JP2006283856A

JP2006283856A - ハイブリッド車の制御装置

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Publication number: JP2006283856A
Application number: JP2005103328A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Komada; 英明駒田; Takashi Ota; 隆史太田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP4321475B2

Abstract

【課題】ＥＶ走行時および回生走行時における動力損失を低減してハイブリッド車の燃費を向上させる。
【解決手段】エンジンと、第２モータ・ジェネレータと、少なくとも二組の遊星歯車機構とを備え、低速モードと、中速モードと、高速モードとを設定可能なハイブリッド車を対象とする制御装置であって、前記ハイブリッド車が前記原動機を停止して走行することを判断する走行状態判断手段（ステップＳ２）と、前記原動機を停止して前記ハイブリッド車が走行することが判断された場合に前記中速モードを禁止する中速モード禁止手段（ステップＳ３）とを備えている。したがってＥＶ走行時や回生走行時に動力循環を回避して燃費を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の走行のための動力源として複数種類の動力装置を備えているハイブリッド車の制御装置に関し、特に複数の運転モードを設定可能なハイブリッド車の制御装置に関するものである。

この種の駆動装置の一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された駆動装置では、エンジンの出力トルクが、二組の遊星歯車機構を組み合わせて構成された歯車機構もしくはラビニョ型遊星歯車機構を介して第１モータ／発電機とシャフトならびにスリーブシャフトとに分配されるとともに、第１モータ／発電機によって生じた電力で駆動される第２モータ／発電機がスリーブシャフトに連結されている。さらにそのスリーブシャフトと第３の遊星歯車機構におけるサンギヤとが連結されるとともに、その第３の遊星歯車機構におけるキャリヤが出力部材に連結され、その出力部材と前記シャフトとの間にクラッチが設けられ、かつ第３遊星歯車機構のリングギヤを選択的に固定するブレーキが設けられている。

この特許文献１に記載された装置では、第１モータ／発電機の回転数を制御することによりエンジンの回転数を燃費が最適となる回転数に設定することができ、その際に第１モータ／発電機が発電をおこない、その電力で第２モータ／発電機を駆動することにより、装置全体としての出力軸トルクを必要十分なトルクとすることができる。また、第１モータ／発電機もしくは第２モータ／発電機の回転数がゼロとなるメカニカルポイントでは、エンジンの動力の一部を電力に変換して出力側に伝達することがないので、動力の伝達効率が良好になる。

また、この特許文献１に記載された装置によれば、ブレーキやクラッチの係合の組み合わせを切り換えることにより遊星歯車機構の回転要素同士の連結状態が変更され、作動モードが切り換えられる。これらの作動モードは２種類用意され、車両の走行状態に合わせて切り換えることで動力伝達効率が最適となるように作動モードを設定することができる。
特開２０００−６２４８３号公報

上記の特許文献１に記載されている各作動モードは、動力伝達経路を構成している遊星歯車機構の回転要素同士を、クラッチなどによって適宜に連結することにより設定される。そして、各作動モードで設定される変速比は、回転要素同士の連結の仕方で異なるのみならず、使用される遊星歯車機構のギヤ比（サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比）によっても異なる。すなわち、動力伝達経路を構成するギヤリングに選択の余地があるが、例えば広い変速比領域のいずれにおいてもモータ／発電機の出力を低減するようにギヤトレーンを構成すると、変速比が小さい状態でトルク不足が生じないようにするために、モータ／発電機のトルクを大きくしなければならなくなる。これに対して、モータ／発電機のトルクが小さくて良いようにギヤトレーンを構成すると、モータ／発電機の出力（特に回転数）が大きくなる課題があった。その結果、従来では、設定できるモードが二つであることと相まって、例えば高車速状態で、第１モータ／発電機の回転数が大きくなり、ピニオン回転数の制限などにより、エンジンの回転数が最適燃費状態から外れ、燃費が悪化する可能性があった。

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り、エネルギー効率を向上させることのできるハイブリッド車の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、第１の差動機構を構成する第１入力要素に原動機が連結されるとともにその差動機構における第１反力要素に発電機能を有する第１電動機が連結され、さらにその差動機構における第１出力要素に前記第１電動機との間で電力を授受できかつ発電機能のある第２電動機が連結され、さらに互いに差動作用を行う第２入力要素と第２反力要素と第２出力要素とを有しかつ前記第１出力要素から入力されたトルクを増幅して出力する低速モードと前記第１の差動機構と共に四つの回転要素を有する複合差動機構を構成する中速モードと前記第１出力要素から入力されたトルクをそのまま出力する高速モードとを設定する第２の差動機構が設けられたハイブリッド車の制御装置において、前記ハイブリッド車が前記原動機を停止して走行することを判断する走行状態判断手段と、前記原動機を停止して前記ハイブリッド車が走行することが判断された場合に前記中速モードを禁止する中速モード禁止手段とを備えていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記原動機を停止して前記ハイブリッド車が走行することが判断された場合に、前記ハイブリッド車の走行状態に応じて前記低速モードと前記高速モードとのいずれかを選択的に設定する運転モード設定手段を更に備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置である。

さらに、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記各運転モードを設定するように前記各要素を選択的に連結もしくは固定する複数の係合機構と、前記運転モードを低速モードと高速モードとの間で切り替える場合に、前記原動機の回転数を前記第１電動機により低速モードと中速モードとの同期回転数に設定した状態で所定の係合機構を係合させて中速モードを設定しかつ前記原動機の回転数を中速モードと高速モードとの同期回転数に設定した状態で他の所定の係合機構を係合させて高速モードを設定する切替制御手段とを備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置である。

またさらに、請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記各運転モードを設定するように前記各要素を選択的に連結もしくは固定する複数の摩擦係合機構と、前記運転モードを低速モードと高速モードとの間で切り替える場合に、低速モードを設定するための摩擦係合機構と高速モードを設定するための摩擦係合機構とのいずれか一方をスリップさせつつ次第に係合させ、かつ他方をスリップさせつつ次第に解放させる切替制御手段とを備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置である。

一方、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記第２の差動機構は、前記第１出力要素に連結された第１サンギヤと、該第１サンギヤに隣接して配置された第２サンギヤと、これらのサンギヤに対して同心円上に配置されかつ出力部材に連結されたリングギヤと、前記第２サンギヤおよびリングギヤに噛み合うピニオンギヤならびに該ピニオンギヤおよび前記第１サンギヤに噛み合う他のピニオンギヤを保持するキャリヤとを回転要素とするラビニョ型遊星歯車機構によって構成され、前記第１サンギヤを選択的に固定するブレーキ機構と、前記キャリヤを前記第１入力要素に選択的に連結する第１クラッチ機構と、前記第２遊星歯車機構における少なくともいずれか二つの回転要素を選択的に連結して第２遊星歯車機構の全体を一体化する第２クラッチ機構とを備え、これらのブレーキ機構および各クラッチ機構の係合・解放の状態に応じて少なくとも三つの運転モードを設定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の制御装置である。

また、請求項６の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記第２の差動機構は、前記第１出力要素に連結されたサンギヤと、このサンギヤに対して同心円上に配置されたリングギヤと、このサンギヤおよびリングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持するキャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成され、前記リングギヤを選択的に固定するブレーキ機構と、前記キャリヤを前記第１入力要素に選択的に連結する第１クラッチ機構と、前記キャリヤを前記出力部材に選択的に連結する第２クラッチ機構と、前記リングギヤを前記出力部材に選択的に連結する第３クラッチ機構とを備え、これらのブレーキ機構および各クラッチ機構の係合・解放の状態に応じて少なくとも三つの運転モードを設定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の制御装置である。

請求項１の発明によれば、原動機の出力した動力を第１の差動機構によって第１電動機と出力部材とに分配し、もしくは原動機と第１電動機との動力を第１の差動機構によって合成して出力部材に出力し、その出力部材に対して第２電動機によって動力を加減することに加え、その出力部材を第２の差動機構に連結し、あるいは各差動機構の所定の回転要素を互いに連結することにより、少なくとも三つの運転モードを設定することができる。そして、原動機を停止して走行する場合、すなわち、いずれかの電動機の出力する動力で走行し、あるいは車両の有する慣性力で走行しつついずれかの電動機でエネルギー回生を行う場合、中速モードが禁止される。その結果、相対的に動力損失の大きい中速モードが設定されないので、電力の消費を抑制し、また回生効率を向上させることができ、ひいてはハイブリッド車の燃費を向上させることができる。

また、請求項２の発明によれば、いずれかの電動機の動力で走行する場合、あるいはハイブリッド車の有する走行慣性力でエネルギー回生しつつ走行する場合、第２の差動機構を減速機として機能させる低速モードと、第２の差動機構をいわゆる直結状態として出力部材のトルクをそのまま出力する高速モードとのいずれかが選択的に設定される。したがって低車速時や高車速時において、電動機を高速回転させたり、あるいはその出力トルクを大きくしたりする必要が少なくなり、その結果、効率の良い走行を行うことができるとともに、電動機の大容量化や大型化を回避することができる。

さらに、請求項３の発明によれば、運転モードを低速モードと高速モードとの間で切り替える場合、一時的に中速モードが経由される。この中速モードは、前記各差動機構の所定の回転要素を互いに連結していわゆる四要素の複合差動機構を構成する運転モードであるから、運転モードを設定するための係合機構の係合・解放状態の切り替えによって原動機などの回転部材の回転数が変化しない同期状態が、低速モードと高速モードとのいずれの間にも存在する。上述した電動機での走行時やエネルギー回生状態での走行時に運転モードを切り替える場合、その同期状態で係合機構が切り替えられ、その結果、運転モードの変更に伴うショックを防止もしくは抑制することができる。

またさらに、請求項４の発明によれば、上述した電動機での走行時やエネルギー回生状態での走行時に、低速モードと高速モードとの間で運転モードを切り替える場合、一方の運転モードを設定している摩擦係合機構をスリップさせつつ次第に解放させ、同時に他方の運転モードを設定するための摩擦係合装置をスリップさせつつ次第に係合させる。そのため、中速モードを経由しないので、短時間に運転モードを切り替えることができる。また、摩擦係合装置をいわゆるスリップ係合およびスリップ解放させるものの出力部材に掛かるトルクが相対的に小さい状態であるから、いずれかの電動機でトルク補償を行って切替ショックを防止もしくは抑制することが容易であり、また摩擦係合装置の大型化を抑制できる。

そして、請求項５の発明あるいは請求項６の発明によれば、上述した請求項１ないし４のいずれかの発明と同様の作用・効果に加え、一つの差動機構と、一つのラビニョ型遊星歯車機構もしくはシングルピニオン型遊星歯車機構と、三つの係合機構とによって、三つの運転モードを設定することができる。

つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図６はこの発明の第１の具体例を示す図であって、ここに示す具体例では、原動機としての内燃機関（エンジン：ＥＮＧ）１と、発電機能のある電動機として二つのモータ・ジェネレータ（ＭＧ１、ＭＧ２）２，３とが動力源として設けられ、また、二組の遊星歯車機構２１，２２が用いられている。そのエンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、あるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼して動力を出力する動力機関であり、好ましくはスロットル開度などの負荷を電気的に制御でき、また所定の負荷に対して回転数を制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できる内燃機関である。

このエンジン１がこの発明の第１の差動機構に相当する第１の遊星歯車機構２１に連結されている。第１遊星歯車機構２１は、要は、差動作用を成す三要素の機構であれば良く、図６に示す例ではシングルピニオン型の遊星歯車機構であって、動力分配機構を構成しており、そのキャリヤ１５にエンジン１のクランクシャフトなどの出力部材が連結されている。なお、エンジン１とキャリヤ１５との間に、発進用のクラッチやトルクコンバータ（ロックアップクラッチ付のトルクコンバータ）などの動力伝達機構を適宜に設けてもよいことは勿論である。したがってキャリヤ１５が入力要素となっている。

また、第１遊星歯車機構２１のサンギヤ１４に第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２が連結されている。この第１モータ・ジェネレータ２は、一例として、ロータ５に永久磁石を備えた同期電動機によって構成されており、発電機および電動機として機能するように構成されている。そして、そのロータ５がサンギヤ１４に連結され、ステータがケーシング１１などに固定されている。したがってサンギヤ１４が反力要素となっている。

前記キャリヤ１５によって回転自在に保持しているピニオンギヤＰ１がサンギヤ１４に噛み合っており、さらにそのサンギヤ１４と同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ１６にそのピニオンギヤＰ１が噛み合っている。したがって、リングギヤ１６が出力要素となっている。

このリングギヤ１６が第２遊星歯車機構２２のサンギヤ１８に連結されるとともに、第２モータ・ジェネレータ３にも連結されている。この第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３は前述した第１モータ・ジェネレータ２と同様に、発電機能と電動機としての機能とを備えた同期電動機が一例として使用される。そして、第２モータ・ジェネレータ３のロータ７が第１遊星歯車機構２１のリングギヤ１６と第２遊星歯車機構２２のサンギヤ１７とに連結され、コイルを有するステータ６がケーシング１１などの固定部に固定されている。

第２遊星歯車機構２２はこの第２モータ・ジェネレータ３に隣接して、エンジン１とは反対側（図６での右側）に、同軸上に配置されている。これは、第２モータ・ジェネレータ３のロータ７の内周側に位置する構成部品を少なくしてその小径化に対する阻害要因をなくすためである。この第２遊星歯車機構２２は、ラビニョ型遊星歯車機構であって、実質上、変速機もしくは運転モード切換機構を構成している。

すなわち、この第２遊星歯車機構２２は第１サンギヤ（Ｓ１）１７と第２サンギヤ（Ｓ２）１８とが設けられており、その第１サンギヤ１７にショートピニオンギヤ７２が噛合するとともに、そのショートピニオンギヤ７２がこれより軸長の長いロングピニオンギヤ７３に噛合し、そのロングピニオンギヤ７３が前記各サンギヤ１７，１８と同心円上に配置されたリングギヤ（Ｒ）１９に噛合している。なお、各ピニオンギヤ７２，７３は、キャリヤ（Ｃ）２０によって自転かつ公転自在に保持されている。また、第２サンギヤ１８がロングピニオンギヤ７３に噛合している。したがって第１サンギヤ１７とリングギヤ１９とは、各ピニオンギヤ７２，７３と共にダブルピニオン型遊星歯車機構に相当する機構を構成し、また第２サンギヤ１８とリングギヤ１９とは、ロングピニオンギヤ７３と共にシングルピニオン型遊星歯車機構に相当する機構を構成している。

そして、第１サンギヤ１７を選択的に固定する第１ブレーキＢ１と、前記キャリヤ２０と伝達軸１２とを選択的に連結する第１のクラッチＣ１と、第２遊星歯車機構２２における所定の二つの回転要素、具体的には、サンギヤ１７，１８同士を選択的に連結する第２のクラッチＣ２とが設けられている。なお、伝動軸１２は第１遊星歯車機構２１のキャリヤ１５に連結されている。これらのブレーキＢ１、クラッチＣ１，Ｃ２は摩擦力によって係合力を生じるいわゆる摩擦係合装置であり、多板形式の係合装置あるいはバンド形式の係合装置を採用することができる。そして、これらのブレーキＢ１、クラッチＣ１，Ｃ２は、油圧や電磁力などによる係合力に応じてそのトルク容量が連続的に変化するように構成されている。

さらに、第２サンギヤ１８に第１遊星歯車機構２１の出力要素であるリングギヤ１６が接続され、また一方、リングギヤ１９がディファレンシャル８を介してドライブシャフト９に接続され、さらにドライブシャフト９は車輪１０に接続されている。したがって、上記の第２遊星歯車機構２２は、第２サンギヤ１８がいわゆる入力要素であり、またリングギヤ１９が出力要素となっている。

そして、電子制御装置１００が設けられ、各モータ・ジェネレータ２，３がバッテリなどの所定の蓄電装置およびインバータに接続され、そのインバータを制御することにより各モータ・ジェネレータ２，３のトルクや回転数あるいは発電量などを制御するように構成されている。さらに、各クラッチＣ１，Ｃ２を係合状態あるいは解放状態に制御できるようになっている。

上記の各クラッチＣ１，Ｃ２、およびブレーキＢ１を係合・解放させることにより三つの運転モード（あるいは動力伝達経路）を設定することができる。その運転モードを設定するための各クラッチＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１の係合・解放状態を示す作動係合表を図７に示してある。なお、図７において「ｏｎ」は係合状態を示し、「ｏｆｆ」は解放状態を示す。これらの各運転モードを簡単に説明すると、先ず、低速モードは、図６に示すハイブリッド駆動装置が搭載され車両が低車速で走行する際に設定されるモードであり、ブレーキＢ１を係合させて第２遊星歯車機構２２を減速機として機能させるモードである。したがって、第１遊星歯車機構２１は、第２遊星歯車機構２２に対してリングギヤ１６のみが連結されているので、単独で増減速作用もしくは動力の合成・分配作用を行い、その動力を第２遊星歯車機構２２に伝達する。これに対して、第２遊星歯車機構２２は、サンギヤ１７がブレーキＢ１によって固定され、その状態でサンギヤ１８に第１遊星歯車機構２１からトルクが伝達されるので、そのサンギヤ１８が入力要素、サンギヤ１７が固定要素（もしくは反力要素）、リングギヤ１９が出力要素となる。したがって、第２遊星歯車機構２２が減速機として機能する。

この状態における共線図を図８に示してある。図８はモータ・ジェネレータ２，３の動力で発進もしくは走行するいわゆるＥＶ走行状態あるいはハイブリッド車の有する慣性エネルギーを回生している回生走行状態についての図であり、直線Ａが第１遊星歯車機構２１の状態を示し、直線Ｂが第２遊星歯車機構２２の状態を示している。ＥＶ走行の場合、第２モータ・ジェネレータ３がモータとして機能して駆動トルクを出力し、これに対して第１モータ・ジェネレータ２が発電機として機能する。したがって第１遊星歯車機構２１のリングギヤ１６と第２遊星歯車機構２２における第２のサンギヤ１８とが正回転方向に駆動され、また第１遊星歯車機構２１のサンギヤ１４が逆回転方向に回転する。その場合、キャリヤ１５およびこれに連結されたエンジン１の回転が止まるように、各モータ・ジェネレータ２，３の回転数が制御される。

他方、第２遊星歯車機構２２では、ブレーキＢ１によって第１のサンギヤ１７が固定されているので、出力要素となるリングギヤ１９が、第２遊星歯車機構２２においては入力要素となる第２のサンギヤ１８より低速度で正方向に回転する。すなわち、第２遊星歯車機構２２に入力された動力が、減速されて出力軸１３に出力され、したがって第２遊星歯車機構２２が減速機として機能して出力トルクが増幅される。

なお、回生走行時には、動力が出力軸１３側から入力され、トルクの作用方向が上記の場合とは反対になるから、各モータ・ジェネレータ２，３が発電機として機能する。

車速がある程度増大した後に、中速モードに切り替えられる。この中速モードは、図７に示すように、第１のクラッチＣ１を係合させて設定される。すなわち、低速モードを設定していたブレーキＢ１を解放するとともに、第１のクラッチＣ１を係合させることになる。その第１のクラッチＣ１は、各遊星歯車機構２１，２２のキャリヤ１５，２０同士を連結するものであるから、これらのキャリヤ１５，２０の回転数が異なっている状態で係合させれば、その係合に伴ってキャリヤ１５，２０の回転数の変化が生じる。その場合のショックを防止もしくは抑制するために、クラッチＣ１を滑りを伴って次第に係合させ、あるいは各キャリヤ１５，２０の回転数を一致させた状態で係合させる同期切替を実行する。

図９は、一例として同期状態での共線図であって、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を低下させ、あるいはエンジン１を起動して回転させ、もしくはこれらとともに第２モータ・ジェネレータ３の回転数を低下させると、図９に示す共線図上で各直線Ａ，Ｂの勾配が互いに近づく方向に変化し、ついには重なる。すなわち、第１のクラッチＣ１で連結される各キャリヤ１５，２０の回転数が一致する。この状態が低速モードと中速モードとの同期状態であり、この状態でブレーキＢ１が解放され、また第１クラッチＣ１が係合させられ、運転モードが切り替えられる。したがってこのような同期切替によれば、係合装置の係合・解放状態の切り替えによっては回転部材の回転数が変化しないので、ショックを回避もしくは抑制することができる。

なお、中速モードでは、第１遊星歯車機構２１のリングギヤ１６が第２遊星歯車機構２２の第２のサンギヤ１８に連結され、かつ第１の遊星歯車機構２１のキャリヤ１５が第２遊星歯車機構２２のキャリヤ２０に連結されるので、これら二つの遊星歯車機構２１，２２が、四つの回転要素を備えた複合遊星歯車機構（複合差動機構）を構成する。したがってその共線図は図９に直線Ａと直線Ｂとを重ねて記載した一本の直線で回転数を示す図となる。

さらに、より高速で走行する場合に適した高速モードについて説明すると、この高速モードは、図７に示すように、第２のクラッチＣ２を係合させることにより設定される。したがって第２遊星歯車機構２２は、所定の二つの回転要素、具体的には二つのサンギヤ１７，１８が連結されるのでその全体が一体化される。そのため、第２遊星歯車機構２２についての共線図は、図１０および図１１に横一直線で示す直線Ｂで表される。なお、共線図上でのその位置は、ハイブリッド車が走行していれば、車速が「０」を示す線より車速に応じた上側の位置である。したがって第１遊星歯車機構２１についての共線図が、上記の直線Ｂと同様に、車速に応じた位置での横一直線で表される状態を設定すれば、その状態が中速モードと高速モードとの同期状態となる。第１のクラッチＣ１で連結される各キャリヤ１５，２０の回転数、および第２のクラッチＣ２で連結されるサンギヤ１７，１８の回転数が同じになるからである。その状態を図１０に示してある。

そして、高速モードでは、第１クラッチＣ１および第１ブレーキＢ１が、解放状態とされるから、第１遊星歯車機構２１は前述した低速モードの場合と同様の状態になる。すなわち、ＥＶ走行の場合には、第２モータ・ジェネレータ３をモータとして駆動し、かつ第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させるとともにその回転数によってエンジン１をその回転を止める状態に制御する。あるいは回生走行の場合には、エンジン１を止めた状態で各モータ・ジェネレータ２，３を発電機あるいはモータとして機能させる。その場合、第２遊星歯車機構２２はその全体が一体となって回転するから、すなわち直結状態となるから、各モータ・ジェネレータ２，３の回転数は、低速モードの場合に比較して低回転数となる。

ところで、この発明に係る上記のハイブリッド車では、エンジン１を駆動するとともに、その動力を第１モータ・ジェネレータ２と出力軸１３に分配し、その際に第１モータ・ジェネレータ２で得られた電力で第２モータ・ジェネレータ３をモータとして駆動するとともにその動力を出力軸１３に加え、さらに第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１を最適燃費点で運転するように制御することができる。また、エンジン１を停止し、あるいは非駆動状態として、ＥＶ走行や回生走行が可能である。これに対して、上記の中速モードは、各遊星歯車機構２１，２２によって複合遊星歯車機構を構成して設定されるから、低速モードや高速モードとは異なった動作状態となる。そこで、この発明に係る制御装置は、ＥＶ走行や回生走行の場合に以下に述べる制御を実行するように構成されている。

図１はその制御の一例を示しており、ここに示すルーチンは、所定の短時間毎に繰り返し実行される。先ず、入力信号の処理が実行される（ステップＳ１）。ここで、入力信号は、エンジン回転数や車速、設定されている運転モード、各モータ・ジェネレータ２，３についてバッテリの充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）、アクセル開度などで表されるエンジン要求出力、ＥＶ走行の選択スイッチからの信号などである。

つぎに、ハイブリッド車の運転状態が、ＥＶ走行もしくは回生走行を行う状態か否かが判断される（ステップＳ２）。例えばＥＶ走行選択スイッチがオン操作されている場合には、ＥＶ走行を行うことが判断され、またバッテリが電力を十分に受容できる状態でかつ減速走行している場合には、ハイブリッド車の有する慣性エネルギーを回生するために回生走行を行うことが判断される。

このステップＳ２で否定的に判断された場合、すなわちエンジン１を駆動して走行する運転状態の場合には、特に制御を行うことなくリターンする。これとは反対にステップＳ２で肯定的に判断された場合には、中速モードが禁止される（ステップＳ３）。設定するべき運転モードの判断は、アクセル開度で代表される要求駆動力や車速などをパラメータとした運転領域として予め定めておき、検出された車速やアクセル開度などの運転状態がいずれの運転領域に属するかを判断して行うことができる。このような運転領域をマップとして用意しておく場合には、中速モードに相当する運転領域を設定していないマップに切り替えることによりステップＳ３の禁止制御を実行することができる。あるいは検出されたデータを補正して、中速モードの判断が成立しないようにしてもよい。

ついで、検出された運転状態に応じて低速モードもしくは高速モードが設定される（ステップＳ４）。中速モードを禁止した場合、通常状態では中速モードが設定される運転領域が、低速モードもしくは高速モードの運転領域とされ、したがってこのような二つの運転モードを設定したマップに基づいて制御を行うことにより、低速モードと高速モードとのいずれかによってＥＶ走行もしくは回生走行することになる。

中速モードでは、各遊星歯車機構２１，２２が四要素の複合遊星歯車機構を構成し、この中速モードでエンジン１の回転を止めてＥＶ走行すると、第１モータ・ジェネレータ２がモータとして駆動トルクを出力し、そのトルクの一部を第２モータ・ジェネレータ３が受けて発電機として動作し、さらにその第２モータ・ジェネレータ３で生じた電力を第１モータ・ジェネレータ２に供給することになる。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２の出力した動力の一部を、動力の流れ方向でのいわゆる下流側で第２モータ・ジェネレータ３によって電力に変化し、その電力をいわゆる上流側の第１モータ・ジェネレータ２に戻すことになる。これが、いわゆる電力動力循環と称される状態であり、動力損失の要因になる。この動力循環を可及的に抑制するためには、エンジン１を回転させればよいが、このような制御を行うと、エンジン１を不必要に連れ回りさせて摩擦による動力損失が生じる。

また一方、回生走行は、出力軸１３側から入力されるトルクによっていずれかのモータ・ジェネレータ２，３で電力としてエネルギー回生を行う状態であり、エンジン１の回転を止めて回生走行すると、第１モータ・ジェネレータ２が発電機として機能し、かつ第２モータ・ジェネレータ３がモータとして機能するとともに、その第１モータ・ジェネレータ２で発生した電力を第２モータ・ジェネレータ３に供給するので、この場合にも電力動力循環が生じる。そして、これを回避するためにエンジン１を回転させれば、エンジン１を不必要に連れ回りさせて摩擦による動力損失が生じる。

結局、中速モードでは、ＥＶ走行および回生走行のいずれであっても、動力の損失が増大し、ハイブリッド車の全体としては燃費効率が悪化する。したがって、この発明に係る制御装置は、図１に示すように、ＥＶ走行時もしくは回生走行時に中速モードを設定しないので、上述した動力損失を回避し、燃費の悪化を防止もしくは抑制することができる。

また、中速モードが禁止された場合、ハイブリッド車の運転状態に応じて低速モードもしくは高速モードが設定される。そのため、通常時には中速モードが設定される運転状態で他の運転モードが設定されても、各モータ・ジェネレータ２，３の回転数やトルクを特に大きくする必要がない。そのためモータ・ジェネレータ２，３の小型化を図ることができる。

上記のように、ＥＶ走行時もしくは回生走行時には、中速モードが禁止されて低速モードと高速モードとが許可されるから、ハイブリッド車の運転状態が変化すると、低速モードと高速モードとの間での運転モードの切り替え判断が成立する。この発明に係る制御装置は、その判断に基づく運転モードの切り替え制御を以下のように実行する。図２は、その制御の一例として低速モードから高速モードへの切り替えの制御例を示しており、先ず、入力信号の処理が実行され（ステップＳ１１）、ついでＥＶ走行もしくは回生走行を行う状態か否かが判断される（ステップＳ１２）。これらステップＳ１１およびステップＳ１２の制御は、前述した図１のステップＳ１およびステップＳ２と同じである。

エンジン１を駆動して走行する運転状態であることによりステップＳ１２で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。これに対してステップＳ１２で肯定的に判断された場合には、低速モードから高速モードへ運転モードを切り替える運転状態か否かが判断される（ステップＳ１３）。この判断は、前述した図１に示す制御例と同様に、検出された車速やアクセル開度と運転モードを定めたマップとに基づいておこなうことができる。

このステップＳ１３で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。これに対してステップＳ１３で肯定的に判断された場合には、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を制御することにより、エンジン回転数を上昇させる（ステップＳ１４）。その状態を図３のタイムチャートに示してあり、ｔ１時点に第１モータ・ジェネレータ２の回転数が正回転方向に増大させられ、それに伴ってエンジン回転数が増大する。

すなわち、ＥＶ走行もしくは回生走行の状態では、エンジン１は停止し、あるいは非駆動状態となっており、そのエンジン１が連結された第１遊星歯車機構２１の共線図は図８に直線Ａで示す状態となる。したがって、この状態から第１モータ・ジェネレータ２を逆回転状態から正回転方向に回転数を変化させれば、図９に示すように各遊星歯車機構２１，２２についての共線図を示す直線Ａ，Ｂが重なり、低速モードと中速モードとの同期状態となる。ステップＳ１５では、このようにして同期状態が成立したか否かが判断される。

ステップＳ１５で否定的に判断された場合には、ステップＳ１４に戻ってエンジン回転数を上昇させる制御を継続する。これに対してステップＳ１５で肯定的に判断された場合、すなわち低速モードと中速モードとの同期状態が成立した場合には、低速モードから中速モードへの同期切替が実行される（ステップＳ１６）。これは、図３のｔ２時点である。この同期切替は、走行のための中速モードを設定する制御ではなく、運転モードを高速モードに切り替える過渡状態として、係合装置の切り替えに伴う所定の回転部材の回転数の変化を生じさせない状態を設定する制御である。したがってステップＳ１６では、ブレーキＢ１が解放されるとともに、第１のクラッチＣ１が係合させられる。その場合、これらのブレーキＢ１および第１のクラッチＣ１の係合・解放状態の切り替えに伴ってショックが生じることはない。

このステップＳ１６の制御に続けて、言い換えれば、一時的な中速モードで走行することなく直ちに、各モータ・ジェネレータ２，３の回転数を制御することによりエンジン回転数が下降させられる（ステップＳ１７）。例えば各遊星歯車機構２１，２２の状態が前述した図９の共線図で示す状態にあれば、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を正回転方向で車速（リングギヤ１９の回転数）に対応する回転数に変化させ、また第２モータ・ジェネレータ３の回転数を低下させる。その結果、各遊星歯車機構２１，２２で構成される四要素の複合遊星歯車機構における各回転要素の回転数が一致する。これが、中速モードと高速モードとの同期状態であり、その共線図は前述した図１０に示すとおりである。

ステップＳ１８では、その同期状態が成立したか否かが判断され、否定的に判断された場合には、ステップＳ１７のエンジン回転数の下降制御が継続される。これと反対に同期状態が成立してステップＳ１８で肯定的に判断された場合には、中速モードから高速モードへの同期切替が実行される（ステップＳ１９）。具体的には、第１のクラッチＣ１を解放し、第２のクラッチＣ２を係合させる。これは、図３のｔ３時点である。ついで、エンジン１を停止し、その回転数を“０”とする（ステップＳ２０）。すなわち、エンジン１の回転数が“０”となるように各モータ・ジェネレータ２，３の回転数を制御するとともに、燃料の噴射制御や点火制御などを禁止する。これは、図３のｔ４時点である。

こうして高速モードが設定されるので、低速モードから高速モードへの切り替え制御の完了判断を成立させる（ステップＳ２１）。

したがって、図２に示す制御を実行するこの発明に係る制御装置では、走行のために使用する運転モードが低速モードと高速モードとに制限されていることに伴って低速モードと高速モードとの間での切り替えをおこなう場合、中速モードとの間の同期状態を一時的に経由もしくは設定して運転モードの切り替えを行うから、運転モードを設定するための係合装置の係合・解放状態の切り替えに伴ってエンジン１などの所定の回転部材の回転数が変化しない。そのため、運転モードの切り替えに起因する慣性トルクが殆ど生じないので、ショックが悪化したり、ハイブリッド車の乗り心地が悪化したりすることを防止もしくは抑制することができる。また、ブレーキＢ１や第１のクラッチＣ１などの係合装置に滑りが殆ど生じないので、係合装置を低コストのものとし、あるいは噛み合い式のものとすることができる。さらに、運転モードの切り替えのために一時的に中速モードを設定するとしても、中速モードで走行する訳ではないから、駆動効率や回生効率さらには燃費が悪化するなどのことを防止もしくは抑制することができる。

つぎに、低速モードと高速モードとの間での運転モードの切り替えの他の例を図４に基づいて説明する。この図４に示す制御例は、一例として低速モードから高速モードへの切り替え制御の例であり、したがって上記の図２に示す制御例と同様に、入力信号の処理（ステップＳ３１）、ＥＶ走行もしくは回生走行を行う運転状態か否かの判断（ステップＳ３２）、低速モードから高速モードへの切り替えを行う運転状態か否かの判断（ステップＳ３３）が順に行われる。なお、ステップＳ３２で否定的に判断された場合、およびステップＳ３３で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。

一方、低速モードから高速モードへの切り替えを行う運転状態であることによりステップＳ３３で肯定的に判断された場合には、低速モードから高速モードへの切り替えを行うための係合装置のスリップ係合を伴う掴み替えが実行される（ステップＳ３４）。ステップＳ３３で肯定的に判断された場合の状態は、共線図では前記の図８で表され、またタイムチャートでは図５のｔ１時点で示される。

係合装置の掴み替えは、具体的には、低速モードを設定していたブレーキＢ１のいわゆる係合圧を低下させて次第にスリップさせ、またほぼ同時に高速モードを設定するための第２のクラッチＣ２の係合圧を増大させて解放状態から次第にスリップ状態とする。このようなスリップを伴う解放制御および係合制御を進行させると、図５に示すように第１モータ・ジェネレータ２の回転数が正回転方向に増大し、また第２モータ・ジェネレータ３の回転数が低下する。そして、最終的には、ブレーキＢ１を完全に解放するとともに第２のクラッチＣ２を完全に係合させ、高速モードへの切り替えを終了する（ステップＳ３５）。これは、共線図では図１１に示す状態であり、また図５のタイムチャートではｔ２時点である。

このような切り替え制御による各遊星歯車機構２１，２２の動作状態の変化を共線図で示すと、低速モードでは前述した図８に示す状態となっており、これが図１１に示す状態に変化する。したがって、エンジン回転数や出力軸１３もしくはこれと一体のリングギヤ１９の回転数は運転モードの切り替えの前後で殆ど変化しないが、他の回転部材の回転数が変化する。しかしながら、その回転数の変化は、ブレーキＢ１および第２のクラッチＣ２を滑らせつつ次第に生じさせるから、ショックが増大することがなく、またこの運転モードの切り替え制御は、駆動トルクが相対的に小さいＥＶ走行時などに実行されるので、運転モードの切替時のトルク補償をモータ・ジェネレータ２，３によって行うことが可能であり、したがってショックや乗り心地の悪化を防止もしくは抑制することができ、これに加えて係合装置の摩擦を抑制してその耐久性の低下を防止することができる。また、上記の図２に示すいわゆる中速モードを経由する場合と比較して短時間に運転モードを切り替えることができる。さらに、運転モードの切り替え過渡時にエンジン回転数をモータ・ジェネレータ２，３で増減させることがないので、そのための動力損失を回避でき、ひいてはハイブリッド車の全体としての燃費を向上させることができる。

なお、この発明で対象とするハイブリッド車の動力伝達経路は、上述した図６に示す構成に限定されないのであり、他の例を示すと図１２のとおりである。この図１２に示す例は、前述した図６に示す構成の内、第２遊星歯車機構２２を、ラビニョ型遊星歯車機構に替えてシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成した例である。したがって、以下の説明では、図６に示す構成と同一の部分に図６と同一の符号を付してその説明を省略し、図６の構成とは異なる部分について説明する。

図１２において、第２遊星歯車機構２２を構成しているシングルピニオン型遊星歯車機構は、外歯歯車であるサンギヤ３１と、そのサンギヤ３１に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ３２と、これらサンギヤ３１とリングギヤ３２とに噛み合っているピニオンギヤを自転自在かつ公転自在に保持しているキャリヤ３３とを回転要素とする差動機構である。そのサンギヤ３１が第１遊星歯車機構２１のリングギヤ１６に連結されている。

また、リングギヤ３２とケーシング１１などの固定部との間に、リングギヤ３２を選択的に固定するブレーキＢ１が配置されている。さらに、キャリヤ３３を出力軸１３に選択的に連結する第２のクラッチＣ２が設けられ、そして、リングギヤ３２を出力軸１３に選択的に連結する第３のクラッチＣ３が設けられている。なお、第１のクラッチＣ１は、伝達軸１２を介して各キャリヤ１５，３３を選択的に連結するようになっている。

この図１２に示す構成であっても、前述した低速モードと、中速モードと、高速モードとを設定することができ、そのための各ブレーキＢ１およびクラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３の係合・解放状態を図１３に示してある。各運転モードについて簡単に説明すると、低速モードは、ブレーキＢ１を係合させて第２遊星歯車機構２２のリングギヤ３２を固定し、かつ第２のクラッチＣ２を係合させてキャリヤ３３を出力軸１３に連結されて設定される。したがって第２遊星歯車機構２２では、サンギヤ３１が入力要素、リングギヤ３２が固定要素もしくは反力要素、キャリヤ３３が出力要素となるので、第２遊星歯車機構２２が減速機を構成し、その結果、前述した図６に示す例と同様に低速モードが設定される。

また、中速モードは、第１のクラッチＣ１を係合させて各キャリヤ１５，３３を連結し、各第３のクラッチＣ３を係合させてリングギヤ３２を出力軸１３に連結することにより設定される。すなわち、各遊星歯車機構２１，２２は、キャリヤ１５，３３同士が連結され、またリングギヤ１６とサンギヤ３１とが連結されるので、四要素の複合遊星歯車機構を構成し、したがって前述した図６に示す例と同様に中速モードが設定される。

さらに、高速モードは、第２のクラッチＣ２と第３のクラッチＣ３とを係合させて設定される。すなわち、第２遊星歯車機構２２のキャリヤ３３とリングギヤ３２とが連結されるから、第２遊星歯車機構２２の全体が一体化され、その結果、入力要素となっているサンギヤ３１に入力されたトルクがそのまま出力軸１３に出力される。すなわち、前述した図６に示す例と同様に高速モードが設定される。

ここで、上述した各具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、前述したステップＳ２，Ｓ１２，Ｓ３２の各機能的手段が、この発明の走行状態判断手段に相当し、ステップＳ３の機能的手段が、この発明の中速モード禁止手段に相当し、ステップＳ４の機能的手段が、この発明の運転モード設定手段に相当し、ステップＳ１６，Ｓ１９，Ｓ３４の各機能的手段が、この発明の切替制御手段に相当する。

この発明に係る制御装置による中速モードを禁止する制御の制御例を説明するためのフローチャートである。この発明に係る制御装置による低速モードから高速モードに切り替える制御の一例を説明するためのフローチャートである。図２に示す制御を行った場合の各回転部材の回転数の変化を示すタイムチャートである。この発明に係る制御装置による低速モードから高速モードに切り替える制御の他の例を説明するためのフローチャートである。図４に示す制御を行った場合の各回転部材の回転数の変化を示すタイムチャートである。この発明に係るハイブリッド車における動力伝達経路の一例を模式的に示すスケルトン図である。その駆動装置で低速モードと中速モードと高速モードとを設定するための各係合装置の係合・解放状態をまとめて示す図表である。その低速モードにおける運転状態の一例を示す共線図である。低速モードから中速モードへの同期切替時の運転状態を示す共線図である。中速モードから高速モードへの同期切替時の運転状態を示す共線図である。その高速モードにおける運転状態を示す共線図である。この発明を適用できるハイブリッド車の他の動力伝達経路の例を示すスケルトン図である。図１２に示すハイブリッド車で各運転モードを設定するための係合装置の係合・解放の状態をまとめて示す図表である。

符号の説明

１…原動機（エンジン）、２…第１モータ・ジェネレータ、３…第２モータ・ジェネレータ、１３…出力軸、２１…第１遊星歯車機構、２２…第２遊星歯車機構、Ｂ１…ブレーキ機構、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…クラッチ機構、１００…電子制御装置。

Claims

第１の差動機構を構成する第１入力要素に原動機が連結されるとともにその差動機構における第１反力要素に発電機能を有する第１電動機が連結され、さらにその差動機構における第１出力要素に前記第１電動機との間で電力を授受できかつ発電機能のある第２電動機が連結され、さらに互いに差動作用を行う第２入力要素と第２反力要素と第２出力要素とを有しかつ前記第１出力要素から入力されたトルクを増幅して出力する低速モードと前記第１の差動機構と共に四つの回転要素を有する複合差動機構を構成する中速モードと前記第１出力要素から入力されたトルクをそのまま出力する高速モードとを設定する第２の差動機構が設けられたハイブリッド車の制御装置において、
前記ハイブリッド車が前記原動機を停止して走行することを判断する走行状態判断手段と、
前記原動機を停止して前記ハイブリッド車が走行することが判断された場合に前記中速モードを禁止する中速モード禁止手段と
を備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
前記原動機を停止して前記ハイブリッド車が走行することが判断された場合に、前記ハイブリッド車の走行状態に応じて前記低速モードと前記高速モードとのいずれかを選択的に設定する運転モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。
前記各運転モードを設定するように前記各要素を選択的に連結もしくは固定する複数の係合機構と、
前記運転モードを低速モードと高速モードとの間で切り替える場合に、前記原動機の回転数を前記第１電動機により低速モードと中速モードとの同期回転数に設定した状態で所定の係合機構を係合させて中速モードを設定した直後に前記原動機の回転数を中速モードと高速モードとの同期回転数に設定した状態で他の所定の係合機構を係合させて高速モードを設定する切替制御手段と
を備えていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車の制御装置。
前記各運転モードを設定するように前記各要素を選択的に連結もしくは固定する複数の摩擦係合機構と、
前記運転モードを低速モードと高速モードとの間で切り替える場合に、低速モードを設定するための摩擦係合機構と高速モードを設定するための摩擦係合機構とのいずれか一方をスリップさせつつ次第に係合させ、かつ他方をスリップさせつつ次第に解放させる切替制御手段と
を備えていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車の制御装置。
前記第２の差動機構は、前記第１出力要素に連結された第１サンギヤと、該第１サンギヤに隣接して配置された第２サンギヤと、これらのサンギヤに対して同心円上に配置されかつ出力部材に連結されたリングギヤと、前記第２サンギヤおよびリングギヤに噛み合うピニオンギヤならびに該ピニオンギヤおよび前記第１サンギヤに噛み合う他のピニオンギヤを保持するキャリヤとを回転要素とするラビニョ型遊星歯車機構によって構成され、
前記第１サンギヤを選択的に固定するブレーキ機構と、
前記キャリヤを前記第１入力要素に選択的に連結する第１クラッチ機構と、
前記第２遊星歯車機構における少なくともいずれか二つの回転要素を選択的に連結して第２遊星歯車機構の全体を一体化する第２クラッチ機構とを備え、
これらのブレーキ機構および各クラッチ機構の係合・解放の状態に応じて少なくとも三つの運転モードを設定するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
前記第２の差動機構は、前記第１出力要素に連結されたサンギヤと、このサンギヤに対して同心円上に配置されたリングギヤと、このサンギヤおよびリングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持するキャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成され、
前記リングギヤを選択的に固定するブレーキ機構と、
前記キャリヤを前記第１入力要素に選択的に連結する第１クラッチ機構と、
前記キャリヤを前記出力部材に選択的に連結する第２クラッチ機構と、
前記リングギヤを前記出力部材に選択的に連結する第３クラッチ機構とを備え、
これらのブレーキ機構および各クラッチ機構の係合・解放の状態に応じて少なくとも三つの運転モードを設定するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。