JP2013244795A

JP2013244795A - ハイブリッドシステム

Info

Publication number: JP2013244795A
Application number: JP2012118866A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Mamiya; 清孝間宮; Seiji Ezaki; 誠司江崎
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2013-12-09
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: JP6065412B2

Abstract

【課題】エンジンと２つのモータジェネレータとを備えた車両のハイブリッドシステムとして、省エネルギ性と車両搭載性等に優れ、エンジンの始動要求に応じた適切な始動を可能にする。
【解決手段】第１、第２モータジェネレータ（ＭＧ）１、２と、エンジン３とを備え、エンジン３、第１ＭＧ１及び出力軸２４を、リングギヤ１１、サンギヤ１２、キャリヤ１３にそれぞれ連結し、かつ第２ＭＧ２を前記出力軸２４に連結すると共に、前記リングギヤ１１ないしエンジン３の回転を制止するエンジンブレーキ４１を備え、モータ走行領域での高駆動力要求時に、第２ＭＧ２を作動させると共に、前記ブレーキ４１を締結して第１ＭＧ１を作動させ、モータ走行中にエンジン３の始動要求があったときに、その要求が迅速な始動要求か否かを判定し、第１ＭＧ１を電動機または発電機として作動させてエンジン３を始動させるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッドシステム、即ち、駆動源としてエンジンとモータとを備えた車両の駆動システムに関し、車両の駆動技術の分野に属する。

省エネルギを目的とした車両のハイブリッドシステムとして、例えば特許文献１には、エンジンと、単一のモータジェネレータとを備え、主としてエンジンから駆動力を得ると共に、モータジェネレータをエンジン始動用電動機、加速時における補助的駆動源、及び、減速時における回生用発電機として用いるようにしたものが開示されている。

また、特許文献２には、さらなる省エネルギ化を目的としたハイブリッドシステムとして、エンジンと２つのモータジェネレータとを備え、モータ走行を重視したシステムが開示されている。

このハイブリッドシステムは、遊星歯車機構の２つの回転要素にエンジンと第１モータジェネレータとをそれぞれ連結し、もう１つの回転要素に駆動軸を介して駆動輪を連結すると共に、前記駆動軸に変速機構を介して第２モータジェネレータを接続した構成とされている。

そして、前記第２モータジェネレータを走行用電動機として用いると共に、第１モータジェネレータをエンジンの始動用電動機及び第２モータジェネレータ用電力の発電機として用い、通常は前記第２モータジェネレータの駆動力のみで走行すると共に、高駆動力要求時には、エンジン出力を第１モータジェネレータ側と駆動軸側とに分割し、第１モータジェネレータを発電機として作動させながら、第２モータジェネレータの駆動力をアシストして走行するようになっている。

特開２００３−１１６８２号公報特開２００５−９６５７４号公報

ところで、前記特許文献２に開示されたハイブリッドシステムでは、前記のように、高駆動力要求時にエンジン出力をアシストさせるようになっているが、さらなる省エネルギ化のためには、第２モータジェネレータのみで走行するモータ走行領域を高駆動力側まで拡大することが望まれる。しかし、そのためには、該第２モータジェネレータの大型化が必要となり、これに伴いインバータも大型化することになって、車両搭載性の悪化や車両重量の増大等を招くことになる。

これに対しては、エンジンに接続されたブレーキを設け、該ブレーキを締結してエンジンに連結された遊星歯車機構の回転要素の回転を制止させることにより、第１モータジェネレータの駆動力を駆動軸に出力可能として、該第１モータジェネレータを駆動参加させることが考えられる。これによれば、第２モータジェネレータを大型化せずに、モータ走行領域を高駆動力側まで拡大することができる。

また、上記のように、このハイブリッドシステムによれば、モータジェネレータに加えてエンジンを始動させて走行させることも可能であり、したがって、モータ走行領域での走行中にエンジンの始動が必要となる場合がある。

即ち、モータジェネレータのみの駆動力で走行するモータ走行領域で、例えば急加速時のように非常に大きい駆動力が要求される場合、或いはバッテリの残容量が所定量未満となる場合には、エンジンの始動が必要となる。そして、それぞれの場合に、適切にエンジンを始動させることが必要となる。

そこで、本発明は、エンジンと２つのモータジェネレータとを備え、モータジェネレータやインバータの大型化を回避しながらモータ走行領域を高駆動力側に拡大することにより省エネルギ性と車両搭載性等とに優れた車両のハイブリッドシステムにおいて、エンジンの始動要求があった場合に、その始動要求に応じた適切な始動を可能にすることを課題とする。

前記課題を解決するため、本願発明は次のように構成したことを特徴とする。
まず、請求項１に係る発明は、エンジンと、電動機及び発電機として作動可能な第１、第２モータジェネレータと、コントローラと、３つの回転要素を備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素に駆動輪と連結している駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するブレーキと、該ブレーキを駆動するアクチュエータとを有し、前記コントローラは、前記エンジン停止状態且つ、少なくとも前記第２モータジェネレータにて走行中に、前記エンジンの始動要求があったときに、その要求が迅速な始動要求であるか否かを判定し、更に、迅速な始動要求であると判定されたときは、前記ブレーキを解放状態となるように前記アクチュエータを制御して、エンジンを始動させる電動機として前記第１モータジェネレータを制御し、迅速な始動要求でないと判定されたときは、前記ブレーキを解放状態となるように前記アクチュエータを制御して、前記駆動軸の回転によってエンジンが始動するように、前記第１モータジェネレータを発電機として制御する、ように構成されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記コントローラは、前記エンジンの始動要求があった場合において、迅速な始動要求であるときは、前記第１モータジェネレータの出力を増大させる、ように構成されていることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記コントローラは、前記第１モータジェネレータの出力を増大させるときは、予め設定された所定の上限出力を超えて増大させる、ように構成されていることを特徴とする。

ここで、前記所定の上限出力とは、長時間超えると、第１モータジェネレータの耐久性が低下するおそれが生じるが、エンジンを作動させるために短時間超えるだけでは、耐久性を低下させるおそれがない出力値を言う。

また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る発明において、前記コントローラは、当該車両に対する要求駆動力が所定値以上となったときに、迅速な始動要求であると判定する、ように構成されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に係る発明において、前記コントローラは、前記第１モータジェネレータ及び第２モータジェネレータに接続されるバッテリの残容量が所定量未満となった場合に、迅速な始動要求でないと判定する、ように構成されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか１項に係る発明において、前記コントローラは、前記エンジンの始動要求があった場合において、迅速な始動要求でないときは、前記エンジンを始動させるときに、前記第２モータジェネレータの出力を増大させる、ように構成されていることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、エンジンと、電動機及び発電機として作動可能な第１、第２モータジェネレータと、３つの回転要素を備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素に駆動輪と連結している駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するブレーキと、制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記エンジン停止状態且つ、少なくとも前記第２モータジェネレータにて走行中に、前記エンジンの始動要求があったときに、その要求が迅速な始動要求であるか否かを判定し、迅速な始動要求であると判定されたときは、前記ブレーキを解放状態として、エンジンを始動させる電動機として前記第１モータジェネレータを作動させ、迅速な始動要求でないと判定されたときは、前記ブレーキを解放状態として、前記駆動軸の回転によってエンジンが始動するように、前記第１モータジェネレータを発電機として作動させることを特徴とする。

前記の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、請求項１に係る発明によれば、駆動軸に連結された第２モータジェネレータを作動させることにより、その出力によって前記駆動軸を介して当該車両が駆動されることになる。また、ブレーキを締結して、差動回転機構における第１回転要素の回転を制止すると共に、第１モータジェネレータを作動させれば、該第１モータジェネレータの出力が前記差動回転機構の第２回転要素から第３回転要素を介して駆動軸に伝達され、所定運転領域において、車両が第１モータジェネレータの出力によって駆動されることになる。

したがって、前記所定運転領域で、第２モータジェネレータを作動させながら、前記ブレーキを締結し、かつ第１モータジェネレータを作動させれば、車両は、第２モータジェネレータからの駆動力に加えて、第１モータジェネレータからの駆動力によっても駆動されることになる。

これにより、第２モータジェネレータやインバータの大型化を回避し、車両搭載性の悪化や車両重量の増大等を抑制しながら、モータ走行領域を高駆動力側まで拡大して、さらなる省エネルギ化を達成することが可能となる。

また、上記の構成によれば、差動回転機構の第２回転要素を停止させ或いは第１モータジェネレータをエンジンに対する負荷として作動させるなどにより、エンジン出力を駆動軸に出力することが可能となり、第２モータジェネレータからの駆動力またはそれに第１モータジェネレータからの駆動力を加えて走行するモータ走行領域においてエンジンを始動させる制御が行われることがある。

この場合、エンジンの始動要求があったときには、迅速な始動要求であるか否かを判定するので、第１モータジェネレータを電動機として作動させてエンジンを迅速に始動させるか、第１モータジェネレータを発電機として作動させ、駆動軸の回転によりエンジンを始動させるかを選択することができる。

したがって、エンジンの始動要求があった場合に、常に第１モータジェネレータを電動機として作動させてエンジンを始動させることに伴うエネルギの損失がなくなる。

さらに、要求駆動力が所定値以上の場合に迅速な始動要求であると判定する場合には、その要求が迅速な始動要求でないときにエンジンが迅速に始動することによって運転者にアクセル操作上の違和感を感じさせるということがない。

また、請求項２に係る発明によれば、エンジンの始動要求が迅速な始動要求である場合に、第１モータジェネレータの出力を増大させることにより、エンジンを迅速かつ確実に始動させることが可能となる。

また、請求項３に係る発明によれば、第１モータジェネレータは、予め設定した所定の上限出力を一時的に超えて増大させることにより、さらに迅速かつ確実にエンジンを始動させることが可能となる。

また、請求項４に係る発明によれば、要求駆動力が所定値以上の場合に迅速な始動要求であると判定するので、その要求が迅速な始動要求でないときにエンジンが迅速に始動することによって運転者にアクセル操作上の違和感を感じさせるということがない。

また、請求項５に係る発明によれば、バッテリ残容量が所定量未満となった場合に、迅速な始動要求でないと判定することにより、第１モータジェネレータを発電機として作動させることにより発生する発電量で迅速にバッテリ残容量を回復させることが可能となる。

また、請求項６に係る発明によれば、第２モータジェネレータの出力を増大させることにより、第１モータジェネレータを発電機として作動させることに伴う出力の減少を補償することが可能となり、出力の急激な減少に伴って車両の乗員に与える違和感を軽減することが可能となる。

また、請求項７に係る発明によれば、前記の請求項１で説明した効果と同様の効果が得られる。

本発明の実施形態に係るハイブリッドシステムの構造を示す骨子図である。同システムの制御ブロック図である。制御領域を示すマップである。制御動作を示すフローチャートである。駆動力制御機構の各領域における制御状態を示す模式図である。他の制御例を示す駆動力制御機構の模式図である。ＣＳモードでの走行例を示すタイムチャートであり、図７（ａ）は、エンジンの始動要求が迅速な始動要求である場合を、図７（ｂ）は迅速な始動要求でない場合をそれぞれ示す。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、この実施形態に係るハイブリッドシステムの構造を示すもので、このシステムは、電動機及び発電機として作動する第１モータジェネレータ（以下、「第１ＭＧ」と記す）１と、同じく電動機及び発電機として作動する第２モータジェネレータ（以下、「第２ＭＧ」と記す）２と、エンジン３と、前記第１、第２ＭＧ１、２及びエンジン３が連結された駆動力制御機構４と、該駆動力制御機構４の出力により駆動される差動装置５とを有し、該差動装置５から左右に延びる車軸６、６に駆動輪（図示せず）が連結されている。なお、前記エンジン３と駆動力制御機構４との間にはダンパ７が介設されている。

前記駆動力制御機構４は、回転要素として、リングギヤ１１、サンギヤ１２及びキャリヤ１３を有する遊星歯車機構１０を有し、該遊星歯車機構１０のリングギヤ１１に、前記エンジン３が前記ダンパ７及び第１伝動軸２１を介して連結され、サンギヤ１２に、第２伝動軸２２を介して前記第１ＭＧ１が連結され、キャリヤ１３に、伝動歯車列２３を介して出力軸２４が連結されている。

また、前記第２ＭＧ２が第３伝動軸２５及び減速歯車列２６を介して前記出力軸２４に連結され、該出力軸２４が終減速歯車列２７を介して前記差動装置５に連結されている。なお、この出力軸２４は、特許請求の範囲における「駆動軸」に相当する。

さらに、駆動力制御機構４には、動力伝達経路切換用の摩擦締結要素として、前記遊星歯車機構１０のリングギヤ１１と該駆動力制御機構４のケース４ａとの間に配置され、締結時にリングギヤ１１の回転、即ちエンジン３の回転を制止するエンジンブレーキ４１と、前記サンギヤ１２とキャリヤ１３との間に配置され、締結時に該サンギヤ１２とキャリヤ１３とを結合する直結クラッチ４２と、前記サンギヤ１２とケース４ａとの間に配置され、締結時にサンギヤ１２の回転を制止する減速ブレーキ４３とが備えられている。

これらの摩擦締結要素４１〜４３は、それぞれ油圧アクチュエータ（図示せず）を有し、油圧制御回路４４（図２参照）から作動圧が供給されたときに締結され、作動圧が排出されたときに解放されるようになっている。

また、図２に示すように、このハイブリッドシステムはコントローラ５０を有し、該コントローラ５０に、当該車両の車速を検出する車速センサ５１からの信号、アクセルペダルの踏み込み量、換言すれば要求駆動力を検出するアクセルセンサ５２からの信号、エンジン３の回転数を検出するエンジン回転数センサ５３からの信号、及び、バッテリ５４の残容量を０％〜１００％で示すＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）の値を検出する残容量センサ５５からの信号が入力されるようになっている。

そして、コントローラ５０は、前記各信号が示す車両の状態に応じて、エンジン３の作動を制御するエンジン制御モジュール６１と、前記油圧制御回路４４を介して摩擦締結要素４１〜４３を締結または解放させることにより前記駆動力制御機構４の動力伝達状態を制御する駆動力制御モジュール６２と、前記第１、第２ＭＧ１、２の作動及び前記バッテリ５４の充放電を制御するインバータ６３とに、それぞれ制御信号を出力するようになっている。

なお、このコントローラ５０には、図示しないが、以上のセンサの他、減速回生制御のためのブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキセンサ等の各種のセンサやスイッチからの信号も入力される。また、前記エンジン制御モジュール６１と駆動力制御モジュール６２とを一体化し、単一の制御モジュールでエンジン３の制御と摩擦要素４１〜４３の制御とを行うようにしてもよい。

次に、前記コントローラ５０によるハイブリッドシステムの制御動作について説明する。

図３に示すように、このハイブリッドシステムでは、駆動力制御モードとして、チャージ・ディプリーティングモード（以下、「ＣＤモード」と記す）と、チャージ・サステイニングモード（以下、「ＣＳモード」と記す）とが設定されている。

ＣＤモードは、ＳＯＣの値が前記第１所定値Ｃ１以上の場合に選択されるモードであって、省エネルギ性を重視して当該車両の全運転領域でモータ走行が実施されるモードであり、図３（ａ）に示すように、運転領域が、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１（所定車速以上では車速の関数）未満の低駆動力領域Ａ１と、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１以上の高駆動力領域Ａ２とに分割されている。そして、低駆動力領域Ａ１では第２ＭＧ２の駆動力のみで走行し、高駆動力領域Ａ２では第１、第２ＭＧ１、２の駆動力で走行するようになっている。

一方、ＣＳモードは、ＳＯＣの値が第１所定値Ｃ１未満の場合に選択されるモードであって、運転領域が、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１より大きい第２所定駆動力Ｆ２未満で、車速が所定車速Ｖ（要求駆動力の関数）未満のモータ走行領域Ａと、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２未満で、車速が前記所定車速Ｖ以上のエンジン走行領域Ｂと、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２以上のエンジン・モータ併用走行領域Ｃとに分割されている。

そして、前記モータ走行領域Ａは、さらに要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１未満の低駆動力領域Ａ１’と、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１以上の高駆動力領域Ａ２’とに分割され、前記ＣＤモードと同様、低駆動力領域Ａ１’では、第２ＭＧ２の駆動力のみで走行し、高駆動力領域Ａ２’では、第１、第２ＭＧ１、２の駆動力で走行するようになっている。

また、前記エンジン走行領域Ｂは、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２より小さい第３所定駆動力Ｆ３未満の低駆動力領域Ｂ１と、要求駆動力が該第３所定駆動力Ｆ３以上の高駆動力領域Ｂ２とに分割され、低駆動力領域Ｂ１では、エンジン出力をそのまま車両の駆動力として走行し、高駆動力領域Ｂ２では、エンジン出力を増大させて（回転数を減速して）走行するようになっている。

以上の構成において、コントローラ５０は、残容量センサ５５からＳＯＣの値を取得し、その値に基づいてＣＤモードとＣＳモードのいずれか一方のモードを選択すると共に、車速センサ５１及びアクセルセンサ５２からの信号が示す車速と要求駆動力とに基づき、現在の運転状態が図３に示すいずれの運転領域に属するかを判定する。

また、ＣＳモードのモータ走行領域Ａにおける走行中にエンジン３の始動が要求されたときは、コントローラ５０はその要求が迅速な始動要求か否かを判定し、それに応じた方法でエンジン３を作動させる制御を行う。

そして、それぞれの領域に応じた走行状態となるように、前記エンジン制御モジュール６１、駆動力制御モジュール６２及びインバータ６３にそれぞれ制御信号を出力し、第１、第２ＭＧ１、２の作動、エンジン３の作動、駆動力制御機構４におけるエンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２、減速ブレーキ４３の締結、解放の制御を行うようになっている。

なお、前記のように、直結クラッチ４２は、遊星歯車機構１０のサンギヤ１２とキャリヤ１３との間に配置されているところ（図１参照）、図５では、便宜上、リングギヤ１１とサンギヤ１２との間に直結クラッチ４２を図示しているが、いずれの場合でも同様の作用を奏する。

次に、前記モードと運転領域とに応じた駆動力制御の具体的動作を、図４のフローチャートと、図５の駆動力制御機構４の動力伝達状態を示す模式図とを用いて説明する。

まず、コントローラ５０は、フローチャートのステップＳ１で、前記センサ５１〜５３、５５からの信号を入力し、ステップＳ２で、ＳＯＣの値が前記第１所定値Ｃ１以上か否かに応じてＣＤモード又はＣＳモードのいずれかのモードを選択する。

そして、全運転領域でモータ走行を実行するＣＤモードを選択したときは、次にステップＳ３で、アクセルセンサ５２から信号で示される運転者の要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上か否かを判定し、該第１所定駆動力Ｆ１未満で、運転状態が図３（ａ）の低駆動力領域Ａ１にあるときは、ステップＳ４〜Ｓ６に従い、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放する。

このとき、図５（ａ）に示すように、遊星歯車機構１０のリングギヤ１１とサンギヤ１２はフリーな状態となり、駆動力制御機構４は、第２ＭＧ２からの駆動力のみを減速歯車列２６を介して出力軸２４に出力可能な状態となる。したがって、コントローラ５０は、ステップＳ７で、第２ＭＧ２のみを作動させ、車両は第２ＭＧからの駆動力によって駆動される。

また、前記ステップＳ３で、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上と判定され、運転状態が図３（ａ）の高駆動力領域Ａ２にあるときは、コントローラ５０は、ステップＳ８〜Ｓ１０に従い、エンジンブレーキ４１を締結し、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３を解放する。

このとき、図５（ｂ）に示すように、駆動力制御機構４においては、遊星歯車機構１０におけるリングギヤ１１の回転が制止されることにより、第１ＭＧ１の出力をサンギヤ１２及びキャリヤ１３を介して出力軸２４に伝達可能な状態となり、コントローラ５０は、ステップＳ１１で、第２ＭＧ２に加えて第１ＭＧ１も作動させる。これにより、出力軸２４には、第２ＭＧ２からの駆動力に加えて第１ＭＧ１からの駆動力も出力され、車両は要求された高駆動力で走行することになる。

一方、ＣＳモードを選択したときは、コントローラ５０は、ステップＳ１７で、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１より大きな第２所定駆動力Ｆ２以上か否かを判定し、該第２所定駆動力Ｆ２未満の場合は、さらにステップＳ１８で、車速が所定車速Ｖ以上か否かを判定する。そして、車速が所定車速Ｖ未満のときは、ＣＤモードの場合と同様、前記ステップＳ３〜Ｓ１１によるモータ走行制御を実行する。

つまり、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１未満で、運転状態が図３（ｂ）の低駆動力領域Ａ１’にあるときは、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放し、第２ＭＧからの駆動力のみによって車両を駆動し（ステップＳ７）、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上で、運転状態が高駆動力領域Ａ２’にあるときは、エンジンブレーキ４１を締結し、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３を解放して、第２ＭＧ２からの駆動力に、第１ＭＧ１からの駆動力を加えて車両を駆動する（ステップＳ１１）。

次に、コントローラ５０は、ＣＳモードのモータ走行領域Ａにおいて走行しているときに、ステップＳ１３で、残容量センサ５５からの信号を基に、ＳＯＣの値が第１所定値Ｃ１より小さい第２所定値Ｃ２以上か否かを判定する。

そして、ステップＳ１３でＳＯＣの値が該第２所定値Ｃ２以上と判定されたとき、コントローラ５０は、ステップＳ１６で、アクセルセンサ５２から信号で示される運転者の要求駆動力が第２所定駆動力Ｆ２以上か否かを判定する。これにより、要求駆動力が該第２所定駆動力Ｆ２未満と判定され、運転状態が図３（ａ）の高駆動力領域Ａ２’にあるときは、車両は第１ＭＧ１及び第２ＭＧ２からの駆動力での走行を続ける。

また、ステップＳ１６で、要求駆動力が第２所定駆動力Ｆ２以上であると判定されたとき、コントローラ５０はエンジン３の迅速な始動要求があったものとして、後述するステップＳ２８〜Ｓ３０に従い、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放し、ステップＳ３１〜ステップＳ３６に従い、エンジン３及び第２ＭＧ２を作動させ、これにより、車両はエンジン３及び第２ＭＧ２の駆動力により走行することになる。

また一方、ステップＳ１３で、ＳＯＣの値が前記第２所定値Ｃ２以上と判定されたとき、コントローラ５０は、エンジン３の始動要求があったが迅速な始動要求ではないとして、ステップＳ１４で、エンジンブレーキ４１が締結された状態であれば、エンジンブレーキ４１を解放する。

このとき、コントローラ５０は、ステップＳ１５で第１ＭＧ１を発電機として作動させ、これにより、出力軸２４には第２ＭＧ２のみからの駆動力が出力される。そして、駆動力制御機構４においては、第１ＭＧ１が発電機として作動することにより、第１ＭＧ１がエンジン３に対する負荷となり、遊星歯車機構１０の構造上、出力軸２４の回転がキャリア１３を介してリングギヤ１１に伝達されてエンジン３が始動することになる。

そして、エンジン３の始動後、コントローラ５０は第２ＭＧ２を非作動とし、車両はエンジン３のみの駆動力で走行することになる。このとき、コントローラ５０は、ＳＯＣの値が少なくとも前記第２所定値Ｃ２以上となるまでは第１ＭＧ１を発電機として作動させ、第２ＭＧ２を非作動とし、車両はエンジン３のみの駆動力で走行を続ける。

その後、コントローラ５０は、再度ステップＳ１で、残容量センサ５５からＳＯＣの値を入力し、ステップＳ２で、該ＳＯＣの値が第１所定値Ｃ１以上か否かに応じてＣＤモード又はＣＳモードのいずれかのモードを選択し、各ステップに従い、車両が属する運転領域に応じた制御を実行することになる。

また、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２未満で、車速が所定車速Ｖ以上のとき、即ち、運転状態が図３（ｂ）のエンジン走行領域Ｂにあるときは、ステップＳ１９〜Ｓ２７のエンジン走行制御を実行し、まず、ステップＳ１９で、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２より小さな第３所定駆動力Ｆ３以上か否かを判定する。

そして、要求駆動力が第３所定駆動力Ｆ３未満で、運転状態が図３（ｂ）の低駆動力領域Ｂ１にあるときは、ステップＳ２０〜Ｓ２２に従い、エンジンブレーキ４１及び減速ブレーキ４３を解放し、直結クラッチ４２を締結する。

これにより、図５（ｃ）に示すように、駆動力制御機構４において、遊星歯車機構１０はリングギヤ１１とサンギヤ１２とが結合され、全体が一体回転する状態となる。そして、この状態でエンジン３を作動させれば、該エンジン３の出力は増大されることなく、キャリヤ１３を介して出力軸２４にそのまま出力される。したがって、ステップＳ２３でエンジン３を作動させることにより、車両はエンジン３の出力によって直接駆動されることになる。

また、前記ステップＳ１９で、要求駆動力が第３所定駆動力Ｆ３以上と判定され、運転状態が図３（ｂ）の高駆動力領域Ｂ２にあるときは、ステップＳ２４〜Ｓ２６に従い、エンジンブレーキ４１及び直結クラッチ４２を解放し、減速ブレーキ４３を締結する。

このとき、図５（ｄ）に示すように、駆動力制御機構４の遊星歯車機構１０は、サンギヤ１２の回転が制止されることにより、エンジン３の出力は、リングギヤ１１からキャリヤ１３を介して出力軸２４へ増大されて（減速されて）出力される。したがって、ステップＳ２７でエンジンを作動させることにより、車両は前記低駆動力領域Ｂ１の場合に比べて、大きな駆動力でエンジン走行することになる。

さらに、前記ステップＳ１７で、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２以上と判定され、運転状態が、図３（ｂ）のエンジン・モータ併用走行領域Ｃにあるときは、コントローラ５０は、まず、ステップＳ２８〜Ｓ３０に従い、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放する。

そして、次にステップＳ３１で、車速とアクセル踏み込み量とから、出力軸２４に出力すべき目標駆動力を決定し、ステップＳ３２で、予め設定されたエンジンの燃費率マップから燃費率が最も低くなるエンジン３の出力と回転数とを読み出し、これらを目標出力及び目標回転数として決定する。そして、ステップＳ３３で、この目標出力となるように、エンジン３にスロットル開度指令を出力する。

また、ステップＳ３５で、前記目標出力のもとでエンジン回転数が前記目標回転数となるように、エンジン３に作用する第１ＭＧ１の負荷、即ち第１ＭＧ１の発電量を決定し、エンジン３により、この発電量が得られるように第１ＭＧ１を作動させる。

このとき、エンジン３の出力は、一部が遊星歯車機構１０のキャリヤ１３を介して出力軸２４に出力されると共に、他の一部はサンギヤ１２を介して第１ＭＧ１を駆動し、該第１ＭＧ１を発電機として作動させる。そして、ステップＳ３５で、前記第１ＭＧ１の発電電力を用いて第２ＭＧ２を駆動する。

その場合に、第２ＭＧ２から出力軸２４に出力される駆動力と、前記目標出力に対応するエンジン３から出力軸２４に出力される駆動力との和が前記目標駆動力となるように、第２ＭＧ２を駆動する電力の過不足がインバータ６３を介してバッテリ５４との間で調整される。

これにより、出力軸２４には、エンジン３と第２ＭＧ２とにより、第２所定駆動力Ｆ２以上の目標駆動力に制御された駆動力が出力されることになり、ステップＳ３６として、車両は要求に応じた大きな駆動力で走行することになる。

なお、前記ステップＳ２３、Ｓ２７のエンジン直結走行制御及びエンジン減速走行制御においては、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、第１、第２ＭＧ１、２を非作動としたが、図６（ｃ’）に示すように、エンジン直結走行制御では、第１ＭＧ１及び／又は第２ＭＧ２を電動機として作動させて、これらの駆動力をエンジン３の駆動力に付加して出力軸２４に出力してもよい。また、第１ＭＧ１及び／又は第２ＭＧ２を発電機として作動させることも可能である。

また、図６（ｄ’）に示すように、エンジン減速走行制御においては、第２ＭＧ２を電動機として作動させて、その駆動力をエンジン３の駆動力に付加して出力軸２４に出力してもよい。また、この第２ＭＧ２を発電機として作動させることも可能である。

さらに、ステップＳ３６のエンジン・モータ併用走行状態では、図５（ｅ）に示すように、第１ＭＧ１を発電機として作動させ、その発電電力を用いて第２ＭＧ２を駆動するようにしたが、図６（ｅ’）に示すように、第２ＭＧ２を発電機として作動させ、その発電電力を用いて第１ＭＧ１を駆動し、その駆動力をエンジン３の駆動力に付加するようにしてもよい。

次に、当該車両の走行時における具体的な駆動制御例を、図７のタイムチャートを用いて説明する。

図７（ａ）にタイムチャートを示すＣＳモードの走行例では、車両の発進時、符号ａで示すように要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１より大きい第２所定駆動力Ｆ２未満で、かつ車速が所定車速Ｖ未満であり（領域Ａ２’）、したがって、第１ＭＧ１及び第２ＭＧ２が作動し、エンジンブレーキ４１は締結され、車両は該第１ＭＧ１及び第２ＭＧ２の駆動力によって発進する。

その後、アクセルペダルが踏み込まれ、符号ｂで示すように要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２以上となると（領域Ｃ）、エンジン３の迅速な始動が要求されているとして、エンジンブレーキ４１が解放されてエンジン３が作動すると共に、このエンジン３の出力を出力軸２４に出力させるために第１ＭＧ１が発電機として作動し、その発電電力を用いて第２ＭＧ２が駆動される。したがって、車両はエンジン３の駆動力と第２ＭＧ２の駆動力とで駆動され、エンジン・モータ併用走行状態となる。

このとき、エンジン３の始動は、符号ｃで示すように、第１ＭＧ１を始動用電動機として作動させることにより行われ、その後、前記のように、第１ＭＧ１を発電機として作動させる。またこのとき、エンジン３が始動を開始するまでの間、第１ＭＧ１の出力は所定の上限出力Ｐ以上となるよう制御され、これにより、エンジン３は迅速かつ確実に始動することになる。

ここで、該所定の上限出力Ｐは、長時間超えると、第１ＭＧ１の耐久性が低下するおそれが生じるが、エンジン３を始動させるために短時間超えるだけでは、耐久性を低下させるおそれがない出力値である。

そして、要求駆動力が前記第２駆動力Ｆ２未満となると、車両はモータ走行状態に移行する。図７（ａ）に示す制御例では、符号ｄで示すように要求駆動力が前記第１駆動力Ｆ１未満となり、車両は第１ＭＧ１のみの駆動力で走行する。

そして、減速時には、符号ｅで示すように、第２ＭＧ２が発電機として作動し、減速回生を行う。

一方、図７（ｂ）にタイムチャートを示すＣＳモードの走行例では、車両の発進後、図７（ａ）の走行例と同様、第１ＭＧ１及び第２ＭＧ２が作動し、エンジンブレーキ４１は締結され、車両は該第１ＭＧ１及び第２ＭＧ２の駆動力によって走行する。

その後、ＳＯＣの値が、符号ｆで示すように前記第２所定値Ｃ２未満となると、エンジン３の迅速でない始動要求がされているとして、エンジンブレーキ４１は解放され、第１ＭＧ１が発電機として作動し、出力軸２４の回転によりエンジン３が始動する。

このとき、符号ｇで示すように、エンジン３の始動時には第２ＭＧ２の出力が増大するよう制御され、これにより、第１ＭＧ１は発電機として作動することに伴う出力の減少が、第２ＭＧ２の出力によって補償されることとなる。

以上のように、この実施形態に係るハイブリッドシステムによれば、エンジン３の始動用電動機として、また、エンジン・モータ併用走行領域Ｃにおいて第２ＭＧ２への電力供給用発電機として用いられる第１ＭＧ１が、ＣＳモードにおけるモータ走行領域Ａの高駆動力領域Ａ２’おいて、第２ＭＧ２と共に車両駆動用として用いられる。したがって、第２ＭＧ２の大型化を回避しながら、モータ走行領域Ａが高駆動力側まで拡大されることになる。

さらに、ＣＳモードにおけるモータ走行領域Ａでの走行中、エンジン３の始動要求があったときに、コントローラ５０は、急加速などにより要求駆動力が増大したことにより、迅速な始動が要求されているのか、或はバッテリ５４の残容量が低下したことにより、迅速な始動は要求されていないのかを判定される。したがって、エンジン３は、その始動要求の態様に応じて適切に始動されることになる。

本願発明は、エンジンと２つのモータジェネレータとを備えた車両のハイブリッドシステムにおいて、該システムの車両搭載性や車両重量の増大を抑制しながら、さらなる省エネルギ化が可能となるので、この種の車両の製造産業分野において、好適に利用される可能性がある。

１第１モータジェネレータ（第１ＭＧ）
２第２モータジェネレータ（第２ＭＧ）
３エンジン
１０差動回転機構（遊星歯車機構）
１１第１回転要素（リングギヤ）
１２第２回転要素（サンギヤ）
１３第３回転要素（キャリヤ）
４１ブレーキ（エンジンブレーキ）
５０コントローラ
５４バッテリ
５５残容量センサ

Claims

エンジンと、電動機及び発電機として作動可能な第１、第２モータジェネレータと、コントローラと、３つの回転要素を備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素に駆動輪と連結している駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、
締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するブレーキと、該ブレーキを駆動するアクチュエータとを有し、
前記コントローラは、
前記エンジン停止状態且つ、少なくとも前記第２モータジェネレータにて走行中に、前記エンジンの始動要求があったときに、その要求が迅速な始動要求であるか否かを判定し、更に、
迅速な始動要求であると判定されたときは、前記ブレーキを解放状態となるように前記アクチュエータを制御して、エンジンを始動させる電動機として前記第１モータジェネレータを制御し、
迅速な始動要求でないと判定されたときは、前記ブレーキを解放状態となるように前記アクチュエータを制御して、前記駆動軸の回転によってエンジンが始動するように、前記第１モータジェネレータを発電機として制御する、ように構成されていることを特徴とするハイブリッドシステム。
前記コントローラは、前記エンジンの始動要求があった場合において、迅速な始動要求であるときは、前記第１モータジェネレータの出力を増大させる、ように構成されていることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドシステム。
前記コントローラは、前記第１モータジェネレータの出力を増大させるときは、予め設定された所定の上限出力を超えて増大させる、ように構成されていることを特徴とする請求項２記載のハイブリッドシステム。
前記コントローラは、当該車両に対する要求駆動力が所定値以上となったときに、迅速な始動要求であると判定する、ように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム。
前記コントローラは、前記第１モータジェネレータ及び第２モータジェネレータに接続されるバッテリの残容量が所定量未満となった場合に、迅速な始動要求でないと判定する、ように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム。
前記コントローラは、前記エンジンの始動要求があった場合において、迅速な始動要求でないときは、前記エンジンを始動させるときに、前記第２モータジェネレータの出力を増大させる、ように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム。
エンジンと、電動機及び発電機として作動可能な第１、第２モータジェネレータと、３つの回転要素を備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素に駆動輪と連結している駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、
締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するブレーキと、制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記エンジン停止状態且つ、少なくとも前記第２モータジェネレータにて走行中に、前記エンジンの始動要求があったときに、その要求が迅速な始動要求であるか否かを判定し、迅速な始動要求であると判定されたときは、前記ブレーキを解放状態として、エンジンを始動させる電動機として前記第１モータジェネレータを作動させ、迅速な始動要求でないと判定されたときは、前記ブレーキを解放状態として、前記駆動軸の回転によってエンジンが始動するように、前記第１モータジェネレータを発電機として作動させることを特徴とするハイブリッドシステム。