JP2016132325A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電動走行時にエンジンをクランキングする際に、駆動軸に伝わるショックや減速度を低減でき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、エンジン２２と、第一回転電機ＭＧ１と、伝達軸３２と、車輪に駆動トルクを伝達する駆動軸と、前記伝達軸３２、前記エンジン２２、および前記第一回転電機ＭＧ１のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の２つの要素間で動力伝達を可能とする動力分割機構３０と、前記伝達軸３２に連結される第二回転電機ＭＧ２と、前記伝達軸３２と、駆動軸３６との間に介在する変速機６０と、を備え、電動走行中に、第二回転電機の出力トルクが制限された際、前記エンジン２２を始動させ、前記エンジン２２の始動は、前記変速機６０の変速比を小さくしてから前記第一回転電機ＭＧ１で前記エンジン２２をクランキングすることにより行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関し、特に、エンジンおよび回転電機の少なくとも一方から出力されたトルクを、変速機を介して駆動軸に出力するハイブリッド車両に関する。

従来から、駆動輪を駆動するためのエンジンおよび第二回転電機と、エンジンの動力により発電可能な第一回転電機と、プラネタリギヤからなる動力分割機構と、を備えたハイブリッド車両が知られている。かかるハイブリッド車両は、エンジンでは大きなトルクを出しづらい低回転域においては、第二回転電機からの出力トルクのみで車両を走行させるＥＶ走行を行うことが多い。

しかし、ＥＶ走行中であっても、第二回転電機に異常が検知された場合には、当該第二回転電気の駆動を停止するとともに、エンジンを始動して当該エンジンからの出力トルクで車両を走行させるエンジン直行トルク走行に移行することが提案されている。例えば、特許文献１には、ＥＶ走行中に、第二回転電機の異常が検知され、かつ、車速が一定以上の場合には、第二回転電機の駆動を停止するとともに、第一回転電機でエンジンをクランキングしてエンジンを始動させ、エンジンの出力トルクだけで車両を走行させるエンジン直行トルク走行に移行させることが開示されている。かかる技術によれば、異常に起因して、第二回転電機の駆動が停止されたとしても、走行を継続することができる。

特開２０１１−４６２５２号公報

しかし、第一回転電機でエンジンをクランキングしてエンジンを始動させる場合、第一回転電機の駆動に伴い第二回転電機の回転軸に反力が生じる。第二回転電機が正常な場合、第二回転電機から、この反力を打ち消すためのキャンセルトルクを出力していた。しかし、第二回転電機の駆動が停止されている状態では、第二回転電機でキャンセルトルクを出力することが出来ない。そのため、反力トルクが、減速トルクとして駆動軸に伝わる。特に、第二回転電機と駆動軸との間に変速機を配置したハイブリッド車両において、低変速段で走行中に、このクランキングを行うと、反力トルクが大きく増幅されて駆動軸に伝わるため、急激な減速、ショックが生じる。

そこで、本発明では、電動走行時にエンジンをクランキングする際に、駆動軸に伝わるショックや減速度を低減できるハイブリッド車両を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、エンジンと、第一回転電機と、伝達軸と、車輪に駆動トルクを伝達する駆動軸と、前記伝達軸、前記エンジンの出力軸、および前記第一回転電機の出力軸の三要素の各々を機械的に連結し、かつ、前記三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の２つの要素間で動力伝達を可能とする動力分割機構と、前記伝達軸に連結される第二回転電機と、前記伝達軸と、前記駆動軸との間に介在する変速機であって、変速比が変更可能な変速機と、を備え、前記エンジンの駆動を停止して前記第二回転電機からの出力トルクで走行する電動走行中に、第二回転電機の出力トルクが制限された際、前記エンジンを始動させ、前記エンジンの始動は、前記変速機の変速比を小さくしてから前記第一回転電機で前記エンジンをクランキングすることにより行われる、ことを特徴とする。この場合、前記第二回転電機または前記第二回転電機に対応するインバータの温度が規定の閾値を超える場合に、前記第二回転電機の出力トルクが制限されることが望ましい。

他の本発明であるハイブリッド車両は、エンジンと、第一回転電機と、伝達軸と、車輪に駆動トルクを伝達する駆動軸と、前記伝達軸、前記エンジンの出力軸、および前記第一回転電機の出力軸の三要素の各々を機械的に連結し、かつ、前記三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の２つの要素間で動力伝達を可能とする動力分割機構と、前記伝達軸に連結される第二回転電機と、前記伝達軸と、前記駆動軸との間に介在する変速機であって、変速比が変更可能な変速機と、を備え、前記エンジンの駆動を停止して前記第二回転電機からの出力トルクで走行する電動走行中に、第二回転電機の異常が検知された場合に、前記エンジンを始動させ、前記エンジンの始動は、前記変速機の変速比を小さくしてから前記第一回転電機で前記エンジンをクランキングすることにより行われる、ことを特徴とする。この場合、前記第二回転電機の異常が検知された場合には、前記第二回転電機の駆動が停止され、前記第二回転電機の出力トルクがゼロに制限される、ことが望ましい。

他の好適な態様では、前記変速機は、有段変速機であり、前記エンジンの始動時に、前記変速機の変速段が最高段数である場合、前記変速機をシフト変更することなく、前記エンジンのクランキングを実行させる。

他の好適な態様では、前記変速機は、有段変速機であり、前記クランキングにより前記エンジンが始動した後は、前記変速機の変速比を車速に応じて変更する。

本発明によれば、クランキングに先だって、変速機の変速比を小さくしているため、トルク伝達比を下げた状態でクランキングを行うことができる。結果として、クランキングに伴い生じる反力トルクが変速機で大きく増幅されることが防止でき、駆動軸に伝わるショックや減速度を低減できる。

本発明の実施形態であるハイブリッド車両の主たる構成を示す図である。 動力分割機構および変速機の構成を示す図である。 変速機の作動表である。 動力分割機構、および、変速機の各軸の回転速度の関係を説明するための共線図である。 第二回転電機の出力トルクが制限された場合の制御の流れを説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態であるハイブリッド車両１０の主たる構成を示す図である。また、図２は、動力分割機構３０および変速機６０の構成を示す図である。

ハイブリッド車両１０は、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６に接続された３軸式の動力分割機構３０と、動力分割機構３０に接続された発電可能な第一回転電機ＭＧ１と、動力分割機構３０に接続された第二回転電機ＭＧ２と、車両全体をコントロールするハイブリッド電子制御ユニット（以下「ＨＶＥＣＵ」という）７０とを含む。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下「エンジンＥＣＵ」という）２４により燃料噴射制御や点火制御、吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。

動力分割機構３０は、外歯歯車のサンギヤＳ０と、サンギヤＳ０と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤＲ０と、サンギヤＳ０に噛合すると共にリングギヤＲ０に噛合する複数のピニオンギヤＰ０と、複数のピニオンギヤＰ０を自転かつ公転自在に保持するキャリアＣＡ０とを含む。動力分割機構３０は、サンギヤＳ０とリングギヤＲ０とキャリアＣＡ０とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。

キャリアＣＡ０には、エンジン２２のクランクシャフト２６が連結され、サンギヤＳ０には第一回転電機ＭＧ１の回転軸（出力軸）が連結され、リングギヤＲ０には伝達軸３２（変速機６０の入力軸６１）が連結されている。動力分割機構３０は、この伝達軸３２、クランクシャフト２６、第一回転電機ＭＧ１の回転軸の三要素を機械的に連結し、かつ、この三要素のうちいずれか一つを反力要素とすることで、他の二つの要素間での動力伝達を可能としている。例えば、動力分割機構３０は、第一回転電機ＭＧ１が発電機として機能するときには、キャリアＣＡ０から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤＳ０側とリングギヤＲ０側にそのギヤ比に応じて分配する。動力分割機構３０は、第一回転電機ＭＧ１が電動機として機能するときには、キャリアＣＡ０から入力されるエンジン２２からの回転力とサンギヤＳ０から入力される第一回転電機ＭＧ１からの回転力を統合してリングギヤＲ０側に出力する。リングギヤＲ０に出力された動力は、リングギヤＲ０の回転軸から伝達軸３２、変速機６０、駆動軸３６、デファレンシャルギヤ３７を介して車輪３８ａ，３８ｂに出力される。

第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２は、発電機として駆動することができるとともに電動機として駆動できる周知の同期発電電動機を用いることができる。第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。

インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ラインは、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線を含む。これにより、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の一方で発電される電力を他の回転電機ＭＧ１，ＭＧ２で消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２から生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、第一回転電機ＭＧ１と第二回転電機ＭＧ２とにより電力収支のバランスをとるようにすれば、バッテリ５０は充放電されない。

第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、ともにモータ用電子制御ユニット（以下「モータＥＣＵ」という）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号が入力されている。これらの信号は、例えば、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転速度を検出するレゾルバ４３，４４からの信号や、図示しない電流センサで検出した第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などを含む。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。

変速機６０は、伝達軸３２（入力軸６１）と駆動軸３６との間に介在し、複数段に変速可能、すなわち、変速比を変更可能な有段変速機である。変速機６０は、シングルピニオン式の二つのプラネタリギヤ６２，６４と、４つのクラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｆ１および２つのブレーキＢ１，Ｂ２と、を備える。この変速機６０は、複数のクラッチおよびブレーキの状態（係合状態（半係合状態を含む）または解放状態）を切り替えることで、変速段の変更や入力軸６１と駆動軸３６との接続の解除を行なうことができるように構成されている。

プラネタリギヤ６２は、外歯歯車のサンギヤＳ１と、このサンギヤＳ１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤＲ１と、サンギヤＳ１に噛合すると共にリングギヤＲ１に噛合する複数のピニオンギヤＰ１と、複数のピニオンギヤＰ１を自転かつ公転自在に保持するキャリアＣＡ１と、を備える。このプラネタリギヤ６２は、所定のギヤ比ρ１（０＜ρ１＜１）を有している。

プラネタリギヤ６４は、外歯歯車のサンギヤＳ２と、このサンギヤＳ２と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤＲ２と、サンギヤＳ２に噛合するとともにリングギヤＲ２に噛合する複数のピニオンギヤＰ２と、複数のピニオンギヤＰ２を自転かつ公転自在に保持するキャリアＣＡ２と、を備える。このプラネタリギヤ６４は、所定のギヤ比ρ２（０＜ρ２＜ρ１）を有している。

サンギヤＳ１は、クラッチＣ３のオンオフによって伝達軸３２（入力軸６１）との接続や接続の解除ができるようになっているとともにブレーキＢ１のオンオフによってその回転を停止または自由にできるようになっている。また、キャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２は、一体的に連結されており、クラッチＣ２のオンオフによって伝達軸３２（入力軸６１）との接続や接続の解除ができるようになっているとともにブレーキＢ２のオンオフによってその回転を停止または自由にできるようになっている。リングギヤＲ１およびキャリアＣＡ２は、一体的に連結されて駆動軸３６に連結されている。サンギヤＳ２は、クラッチＣ１のオンオフによって伝達軸３２（入力軸６１）との接続や接続の解除ができるようになっている。さらに、キャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２は、一方向クラッチＦ１を介して非回転部材であるケース１２に連結されており、エンジン２２と同方向の回転が許容され、逆方向の回転が禁止されている。

図３は、この変速機６０の作動表である。図３に示すように、変速機６０は、シフトポジションＳＰが駐車ポジション（Ｐ）やニュートラルポジション（Ｎ）では、クラッチＣ１，Ｃ２，Ｆ１とブレーキＢ１，Ｂ２とを全てオフにする。すなわち、伝達軸３２（入力軸６１）と駆動軸３６とを切り離す。また、シフトポジションＳＰがドライブポジション（Ｄ）の１速では、クラッチＣ１とクラッチＦ１、ブレーキＢ２、とを係合するとともにクラッチＣ２，Ｃ３とブレーキＢ１とを解放する。２速では、クラッチＣ１とブレーキＢ１とを係合するとともにクラッチＣ２，Ｃ３，Ｆ１とブレーキＢ２とを解放する。３速では、クラッチＣ１とクラッチＣ２とを係合するとともにクラッチＣ３，Ｆ１とブレーキＢ１，Ｂ２とを解放する。４速では、クラッチＣ２とブレーキＢ１とを係合するとともにクラッチＣ１，Ｃ３，Ｆ１とブレーキＢ２を解放する。さらに、シフトポジションＳＰがリバースポジション（ＲＥＶ）では、クラッチＣ２とブレーキＢ２とを係合するとともにクラッチＣ１，Ｃ３，Ｆ１とブレーキＢ１とを解放する。クラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｆ１やブレーキＢ１，Ｂ２のオンオフは、図示しない油圧式のアクチュエータの駆動により行なわれる。

モータＥＣＵ４０は、レゾルバ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転速度算出ルーチンにより第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転速度Ｎｍ１，Ｎｍ２やリングギヤＲ０の回転軸の回転速度Ｎｒを計算している。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信している。

モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によって第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するとともに、必要に応じて第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。また、モータＥＣＵ４０は、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力トルク制限の要否を判断し、その結果をＨＶＥＣＵ７０に出力している。第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクは、フェールが発生した場合や、各回転電機の温度が基準値を超えた場合等に制限される。フェールとは、例えば、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２そのものの故障の他、レゾルバ４３，４４の故障や、インバータ４１，４２から回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に供給される電流を検出するセンサ（図示せず）の故障などが含まれる。こうしたフェールが発生した場合には、対応する回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の駆動を停止（すなわち、出力トルクをゼロに制限）する。また、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２や、対応するインバータ４１，４２の温度が基準値を超えて高温の場合には、その温度に応じて、対応する回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクを制限する。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下「バッテリＥＣＵ」という）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間電圧、バッテリ５０の充放電電流、バッテリ５０の温度などが入力されている。これらのバッテリ５０の状態に関するデータは、必要に応じて通信によりＨＶＥＣＵ７０に送信される。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ＨＶＥＣＵ７０は、ＣＰＵを中心として構成されており、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶し情報を書込可能なフラッシュＲＯＭと、データを一時的に記憶するＲＡＭと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを含んで構成される。

ＨＶＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチからのイグニッション信号、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジションＳＰ、アクセルペダルの踏み込み量に対応したアクセル開度、ブレーキペダルの踏み込み量を示すブレーキペダルポジション、車輪速センサからの車輪速などが入力ポートを介して入力されている。

また、ＨＶＥＣＵ７０からは、変速機６０への制御信号などが出力されている。なお、ＨＶＥＣＵ７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

このような構成を有するハイブリッド車両１０においては、アクセル開度と車速とに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクが計算され、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤＲ０の回転軸（伝達軸３２、入力軸６１）に出力されるようにエンジン２２と第一回転電機ＭＧ１と第二回転電機ＭＧ２とが運転制御される。

ハイブリッド車両１０の走行モードとしては、トルク変換走行モード、充放電走行モード、モータ走行モード、エンジン直行トルク走行モードなどがある。トルク変換走行モードでは、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２が運転制御されるとともに、エンジン２２から出力される動力のすべてが動力分割機構３０と第一回転電機ＭＧ１と第二回転電機ＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤＲ０の回転軸に出力されるよう第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２が駆動制御される。

充放電走行モードでは、要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２が運転制御されるとともに、バッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分割機構３０と第一回転電機ＭＧ１と第二回転電機ＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤＲ０の回転軸に出力されるよう第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２が制御される。

モータ走行モードでは、エンジン２２の運転を停止して車両からの要求動力に見合う動力がリングギヤＲ０の回転軸に出力されるよう第二回転電機ＭＧ２が運転制御される。このモータ走行モードは、電動走行や、ＥＶ走行とも呼ばれる。以下の説明では、この走行モードを「ＥＶ走行モード」と呼ぶ。

エンジン直行トルク走行モードでは、第二回転電機ＭＧ２の運転が停止され、第一回転電機ＭＧ１でエンジントルクの反力を受け持ちながらエンジン２２から動力分割機構３０を介してリングギヤＲ０の回転軸に直接伝達されるトルク（これをエンジン直達トルクともいう）だけで走行が行なわれる。

次に、第二回転電機ＭＧ２の出力トルクが制限された場合の制御について説明する。既述した通り、第二回転電機ＭＧ２に関連する異常（フェール）が生じた場合、ＨＶＥＣＵ７０は、モータＥＣＵ４０に対して、第二回転電機ＭＧ２の駆動停止、すなわち、第二回転電機ＭＧ２の出力トルクをゼロに制限することを指示する。第二回転電機ＭＧ２の駆動を停止した場合には、エンジン直行トルク走行モードに移行し、退避走行を行う。ここで、第二回転電機ＭＧ２のフェール検出時点で、エンジン２２が停止している場合がある。例えば、第二回転電機ＭＧ２のフェール検出時点で、ＥＶ走行を行っている場合には、エンジン２２は、停止している。かかる場合には、エンジン直行トルク走行モードに移行するために、エンジン２２を始動しなければならない。

また、第二回転電機ＭＧ２は、当該第二回転電機ＭＧ２や、第二回転電機ＭＧ２を駆動するインバータ４２の電子部品等を熱から保護するために、その出力トルクが制限される場合がある。ＥＶ走行中に第二回転電機ＭＧ２の出力トルクが制限され、第二回転電機ＭＧ２のみで、駆動に必要なトルクが出力できない場合には、やはり、エンジン２２を始動し、当該エンジン２２からトルクを出力する必要がある。

エンジン２２を始動させる際には、第一回転電機ＭＧ１でエンジン２２をクランキングする。クランキングを行う際に第一回転電機ＭＧ１は、正トルクを出力するが、その反力が、伝達軸３２（ひいては入力軸６１）に、負トルク（反力トルク）として伝達される。第二回転電機ＭＧ２が正常な場合には、この反力トルクを打ち消すために、第二回転電機ＭＧ２から正トルクを出力していた。しかし、第二回転電機ＭＧ２の駆動が停止、あるいは、駆動していても、その出力トルクが制限されていて反力トルクを打ち消すだけのトルクが出力できない場合には、当該反力トルクが、変速機６０により変速されたうえで駆動軸３６に伝達される。そして、これにより、車両には、反力トルクに起因する減速や、ショックが生じることがあった。特に、変速機６０の変速比が大きい（例えば、１速や２速選択時）場合、反力トルクは、変速機６０により、増幅されて車両に伝わるため、減速度やショックがより大きくなる。しかし、このエンジン２２が停止するＥＶ走行は、低速走行時に、多用されており、この低速走行時には、低い変速段が選択されていることが多い。つまり、ＥＶ走行中にエンジンを始動する際には、変速段が低いことが多く、クランキングに起因する減速やショックが大きくなりやすかった。

そこで、本実施形態では、ＥＶ走行中にエンジンを始動する際に生じる車両の急激な減速や、ショックを低減するために、クランキングに先だって変速機６０の変速比を小さく、すなわち、変速段をアップシフトする処理を行っている。これにより、クランキングに伴う、車両の減速やショックを低減することができる。これについて、図４を参照して説明する。図４は、動力分割機構３０の３軸、および、変速機６０を構成する二つのプラネタリギヤ６２，６４の各軸の回転速度の関係を説明するための共線図である。この共線図は、動力分割機構３０、および、変速機６０を構成する二つのプラネタリギヤ６２，６４のギヤ比の関係を示す横軸と、相対的回転速度を示す縦軸とから成る二次元座標である。また、図４において、上段は、１速選択時の、下段は、４速選択時をそれぞれ示している。

動力分割機構３０の３軸には、第一回転電機ＭＧ１の回転速度Ｎｍ１、エンジン回転速度Ｎｅ、および第二回転電機ＭＧ２の回転速度Ｎｍ２がそれぞれ与えられる。エンジン２２の回転速度Ｎｅおよび第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の回転速度Ｎｍ１，Ｎｍ２は、変速機６０の状態に関わらず、常に、図４に示すように直線上に並ぶように連動して動く。なお、エンジン回転速度Ｎｅ、第一、第二回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の回転速度Ｎｍ１，Ｎｍ２は、式１で示す関係が成立する。なお、ρ０は、動力分割機構３０を構成するプラネタリギヤの減速比である。
Ｎｅ＝Ｎｍ１×１／（１＋ρ０）＋Ｎｍ２×ρ０／（１＋ρ０）・・・式１

エンジン２２が停止し、第二回転電機ＭＧ２が回転するＥＶ走行の状態では、共線図は、図４の破線Ｌ１で示すような状態となる。このＥＶ走行の状態からエンジン始動のためにクランキングすると、共線図は、破線Ｌ１で示す状態から、実線Ｌ２で示す状態に変化する。すなわち、第一回転電機ＭＧ１が正方向に回転し、エンジン２２を所定の回転数で回転させる。

このとき、リングギヤＲ０に接続された伝達軸３２には、負のトルクが伝わる。第二回転電機ＭＧ２が正常であれば、エンジン２２をクランキングする際に伝達軸３２に生じる反力は、第二回転電機ＭＧ２を駆動することによってキャンセルできる。しかし、第二回転電機ＭＧ２に異常や高熱が発生し、その駆動が停止、あるいは、その出力トルクが制限されている場合には、この反力をキャンセルすることができない。その結果、負のトルクは、キャンセルされることなく、変速機６０に入力される。

変速機６０が１速の場合、クラッチＣ１がオンとなり、サンギヤＳ２と伝達軸３２（リングギヤＲ０に接続された軸）が連結されるため、当該サンギヤＳ２の回転数は、リングギヤＲ０の回転数（ひいては第二回転電機ＭＧ２の回転数Ｎｍ２）と等しくなる。また、ブレーキＢ２がオンとなるため、当該ブレーキＢ２に連結されたリングギヤＲ２、キャリアＣＡ１の回転速度は、０となる。サンギヤＳ２に入力されたトルクは、互いに一体的に連結されたリングギヤＲ１およびキャリアＣＡ２を介して駆動軸３６に出力される。

この１速の場合において変速機６０から出力されるトルクＴｏは、プラネタリギヤ６２の減速比をρ１（０＜ρ１＜１）、プラネタリギヤ６４の減速比をρ２（０＜ρ２＜１）とした場合、Ｔｏ＝Ｔｉｎ×（１＋ρ２）／ρ２となる。ρ２は、０より大きいため、（１＋ρ２）／ρ２は、必ず１より大きくなる。したがって、この場合、出力トルクＴｏは、入力トルクＴｉｎよりも必ず大きくなる。換言すれば、クランキングの際の変速段が１速の場合、クランキングに伴い生じた負トルクは、増幅された上で、駆動軸３６に出力されることになる。この場合、車両の急激な減速や、ショックが生じるおそれがあった。

一方、４速の場合、伝達軸３２は、クラッチＣ２がオンとなり、キャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２と伝達軸３２（リングギヤＲ０に接続された軸）が連結されるため、当該キャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２の回転数は、リングギヤＲ０の回転数（ひいては第二回転電機ＭＧ２の回転数Ｎｍ２）と等しくなる。また、ブレーキＢ１がオンとなるため、当該ブレーキＢ１に連結されたサンギヤＳ１の回転速度は、０となる。キャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２に入力されたトルクは、互いに一体的に連結されたリングギヤＲ１およびキャリアＣＡ２を介して駆動軸３６に出力される。

この４速の場合において変速機６０から出力されるトルクＴｏは、Ｔｏ＝Ｔｉｎ×１／（１＋ρ１）となる。ρ１は、０より大きいため、１／（１＋ρ１）は、必ず１より小さくなる。したがって、この場合、出力トルクＴｏは、入力トルクＴｉｎよりも必ず小さくなる。換言すれば、クランキングに先だって４速にアップシフト（変速比を小さく）しておけば、クランキングに伴い生じた負トルクは、減衰された上で、駆動軸３６に出力されることになる。この場合、車両の急激な減速や、ショックを低減できる。

次に、図５を参照して、第二回転電機ＭＧ２の出力トルクが制限（第二回転電機ＭＧ２の駆動停止時を含む）された場合の制御の流れを説明する。ＨＶＥＣＵ７０は、第二回転電機ＭＧ２のフェールの有無を定期的に監視する（Ｓ１０）。この第二回転電機ＭＧ２のフェールとしては、当該第二回転電機ＭＧ２そのものの異常はもちろん、第二回転電機ＭＧ２の状態を確認するためのセンサの異常、例えば、回転数を検知するレゾルバ４３，４４や、電流センサの異常も含む。

第二回転電機ＭＧ２のフェールが検出された場合、ＨＶＥＣＵ７０は、エンジン直行トルク走行への移行の要否を判断する（Ｓ１２）。例えば、車両が停止中である場合、エンジン直行トルク走行への移行は不要となる。この場合は、次回、走行再開時に、エンジン直行トルク走行を行えばよい。また、車両が走行中であっても、極めて低速であり、エンジン始動時に駆動軸３６に生じる反力が、車両の慣性力を上回る場合には、エンジン始動に伴い、車両が逆走するおそれがあるため、エンジン直行トルク走行へは、移行しない。一方、車両が一定以上の車速で走行している場合には、基本的には、エンジン直行トルク走行への移行が必要であるため、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、現在、ＥＶ走行中、すなわち、エンジン停止中であるか否かが判断される（Ｓ１４）。ＥＶ走行ではなく、既に、エンジン２２が始動している場合には、エンジン２２の始動動作、すなわち、クランキング等は、不要である。したがって、ＥＶ走行中でない場合には、ステップＳ２２に進み、エンジン直行トルク走行に移行する。ステップＳ２２では、エンジン直行トルク走行への移行を実行する。すなわち、第二回転電機ＭＧ２のインバータ４２をシャットダウンして非駆動状態としたうえで、エンジン２２で駆動に必要な動力を確保する。

一方、ＥＶ走行中である場合には、エンジン２２のクランキングに先だって、まず、変速機６０の段数を上げるアップシフトを行う（Ｓ１６）。アップシフトを行うことにより、変速機６０の変速比が小さくなる。なお、アップシフトを行う前に、既に、変速機６０が最高段数（本実施形態では４速）となっていた場合には、アップシフトを行うことなく、そのまま、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、ＨＶＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４およびモータＥＣＵ４０に対してエンジン始動を要求する（Ｓ１８）。具体的には、モータＥＣＵ４０は、第一回転電機ＭＧ１に対して、エンジン２２のクランキングを指示する。この指示を受けて、第一回転電機ＭＧ１は、回転駆動し、エンジン２２をクランキングする。また、エンジンＥＣＵ２４は、燃料噴射、点火、吸入空気量などの制御を行い、エンジン２２を始動させる。

エンジン２２が始動できれば、ステップＳ１６でアップシフトした変速機６０の段数を、車速に応じた段数に変更する（Ｓ２０）。そして、エンジン２２の直行トルクで車両を駆動するエンジン直行トルク走行を行う（Ｓ２２）。

一方、第二回転電機ＭＧ２にフェールが発生していない場合（ステップＳ１０でＮｏ）には、ＨＶＥＣＵ７０は、続いて、第二回転電機ＭＧ２の出力トルクの制限の有無を確認する（Ｓ２４）。ここで、「出力トルクの制限」とは、第二回転電機ＭＧ２のみで車両駆動に必要なトルクが出力できない状態、すなわち、エンジンの駆動が必要となる状態にまで出力トルクが制限されている状態を意味する。

第二回転電機ＭＧ２の出力トルクが制限されている場合には、続いて、現在、ＥＶ走行中、すなわち、エンジン停止中であるか否かが判断される（Ｓ２６）。ＥＶ走行ではなく、既に、エンジン２２が始動している場合には、エンジン２２の始動動作、すなわち、クランキング等は、不要である。したがって、ＥＶ走行中でない場合には、第二回転電機ＭＧ２のみで不足するトルクを、エンジン２２から出力させるべく、エンジン２２の駆動を制御する。

ＥＶ走行中である場合には、続いて、第二回転電機ＭＧ２で、クランキング時に生じる反力トルクを打ち消せるか否かを確認する（Ｓ２８）。第二回転電機ＭＧ２で反力トルクを打ち消せる場合には、変速機６０のアップシフトをすることなく（変速比を変更することなく）、そのまま、第一回転電機ＭＧ１でクランキングを行い、エンジン２２を始動させる（Ｓ３２）。

一方、第二回転電機ＭＧ２で反力トルクを打ち消せない場合には、エンジン２２のクランキングに先だって、まず、変速機６０の段数を上げるアップシフトを行う（Ｓ３０）。アップシフトを行うことにより、変速機６０の変速比が小さくなる。なお、このアップシフトを行う前に、既に、変速機６０が最高段数（本実施形態では４速）となっていた場合には、アップシフトを行うことなく、そのまま、ステップＳ３２に進む。変速機６０の段数が上がれば、ＨＶＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４およびモータＥＣＵ４０に対してエンジン始動を要求する（Ｓ３２）。そして、エンジン２２が始動できれば、変速機６０の段数を、車速に応じた段数に変更する（Ｓ３４）。

以上の説明から明らかな通り、本実施形態では、クランキング（Ｓ１８，Ｓ３２）に先だって、アップシフト（Ｓ１６，Ｓ３０）を行って、変速機６０の変速比を小さくしている。その結果、クランキング時に生じる負トルクが、大幅に増大されて、あるいは、減衰されないまま、駆動軸３６に伝達されることを防止でき、クランキングに伴う車両の減速やショックを低減できる。

なお、このアップシフトは、現時点での段数に関わらず、常に最高段数（本実施形態では４速）まで上げるようにしてもよいし、特定の段数だけ（例えば１速分だけ、または、２速分だけ）上げるようにしてもよい。アップシフト後の段数が高いほど、クランキングに起因する車両の減速やショックは低減されるが、一方で、段数の変化が大きいほど、シフトチェンジに起因する走行時の違和感は大きくなる。したがって、このアップシフト（Ｓ１６，Ｓ３０）において、上げる段数は、クランキングに起因する車両の減速やショックの大きさと、シフトチェンジに起因する走行時の違和感との兼ね合いで決定することが望ましい。具体的には、例えば、アップシフト前の車速や、要求トルクから求まるクランキング後のエンジンの目標回転数等に応じて、アップシフト後の段数を決定するようにしてもよい。

また、本実施形態では、エンジン始動後に、車速に応じた段数にシフトチェンジ（Ｓ２０，Ｓ３４）しているが、この処理は、省略されてもよい。また、本実施形態では、４速に変更可能な変速機６０を例示したが、変速機６０の変速段数は、特に限定されず、３速以下でもよいし、５速以上でもよい。また、本実施形態では、変速機６０を、有段変速機としているが、変速機６０は、無段変速機でもよい。無断変速機の場合でも、クランキングに先だって、変速機６０の変速比を小さくすれば、クランキングに起因する車両の減速やショックを低減できる。無断変速機の場合でも、クランキング前の段階で、変速比が最小となっている場合には、変速比の変更を行うことなく、クランキングを実行することが望ましい。また、クランキングによりエンジン２２が始動できれば、車速に応じた変速比に変更することが望ましい。

１０ ハイブリッド車両、１２ ケース、２２ エンジン、２４ エンジンＥＣＵ、２６ クランクシャフト、３０ 動力分割機構、３２ 伝達軸、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 車輪、４０ モータＥＣＵ、４１，４２ インバータ、４３，４４ レゾルバ、５０ バッテリ、５２ バッテリＥＣＵ、６０ 変速機、６１ 入力軸、６２，６４ プラネタリギヤ、７０ ＨＶＥＣＵ、ＭＧ１ 第一回転電機、ＭＧ２ 第二回転電機。

図３は、この変速機６０の作動表である。図３に示すように、変速機６０は、シフトポジションＳＰが駐車ポジション（Ｐ）やニュートラルポジション（Ｎ）では、クラッチＣ１，Ｃ２とブレーキＢ１，Ｂ２とを全てオフにする。すなわち、伝達軸３２（入力軸６１）と駆動軸３６とを切り離す。また、シフトポジションＳＰがドライブポジション（Ｄ）の１速では、クラッチＣ１と、ブレーキＢ２、とを係合するとともにクラッチＣ２，Ｃ３とブレーキＢ１とを解放する。２速では、クラッチＣ１とブレーキＢ１とを係合するとともにクラッチＣ２，Ｃ３とブレーキＢ２とを解放する。３速では、クラッチＣ１とクラッチＣ２とを係合するとともにクラッチＣ３とブレーキＢ１，Ｂ２とを解放する。４速では、クラッチＣ２とブレーキＢ１とを係合するとともにクラッチＣ１，Ｃ３とブレーキＢ２を解放する。さらに、シフトポジションＳＰがリバースポジション（ＲＥＶ）では、クラッチＣ２とブレーキＢ２とを係合するとともにクラッチＣ１，Ｃ３とブレーキＢ１とを解放する。クラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３やブレーキＢ１，Ｂ２のオンオフは、図示しない油圧式のアクチュエータの駆動により行なわれる。

第二回転電機ＭＧ２の出力トルクが制限されている場合には、続いて、現在、ＥＶ走行中、すなわち、エンジン停止中であるか否かが判断される（Ｓ２６）。ＥＶ走行ではなく、既に、エンジン２２が始動している場合には、エンジン２２の始動動作、すなわち、クランキング等は、不要である。したがって、ＥＶ走行中でない場合には、第二回転電機ＭＧ２のみで不足するトルクを、エンジン２２から出力させるべく、エンジン２２の駆動を制御する（Ｓ３５）。

ＥＶ走行中である場合には、続いて、第二回転電機ＭＧ２で、クランキング時に生じる反力トルクを打ち消せるか否かを確認する（Ｓ２８）。第二回転電機ＭＧ２で反力トルクを打ち消せる場合には、変速機６０のアップシフトをすることなく（変速比を変更することなく）、そのまま、第一回転電機ＭＧ１でクランキングを行い、エンジン２２を始動させる（Ｓ３１）。

Claims (6)

1. エンジンと、
   第一回転電機と、
   伝達軸と、
   車輪に駆動トルクを伝達する駆動軸と、
   前記伝達軸、前記エンジンの出力軸、および前記第一回転電機の出力軸の三要素の各々を機械的に連結し、かつ、前記三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の２つの要素間で動力伝達を可能とする動力分割機構と、
   前記伝達軸に連結される第二回転電機と、
   前記伝達軸と、前記駆動軸との間に介在する変速機であって、変速比が変更可能な変速機と、
   を備え、
   前記エンジンの駆動を停止して前記第二回転電機からの出力トルクで走行する電動走行中に、第二回転電機の出力トルクが制限された際、前記エンジンを始動させ、
   前記エンジンの始動は、前記変速機の変速比を小さくしてから前記第一回転電機で前記エンジンをクランキングすることにより行われる、
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
2. エンジンと、
   第一回転電機と、
   伝達軸と、
   車輪に駆動トルクを伝達する駆動軸と、
   前記伝達軸、前記エンジンの出力軸、および前記第一回転電機の出力軸の三要素の各々を機械的に連結し、かつ、前記三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の２つの要素間で動力伝達を可能とする動力分割機構と、
   前記伝達軸に連結される第二回転電機と、
   前記伝達軸と、前記駆動軸との間に介在する変速機であって、変速比が変更可能な変速機と、
   を備え、
   前記エンジンの駆動を停止して前記第二回転電機からの出力トルクで走行する電動走行中に、第二回転電機の異常が検知された場合に、前記エンジンを始動させ、
   前記エンジンの始動は、前記変速機の変速比を小さくしてから前記第一回転電機で前記エンジンをクランキングすることにより行われる、
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
3. 請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
   前記第二回転電機または前記第二回転電機に対応するインバータの温度が規定の閾値を超える場合に、前記第二回転電機の出力トルクが制限される、ことを特徴とするハイブリッド車両。
4. 請求項２に記載のハイブリッド車両であって、
   前記第二回転電機の異常が検知された場合には、前記第二回転電機の駆動が停止され、前記第二回転電機の出力トルクがゼロに制限される、ことを特徴とするハイブリッド車両。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両であって、
   前記変速機は、有段変速機であり、
   前記エンジンの始動時に、前記変速機の変速段が最高段数である場合、前記変速機をシフト変更することなく、前記エンジンのクランキングを実行させる、
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両であって、
   前記変速機は、有段変速機であり、
   前記制御装置は、前記クランキングにより前記エンジンが始動した後は、前記変速機の変速段を車速に応じた段数に変更する、ことを特徴とするハイブリッド車両。
   

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