JP2010095051A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリからの電力供給を受けたモータのみの駆動によって走行するＥＶ走行と、ＥＶ走行からの内燃機関の始動とを可能にするハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両は、第１のブレーキ機構３がエンジンの出力軸２を固定するときに発生するトルクを制御する制御装置１００を備えている。制御装置１００は、第１のモータ７のみの駆動によって走行するときには第１のブレーキ機構３が発生するトルクを制御してエンジンの出力軸２の回転を停止し、第１のモータ７のみの駆動による走行中にエンジン１を始動するときには、エンジンの出力軸２がエンジン１を始動させるために必要な回転数になるように、第１のブレーキ機構３のトルクを制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、動力源として内燃機関とモータとを組み合わせた駆動機構を有するハイブリッド車両に関する。

従来のハイブリッド車両には、リングコーン型の無段変速機の機構を応用したトルク分配比可変機構を用いた駆動機構を有する車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。この第１の従来技術のハイブリッド車両は、内燃機関と、モータと、走行のために必要なトルクを車輪に伝達する駆動軸と、駆動軸によって伝達されるトルクを内燃機関の出力軸とモータの出力軸とに配分しそのトルク配分比率を可変させるトルク分配器と、を備えている。このハイブリッド車両は、トルク配分比率、モータの出力軸の回転数等を制御することにより、内燃機関を最適な条件（トルク、回転数）で運転し、排気エミッションを低減させている。

また、他の従来のハイブリッド車両として、原動機の出力を発電機が連結された反力要素と出力要素とに分配する動力分配遊星歯車機構と、出力要素に連結された電動機と、出力要素から出力された動力を増減速する増減速遊星歯車機構と、これらの遊星歯車機構における所定の回転要素を他の所定の部材に選択的に連結する係合機構と、を有する駆動機構を備えたものがある（例えば、特許文献２参照）。

この第２の従来技術のハイブリッド車両において、係合機構は、低速モードを設定するブレーキ機構と、高速モードを設定するクラッチ機構と、電動機および電動機が連結されている出力要素を固定するブレーキ機構と、からなっている。また、動力分配遊星歯車機構は、反力要素とする外歯車のサンギヤと、出力要素とする内歯車のリングギヤと、入力要素であって、サンギヤとリングギヤに噛み合うピニオンを固定するキャリヤと、を含んでいる。サンギヤには発電機に相当する第１モータ・ジェネレータが連結されており、リングギヤには電動機に相当する第２モータ・ジェネレータが連結されている。
特許第３４６１６５２号公報 特開２００８−６８７０５号公報

しかしながら、第１の従来技術では、トルク分配器である可変速遊星ギヤユニットの三つの軸にそれぞれ、モータの出力軸、内燃機関の出力軸、駆動軸が接続されているため、モータと内燃機関の両方が常に動作していないとトルクが逃げてしまうことになる。このため、車両はモータのみを用いた走行ができないという課題があった。つまり、モータと内燃機関とを単独で動作させることができない。

また、第２の従来技術においては、２個のモータを必要とする機構であるため、これらのモータに付随する部品や制御方法が負担であるという課題があった。また、特許文献２には、内燃機関の始動方法の詳細については開示されていない。

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、バッテリからの電力供給を受けたモータのみの駆動によって走行するＥＶ走行と、ＥＶ走行からの内燃機関の始動とを可能にするハイブリッド車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載のハイブリッド車両の発明は、熱エネルギによって駆動力を発生する熱機関（１）と、車両に対して駆動力を与えるだけでなく、発電機としても機能する第１のモータ（７）と、車両を走行させるために必要なトルクを車輪（１３）に対して伝達する駆動軸（９）と、駆動軸によって伝達されるトルクを熱機関の出力軸（２）と第１のモータの出力軸（５）とに配分するとともに、トルクの配分比率を変化させる可変速遊星ギヤユニット（４）と、熱機関と可変速遊星ギヤユニットとを接続する熱機関の出力軸を固定する第１のブレーキ機構（３，１５）と、を備え、
第１のブレーキ機構は熱機関が作動していないときに熱機関の出力軸を固定して空転させないことを特徴とする。

この発明によれば、熱機関が作動していないとき（非作動時）に第１のブレーキ機構によって熱機関の出力軸を固定し、これを空転させないことにより、モータと熱機関とを単独で駆動させることができる。これにより、ＥＶ走行（バッテリからの電力供給を受けたモータのみの駆動によって走行する状態）からＨＶ走行（内燃機関の発電を行い、その発電電力によって充電すると同時にモータを駆動する走行状態）に移行するときに、ＥＶ走行からの熱機関の始動を円滑に実施することができ、効率の良い運転を提供できる。

請求項２に記載の発明は、さらに、第１のブレーキ機構が熱機関の出力軸を固定するときに発生するトルクを制御する制御装置（１００）を備え、
制御装置は、第１のモータのみの駆動によって走行するときには第１のブレーキ機構が発生するトルクを制御して熱機関の出力軸の回転を停止し、第１のモータのみの駆動による走行中に熱機関を始動するときには、熱機関の出力軸が熱機関を始動させるために必要な回転数になるように、第１のブレーキ機構が発生するトルクを制御することを特徴とする。この発明によれば、車速とブレーキ力を制御することにより、熱機関の出力軸の回転数によって適切な熱機関の始動タイミングを実現することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、さらに、熱機関および第１のモータによって駆動されない車輪（１６）の駆動軸（１７）に対してトルクを与える第２のモータ（１８）と、
可変速遊星ギヤユニットによるトルクの配分比率および第２のモータの作動を制御する制御装置（１００）と、を備え、
制御装置は、
熱機関を運転しないで走行するときには第２のモータの運転による駆動力によって走行し、このとき第２のモータの駆動力による車輪の回転に伴って回転する熱機関の出力軸の回転数をゼロにするように、可変速遊星ギヤユニットおよび第１のモータの作動を制御し、
第２のモータの駆動力による走行中に熱機関を始動するときには、熱機関の出力軸が熱機関を始動させるために必要な回転数になるように、可変速遊星ギヤユニットおよび第１のモータの作動を制御することを特徴とする。

この発明によれば、熱機関および第１のモータによって駆動されない車輪を有する車両（例えば第２のモータを用いて駆動される車輪を有する四輪駆動車）について、第２のモータを使用したＥＶ走行から熱機関を始動するときに、トルクの配分比率と第１のモータの作動を制御することにより、請求項２に記載の発明と同様に、熱機関の出力軸の回転数によって適切な熱機関の始動タイミングを実現することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、制御装置は、車速を維持したまま、第１のモータのみの駆動による走行状態から熱機関を始動することを特徴とする。この発明によれば、車両の走行条件を維持したままＥＶ走行からＨＶ走行に移行することにより、エネルギーロスの少ない走行を実施できる。

請求項５に記載の発明は、上記発明のいずれかにおいて、第１のブレーキ機構（１５）は、車両に搭載されたオイルポンプ、冷却水の循環用ポンプ、および空調用の圧縮機の少なくとも一つによって構成されることを特徴とする。この発明によれば、第１のブレーキ機構を少なくとも上記機器のいずれかで構成することにより、既設の各機器の出力を制御することで、熱機関の出力軸に対してブレーキ力を提供することができる。

請求項６に記載の発明は、上記発明のいずれかにおいて、さらに第１のモータと可変速遊星ギヤユニットとを接続する第１のモータの出力軸を固定する第２のブレーキ機構（６）を備えることを特徴とする。

この発明によれば、第２のブレーキ機構によって第１のモータの出力軸をロックするとともに、熱機関の作動と可変速遊星ギヤユニットによるトルクの配分比率とを制御することにより、第１のモータを使用しない走行を実現できる。これにより、モータによる走行を行いたくない条件でモータによる駆動を制限できるため、燃費向上が図れる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明のハイブリッド車両は、動力源であるエンジン（熱機関）とモータとを組み合わせた駆動機構を有し、車輪の駆動軸によって伝達されるトルクを無段変速のトルク分配手段を用いて熱機関の出力軸とモータの出力軸とに任意の比率で自在に配分することができる。さらに、本発明のハイブリッド車両では、モータとエンジンとを単独で動作させること、およびＥＶ走行からのエンジン（熱機関）の始動が可能であり、モータでの電力消費を低減してエネルギ効率に優れた運転を実現している。

本発明の一実施形態である第１実施形態について図１〜図６にしたがって説明する。本実施形態のハイブリッド車両は、熱エネルギによって駆動力を発生する内燃機関（熱機関）と、車両に対して駆動力を与えるとともに発電機として機能する第１のモータ７と、車両の走行に必要なトルクを車輪１３に伝達する駆動軸９と、トルク分配手段と、を備えている。

内燃機関（熱機関）は、ガソリンを燃料とするエンジン１を用いている。エンジン１には、エンジンの駆動力を外部に出力するエンジンの出力軸２が設けられている。また、エンジン１は、出力制御のためのスロットルバルブを作動させるスロットルアクチュエータを備えていてもよい。第１のモータ７には、ロータの回転を外部に出力する第１のモータの出力軸５が設けられている。トルク分配手段は、駆動軸９によって伝達されるトルクをエンジンの出力軸２と第１のモータの出力軸５とに配分するとともに、トルクの分配比率を自在に変化させ得る可変速遊星ギヤユニット４で構成されている。すなわち、可変速遊星ギヤユニット４は、エンジンの出力軸２と第１のモータの出力軸５とを連結している。

エンジンの出力軸２の回転数は、第１のブレーキ機構３が与えるブレーキ力によって制御されるようになっている。第１のブレーキ機構３は、例えば、ディスクブレーキ等によって構成されており、エンジンの出力軸２と一体に固定されているブレーキロータ３ａと、ブレーキロータ３ａの外周部近傍を両側から挟み込むことによってエンジンの出力軸２を制動するブレーキシュー３ｂと、を備えている。第１のブレーキ機構３は、電子式制御装置（ＥＣＵ）である制御装置１００によってブレーキシュー３ｂの挟み付け力が制御され、エンジンの出力軸２を制動する力が制御されることにより、その作動が制御される。すなわち、制御装置１００は、第１のブレーキ機構３がエンジンの出力軸２を固定するときに発生するトルクを自在に制御する。また、第１のブレーキ機構３はエンジンの出力軸２を固定して完全にロックすることも可能である。

駆動軸９は、可変速遊星ギヤユニット４の出力軸であり、ディファレンシャルギヤ１０と車輪軸１１を介して一対の車輪１３に連結されている。車輪軸１１の回転数は、一対のディスクブレーキ１２が与えるブレーキ力によって制御され得る。ディスクブレーキ１２は、車輪軸１１と一体に固定されているブレーキロータ１２ａと、ブレーキロータ１２ａの外周部近傍を両側から挟み込むことによって車輪軸１１を制動するブレーキシュー１２ｂと、を備えている。ディスクブレーキ１２は、制御装置１００によってブレーキシュー１２ｂの挟み付け力が制御されることにより、車輪軸１１を制動する力を制御することができる。

第１のモータ７には、第１のモータ７の駆動を制御するインバータ１０２とバッテリ１０１とが電気的に接続され、バッテリ１０１に蓄えられた電力によって第１のモータ７が駆動され、または第１のモータ７が発電機となってバッテリ１０１を充電するように構成されている。

制御装置１００は、本ハイブリッド車両の駆動機構を構成する各部の作動を司る電子式制御手段である。また、制御装置１００は一の電子式制御装置であってもよいし、機能毎に与えられた各制御装置が互いに通信することにより成立する複数の電子式制御装置からなるものであってもよい。また、制御装置１００は、運転者が操作するエンジン１の始動スイッチ１０３からの電気信号とアクセルペダル１０４からの電気信号とを受信可能に構成されている。

可変速遊星ギヤユニット４の構成を説明する。可変速遊星ギヤユニット４は遊星円錐伝動型の無段変速機（リングコーン型無段変速機）であり、リングギヤ４１を回転可能とした構造である。リングギヤ４１は、ピニオン８を介して駆動軸９につながっている。そして、リングギヤ４１に伝えられる駆動力は、それと一体の平歯車４１１と、ピニオン８からなる歯車列を介して駆動軸９に伝達される。

エンジンの出力軸２にはキャリヤ４２が取り付けられている。キャリヤ４２には複数個の遊星コーン４３が回転自在に支持されている。各遊星コーン４３のコーン部４３１は、リングギヤ４１に一体に設けられたリング状突出部４１２と摩擦接触するようになっている。遊星コーン４３を構成するものとしてコーン部４３１と同軸上で一体に形成された傘歯車部４３２は、エンジンの出力軸２と同一軸線上に位置する第１のモータの出力軸５に取り付けられた傘歯車状のサンギヤ４４と噛み合うように構成されている。つまり、コーン部４３１は、サンギヤ４４とリングギヤ４１の平歯車４１１との双方にトルクを伝達する。

リニアアクチュエータ１４は、制御装置１００による電気信号に基づいて動作されるアクチュエータであり、外部に出力するための駆動軸１４ａと、駆動軸１４ａに設けられたスライダ１４ｂと、を備えている。スライダ１４ｂは、リングギヤ４１に摺動接触してそれを軸線方向に移動させるための部品であり、リングギヤ４１に設けられた鍔部４１３と嵌合されている。リングギヤ４１は、リニアアクチュエータ１４の駆動力によって、エンジンの出力軸２と第１のモータの出力軸５とを結ぶ軸線に対して平行に摺動するようになっている。

このような可変速遊星ギヤユニット４によってトルク分配手段を構成することにより、駆動軸９に伝達されるトルクをエンジンの出力軸２と第１のモータの出力軸５とに配分する比率を無段階に円滑に変化させることができる。

また、エンジンの出力軸２、第１のモータの出力軸５、および駆動軸９または車輪軸１１には、それぞれ軸の回転数とトルクの大きさを検出する手段が設けられており、その検出値は制御装置１００に入力されるようになっている。制御装置１００はそれらの信号に基づいてスロットルアクチュエータや可変速遊星ギヤユニット４のリニアアクチュエータ１４、またはインバータ１０２等を制御する。

また、本ハイブリッド車両の駆動システムとして、さらに、第１のモータの出力軸５を固定する第２のブレーキ機構６を備えるようにしてもよい。この構成を採用する場合には、第２のブレーキ機構６は、第１のブレーキ機構３と同様に、例えば、ディスクブレーキ等によって構成されており、第１のモータの出力軸５と一体に固定されているブレーキロータ６ａと、ブレーキロータ６ａの外周部近傍を両側から挟み込むことによって第１のモータの出力軸５を制動するブレーキシュー６ｂと、を備える。第２のブレーキ機構６は、制御装置１００によってブレーキシュー６ｂの挟み付け力が制御され、第１のモータの出力軸５を制動する力が制御されることにより、その作動が制御される。

そして、第２のブレーキ機構６によって第１のモータの出力軸５を固定し、エンジン１の作動と可変速遊星ギヤユニット４によるトルクの配分比率とを制御することにより、第１のモータ７の駆動力を使用しない走行を実現できる。これにより、モータによる走行を行いたくない条件でモータの駆動を停止できるため、燃費が向上する。

次に、このハイブリッド車両における駆動システムの作動について説明する。エンジンの出力軸２と第１のモータの出力軸５が同時に回転すると、これら二つの軸の回転数の差によって遊星コーン４３が回転し、その回転が、コーン部４３１とリングギヤ４１に設けられたリング状突出部４１２との摩擦係合によってリングギヤ４１の回転に変換され、リングギヤ４１の平歯車４１１と噛み合っているピニオン８から取り出される。

リングギヤ４１の回転数は、仮にエンジンの出力軸２と第１のモータの出力軸５の回転数がそれぞれ変化しないときでも、リニアアクチュエータ１４によってリングギヤ４１を軸方向に摺動させて遊星コーン４３のコーン部４３１とリング状突出部４１２との接触位置を変更することにより、無段階に変化させることができる。また、可変速遊星ギヤユニット４はエンジンの出力軸２と第１のモータの出力軸５との回転比を無段階に変更することができる。したがって、エンジンの出力軸２の回転数を一定に維持したとしても、第１のモータの出力軸５の回転数を無段階に変化させることによって、リングギヤ４１の回転数を自由に変化させることができる。この関係は、伝達されるトルクの大きさについても同様である。

ハイブリッド車両の燃費を向上させるためには、エンジンの発生トルクＴｅと回転数Ｎｅを常にそれぞれの最適条件である一定値に保つのがよい。ところが、エンジンによって駆動される車両の通常の運転状態においては、車両の走行にしたがって変動する駆動トルクＴｄと回転数Ｎｄは走行条件に応じて絶えず大幅に変動している。そこで、駆動軸９によって伝達されている駆動トルクＴｄとその回転数Ｎｄの変化とは無関係に、エンジンが発生するトルクＴｅと回転数Ｎｅの値が実質的に一定に維持されるように、制御装置１００はリニアアクチュエータ１４によってリングギヤ４１の位置を制御するとともに、第１のモータ７の発生トルクＴｍ１および回転数Ｎｍ１を、バッテリ１０１からの供給電力をインバータ１０２によって調整することにより制御する。つまり、本実施形態においては、走行状態に応じて変動しながら駆動軸９に伝達される駆動軸トルクを、可変速遊星ギヤユニット４をトルク分配器として、エンジンの出力軸２と第１のモータの出力軸５への分配比率を絶えず変化させながら分配することになる。

リング状突出部４１２の内径（半径）をＲ、コーン部４３１とリング状突出部３２２との接触点における半径をｒとすると、エンジン１の発生トルクＴｅと回転数Ｎｅは、遊星歯車の関係式からそれぞれ次式のように表すことができる。

Ｔｅ＝Ａ・Ｔｄ｛１＋（Ｒ−２ｒ）／Ｒ｝…（１）
または、これを書き換えてＴｅ／Ｔｄ＝Ａ｛１＋（Ｒ−２ｒ）／Ｒ｝…（１Ａ）
また、Ｎｅ＝Ｂ｛Ｎｍ１（Ｒ−２ｒ）＋Ｒ・Ｎｄ｝／２（Ｒ−ｒ）…（２）
ただし、Ａ，Ｂは歯車の減速比やコーン部４３１の径の大きさ等によって決まる定数である。

式（１）は、走行状態に応じて変動する駆動軸トルクを両者にどのような比率によって分配するかを決定するためのものであり、式（２）はエンジン回転数Ｎｅに対するモータ回転数Ｎｍ１と駆動軸回転数Ｎｄの関係を示すことから、モータ回転数Ｎｍ１を算出するために使用されるものである。制御装置１００は、走行状態に応じて駆動軸トルクＴｄの大きさが大幅に変化するので、エンジンの発生トルクＴｅが予め定められた一定の値となるように、式（１）によって可変速遊星ギヤユニット４における遊星コーン４３のコーン部４３１の有効半径ｒの値を決定し、ｒがその値となるようにリニアアクチュエータ１４を制御する。

次に、式（２）を用いて、エンジンの回転数Ｎｅが予め定められた一定の値となるようにモータの回転数Ｎｍ１を決定する。また、第１のモータ７の発生トルクＴｍ１は駆動軸トルクＴｄとエンジンの発生トルクＴｅとの差となるため、トルクＴｅがトルクＴｍ１よりも大きくなればトルクＴｍ１は負の値となり、第１のモータは発電機として作動してバッテリ１０１を充電することになる。

次に、本ハイブリッド車両の各種走行モードに対応するエンジン１、第１のモータ７、可変速遊星ギヤユニット４および第１のブレーキ機構３等の作動について、図２〜図６のフローチャートにしたがって説明する。図２はＥＶ走行（バッテリ１０１からの電力供給を受けた第１のモータ７のみの駆動によって走行する状態）からエンジンを始動してＨＶ走行（エンジン１の発電を行い、その発電電力によって充電すると同時に第１のモータ７を駆動する走行状態）の準備を行う制御を示したフローチャートである。図２に示す制御は、制御装置１００によって実行される。

図２に示すように、まず、運転者が車両の停止状態からエンジン１の始動スイッチ１０３を操作すると、本制御がスタートする。制御装置１００は、ステップ１０でバッテリ１０１の充電量の残量Ｓ等を読み込む。次に、ステップ２０で、検出された充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下であるか否かを判定する。ステップ２０での判定は、ＥＶ走行が可能であるか否かを判断するものである。

ステップ２０で充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下であると判定されると、ＥＶ走行はできないと判断し、後述する図６に示すエンジン１の始動を実行する制御フローに移行する。一方、ステップ２０で充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下でないと判定されると、ＥＶ走行が可能であると判断し、車両走行の開始前に第１のブレーキ機構３によるブレーキを最大に制御し、エンジンの出力軸２を固定する（ステップ３０）。さらに第１のモータ７側のトルク分配比率が最大となるように可変速遊星ギヤユニット４の作動を制御する。

次に、運転者によるアクセルペダル１０４の踏み込み量を送信する電気信号を検出する（ステップ４０）。そして、検出されたアクセルペダル１０４の踏み込み量に応じて、インバータ１０２およびリニアアクチュエータ１４の動作制御により、第１のモータ７のトルクＴｍ１および回転数Ｎｍ１を制御する（ステップ５０）。このとき、エンジンの出力軸２は固定されているため、車両は第１のモータ７のみの駆動によるＥＶ走行を行う。

次に、ステップ６０で、ＥＶ走行が実施されてからのＥＶ走行時間ｔの算出、車速Ｖの検出、およびバッテリ１０１の充電残量Ｓの検出を実行する。そして、ＥＶ走行時間ｔが所定時間ｔｅ以上であるか、車速Ｖが所定車速Ｖｅ以上であるか、充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下であるか、のいずれかの条件が成立するときは、これ以上ＥＶ走行を実施できないと判断し、ステップ８０に移行する（ステップ７０）。ステップ７０の条件が成立しないときは、ステップ４０に戻り、ステップ７０の条件が成立するまでこの判定処理を実行する。

このようにステップ３０〜ステップ７０にかけての処理ではＥＶ走行が実行される。さらに、ステップ７０までのようにエンジン１が作動していないとき（非作動時）には、第１のブレーキ機構３によってエンジンの出力軸２を固定し、これを空転させないようにしている。この処理を経て、後述するステップ８０〜ステップ１１０を実行することにより、エンジン１の始動を円滑に行うようにことができる。

ステップ８０〜ステップ１１０は、ＥＶ走行からエンジン１の始動を経てＨＶ走行に移行するための処理である。ステップ８０では、第１のブレーキ機構３によるブレーキ力を弱める処理を行う。このときの第１のブレーキ機構３が発生するトルクは、エンジンの出力軸２を停止させるトルクから、エンジン１を始動に必要な回転数で空転させるのに必要ないわゆる空転トルクを引いた値となる。

そして、ステップ９０でエンジン１の回転数Ｎｅを検出し、ステップ１００でエンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ０以上であるか否かを判定する。エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ０以上でないと判定されたときは、ステップ８０に戻り、さらにブレーキ力を弱める処理を行い、所定回転数Ｎ０以上になるまでこの判定処理を反復実行する。ブレーキ力の段階的解除によって、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ０以上に達すると、燃料噴射等の通所のエンジン始動に必要な作動を実施し、エンジンを始動させるとともに第１のブレーキ機構３によるブレーキ力を完全に解除する（ステップ１１０）。

このように、制御装置１００は、第１のモータ７のみの駆動によって走行するときには第１のブレーキ機構３が発生するトルクを制御してエンジンの出力軸２の回転を停止する。さらに、第１のモータ７のみの駆動による走行中にエンジン１を始動するときには、エンジンの出力軸２がエンジン１を始動させるために必要な回転数になるように、第１のブレーキ機構３のトルクを制御するようにしている。この制御によれば、車速とブレーキ力を制御することにより、エンジンの出力軸２の回転数によって適切なエンジン１の始動タイミングを実現することができる。また、この制御によって、エンジンやモータのトルクを用いて制御する場合に比べて制御に関わる処理を簡単化することができる。

また、制御装置１００は、車速を維持したまま、第１のモータ７のみの駆動による走行状態からエンジン１を始動するようにすることが好ましい。これによれば、車両の走行条件を維持したままＥＶ走行からＨＶ走行に移行することにより、さらにエネルギーロスの少ない走行が得られる。

次に、エンジン１の始動後はＨＶ走行となり、図３に示す制御に移行する。図３はエンジン１の始動からＨＶ走行を実行する制御を示したフローチャートである。制御装置１００は、バッテリ１０１の充電量の残量Ｓ等を検出し、検出された充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下であるか否かを判定する（ステップ１２０）。

ステップ１２０で充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下でないと判定されると、バッテリ１０１の電力を消費する走行が可能であると判断し、ＨＶ走行を実行する。具体的には、運転者によるアクセルペダル１０４の踏み込み量を送信する電気信号を検出する（ステップ１３０）。そして、検出されたアクセルペダル１０４の踏み込み量に応じて、インバータ１０２およびリニアアクチュエータ１４の動作制御により、前述のように、第１のモータ７のトルクＴｍ１および回転数Ｎｍ１と、エンジン１のトルクＴｅとを制御し、トルク分配比率を適正に制御する（ステップ１４０）。

ステップ１２０で充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下であると判定されると、第１のモータ７の駆動力による走行はできないと判断し、第１のモータ７を発電のみに使用し、バッテリ１０１の充電を行う（バッテリ１０１の充電とエンジン１による走行）。具体的には、運転者によるアクセルペダル１０４の踏み込み量を送信する電気信号を検出する（ステップ１２１）。そして、検出されたアクセルペダル１０４の踏み込み量に応じて、インバータ１０２およびリニアアクチュエータ１４の動作制御により、第１のモータ７のトルクＴｍ１および回転数Ｎｍ１を発電用に制御し、エンジン１のトルクＴｅを走行用に制御し、これらに適合するトルク分配比率に制御する（ステップ１２２）。

次に、制御装置１００は、バッテリ１０１の充電量の残量Ｓ等を検出し（ステップ１２３）、検出された充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下であるか否かを判定する（ステップ１２４）。充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下である場合は、まだ充電量が不足していると判断し、ステップ１２２に戻り、ステップ１２４の判定を充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下になるまで反復する。一方、充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下でない場合は、充電量がＨＶ走行を実行できる状態にあると判断し、前述のステップ１３０に移行する。

次に、ＨＶ走行からエンジン１による走行に移行する制御を図４にしたがって説明する。図４のフローチャートに示すように、制御装置１００は、まず、車両の走行状態がＨＶ走行であることを確認する（ステップ１４５）。次に、車速Ｖおよび一定の車速で継続的に走行している一定車速走行時間ｔｃを検出する（ステップ１５０）。

ステップ１６０で、車速Ｖが所定車速Ｖ１以下であるか、一定車速走行時間ｔｃが所定時間ｔｃ１以下であるか、の両方の条件が成立するときは、車速が大きくなく、変動がある状態であると判断し、第１のモータ７の駆動による走行の方がエネルギ効率面で有利なため、ステップ１４５に戻り、ＨＶ走行を継続する。

一方、ステップ１６０の条件が成立しないときは、車速が大きく、一定速度が継続している、例えば高速巡航状態であると判断する。このような高速巡航状態のときは、第１のモータ７の駆動による走行を停止し、エンジン１のみによる走行を行う方がエネルギ効率面で有利である。このため、ステップ１７０で、第１のモータ７の回転数Ｎｍ１が０になるように、エンジン１のトルクＴｅとトルク分配比率を制御し、第１のモータの出力軸５が第１のモータ７によってロックされる状態にもっていく。次に、第１のモータ７の回転数Ｎｍ１を検出し、Ｎｍ１の検出値が０かどうかを判定する（ステップ１８０）。Ｎｍ１の検出値が０になった場合には、第２のブレーキ機構６によって第１のモータの出力軸５にブレーキをかけてロックし（ステップ１９０）、第１のモータ７への通電を停止する（ステップ２００）。

そして、エンジン１による走行を行うために、運転者によるアクセルペダル１０４の踏み込み量を送信する電気信号を検出する（ステップ２１０）。そして、検出されたアクセルペダル１０４の踏み込み量に応じて、エンジン１のトルクＴｅおよびトルク分配比率を適正に制御する（ステップ２２０）。この状態では、サンギヤ４４は固定されているため、通常の無段変速機と同様の作動となり、第１のモータ７を使用することなくエンジン１による走行が行われている。以上のように、エンジン１のみで走行しているときは、従来の駆動システムと異なり、第１のモータ７に通電してロックしておく必要がなく、余分な電力を消費しないため、エネルギ効率の高い運転を実施できる。

次に、エンジン１による走行からＨＶ走行に移行する制御を図５にしたがって説明する。図５のフローチャートに示すように、制御装置１００は、まず、車両の走行状態がエンジン走行であることを確認する（ステップ２３０）。次に、車速Ｖおよび一定の車速で継続的に走行している一定車速走行時間ｔｃを検出する（ステップ２４０）。

ステップ２５０で、車速Ｖが所定車速Ｖ１以下であるか、一定車速走行時間ｔｃが所定時間ｔｃ１以下であるか、の両方の条件が成立しないときは、車速が大きく、一定速度が継続している、前述の高速巡航状態であると判断する。この場合は、第１のモータ７の駆動による走行の方がエネルギ効率面で有利なため、ステップ２３０に戻り、エンジン走行を継続する。

一方、ステップ２５０の条件が成立するときは、車速が大きくなく、変動がある状態であると判断し、第１のモータ７の駆動による走行の方がエネルギ効率面で有利なため、エンジン走行からＨＶ走行に移行するようにする。制御装置１００は、ステップ２６０で、第１のモータ７に通電するとともに、第１のモータの出力軸５をロックして回転数Ｎｍ１が０になるようにし、第１のモータ７のトルクを発生させる。次に、第１のモータ７に発生したトルクＴｍ１を検出し、Ｔｍ１が第２のブレーキ機構６によるブレーキトルクと同一になるまでステップ２６０を反復する（ステップ２７０）。Ｔｍ１とブレーキトルクが同一になったら第２のブレーキ機構６のブレーキ力を解除する（ステップ２８０）。この状態では、サンギヤ４４は第１のモータ７によってロックされている。

次に、ＨＶ走行に移行する。具体的には、運転者によるアクセルペダル１０４のアクセルペダル１０４の踏み込み量に応じて、インバータ１０２およびリニアアクチュエータ１４の動作制御により、前述のように、第１のモータ７のトルクＴｍ１および回転数Ｎｍ１と、エンジン１のトルクＴｅとを制御し、トルク分配比率を適正に制御する（ステップ２９０）。

次に、エンジン１の停止状態からエンジン１を始動する制御を図６にしたがって説明する。図６のフローチャートに示すように、図２のステップ２０で充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下であると判定されると、ＥＶ走行はできないと判断し、エンジン１を始動する。制御装置１００は、まずステップ２１で、車両が停止状態であること、すなわち、車速が０であること、およびディスクブレーキ１２のブレーキ力が働いていることを検出する。そして、第１のモータ７を駆動させて回転数Ｎｍ１を上げると、ディスクブレーキ１２によって車輪軸１１がロックされているため、車両停止状態でエンジン１が空転する（ステップ２２）。

そして、ステップ２３でエンジン１の回転数Ｎｅを検出し、ステップ２４でエンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ０以上であるか否かを判定する。エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ０以上でないと判定されたときは、ステップ２２に戻り、さらに第１のモータ７の回転数を上げる処理を行い、所定回転数Ｎ０以上になるまでこの判定処理を反復実行する。エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ０以上に達すると、燃料噴射等の通所のエンジン始動に必要な作動を実施し、エンジン１を始動させる（ステップ２５）。エンジン１の始動後は、前述の図３に移行し、以降の各処理にしたがってＨＶ走行、バッテリ１０１の充電とエンジン１による走行等を行う。

以下に、本実施形態のハイブリッド車両がもたらす作用効果を述べる。本ハイブリッド車両は、駆動軸９によって伝達されるトルクをエンジンの出力軸２と第１のモータの出力軸５とに配分するとともに、トルクの配分比率を変化させる可変速遊星ギヤユニット４からなるトルク分配比率可変手段と、第１のブレーキ機構３がエンジンの出力軸２を固定するときに発生するトルクを制御する制御装置１００と、を備えている。制御装置１００は、第１のモータ７のみの駆動によって走行するときには第１のブレーキ機構３が発生するトルクを制御してエンジンの出力軸２の回転を停止し、第１のモータ７のみの駆動による走行中にエンジン１を始動するときには、エンジンの出力軸２がエンジン１を始動させるために必要な回転数になるように、第１のブレーキ機構３のトルクを制御する。

この構成によれば、エンジン１が作動していないとき（非作動時）に第１のブレーキ機構３によってエンジンの出力軸２を固定し、これを空転させないことにより、第１のモータ７とエンジン１とを単独で駆動させることができる。これにより、ＥＶ走行からＨＶ走行に移行するときに、ＥＶ走行からのエンジン１の始動を円滑に実施することができる。したがって、従来にはなかったエネルギ効率の良い運転を提供できる。

また、本ハイブリッド車両の駆動システムは、小型省燃費車向けのワンモータ式のハイブリッド自動車に好適である。

また、駆動軸９によって伝達されるトルクを無段変速機からなるトルク分配器を用いてエンジンの出力軸２と第１のモータの出力軸５とに任意の比率で配分するとともに、そのトルク配分の比率を自由に変化させることができるため、エンジン１が発生するトルクＴｅと回転数Ｎｅの双方が、それぞれ任意の最適値となるように制御でき、さらに走行条件に応じて変化する必要な駆動トルクと回転数を、第１のモータ７の方を制御することによって充足、調整することが可能になる。これにより、特にエンジン１を常に最適条件で運転することが可能になり、エンジン１の運転に伴う排気エミッションを低減することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態の駆動システムの変形例について図７を参照して説明する。図７は第２実施形態に係るハイブリッド車両の駆動システムを示す構成図である。図７において同一符号を付した構成部品は、第１実施形態と同一であり、同様の作用効果を奏する。

本実施形態の駆動システムは、図７に示すように、第１実施形態の駆動システム（図１参照）に対して、第１のブレーキ機構としての補機部品１５がエンジンの出力軸２の回転に対し抵抗力となるブレーキ力を加えられる既設の部品であることに特徴がある。補機部品１５は、例えば、車両に搭載されたオイルポンプ、冷却水の循環用ポンプ、および空調用の圧縮機の少なくとも一つによって構成される。これらの各機器（オイルポンプ、循環用ポンプ、空調用の圧縮機）は車両に搭載されている既設の部品であり、これらの回転軸とエンジンの出力軸２とを、エンジンの出力軸２に対して反力を与えるようにギヤ、ベルト等により互いに連結させるように構成する。

この構成によれば、第１のブレーキ機構を少なくとも上記機器のいずれかで構成することにより、既設の各機器の出力を制御することで、新たなブレーキ機構を必要としなくても、エンジンの出力軸２に対して前述の実施形態の第１のブレーキ機構３（例えばディスクブレーキ）と同様にブレーキ力を提供することができる。これにより、既設の部品を用いてエンジンの出力軸２に対するブレーキ力を構成することができるため、駆動システムのコスト低減が図れる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態の駆動システムの変形例である駆動システムおよびその作動について図８および図９にしたがって説明する。図８は本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動システムを示す構成図である。図９は、ＥＶ走行からエンジンの始動を経てＨＶ走行に移行する制御を示したフローチャートである。図８および図９において同一符号を付した構成部品は、第１実施形態と同一であり、同様の作用効果を奏する。

本実施形態の駆動システムは、図８に示すように、第１実施形態の駆動システム（図１参照）に対して、さらに、エンジン１および第１のモータ７によって駆動されない車輪１６（例えば後輪）を備え、車輪１６の駆動軸１７に対してトルクを与える第２のモータ１８を備える構成が大きく異なっている。本駆動システムは、例えば四輪駆動のハイブリッド車両に適用できる。

さらに、本駆動システムにおける制御装置１００は、可変速遊星ギヤユニット４によるトルクの配分比率を制御し、インバータ１０５を介して第２のモータ１８の作動を制御するように構成されている。制御装置１００は、図９のフローチャートに示すように、第２のモータ１８のみの駆動による走行中にエンジン１を始動するときには、第１のモータ７の作動を制御し、エンジンの出力軸２がエンジン１を始動させるために必要な回転数になるように可変速遊星ギヤユニット４の作動を制御してトルクの配分比率を制御する。

また、本駆動システムでは、第２のモータ１８の回転数の制御、第１のモータ７の回転数の制御、トルクの分配比率の制御によってエンジン１の回転数をゼロにすることが可能なため、第１実施形態の駆動システムにおける第１のブレーキ機構３を廃止することも可能である。

次に、本ハイブリッド車両の各種走行モードに対応するエンジン１、第１のモータ７、可変速遊星ギヤユニット４および第２のモータ１８等の作動について、図９のフローチャートにしたがって説明する。図９に示す制御は、制御装置１００によって実行される。

図９に示すように、まず、運転者が車両の停止状態からエンジン１の始動スイッチ１０３を操作すると、本制御がスタートする。制御装置１００は、ステップ３００でバッテリ１０１の充電量の残量Ｓ等を読み込む。次に、ステップ３１０で、検出された充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下であるか否かを判定する。ステップ３１０での判定は、ＥＶ走行が可能であるか否かを判断するものである。

ステップ３００で充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下であると判定されると、ＥＶ走行はできないと判断し、前述の図６に示すエンジン１の始動を実行する制御フローに移行する。一方、ステップ３００で充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下でないと判定されると、ＥＶ走行が可能であると判断し、運転者によるアクセルペダル１０４の踏み込み量を送信する電気信号を検出する（ステップ３２０）。そして、検出されたアクセルペダル１０４の踏み込み量に応じて、第２のモータ１８の作動を制御して第２のモータ１８の回転数Ｎｍ２を制御する（ステップ３３０）。このとき、車両は第２のモータ１８のみの駆動によるＥＶ走行を行う。

このとき、車輪１６の駆動力によって車両が走行しているため、車輪１３も回転するが、エンジンの出力軸２の回転数が０になるように、第１のモータ７の作動を制御してその回転数Ｎｍ１を制御する（ステップ３４０）。つまり、第１のモータ７を回転させることで、エンジンの出力軸２が回転しないように制御するのである。そして、ステップ３５０でＥＶ走行が実施されてからのＥＶ走行時間ｔの算出、車速Ｖの検出、およびバッテリ１０１の充電残量Ｓの検出を実行する。次に、ＥＶ走行時間ｔが所定時間ｔｅ以上であるか、車速Ｖが所定車速Ｖｅ以上であるか、充電残量Ｓが所定量Ｓ０以下であるか、のいずれかの条件が成立するときは、これ以上ＥＶ走行を実施できないと判断し、ステップ３７０に移行する（ステップ３６０）。ステップ３６０の条件が成立しないときは、ステップ３２０に戻り、ステップ３６０の条件が成立するまでこの判定処理を実行する。

このようにステップ３２０〜ステップ３５０にかけての処理ではＥＶ走行が実行される。さらに、ステップ３６０までのように、第２のモータ１８の駆動力によって走行し、エンジン１が作動していないとき（非作動時）には、第１のモータ７によってエンジンの出力軸２を回転させないようにしている。この処理を経て、後述するステップ３７０〜ステップ４００を実行することにより、エンジン１の始動を円滑に行うようにことができる。

ステップ３７０〜ステップ４００は、ＥＶ走行からエンジン１の始動を経てＨＶ走行に移行するための処理である。ステップ３７０では、第１のモータ７の回転数Ｎｍ１を上げる処理を行う。この処理に伴い、車輪１３の回転がエンジンの出力軸２に伝わり、エンジン１の回転数Ｎｅが上昇する。

そして、ステップ３８０でエンジン１の回転数Ｎｅを検出し、ステップ３９０でエンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ０以上であるか否かを判定する。エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ０以上でないと判定されたときは、ステップ３７０に戻り、さらに第１のモータ７の回転数Ｎｍ１を上げる処理を行い、所定回転数Ｎ０以上になるまでこの判定処理を反復実行する。回転数Ｎｍ１の段階的増加によって、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ０以上に達すると、燃料噴射等の通所のエンジン始動に必要な作動を実施し、エンジン１を始動させる（ステップ４００）。

また、制御装置１００は、車速を維持したまま、第２のモータ１８のみの駆動による走行状態からエンジン１を始動するようにすることが好ましい。これによれば、車両の走行条件を維持したままＥＶ走行からエンジン１の始動を経てＨＶ走行に移行することにより、さらにエネルギーロスの少ない走行が得られる。

次に、エンジン１の始動後はＨＶ走行となる。制御装置１００は、運転者によるアクセルペダル１０４の踏み込み量を送信する電気信号を検出し、検出されたアクセルペダル１０４の踏み込み量に応じて、インバータ１０２、インバータ１０５およびリニアアクチュエータ１４の動作制御により、前述のように、第１のモータ７のトルクＴｍ１および回転数Ｎｍ１と、エンジン１のトルクＴｅと、第２のモータ１８のトルクＴｍ２および回転数Ｎｍ２と、を制御し、トルク分配比率を適正に制御する（以上、ステップ４１０）。

以下に、本実施形態のハイブリッド車両がもたらす作用効果を述べる。本ハイブリッド車両における制御装置１００は、エンジン１を運転しないで走行するとき（ＥＶ走行を行うとき）には第２のモータ１８を運転して駆動力を発生させて走行し、このとき第２のモータ１８の駆動力による車輪１６の回転に伴って回転するエンジンの出力軸２の回転数をゼロにするように、可変速遊星ギヤユニット４および第１のモータ７の作動を制御する。さらに、制御装置１００は、第２のモータ１８の駆動力による走行中にエンジン１を始動するときには、エンジンの出力軸２がエンジン１を始動させるために必要な回転数になるように、可変速遊星ギヤユニット４および第１のモータ７の作動を制御する。

この制御によれば、エンジン１および第１のモータ７によって駆動されない車輪を有する車両（例えば第２のモータ１８を用いて駆動される後輪を有する四輪駆動車）について、第２のモータ１８の駆動力を使用したＥＶ走行からエンジン１を始動するときに、トルクの配分比率と第１のモータ７の作動を制御して、エンジン１を必要な回転数に設定することができる。これにより、第１の実施形態における図２に示す制御と同様に、エンジンの出力軸２の回転数を適切に制御することによって適切なエンジン１の始動タイミングを実現することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態の内燃機関（熱機関）は、内燃機関は例えばディーゼルエンジンであってもよい。また、内燃機関としては、特殊な形式のガソリン機関、例えばリーンバーンエンジン、アトキンソンサイクルエンジン、減筒エンジン等を用いたり、スターリングサイクルエンジン、蒸気機関等を用いたりしてもよい。

第１実施形態に係るハイブリッド車両の駆動システムを示す構成図である。 ＥＶ走行からエンジンの始動に移行する制御を示したフローチャートである。 エンジンの始動からＨＶ走行を実行する制御を示したフローチャートである。 ＨＶ走行からエンジン走行に移行する制御を示したフローチャートである。 エンジン走行からＨＶ走行に移行する制御を示したフローチャートである。 エンジン停止状態からエンジンの始動に移行する制御を示したフローチャートである。 第２実施形態に係るハイブリッド車両の駆動システムを示す構成図である。 第３実施形態に係るハイブリッド車両の駆動システムを示す構成図である。 ＥＶ走行からエンジンの始動を経てＨＶ走行に移行する制御を示したフローチャートである。

符号の説明

１…エンジン（熱機関）
２…エンジンの出力軸（熱機関の出力軸）
３…第１のブレーキ機構
４…可変速遊星ギヤユニット
５…第１のモータの出力軸
６…第２のブレーキ機構
７…第１のモータ
９，１７…駆動軸
１３，１６…車輪
１５…補機部品（第１のブレーキ機構）
１８…第２のモータ
１００…制御装置

Claims (6)

1. 熱エネルギによって駆動力を発生する熱機関（１）と、
   車両に対して駆動力を与えるだけでなく、発電機としても機能する第１のモータ（７）と、
   車両を走行させるために必要なトルクを車輪（１３）に対して伝達する駆動軸（９）と、
   前記駆動軸によって伝達されるトルクを前記熱機関の出力軸（２）と前記第１のモータの出力軸（５）とに配分するとともに、トルクの配分比率を変化させる可変速遊星ギヤユニット（４）と、
   前記熱機関と前記可変速遊星ギヤユニットとを接続する前記熱機関の出力軸を固定する第１のブレーキ機構（３，１５）と、
   を備え、
   前記第１のブレーキ機構は前記熱機関が作動していないときに前記熱機関の出力軸を固定して空転させないことを特徴とするハイブリッド車両。
2. さらに、前記第１のブレーキ機構が前記熱機関の出力軸を固定するときに発生するトルクを制御する制御装置（１００）を備え、
   前記制御装置は、
   前記第１のモータのみの駆動によって走行するときには前記第１のブレーキ機構が発生する前記トルクを制御して前記熱機関の出力軸の回転を停止し、
   前記第１のモータのみの駆動による走行中に前記熱機関を始動するときには、前記熱機関の出力軸が前記熱機関を始動させるために必要な回転数になるように、前記第１のブレーキ機構が発生するトルクを制御す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. さらに、前記熱機関および前記第１のモータによって駆動されない車輪（１６）の駆動軸（１７）に対してトルクを与える第２のモータ（１８）と、
   前記可変速遊星ギヤユニットによる前記トルクの配分比率および前記第２のモータの作動を制御する制御装置（１００）と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記熱機関を運転しないで走行するときには前記第２のモータを運転して発生する駆動力によって走行し、このとき前記第２のモータの駆動力による前記車輪の回転に伴って回転する前記熱機関の出力軸の回転数をゼロにするように、前記可変速遊星ギヤユニットおよび前記第１のモータの作動を制御し、
   前記前記第２のモータの駆動力による走行中に前記熱機関を始動するときには、前記熱機関の出力軸が前記熱機関を始動させるために必要な回転数になるように、前記可変速遊星ギヤユニットおよび前記第１のモータの作動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記制御装置は、車速を維持したまま、前記第１のモータのみの駆動による走行状態から前記熱機関を始動することを特徴とする請求項２または３に記載のハイブリッド車両。
5. 前記第１のブレーキ機構（１５）は、車両に搭載されたオイルポンプ、冷却水の循環用ポンプ、および空調用の圧縮機の少なくとも一つによって構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のハイブリッド車両。
6. さらに、前記第１のモータと前記可変速遊星ギヤユニットとを接続する前記第１のモータの出力軸を固定する第２のブレーキ機構（６）を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のハイブリッド車両。

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