JP2017154523A

JP2017154523A - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: JP2017154523A
Application number: JP2016037064A
Authority: JP
Inventors: 隆人遠藤; Takahito Endo; 秀和永井; Hidekazu Nagai; 建正畑; Takemasa Hata; 村上　新; Arata Murakami; 新村上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: JP6485387B2

Abstract

【課題】エンジン回転数の制約を受けることなくバッテリへの充電時間を早めることができるハイブリッド車両用の制御装置を提供する。
【解決手段】制御部は、第１クラッチ機構ＣＬ１および第２クラッチ機構ＣＬ２の係合状態を変える制御によりエンジンの駆動力を第１モータＭＧ１側に分配する駆動力分割比「１」に対して出力部材ＯＵＴ側に分配する駆動力分配分割比を「Ｆ１」または「Ｆ２」に変えることでハイモード（Ｈｉ）またはローモード（Ｌｏ）に設定する。ハイモードでは、エンジン回転数の変化に対して第１モータの回転数の変化が、ローモードのときの変化より小さくなる。制御部は、車両が停車中にエンジンを始動させて第２モータＭＧ２に供給する電力を蓄えるバッテリを充電するＰチャージ制御のときに、エンジン回転数の変化に対して第１モータＭＧ１の回転数の変化が相対的に小さくなるハイモードに設定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関、第１電動機、第２電動機、および駆動力分割機構を備えるハイブリッド車両の制御装置に関し、さらに詳しくは、第２電動機に供給する電力を蓄える蓄電部を備え、停車中に内燃機関を運転させて第１電動機を回転させて第１電動機で発電した電力により蓄電部を充電することが可能なハイブリッド車両の制御装置に関する。

従来、ハイブリッド車両の制御装置としては、エンジンの回転数を第１モータによって制御するとともに、その第１モータで発電した電力をバッテリに蓄電し、バッテリに蓄電された電力で第２モータを駆動するように制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車両の制御装置は、バッテリの充電量（残容量：ＳＯＣ（State of Charge））が低下して充電が必要な場合に、エンジンの出力を増加して第１モータによる発電量を増やしてバッテリに対する充電量を増加させている。

ところで、駆動力分割機構として、エンジンと第１モータとを連結する、例えば遊星歯車機構を採用する場合に、第１モータの回転数もしくはピニオンギヤの回転数は、過度に高回転数とならないように設計上設定された最高の回転数が決められている。つまり、ハイブリッド車両の制御装置は、第１モータやピニオンギヤの回転数が過度に高回転数になることを防止する制御が実施されている。

特開２０１３−１３２９４５号公報

しかしながら、前述したハイブリッド車両の制御装置では、第１モータやピニオンギヤの回転数が過度に高回転数になることを防止するために、エンジンの回転数を規制するように第１モータの回転が制御されるため、エンジン回転数が規制値に達したときには第１モータによる発電量を増加させることができず、よってバッテリへの充電に時間を要してしまうことがある。

本発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、エンジン回転数の制約を受けることなくバッテリへの充電時間を早め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、この本発明は、駆動力を出力する内燃機関と、発電機能を有する第１モータと、前記内燃機関が出力した駆動力が入力される第１入力要素と、前記第１モータに連結されている第１反力要素と、第１出力要素とによって、前記内燃機関が出力した駆動力を走行のための駆動力と前記発電機能のための駆動力とに分割する作用を行う第１遊星歯車機構と、前記第１出力要素に連結された第２入力要素と、出力部材に連結されている第２出力要素と、第２反力要素とによって差動作用を行う第２遊星歯車機構と、前記第１入力要素と前記第１反力要素とのいずれか一方と前記第２反力要素とを選択的に連結する第１係合機構と、前記第２遊星歯車機構における少なくともいずれか二つの前記要素を選択的に連結して前記第２遊星歯車機構を一体化させる第２係合機構または前記第２反力要素の回転を規定する固定機構と、前記第１モータにより発電された電力を蓄える蓄電部と、前記出力部材に連結されており、前記蓄電部に蓄積された電力により駆動される第２モータと、を備えたハイブリッド車両の制御装置において、前記内燃機関、前記第１モータ、前記第２モータ、前記第１係合機構、および前記第２係合機構または前記固定機構を制御することで、前記内燃機関の回転数の変化に対して、前記第１モータの回転数の変化が相対的に小さい第１走行モードおよび前記第１モータの回転数の変化が相対的に大きい第２走行モードを含む複数の走行モードのうちのいずれか一つの走行モードを設定可能な制御部を備え、前記制御部は、前記ハイブリッド車両が停止中の場合にかつ前記蓄電部に充電するときに、前記第１走行モードを設定するように構成されていることを特徴とするものである。

この本発明においては、車両が停止中の場合にかつ第１モータにより発電された電力を蓄電池に充電するときに、エンジン回転数の変化に対して第１モータの回転数の変化が相対的に小さくなる第１走行モードを選択する。第１走行モードでは、ピニオンギヤの回転数および第１モータの回転数が第２走行モードと比べて低減される。これにより、ピニオンギヤの回転数および第１モータの回転数を低減される分だけエンジンの回転数を増加させることができ、エンジン回転数の増加分だけ第１モータによる発電量を増加させることができる。このためバッテリへの充電時間の短縮を図ることができる。

この発明に適用されるハイブリッド車両の一例を示すブロック図である。図１で説明した駆動装置の一例を示すスケルトン図である。パーキング状態での各回転要素の回転数を示す共線図である。第１ピニオンギヤの差回転数を示す共線図である。各走行モードにおける各回転要素の回転数を示す共線図である。ＥＣＵがＰチャージ制御を実施する手順を示すフローチャートである。この発明の他の実施例を示すスケルトン図である。この発明の別の実施例を示すスケルトン図である。第２遊星歯車機構をダブルピニオン型遊星歯車機構で構成した実施例を示すスケルトン図である。第２遊星歯車機構をダブルピニオン型遊星歯車機構で構成した他の実施例を示すスケルトン図である。第２クラッチ機構の代わりにブレーキ機構を使用した他の実施例を示すスケルトン図である。ブレーキ機構を使用した別の実施例を示すスケルトン図である。ブレーキ機構を使用したさらに別の実施例を示すスケルトン図である。

以下、図面を用いて実施例を説明する。図１は、この発明に適用されるハイブリッド車両（以下、「車両」と称す）に使用される駆動装置１０の一例をブロック図で概念的に示す。図１に示すように、駆動装置１０は、エンジン１１、第１モータ（ＭＧ（Motor Generator）１）１２、第２モータ（ＭＧ２）１３、第１遊星歯車機構（ＰＬ（planet）１）１４、第２遊星歯車機構（ＰＬ２）１５、出力部材（ＯＵＴ）１６、第１クラッチ機構ＣＬ１、第２クラッチ機構ＣＬ２、ＰＣＵ(Power Control Unit)１９、油圧コントローラ２０およびＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１を備える。なお、車両としては、外部電源により充電可能なプラグインハイブリッド車両でもよい。エンジン１１は、内燃機関の一例である。内燃機関としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により駆動力を出力するものを含む。第１モータ１２は、発電機能のあるモータ・ジェネレータにより構成される。駆動装置１０は、第１モータ１２が発電した電力を使用して第２モータ１３を駆動し、第２モータ１３が出力する駆動力を走行のための駆動力に加えるように構成される。第２モータ１３は、発電機能のあるモータ・ジェネレータにより構成される。

第１遊星歯車機構１４は、エンジン１１から出力された駆動力が入力される第１入力要素２２、第１モータ１２に連結されている第１反力要素２３および第１出力要素２４により差動作用を行う。第２遊星歯車機構１５は、第１出力要素２４に連結された第２入力要素２６、出力部材１６に連結された第２出力要素２７および第２反力要素２８により差動作用を行う。第１クラッチ機構ＣＬ１は、第１入力要素２２と第２反力要素２８とを選択的に連結する。第２クラッチ機構ＣＬ２は、第２入力要素２６、第２反力要素２８および第２出力要素２７のうちのいずれか２つの要素を選択的に連結する。第１クラッチ機構ＣＬ１は第１係合機構の一例であり、第２クラッチ機構ＣＬ２は第２係合機構の一例である。

第１クラッチ機構ＣＬ１は、例えば湿式多板クラッチなどの摩擦式のクラッチ機構であってよく、あるいはドグクラッチなどの噛合い式のクラッチ機構であってよい。第１クラッチ機構ＣＬ１は、例えば油圧によって制御されて係合あるいは解放する。第２クラッチ機構ＣＬ２は、第１クラッチ機構ＣＬ１の構成と同じまたは同様になっている。油圧コントローラ２０は、ＥＣＵ２１から出力された指令値に応じて第１クラッチ機構ＣＬ１および第２クラッチ機構ＣＬ２に対する油圧の供給を個別に制御する。ＥＣＵ２１は、エンジン１１の運転を制御するエンジン＿ＥＣＵ（ENG_ECU）３３を接続しており、エンジン＿ＥＣＵ３３、ＰＣＵ１９および油圧コントローラ２０を統括的に制御する。

ＰＣＵ１９は、ＭＧ＿ＥＣＵ３０、電源部３１およびバッテリ３２を備える。電源部３１およびバッテリ３２は、第１モータ１２および第２モータ１３に接続されている。電源部３１は、バッテリ３２の蓄電電圧および入出力電流に基づいてバッテリ３２の充電状態（残容量：ＳＯＣ（State Of Charge））を算出し、その算出されたＳＯＣをＭＧ＿ＥＣＵ３０およびＰＵＣ１９を介してＥＣＵ２１に出力する。バッテリ３２の電圧および入出力電流は、それぞれ図示していない電圧センサおよび電流センサによって検出される。なお、バッテリ３２の電圧および入出力電流の検出値をバッテリ３２からＥＣＵ２１へ出力し、ＥＣＵ２１においてＳＯＣを算出してもよい。バッテリ３２は、蓄電部の一例である。

ＥＣＵ２１には、例えば駆動軸の回転速度を検出する車速センサ３４が送出する車速情報、シフトレバーに備えられたポジションスイッチ３５が送出するポジション情報がそれぞれ入力される。またＥＣＵ２１には、アクセルペダルに備えられたアクセル開度センサ３６が送出するアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度の情報、およびブレーキペダルに備えられたストロークセンサ３７が送出するブレーキペダルの踏み込み量の情報が入力される。さらにＥＣＵ２１には、エンジン１１の電子スロットルバルブ（図示なし）に備えられたスロットル開度センサ３９が送出するスロットル開度情報、およびエンジン１１に備えられたエンジン回転数センサ４０が送出するエンジンの回転数の情報が入力される。エンジン＿ＥＣＵ３３は、エンジン１１の運転状態を検出する各種センサから信号を入力することにより燃料噴射制御、点火制御、および吸入空気量調節制御などを制御する。

ＥＣＵ２１は、車両が停車中にエンジン１１を始動させて、エンジン１１から出力される駆動力により第１モータ１２を回転して第１モータ１２で発電した電力、つまり第２モータ１３に供給する電力を蓄えるバッテリ３２を充電するＰチャージ制御を実施する。Ｐチャージ制御は、電源部３１を介してバッテリ３２から受けるＳＯＣが予め決められた閾値Ａ以下の場合に、エンジン１１の回転数の変化に対して第１モータ１２の回転数の変化が相対的に小さい走行モードに設定するように制御する。

また、ＥＣＵ２１には、ＳＯＣ回復スイッチ３８が接続されている。ＳＯＣ回復スイッチ３８は、例えば運転者がバッテリ３２の蓄電量の増加を所望するときに操作される外部操作部である。ＥＣＵ２１は、Ｐチャージ制御を実施中に、ＳＯＣ回復スイッチ３８の操作が行われる場合に、エンジン１１の回転数の変化に対して第１モータ１２の回転数の変化が相対的に小さい走行モードに設定するように制御する。

ＥＣＵ２１は、エンジン１１、第１モータ１２、第２モータ１３、第１クラッチ機構ＣＬ１および第２クラッチ機構ＣＬ２を制御することで複数の走行モードのうちのいずれか一つのモードを設定する。複数の走行モードは、例えばハイブリッド（ＨＶ）走行モードを含む。ＨＶ走行モードは、第１モータ１２が発電機として機能させられ、第１モータ１２で発電した電力を第２モータ１３に供給して第２モータ１３がモータとして動作させられる。この場合にＥＣＵ２１は、例えば走行状態および電源部３１のバッテリ３２の状態などに基づいてエンジン１１が間欠運転されるようエンジン＿ＥＣＵ３３を制御する。エンジン１１の間欠運転は、例えばバッテリ３２の充電が不要なときにエンジン１１を停止させる運転を含む。ＥＣＵ２１、ＰＣＵ１９、油圧コントローラ２０、およびエンジン＿ＥＣＵ３３は、制御部の一例である。

図２は、図１で説明した駆動装置１０を搭載した車両４３の一例を示すスケルトン図であり、フロントエンジン・フロントドライブ車（ＦＦ車）あるいはリヤエンジン・リヤドライブ車（ＲＲ車）に適するように構成されている。図２に示すように、第１遊星歯車機構１４は、エンジン１１が出力した駆動力を第１モータ１２側と出力部材１６側とに分割する駆動力分割機構を構成する。第１遊星歯車機構１４は、三つの回転要素によって差動作用を行う機構であればよい。同図に示す例では、第１遊星歯車機構１４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る。第１遊星歯車機構１４は、外歯歯車である第１サンギヤＳ１、第１サンギヤＳ１に対して同心円上に配置された内歯歯車である第１リングギヤＲ１、および第１キャリヤＣ１を回転要素として備えている。第１キャリヤＣ１は、第１サンギヤＳ１と第１リングギヤＲ１との間に配置されて第１サンギヤＳ１と第１リングギヤＲ１に噛み合っている第１ピニオンギヤＰ１を保持している。エンジン１１が出力した駆動力は、第１キャリヤＣ１に入力されるように構成されており、第１キャリヤＣ１は第１入力要素の一例である。第１サンギヤＳ１は、第１モータ１２のロータ１２ａに連結されており、第１反力要素の一例である。第１リングギヤＲ１は、第２キャリヤＣ２に連結されており、第１出力要素の一例である。

第２遊星歯車機構１５は変速部を構成しており、シングルピニオン型遊星歯車機構によって構成されている。第２遊星歯車機構１５は、外歯車である第２サンギヤＳ２、第２サンギヤＳ２に対して同心円上に配置された内歯歯車である第２リングギヤＲ２、および第２キャリヤＣ２を回転要素として備え、これら三つの回転要素によって差動作用を行う差動機構である。第２キャリヤＣ２は、第２サンギヤＳ２と第２リングギヤＲ２との間に配置されて、第２サンギヤＳ２および第２リングギヤＲ２に噛み合っている第２ピニオンギヤＰ２を保持している。第２キャリヤＣ２は、第１リングギヤＲ１に連結されており、第２入力要素の一例である。また、第２リングギヤＲ２は、出力部材１６に連結されており、第２出力要素の一例である。そして、第２サンギヤＳ２は第２反力要素の一例である。

第１遊星歯車機構１４と第２遊星歯車機構１５とが複合遊星歯車機構を構成するように第１クラッチ機構ＣＬ１が設けられている。第１クラッチ機構ＣＬ１は、第１遊星歯車機構１４の第１入力要素と第２遊星歯車機構１５の第２反力要素とを選択的に連結するためのものであって、第２サンギヤＳ２を第１キャリヤＣ１に連結する。第１クラッチ機構ＣＬ１が係合した場合には、第１キャリヤＣ１と第２サンギヤＳ２とが連結されてこれらが入力要素となる。また、第１クラッチ機構ＣＬ１を係合させた場合には、第１サンギヤＳ１が反力要素となり、さらに第２遊星歯車機構１５における第２リングギヤＲ２が出力要素となった複合遊星歯車機構が形成される。

第２クラッチ機構ＣＬ２は、第２遊星歯車機構１５の全体を一体化させるためのものである。この第２クラッチ機構ＣＬ２は、第２遊星歯車機構１５における第２サンギヤＳ２と第１キャリヤＣ１もしくは第２リングギヤＲ２、あるいは第１キャリヤＣ１と第２リングギヤＲ２とを連結するなどの少なくともいずれか二つの回転要素を連結するためのものである。この例では、第２クラッチ機構ＣＬ２は、第２遊星歯車機構１５における第２サンギヤＳ２と第２リングギヤＲ２とを連結するように構成されている。

駆動装置１０は、エンジン１１や第１遊星歯車機構１４あるいは第２遊星歯車機構１５の回転中心軸線と平行にカウンタシャフト５１が配置されている。出力部材１６に噛み合っているドリブンギヤ５２は、カウンタシャフト５１に取り付けられている。また、カウンタシャフト５１には、ドライブギヤ５３が取り付けられており、ドライブギヤ５３は、終減速機であるデファレンシャルギヤ５４におけるリングギヤ５５に噛み合っている。さらに、ドリブンギヤ５２には、第２モータ１３におけるロータ５６に取り付けられたドライブギヤ５７が噛み合っている。したがって、出力部材１６から出力された駆動力もしくはトルクに、第２モータ１３が出力した駆動力もしくはトルクを、ドリブンギヤ５２の部分で加えるように構成されている。このようにして合成された駆動力もしくはトルクをデファレンシャルギヤ５４から左右のドライブシャフト５８および駆動輪５９に伝達するように構成されている。

ＨＶ走行モードは、エンジン１１および第２モータ１３が出力した駆動力で走行することが可能なモードとなっている。このＨＶ走行モードは、第１クラッチ機構ＣＬ１が係合し、かつ第２クラッチ機構ＣＬ２が解放することで設定されるハイモードと、第１クラッチ機構ＣＬ１が解放し、かつ第２クラッチ機構ＣＬ２が係合されることで設定されるローモードとを含む。

ハイモードでは、第１クラッチ機構ＣＬ１によって、第１キャリヤＣ１と第２サンギヤＳ２とが連結されることにより、第１遊星歯車機構１４と第２遊星歯車機構１５とによって複合遊星歯車機構が形成される。エンジン１１の駆動力は、第１キャリヤＣ１と第２サンギヤＳ２とに伝達される。第１遊星歯車機構１４においては、第１キャリヤＣ１に伝達された駆動力が第１サンギヤＳ１と第１リングギヤＲ１とに分割して伝達される。第１サンギヤＳ１に伝達された駆動力によって第１モータ１２が駆動され、第１モータ１２が発電機として機能し発電する。その発電に伴う負トルク（エンジン１１の回転方向とは反対の方向に作用するトルク）が第１サンギヤＳ１に作用する。また、第１リングギヤＲ１から第２キャリヤＣ２に駆動力が伝達され、その駆動力と第２サンギヤＳ２に伝達される駆動力とに応じた駆動力が第２リングギヤＲ２に伝達される。第２リングギヤＲ２からドリブンギヤ５２およびカウンタシャフト５１ならびにドライブギヤ５３を経由してデファレンシャルギヤ５４に駆動力が伝達される。

一方、第１モータ１２で発電された電力によって第２モータ１３がモータとして機能し、その駆動力がドライブギヤ５７を介してドリブンギヤ５２に伝達される。すなわち、一旦電力に変換された駆動力が、第２モータ１３によって機械的な駆動力に再変換され、出力部材１６から出力される駆動力に加えられる。

図３は、パーキング状態における複合遊星歯車機構を構成する各回転要素の回転数の関係を示す共線図である。図３にて、太い点線で示される直線Ｈｉがハイモードのときの回転数の関係を表し、太い実線で示される直線Ｌｏがローモードのときの回転数の関係を表す。共線図は、複合遊星歯車機構における各回転要素を示す直線Ｈｉ，Ｌｏをギヤ比の間隔をあけて互いに平行に引き、これらの直線Ｈｉ，Ｌｏに交差する基線６１からの距離をそれぞれの回転要素の回転数として示している。

ハイモードの場合には、第１クラッチ機構ＣＬ１によって連結されている第１キャリヤＣ１と第２サンギヤＳ２とが入力要素を形成し、エンジン１１が出力した駆動力が第１キャリヤＣ１と第２サンギヤＳ２とに伝達される。また、第１サンギヤＳ１には第１モータ１２が発電機として機能することによる負トルクが加えられ、第１サンギヤＳ１が反力要素となる。太い点線で示される直線Ｈｉで表されているように、ハイモードの場合には、例えば駐車ブレーキの操作に基づいて出力部材（ＯＵＴ）１６に連結されている第２リングギヤＲ２の回転数がゼロになる。このとき、第１モータ１２のロータ１２ａに接続された第１サンギヤＳ１の回転数は、第１キャリヤＣ１や第２サンギヤＳ２の回転数（あるいはエンジン回転数Ｎｅ）より高回転になる。

ローモードでは、第１クラッチ機構ＣＬ１を解放し、かつ第２クラッチ機構ＣＬ２を係合させることで設定される。第２クラッチ機構ＣＬ２が係合する場合には、第２サンギヤＳ２と第２リングギヤＲ２とが連結されて、第２遊星歯車機構１５の回転要素の全てが一体となって回転する。例えば駐車ブレーキの操作がなされて第２リングギヤＲ２の回転がゼロの状態になると、第１リングギヤＲ１の回転もゼロの状態になる。太い実線で示される直線Ｌｏは、エンジン１１の回転数の変化Ｅ１によって縦軸６３と基線６１との交点６４を中心として回転する変化、例えば符合Ｌｏ’で示す細い実線への変化となる。このため、エンジン１１の回転数の変化Ｅ１に対して第１モータ１２の回転数の変化は、ローモードの場合には同図に示す符合Ｎ２となる。ハイモードの場合、つまり太い点線で示される直線Ｈｉは、エンジン１１の回転数の変化Ｅ１によって縦軸６０と基線６１との交点６２を中心として回転する変化、例えば細い点線Ｈｉ’への変化となる。このため、ハイモードの場合のエンジン１１の回転数の変化Ｅ１に対する第１モータ１２の回転数の変化は、同図に符合で示すＮ１（Ｎ２より変化が小さい値）となる。

なお、図３に示した共線図は、縦軸６５と縦軸６６との間隔を「１」とした場合に縦軸６６と縦軸６３との間隔は、第１遊星歯車機構１４におけるギヤ比（第１リングギヤＲ１の歯数と第１サンギヤＳ１の歯数との比）「ρ1」となるように設定されている。また縦軸６６と縦軸６３との間隔を「１」とした場合に縦軸６３と縦軸６０との間隔は、第２遊星歯車機構１５のギヤ比（第２リングギヤＲ２の歯数と第２サンギヤＳ２の歯数との比）「ρ２」となるように設定されている。

駆動装置１０は、縦軸６５と縦軸６６との間隔を「１」とした場合に、ハイモードが設定されたときには縦軸６６と縦軸６０との間隔に相当する複合遊星歯車機構のギヤ比が「ρ1＋ρ1×ρ2」となり、ローモードが設定されたときには縦軸６６と縦軸６３との間隔に相当する複合遊星歯車機構のギヤ比が「ρ１」となる。つまり、エンジン１１から第１モータ１２へ駆動力を分割する駆動力分割比を「１」とすると、ハイモードが設定された場合のエンジン１１から出力部材１６に伝達される駆動力を「Ｆ２」とし、また、ローモードが設定された場合のエンジン１１から出力部材１６に伝達される駆動力を「Ｆ１」とすると、「Ｆ１＝ρ１、Ｆ２＝ρ1＋ρ1×ρ2」となり、互いの駆動力分割比の大きさは「Ｆ１＜Ｆ２」の関係になる。なお、ハイモードは第１走行モードの一例であり、ローモードは第２走行モードの一例である。

ところで、車両４３がパーキング状態にてＰチャージ制御を実施するときに、第１モータ１２の出力を高めてエンジン１１を高回転で連れ回すと、第１ピニオンギヤＰ１の差回転数が増大して第１遊星歯車機構１４の耐久性が低下するおそれがある。このため、第１ピニオンギヤＰ１の差回転数を制限することがある。また、エンジン１１の回転を増大して第１モータ１２の回転を高めると第１モータ１２の耐久性が低下するおそれがある。このため第１モータ１２の最高回転数を制限することがある。

図４は、車両４３がパーキング状態の場合で、かつハイモードのときの第１ピニオンギヤＰ１を含む各回転要素の回転数の関係を示す共線図である。図４に示すように、第１ピニオンギヤＰ１の差回転数Ｐｎは、第１ピニオンギヤＰ１の自転の回転数６７と第１キャリヤＣ１の回転数６８との差となっている。Ｐチャージ制御を実施中に、第１モータ１２の最高回転数の制限、または第１ピニオンギヤＰ１の差回転数Ｐｎの制限によって、エンジン１１の回転数が同図に示す符号６８の回転数に制限されている。この状態では、第１モータ１２による発電量をさらに増加させることができない。なお、図４に示した符号４９は、駆動装置１０がハイモードでパーキング状態のときにエンジン１１の最高出力に対してエンジン回転数Ｎｅに余裕があることを示す。

図５は、Ｐチャージ制御により切り替えられるハイモードでの各回転要素の回転数を示す共線図である。ＥＣＵ２１は、Ｐチャージ制御を実施する場合に、走行モードをハイモードに切り替える。図５に示すように、ハイモードでは、第１モータ１２の回転数を制限しつつエンジン１１の回転数を、ローモードのときの回転数を点線で示した直線Ｌｏと比べて、同図に示す符号Ｅ２の分だけ高めることができる。同図では、エンジン１１の回転数が増加しても第１モータ１２の回転数が最高回転数の制限を受けているため変化していないが、前記Ｅ２の回転の分に対応して第１モータ１２に伝達されるトルクが増加しており、そのトルク（エネルギ）を受ける反力（負荷）によって第１モータ１２が発電する電力が増加する。これによりバッテリ３２への充電時間の短縮を図ることができる。また、ハイモードでは、第１ピニオンギヤＰ１の回転数を、ローモードでの回転数６７に対して符号６９で示した回転数に低減することができ、第１ピニオンギヤＰ１の差回転数に余裕を持たせることができる。さらに、第１ピニオンギヤＰ１の差回転数の制限を考慮した場合には、ハイモードにてエンジン１１の回転数および第１モータ１２の回転数を、ローモードの場合と比べてそれぞれ高めることができる。この場合でもバッテリ３２への充電時間の短縮を図ることができる。なお、図５では、図３に示す共線図と同じ作用がなされる箇所には同じ符号を付してここでの詳しい説明を省略する。

図６は、ＥＣＵ２１がＰチャージ制御を実施する手順を示すフローチャートである。ステップＳ１にてＥＣＵ２１は、エンジン１１が始動中か否か、つまりエンジン１１が運転中か否かを判断する。肯定（Ｙ側）の場合つまりエンジン１１が運転している場合にはステップＳ２に移行し、否定（Ｎ側）の場合にはリターンに移行する。ステップＳ２にてＥＣＵ２１は、ポジションスイッチ３５から得られる情報を参照してパーキングポジションか否かを判断する。肯定（Ｙ側）の場合つまりパーキングポジションの場合にはステップＳ３に移行し、否定（Ｎ側）の場合にはリターンに移行する。ステップＳ３にてＥＣＵ２１は、ＳＯＣ回復スイッチ３８がＯＮか否かを判断する。肯定（Ｙ側）の場合つまりＳＯＣ回復スイッチ３８が操作されている場合にはステップＳ５に移行し、否定（Ｎ側）の場合にはステップＳ４に移行する。ステップＳ４にてＥＣＵ２１は、ＳＯＣが予め決められた閾値Ａ以下か否かを判断する。肯定（Ｙ側）の場合つまりＳＯＣが閾値Ａ以下で充電が必要と判断された場合にはステップＳ５に移行して急速充電が行われ、また否定（Ｎ側）の場合にはステップＳ８に移行する。

ステップＳ５にてＥＣＵ２１は、ハイモードか否かを判断する。肯定（Ｙ側）の場合つまりローモードの場合にはステップＳ６に移行し、否定（Ｎ側）の場合つまりハイモードの場合にはステップＳ８に移行する。ステップＳ６にてＥＣＵ２１は、ハイモードに走行モードを切り替えて急速充電を行う制御を実施した後に、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７にてＥＣＵ２１は、目標エンジン回転数の上限を、ローモードの場合の上限からハイモードの場合の上限に変更した後にステップＳ８に移行する。ステップＳ８にてＥＣＵ２１は、変更された目標エンジン回転数の上限に基づいて、例えばエアコンデショナーの動作や暖機運転の動作を条件として、前記上限の範囲内で目標エンジン回転数を算出する。ＥＣＵ２１は、算出された目標エンジン回転数に実エンジン回転数Ｎｅが追従するようにエンジン＿ＥＣＵ３３に指令することによりエンジン１１の制御を行う。目標エンジン回転数の上限は、Ｐチャージ制御により上昇可能なエンジン回転数Ｎｅであり、例えば第１モータ１２の最高回転数とハイモードのときのギヤ比（図３に示す縦軸６６と縦軸６５との間隔に対応するギヤ比）との積により求められる。

この実施例では、ステップＳ４にてＳＯＣが閾値Ａ以下の場合のみハイモードに切り替えた急速充電に移行される。そして、ＳＯＣが閾値Ａを超える場合は、走行モードを切り替えずに充電速度が相対的に遅い通常の充電を実施する。このように、前述した特定の条件が成立した場合のみハイモードを切り替えるため、走行モードの切替えに要するエネルギ消費の抑制を図ることができる。さらに、ステップＳ３にてＳＯＣ回復スイッチ３８が操作されている場合には、ハイモードを切り替えた急速充電が実施される。このため、例えば運転者の要求に迅速に応えることが可能となる。

この発明の実施例における駆動装置１０は、図２で説明したように、第１リングギヤＲ１と第２キャリヤＣ２とを連結するとともに第１キャリヤＣ１と第２サンギヤＳ２とを選択的に連結し、また第２サンギヤＳ２と第２リングギヤＲ２とを選択的に連結することにより駆動力分割率を変更するように構成されている。そのようないわゆる複合化は、図２に示す構成以外の構成であっても行うことができる。図７はこの発明の他の実施例を示すスケルトン図である。図７に示すように、駆動装置７０は、第１遊星歯車機構１４と第２遊星歯車機構１５との連結状態、および第１クラッチ機構ＣＬ１と第２クラッチ機構ＣＬ２の配置を変更した例である。

図７に示すように、駆動力分割機構を構成する第１遊星歯車機構１４は、第１モータ１２に接続された第１サンギヤ（第１反力要素）Ｓ１、エンジン１１に接続された第１キャリヤ（第１入力要素）Ｃ１および第２遊星歯車機構１５に接続された第１リングギヤ（第１出力要素）Ｒ１を含む。第１リングギヤＲ１は、第２遊星歯車機構１５における第２サンギヤＳ２に連結される。第１クラッチ機構ＣＬ１は、第１キャリヤＣ１と第２リングギヤＲ２とを選択的に連結する。第２サンギヤＳ２は第２入力要素に相当する。出力部材１６は、第２キャリヤＣ２に連結されており、第２キャリヤＣ２が第２出力要素に相当する。さらに、第２遊星歯車機構１５における第２リングギヤＲ２が第２反力要素に相当する。また、第２クラッチ機構ＣＬ２は、第２遊星歯車機構１５における第２サンギヤＳ２と第２キャリヤＣ２とを選択的に連結する。駆動装置７０は、第１クラッチ機構ＣＬ１が係合され、かつ第２クラッチ機構ＣＬ２が解放されることによりＨＶ走行モードのローモードを設定する。また、第２クラッチ機構ＣＬ２が係合され、かつ第１クラッチ機構ＣＬ１が解放されることによりＨＶ走行モードのハイモードを設定する。すなわち、ローモードおよびハイモードを設定するための第１クラッチ機構ＣＬ１および第２クラッチ機構ＣＬ２の係合および解放の状態が、図２に示した例とは反対になる。なお、図７では、図２で説明した構成と同じまたは同様な部材には同じ符号を付してここでは詳しい説明を省略する。

図８は、図７で説明した駆動装置７０の変形例を示す。図８に示すように、駆動装置７２は、第２キャリヤＣ２が第１キャリヤＣ１に連結されて、第２キャリヤＣ２が第２入力要素に相当する。また、第２リングギヤＲ２に出力部材１６が連結されて、第２リングギヤＲ２が第２出力要素に相当する。第１クラッチ機構ＣＬ１は、第２サンギヤＳ２と第１リングギヤＲ１とを選択的に連結する。第２クラッチ機構ＣＬ２は第２キャリヤＣ２と第２サンギヤＳ２とを選択的に連結する。なお、第２サンギヤＳ２が第２反力要素に相当している。また、ＨＶ走行モードのローモードおよびハイモードの設定をするための第１クラッチ機構ＣＬ１および第２クラッチ機構ＣＬ２の係合および解放の状態は、図２で説明した状態と同じである。なお、図８では、図２で説明した構成と同じまたは同様な部材には同じ符号を付してここでは詳しい説明を省略する。

この発明においては、シングルピニオン型の遊星歯車機構に替えてダブルピニオン型の遊星歯車機構を使用して駆動装置を構成してもよい。その例を以下に説明する。図９に示した駆動装置７３は、第２遊星歯車機構１５ａをダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成している。第２遊星歯車機構１５ａは、第２サンギヤＳ２ａに噛み合っている第１のピニオンギヤＰ２ａと、その第１のピニオンギヤＰ２ａおよび第２リングギヤＲ２ａに噛み合っている第２のピニオンギヤＰ２ｂとを第２キャリヤＣ２ａによって保持した遊星歯車機構である。したがって、図９に示す駆動装置７３では、第２リングギヤＲ２ａが第１リングギヤＲ１に連結されて、第２リングギヤＲ２ａが第２入力要素に相当する。また、第２キャリヤＣ２ａに出力部材１６が連結されて、第２キャリヤＣ２ａが第２出力要素に相当する。さらに、第１クラッチ機構ＣＬ１は、第２サンギヤＳ２ａと第１キャリヤＣ１とを選択的に連結する。第２クラッチ機構ＣＬ２は、第２キャリヤＣ２ａと第２サンギヤＳ２ａとを選択的に連結する。なお、第２サンギヤＳ２ａが第２反力要素に相当する。また、図９では、図２で説明した構成と同じまたは同様な部材には同じ符号を付してここでは詳しい説明を省略する。さらに、ローモードおよびハイモードの設定をするための第１クラッチ機構ＣＬ１および第２クラッチ機構ＣＬ２の係合および解放の状態は前述した図２で説明した状態と同じである。

図１０に示す駆動装置７４は、図９で説明した駆動装置７３と比べて、ダブルピニオン型の第２遊星歯車機構１５ａにおける第２サンギヤＳ２ａを出力要素としている。また、第１クラッチ機構ＣＬ１を介して第２キャリヤＣ２ａが第１キャリヤＣ１に連結されるように構成されている。したがって、駆動装置７４の出力部材は、第２サンギヤＳ２ａに一体化されている出力軸１６ａとなっている。また、図１０では、省略してある第２モータ１３は、出力軸１６ａに対してトルクを加えるように構成されている。この駆動装置７４であっても、第１クラッチ機構ＣＬ１および第２クラッチ機構ＣＬ２の係合状態を制御することで、図９で説明した駆動装置と同様に動作させてＨＶ走行モードでのハイモードおよびローモードを設定することができる。

図１１は、図２で説明した駆動装置７５の一例をスケルトン図としてより具体的に示す。図１１に示すように、駆動装置７５は、図２で説明した駆動装置１０における第１遊星歯車機構１４と第２遊星歯車機構１５との連結状態、および第１クラッチ機構ＣＬ１の配置を変更し、そして第１ブレーキ機構ＢＫ１を追加した例である。第１ブレーキ機構ＢＫ１は、第１クラッチ機構ＣＬ１と同様の摩擦係合式のクラッチ装置とすることができるが、これに限らず、噛合い式等のクラッチ機構をブレーキ機構として用いられてもよい。なお、図１１では、図２で説明した部材と同じまたは同様な部材には同じ符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。第１ブレーキ機構ＢＫ１は固定機構の一例である。

図１１に示すように、第１クラッチ機構ＣＬ１は、第１キャリヤＣ１と第２サンギヤＳ２とを選択的に連結する。第１ブレーキ機構ＢＫ１は、第２サンギヤＳ２を固定部材７６に選択的に固定する。第２キャリヤＣ２は第１サンギヤＳ１に連結されている。第２リングギヤＲ２は出力軸１６ａに連結されている。駆動装置７５は、第１クラッチ機構ＣＬ１が係合され、かつ第１ブレーキ機構ＢＫ１が解放されることでＨＶ走行モードのハイモードを設定する。また、駆動装置７５は、第１クラッチ機構ＣＬ１が解放され、かつ第１ブレーキ機構ＢＫ１が固定されることでＨＶ走行モードのローモードを設定する。

図１２は、図２で説明した駆動装置１０の一例をスケルトン図としてより具体的に示す。図１２に示すように、駆動装置７７は、図１１で説明した駆動装置７５における第１遊星歯車機構１４と第２遊星歯車機構１５との連結状態および第１クラッチ機構ＣＬ１ならびに第１ブレーキ機構ＢＫ１の配置を変更した例である。なお、図１２では、図２で説明した部材と同じまたは同様な部材には同じ符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。図１２に示すように、第１クラッチ機構ＣＬ１は、第１キャリヤＣ１と第２リングギヤＲ２とを選択的に連結する。第１ブレーキ機構ＢＫ１は、第２リングギヤＲ２を固定部材７６に選択的に固定する。第１サンギヤＳ１は、第２サンギヤＳ２に連結されている。出力軸１６ａは、第２キャリヤＣ２に連結されている。駆動装置７７は、第１クラッチ機構ＣＬ１が係合され、かつ第１ブレーキ機構ＢＫ１が解放されることでＨＶ走行モードのローモードを設定する。また、駆動装置７７は、第１クラッチ機構ＣＬ１が解放され、かつ第１ブレーキ機構ＢＫ１が固定されることでＨＶ走行モードのハイモードを設定する。

図１３は、図２で説明した駆動装置１０の一例をスケルトン図としてより具体的に示す。図１３に示すように、駆動装置７８は、図２で説明した実施例における第１遊星歯車機構１４と第２遊星歯車機構１５との連結状態および第１クラッチ機構ＣＬ１ならびに第１ブレーキ機構ＢＫ１の配置を変更した例である。なお、図１３では、図２で説明した部材と同じまたは同様な部材には同じ符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。

図１３に示すように、第１クラッチ機構ＣＬ１は、第１入力要素となる第１リングギヤＲ１と第２キャリヤＣ２とを選択的に連結する。第１ブレーキ機構ＢＫ１は、第２キャリヤＣ２を固定部材７６に選択的に固定する。第１出力要素となる第１キャリヤＣ１は、第２サンギヤＳ２に連結されている。したがって、第２遊星歯車機構１５では、第２サンギヤＳ２が第２入力要素に相当する。出力部材１６は、第２遊星歯車機構１５における第２リングギヤＲ２に連結されており、第２リングギヤＲ２が第２出力要素に相当する。さらに、第２遊星歯車機構１５における第２キャリヤＣ２が第２反力要素に相当する。駆動装置７８は、第１クラッチ機構ＣＬ１が係合され、かつ第１ブレーキ機構ＢＫ１が解放されることでＨＶ走行モードの前進のハイモードを設定する。駆動装置７８は、第１ブレーキ機構ＢＫ１が係合され、かつ第１クラッチ機構ＣＬ１が解放されることでＨＶ走行モードの後退のローモードを設定する。

この発明は、上記各実施例に限定されないのであって、この発明の目的を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。例えば、第１遊星歯車機構１４をシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成した場合、第１モータ１２を第１サンギヤＳ１に連結する替わりに第１リングギヤＲ１に連結して第１リングギヤＲ１を第１入力要素とし、併せて第１リングギヤＲ１に替えて第１サンギヤＳ１を第２遊星歯車機構１５における第２入力要素に連結してその第１サンギヤＳ１を第１出力要素とすることができる。また、この発明の実施例では、第２クラッチ機構ＣＬ２は、要は、係合することにより第２遊星歯車機構１５を一体化する機構であればよく、したがってサンギヤとキャリヤとリングギヤとのいずれか二つの回転要素もしくはそれら三つの回転要素を連結するように構成されたクラッチ機構であってよい。

また、上記各駆動装置では、例えばエンジン１１の出力軸に連結された入力軸（それぞれ図示せず）が第１遊星歯車機構１４を構成する回転要素のうちのいずれか一つに連結されているが、この発明では、例えば出力軸に連結された回転要素と入力軸とを直接連結する構成に替えて、歯車機構などの伝動機構を介して出力軸と入力軸とを連結してよい。また、その出力軸と入力軸との間にダンパ機構やトルクコンバータなどの機構を配置してよい。さらにまた、上記各実施例では、ＨＶ走行モードを構成するモードとしてハイモードおよびローモードとして説明しているが、この発明では二つの走行モードに限らず、例えばハイモードおよびローモードを含む３つ以上の走行モードを設定可能としてよい。

１１…エンジン、１２…第１モータ、１３…第２モータ、１４…第１遊星歯車機構、１５，１５ａ…第２遊星歯車機構、１６…出力部材、２１…ＥＣＵ、３２…バッテリ、ＣＬ１…第１クラッチ機構、ＣＬ２…第２クラッチ機構、ＢＫ１…第１ブレーキ機構。

Claims

駆動力を出力する内燃機関と、
発電機能を有する第１モータと、
前記内燃機関が出力した駆動力が入力される第１入力要素と、前記第１モータに連結されている第１反力要素と、第１出力要素とによって、前記内燃機関が出力した駆動力を走行のための駆動力と前記発電機能のための駆動力とに分割する作用を行う第１遊星歯車機構と、
前記第１出力要素に連結された第２入力要素と、出力部材に連結されている第２出力要素と、第２反力要素とによって差動作用を行う第２遊星歯車機構と、
前記第１入力要素と前記第１反力要素とのいずれか一方と前記第２反力要素とを選択的に連結する第１係合機構と、
前記第２遊星歯車機構における少なくともいずれか二つの前記要素を選択的に連結して前記第２遊星歯車機構を一体化させる第２係合機構または前記第２反力要素の回転を規定する固定機構と、
前記第１モータにより発電された電力を蓄える蓄電部と、
前記出力部材に連結されており、前記蓄電部に蓄積された電力により駆動される第２モータと、を備えたハイブリッド車両の制御装置において、
前記内燃機関、前記第１モータ、前記第２モータ、前記第１係合機構、および前記第２係合機構または前記固定機構を制御することで、前記内燃機関の回転数の変化に対して、前記第１モータの回転数の変化が相対的に小さい第１走行モードおよび前記第１モータの回転数の変化が相対的に大きい第２走行モードを含む複数の走行モードのうちのいずれか一つの走行モードを設定可能な制御部を備え、
前記制御部は、前記ハイブリッド車両が停止中の場合にかつ前記蓄電部に充電するときに、前記第１走行モードを設定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車両の制御装置。