JP5794260B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンとモータもしくはモータ・ジェネレータとを駆動力源として備えたハイブリッド車両を対象とする制御装置に関し、特にエンジンを駆動力の伝達系統から切り離すことができるように構成されたハイブリッド車両における走行モードを制御する装置に関するものである。

ハイブリッド駆動装置の形式として、エンジンの回転数を第１のモータもしくはモータ・ジェネレータ（以下、これらをまとめてモータと記すことがある）によって制御するとともに、その第１のモータで発電した電力で第２のモータを駆動するいわゆるツーモータ式のハイブリッド形式が知られている。この種の装置では、エンジンの出力を一定に維持しつつエンジン回転数を第１モータによって制御することがあるので、このような制御を可能にするために、エンジンと第１モータとが差動機構を介して連結されている。その一例が特許文献１に記載されている。

その構成を簡単に説明すると、差動機構である遊星歯車機構における第１の回転要素に発電機が連結されるとともに、第２の回転要素が出力要素とされ、さらに第３の回転要素が制動手段に連結されている。そして、その第３の回転要素にクラッチを介してエンジンが連結されている。また、第２の回転要素にモータが連結されている。したがってこの特許文献１に記載された構成では、エンジンを駆動して車両が走行している状態で、第１モータを発電機として機能させると、エンジン回転数が第１モータの回転数に応じた回転数に設定される。その場合に第１モータで発生した電力が第２モータに供給され、この第２モータが出力するトルクが、エンジンから伝達されたトルクと合わせて駆動輪に伝達される。また、第３の回転要素をエンジンもしくは制動手段によって固定することにより差動機構が減速機もしくは増速機として機能するから、その第１の回転要素に連結された第１モータのトルクを出力要素に伝達することができる。すなわち、第１および第２のモータから出力される動力で走行することが可能になる。そして、制動手段として、第３の回転要素にこれを逆回転させる方向にトルクが作用した場合に係合して第３の回転要素を固定する一方向クラッチを採用すれば、モータ走行時にエンジンによらずに一方向クラッチによって第３の回転要素を固定でき、またエンジンをその第３の回転要素から切り離すことができるから、エンジンを駆動し続け、もしくは停止させることができる。

特開平０８−２９５１４０号公報

上記の特許文献１に記載されたハイブリッド車両では、第２モータによって走行する場合にクラッチを係合させておくことができるが、その状態で車速が高車速になると、反力要素となっているサンギヤやこれに連結されている第１モータが逆回転方向（エンジンの回転方向とは反対の回転方向）に高速で回転し、また併せてピニオンギヤの回転数が高回転数になってしまう。また、クラッチを係合させてモータで走行する走行モードと、クラッチを解放させてモータで走行する走行モードとは、要求駆動力や車速などの車両の走行状態に応じて選択することが可能であるが、クラッチを係合および解放させる操作機構の経時変化などによってクラッチの解放操作に要する時間が長くなった場合、その解放操作中の車速の増大によってサンギヤや第１モータの回転数が増大してしまう可能性がある。第１モータは、発電機として機能させることが可能であるから、逆回転させられている際に発電を行ってエネルギ回生することも可能であるが、蓄電装置の充電容量（ＳＯＣ：State Of Charge）が飽和状態に達していれば、発電した電力を充電できず、有効に利用できないから、電力消費率（いわゆる電費）や燃料消費率（いわゆる燃費）が悪化してしまう。

さらに、上記のクラッチは、走行中に解放しておくことができるから、クラッチを解放したまま、もしくは半解放状態のまま車両が停止し、さらにはメインスイッチがオフにされることがある。あるいはまたクラッチを解放してモータ走行している際に何らかの異常でクラッチを係合させることができなくなる可能性がある。このような場合、エンジンを再始動することができないばかりか、蓄電装置のＳＯＣが低下すると、退避走行（リンプホーム走行）や修理工場への走行ができなくなる可能性がある。そして、クラッチが例えばマニュアル変速機を搭載した車両で使用されているような乾式のクラッチであれば、車両の外部に露出した状態で解放もしくは半解放の状態に放置されることになるので、摩擦面に異物や水が侵入して摩擦特性が変化し、あるいは摩擦面の損耗が促進するなどの可能性が高くなる。

そしてまた、クラッチが解放もしくは半解放の状態で停止している車両を発進させるべくエンジンを始動すると、伝達トルク容量が十分に増大していない状態でエンジンのトルクがクラッチに作用する場合がある。このような場合、駆動トルクの立ち上がりに遅れが生じるから発進加速性が劣り、またクラッチの滑り回転数が増大するからクラッチの摩耗が進行してその耐久性が低下し、また動力損失が増大する可能性がある。

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って、エンジンが連結されている差動機構やエンジンを差動機構に連結するクラッチの異常や耐久性の低下を防止もしくは抑制することの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、この発明は、少なくとも３つの回転要素によって差動作用を行う差動機構におけるいずれか一つの前記回転要素がエンジンから駆動力が伝達される入力要素とされるとともに他の回転要素が第１モータに連結されて反力要素とされ、かつ残る一つの回転要素が駆動輪にトルクを出力する出力要素とされ、その駆動輪に対して駆動トルクを出力する第２モータが設けられるとともに、前記エンジンと前記入力要素とを連結しかつその連結を解くクラッチが設けられ、前記エンジンを停止した状態で前記第１モータと第２モータとのうち少なくとも第２モータの駆動力で走行するＥＶモードを設定することのできるハイブリッド車両の制御装置において、車速が予め定めた高速側閾値以上の場合に前記クラッチを完全係合させたＥＶモードを設定することを禁止し、かつ前記エンジンを停止して前記ＥＶモードで走行している際の車速が前記高速側閾値より小さい値の予め定めた低速側閾値以下の場合に前記クラッチを解放させたＥＶモードを設定することを禁止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。

この発明における前記差動機構は、遊星歯車機構によって構成され、前記入力要素は、前記３つの回転要素を互いに平行な直線で表す前記遊星歯車機構についての共線図において中央に位置する直線で表される回転要素であり、かつ前記反力要素は、前記共線図において他の直線で表される回転要素であってよい。

また、この発明は、前記車速が前記高速側閾値以上でかつ前記高速側閾値より大きい値の第２高速側閾値以下の場合に、前記クラッチを解放させることに要する時間が予め定めた基準値以下であることを条件として、前記クラッチを完全係合させたＥＶモードの設定禁止を解除して前記クラッチを完全係合させたＥＶモードを設定することを許可するように構成することができる。

この発明によれば、少なくとも第２モータの駆動力で走行するＥＶモードでエンジンが停止させられるから、クラッチを完全解放の状態もしくは滑りを伴う半解放の状態とすれば、差動機構における入力要素を回転させることができ、これとは反対にクラッチを完全係合させれば、入力要素がエンジンと共に回転を止める。ＥＶモードでの車速が高速側閾値以上であれば、上記のクラッチが完全係合するＥＶモードが禁止されるので、差動機構における出力要素の回転数が高回転数であっても、入力要素が回転可能であることにより、反力要素およびこれに連結されている第１モータの回転数が過度に高回転数になることを防止もしくは抑制することができる。また、差動機構が例えばピニオンギヤを備えた遊星歯車機構によって構成されている場合には、その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もしくは抑制することができる。

また、車速が低速側閾値以下の場合、前記クラッチを解放させたＥＶモードが禁止され、クラッチが係合状態に維持される。この場合、低車速であることにより前記出力要素の回転数が低回転数になるから、反力要素やこれに連結された第１モータあるいは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もしくは抑制することができる。また、車両がそのまま停止したとしても、クラッチが係合していてエンジンが入力要素に連結されているから、少なくとも第１モータによってエンジンを再始動することができ、あるいはエンジンによって第１モータを駆動して発電を行うことができる。そして、クラッチが車両の外部に露出する構成のものであっても、停車中に係合してその摩擦面が閉じられているから、摩擦面に異物や水などが侵入することを防止もしくは抑制することができる。

さらに、この発明では、クラッチを係合させたＥＶモードの設定禁止が、車速が特には高車速でない場合にはクラッチの解放に要する時間が短いことを条件として解除され、クラッチを係合させたＥＶモードの設定が許可される。その結果、クラッチを係合させたＥＶモードの設定の機会が多くなり、例えば加速要求があった場合にエンジンの始動やエンジンの駆動力を駆動輪に伝達する制御などの応答性を向上させることができ、またエンジンが差動機構に連結されていることにより、パワートレーン全体としての慣性モーメントが大きくなってＮＶ（騒音・振動）特性が向上する。

この発明に係る制御装置で実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。 高速側閾値と低速側閾値ならびに走行モードとの関係を示す線図である。 この発明に係る制御装置で実行される制御の他の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ことのできるハイブリッド車両のギヤトレーンの一例を示すスケルトン図である。 各走行モードとクラッチの係合および解放の状態をまとめて記す図表である。 各走行モードでの動作状態を説明するための共線図である。

この発明が対象とするハイブリッド車両は、エンジンの回転数をモータもしくはモータ・ジェネレータ（以下、モータとモータ・ジェネレータとをまとめてモータと記すことがある。）によって制御するために、これらエンジンとモータとが差動機構を介して連結され、さらにそのエンジンを差動機構から切り離すことができるように、エンジンと差動機構との間にクラッチが設けられた車両である。その差動機構は、エンジンが出力した動力を分割する機能を有しており、上記のモータが発電機として機能して生じた電力を、機械的な動力に変換して駆動輪に出力する第２のモータが設けられる。この種のハイブリッド駆動システムは、ツーモータ式ハイブリッド駆動装置と称されることがあり、その一例を図４に示してある。

図４は、上記のクラッチを備えたハイブリッド車両におけるギヤトレーンの一例を示す模式図であり、ここに示す例は、エンジン（ＥＮＧ）１が出力した動力の一部を動力分割機構３を介して駆動輪２に伝達する一方、エンジン１が出力した動力の他の一部を電力に一旦変換した後、機械的な動力に逆変換して駆動輪２に伝達するように構成された例である。その動力分割機構３は、従来知られているツーモータタイプのハイブリッド駆動装置における動力分割機構と同様の構成であって、図４に示す例では、３つの回転要素によって差動作用を生じさせる遊星歯車機構によって構成され、例えばシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。シングルピニオン型遊星歯車機構は、サンギヤ４と、そのサンギヤ４に対して同心円上に配置されたリングギヤ５と、これらサンギヤ４およびリングギヤ５に噛み合っているピニオンギヤＰを自転および公転できるように保持しているキャリヤ６とによって構成されている。

このキャリヤ６が入力要素となっていて、入力軸７がキャリヤ６に連結されている。また、入力軸７とエンジン１の出力軸（クランクシャフト）８との間にクラッチＫ0 が設けられている。クラッチＫ0 は、エンジン１を動力分割機構３などの動力伝達系統９に対して連結し、あるいは動力伝達系統９から切り離すためのものであり、伝達トルク容量が完全解放状態である「０」の状態からスリップのない完全係合状態までの間で連続的に変化する摩擦クラッチによって構成されている。その摩擦クラッチは、従来知られている乾式もしくは湿式のいずれであってもよく、また単板式あるいは多板式のいずれであってもよい。さらに、係合および解放の状態に切り替えるアクチュエータ（図示せず）は、油圧式アクチュエータや電磁式アクチュエータなどであってよい。例えば従来の車両に採用されている乾式単板クラッチであれば、アクチュエータを非動作状態とすることにより、ダイヤフラムスプリングなどのいわゆるリターン機構（それぞれ図示せず）によって係合状態が維持される。したがって、クラッチＫ0 の伝達トルク容量は、クラッチＫ0 を係合させ、あるいは解放させるためのアクチュエータの動作量に応じて変化し、両者の間には相関関係が成立している。より具体的には、アクチュエータの油圧あるいは電流値もしくはストローク量と、伝達トルク容量とはほぼ比例関係にあり、したがって伝達トルク容量はアクチュエータのストローク量や油圧などの動作量に対する値として予め定め、マップなどの形式で用意しておくことができる。なお、摩擦係数が経時的に変化すれば、伝達トルク容量と上記の動作量との関係は変化する。

また、サンギヤ４が反力要素となっていて、このサンギヤ４に第１のモータ・ジェネレータ（ＭＧ１）１０が連結されている。この第１モータ・ジェネレータ１０は、要は、発電機能のあるモータであって、永久磁石式の同期電動機などによって構成されている。さらに、リングギヤ５が出力要素となっていて、このリングギヤ５に出力部材である出力ギヤ１１が一体化され、この出力ギヤ１１から駆動輪２に対して駆動力を出力するように構成されている。なお、出力ギヤ１１から駆動輪２に駆動力を伝達するための機構は、デファレンシャルギヤやドライブシャフトを備えており、従来の車両と同様であるからその詳細は省略する。

上記のエンジン１および動力分割機構３ならびに第１モータ・ジェネレータ１０は同一軸線上に配列されており、その軸線の延長上に第２のモータ・ジェネレータ１２が配置されている。この第２モータ・ジェネレータ１２は、走行のための駆動力を発生し、またエネルギ回生を行うためのものであり、上記の第１モータ・ジェネレータ１０と同様に永久磁石式の同期電動機などによって構成されている。この第２モータ・ジェネレータ１２と前記出力ギヤ１１とは、減速機構１３を介して連結されている。この減速機構１３は、図４に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されており、サンギヤ１４に第２モータ・ジェネレータ１２が連結されるとともに、キャリヤ１５がハウジングなどの固定部１６に連結されて固定されており、さらにリングギヤ１７が出力ギヤ１１に一体化されている。

上記の各モータ・ジェネレータ１０，１２は、蓄電装置およびインバータなどを含むコントローラ１８に電気的に接続されている。そのコントローラ１８を制御するモータ・ジェネレータ用電子制御装置（ＭＧ−ＥＣＵ）１９が設けられている。この電子制御装置１９はマイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや記憶しているデータあるいは指令信号などに基づいて演算を行い、その演算の結果を制御指令信号としてコントローラ１８に出力するように構成されている。そして、各モータ・ジェネレータ１０，１２は、コントローラ１８からの制御信号によりモータあるいは発電機として機能し、またそれぞれの場合のトルクが制御されるように構成されている。

また、前述したエンジン１は、その出力および起動・停止が電気的に制御されるように構成されている。例えばガソリンエンジンであれば、スロットル開度や燃料の供給量、燃料の供給の停止、点火の実行および停止、点火時期などが電気的に制御されるように構成されている。その制御を行うためのエンジン用電子制御装置（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）２０が設けられている。この電子制御装置２０は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや指令信号に基づいて演算を行って、その演算結果を制御信号としてエンジン１に出力し、上記の各種の制御を行うように構成されている。

上記のエンジン１および各モータ・ジェネレータ１０，１２ならびにクラッチＫ0 、動力分割機構３などは駆動力源２１を構成しており、この駆動力源２１を制御するハイブリッド用電子制御装置（ＨＶ−ＥＣＵ）２２が設けられている。この電子制御装置２２は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、上記のモータ・ジェネレータ用電子制御装置１９やエンジン用電子制御装置２０に指令信号を出力して、以下に説明する各種の制御を実行するように構成されている。

図４に示すハイブリッド駆動装置では、エンジン１の動力で走行するハイブリッド（ＨＶ）モードと、電力で走行する電気車両（ＥＶ）モードとを設定することができ、さらにそのＥＶモードとしては、エンジン１を動力伝達系統９から切り離した切離しＥＶモードと、エンジン１を動力伝達系統９に連結した通常ＥＶモードとを設定することができる。これらの各モードを設定する際の前記クラッチＫ0 の係合および解放の状態を図５にまとめて示してある。すなわち、切離しＥＶモードでは、クラッチＫ0 は解放させられ、これに対して通常ＥＶモードおよびＨＶモードでは、クラッチＫ0 は係合させられる。ここで、「クラッチＫ0 の解放」とは、クラッチＫ0 が滑り状態でトルクを伝達している状態、すなわち半係合状態もしくは半解放状態を含む。また、「クラッチＫ0 の係合」とは、滑りのない完全係合状態である。これらの走行モードは、アクセル開度などの駆動要求量や車速、蓄電装置の充電量（ＳＯＣ：State Of Charge）などの車両の走行状態に応じて選択される。例えば車両がある程度の速い速度で走行し、かつアクセル開度がその車速を維持するべくある程度大きくなっている場合には、ＨＶモードが設定される。これに対して、ＳＯＣが十分に大きく、かつアクセル開度が比較的小さい場合、あるいは自動停止しているエンジン１を再始動する可能性が高い走行状態の場合などには、通常ＥＶモードが設定される。さらに、例えば運転者のマニュアル操作でＥＶモードが選択され、あるいは電力のみで走行可能であり、かつ第１モータ・ジェネレータ１０を連れ回すことによる動力損失を抑制する必要がある場合などにおいては、切離しＥＶモードが選択される。

ここで各走行モードにおけるハイブリッド駆動装置の動作状態を簡単に説明すると、図６は、上記の動力分割機構３についての共線図であり、この共線図は、サンギヤ４およびキャリヤ６ならびにリングギヤ５およびピニオンギヤＰを縦線で示し、それらの間隔を動力分割機構３を構成している遊星歯車機構のギヤ比に対応する間隔とし、さらにそれぞれの縦線の上下方向を回転方向、その上下方向での位置を回転数としたものである。したがって図６の共線図で、キャリヤ６は中央に位置する線で表され、これにエンジン１が連結される。また、図６の共線図で、サンギヤ４は左端の線で表され、これに第１モータ・ジェネレータ１０が連結されている。なお、図６で「切り離し」と記載してある線は、切離しＥＶモードでの動作状態を示しており、この走行モードでは、第２モータ・ジェネレータ１２をモータとして機能させてその動力で走行し、エンジン１はクラッチＫ0 が解放させられて動力伝達系統９から切り離されて停止しており、また第１モータ・ジェネレータ１０も停止している。したがって、サンギヤ４の回転が止まっており、これに対してリングギヤ５が出力ギヤ１１と共に正回転して、キャリヤ６はリングギヤ５の回転数に対して遊星歯車機構のギヤ比に応じて減速させられた回転数で正回転する。

また、図６で「通常」と記載してある線は、通常ＥＶモードでの動作状態を示しており、この走行モードでは、第２モータ・ジェネレータ１２の動力で走行し、かつエンジン１は停止させられるから、キャリヤ６が固定されている状態で、リングギヤ５が正回転し、かつサンギヤ４が逆回転する。この場合は、第１モータ・ジェネレータ１０を発電機として機能させることもできる。さらに、図６で「ＨＶ」と記載してある線は、ＨＶモードでの走行状態を示しており、クラッチＫ0 が係合させられた状態でエンジン１が駆動力を出力しているからキャリヤ６にはこれを正回転させる方向にトルクが作用している。この状態で、第１モータ・ジェネレータ１０を発電機として機能させることにより、サンギヤ４には逆回転方向のトルクが作用する。その結果、リングギヤ５にはこれを正回転させる方向のトルクが現れる。またこの場合、第１モータ・ジェネレータ１０で発電された電力が第２モータ・ジェネレータ１２に供給されて第２モータ・ジェネレータ１２がモータとして機能し、その駆動力が出力ギヤ１１に伝達される。したがって、ＨＶモードでは、エンジン１が出力した動力の一部が動力分割機構３を介して出力ギヤ１１に伝達されるとともに、残余の動力が第１モータ・ジェネレータ１０によって電力に変換されて第２モータ・ジェネレータ１２に伝達された後、第２モータ・ジェネレータ１２から機械的な動力に再変換させられて出力ギヤ１１に伝達される。なお、いずれの走行モードにおいても、減速時など積極的に駆動力を出力する必要がない場合には、いずれかのモータ・ジェネレータ１０，１２が発電機として機能させられてエネルギ回生が行われる。

この発明で対象とするハイブリッド車両では、第２モータ・ジェネレータ１２の駆動力で走行するＥＶモードを設定することができ、さらにクラッチＫ0 を備えていることにより、エンジン１を動力分割機構３に連結した通常ＥＶモードと、エンジン１を動力分割機構３から切り離した切離しＥＶモードとを設定することができる。これらのＥＶモードのうち、通常ＥＶモードでは、エンジン１が連結されているキャリヤ６が固定されるから、図６の共線図に示すように、サンギヤ４およびこれに連結されている第１モータ・ジェネレータ１０が逆回転し、またピニオンギヤＰがリングギヤ５より高速で正回転する。これに対して切離しＥＶモードでは、エンジン１が停止していてもキャリヤ６は回転することができ、したがってサンギヤ４およびこれに連結されている第１モータ・ジェネレータ１０の回転を止めておくことができる。その半面、切離しＥＶモードから他の走行モードに切り替える場合には、クラッチＫ0 を係合させる制御が必須となる。

そこで、この発明に係る制御装置は、第１モータ・ジェネレータ１０やピニオンギヤＰの回転数が過度に増大することを防止もしくは抑制し、また何らかの不都合を特に生じさせることなくクラッチＫ0 を係合させておくために、以下の制御を行うように構成されている。図１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、このルーチンは、ハイブリッド車両が走行している際に所定の短時間ごとに繰り返し実行される。

図１において、先ず、車速Ｖが所定の閾値Ｖ１以上か否かが判断される（ステップＳ１）。この閾値はこの発明における高速側閾値に相当し、前述したキャリヤ６を固定して車両が前進走行した場合に、サンギヤ４に連結されている第１モータ・ジェネレータ１０の回転数もしくはピニオンギヤＰの回転数が過度に高回転数とならないように設計上設定した回転数であり、使用する第１モータ・ジェネレータ１０や遊星歯車機構あるいはこれらに用いられている軸受、さらには保障する耐用年数などに基づいて決めることができる。なお、車速Ｖは車両に通常備えられているセンサによって得ることができる。

車速Ｖが高車速であることによりステップＳ１で肯定的に判断された場合には、通常ＥＶモードが設定されているか否かが判断される（ステップＳ２）。通常ＥＶモードは、クラッチＫ0 を係合させてエンジン１と共にキャリヤ６を固定した状態で、第２モータ・ジェネレータ１２の駆動力で走行するいわゆるモータ走行モードである。したがって、蓄電装置のＳＯＣが十分に大きいこと、要求駆動力（アクセル開度）が特には大きくないことなどの条件が成立することにより、前述したハイブリッド用電子制御装置２２からの制御信号に基づいて設定される。

通常ＥＶモードが設定されていることによりステップＳ２で肯定的に判断された場合には、切離しＥＶモードもしくはハイブリッド（ＨＶ）モードへの移行制御が実行され（ステップＳ３）、その後、リターンする。すなわち、切離しＥＶモードもしくはＨＶモードに切り替えられ、通常ＥＶモードを設定することが禁止される。言い換えれば、ＥＶモードでクラッチＫ0 を係合させることが禁止される。前述したように、通常ＥＶモードではクラッチＫ0 が係合させられるが、切離しＥＶモードではクラッチＫ0 が解放させられるので、高車速であることに伴ってリングギヤ５の回転数が高回転数であってもサンギヤ４およびこれに連結されている第１モータ・ジェネレータ１０の回転数を小さくすることができ、あるいはその回転を止めることができる。併せてピニオンギヤＰの回転数が過大になることはない。また、ＨＶモードでは、クラッチＫ0 を係合させるものの、エンジン１およびこれが連結されているキャリヤ６が正回転するから、高車速であることに伴ってリングギヤ５の回転数が高回転数であってもサンギヤ４およびこれに連結されている第１モータ・ジェネレータ１０の回転数を小さくすることができる。併せてピニオンギヤＰの回転数が過大になることはない。

一方、通常ＥＶモードが設定されていないことによりステップＳ２で否定的に判断された場合には、通常ＥＶモードに移行する（切り替える）判定があるか否かが判断される（ステップＳ４）。その判定は、例えばエンジン１の駆動力で走行している状態でアクセル開度が低下し、かつ蓄電装置のＳＯＣが十分に大きい場合に成立し、また反対に切離しＥＶモードで走行している状態で、アクセル開度が増大したり、あるいは蓄電装置のＳＯＣが低下してエンジン１を始動する必要が生じた場合に成立する。このステップＳ４で否定的に判断された場合には、従前の走行モードを継続すればよいので、特に制御を行うことなくリターンする。これに対して通常ＥＶモードに移行する判定があることによりステップＳ４で肯定的に判断された場合には、走行モードの移行（切り替え）が禁止される（ステップＳ５)。すなわち、通常ＥＶモードが禁止され、これは、実質的に上記のステップＳ３の制御が実行される場合と同様の状態である。したがって、この場合も、サンギヤ４およびこれに連結されている第１モータ・ジェネレータ１０の回転数を小さくすることができ、併せてピニオンギヤＰの回転数が過大になることを回避もしくは抑制することができる。

さらに、車速Ｖが前述した高速側閾値Ｖ１未満であることによりステップＳ１で否定的に判断された場合には、車速Ｖが低速側閾値Ｖ２以下か否かが判断される（ステップＳ６）。このステップＳ６は、車両が停止することを予測もしくは推定するためのものであり、したがって低速側閾値Ｖ２は前述した高速側閾値Ｖ１より小さい値であって「０」に近い値が採用される。なお、ナビゲーションシステムやレーダークルーズシステムなどの道路状況もしくは走行環境を取得することができる場合には、それらの取得されたデータおよび車両の走行状態に基づいて車両の停止を予測もしくは推定することとしてもよい。なお、これらの閾値Ｖ１，Ｖ２の関係を図２に線図として示してある。

車速Ｖがある程度速いことによりステップＳ６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リターンする。これに対して車速Ｖが低速側閾値Ｖ２以下であることによりステップＳ６で肯定的に判断された場合には、切離しＥＶモードが設定されているか否かが判断される（ステップＳ７）。切離しＥＶモードは、クラッチＫ0 を解放させてエンジン１を動力分割機構３から切り離して、エンジン１が停止している場合であってもキャリヤ６を回転可能な状態にして、第２モータ・ジェネレータ１２の駆動力で走行するいわゆるモータ走行モードである。したがって、蓄電装置のＳＯＣが十分に大きいこと、要求駆動力（アクセル開度）が特には大きくないこと、エンジン１を再始動する可能性が低いこと、第１モータ・ジェネレータ１０を連れ回すことによる動力損失を抑制する必要があること、さらには第１モータ・ジェネレータ１０による発電を特には必要としないことなどの条件が成立することにより、前述したハイブリッド用電子制御装置２２からの制御信号に基づいて設定される。

切離しＥＶモードが設定されていることによりステップＳ７で肯定的に判断された場合には、通常ＥＶモードもしくはＨＶモードへの移行制御が実行され（ステップＳ８）、その後、リターンする。すなわち、通常ＥＶモードもしくはＨＶモードに切り替えられ、切離しＥＶモードを設定することが禁止される。言い換えれば、ＥＶモードでクラッチＫ0 を解放させることが禁止される。前述したように、切離しＥＶモードではクラッチＫ0 が解放させられるが、通常ＥＶモードではクラッチＫ0 が係合させられるので、サンギヤ４およびこれに連結されている第１モータ・ジェネレータ１０ならびにピニオンギヤＰは、リングギヤ５および動力分割機構３を構成している遊星歯車機構のギヤ比（リングギヤ５の歯数とサンギヤ４の歯数との比）に応じた回転数、すなわち車速Ｖに応じた回転数で回転させられるが、この場合の車速ＶはステップＳ６で肯定的に判断されたように停車間近の低車速であるから、第１モータ・ジェネレータ１０やピニオンギヤＰの回転数が過大になることはない。また、ＨＶモードで第１モータ・ジェネレータ１０やピニオンギヤＰの回転数が過大にならないことは前述したとおりである。

一方、切離しＥＶモードが設定されていないことによりステップＳ７で否定的に判断された場合には、切離しＥＶモードに移行する（切り替える）判定があるか否かが判断される（ステップＳ９）。その判定は、例えばエンジン１の駆動力で走行している状態でアクセル開度が低下し、かつ蓄電装置のＳＯＣが十分に大きく、さらに車速Ｖが低速側閾値Ｖ２以上であることなどの場合に成立し、また反対に通常ＥＶモードで走行している状態で、車速Ｖが増大したり、あるいは第１モータ・ジェネレータ１０を連れ回すことによる動力損失を抑制する必要が生じた場合に成立する。このステップＳ９で否定的に判断された場合には、従前の走行モードを継続すればよいので、特に制御を行うことなくリターンする。これに対して切離しＥＶモードに移行する判定があることによりステップＳ９で肯定的に判断された場合には、走行モードの移行（切り替え）が禁止される（ステップＳ１０)。すなわち、切離しＥＶモードが禁止され、これは、実質的に上記のステップＳ８の制御が実行される場合と同様の状態である。

したがって、車速Ｖが低速側閾値Ｖ２以下であれば、クラッチＫ0 を解放することが禁止され、エンジン１を動力分割機構３に連結した状態が維持される。その場合、エンジン１が停止していることによりキャリヤ６の回転が止まっていても、低車速であることによりリングギヤ５の回転数が低回転数であるから、第１モータ・ジェネレータ１０やピニオンギヤＰの回転数を低回転数に抑制することができる。また、車両が停止した場合、何らかの異常でクラッチＫ0 を切り替え動作させられなくなったとしても、クラッチＫ0 は既に係合しているから、エンジン１の駆動力を第１モータ・ジェネレータ１０に伝達して発電することができ、あるいはエンジン１の駆動力を動力分割機構３を介して駆動輪２に伝達することができる。したがって、このような異常が発生してもハイブリッド車両を走行させることを保障することができる。さらに、停車状態では、クラッチＫ0 が係合しているから、そのクラッチＫ0 が車両の外部に露出して搭載されているものであっても、摩擦面に異物や水などが侵入することを防止もしくは抑制することができる。

上述した具体例は、車速Ｖが高速側閾値Ｖ１以上であれば、通常ＥＶモードを一律に禁止するように構成した例であるが、この発明では車速Ｖがある程度高車速の場合には、条件を付して通常ＥＶモードを禁止もしくは許可するように構成することができる。その例を図３にフローチャートで示してある。この図３に示すルーチンは、前述した図１に示すルーチンと同様に車両が走行している場合、あるいはメインスイッチがオンになっている場合に、所定の短時間ごとに繰り返し実行される。そして、このルーチンでは、先ず、車速が高速側第１閾値Ｖ11以上か否かが判断される（ステップＳ２１）。この高速側第１閾値Ｖ11は、前述した図１に示す制御で設定されている高速側閾値Ｖ１と同じであってもよく、あるいはそれより小さい値もしくは大きい値であってもよい。そして、この高速側第１閾値Ｖ11は、通常ＥＶモードを設定した場合に第１モータ・ジェネレータ１０もしくはピニオンギヤＰの回転数が過大になる可能性のある車速の下限値として予め設定することができる。したがって、前述した低速側閾値Ｖ２より大きい値の閾値である。

車速Ｖが高速側第１閾値Ｖ11以上であることによりステップＳ２１で肯定的に判断された場合には、通常ＥＶモードが設定されているか否かが判断される（ステップＳ２２）。このステップＳ２２における制御は、前述した図１のルーチンにおけるステップＳ２と同様の制御である。このステップＳ２２で肯定的に判断された場合には、車速Ｖが高速側第２閾値Ｖ12以上か否かが判断される（ステップＳ２３）。この高速側第２閾値Ｖ12は、エンジン１を停止している状態でクラッチＫ0 を係合させたとすると、第１モータ・ジェネレータ１０やピニオンギヤＰの回転数が、耐久性や動力損失などの観点から回避するべき高回転数になる車速の下限値として設計上、予め設定した閾値である。したがって、このステップＳ２３で肯定的に判断された場合には、切離しＥＶモードもしくはハイブリッド（ＨＶ）モードへの移行制御が実行され（ステップＳ２４）、その後、リターンする。このステップＳ２４の制御は前述した図１に示すステップＳ３と同様の制御であり、したがって第１モータ・ジェネレータ１０やピニオンギヤＰが過度に高回転数で回転することを回避もしくは抑制することができる。

一方、ステップＳ２３で否定的に判断された場合には、車速Ｖが高速側第１閾値Ｖ11以上でかつ高速側第２閾値Ｖ12未満になっており、この場合は、クラッチＫ0 を係合状態から解放させるまでに要する時間（解放時間）が予め定めた基準値以下か否かが判断される（ステップＳ２５）。この解放時間は、一例として解放指令信号を出力してからクラッチＫ0 の伝達トルク容量が予め定めた所定値にまで低下するのに要する時間である。このクラッチＫ0 やその制御系統は、解放時間が設計上定めた範囲内に入るように構成されているが、摩擦材や係合もしくは解放の操作を行うリンク機構、あるいはアクチュエータなどの経時劣化（もしくは変化）によって、解放時間が長くなることがある。解放時間が長くなれば、係合操作時に滑りのない状態にまで係合するのに要する時間も長くなる。すなわち、クラッチＫ0 を係合させる場合、および解放させる場合にその過渡状態としての滑りの生じている時間が長くなる可能性が大きくなる。なお、この解放時間は、係合指令もしくは解放指令を出力した後、クラッチＫ0 における滑り回転数（差回転数）を検出することにより求めることができる。

したがって、クラッチＫ0 の解放時間が基準値より長いことによりステップＳ２５で否定的に判断された場合には、上記のステップＳ２４に進んで、通常ＥＶモードを設定することが禁止される。すなわち、エンジン１を停止して第２モータ・ジェネレータ１２の駆動力で走行するいわゆるＥＶ走行の際にクラッチＫ0 を係合させることが禁止され、クラッチＫ0 は解放状態に維持される。そのため、通常ＥＶモードで走行している状態で、車速Ｖが上記の高速側第１閾値以上でかつ高速側第２閾値未満の範囲に入ると、切離しＥＶモードに切り替えるための他の条件が成立しなくても、クラッチＫ0 が解放させられて切離しＥＶモードが設定され、あるいはエンジン１が始動させられてＨＶモードが設定される。したがって、車速Ｖが低下するなど、切離しＥＶモードを設定する条件が成立した時点には、クラッチＫ0 が既に解放させられているから、切離しＥＶモードを設定する条件が成立した後、クラッチＫ0 の係合して第１モータ・ジェネレータ１０やピニオンギヤＰを高回転数で回転させておく時間をを短くでき、電費あるいは燃費の悪化を防止もしくは抑制することができる。

このような制御を行うこととした理由を更に説明すると、クラッチＫ0 の解放に要する時間が長い場合には、車速Ｖが高速側第２閾値以上になってクラッチＫ0 の解放制御を開始したものの、クラッチＫ0 が完全に解放する前に車速が増大し、それに伴ってピニオンギヤＰの回転数が過度に増大してしまう可能性が高くなる。これを回避するためには、クラッチＫ0 の解放に要する時間の間に車速Ｖが増大しても、その時間が経過した時点ではクラッチＫ0 が既に解放しているように制御すればよく、そのために上記のように、クラッチＫ0 の解放の制御を行うことを判定する閾値として、高速側第２閾値より小さい値の高速側第１閾値を設けたのである。すなわち、クラッチＫ0 の解放の判断を低車速側にいわゆる前出しすることとし、クラッチＫ0 の解放に要する時間が長い場合には、車速Ｖが高速側第２閾値に達した時点にはクラッチＫ0 の伝達トルク容量が十分低下していて、ピニオンギヤＰの回転数が過度に高回転数にならないようにしたのである。したがって、車速Ｖが高速側第２閾値以上であれば、クラッチＫ0 を解放させる制御が直ちに実行され、また車速Ｖが高速側第２閾値に達していないものの高速側第１閾値以上になれば、クラッチＫ0 を解放させる制御が開始される。

クラッチＫ0 の解放時間が基準値以下であれば（ステップＳ２５で肯定的に判断されれば）、切離しＥＶモードに移行する際の電費あるいは燃費の悪化の懸念が少ないから、特に制御を行うことなくリターンする。すなわち、通常ＥＶモードが継続される。この場合、エンジン１が動力分割機構３に連結されているから、駆動力源２１の全体としての慣性モーメントが大きくなるなど、振動特性が切離しＥＶモードでの特性とは異なることになり、ＮＶ特性を向上させることができる。

一方、通常ＥＶモードが設定されていないことによりステップＳ２２で否定的に判断された場合には、通常ＥＶモードに移行する（切り替える）判定があるか否かが判断される（ステップＳ２６）。これは、前述した図１に示すルーチンにおけるステップＳ４と同様の制御である。このステップＳ２６で否定的に判断された場合には、従前の走行モードを継続すればよいので、特に制御を行うことなくリターンする。これに対して通常ＥＶモードに移行する判定があることによりステップＳ２６で肯定的に判断された場合には、車速Ｖが高速側第２閾値Ｖ12以上か否かが判断される（ステップＳ２７）。これは、前述したステップＳ２３と同様の制御である。このステップＳ２７で肯定的に判断された場合には、走行モードの移行（切り替え）が禁止される（ステップＳ２８)。すなわち、通常ＥＶモードが禁止され、これは、実質的に上記のステップＳ２４の制御が実行される場合と同様の状態である。したがって、この場合も、サンギヤ４およびこれに連結されている第１モータ・ジェネレータ１０の回転数を小さくすることができ、併せてピニオンギヤＰの回転数が過大になることを回避もしくは抑制することができる。

一方、ステップＳ２７で否定的に判断された場合には、車速Ｖが高速側第１閾値Ｖ11以上でかつ高速側第２閾値Ｖ12未満になっており、この場合は、クラッチＫ0 を係合状態から解放させるまでに要する時間（解放時間）が予め定めた基準値以下か否かが判断される（ステップＳ２９）。これは、前述したステップＳ２５と同様の制御であり、したがって、クラッチＫ0 の解放時間が基準値より長いことによりこのステップＳ２９で否定的に判断された場合には、上記のステップＳ２８に進んで、通常ＥＶモードに移行することが禁止される。すなわち、エンジン１を停止して第２モータ・ジェネレータ１２の駆動力で走行するいわゆるＥＶ走行の際にクラッチＫ0 を係合させることが禁止され、クラッチＫ0 は解放状態に維持される。そのため、通常ＥＶモードで走行している状態で、車速Ｖが上記の高速側第１閾値Ｖ11以上でかつ高速側第２閾値Ｖ12未満の範囲に入っていれば、たとえ通常ＥＶモードに切り替える条件が成立しても、その切り替え制御が禁止され、走行モードは切離しＥＶモードもしくはＨＶモードに維持される。

すなわち、クラッチＫ0 の解放時間が基準値を超えて長い場合には、クラッチＫ0 は解放状態に維持され、車速Ｖがある程度速い状態におけるクラッチＫ0 の解放状態から係合状態への切り替え、あるいはその反対の係合状態から解放状態への切り替えが生じず、かつその過渡状態としての滑り状態が長時間継続することが回避もしくは抑制され、ひいては電費や燃費の悪化が抑制される。

なお、車速Ｖが高速側第１閾値Ｖ11未満であることによりステップＳ２１で否定的に判断された場合には、前述した図１に示す制御例と同様の制御が実行されるので、その制御については、図３に図１と同様のステップ番号を付してその説明を省略する。

したがって、図３に示す制御を実行するように構成した場合には、通常ＥＶモードの実行およびその禁止の制御を、さらに細かく行うことができる。そのため、ハイブリッド車両の走行状態に即した振動特性に設定してＮＶ特性を向上させたり、クラッチＫ0 の係合遅れやそれに起因する加速応答性の低下などを防止もしくは余生することが可能になる。

上述した具体例は、差動機構としてシングルピニオン型遊星歯車機構を使用した例であるが、この発明は、差動機構をダブルピニオン型遊星歯車機構によって構成したギヤトレーンを有するハイブリッド車両の制御装置に適用することができ、その場合であっても、上述した具体例で述べた作用・効果と同様の作用・効果を得ることができる。

１…エンジン（ＥＮＧ）、 ２…駆動輪、 ３…動力分割機構、 Ｋ0 …クラッチ、 １０…第１のモータ・ジェネレータ（ＭＧ１）、 １２…第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）、 １８…コントローラ、 １９…モータ・ジェネレータ用電子制御装置（ＭＧ−ＥＣＵ）、 ２０…エンジン用電子制御装置（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）、 ２１…駆動力源、 ２２…ハイブリッド用電子制御装置（ＨＶ−ＥＣＵ）。

Claims (3)

1. 少なくとも３つの回転要素によって差動作用を行う差動機構におけるいずれか一つの前記回転要素がエンジンから駆動力が伝達される入力要素とされるとともに他の回転要素が第１モータに連結されて反力要素とされ、かつ残る一つの回転要素が駆動輪にトルクを出力する出力要素とされ、その駆動輪に対して駆動トルクを出力する第２モータが設けられるとともに、前記エンジンと前記入力要素とを連結しかつその連結を解くクラッチが設けられ、前記エンジンを停止した状態で前記第１モータと第２モータとのうち少なくとも第２モータの駆動力で走行するＥＶモードを設定することのできるハイブリッド車両の制御装置において、
   車速が予め定めた高速側閾値以上の場合に前記クラッチを完全係合させたＥＶモードを設定することを禁止し、かつ前記エンジンを停止して前記ＥＶモードで走行している際の車速が前記高速側閾値より小さい値の予め定めた低速側閾値以下の場合に前記クラッチを解放させたＥＶモードを設定することを禁止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。
2. 前記差動機構は、遊星歯車機構によって構成され、前記入力要素は、前記３つの回転要素を互いに平行な直線で表す前記遊星歯車機構についての共線図において中央に位置する直線で表される回転要素であり、かつ前記反力要素は、前記共線図において他の直線で表される回転要素であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記車速が前記高速側閾値以上でかつ前記高速側閾値より大きい値の第２高速側閾値以下の場合に、前記クラッチを解放させることに要する時間が予め定めた基準値以下であることを条件として、前記クラッチを完全係合させたＥＶモードの設定禁止を解除して前記クラッチを完全係合させたＥＶモードを設定することを許可するように構成されてい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車の制御装置。

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