JP2016179780A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンとモータとを備えるハイブリッド車両において、駆動輪のスリップによるモータの過回転を適切に防止する。
【解決手段】エンジンと、モータジェネレータ（ＭＧ）と、エンジンを駆動輪から切り離すためのエンジン切り離し用クラッチと、ＭＧを駆動輪から切り離すためのＭＧ切り離し用クラッチとを備えるハイブリッド車両において、ＥＣＵは、ノーマルモードに比べて燃費よりも駆動力が重視される駆動力重視モードをユーザが選択している場合、ＭＧ切り離し用クラッチを解放してＭＧを駆動輪から切り離した状態でエンジン切り離し用クラッチを係合してエンジンを用いてハイブリッド車両を走行させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンとモータとを備えるハイブリッド車両の駆動装置に関する。

特開２００４−１５０５０７号公報（特許文献１）には、駆動輪に接続されるエンジンと、駆動輪に自動変速機を介して接続されるモータとを備えたハイブリッド車両において、駆動輪が路面に対して滑るスリップが発生していると判定された場合には、自動変速機をニュートラル状態（動力を伝達しない状態）に切り替えてモータを駆動輪から切り離す技術が開示されている。これにより、駆動輪のスリップによるモータの過回転が防止される。

特開２００４−１５０５０７号公報 特開２０１３−１３３０８５号公報 国際公開第２０１３／０８４３３３号パンフレット

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、スリップが発生していると判定されてから自動変速機がニュートラル状態に実際に切り替わるまでにはある程度の時間を要する。そのため、駆動輪のスリップが発生してから自動変速機がニュートラル状態に切り替わるまでの期間において、駆動輪のスリップによるモータの過回転が生じてしまうことが懸念される。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンとモータとを備えるハイブリッド車両において、駆動輪のスリップによるモータの過回転を適切に防止することである。

この発明に係る駆動装置は、エンジンおよびモータを備えるハイブリッド車両の駆動装置であって、回転軸と、回転軸とエンジンとの間に設けられたエンジン切り離し用クラッチと、回転軸とモータとの間に設けられたモータ切り離し用クラッチと、回転軸と駆動輪との間に設けられた第１変速機と、ユーザの操作に基づいて、走行モードを第１モードと第１モードに比べて燃費よりも駆動力が重視される第２モードとの間で切替可能な制御装置とを備える。制御装置は、走行モードが第２モードである場合、モータ切り離し用クラッチを解放してモータを駆動輪から切り離した状態でエンジンを用いてハイブリッド車両を走行させる。

このような構成によれば、第２モードは、第１モードに比べて、燃費よりも駆動力が重視されるため駆動輪のスリップが発生し易くなる。そこで、走行モードが第２モードである場合、モータを駆動輪から予め切り離す。そのため、駆動輪のスリップによるモータの過回転を適切に防止することができる。

好ましくは、第２モードは、前駆動輪と後駆動輪とに動力を分配するトランスファーに設けられた第２変速機をローギヤ段にして走行するトランスファロー走行モード、他の車両を牽引して走行するトーイング走行モード、およびユーザのアクセル操作およびブレーキ操作が無い状態でエンジンおよび車輪ブレーキを自動的に制御して走行するクロール走行モードの少なくともいずれかを含む。

このような構成によれば、トランスファロー走行モード、トーイング走行モード、およびクロール走行モードの少なくともいずれかの走行モードをユーザが選択している場合に、駆動輪のスリップによるモータの過回転を適切に防止することができる。

好ましくは、第２モードは、エンジンの間欠運転を禁止するエンジン間欠禁止モード、第１変速機のギヤ段をユーザの操作に応じて切替可能な手動変速モード、および第１モードよりも大きな加速トルクおよび減速トルクを発生させるスポーツモードの少なくともいずれかを含む。

このような構成によれば、エンジン間欠禁止モード、手動変速モード、およびスポーツモードの少なくともいずれかの走行モードをユーザが選択している場合に、駆動輪のスリップによるモータの過回転を適切に防止することができる。

好ましくは、制御装置は、走行モードを第１モードから第２モードに切り替える際、エンジンが停止中であるときはエンジンを始動した後にモータ切り離し用クラッチを解放する。

このような構成によれば、走行モードを第１モードから第２モードに切り替える際に、エンジンを始動した後にモータを駆動輪から切り離すため、モータの切り離しによって一時的に駆動力が途切れることを防止することができる。

車両の全体構成図である。 車両の走行態様とクラッチＫ０，Ｋ２の制御状態との対応関係を示す図である。 ＥＣＵの処理手順を示す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。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態による車両１の全体構成図である。車両１は、エンジン１０と、モータジェネレータ（以下「ＭＧ」ともいう）２０と、電力制御回路（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」という）２１と、バッテリ２２と、トルクコンバータ３０と、自動変速機（第１変速機）４０と、副変速機４３ａ（第２変速機）付きのトランスファー４３と、油圧回路４５と、図示しない左右の前駆動輪と、左右の後駆動輪５０と、車輪ブレーキ５１と、エンジン切り離し用クラッチＫ０（以下、単に「クラッチＫ０」ともいう）と、ＭＧ切り離し用クラッチＫ２（以下、単に「クラッチＫ２」ともいう）と、 ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを備える。

車両１は、エンジン１０およびＭＧ２０の少なくとも一方の動力を用いて後駆動輪５０および図示しない前駆動輪を回転させて走行可能な、４輪駆動（４ＷＤ）のハイブリッド車両である。

エンジン１０の出力軸１２は、クラッチＫ０を介して回転軸３５に接続される。ＭＧ２０のロータは、クラッチＫ２を介して回転軸３５に接続される。回転軸３５は、トルクコンバータ３０を介して自動変速機４０の入力軸４１に接続される。

エンジン１０は、ガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジン等の内燃機関である。ＭＧ２０は、バッテリ２２からＰＣＵ２１を経由して供給される高電圧の電力によって駆動される。また、ＭＧ２０は、回転軸３５から伝達される動力（エンジンあるいは駆動輪から伝達される動力）によって回転されることによって発電する。バッテリ２２は、高電圧で作動するＭＧ２０に供給するための電力を蓄える。ＰＣＵ２１は、ＭＧ２０とバッテリ２２との間で電力変換を行なう。

トルクコンバータ３０は、ポンプインペラ３１と、タービンランナ３２と、ステータ３３と、ロックアップクラッチ３４とを備える。ロックアップクラッチ３４は、ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて、係合状態、解放状態、半係合状態（フレックス制御状態）のいずれかに制御される。

自動変速機（第１変速機）４０は、変速比の異なる複数のギヤ段を選択的に形成可能な有段式の自動変速機である。

トランスファー４３は、自動変速機４０から入力された動力（エンジン１０およびＭＧ２０の少なくとも一方の動力）を、後輪出力軸４２と、前輪出力軸４４とに分配する。後輪出力軸４２に分配された動力は左右の後駆動輪５０に伝達される。前輪出力軸４４に分配された動力は図示しない左右の前駆動輪に伝達される。

トランスファー４３内に備えられる副変速機（第２変速機）４３ａは、ＥＣＵ１００からの制御信号によってローギヤ段とローギヤ段よりも増速側のハイギヤ段とに切り替えられる。ローギヤ段では、ハイギヤ段に比べて、より大きなトルクを駆動輪に伝達することができる。

機械式オイルポンプＭＯＰは、オイルパン（図示せず）に貯留される作動油を吸入して油圧回路４５に吐出する。油圧回路４５は、機械式オイルポンプＭＯＰおよび図示しない電動オイルポンプから供給される油圧を元圧として、クラッチＫ０の制御油圧（Ｋ０圧）、クラッチＫ２の制御油圧（Ｋ２圧）、ロックアップクラッチ３４の制御油圧（ＬＵＣ圧）を、ＥＣＵ１００からの制御信号によってそれぞれ調圧する。

車輪ブレーキ５１は、後駆動輪５０および図示しない前駆動輪に、それぞれ油圧シリンダによって機械的に制動トルクを発生させる。車輪ブレーキ５１が発生する制動トルクはブレーキ制御装置５２によって制御される。ブレーキ制御装置５２は電磁式の油圧制御弁や切替弁等を備えており、ＥＣＵ１００からの制御信号に従って車輪ブレーキ５１の制動トルクを電気的に制御する。

車両１には、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）、ブレーキペダルの操作量、エンジン回転速度、ＭＧ回転速度、回転軸３５の回転速度、タービン回転速度、エンジントルク、車速など、車両１を制御するために必要な物理量を検出するための複数のセンサ（いずれも図示せず）が設けられる。これらのセンサは、検出結果をＥＣＵ１００に送信する。

さらに、車両１には、シフトポジションセンサ５６、スポーツモードスイッチ５８、ハイロー切替スイッチ６０、トーイングスイッチ６２、クロールスイッチ６４が設けられる。

シフトポジションセンサ５６は、ユーザによって操作されるシフトレバーの位置（シフトポジション）を検出する。ユーザは、シフトレバーの位置を切り替えることによって、アクセル開度や車速などに応じて自動変速機４０のギヤ段を自動的に切り替える「自動変速モード」と、ユーザの手動操作に従って自動変速機４０のギヤ段を切り替える「手動変速モード」とを、切り替えることができる。

スポーツモードスイッチ５８は、加速性能および減速性能を含む走行性能を重視した走行が可能な「スポーツ走行モード」をユーザが選択するためのスイッチである。

ハイロー切替スイッチ６０は、トランスファー４３内の副変速機４３ａのギヤ段をハイギヤ段からローギヤ段に切り替えて走行する「トランスファーＬｏ走行モード」をユーザが選択するためのスイッチである。

トーイングスイッチ６２は、車両１が他の車両を牽引して走行する「トーイング走行モード」をユーザが選択するためのスイッチである。

クロールスイッチ６４は、ユーザによるアクセルペダルの操作およびブレーキペダルの操作が無い状態でエンジン１０、ＭＧ２０、および車輪ブレーキ５１を自動的に制御して低速走行する「クロール走行モード」をユーザが選択するためのスイッチである。

ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）および内部メモリを備える。ＥＣＵ１００は、各センサからの情報およびメモリに記憶された情報に基づいて所定の演算処理を実行し、演算結果に基づいて車両１の各機器を制御する。

ＥＣＵ１００は、ユーザがシフトレバーを操作して自動変速モードを選択した場合、アクセル開度や車速などをパラメータとして予め定められた変速マップ（変速線図）に従って自動変速機４０のギヤ段を自動的に切り替える。一方、ユーザがシフトレバーを操作して手動変速モードを選択した場合、ＥＣＵ１００は、ユーザの手動操作による変速要求に従って自動変速機４０のギヤ段を切り替える。

ＥＣＵ１００は、ユーザがスポーツモードスイッチ５８を操作してスポーツ走行モードを選択した場合、スロットル開度の制御特性（アクセル開度とエンジン出力との対応関係）をノーマルモード（スポーツ走行モードが選択されていない状態）よりも高出力側へ変更することによって、同じアクセル開度でも大きなエンジン出力が得られるようにする。また、自動変速モード中にスポーツ走行モードが選択された場合においては、変速マップの変速線をノーマル状態よりも高車速側へ変更することによって、アップシフトし難くダウンシフトし易くなるようにし、大きな駆動力が速やかに得られる低速側（ロー側）のギヤ段が多用されるようにしてもよい。

ＥＣＵ１００は、ユーザがハイロー切替スイッチ６０を操作してトランスファーＬｏ走行モードを選択した場合、トランスファー４３内の副変速機４３ａのギヤ段をハイギヤ段からローギヤ段に切り替えるとともに、スポーツ走行モードと同様にスロットル開度の制御特性を変更することによってノーマルモード（トランスファーＬｏ走行モードが選択されていない状態）よりも大きな駆動力が速やかに得られるようにする。クトランスファーＬｏ走行モードは、たとえば砂地やダート、岩石路等のオフロードや、雪道、凍結路等の滑り易い路面（いわゆる低μ路）を走行する場合など、駆動輪の動力が路面に伝わり難い条件下で走行する場合に特に有効である。

ＥＣＵ１００は、ユーザがトーイングスイッチ６２を操作してトーイング走行モードを選択した場合、スポーツ走行モードと同様にスロットル開度の制御特性や変速マップの変速線を変更することによってノーマルモード（トーイング走行モードが選択されていない状態）よりも大きな駆動力が速やかに得られるようにする。

ＥＣＵ１００は、ユーザがクロールスイッチ６４を操作してクロール走行モードを選択した場合、ユーザによるアクセルペダルの操作およびブレーキペダルの操作が無い状態でエンジン１０、ＭＧ２０、および車輪ブレーキ５１を自動的に制御し、予め定められた低い車速（たとえば１０ｋｍ／時程度）で車両１を走行させる。クロール走行モード中は、ユーザはステアリング操作に集中できて運転操作が容易になる。このようなクロール走行モードは、たとえばオフロードや低μ路を走行する場合など、アクセルペダルやブレーキペダルの適切な操作が困難な条件下で走行する場合に特に有効である。

上記の「トーイング走行モード」、「クロール走行モード」、および「トランスファーＬｏ走行モード」は、ノーマルモードに比べて、より大きな駆動力が必要とされる走行モードである。

また、上記の「スポーツ走行モード」および「手動変速モード」は、ノーマルモードに比べて、より高い加速性能および減速性能が必要とされる走行モードである。

また、ＥＣＵ１００は、アクセル開度、車速、およびバッテリ２２の蓄電状態（以下「ＳＯＣ：State Of Charge」ともいう）等に応じて、モータ走行、ハイブリッド走行、エンジン走行のいずれかの走行態様で車両１を走行させる。

図２は、車両１の走行態様とクラッチＫ０，Ｋ２の制御状態との対応関係を示す図である。

モータ走行中には、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を係合し（ＭＧ２０を回転軸３５に接続し）かつクラッチＫ０を解放して（エンジン１０を回転軸３５から切り離して）、ＭＧ２０の動力のみで回転軸３５を回転させる。

ハイブリッド走行中には、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を係合し（ＭＧ２０を回転軸３５に接続し）かつクラッチＫ０を係合して（エンジン１０を回転軸３５に接続して）、エンジン１０およびＭＧ２０の少なくとも一方の動力で回転軸３５を回転させる。

エンジン走行中には、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を解放し（ＭＧ２０を回転軸３５から切り離し）かつクラッチＫ０を係合して（エンジン１０を回転軸３５に接続して）、エンジン１０の動力のみで回転軸３５を回転する。エンジン走行中は、ＭＧ２０がパワートレーンから完全に切り離されるので、エンジンと駆動輪との間に自動変速機を備えた通常のエンジン車両と同様の構成となる。

ＥＣＵ１００は、上記のモータ走行、ハイブリッド走行、エンジン走行の３つの走行態様のうちから、アクセル開度、車速、およびＳＯＣ等に応じた適切な走行態様を選択する。たとえば、ＥＣＵ１００は、アクセル開度が小さくかつ車速が低い低負荷領域では燃費を向上させるためにモータ走行を選択し、低負荷領域を超える高負荷領域ではより大きな駆動力を得るためにハイブリッド走行あるいはエンジン走行を選択する。また、ＥＣＵ１００は、ＳＯＣが低い場合には、ハイブリッド走行を選択してＭＧ２０をモータではなくジェネレータとして作動させたり、エンジン走行を選択してＭＧ２０を完全に停止したりする。

以上のような構成を有する車両１が低μ路やオフロード等を走行する場合、あるいは他の車両を牽引する場合などにおいては、駆動輪が路面に対してスリップする場合がある。駆動輪のスリップ時にクラッチＫ２が係合状態である（すなわち駆動輪の回転がＭＧ２０に伝達され得る状態である）と、駆動輪のスリップによってＭＧ２０の回転速度が急増して許容値を超える過回転状態となり、ＭＧ２０およびＭＧ２０を駆動するための電気系部品（ＰＣＵ２１、バッテリ２２等）の負荷が増加し、これらの耐久性に影響を及ぼしてしまうことが懸念される。また、スリップが解消し駆動輪が路面にグリップした場合にも、ＭＧ２０の回転速度が急減するため、ＭＧ２０等の耐久性に影響を及ぼしてしまうことが懸念される。

そこで、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、ハイブリッド機能（ＭＧ２０による燃費向上）よりも駆動力が重視される走行モード（以下「駆動力重視モード」という）をユーザが選択している場合には、予めクラッチＫ２を解放してＭＧ２０を駆動輪から切り離しておく。これにより、駆動輪のスリップが生じた場合であっても、ＭＧ２０の過回転を防止することができる。

本実施の形態においては、駆動力重視モードとして、トーイング走行モード、クロール走行モード、およびトランスファーＬｏ走行モードの３つの走行モードが設定されている。これらの３つの走行モードの少なくともいずれかが選択されている場合には、滑りやすい路面や高負荷に対応すべくより大きな駆動力が出力されるため駆動輪のスリップが発生し易くなる一方で、燃費向上に寄与するＭＧ２０を用いて走行する必要性は低い。そのため、本実施の形態においては、これらの３つの走行モードが駆動力重視モードとして設定されている。

図３は、ＥＣＵ１００の処理手順を示すフローチャートである。ステップ(以下、ステップを「Ｓ」と略す)１０にて、ＥＣＵ１００は、上記の駆動力重視モードをユーザが選択しているか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ１００は、トーイング走行モード、クロール走行モード、およびトランスファーＬｏ走行モードの少なくともいずれかが選択されている場合に、駆動力重視モードをユーザが選択していると判定する。

駆動力重視モードをユーザが選択していない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１１にて、モータ走行、ハイブリッド走行、エンジン走行の３つの走行態様のうちから、アクセル開度、車速、ＳＯＣ等に応じた走行態様を選択する。

一方、駆動力重視モードをユーザが選択している場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１２にて、エンジン１０が運転中であるか否かを判定する。エンジン１０が停止中である場合（Ｓ１２にてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１３にてエンジン１０を始動し、その後に処理をＳ１４に移す。

エンジン１０が既に運転中である場合（Ｓ１２にてＹＥＳ）には、ＥＣＵ１００は、そのまま処理をＳ１４に移す。

Ｓ１４にて、ＥＣＵ１００は、アクセル開度、車速、ＳＯＣ等に関わらず、走行態様をエンジン走行に固定する。すなわち、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を解放してＭＧ２０を駆動輪から切り離す。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、駆動力重視モードをユーザが選択している場合には、駆動輪のスリップが発生し易くなることを考慮して、予めクラッチＫ２を解放してＭＧ２０を駆動輪から切り離してエンジン走行を行なう。そのため、ユーザの要求を満たしつつ、駆動輪のスリップによるＭＧ２０の過回転を適切に（未然に）防止することができる。

また、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、駆動力重視モード以外の走行モードから駆動力重視モードに切り替える際、エンジン１０が停止中であるときはエンジン１０を始動した後にクラッチＫ２を解放する。そのため、ＭＧ２０の切り離しによって一時的に駆動力が途切れることを防止することができる。

＜変形例＞
上述の実施の形態においては、駆動力重視モードとして、トーイング走行モード、クロール走行モード、およびトランスファーＬｏ走行モードが設定されていたが、駆動力重視モードに設定される走行モードは、上記の３つの走行モードに限定されない。

たとえば、「スポーツ走行モード」および「手動変速モード」は、加速性能および減速性能の要求度が高い走行モードであり、燃費よりも駆動力が重視されるモードである。そのため、トーイング走行モード、クロール走行モード、およびトランスファーＬｏ走行モードに代えてあるいは加えて、スポーツ走行モードおよび手動変速モードの少なくともどちらかを駆動力重視モードとして設定するようにしてもよい。

また、ユーザがエンジン間欠禁止スイッチを操作してエンジン１０の間欠運転を禁止するエンジン間欠禁止モードを選択することができる場合には、駆動力重視モードとして、エンジン間欠禁止モードを設定するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態においては４輪駆動（４ＷＤ）のハイブリッド車両に本発明を適用する場合について説明したが、本発明は２輪駆動（２ＷＤ）のハイブリッド車両にも適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、１０ エンジン、１２ 出力軸、２２ バッテリ、３０ トルクコンバータ、３１ ポンプインペラ、３２ タービンランナ、３３ ステータ、３４ ロックアップクラッチ、３５ 回転軸、４０ 自動変速機（第１変速機）、４１ 入力軸、４２ 後輪出力軸、４３ トランスファー、４３ａ 副変速機（第２変速機）、４４ 前輪出力軸、４５ 油圧回路、５０ 後駆動輪、５１ 車輪ブレーキ、５２ ブレーキ制御装置、５６ シフトポジションセンサ、５８ スポーツモードスイッチ、６０ ハイロー切替スイッチ、６２ トーイングスイッチ、６４ クロールスイッチ、１００ ＥＣＵ、Ｋ０ エンジン切り離し用クラッチ、Ｋ２ ＭＧ切り離し用クラッチ、ＭＯＰ 機械式オイルポンプ。

Claims (4)

1. エンジンおよびモータを備えるハイブリッド車両の駆動装置であって、
   回転軸と、
   前記回転軸と前記エンジンとの間に設けられたエンジン切り離し用クラッチと、
   前記回転軸と前記モータとの間に設けられたモータ切り離し用クラッチと、
   前記回転軸と駆動輪との間に設けられた第１変速機と、
   ユーザの操作に基づいて、走行モードを第１モードと前記第１モードに比べて燃費よりも駆動力が重視される第２モードとの間で切替可能な制御装置とを備え、
   前記制御装置は、走行モードが前記第２モードである場合、前記モータ切り離し用クラッチを解放して前記モータを前記駆動輪から切り離した状態で前記エンジンを用いて前記ハイブリッド車両を走行させる、ハイブリッド車両の駆動装置。
2. 前記第２モードは、前駆動輪と後駆動輪とに動力を分配するトランスファーに設けられた第２変速機をローギヤ段にして走行するトランスファロー走行モード、他の車両を牽引して走行するトーイング走行モード、およびユーザのアクセル操作およびブレーキ操作が無い状態で前記エンジンおよび車輪ブレーキを自動的に制御して走行するクロール走行モードの少なくともいずれかを含む、請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
3. 前記第２モードは、前記エンジンの間欠運転を禁止するエンジン間欠禁止モード、前記第１変速機のギヤ段をユーザの操作に応じて切替可能な手動変速モード、および前記第１モードよりも大きな加速トルクおよび減速トルクを発生させるスポーツモードの少なくともいずれかを含む、請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
4. 前記制御装置は、走行モードを前記第１モードから前記第２モードに切り替える際、前記エンジンが停止中であるときは前記エンジンを始動した後に前記モータ切り離し用クラッチを解放する、請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車両の駆動装置。

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