JP2012086724A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両における電動機の高回転化を好適に抑制する。
【解決手段】ハイブリッド車両の駆動装置（１００）は、内燃機関（２００）及び電動機（ＭＧ１）を含む動力要素と、駆動軸（５００）と、第１（Ｓ１）、第２（Ｒ１）、第３回転要素（Ｃ１）を含む動力伝達機構（３００）と、内燃機関及び連結部位（４１０）間に設けられた第１クラッチ（７１０）と、第２回転要素及び連結部位間に設けられた第２クラッチ（７２０）と、第３回転要素及び連結部位間に設けられた第３クラッチ（７３０）と、第１及び第３クラッチを係合し第２クラッチを解放する第１の動力伝達モード、第１クラッチを解放し第２及び第３クラッチを係合する第２の動力伝達モード、及び第１及び第２クラッチを係合し第３クラッチを解放する第３の動力伝達モードを実現可能な切替手段（１００）とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、多様な動力伝達態様を実現可能に構成されたハイブリッド車両を制御するハイブリッド車両の駆動装置の技術分野に関する。

この種のハイブリッド車両では、エンジンから出力された動力を全て電動機の駆動電力に変換して駆動軸に出力するシリーズモード、エンジンから出力された動力を機械的な動力のまま駆動軸に出力すると共に残余を電力に変換して駆動軸へと出力するパラレルモード等が、運転状況等に応じて自動的に切替えられる。

上述した動力伝達モードの切替動作は、動力伝達機構として構成されるプラネタリギヤ等に、切り離し及び結合が可能なクラッチ等を設けることで実現される。具体的には、エンジンを切り離すクラッチを解放すると共にリングギヤの回転動作を固定するクラッチを係合することで、シリーズモードを実現しようとする技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

尚、シリーズモードのようにエンジンから直接動力を出力しないモードでは、他の動力要素である電動機の負担が増加することが考えられる。このため、２種類の電動機が設けられている場合に、互いの仕事量が概ね等しくなるように制御するという技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。このような技術によれば、いずれか一方の電動機が過剰に発熱することを抑制できる。

特開２０１０−０７６６７９号公報 特開２００３−２３７３９２号公報 特開２００８−１４１８１０号公報

上述したようにリングギヤを固定してシリーズモードを実現する場合、エンジンを大きいパワー（例えば、約６０００ｒｐｍ）で運転すると、動力伝達機構における差動歯車装置のギヤ比の関係により、電動機が非常に高回転（例えば、１８０００ｒｐｍ〜２４０００ｒｐｍ）になってしまう。

このような電動機の高回転化を抑制するためには、例えばエンジンの回転数を意図的に抑える方法が考えられるが、結果として電動機において回生される電力も減少してしまうため、ハイブリッド車両の走行に要する発電パワーを得られなくなるおそれがある。即ち、上述した技術は、電動機において十分な発電パワーを得つつ、その高回転化を抑制することが困難であるという技術的問題点を有している。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、動力伝達モードを切替可能なハイブリッド車両における電動機の高回転化を好適に抑制可能なハイブリッド車両の駆動装置を提供することを課題とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は上記課題を解決するために、内燃機関及び電動機を含む動力要素と、前記動力要素からの動力を車軸に伝達する駆動軸と、前記電動機に連結された第１回転要素、前記駆動軸に連結された第２回転要素、及び前記内燃機関に連結部位を介して連結された第３回転要素を含む相互に差動回転可能な複数の回転要素を有する動力伝達機構と、前記内燃機関及び前記連結部位間の連結を切り離し及び結合可能な第１クラッチと、前記第１回転要素及び前記連結部位間の連結を切り離し及び結合可能な第２クラッチと、前記第３回転要素及び前記連結部位間の連結を切り離し及び結合可能な第３クラッチと、前記第１クラッチを係合し、前記第２クラッチを解放し、前記第３クラッチを係合する第１の動力伝達モード、前記第１クラッチを解放し、前記第２クラッチを係合し、前記第３クラッチを係合する第２の動力伝達モード、及び前記第１クラッチを係合し、前記第２クラッチを係合し、前記第３クラッチを解放する第３の動力伝達モードを相互に切替可能な切替手段とを備える。

本発明に係るハイブリッド車両の駆動装置は、駆動軸に対し動力を供給可能な動力要素として、例えば燃料種別、燃料の供給態様、燃料の燃焼態様、吸排気系の構成及び気筒配列等を問わない各種の態様を採り得る内燃機関、並びにモータジェネレータ等の電動発電機として構成され得る電動機を少なくとも備えたている。上述した各動力要素は、複数の回転要素を含む動力伝達機構を介して駆動軸に連結されている。

動力伝達機構は、第１電動機に連結される第１回転要素、駆動軸に連結された第２回転要素、及び内燃機関に連結部位を介して連結された第３回転要素を含んでおり、各回転要素の状態（端的には、回転態様を規定する物理状態であり、回転可能であるか否か及び他の回転要素と連結された状態にあるか否か等を含む）に応じて定まる各種の動力伝達モードに従って動力伝達を行う。動力伝達機構は、一又は複数の遊星歯車機構等のギヤ機構を好適な一形態として採り得、複数の遊星歯車機構を含む場合には、各遊星歯車機構を構成する回転要素の一部が複数の遊星歯車機構相互間で適宜共有され得る。

本発明に係るハイブリッド車両の駆動装置には更に、各動力要素及び動力伝達機構間に複数のクラッチを備えている。具体的には、内燃機関及び連結部位間の連結を切り離し及び結合可能な第１クラッチと、第１回転要素及び連結部位間の連結を切り離し及び結合可能な第２クラッチと、第３回転要素及び連結部位間の連結を切り離し及び結合可能な第３クラッチとが備えられている。各クラッチは、例えばドグクラッチ等として構成され、回転可能とされた２つの係合部が互いに係合することによって動力伝達を実現し、切り離されることによって動力伝達を遮断する。

上述した第１クラッチ、第２クラッチ及び第３クラッチは、例えばＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）の一部として構成される切替手段によって、その係合状態がそれぞれ制御される。切替手段は、第１クラッチを係合し、第２クラッチを解放し、第３クラッチを係合する第１の動力伝達モード、第１クラッチを解放し、第２クラッチを係合し、第３クラッチを係合する第の２の動力伝達モード、及び第１クラッチを係合し、第２クラッチを係合し、第３クラッチを解放する第３の動力伝達モードを相互に切替可能に構成されている。尚、切替手段は、第１の動力伝達モード、第２の動力伝達モード及び第３の動力伝達モード以外の動力伝達モード（例えば、第１クラッチ、第２のクラッチ及び第３のクラッチを全て解放する動力伝達モードや、第１のクラッチだけを係合する動力伝達モード等）への切替も可能に構成されてよい。

第１の動力伝達モードによれば、第１クラッチ及び第３クラッチが係合されているため、内燃機関から出力される動力は連結部位及び第３回転要素を介して動力伝達機構に伝達され、第２回転要素から駆動軸へと出力される。即ち、ハイブリッド車両は、内燃機関から出力される動力を直接利用して走行する。また、第２クラッチが解放されているため、動力伝達機構における各回転要素はそれぞれ別々に回転する。電動機は、内燃機関から動力伝達機構を介して入力される動力を利用して回生を行う。或いは、内燃機関をアシストするように、駆動軸へと動力を出力してもよい。

第２の動力伝達モードによれば、第３クラッチが係合されているものの第１クラッチが解放されているため、内燃機関から出力される動力は動力伝達機構へと伝達されない。このため、内燃機関は停止され、ハイブリッド車両は、電動機から出力される動力を利用して走行する。また、第２クラッチが係合されているため、第１回転要素が連結部位を介して第３回転要素と連結される。このため、動力伝達機構における各回転要素は一体的に回転する。回転要素を一体的に回転させることで、動力伝達機構における損失が少なくなり、エネルギ効率を高めることができる。

第３の動力伝達モードによれば、第１クラッチ及び第２クラッチが係合されているため、内燃機関から出力される動力は、連結部位を介して電動機へと伝達される。一方で、第３クラッチが解放されているため、内燃機関から出力される動力は、第３回転要素を介して動力伝達機構へは伝達されない。電動機は、内燃機関から出力される動力を利用して回生を行う。ハイブリッド車両は、回生によって得られた電力を動力とする他の電動機から出力される動力を利用して走行する。

本発明では特に、内燃機関から出力された動力を全て電動機の駆動電力に変換して駆動軸に出力する第３の動力伝達モード（所謂、シリーズモード）が実現される場合に、動力伝達機構における第２回転要素（即ち、駆動軸に連結された動力出力部分）の回転動作が固定されない。ここで仮に、第２の回転要素を固定してシリーズモードを実現した場合、内燃機関からの動力を伝達する動力伝達機構のギヤ比の関係により、電動機の回転数が極めて大きくなってしまうおそれがある。

しかるに本発明では、上述したように第２回転要素は固定されず、内燃機関から出力された動力は、連結部位を介して電動機に伝達される。従って、電動機の回転数の増大を抑制することができる。尚、電動機の高回転化は、例えば内燃機関の回転数を意図的に抑えることによって抑制可能であると考えられるが、この場合、電動機において回生される電力が減少してしまうため、ハイブリッド車両の走行に要する発電パワーを得ることができなくなるおそれがある。これに対し本発明は、内燃機関の回転数を抑えずに電動機の高回転化を抑制できるため、ハイブリッド車両の走行に十分な発電パワーを維持することができる。

以上説明したように、本発明のハイブリッド車両の駆動装置によれば、動力伝達モードを切替可能なハイブリッド車両における電動機の高回転化を好適に抑制可能である。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置の一態様では、前記切替手段は、前記第２の動力伝達モードから、前記第１の動力伝達モード又は前記第３の動力伝達モードへと動力伝達モードを切替える場合に、前記第２クラッチ及び前記第３クラッチを解放してから前記内燃機関を始動させる。

この態様によれば、第２の動力伝達モードから、第１の動力伝達モード又は第３の動力伝達モードへと動力伝達モードが切替える場合に、先ず係合されていた第２クラッチ及び第３クラッチが解放される。即ち、第１クラッチ、第２クラッチ及び第３クラッチの全てが解放された状態となる。そして、内燃機関の始動は、第２クラッチ及び第３クラッチが解放された状態のままで行われる。内燃機関の始動後は、各クラッチが適宜係合され、第１の動力伝達モード及び第３の動力伝達モードが実現される。

ここで仮に、上述した第２クラッチ及び第３クラッチの解放を行わずに内燃機関を始動しようとすると、第１クラッチを滑らせながら内燃機関の回転数を同期させることが求められるため、ショック（即ち、大きな振動）が発生してしまうおそれがある。本態様では、第２クラッチ及び第３クラッチを予め解放しておくことで、ショックの発生を抑制することが可能である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。

ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。 ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。 エンジンの一断面構成を例示する模式図である。 ハイブリッド駆動装置によって実現される動力伝達モードを示すマトリクス図である。 ＥＶ２モードの動作点を示す共線図である。 シリーズモードの動作点を示す共線図である。 シリーズパラレルモードの動作点を示す共線図である。 ハイブリッド駆動装置のモード切替動作を示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

先ず、本実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図１において、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、ハイブリッド駆動装置１０、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１、バッテリ１２、アクセル開度センサ１３、車速センサ１４及びＥＣＵ１００を備えて構成されている。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「切替手段」の一例であるモード切替部を含んで構成される。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、ハイブリッド車両１における各種制御を実行可能に構成されている。

ＰＣＵ１１は、バッテリ１２から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２に供給する。また、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給することが可能な不図示のインバータを含んでいる。即ち、ＰＣＵ１１は、バッテリ１２と各モータジェネレータとの間の電力の入出力、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ１２を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。

バッテリ１２は、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２を力行するための電力に係る電力供給源として機能する充電可能な蓄電手段である。

アクセル開度センサ１３はハイブリッド車両１の図示せぬアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Ｔａを検出可能に構成されたセンサである。アクセル開度センサ１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度Ｔａは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

車速センサ１４は、ハイブリッド車両１の車速Ｖを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速Ｖは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインとして機能する動力ユニットであり、本発明に係る「ハイブリッド車両の駆動装置」の一例である。ここで、図２を参照し、ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成について説明する。ここに図２は、ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図２において、ハイブリッド駆動装置１０は、主にエンジン２００、動力分割機構３００、モータジェネレータＭＧ１（以下、適宜「ＭＧ１」と略称する）、モータジェネレータＭＧ２（以下、適宜「ＭＧ２」と略称する）、入力軸４００、駆動軸５００、減速機構６００、第１クラッチ７１０、第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０を備えて構成されている。

エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するように構成されている。ここで、図３を参照し、エンジン２００の詳細な構成について説明する。ここに、図３は、エンジンの一断面構成を例示する模式図である。

尚、本発明における「内燃機関」とは、例えば２サイクル又は４サイクルレシプロエンジン等を含み、少なくとも一の気筒を有し、当該気筒内部の燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いはアルコール等の各種燃料を含む混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的又は機械的な伝達手段を適宜介して駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念である。係る概念を満たす限りにおいて、本発明に係る内燃機関の構成は、エンジン２００のものに限定されず各種の態様を有してよい。また、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に４本の気筒２０１が直列に配されてなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０１の構成は相互に等しいため、図３においては一の気筒２０１についてのみ説明を行うこととする。

図３において、エンジン２００は、気筒２０１内において燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介して、クランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。

クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。このクランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００（不図示）と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００では、このクランクポジションセンサ２０６から出力されるクランク角信号に基づいて、エンジン２００の機関回転数ＮＥが算出される構成となっている。

エンジン２００において、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２１０を介して吸気バルブ２１１の開弁時に気筒２０１内部へ導かれる。一方、吸気ポート２１０には、インジェクタ２１２の燃料噴射弁が露出しており、吸気ポート２１０に対し燃料を噴射することが可能な構成となっている。インジェクタ２１２から噴射された燃料は、吸気バルブ２１１の開弁時期に前後して吸入空気と混合され、上述した混合気となる。

燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介してインジェクタ２１２に供給される構成となっている。気筒２０１内部で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ２１１の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１３の開弁時に排気ポート２１４を介して排気管２１５に導かれる。

一方、吸気管２０７における、吸気ポート２１０の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２０９によってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルペダルの開度（即ち、上述したアクセル開度Ｔａ）に応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータ２０９を制御するが、スロットルバルブモータ２０９の動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。

排気管２１５には、三元触媒２１６が設置されている。三元触媒２１６は、エンジン２００から排出される排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元すると同時に、排気中のＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）を酸化可能に構成された触媒装置である。尚、触媒装置の採り得る形態は、このような三元触媒に限定されず、例えば三元触媒に代えて或いは加えて、ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）或いは酸化触媒の各種触媒が設置されていてもよい。

排気管２１５には、エンジン２００の排気空燃比を検出することが可能に構成された空燃比センサ２１７が設置されている。更に、気筒２０１を収容するシリンダブロックに設置されたウォータージャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温を検出するための水温センサ２１８が配設されている。これら空燃比センサ２１７及び水温センサ２１８は、夫々ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された空燃比及び冷却水温は、夫々ＥＣＵ１００により一定又は不定の検出周期で把握される構成となっている。

図２に戻り、モータジェネレータＭＧ１は、本発明に係る「電動機」の一例たる電動発電機であり、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた構成となっている。モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた構成となっている。尚、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有するが、他の構成を有していてもよい。

動力分割機構３００は、本発明の「動力伝達機構」の一例であり、中心部に設けられた本発明の「第１回転要素」の一例たるサンギヤＳ１と、サンギヤＳ１の外周に同心円状に設けられた、本発明の「第２回転要素」の一例たるリングギヤＲ１と、サンギヤＳ１とリングギヤＲ１との間に配置されてサンギヤＳ１の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギヤＰ１と、これら各ピニオンギヤの回転軸を軸支する本発明の「第３回転要素」の一例たるキャリアＣ１とを備えている。

ここで、サンギヤＳ１は、サンギヤ軸３１０を介してＭＧ１のロータＲＴ１に連結されており、その回転数はＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１（以下、適宜「ＭＧ１回転数Ｎｍｇ1」と称する）と等価である。また、リングギヤＲ１は、駆動軸５００及び減速機構６００を介してＭＧ２のロータＲＴ２に結合されており、その回転数はＭＧ２の回転数Ｎｍｇ２（以下、適宜「ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２」と称する）と一義的な関係にある。更に、キャリアＣ１は、連結部位４１０を介してエンジン２００の先に述べたクランクシャフト２０５に連結された入力軸４００と連結されており、その回転数は、エンジン２００の機関回転数ＮＥと等価である。尚、ハイブリッド駆動装置１０において、ＭＧ１回転数Ｎｍｇ１及びＭＧ２回転数Ｎｍｇ２は、夫々レゾルバ等の回転センサにより一定の周期で検出されており、ＥＣＵ１００に一定又は不定の周期で送出されている。

一方、駆動軸５００は、ハイブリッド車両１の駆動輪たる右前輪ＦＲ及び左前輪ＦＬを夫々駆動するドライブシャフトＳＦＲ及びＳＦＬ（即ち、これらドライブシャフトは、本発明に係る「車軸」の一例である）と、各種減速ギヤ及び差動ギヤを含む減速装置としての減速機構６００を介して連結されている。従って、モータジェネレータＭＧ２から駆動軸５００に供給されるモータトルクＴｍｇ２は、減速機構６００を介して各ドライブシャフトへと伝達され、各ドライブシャフトを介して伝達される各駆動輪からの駆動力は、同様に減速機構６００及び駆動軸５００を介してモータジェネレータＭＧ２に入力される。従って、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２は、ハイブリッド車両１の車速Ｖと一義的な関係にある。

動力分割機構３００は、係る構成の下で、エンジン２００からクランクシャフト２０５を介して入力軸４００に供給されるエンジントルクＴｅを、キャリアＣ１とピニオンギヤＰ１とによってサンギヤＳ１及びリングギヤＲ１に所定の比率（各ギヤ相互間のギヤ比に応じた比率）で分配し、エンジン２００の動力を２系統に分割することが可能となっている。

動力分割機構３００の動作を分かり易くするため、リングギヤＲ１の歯数に対するサンギヤＳ１の歯数としてのギヤ比ρを定義すると、エンジン２００からキャリアＣ１に対しエンジントルクＴｅを作用させた場合に、サンギヤ軸３１０に現れるトルクＴｅｓは下記（１）式により、また駆動軸５００に現れるトルクＴｅｒ（即ち、エンジン２００からの直達トルク）は下記（２）式により夫々表される。

Ｔｅｓ＝−Ｔｅ×ρ／（１＋ρ）・・・（１）
Ｔｅｒ＝Ｔｅ×１／（１＋ρ）・・・（２）
本実施形態に係るハイブリッド駆動装置１０は更に、エンジン軸４００及び連結部位４１０間を連結するように、第１クラッチ７１０が設けられている。第１クラッチ７１０は、その係合状態に応じてエンジン２００から出力された動力の伝達を制御できる。具体的には、第１クラッチ７１０が切り離された状態においては、エンジン２００から出力された動力は連結部位４１０（即ち、動力分割機構３００側）に伝達されない。一方で、第１クラッチ７１０が係合された状態では、エンジン２００から出力された出力が連結部位４１０へと伝達される。連結部位４１０には、ＭＧ１及びサンギヤＳ１との連結を実現するための第２クラッチ７２０が設けられている。また、キャリアＣ１との連結を実現するための第３クラッチ７３０が設けられている。

第１クラッチ７１０、第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０の各々は、例えば回転可能な噛合い式のドグクラッチとして構成されており、ＥＣＵ１００のモード切替部によって各々の係合状態が制御される。第１クラッチ７１０、第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０の係合状態を変化させることにより、複数種類の動力伝達モードを実現可能である。

以下では、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置１０によって実現される動力伝達モードについて、図４から図７を参照して詳細に説明する。ここに図４は、ハイブリッド駆動装置によって実現される動力伝達モードを示すマトリクス図である。また図５は、ＥＶ２モードの動作点を示す共線図であり、図６は、シリーズモードの動作点を示す共線図であり、図７は、シリーズパラレルモードの動作点を示す共線図である。

図４及び図５において、第１クラッチ７１０を解放（即ち、ＯＦＦ）すると共に、第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０を夫々係合（即ち、ＯＮ）するとＥＶ２モードが実現される。ＥＶ２モードでは、第１クラッチ７１０が解放されているため、エンジン２００から出力される動力が動力分割機構３００に伝達されない。よって、ハイブリッド車両１は、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２から出力される動力によって走行する。またＥＶ２モードでは、第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０が共に係合されているため、動力伝達機構３００を構成する回転要素たるサンギヤＳ１、リングギヤＲ１及びキャリアＣ１は一体的に回転する。よって、ＭＧ１から出力される動力を駆動軸５００に対して効率よく伝達することが可能である。ＥＶ２モードは、本発明の「第２の動力伝達モード」の一例である。

図４及び図６において、第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０を夫々係合すると共に、第３クラッチ７３０を解放するとシリーズモードが実現される。シリーズモードでは、第１クラッチ７１０が係合されているため、エンジン２００から出力された動力が連結部位４１０に伝達される。しかしながら、第３クラッチ７３０が解放されているため、連結部位４１０からキャリアＣ１には動力が伝達されない。一方で、第２クラッチ７２０が係合されているため、エンジン２００から出力された動力は、連結部位４１０を介してＭＧ１へと伝達される。このため、ＭＧ１は、エンジン２００から出力された動力を利用して回生を行うことができる。回生によって得られた電力はバッテリ１２に充電され、ＭＧ２の動力として利用される。シリーズモードは、本発明の「第３の動力伝達モード」の一例である。

尚、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置１０によって実現されるシリーズモードは、リングギヤＲ１を固定せずに実現可能であるため、動力分割機構３００のギヤ比の影響によってＭＧ１の回転数が高回転化してしまうことを抑制することができる。尚、電動機の高回転化は、例えばエンジン２００の回転数を意図的に抑えることによって抑制可能であると考えられるが、この場合、ＭＧ１において回生される電力が減少してしまうため、ハイブリッド車両１の走行に要する発電パワーを得ることができなくなるおそれがある。これに対し本実施形態に係るハイブリッド駆動装置１０では、エンジン２００の回転数を抑えずにＭＧ１の高回転化を抑制できるため、ハイブリッド車両１の走行に十分な発電パワーを維持することができる。

図４及び図７において、第１クラッチ７１０及び第３クラッチ７３０を夫々係合すると共に、第２クラッチ７２０を解放するとシリーズパラレルモードが実現される。シリーズパラレルモードでは、第１クラッチ７１０及び第３クラッチ７３０が共に係合されているため、エンジン２００から出力された動力は、連結部位４１０及びキャリアＣ１を介して動力分割機構３００に伝達され、リングギヤＲ１から駆動軸５００に出力される。一方で、第２クラッチ７２０が解放されているため、動力分割機構３００の各回転要素は互いに差動回転する。ＭＧ１は、エンジン２００をアシストするような動力を、サンギヤＳ１を介して駆動軸５００に出力する。シリーズパラレルモードは、本発明の「第１の動力伝達モード」の一例である。

尚、第１クラッチ７１０、第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０を全て解放する、或いは第１クラッチ７１０のみを係合し、第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０を解放することで、ＥＶ１モードが実現可能である。

本実施形態に係るハイブリッド駆動装置１０は、上述した４種類の動力伝達モードを走行状況に応じて切替ながら走行できるため、運転効率を効果的に高めることが可能である。尚、上述した４種類の動力伝達モード以外の動力伝達モードを実現可能に構成されても構わない。

次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置に特有なモード切替時の制御について、図８を参照して説明する。ここに図８は、ハイブリッド車両の駆動装置のモード切替動作を示すフローチャートである。尚、以下で説明する各処理は、ＥＣＵ１００に設けられたモード切替部によって夫々実行される。

図８において、本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置の動作時には、先ず動力伝達モードがシリーズモードであるか否かが判定される（ステップＳ０１）。そして、動力伝達モードがシリーズモードである場合には（ステップＳ０１：ＹＥＳ）、シリーズモードから、ＥＶ２モード又はシリーズパラレルモードへの動力伝達モードの切替指示が出されているか否かが判定される（ステップＳ０２）。

モード切替指示が出ている場合（ステップＳ０２：ＹＥＳ）、それまで係合されていた第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０が解放される（ステップＳ０３）。即ち、第１クラッチ７１０、第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０の全てのクラッチが解放された状態となる。

続いて、第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０が解放された状態のままで、停止されていたエンジン２００が始動される（ステップＳ０４）。エンジン２００の始動後は、実現すべき動力伝達モードに応じて各クラッチが係合される（ステップＳ０５）。

ここで仮に、上述した第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０の解放を行わずにエンジン２００を始動しようとすると、第１クラッチ７１０を滑らせながらエンジン２００の回転数を同期させることが求められるため、ショックが発生してしまうおそれがある。このようにして発生するショックは、ドライバビリティを低下させる原因となる場合がある。

これに対し本実施形態に係るハイブリッド駆動装置１０では、第２クラッチ７２０及び第３クラッチ７３０を予め解放しておくことで、ショックの発生を抑制することが可能である。よって、ドライバビリティの低下を防止することができる。

以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置によれば、ハイブリッド車両１において複数の動力伝達モードを実現し、走行状況に応じた効率的な運転を実現することが可能である。また、動力伝達モード切替時のショックを抑制し、ドライバビリティを向上させることも可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の駆動装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…ハイブリッド車両、１０…ハイブリッド駆動装置、１１…ＰＣＵ、１２…バッテリ、１３…アクセル開度センサ、１４…車速センサ、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０５…クランクシャフト、３００…動力分割機構、３１０…サンギヤ軸、Ｓ１…サンギヤ、Ｃ１…キャリア、Ｒ１…リングギヤ、ＭＧ１…モータジェネレータ、ＭＧ２…モータジェネレータ、４００…入力軸、４１０…連結部位、５００…駆動軸、６００…減速機構、７１０…第１クラッチ、７２０…第２クラッチ、７３０…第３クラッチ

Claims (2)

1. 内燃機関及び電動機を含む動力要素と、
   前記動力要素からの動力を車軸に伝達する駆動軸と、
   前記電動機に連結された第１回転要素、前記駆動軸に連結された第２回転要素、及び前記内燃機関に連結部位を介して連結された第３回転要素を含む相互に差動回転可能な複数の回転要素を有する動力伝達機構と、
   前記内燃機関及び前記連結部位間の連結を切り離し及び結合可能な第１クラッチと、
   前記第１回転要素及び前記連結部位間の連結を切り離し及び結合可能な第２クラッチと、
   前記第３回転要素及び前記連結部位間の連結を切り離し及び結合可能な第３クラッチと、
   前記第１クラッチを係合し、前記第２クラッチを解放し、前記第３クラッチを係合する第１の動力伝達モード、前記第１クラッチを解放し、前記第２クラッチを係合し、前記第３クラッチを係合する第２の動力伝達モード、及び前記第１クラッチを係合し、前記第２クラッチを係合し、前記第３クラッチを解放する第３の動力伝達モードを相互に切替可能な切替手段と
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
2. 前記切替手段は、前記第２の動力伝達モードから、前記第１の動力伝達モード又は前記第３の動力伝達モードへと動力伝達モードを切替える場合に、前記第２クラッチ及び前記第３クラッチを解放してから前記内燃機関を始動させ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の駆動装置。

Images