JP2016030528A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時のショックを抑制することができる車両制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンを停止しかつ制御クラッチを解放状態として第一回転機を動力源として車両を走行させる第一走行モードと、少なくともエンジンを動力源として車両を走行させる第二走行モードと、を備える。制御部は、第一走行モードから第二走行モードへ移行させる場合、第一走行モードと第二走行モードの間に、第二回転機のトルクＴｍｇ２によって車両を走行させる所定の走行状態を介在させ、制御部は、第一走行モードから所定の走行状態を開始するときに、第二ワンウェイクラッチを係合させてから、駆動輪に伝達されるトルクＴｏｕｔの大きさを一定に維持するように第二回転機のトルクを増大させると共に第一回転機のトルクＴｍｇ１を低減させる。制御部は、所定の走行状態から第一回転機のトルクによってエンジンを始動して第二走行モードへ移行させる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

従来、ハイブリッド車両用の駆動装置がある。例えば、特許文献１には、第２Ｍ／Ｇが駆動軸と第２ワンウエイクラッチおよび第１減速歯車、伝達歯車を介して出力軸を減速駆動可能であるとともに、第２ワンウエイクラッチと並列に設けたドッグクラッチとスリーブを介して出力軸を駆動可能である駆動装置の技術が開示されている。

ハイブリッド車両では、走行モードの移行に際してエンジンの始動がなされることがある。特許文献１には、第１Ｍ／Ｇに電力を供給して逆回転させることでエンジンを正回転させて始動することが記載されている。

特開２０１３−９６５５５号公報

回転機のトルクによってエンジンを始動する場合、エンジンの回転抵抗等による反力が発生し、トルク変動によるショックが生じる可能性がある。エンジン始動時のショックを抑制することについて、従来十分な検討がなされていない。

本発明の目的は、エンジン始動時のショックを抑制することができる車両制御装置を提供することである。

本発明の車両制御装置は、エンジンと、第一回転機と、前記第一回転機に接続されたサンギヤ、前記エンジンに接続されたキャリアおよび駆動輪に接続されたリングギヤを有する遊星歯車機構と、第二回転機と、前記遊星歯車機構と前記駆動輪との動力の伝達経路と、前記伝達経路および前記第二回転機に接続され、任意に係合および解放可能な制御クラッチと、前記エンジンの回転軸と車体とを接続し、前記回転軸が前記エンジンの運転時の回転方向に回転することを許容する第一ワンウェイクラッチと、前記伝達経路および前記第二回転機に接続され、前記第二回転機から前記伝達経路への車両を前進させる回転方向のトルクの伝達を許容する第二ワンウェイクラッチと、前記エンジン、前記第一回転機、前記第二回転機および前記制御クラッチを制御する制御部と、前記エンジンを停止しかつ前記制御クラッチを解放状態として前記第一回転機を動力源として前記車両を走行させる第一走行モードと、少なくとも前記エンジンを動力源として前記車両を走行させる第二走行モードと、を備え、前記制御部は、前記第一走行モードから前記第二走行モードへ移行させる場合、前記第一走行モードと前記第二走行モードの間に、前記第二回転機のトルクによって前記車両を走行させる所定の走行状態を介在させ、前記制御部は、前記第一走行モードから前記所定の走行状態を開始するときに、前記第二ワンウェイクラッチを係合させてから、前記駆動輪に伝達されるトルクの大きさを一定に維持するように前記第二回転機のトルクを増大させると共に前記第一回転機のトルクを低減させ、前記制御部は、前記所定の走行状態から前記第一回転機のトルクによって前記エンジンを始動して前記第二走行モードへ移行させることを特徴とする。

上記車両制御装置において、前記制御部は、所定条件の成立によって前記第一走行モードから前記第二走行モードへ移行させる場合、前記第一走行モードから前記所定の走行状態を開始するときに、前記第二ワンウェイクラッチを係合させてから前記制御クラッチを係合し、前記制御クラッチを係合したまま前記第二走行モードへ移行させ、前記制御部は、前記所定条件の成立によらずに前記第一走行モードから前記第二走行モードへ移行させる場合、前記制御クラッチを解放したままで前記第一走行モードから前記所定の走行状態を経由して前記第二走行モードへ移行させることが好ましい。

上記車両制御装置において、前記所定条件は、制動操作が検出されていることであることが好ましい。

本発明に係る車両制御装置の制御部は、第一走行モードから所定の走行状態を開始するときに、第二ワンウェイクラッチを係合させてから、駆動輪に伝達されるトルクの大きさを一定に維持するように第二回転機のトルクを増大させると共に第一回転機のトルクを低減させる。また、制御部は、所定の走行状態から第一回転機のトルクによってエンジンを始動して第二走行モードへ移行させる。本発明に係る車両制御装置によれば、第二回転機のトルクで車両を走行させながら第一回転機のトルクによってエンジンを始動することで、エンジン始動時のショックを抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両の概略構成図である。 図２は、実施形態に係る車両のスケルトン図である。 図３は、実施形態に係る車両制御装置のブロック図である。 図４は、実施形態の第一走行モードに係る共線図である。 図５は、実施形態の第二走行モードに係る共線図である。 図６は、実施形態の第二走行モードに係る他の共線図である。 図７は、実施形態の第二走行モードに係る更に他の共線図である。 図８は、実施形態の第三走行モードに係る共線図である。 図９は、エンジン始動時のトルク変動を説明する図である。 図１０は、実施形態の車両制御装置の動作に係るタイムチャートである。 図１１は、実施形態のエンジン始動に係る共線図である。 図１２は、実施形態の車両制御装置の動作に係る他のタイムチャートである。 図１３は、制御クラッチを係合した所定の走行状態に係る共線図である。

以下に、本発明の実施形態に係る車両制御装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第１実施形態］
図１から図１３を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、車両制御装置に関する。図１は、本発明の実施形態に係る車両の概略構成図、図２は、実施形態に係る車両のスケルトン図、図３は、実施形態に係る車両制御装置のブロック図、図４は、実施形態の第一走行モードに係る共線図、図５は、実施形態の第二走行モードに係る共線図、図６は、実施形態の第二走行モードに係る他の共線図、図７は、実施形態の第二走行モードに係る更に他の共線図、図８は、実施形態の第三走行モードに係る共線図、図９は、エンジン始動時のトルク変動を説明する図、図１０は、実施形態の車両制御装置の動作に係るタイムチャート、図１１は、実施形態のエンジン始動に係る共線図、図１２は、実施形態の車両制御装置の動作に係る他のタイムチャート、図１３は、制御クラッチを係合した所定の走行状態に係る共線図である。

図１に示すように、実施形態に係る車両１は、エンジン２と、第一回転機ＭＧ１と、第二回転機ＭＧ２と、バッテリ４と、遊星歯車機構１０と、伝達経路１１と、第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１と、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２と、制御クラッチＣＬと、制御部４０と、出力軸２０とを含んで構成されている。車両１は、動力源としてエンジン２と２つの回転機ＭＧ１，ＭＧ２を有するハイブリッド車両である。車両１は、外部電源により充電可能なプラグインハイブリッド（ＰＨＶ）車両であってもよい。

また、本実施形態の車両制御装置１００は、車両１のうち、エンジン２と、第一回転機ＭＧ１と、遊星歯車機構１０と、第二回転機ＭＧ２と、伝達経路１１と、制御クラッチＣＬと、第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１と、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２と、制御部４０とを含んで構成されている。

エンジン２は、燃料の燃焼エネルギーを回転軸２ａの回転に変換して出力する。遊星歯車機構１０は、エンジン２の出力する動力を出力軸２０側と第一回転機ＭＧ１側とに分割する動力分割プラネタリとしての機能を有している。第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２は、それぞれモータ（電動機）としての機能と、発電機としての機能とを備えている。第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２は、インバータを介してバッテリ４と接続されている。回転機ＭＧ１，ＭＧ２によって発電された電力は、バッテリ４に蓄電可能である。第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２としては、例えば、三相交流同期型のモータジェネレータを用いることができる。

第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１は、エンジン２の回転軸２ａと車体５とを接続し、回転軸２ａがエンジン２の運転時の回転方向に回転することを許容する。すなわち、第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１は、エンジン２が運転状態にあるときの回転軸２ａの回転を許容する。一方、第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１は、回転軸２ａの逆回転を規制する。ここで、回転軸２ａの逆回転方向は、エンジン２が運転状態にあるときの回転軸２ａの回転方向とは反対の回転方向である。第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１は、エンジン２が停止しているときの回転軸２ａの逆回転を規制する。第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１としては、例えば、スプラグ式のワンウェイクラッチを用いることができる。

制御クラッチＣＬは、伝達経路１１および第二回転機ＭＧ２に接続され、任意に係合および解放可能なクラッチ装置である。言い換えると、制御クラッチＣＬは、伝達経路１１と第二回転機ＭＧ２との間に介在し、係合状態あるいは解放状態に任意に切り替え可能なクラッチ装置である。ここで、伝達経路１１は、遊星歯車機構１０と駆動輪２５との動力の伝達経路である。本実施形態の車両１では、図２に示す出力ギヤ２６、ドリブンギヤ２１、出力軸２０、ドライブピニオンギヤ２２、ファイナルギヤ２３、駆動軸２４等が伝達経路１１に含まれる。

第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２は、制御クラッチＣＬと並列に配置されたワンウェイクラッチである。第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２としては、例えば、スプラグ式のワンウェイクラッチを用いることができる。第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２は、伝達経路１１および第二回転機ＭＧ２に接続され、第二回転機ＭＧ２から伝達経路１１への車両１を前進させる回転方向のトルクの伝達を許容する。

第二回転機ＭＧ２は、制御クラッチＣＬおよび第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２の少なくともいずれか一方を介して、伝達経路１１との間で動力を伝達する。エンジン２および第二回転機ＭＧ２から伝達経路１１に出力された動力は、出力軸２０を介して駆動輪２５に伝達される。

図２を参照して、車両１の具体的な構成の一例について説明する。図２に示すように、エンジン２の回転軸２ａは、遊星歯車機構１０のキャリアＣ１に接続されている。遊星歯車機構１０は、シングルピニオン式のプラネタリギヤ機構である。遊星歯車機構１０は、サンギヤＳ１、ピニオンギヤＰ１、リングギヤＲ１およびキャリアＣ１を含んで構成されている。遊星歯車機構１０は、軸方向においてエンジン２と第一回転機ＭＧ１との間に配置されている。また、遊星歯車機構１０および第一回転機ＭＧ１は、エンジン２と同軸上に配置されている。エンジン２の軸方向は、例えば、車幅方向と一致している。

第一回転機ＭＧ１は、回転自在に支持されたロータＲｔ１と、車体側に固定されたステータＳｔ１とを有する。サンギヤＳ１は、第一回転機ＭＧ１のロータＲｔ１と接続されており、ロータＲｔ１と一体回転する。リングギヤＲ１の外周に設けられた出力ギヤ２６は、ドリブンギヤ２１と噛み合っている。ドリブンギヤ２１は、出力軸２０に接続されたギヤである。出力軸２０は、エンジン２の回転軸２ａおよび後述する回転軸Ｓｈと平行な軸である。出力軸２０には、ドライブピニオンギヤ２２が接続されている。ドライブピニオンギヤ２２は、ファイナルギヤ２３と噛み合っている。ファイナルギヤ２３は、駆動軸２４を介して駆動輪２５と接続されている。なお、ファイナルギヤ２３と駆動軸２４との間にデファレンシャルギヤが設けられていてもよい。

ドリブンギヤ２１には、更に、減速ギヤ３１が噛み合っている。減速ギヤ３１は、回転軸Ｓｈに接続されている。第二回転機ＭＧ２は、回転軸Ｓｈと同軸上に配置されている。第二回転機ＭＧ２は、回転自在に支持されたロータＲｔ２と、車体側に固定されたステータＳｔ２とを有する。制御クラッチＣＬおよび第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２は、それぞれ回転軸Ｓｈと第二回転機ＭＧ２のロータＲｔ２との間に介在している。

本実施形態の制御クラッチＣＬは、噛み合い式のドグクラッチである。制御クラッチＣＬは、第一ドグ歯３２と、第二ドグ歯３３と、スリーブ３４と、アクチュエータ３５とを含んで構成されている。第一ドグ歯３２は、回転軸Ｓｈに接続されたドグ歯であり、第一係合要素である。第二ドグ歯３３は、第二回転機ＭＧ２のロータＲｔ２に接続されたドグ歯であり、第二係合要素である。第一ドグ歯３２および第二ドグ歯３３は、例えば、それぞれ山部および谷部が軸方向に直線状に延在する歯である。スリーブ３４は、軸方向に移動自在に支持されている。スリーブ３４は、第一ドグ歯３２および第二ドグ歯３３と対応するドグ歯を有している。

アクチュエータ３５は、スリーブ３４を軸方向に移動させることで制御クラッチＣＬを係合あるいは解放させる。本実施形態の制御クラッチＣＬは、ノーマリーオープンタイプのクラッチであり、アクチュエータ３５が駆動力を発生させていないときに解放状態となる。アクチュエータ３５は、例えば、電磁力によってスリーブ３４を軸方向の一方（係合方向）に向けて駆動する。一方、スリーブ３４は、スプリング等の付勢部材によって、アクチュエータ３５による駆動力の向きとは反対方向（解放方向）に向けて付勢されている。従って、スリーブ３４は、アクチュエータ３５が駆動力を発生させていないときには、付勢部材の付勢力によって解放状態に維持される。

アクチュエータ３５は、発生させる駆動力により、付勢力に抗してスリーブ３４を係合方向に移動させ、スリーブ３４を第一ドグ歯３２および第二ドグ歯３３の両方と噛み合わせる。これにより、第一ドグ歯３２と第二ドグ歯３３がスリーブ３４を介して係合し、制御クラッチＣＬが係合状態となる。制御クラッチＣＬが係合すると、スリーブ３４を介して回転軸ＳｈとロータＲｔ２とが一体回転可能に連結される。つまり、制御クラッチＣＬは、アクチュエータ３５によってスリーブ３４を移動させることにより、第一ドグ歯３２と第二ドグ歯３３とを任意に係合および解放させることができる。

本実施形態では、第二回転機ＭＧ２について、両方向の回転方向のうち、車両１の前進走行時の回転軸Ｓｈの回転方向と同方向を「正回転方向」と称し、正回転方向と逆の回転方向を「逆回転方向」あるいは「負回転方向」と称する。また、第二回転機ＭＧ２のトルクのうち、正回転方向のトルクを「正トルク」と称し、逆回転方向のトルクを「逆トルク」あるいは「負トルク」と称する。つまり、正トルクは、車両１を前進させる回転方向のトルクである。一方、逆トルクは、車両１を後進させる回転方向のトルクである。

第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２は、第二回転機ＭＧ２から回転軸Ｓｈへの正回転方向のトルクの伝達を許容し、逆回転方向のトルクの伝達を遮断する。一方、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２は、回転軸Ｓｈから第二回転機ＭＧ２への逆回転方向のトルクの伝達を許容し、正回転方向のトルクの伝達を遮断する。

エンジン２の回転軸２ａには、オイルポンプ３が接続されている。オイルポンプ３は、エンジン２の回転によって駆動されてオイルを吐出する。オイルポンプ３は、第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２を含む動力伝達部にオイルを供給する。オイルポンプ３によって供給されるオイルは、第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２を潤滑・冷却する。また、オイルポンプ３は、遊星歯車機構１０を含む被潤滑部にオイルを供給するようにしてもよい。

図３に示すように、制御部４０は、ＨＶ＿ＥＣＵ５０と、ＭＧ＿ＥＣＵ６０と、エンジンＥＣＵ７０とを含んで構成されている。制御部４０は、車両１の走行制御を行う機能を有している。本実施形態の制御部４０は、エンジン２、第一回転機ＭＧ１、第二回転機ＭＧ２および制御クラッチＣＬを制御する。各ＥＣＵ５０，６０，７０は、例えば、電子制御ユニットである。ＨＶ＿ＥＣＵ５０は、車両１全体を統合制御する機能を有している。ＭＧ＿ＥＣＵ６０およびエンジンＥＣＵ７０は、ＨＶ＿ＥＣＵ５０と電気的に接続されており、ＨＶ＿ＥＣＵ５０との間で双方向の通信を行うことができる。

ＭＧ＿ＥＣＵ６０は、第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２を制御する。ＭＧ＿ＥＣＵ６０は、例えば、第一回転機ＭＧ１に対して供給する電流値を調節し、第一回転機ＭＧ１の出力トルクを制御すること、および第二回転機ＭＧ２に対して供給する電流値を調節し、第二回転機ＭＧ２の出力トルクを制御することができる。また、ＭＧ＿ＥＣＵ６０は、第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２の発電量を制御することができる。

エンジンＥＣＵ７０は、例えば、エンジン２の電子スロットル弁の開度を制御すること、点火信号を出力してエンジン２の点火制御を行うこと、エンジン２に対する燃料の噴射制御等を行うことができる。

ＨＶ＿ＥＣＵ５０には、車速センサ、アクセル開度センサ、ＭＧ１回転数センサ、ＭＧ２回転数センサ、出力軸回転数センサ、バッテリセンサ、エンジン回転数センサ等が接続されている。これらのセンサにより、ＨＶ＿ＥＣＵ５０は、車速、アクセル開度、第一回転機ＭＧ１の回転数、第二回転機ＭＧ２の回転数、出力軸２０の回転数、バッテリ４の充電状態ＳＯＣ、エンジン回転数等を取得することができる。ＨＶ＿ＥＣＵ５０は、制御クラッチＣＬのアクチュエータ３５に対して係合指令および解放指令を出力する。アクチュエータ３５は、ＨＶ＿ＥＣＵ５０の係合指令に応じて制御クラッチＣＬを係合状態とする。また、アクチュエータ３５は、ＨＶ＿ＥＣＵ５０の解放指令に応じて制御クラッチＣＬを解放状態とする。

ＨＶ＿ＥＣＵ５０は、要求駆動力を算出する駆動力算出部、車両１で実行する走行モードを判定するモード判定部等を有する。駆動力算出部は、例えば、車速およびアクセル開度に基づいて、運転者が車両１に対して要求する要求駆動力を算出する。また、駆動力算出部は、制動操作量に基づいて、運転者が車両１に対して要求する要求制動力を算出する。モード判定部は、要求駆動力、車速、充電状態ＳＯＣ、要求制動力等に基づいて、車両１で実行する走行モードを判定する。

ＨＶ＿ＥＣＵ５０は、算出した要求制駆動力および選択した走行モードに基づいて、エンジン２の要求トルク、各回転機ＭＧ１，ＭＧ２の要求トルクを決定する。ＨＶ＿ＥＣＵ５０は、エンジンＥＣＵ７０に対してエンジントルク指令を出力し、ＭＧ＿ＥＣＵ６０に対してＭＧ１トルク指令およびＭＧ２トルク指令を出力する。エンジンＥＣＵ７０は、エンジントルク指令による要求トルクを実現するように、電子スロットル弁の開度や燃料噴射量、点火時期等を制御する。ＭＧ＿ＥＣＵ６０は、ＭＧ１トルク指令による要求トルクを実現するように、第一回転機ＭＧ１とバッテリ４との間で授受する電流値を制御する。また、ＭＧ＿ＥＣＵ６０は、ＭＧ２トルク指令による要求トルクを実現するように、第二回転機ＭＧ２とバッテリ４との間で授受する電流値を制御する。

車両制御装置１００は、車両１で実行する走行モードとして、第一走行モード、第二走行モードおよび第三走行モードを有する。第一走行モードは、エンジン２を停止しかつ制御クラッチＣＬを解放状態として第一回転機ＭＧ１を動力源として車両１を走行させる走行モードである。第一走行モードでは、第一回転機ＭＧ１のみを動力源として車両１を前進走行させることが可能である。本実施形態の車両１では、第一走行モードは、低車速の領域や軽負荷の領域で選択される。図４を参照して、第一走行モードについて説明する。図４に示す共線図において、Ｓ１軸はサンギヤＳ１の回転数および第一回転機ＭＧ１の回転数（以下、「ＭＧ１回転数」と称する。）Ｎｍｇ１を示す。Ｃ１軸は、キャリアＣ１の回転数およびエンジン回転数Ｎｅを示す。Ｒ１軸は、リングギヤＲ１の回転数Ｎｒを示す。

第一走行モードでは、制御クラッチＣＬは解放状態とされる。第二回転機ＭＧ２は、回転を停止していることが好ましいが、走行状態に応じて正回転あるいは負回転していてもよい。ただし、第二回転機ＭＧ２の回転数（以下、「ＭＧ２回転数」と称する。）を回転軸Ｓｈの回転数よりも低回転とし、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２を解放状態としておくことが望ましい。

第一走行モードにおいて、第一回転機ＭＧ１は、負トルクを出力し、逆回転する。なお、遊星歯車機構１０について、「正回転方向」はエンジン２の運転時のキャリアＣ１の回転方向と同じ回転方向であり、「正トルク」は正回転方向のトルクである。また、遊星歯車機構１０について、「逆回転方向」はエンジン２の運転時のキャリアＣ１の回転方向と反対の回転方向であり、「逆トルク」は逆回転方向のトルクである。

第一回転機ＭＧ１が逆回転すると、第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１が係合してエンジン２およびキャリアＣ１の逆回転を規制する。これにより、キャリアＣ１は第一回転機ＭＧ１の逆トルクに対する反力受けとして機能し、ＭＧ１トルクＴｍｇ１を反転させてリングギヤＲ１から伝達経路１１に正トルクを出力させる。リングギヤＲ１から出力された正トルクは、車両１を前進させる駆動力を駆動輪２５において発生させる。

第二走行モードは、少なくともエンジン２を動力源として車両１を走行させる走行モードである。図５を参照して、第二走行モードについて説明する。第二走行モードでは、エンジン２が運転状態となり、エンジントルクＴｅを出力する。第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１は解放され、エンジン２およびキャリアＣ１の正回転を許容する。このときに、第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１は、制御によらずに自動的に解放される。第一回転機ＭＧ１は、エンジントルＴｅに対する反力トルクを出力する。第二走行モードにおけるＭＧ１トルクＴｍｇ１は、逆トルクであり、エンジントルクＴｅの方向と反対方向のトルクである。第一回転機ＭＧ１は、逆トルクを出力してエンジントルクＴｅに対する反力受けとして機能し、リングギヤＲ１から伝達経路１１に正トルクを出力させる。

第二走行モードでは、エンジン２のみを動力源として車両１を走行させることが可能である。この場合、制御部４０は、制御クラッチＣＬを解放状態とすることが好ましい。本明細書では、第二走行モードにおいて、第二回転機ＭＧ２の回転を停止させて車両１を前進走行させる状態をＭＧ２休止第二走行モードと称する。制御クラッチＣＬが解放されて第二回転機ＭＧ２が伝達経路１１から切り離されることにより、伝達経路１１の回転によって第二回転機ＭＧ２が連れ回されることが抑制され、第二回転機ＭＧ２の引き摺り損や機械損が低減される。また、第二回転機ＭＧ２において発生する損失が低減されることで、その損失分だけエンジン２の出力を低減させることができる。よって、本実施形態の車両制御装置１００は、ＭＧ２休止第二走行モードを実行することで、車両１の損失低減や燃費向上を図ることができる。

上記のように、第二走行モードにおいて制御クラッチＣＬが解放状態である場合、第二回転機ＭＧ２は、回転を停止していることが好ましいが、走行状態に応じて正回転あるいは負回転していてもよい。ただし、ＭＧ２回転数を回転軸Ｓｈの回転数よりも低回転とし、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２を解放状態としておくことが望ましい。

制御部４０は、第二走行モードにおいて、エンジン２に加えて第二回転機ＭＧ２を動力源としてもよい。第二回転機ＭＧ２を動力源とする場合、制御クラッチＣＬが係合している走行状態と、制御クラッチＣＬが解放している走行状態の何れかが選択される。図６に示すように、制御クラッチＣＬが係合している第二走行モードでは、制御クラッチＣＬを介して第二回転機ＭＧ２から回転軸ＳｈにＭＧ２トルクＴｍｇ２が伝達される。制御クラッチＣＬが係合している第二走行モードでは、第二回転機ＭＧ２に回生発電を行わせることが可能である。

図７に示すように、制御クラッチＣＬが解放している第二走行モードでは、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２を介して第二回転機ＭＧ２から回転軸ＳｈにＭＧ２トルクＴｍｇ２が伝達される。制御クラッチＣＬが解放している第二走行モードから第二回転機ＭＧ２に回生発電を行わせようとする場合、制御クラッチＣＬを係合する必要がある。

第三走行モードは、第二回転機ＭＧ２を動力源として車両１を走行させる走行モードである。第三走行モードでは、例えば、図８に示すように、制御クラッチＣＬが解放状態とされ、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２が係合状態とされる。第二回転機ＭＧ２は、車両１を前進走行させる場合、正トルクを出力して正回転する。正回転方向のＭＧ２トルクＴｍｇ２は、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２、回転軸Ｓｈおよび伝達経路１１を経由して駆動輪２５に伝達され、駆動輪２５において前進方向の駆動力を発生させる。

ここで、図４に示す第一走行モードから、図５乃至図７に示す第二走行モードへ移行する場合、停止していたエンジン２を始動する必要がある。本実施形態に係る車両１では、第一回転機ＭＧ１がエンジン２を始動するスタータモータを兼ねている。このため、以下に説明するように、第一走行モードから第二走行モードへ移行する際に、トルク変動が発生してドライバビリティの低下を招く可能性がある。図９に示すように、第一回転機ＭＧ１は、エンジン２をクランキングする場合、正回転方向のＭＧ１トルクＴｍｇ１を出力してエンジン回転数を上昇させる。このときに、リングギヤＲ１にはエンジン２の回転抵抗に応じた逆トルクＴｒが作用する。つまり、ＭＧ１トルクＴｍｇ１が逆トルクから正トルクに逆転すること、およびエンジン２をクランキングすることによる逆トルクＴｒが作用することによって、リングギヤＲ１から出力されるトルクが変動してしまう。このトルク変動により、ショックが発生し、ドライバビリティの低下を招く可能性がある。

これに対して、本実施形態に係る車両制御装置１００の制御部４０は、第一走行モードから第二走行モードへ移行する場合、第一走行モードと第二走行モードの間に、第二回転機ＭＧ２のトルクによって車両１を走行させる所定の走行状態を介在させる。言い換えると、制御部４０は、第一走行モードから第二走行モードへの移行判断をした場合、第一走行モードから所定の走行状態を経由して第二走行モードへと走行モードを変化させる。これにより、以下に図１０を参照して説明するように、エンジン２を始動する際のトルク変動を抑制することができる。

図１０には、（ａ）アクセル開度、（ｂ）走行モード、（ｃ）制御クラッチＣＬの状態、（ｄ）回転数、（ｅ）トルク、が示されている。図１０（ｄ）の回転数の欄には、エンジン回転数Ｎｅ、ＭＧ１回転数Ｎｍｇ１、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２およびシャフト回転数Ｎｓｈが示されている。シャフト回転数Ｎｓｈは、回転軸Ｓｈの回転数であり、車速およびリングギヤＲ１の回転数Ｎｒと比例関係にある。

図１０（ｅ）のトルクの欄には、エンジントルクＴｅ、ＭＧ１トルクＴｍｇ１、ＭＧ２トルクＴｍｇ２および出力軸トルクＴｏｕｔが示されている。出力軸トルクＴｏｕｔは、駆動輪２５に伝達されるトルクである。なお、図１０では、比較が容易となるように、駆動輪２５に伝達されるトルクの値を回転軸Ｓｈ上のトルクに換算した値が示されている。つまり、図１０に示す出力軸トルクＴｏｕｔの値は、駆動輪２５の要求トルクに対応する回転軸Ｓｈ上のトルク値である。

時刻ｔ１よりも前から、車両１は第一走行モードで走行している。時刻ｔ１となるまでは、車両１はＭＧ１トルクＴｍｇ１によって走行しており、ＭＧ１トルクＴｍｇ１の値は出力軸トルクＴｏｕｔを実現できるトルク値となっている。時刻ｔ１にアクセル開度が増加して加速が要求される。制御部４０は、時刻ｔ１にＭＧ１トルクＴｍｇ１の大きさを増加させ、出力軸トルクＴｏｕｔを増加させる。また、制御部４０は、時刻ｔ１から第二回転機ＭＧ２の回転を開始させる。第二回転機ＭＧ２は正トルクを出力し、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２を徐々に上昇させる。

時刻ｔ２にＭＧ２回転数Ｎｍｇ２がシャフト回転数Ｎｓｈに同期して第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２が係合する。回転数が同期することは、典型的にはＭＧ２回転数Ｎｍｇ２がシャフト回転数Ｎｓｈに一致することであるが、これに加えて、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２とシャフト回転数Ｎｓｈの差回転数の絶対値が所定値以下となることが含まれてもよい。制御部４０は、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２の差回転数が所定値以下となると、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２の同期が完了したと判断する。なお、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２の差回転数は、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２とシャフト回転数Ｎｓｈとの差回転数に相当する。制御部４０は、例えば、車速センサから取得する車速の値と、ＭＧ２回転数センサから取得するＭＧ２回転数Ｎｍｇ２とに基づいて第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２の差回転数を算出する。制御部４０は、少なくとも第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２が係合するまでの間はＭＧ１トルクＴｍｇ１によって車両１を前進走行させる。つまり、制御部４０は、所定の走行状態へ移行させる場合、第一走行モードの実行中に第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２を係合させることになる。

制御部４０は、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２の差回転数が所定値以下となると、第一回転機ＭＧ１と第二回転機ＭＧ２との間でトルクのすり替えを行う。トルクのすり替えは、第一回転機ＭＧ１と第二回転機ＭＧ２のトルク分担割合を変更し、動力源を第一回転機ＭＧ１から第二回転機ＭＧ２に徐々に変更するものである。図１０では、時刻ｔ２にトルクのすり替えが開始される。制御部４０は、出力軸トルクＴｏｕｔの大きさを一定に維持するように、ＭＧ２トルクＴｍｇ２を徐々に増大させ、かつＭＧ１トルクＴｍｇ１を徐々に低減させる。本実施形態では、制御部４０は、トルクのすり替えにおいて、時刻ｔ２から時刻ｔ３に向けて、第二回転機ＭＧ２が出力する正トルクを徐々に増大させ、かつ第一回転機ＭＧ１が出力する負トルクを徐々に低減させる。

制御部４０は、トルクのすり替えの際、出力軸トルクＴｏｕｔが一定となるように、ＭＧ２トルクＴｍｇ２を増大させ、かつＭＧ１トルクＴｍｇ１を低減させる。これにより、出力軸トルクＴｏｕｔを変動させずに第一回転機ＭＧ１から第二回転機ＭＧ２に動力源を変更することができる。時刻ｔ３にＭＧ２トルクＴｍｇ２の値が出力軸トルクＴｏｕｔに到達し、ＭＧ１トルクＴｍｇ１が０となってトルクのすり替えが完了する。トルクのすり替えがなされている時刻ｔ２から時刻ｔ３の間は、車両１において第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２を動力源として走行する走行状態が実行される。この走行状態では、出力軸トルクＴｏｕｔの一部をＭＧ１トルクＴｍｇ１が分担し、出力軸トルクＴｏｕｔの残りをＭＧ２トルクＴｍｇ２が分担する。なお、制御部４０は、トルクのすり替えがなされている時刻ｔ２と時刻ｔ３の間に制御クラッチＣＬを係合する。

車両１は、トルクのすり替えが完了すると、第二回転機ＭＧ２を動力源とする所定の走行状態となる。所定の走行状態では、第二回転機ＭＧ２のみを動力源として車両１を走行させることができる。制御部４０は、所定の走行状態となった後の時刻ｔ４にエンジン２の始動を開始する。図１１を参照して、エンジン２の始動について説明する。制御部４０は、ＭＧ１トルクＴｍｇ１を正トルクとしてエンジン回転数Ｎｅを上昇させる。このときに、リングギヤＲ１にはエンジン２の回転抵抗に応じた逆トルクＴｒが作用する。制御部４０は、逆トルクＴｒによる出力軸トルクＴｏｕｔの変動を抑制するように、ＭＧ２トルクＴｍｇ２を増加させる。図１０に示すように、制御部４０は、ＭＧ１トルクＴｍｇ１によってエンジン２のクランキングを行う時刻ｔ４から時刻ｔ５の間、ＭＧ２トルクＴｍｇ２を増加させて出力軸トルクＴｏｕｔのトルク変動を抑制する。

制御部４０は、エンジン回転数Ｎｅが所定の回転数まで上昇すると、エンジン２における燃料の噴射と点火を開始してエンジン２を自立運転に移行させる。図１０に示すように、制御部４０は、時刻ｔ５にエンジン２が自立運転を開始すると、ＭＧ１トルクＴｍｇ１を０としてクランキングを終了させる。制御部４０は、時刻ｔ６にエンジントルクＴｅおよびＭＧ２トルクＴｍｇ２による第二走行モードの走行を開始する。制御部４０は、出力軸トルクＴｏｕｔをアクセル開度に基づいて算出される要求駆動力に応じたトルク値とするように、エンジントルクＴｅおよびＭＧ２トルクＴｍｇ２を調節する。また、制御部４０は、エンジントルクＴｅを駆動輪２５に出力させるように、ＭＧ１トルクＴｍｇ１を逆トルクとして第一回転機ＭＧ１をエンジントルクＴｅに対する反力受けとして機能させる。

以上説明したように、本実施形態の車両制御装置１００の制御部４０は、第一走行モードから所定の走行状態を開始するときに、時刻ｔ２に第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２を係合させてから、駆動輪２５に伝達されるトルク（出力軸トルクＴｏｕｔ）の大きさを一定に維持するように時刻ｔ２と時刻ｔ３の間でＭＧ２トルクＴｍｇ２を増大させると共にＭＧ１トルクＴｍｇ１を低減させる。また、制御部４０は、所定の走行状態からＭＧ１トルクＴｍｇ１によってエンジン２を始動して車両１の走行モードを第二走行モードへ移行させる。本実施形態の車両制御装置１００によれば、動力源を第一回転機ＭＧ１から第二回転機ＭＧ２に切り替えてからＭＧ１トルクＴｍｇ１によるエンジン始動がなされることで、エンジン２をクランキングするときのトルク変動が抑制され、ドライバビリティが向上する。

次に、充電状態ＳＯＣに基づいて第一走行モードから第二走行モードへ移行する場合の動作について、図１２を参照して説明する。図１２には、（ａ）アクセル開度、（ｂ）充電状態ＳＯＣ、（ｃ）走行モード、（ｄ）制御クラッチＣＬの状態、（ｅ）回転数、（ｆ）トルク、が示されている。アクセル開度の値は一定で推移しており、時刻ｔ１１に充電状態ＳＯＣが閾値以下となって第一走行モードから第二走行モードへの移行判断がなされる。

制御部４０は、第二走行モードへの移行判断がなされた時刻ｔ１１にＭＧ２回転数Ｎｍｇ２の上昇を開始させる。制御部４０は、時刻ｔ１２に第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２の差回転数が所定値以下となると、トルクのすり替えを開始する。ここで、図１０に示す制御と異なる点は、制御クラッチＣＬの係合がなされず、制御クラッチＣＬが解放状態に維持される点である。充電状態ＳＯＣの低下によって第二走行モードが実行される場合、第二走行モードにおいて、第一回転機ＭＧ１の発電によって生成された電力でバッテリ４を充電する充電動作がなされる。充電動作では、第二回転機ＭＧ２は停止される。つまり、所定の走行状態へ移行する際に制御クラッチＣＬを係合したとしても、第二走行モードが開始されると制御クラッチＣＬが解放されてしまう。このような場合に制御クラッチＣＬを係合させずにおくことで、制御クラッチＣＬの劣化を抑制することや、消費電力の低減などが可能となる。

時刻ｔ１３にトルクのすり替えが完了すると、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までＭＧ１トルクＴｍｇ１によるエンジン２のクランキングが実行され、エンジン２が始動される。制御部４０は、エンジン２の始動が完了した後の時刻ｔ１６に第二回転機ＭＧ２とエンジン２の間でトルクのすり替えを開始する。第二走行モードにおけるトルクのすり替えは、走行用のトルクの動力源を第二回転機ＭＧ２からエンジン２に徐々に変更するものである。制御部４０は、トルクのすり替えと並行して、第一回転機ＭＧ１による発電量を増加させる。時刻ｔ１６から、ＭＧ１トルクＴｍｇ１の大きさが徐々に増大され、第一回転機ＭＧ１の発電量が徐々に増加する。制御部４０は、出力軸トルクＴｏｕｔの大きさを一定に維持するように、エンジントルクＴｅを徐々に増大させ、かつＭＧ２トルクＴｍｇ２を徐々に低減させる。エンジントルクＴｅには、第一回転機ＭＧ１の発電量の増加分に応じたトルクが更に加算される。時刻ｔ１７にトルクのすり替えが完了し、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２が低下し始める。これに伴い、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２が解放する。

なお、本実施形態における所定の走行状態とは、第二回転機ＭＧ２のみを動力源とする走行状態であって、ドライバの要求出力に応じて選択される走行状態とは関係なく、第一走行モードから第二走行モードに切り替わる際、モード間の過渡状態において実行される走行状態である。

［実施形態の第１変形例］
第一走行モードから第二走行モードへ移行させる際に制御クラッチＣＬを係合するか否かは、移行判断が所定条件の成立によってなされたかどうかによって決定されてもよい。所定条件の一例は、制動操作が検出されていることである。例えば、ブレーキペダルに対する制動操作量が所定値を超えた場合に第二走行モードへの移行判定がなされる車両１では、当該制動操作量に基づく移行判定によって第一走行モードから第二走行モードへ移行させる際に、制御クラッチＣＬが係合される。

本変形例では、制御部４０は、所定条件の成立によって第一走行モードから第二走行モードへ走行モードを移行させる場合、第一走行モードから所定の走行状態を開始するときに、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２を係合させてから制御クラッチＣＬを係合し、制御クラッチＣＬを係合したまま走行モードを第二走行モードへ移行させる。これにより、係合ショックを抑制しながら制御クラッチＣＬを係合させることができる。

第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２が係合する前に制御クラッチＣＬを係合すると、係合の際に係合ショックが発生することがある。これに対して、第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２の差回転数が所定値以下となってから制御クラッチＣＬを係合させるようにすれば、係合ショックを抑えて制御クラッチＣＬを係合することが可能である。図１３に示すように、制御クラッチＣＬが係合状態とされていることにより、第二回転機ＭＧ２と伝達経路１１は制御クラッチＣＬを介して双方向にトルクを伝達する。

制御部４０は、制御クラッチＣＬを係合したまま所定の走行状態から第二走行モードへ走行モードを移行させる。これにより、第二走行モードの開始後に速やかに第二回転機ＭＧ２の回生発電による制動力を発生させることができる。

一方、制御部４０は、所定条件の成立によらずに第一走行モードから第二走行モードへ走行モードを移行させる場合、制御クラッチＣＬを解放したままで第一走行モードから所定の走行状態を経由して第二走行モードへ走行モードを移行させる。例えば、上記のように所定条件とは異なる充電状態ＳＯＣの低下という条件によって第一走行モードから第二走行モードへ移行する場合、制御部４０は制御クラッチＣＬを解放状態に維持したままで第二走行モードへ移行させる。これにより、移行後に第二回転機ＭＧ２を伝達経路１１から切り離す場合に、制御クラッチＣＬの解放動作が不要となる。よって、制御クラッチＣＬの劣化抑制や電力消費の低減だけでなく、制御を簡素化できるという利点もある。

［実施形態の第２変形例］
上記実施形態では、第一回転機ＭＧ１から第二回転機ＭＧ２へのトルクのすり替えにおいて、制御部４０は、ＭＧ１トルクＴｍｇ１が０となるまで、ＭＧ１トルクＴｍｇ１およびＭＧ２トルクＴｍｇ２を徐々に変化させ、その後にエンジン２を始動した。これに代えて、トルクのすり替えが終了する前にエンジン２の始動が開始されてもよい。この場合、制御部４０は、エンジン２の始動を開始する際に、すり替えが完了していない分のＭＧ１トルクＴｍｇ１を補うトルクと、エンジン始動による反力分の逆トルクＴｒによる出力軸トルクＴｏｕｔの変動を抑制するトルクをＭＧ２トルクＴｍｇ２の要求値に上乗せするようにすればよい。

［実施形態の第３変形例］
制御クラッチＣＬは、例示した噛合式のクラッチに限定されるものではなく、摩擦式のクラッチ等であってもよい。制御クラッチＣＬは、例えば、湿式や乾式の多板クラッチ等であってもよい。また、制御クラッチＣＬのアクチュエータ３５は、電磁力に代えて、油圧等によって係合あるいは解放させるものであってもよい。第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１および第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２は、スプラグ式のワンウェイクラッチに限定されるものではなく、他の方式のワンウェイクラッチであってもよい。第一ワンウェイクラッチＯＷＣ１および第二ワンウェイクラッチＯＷＣ２は、一方の係合要素から他方の係合要素への一方の回転方向のトルクを伝達し、他方の回転方向のトルクの伝達を遮断する機能を有するものであればよい。

上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１ 車両
２ エンジン
５ 車体
１０ 遊星歯車機構
Ｓ１ サンギヤ
Ｐ１ ピニオンギヤ
Ｒ１ リングギヤ
Ｃ１ キャリア
１１ 伝達経路
２０ 出力軸
２５ 駆動輪
４０ 制御部
５０ ＨＶ＿ＥＣＵ
６０ ＭＧ＿ＥＣＵ
７０ エンジンＥＣＵ
１００ 車両制御装置
ＭＧ１ 第一回転機
ＭＧ２ 第二回転機
ＣＬ 制御クラッチ
ＯＷＣ１ 第一ワンウェイクラッチ
ＯＷＣ２ 第二ワンウェイクラッチ

Claims (3)

1. エンジンと、
   第一回転機と、
   前記第一回転機に接続されたサンギヤ、前記エンジンに接続されたキャリアおよび駆動輪に接続されたリングギヤを有する遊星歯車機構と、
   第二回転機と、
   前記遊星歯車機構と前記駆動輪との動力の伝達経路と、
   前記伝達経路および前記第二回転機に接続され、任意に係合および解放可能な制御クラッチと、
   前記エンジンの回転軸と車体とを接続し、前記回転軸が前記エンジンの運転時の回転方向に回転することを許容する第一ワンウェイクラッチと、
   前記伝達経路および前記第二回転機に接続され、前記第二回転機から前記伝達経路への車両を前進させる回転方向のトルクの伝達を許容する第二ワンウェイクラッチと、
   前記エンジン、前記第一回転機、前記第二回転機および前記制御クラッチを制御する制御部と、
   前記エンジンを停止しかつ前記制御クラッチを解放状態として前記第一回転機を動力源として前記車両を走行させる第一走行モードと、
   少なくとも前記エンジンを動力源として前記車両を走行させる第二走行モードと、
   を備え、
   前記制御部は、前記第一走行モードから前記第二走行モードへ移行させる場合、前記第一走行モードと前記第二走行モードの間に、前記第二回転機のトルクによって前記車両を走行させる所定の走行状態を介在させ、
   前記制御部は、前記第一走行モードから前記所定の走行状態を開始するときに、前記第二ワンウェイクラッチを係合させてから、前記駆動輪に伝達されるトルクの大きさを一定に維持するように前記第二回転機のトルクを増大させると共に前記第一回転機のトルクを低減させ、
   前記制御部は、前記所定の走行状態から前記第一回転機のトルクによって前記エンジンを始動して前記第二走行モードへ移行させる
   ことを特徴とする車両制御装置。
2. 前記制御部は、所定条件の成立によって前記第一走行モードから前記第二走行モードへ移行させる場合、前記第一走行モードから前記所定の走行状態を開始するときに、前記第二ワンウェイクラッチを係合させてから前記制御クラッチを係合し、前記制御クラッチを係合したまま前記第二走行モードへ移行させ、
   前記制御部は、前記所定条件の成立によらずに前記第一走行モードから前記第二走行モードへ移行させる場合、前記制御クラッチを解放したままで前記第一走行モードから前記所定の走行状態を経由して前記第二走行モードへ移行させる
   請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記所定条件は、制動操作が検出されていることである
   請求項２に記載の車両制御装置。

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