JP2006034054A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 変速機に生じた異常の影響を受けることなく走行性能を確保する。
【解決手段】 ハイブリッド車両は動力源としてエンジンと電動モータとを備えており、エンジン動力の伝達経路には変速機が組み込まれる。この車両は、エンジン動力を用いるエンジン走行モード等と、モータ動力を用いるシリーズ走行モードとを備えており、走行モードは走行状態に応じて切り換えられる。エンジン走行モード等による走行時には、変速機の目標変速比Raが求められ(ステップS2)、変速機の入力回転数Niと出力回転数Noとが検出される(ステップS3,S4)。そして、入力回転数Niと出力回転数Noとに基づき実変速比Rbが算出され(ステップS5)、目標変速比Raと実変速比Rbとが比較される(ステップS6)。目標変速比Raと実変速比Rbとが相違した場合には、変速機に異常が発生しているため、シリーズ走行モードに切り換えられる(ステップS10)。
【選択図】 図5

Description

本発明は変速機を備えるハイブリッド車両の駆動装置に関する。
近年、エンジンおよび電動モータを動力源として搭載するようにしたハイブリッド車両が開発されている。このようなハイブリッド車両は、発進時や低速時の動力源として低回転から高トルクを発生する電動モータを用いることにより、エンジンの使用領域を効率の良い領域に絞ることができるため、エンジン効率を向上させて低燃費を達成することができる。このハイブリッド車両の駆動方式としては、電動モータのみを用いて駆動輪を駆動するようにしたシリーズ方式、電動モータとエンジンとを用いて駆動輪を駆動するようにしたパラレル方式、そしてシリーズ方式とパラレル方式とを組み合わせるようにしたシリーズ・パラレル方式が開発されている。
シリーズ・パラレル方式の車両にあっては、モータ動力を駆動輪に伝達するシリーズ走行モード、エンジン動力を駆動輪に伝達するエンジン走行モード、モータ動力とエンジン動力との双方を駆動輪に伝達するパラレル走行モードを備えており、これらの走行モードは走行状況に応じて適宜切り換えられる。エンジンと駆動輪との間にはクラッチ機構が組み込まれており、シリーズ走行モードで車両を走行させる際にはクラッチ機構が開放される一方、エンジン走行モードやパラレル走行モードで車両を走行させる際にはクラッチ機構が締結される。
このように、エンジン動力はクラッチ機構を介して駆動輪に伝達されており、クラッチ機構に締結力低下などの異常が発生すると、クラッチ機構を介して十分なエンジン動力を伝達することができず、エンジン走行モードやパラレル走行モードでの走行性能が低下してしまうことになる。そこで、クラッチ機構の入力回転数と出力回転数を比較することにより、クラッチ機構の滑りが検出された場合には、走行モードをシリーズ走行モードに切り換え、クラッチ機構を開放するようにしたハイブリッド車両が開発されている(たとえば、特許文献1参照)。
特開平11−332009号公報(第5頁、図1、図3)
ところで、特許文献1に示されるように、走行性能や燃費性能の向上を図るため、エンジン動力の伝達経路に変速機を搭載するようにしたハイブリッド車両が開発されている。このように、変速機が搭載されたハイブリッド車両の走行性能を確保するためには、クラッチ機構の滑りを検出するだけでは不十分であり、変速機が正常に作動している否かを判定するとともに、変速機に異常が発生している場合にはこれに対処することが必要となっていた。たとえば、変速機の変速歯車列が損傷した場合や、シンクロメッシュ機構に異常が発生して変速歯車列が正常に切り換えられなかった場合には、車両の走行性能を著しく低下させてしまうだけでなく、車両が走行不能に陥るおそれもある。
本発明の目的は、変速機に異常が発生した場合であっても、ハイブリッド車両の走行性能を確保することにある。
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、駆動輪と発電機とを駆動するエンジンと、前記駆動輪を駆動する電動モータとを有し、エンジンと電動モータとの少なくともいずれか一方を用いて前記駆動輪を駆動するハイブリッド車両の駆動装置であって、前記エンジンに連結され、複数の駆動歯車を備える変速入力軸と、前記駆動輪に連結され、前記駆動歯車に噛み合う複数の従動歯車を備える変速出力軸と、前記駆動歯車および前記従動歯車により形成される変速段のいずれかを動力伝達状態に切り換える切換機構と、前記変速入力軸の入力回転数を検出する入力回転数検出手段と、前記変速出力軸の出力回転数を検出する出力回転数検出手段と、前記切換機構により切り換えられる目標変速段を検出する変速段検出手段と、前記入力回転数および前記出力回転数の少なくともいずれか一方に基づく実測値と、前記目標変速段に基づく目標値とを比較判定する変速判定手段と、前記実測値と前記目標値とが相違するときには、前記エンジンを動力源とする走行モードから、前記電動モータを動力源とする走行モードに切り換えるモード制御手段とを有することを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記実測値は前記入力回転数と前記出力回転数とにより算出される実変速比であり、前記目標値は前記目標変速段に応じた目標変速比であることを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記実測値は前記入力回転数および前記出力回転数のいずれか一方に基づく実回転数であり、前記目標値は前記入力回転数および前記出力回転数の他方と前記目標変速段に応じた目標変速比とにより算出される目標回転数であることを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記エンジンと前記変速入力軸との間に設けられ、前記変速入力軸にエンジン動力を伝達する締結状態と遮断する開放状態とに切り換えられるクラッチ機構を有し、前記実測値と前記目標値とが相違するときには、前記モード制御手段は前記クラッチ機構を開放することを特徴とする。
本発明によれば、入力回転数および出力回転数の少なくとも一方に基づく実測値と、目標変速段に基づく目標値とを比較判定するようにしたので、変速機に異常が発生しているか否かを判定することができる。また、実測値と目標値とが相違することで変速機の異常が検出された場合には、電動モータを動力源とする走行モードに切り換えるようにしたので、変速機に発生した異常の影響を受けることなく、車両の走行性能を確保することができ、延いては車両の安全性を高めることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1はハイブリッド車両10を示す概略図であり、図2は本発明の一実施の形態である駆動装置11を示すスケルトン図である。図1に示すように、ハイブリッド車両10には、複数の動力源を備える駆動装置11が縦置きに搭載されており、駆動装置11に組み込まれるフロントディファレンシャル機構12から駆動輪である前輪13に動力が伝達される一方、駆動装置11の後端部に連結されるプロペラシャフト14から、これに連結されるリヤディファレンシャル機構15を介して駆動輪である後輪16に動力が伝達される。つまり、図示する駆動装置11は4輪駆動のハイブリッド車両10に適用される駆動装置となっている。
図2に示すように、駆動装置11はエンジン20と電動モータ21とを動力源として備えており、エンジン20は駆動装置11の車両前方側に組み付けられ、電動モータ21は駆動装置11のほぼ中央部を形成するモータケース22に組み込まれている。そして、エンジン20とモータケース22との間には、発電機23を収容するジェネレータケース24が設けられるとともに、クラッチ機構である入力クラッチ25、変速機26およびフロントディファレンシャル機構12を収容するギヤケース27が設けられている。
ジェネレータケース24に組み込まれる発電機23は、ロータ23aとステータ23bとを備えており、ロータ23aはエンジン20のクランク軸20aに連結されている。このように、エンジン20と発電機23とは連結されており、発電機23はエンジン動力を用いて発電するだけでなく、スタータモータとしてエンジン20を始動することができる。
また、ギヤケース27に組み込まれる入力クラッチ25は、発電機23のロータ軸30に固定されるクラッチハブ25aと、変速機26の変速入力軸31に固定されるクラッチドラム25bとを備えており、クラッチハブ25aとクラッチドラム25bとの間には複数の摩擦プレート25cが設けられている。この入力クラッチ25は、摩擦プレート25cを相互に押圧する電磁コイル25dを備えており、電磁コイル25dを励磁することによって、入力クラッチ25は締結状態に切り換えられ、変速入力軸31にエンジン動力が伝達される。一方、電磁コイル25dの励磁を解くことによって、入力クラッチ25は開放状態に切り換えられ、変速入力軸31に対するエンジン動力の伝達が遮断される。
入力クラッチ25を介してエンジン動力が伝達される変速機26は、変速入力軸31に平行となる変速出力軸32を有しており、変速入力軸31には2つの駆動歯車33a,34aが回転自在に設けられ、変速出力軸32には駆動歯車33a,34aに噛み合う2つの従動歯車33b,34bが固定されている。また、相互に噛み合う駆動歯車33a,34aと従動歯車33b,34bとにより、低速側の変速段である低速段33と高速側の変速段である高速段34とが形成されており、変速入力軸31には低速段33と高速段34のいずれかを動力伝達状態に切り換える切換機構35が設けられている。
この切換機構35はシンクロメッシュ機構となっており、変速入力軸31に固定されるシンクロハブ35aと、これに常時噛み合うシンクロスリーブ35bとを備えている。図示しないアクチュエータによって、シンクロスリーブ35bを駆動歯車33aに噛み合う低速位置に作動させると、低速段33を介して変速されたエンジン動力が、変速入力軸31から変速出力軸32に伝達される一方、駆動歯車34aに噛み合う高速位置に作動させると、高速段34を介して変速されたエンジン動力が、変速入力軸31から変速出力軸32に伝達されることになる。なお、シンクロスリーブ35bを駆動歯車33a,34aの双方に噛み合うことのない中立位置に作動させると、変速出力軸32に対するエンジン動力の伝達が遮断される。
また、変速出力軸32に平行となる連結軸36がギヤケース27に回転自在に収容されており、連結軸36には伝達歯車37が固定される一方、変速出力軸32には伝達歯車37に常時噛み合う伝達歯車38が固定されている。なお、変速出力軸32と連結軸36とは車幅方向にずれており、作図の便宜上、図2において連結軸36と伝達歯車37とは破線で示されている。そして、モータケース22に組み込まれる電動モータ21は、ロータ21aとステータ21bとを備えており、ロータ21aに固定されるモータ駆動軸39は、ロータ21aの両端からそれぞれ突出するとともに、その一端は連結軸36にスプライン結合されている。このように、変速出力軸32とモータ駆動軸39とは連結されており、電動モータ21を駆動することによって、変速出力軸32にはエンジン動力だけでなくモータ動力が伝達されるようになっている。
エンジン動力やモータ動力が伝達される変速出力軸32には、その先端にフロントディファレンシャル機構12のリングギヤ40に噛み合うピニオンギヤ41が固定されており、変速段を介して変速出力軸32に伝達されるエンジン動力や、連結軸36を介して変速出力軸32に伝達されるモータ動力は、フロントディファレンシャル機構12を介して左右の前輪13に分配されることになる。
さらに、モータケース22にはトランスファケース42が取り付けられており、トランスファケース42には後輪16に対してモータ動力やエンジン動力を伝達するトランスファ機構43が組み込まれている。トランスファ機構43は、モータ駆動軸39の他端にスプライン結合されるトランスファ入力軸44と、これに平行に配置されるトランスファ出力軸45とを備えており、トランスファ入力軸44とトランスファ出力軸45とは歯車列46を介して連結されている。トランスファケース42より突出するトランスファ出力軸45の端部には、ジョイント47がスプライン結合されており、図1に示すように、このジョイント47には後輪16に動力を伝達するプロペラシャフト14が連結される。このようなトランスファ機構43は、電子制御式のカップリング50を備えており、カップリング50を締結することによって、後輪16に対してエンジン動力やモータ動力を伝達するようになっている。しかも、電磁コイル50aに対する通電電流の大きさに応じてカップリング50の締結力を制御することができるため、車両の走行状態に応じて前後輪間のトルク分配比を100:0〜50:50の範囲で設定することができる。
図3は駆動装置11の電子制御系を示すブロック図である。図3に示すように、変速判定手段およびモード制御手段として機能する制御ユニット60には、変速入力軸31の入力回転数を検出する入力回転数検出手段としての入力回転数センサ61、変速出力軸32の出力回転数を検出する出力回転数検出手段としての出力回転数センサ62、シンクロスリーブ35bの作動位置を検出する変速段検出手段としてのギヤ位置センサ63が接続されており、これらのセンサ61〜63から制御ユニット60に各種検出信号が出力されている。また、制御ユニット60には、エンジン20、発電機23、電動モータ21、入力クラッチ25、カップリング50等の各作動部が接続されており、制御ユニット60から各作動部に対して制御信号が出力されるとともに、各作動部から制御ユニット60に対して作動状態を示す作動信号が出力されている。なお、制御ユニット60は、検出信号や作動信号から制御信号を演算するCPUを備えており、このCPUにバスラインを介して接続されるROMやRAMを備えている。ROMには制御プログラム、演算式、およびマップデータなどが格納され、RAMには一時的なデータが格納されている。
このような駆動装置11が搭載されたハイブリッド車両10は、モータ動力のみを駆動輪に伝達するシリーズ走行モード、エンジン動力のみを駆動輪に伝達するエンジン走行モード、モータ動力とエンジン動力との双方を駆動輪に伝達するパラレル走行モードを備えており、これらの走行モードは走行状態に応じて切り換えられる。ここで、図4は走行モード切換特性の一例を示す特性線図である。図4に示すように、走行モードは、車速、勾配、負荷などに応じて設定されるようになっており、大きな駆動トルクが要求される低中速時にはシリーズ走行モードが設定され、高出力が要求される高車速時(たとえば、80Km/h以上)にはエンジン走行モードが設定され、加速時や登坂時などの高負荷時にはパラレル走行モードが設定される。
制御ユニット60によりシリーズ走行モードが選択されると、制御ユニット60から入力クラッチ25に対して開放信号が出力され、電動モータ21に対して駆動信号が出力される。そして、図示しないバッテリの充電状態が低下したときには、エンジン20によって発電機23が駆動されることになる。また、制御ユニット60によりエンジン走行モードやパラレル走行モードが選択されると、制御ユニット60から入力クラッチ25に対して締結信号が出力され、エンジン走行モードにあっては電動モータ21に対して停止信号が出力される一方、パラレル走行モードにあっては電動モータ21に対して駆動信号が出力される。さらに、エンジン走行モードやパラレル走行モードにあっては、負荷の大きさに応じて変速機26の変速段33,34が適宜切り換えられ、走行状態に応じて変速されたエンジン動力が駆動輪に対して出力されることになる。
続いて、エンジン走行モードやパラレル走行モードにおいて、制御ユニット60により実行される変速機26の異常判定処理とこの判定結果に基づく走行モード切換処理について説明する。図5は異常判定処理および走行モード切換処理における処理手順の一例を示すフローチャートである。図5に示すように、まずステップS1では、ギヤ位置センサ63からの検出信号に基づいて目標変速段が検出される。この目標変速段とは切換機構35によって動力伝達状態に切り換えられる変速段であり、シンクロスリーブ35bやアクチュエータの作動状態に基づいて検出される。続くステップS2では、検出された目標変速段に基づいてギヤ比データが参照され、この目標変速段に対応するギヤ比である目標変速比Raが目標値として選択される。次いで、ステップS3では、入力回転数センサ61からの検出信号に基づいて入力回転数Niが検出され、ステップS4では、出力回転数センサ62からの検出信号に基づいて出力回転数Noが検出される。そして、ステップS5において、入力回転数Niと出力回転数Noとに基づき、実測値としての実変速比Rbが算出される。
続くステップS6では、目標値である目標変速比Raと実測値である実変速比Rbとが一致するか否かが判定される。目標変速比Raと実変速比Rbとが一致した場合には、変速機26が正常に作動している状態であるため、ステップS7に進み、エンジン20を動力源とするパラレル走行モードやエンジン走行モードが維持される。一方、ステップS6において、目標変速比Raと実変速比Rbとが相違した場合には、変速機26に異常が発生しているおそれがあるため、ステップS8に進み、入力クラッチ25が開放状態に切り換えられ、続くステップS9では、パラレル走行モードやエンジン走行モードが禁止され、続くステップS10では、電動モータ21を動力源とするシリーズ走行モードに切り換えられる。そして、ステップS11において、変速機26の異常を運転者に警告するため、制御ユニット60から車室内のインストルメントパネル64に対して警告信号が出力される。
なお、制御ユニット60には、入力回転数センサ61や出力回転数センサ62の検出誤差等に基づく許容値が格納されており、ステップS6において、目標変速比Raと実変速比Rbとを比較判定する際には、許容値を考慮した上で目標変速比Raと実変速比Rbとの一致が判定されることになる。つまり、目標変速比Raと実変速比Rbとの完全一致が求められることはなく、回転数センサ61,62の検出誤差に基づく誤判定を回避するとともに、不要な走行モードの切り換えを回避するようになっている。
これまで説明したように、目標値である目標変速比Raと実測値である実変速比Rbとを比較判定するようにしたので、変速機26に異常が発生しているか否かを判定することができる。また、目標変速比Raと実変速比Rbとが相違することで変速機26の異常が検出された場合には、変速機26を用いるパラレル走行モードやエンジン走行モードから、変速機26を用いることのないシリーズ走行モードに切り換えるようにしたので、車両の走行性能を確保することができ、延いては車両の安全性を高めることができる。つまり、切換機構35に障害が発生して変速段33,34が適切に切り換えられなかった場合や、変速段33,34自体に障害が発生した場合であっても、シリーズ走行モードに切り換えることによって、車両の走行性能を確保することができる。
次いで、他の処理手順を経て実行される変速機26の異常判定処理について説明する。図5のフローチャートに示す処理手順にあっては、変速機26の異常を検出するため、目標変速比Raと実変速比Rbとを比較判定しているが、これに限られることはなく、他の目標値と実測値とを比較判定することにより、変速機26の異常状態を検出しても良い。
図6は異常判定処理および走行モード切換処理における処理手順の他の例を示すフローチャートである。なお、図5に示すフローチャートと同一のステップについては同一の符号を付してその説明を省略する。図6に示すように、ステップS2において、ギヤ位置センサ63からの検出信号に基づき目標変速比Raが選択され、ステップS3において、入力回転数センサ61からの検出信号に基づき入力回転数Niが検出されると、続くステップS21では、目標変速比Raと入力回転数Niとに基づき、目標値(目標回転数)としての目標出力回転数Naが算出される。そして、続くステップS4では、出力回転数センサ62からの検出信号に基づき、実測値(実回転数)としての出力回転数Noが検出される。
続いて、ステップS22に進み、目標値である目標出力回転数Naと実測値である出力回転数Noとが一致するか否かが判定される。目標出力回転数Naと出力回転数Noとが一致した場合には、変速機26が正常に作動している状態であるため、ステップS7に進み、パラレル走行モードやエンジン走行モードが維持される一方、目標出力回転数Naと出力回転数Noとが相違した場合には、変速機26に異常が発生しているおそれがあるため、ステップS8〜S10に進み、走行モードがシリーズ走行モードに切り換えられる。なお、ステップS22において、目標出力回転数Naと出力回転数Noとを比較判定する際には、前述したように、許容値を考慮した上で目標出力回転数Naと出力回転数Noとの一致が判定されることは言うまでもない。
このように、目標値である目標出力回転数Naと、実測値である出力回転数Noとを比較判定することによっても、変速機26に異常が発生しているか否かを判定することができるため、前述したように車両の走行性能を確保することができ、延いては車両の安全性を高めることができる。また、目標値としては目標出力回転数Naに限られることはなく、目標変速比Raと出力回転数Noとに基づき算出される目標入力回転数であっても良い。目標値として目標入力回転数を用いる場合には、この目標入力回転数と実測値としての入力回転数Niとを比較判定することにより、変速機26の異常を検出することができる。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図示する駆動装置11は、四輪駆動用のハイブリッド車両10に適用される駆動装置11となっているが、これに限られることはなく、前輪駆動用や後輪駆動用の駆動装置11であっても良い。また、縦置きの駆動装置11に限られることはなく、横置きの駆動装置11であっても良いことは言うまでもない。
ハイブリッド車両を示す概略図である。 本発明の一実施の形態である駆動装置を示すスケルトン図である。 駆動装置の電子制御系を示すブロック図である。 走行モード切換特性の一例を示す特性線図である。 異常判定処理および走行モード切換処理における処理手順の一例を示すフローチャートである。 異常判定処理および走行モード切換処理における処理手順の他の例を示すフローチャートである。
符号の説明
10 ハイブリッド車両
11 駆動装置
13 前輪(駆動輪)
16 後輪(駆動輪)
20 エンジン
21 電動モータ
23 発電機
25 入力クラッチ(クラッチ機構)
31 変速入力軸
32 変速出力軸
33 低速段(変速段)
34 高速段(変速段)
33a,34a 駆動歯車
33b,34b 従動歯車
35 切換機構
60 制御ユニット(変速判定手段,モード制御手段)
61 入力回転数センサ(入力回転数検出手段)
62 出力回転数センサ(出力回転数検出手段)
63 ギヤ位置センサ(変速段検出手段)
64 インストルメントパネル
Ra 目標変速比(目標値)
Rb 実変速比(実測値)
Na 目標出力回転数(目標値,目標回転数)
No 出力回転数(実測値,実回転数)
Ni 入力回転数

Claims (4)

  1. 駆動輪と発電機とを駆動するエンジンと、前記駆動輪を駆動する電動モータとを有し、エンジンと電動モータとの少なくともいずれか一方を用いて前記駆動輪を駆動するハイブリッド車両の駆動装置であって、
    前記エンジンに連結され、複数の駆動歯車を備える変速入力軸と、
    前記駆動輪に連結され、前記駆動歯車に噛み合う複数の従動歯車を備える変速出力軸と、
    前記駆動歯車および前記従動歯車により形成される変速段のいずれかを動力伝達状態に切り換える切換機構と、
    前記変速入力軸の入力回転数を検出する入力回転数検出手段と、
    前記変速出力軸の出力回転数を検出する出力回転数検出手段と、
    前記切換機構により切り換えられる目標変速段を検出する変速段検出手段と、
    前記入力回転数および前記出力回転数の少なくともいずれか一方に基づく実測値と、前記目標変速段に基づく目標値とを比較判定する変速判定手段と、
    前記実測値と前記目標値とが相違するときには、前記エンジンを動力源とする走行モードから、前記電動モータを動力源とする走行モードに切り換えるモード制御手段とを有することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  2. 請求項1記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記実測値は前記入力回転数と前記出力回転数とにより算出される実変速比であり、前記目標値は前記目標変速段に応じた目標変速比であることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  3. 請求項1記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記実測値は前記入力回転数および前記出力回転数のいずれか一方に基づく実回転数であり、前記目標値は前記入力回転数および前記出力回転数の他方と前記目標変速段に応じた目標変速比とにより算出される目標回転数であることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
    前記エンジンと前記変速入力軸との間に設けられ、前記変速入力軸にエンジン動力を伝達する締結状態と遮断する開放状態とに切り換えられるクラッチ機構を有し、
    前記実測値と前記目標値とが相違するときには、前記モード制御手段は前記クラッチ機構を開放することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。

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