JP6245185B2 - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンとモータと自動変速装置とを備えるハイブリッド車両の駆動装置に関する。

特開２０１１−２０７３３６号公報（特許文献１）には、エンジンと、第１モータと、エンジンの動力を第１モータとリングギヤ軸に分割可能な動力分割機構と、リングギヤ軸に接続される第２モータと、リングギヤ軸と駆動輪との間に設けられた減速ギヤとを備えるハイブリッド車両において、エンジンの作動中に第２モータの出力トルクが０付近である場合には、エンジンのトルク脈動が発生することに起因して減速ギヤ同士が振動して歯打ち音が発生することが開示されている。

特開２０１１−２０７３３６号公報 特開２０１３−１３２９４５号公報

上述のように、特許文献１には減速ギヤにおいて歯打ち音が発生することが開示されているが、モータと駆動輪との間にモータ切り離し用クラッチを有する構成においては、モータ切り離し用クラッチにおいて歯打ち音が発生するおそれがある。

すなわち、モータ切り離し用クラッチを噛み合いクラッチ（ドグクラッチ）で構成した場合、噛み合いクラッチを解放するには、歯同士が互いに押し付け合うトルクを０付近にする必要がある。そのため、モータ切り離し用クラッチを解放するためには、まずモータトルクを０にし、その後にモータ切り離し用クラッチを解放する必要がある。しかしながら、モータ切り離し用クラッチを解放するためにモータトルクを０にすると、モータ切り離し用クラッチを解放する前（モータ切り離し用クラッチが未だ係合している状態）において、ギヤトレーン上、モータが浮いた状態となる。噛み合いクラッチにおいては噛み合う歯面間に遊びが設けられるのが一般的であるため、モータが浮いた状態でエンジンのトルク脈動がモータ切り離し用クラッチに伝達されると、モータ切り離し用クラッチにて歯打ち音が発生するおそれがある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、モータ切り離し用クラッチにおいて歯打ち音が発生することを抑制することである。

この発明に係る駆動装置は、エンジンおよびモータを備えるハイブリッド車両の駆動装置であって、回転軸と、回転軸とエンジンとの間に設けられたエンジン切り離し用クラッチと、回転軸とモータとの間に設けられた噛み合い式のモータ切り離し用クラッチと、回転軸と駆動輪との間に設けられた自動変速装置と、回転軸と自動変速装置との間に設けられた、ロックアップクラッチ付のトルクコンバータと、モータ切り離し用クラッチを制御する制御装置とを備える。制御装置は、エンジン切り離し用クラッチが係合状態でありかつモータ切り離し用クラッチが係合状態である場合、エンジンの運転状態が所定状態であるか否かをエンジンのトルク、エンジンの回転速度およびロックアップクラッチの状態に基づいて判定し、エンジンの運転状態が所定状態であると判定された場合にはモータ切り離し用クラッチを解放することを禁止する。所定状態は、モータのトルクを０にしたときにモータ切り離し用クラッチにおいて歯打ち音が発生する状態である。

本発明によれば、エンジン切り離し用クラッチが係合状態でありかつモータ切り離し用クラッチが係合状態である場合、エンジンの運転状態が所定状態（モータのトルクを０にしたときにモータ切り離し用クラッチにおいて歯打ち音が発生する状態）であるか否かが、エンジンのトルク、エンジンの回転速度およびロックアップクラッチの状態に基づいて適切に判定される。そして、エンジンの運転状態が所定状態であると判定された場合には、モータ切り離し用クラッチを解放すること（モータ切り離し用クラッチを解放するためにモータのトルクを０にすること）が禁止される。その結果、モータ切り離し用クラッチにおいて歯打ち音が発生することを抑制することができる。

車両の全体構成図である。 ＥＣＵの処理手順の一例を示すフローチャートである。 エンジンのトルク、エンジンの回転速度およびロックアップクラッチの状態と、Ｋ２歯打ち音発生領域との関係の一例を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態による車両１の全体構成図である。車両１は、エンジン１０と、モータジェネレータ（以下「ＭＧ」ともいう）２０と、電力制御回路（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」という）２１と、バッテリ２２と、トルクコンバータ３０と、自動変速機４０と、油圧回路４５と、駆動輪５０と、エンジン切り離し用クラッチＫ０（以下、単に「クラッチＫ０」ともいう）と、ＭＧ切り離し用クラッチＫ２（以下、単に「クラッチＫ２」ともいう）と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを備える。

車両１は、エンジン１０およびＭＧ２０の少なくとも一方の動力を用いて走行するハイブリッド車両である。

エンジン１０の出力軸１２は、クラッチＫ０を介して回転軸３５に接続される。ＭＧ２０のロータは、クラッチＫ２を介して回転軸３５に接続される。回転軸３５は、トルクコンバータ３０を介して自動変速機４０の入力軸４１に接続される。自動変速機４０の出力軸４２は駆動輪５０に接続される。

エンジン１０は、ガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジン等の内燃機関である。ＭＧ２０は、バッテリ２２からＰＣＵ２１を経由して供給される高電圧の電力によって駆動される。また、ＭＧ２０は、回転軸３５から伝達される動力（エンジン１０あるいは駆動輪５０から伝達される動力）によって回転されることによって発電する。バッテリ２２は、高電圧で作動するＭＧ２０に供給するための電力を蓄える。ＰＣＵ２１は、ＭＧ２０とバッテリ２２との間で電力変換を行なう。

トルクコンバータ３０は、ポンプインペラ３１と、タービンランナ３２と、ステータ３３と、ロックアップクラッチ３４とを備える。ロックアップクラッチ３４は、ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて、係合状態（ロックアップオン制御状態）、解放状態（ロックアップオフ制御状態）、半係合状態（フレックス制御状態）のいずれかに制御される。

ロックアップクラッチ３４が係合状態であると、ポンプインペラ３１とタービンランナ３２とが一体的に回転する。ロックアップクラッチ３４が解放状態であると、ポンプインペラ３１とタービンランナ３２との間の動力伝達が作動油によって行われるため、ポンプインペラ３１とタービンランナ３２との間の回転速度差（トルクコンバータ３０の滑り）が生じ得る状態となる。

ロックアップクラッチ３４が半係合状態であると、ポンプインペラ３１とタービンランナ３２との間の動力伝達が作動油およびロックアップクラッチ３４によって行われる。そのため、ポンプインペラ３１とタービンランナ３２との間の回転速度差が生じ得るが、その差はロックアップクラッチ３４が係合状態である場合よりも小さくなる。

自動変速機４０は、変速比（出力軸４２の回転速度に対する入力軸４１の回転速度の比）が異なる複数のギヤ段を選択的に形成可能な有段式の自動変速機である。

機械式オイルポンプＭＯＰは、オイルパン（図示せず）に貯留される作動油を吸入して油圧回路４５に吐出する。油圧回路４５は、機械式オイルポンプＭＯＰおよび図示しない電動オイルポンプから供給される油圧を元圧として、クラッチＫ０の制御油圧（Ｋ０圧）、クラッチＫ２の制御油圧（Ｋ２圧）、ロックアップクラッチ３４の制御油圧（ＬＵＣ圧）を、ＥＣＵ１００からの制御信号によってそれぞれ調圧する。

本実施の形態に用いられるクラッチＫ０およびロックアップクラッチ３４は、摩擦力によって動力を伝達する摩擦クラッチである。

一方、クラッチＫ２は、回転軸３５に接続されたドグ歯とＭＧ２０に接続されたドグ歯とが互いに噛み合うことによって動力を伝達するドグクラッチ（噛み合いクラッチ）である。本実施の形態においては、ＭＧ２０側のドグ歯が、Ｋ２圧に応じて、回転軸３５側のドグ歯に対して回転軸３５の延在方向に沿ってスライドするように構成されている。ＭＧ２０側のドグ歯を非係合位置（回転軸３５側のドグ歯と噛み合わない位置）までスライドさせることによってクラッチＫ２が解放される。なお、クラッチＫ２は、係合状態と解放状態との切り替えが可能な噛み合いクラッチであればよく、上記のような構成に限定されない。

車両１には、アクセル開度、エンジン回転速度、ＭＧ回転速度、回転軸３５の回転速度、タービン回転速度、エンジントルク、シフトポジションなど、車両１を制御するために必要な物理量を検出するための複数のセンサ（いずれも図示せず）が設けられる。これらのセンサは、検出結果をＥＣＵ１００に送信する。

ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）および内部メモリを備える。ＥＣＵ１００は、各センサからの情報およびメモリに記憶された情報に基づいて所定の演算処理を実行し、演算結果に基づいて車両１の各機器を制御する。

ＥＣＵ１００は、モータ走行モード、ハイブリッド走行モード、エンジン走行モードのいずれかによって車両１を走行させる。

モータ走行モードでは、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を係合し（ＭＧ２０を回転軸３５に接続し）かつクラッチＫ０を解放して（エンジン１０を回転軸３５から切り離して）、ＭＧ２０の動力で回転軸３５を回転させる。

ハイブリッド走行モードでは、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を係合し（ＭＧ２０を回転軸３５に接続し）かつクラッチＫ０を係合して（エンジン１０を回転軸３５に接続して）、エンジン１０およびＭＧ２０の少なくとも一方の動力で回転軸３５を回転させる。

エンジン走行モードでは、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を解放し（ＭＧ２０を回転軸３５から切り離し）かつクラッチＫ０を係合して（エンジン１０を回転軸３５に接続して）、エンジン１０の動力で回転軸３５を回転する。この状態では、ＭＧ２０がパワートレーンから切り離されるので、エンジンと駆動輪との間に自動変速機を備えた通常のエンジン車両と同様の構成となる。

以上のような構成を有する車両１においては、クラッチＫ２を解放することによってＭＧ２０を駆動輪５０から切り離すことができる。しかしながら、クラッチＫ２を解放する際、クラッチＫ２にて歯打ち音が発生するおそれがある。すなわち、噛み合いクラッチであるクラッチＫ２を解放するには、歯同士が互いに押し付け合うトルクを０付近にする必要がある。そのため、クラッチＫ２を解放するためには、まずＭＧ２０トルクを０にし、その後にクラッチＫ２を解放する必要がある。しかしながら、クラッチＫ２を解放するためにモータトルクを０にすると、クラッチＫ２を解放する前（クラッチＫ２が未だ係合している状態）において、ギヤトレーン上、ＭＧ２０が浮いた状態となる。噛み合いクラッチにおいては噛み合う歯面間に遊びが設けられるのが一般的であるため、ＭＧ２０が浮いた状態でエンジン１０のトルク脈動がクラッチＫ２に伝達されると、クラッチＫ２にて歯打ち音が発生するおそれがある。

エンジン１０のトルクが高い領域およびエンジン１０の回転速度が低い領域では、エンジン１０のトルク脈動がクラッチＫ２に伝達され易くなるため、クラッチＫ２にて歯打ち音が発生し易くなる傾向にある。

ロックアップクラッチ３４が解放状態（オフ状態）あるいは半係合状態（フレックス状態）である場合は、エンジン１０のトルク脈動がトルクコンバータ３０で減衰されるため、ロックアップクラッチ３４が係合状態（オン状態）である場合に比べて、クラッチＫ２にて歯打ち音が発生し難くなる傾向にある。また、ロックアップクラッチ３４が解放状態（オフ状態）である場合は、ロックアップクラッチ３４が半係合状態（フレックス状態）である場合に比べて、トルクコンバータ３０による減衰効果が大きくクラッチＫ２にて歯打ち音がより発生し難くなる傾向にある。

そこで、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、ハイブリッド走行モード中（クラッチＫ２が係合状態でありかつクラッチＫ０が係合状態である場合）において、エンジン１０の運転状態がＫ２歯打ち音発生領域に含まれるか否かを、エンジン１０のトルク、エンジン１０の回転速度およびロックアップクラッチ３４の状態に基づいて判定する。Ｋ２歯打ち音発生領域とは、クラッチＫ２が係合状態でありかつクラッチＫ０が係合状態である場合にＭＧ２０のトルクを０にしたときにクラッチＫ２にて歯打ち音が発生するエンジン１０の運転領域である。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０の運転状態がＫ２歯打ち音発生領域に含まれると判定された場合には、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を解放すること（クラッチＫ２を解放するためにＭＧ２０のトルクを０にすること）を禁止する。これにより、クラッチＫ２において歯打ち音が発生することを抑制することができる。

図２は、ハイブリッド走行モード中（クラッチＫ２が係合状態でありかつクラッチＫ０が係合状態である場合）においてＥＣＵ１００が行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、ハイブリッド走行モード中に所定周期で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０にて、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の運転状態（トルク、回転速度）が上述のＫ２歯打ち音発生領域に含まれるか否かを判定する。Ｋ２歯打ち音発生領域は、後述の図３に示すように、エンジン１０のトルク、エンジン１０の回転速度およびロックアップクラッチ３４の状態をパラメータとして設定される。

エンジン１０の運転状態がＫ２歯打ち音発生領域に含まれない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１１にて、クラッチＫ２を解放すること（クラッチＫ２を解放するためにモータのトルクを０にすること）を許可する。

一方、エンジン１０の運転状態がＫ２歯打ち音発生領域に含まれる場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１２にて、クラッチＫ２を解放すること（クラッチＫ２を解放するためにＭＧ２０のトルクを０にすること）を禁止する。

図３は、エンジン１０のトルク、エンジン１０の回転速度およびロックアップクラッチ３４の状態と、Ｋ２歯打ち音発生領域との関係の一例を模式的に示す図である。図３においては、横軸をエンジン１０の回転速度とし、縦軸をエンジン１０のトルクとしている。

上述したように、エンジン１０のトルクが高い領域では、クラッチＫ２にて歯打ち音が発生し易くなる傾向にある。この傾向に鑑み、図３に示す境界線Ｌ（境界線Ｌ１〜Ｌ３のいずれか）よりも高トルク側の領域がＫ２歯打ち音発生領域に設定される。

さらに、上述したように、エンジン１０の回転速度が低いほど、クラッチＫ２にて歯打ち音が発生し易くなる傾向にある。この傾向に鑑み、各境界線Ｌ１〜Ｌ３は、エンジン１０の回転速度が低いほど、低トルク側（Ｋ２歯打ち音発生領域を拡大する側）に設定される。

境界線Ｌ１は、ロックアップクラッチ３４が係合状態（オン状態）である場合に選択される境界線Ｌである。境界線Ｌ２は、ロックアップクラッチ３４が半係合状態（フレックス状態）である場合に選択される境界線Ｌである。境界線Ｌ３は、ロックアップクラッチ３４が解放状態（オフ状態）である場合に選択される境界線Ｌである。

上述したように、ロックアップクラッチ３４が解放状態あるいは半係合状態である場合は、ロックアップクラッチ３４が係合状態である場合に比べて、クラッチＫ２にて歯打ち音が発生し難くなる傾向にある。また、ロックアップクラッチ３４が解放状態である場合は、ロックアップクラッチ３４が半係合状態である場合に比べて、クラッチＫ２にて歯打ち音がより発生し難くなる傾向にある。この傾向に鑑み、境界線Ｌ２は境界線Ｌ１よりも高トルク側（Ｋ２歯打ち音発生領域を縮小する側）に設定され、境界線Ｌ３は境界線Ｌ２よりもさらに高トルク側（Ｋ２歯打ち音発生領域をさらに縮小する側）に設定される。

ＥＣＵ１００は、上述の図２のＳ１０において、ロックアップクラッチ３４の状態に基づいて境界線Ｌ１〜Ｌ３のいずれかを境界線Ｌとして選択し、選択された境界線Ｌよりも高トルク側の領域にエンジン１０の運転状態が含まれる場合に、エンジン１０の運転状態がＫ２歯打ち音発生領域に含まれると判定する。これにより、クラッチＫ２が係合状態でありかつクラッチＫ０が係合状態である場合に、クラッチＫ２を解放するためにＭＧ２０のトルクを０にしたときにクラッチＫ２にて歯打ち音が発生するか否かを、エンジン１０のトルク、エンジン１０の回転速度およびロックアップクラッチ３４の状態に基づいて適切に判定することができる。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、ハイブリッド走行モード中（クラッチＫ２が係合状態でありかつクラッチＫ０が係合状態である場合）において、エンジン１０の運転状態がＫ２歯打ち音発生領域に含まれるか否かを、エンジン１０のトルク、エンジン１０の回転速度およびロックアップクラッチ３４の状態に基づいて適切に判定する。そして、エンジン１０の運転状態がＫ２歯打ち音発生領域に含まれると判定された場合には、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を解放すること（クラッチＫ２を解放するためにモータのトルクを０にすること）を禁止する。これにより、クラッチＫ２において歯打ち音が発生することを抑制することができる。

＜変形例＞
上述の実施の形態においては、Ｋ２歯打ち音発生領域を、エンジン１０のトルク、エンジン１０の回転速度およびロックアップクラッチ３４の状態という３つのパラメータを用いて設定した。しかしながら、Ｋ２歯打ち音発生領域を、上述の３つのパラメータに加えて、他のパラメータを用いて設定するようにしてもよい。

たとえば、車速を用いてＫ２歯打ち音発生領域を設定するようにしてもよい。車速が高い場合、走行音が大きいため、クラッチＫ２で発生する歯打ち音は相対的に小さくなり車室内のユーザに聞こえ難くなる。逆に、車速が低い場合、走行音が小さいため、クラッチＫ２で発生する歯打ち音は相対的に大きくなり車室内のユーザに聞こえ易くなる。この点に鑑み、車速が高い場合には、図３に示す各境界線Ｌ１〜Ｌ３を高トルク側に設定して、Ｋ２歯打ち音発生領域を縮小する（クラッチＫ２の解放を許可し易くする）ようにしてもよい。

また、自動変速機４０で形成されるギヤ段を用いてＫ２歯打ち音発生領域を設定するようにしてもよい。高速側のギヤ段が形成されている場合は、低速側のギヤ段が形成されている場合に比べて、変速比が小さく、回転軸３５から見ると自動変速機４０以降の駆動系（パワートレーン）のねじり剛性が大きくなる。したがって、高速側のギヤ段であるほど、駆動系が剛体に近くなり、エンジン１０のトルク脈動が駆動系で減衰され難く、回転軸３５のトルク脈動、回転変動が大きくなる。その結果、エンジン１０のトルクおよび回転速度が同じであっても、高速側のギヤ段であるほど、クラッチＫ２における歯打ち音が発生し易くなる傾向にある。この点に鑑み、高速側のギヤ段であるほど、Ｋ２歯打ち音発生領域を拡大する（クラッチＫ２の解放を禁止し易くする）ようにしてもよい。

また、２ＷＤ（２輪駆動）と４ＷＤ（４輪駆動）との切替が可能な構成であれば、２ＷＤと４ＷＤとの切替に応じてＫ２歯打ち音発生領域を変更するようにしてもよい。４ＷＤ選択時は、２ＷＤ選択時に比べて、駆動系に結合される部品が増加するため、エンジンのトルク脈動が減衰され易く、クラッチＫ２にて歯打ち音が発生し難くなる傾向にある。この点に鑑み、４ＷＤ選択時は、２ＷＤ選択時に比べて、Ｋ２歯打ち音発生領域を縮小する（クラッチＫ２の解放を許可し易くする）ようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、１０ エンジン、２０ モータ、２１ ＰＣＵ、２２ バッテリ、３０ トルクコンバータ、３１ ポンプインペラ、３２ タービンランナ、３３ ステータ、３４ ロックアップクラッチ、３５ 回転軸、４０ 自動変速機、４１ 入力軸、４２ 出力軸、４５ 油圧回路、５０ 駆動輪、１００ ＥＣＵ、Ｃ１ 入力クラッチ、Ｋ０ エンジン切り離し用クラッチ、Ｋ２ 切り離し用クラッチ、ＭＯＰ 機械式オイルポンプ。

Claims (1)

1. エンジンおよびモータを備えるハイブリッド車両の駆動装置であって、
   回転軸と、
   前記回転軸と前記エンジンとの間に設けられたエンジン切り離し用クラッチと、
   前記回転軸と前記モータとの間に設けられた噛み合い式のモータ切り離し用クラッチと、
   前記回転軸と駆動輪との間に設けられた自動変速装置と、
   前記回転軸と前記自動変速装置との間に設けられた、ロックアップクラッチ付のトルクコンバータと、
   前記モータ切り離し用クラッチを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記エンジン切り離し用クラッチが係合状態でありかつ前記モータ切り離し用クラッチが係合状態である場合、前記エンジンの運転状態が所定状態であるか否かを前記エンジンのトルク、前記エンジンの回転速度および前記ロックアップクラッチの状態に基づいて判定し、前記エンジンの運転状態が前記所定状態であると判定された場合には前記モータ切り離し用クラッチを解放することを禁止し、
   前記所定状態は、前記モータのトルクを０にしたときに前記モータ切り離し用クラッチにおいて歯打ち音が発生する状態である、ハイブリッド車両の駆動装置。

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