JP4952543B2 - 車両用ハイブリッド駆動装置の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関と電動機とを動力源として備えた車両用のハイブリッド駆動装置を制御する制御装置に関し、特にハイブリッド駆動装置に設けられている噛み合い式係合機構における噛み合い歯同士の同期を制御する制御装置に関するものである。

従来、内燃機関が出力した動力と電動機が発電機として機能することによる反力トルクを差動回転機構によって合成し、その差動回転機構からトルクを出力するとともに、電動機で得られた起電力を他の電動機に供給して出力トルクに加えるように構成したハイブリッド駆動装置が知られている。このような構成のハイブリッド駆動装置では、これを搭載した車両の動力性能と燃費とを向上させることが可能である。また従来、上記の構成のハイブリッド駆動装置を更に改良し、より多様な運転モードを設定できるように構成して、例えば高車速での燃費を改良することが試みられている。その一例が特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載されたハイブリッド駆動装置では、サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比であるギヤ比が相互に異なる二組のシングルピニオン型遊星歯車機構を組み合わせた複合遊星歯車機構、あるいはいわゆるステップドピニオン型の遊星歯車機構、もしくはシングルピニオン型遊星歯車機構とダブルピニオン型の遊星歯車機構とを組み合わせた複合遊星歯車機構などによって四要素の動力分配機構が構成され、内燃機関および第１の電動機ならびに出力部材が動力分配機構における所定の要素に連結されるとともに、残る一つの要素が選択的に固定されるように構成されている。

また、従来、ハイブリッド駆動装置にも適用できる発明であって、ドグクラッチを係合させる場合、内燃機関と共に動力装置として機能する電動機によってドグクラッチの位相を調整するように構成された発明が特許文献２に記載されている。

前述した特許文献１に記載されている装置に特許文献２に記載されているいわゆる位相調整装置を適用することが可能である。すなわち特許文献１の装置における動力分配機構の所定の要素を固定するために、特許文献２に記載されているドグクラッチを採用し、そのドグクラッチが同期しているか否かを、ドグクラッチの回転角度の積算値から判断することが可能である。その積算値は、ドグクラッチが係合状態となり、かつトルクを掛けてバックラッシを詰めた状態での相対回転角度（あるいは位相）を初期値としてカウントすることになり、その場合、内燃機関と共に動力分配機構に連結されている電動機を駆動してドグクラッチを回転させ、その状態でドグクラッチを係合させる。その位相調整あるいは係合もしくはガタ詰めのために電動機を駆動すると、そのトルクは動力分配機構を介してドグクラッチと内燃機関との両方に伝達される。すなわち、内燃機関が反力要素として機能することになる。

その内燃機関として、車両に一般的に搭載されているガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのレシプロエンジンが用いられている場合には、その出力軸であるクランク軸のトルクすなわち電動機に対する反力トルクが、クランク角に応じて異なるものとなる。特に内燃機関が停止していたり、あるいはその回転数が極低回転数の場合には、そのトルクの変化が大きくなる。そのため、位相調整もしくはガタ詰めのために電動機が一定のトルクを出力するとすれば、トルクが相対的に不足してドグクラッチおよび内燃機関を回転させることができなかったり、あるいは反対にトルクが大きすぎていわゆる歯飛びなどが生じてドグクラッチを係合させることができない事態が生じるなどの可能性がある。すなわち、ドグクラッチの同期もしくはガタ詰めを迅速に、あるいは確実に行うことが困難である。

特開２００４−３４５５２７号公報 特開２００６−３８１３６号公報

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、車両用のハイブリッド駆動装置に設けられている噛み合い式係合機構を、迅速もしくは確実に同期状態に制御できる制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明は、内燃機関と電動機とを動力源として備えるとともに、その電動機によって回転させられて噛み合い歯同士の相対位相が同期させられる噛み合い式係合機構を備え、前記内燃機関が非駆動状態で非係合状態の前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を前記電動機によって回転させる際に前記内燃機関が前記電動機によって回転させられる車両用ハイブリッド駆動装置の制御装置において、前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を前記電動機で回転させる際の前記内燃機関の回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を回転させる際に前記電動機が出力するべきトルクを前記回転角度検出手段によって検出された前記内燃機関の回転角度に基づいて算出するトルク算出手段とを備えていることを特徴とするものである。

この発明では、前記電動機によって前記噛み合い式係合機構を回転させて前記非係合状態の噛み合い歯同士の相対位相を同期させた際に、前記相対位相を検出するために積算した前記噛み合い歯同士の相対回転角度の積算値を初期化する手段を更に備えていることが好ましい。

また、この発明は、好ましくは、前記車両を発進させる前の予備操作を検出する予備操作検出手段を更に備え、その予備操作検出手段によって前記予備操作が行われたことが検出された場合に前記電動機が前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を回転させるように構成されている。

さらに、この発明は、内燃機関と電動機とを動力源として備えるとともに、その電動機によって回転させられて噛み合い歯同士の相対位相が同期させられる噛み合い式係合機構を備え、前記内燃機関が非駆動状態で非係合状態の前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を前記電動機によって回転させる際に前記内燃機関が前記電動機によって回転させられる車両用ハイブリッド駆動装置の制御装置において、前記内燃機関の停止要求を検出する内燃機関停止検出手段と、前記停止要求が前記内燃機関停止検出手段によって検出された場合に、停止させた後の前記内燃機関を回転させるのに要するトルクが相対的に小さくなる前記内燃機関の目標停止角度を求める目標角度算定手段と、前記内燃機関を停止させる場合に前記電動機によって前記内燃機関を前記目標停止角度まで回転させて停止させる停止制御手段とを備えていることを特徴とするものである。

この発明は、好ましくは上記の構成に加えて、前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を前記電動機で回転させる際の前記内燃機関の回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を回転させる際に出力するべきトルクを前記回転角度検出手段によって検出された前記内燃機関の回転角度に基づいて算出するトルク算出手段とを更に備えている。

そして、この発明の前記内燃機関は、好ましくは、クランク角度に応じてトルクが異なるレシプロエンジンである。

この発明によれば、解放状態の噛み合い式係合機構における噛み合い歯同士の相対位相を噛み合う状態に同期させるように電動機を駆動する場合、内燃機関の回転角度に応じたトルクを出力するように電動機を駆動するので、噛み合い式係合機構を回転させるトルクが不足したり、あるいは反対にトルクが過剰になっていわゆる歯飛びが生じたりすることを防止もしくは抑制し、迅速かつ確実に噛み合い歯同士を噛み合わせることができる。ひいては、噛み合い歯同士のいわゆるガタ詰めを行って前記相対位相を検出するための初期化を容易かつ確実に行うことができる。

また、この発明によれば、内燃機関を停止させる場合、停止後の内燃機関を電動機のトルクで回転させる場合に必要となるトルクが相対的に小さくなる回転角度に内燃機関を回転させた後に停止させるので、内燃機関の停止後に前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように電動機によって噛み合い式係合機構および内燃機関を回転させる場合、電動機が出力するトルクが小さくてよく、その結果、噛み合い式係合機構を迅速かつ確実に係合状態とすることができ、ひいては、噛み合い歯同士のいわゆるガタ詰めを行って前記相対位相を検出するための初期化を容易かつ確実に行うことができる。

つぎにこの発明をより具体的に説明する。この発明で対象とするハイブリッド駆動装置は、動力源として内燃機関と電動機とを備えている。その内燃機関は、要は、燃料を燃焼して生じる熱エネルギをトルクなどの機械的エネルギの形で出力する熱機関であって、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、あるいはガスを燃料とするガスエンジンなどである。また電動機は、電力が供給されて回転することによりトルクなどの機械的エネルギを出力する動力装置であり、これに限らず、外力によって強制的に回転させられて起電力を生じるように構成されたモータ・ジェネレータを使用することができ、永久磁石式の同期電動機がその一例である。

さらに、この発明で対象とするハイブリッド駆動装置は、噛み合い式の係合機構を備えている。この係合機構は、スプラインなどの歯同士を噛み合わせてトルク伝達可能な状態にする機構であって、ドグクラッチと称される機構である。この発明においては、この係合機構は、回転部材同士を選択的に連結する機構と、回転部材を所定の固定部に連結してその回転部材を選択的に固定するいわゆるブレーキとして機能する機構とのいずれであってもよい。さらに、スプラインなどの噛み合い歯は円周方向もしくは回転方向に一定のピッチで形成されており、したがって駆動側の噛み合い歯と被駆動側の噛み合い歯との回転角度（すなわち相対位相）が一致している場合には、噛み合い歯同士が突き当たって噛み合うことがなく、これに対して噛み合い歯同士の回転角度（相対位相）が半ピッチ程度ずれていれば、噛み合い歯同士の間に相手の噛み合い歯が入り込むので両者が噛み合うことになる。このように噛み合い歯同士の回転角度（相対位相）が半ピッチ程度ずれて噛み合い歯が相互に噛み合う状態を「同期状態」と言う。

上記の内燃機関と電動機と係合機構との三者は、相互にトルク伝達可能な状態に連結されており、解放状態の係合機構を電動機によって回転させる場合に、電動機のトルクが内燃機関に伝達されるようになっている。したがって、例えば内燃機関が停止している状態で前記噛み合い歯同士を同期させる場合、電動機を駆動して係合機構を回転させることになる。

前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるために、あるいはその相対位相を検出するためのカウント値を初期化するために、電動機を駆動して係合機構および内燃機関を回転させる場合、内燃機関の回転角度が検出される。内燃機関を回転させるための必要となるトルクを判断するためである。そして、その検出された回転角度に基づいて電動機が出力するべきトルクが算出される。したがって、その算出されたトルクは、内燃機関が低トルクで回転する回転角度になっていれば、小さいトルクとして算出され、また反対に内燃機関がこれを回転させるための外力として大きいトルクを要する回転角度になっていれば、大きいトルクとして算出される。その結果、噛み合い歯同士の相対位相を同期させる場合、係合機構に過不足なくトルクが掛かり、同期状態にまで迅速に回転させることができるとともに、いわゆる歯飛びなどにより噛み合いが遅れるなどの事態を防止もしくは抑制することができる。

この発明の好ましい実施の形態では、噛み合い歯同士の相対回転角度を検出もしくは判断するための積算値を初期化する際に上記の同期のための制御が実施される。

また、この発明の他の好ましい実施の形態によれば、車両が発進する以前に係合装置における噛み合い歯同士の相対位相が同期させられる。したがって、車両の発進の遅れあるいはもたつき感などを回避もしくは抑制することができる。

さらに、この発明は、内燃機関の停止後に係合機構における噛み合い歯同士の相対位相を同期させる制御を容易にするために、内燃機関の停止角度を制御するように構成されている。具体的には、内燃機関の停止要求があった場合に、内燃機関の目標停止角度が算出される。その内燃機関の停止要求は、例えばイグニッションスイッチがオフにされること、プッシュボタンスタートシステムのパワースイッチをオフ操作することなどに基づいて判断することができる。また、目標停止角度は、内燃機関の構造に基づいて定まるトルクの変化パターンから、トルクが相対的に小さくなる角度を求めて決めることができる。したがって、内燃機関の停止後に係合機構の噛み合い歯同士の相対位相を同期させる場合、電動機の必要トルクが小さくなるので、同期状態にまで迅速に回転させることができるとともに、いわゆる歯飛びなどにより噛み合いが遅れるなどの事態を防止もしくは抑制することができる。

この発明で対象とするハイブリット駆動装置は、内燃機関と電動機と係合機構との三者がトルク伝達可能に連結されている構成を備えており、したがって内燃機関と電動機とが差動機構に連結され、かつその差動機構のいずれかの回転要素に係合機構が連結された構成がその一例である。図４にその例を概略的に示してある。図４において、内燃機関１と、発電機能のある電動機として二つのモータ・ジェネレータ（ＭＧ１、ＭＧ２）２，３とが動力源として設けられ、これら三者が同一軸線上に配列されている。その内燃機関１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、あるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼して動力を出力する動力装置である。好ましくはスロットル開度などの負荷を電気的に制御でき、また所定の負荷に対して回転数を制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できるレシプロエンジンである。したがって、内燃機関１は、出力軸としてクランク軸を備え、その出力トルクが周期的に変化するように構成されている。以下の説明では、内燃機関１をエンジン１と記す。

図５には、Ｖ型８気筒（Ｖ８）、Ｖ型６気筒（Ｖ６）、直列４気筒（Ｌ４）、直列３気筒（Ｌ３）の各エンジンについて、クランク角度とクランク軸を回転させるのに要する外部トルクとの関係を示してある。図５に示すように、気筒数が多いほど、必要トルクが大きくなるが、クランク角度に応じた必要トルクの変化幅が小さくなる。また、Ｖ型エンジンの方が、直列型エンジンよりも必要トルクの変化幅が小さくなる。

このエンジン１が動力分配機構４に連結されている。この動力分配機構４は、遊星歯車機構などの複数組の差動歯車機構を組み合わせて構成されている。具体的には、一組のシングルピニオン型遊星歯車機構４１と一組のダブルピニオン型遊星歯車機構４２とを組み合わせて構成されている。これらのシングルピニオン型遊星歯車機構４１とダブルピニオン型遊星歯車機構４２とは、エンジン１の回転中心軸線上に、エンジン１側からここに挙げた順に配置されており、そのシングルピニオン型遊星歯車機構４１とエンジン１との間に、第１のモータ・ジェネレータ２が配置されている。なお、エンジン１と動力分配機構４との間に、発進用のクラッチやトルクコンバータ（ロックアップクラッチ付のトルクコンバータ）などの動力伝達機構を適宜に設けてもよいことは勿論である。

シングルピニオン型遊星歯車機構４１は、外歯歯車であるサンギヤＳfと、そのサンギヤＳf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Ｒfと、これらサンギヤＳfおよびリングギヤＲfに噛み合っているピニオンギヤＰfを自転自在および公転自在に保持しているキャリヤＣfとを回転要素として差動作用をなすように構成されており、そのキャリヤＣfにエンジン１が連結されている。したがってキャリヤＣfが入力要素となっている。またサンギヤＳfに第１モータ・ジェネレータ２（より正確にはそのロータ）が連結されている。

この第１モータ・ジェネレータ２は、外力によって強制的に回転させることにより発電を行い、また電力を供給することによりモータとして機能するように構成されており、したがって第１モータ・ジェネレータ２が発電機として機能することにより、サンギヤＳfが反力要素となるように構成されている。さらに、リングギヤＲfが出力部材に相当する出力軸５に連結されている。この出力軸５は、エンジン１の回転中心軸線上に配置されており、図示しない駆動輪に対して動力を出力するように構成されている。したがってリングギヤＲfが出力要素となっている。

ダブルピニオン型遊星歯車機構４２は、外歯歯車であるサンギヤＳrと、そのサンギヤＳr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Ｒrと、そのサンギヤＳrに噛み合っているピニオンギヤＰr1およびそのピニオンギヤＰr1とリングギヤＲrとに噛み合っている他のピニオンギヤＰr2を自転自在および公転自在に保持しているキャリヤＣrとを回転要素として差動作用をなすように構成されている。

そのリングギヤＲrが上記のシングルピニオン型遊星歯車機構４１におけるキャリヤＣfに連結されている。そのキャリヤＣfにエンジン１が連結されているから、結局、ダブルピニオン型遊星歯車機構４２のリングギヤＲrはエンジン１に連結されている。また、ダブルピニオン型遊星歯車機構４２におけるキャリヤＣrが、前記シングルピニオン型遊星歯車機構４１におけるリングギヤＲfおよび出力軸５に連結されている。

そして、サンギヤＳrを選択的に制動する制動機構すなわちブレーキ機構ＢＫが設けられている。このブレーキ機構ＢＫは、ドグクラッチなどの噛み合い式の係合機構によって構成することができる。その原理的な構成を図６に示してある。ケーシングなどの固定部６に固定板７が取り付けられており、その正面には一定ピッチで噛み合い歯８が所定半径の円周上に配列されている。その固定板７に対向し、かつ固定板７に接近離隔する回転板９が設けられており、この回転板９は前述したダブルピニオン型遊星歯車機構４２におけるサンギヤＳrに連結されている。この回転板９における前記固定板７に対向する面（すなわち正面）には、固定板７における噛み合い歯８と同様の噛み合い歯１０が一定ピッチで、かつ所定の半径の円周上に配列されている。なお、各噛み合い歯８，１０の先端部は、相互の噛み合いを容易にするために、尖塔状をなすよう面取りされている。

したがって、ブレーキ機構ＢＫは、回転板９を固定板７に接近させることにより、固定側の噛み合い歯８の間に可動側の噛み合い歯１０を挿入することにより、トルク伝達可能に係合するように構成されている。なお、噛み合い歯８，１０同士をこのように噛み合わせる場合、回転板９にトルクを掛けておくことにより、噛み合い歯８，１０同士の突き合わせがずれた状態になって、固定側の噛み合い歯８の間で可動側の噛み合い歯１０を挿入することができる。図６の（ｂ）に示すように、各噛み合い歯８，１０同士が噛み合ってガタが詰まった状態が初期化状態であり、この状態から各噛み合い歯８，１０の相対位相が、噛み合い歯８，１０のピッチの整数倍ずつ変化する毎に、各噛み合い歯８，１０が同期状態になる。なお、このブレーキ機構ＢＫを動作させるためのアクチュエータは、油圧式のもの、あるいは電磁式のもののいずれであってもよく、電気的に制御可能なものが好ましい。

これらの遊星歯車機構４１，４２を挟んで前記第１モータ・ジェネレータ２とは反対側に、第２モータ・ジェネレータ３が同一軸線上に配置されている。この第２モータ・ジェネレータ３は、前記第１モータ・ジェネレータ２と比較して高回転低トルク型のものであり、そのロータが出力軸５に連結され、出力軸５との間でトルクを授受できるように構成されている。その第２モータ・ジェネレータ３と出力軸５との間に変速機構１１が配置されている。その変速機構１１は、第２モータ・ジェネレータ３が出力した動力を減速もしくは増速して出力軸５に伝達するための機構であって、少なくとも高低の二つの変速比に切り替えることができるように構成されている。より好ましくは、少なくとも二つの変速比とトルクを伝達しないニュートラル状態とを設定できるように構成されている。したがって、出力側変速機構１１は、低速用ギヤ対および高速用ギヤ対からなる機構や、一組の遊星歯車機構とクラッチおよびブレーキからなる機構、二組の遊星歯車機構を組み合わせた複合遊星歯車機構とブレーキなどの係合装置とからなる機構などによって構成することができる。

上記の各モータ・ジェネレータ２，３は発電機および電動機として機能するようになっており、そのためにこれらのモータ・ジェネレータ２，３は図示しないインバータなどのコントローラを介してバッテリーなどの蓄電装置に接続されている。そして、一方のモータ・ジェネレータ２，３によって発電した電力を他方のモータ・ジェネレータ３，２に供給して該他方のモータ・ジェネレータ３，２をモータとして機能させることができるように構成されている。

上記の各モータ・ジェネレータ２，３には、そのロータの回転角度を検出して信号を出力するレゾルバー１２，１３が設けられている。上記のダブルピニオン型遊星歯車機構４２におけるサンギヤＳrの回転角度もしくはケーシングなどの固定部６に対するブレーキ機構ＢＫの相対回転角度を検出するための回転角度センサー（レゾルバー）１４が設けられている。これらのレゾルバー１２，１３，１４の検出信号は、上記のハイブリッド駆動装置を制御するための電子制御装置（図示せず）に入力されており、電子制御装置はそれらの入力されたデータに基づいて、以下に説明する制御などの各種の制御を実行するようになっている。なお、エンジン１はそのクランク軸などの出力軸の回転角度（クランク角）を検出するためのセンサー（図示せず）を備えており、その検出信号がハイブリッド駆動装置を制御するための電子制御装置に入力され、あるいはエンジン用電子制御装置（図示せず）を介してハイブリット用電子制御装置に入力されている。

つぎに上述したハイブリッド駆動装置の作用について説明すると、ブレーキ機構ＢＫを解放してダブルピニオン型遊星歯車機構４２のサンギヤＳrをフリーな状態にした運転モード（以下、通常モードと記す）と、そのブレーキ機構ＢＫを係合させて前記サンギヤＳrを固定した運転モード（以下、ＯＤモードと記す）とを設定することが可能である。ブレーキ機構ＢＫを解放させた通常モードでエンジン１の出力した動力を動力分配機構４におけるキャリヤＣfに入力すると、その動力は出力要素であるリングギヤＲfと反力要素であるサンギヤＳfとに分配される。その場合、サンギヤＳfに連結されている第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させると、サンギヤＳfには、キャリヤＣfのトルクとは反対方向に反力トルクが作用する。

この状態を図７に共線図で示してある。図７の直線Ａは、第１モータ・ジェネレータ２の回転数がほぼゼロとなるように制御している状態を示し、この状態では、出力要素であるリングギヤＲfおよびこれに連結されている出力軸５が、エンジン１よりも高回転数で回転する。そして、そのトルクは、エンジン１から伝達されるキャリヤＣfのトルクと、第１モータ・ジェネレータ２による反力トルクとを合成したトルクとなる。

この通常モードでは、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を大小に変化させれば、それに応じてエンジン回転数を適宜に制御することができる。いわゆる無段変速状態である。したがってエンジン１を最適燃費で運転するように、第１モータ・ジェネレータ２によって制御することができる。またその場合、第１モータ・ジェネレータ２がエンジン１と同方向に回転し、かつ発電機として機能していれば、すなわち正転回生していれば、第１モータ・ジェネレータ２が発電を行う。その電力は、第２モータ・ジェネレータ３に供給されてこれが電動機として機能し、そのトルクが出力軸５に直接もしくは変速機構１１を介して伝達される。このように、通常モードで第１モータ・ジェネレータ２が正転回生している場合には、エンジン１の動力がシングルピニオン型遊星歯車機構４１を介して出力軸５に伝達されるとともに、各モータ・ジェネレータ２，３による電力変換を伴って出力軸５に伝達され、これらの動力が合成されて出力軸５から出力される。なおこの場合、ダブルピニオン型遊星歯車機構４２のサンギヤＳrがフリーな状態になっているので、ダブルピニオン型遊星歯車機構４２は出力軸５に対する動力の伝達に関与しない。

一方、ブレーキ機構ＢＫを係合させて前記サンギヤＳrを固定したＯＤモードでは、エンジン１の出力した動力がシングルピニオン型遊星歯車機構４１におけるキャリヤＣfを介してダブルピニオン型遊星歯車機構４２のリングギヤＲrにそのまま入力される。そのダブルピニオン型遊星歯車機構４２では、サンギヤＳrが固定されているから、増速作用が生じる。その状態を図７に直線Ｂで示してある。この場合、シングルピニオン型遊星歯車機構４１におけるサンギヤＳfに連結されている第１モータ・ジェネレータ２はエンジン１とは反対方向に逆回転するが、第１モータ・ジェネレータ２が電気的な作用を行わないように制御することにより、第１モータ・ジェネレータ２は単に空転し、したがってシングルピニオン型遊星歯車機構４１は出力軸５に対するトルクの伝達に関与しない。すなわち、ＯＤモードでは、ダブルピニオン型遊星歯車機構４２のみを介して出力軸５に動力が伝達され、電力変換を伴わないので、動力損失を防止もしくは抑制し、動力伝達効率を向上させることができる。また、上記のハイブリッド駆動装置を搭載している車両が低負荷高速走行する場合、ＯＤモードを設定することにより、エンジン回転数を下げることができ、その結果、燃費のよい走行を行うことが可能になる。

このようにブレーキ機構ＢＫはＯＤモードで係合させるが、このブレーキ機構ＢＫは前述したように噛み合い歯８，１０同士を噛み合わせてトルク伝達可能な状態に係合させるように構成されているので、各噛み合い歯８，１０の相対位相が同期した状態で噛み合わせる必要がある。そのために、この発明に係る制御装置では、前述した初期化状態からの相対位相すなわち回転板９の回転角度を積算し、その積算値に基づいてブレーキ機構ＢＫの同期状態を判定するように構成されている。また、その積算の開始状態を与える初期化状態を、エンジン１が停止している際にブレーキ機構ＢＫを一旦係合させて割り出し、あるいは学習するようになっている。

図１にはその制御例をフローチャートで示してあり、先ず、エンジン１が停止している状態で、そのエンジン１のクランク位置（停止しているクランク軸の回転角度）が検出される（ステップＳ１）。これは、前述したセンサーによって検出することができる。

噛み合い歯８，１０同士の相対位相を初期化するためには、前述した第１モータ・ジェネレータ２によってブレーキ機構ＢＫの回転板１０を回転させる。その状態を図７に線Ｃで示してある。図７に示すように、エンジン１を止めて車両が停止している状態では、シングルピニオン型遊星歯車機構４１のリングギヤＲfおよびダブルピニオン型遊星歯車機構４２におけるキャリヤＣrが固定され、その状態でシングルピニオン型遊星歯車機構４１のサンギヤＳfに第１モータ・ジェネレータ２からトルクが入力されるので、シングルピニオン型遊星歯車機構４１のキャリヤＣfおよびダブルピニオン型遊星歯車機構４２におけるリングギヤＲrに連結されているエンジン１がサンギヤＳfと同方向に回転する。したがって、第１モータ・ジェネレータ２にはエンジン１を強制的に回転させるためのトルクが掛かり、第１モータ・ジェネレータ２がそれ以上のトルクを出力することによりブレーキ機構ＢＫの回転板１０を回転させることができる。

そこで、ステップＳ２では、前記噛み合い歯８，１０同士の相対位相を同期させるための制御で第１モータ・ジェネレータ２が出力するトルクが算出される。これは、例えば前述した図５に示すクランク角度とトルクとの関係から求めることができ、ステップＳ１で検出されたクランク角度と対象とするエンジン１の形式とから、第１モータ・ジェネレータ２が出力する必要のあるトルクを求めればよい。なお、その必要トルクは、停止状態のエンジン１のクランク軸を回転させるのに必要なトルクを例えば実験やシミュレーションで求め、そのトルクに設計上適宜に定めたトルクを加えたトルクであり、予めマップ化して用意しておくことが好ましい。

上記の制御と並行して、あるいは上記の制御に続けて、ブレーキ機構ＢＫの係合指令が出力される（ステップＳ３）。そして、ブレーキ機構ＢＫが係合したか否か、すなわち噛み合い歯８，１０が噛み合ったか否かが判断される（ステップＳ４）。これは、例えば可動側の回転板１０のストローク量を検出することにより判断することができ、あるいはブレーキ機構ＢＫが電磁クラッチによって構成されている場合には、そのソレノイドへの通電の状態に基づいて判断することができる。

このステップＳ４で否定的に判断された場合には、噛み合い歯８，１０の先端部同士が突き当たって噛み合うまでには到っていないことになる。したがって、この場合は、第１モータ・ジェネレータ２を駆動してトルクを印加する（ステップＳ５）。その第１モータ・ジェネレータ２が出力するトルクは前述したステップＳ２で算出したトルクである。その後、再度、ステップＳ４で係合の判定が行われる。

こうすることにより、ブレーキ機構ＢＫで噛み合い歯８，１０同士の相対回転が生じてそれらの相対位相が変化するので、ピッチの整数倍の相対位相もしくはそれに近い相対位相になった際に、固定側の噛み合い歯８の間に可動側の噛み合い歯１０が入り込み、両者が噛み合う。すなわち、ブレーキ機構ＢＫが係合する。

その場合、第１モータ・ジェネレータ２が出力するトルクは、エンジン１を回転させるのに要するトルクより僅かに大きい程度のトルクであるから、噛み合い歯８，１０同士の間に作用するトルクによってそれらの噛み合いが阻止されるいわゆる歯飛びなどの事態が殆ど生じず、したがって迅速かつ確実に噛み合い歯８，１０同士を噛み合わせることができる。この状態を前述した図６の（ｂ）に示してある。

こうしてブレーキ機構ＢＫを係合させた後に、噛み合い歯８，１０同士の相対位相値がリセットされる（ステップＳ６）。すなわち、噛み合い歯８，１０同士の相対位相は、初期化された状態からの相対回転角度として積算して求めるようになっており、その初期化された状態としては、噛み合い歯８，１０同士が噛み合ってガタ詰めされた状態を採用することが便利であるから、ステップＳ６で相対位相値をリセットし、初期化することとしたのである。これ以降は、相対位相の積算値（レゾルバー１４による検出角度の積算値）が、噛み合い歯８，１０のピッチの整数倍もしくはそれに近似する値になる毎に、噛み合い歯８，１０同士の相対位相が同期することになる。

上記の初期化が終了した後に、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクをゼロにする（ステップＳ７）とともに、ブレーキ機構ＢＫを解放する指令が行われる（ステップＳ８）。

ところでハイブリッド駆動装置に設けられている噛み合い式の係合装置は、上述したブレーキ機構ＢＫのように何らかの変速状態もしくは走行モードを設定するために係合させるように構成されている場合が大半である。そのような構成の場合、車両の走行中は変速状態もしくは走行モードが変化してしまうので、前述した初期化のために係合装置を係合させることはできない。したがって初期化のための一時的な係合は、エンジン１が止められていて車両が停止している際に行うことが好ましい。図２はその制御例を示しており、この発明に係る制御装置によって実行される。すなわち、図２において、車両の発進予備操作が実行されたか否かが判断される（ステップＳ１１）。

この発進予備操作は、停止している車両を発進させる前に通常行われることが予想される操作であり、キーを所持して車両（特に運転席）に近付く操作、ドアのロックを解除する操作、ドア（特に運転席側のドア）を開ける操作、運転席に着席する操作、ステアリングホイールにさわる操作、ブレーキペダルを踏み込む操作、シートベルトを締める操作、第１モータ・ジェネレータ２に給電する蓄電装置の充電完了、その充電プラグを外す操作などである。

発進予備操作が行われたことが検出されないことによりステップＳ１１で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくこのルーチンを一旦終了する。これに対して発進予備操作が行われたことが検出されてステップＳ１１で肯定的に判断された場合には、噛み合い式係合機構の同期のための制御が実行される（ステップＳ１２）。このいわゆる同期制御は、例えば前述した図１に示す制御である。

したがって、図２に示すように制御することにより、車両を発進させる操作が行われた時点には、例えば前記ブレーキ機構ＢＫの一時的な係合、その後の解放、相対位相値のリセットなどの一連の処理が終了しているので、エンジン１や第１モータ・ジェネレータ２などを駆動して直ちに発進することができる。言い換えれば、発進のための操作を行ったにも拘わらず、上記の同期および初期化のための制御が要因となって実際の発進が遅れるなどの事態を回避でき、発進応答性を向上させることができる。

前述したように、この発明で対象とするハイブリッド駆動装置では、車両が停止していても電動機によって内燃機関を回転させることができ、またこの発明の制御装置は、噛み合い式係合機構のいわゆる同期あるいは初期化のために、車両が停止している状態でファイアリングされていない内燃機関を電動機で回転させる。そして、その内燃機関を回転させるために必要なトルクは、内燃機関のクランク角度によって大小に異なっている。したがって、噛み合い式係合機構のいわゆる同期制御を行う停車時には、低トルクで回転させることができるように内燃機関の停止位置（クランク角度）を設定することが好ましい。

図３はその制御例を説明するためのフローチャートであって、先ず、エンジン１の停止要求があるか否かが判断される（ステップＳ２１）。その判断は、例えばイグニッションスイッチがオフにされること、プッシュボタンスタートシステムのパワースイッチがオフ操作されることなどに基づいて行うことができる。このステップＳ２１で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくこのルーチンを一旦終了する。これに対して、エンジン１の停止要求があってステップＳ２１で肯定的に判断された場合には、目標エンジン停止クランク位置（クランク角度）が算出される（ステップＳ２２）。

停止しているエンジン１のクランク軸を回転させるのに要するトルクが、停止しているクランク軸の角度に応じて異なることは、図５を参照して説明したとおりである。そこで、この図５に示す特性を利用して、トルクが相対的に小さくなるクランク角度を目標エンジン停止クランク位置として決定する。具体的には、図５に各エンジン形式毎に符号Ｐで示してあるクランク角度である。したがって目標エンジン停止クランク位置はトルクが極小値となるクランク角度となる。なお、その目標エンジン停止クランク位置は、トルクが正確に極小値になる角度である必要はなく、トルクが極小値になる角度に対してある程度の幅のバラツキがあってもよい。また、トルクが極小値となるクランク角度は、図５に示すように周期的に現れるから、その時点のクランク角度に最も近い、トルクが極小値となるクランク角度を目標エンジン停止クランク位置とすることが好ましい。

こうして算出された目標エンジン停止クランク位置にクランク軸が停止するように、前述した第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１を回転させる（ステップＳ２３）。

ついで、エンジン１が停止したか否かが判断され（ステップＳ２４）、このステップＳ２４で否定的に判断された場合には、ステップＳ２３に戻って従前の制御を継続する。これに対してエンジン１が停止してステップＳ２４で肯定的に判断された場合には、図３に示す制御を終了する。

したがって、図３に示す制御を実行するように構成した制御装置によれば、車両が停止してエンジン１が停止した状態で、噛み合い式係合機構であるブレーキ機構ＢＫにおける噛み合い歯８，１０同士の相対位相の同期制御を行う場合、クランク軸を回転させるのに要するトルクが小さくなる状態でエンジン１が停止しているので、ブレーキ機構ＢＫのいわゆる同期あるいは初期化のための制御を迅速かつ確実に行うことができる。また、その制御には、蓄電装置の電力を利用して第１モータ・ジェネレータ２を駆動することになるが、第１モータ・ジェネレータ２が出力するトルクが小さくてよいので、同期あるいは初期化の制御のために消費するエネルギを少なくすることができ、また蓄電装置に対する負担を軽減できる。

ここで上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、図１に示すステップＳ１の制御を実行する機能的手段が、この発明の回転角度検出手段に相当し、またステップＳ２の制御を実行する機能的手段が、この発明のトルク算出手段に相当する。さらに、図１におけるステップＳ６の制御を実行する機能的手段が、この発明の「相対回転角度の積算値を初期化する手段」に相当する。また一方、図２に示すステップＳ１１の制御を実行する機能的手段が、この発明の予備操作検出手段に相当する。さらに、図３に示すステップＳ２１の制御を実行する機能的手段が、この発明の内燃機関停止検出手段に相当し、ステップＳ２２の制御を実行する機能的手段が、この発明の目標角度検出手段に相当し、ステップＳ２３の制御を実行する機能的手段が、この発明の停止制御手段に相当する。

なお、この発明は、上述した具体例に限定されないのであって、対象とするハイブリッド駆動装置は、図４に示す構成とは異なる構成のパワートレーンを備えたものであってもよい。したがって、噛み合い式係合機構のいわゆる同期制御の際に内燃機関を回転させる電動機は、上述した第１モータ・ジェネレータ２以外に、第２モータ・ジェネレータ３で回転させるように構成されていてもよい。また、噛み合い式係合機構は、噛み合い歯を直接移動させて係合させる構成に替えて、スプライン歯の形成されているスリーブを移動させて係合・解放させるように構成された機構であってもよい。

この発明に係る制御装置による制御例を説明するためのフローチャートである。 発進予備操作の有無に応じて初期化制御の実行・不実行を判断するように構成した制御の一例を説明するためのフローチャートである。 エンジンの停止位置を制御する制御例を説明するためのフローチャートである。 この発明で対象とするハイブリッド駆動装置の一例を模式的に示すスケルトン図である。 クランク角度とクランク軸を回転させるのに要する外部トルクとの関係をエンジンの形式毎に示す線図である。 噛み合い式のブレーキ機構の構成を簡単に示す概略図である。 動力分配機構についての共線図である。

符号の説明

１…内燃機関、 ２，３…モータ・ジェネレータ（ＭＧ１、ＭＧ２）、 ４…動力分配機構、 ４１…シングルピニオン型遊星歯車機構、 ４２…ダブルピニオン型遊星歯車機構、 ５…出力軸、 ＢＫ…ブレーキ機構、 ６…固定部、 ７…固定板、 ８，１０…噛み合い歯、 ９…回転板、 １１…変速機構、 １２，１３，１４…レゾルバー。

Claims (6)

1. 内燃機関と電動機とを動力源として備えるとともに、その電動機によって回転させられて噛み合い歯同士の相対位相が同期させられる噛み合い式係合機構を備え、前記内燃機関が非駆動状態で非係合状態の前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を前記電動機によって回転させる際に前記内燃機関が前記電動機によって回転させられる車両用ハイブリッド駆動装置の制御装置において、
   前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を前記電動機で回転させる際の前記内燃機関の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
   前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を回転させる際に前記電動機が出力するべきトルクを前記回転角度検出手段によって検出された前記内燃機関の回転角度に基づいて算出するトルク算出手段と
   を備えていることを特徴とする車両用ハイブリッド駆動装置の制御装置。
2. 前記電動機によって前記噛み合い式係合機構を回転させて前記非係合状態の噛み合い歯同士の相対位相を同期させた際に、前記相対位相を検出するために積算した前記噛み合い歯同士の相対回転角度の積算値を初期化する手段を備えている請求項１に記載の車両用ハイブリッド駆動装置の制御装置。
3. 前記車両を発進させる前の予備操作を検出する予備操作検出手段を更に備え、
   その予備操作検出手段によって前記予備操作が行われたことが検出された場合に前記電動機が前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を回転させるように構成されている請求項１または２に記載の車両用ハイブリッド駆動装置の制御装置。
4. 内燃機関と電動機とを動力源として備えるとともに、その電動機によって回転させられて噛み合い歯同士の相対位相が同期させられる噛み合い式係合機構を備え、前記内燃機関が非駆動状態で非係合状態の前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を前記電動機によって回転させる際に前記内燃機関が前記電動機によって回転させられる車両用ハイブリッド駆動装置の制御装置において、
   前記内燃機関の停止要求を検出する内燃機関停止検出手段と、
   前記停止要求が前記内燃機関停止検出手段によって検出された場合に、停止させた後の前記内燃機関を回転させるのに要するトルクが相対的に小さくなる前記内燃機関の目標停止角度を求める目標角度算定手段と、
   前記内燃機関を停止させる場合に前記電動機によって前記内燃機関を前記目標停止角度まで回転させて停止させる停止制御手段と
   を備えていることを特徴とする車両用ハイブリッド駆動装置の制御装置。
5. 前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を前記電動機で回転させる際の前記内燃機関の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
   前記噛み合い歯同士の相対位相を同期させるように前記噛み合い式係合機構を回転させる際に出力するべきトルクを前記回転角度検出手段によって検出された前記内燃機関の回転角度に基づいて算出するトルク算出手段と
   を更に備えている請求項４に記載の車両用ハイブリッド駆動装置の制御装置。
6. 前記内燃機関は、クランク角度に応じてトルクが異なるレシプロエンジンを含む請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用ハイブリッド駆動装置の制御装置。

Images