JP6145968B2

JP6145968B2 - ハイブリッドシステム

Info

Publication number: JP6145968B2
Application number: JP2012118865A
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: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: JP2013244794A

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モータジェネレター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。

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し、これにより、省エネルギ性と車両搭載性等に優れたハイブリッドシステムを実現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、３つの回転要素を備えた差動回転機構と、コントローラとを有し、前記差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素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、締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するエンジンブレーキと、該エンジンブレーキを駆動するアクチュエータと、締結することにより前記エンジンの出力を前記差動回転機構で減速することなく駆動軸側に伝達させる直結クラッチと、を有し、前記コントローラは、車両の所定運転領域で、前記エンジン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させるように制御し、かつ、前記エンジンの出力を駆動軸に伝達して走行するエンジン走行領域における所定の領域において前記直結クラッチを締結するように制御す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、３つの回転要素を備えた差動回転機構と、コントローラとを有し、前記差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素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、締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するエンジンブレーキと、該エンジンブレーキを駆動するアクチュエータと、締結することにより前記エンジンの出力を前記差動回転機構で減速することなく駆動軸側に伝達させる直結クラッチと、締結することにより前記エンジンの出力を前記差動回転機構で減速して駆動軸側に伝達させる減速ブレーキと、を有し、前記コントローラは、車両の所定運転領域で、前記エンジン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させるように制御し、かつ、前記エンジンの出力を駆動軸に伝達して走行するエンジン走行領域において、要求駆動力が所定駆動力未満の低駆動力領域では、前記エンジンブレーキ及び減速ブレーキを解放すると共に前記直結クラッチを締結し、要求駆動力が前記所定駆動力以上の高駆動力領域では、前記エンジンブレーキ及び直結クラッチを解放すると共に前記減速ブレーキを締結するように制御することを特徴とする。

また、請求項３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、３つの回転要素を備えた差動回転機構と、コントローラとを有し、前記差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素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、締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するエンジンブレーキと、該エンジンブレーキを駆動するアクチュエータと、締結することにより前記エンジンの出力を前記差動回転機構で減速することなく駆動軸側に伝達させる直結クラッチと、締結することにより前記エンジンの出力を前記差動回転機構で減速して駆動軸側に伝達させる減速ブレーキと、を有すると共に、前記第１、第２モータジェネレータの少なくとも一方の駆動力で走行するモータ走行領域と、前記エンジンの出力を駆動軸に伝達して走行するエンジン走行領域とが設けられ、前記コントローラは、前記モータ走行領域において、要求駆動力が所定値以上の所定運転領域では、前記第２モータジェネレータを作動させると共に、前記エンジンブレーキを締結し、かつ第１モータジェネレータを作動させるように制御し、前記所定運転領域より低要求駆動力側の領域では、前記第２モータジェネレータを作動させると共に、前記エンジンブレーキを解放し、かつ前記第１モータジェネレータを非作動となるように制御し、前記エンジン走行領域において、要求駆動力が所定駆動力未満の低駆動力領域では、前記エンジンブレーキ及び減速ブレーキを解放すると共に前記直結クラッチを締結し、要求駆動力が前記所定駆動力以上の高駆動力領域では、前記エンジンブレーキ及び直結クラッチを解放すると共に前記減速ブレーキを締結するように制御することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記所定運転領域は、要求駆動力が所定値以上の領域であり、前記コントローラは、前記所定運転領域より低要求駆動力側の領域では、前記エンジンブレーキを解放するように前記アクチュエータを制御し、かつ前記第１モータジェネレータを非作動となるように制御し、前記第２モータジェネレータを作動させるように制御する一方、前記所定運転領域では、前記第２モータジェネレータを作動させるように制御し、前記エンジンブレーキを締結するように前記アクチュエータを制御し、かつ第１モータジェネレータを作動させるように制御する、ように構成されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記コントローラは、前記エンジン走行領域から前記所定運転領域へ移行するときに、前記エンジンを停止させるように制御すると共に前記エンジンブレーキを締結するように前記アクチュエータを制御して第１回転要素の回転を制止し、その後、前記第１モータジェネレータを作動開始させるように制御する、ように構成されていることを特徴とする。
そして、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記コントローラは、前記エンジン走行領域から前記所定運転領域へ移行するときに、エンジンの停止により前記第１回転要素の回転数が所定回転数以下に低下した後、前記エンジン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、ように構成されて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から請求項３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、エンジン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ることになり、したがって、所定運転領域において、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。

そして、特に、前記所定運転領域が高駆動力が要求される領域である場合に、この領域で、第２モータジェネレータを作動させながら、前記のようにエンジンブレーキを締結し、かつ第１モータジェネレータを作動させれば、駆動軸には第２モータジェネレータからの駆動力と第１モータジェネレータからの駆動力とが出力されることになる。

その場合に、第１モータジェネレータが主としてエンジン始動用電動機や発電機として用いられ、第２モータジェネレータが主として走行用電動機として用いられる場合に、第１モータジェネレータが走行用電動機として駆動に参加することになり、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。

また、請求項４に係る発明によれば、前記所定運転領域が、要求駆動力が所定値以上の領域である場合に、この所定運転領域より低要求駆動力側の領域では、車両は第２モータジェネレータからの駆動力のみで駆動されることになり、前記所定運転領域では、第２モータジェネレータからの駆動力と第１モータジェネレータからの駆動力とによって駆動されることになる。

つまり、第１モータジェネレータは、要求駆動力が所定値以上の高駆動力要求時にのみ作動することになり、したがって、モータ走行領域を高要求駆動力側へ拡大しながら、要求駆動力が低い場合に第１モータジェネレータを作動させることによる効率の悪化が回避されることになる。

また、請求項５に係る発明によれば、前記のようなモータ走行領域の他に、エンジンの出力を駆動軸に伝達して走行するエンジン走行領域が設けられている場合に、このエンジン走行領域からモータ走行領域中の前記所定運転領域へ移行するときに、エンジンを停止させ、かつ前記エンジンブレーキを締結して差動回転機構の第１回転要素の回転を制止させた後、第１モータジェネレータを作動開始させるので、該第１モータジェネレータの出力は、前記差動回転機構の第２回転要素から第３回転要素を介して確実に駆動軸に伝達されることになる。

つまり、差動回転機構の第１回転要素の回転が制止されていな状態で第１モータジェネレータを作動させると、該第１モータジェネレータが空転し、もしくは回転が不安定となるが、前記エンジンブレーキにより第１回転要素の回転を制止させた後に、第１モータジェネレータを作動開始させることにより、該第１モータジェネレータの出力が確実に駆動軸に伝達され、これにより、エンジン走行領域から第１モータジェネレータを作動させる前記所定運転領域へ、運転状態が確実かつ円滑に移行することになる。

さらに、請求項６に係る発明によれば、前記のように、エンジン走行領域からモータ走行領域中の所定運転領域へ移行する場合において、前記エンジンブレーキを締結するときに、エンジンの停止により前記第１回転要素の回転数が所定回転数以下に低下した後に該エンジンブレーキが締結されるので、エンジン回転数ないし第１回転要素の回転数が十分低下する前にエンジンブレーキを締結することによる該エンジンブレーキの劣化が抑制される。

本発明の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。ＣＤモードでの走行例を示すタイムチャートであるＣＳモードでの走行例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の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）から作動圧が供給されたときに締結され、作動圧が排出されたときに解放されるようになっている。

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、及び、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を配置したが、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〜Ｓ１０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Ｓ１１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。

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Ｓ１２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Ｓ１３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〜Ｓ１１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Ｓ１１）。

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Ｓ１４〜Ｓ２１のエンジン走行制御を実行し、まず、ステップＳ１４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Ｓ１５〜Ｓ１７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Ｓ１８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Ｓ１４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Ｓ１９〜Ｓ２１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Ｓ１２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Ｓ２３〜Ｓ２５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Ｓ２６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Ｓ２７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Ｓ２８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Ｓ２９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Ｓ３０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Ｓ３１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Ｓ１８、Ｓ２２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。

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、図８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ＣＤモードにおいて、この制御例では、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、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。

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。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。

一方、図８にタイムチャートを示すＣＳモードでは、発進時、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未満で、車速が所定車速Ｖ未満の間（領域Ａ１’、Ａ２’）、前記ＣＤモードの場合と同様、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、エンジンブレーキ４１が締結されて、第２ＭＧ２の駆動力に第１ＭＧ１の駆動力が付加される状態のいずれかで、モータ走行を行う。図例では、発進直後は第１、第２ＭＧ１、２の駆動力で発進し、その後、第２ＭＧ２の駆動力のみで走行する。

その後、アクセルペダルが大きく踏み込まれ、符合ｄで示すように、要求駆動力が前記第２所定駆動力Ｆ２以上となると（領域Ｃ）、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の作動開始は、符号ｅ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、このエンジン・モータ併用走行により、車速が上昇して前記所定車速Ｖ以上となり、かつ要求駆動力が低下して前記第２所定駆動力Ｆ２未満となると、車両はエンジン走行状態に移行する。

その際、要求駆動力が第３所定駆動力Ｆ３以上の間は（領域Ｂ２）、減速ブレーキ４３が締結されることにより、エンジン３の出力が増大されて出力軸２４に出力され、要求駆動力がさらに低下して前記第３所定駆動力Ｆ３未満となると（領域Ｂ１）、前記減速ブレーキ４３が解放されると共に、直結ブレーキ４２が締結されて、エンジン３の出力がそのまま出力軸２４に出力される。

このようにして、エンジン走行領域Ｂで、要求駆動力の大きさに応じた駆動力でエンジン走行が行われる。そして、このＣＳモードにおいても、減速時には、符号ｆで示すように、車速が所定車速Ｖ未満となった後、第２ＭＧ２が発電機として作動し、減速回生を行う。

ところで、エンジン・モータ併用走行領域Ｃにおいて、車速が所定車速Ｖ未満で走行しているものとし、この状態で要求駆動力が第２所定駆動力Ｆ２未満に低下すると、運転領域がモータ走行領域Ａに移行し、エンジン３が非作動となる。このとき、低下した要求駆動力が第１所定駆動力Ｆ１以上であると、運転領域はモータ走行領域Ａの高駆動力領域Ａ２’となり、第２ＭＧ２に加えて第１ＭＧ１も作動を開始する。

その場合、まず、エンジン３が燃料供給及び点火が停止されて非作動とされ、その後、エンジン回転数が所定回転数まで低下したときに、符号ｇで示すように、エンジンブレーキ４１の締結制御が開始される。したがって、エンジン回転数ないし遊星歯車機構１０のリングギヤ１１の回転数が十分低下する前にエンジンブレーキ４１を締結することによる該ブレーキ４１の劣化が抑制されることになる。

そして、エンジンブレーキ４１の締結制御が開始された後、所定時間ｔが経過し、該エンジンブレーキ４１により遊星歯車機構１０のリングギヤ１１の回転が完全に制止された後に、符号ｈで示すように、第１ＭＧ１が作動を開始する。

これにより、第１ＭＧ１の出力は、遊星歯車機構１０のサンギヤ１２からキャリヤ１３を介して確実に出力軸２４に伝達され、エンジン・モータ併用走行状態から、第２ＭＧ２に加えて第１ＭＧ１も作動するモータ走行状態への移行が、確実かつ円滑に行われることになる。

なお、この制御は、エンジン３が作動するエンジン走行領域Ｂから、モータ走行領域Ａの第１ＭＧ１が作動する高駆動力領域Ａ２’へ移行する場合にも、同様に行われる。

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’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。

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、制御手段

Claims

エンジンと、第１、第２モータジェネレータと、３つの回転要素を備えた差動回転機構と、コントローラとを有し、前記差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素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、
締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するエンジンブレーキと、
該エンジンブレーキを駆動するアクチュエータと、
締結することにより前記エンジンの出力を前記差動回転機構で減速することなく駆動軸側に伝達させる直結クラッチと、を有し、
前記コントローラは、車両の所定運転領域で、前記エンジン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させるように制御し、かつ、前記エンジンの出力を駆動軸に伝達して走行するエンジン走行領域における所定の領域において前記直結クラッチを締結するように制御す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、３つの回転要素を備えた差動回転機構と、コントローラとを有し、前記差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素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、
締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するエンジンブレーキと、
該エンジンブレーキを駆動するアクチュエータと、
締結することにより前記エンジンの出力を前記差動回転機構で減速することなく駆動軸側に伝達させる直結クラッチと、
締結することにより前記エンジンの出力を前記差動回転機構で減速して駆動軸側に伝達させる減速ブレーキと、を有し、
前記コントローラは、車両の所定運転領域で、前記エンジン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させるように制御し、かつ、前記エンジンの出力を駆動軸に伝達して走行するエンジン走行領域において、要求駆動力が所定駆動力未満の低駆動力領域では、前記エンジンブレーキ及び減速ブレーキを解放すると共に前記直結クラッチを締結し、要求駆動力が前記所定駆動力以上の高駆動力領域では、前記エンジンブレーキ及び直結クラッチを解放すると共に前記減速ブレーキを締結するように制御す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、３つの回転要素を備えた差動回転機構と、コントローラとを有し、前記差動回転機構の第１回転要素にエンジンが、第２回転要素に第１モータジェネレータが、第３回転要素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、
締結することにより前記第１回転要素の回転を制止するエンジンブレーキと、
該エンジンブレーキを駆動するアクチュエータと、
締結することにより前記エンジンの出力を前記差動回転機構で減速することなく駆動軸側に伝達させる直結クラッチと、
締結することにより前記エンジンの出力を前記差動回転機構で減速して駆動軸側に伝達させる減速ブレーキと、を有すると共に、
前記第１、第２モータジェネレータの少なくとも一方の駆動力で走行するモータ走行領域と、前記エンジンの出力を駆動軸に伝達して走行するエンジン走行領域とが設けられ、
前記コントローラは、前記モータ走行領域において、要求駆動力が所定値以上の所定運転領域では、前記第２モータジェネレータを作動させると共に、前記エンジンブレーキを締結し、かつ第１モータジェネレータを作動させるように制御し、前記所定運転領域より低要求駆動力側の領域では、前記第２モータジェネレータを作動させると共に、前記エンジンブレーキを解放し、かつ前記第１モータジェネレータを非作動となるように制御し、
前記エンジン走行領域において、要求駆動力が所定駆動力未満の低駆動力領域では、前記エンジンブレーキ及び減速ブレーキを解放すると共に前記直結クラッチを締結し、要求駆動力が前記所定駆動力以上の高駆動力領域では、前記エンジンブレーキ及び直結クラッチを解放すると共に前記減速ブレーキを締結するように制御することを特徴とするハイブリッドシステム。
前記所定運転領域は、要求駆動力が所定値以上の領域であり、
前記コントローラは、前記所定運転領域より低要求駆動力側の領域では、前記エンジンブレーキを解放するように前記アクチュエータを制御し、かつ前記第１モータジェネレータを非作動となるように制御し、前記第２モータジェネレータを作動させるように制御する一方、
前記所定運転領域では、前記第２モータジェネレータを作動させるように制御し、前記エンジンブレーキを締結するように前記アクチュエータを制御し、かつ第１モータジェネレータを作動させるように制御する、ように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッドシステム。
前記コントローラは、前記エンジン走行領域から前記所定運転領域へ移行するときに、前記エンジンを停止させるように制御すると共に前記エンジンブレーキを締結するように前記アクチュエータを制御して第１回転要素の回転を制止し、その後、前記第１モータジェネレータを作動開始させるように制御する、ように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム。
前記コントローラは、前記エンジン走行領域から前記所定運転領域へ移行するときに、エンジンの停止により前記第１回転要素の回転数が所定回転数以下に低下した後、前記エンジン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、ように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のハイブリッドシステム。