JP4548388B2

JP4548388B2 - ハイブリッド自動車、その制御装置および制御方法

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Publication number: JP4548388B2
Application number: JP2006141800A
Authority: JP
Inventors: 友和山内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: JP2007308104A

Description

本発明は、ハイブリッド自動車、その制御装置および制御方法に関し、特に、複数の機能を有する回転電機を搭載したハイブリッド自動車、その制御装置および制御方法に関する。

従来より、エンジンとモータとを搭載したハイブリッド自動車が知られている。このハイブリッド自動車には、モータから出力されたトルクのみを用いて走行することが可能であるものがある。したがって、車両の走行中や車両の停車中において、エンジンを停止する場合がある。そのため、動力源としてエンジンのみを搭載した車両においてエンジンにより駆動される補機類、たとえばエアーコンディショナのコンプレッサ等を駆動するために、別途モータ等の動力源を設ける必要がある。

特開２００５−２１２５９５号公報（特許文献１）は、電動のコンプレッサを搭載したハイブリッド自動車を開示する。特許文献１に記載のハイブリッド自動車は、エンジンと、クランクシャフトに接続された３軸式の動力分配統合機構と、動力分配統合機構に接続された発電可能なモータＭＧ（１）と、変速機を介して動力分配統合機構に接続されたモータＭＧ（２）と、車両の駆動系全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニットと、インバータを介してバッテリに接続された乗員室用のエアーコンディショナのコンプレッサとを含む。
特開２００５−２１２５９５号公報

しかしながら、特開２００５−２１２５９５号公報に記載のハイブリッド自動車においては、エアーコンディショナのコンプレッサを駆動するためのモータがさらに必要になる。そのため、コストや機器の搭載性という観点においては、さらなる改善の余地がある。

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、コストを抑制したり機器の搭載性を向上したりすることができるハイブリッド自動車、その制御装置および制御方法を提供することである。

第１の発明に係るハイブリッド自動車は、内燃機関と、内燃機関の出力軸に連結され、内燃機関から伝達されるトルクを第１の回転部材および第２の回転部材に伝達する遊星歯車機構と、第１の回転部材を駆動輪に連結した状態および第１の回転部材を駆動輪から切り離した状態を切替える第１の切替機構と、第１の回転部材に連結され、第１の回転部材が回転することにより作動する機器と、第１の回転部材に連結される第１の回転電機と、第１の回転子が第１の回転部材に連結され、第２の回転子が第２の回転部材に連結され、第１の回転子および第２の回転子が相対的に回転することにより発電する第２の回転電機と、第１の回転子を第１の回転部材に連結した状態および第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転を抑制した状態を切替える第２の切替機構とを含む。

第１の発明によると、第１の切替機構により第１の回転部材と駆動輪とが連結された状態においては、内燃機関から出力されたトルクおよび第１の回転部材に連結された第１の回転電機から出力されたトルクのうちの少なくともいずれか一方により走行することができる。この状態では、内燃機関から出力されたトルクおよび第１の回転電機から出力されたトルクのうちの少なくともいずれか一方のトルクにより第１の回転部材が回転する。そのため、第１の回転部材に連結された機器を作動させることができる。また、第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転を抑制することにより、内燃機関から第２の回転部材に伝達されたトルクを用いて第２の回転子を第１の回転子に対して相対的に回転させることができる。これにより、第２の回転電機を発電機として作動させることができる。そのため、第２の回転電機を用いて発電することができる。さらに、内燃機関が停止し、かつ第１の回転電機が駆動した状態において、第１の回転子を第１の回転部材に連結すると、遊星歯車機構により、第１の回転子と第２の回転子とを相対的に回転させることができる。この状態において、第１の回転子と第２の回転子との相対的な回転を抑制するように第２の回転電機を制御すれば、遊星歯車機構において、内燃機関の出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転が抑制される。そのため、内燃機関の出力軸の回転数を引き上げることができる。これにより、内燃機関をクランキングすることができる。そのため、専用のスタータモータ等を設けなくても、内燃機関を始動することができる。さらに、停車時に内燃機関が停止している場合において、第１の回転部材と駆動輪とを切り離した状態で第１の回転電機を作動させると、第１の回転部材を回転させることができる。そのため、専用のモータ等を設けなくても、停車時に内燃機関が停止している場合において、第１の回転電機を用いて機器を作動させることができる。その結果、搭載すべき部品の数を抑制して、コストを抑制したり機器の搭載性を向上したりすることができるハイブリッド自動車を提供することができる。

第２の発明に係るハイブリッド自動車は、第１の発明の構成に加え、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を許容した状態と出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を抑制した状態とを切替える第３の切替機構をさらに含む。

第２の発明によると、第３の切替機構により、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を許容した状態と出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を抑制した状態とが切替えられる。出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を抑制した場合、内燃機関から出力されるトルクを直接的に機器および駆動輪に伝達することができる。

第３の発明に係るハイブリッド自動車においては、第２の発明の構成に加え、第３の切替機構は、内燃機関の運転時において、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を抑制するように制御される。第２の切替機構は、内燃機関の運転時において、第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転を抑制するように制御される。

第３の発明によると、内燃機関の運転時において、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を抑制するように制御されとともに、第１の回転子が第１の回転部材から切り離され、かつ第１の回転子の回転が抑制される。これにより、内燃機関から出力されるトルクを直接的に第２の回転子に伝達して、第２の回転子を第１の回転子に対して相対的に回転させることができる。そのため、第２の回転電機において、効率よく発電を行なうことができる。

第４の発明に係るハイブリッド自動車においては、第２の発明の構成に加え、第３の切替機構は、内燃機関が停止し、かつ第１の回転電機が作動している状態において、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を許容するように制御される。第２の切替機構は、内燃機関が停止し、かつ第１の回転電機が作動している状態において、第１の回転子が第１の回転部材に連結されるように制御される。第２の回転電機は、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転が許容され、かつ第１の回転子が第１の回転部材に連結された状態において、第１の回転子と第２の回転子との相対的な回転を抑制するように制御される。

第４の発明によると、内燃機関が停止し、かつ第１の回転電機が作動している状態において、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転が許容されるとともに、第１の回転子が第１の回転部材に連結されるように制御される。これにより、第１の回転子と第２の回転子とを相対的に回転させることができる。この状態において、第１の回転子と第２の回転子との相対的な回転を抑制するように第２の回転電機が制御される。これにより、遊星歯車機構において、内燃機関の出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を抑制することができる。そのため、内燃機関の出力軸の回転数を引き上げることができる。その結果、内燃機関をクランキングして、始動することができる。

第５の発明に係るハイブリッド自動車においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加え、第２の回転電機は直流電力により作動する。

第５の発明によると、直流電力を用いて第２の回転電機を作動させることができる。
第６の発明に係るハイブリッド自動車の制御装置は、内燃機関と、内燃機関の出力軸に連結され、内燃機関から伝達されるトルクを第１の回転部材および第２の回転部材に伝達する遊星歯車機構と、第１の回転部材を駆動輪に連結した状態および第１の回転部材を駆動輪から切り離した状態を切替える第１の切替機構と、第１の回転部材に連結され、第１の回転部材が回転することにより作動する機器と、第１の回転部材に連結される第１の回転電機と、第１の回転子が第１の回転部材に連結され、第２の回転子が第２の回転部材に連結され、第１の回転子および第２の回転子が相対的に回転することにより発電する第２の回転電機と、第１の回転子を第１の回転部材に連結した状態および第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転を抑制した状態を切替える第２の切替機構とを含む、ハイブリッド自動車を制御する。この制御装置は、内燃機関が停止し、かつ第１の回転電機が作動している状態において、第１の回転子が第１の回転部材に連結されるように第２の切替機構を制御するための手段とを含む。

第６の発明によると、第１の切替機構により第１の回転部材と駆動輪とが連結された状態においては、内燃機関から出力されたトルクおよび第１の回転部材に連結された第１の回転電機から出力されたトルクのうちの少なくともいずれか一方により走行することができる。この状態では、内燃機関から出力されたトルクおよび第１の回転電機から出力されたトルクのうちの少なくともいずれか一方のトルクにより第１の回転部材が回転する。そのため、第１の回転部材に連結された機器を作動させることができる。また、第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転を抑制することにより、内燃機関から第２の回転部材に伝達されたトルクを用いて第２の回転子を第１の回転子に対して相対的に回転させることができる。これにより、第２の回転電機を発電機として作動させることができる。そのため、第２の回転電機を用いて発電することができる。また、停車時に内燃機関が停止している場合において、第１の回転部材と駆動輪とを切り離した状態で第１の回転電機を作動させると、第１の回転部材を回転させることができる。そのため、専用のモータ等を設けなくても、停車時に内燃機関が停止している場合において、第１の回転電機を用いて機器を作動させることができる。このようなハイブリッド自動車において、内燃機関が停止し、かつ第１の回転電機が作動している場合、第１の回転子が第１の回転部材に連結される。これにより、遊星歯車機構の差動作用を利用して、第１の回転子と第２の回転子とを相対的に回転させることができる。この状態において、第１の回転子と第２の回転子との相対的な回転を抑制するように第２の回転電機を制御すれば、遊星歯車機構において、内燃機関の出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転が抑制される。そのため、内燃機関の出力軸の回転数を引き上げることができる。これにより、内燃機関をクランキングすることができる。そのため、専用のスタータモータ等を設けなくても、内燃機関を始動することができる。その結果、搭載すべき部品の数を抑制して、コストを抑制したり機器の搭載性を向上したりすることができるハイブリッド自動車の制御装置を提供することができる。

第７の発明に係るハイブリッド自動車の制御装置は、第６の発明の構成に加え、内燃機関の始動時に、第１の回転子と第２の回転子との相対的な回転を抑制するように第２の回転電機を制御するための手段をさらに含む。

第７の発明によると、内燃機関の始動時に、第１の回転子と第２の回転子との相対的な回転を抑制するように第２の回転電機が制御される。これにより、遊星歯車機構において、内燃機関の出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を抑制することができる。そのため、内燃機関の出力軸の回転数を引き上げることができる。その結果、内燃機関をクランキングすることができる。

第８の発明に係るハイブリッド自動車の制御装置は、内燃機関と、内燃機関の出力軸に連結され、内燃機関から伝達されるトルクを第１の回転部材および第２の回転部材に伝達する遊星歯車機構と、第１の回転部材を駆動輪に連結した状態および第１の回転部材を駆動輪から切り離した状態を切替える第１の切替機構と、第１の回転部材に連結され、第１の回転部材が回転することにより作動する機器と、第１の回転部材に連結される第１の回転電機と、第１の回転子が第１の回転部材に連結され、第２の回転子が第２の回転部材に連結され、第１の回転子および第２の回転子が相対的に回転することにより発電する第２の回転電機と、第１の回転子を第１の回転部材に連結した状態および第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転を抑制した状態を切替える第２の切替機構と、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を許容した状態と出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を抑制した状態とを切替える第３の切替機構とを含む、ハイブリッド自動車を制御する。この制御装置は、内燃機関の始動後において、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を許容するように第３の切替機構を制御するための手段と、内燃機関の始動後において、第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転を抑制するように第２の切替機構を制御するための手段とを含む。

第８の発明によると、第１の切替機構により第１の回転部材と駆動輪とが連結された状態においては、内燃機関から出力されたトルクおよび第１の回転部材に連結された第１の回転電機から出力されたトルクのうちの少なくともいずれか一方により走行することができる。この状態では、内燃機関から出力されたトルクおよび第１の回転電機から出力されたトルクのうちの少なくともいずれか一方のトルクにより第１の回転部材が回転する。そのため、第１の回転部材に連結された機器を作動させることができる。また、内燃機関が停止し、かつ第１の回転電機が駆動した状態において、第１の回転子を第１の回転部材に連結すると、遊星歯車機構の差動作用を利用して、第１の回転子と第２の回転子とを相対的に回転させることができる。この状態において、第１の回転子と第２の回転子との相対的な回転を抑制するように第２の回転電機を制御すれば、遊星歯車機構において、内燃機関の出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転が抑制される。そのため、内燃機関の出力軸の回転数を引き上げることができる。これにより、内燃機関をクランキングすることができる。そのため、専用のスタータモータ等を設けなくても、内燃機関を始動することができる。さらに、停車時に内燃機関が停止している場合において、第１の回転部材と駆動輪とを切り離した状態で第１の回転電機を作動させると、第１の回転部材を回転させることができる。そのため、専用のモータ等を設けなくても、停車時に内燃機関が停止している場合において、第１の回転電機を用いて機器を作動させることができる。このようなハイブリッド自動車において、内燃機関の始動後に、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転が許容されるとともに、第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転が抑制される。これにより、内燃機関から第２の回転部材に伝達されたトルクを用いて第２の回転子を第１の回転子に対して相対的に回転させることができる。これにより、第２の回転電機を発電機として作動させることができる。そのため、専用のオルタネータ等を設けなくても、第２の回転電機を用いて発電することができる。その結果、搭載すべき部品の数を抑制して、コストを抑制したり機器の搭載性を向上したりすることができるハイブリッド自動車の制御装置を提供することができる。

第９の発明に係るハイブリッド自動車の制御方法は、内燃機関と、内燃機関の出力軸に連結され、内燃機関から伝達されるトルクを第１の回転部材および第２の回転部材に伝達する遊星歯車機構と、第１の回転部材を駆動輪に連結した状態および第１の回転部材を駆動輪から切り離した状態を切替える第１の切替機構と、第１の回転部材に連結され、第１の回転部材が回転することにより作動する機器と、第１の回転部材に連結される第１の回転電機と、第１の回転子が第１の回転部材に連結され、第２の回転子が第２の回転部材に連結され、第１の回転子および第２の回転子が相対的に回転することにより発電する第２の回転電機と、第１の回転子を第１の回転部材に連結した状態および第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転を抑制した状態を切替える第２の切替機構とを含む、ハイブリッド自動車を制御する方法である。この制御方法は、内燃機関が停止し、かつ第１の回転電機が作動している状態において、第１の回転子が第１の回転部材に連結されるように第２の切替機構を制御するステップを含む。

第９の発明によると、第１の切替機構により第１の回転部材と駆動輪とが連結された状態においては、内燃機関から出力されたトルクおよび第１の回転部材に連結された第１の回転電機から出力されたトルクのうちの少なくともいずれか一方により走行することができる。この状態では、内燃機関から出力されたトルクおよび第１の回転電機から出力されたトルクのうちの少なくともいずれか一方のトルクにより第１の回転部材が回転する。そのため、第１の回転部材に連結された機器を作動させることができる。また、第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転を抑制することにより、内燃機関から第２の回転部材に伝達されたトルクを用いて第２の回転子を第１の回転子に対して相対的に回転させることができる。これにより、第２の回転電機を発電機として作動させることができる。そのため、第２の回転電機を用いて発電することができる。また、停車時に内燃機関が停止している場合において、第１の回転部材と駆動輪とを切り離した状態で第１の回転電機を作動させると、第１の回転部材を回転させることができる。そのため、専用のモータ等を設けなくても、停車時に内燃機関が停止している場合において、第１の回転電機を用いて機器を作動させることができる。このようなハイブリッド自動車において、内燃機関が停止し、かつ第１の回転電機が作動している場合、第１の回転子が第１の回転部材に連結される。これにより、遊星歯車機構の差動作用を利用して、第１の回転子と第２の回転子とを相対的に回転させることができる。この状態において、第１の回転子と第２の回転子との相対的な回転を抑制するように第２の回転電機を制御すれば、遊星歯車機構において、内燃機関の出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転が抑制される。そのため、内燃機関の出力軸の回転数を引き上げることができる。これにより、内燃機関をクランキングすることができる。そのため、専用のスタータモータ等を設けなくても、内燃機関を始動することができる。その結果、搭載すべき部品の数を抑制して、コストを抑制したり機器の搭載性を向上したりすることができるハイブリッド自動車の制御方法を提供することができる。

第１０の発明に係るハイブリッド自動車の制御方法は、第９の発明の構成に加え、内燃機関の始動時に、第１の回転子と第２の回転子との相対的な回転を抑制するように第２の回転電機を制御するステップをさらに含む。

第１０の発明によると、内燃機関の始動時に、第１の回転子と第２の回転子との相対的な回転を抑制するように第２の回転電機が制御される。これにより、遊星歯車機構において、内燃機関の出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を抑制することができる。そのため、内燃機関の出力軸の回転数を引き上げることができる。その結果、内燃機関をクランキングすることができる。

第１１の発明に係るハイブリッド自動車の制御方法は、内燃機関と、内燃機関の出力軸に連結され、内燃機関から伝達されるトルクを第１の回転部材および第２の回転部材に伝達する遊星歯車機構と、第１の回転部材を駆動輪に連結した状態および第１の回転部材を駆動輪から切り離した状態を切替える第１の切替機構と、第１の回転部材に連結され、第１の回転部材が回転することにより作動する機器と、第１の回転部材に連結される第１の回転電機と、第１の回転子が第１の回転部材に連結され、第２の回転子が第２の回転部材に連結され、第１の回転子および第２の回転子が相対的に回転することにより発電する第２の回転電機と、第１の回転子を第１の回転部材に連結した状態および第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転を抑制した状態を切替える第２の切替機構と、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を許容した状態と出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を抑制した状態とを切替える第３の切替機構とを含む、ハイブリッド自動車を制御する方法である。この制御方法は、内燃機関の始動後において、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転を許容するように第３の切替機構を制御するステップと、内燃機関の始動後において、第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転を抑制するように第２の切替機構を制御するステップとを含む。

第１１の発明によると、第１の切替機構により第１の回転部材と駆動輪とが連結された状態においては、内燃機関から出力されたトルクおよび第１の回転部材に連結された第１の回転電機から出力されたトルクのうちの少なくともいずれか一方により走行することができる。この状態では、内燃機関から出力されたトルクおよび第１の回転電機から出力されたトルクのうちの少なくともいずれか一方のトルクにより第１の回転部材が回転する。そのため、第１の回転部材に連結された機器を作動させることができる。また、内燃機関が停止し、かつ第１の回転電機が駆動した状態において、第１の回転子を第１の回転部材に連結すると、遊星歯車機構の差動作用を利用して、第１の回転子と第２の回転子とを相対的に回転させることができる。この状態において、第１の回転子と第２の回転子との相対的な回転を抑制するように第２の回転電機を制御すれば、遊星歯車機構において、内燃機関の出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転が抑制される。そのため、内燃機関の出力軸の回転数を引き上げることができる。これにより、内燃機関をクランキングすることができる。そのため、専用のスタータモータ等を設けなくても、内燃機関を始動することができる。さらに、停車時に内燃機関が停止している場合において、第１の回転部材と駆動輪とを切り離した状態で第１の回転電機を作動させると、第１の回転部材を回転させることができる。そのため、専用のモータ等を設けなくても、停車時に内燃機関が停止している場合において、第１の回転電機を用いて機器を作動させることができる。このようなハイブリッド自動車において、内燃機関の始動後に、出力軸、第１の回転部材および第２の回転部材の相対的な回転が許容されるとともに、第１の回転子を第１の回転部材から切り離し、かつ第１の回転子の回転が抑制される。これにより、内燃機関から第２の回転部材に伝達されたトルクを用いて第２の回転子を第１の回転子に対して相対的に回転させることができる。これにより、第２の回転電機を発電機として作動させることができる。そのため、専用のオルタネータ等を設けなくても、第２の回転電機を用いて発電することができる。その結果、搭載すべき部品の数を抑制して、コストを抑制したり機器の搭載性を向上したりすることができるハイブリッド自動車の制御方法を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車について説明する。このハイブリッド自動車は、エンジン１００と、プラネタリギヤ２００と、ＭＧ（Motor Generator）３００と、クラッチ４００と、変速機５００と、相反モータ（ADTR-Motor: Anti Directional Twin Rotary Motor)６００と、コンプレッサ７００と、負圧ポンプ８００とを含む。

エンジン１００は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する公知の動力装置であって、スロットル開度（吸気量）や燃料供給量、点火時期などの運転状態を電気的に制御できるように構成されている。その制御は、たとえば、マイクロコンピュータを主体とするＥＣＵ（Electronic Control Unit）９００によって行なわれる。

プラネタリギヤ２００は、外歯歯車であるサンギヤ２１０と、そのサンギヤ２１０に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ２２０と、これらサンギヤ２１０とリングギヤ２２０とに噛合しているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリア２３０とを三つの回転要素として差動作用を生じる公知の歯車機構である。

エンジン１００の出力軸がキャリア２３０に連結されている。これに対して、サンギヤ２１０に、相反モータ６００のインナーロータ６０２が連結されている。なお、リングギヤ２２０が、前述の第１の発明にける第１の回転部材に対応する。サンギヤ２１０が、前述の第１の発明にける第２の回転部材に対応する。

エンジン１００の出力軸すなわちキャリア２３０と、サンギヤ２１０との間には、プラネタリロック機構２４０が設けられる。プラネタリロック機構２４０は、キャリア２３０とサンギヤ２１０とを連結（ロック）した状態およびキャリア２３０とサンギヤ２１０とを切り離した状態を切替える。

プラネタリロック機構２４０は、油圧アクチュエータもしくは電動アクチュエータにより作動する。その制御は、ＥＣＵ９００によって行なわれる。なお、プラネタリロック機構２４０が、前述した第２の発明における第３の切替機構に対応する。

リングギヤ２２０は、プラネタリギヤ２００の出力軸２５０を介してＭＧ３００のロータ３０２に連結される。さらに出力軸２５０には、エアーコンディショナ（図示せず）のコンプレッサ７００およびブレーキ用の負圧ポンプ８００等の補機が伝導ベルト２６０等を介して連結される。コンプレッサ７００および負圧ポンプ８００は、出力軸２５０が回転することにより作動する。なお、コンプレッサ７００や負圧ポンプ８００以外の機器を設けるようにしてもよい。

ＭＧ３００は、一例として三相交流回転電機であって、電動機（モータ）としての機能と発電機（ジェネレータ）としての機能とを生じるように構成される。インバータ３１０を介して主バッテリ３２０に接続されている。インバータ３１０を制御することにより、ＭＧ３００の出力トルクあるいは回生トルクを適宜に設定するようになっている。その制御は、ＥＣＵ９００によって行なわれる。なお、主バッテリ３２０の代わりにキャパシタ（コンデンサ）を用いるようにしてもよい。

クラッチ４００は、ＭＧ３００と変速機５００との間に設けられる。クラッチ４００は、ＭＧ３００と変速機５００とを連結した状態およびＭＧ３００と変速機５００とを切り離した状態を切替える。クラッチ４００は、油圧アクチュエータもしくは電動アクチュエータにより作動する。その制御はＥＣＵ９００によって行なわれる。なお、クラッチ４００が、前述した第１の発明における第１の切替機構に対応する。

変速機５００は、たとえばプラネタリギヤユニットからなる自動変速機である。なお、ベルト式ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）やトロイダル式ＣＶＴであってもよい。変速機５００の出力軸は、駆動輪５１０に連結される。

相反モータ６００は、主バッテリ３２０よりも電圧が低い補機バッテリ６１０に接続される。相反モータ６００は、補機バッテリ６１０から供給される直流電力により作動する。

本実施の形態において、相反モータ６００は、発電機（オルタネータ）としての機能を有する。相反モータ６００は、インナーロータ６０２とアウターロータ（ステータともいう）６０４とが相対的に回転することにより発電する。その制御は、ＥＣＵ９００により行なわれる。相反モータ６００が発電した直流電力は補機バッテリ６１０に蓄えられる。

なお、補機バッテリ６１０は主バッテリ３２０から独立した蓄電装置である。したがって、補機バッテリ６１０と主バッテリ３２０とは接続されていない。また、アウターロータ６０４が、前述の第１の発明における第１の回転子に対応する。インナーロータ６０２が、前述の第１の発明における第２の回転子に対応する。

相反モータ６００のアウターロータ６０４とプラネタリギヤ２００の出力軸２５０との間には、アウターロータロック機構６２０が設けられる。アウターロータロック機構６２０は、アウターロータ６０４と出力軸２５０とを連結した状態およびアウターロータ６０４と出力軸２５０とを切り離し、かつアウターロータ６０４をトランスミッションケース１０００に固定した状態を切替える。

アウターロータ６０４は、出力軸２５０を介してリングギヤ２２に連結される。アウターロータ６０４がトランスミッションケース１０００に固定された場合、アウターロータ６０４の回転が抑制される。なお、トランスミッションケース１０００の他、アウターロータ６０４を直接車体に固定したり、トランスミッションケース１０００以外の部材に固定したりするようにしてもよい。

アウターロータロック機構６２０は、油圧アクチュエータもしくは電動アクチュエータにより作動する。その制御はＥＣＵ９００により行なわれる。なお、アウターロータロック機構６２０が、前述の第１の発明における第２の切替機構に対応する。

以下、ハイブリッド自動車の動作について説明する。
＜エンジンを停止した状態での走行＞
エンジン１００を停止し、ＭＧ３００から出力されるトルクのみを用いて走行する場合、プラネタリロック機構２４０は、キャリア２３０とサンギヤ２１０とが切り離された状態になるように制御される。アウターロータロック機構６２０は、アウターロータ６０４とプラネタリギヤ２００の出力軸２５０とが連結された状態になるように制御される。クラッチ４００は係合状態になるように制御される。この状態で、ＭＧ３００のロータ３０２が回転される。

この場合、図２に示すように、ＭＧ３００の回転数は上昇する。エンジン１００の回転数は「０」である。相反モータ６００のアウターロータ６０４は、プラネタリギヤ２００の出力軸２５０を介してＭＧ３００により回転せしめられる。したがって、その回転数は上昇する。このとき、プラネタリギヤ２００のリングギヤ２２０が回転せしめられる。

リングギヤ２２０が回転すると、プラネタリギヤ２００の差動作用により、サンギヤ２１０が回転せしめられる。したがって、図２に示すように、相反モータ６００のインナーロータ６０２が回転する。このとき、インナーロータ６０２は、プラネタリギヤ２００の差動作用により、アウターロータ６０４と逆方向に回転される。

コンプレッサ７００および負圧ポンプ８００は、ＭＧ３００により作動される。したがって、その回転数は上昇する。

＜停車時＞
停車時においては、燃費を向上するために、エンジン１００が停止される。ただし、この状態においても、エアーコンディショナを作動させたり、ブレーキによる制動力を確保する必要がある。すなち、停車時にエンジン１００を停止した場合においても、コンプレッサ７００および負圧ポンプ８００を作動させる必要がある。

そのため、停車時においては、ＭＧ３００から出力されるトルクのみを用いて走行する場合と同様に、プラネタリロック機構２４０が、キャリア２３０とサンギヤ２１０とが切り離された状態になるように制御される。アウターロータロック機構６２０は、アウターロータ６０４とプラネタリギヤ２００の出力軸２５０とが連結された状態になるように制御される。

ＭＧ３００から出力されるトルクのみを用いて走行する場合とは逆に、クラッチ４００は解放状態になるように制御される。この状態で、ＭＧ３００のロータ３０２が回転される。

したがって、ＭＧ３００から出力されたトルクのみを用いて走行する場合と同様に、図２に示すように、ＭＧ３００の回転数は上昇する。エンジン１００の回転数は「０」である。相反モータ６００のアウターロータ６０４は、プラネタリギヤ２００の出力軸２５０を介してＭＧ３００により回転せしめられる。したがって、その回転数は上昇する。相反モータ６００のインナーロータ６０２は、プラネタリギヤ２００の差動作用により、アウターロータ６０４と逆方向に回転せしめられる。コンプレッサ７００および負圧ポンプ８００は、ＭＧ３００により作動される。したがって、その回転数は上昇する。

これにより、停車時にエンジン１００を運転しなくても、車両の走行に用いられるＭＧ３００を用いてコンプレッサ７００および負圧ポンプ８００を作動させることができる。このとき、ＭＧ３００を用いてコンプレッサ７００および負圧ポンプ８００を作動させているので、停車時にコンプレッサ７００もしくは負圧ポンプ８００を作動させるための専用のモータ等を設ける必要がない。そのため、コンプレッサ７００もしくは負圧ポンプ８００を作動させるための専用のモータ等を設ける場合に比べてモータ等の点数を削減することができる。その結果、コストを抑制したり、機器の搭載性を向上したりすることができる。

＜エンジンの始動時＞
ＭＧ３００から出力されたトルクのみを用いて走行している状態、あるいは停車している状態から、エンジン１００を始動するには、図３に示すように、相反モータ６００のインナーロータ６０２とアウターロータ６０４との回転数差を抑制するように相反モータ６００が制御される。

プラネタリロック機構２４０は、キャリア２３０とサンギヤ２１０とが切り離された状態になるように制御されたままである。アウターロータロック機構６２０は、アウターロータ６０４とプラネタリギヤ２００の出力軸２５０とが連結された状態になるように制御されたままである。

相反モータ６００のインナーロータ６０２とアウターロータ６０４との回転数差が抑制されると、プラネタリギヤ２００において、サンギヤ２１０とリングギヤ２２０との回転数差が抑制される。そのため、プラネタリギヤ２００の差動作用が抑制される。その結果、プラネタリギヤ２００においてキャリア２３０の回転数が上昇せしめられ、図３に示すように、エンジン１００の回転数が引き上げられる。このようにしてエンジン１００がクランキングされて、始動される。

＜エンジンの始動後＞
エンジン１００の始動後は、図４に示すように、相反モータ６００のインナーロータ６０２とアウターロータ６０４との回転数が一致したタイミングで、キャリア２３０とサンギヤ２１０とが連結された状態になるようにプラネタリロック機構２４０が制御される。このとき、アウターロータロック機構６２０は、アウターロータ６０４とプラネタリギヤ２００の出力軸２５０とが連結された状態になるように制御されたままである。

この状態では、サンギヤ２１０、リングギヤ２２０、キャリア２３０の相対的な回転が抑制され、サンギヤ２１０、リングギヤ２２０、キャリア２３０が同じ回転数で回転する。したがって、図４に示すように、エンジン１００およびＭＧ３００が同じ回転数で回転する。

＜エンジンから出力されたトルクを用いた走行＞
エンジン１００から出力されたトルクを用いて走行する場合、アウターロータロック機構６２０は、アウターロータ６０４と出力軸２５０とが切り離され、かつアウターロータ６０４がトランスミッションケース１０００側に固定された状態になるように制御される。このとき、プラネタリロック機構２４０は、キャリア２３０とサンギヤ２１０とが連結された状態になるように制御されたままである。クラッチ４００は、係合状態になるように制御される。

この状態では、図５に示すように、エンジン１００およびＭＧ３００、相反モータ６００のインナーロータ６０２が回転する。相反モータ６００のアウターロータ６０４の回転数が「０」になる。すなわち、アウターロータ６０４は回転しない。

したがって、相反モータ６００のインナーロータ６０２がアウターロータ６０４に相対的に回転する。そのため、相反モータ６００を発電機として作動させて発電させることができる。相反モータ６００により発電された電力は、補機バッテリ６１０に蓄えられる。

以上のように、本実施の形態に係るハイブリッド自動車によれば、クラッチを係合した状態において、エンジンから出力されたトルクおよびＭＧから出力されたトルクのうちの少なくともいずれか一方により走行することができる。また、相反モータのアウターロータとプラネタリギヤの出力軸とを切り離し、かつアウターロータをトランスミッションケースに固定することにより、エンジンからプラネタリギヤのサンギヤに伝達されたトルクを用いて、サンギヤに連結されたインナーロータをアウターロータに対して相対的に回転させることができる。これにより、相反モータを発電機として作動させることができる。そのため、相反モータを用いて発電することができる。さらに、エンジンが停止し、かつＭＧが駆動した状態において、相反モータのアウターロータをプラネタリギヤの出力軸に連結すると、プラネタリギヤの差動作用により、インナーロータとアウターロータとを相対的に回転させることができる。この状態において、アウターロータとインナーロータとの相対的な回転を抑制するように相反モータを制御すれば、プラネタリギヤにおいて、キャリア、リングギヤおよびサンギヤの相対的な回転が抑制される。そのため、キャリアに連結されたエンジンの出力軸の回転数を引き上げることができる。これにより、エンジンをクランキングすることができる。そのため、専用のスタータモータ等を設けなくても、エンジンを始動することができる。さらに、停車時にエンジンが停止している場合において、クラッチを解放した状態でＭＧを作動させると、プラネタリギヤの出力軸を回転させることができる。そのため、専用のモータ等を設けなくても、停車時に内燃機関が停止している場合において、プラネタリギヤの出力軸に連結されたコンプレッサや負圧ポンプを作動させることができる。その結果、ハイブリッド自動車に搭載すべきモータ等の数を抑制して、コストを抑制したり機器の搭載性を向上したりすることができる。

なお、エンジンの始動後においてキャリア２３０とサンギヤ２１０とが連結された状態になるようにプラネタリロック機構２４０を制御する代わりに、キャリア２３０とサンギヤ２１０とが切り離された状態を維持するようにしてもよい。この場合、その後、エンジン１００から出力されたトルクを用いて走行する際において、アウターロータ６０４と出力軸２５０とが切り離され、かつアウターロータ６０４がトランスミッションケース１０００側に固定された状態になるようにアウターロータロック機構６２０を制御するようにしてもよい。

この状態では、図６に示すように、エンジン１００およびＭＧ３００、相反モータ６００のインナーロータ６０２が回転する。相反モータ６００のアウターロータ６０４の回転数が「０」になる。すなわち、アウターロータ６０４は回転しない。

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。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車を示す概略構成図である。ＭＧ、エンジンおよび相反モータの回転数を示す共線図（その１）である。ＭＧ、エンジンおよび相反モータの回転数を示す共線図（その２）である。ＭＧ、エンジンおよび相反モータの回転数を示す共線図（その３）である。ＭＧ、エンジンおよび相反モータの回転数を示す共線図（その４）である。ＭＧ、エンジンおよび相反モータの回転数を示す共線図（その５）である。

符号の説明

１００エンジン、２００プラネタリギヤ、２１０サンギヤ、２２０リングギヤ、２３０キャリア、２４０プラネタリロック機構、２５０出力軸、２６０伝導ベルト、３００ＭＧ、３０２ロータ、３１０インバータ、３２０主バッテリ、４００クラッチ、５００変速機、５１０駆動輪、６００相反モータ、６０２インナーロータ、６０４アウターロータ、６１０補機バッテリ、６２０アウターロータロック機構、７００コンプレッサ、８００負圧ポンプ、１０００トランスミッションケース。

Claims

内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に連結され、前記内燃機関から伝達されるトルクを第１の回転部材および第２の回転部材に伝達する遊星歯車機構と、
前記第１の回転部材を前記駆動輪に連結した状態および前記第１の回転部材を前記駆動輪から切り離した状態を切替える第１の切替機構と、
前記第１の回転部材に連結され、前記第１の回転部材が回転することにより作動する機器と、
前記第１の回転部材に連結される第１の回転電機と、
第１の回転子が前記第１の回転部材に連結され、第２の回転子が前記第２の回転部材に連結され、前記第１の回転子および前記第２の回転子が相対的に回転することにより発電する第２の回転電機と、
前記第１の回転子を前記第１の回転部材に連結した状態および前記第１の回転子を前記第１の回転部材から切り離し、かつ前記第１の回転子の回転を抑制した状態を切替える第２の切替機構とを含む、ハイブリッド自動車。
前記ハイブリッド自動車は、前記出力軸、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材の相対的な回転を許容した状態と前記出力軸、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材の相対的な回転を抑制した状態とを切替える第３の切替機構をさらに含む、請求項１に記載のハイブリッド自動車。
前記第３の切替機構は、前記内燃機関の運転時において、前記出力軸、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材の相対的な回転を抑制するように制御され、
前記第２の切替機構は、前記内燃機関の運転時において、前記第１の回転子を前記第１の回転部材から切り離し、かつ前記第１の回転子の回転を抑制するように制御される、請求項２に記載のハイブリッド自動車。
前記第３の切替機構は、前記内燃機関が停止し、かつ前記第１の回転電機が作動している状態において、前記出力軸、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材の相対的な回転を許容するように制御され、
前記第２の切替機構は、前記内燃機関が停止し、かつ前記第１の回転電機が作動している状態において、前記第１の回転子が前記第１の回転部材に連結されるように制御され、
前記第２の回転電機は、前記出力軸、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材の相対的な回転が許容され、かつ前記第１の回転子が前記第１の回転部材に連結された状態において、前記第１の回転子と前記第２の回転子との相対的な回転を抑制するように制御される、請求項２に記載のハイブリッド自動車。
前記第２の回転電機は直流電力により作動する、請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド自動車。
ハイブリッド自動車の制御装置であって、前記ハイブリッド自動車は、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に連結され、前記内燃機関から伝達されるトルクを第１の回転部材および第２の回転部材に伝達する遊星歯車機構と、前記第１の回転部材を前記駆動輪に連結した状態および前記第１の回転部材を前記駆動輪から切り離した状態を切替える第１の切替機構と、前記第１の回転部材に連結され、前記第１の回転部材が回転することにより作動する機器と、前記第１の回転部材に連結される第１の回転電機と、第１の回転子が前記第１の回転部材に連結され、第２の回転子が前記第２の回転部材に連結され、前記第１の回転子および前記第２の回転子が相対的に回転することにより発電する第２の回転電機と、前記第１の回転子を前記第１の回転部材に連結した状態および前記第１の回転子を前記第１の回転部材から切り離し、かつ前記第１の回転子の回転を抑制した状態を切替える第２の切替機構とを含み、
前記制御装置は、前記内燃機関が停止し、かつ前記第１の回転電機が作動している状態において、前記第１の回転子が前記第１の回転部材に連結されるように前記第２の切替機構を制御するための手段とを含む、ハイブリッド自動車の制御装置。
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に、前記第１の回転子と前記第２の回転子との相対的な回転を抑制するように前記第２の回転電機を制御するための手段をさらに含む、請求項６に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
ハイブリッド自動車の制御装置であって、前記ハイブリッド自動車は、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に連結され、前記内燃機関から伝達されるトルクを第１の回転部材および第２の回転部材に伝達する遊星歯車機構と、前記第１の回転部材を前記駆動輪に連結した状態および前記第１の回転部材を前記駆動輪から切り離した状態を切替える第１の切替機構と、前記第１の回転部材に連結され、前記第１の回転部材が回転することにより作動する機器と、前記第１の回転部材に連結される第１の回転電機と、第１の回転子が前記第１の回転部材に連結され、第２の回転子が前記第２の回転部材に連結され、前記第１の回転子および前記第２の回転子が相対的に回転することにより発電する第２の回転電機と、前記第１の回転子を前記第１の回転部材に連結した状態および前記第１の回転子を前記第１の回転部材から切り離し、かつ前記第１の回転子の回転を抑制した状態を切替える第２の切替機構と、前記出力軸、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材の相対的な回転を許容した状態と前記出力軸、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材の相対的な回転を抑制した状態とを切替える第３の切替機構とを含み、
前記制御装置は、
前記内燃機関の始動後において、前記出力軸、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材の相対的な回転を許容するように前記第３の切替機構を制御するための手段と、
前記内燃機関の始動後において、前記第１の回転子を前記第１の回転部材から切り離し、かつ前記第１の回転子の回転を抑制するように前記第２の切替機構を制御するための手段とを含む、ハイブリッド自動車の制御装置。
ハイブリッド自動車の制御方法であって、前記ハイブリッド自動車は、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に連結され、前記内燃機関から伝達されるトルクを第１の回転部材および第２の回転部材に伝達する遊星歯車機構と、前記第１の回転部材を前記駆動輪に連結した状態および前記第１の回転部材を前記駆動輪から切り離した状態を切替える第１の切替機構と、前記第１の回転部材に連結され、前記第１の回転部材が回転することにより作動する機器と、前記第１の回転部材に連結される第１の回転電機と、第１の回転子が前記第１の回転部材に連結され、第２の回転子が前記第２の回転部材に連結され、前記第１の回転子および前記第２の回転子が相対的に回転することにより発電する第２の回転電機と、前記第１の回転子を前記第１の回転部材に連結した状態および前記第１の回転子を前記第１の回転部材から切り離し、かつ前記第１の回転子の回転を抑制した状態を切替える第２の切替機構とを含み、
前記制御方法は、前記内燃機関が停止し、かつ前記第１の回転電機が作動している状態において、前記第１の回転子が前記第１の回転部材に連結されるように前記第２の切替機構を制御するステップを含む、ハイブリッド自動車の制御方法。
前記制御方法は、前記内燃機関の始動時に、前記第１の回転子と前記第２の回転子との相対的な回転を抑制するように前記第２の回転電機を制御するステップをさらに含む、請求項９に記載のハイブリッド自動車の制御方法。
ハイブリッド自動車の制御方法であって、前記ハイブリッド自動車は、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に連結され、前記内燃機関から伝達されるトルクを第１の回転部材および第２の回転部材に伝達する遊星歯車機構と、前記第１の回転部材を前記駆動輪に連結した状態および前記第１の回転部材を前記駆動輪から切り離した状態を切替える第１の切替機構と、前記第１の回転部材に連結され、前記第１の回転部材が回転することにより作動する機器と、前記第１の回転部材に連結される第１の回転電機と、第１の回転子が前記第１の回転部材に連結され、第２の回転子が前記第２の回転部材に連結され、前記第１の回転子および前記第２の回転子が相対的に回転することにより発電する第２の回転電機と、前記第１の回転子を前記第１の回転部材に連結した状態および前記第１の回転子を前記第１の回転部材から切り離し、かつ前記第１の回転子の回転を抑制した状態を切替える第２の切替機構と、前記出力軸、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材の相対的な回転を許容した状態と前記出力軸、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材の相対的な回転を抑制した状態とを切替える第３の切替機構とを含み、
前記制御方法は、
前記内燃機関の始動後において、前記出力軸、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材の相対的な回転を許容するように前記第３の切替機構を制御するステップと、
前記内燃機関の始動後において、前記第１の回転子を前記第１の回転部材から切り離し、かつ前記第１の回転子の回転を抑制するように前記第２の切替機構を制御するステップとを含む、ハイブリッド自動車の制御方法。