JP6024205B2

JP6024205B2 - ハイブリッドシステム

Info

Publication number: JP6024205B2
Application number: JP2012118867A
Authority: JP
Inventors: 間宮　清孝; 清孝間宮; 誠司江崎
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: JP2013244796A

Description

本発明は、ハイブリッドシステム、即ち、駆動源としてエンジンとモータとを備えた車両の駆動システムに関し、車両の駆動技術の分野に属する。

省エネルギを目的とした車両のハイブリッドシステムとして、例えば特許文献１には、エンジンと、単一のモータジェネレータとを備え、主としてエンジンから駆動力を得ると共に、モータジェネレータをエンジン始動用電動機、加速時における補助的駆動源、及び、減速時における回生用発電機として用いるようにしたものが開示されている。

また、特許文献２には、さらなる省エネルギ化を目的としたハイブリッドシステムとして、エンジンと２つのモータジェネレータとを備え、モータ走行を重視したシステムが開示されている。

このハイブリッドシステムは、遊星歯車機構の２つの回転要素にエンジンと第１モータジェネレータとをそれぞれ連結し、もう１つの回転要素に駆動軸を介して駆動輪を連結すると共に、前記駆動軸に変速機構を介して第２モータジェネレータを接続した構成とされている。

そして、前記第２モータジェネレータを走行用電動機として用いると共に、第１モータジェネレータをエンジンの始動用電動機及び第２モータジェネレータ用電力の発電機として用い、通常は前記第２モータジェネレータの駆動力のみで走行すると共に、高駆動力要求時には、エンジン出力を第１モータジェネレータ側と駆動軸側とに分割し、第１モータジェネレータを発電機として作動させながら、第２モータジェネレータの駆動力をアシストして走行するようになっている。

特開２００３−１１６８２号公報特開２００５−９６５７４号公報

ところで、前記特許文献２に開示されたハイブリッドシステムでは、前記のように、高駆動力要求時にエンジン出力をアシストさせるようになっているが、さらなる省エネルギ化のためには、第２モータジェネレータのみで走行するモータ走行領域を高駆動力側まで拡大することが望まれる。しかし、そのためには、該第２モータジェネレータの大型化が必要となり、これに伴いインバータも大型化することになって、車両搭載性の悪化や車両重量の増大等を招くことになる。

これに対しては、エンジンに接続されたブレーキを設け、該ブレーキを締結してエンジンに連結された遊星歯車機構の回転要素の回転を制止させることにより、第１モータジェネレータの駆動力を駆動軸に出力可能として、該第１モータジェネレータを駆動参加させることが考えられる。これによれば、第２モータジェネレータを大型化せずに、モータ走行領域を高駆動力側まで拡大することができる。

しかし、前記のように、ブレーキを設けて第１モータジェネレータを駆動参加させるように構成した場合、該ブレーキが故障すると、エンジンに連結された遊星歯車機構の回転要素の回転を確実に制止することができず、該第１モータジェネレータを駆動参加させることができないことになり、運転者のアクセル操作による高駆動力要求に対応できなくなる。また、かかる高駆動力要求に第２モータジェネレータの出力で対応しようとすれば、該第２モータジェネレータに過度の負担が加わることとなる。

そこで、本発明は、エンジンと２つのモータジェネレータとを備えた車両のハイブリッドシステムにおいて、モータジェネレータやインバータの大型化を回避しながらモータ走行領域を高駆動力側に拡大することを可能とすると共に、故障発生時にも、運転者のアクセル操作に応じた高駆動力を出力可能とすることを課題とする。

前記課題を解決するため、本願発明は次のように構成したことを特徴とする。
まず、請求項１に係る発明は、
エンジンと、第１、第２モータジェネレータと、コントローラと、リングギヤ、サンギヤ及びキャリヤを備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の前記リングギヤにエンジンが、前記サンギヤに第１モータジェネレータが、前記キャリヤに駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、
オイルポンプから供給される作動油の油圧によって締結され、締結することにより前記リングギヤの回転を制止する油圧式のブレーキと、該ブレーキを駆動するアクチュエータと、前記油圧を検出する油圧センサと、を有し、
前記コントローラは、
全運転領域でモータ走行を実行するモードにおいて、要求駆動力が所定値未満の低要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを解放するように前記アクチュエータを制御すると共に前記第１モータジェネレータを非作動となるように制御し、要求駆動力が前記所定値以上の高要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを締結するように前記アクチュエータを制御すると共に前記第１モータジェネレータを作動となるように制御し、更に、
前記低要求駆動力領域から高要求駆動力領域へ移行したときに、前記油圧センサが検出した油圧に基づいて、前記ブレーキが締結できるか否かを判定し、前記ブレーキを締結できると判定したときは、該ブレーキを締結するように前記アクチュエータを制御すると共に前記第１モータジェネレータを作動するように制御し、前記ブレーキを締結できないと判定したときは、該ブレーキが解放となるように前記アクチュエータを制御して前記エンジンを始動させ、該エンジンによって発電機として駆動される前記第１モータジェネレータの発電電力を前記第２モータジェネレータの駆動に用いる、ように構成されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、
エンジンと、第１、第２モータジェネレータと、リングギヤ、サンギヤ及びキャリヤを備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の前記リングギヤにエンジンが、前記サンギヤに第１モータジェネレータが、前記キャリヤに駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、
オイルポンプから供給される作動油の油圧によって締結され、締結することにより前記リングギヤの回転を制止する油圧式のブレーキと、前記油圧を検出する油圧センサと、を有し、
全運転領域でモータ走行を実行するモードにおいて、要求駆動力が所定値未満の低要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを解放させると共に前記第１モータジェネレータを非作動とし、要求駆動力が前記所定値以上の高要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを締結させると共に前記第１モータジェネレータを作動させる制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記低要求駆動力領域から高要求駆動力領域へ移行したときに、前記油圧センサが検出した油圧に基づいて、前記ブレーキが締結できるか否かを判定し、前記ブレーキを締結できると判定したときは、該ブレーキを締結させると共に前記第１モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを締結できないと判定したときは、該ブレーキを解放して前記エンジンを始動させ、該エンジンによって発電機として駆動される前記第１モータジェネレータの発電電力を前記第２モータジェネレータの駆動に用いることを特徴とする。

前記の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、請求項１に係る発明によれば、駆動軸に連結された第２モータジェネレータを作動させることにより、その出力によって前記駆動軸を介して当該車両が駆動されることになる。また、ブレーキを締結して、差動回転機構における第１回転要素の回転を制止すると共に、第１モータジェネレータを作動させれば、該第１モータジェネレータの出力が前記差動回転機構の第２回転要素から第３回転要素を介して駆動軸に伝達され、車両が第１モータジェネレータの出力によって駆動されることになる。

したがって、低要求駆動力領域では、第２モータジェネレータを作動させ、一方、高要求駆動力領域では、ブレーキを締結し、かつ第１モータジェネレータを作動させれば、車両は、第２モータジェネレータからの駆動力に加えて、第１モータジェネレータからの駆動力によって駆動されることになる。

これにより、第２モータジェネレータやインバータの大型化を回避し、車両搭載性の悪化や車両重量の増大等を抑制しながら、モータ走行領域を高駆動力側まで拡大して、さらなる省エネルギ化を達成することが可能となる。

そして、特にこの発明によれば、低要求駆動力領域から高要求駆動力領域へ移行するときに、ブレーキが締結できないと判定したときは、ブレーキを解放してエンジンを始動させることにより、故障発生時にも、運転者のアクセル操作による高駆動力要求に対応することが可能となる。

また、オイルポンプが故障（電動オイルポンプの場合は電動機の故障を含む）しているとき、オイルポンプから供給される作動油の油圧が所定の値まで上昇しないため、ブレーキが確実に締結されない。したがって、前記作動油の油圧を検出することにより、ブレーキが締結できるか否かを判定することが可能となる。

また、請求項２に係る発明によれば、前記の請求項１で説明した効果と同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステムの構造を示す骨子図である。同システムの制御ブロック図である。制御領域を示すマップである。制御動作を示すフローチャートである。駆動力制御機構の各領域における制御状態を示す模式図である。他の制御例を示す駆動力制御機構の模式図である。車両の走行例を示すタイムチャートであり、図７（ａ）はエンジンブレーキを締結できる場合の例を、図７（ｂ）は締結できない場合の例をそれぞれ示す。エンジンブレーキを締結できない場合の駆動力制御機構の状態を示す模式図である。

以下、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係るハイブリッドシステムの構造を示すもので、このシステムは、電動機及び発電機として作動する第１モータジェネレータ（以下、「第１ＭＧ」と記す）１と、同じく電動機及び発電機として作動する第２モータジェネレータ（以下、「第２ＭＧ」と記す）２と、エンジン３と、前記第１、第２ＭＧ１、２及びエンジン３が連結された駆動力制御機構４と、該駆動力制御機構４の出力により駆動される差動装置５とを有し、該差動装置５から左右に延びる車軸６、６に駆動輪（図示せず）が連結されている。なお、前記エンジン３と駆動力制御機構４との間にはダンパ７が介設されている。

前記駆動力制御機構４は、回転要素として、リングギヤ１１、サンギヤ１２及びキャリヤ１３を有する遊星歯車機構１０を有し、該遊星歯車機構１０のリングギヤ１１に、前記エンジン３が前記ダンパ７及び第１伝動軸２１を介して連結され、サンギヤ１２に、第２伝動軸２２を介して前記第１ＭＧ１が連結され、キャリヤ１３に、伝動歯車列２３を介して出力軸２４が連結されている。

また、前記第２ＭＧ２が第３伝動軸２５及び減速歯車列２６を介して前記出力軸２４に連結され、該出力軸２４が終減速歯車列２７を介して前記差動装置５に連結されている。なお、この出力軸２４は、特許請求の範囲における「駆動軸」に相当する。

さらに、駆動力制御機構４には、動力伝達経路切換用の摩擦締結要素として、前記遊星歯車機構１０のリングギヤ１１と該駆動力制御機構４のケース４ａとの間に配置され、締結時にリングギヤ１１の回転、即ちエンジン３の回転を制止するエンジンブレーキ４１と、前記サンギヤ１２とキャリヤ１３との間に配置され、締結時に該サンギヤ１２とキャリヤ１３とを結合する直結クラッチ４２と、前記サンギヤ１２とケース４ａとの間に配置され、締結時にサンギヤ１２の回転を制止する減速ブレーキ４３とが備えられている。

これらの摩擦締結要素４１〜４３は、それぞれ油圧アクチュエータ（図示せず）を有し、油圧制御回路４４（図２参照）から作動油による油圧が供給されたときに締結され、該油圧が排出されたときに解放されるようになっている。そして、油圧制御回路４４には、オイルポンプ４５から作動油が供給される。該オイルポンプ４５は、後述する駆動力制御モジュール６２からの制御信号に応じた油圧で作動油を供給する。

また、図２に示すように、このハイブリッドシステムはコントローラ５０を有し、該コントローラ５０に、当該車両の車速を検出する車速センサ５１からの信号、アクセルペダルの踏み込み量、換言すれば要求駆動力を検出するアクセルセンサ５２からの信号、エンジン３の回転数を検出するエンジン回転数センサ５３からの信号、バッテリ５４の残容量を検出する残容量センサ５５からの信号、及び、油圧制御回路４４を介してオイルポンプ４５から油圧アクチュエータに供給される作動油の油圧を検出する油圧センサ５６からの信号が入力されるようになっている。

そして、コントローラ５０は、前記各信号が示す車両の状態に応じて、エンジン３の作動を制御するエンジン制御モジュール６１と、前記油圧制御回路４４を介して摩擦締結要素４１〜４３を締結または解放させることにより前記駆動力制御機構４の動力伝達状態を制御する駆動力制御モジュール６２と、前記油圧制御回路４４に作動油を供給するオイルポンプ４５と、前記第１、第２ＭＧ１、２の作動及び前記バッテリ５４の充放電を制御するインバータ６３とに、それぞれ制御信号を出力するようになっている。

なお、このコントローラ５０には、図示しないが、以上のセンサの他、減速回生制御のためのブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキセンサ等の各種のセンサやスイッチからの信号も入力される。また、前記エンジン制御モジュール６１と駆動力制御モジュール６２とを一体化し、単一の制御モジュールでエンジン３の制御と摩擦要素４１〜４３の制御とを行うようにしてもよい。

次に、前記コントローラ５０によるハイブリッドシステムの制御動作について説明する。

図３に示すように、このハイブリッドシステムでは、駆動力制御モードとして、チャージ・ディプリーティングモード（以下、「ＣＤモード」と記す）と、チャージ・サステイニングモード（以下、「ＣＳモード」と記す）とが設定されている。

ＣＤモードは、バッテリ５４の残容量が所定量以上の場合に選択されるモードであって、省エネルギ性を重視して当該車両の全運転領域でモータ走行が実施されるモードであり、図３（ａ）に示すように、運転領域が、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１（所定車速以上では車速の関数）未満の低駆動力領域Ａ１と、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１以上の高駆動力領域Ａ２とに分割されている。そして、低駆動力領域Ａ１では第２ＭＧ２の駆動力のみで走行し、高駆動力領域Ａ２では第１、第２ＭＧ１、２の駆動力で走行するようになっている。

一方、ＣＳモードは、バッテリ５４の残容量が前記所定量未満の場合に選択されるモードであって、運転領域が、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１より大きい第２所定駆動力Ｆ２未満で、車速が所定車速Ｖ（要求駆動力の関数）未満のモータ走行領域Ａと、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２未満で、車速が前記所定車速Ｖ以上のエンジン走行領域Ｂと、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２以上のエンジン・モータ併用走行領域Ｃとに分割されている。

そして、前記モータ走行領域Ａは、さらに要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１未満の低駆動力領域Ａ１’と、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１以上の高駆動力領域Ａ２’とに分割され、前記ＣＤモードと同様、低駆動力領域Ａ１’では、第２ＭＧ２の駆動力のみで走行し、高駆動力領域Ａ２’では、第１、第２ＭＧ１、２の駆動力で走行するようになっている。

また、前記エンジン走行領域Ｂは、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２より小さい第３所定駆動力Ｆ３未満の低駆動力領域Ｂ１と、要求駆動力が該第３所定駆動力Ｆ３以上の高駆動力領域Ｂ２とに分割され、低駆動力領域Ｂ１では、エンジン出力をそのまま車両の駆動力として走行し、高駆動力領域Ｂ２では、エンジン出力を増大させて（回転数を減速して）走行するようになっている。

以上の構成において、コントローラ５０は、残容量センサ５５からバッテリ５４の残容量を取得し、ＣＤモードとＣＳモードのいずれか一方のモードを選択すると共に、車速センサ５１及びアクセルセンサ５２からの信号が示す車速と要求駆動力とに基づき、現在の運転状態が図３に示すいずれの運転領域に属するかを判定する。

そして、それぞれの領域に応じた走行状態となるように、前記エンジン制御モジュール６１、駆動力制御モジュール６２及びインバータ６３にそれぞれ制御信号を出力し、第１、第２ＭＧ１、２の作動、エンジン３の作動、駆動力制御機構４におけるエンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２、減速ブレーキ４３の締結、解放の制御を行うようになっている。

なお、前記のように、直結クラッチ４２は、遊星歯車機構１０のサンギヤ１２とキャリヤ１３との間に配置されているところ（図１参照）、図５では、便宜上、リングギヤ１１とサンギヤ１２との間に直結クラッチ４２を図示しているが、いずれの場合でも同様の作用を奏する。

次に、前記モードと運転領域とに応じた駆動力制御の具体的動作を、図４のフローチャートと、図５の駆動力制御機構４の動力伝達状態を示す模式図とを用いて説明する。

まず、コントローラ５０は、フローチャートのステップＳ１で、前記センサ５１〜５３、５５からの信号を入力し、ステップＳ２で、バッテリ５４の残容量に応じてＣＤモード又はＣＳモードのいずれかのモードを選択する。

そして、全運転領域でモータ走行を実行するＣＤモードを選択したときは、次にステップＳ３で、アクセルセンサ５２から信号で示される運転者の要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上か否かを判定し、該第１所定駆動力Ｆ１未満で、運転状態が図３（ａ）の低駆動力領域Ａ１にあるときは、ステップＳ４〜Ｓ６に従い、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放する。

このとき、図５（ａ）に示すように、遊星歯車機構１０のリングギヤ１１とサンギヤ１２はフリーな状態となり、駆動力制御機構４は、第２ＭＧ２からの駆動力のみを減速歯車列２６を介して出力軸２４に出力可能な状態となる。したがって、コントローラ５０は、ステップＳ７で、第２ＭＧ２のみを作動させ、車両は第２ＭＧからの駆動力によって駆動される。

また、前記ステップＳ３で、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上と判定され、運転状態が図３（ａ）の高駆動力領域Ａ２にあるときは、コントローラ５０は、ステップＳ８で、油圧センサ５６から出力された信号を基に、エンジンブレーキ４１が締結できるか否かを判定する。エンジンブレーキ４１を締結できると判定したときは、コントローラ５０は、ステップＳ９〜Ｓ１１に従い、エンジンブレーキ４１を締結し、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３を解放する。

ここで、油圧センサ５６は、油圧制御回路４４を介してオイルポンプ４５から油圧アクチュエータに供給される作動油の油圧を検出する。オイルポンプ４５が故障している場合には、該油圧の大きさが所定値に達しないため、エンジンブレーキ４１が確実に締結されない。したがって、コントローラ５０は、前記油圧の大きさが所定値に達していない場合には、エンジンブレーキ４１を締結できないと判定する。

なお、本発明において、エンジンブレーキ４１の「故障」は、該エンジンブレーキ４１が完全に締結されていない状態に加えて、締結が不完全な状態も含むものとする。

このとき、図５（ｂ）に示すように、駆動力制御機構４においては、遊星歯車機構１０におけるリングギヤ１１の回転が制止されることにより、第１ＭＧ１の出力をサンギヤ１２及びキャリヤ１３を介して出力軸２４に伝達可能な状態となり、コントローラ５０は、ステップＳ１２で、第２ＭＧ２に加えて第１ＭＧ１も作動させる。これにより、出力軸２４には、第２ＭＧ２からの駆動力に加えて第１ＭＧ１からの駆動力も出力され、車両は要求された高駆動力で走行することになる。

そして、ステップＳ８で、エンジンブレーキ４１を締結できないと判定されたときは、後述するステップＳ２４〜Ｓ２６に従い、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放し、ステップＳ２７〜Ｓ３０を経てエンジン３を始動させ、ステップＳ３１で、第１ＭＧ１の発電電力を用いて第２ＭＧ２を駆動する。これにより、出力軸２４には、エンジン３と第２ＭＧ２とにより、第１所定駆動力Ｆ１以上の目標駆動力に制御された駆動力が出力されることになる。つまり、エンジンブレーキ４１を締結して第１ＭＧ１を作動させることで出力されるべき駆動力が、エンジン３により補償される。したがって、ステップＳ３２として、車両は要求に応じた高駆動力で走行することになる。

一方、ＣＳモードを選択したときは、コントローラ５０は、ステップＳ１３で、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１より大きな第２所定駆動力Ｆ２以上か否かを判定し、該第２所定駆動力Ｆ２未満の場合は、さらにステップＳ１４で、車速が所定車速Ｖ以上か否かを判定する。そして、車速が所定車速Ｖ未満のときは、ＣＤモードの場合と同様、前記ステップＳ３〜Ｓ１２によるモータ走行制御を実行する。

つまり、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１未満で、運転状態が図３（ｂ）の低駆動力領域Ａ１’にあるときは、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放し、第２ＭＧからの駆動力のみによって車両を駆動し（ステップＳ７）、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上で、運転状態が高駆動力領域Ａ２’にあるときは、エンジンブレーキ４１を締結し、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３を解放して、第２ＭＧ２からの駆動力に、第１ＭＧ１からの駆動力を加えて車両を駆動する（ステップＳ１２）。

このとき、ステップＳ８で、エンジンブレーキ４１を締結できないと判定された場合は、前記のＣＤモードの場合と同様、ステップＳ２４〜Ｓ３２のエンジン・モータ併用走行制御を実行する。

また、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２未満で、車速が所定車速Ｖ以上のとき、即ち、運転状態が図３（ｂ）のエンジン走行領域Ｂにあるときは、ステップＳ１５〜Ｓ２３のエンジン走行制御を実行し、まず、ステップＳ１５で、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２より小さな第３所定駆動力Ｆ３以上か否かを判定する。

そして、要求駆動力が第３所定駆動力Ｆ３未満で、運転状態が図３（ｂ）の低駆動力領域Ｂ１にあるときは、ステップＳ１６〜Ｓ１８に従い、エンジンブレーキ４１及び減速ブレーキ４３を解放し、直結クラッチ４２を締結する。

これにより、図５（ｃ）に示すように、駆動力制御機構４において、遊星歯車機構１０はリングギヤ１１とサンギヤ１２とが結合され、全体が一体回転する状態となる。そして、この状態でエンジン３を作動させれば、該エンジン３の出力は増大されることなく、キャリヤ１３を介して出力軸２４にそのまま出力される。したがって、ステップＳ１９でエンジン３を作動させることにより、車両はエンジン３の出力によって直接駆動されることになる。

また、前記ステップＳ１５で、要求駆動力が第３所定駆動力Ｆ３以上と判定され、運転状態が図３（ｂ）の高駆動力領域Ｂ２にあるときは、ステップＳ２０〜Ｓ２２に従い、エンジンブレーキ４１及び直結クラッチ４２を解放し、減速ブレーキ４３を締結する。

このとき、図５（ｄ）に示すように、駆動力制御機構４の遊星歯車機構１０は、サンギヤ１２の回転が制止されることにより、エンジン３の出力は、リングギヤ１１からキャリヤ１３を介して出力軸２４へ増大されて（減速されて）出力される。したがって、ステップＳ２２でエンジンを作動させることにより、車両は前記低駆動力領域Ｂ１の場合に比べて、大きな駆動力でエンジン走行することになる。

さらに、前記ステップＳ１３で、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２以上と判定され、運転状態が、図３（ｂ）のエンジン・モータ併用走行領域Ｃにあるときは、コントローラ５０は、まず、ステップＳ２４〜Ｓ２６に従い、エンジンブレーキ４１、直結クラッチ４２及び減速ブレーキ４３をいずれも解放する。

そして、次にステップＳ２７で、車速とアクセル踏み込み量とから、出力軸２４に出力すべき目標駆動力を決定し、ステップＳ２８で、予め設定されたエンジンの燃費率マップから燃費率が最も低くなるエンジン３の出力と回転数とを読み出し、これらを目標出力及び目標回転数として決定する。そして、ステップＳ２９で、この目標出力となるように、エンジン３にスロットル開度指令を出力する。

また、ステップＳ３０で、前記目標出力のもとでエンジン回転数が前記目標回転数となるように、エンジン３に作用する第１ＭＧ１の負荷、即ち第１ＭＧ１の発電量を決定し、エンジン３により、この発電量が得られるように第１ＭＧ１を作動させる。

このとき、エンジン３の出力は、一部が遊星歯車機構１０のキャリヤ１３を介して出力軸２４に出力されると共に、他の一部はサンギヤ１２を介して第１ＭＧ１を駆動し、該第１ＭＧ１を発電機として作動させる。そして、ステップＳ３１で、前記第１ＭＧ１の発電電力を用いて第２ＭＧ２を駆動する。

その場合に、第２ＭＧ２から出力軸２４に出力される駆動力と、前記目標出力に対応するエンジン３から出力軸２４に出力される駆動力との和が前記目標駆動力となるように、第２ＭＧ２を駆動する電力の過不足がインバータ６３を介してバッテリ５４との間で調整される。

これにより、出力軸２４には、エンジン３と第２ＭＧ２とにより、第２所定駆動力Ｆ２以上の目標駆動力に制御された駆動力が出力されることになり、ステップＳ３２として、車両は要求に応じた大きな駆動力で走行することになる。

なお、前記ステップＳ１９、Ｓ２３のエンジン直結走行制御及びエンジン減速走行制御においては、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、第１、第２ＭＧ１、２を非作動としたが、図６（ｃ’）に示すように、エンジン直結走行制御では、第１ＭＧ１及び／又は第２ＭＧ２を電動機として作動させて、これらの駆動力をエンジン３の駆動力に付加して出力軸２４に出力してもよい。また、第１ＭＧ１及び／又は第２ＭＧ２を発電機として作動させることも可能である。

また、図６（ｄ’）に示すように、エンジン減速走行制御においては、第２ＭＧ２を電動機として作動させて、その駆動力をエンジン３の駆動力に付加して出力軸２４に出力してもよい。また、この第２ＭＧ２を発電機として作動させることも可能である。

さらに、ステップＳ３０のエンジン・モータ併用走行状態では、図５（ｅ）に示すように、第１ＭＧ１を発電機として作動させ、その発電電力を用いて第２ＭＧ２を駆動するようにしたが、図６（ｅ’）に示すように、第２ＭＧ２を発電機として作動させ、その発電電力を用いて第１ＭＧ１を駆動し、その駆動力をエンジン３の駆動力に付加するようにしてもよい。

以上、本実施形態では、コントローラ５０は、ステップＳ８で、油圧センサ５６が出力する信号を基に、エンジンブレーキ４１が締結できるか否かを判定するとしたが、オイルポンプ４５に油圧計が取り付けられ、該油圧計が検出する、油圧アクチュエータに供給される作動油の油圧の値がコントローラ５０に出力される場合には、該作動油の油圧を基にエンジンブレーキ４１が締結できるか否かを判定するとしてもよい。また、前記油圧の値が所定値未満になったときに出力を生じる油圧スイッチがオイルポンプ４５に取り付けられ、該油圧スイッチがコントローラ５０に接続されている場合には、コントローラ５０は、油圧スイッチの出力を基にエンジンブレーキ４１が締結できるか否かを判定するとしてもよい。

また、オイルポンプ４５が電動オイルポンプであり、該電動オイルポンプの電動機の回転数の検出値がコントローラ５０に出力される場合には、該回転数を基に、前記エンジンブレーキ４１が締結できるか否かを判定するとしてもよい。

次に、当該車両の走行時における具体的な駆動制御例を、図７のタイムチャートを用いて説明する。

まず、図７にタイムチャートを示す制御例では、符号ａで示すように、車両の発進時、アクセルペダルの踏み込み量が比較的小さく、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１未満であり（領域Ａ１）、したがって、第２ＭＧ２のみが作動し、車両は該第２ＭＧ２のみの駆動力によって比較的緩やかに発進する。

その後、アクセルペダルが大きく踏み込まれ、図７に符号ｂで示すように、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１以上となると（領域Ａ２）、エンジンブレーキ４１の故障が無い場合には（図７（ａ））、エンジンブレーキ４１が締結されると共に第１ＭＧ１も作動し、第１、第２ＭＧ１、２の駆動力により、車両は発進直後よりも大きな加速力で走行する。

一方、エンジンブレーキ４１の故障が有る場合には（図７（ｂ））、エンジンブレーキ４１は締結されず、エンジン３が作動すると共に、このエンジン３の出力を出力軸２４に出力させるために第１ＭＧ１が発電機として作動し、その発電電力を用いて第２ＭＧ２が駆動される。したがって、車両はエンジン３の駆動力と第２ＭＧ２の駆動力とで駆動され、エンジン・モータ併用走行状態となる。

なお、エンジン３の始動は、図７（ｂ）に符号ｄで示すように、第１ＭＧ１を始動用電動機として作動させることにより行われ、その後、前記のように、第１ＭＧ１を発電機として作動させる。

そして、車速の上昇に伴ってアクセルペダルの踏み込みが緩められ、要求駆動力が前記第１所定駆動力Ｆ１未満に低下すれば（領域Ａ１）、前記エンジンブレーキ４１が解放されると共に第１ＭＧ１が非作動とされ、これにより、車両は再び第２ＭＧ２の駆動力のみで走行する状態となる。

以下、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１未満か以上かに応じて、車両は第２ＭＧ２のみで駆動される状態か、これに第１ＭＧ１の駆動力が付加される状態のいずれかで走行する。ここで、エンジンブレーキ４１を締結できないときは、第１ＭＧ１の駆動力は付加されず、車両は、エンジン３の駆動力と第２ＭＧ２の駆動力とで駆動される状態で走行する。そして、減速時には、符号ｃで示すように、第２ＭＧ２が発電機として作動し、減速回生を行う。

なお、図７では、ＣＤモードでの走行中に、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上となり、領域Ａ１から領域Ａ２へ移行した場合を説明したが、ＣＳモードでの低車速走行中に、要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上となり、領域Ａ１’から領域Ａ２’へ移行する場合も同様である。

以上のように、この実施形態に係るハイブリッドシステムによれば、エンジン３の始動用電動機として、また、エンジン・モータ併用走行領域Ｃにおいて第２ＭＧ２への電力供給用発電機として用いられる第１ＭＧ１が、ＣＳモードにおけるモータ走行領域Ａの高駆動力領域Ａ２’において、第２ＭＧ２と共に車両駆動用として用いられる。したがって、第２ＭＧ２の大型化を回避しながら、モータ走行領域Ａが高駆動力側まで拡大されることになる。

さらに、ＣＤモードで低駆動力領域Ａ１から高駆動力領域Ａ２へ移行するとき、或はＣＳモードで低駆動力領域Ａ１’から高駆動力領域Ａ２’へ移行するときに、エンジンブレーキ４１が締結できるか否かが判定され、エンジンブレーキ４１を締結できない場合は、エンジン３を作動させてエンジン・モータ併用走行が行われる。したがって、エンジンブレーキ４１が故障している場合でも、運転者のアクセル操作に応じた高駆動力が出力されることになる。

次に、図８を用いて本発明の参考形態について説明する。

第１実施形態において、コントローラ５０は、ステップＳ８で、油圧センサ５６が出力する信号を基に、エンジンブレーキ４１が締結できるか否かを判定した。一方、本参考形態では、コントローラ５０は、エンジン回転数センサ５３が出力するエンジン３の回転数を基に、前記エンジンブレーキ４１が締結できるか否かを判定する。その他の構成は、第１実施形態と同様であり、同一の符号を付して、説明は省略する。

エンジンブレーキ４１が故障して締結されない場合、図８に示すように、エンジン３は作動せず、第１ＭＧ１が駆動し、該第１ＭＧ１の出力がサンギヤ１２及びキャリヤ１３を介して出力軸２４に伝達されることになるが、遊星歯車機構１０の構造上、リングギヤ１１の回転は完全に静止することなく、エンジン３が所定の回転数で回転する。

これにより、エンジン回転数センサ５３が出力するエンジン３の回転数を基に、エンジンブレーキ４１が締結できるか否かが判定され、エンジンブレーキ４１を締結できないと判定されたときは、エンジン３を作動させてエンジン・モータ併用走行が行われる。したがって、本参考形態においても、エンジンブレーキ４１が故障している場合でも、運転者のアクセル操作に応じた高駆動力が出力されることになる。

本願発明は、エンジンと２つのモータジェネレータとを備えた車両のハイブリッドシステムにおいて、該システムの車両搭載性や車両重量の増大を抑制しながら、さらなる省エネルギ化が可能となるので、この種の車両の製造産業分野において、好適に利用される可能性がある。

１第１モータジェネレータ（第１ＭＧ）
２第２モータジェネレータ（第２ＭＧ）
３エンジン
１０差動回転機構（遊星歯車機構）
１１第１回転要素（リングギヤ）
１２第２回転要素（サンギヤ）
１３第３回転要素（キャリヤ）
４１ブレーキ（エンジンブレーキ）
５０コントローラ
５３エンジン回転数センサ
５４オイルポンプ
５６油圧センサ

Claims

エンジンと、第１、第２モータジェネレータと、コントローラと、リングギヤ、サンギヤ及びキャリヤを備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の前記リングギヤにエンジンが、前記サンギヤに第１モータジェネレータが、前記キャリヤに駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、
オイルポンプから供給される作動油の油圧によって締結され、締結することにより前記リングギヤの回転を制止する油圧式のブレーキと、該ブレーキを駆動するアクチュエータと、前記油圧を検出する油圧センサと、を有し、
前記コントローラは、
全運転領域でモータ走行を実行するモードにおいて、要求駆動力が所定値未満の低要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを解放するように前記アクチュエータを制御すると共に前記第１モータジェネレータを非作動となるように制御し、要求駆動力が前記所定値以上の高要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを締結するように前記アクチュエータを制御すると共に前記第１モータジェネレータを作動となるように制御し、更に、
前記低要求駆動力領域から高要求駆動力領域へ移行したときに、前記油圧センサが検出した油圧に基づいて、前記ブレーキが締結できるか否かを判定し、前記ブレーキを締結できると判定したときは、該ブレーキを締結するように前記アクチュエータを制御すると共に前記第１モータジェネレータを作動するように制御し、前記ブレーキを締結できないと判定したときは、該ブレーキが解放となるように前記アクチュエータを制御して前記エンジンを始動させ、該エンジンによって発電機として駆動される前記第１モータジェネレータの発電電力を前記第２モータジェネレータの駆動に用いる、ように構成されていることを特徴とするハイブリッドシステム。
エンジンと、第１、第２モータジェネレータと、リングギヤ、サンギヤ及びキャリヤを備えた差動回転機構とを有し、該差動回転機構の前記リングギヤにエンジンが、前記サンギヤに第１モータジェネレータが、前記キャリヤに駆動軸がそれぞれ連結され、かつ、該駆動軸に前記第２モータジェネレータが連結されたハイブリッドシステムであって、
オイルポンプから供給される作動油の油圧によって締結され、締結することにより前記リングギヤの回転を制止する油圧式のブレーキと、前記油圧を検出する油圧センサと、を有し、
全運転領域でモータ走行を実行するモードにおいて、要求駆動力が所定値未満の低要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを解放させると共に前記第１モータジェネレータを非作動とし、要求駆動力が前記所定値以上の高要求駆動力領域では、前記第２モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを締結させると共に前記第１モータジェネレータを作動させる制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記低要求駆動力領域から高要求駆動力領域へ移行したときに、前記油圧センサが検出した油圧に基づいて、前記ブレーキが締結できるか否かを判定し、前記ブレーキを締結できると判定したときは、該ブレーキを締結させると共に前記第１モータジェネレータを作動させ、前記ブレーキを締結できないと判定したときは、該ブレーキを解放して前記エンジンを始動させ、該エンジンによって発電機として駆動される前記第１モータジェネレータの発電電力を前記第２モータジェネレータの駆動に用いることを特徴とするハイブリッドシステム。