JP3646724B2 - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents

Description

本発明はハイブリッド駆動装置に係り、特に、エンジンを動力源として走行する運転モードへ移行する際のエンジン始動制御に関するものである。

エンジンおよびモータジェネレータを動力源として備えており、エンジンに第１クラッチを介して連結される第１回転要素、モータジェネレータに連結される第２回転要素、および出力部材に連結される第３回転要素を有して、それらの間で機械的に力を合成、分配する合成分配機構と、合成分配機構の２つの回転要素を連結して合成分配機構を一体回転させる第２クラッチとを有するハイブリッド駆動装置が、例えば特許文献１などに記載されている。このようなハイブリッド駆動装置によれば、第１クラッチ、第２クラッチの係合状態および動力源の作動状態が異なる複数の運転モードで運転することにより、排出ガス量や燃料消費量を低減させることができる。
特開平９−３７４１１号公報

しかしながら、このようなハイブリッド駆動装置において、エンジンを始動してそのエンジンを動力源として走行する運転モードへ移行する際には、例えばモータジェネレータによりエンジンをクランキングして始動するようになっており、それだけエンジンの始動、更にはエンジンを動力源として走行する運転モードへの移行が遅くなる可能性があった。

第１発明は、エンジンおよびモータジェネレータを車両走行用の動力源として備えており、そのエンジンおよびモータジェネレータの作動状態が異なる複数の運転モードで走行するハイブリッド駆動装置において、前記エンジンを停止させるとともに前記モータジェネレータにより車両に回生制動力を作用させる運転モードから、アクセルペダルが踏込み操作されることにより前記エンジンを始動してそのエンジンを動力源として走行する運転モードへ移行する際に、エンジン回転速度が所定値以上の時にはクランキングを行うことなく燃料噴射等のエンジン始動制御のみでそのエンジンを始動することを特徴とする。

第２発明は、第１発明のハイブリッド駆動装置において、３つの回転要素のうちの２つがそれぞれ前記エンジンおよび前記モータジェネレータに連結され、それ等の出力を機械的に合成、分配して出力部材に伝達する合成分配機構を備えていることを特徴とする。
第３発明は、第１発明または第２発明のハイブリッド駆動装置において、前記エンジン回転速度が前記所定値より低い時には、前記エンジンをクランキングして始動することを特徴とする。

本発明によれば、エンジンを始動してそのエンジンを動力源として走行する運転モードへ移行する際に、エンジン回転速度が所定値以上の時にはクランキングを行うことなく燃料噴射等のエンジン始動制御のみでそのエンジンを始動するため、それだけエンジンの始動、更にはエンジンを動力源として走行する運転モードへの移行が速くなる。

ここで、本発明のハイブリッド駆動装置の好適な態様は、前記エンジン、モータジェネレータ、および合成分配機構の他に、それぞれ係合、解放されることにより、前記合成分配機構を介して前記エンジンおよび前記モータジェネレータの作動状態が異なる複数の運転モードを成立させる第１クラッチおよび第２クラッチを有して構成される。

上記合成分配機構は、例えばエンジンに第１クラッチを介して連結される第１回転要素、モータジェネレータに連結される第２回転要素、および出力部材に連結される第３回転要素を有して、それらの間で機械的に力を合成、分配するように構成され、前記第２クラッチは、例えば合成分配機構の２つの回転要素を連結してその合成分配機構を一体回転させるように配設される。

その場合、前記複数の運転モードとしては、第１クラッチおよび第２クラッチを係合し、エンジンを回転駆動するエンジン運転モードや、第１クラッチを解放し、第２クラッチを係合してモータジェネレータを回転駆動するモータ運転モード、第１クラッチを係合し、第２クラッチを解放してエンジンおよびモータジェネレータを協調制御して運転する協調運転モード、第１クラッチを解放し、第２クラッチを係合して、駆動装置に加わる運動エネルギーでモータジェネレータを回転駆動することにより、蓄電装置を充電するとともに回生制動力を作用させる回生制動モードなどが可能である。

前記合成分配機構は、遊星歯車装置や傘歯車式の差動装置など、作動的に連結されて相対回転させられる３つの回転要素を有して、機械的に力の合成、分配を行うことができるもので、遊星歯車装置が好適に用いられる。遊星歯車装置を用いた場合、リングギヤを前記第１回転要素とし、サンギヤを前記第２回転要素とし、キャリアを前記第３回転要素とすることが望ましい。

前記第１クラッチ、第２クラッチとしては、油圧アクチュエータによって摩擦係合させられる油圧式クラッチ、電磁力で係合させられる電磁式クラッチなど、係合力を制御可能なクラッチが好適に用いられる。また、出力部材は駆動輪であっても良いが、自動変速機の入力部材などでも良い。

また、本発明のハイブリッド駆動装置は、必ずしも変速機を必須とするものではないが、平行２軸式や遊星歯車式などの有段の歯車式変速機や、変速比が無段階で変化させられるベルト式やトロイダル型などの無段変速機を駆動輪との間に設けることも可能である。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用されたハイブリッド駆動装置１０の骨子図である。

図１において、このハイブリッド駆動装置１０はＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）車両用のもので、燃料の燃焼によって作動する内燃機関等のエンジン１２と、電動モータおよび発電機としての機能を有するモータジェネレータ１４と、シングルピニオン型の遊星歯車装置１６と、自動変速機１８とを車両の前後方向に沿って備えており、出力軸１９から図示しないプロペラシャフトや差動装置などを介して左右の駆動輪（後輪）へ駆動力を伝達する。

遊星歯車装置１６は機械的に力を合成分配する合成分配機構で、モータジェネレータ１４と共に電気式トルコン２４を構成しており、第１回転要素としてのリングギヤ１６ｒは第１クラッチＣＥ₁ を介してエンジン１２に連結され、第２回転要素としてのサンギヤ１６ｓはモータジェネレータ１４のロータ軸１４ｒに連結され、第３回転要素としてのキャリア１６ｃは自動変速機１８の入力軸２６に連結されている。また、サンギヤ１６ｓおよびキャリア１６ｃは第２クラッチＣＥ₂ によって連結されるようになっている。尚、自動変速機１８の入力軸２６は出力部材に相当する。

また、エンジン１２の出力は、回転変動やトルク変動を抑制するためのフライホイール２８およびスプリング、ゴム等の弾性部材によるダンパ装置３０を介して第１クラッチＣＥ₁ に伝達される。第１クラッチＣＥ₁ および第２クラッチＣＥ₂ は、何れも油圧アクチュエータによって係合、解放される摩擦式の多板クラッチである。

自動変速機１８は、前置式オーバードライブプラネタリギヤユニットから成る副変速機２０と、単純連結３プラネタリギヤトレインから成る前進４段、後進１段の主変速機２２とを組み合わせたものである。

具体的には、副変速機２０はシングルピニオン型の遊星歯車装置３２と、油圧アクチュエータによって摩擦係合させられる油圧式のクラッチＣ₀ 、ブレーキＢ₀ と、一方向クラッチＦ₀ とを備えて構成されている。また、主変速機２２は、３組のシングルピニオン型の遊星歯車装置３４、３６、３８と、油圧アクチュエータによって摩擦係合させられる油圧式のクラッチＣ₁ , Ｃ₂ 、ブレーキＢ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，Ｂ₄ と、一方向クラッチＦ₁ ，Ｆ₂ とを備えて構成されている。

そして、図２に示されているソレノイドバルブＳＬ１〜ＳＬ４の励磁、非励磁により油圧回路４０が切り換えられたり、図示しないシフトレバーに連結されたマニュアルシフトバルブによって油圧回路４０が機械的に切り換えられたりすることにより、クラッチＣ₀ ，Ｃ₁ ，Ｃ₂ 、ブレーキＢ₀ ，Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，Ｂ₄ がそれぞれ係合、解放制御され、図３に示されているようにニュートラル（Ｎ）と前進５段（１ｓｔ〜５ｔｈ）、後進１段（Ｒｅｖ）の各変速段が成立させられる。

なお、上記自動変速機１８や前記電気式トルコン２４は、中心線に対して略対称的に構成されており、図１では中心線の下半分が省略されている。

図３のクラッチ、ブレーキ、一方向クラッチの欄の「○」は係合、「●」はシフトレバーがエンジンブレーキレンジ、たとえば「３」、「２」、及び「Ｌ」レンジ等の低速レンジへ操作された場合に係合、そして、空欄は非係合を表している。

その場合に、ニュートラルＮ、後進変速段Ｒｅｖ、及びエンジンブレーキレンジは、シフトレバーに機械的に連結されたマニュアルシフトバルブによって油圧回路４０が機械的に切り換えられることによって成立させられ、前進変速段の１ｓｔ〜５ｔｈの相互間の変速はソレノイドバルブＳＬ１〜ＳＬ４によって電気的に制御される。また、前進変速段の変速比は１ｓｔから５ｔｈとなるに従って段階的に小さくなり、４ｔｈの変速比ｉ₄ ＝１である。図３は各変速段の変速比の一例を示したものである。

図３の作動表に示されているように、第２変速段（２ｎｄ）と第３変速段（３ｒｄ）との間の変速は、第２ブレーキＢ₂ と第３ブレーキＢ₃ との係合・解放状態を共に変えるクラッチツウクラッチ変速になる。この変速を円滑に行うために、上述した油圧回路４０には図４に示す回路が組み込まれている。

図４において符号７０は１−２シフトバルブを示し、また符号７１は２−３シフトバルブを示し、さらに符号７２は３−４シフトバルブを示している。これらのシフトバルブ７０、７１、７２の各ポートの各変速段での連通状態は、それぞれのシフトバルブ７０、７１、７２の下側に示している通りである。なお、その数字は各変速段を示す。

その２−３シフトバルブ７１のポートのうち第１変速段および第２変速段で入力ポート７３に連通するブレーキポート７４に、第３ブレーキＢ₃ が油路７５を介して接続されている。この油路にはオリフィス７６が介装されており、そのオリフィス７６と第３ブレーキＢ₃ との間にダンパーバルブ７７が接続されている。このダンパーバルブ７７は、第３ブレーキＢ₃ にライン圧が急激に供給された場合に少量の油圧を吸入して緩衝作用を行うものである。

また符号７８はＢ−３コントロールバルブであって、第３ブレーキＢ₃ の係合圧Ｐ_B3をこのＢ−３コントロールバルブ７８によって直接制御するようになっている。すなわち、このＢ−３コントロールバルブ７８は、スプール７９とプランジャ８０とこれらの間に介装したスプリング８１とを備えており、スプール７９によって開閉される入力ポート８２に油路７５が接続され、またこの入力ポート８２に選択的に連通させられる出力ポート８３が第３ブレーキＢ₃ に接続されている。さらにこの出力ポート８３は、スプール７９の先端側に形成したフィードバックポート８４に接続されている。

一方、前記スプリング８１を配置した箇所に開口するポート８５には、２−３シフトバルブ７１のポートのうち第３変速段以上の変速段でＤレンジ圧を出力するポート８６が油路８７を介して連通させられている。また、プランジャ８０の端部側に形成した制御ポート８８には、リニアソレノイドバルブＳＬＵが接続されている。

したがって、Ｂ−３コントロールバルブ７８は、スプリング８１の弾性力とポート８５に供給される油圧とによって調圧レベルが設定され、且つ制御ポート８８に供給される信号圧が高いほどスプリング８１による弾性力が大きくなるように構成されている。

さらに、図４における符号８９は、２−３タイミングバルブであって、この２−３タイミングバルブ８９は、小径のランドと２つの大径のランドとを形成したスプール９０と第１のプランジャ９１とこれらの間に配置したスプリング９２とスプール９０を挟んで第１のプランジャ９１とは反対側に配置された第２のプランジャ９３とを有している。

この２−３タイミングバルブ８９の中間部のポート９４に油路９５が接続され、また、この油路９５は２−３シフトバルブ７１のポートのうち第３変速段以上の変速段でブレーキポート７４に連通させられるポート９６に接続されている。

さらに、この油路９５は途中で分岐して、前記小径ランドと大径ランドとの間に開口するポート９７にオリフィスを介して接続されている。この中間部のポート９４に選択的に連通させられるポート９８は油路９９を介してソレノイドリレーバルブ１００に接続されている。

そして、第１のプランジャ９１の端部に開口しているポートにリニアソレノイドバルブＳＬＵが接続され、また第２のプランジャ９３の端部に開口するポートに第２ブレーキＢ₂ がオリフィスを介して接続されている。

前記油路８７は第２ブレーキＢ₂ に対して油圧を供給・排出するためのものであって、その途中には小径オリフィス１０１とチェックボール付きオリフィス１０２とが介装されている。また、この油路８７から分岐した油路１０３には、第２ブレーキＢ₂ から排圧する場合に開くチェックボールを備えた大径オリフィス１０４が介装され、この油路１０３は以下に説明するオリフィスコントロールバルブ１０５に接続されている。

オリフィスコントロールバルブ１０５は第２ブレーキＢ₂ からの排圧速度を制御するためのバルブであって、そのスプール１０６によって開閉されるように中間部に形成したポート１０７には第２ブレーキＢ₂ が接続されており、このポート１０７より図での下側に形成したポート１０８に前記油路１０３が接続されている。

第２ブレーキＢ₂ を接続してあるポート１０７より図での上側に形成したポート１０９は、ドレインポートに選択的に連通させられるポートであって、このポート１０９には、油路１１０を介して前記Ｂ−３コントロールバルブ７８のポート１１１が接続されている。尚、このポート１１１は、第３ブレーキＢ₃ を接続してある出力ポート８３に選択的に連通させられるポートである。

オリフィスコントロールバルブ１０５のポートのうちスプール１０６を押圧するスプリングとは反対側の端部に形成した制御ポート１１２が油路１１３を介して、３−４シフトバルブ７２のポート１１４に接続されている。このポート１１４は、第３変速段以下の変速段で第３ソレノイドバルブＳＬ３の信号圧を出力し、また、第４変速段以上の変速段で第４ソレノイドバルブＳＬ４の信号圧を出力するポートである。

さらに、このオリフィスコントロールバルブ１０５には、前記油路９５から分岐した油路１１５が接続されており、この油路１１５を選択的にドレインポートに連通させるようになっている。

なお、前記２−３シフトバルブ７１において第２変速段以下の変速段でＤレンジ圧を出力するポート１１６が、前記２−３タイミングバルブ８９のうちスプリング９２を配置した箇所に開口するポート１１７に油路１１８を介して接続されている。また、３−４シフトバルブ７２のうち第３変速段以下の変速段で前記油路８７に連通させられるポート１１９が油路１２０を介してソレノイドリレーバルブ１００に接続されている。

そして、図４において、符号１２１は第２ブレーキＢ₂ 用のアキュムレータを示し、その背圧室にはリニアソレノイドバルブＳＬＮが出力する油圧に応じて調圧されたアキュムレータコントロール圧が供給されている。このアキュムレータコントロール圧は、リニアソレノイドバルブＳＬＮの出力圧が低いほど高い圧力になるように構成されている。したがって、第２ブレーキＢ₂ の係合・解放の過渡的な油圧Ｐ_B2は、リニアソレノイドバルブＳＬＮの信号圧が低いほど高い圧力で推移するようになっている。変速用の他のクラッチＣ₁ 、Ｃ₂ やブレーキＢ₀ などにもアキュムレータが設けられ、上記アキュムレータコントロール圧が作用させられることにより、変速時の過渡油圧が入力軸２６のトルクＴ_I などに応じて制御されるようになっている。

また、符号１２２はＣ−０エキゾーストバルブを示し、さらに符号１２３はクラッチＣ₀ 用のアキュムレータを示している。Ｃ−０エキゾーストバルブ１２２は２速レンジでの第２変速段のみにおいてエンジンブレーキを効かせるためにクラッチＣ₀ を係合させるように動作するものである。

したがって、上述した油圧回路４０によれば、Ｂ−３コントロールバルブ７８のポート１１１がドレインに連通していれば、第３ブレーキＢ₃ の係合圧Ｐ_B3をＢ−３コントロ−ルバルブ７８によって直接調圧することができ、また、その調圧レベルをリニアソレノイドバルブＳＬＵによって変えることができる。

また、オリフィスコントロールバルブ１０５のスプール１０６が、図の左半分に示す位置にあれば、第２ブレーキＢ₂ はこのオリフィスコントロールバルブ１０５を介して排圧が可能になり、したがって第２ブレーキＢ₂ からのドレイン速度を制御することができる。

さらに、第２変速段から第３変速段への変速は、第３ブレーキＢ₃ を緩やかに解放すると共に第２ブレーキＢ₂ を緩やかに係合する所謂クラッチツウクラッチ変速が行われるわけであるが、入力軸２６への入力軸トルクに基づいてリニアソレノイドバルブＳＬＵにより駆動される第３ブレーキＢ₃ の解放過渡油圧Ｐ_B3を制御することにより変速ショックを好適に軽減することができる。入力軸トルクに基づく油圧Ｐ_B3の制御は、フィードバック制御などでリアルタイムに行うこともできるが、変速開始時の入力軸トルクのみを基準にして行うものであっても良い。

ハイブリッド駆動装置１０は、図２に示されるようにハイブリッド制御用コントローラ５０及び自動変速制御用コントローラ５２を備えている。これらのコントローラ５０、５２は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータを備えて構成され、入力軸回転数Ｎ_I 、車速Ｖ（出力軸回転数Ｎ_O に対応）、エンジントルクＴ_E 、モータトルクＴ_M 、エンジン回転数Ｎ_E 、モータ回転数Ｎ_M 、シフトレバーの操作レンジ、蓄電装置５８（図５参照）の蓄電量ＳＯＣ、ブレーキのＯＮ、ＯＦＦ、アクセル操作量θ_AC等の各種の情報を読み込むと共に、予め設定されたプログラムに従って信号処理を行う。

なお、エンジントルクＴ_E はスロットル弁開度や燃料噴射量などから求められ、モータトルクＴ_M はモータ電流などから求められ、蓄電量ＳＯＣはモータジェネレータ１４がジェネレータとして機能する充電時のモータ電流や充電効率などから求められる。

前記エンジン１２は、ハイブリッド制御用コントローラ５０によってスロットル弁開度や燃料噴射量、点火時期などが制御されることにより、運転状態に応じて出力が制御される。

前記モータジェネレータ１４は、図５に示すようにＭ／Ｇ制御器（インバータ）５６を介してバッテリー等の蓄電装置５８に接続されており、ハイブリッド制御用コントローラ５０により、その蓄電装置５８から電気エネルギーが供給されて所定のトルクで回転駆動される回転駆動状態と、回生制動（モータジェネレータ１４自体の電気的な制動トルク）によりジェネレータとして機能して蓄電装置５８に電気エネルギーを充電する充電状態と、ロータ軸１４ｒが自由回転することを許容する無負荷状態とに切り換えられる。

また、前記第１クラッチＣＥ₁ 及び第２クラッチＣＥ₂ は、ハイブリッド制御用コントローラ５０により電磁弁等を介して油圧回路４０が切り換えられることにより、係合或いは解放状態が切り換えられる。

前記自動変速機１８は、自動変速制御用コントローラ５２によって前記ソレノイドバルブＳＬ１〜ＳＬ４、リニアソレノイドバルブＳＬＵ、ＳＬＴ、ＳＬＮの励磁状態が制御され、油圧回路４０が切り換えられたり油圧制御が行われることにより、予め定められた変速条件に従って変速段が切り換えられる。変速条件は、例えばアクセル操作量θ_ACおよび車速Ｖなどの走行状態をパラメータとする変速マップ等により設定される。

上記ハイブリッド制御用コントローラ５０は、例えば本願出願人が先に出願した特願平７−２９４１４８号に記載されているように、図６に示すフローチャートに従って図７に示す９つの運転モードの１つを選択し、その選択したモードでエンジン１２及び電気式トルコン２４を作動させる。

図６において、ステップＳ１ではエンジン始動要求があったか否かを、例えばエンジン１２を動力源として走行したり、エンジン１２によりモータジェネレータ１４を回転駆動して蓄電装置５８を充電したりするために、エンジン１２を始動すべき旨の指令があったか否かを判断する。

ここで、始動要求があればステップＳ２でモード９を選択する。モード９は、図７から明らかなように第１クラッチＣＥ₁ を係合（ＯＮ）し、第２クラッチＣＥ₂ を係合（ＯＮ）し、モータジェネレータ１４により遊星歯車装置１６を介してエンジン１２を回転駆動すると共に、燃料噴射などのエンジン始動制御を行ってエンジン１２を始動する。

このモード９は、車両停止時には前記自動変速機１８をニュートラルにして行われ、モード１のように第１クラッチＣＥ₁ を解放したモータジェネレータ１４のみを動力源とする走行時には、第１クラッチＣＥ₁ を係合すると共に走行に必要な要求出力以上の出力でモータジェネレータ１４を作動させ、その要求出力以上の余裕出力でエンジン１２を回転駆動することによって行われる。また、車両走行時であっても、一時的に自動変速機１８をニュートラルにしてモード９を実行することも可能である。

一方、ステップＳ１の判断が否定された場合、すなわちエンジン始動要求がない場合には、ステップＳ３を実行することにより、制動力の要求があるか否かを、例えばブレーキがＯＮか否か、シフトレバーの操作レンジがＬや２などのエンジンブレーキレンジ（低速変速段のみで変速制御を行うと共にエンジンブレーキや回生制動が作用するレンジ）で、且つアクセル操作量θ_ACが０か否か、或いは単にアクセル操作量θ_ACが０か否か、等によって判断する。

この判断が肯定された場合にはステップＳ４を実行する。ステップＳ４では、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが予め定められた最大蓄電量Ｂ以上か否かを判断し、ＳＯＣ≧ＢであればステップＳ５でモード８を選択し、ＳＯＣ＜ＢであればステップＳ６でモード６を選択する。最大蓄電量Ｂは、蓄電装置５８に電気エネルギーを充電することが許容される最大の蓄電量で、蓄電装置５８の充放電効率などに基づいて例えば８０％程度の値が設定される。

上記ステップＳ５で選択されるモード８は、図７に示されるように第１クラッチＣＥ₁ を係合（ＯＮ）し、第２クラッチＣＥ₂ を係合（ＯＮ）し、モータジェネレータ１４を無負荷状態とし、エンジン１２を停止状態すなわちスロットル弁を閉じると共に燃料噴射量を０とするものであり、これによりエンジン１２の引き擦り回転による制動力、すなわちエンジンブレーキが車両に作用させられ、運転者によるブレーキ操作が軽減されて運転操作が容易になる。また、モータジェネレータ１４は無負荷状態とされ、自由回転させられるため、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが過大となって充放電効率等の性能を損なうことが回避される。

ステップＳ６で選択されるモード６は、図７から明らかなように第１クラッチＣＥ₁ を解放（ＯＦＦ）し、第２クラッチＣＥ₂ を係合（ＯＮ）し、エンジン１２を停止し、モータジェネレータ１４を充電状態とするもので、車両の運動エネルギーでモータジェネレータ１４が回転駆動されることにより、蓄電装置５８を充電するとともにその車両にエンジンブレーキのような回生制動力を作用させるため、運転者によるブレーキ操作が軽減されて運転操作が容易になる。

また、第１クラッチＣＥ₁ が開放されてエンジン１２が遮断されているため、そのエンジン１２の引き擦りによるエネルギー損失がないとともに、蓄電量ＳＯＣが最大蓄電量Ｂより少ない場合に実行されるため、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが過大となって充放電効率等の性能を損なうことがない。

一方、ステップＳ３の判断が否定された場合、すなわち制動力の要求がない場合にはステップＳ７を実行し、エンジン発進が要求されているか否かを、例えばモード３などエンジン１２を動力源とする走行中の車両停止時か否か、すなわち車速Ｖ≒０か否か等によって判断する。

この判断が肯定された場合には、ステップＳ８においてシフトレバーにより非駆動レンジである「Ｐ」レンジまたは「Ｎ」レンジが選択されているか否かを判断し、「Ｐ」レンジまたは「Ｎ」レンジが選択されていない場合、すなわち「Ｄ」レンジや「Ｒ」レンジ等の駆動レンジが選択されている場合はステップＳ９でモード５を選択し、「Ｐ」レンジまたは「Ｎ」レンジが選択されている場合はステップＳ１０でモード７を選択する。

上記ステップＳ９で選択されるモード５は、図７から明らかなように第１クラッチＣＥ₁ を係合（ＯＮ）し、第２クラッチＣＥ₂ を解放（ＯＦＦ）し、エンジン１２を運転状態とし、モータジェネレータ１４の回生制動トルク（反力トルク）を制御することにより車両を発進させるもので、アクセルＯＦＦすなわちアクセル操作量θ_ACが略零の場合でも所定のクリープトルクが得られるように所定の回生制動トルクが発生させられる。このモード５は、エンジン１２およびモータジェネレータ１４を協調制御して運転する協調運転モードの一例である。

具体的に説明すると、遊星歯車装置１６のギヤ比をρ_E とすると、エンジントルクＴ_E ：遊星歯車装置１６の出力トルク：モータトルクＴ_M ＝１：（１＋ρ_E ）：ρ_E となるため、例えばギヤ比ρ_E を一般的な値である０．５程度とすると、エンジントルクＴ_E の半分のトルクをモータジェネレータ１４が分担することにより、エンジントルクＴ_E の約１．５倍のトルクがキャリア１６ｃから出力される。

すなわち、モータジェネレータ１４のトルクの（１＋ρ_E ）／ρ_E 倍の高トルク発進を行うことができるのである。また、モータ電流を遮断してモータジェネレータ１４を無負荷状態とすれば、ロータ軸１４ｒが逆回転させられるだけでキャリア１６ｃからの出力は０となり、車両停止状態（クリープトルク＝０）となる。

すなわち、この場合の遊星歯車装置１６は発進クラッチおよびトルク増幅装置として機能するのであり、モータトルク（回生制動トルク）Ｔ_M を０から徐々に増大させて反力を大きくすることにより、エンジントルクＴ_E の（１＋ρ_E ）倍の出力トルクで車両を滑らかに発進させることができるのである。

ここで、本実施例では、エンジン１２の最大トルクの略ρ_E 倍のトルク容量のモータジェネレータ、すなわち必要なトルクを確保しつつできるだけ小型で小容量のモータジェネレータ１４が用いられており、装置が小型で且つ安価に構成される。また、本実施例ではモータトルクＴ_M の増大に対応して、スロットル弁開度や燃料噴射量を増大させてエンジン１２の出力を大きくするようになっており、反力の増大に伴うエンジン回転数Ｎ_E の低下に起因するエンジンストール等を防止している。

ステップＳ１０で選択されるモード７は、図７から明らかなように第１クラッチＣＥ₁ を係合（ＯＮ）し、第２クラッチＣＥ₂ を解放（ＯＦＦ）し、エンジン１２を運転状態とし、モータジェネレータ１４を無負荷状態として電気的にニュートラルとするもので、モータジェネレータ１４のロータ軸１４ｒが逆方向へ自由回転させられることにより、自動変速機１８の入力軸２６に対する出力が零となる。これにより、モード３などエンジン１２を動力源とする走行中の車両停止時に一々エンジン１２を停止させる必要がないとともに、前記モード５のエンジン発進が実質的に可能となる。

一方、ステップＳ７の判断が否定された場合、すなわちエンジン発進の要求がない場合にはステップＳ１１を実行し、要求出力Ｐｄが予め設定された第１判定値Ｐ１以下か否かを判断する。要求出力Ｐｄは、走行抵抗を含む車両の走行に必要な出力で、アクセル操作量θ_ACやその変化速度、車速Ｖ（出力軸回転数Ｎ_O ）、自動変速機１８の変速段などに基づいて、予め定められたデータマップや演算式などにより算出される。

また、第１判定値Ｐ１はエンジン１２のみを動力源として走行する中負荷領域とモータジェネレータ１４のみを動力源として走行する低負荷領域の境界値であり、エンジン１２による充電時を含めたエネルギー効率を考慮して、排出ガス量や燃料消費量などができるだけ少なくなるように実験等によって定められている。

ステップＳ１１の判断が肯定された場合、すなわち要求出力Ｐｄが第１判定値Ｐ１以下の場合には、ステップＳ１２で蓄電量ＳＯＣが予め設定された最低蓄電量Ａ以上か否かを判断し、ＳＯＣ≧ＡであればステップＳ１３でモード１を選択する。一方、ＳＯＣ＜ＡであればステップＳ１４でモード３を選択する。最低蓄電量Ａはモータジェネレータ１４を動力源として走行する場合に蓄電装置５８から電気エネルギーを取り出すことが許容される最低の蓄電量であり、蓄電装置５８の充放電効率などに基づいて例えば７０％程度の値が設定される。

上記モード１は、前記図７から明らかなように第１クラッチＣＥ₁ を解放（ＯＦＦ）し、第２クラッチＣＥ₂ を係合（ＯＮ）し、エンジン１２を停止し、モータジェネレータ１４を要求出力Ｐｄで回転駆動させるもので、モータジェネレータ１４のみを動力源として車両を発進させたり走行させる。アクセルＯＦＦすなわちアクセル操作量θ_ACが略零の場合でも所定のクリープトルクが得られるように、モータジェネレータ１４は所定の出力で作動（トルク発生）させられる。モード１が選択された場合も、第１クラッチＣＥ₁ が解放されてエンジン１２が遮断されるため、前記モード６と同様に引き擦り損失が少なく、自動変速機１８を適当に変速制御することにより効率の良いモータ駆動制御が可能である。

また、このモード１は、要求出力Ｐｄが第１判定値Ｐ１以下の低負荷領域で且つ蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが最低蓄電量Ａ以上の場合に実行されるため、エンジン１２を動力源として走行する場合よりもエネルギー効率が優れていて燃費や排出ガスを低減できるとともに、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが最低蓄電量Ａより低下して充放電効率等の性能を損なうことがない。

ステップＳ１４で選択されるモード３は、図７から明らかなように第１クラッチＣＥ₁ および第２クラッチＣＥ₂ を共に係合（ＯＮ）し、エンジン１２を運転状態とし、モータジェネレータ１４を回生制動により充電状態とするもので、エンジン１２の出力で車両を走行させながら、モータジェネレータ１４によって発生した電気エネルギーを蓄電装置５８に充電する。エンジン１２は、要求出力Ｐｄ以上の出力で運転させられ、その要求出力Ｐｄより大きい余裕動力分だけモータジェネレータ１４で消費されるように、そのモータジェネレータ１４の電流制御が行われる。

一方、前記ステップＳ１１の判断が否定された場合、すなわち要求出力Ｐｄが第１判定値Ｐ１より大きい場合には、ステップＳ１５において、要求出力Ｐｄが第１判定値Ｐ１より大きく第２判定値Ｐ２より小さいか否か、すなわちＰ１＜Ｐｄ＜Ｐ２か否かを判断する。

第２判定値Ｐ２は、エンジン１２のみを動力源として走行する中負荷領域とエンジン１２およびモータジェネレータ１４の両方を動力源として走行する高負荷領域の境界値であり、エンジン１２による充電時を含めたエネルギー効率を考慮して、排出ガス量や燃料消費量などができるだけ少なくなるように実験等によって予め定められている。

そして、Ｐ１＜Ｐｄ＜Ｐ２であればステップＳ１６でＳＯＣ≧Ａか否かを判断し、ＳＯＣ≧Ａの場合にはステップＳ１７でモード２を選択し、ＳＯＣ＜Ａの場合には前記ステップＳ１４でモード３を選択する。

また、Ｐｄ≧Ｐ２であればステップＳ１８でＳＯＣ≧Ａか否かを判断し、ＳＯＣ≧Ａの場合にはステップＳ１９でモード４を選択し、ＳＯＣ＜Ａの場合にはステップＳ１７でモード２を選択する。

上記モード２は、前記図７から明らかなように第１クラッチＣＥ₁ および第２クラッチＣＥ₂ を共に係合（ＯＮ）し、エンジン１２を要求出力Ｐｄで運転し、モータジェネレータ１４を無負荷状態とするもので、エンジン１２のみを動力源として車両を走行させる。

また、モード４は、第１クラッチＣＥ₁ および第２クラッチＣＥ₂ を共に係合（ＯＮ）し、エンジン１２を運転状態とし、モータジェネレータ１４を回転駆動するもので、エンジン１２およびモータジェネレータ１４の両方を動力源として車両を高出力走行させる。

このモード４は、要求出力Ｐｄが第２判定値Ｐ２以上の高負荷領域で実行されるが、エンジン１２およびモータジェネレータ１４を併用しているため、エンジン１２およびモータジェネレータ１４の何れか一方のみを動力源として走行する場合に比較してエネルギー効率が著しく損なわれることがなく、燃費や排出ガスを低減できる。また、蓄電量ＳＯＣが最低蓄電量Ａ以上の場合に実行されるため、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが最低蓄電量Ａより低下して充放電効率等の性能を損なうことがない。

上記モード１〜４の運転条件についてまとめると、蓄電量ＳＯＣ≧Ａであれば、Ｐｄ≦Ｐ１の低負荷領域ではステップＳ１３でモード１を選択してモータジェネレータ１４のみを動力源として走行し、Ｐ１＜Ｐｄ＜Ｐ２の中負荷領域ではステップＳ１７でモード２を選択してエンジン１２のみを動力源として走行し、Ｐ２≦Ｐｄの高負荷領域ではステップＳ１９でモード４を選択してエンジン１２およびモータジェネレータ１４の両方を動力源として走行する。

また、ＳＯＣ＜Ａの場合には、要求出力Ｐｄが第２判定値Ｐ２より小さい中低負荷領域でステップＳ１４のモード３を実行することにより蓄電装置５８を充電するが、要求出力Ｐｄが第２判定値Ｐ２以上の高負荷領域ではステップＳ１７でモード２が選択され、充電を行うことなくエンジン１２により高出力走行が行われる。

ステップＳ１７のモード２は、Ｐ１＜Ｐｄ＜Ｐ２の中負荷領域で且つＳＯＣ≧Ａの場合、或いはＰｄ≧Ｐ２の高負荷領域で且つＳＯＣ＜Ａの場合に実行されるが、中負荷領域では一般にモータジェネレータ１４よりもエンジン１２の方がエネルギー効率が優れているため、モータジェネレータ１４を動力源として走行する場合に比較して燃費や排出ガスを低減できる。

また、高負荷領域では、モータジェネレータ１４およびエンジン１２を併用して走行するモード４が望ましいが、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが最低蓄電量Ａより小さい場合には、上記モード２によるエンジン１２のみを動力源とする運転が行われることにより、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが最低蓄電量Ａよりも少なくなって充放電効率等の性能を損なうことが回避される。

次に、第１クラッチＣＥ₁ および第２クラッチＣＥ₂ が共に切換え制御されるモード５とモード６との間で運転モードが切り換えられる場合に、制御が複雑化したり、ショックが発生したりすることを防止するための制御作動を図８のフローチャートに基づいて説明する。

図８において、ステップＳＡ１では、図６の運転モード判断サブルーチンに従って運転モードの切換え判断が為されたか否かが判断される。この判断が肯定された場合は、ステップＳＡ２において、その運転モードの切換え判断がモード６からモード５への切換え判断であるか否かが判断される。

このステップＳＡ２の判断が肯定された場合、例えばアクセルＯＦＦの回生制動モード（モード６）でアクセルペダルが踏込み操作され、エンジン発進モード（モード５）への切換え判断が為された場合等には、ステップＳＡ３において、ハイブリッド制御用コントローラ５０により油圧回路４０の切換え制御や油圧制御が行われることにより、第１クラッチＣＥ₁ が解放状態（ＯＦＦ）から係合状態（ＯＮ）へ切り換えられる。次にステップＳＡ４では、第１クラッチＣＥ₁ が係合状態（ＯＮ）へ完全に切り換えられたか否かが判断される。この判断は、例えばタイマにより所定時間が経過したか否かを判断したり、第１クラッチＣＥ₁ の油圧アクチュエータの油圧を直接検出して判断したり、リングギヤ１６ｒの回転数とエンジン１２の回転数が略一致したか否かを判断したりすることにより行われる。

このステップＳＡ４の判断が肯定されると、ステップＳＡ５においてエンジン１２が始動させられる。第１クラッチＣＥ₁ が係合させられると、エンジン１２は車両の走行速度に対応する回転速度で回転駆動されるため、その回転速度がエンジン１２の始動に十分な速度であれば、前記モード９を実施することなく燃料噴射などを行うだけでエンジン１２を始動できるが、回転速度が低過ぎる場合には、例えばモータジェネレータ１４によりエンジン１２をクランキングして始動するようにすれば良い。続いて、ステップＳＡ６において、ハイブリッド制御用コントローラ５０により油圧回路４０の切換え制御や油圧制御が行われることにより、第２クラッチＣＥ₂ が係合状態（ＯＮ）から解放状態（ＯＦＦ）へ切り換えられる。

一方、ステップＳＡ２の判断が否定された場合は、ステップＳＡ７において、図６の運転モード判断サブルーチンに従って、モード５からモード６への運転モードの切換え判断が為されたか否かが判断される。この判断が肯定された場合、例えばエンジン発進モード（モード５）でアクセルペダルの踏込み操作が解除され、回生制動モード（モード６）への切換え判断が為された場合等には、ステップＳＡ８において、ハイブリッド制御用コントローラ５０により油圧回路４０の切換え制御や油圧制御が行われることにより、第１クラッチＣＥ₁ が係合状態（ＯＮ）から解放状態（ＯＦＦ）へ切り換えられる。

次にステップＳＡ９では、モータジェネレータ１４の力行制御によりサンギヤ１６ｓの回転数が増大させられる。続いてステップＳＡ１０では、サンギヤ１６ｓの回転数がキャリア１６ｃの回転数と略同じ値となったか否かが、例えばモータ回転数Ｎ_M および入力軸回転数Ｎ_I に基づいて判断される。この判断が否定された場合は、肯定されるまでステップＳＡ９が繰り返し実行されることによりサンギヤ１６ｓの回転数が引き続き増大させられるが、この判断が肯定された場合は、サンギヤ１６ｓの力行制御が終了されると共に、ステップＳＡ１１においてエンジン１２が停止させられる。次にステップＳＡ１２において、ハイブリッド制御用コントローラ５０により油圧回路４０の切換え制御や油圧制御が行われることにより、第２クラッチＣＥ₂ が解放状態（ＯＦＦ）から係合状態（ＯＮ）へ切り換えられ、その後モータジェネレータ１４が回生制御（発電制御）される。

上述のように本実施例によれば、第１クラッチＣＥ₁ と第２クラッチＣＥ₂ の切換え制御が共に行われる場合、具体的には、モード６からモード５へ運転モードを切り換える場合や、モード５からモード６へ運転モードを切り換える場合には、第１クラッチＣＥ₁ と第２クラッチＣＥ₂ の切換え時期が同期しないようにされるため、各クラッチの切換え制御を容易且つ正確に行うことができ、同時に切り換える場合のように、制御が複雑化したり、ショックが発生したりすることが防止される。

なお、第１クラッチＣＥ₁ 、第２クラッチＣＥ₂ の係合、解放はスイープ制御を用いても良い。また、ステップＳＡ１１のエンジン停止は、ステップＳＡ８に続いて行われるようにしても良い。

一方、エンジン１２を始動してそのエンジン１２を動力源として走行するエンジン発進モード（モード５）へ移行するため、ステップＳＡ５でエンジン１２を始動する際に、エンジン回転速度が所定値以上の時にはクランキングを行うことなく燃料噴射等のエンジン始動制御のみでそのエンジン１２を始動するため、それだけエンジン１２の始動、更にはエンジン１２を動力源として走行するエンジン発進モード（モード５）への移行が速くなる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例においては、後進１段および前進５段の変速段を有する自動変速機１８が用いられていたが、図９に示されるように、前記副変速機２０を省略して前記主変速機２２のみから成る自動変速機６０を採用し、図１０に示されるように前進４段および後進１段で変速制御を行うようにすることも可能である。

本発明は、その主旨を逸脱しない範囲において、その他種々の態様で適用され得るものである。

本発明が適用されたハイブリッド駆動装置の構成を説明する骨子図である。 図１のハイブリッド駆動装置に備えられている制御系統を説明する図である。 図１の自動変速機の各変速段を成立させる係合要素の作動を説明する図である。 図１の自動変速機の油圧回路の一部を示す図である。 図２のハイブリッド制御用コントローラと電気式トルコンとの接続関係を説明する図である。 図１のハイブリッド駆動装置の基本的な作動を説明するフローチャートである。 図６のフローチャートにおける各モード１〜９の作動状態を説明する図である。 モード５とモード６との間で運転モードを切り換える際の作動を説明するフローチャートである。 図１の実施例とは異なる自動変速機を備えているハイブリッド駆動装置の構成を説明する骨子図である。 図９の自動変速機の各変速段を成立させる係合要素の作動を説明する図である。

符号の説明

１０：ハイブリッド駆動装置
１２：エンジン
１４：モータジェネレータ
１６：遊星歯車装置（合成分配機構）
１６ｒ：リングギヤ（第１回転要素）
１６ｓ：サンギヤ（第２回転要素）
１６ｃ：キャリア（第３回転要素）
２６：入力軸（出力部材）
５０：ハイブリッド制御用コントローラ

Claims (3)

1. エンジンおよびモータジェネレータを車両走行用の動力源として備えており、該エンジンおよび該モータジェネレータの作動状態が異なる複数の運転モードで走行するハイブリッド駆動装置において、
   前記エンジンを停止させるとともに前記モータジェネレータにより車両に回生制動力を作用させる運転モードから、アクセルペダルが踏込み操作されることにより前記エンジンを始動して該エンジンを動力源として走行する運転モードへ移行する際に、エンジン回転速度が所定値以上の時にはクランキングを行うことなく燃料噴射等のエンジン始動制御のみで該エンジンを始動する
   ことを特徴とするハイブリッド駆動装置。
2. ３つの回転要素のうちの２つがそれぞれ前記エンジンおよび前記モータジェネレータに連結され、それ等の出力を機械的に合成、分配して出力部材に伝達する合成分配機構を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
3. 前記エンジン回転速度が前記所定値より低い時には、前記エンジンをクランキングして始動する
   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駆動装置。

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