JP6018082B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、第1電動機と駆動輪とに各々連結された回転要素とは別の回転要素がロック可能に構成された差動機構を備える車両の制御装置に係り、特に、ロックを作動させて走行するモータ走行時に差動機構の耐久性低下を抑制する技術に関するものである。
第1電動機と、その第1電動機に連結された回転要素、駆動輪に動力伝達可能に連結された出力回転部材である回転要素、及びロック機構の作動により非回転部材に連結される回転要素を有する差動機構と、駆動輪に動力伝達可能に連結された第2電動機とを備える車両が良く知られている。例えば、特許文献1に記載された車両がそれである。この特許文献1には、エンジンと、第1電動機と、エンジンのクランク軸、第1電動機の回転軸、及び車軸に連結された駆動軸の3軸に各々連結された3つの回転要素を備えた差動機構と、駆動軸に連結された第2電動機と、エンジンのクランク軸を回転不能に固定するロック機構とを備える車両において、エンジンを運転停止状態としてロック機構によりエンジンのクランク軸を回転不能に固定すると共に、要求された駆動トルクが満たされるように第1電動機及び第2電動機を走行用の駆動源として効率良く併用することでモータ走行することが提案されている。
特開2008−265600号公報
ところで、モータ走行の際に、第1電動機及び第2電動機を併用する場合、第2電動機の動力は差動機構を介することなく駆動輪へ伝達される。一方で、第1電動機の動力は差動機構(特には、差動機構を構成するピニオン(例えばプラネタリギヤ))を介して出力回転部材(すなわち駆動輪側)へ伝達される。その為、例えば車速に因ってピニオンの回転速度(ピニオンの自転回転速度或いはピニオンの相対回転速度(差回転速度))が増大すると、大きな第1電動機トルクが伝達される程、差動機構の耐久性が低下する可能性がある。また、大きな第1電動機トルクを伝達する為に、差動機構の潤滑油量を増加させるなどの物理的な対策を施すと、燃費が悪化する可能性がある。尚、上述したような課題は未公知であり、モータ走行の際に、差動機構の耐久性能向上の観点から、第1電動機及び第2電動機を適切に併用することについて未だ提案されていない。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、第1電動機及び第2電動機を走行用駆動力源として併用するモータ走行の際に、物理的な対策を施すことなく、差動機構の耐久性低下を抑制することができる車両の制御装置を提供することにある。
前記目的を達成する為の第1の発明の要旨とするところは、(a) 第1電動機と、その第1電動機に連結された回転要素、駆動輪に動力伝達可能に連結された出力回転部材である回転要素、及びロック機構の作動により非回転部材に連結される回転要素を有する差動機構と、駆動輪に動力伝達可能に連結された第2電動機とを備える車両の制御装置であって、(b) 前記ロック機構が作動した状態にて前記第1電動機及び前記第2電動機からの出力トルクを併用して走行するモータ走行時には、前記差動機構を構成するピニオンの回転速度が高い程、要求された駆動トルクの内でその第1電動機にて分担する駆動トルクを小さくすることにある。
このようにすれば、ピニオンの回転速度(ピニオンの自転回転速度或いはピニオンの差回転速度)が高くなるときは第1電動機の出力トルクが減少させられるので、つまりピニオンの回転速度が高くてもそのピニオンを介して伝達される第1電動機の出力トルクが減少させられるので、差動機構の耐久性(例えばピニオンのベアリングの耐焼き付き性)が向上させられる。その為、特別な潤滑経路を設けたり潤滑油量を増加させるなどの必要がなくなる。よって、第1電動機及び第2電動機を走行用駆動力源として併用するモータ走行の際に、物理的な対策を施すことなく、差動機構の耐久性低下を抑制することができる。
ここで、第2の発明は、前記第1の発明に記載の車両の制御装置において、前記ピニオンの回転速度が予め定められた低回転領域にあるときは、前記要求された駆動トルクを、運転効率に基づいて前記第1電動機及び第2電動機にて分担することにある。このようにすれば、ピニオンの回転速度が比較的低くなるときは、第1電動機の出力トルクが比較的高くても差動機構の耐久性が低下し難い為、耐久性向上よりも燃費を優先した電動機のトルク分担にて第1電動機及び第2電動機を作動させられる。
また、第3の発明は、前記第1の発明又は第2の発明に記載の車両の制御装置において、前記差動機構は、前記3つの回転要素から構成された差動機構であって、前記ロック機構の作動により前記非回転部材に連結される回転要素にエンジンのクランク軸が連結されており、前記モータ走行時は、前記クランク軸が前記非回転部材に固定されることにある。このようにすれば、第1電動機及び第2電動機を走行用駆動力源として併用するモータ走行が適切に実行される。
また、第4の発明は、前記第1の発明又は第2の発明に記載の車両の制御装置において、前記差動機構は、前記3つの回転要素及びその3つの回転要素とは別の回転要素を有する4つの回転要素から構成された差動機構であって、前記ロック機構の作動により前記非回転部材に連結される回転要素及び前記別の回転要素の何れか一方にエンジンのクランク軸が連結されており、前記モータ走行時には、前記エンジンが運転停止状態とされると共に、前記別の回転要素の回転速度が高い程、前記第1電動機にて分担する駆動トルクを更に小さくすることにある。このようにすれば、第1電動機及び第2電動機を走行用駆動力源として併用するモータ走行が適切に実行される。また、前記別の回転要素の回転速度が高くなる時すなわちピニオンの公転回転速度が高くなる時は、公転分の遠心力が作用して差動機構の耐久性が低下し易いことに対して、第1電動機の出力トルクが一層減少させられるので、つまりピニオンの公転回転速度が高くてもそのピニオンを介して伝達される第1電動機の出力トルクが一層減少させられるので、差動機構の耐久性が一層向上させられる。
また、第5の発明は、前記第1の発明乃至第4の発明の何れか1つに記載の車両の制御装置において、前記差動機構の潤滑油の温度が高い程、前記第1電動機にて分担する駆動トルクを更に小さくすることにある。このようにすれば、潤滑油の温度が高い時は、潤滑油が流れ易い為すなわち油膜が切れ易い為に差動機構の耐久性が低下し易いことに対して、第1電動機の出力トルクが一層減少させられるので、つまりピニオンの回転速度が高くてもそのピニオンを介して伝達される第1電動機の出力トルクが一層減少させられるので、差動機構の耐久性が一層向上させられる。
本発明が適用される車両の概略構成を説明する図であると共に、車両に設けられた制御系統の要部を説明するブロック線図である。 電子制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。 遊星歯車装置における各回転要素の回転速度を相対的に表すことができる共線図であり、ブレーキ解放時の走行状態を示している。 図3と同様の共線図であり、ブレーキ係合時の走行状態を示している。 MG1トルク上限マップの一例を示す図である。 電子制御装置の制御作動の要部すなわち併用モードでのモータ走行の際に物理的な対策を施すことなく遊星歯車装置の耐久性低下を抑制する為の制御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示す制御作動を実行した場合のタイムチャートである。 4つの回転要素から構成された差動機構を備えた第1駆動部の一例を示す図であって、図1の第1駆動部とは別の実施例である。 図8の差動機構における共線図であり、ブレーキ係合時の走行状態を示している。 MG1トルク上限マップの一例を示す図であって、図5のMG1トルク上限マップとは別の実施例である。 ロック機構としての噛合クラッチの概略構成を説明する図である。
本発明において、好適には、前記車両は、走行用の駆動力源として第1電動機及び第2電動機を備える電気自動車、エンジン、第1電動機、及び第2電動機を備え、電動機により走行することができるハイブリッド車両、そのハイブリッド車両ではあるが充電スタンドや家庭用電源などから蓄電装置への充電が可能な所謂プラグインハイブリッド車両などである。特に、このプラグインハイブリッド車両は、ハイブリッド車両よりも蓄電装置の最大入出力許容値が大きくされると考えられる為、例えばモータ走行が可能な領域をより高い要求駆動トルクまで対応させることができる。この際、例えば第2電動機を大きくするのではなく、前記ロック機構を採用して第1電動機及び第2電動機を走行用の駆動力源として使用できるようにすることで、電動機の大型化を抑制することができる。このように、前記ロック機構はプラグインハイブリッド車両にとってより有用である。本発明は、このロック機構を採用した車両に適用されるものである。
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明が適用される車両であるハイブリッド車両10(以下、車両10という)の概略構成を説明する図であると共に、車両10の各部を制御する為に設けられた制御系統の要部を説明するブロック線図である。図1において、車両10は、走行用の駆動力源である、エンジン12、第1電動機MG1、及び第2電動機と、左右1対の駆動輪14との間の動力伝達経路に設けられた、第1駆動部16、第2駆動部18、差動歯車装置20、及び左右1対の車軸22などとを備えて構成されている。また、車両10には、エンジン12により回転駆動されることで、油圧制御回路54の元圧となる油圧を発生すると共に、第1駆動部16や第2駆動部18等に潤滑油を供給するオイルポンプ24が備えられている。また、車両10は、エンジン12のクランク軸26を非回転部材であるハウジング28に対して固定するロック機構としてのブレーキBを備えている。
第1駆動部16は、遊星歯車装置30及び出力歯車32を備えて構成されている。遊星歯車装置30は、第1電動機MG1に連結された回転要素であるサンギヤS、駆動輪14に動力伝達可能に連結された回転要素であってピニオンギヤPを介してサンギヤSと噛み合うリングギヤR、及びブレーキBの係合作動によりハウジング28に連結される回転要素であってピニオンギヤPを自転及び公転可能に支持するキャリヤCAを3つの回転要素(回転部材)として有する公知のシングルピニオン型の遊星歯車装置であり、差動作用を生じる差動機構として機能する。キャリアCAは第1駆動部16の入力軸としてのクランク軸26に連結され、リングギヤRは出力歯車32に連結されている。すなわち、遊星歯車装置30は、入力回転部材であってエンジン12に連結された第1回転要素RE1としてのキャリアCA、第2回転要素RE2としてのサンギヤS、及び出力回転部材である第3回転要素RE3としてのリングギヤRを備え、エンジン12から出力される動力を第1電動機MG1及び出力歯車32へ分配する動力分配機構であって、電気的無段変速機として機能する。出力歯車32は、クランク軸26と平行を成す中間出力軸34と一体的に設けられた大径歯車36と噛み合わされている。また、中間出力軸34と一体的に設けられた小径歯車38が、差動歯車装置20のデフ入力歯車40と噛み合わされている。
第2駆動部18は、第2電動機MG2の出力軸であるMG2出力軸42に連結された第2出力歯車44を備えて構成されている。第2出力歯車44は、大径歯車36と噛み合わされている。これにより、第2電動機MG2は、駆動輪14に動力伝達可能に連結される。
第1電動機MG1及び第2電動機MG2は、何れも駆動力を発生させるモータ(発動機)及び反力を発生させるジェネレータ(発電機)としての機能を有するモータジェネレータであるが、第1電動機MG1は少なくともジェネレータとしての機能を備え、第2電動機MG2は少なくともモータとしての機能を備える。
以上のように構成された車両10において、第1駆動部16におけるエンジン12や第1電動機MG1からの動力は、遊星歯車装置30を介して出力歯車32に伝達され、中間出力軸34に設けられた大径歯車36及び小径歯車38を介して差動歯車装置20のデフ入力歯車40に伝達される。また、第2駆動部18における第2電動機MG2からの動力は、MG2出力軸42及び第2出力歯車44を介して大径歯車36に伝達され、小径歯車38を介してデフ入力歯車40に伝達される。すなわち、車両10においては、エンジン12、第1電動機MG1、及び第2電動機MG2の何れもが走行用の駆動源として用いられ得る。
ブレーキBは、例えば油圧アクチュエータによって係合制御される多板式の油圧式摩擦係合装置である。このブレーキBは、油圧制御回路54から供給される油圧Pbに応じてその係合状態が係合乃至解放の間で制御される。また、必要に応じてスリップ係合させられても良い。ブレーキBの解放時には、エンジン12のクランク軸26はハウジング28に対して相対回転可能な状態とされる。一方、ブレーキBの係合時には、クランク軸26はハウジング28に対して相対回転不能な状態とされる。すなわち、ブレーキBの係合により、クランク軸26はハウジング28に固定(ロック)される。
また、車両10には、車両10の各部を制御する制御装置としての電子制御装置80が備えられている。この電子制御装置80は、例えばCPU、RAM、ROM、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んでおり、CPUはRAMの一時記憶機能を利用しつつ予めROMに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより車両10の各種制御を実行する。例えば、電子制御装置80は、エンジン12、第1電動機MG1、第2電動機MG2などに関するハイブリッド駆動制御等の車両制御を実行するようになっており、必要に応じてエンジン12の出力制御用や電動機MG1,MG2の出力制御用等に分けて構成される。また、電子制御装置80には、車両10に設けられた各センサ(例えばクランクポジションセンサ60、出力回転速度センサ62、レゾルバ等の第1電動機回転速度センサ64、レゾルバ等の第2電動機回転速度センサ66、油温センサ68、アクセル開度センサ70、バッテリセンサ72など)による検出値に基づく各種信号(例えばエンジン回転速度Ne及びクランク角度Acr、車速Vに対応する出力歯車32の回転速度である出力回転速度Nout、第1電動機回転速度Nmg1、第2電動機回転速度Nmg2、第1駆動部16等の潤滑油の温度である潤滑油温THoil、アクセル開度Acc、蓄電装置52の充電状態(充電容量)SOCなど)が供給される。また、電子制御装置80からは、車両10に設けられた各装置(例えばエンジン12、インバータ50、油圧制御回路54など)に各種指令信号(例えばエンジン制御指令信号Se、電動機制御指令信号Sm、油圧制御指令信号Spなど)が供給される。
図2は、電子制御装置80による制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図2において、ハイブリッド制御手段すなわちハイブリッド制御部82は、例えば電子スロットル弁の開閉、燃料噴射量、点火時期等を制御するエンジン制御指令信号Seを出力し、目標エンジンパワーPeを発生する為のエンジントルクTeの目標値が得られるようにエンジン12の出力制御を実行する。また、ハイブリッド制御部82は、第1電動機MG1や第2電動機MG2の作動を制御する電動機制御指令信号Smをインバータ50に出力して、第1電動機トルクTmg1や第2電動機トルクTmg2の目標値が得られるように第1電動機MG1や第2電動機MG2の出力制御を実行する。
具体的には、ハイブリッド制御部82は、アクセル開度Accからそのときの車速Vにて要求される駆動トルク(要求駆動トルク)を算出し、充電要求値(充電要求パワー)等を考慮して低燃費で排ガス量の少ない運転となるように、エンジン12、第1電動機MG1、及び第2電動機MG2の少なくとも1つから要求駆動トルクを発生させる。例えば、ハイブリッド制御部82は、エンジン12の運転を停止させると共に第1電動機MG1及び第2電動機MG2のうちの少なくとも一方の電動機のみを走行用の駆動源としてモータ走行(EV走行)する為のモータ走行モード、エンジン12の動力に対する反力を第1電動機MG1の発電により受け持つことで出力歯車32にエンジン直達トルクを伝達すると共に第1電動機MG1の発電電力により第2電動機MG2を駆動することで駆動輪14にトルクを伝達して少なくともエンジン12を走行用の駆動源としてエンジン走行する為のエンジン走行モード(定常走行モード)、このエンジン走行モードにおいて蓄電装置52からの電力を用いた第2電動機MG2の駆動トルクを更に付加して走行する為のアシスト走行モード(加速走行モード)等を、走行状態に応じて選択的に成立させる。ハイブリッド制御部82は、要求駆動トルクが予め実験的或いは設計的に求められて記憶された(すなわち予め定められた)閾値よりも小さなモータ走行領域にある場合には、モータ走行モードを成立させる一方、要求駆動トルクが予め定められた閾値以上となるエンジン走行領域にある場合には、エンジン走行モード乃至アシスト走行モードを成立させる。
ハイブリッド制御部82は、モータ走行モードを成立させた場合には、更に、第1電動機トルクTmg1及び第2電動機トルクTmg2を併用して走行することができる併用モードとするか、或いは第2電動機トルクTmg2のみを用いて走行することができる単独モードとするかを判断する。例えば、ハイブリッド制御部82は、モータ走行モードにおいて、第2電動機MG2のみで要求駆動トルクを賄える場合には単独モードを成立させる一方で、第2電動機MG2のみでは要求駆動トルクを賄えない場合には併用モードを成立させる。但し、ハイブリッド制御部82は、第2電動機MG2のみで要求駆動トルクを賄えるときであっても、第2電動機MG2の動作点(例えば第2電動機回転速度Nmg2及び第2電動機トルクTmg2で表される第2電動機の運転点)が第2電動機MG2の効率を悪化させる動作点として予め定められた領域内にある場合には、換言すれば第1電動機MG1及び第2電動機MG2を併用した方が効率が良い場合には、併用モードを成立させる。
ハイブリッド制御部82は、モータ走行モードにおいて併用モードを成立させた場合には、第1電動機MG1及び第2電動機MG2の運転効率に基づいて、第1電動機MG1及び第2電動機MG2にて要求駆動トルクを分担させる。例えば、ハイブリッド制御部82は、併用モードのモータ走行時には、要求駆動トルクに基づいて予め定められた燃費優先のトルク分担率を求め、その分担率に基づいて要求駆動トルクに対する第1電動機MG1及び第2電動機MG2の各分担トルクを求める。そして、ハイブリッド制御部82は、その各分担トルクを出力するように第1電動機MG1及び第2電動機MG2を制御してモータ走行させる。
ロック機構作動制御手段すなわちロック機構作動制御部84は、ブレーキBの作動を制御する。具体的には、ロック機構作動制御部84は、油圧制御回路54からブレーキBの油圧アクチュエータへ供給される油圧Pbを制御することで、ブレーキBの係合乃至解放、すなわちクランク軸26のハウジング28に対する固定乃至その固定の解除を制御する。例えば、ロック機構作動制御部84は、ハイブリッド制御部82によりモータ走行モードにおいて併用モードが成立させられる場合には、油圧Pbを増加させることでブレーキBを係合させて、クランク軸26をハウジング28に対して固定する。また、ロック機構作動制御部84は、ハイブリッド制御部82によりエンジン走行モード乃至アシスト走行モードが成立させられるか或いはモータ走行モードにおいて単独モードが成立させられる場合には、油圧Pbを減少させることでブレーキBを解放させて、クランク軸26のハウジング28に対する固定を解除する。
図3及び図4は、遊星歯車装置30における3つの回転要素の回転速度を相対的に表すことができる共線図であり、縦線Y1−Y3は紙面向かって左から順に縦線Y1が第1電動機MG1に連結された第2回転要素RE2であるサンギヤSの回転速度を、縦線Y2がエンジン12に連結された第1回転要素RE1であるキャリアCAの回転速度を、縦線Y3が大径歯車36及び第2出力歯車44等を介して第2電動機MG2に連結された第3回転要素RE3であるリングギヤRの回転速度をそれぞれ示している。図3はブレーキBが解放されたときの走行状態における各回転要素の相対速度を、図4はブレーキBが係合されたときの走行状態における各回転要素の相対速度をそれぞれ示している。
図3の実線を用いてエンジン走行モード乃至アシスト走行モードにおける車両10の作動について説明すると、キャリアCAに入力されるエンジントルクTeに対して、第1電動機トルクTmg1がサンギヤSに入力される。この際、例えばエンジン回転速度Ne及びエンジントルクTeで表されるエンジン12の運転点を燃費が最も良い動作点に設定する制御を、第1電動機MG1の力行制御乃至反力制御により実行することができる。この種のハイブリッド形式は、機械分配式あるいはスプリットタイプと称される。また、図3の破線を用いてモータ走行モードでの単独モードにおける車両10の作動について説明すると、エンジン12の駆動は行われず(すなわちエンジン12が運転停止状態とされ)、その回転速度は零とされる。この状態においては、第2電動機MG2の力行トルクが車両前進方向の駆動力として駆動輪14へ伝達される。また、第1電動機MG1は無負荷状態(フリー)とされている。
また、図4を用いてモータ走行モードでの併用モードにおける車両10の作動について説明すると、エンジン12の駆動は行われず、その回転速度は零とされる。また、ロック機構作動制御部84によりブレーキBがクランク軸26をハウジング28に対して固定するように係合作動させられ、エンジン12が回転不能に固定(ロック)される。ブレーキBが係合された状態においては、第2電動機MG2の力行トルクが車両前進方向の駆動力として駆動輪14へ伝達される。また、第1電動機MG1の反力トルクが車両前進方向の駆動力として駆動輪14へ伝達される。すなわち、車両10においては、クランク軸26がブレーキBによりロックされることで、第1電動機MG1及び第2電動機MG2を走行用の駆動源として併用することができる。これにより、例えば所謂プラグインハイブリッド車両等において、蓄電装置52が大容量化(高出力化)される場合、第2電動機MG2の大型化を抑制しつつモータ走行の高出力化を実現することができる。
ところで、本実施例の車両10では、モータ走行モードでの併用モードにて第1電動機MG1及び第2電動機MG2を走行用の駆動力源として併用する場合、第2電動機MG2の動力は遊星歯車装置30を介することなく駆動輪14へ伝達される。一方で、第1電動機MG1の動力は遊星歯車装置30(特には、遊星歯車装置30を構成するピニオンギヤP)を介してリングギヤRから駆動輪14へ伝達される。ここで、図4において、縦線PはピニオンギヤPの自転回転速度Npを共線図上に示したものである。図4から明らかなように、ブレーキBが係合されている場合、リングギヤRの回転速度が増大すると、ピニオンギヤPを含む遊星歯車装置30の各回転要素の相対速度の関係からピニオンギヤPの自転回転速度Npが増大する。これに伴って、ピニオンギヤPの自転回転速度NpとキャリアCAの回転速度(すなわちエンジン回転速度Ne)との回転速度差で表されるピニオンギヤPの相対回転速度(差回転速度)ΔNp(=Np−Ne)が増大する。その為、車速Vに対応するリングギヤRの回転速度(出力回転速度Nout)の増大に因ってピニオンギヤPの差回転速度(ピニオン差回転速度)ΔNpが増大すると、大きな第1電動機トルクTmg1が伝達される程、遊星歯車装置30(特には、ピニオンギヤPのベアリング等)の耐久性が低下する可能性がある。このような耐久性の低下に対して、大きな第1電動機トルクTmg1を伝達する為に、遊星歯車装置30への潤滑油量を増加させるなどの物理的な対策を施すことが考えられるが、そうすると燃費が悪化する可能性がある。
そこで、本実施例の電子制御装置80は、モータ走行モードにおいてブレーキBが係合作動された状態にて第1電動機MG1及び第2電動機MG2を走行用の駆動力源として併用するモータ走行時には、物理的な対策を施すことなく遊星歯車装置30の耐久性低下を抑制する為に、ピニオンギヤPの回転速度が高い程、要求駆動トルクの内で第1電動機MG1にて分担する駆動トルクを小さくする。ピニオンギヤPの回転速度は、例えばピニオンギヤPの自転回転速度Npやピニオン差回転速度ΔNpである。また、ブレーキBが係合作動された状態では、キャリアCAの回転速度は零とされるので、ピニオンギヤPの自転回転速度Npとピニオン差回転速度ΔNpは実質的に同じである。
図5は、ピニオン差回転速度ΔNpと第1電動機MG1の分担トルクとして可能な第1電動機トルクTmg1の上限トルク(MG1トルク上限)Tmg1limとの予め定められた関係(MG1トルク上限マップ)である。また、図5の実線において、ピニオン差回転速度ΔNpが所定値ΔNpA以下の低回転領域では、MG1トルク上限Tmg1limは第1電動機MG1が出力可能な最大値(MG1トルク最大値)Tmg1maxとされる。従って、ピニオン差回転速度ΔNpが所定値ΔNpA以下の低回転領域では、燃費優先のトルク分担率にて求められた要求駆動トルクに対する第1電動機MG1の分担トルクを出力することが可能である。また、図5の実線において、ピニオン差回転速度ΔNpが所定値ΔNpAを超える高回転領域では、ピニオン差回転速度ΔNpが大きい程、MG1トルク上限Tmg1limが小さくされる。従って、ピニオン差回転速度ΔNpが所定値ΔNpAを超える高回転領域では、燃費優先のトルク分担率にて求められた要求駆動トルクに対する第1電動機MG1の分担トルクをMG1トルク上限Tmg1limまでしか出力することができない。つまり、ピニオン差回転速度ΔNpが大きい程、第1電動機MG1の分担トルクが小さくされる。このように、MG1トルク上限Tmg1limがMG1トルク最大値Tmg1maxとされない領域がMG1トルク制限域であり、ピニオン差回転速度ΔNpが所定値ΔNpAを超える高回転領域がMG1トルク制限域に相当する。上記所定値ΔNpAは、モータ走行モードの併用モード時に第1電動機トルクTmg1を制限しなくとも(第1電動機トルクTmg1がMG1トルク最大値Tmg1maxとされたとしても)、ピニオンギヤPのベアリング等の耐久性が低下するという問題が生じ難いピニオン差回転速度ΔNpとして予め定められた上限値である。
ところで、潤滑油温THoilが高い時は、潤滑油が流れ易い為すなわち油膜が切れ易い為に遊星歯車装置30の耐久性が低下し易いと考えられる。そこで、潤滑油温THoilが高い程、第1電動機MG1にて分担する駆動トルクを更に小さくする。図5の二点鎖線は、潤滑油温THoilが比較的高い高油温時のMG1トルク上限マップであり、実線に示す潤滑油温THoilが通常である通常油温時のMG1トルク上限マップと比較して、同じ値のピニオン差回転速度ΔNpにおけるMG1トルク上限Tmg1limが小さくされている。従って、通常油温時よりも潤滑油温THoilが高い高油温時には、第1電動機MG1の分担トルクが更に小さくされ、ピニオン差回転速度ΔNpの全域に亘ってMG1トルク制限域とされる。尚、上記通常油温時とは、例えば遊星歯車装置30の耐久性が低下し易いという問題が生じ難い潤滑油温THoilとして予め定められた所定の低油温領域に潤滑油温THoilがあるときである。また、上記高油温時とは、潤滑油温THoilが上記所定の低油温領域よりも高い高油温領域にあるときである。
より具体的には、図2に戻り、MG1トルク制限域判定手段すなわちMG1トルク制限域判定部86は、ハイブリッド制御部82によりモータ走行モードにおいて併用モードが成立させられる場合には、MG1トルク制限域にあるか否かを判定する。例えば、MG1トルク制限域判定部86は、高油温時であるか否かに基づいてMG1トルク制限域にあるか否かを判定する。更に、MG1トルク制限域判定部86は、通常油温時と判断した場合には、ピニオン差回転速度ΔNpが所定値ΔNpAを超えているか否かに基づいてMG1トルク制限域にあるか否かを判定する。尚、ピニオン差回転速度ΔNpは、電子制御装置80により、例えば遊星歯車装置30の各回転要素の相対速度の関係から少なくとも2つの回転要素に基づいて求められたピニオンギヤPの自転回転速度Npと、キャリアCAの回転速度とに基づいて求められる。
ハイブリッド制御部82は、モータ走行モードの併用モード時において、MG1トルク制限域判定部86によりMG1トルク制限域にないと判定される場合には(例えば通常油温時にピニオン差回転速度ΔNpが所定値ΔNpA以下の低回転領域にある場合は)、予め定められた燃費優先のトルク分担率に基づいて第1電動機MG1及び第2電動機MG2にて要求駆動トルクを分担させる。一方で、ハイブリッド制御部82は、モータ走行モードの併用モード時において、MG1トルク制限域判定部86によりMG1トルク制限域にあると判定される場合には、例えば図5に示されるようなMG1トルク上限マップからピニオン差回転速度ΔNp及び潤滑油温THoilに基づいてMG1トルク上限Tmg1limを求める。そして、ハイブリッド制御部82は、予め定められた燃費優先のトルク分担率に基づく第1電動機MG1の分担トルクがMG1トルク上限Tmg1limを超えている場合には、第1電動機MG1の分担トルクをそのMG1トルク上限Tmg1limまでに制限する。この際、ハイブリッド制御部82は、第1電動機MG1の分担トルクがMG1トルク上限Tmg1limを超えている分については、第2電動機MG2にて可能な限り受け持たせる。従って、この場合、燃費の優先度は低下する。また、第2電動機MG2にて受け持たせられない分については、要求駆動トルクに対して実際の駆動トルクが不足することになる。尚、予め定められた燃費優先のトルク分担率に基づく第1電動機MG1の分担トルクがMG1トルク上限Tmg1limを超えていない場合には、MG1トルク制限域にあったとしても、実質的に第1電動機トルクTmg1が制限されないことは言うまでもないことである。
図6は、電子制御装置80の制御作動の要部すなわち併用モードでのモータ走行の際に物理的な対策を施すことなく遊星歯車装置30の耐久性低下を抑制する為の制御作動を説明するフローチャートであり、例えば数msec乃至数十msec程度の極めて短いサイクルタイムで繰り返し実行される。図7は、図6のフローチャートに示す制御作動を実行した場合のタイムチャートであり、併用モードでのモータ走行中に車速Vの上昇に伴ってピニオン差回転速度ΔNpも上昇していく場合の一例である。
図6において、先ず、ハイブリッド制御部82に対応するステップ(以下、ステップを省略する)S10において、例えばモータ走行モードの成立時に、第1電動機トルクTmg1及び第2電動機トルクTmg2を併用して走行する領域であるか否かが判定される。このS10の判断が肯定される場合はMG1トルク制限域判定部86に対応するS20において、例えば高油温時であるか否かに基づいてMG1トルク制限域にあるか否かが判定される。また、通常油温時にはピニオン差回転速度ΔNpが所定値ΔNpAを超えているか否かに基づいてMG1トルク制限域にあるか否かが判定される(図7の実施例参照)。このS20の判断が否定される場合はハイブリッド制御部82に対応するS30において、要求駆動トルクに基づいて予め定められた燃費優先のトルク分担率が求められ、その分担率に基づいて要求駆動トルクに対する第1電動機MG1及び第2電動機MG2の各分担トルクが求められる(図7のt1時点以前)。一方で、上記S20の判断が肯定される場合はハイブリッド制御部82に対応するS40において、例えば図5に示されるようなMG1トルク上限マップからピニオン差回転速度ΔNp及び潤滑油温THoilに基づいてMG1トルク上限Tmg1limが求められる。また、上記S30と同様に、予め定められた燃費優先のトルク分担率に基づいて要求駆動トルクに対する第1電動機MG1及び第2電動機MG2の各分担トルクが求められる。そして、その第1電動機MG1の分担トルクが上記MG1トルク上限Tmg1limを超えている場合には、第1電動機MG1の分担トルクがそのMG1トルク上限Tmg1limまでに制限される(図7のt1時点以降)。第1電動機MG1の分担トルクが制限されて第1電動機トルクTmg1が不足する場合、可能な限り第2電動機MG2の分担トルクに第1電動機トルクTmg1の不足分が上乗せされる(図7のt1時点以降)。上記S30或いは上記S40に続いて、ロック機構作動制御部84に対応するS50において、ブレーキBが係合させられるか、或いはブレーキBの係合が維持される(図7の実施例参照)。次いで、ハイブリッド制御部82に対応するS60において、上記S30或いは上記S40にて求められた第1電動機MG1及び第2電動機MG2の各分担トルクにて併用モードでのモータ走行が実行される(図7の実施例参照)。他方で、上記S10の判断が否定される場合はロック機構作動制御部84に対応するS70において、ブレーキBが解放させられるか、或いはブレーキBの解放が維持される。次いで、ハイブリッド制御部82に対応するS80において、第2電動機MG2のみにて要求駆動トルクが出力されて単独モードでのモータ走行が実行される。
上述のように、本実施例によれば、ブレーキBが係合された併用モードでのモータ走行時には、ピニオンギヤPの回転速度が高い程、要求駆動トルクの内で第1電動機MG1にて分担する駆動トルクが小さくされる。このようにすれば、ピニオン差回転速度ΔNpが高くなるときは第1電動機トルクTmg1が減少させられるので、つまりピニオン差回転速度ΔNpが高くてもピニオンギヤPを介して伝達される第1電動機トルクTmg1が減少させられるので、遊星歯車装置30の耐久性(例えばピニオンギヤPのベアリングの耐焼き付き性)が向上させられる。その為、特別な潤滑経路を設けたり潤滑油量を増加させるなどの必要がなくなる。よって、併用モードでのモータ走行の際に、物理的な対策を施すことなく、遊星歯車装置30の耐久性低下を抑制することができる。
また、本実施例によれば、ピニオン差回転速度ΔNpが所定値ΔNpA以下の低回転領域にあるときは、運転効率に基づいて第1電動機MG1及び第2電動機MG2にて要求駆動トルクが分担させられる。このようにすれば、ピニオン差回転速度ΔNpが比較的低くなるときは、第1電動機トルクTmg1が比較的高くても遊星歯車装置30の耐久性が低下し難い為、耐久性向上よりも燃費を優先したトルク分担にて第1電動機MG1及び第2電動機MG2を作動させられる。
また、本実施例によれば、遊星歯車装置30は、3つの回転要素から構成された遊星歯車装置であって、併用モードでのモータ走行時はブレーキBの係合作動によりクランク軸12がハウジング28に固定されるので、併用モードでのモータ走行が適切に実行される。
また、本実施例によれば、潤滑油温THoilが高い程、第1電動機MG1にて分担する要求駆動トルクが更に小さくされる。このようにすれば、潤滑油温THoilが高い時は、潤滑油が流れ易い為すなわち油膜が切れ易い為に遊星歯車装置30の耐久性が低下し易いことに対して、第1電動機トルクTmg1が一層減少させられるので、つまりピニオン差回転速度ΔNpが高くてもピニオンギヤPを介して伝達される第1電動機トルクTmg1が一層減少させられるので、遊星歯車装置30の耐久性が一層向上させられる。
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において実施例相互に共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図8は、本発明が適用される他の車両であるハイブリッド車両100(以下、車両100という)の概略構成を説明する図である。この図8に示す車両100の第1駆動部102は、4つの回転要素から構成された差動機構104を備えている。
差動機構104は、第1サンギヤS1、第1キャリヤCA1、第1ピニオンギヤP1を介して第1サンギヤS1と噛み合う第1リングギヤR1を有するシングルピニオン型の第1遊星歯車装置106、及び第2サンギヤS2、第2キャリヤCA2、第2ピニオンギヤP2を介して第2サンギヤS2と噛み合う第2リングギヤR2を有するシングルピニオン型の第2遊星歯車装置108を備えて構成されている。差動機構104は、第1キャリヤCA1と第2リングギヤR2とが連結されて構成された第1回転要素RE1、第1サンギヤS1にて構成された第2回転要素RE2、第2サンギヤS2にて構成された第3回転要素RE3、及び第1リングギヤR1と第2キャリヤCA2とが連結されて構成された第4回転要素RE4の4つの回転要素を有して、全体として差動作用を生じる差動機構として機能する。すなわち、差動機構104は、第1電動機MG1に連結された第2回転要素RE2、駆動輪14に動力伝達可能に連結された第3回転要素RE3、及びブレーキBの係合作動によりハウジング28に連結される第1回転要素RE1と、それら3つの回転要素とは別の第4回転要素RE4とを有する4つの回転要素から構成されている。また、差動機構104は、入力回転部材である第1回転要素RE1にエンジン12のクランク軸26が連結され、出力回転部材である第3回転要素RE3は出力歯車32に連結されている。このように構成された差動機構104は、エンジン12から出力される動力を第1電動機MG1及び出力歯車32へ分配する動力分配機構であって、電気的無段変速機として機能する。
図9は、差動機構104における4つの回転要素の回転速度を相対的に表すことができる共線図であり、縦線Y1−Y4は紙面向かって左から順に縦線Y1が第2回転要素RE2の回転速度を、縦線Y2が第1回転要素RE1の回転速度を、縦線Y3が第4回転要素RE4の回転速度を、縦線Y4が第3回転要素RE3の回転速度をそれぞれ示している。この図9はブレーキBが係合されたときの走行状態における各回転要素の相対速度をそれぞれ示している。
図9を用いてモータ走行モードでの併用モードにおける車両100の作動について説明すると、エンジン12が運転停止状態とされ、その回転速度は零とされる。また、ロック機構作動制御部84により油圧制御回路54を介してブレーキBがクランク軸26をハウジング28に対して固定するように係合作動させられ、エンジン12の回転がロックされる。ブレーキBが係合された状態においては、第2電動機MG2の力行トルクが車両前進方向の駆動力として駆動輪14へ伝達される。また、第1電動機MG1の反力トルクが車両前進方向の駆動力として駆動輪14へ伝達される。すなわち、車両100においては、エンジン12のクランク軸26がブレーキBによりロックされることで、第1電動機MG1及び第2電動機MG2を走行用の駆動源として併用することができる。
ここで、図9において、縦線P1,P2は、ピニオンギヤP1,P2の各自転回転速度Np1,Np2を共線図上に示したものである。図9から明らかなように、ブレーキBが係合されている場合、第3回転要素RE3の回転速度が増大すると、ピニオンギヤP1,P2の各差回転速度ΔNp1,ΔNp2が増大する。また、第3回転要素RE3の回転速度が増大すると、第4回転要素RE4の回転速度も増大する。この第4回転要素RE4の回転速度すなわち第2キャリヤCA2の回転速度は、ピニオンギヤP2の公転回転速度である。その為、このピニオンギヤP2の公転回転速度が増大すると、ピニオンギヤP2の差回転速度ΔNp2が増大することはもちろんであるが、公転分の遠心力が作用して差動機構104(特にはピニオンギヤP2のベアリング等)の耐久性が一層低下し易いと考えられる。つまり、ピニオンギヤの差回転速度が同じでも、ピニオンギヤの公転回転速度が含まれる場合には、ピニオンギヤの自転回転速度のみの場合と比較して、ピニオンギヤのベアリング等の耐久性が低下し易いと考えられる。
そこで、本実施例の電子制御装置80は、併用モードでのモータ走行時には、ピニオンギヤP2の公転回転速度が高い程、第1電動機MG1にて分担する駆動トルクを更に小さくする。図10は、ピニオン差回転速度ΔNpとMG1トルク上限Tmg1limとの予め定められた関係(MG1トルク上限マップ)である。図10の実線は、図5の実線と同じ通常油温時のMG1トルク上限マップであり、図1の第1駆動部16のようにピニオンギヤが公転せずに自転するのみの場合或いはピニオンギヤP2の公転回転速度が比較的低いピニオン低公転時に用いられるMG1トルク上限マップである。これに対して、図10の破線は、本実施例の第1駆動部102のようにピニオンギヤP2が公転を伴う場合或いはピニオンギヤP2の公転回転速度が比較的高いピニオン高公転時に用いられるMG1トルク上限マップであり、実線に示すMG1トルク上限マップと比較して、同じ値のピニオン差回転速度ΔNpにおけるMG1トルク上限Tmg1limが小さくされている。従って、ピニオンギヤが自転するのみの場合或いはピニオン低公転時となる場合よりもピニオンギヤの公転を伴う場合或いはピニオン高公転時となる場合には、第1電動機MG1の分担トルクが更に小さくされ、ピニオン差回転速度ΔNpの全域に亘ってMG1トルク制限域とされる。尚、上記ピニオン低公転時とは、例えば差動機構104の耐久性が低下し易いという問題が生じ難いピニオンギヤP2の公転回転速度として予め定められた所定の低公転回転速度領域にピニオンギヤP2の公転回転速度があるときである。また、上記ピニオン高公転時とは、ピニオンギヤP2の公転回転速度が上記所定の低公転回転速度領域よりも高い高公転回転速度領域にあるときである。また、ピニオンギヤP1の差回転速度ΔNp1及びピニオンギヤP2の差回転速度ΔNp2に基づいて各々MG1トルク上限Tmg1limが求められ、より小さい方が選択されるようにしても良い。
上述のように、本実施例によれば、3つの回転要素から構成された遊星歯車装置30における特有の効果を除き、前述の実施例と同様の効果が得られる。加えて、本実施例によれば、差動機構104は、4つの回転要素から構成された差動機構であって、ブレーキBの係合作動によりハウジング28に連結される第1回転要素RE1にエンジン12のクランク軸26が連結されており、併用モードでのモータ走行時にはエンジン12が運転停止状態とされるので、併用モードでのモータ走行が適切に実行される。また、ピニオンギヤP2の公転回転速度が高い程、第1電動機MG1にて分担する要求駆動トルクが更に小さくされる。このようにすれば、ピニオンギヤの公転回転速度が高くなる時は、公転分の遠心力が作用して差動機構104の耐久性が低下し易いことに対して、第1電動機トルクTmg1が一層減少させられるので、つまりピニオンギヤP2の公転回転速度が高くてもピニオンギヤP2を介して伝達される第1電動機トルクTmg1が一層減少させられるので、差動機構104の耐久性が一層向上させられる。
以上、本発明の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、前述の実施例では、図5に示されるように通常油温時と高油温時との2種類のMG1トルク上限マップを例示したが、これに限らない。例えば、潤滑油温THoilが高くなる程MG1トルク上限Tmg1limが小さくされるようなMG1トルク上限マップを複数種類持っていても良い。また、必ずしもマップで持つ必要はなく、潤滑油温THoilが高くなる程MG1トルク上限Tmg1limが小さくされるような連続的に変化する関係が予め定められておれば良い。また、図10に示されるようにピニオン低公転時とピニオン高公転時との2種類のMG1トルク上限マップを例示したが、これに限らない。例えば、ピニオンギヤP2の公転回転速度が高くなる程MG1トルク上限Tmg1limが小さくされるようなMG1トルク上限マップを複数種類持っていても良い。また、必ずしもマップで持つ必要はなく、ピニオンギヤP2の公転回転速度が高くなる程MG1トルク上限Tmg1limが小さくされるような連続的に変化する関係が予め定められておれば良い。また、高油温時且つピニオン高公転時には、高油温時のMG1トルク上限マップに対してMG1トルク上限Tmg1limが更に小さくされるようなMG1トルク上限マップが用いられても良い。
また、前述の実施例では、ピニオンギヤの差回転速度に基づいてMG1トルク上限Tmg1limを求めたが、これに限らない。例えば、公転していないピニオンギヤに関しては、ピニオンギヤの自転回転速度を用いても良い。また、ブレーキBが係合作動させられる場合、ピニオンギヤの回転速度と車速とは比例することから、ピニオンギヤの回転速度に替えて車速を用いても構わない。具体的には、併用モードでのモータ走行時には、車速Vが高い程、要求駆動トルクの内で第1電動機MG1にて分担する駆動トルクを小さくしても良い。
また、前述の実施例2では、差動機構104において、第1回転要素RE1にエンジン12のクランク軸26が連結されたが、第4回転要素RE4にエンジン12のクランク軸26が連結されるように構成されても本発明は適用され得る。この場合には、併用モードでのモータ走行時にブレーキBが係合作動させられてもエンジン12の回転はロックされないが、エンジン12は運転停止状態とされる。また、差動機構104において、第1回転要素RE1に替えて第4回転要素RE4がブレーキBの係合作動によりハウジング28に連結されるように構成されても本発明は適用され得る。
また、前述の実施例では、ロック機構としてブレーキBを例示したが、これに限らない。ロック機構は、例えばクランク軸26の正回転方向の回転を許容し且つ負回転方向の回転を阻止するワンウェイクラッチ、図11に示すような噛合クラッチ(ドッグクラッチ)120、乾式の係合装置、電磁アクチュエータによってその係合状態が制御される電磁式摩擦係合装置(電磁クラッチ)、磁粉式クラッチなどであっても良い。要は、ロック機構は、差動機構において第1電動機MG1と駆動輪14とに各々連結された回転要素とは別の回転要素を、作動により非回転部材に連結する機構(すなわちその別の回転要素を回転不能に固定する機構)であれば良い。
図11において、噛合クラッチ120は、外周に複数の噛合歯を備え、クランク軸26と同じ軸心まわりに一体回転させられるように設けられたエンジン側部材120aと、そのエンジン側部材120aの噛合歯に対応する複数の噛合歯を備え、ハウジング28に固設されたハウジング側部材120bと、エンジン側部材120a及びハウジング側部材120bの噛合歯に噛み合わされるスプラインを内周側に備え、斯かるスプラインがエンジン側部材120a及びハウジング側部材120bの噛合歯に噛み合わされた状態でそれらエンジン側部材120a及びハウジング側部材120bに対して軸心方向の移動(摺動)可能に設けられたスリーブ120cと、そのスリーブ120cを軸心方向に駆動するアクチュエータ120dとを、備えて構成されている。このアクチュエータ120dは、油圧或いは電磁力などに応じてスリーブ120cを、その内周側に設けられたスプラインがエンジン側部材120a及びハウジング側部材120b両方の噛合歯に噛み合わされた状態と、ハウジング側部材120bの噛合歯にのみ噛み合わされ且つエンジン側部材120aの噛合歯には噛み合わされない状態との間で移動させる油圧式或いは電磁式等のアクチュエータである。このように、ロック機構として噛合クラッチ120(ドッグクラッチ)を備えた構成においては、クランク軸26のハウジング28に対する引き摺りの発生を抑制できるという利点がある。
また、前述の実施例において、第2電動機MG2は、直接的に或いは歯車機構等を介して間接的に出力歯車32や中間出力軸34や駆動輪14等に連結されたり、駆動輪14とは別の一対の車輪に直接的に又は間接的に連結されたりしても良い。そのように第2電動機MG2が別の一対の車輪に連結されておればその別の一対の車輪も駆動輪に含まれる。要するに、エンジン12からの動力で駆動される駆動輪と第2電動機MG2からの動力で駆動される駆動輪とは、別個の車輪であっても差し支えないということである。
また、前述の実施例において、遊星歯車装置30、第1遊星歯車装置106、及び第2遊星歯車装置108は、ダブルプラネタリの遊星歯車装置であっても良い。また、遊星歯車装置30は、例えばエンジン12によって回転駆動されるピニオンと、そのピニオンに噛み合う一対のかさ歯車が第1電動機MG1及び出力歯車32に作動的に連結された差動歯車装置であっても良い。
尚、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
10,100:ハイブリッド車両(車両)
12:エンジン
14:駆動輪
26:クランク軸
28:ハウジング(非回転部材)
30:遊星歯車装置(差動機構)
80:電子制御装置(制御装置)
104:差動機構
120:噛合クラッチ(ロック機構)
B:ブレーキ(ロック機構)
MG1,MG2:第1電動機,第2電動機
RE1−RE4:第1回転要素−第4回転要素(回転要素)

Claims (5)

  1. 第1電動機と、該第1電動機に連結された回転要素、駆動輪に動力伝達可能に連結された出力回転部材である回転要素、及びロック機構の作動により非回転部材に連結される回転要素を有する差動機構と、駆動輪に動力伝達可能に連結された第2電動機とを備える車両の制御装置であって、
    前記ロック機構が作動した状態にて前記第1電動機及び前記第2電動機からの出力トルクを併用して走行するモータ走行時には、前記差動機構を構成するピニオンの回転速度が高い程、要求された駆動トルクの内で該第1電動機にて分担する駆動トルクを小さくすることを特徴とする車両の制御装置。
  2. 前記ピニオンの回転速度が予め定められた低回転領域にあるときは、前記要求された駆動トルクを、運転効率に基づいて前記第1電動機及び第2電動機にて分担することを特徴とする請求項1に記載の車両の制御装置。
  3. 前記差動機構は、前記3つの回転要素から構成された差動機構であって、前記ロック機構の作動により前記非回転部材に連結される回転要素にエンジンのクランク軸が連結されており、
    前記モータ走行時は、前記クランク軸が前記非回転部材に固定されることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両の制御装置。
  4. 前記差動機構は、前記3つの回転要素及び該3つの回転要素とは別の回転要素を有する4つの回転要素から構成された差動機構であって、前記ロック機構の作動により前記非回転部材に連結される回転要素及び前記別の回転要素の何れか一方にエンジンのクランク軸が連結されており、
    前記モータ走行時には、前記エンジンが運転停止状態とされると共に、前記別の回転要素の回転速度が高い程、前記第1電動機にて分担する駆動トルクを更に小さくすることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両の制御装置。
  5. 前記差動機構の潤滑油の温度が高い程、前記第1電動機にて分担する駆動トルクを更に小さくすることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の車両の制御装置。
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