JP2015033892A

JP2015033892A - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: JP2015033892A
Application number: JP2013165304A
Authority: JP
Inventors: 建正畑; Takemasa Hata; 雄二岩瀬; Yuji Iwase; 鈴木　陽介; Yosuke Suzuki; 陽介鈴木; 加藤　晃一; Koichi Kato; 晃一加藤; 清太郎信安; Seitaro Nobuyasu; 太郎茂木; Taro Mogi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2033-08-08
Also published as: KR20160028472A; KR101763791B1; DE112014003616T5; CN105431340A; JP6003843B2; US20160159344A1; CN105431340B; WO2015019150A1; US9758161B2

Abstract

【課題】エンジンを停止させたモータ走行からエンジン走行に切り替えたときに、迅速にエンジンの出力トルクを駆動力として伝達することができるハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】差動機構のいずれかの回転要素に作用するトルクをクラッチによって遮断しかつ差動機構の出力側に設けられた第２モータで走行するＥＶモードから、エンジンの出力トルクを駆動輪に伝達して走行するＨＶモードに切り替えるときに、クラッチをスリップさせた状態でエンジンを始動させる（ステップＳ５，Ｓ６）とともに、クラッチをスリップさせつつ第１回転要素の回転数を増大させるようにエンジンからトルクが伝達されている場合、駆動輪の回転数を増大させる方向に第１回転要素から差動機構に入力されたトルクを第３回転要素から出力するように第１モータからトルクを出力し始める（ステップＳ９）。【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンとモータもしくはモータ・ジェネレータとを駆動力源として備えたハイブリッド車両を対象とする制御装置に関し、特にエンジンを駆動力の伝達系統から切り離すことができるように構成されたハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

モータもしくはモータ・ジェネレータ（以下、これらをまとめてモータと記すことがある）をエンジンと共に動力源として備えたハイブリッド車両では、停車時にエンジンを止める（アイドルストップする）ことができ、また減速時にモータによってエネルギ回生することができ、さらにはエンジンをエネルギ効率の良好な運転点で運転することができるなどの各種の利点がある。特にモータによって走行する時間を長くすることにより、車両の全体としての燃費の向上効果が増大する。モータ走行の場合にはエンジンを停止して燃料を消費しないからである。その場合、エンジンを連れ回すことによる動力損失を低減するために、走行のための駆動力を出力するモータもしくはその駆動力を車輪に伝達する動力伝達系統からエンジンを切り離すことが好ましい。このようなエンジンの切り離しのためのクラッチを備えれば、モータ走行する場合にエンジンを停止し、あるいは駆動させておくなどの動作態様を選択できる。このようなエンジンを切り離すためのクラッチを備えたハイブリッド車両が特許文献１に記載されている。

その構成を簡単に説明すると、遊星歯車機構のような３つの回転要素を備えた差動機構における第１の回転要素に発電機が連結されるとともに、第２の回転要素が出力要素とされ、さらに第３の回転要素が制動手段に連結されている。そして、その第３の回転要素にクラッチを介してエンジンが連結されている。したがってこの特許文献１に記載された構成では、第３の回転要素をエンジンもしくは制動手段によって固定することにより差動機構が減速機もしくは増速機として機能するから、その第１の回転要素に連結された発電機をモータとして機能させてそのトルクを出力要素に伝達することができる。すなわち、発電機とモータとから出力される動力で走行することが可能になる。そして、制動手段として、第３の回転要素にこれを逆回転させる方向にトルクが作用した場合に係合して第３の回転要素を固定する一方向クラッチを採用すれば、モータ走行時にエンジンによらずに一方向クラッチによって第３の回転要素を固定でき、またクラッチをその第３の回転要素から切り離すことができるから、エンジンを駆動し続け、もしくは停止させることができる。また、エンジンの出力トルクを駆動力として伝達して走行するエンジン走行時には、第１の回転要素に連結された発電機の回転数を制御することにより、第３の回転要素にクラッチを介して連結されたエンジンの回転数を制御することができる。すなわち、差動機構を無段変速機として機能させることができる。

また、特許文献２には、一つの回転要素にエンジンが連結され、他の回転要素にモータ・ジェネレータが連結された差動機構を備えたハイブリッド車両が記載されている。このハイブリッド車両は、モータ・ジェネレータの出力トルクによってエンジンをクランキングさせ、また、エンジンを始動させた後には、差動機構に反力として作用するようにモータ・ジェネレータの出力トルクを制御するように構成されている。具体的には、エンジンを始動させた後の要求駆動力が比較的小さい場合には、エンジンの目標回転数も低くなるので、エンジン始動後にエンジン回転数を目標回転数に迅速に追従させるために、モータ・ジェネレータの出力トルクを急速に増大させるように構成されている。また、エンジンを始動させた後の要求駆動力が比較的大きい場合には、エンジンの目標回転数も高くなるので、モータ・ジェネレータの出力トルクを緩やかに増大させるように構成されている。

なお、特許文献３には、エンジンと変速機とがクラッチを介して連結され、かつ変速機の入力軸にモータ・ジェネレータが連結されたハイブリッド車両が記載されている。そして、エンジンを停止させたモータ走行からエンジン走行に切り替えるときには、変速機をアップシフトしてクラッチの入力側回転部材と出力側回転部材との回転数差を小さくしてクラッチを係合させることによりエンジンをクランキングさせるように構成されている。具体的には、変速することに伴ってクラッチの出力側のイナーシャトルクを発生させ、そのイナーシャトルクに応じてクラッチの係合圧を制御するように構成されている。このように制御することにより、エンジンをクランキングさせるとともに、イナーシャトルクが駆動輪に伝達されることを抑制もしくは防止することができると、特許文献３に記載されている。

特開平０８−２９５１４０号公報特開２０１３−０２３０２４号公報特開２０１２−２２８９６１号公報

特許文献１に記載されたように構成されたハイブリッド車両は、エンジンを停止させてモータ走行しているときに、エンジン走行に切り替える要求に基づいてエンジンを始動させるとともにクラッチを係合させることになる。そして、エンジン走行時には、要求駆動力とエンジンの燃費が良好になるように定められた最適燃費線とからエンジンの運転点が定まるので、要求駆動力が大きいことによりエンジン走行に切り替える場合には、エンジンを始動させかつクラッチを係合させた後にエンジンが高回転数に制御される。したがって、第１の回転要素に連結された発電機の回転数を制御することによってエンジン回転数が制御されるので、エンジン回転数を増大させるためには発電機をモータとして駆動させてエンジンの出力トルクと同一方向のトルクを出力する場合がある。そのようにエンジンの出力トルクを同一方向に発電機からトルクを出力すると、エンジン回転数が目標回転数になるまでは発電機が反力として機能しないので、エンジンの出力トルクが駆動輪に伝達されない可能性がある。そのため、エンジンを停止させたモータ走行からエンジン走行に切り替える制御の応答遅れが生じてしまう可能性がある。

また、特許文献２に記載されたように構成されたハイブリッド車両では、要求駆動力に応じてモータ・ジェネレータの出力トルクを制御するので、エンジン始動後にエンジンの出力トルクを駆動力として伝達させることができる。しかしながら、エンジンと差動機構との間にクラッチを設けた場合には、クラッチを係合させてモータ・ジェネレータによってエンジンをクランキングしてからエンジンを始動し、その後に、差動機構に反力としてモータ・ジェネレータの出力トルクが作用するように制御されることになると考えられる。そのため、モータ走行からエンジン走行に切り替えるときに、クラッチを係合させるために時間を要するので、エンジンを停止させたモータ走行からエンジン走行に切り替えるときには、エンジンの出力トルクを駆動力として出力するまでの応答遅れが生じてしまう可能性がある。

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、エンジンを停止させたモータ走行からエンジン走行に切り替えたときに、迅速にエンジンの出力トルクを駆動力として伝達することができるハイブリッド車両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、この発明は、エンジンのトルクを伝達させることができる第１回転要素、および第１モータのトルクを伝達させることができる第２回転要素、ならびに駆動輪にトルクを伝達することができる第３回転要素を有する差動機構と、前記駆動輪にトルクを伝達することができる第２モータと、前記各回転要素のいずれか一つの回転要素に作用するトルク容量を制御することができるクラッチとを備え、前記クラッチを解放して前記第２モータの出力トルクを前記駆動輪に伝達して走行するＥＶモードと、前記クラッチを係合して前記エンジンの出力トルクを前記駆動輪に伝達して走行するＨＶモードとを切り替えることができるように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、前記ＥＶモードから前記ＨＶモードに切り替えるときに、前記クラッチをスリップさせた状態でエンジンを始動させるとともに、前記クラッチをスリップさせつつ前記第１回転要素の回転数を増大させるように前記エンジンからトルクが伝達されている場合、前記駆動輪の回転数を増大させる方向に前記第１回転要素から前記差動機構に入力されたトルクを前記第３回転要素から出力するように前記第１モータからトルクを出力し始めるように構成されていることを特徴とするものである。

また、前記エンジンの回転数が前記第１回転要素の回転数以上となったときに、前記駆動輪の回転数を増大させる方向に前記第１回転要素から前記差動機構に入力されたトルクを前記第３回転要素から出力するように前記第１モータからトルクを出力し始めるように構成されていてもよい。

さらに、前記エンジンを始動させるときに、前記第１モータの出力トルクをゼロに制御してもよい。

この発明によれば、クラッチをスリップさせた状態でエンジンを始動させる。そのため、エンジン始動時に、エンジン回転数を低下させる方向に作用するトルクを低減することができ、その結果、エンジンの初爆によるトルクあるいは始動後に発生させられるトルクによってエンジンの回転数を迅速に増大させることができる。また、クラッチをスリップさせつつ第１回転要素の回転数を増大させるようにエンジンからトルクが伝達され始めるときに、駆動輪の回転数を増大させる方向に差動機構における第３回転要素からトルクが出力されるように第１モータからトルクを出力し始める。そのため、エンジンの出力トルクを迅速に駆動輪に伝達することができるので、ＥＶモードからＨＶモードに切り替える制御の応答性を向上させることができる。

また、エンジン回転数が第１回転要素の回転数以上となったときに、駆動輪の回転数を増大させる方向に差動機構における第３回転要素からトルクが出力されるように第１モータからトルクを出力し始める。したがって、第１回転要素を介して差動機構にエンジンの出力トルクに加えてエンジンのイナーシャトルクが伝達される。そのため、第１回転要素を介して差動機構に入力されるトルクを大きくすることができる。その結果、ＥＶモードからＨＶモードに切り替える際に駆動輪に伝達されるトルクを大きくすることができるので、ＥＶモードからＨＶモードに切り替える制御の応答性を向上させることができる。

さらに、エンジン始動時に、第１モータの出力トルクをゼロに制御することにより、エンジン回転数を迅速に増大させるとともに、初爆時の過渡的に増大した出力トルクが駆動輪に伝達されることを抑制もしくは防止することができる。

この発明に係る制御装置で実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。エンジンをクランキングしているときにおける動力分割機構の各回転要素の運転状態を示す共線図である。エンジンを着火するときにおける動力分割機構の各回転要素の運転状態を示す共線図である。クラッチを半係合させつつ、エンジンの出力トルクを駆動輪に伝達しているときにおける動力分割機構の各回転要素の運転状態を示す共線図である。クラッチを完全係合させたときにおける動力分割機構の各回転要素の運転状態を示す共線図である。この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両のギヤトレーンの一例を示すスケルトン図である。各走行モードとクラッチの係合および解放の状態をまとめて記す図表である。各走行モードでの動作状態を説明するための共線図である。

この発明はエンジンとモータもしくはモータ・ジェネレータ（以下、モータとモータ・ジェネレータとをまとめてモータと記すことがある。）とを駆動力源として備えたハイブリッド車両を制御する装置である。この種の車両では、エンジンによる走行およびエンジンとモータとによる走行に加えて、モータのみを使用した走行やモータでエネルギ回生を行う走行などを行うことができ、さらにまたモータでの走行中にエンジンを停止させ、またエンジンを再始動するなどの駆動形態を採ることが可能である。モータを駆動力源として走行するいわゆるＥＶ走行では、エンジンを連れ回すことによる動力損失を抑制することが好ましく、また複数のモータを備えかつそのいずれかのモータで走行するＥＶ走行の場合にエンジンだけでなく、動力を出力しないモータを連れ回すことによる動力損失を低減することが好ましい。このような要請により、駆動輪に対して動力を伝達する動力伝達系統からエンジンを切り離すクラッチを設ける場合があり、この発明はこの種のクラッチを備えたハイブリッド車両を対象とする制御装置に適用される。

図６には、上記のクラッチを備えたハイブリッド車両におけるギヤトレーンの一例を模式的に示してある。ここに示す例は、エンジン（ＥＮＧ）１が出力した動力の一部を機械的手段によって駆動輪２に伝達する一方、エンジン１が出力した動力の他の一部を電力に一旦変換した後、機械的な動力に逆変換して駆動輪２に伝達するように構成された例である。エンジン１が出力した動力をこのように分割するための動力分割機構３が設けられている。この動力分割機構３は、従来知られているツーモータタイプのハイブリッド駆動装置における動力分割機構と同様の構成であって、図６に示す例では、３つの回転要素によって差動作用を生じさせる差動機構によって構成され、例えばシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。シングルピニオン型遊星歯車機構は、サンギヤ４と、そのサンギヤ４に対して同心円上に配置されたリングギヤ５と、これらサンギヤ４およびリングギヤ５に噛み合っているピニオンギヤを自転および公転できるように保持しているキャリヤ６とによって構成されている。

このキャリヤ６が入力要素となっていて、入力軸７がキャリヤ６に連結されている。また、入力軸７とエンジン１の出力軸（クランクシャフト）８との間にクラッチＫ0 が設けられている。クラッチＫ0 は、エンジン１を動力分割機構３などの動力伝達系統９に対して連結し、あるいは動力伝達系統９から切り離すためのものであり、伝達トルク容量が完全解放状態である「０」の状態からスリップのない完全係合状態までの間で連続的に変化する摩擦クラッチによって構成されている。その摩擦クラッチは、従来知られている乾式もしくは湿式のいずれであってもよく、また単板式あるいは多板式のいずれであってもよい。さらに、係合および解放の状態に切り替えるアクチュエータは、油圧式アクチュエータや電磁式アクチュエータなどであってよい。例えば従来の車両に採用されている乾式単板クラッチであれば、アクチュエータを非動作状態とすることにより、ダイヤフラムスプリングなどのいわゆるリターン機構によって係合状態が維持される。したがって、クラッチＫ0 の伝達トルク容量は、クラッチＫ0 を係合させ、あるいは解放させるためのアクチュエータの動作量に応じて変化し、両者の間には相関関係が成立している。より具体的には、アクチュエータの油圧あるいは電流値もしくはストローク量と、伝達トルク容量とはほぼ比例関係にあり、したがって伝達トルク容量はアクチュエータのストローク量や油圧などの動作量に対する値として予め定め、マップなどの形式で用意しておくことができる。なお、摩擦係数が経時的に変化すれば、伝達トルク容量と上記の動作量との関係は変化する。

また、サンギヤ４が反力要素となっていて、このサンギヤ４に第１のモータ・ジェネレータ（ＭＧ１）１０が連結されている。この第１モータ・ジェネレータ１０は、要は、発電機能のあるモータであって、永久磁石式の同期電動機などによって構成されている。さらに、リングギヤ５が出力要素となっていて、このリングギヤ５に出力部材である出力ギヤ１１が一体化され、この出力ギヤ１１から駆動輪２に対して駆動力を出力するように構成されている。なお、出力ギヤ１１から駆動輪２に駆動力を伝達するための機構は、デファレンシャルギヤやドライブシャフトを備えており、従来の車両と同様であるからその詳細は省略する。

上記のエンジン１および動力分割機構３ならびに第１モータ・ジェネレータ１０は同一軸線上に配列されており、その軸線の延長上に第２のモータ・ジェネレータ１２が配置されている。この第２モータ・ジェネレータ１２は、走行のための駆動力を発生し、またエネルギ回生を行うためのものであり、上記の第１モータ・ジェネレータ１０と同様に永久磁石式の同期電動機などによって構成されている。この第２モータ・ジェネレータ１２と前記出力ギヤ１１とは、減速機構１３を介して連結されている。この減速機構１３は、図６に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されており、サンギヤ１４に第２モータ・ジェネレータ１２が連結されるとともに、キャリヤ１５がハウジングなどの固定部１６に連結されて固定されており、さらにリングギヤ１７が出力ギヤ１１に一体化されている。

上記の各モータ・ジェネレータ１０，１２は、蓄電装置およびインバータなどを含むコントローラ１８に電気的に接続されている。そのコントローラ１８を制御するモータ・ジェネレータ用電子制御装置（ＭＧ−ＥＣＵ）１９が設けられている。この電子制御装置１９はマイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや記憶しているデータあるいは指令信号などに基づいて演算を行い、その演算の結果を制御指令信号としてコントローラ１８に出力するように構成されている。そして、各モータ・ジェネレータ１０，１２は、コントローラ１８からの制御信号によりモータあるいは発電機として機能し、またそれぞれの場合のトルクが制御されるように構成されている。

また、前述したエンジン１は、その出力および起動・停止が電気的に制御されるように構成されている。例えばガソリンエンジンであれば、スロットル開度や燃料の供給量、燃料の供給の停止、点火の実行および停止、点火時期などが電気的に制御されるように構成されている。その制御を行うためのエンジン用電子制御装置（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）２０が設けられている。この電子制御装置２０は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや指令信号に基づいて演算を行って、その演算結果を制御信号としてエンジン１に出力し、上記の各種の制御を行うように構成されている。

上記のエンジン１および各モータ・ジェネレータ１０，１２ならびにクラッチＫ0 、動力分割機構３などは駆動力源２１を構成しており、この駆動力源２１を制御するハイブリッド用電子制御装置（ＨＶ−ＥＣＵ）２２が設けられている。この電子制御装置２２は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、上記のモータ・ジェネレータ用電子制御装置１９やエンジン用電子制御装置２０に指令信号を出力して、以下に説明する各種の制御を実行するように構成されている。

図６に示すハイブリッド駆動装置では、エンジン１の動力で走行するハイブリッド（ＨＶ）モードと、電力で走行する電気車両（ＥＶ）モードとを設定することができ、さらにそのＥＶモードとしては、エンジン１を動力伝達系統９から切り離した切り離しＥＶモードと、エンジン１を動力伝達系統９に連結した通常モードとを設定することができる。これらの各モードを設定する際の前記クラッチＫ0 の係合および解放の状態を図７にまとめて示してある。すなわち、切り離しＥＶモードでは、クラッチＫ0 は解放させられ、これに対して通常ＥＶモードおよびＨＶモードでは、クラッチＫ0 は係合させられる。これらの走行モードは、アクセル開度などの駆動要求量や車速、蓄電装置の充電量（ＳＯＣ：State Of Charge）などの車両の走行状態に応じて選択される。例えば車両がある程度の速い速度で走行し、かつアクセル開度がその車速を維持するべくある程度大きくなっている場合には、ＨＶモードが設定される。これに対して、ＳＯＣが十分に大きく、かつアクセル開度が比較的小さい場合、あるいは自動停止しているエンジン１を再始動する可能性が高い走行状態の場合などには、通常ＥＶモードが設定される。さらに、例えば運転者のマニュアル操作でＥＶモードが選択され、あるいは電力のみで走行可能であり、かつ第１モータ・ジェネレータ１０を連れ回すことによる動力損失を抑制する必要がある場合などにおいては、切り離しＥＶモードが選択される。

ここで各走行モードにおけるハイブリッド駆動装置の動作状態を簡単に説明すると、図８は、上記の動力分割機構３についての共線図であり、この共線図は、サンギヤ４およびキャリヤ６ならびにリングギヤ５を縦線で示し、それらの間隔を動力分割機構３を構成している遊星歯車機構のギヤ比に対応する間隔とし、さらにそれぞれの縦線の上下方向を回転方向、その上下方向での位置を回転数としたものである。図８で「切り離し」と記載してある線は、切り離しＥＶモードでの動作状態を示しており、この走行モードでは、第２モータ・ジェネレータ１２をモータとして機能させてその動力で走行し、エンジン１はクラッチＫ0 が解放させられて動力伝達系統９から切り離されて停止しており、また第１モータ・ジェネレータ１０も停止している。したがって、サンギヤ４の回転が止まっており、これに対してリングギヤ５が出力ギヤ１１と共に正回転して、キャリヤ６はリングギヤ５の回転数に対して遊星歯車機構のギヤ比に応じて減速させられた回転数で正回転する。

また、図８で「通常」と記載してある線は、通常ＥＶモードでの動作状態を示しており、この走行モードでは、第２モータ・ジェネレータ１２の動力で走行し、かつエンジン１は停止させられるから、キャリヤ６が固定されている状態で、リングギヤ５が正回転し、かつサンギヤ４が逆回転する。この場合は、第１モータ・ジェネレータ１０を発電機として機能させることもできる。さらに、図８で「ＨＶ」と記載してある線は、ＨＶモードでの走行状態を示しており、クラッチＫ0 が係合させられた状態でエンジン１が駆動力を出力しているからキャリヤ６にはこれを正回転させる方向にトルクが作用している。この状態で、第１モータ・ジェネレータ１０を発電機として機能させることにより、サンギヤ４には逆回転方向のトルクが作用する。その結果、リングギヤ５にはこれを正回転させる方向のトルクが現れる。またこの場合、第１モータ・ジェネレータ１０で発電された電力が第２モータ・ジェネレータ１２に供給されて第２モータ・ジェネレータ１２がモータとして機能し、その駆動力が出力ギヤ１１に伝達される。したがって、ＨＶモードでは、エンジン１が出力した動力の一部が動力分割機構３を介して出力ギヤ１１に伝達されるとともに、残余の動力が第１モータ・ジェネレータ１０によって電力に変換されて第２モータ・ジェネレータ１２に伝達された後、第２モータ・ジェネレータ１２から機械的な動力に再変換させられて出力ギヤ１１に伝達される。なお、いずれの走行モードにおいても、減速時など積極的に駆動力を出力する必要がない場合には、いずれかのモータ・ジェネレータ１０，１２が発電機として機能させられてエネルギ回生が行われる。

上述したように、この発明で対象とするハイブリッド車両では、クラッチＫ0 を解放して電力で走行することが可能であり、また蓄電装置のＳＯＣが低下した場合や要求駆動力が増大した場合には、エンジン１を始動してその動力をクラッチＫ0 を介して駆動力伝達系統９に伝達することになる。このような走行モードの切り替えに伴ってクラッチＫ0 を解放し、また係合させることになり、そのクラッチＫ0 の係合および解放の際にトルクが変化する。そのトルクの変化は、クラッチＫ0 の伝達トルク容量の変化に大きく影響され、そこでこの発明に係る制御装置は、クラッチＫ0 の伝達トルク容量（クラッチトルクと称することがある）を推定し、その推定結果を利用してクラッチＫ0 の係合制御あるいは解放制御を実行するように構成されている。これは、クラッチＫ0 を介して伝達されるトルクが滑らかに変化するように制御してショックや違和感などを回避もしくは抑制するためである。

図１はこの発明に係る制御装置の一例を説明するためのフローチャートであって、このルーチンは、例えば、エンジン始動制御を実行する条件が成立したときに実行される。切り離しＥＶモードでは、第２モータ・ジェネレータ１２の出力トルクのみによって駆動しているので、ＨＶモードよりも出力可能な駆動力が小さい。また、第２モータ・ジェネレータ１２の特性上、第２モータ・ジェネレータ１２からトルクを出力することができる回転数に限度がある。さらに、ＳＯＣが下限値まで低下したときには第２モータ・ジェネレータ１２に給電することができなくなり、第２モータ・ジェネレータ１２からトルクを出力することができない場合がある。したがって、図示しないアクセルペダルの踏み込み量が増大するなどして要求駆動力が第２モータ・ジェネレータ１２からトルクを出力することができる駆動力よりも大きくなった場合、第２モータ・ジェネレータ１２からトルクを出力することができる車速以上になった場合、あるいはＳＯＣが下限値まで低下した場合などに上記エンジン始動制御を実行する条件が成立する。

エンジン始動制御を実行する条件が成立したときには、先ず、切り離しＥＶモードからクラッチＫ0 の係合圧を制御しつつエンジン１をクランキングさせて始動させる協調制御を実行するか否かが判断される（ステップＳ１）。したがって、クラッチＫ0 の入力側の回転部材と出力側の回転部材との回転数差が大きいときやクラッチＫ0 の温度が高いときなどには、クラッチＫ0 を半係合させることが好ましくないので、ステップＳ１で否定的に判断される。具体的には、切り離しＥＶモードが設定されて比較的高車速で走行しているときには、第１モータ・ジェネレータ１０の回転が停止させられていることによりクラッチＫ0 の出力側の回転部材であるインプットシャフト７の回転数が大きくなるので、ステップＳ１で否定的に判断される。または、クラッチＫ0 の温度あるいはクラッチＫ0 に供給されるオイルの温度がクラッチＫ0 の耐久性などから定められた所定の温度以上のときにステップＳ１で否定的に判断される。なお、以下の説明では、クラッチＫ0 の係合圧を制御しつつエンジン１をクランキングさせて始動させる制御を、単に協調制御と記す場合がある。

クラッチＫ0 の入力側の回転部材と出力側の回転部材との回転数差が大きく、あるいはクラッチＫ0 の温度が高いことなどによりステップＳ１で否定的に判断された場合には、直結エンジン始動制御を実行して（ステップＳ２）、このルーチンを一旦終了する。この直結エンジン始動制御を簡単に説明すると、インプットシャフト７の回転数が「０」になるように、第１モータ・ジェネレータ１０の回転数を制御してクラッチＫ0 を同期させ、その後にクラッチＫ0 を係合させる。そして、クラッチＫ0 を完全に係合させた後に、第１モータ・ジェネレータ１０の回転数を増大させてエンジン回転数を所定の回転数まで増大させて、エンジン１を着火する。

一方、クラッチＫ0 の入力側の回転部材と出力側の回転部材との回転数差が比較的小さく、あるいはクラッチＫ0 の温度が比較的低いことなどによりステップＳ１で肯定的に判断された場合には、要求駆動力Ｆが所定値Ｆ１以上か否かを判断する（ステップＳ３）。ＨＶモードでは、要求駆動力Ｆからエンジン１の出力パワーを定め、その出力パワーと予め定められたエンジン１の燃費が良好になる最適燃費線とからエンジン１の運転点が定められる。したがって、ステップＳ３は、エンジン１の目標回転数が所定の回転数以上か否かによって判断することができる。そして、ステップＳ３における所定値Ｆ１とは、要求駆動力Ｆと最適燃費線とから定められるエンジン１の運転点が、エンジン始動時における初爆の回転数以上となる駆動力とすることができる。なお、ステップＳ３は、エンジン１を始動させた後にエンジン回転数を増大させることに起因して、迅速にエンジン１の出力トルクを駆動輪に伝達することができるか否かを判断するものである。すなわち、所定値Ｆ１は、要求される加速応答性に応じて定められた値である。したがって、加速性が要求される車両の場合には、ステップＳ３の所定値Ｆ１を比較的小さくしてもよい。また、アクセルペダルが急激に操作されたときなど要求駆動力Ｆの変化率が大きいときに所定値Ｆ１を小さくしてもよい。すなわち、ステップＳ３における所定値Ｆ１は、予め定めた値であってもよく、走行状態などに応じて可変となるように定められた値であってもよい。

要求駆動力Ｆが比較的小さくステップＳ３で否定的に判断された場合には、エンジン１を始動させた後にエンジン回転数を増大させるなどしてエンジン１の出力トルクを駆動輪２に伝達するまでの時間が比較的短いので、通常の協調制御によってエンジン１を始動させて（ステップＳ３）、このルーチンを一旦終了する。なお、通常の協調制御とは、クラッチＫ0 のトルク容量と第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクとを協調制御してエンジン１をクランキングさせて、その後にクラッチＫ0 を完全係合させる。そして、クラッチＫ0 のスリップ量がない完全係合した後にエンジン１を着火する制御である。具体的には、第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクを、クラッチＫ0 のトルク容量にギヤ比を乗算した値から予め定められた所定値を減算した値に制御する。ここで、クラッチＫ0 のトルク容量は、クラッチＫ0 の耐久性を考慮した値あるいは車両にショックが生じない値などであり、所定値は、キャリヤ６の回転数を増大させるために定められた値である。このように協調制御を実行させることにより、エンジン回転数を徐々に増大させること、すなわちエンジン１をクランキングさせることができるとともに、クラッチＫ0 を同期させて完全係合させることができる。なお、通常の協調制御では、エンジン１を始動させる回転数までエンジン回転数を増大させたときに、エンジン回転数とキャリヤ６の回転数とが一致すること、すなわちクラッチＫ0 が同期することが好ましい。

要求駆動力Ｆが比較的大きい場合には、上記のように通常の協調制御を実行すると、エンジン１を始動させた後に、第１モータ・ジェネレータ１０の回転数を増大させてエンジン回転数を要求駆動力Ｆに基づく目標エンジン回転数まで増大させることとなる。そのような場合には、エンジン回転数が目標エンジン回転数まで増大させている間は、エンジン１の出力トルクが駆動力として駆動輪２に伝達されない。そのため、図１に示す制御例では、要求駆動力Ｆが比較的大きくステップＳ３で肯定的に判断された場合には、まず、第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクとクラッチＫ0 のトルク容量とを協調制御してエンジン１をクランキングさせる（ステップＳ５）。具体的には、クラッチＫ0 をスリップ制御しつつ、第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクをエンジン回転数が増大する方向に出力させる。この第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクやクラッチＫ0 のトルク容量は、通常の協調制御と同一であってもよく、通常の協調制御よりも第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクを大きくしてもよい。なお、このステップＳ５では、エンジン１をクランキングさせるときには、クラッチＫ0 がスリップするようにクラッチＫ0 のトルク容量が制御される。したがって、エンジン回転数とキャリヤ６の回転数とが一致していてる場合もあり、相違している場合もある。

ステップＳ５を実行しているときにおける動力分割機構３の各回転要素の運転状態の一例を図２に示している。図２に示す例では、クラッチＫ0 をスリップさせることにより、エンジン回転数が増大させられる。このとき、第１モータ・ジェネレータ１０から図２に示す上側にトルクを出力すると、その出力トルクによってエンジン１をクランキングさせることができる。なお、ステップＳ５は、クラッチＫ0 をスリップさせながらエンジン１をクランキングさせることができればよいので、図示しないスタータモータを設けてエンジン１をクランキングさせてもよい。すなわち、第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクあるいはクラッチＫ0 を介してエンジン１に伝達される走行慣性力によってエンジン１をクランキングさせることに限られない。

ステップＳ５によってエンジン１をクランキングさせ、エンジン回転数がエンジン始動させることができる所定の回転数まで増大するとエンジン１を着火させる（ステップＳ６）。それとは反対に、エンジン回転数が未だエンジン始動させることができる所定の回転数まで増大していない場合には、ステップＳ５を繰り返し実行する。なお、エンジン１の初爆時における過渡的な出力トルクが駆動輪２に伝達されてショックが生じることを抑制もしくは防止するため、あるいはエンジン１の初爆により生じるトルクに対抗するトルクを低減させるために、ステップＳ６でエンジン１を着火させるときには、第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクを「０」にしてもよい。このように第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクを「０」に制御した場合には、動力分割機構３をニュートラル状態になる。そのため、初爆時における過渡的な出力トルクが駆動輪２に伝達されることを抑制もしくは防止することができる。また、エンジン１の初爆により生じるトルクに対抗するトルクが比較的小さいので、エンジン回転数が迅速に増大することができる。

図３は、エンジン１を着火させるときにおける動力分割機構３の各回転要素の運転状態の一例を示している。図３に示す例では、エンジン１をクランキングさせるときに、通常の協調制御と同様に第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクとクラッチＫ0 のトルク容量とを制御した場合を例に挙げて示している。このように制御した場合には、第１モータ・ジェネレータ１０の回転数が徐々に低下し、かつキャリヤ６の回転数が徐々に低下する。一方、エンジン１は、クラッチＫ0 から伝達されるトルクによって回転数が増大させられる。つまり、上述した通常の協調制御と同様にエンジン１がクランキングさせられる。したがって、図３に示す例では、エンジン回転数とキャリヤ６との回転数とが一致し、かつ第１モータ・ジェネレータ１０の回転数が図２に示す状態よりも逆回転方向の回転数が増大している。なお、図３では、エンジン回転数とキャリヤ６の回転数とが一致しているが、スタータモータによってクランキングさせた場合や第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクを通常の協調制御よりも大きく出力した場合などには、キャリヤ６の回転数がエンジン１を始動させることができる回転数よりも大きくなる場合がある。

ステップＳ６でエンジン１を着火させるとエンジン１からトルクが出力される（ステップＳ７）。このとき、ＨＶモードであれば要求駆動力Ｆに応じて定められるエンジン１の出力パワーとなるようにエンジン１への燃料供給量が制御され、かつエンジン１の回転数が要求駆動力Ｆと最適燃費線とから定められるエンジン１の運転点となるようにスロットルバルブの開度などが制御される。ついで、クラッチＫ0 の入力側の部材であるエンジン１の回転数が、クラッチＫ0 の出力側の部材であるインプットシャフト（Ｉ／Ｐ軸）７の回転数以上か否かを判断する（ステップＳ８）。具体的には、エンジン１を着火した時点で、エンジン回転数がインプットシャフト７の回転数よりも低いときには、クラッチＫ0 がスリップさせられていることにより、インプットシャフト７の回転数に拘束されずにエンジン回転数は上記運転点になるようにエンジン回転数が増大させられる。そのため、エンジン始動後に所定の時間が経過するとインプットシャフト７の回転数よりもエンジン回転数が増大してステップＳ８で肯定的に判断される。また、インプットシャフト７の回転数がエンジン１を始動させる時点での回転数よりも低い場合には、エンジン１を着火させると同時にステップＳ８で肯定的に判断される。なお、エンジン回転数がインプットシャフト７の回転数よりも低い場合には、エンジン回転数が増大してインプットシャフト７の回転数以上になるまで、ステップＳ７が繰り返し実行される。

このステップＳ８で肯定的に判断されると、エンジン１の出力トルクがインプットシャフト７に伝達されることになる。言い換えると、インプットシャフト７あるいはキャリヤ６の回転数を増大させるようにエンジン１の出力トルクが伝達される。そのため、そのインプットシャフト７に伝達されたトルクを駆動輪２に伝達されるように、より具体的には、インプットシャフト７にエンジン１から伝達されたトルクが、リングギヤ５の回転数を増大させる方向に作用するように第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクが制御される（ステップＳ９）。具体的には、クラッチＫ0 のトルク容量にギヤ比を乗算したトルクとなるように第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクが制御される。このように第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクを制御する場合には、キャリヤ６の回転数や車速に応じて第１モータ・ジェネレータ１０は力行制御され、あるいは回生制御される。

そして、上記のようにクラッチＫ0 を介して動力分割機構３に入力されたトルクの反力となるように第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクを制御しつつ、クラッチＫ0 のトルク容量を徐々に増大させる（ステップＳ１０）。このクラッチＫ0 のトルク容量は、クラッチＫ0 の耐久性などを考慮して増加率を定めてもよく、またはクラッチＫ0 の入力側の回転数と出力側の回転数との差に基づいて定めてもよく、もしくは実際のエンジン回転数と目標回転数との差に応じて定めてもよい。すなわち、クラッチＫ0 のトルク容量を増大させることができればよく、そのトルク容量の増大の方法は任意である。

図４は、クラッチＫ0 のトルク容量を制御しつつ、エンジン１から伝達されたトルクがリングギヤ５の回転数を増大させる方向に作用するように、言い換えると、動力分割機構５に反力として作用するように第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクを制御している状態での動力分割機構３における各回転要素の運転状態の一例を示している。図４に示すようにエンジン１の回転数がインプットシャフト７の回転数、すなわちキャリヤ６の回転数よりも大きくなっている。そして、エンジン１の出力トルクがクラッチＫ0 を介してインプットシャフト７に伝達されるので、インプットシャフト７の回転数が増大する。また、そのインプットシャフト７から動力分割機構３に伝達されたトルクの反力として第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクが制御されるので、動力分割機構３に伝達されたトルクがリングギヤ５を介して駆動輪２に伝達される。なお、図４に示す例では、第１モータ・ジェネレータ１０は力行制御させられている。また、エンジン１の出力トルクによってキャリヤ６の回転数が増加させられるので、それに伴って第１モータ・ジェネレータ１０の回転数が、図３に示す回転数よりも「０」に近づいている。

そして、ステップＳ１０でクラッチＫ0 のトルク容量を徐々に増大させることにより、次第にクラッチＫ0 の入力側回転数と出力側回転数との差が小さくなり、ついにはそれらの回転数が一致する。そのようにクラッチＫ0 の入力側回転数と出力側回転数とが一致した場合には、クラッチＫ0 を完全係合させる。したがって、ステップＳ１０の後には、クラッチＫ0 が完全係合させられたか否かが判断される（ステップＳ１１）。クラッチＫ0 が完全係合されていてステップＳ１１で肯定的に判断された場合には、このルーチンを一旦終了する。それとは反対に、未だクラッチＫ0 の入力側回転数と出力側回転数とが一致しておらず、クラッチＫ0 が完全係合していない場合には、ステップＳ１１で否定的に判断されて、クラッチＫ0 が完全係合させられるまで、ステップＳ１０が繰り返し実行される。

図５は、クラッチＫ0 を完全係合させたときにおける動力分割機構３の各回転要素の運転状態の一例を示している。図５に示す例では、要求駆動力Ｆに応じてエンジン１の出力パワーが制御される。したがって、図５に示す共線図では、エンジン１の出力トルクが上方向に伝達される。一方、第１モータ・ジェネレータ１０は、動力分割機構３の反力となるように出力トルクが制御され、かつエンジン１の回転数が要求駆動力Ｆと最適燃費線とから定まる回転数になるように第１モータ・ジェネレータ１０の回転数が制御される。したがって、第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクの方向は、図５に示す下向きとなる。また、そのときの第１モータ・ジェネレータ１０の回転数が正回転方向の場合には、第１モータ・ジェネレータ１０は発電機として機能し、逆転方向の場合にはモータとして機能する。

上述したようにエンジン１を着火するときにクラッチＫ0 をスリップさせることにより、エンジン１の初爆により生じるトルクに対抗したトルクが作用することを抑制もしくは防止することができるので、エンジン回転数を迅速に増大させることができる。また、エンジン回転数がインプットシャフト７の回転数未満の間も同様にクラッチＫ0 をスリップさせることにより、エンジン１で発生したエネルギーによってエンジン回転数が迅速に増大させることができる。言い換えると、第１モータ・ジェネレータ１０の回転数を制御してエンジン回転数を増大させる必要がない。また、エンジン１を着火させてエンジン回転数がインプットシャフト７の回転数よりも大きくなると、エンジン１の出力トルクとエンジン１のイナーシャトルクとが動力分割機構３に伝達される。そのときに、動力分割機構３の反力として第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクを制御することにより、エンジン１から動力分割機構３に伝達されたトルクを駆動輪２に伝達させることができる。そのため、エンジン回転数を増大させるまでの時間を短くすることができるとともに、エンジン回転数が目標回転数まで増大する以前に駆動輪２にトルクを伝達することができる。その結果、切り離しＥＶモードからＨＶモードに切り替えるときに、駆動力が出力されない時間を短くすることができる。言い換えると、切り離しＥＶモードからＨＶモードに切り替える制御の応答性を向上させることができる。

なお、この発明で対象とすることができる車両は、差動機構におけるいずれか一つの回転要素に作用するトルク容量を制御するクラッチが設けられていればよい。したがって、第１モータ・ジェネレータ１０とサンギヤ４との間にクラッチを設けてもよく、リングギヤ５の出力側にクラッチを設けていてもよい。また、クラッチＫ0 に代えて、複数のクラッチを設けた変速部を備えたものであってもよい。さらに、差動機構としては、ダブルピニオン型の遊星歯車機構であってもよく、差動作用があれば他の構成によって構成されたものであってもよい。そして、クラッチＫ0 は、係合圧を制御することができるものであればよく、したがって、油圧によって係合圧が制御されるクラッチや電磁力によって係合圧が制御されるクラッチなどであってもよい。

１…エンジン（ＥＮＧ）、２…駆動輪、３…動力分割機構、Ｋ0 …クラッチ、９…動力伝達系統、１０…第１のモータ・ジェネレータ（ＭＧ１）、１１…出力ギヤ、１２…第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）、１８…コントローラ、１９…モータ・ジェネレータ用電子制御装置（ＭＧ−ＥＣＵ）、２０…エンジン用電子制御装置（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）、２１…駆動力源、２２…ハイブリッド用電子制御装置（ＨＶ−ＥＣＵ）、１００…エンジン（ＥＮＧ）、１０１…モータ・ジェネレータ、Ｋ10…クラッチ、１０２…変速機（Ｔ／Ｍ）、１１０…エンジン（ＥＮＧ）、１１１…第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ）、Ｋ20…クラッチ、１１２…第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ）、１１３…変速機（Ｔ／Ｍ）。

また、図８で「通常」と記載してある線は、通常ＥＶモードでの動作状態を示しており、この走行モードでは、第２モータ・ジェネレータ１２の動力で走行し、かつエンジン１は停止させられるから、キャリヤ６が固定されている状態で、リングギヤ５が正回転し、かつサンギヤ４が逆回転する。この場合は、第１モータ・ジェネレータ１０を発電機として機能させることもできる。さらに、図８で「ＨＶ」と記載してある線は、ＨＶモードでの動作状態を示しており、クラッチＫ0 が係合させられた状態でエンジン１が駆動力を出力しているからキャリヤ６にはこれを正回転させる方向にトルクが作用している。この状態で、第１モータ・ジェネレータ１０を発電機として機能させることにより、サンギヤ４には逆回転方向のトルクが作用する。その結果、リングギヤ５にはこれを正回転させる方向のトルクが現れる。またこの場合、第１モータ・ジェネレータ１０で発電された電力が第２モータ・ジェネレータ１２に供給されて第２モータ・ジェネレータ１２がモータとして機能し、その駆動力が出力ギヤ１１に伝達される。したがって、ＨＶモードでは、エンジン１が出力した動力の一部が動力分割機構３を介して出力ギヤ１１に伝達されるとともに、残余の動力が第１モータ・ジェネレータ１０によって電力に変換されて第２モータ・ジェネレータ１２に伝達された後、第２モータ・ジェネレータ１２から機械的な動力に再変換させられて出力ギヤ１１に伝達される。なお、いずれの走行モードにおいても、減速時など積極的に駆動力を出力する必要がない場合には、いずれかのモータ・ジェネレータ１０，１２が発電機として機能させられてエネルギ回生が行われる。

上述したように、この発明で対象とするハイブリッド車両では、クラッチＫ0 を解放して電力で走行することが可能であり、また蓄電装置のＳＯＣが低下した場合や要求駆動力が増大した場合には、エンジン１を始動してその動力をクラッチＫ0 を介して動力伝達系統９に伝達することになる。このような走行モードの切り替えに伴ってクラッチＫ0 を解放し、また係合させることになり、そのクラッチＫ0 の係合および解放の際にトルクが変化する。そのトルクの変化は、クラッチＫ0 の伝達トルク容量の変化に大きく影響され、そこでこの発明に係る制御装置は、クラッチＫ0 の伝達トルク容量（クラッチトルクと称することがある）を推定し、その推定結果を利用してクラッチＫ0 の係合制御あるいは解放制御を実行するように構成されている。これは、クラッチＫ0 を介して伝達されるトルクが滑らかに変化するように制御してショックや違和感などを回避もしくは抑制するためである。

要求駆動力Ｆが比較的小さくステップＳ３で否定的に判断された場合には、エンジン１を始動させた後にエンジン回転数を増大させるなどしてエンジン１の出力トルクを駆動輪２に伝達するまでの時間が比較的短いので、通常の協調制御によってエンジン１を始動させて（ステップＳ４）、このルーチンを一旦終了する。なお、通常の協調制御とは、クラッチＫ0 のトルク容量と第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクとを協調制御してエンジン１をクランキングさせて、その後にクラッチＫ0 を完全係合させる。そして、クラッチＫ0 のスリップ量がない完全係合した後にエンジン１を着火する制御である。具体的には、第１モータ・ジェネレータ１０の出力トルクを、クラッチＫ0 のトルク容量にギヤ比を乗算した値から予め定められた所定値を減算した値に制御する。ここで、クラッチＫ0 のトルク容量は、クラッチＫ0 の耐久性を考慮した値あるいは車両にショックが生じない値などであり、所定値は、キャリヤ６の回転数を増大させるために定められた値である。このように協調制御を実行させることにより、エンジン回転数を徐々に増大させること、すなわちエンジン１をクランキングさせることができるとともに、クラッチＫ0 を同期させて完全係合させることができる。なお、通常の協調制御では、エンジン１を始動させる回転数までエンジン回転数を増大させたときに、エンジン回転数とキャリヤ６の回転数とが一致すること、すなわちクラッチＫ0 が同期することが好ましい。

Claims

エンジンのトルクを伝達させることができる第１回転要素、および第１モータのトルクを伝達させることができる第２回転要素、ならびに駆動輪にトルクを伝達することができる第３回転要素を有する差動機構と、前記駆動輪にトルクを伝達することができる第２モータと、前記各回転要素のいずれか一つの回転要素に作用するトルク容量を制御することができるクラッチとを備え、前記クラッチを解放して前記第２モータの出力トルクを前記駆動輪に伝達して走行するＥＶモードと、前記クラッチを係合して前記エンジンの出力トルクを前記駆動輪に伝達して走行するＨＶモードとを切り替えることができるように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、
前記ＥＶモードから前記ＨＶモードに切り替えるときに、前記クラッチをスリップさせた状態でエンジンを始動させるとともに、前記クラッチをスリップさせつつ前記第１回転要素の回転数を増大させるように前記エンジンからトルクが伝達されている場合、前記駆動輪の回転数を増大させる方向に前記第１回転要素から前記差動機構に入力されたトルクを前記第３回転要素から出力するように前記第１モータからトルクを出力し始め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両の制御装置。
前記エンジンの回転数が前記第１回転要素の回転数以上となったときに、前記駆動輪の回転数を増大させる方向に前記第１回転要素から前記差動機構に入力されたトルクを前記第３回転要素から出力するように前記第１モータからトルクを出力し始めるように構成され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両の制御装置。
前記エンジンを始動させるときに、前記第１モータの出力トルクをゼロに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の制御装置。