始動を迅速に実行することができる。

また、直前に設定されている走行モードが両駆動モードであった場合には、ブレーキＢ０を解放するが、ブレーキＢ０を解放するために要する時間は、係合するために要する時間と比較して短い。すなわち、エンジン１始動時に各クラッチＣＳ，Ｃ０およびブレーキＢ０を特定の係合あるいは解放の状態に設定する場合と比較して、エンジン１を始動するまでに要する時間を短縮することができ、エンジン１始動を迅速に実行することができる。

さらに、図１のフローチャートで示した通り、各クラッチＣＳ，Ｃ０およびブレーキＢ０が解放されていた場合には、各クラッチＣＳ，Ｃ０およびブレーキＢ０を、エンジン１始動後に設定される走行モードでの係合あるいは解放の状態に設定してエンジン１を始動している。そのため、エンジン１が停止している状態から走行モードが遷移するまでに生じる各クラッチＣＳ，Ｃ０の係合あるいは解放の切り換えを最小限にすることができる。また、エンジン１始動後の走行モードにおける各クラッチＣＳ，Ｃ０およびブレーキＢ０の係合状態をエンジン１の始動前に設定しているため、エンジン１始動後に生じるショックを低減することができる。したがって、各クラッチＣＳ，Ｃ０およびブレーキＢ０を常に特定の係合状態に切り換えてエンジン１を始動する制御を実行する場合と比較して、エンジン１を迅速に始動させることができる。

つぎに、この発明における駆動力制御装置の対象とすることができる他の車両の構成について説明する。他の車両の構成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、この発明の実施形態では、入力クラッチＣ０は図９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、またシリーズクラッチＣＳはキャリヤ７と第１ロータ軸１０との間に設けられている。図９に示す他の構成は、前述した図２に示す構成と同様であるから、図９に図２と同様の符号を付してその説明を省略する。

図９に示す構成の駆動装置であっても、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１０（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。なお、ＭＧ１引き摺りモードにおける後進走行時の共線図は、上述したように、各クラッチ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り、図１０（ｂ）に示す共線図によって表すことができる。

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９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１０の（ｃ）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。なお、シリーズモードによる後進走行時は、エンジン１および第１モータ４の動作は同様であり、第２モータ１６のみ負方向に回転することによって後進する。

シリーズパラレルモードでの前進時における無段状態は、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１０の（ｄ）に共線図で示してある。これは、前述した図５の（ｅ）に示す共線図と各クラッチ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。また、後進走行時には、入力クラッチＣ０のみを係合させた状態で、エンジン１を駆動し、かつ第１モータ４を発電機として機能させて正方向に回転させる。そして、第２モータ１６はモータとして機能させ、負方向に回転させ、その出力トルクによって後進走行する。

シリーズパラレルモードでの前進時の固定段状態は各クラッチ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１０の（ｅ）に共線図で示してある。これは、前述した図５の（ｆ）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。

１…エンジン、 ２…出力軸、 ３…動力分割機構、 ４…第１モータ（ＭＧ１）、 ５…サンギヤ、 ６…リングギヤ、 ７…キャリヤ、 ９…第１ロータ １２…出力ギヤ、 １６…第２モータ（ＭＧ２）、１００…ＨＶ−ＥＣＵ（コントローラ）、 ＣＳ…シリーズクラッチ、 Ｃ０…入力クラッチ。

Claims (1)

1. エンジンと、発電機能のある第１モータと、前記エンジン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、前記出力要素からトルクが伝達される出力部材と、前記エンジンから前記第１モータのロータに対するトルクの伝達と遮断とを行う第１係合装置と、前記第１係合装置とは異なる係合装置であってかつ前記エンジンから前記動力分割機構を介して前記出力部材に到るトルクの伝達を可能にする第２係合装置と、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係合装置を係合させるとともに前記エンジンによって前記第１モータを駆動し、かつ前記第１モータが発電した電力で前記第２モータを駆動して走行するシリーズモードと、前記第２係合装置を係合させるとともに少なくとも前記エンジンが出力する駆動力の一部と前記第２モータが出力する駆動力とによって走行するシリーズパラレルモードとの少なくとも二つの走行モードを設定可能なハイブリッド車両の駆動力制御装置において、
   前記エンジンを始動あるいは停止させる制御と前記走行モードを設定する制御とを実行するコントローラを備え、
   前記コントローラは、前記エンジンを始動するときに、
   前記第１係合装置が係合されている場合には、前記第１係合装置を係合した状態で前記エンジンを始動しかつ前記エンジンを始動した後の走行モードを前記シリーズモードに設定し、
   前記第２係合装置が係合されている場合には、前記第２係合装置を係合した状態で前記エンジンを始動しかつ前記エンジンを始動した後の走行モードを前記シリーズパラレルモードに設定し、
   前記第１係合装置および前記第２係合装置が解放されていてかつ前記エンジンを始動した後の走行モードとして前記シリーズモードが設定される場合には、前記第１係合装置を係合させて前記エンジンを始動し、
   前記第１係合装置および前記第２係合装置が解放されていてかつ前記エンジンを始動した後の走行モードとして前記シリーズパラレルモードが設定される場合には、前記第２係合装置を係合させて前記エンジンを始動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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