JP2004050910A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ２４が満充電になってからでは、エンジンブレーキを付与するエンジンブレーキモードへ移行できなくなる。
【解決手段】遊星歯車機構１６のサンギヤ１６ａを発電機１４に、プラネタリギヤ１６ｃを支持するキャリア１６ｄをエンジン１０に接続し、リングギヤ１６ｂと駆動輪２０との間に駆動モータ１２と無段変速機１８を介装する。長い下り坂を惰行している場合のように、車両要求駆動出力ｔＴｄが負の値でのモータ走行中に、バッテリ２４のＳＯＣが充電を禁止すべき第１の上限値（例えば９０％）よりも低い第２の上限値（例えば７０％）を超えると、エンジンブレーキモードへ移行し、発電機１４を回生運転して、リングギヤ１６ｂに対して逆回転しているサンギヤ１６ａの回転方向を反転させる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遊星歯車機構を介してエンジンと発電機と駆動モータとを接続したハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−１１７０１０号公報には、遊星歯車機構の３つの歯車要素であるサンギヤ、リングギヤ及びプラネタリギヤを支持するキャリアに、それぞれ発電機と駆動輪とエンジンとを接続し、かつ、リングギヤと駆動輪との間に駆動モータと減速機とを設けたハイブリッド車両が開示されている。このハイブリッド車両では、発電機の回転数（サンギヤの回転数）を制御することにより、エンジン回転数（キャリアの回転数）を高効率領域に制御できると記載されている。また、電力を消費することなく発電機を減速できるように、発電機（サンギヤ）を減速又は停止状態に維持するブレーキを設けている。類似する技術が特開２０００−６６７６号公報にも開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
下り坂をアクセルペダルを離して走行すなわち惰行している場合のように、エンジンが非駆動状態で、かつ、車両要求駆動出力が負の値のとき、言い換えると、エンジンのフューエルカットを伴う車両減速時には、エンジンのみを車両推進源とするエンジン車両では、車速（及び変速機の変速比）に応じてエンジン回転数が増減し、このエンジン回転数に応じてエンジンブレーキが作用するため、適度な減速度（減速エネルギー）が与えられる。
【０００４】
一方、上記公報のように遊星歯車機構を利用したハイブリッド車両では、同じような車両減速時に、後述するようにエンジン回転数がほぼ０となるため、エンジン車両のようなエンジンブレーキは得られないものの、駆動モータを回生運転することにより、エンジン車両と同様の減速度を得ることができ、かつ、回生運転により減速エネルギーを回収できるため、エネルギー効率が良い。
【０００５】
しかしながら、長い下り坂を惰行し続けているような場合に、回生運転により回収した電力をバッテリに充電し続けていると、バッテリは満充電状態になり、バッテリを過充電から保護するために充電を禁止する必要がある。この場合、回生による減速度が得られなくなるために、車両の減速度が不足し、運転性を阻害するおそれがある。
【０００６】
このような満充電状態でエンジン車両のように適度なエンジンブレーキを得るためには、エンジン回転数を上昇させれば良い。しかしながら、バッテリが満充電状態になってからでは、エンジン回転数を上昇させることができない場合がある。その理由を、図３に示す遊星歯車機構の共線図を用いて説明する。上述した車両減速時には、図３の（Ａ）に示すように、駆動輪側のリングギヤは車速に応じて正回転しており、エンジンフリクションによりエンジン及びキャリアの回転数はほぼ０となるため、発電機及びサンギヤはリングギヤに対して逆回転すなわち負回転している。この状況でエンジン回転数を上昇させるためには、サンギヤの回転を正方向（図の矢印Ｐの方向）へ向けて増速すれば良い。サンギヤの回転を正方向へ向けて増速するには、サンギヤが正方向に回転している場合には発電機を力行運転すればよく、サンギヤが負方向に回転している場合には発電機を回生運転すれば良い。上述した車両減速時にはサンギヤが負方向に回転しているため、先ず発電機を回生運転する必要があるが、満充電状態では発電機の充電が禁止されているため、発電機を回生運転することができず、エンジン回転数を上昇することができない。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るハイブリッド車両は、サンギヤ及びリングギヤに噛合するプラネタリギヤをキャリアで支持する遊星歯車機構を備える。サンギヤに発電機を接続し、キャリアにエンジンを接続し、リングギヤと駆動輪との間に駆動モータを介装する。更に、発電機及び駆動モータと電力の授受を行うバッテリを有する。下り坂を惰行している場合のように、エンジンが非駆動状態で、かつ、車両要求駆動出力が負の値のとき、つまり車両減速力が要求されているときに、バッテリの状態を表すパラメータが少なくとも発電機によるバッテリの充電を禁止すべき第１の上限値よりも低い第２の上限値を超えると、エンジンブレーキモードへ移行する。このエンジンブレーキモードでは、リングギヤに対して逆回転しているサンギヤの回転を停止するかリングギヤと同方向に反転させるまで、発電機の回生運転を行う。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、下り坂で惰行している場合のように、エンジンを非駆動状態としつつ車両へ減速力を付与する必要があるときに、発電機による充電が禁止される状況、すなわちバッテリが満充電になる前に、エンジンブレーキを確実に付与することができ、回生発電又はエンジンブレーキの少なくとも一方により所望の減速度を安定して得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両を示す概略構成図である。この車両は、車両推進源としてエンジン１０及び駆動モータ１２を備えるとともに、発電機１４、遊星歯車機構１６、無段変速機１８、及び一対の駆動輪２０を繋ぐ車輪軸２２等を有している。
【００１０】
エンジン１０は、周知のように、ガソリンや軽油を燃焼することにより駆動力を生じる。駆動モータ１２及び発電機１４は、共に、インバータ２６を介して電力の授受を行うバッテリ２４に接続され、力行運転及び回生運転の双方が可能な三相交流型のモータ・ジェネレータである。バッテリ２４は、駆動モータ１２や発電機１４に電力を供給したり、駆動モータ１２や発電機１４で発電・回生した電力を充電する。例えばモータ走行時には、バッテリ２４の直流電気エネルギーをインバータ２６で三相交流に変換し、その交流電気エネルギーを駆動モータ１２で機械エネルギーに変換して、車輪軸２２へ伝達する。回生・制動時には、エンジン１０や駆動輪２０側から伝達される機械エネルギーをモータ１２で三相交流エネルギーに変換し、更にインバータ２６で直流に変換して、バッテリ２４へ充電する。
【００１１】
遊星歯車機構１６は、発電機１４に接続するサンギヤ１６ａと、駆動輪２０側に接続するリングギヤ１６ｂと、同心円状に配置されたサンギヤ１６ａの外周とリングギヤ１６ｂの内周に噛合う複数のプラネタリギヤであるピニオンギヤ１６ｃと、複数のピニオンギヤ１６ｃを回転自在に支持するとともに、エンジン１０に接続するキャリア１６ｄと、を有し、かつ、上記のリングギヤ１６ｂとキャリア１６ｄとを機械的に固定可能なロックアップ式のクラッチ２８を備えている。
【００１２】
無段変速機１８は、変速比を最大から最小の範囲で連続的に変更可能なベルト式又はトロイダル式の自動変速機であり、リングギヤ１６ｂと駆動輪２０との間の動力伝達経路に設けられている。
【００１３】
駆動モータ１２は、リングギヤ１６ｂと無段変速機１８の間の動力伝達経路に設けられ、この実施例では無段変速機１８の入力軸に直列に接続されている。駆動モータ１２や発電機１４は、回転を増大させようと動作するとき、つまり正回転時に正トルクを出力するときや、負回転時に負トルクを出力するときには、モータとして機能して力行運転を行い、インバータ２６を介してバッテリ２４から電力を消費する。また、駆動モータ１２や発電機１４は、回転を減少させようと動作するとき、つまり正回転時に負トルクを出力するときや、負回転時に正トルクを出力するときには、発電機として機能して回生運転を行い、インバータ２６を介してバッテリ２４に充電する。
【００１４】
車両を走行させるために必要な駆動力は、主としてエンジン１０とモータ１２の少なくとも一方が出力する。典型的には、エンジン効率が良くない低速域や中高速低負荷域では、エンジン１０への燃料噴射を禁止してエンジン１０を非駆動状態とし、モータ１２のみを車両推進源とするモータ走行を行い、エンジン効率の良い運転域では、エンジン１０を主たる車両推進源とするエンジン走行を行い、エンジン１０の出力のみでは車両の要求駆動力が得られないような場合には、バッテリ２４からモータ１２へ電力を供給してモータ１２を力行運転し、このモータトルクをエンジントルクに上乗せ（アシスト）する。このモータ１２は、車両減速時に回生運転を行なうことにより減速エネルギーを回収し、インバータ２６を介してバッテリ２４に充電したり、エンジン走行中に発電機として動作させることもできる。
【００１５】
次に、遊星歯車機構１６の動作について説明する。リングギヤ１６ｂの歯数をＺｒ、サンギヤ１６ａの歯数をＺｓ、リングギヤ１６ｂとサンギヤ１６ａのギヤ比をλとすると、λ＝Ｚｓ／Ｚｒの関係となる。リングギヤ１６ｂの回転数をＮｒ、サンギヤ１６ａの回転数をＮｓ、キャリア１６ｄの回転数をＮｃとすると、これらの回転数とλの関係は、次式（１）となる。
【００１６】
【数１】
Ｎｒ＋λＮｓ＝（１＋λ）Ｎｃ…（１）
無段変速機１８の入力回転数に相当するリングギヤ回転数Ｎｒは、車速と無段変速機１８の変速比のみに応じて変化し、例えば高速走行時のように無段変速機１８の変速比が最小に維持されている状況では、車速に応じて変動する。従って、図２の共線図に示すように、サンギヤ１６ａの回転数（発電機１４の回転数）を調整・制御することにより、キャリア１６ｄの回転数、すなわちエンジン回転数を変更・制御することができる。遊星歯車機構１６の２つのギヤを固定すると、Ｎｒ＝Ｎｓ＝Ｎｃとなり、ギヤ比１で動作する。従って、ロックアップクラッチ２８によりリングギヤ１６ｂとキャリア１６ｄとを締結すると、遊星歯車機構１６を構成する３つの歯車要素１６ａ，１６ｂ，１６ｄが一体的に回転する。
【００１７】
再び図１を参照して、このハイブリッド車両は、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備え、様々な機能をプログラムとして記憶・実行する制御装置３０〜３６を備えている。すなわち、このハイブリッド車両は、燃料噴射制御や点火時期制御のようなエンジン制御を行うエンジン制御装置３１と、インバータ２６を介して駆動モータ１２の回転数やトルクを制御するモータ制御装置３２と、インバータ２６を介して発電機１４の回転数やトルクを制御する発電機制御装置３３と、バッテリ２４の状態を検出するバッテリ制御装置３４と、車両走行状況に応じてロックアップクラッチ２８の締結・開放を切換制御するクラッチ制御装置３５と、無段変速機１８を変速制御する変速機制御装置３６と、を備えている。これらの制御装置３１〜３６は、車両の動作を統括的に制御する車両制御装置３０と電気的に接続されている。この車両制御装置３０は、アクセル開度センサ３７、車速センサ３８、及び回転センサ３９のような各種センサから検出される車両運転状態に基づいて、後述する図４〜図１０に示すような制御ルーチンを実行する。
【００１８】
図４〜図１０は、本実施例に係る制御の流れを示すフローチャートであり、車両制御装置３０により所定期間毎（例えば１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。図４を参照して、Ｓ（ステップ）１では、アクセル開度センサ３７で検出されるアクセル開度を読み込む。Ｓ２では、車速センサ３８で検出される車速を読み込む。Ｓ３では、バッテリ制御装置３４で検出されるバッテリ充電量（ＳＯＣ）を読み込む。Ｓ４では、アクセル開度や車速等に基づいて、車両要求駆動出力ｔＴｄ、すなわち車両に要求される推進力又は減速力を求める。この車両要求駆動出力ｔＴｄは、アクセルペダルを踏み込んでいるような場合には正の値すなわち車両推進力となるが、ブレーキペダルの踏み込みによる車両制動時や、下り坂等でアクセルペダルを離して惰行しているような車両減速時には負の値すなわち減速力となる。この車両要求駆動出力ｔＴｄは、例えば、アクセル開度や車速等をパラメータとして予め用意したマップから検索される。また、ＳＯＣからバッテリの要求発電出力を求める。この要求発電出力は、例えば、予めＳＯＣ毎に設定された数値を使用する。これら車両要求駆動出力ｔＴｄと要求発電出力の和に、補機等の消費電力やパワートレイン損失分を加味して、車両要求出力Ｐｒｅｑを求める。
【００１９】
Ｓ５では、このＰｒｅｑと、モータ走行許可出力Ｐｍａｂｌｅと、を比較する。モータ走行許可出力Ｐｍａｂｌｅは、モータ１２自体の定格特性及びバッテリ２４の充電量（ＳＯＣ）等に基づいて車両制御装置３０により算出される。ＰｒｅｑがＰｍａｂｌｅよりも大きい場合には、エンジン１０を主たる車両推進源とするエンジン走行モード（図６）へ移行し、少なくともＰｒｅｑがＰｍａｂｌｅ以下であることを含む所定のモータ走行条件の時には、エンジン１０を非駆動状態として駆動モータ１２のみを車両推進源とするモータ走行モード（図５）へ移行する。上述したような車両制動時や車両減速時にもＳ５の判定が否定されてモータ走行モードへ移行することとなる。
【００２０】
図５を参照して、モータ走行モードについて説明する。なお、図示していないが、発電機の回転数や出力が大きい場合に、モータ走行可能車速を制限しても良い。Ｓ５０では、エンジン１０を非駆動状態とする。具体的には、エンジン１０の燃料噴射を禁止して、エンジン１０を実質的に停止する。Ｓ５１及びＳ５２では、ロックアップクラッチ２８が締結（ＯＮ）されていればクラッチ２８を開放（ＯＦＦ）する。Ｓ６では適宜な回転センサ等により検出又は推定されるモータ１２の回転数を読み込む。
【００２１】
Ｓ６１では、上記の車両要求駆動出力ｔＴｄが０以上であるかを判定する。車両要求駆動出力ｔＴｄが負の値であれば、Ｓ６２へ進み、バッテリ２４の状態に対応するパラメータを検出し、この充電パラメータに応じて、充電制限信号（フラグ）ｆＣｈｇｌｍｔを設定する。
【００２２】
一例として、パラメータは、バッテリ制御装置３４により検出されるバッテリ充電量ＳＯＣである。このＳＯＣが満充電付近となると、バッテリを過充電から保護するため、バッテリの充電が制限・禁止される。例えば図１１に示すように、ＳＯＣが７０％以上の場合にはＳＯＣに比例して充電電力を制限し、ＳＯＣが９０％以上となると充電電力を０として充電を禁止する。このＳＯＣが、少なくとも発電機１４による充電を禁止すべき第１の上限値（例えば上記の９０％）よりも低い第２の上限値（例えば上記の７０％）を超えると、充電制限信号ｆＣｈｇｌｍｔを１に設定し、ＳＯＣが第２の上限値以下であれば、充電制限信号ｆＣｈｇｌｍｔを０に設定する。なお、上記第２の上限値に基づく判定にヒステリシスを設定しても良い。
【００２３】
他の例として、バッテリ表面温度が高温になると電池保護のためにバッテリ２４の充放電を制限・禁止するため、上記の充電パラメータをバッテリ温度としても良い。すなわち、バッテリ温度が充放電を制限し始める充放電制限開始温度を越えたら、充電制限信号ｆＣｈｇｌｍｔを１とし、それ以外の場合には充電制限信号ｆＣｈｇｌｍｔを０に設定する。なお、上記の充放電制限開始温度に基づく判定にヒステリシスを設定しても良い。
【００２４】
Ｓ６３では、充電制限信号ｆＣｈｇｌｍｔが１か０かを判定し、１であれば後述する図１０のエンジンブレーキモード（エンブレモード）へ移行する。すなわち、Ｓ５０でエンジンが非駆動状態とされ、Ｓ６１で車両要求駆動出力ｔＴｄが負の値と判定され、かつ、Ｓ６２，Ｓ６３でバッテリの充電状態を表すパラメータが上記第２の上限値を超えていると判定されれば、エンジンブレーキモードへ移行する（判定手段）。
【００２５】
上記Ｓ６１の判定が肯定された場合、すなわち車両要求駆動出力ｔＴｄが０以上である場合、及びＳ６３の判定が否定された場合、すなわちバッテリの充放電が何ら制限・禁止されていない場合には、Ｓ７へ進み、上記の車両要求駆動出力ｔＴｄとモータ回転数とに基づいて、モータ１２の目標トルクを算出する。Ｓ８では、この目標トルクをモータ制御装置３２へ指令する。Ｓ９では、モータ１２が効率の良い回転数で動作するように、上記の目標トルク及び車速に応じて無段変速機１８の目標（入力）回転数を設定し、これを変速機制御装置３６へ指令する。この指令を受けて無段変速機１８が変速制御される。例えばモータ回転数が１０００回転近傍に維持されるように、無段変速機１８を変速制御する。
【００２６】
図６を参照して、エンジン走行モードについて説明する。Ｓ１０では、回転センサ３９により検出されるエンジン１０の実回転数ｒＮｅを読み込む。Ｓ１０’では、車両要求出力Ｐｒｅｑとエンジンの最良燃費線とに基づいて、目標エンジン回転数ｔＮｅを算出する。すなわち、アクセル開度等に基づいて設定されるエンジン目標トルクを、予め設定・記憶された負荷−回転数の設定マップ上の最良燃費線上にマッピングして、目標回転数ｔＮｅを設定する。Ｓ１１では、エンジンが点火されているかを判断する。点火されていなければエンジン始動モード（図７）へ移行する。点火されていればＳ１２へ進み、目標エンジン回転数ｔＮｅに相当する無段変速機１８の目標入力回転数を変速機制御装置３６へ指令する。Ｓ１３では、指令を受けて変速機制御装置３６が無段変速機１８の変速制御を開始する。
【００２７】
車速が低い状況等では、無段変速機１８の変速比を制御することにより、ロックアップクラッチ２８が締結されていても、無段変速機１８の入力回転数、すなわちリングギヤ回転数Ｎｒを目標エンジン回転数ｔＮｅに維持することができる。しかしながら、車速が高い場合等では、ロックアップクラッチ２８が締結されていると、無段変速機１８の変速比を最小に設定しても、リングギヤ回転数Ｎｒを目標エンジン回転数ｔＮｅまで下げることができない。そこで本実施例では、目標エンジン回転数ｔＮｅとリングギヤ回転数Ｎｒとの比較に基づいて、ロックアップクラッチ２８の締結−開放を切り換えている。
【００２８】
詳しくは、Ｓ１３ａでは、リングギヤ回転数Ｎｒを読み込む。このリングギヤ回転数Ｎｒは、周知の回転センサ等を用いて直接的に検出しても良く、あるいは駆動モータ１２の回転数を代用しても良く、あるいは車速と無段変速機１８の変速状態とに基づいて演算・推定しても良い。
【００２９】
Ｓ１４では、このリングギヤ回転数Ｎｒと目標エンジン回転数ｔＮｅとを比較する。すなわち、Ｓ１３，Ｓ１３ａ，Ｓ１４では、リングギヤ回転数Ｎｒが目標エンジン回転数ｔＮｅへ近づくように、無段変速機１８を変速制御した上で、リングギヤ回転数Ｎｒが目標エンジン回転数ｔＮｅ以上であるかを比較している。従って、Ｓ１４のＮｒは無段変速機１８の変速比が最小のときのリングギヤ回転数の下限値に相当し、Ｓ１４の判定は、この下限値Ｎｒが目標エンジン回転数ｔＮｅ以上であるかを判定していると言い換えることができる。
【００３０】
ｔＮｅがＮｒ以上の場合、すなわちロックアップクラッチ２８を締結したままでも無段変速機１８を変速制御することによりリングギヤ回転数Ｎｒを目標エンジン回転数ｔＮｅに維持することができる運転条件のときには、ロックアップクラッチ２８を締結する遊星固定モード（図８）へ移行し、ｔＮｅがＮｒよりも低い場合、すなわちロックアップクラッチ２８を締結したままでは無段変速機１８を変速制御してもリングギヤ回転数Ｎｒを目標エンジン回転数ｔＮｅまで下げることができない運転条件のときには、ロックアップクラッチ２８を開放する遊星差動モード（図９）へ移行する。
【００３１】
図７を参照して、上記のエンジン始動モードについて説明する。典型的には、モータ走行モードからエンジン始動モードへ移行する。モータ走行中、ロックアップクラッチ２８が開放されており、発電機１４が無負荷状態であれば、エンジンフリクションによりエンジン回転数はほぼ０（ゼロ）に維持されている。従って、上記の式（１）及び図３の（Ａ）から明らかなように、発電機１４は負回転（リングギヤ１６ｂに対して逆回転）となる。この発電機の実回転数は、例えばリングギヤ回転数Ｎｒとエンジン回転数ｒＮｅから求めることができる。エンジン１０を点火・始動するためには、エンジン回転数をエンジン始動可能回転数Ｎｅｓｔａｒｔ（例えば６００回転）まで上げる必要がある。このエンジン始動可能回転数Ｎｅｓｔａｒｔに対応する発電機の目標回転数を演算し、この目標回転数と上記発電機の実回転数との差に基づいて、発電機の目標トルクを演算し、この目標トルクを発電機制御装置３３へ指令する（Ｓ１５）。これにより発電機が正回転方向に増速制御され、エンジン回転数がＮｅｓｔａｒｔへ向けて上昇していく。このようにエンジン回転数がＮｅｓｔａｒｔへ向けて上昇していく過程では、典型的には、発電機の目標トルクが常に正トルクで、発電機は負回転から正回転へ移行するため、負回転しているときには回生・発電していることになってバッテリへ電力を充電し、正回転しているときには力行運転となってバッテリから電力を消費することになる。Ｓ１６では、実エンジン回転数ｒＮｅとＮｅｓｔａｒｔとを比較する。ｒＮｅがＮｅｓｔａｒｔに達すると、エンジンの始動（燃料供給及び火花点火）を開始する（Ｓ１７）。典型的なエンジン始動モードの共線図を図３の（Ｂ’）→（Ｂ）に示す。
【００３２】
図８を参照して、上記の遊星固定モードについて説明する。Ｓ１８では、ロックアップクラッチ２８が締結状態（ＯＮ）であるか開放状態（ＯＦＦ）であるかを判定する。クラッチ２８がＯＮであれば、車両要求出力とエンジン実回転数ｒＮｅとによりエンジン目標トルクｔＴｅを計算し（Ｓ２２）、この目標トルクｔＴｅをエンジン制御装置３１へ指令する（Ｓ２３）。このようにクラッチが締結されている場合、エンジン１０の出力は直接的に発電機１４と駆動輪２０側とに伝達される。エンジン目標トルクｔＴｅがエンジン最大トルクＴｅｍａｘよりも大きい場合、可能であれば不足分（ｔＴｅ−Ｔｅｍａｘ）のトルクをモータ１２によりアシストする。また、ｔＴｅが車両要求駆動出力ｔＴｄよりも大きい場合、余剰分（ｔＴｄ−ｔＴｅ）のトルクを発電機１４とモータ１２の一方もしくは両方で回生する。
【００３３】
Ｓ１８でクラッチが開放状態であると判定されれば、Ｓ１９へ進み、実エンジン回転数ｒＮｅとリングギヤ回転数Ｎｒとをほぼ等しくするように、発電機の目標回転数又は目標トルクを演算して、この目標回転数又は目標トルクを発電機制御装置３３へ指令する。Ｓ２０において、ｒＮｅとＮｒとがほぼ等しくなり、ロックアップクラッチ２８をスムーズに締結できると判断されると、Ｓ２１へ進み、ロックアップクラッチ２８を締結する。クラッチ締結後には、上述したように、車両要求出力とエンジン実回転数ｒＮｅとによりエンジン目標トルクｔＴｅを計算し（Ｓ２２）、この目標トルクｔＴｅをエンジン制御装置３１へ指令する（Ｓ２３）。この遊星固定モードの典型的な共線図を図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示す。
【００３４】
なお、ロックアップクラッチ２８が締結されているか開放されているかにかかわらず、上述したＳ１２，Ｓ１３の処理により、リングギヤ回転数Ｎｒが目標エンジン回転数ｔＮｅへ近づくように、無段変速機１８は変速制御される。
【００３５】
図９を参照して、上記の遊星差動モードについて説明する。まず、ロックアップクラッチの状態を検出し、クラッチが締結されていればＳ２４からＳ２５へ進み、クラッチ２８を速やかに開放する。Ｓ２６では、目標エンジン回転数ｔＮｅとリングギヤ回転数Ｎｒとの差に基づいて発電機の目標回転数又は目標トルクを算出し、この目標回転数又は目標トルクを発電機制御装置３３へ指令して、発電機を回転数制御又はトルク制御する。この遊星固定モードから遊星差動モードに移行した直後の状態では、ｔＮｅがｒＮｅより小さいので、発電機の目標トルクは負トルクとなり、発電機１４は減速制御され、バッテリ２４が充電されることになる。従って、仮にバッテリ２４のＳＯＣが低くても、この図９に示すルーチンを行うことができる。Ｓ２７では車両要求出力とｒＮｅよりエンジンの目標トルクを計算し、この目標トルクをエンジン制御装置に指令する（Ｓ２８）。この遊星差動モードの典型的な共線図を図３（Ｃ）→（Ｂ）に示す。
【００３６】
図１０を参照して、本実施例の要部をなすエンジンブレーキモードについて説明する。Ｓ２９では、回転センサ３９により検出されるエンジン実回転数ｒＮｅをエンジン制御装置３１より受信する。Ｓ３０では、車両要求駆動出力ｔＴｄに基づいて、エンジン目標回転数ｔＮｅを算出する。このエンジンブレーキモードでは、車両要求駆動出力ｔＴｄは負の値であり、車両減速力に相当する。すなわち、Ｓ３０では、要求される車両減速力に基づいて、エンジンブレーキに対応するエンジン目標回転数ｔＮｅを設定している。従って、車両要求駆動出力ｔＴｄの絶対値（車両減速力）が大きいほど、基本的にはエンジン目標回転数ｔＮｅが高くなるように設定される。Ｓ３１では、このｔＮｅと実エンジン回転数ｒＮｅとに基づいて、発電機の目標トルク（あるいは目標回転数）を設定する。この目標トルク（又は目標回転数）は、エンジン回転数が０から上昇していくように、リングギヤの回転方向を正とする正方向のトルク（回転数）である。Ｓ３２では、この目標トルクを発電機制御装置３３へ指令する。
【００３７】
この指令を受けて、少なくとも発電機及びサンギヤの回転方向が正方向（又は０）へ反転するまでは、発電機１４の回生運転を行う（回転方向変更手段）。このようにサンギヤが正回転方向へ向けて増速（負方向に回転している状況では減速）していくことにより、キャリア及びエンジンの回転数が上昇していき、このエンジン回転数の増加に応じて、エンジンフリクションすなわちエンジンブレーキ力が増加していく。
【００３８】
好ましくは、Ｓ３２ａ及びＳ３２ｂに示すように、実エンジン回転数ｒＮｅとリングギヤ回転数Ｎｒとがほぼ等しくなり、ロックアップクラッチ２８をスムーズに締結できると判定されると、ロックアップクラッチ２８を締結する（クラッチ締結手段）。このようにロックアップクラッチを締結することにより、発電機を所定の正回転数に維持するために力行運転を行う必要がなくなり、消費エネルギーを軽減することができる。なお、ロックアップクラッチを締結した後にも、無断変速機を変速制御することによりエンジンブレーキ力を調整することは可能である。また、バッテリが充電可能な状態に復帰すれば、駆動モータ１２で回生運転を行うことにより、車両減速度を調整することもできる。
【００３９】
図１２に示すタイムチャートを参照して、車両要求駆動出力ｔＴｄが負の値であるモータ走行モードからエンジンブレーキモードへ移行する場合の動作について、更に詳細に説明する。なお、図１２において、（Ａ）の縦軸は回転数を、（Ｂ）の縦軸はトルクを、（Ｃ）の縦軸は発電機と駆動モータの軸出力を示している。
【００４０】
図１２のＫ１は、下り坂を惰行運転している場合のように、エンジンが非駆動状態で、かつ車両要求駆動出力ｔＴｄが負の値である場合のモータ走行モードに対応している。このモータ走行モードＫ１では、クラッチが開放されているために、エンジンフリクションによりエンジン回転数がほぼ０となり、モータ及びリングギヤの回転方向を正とすると、発電機の回転数は負の値となる。また、車両要求駆動出力ｔＴｄが負の値であるため、バッテリの充電が抑制・禁止されていなければ、エンジン車両のエンジンブレーキに相当する減速エネルギーを得るためにモータを回生運転するので、（Ｂ）に示すようにモータの要求トルクが負の値となっている。
【００４１】
図１２のＴ１は、このモータ走行モードＫ１からエンジンブレーキモードＫ２へ移行するタイミングを表しており、図５のＳ６３の判定が肯定されるタイミングに相当する。エンジンブレーキモードＫ２へ移行すると、エンジン回転数を上昇するために発電機へ正方向の目標トルク（目標回転数）を与えて、発電機の回転数を正方向へ増速させていく。しかしながら、エンジンブレーキモードＫ２へ移行した直後の段階では、発電機は負方向へ回転しているため、この発電機は先ず減速・回生運転を行うこととなる。従って、仮にバッテリが満充電状態になってからでは発電機を回生運転することができず、エンジン回転数を上昇することができない。
【００４２】
そこで本実施例では、バッテリヘの充電が禁止される前のタイミングＴ１で、発電機に正方向の目標トルク（目標回転数）を与えて、発電機の回生運転を行い、発電機及びサンギヤの回転方向を正方向へ反転させている（回転方向変更手段）。すなわち、エンジンブレーキモードＫ２へ移行するタイミングＴ１は、発電機の回転数が正方向へ反転するタイミングＴ２までに発電機により回生される電力、つまり図１２（Ｃ）の破線領域Ｈで示す負の軸出力に相当する分の電力を充分に充電できるように設定されている。従って、バッテリが満充電になる前に発電機を回生運転することにより、発電機の回転方向を正方向（又は０）へ反転することができ、一旦発電機の回転方向が正方向となれば、その後は発電機を力行運転することによりエンジン回転数が増加していくので、充分なエンジンブレーキを付与することが可能となる。従って、バッテリが満充電状態となっても、エンジンブレーキにより充分な減速度を与えることができ、運転性を損なうことなく走行を継続することができる。
【００４３】
更に本実施例では、発電機の回転数がエンジン回転数やモータ回転数とほぼ等しくなった時点Ｔ３（図１０のＳ３２ａの判定が肯定されるタイミング）で、ロックアップクラッチ２８を締結しているため、発電機の回転数（正の値）を維持するために発電機を力行運転する必要がなくなるので、消費エネルギーが軽減され、エネルギー効率が向上する。なお、クラッチ締結後にも、無断変速機を変速制御することにより、エンジン回転数すなわちエンジンブレーキ力を調整することは可能である。
【００４４】
図１３は本発明の第２実施例に係るハイブリッド車両を示す概略構成図である。なお、上記の第１実施例と同じ構成には同じ参照符号を付し、重複する説明を省略する。この第２実施例のハイブリッド車両は、第１実施例と同様の構成を備えることに加えて、遊星歯車機構１６のサンギヤ１６ａの回転を減速及び停止状態に維持するブレーキ４０と、このブレーキ４０のＯＮ／ＯＦＦを制御するブレーキ制御装置４１と、を備えている。ブレーキ制御装置４１は、エンジン制御装置３１等と同様、車両制御装置３０へ電気的に接続されている。
【００４５】
図１４は、第２実施例に係るエンジンブレーキモードの制御の流れを示しており、第１実施例の図１０の処理に対応する。エンジンブレーキモードへ移行するまでの動作を含め、エンジンブレーキモード以外の動作は第１実施例と同じである。
【００４６】
Ｓ３３〜Ｓ３６では、第１実施例のＳ２９〜Ｓ３２と同様、エンジン制御装置よりエンジン実回転数ｒＮｅを受信し（Ｓ３３）、車両要求駆動出力ｔＴｄに基づいてエンジン目標回転数ｔＮｅを算出し（Ｓ３４）、ｒＮｅとｔＮｅとに基づいて発電機の目標トルク（又は目標回転数）を計算し（Ｓ３５）、この目標トルクを発電機制御装置へ指令する（Ｓ３６）。この指令を受けた発電機制御装置により発電機は正トルクを出力し、発電機を回生運転することにより発電機及びサンギヤの回転数が正方向へ増速していき、これに伴ってエンジン回転数が上昇していく。
【００４７】
Ｓ３７では、発電機回転数ｒＮｇを検出又は推定する。Ｓ３８では、発電機回転数ｒＮｇが所定のマイナス値（例えば−１００回転）以上であるか、すなわち充分に０に近づいたかを判断する。発電機回転数ｒＮｇが−１００回転よりも低い場合には本ルーチンを終了し、発電機回転数ｒＮｇが−１００回転以上のとき、Ｓ３９へ進み、ブレーキ制御装置４１へＯＮ指令を出力する（ブレーキ作動手段）。この指令を受けてブレーキ４０は徐々に締結トルクを増加させ、最終的に発電機の回転を停止状態に維持する（図３（Ａ）’参照）。
【００４８】
このような本実施例によれば、上記の第１実施例と同様、バッテリの充電が禁止される前にエンジン回転数を上昇させてエンジンブレーキトルクを付与することができることに加えて、発電機を正回転させるために電力を消費しなくて良いので、エネルギー消費量が軽減され、エネルギー効率が更に向上する。但し、図３の（Ａ’）及び（Ｃ）に示すように、リングギヤ回転数が同じであれば、第２実施例のようにブレーキ４０によりサンギヤ１６ａを停止・固定する場合、第１実施例のようにロックアップクラッチ２８を締結する場合に比して、エンジン回転数は低くなるため、エンジンブレーキ力は小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るハイブリッド車両を示す概略構成図。
【図２】遊星歯車機構の共線図。
【図３】遊星歯車機構の共線図。
【図４】本発明に係る制御の流れを示すフローチャートの一部。
【図５】モータ走行モードの処理内容を示す上記フローチャートの一部。
【図６】エンジン走行モードの処理内容を示す上記フローチャートの一部。
【図７】エンジン始動モードの処理内容を示す上記フローチャートの一部。
【図８】遊星固定モードの処理内容を示す上記フローチャートの一部。
【図９】遊星差動モードの処理内容を示す上記フローチャートの一部。
【図１０】上記第１実施例に係るエンジンブレーキモードの処理内容を示す上記フローチャートの一部。
【図１１】バッテリのＳＯＣと充電可能出力との関係を示す特性図。
【図１２】上記第１実施例に係るエンジンブレーキモードへの移行時のタイムチャート。
【図１３】本発明の第２実施例に係るハイブリッド車両を示す概略構成図。
【図１４】上記第２実施例に係るエンジンブレーキモードの処理内容を示すフローチャートの一部。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…駆動モータ
１４…発電機
１６…遊星歯車機構
１６ａ…サンギヤ
１６ｂ…リングギヤ
１６ｃ…ピニオンギヤ
１６ｄ…キャリア
１８…無段変速機
２０…駆動輪
２４…バッテリ
２８…ロックアップクラッチ

Claims (5)

1. サンギヤ及びリングギヤに噛合するプラネタリギヤをキャリアで支持する遊星歯車機構と、
   上記サンギヤに接続する発電機と、
   上記キャリアに接続するエンジンと、
   上記リングギヤと駆動輪との間に介装される駆動モータと、
   上記発電機及び駆動モータと電力の授受を行うバッテリと、を有するハイブリッド車両において、
   エンジンが非駆動状態で、車両要求駆動出力が負の値で、かつバッテリの状態を表すパラメータが少なくとも発電機によるバッテリの充電を禁止すべき第１の上限値よりも低い第２の上限値を超えるエンジンブレーキモードであるかを判定する判定手段と、
   上記エンジンブレーキモードであると判定され、かつ、上記サンギヤがリングギヤに対して逆回転しているときには、発電機を回生運転して、少なくともサンギヤの回転を停止するかリングギヤと同方向に反転させる回転方向変更手段と、を有することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 上記バッテリの状態を表すパラメータが、バッテリの充電量であ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。
3. 上記バッテリの状態を表すパラメータが、バッテリの温度であ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。
4. 上記プラネタリギヤとリングギヤとをロックアップ可能なクラッチと、
   上記エンジンブレーキモードで、サンギヤがリングギヤとほぼ同じ回転数となったときに、上記クラッチを締結するクラッチ締結手段と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車両。
5. 上記サンギヤの回転を減速及び停止状態に維持するブレーキと、
   上記エンジンブレーキモードで、サンギヤの回転数が所定のマイナス値以上となったときに、上記ブレーキを作動させるブレーキ作動手段と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車両。

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