以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
[ハイブリッド車両の全体構成]
図1は、この発明の実施の形態における車両1の全体構成を示す図である。車両1は、エンジン10と、駆動装置2と、駆動輪90と、制御装置100とを含む。駆動装置2は、第1モータジェネレータ(以下、「第1MG」という)20と、第2モータジェネレータ(以下、「第2MG」という)30と、変速部(動力伝達部)40と、差動部50と、クラッチCSと、入力軸21と、カウンタ軸(出力軸)70と、デファレンシャルギヤ80と、油圧回路500とを含む。
車両1は、エンジン10、第1MG20および第2MG30の少なくともいずれかの動力を用いて走行する、FF(フロントエンジン・フロントドライブ)方式のハイブリッド車両である。車両1は、バッテリ60(図2参照)を外部電源により充電可能なプラグインハイブリッド車両であってもよい。
エンジン10は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。
第1MG20および第2MG30は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを有する永久磁石型同期電動機である。駆動装置2は、第1MG20が、エンジン10のクランク軸(出力軸)と同軸の第1軸12上に設けられ、第2MG30が、第1軸12とは異なる第2軸14上に設けられる、複軸式の駆動装置である。第1軸12および第2軸14は、互いに平行である。
第1軸12上には、変速部40、差動部50およびクラッチCSがさらに設けられている。変速部40、差動部50、第1MG20およびクラッチCSは、挙げた順にエンジン10に近い側から並んでいる。
第1MG20は、エンジン10からの動力が入力可能に設けられている。より具体的には、エンジン10のクランク軸には、駆動装置2の入力軸21が接続されている。入力軸21は、第1軸12に沿って、エンジン10から遠ざかる方向に延びている。入力軸21は、エンジン10から延びた先端でクラッチCSに接続されている。第1MG20の回転軸22は、第1軸12に沿って筒状に延びる。入力軸21は、クラッチCSに接続される手前で回転軸22の内部を通過している。入力軸21は、クラッチCSを介して、第1MG20の回転軸22に接続されている。
クラッチCSは、エンジン10から第1MG20への動力伝達経路上に設けられている。クラッチCSは、入力軸21と第1MG20の回転軸22とを連結可能な油圧式の摩擦係合要素である。クラッチCSが係合状態とされると、入力軸21および回転軸22が連結され、エンジン10の動力をクラッチCSを介して第1MG20へ直接的に伝達することが可能となる。一方、クラッチCSが解放状態とされると、入力軸21および回転軸22の連結が解除され、エンジン10の動力をクラッチCSを介して第1MG20へ直接的に伝達することができなくなる。
変速部40は、エンジン10からの動力を変速して差動部50に出力する。変速部40は、サンギヤS1、ピニオンギヤP1、リングギヤR1およびキャリアCA1を含むシングルピニオン式の遊星歯車機構と、クラッチC1およびブレーキB1とを有する。
サンギヤS1は、その回転中心が第1軸12となるように設けられている。リングギヤR1は、サンギヤS1と同軸上であって、かつ、サンギヤS1の径方向外側に設けられている。ピニオンギヤP1は、サンギヤS1およびリングギヤR1の間に配置され、サンギヤS1およびリングギヤR1に噛み合っている。ピニオンギヤP1は、キャリアCA1によって回転可能に支持されている。キャリアCA1は、入力軸21に接続され、入力軸21と一体に回転する。ピニオンギヤP1は、第1軸12を中心に回転(公転)可能で、かつ、ピニオンギヤP1の中心軸周りに回転(自転)可能に設けられている。
サンギヤS1の回転速度、キャリアCA1の回転速度(すなわち、エンジン10の回転速度)およびリングギヤR1の回転速度は、後述するように、共線図上で直線で結ばれる関係(すなわち、いずれか2つの回転速度が決まれば残りの回転速度も決まる関係)となる。
本実施の形態においては、キャリアCA1が、エンジン10からの動力が入力される入力要素として設けられ、リングギヤR1が、キャリアCA1に入力された動力を出力する出力要素として設けられている。サンギヤS1、ピニオンギヤP1、リングギヤR1およびキャリアCA1を含む遊星歯車機構により、キャリアCA1に入力された動力は変速されてリングギヤR1から出力される。
クラッチC1は、サンギヤS1とキャリアCA1とを連結可能な油圧式の摩擦係合要素である。クラッチC1が係合状態とされると、サンギヤS1およびキャリアCA1が一体回転する。クラッチC1が解放状態とされると、サンギヤS1およびキャリアCA1の一体回転が解除される。
ブレーキB1は、サンギヤS1の回転を規制(ロック)可能な油圧式の摩擦係合要素である。ブレーキB1が係合状態とされると、サンギヤS1が駆動装置のケース体に固定されて、サンギヤS1の回転が規制される。ブレーキB1が解放(非係合)状態とされると、サンギヤS1が駆動装置のケース体から切り離され、サンギヤS1の回転が許容される。
変速部40の変速比(入力要素であるキャリアCA1の回転速度と、出力要素であるリングギヤR1の回転速度との比、具体的には、キャリアCA1の回転速度/リングギヤR1の回転速度)は、クラッチC1およびブレーキB1の係合および解放の組み合わせに応じて切り替えられる。クラッチC1が係合され、かつブレーキB1が解放されると、変速比が1.0(直結状態)となるローギヤ段Loが形成される。クラッチC1が解放され、かつブレーキB1が係合されると、変速比が1.0よりも小さい値(たとえば0.7、いわゆるオーバードライブ状態)となるハイギヤ段Hiが形成される。なお、クラッチC1が係合され、かつブレーキB1が係合されると、サンギヤS1およびキャリアCA1の回転が規制されるため、リングギヤR1の回転も規制される。
変速部40は、動力を伝達する非ニュートラル状態と、動力を伝達しないニュートラル状態とを切り替え可能に構成されている。本実施の形態では、上記の直結状態およびオーバードライブ状態が、非ニュートラル状態に対応する。一方、クラッチC1およびブレーキB1がともに解放されると、キャリアCA1が第1軸12を中心に空転することが可能な状態となる。これにより、エンジン10からキャリアCA1に伝達された動力が、キャリアCA1からリングギヤR1に伝達されないニュートラル状態が得られる。
差動部50は、サンギヤS2、ピニオンギヤP2、リングギヤR2およびキャリアCA2を含むシングルピニオン式の遊星歯車機構と、カウンタドライブギヤ51とを有する。
サンギヤS2は、その回転中心が第1軸12となるように設けられている。リングギヤR2は、サンギヤS2と同軸上であって、かつ、サンギヤS2の径方向外側に設けられている。ピニオンギヤP2は、サンギヤS2およびリングギヤR2の間に配置され、サンギヤS2およびリングギヤR2に噛み合っている。ピニオンギヤP2は、キャリアCA2によって回転可能に支持されている。キャリアCA2は、変速部40のリングギヤR1に接続され、リングギヤR1と一体に回転する。ピニオンギヤP2は、第1軸12を中心に回転(公転)可能で、かつ、ピニオンギヤP2の中心軸周りに回転(自転)可能に設けられている。
サンギヤS2には、第1MG20の回転軸22が接続されている。第1MG20の回転軸22は、サンギヤS2と一体に回転する。リングギヤR2には、カウンタドライブギヤ51が接続されている。カウンタドライブギヤ51は、リングギヤR2と一体に回転する、差動部50の出力ギヤである。
サンギヤS2の回転速度(すなわち、第1MG20の回転速度)、キャリアCA2の回転速度およびリングギヤR2の回転速度は、後述するように、共線図上で直線で結ばれる関係(すなわち、いずれか2つの回転速度が決まれば残りの回転速度も決まる関係)となる。したがって、キャリアCA2の回転速度が所定値である場合に、第1MG20の回転速度を調整することによって、リングギヤR2の回転速度を無段階に切り替えることができる。
カウンタ軸70は、第1軸12および第2軸14に平行に延びている。カウンタ軸70は、第1MG20の回転軸22および第2MG30の回転軸31と平行に配置されている。カウンタ軸70には、ドリブンギヤ71およびドライブギヤ72が設けられている。ドリブンギヤ71は、差動部50のカウンタドライブギヤ51と噛み合っている。すなわち、エンジン10および第1MG20の動力は、差動部50のカウンタドライブギヤ51を介してカウンタ軸70に伝達される。
なお、変速部40および差動部50は、エンジン10からカウンタ軸70までの動力伝達経路上において直列に接続されている。このため、エンジン10からの動力は、変速部40および差動部50において変速された後に、カウンタ軸70に伝達される。
ドリブンギヤ71は、第2MG30の回転軸31に接続されたリダクションギヤ32と噛み合っている。すなわち、第2MG30の動力は、リダクションギヤ32を介してカウンタ軸70に伝達される。
ドライブギヤ72は、デファレンシャルギヤ80のデフリングギヤ81と噛み合っている。デファレンシャルギヤ80は、左右の駆動軸82を介してそれぞれ左右の駆動輪90と接続されている。すなわち、カウンタ軸70の回転は、デファレンシャルギヤ80を介して左右の駆動軸82に伝達される。
クラッチCSを設けた上記のような構成とすることによって、車両1は、シリーズパラレルモードで動作させることができ、かつシリーズモードで動作させることもできる。各々のモードでエンジンからの動力がどのように行なわれるかについて、図2の模式図を用いて詳しく説明する。
図2は、図1における車両の各構成要素の動力伝達経路を簡略に示したブロック図である。車両1は、エンジン10と、第1MG20と、第2MG30と、変速部40と、差動部50と、バッテリ60と、クラッチCSとを備える。バッテリ60は、第1MG20および第2MG30に力行時に電力を供給するとともに、第1MG20および第2MG30で回生時に発電された電力を蓄える。
車両1は、エンジン10の動力を第1MG20に伝達する経路として、2つの経路K1,K2を有する。
経路K1は、エンジン10の動力を変速部40および差動部50を介して第1MG20に伝達する経路である。変速部40を非ニュートラル状態にする(クラッチC1およびブレーキB1のいずれか一方を係合状態とし他方を解放状態とする)と、エンジン10の動力が経路K1を通って第1MG20に伝達される。一方、変速部40をニュートラル状態にする(クラッチC1およびブレーキB1の双方を解放状態とする)と、経路K1の動力伝達は遮断される。
経路K2は、経路K1とは別の経路であって、エンジン10の動力を変速部40および差動部50を介さずに直接的に第1MG20に伝達する経路である。クラッチCSは、経路K2に設けられている。クラッチCSを係合状態にすると、エンジン10の動力が経路K2を通って第1MG20に伝達される。一方、クラッチCSを解放状態にすると、経路K2の動力伝達は遮断される。
エンジン10を運転させたHV走行モードにおいて、エンジン10の動力を経路K1で伝達し経路K2を遮断する(すなわち変速部40を非ニュートラル状態としクラッチCSを解放状態にする)ことによって、車両1がシリーズパラレルモードで動作可能となる。
一方、エンジン10を運転させたHV走行モードにおいて、エンジン10の動力を経路K2で伝達し経路K1を遮断する(すなわち変速部40をニュートラル状態としクラッチCSを係合状態にする)ことによって、車両1がシリーズモードで動作可能となる。このとき、差動部50は、変速部40に接続されたキャリアCA2が自由に回転可能(フリー)となるので、第1MG20に接続されたサンギヤS2と第2MG30に接続されたリングギヤR2とを互いに影響を及ぼさずに回転させることができる。したがって、エンジン10の回転で第1MG20を回転させて発電を行なう動作と、第2MG30を駆動させて駆動輪を回転させる動作とを独立して行なうことができる。
なお、変速部40は、必ずしも変速比を変更可能なものでなくても良く、経路K1の動力伝達を遮断可能な構成であれば、単なるクラッチのようなものでもよい。
[制御装置の構成]
図3は、図1における車両1の制御装置100の構成を示したブロック図である。制御装置100は、HVECU(Electric Control Unit)150と、MGECU160と、エンジンECU170とを含む。HVECU150、MGECU160、エンジンECU170の各々は、コンピュータを含んで構成される電子制御ユニットである。なお、ECUの数は、3つに限定されるものではなく、全体として1つのECUに統合しても良いし、2つ、または4つ以上の数に分割されていても良い。
MGECU160は、第1MG20および第2MG30を制御する。MGECU160は、例えば、第1MG20に対して供給する電流値を調節し、第1MG20の出力トルクを制御すること、および第2MG30に対して供給する電流値を調節し、第2MG30の出力トルクを制御する。
エンジンECU170は、エンジン10を制御する。エンジンECU170は、例えば、エンジン10の電子スロットル弁の開度の制御、点火信号を出力することによるエンジンの点火制御、エンジン10に対する燃料の噴射制御、等を行なう。エンジンECU170は、電子スロットル弁の開度制御、噴射制御、点火制御等によりエンジン10の出力トルクを制御する。
HVECU150は、車両全体を統合制御する。HVECU150には、車速センサ、アクセル開度センサ、MG1回転数センサ、MG2回転数センサ、出力軸回転数センサ、バッテリセンサ等が接続されている。これらのセンサにより、HVECU150は、車速、アクセル開度、第1MG20の回転数(回転速度)、第2MG30の回転数(回転速度)、動力伝達装置の出力軸の回転数(回転速度)、バッテリ状態SOC等を取得する。
HVECU150は、取得した情報に基づいて、車両に対する要求駆動力や要求パワー、要求トルク等を算出する。HVECU150は、算出した要求値に基づいて、第1MG20の出力トルク(以下、「MG1トルク」とも記載する。)、第2MG30の出力トルク(以下、「MG2トルク」とも記載する。)およびエンジン10の出力トルク(以下、「エンジントルク」とも記載する。)を決定する。HVECU150は、MG1トルクの指令値およびMG2トルクの指令値をMGECU160に対して出力する。また、HVECU150は、エンジントルクの指令値をエンジンECU170に対して出力する。
HVECU150は、後述する走行モード等に基づいて、クラッチC1,CSおよびブレーキB1を制御する。HVECU150は、クラッチC1,CSに対する供給油圧の指令値(PbC1、PbCS)およびブレーキB1に対する供給油圧の指令値(PbB1)をそれぞれ図1の油圧回路500に出力する。
また、HVECU150は、電動オイルポンプ502(後述の図4参照)を制御するための制御信号NM、および電磁切替弁560(後述の図4参照)を制御するための制御信号S/Cを、図1の油圧回路500に出力する。
[油圧回路の構成]
図4は、車両1に搭載される油圧回路500の構成を模式的に示す図である。油圧回路500は、機械式オイルポンプ(以下「MOP」ともいう)501と、電動式オイルポンプ(以下「EOP」ともいう)502と、調圧弁510,520と、リニアソレノイド弁SL1,SL2,SL3と、同時供給防止弁530,540,550と、電磁切替弁560と、逆止弁570と、油路LM,LE,L1,L2,L3,L4とを含む。
MOP501は、差動部50のキャリアCA2が回転することによって駆動されて油圧を発生する。したがって、エンジン10の駆動などによってキャリアCA2が回転されるとMOP501も駆動され、キャリアCA2が停止されるとMOP501も停止される。MOP501は、発生した油圧を油路LMに出力する。
油路LM内の油圧は、調圧弁510によって所定圧に調圧(減圧)される。以下、調圧弁510によって調圧された油路LM内の油圧を「ライン圧PL」ともいう。ライン圧PLは、各リニアソレノイド弁SL1,SL2,SL3に供給される。
リニアソレノイド弁SL1は、ライン圧PLを制御装置100からの油圧指令値PbC1に応じて調圧することによって、クラッチC1を係合するための油圧(以下「C1圧」という)を生成する。C1圧は、油路L1を介してクラッチC1に供給される。
リニアソレノイド弁SL2は、ライン圧PLを制御装置100からの油圧指令値PbB1に応じて調圧することによって、ブレーキB1を係合するための油圧(以下「B1圧」という)を生成する。B1圧は、油路L2を介してブレーキB1に供給される。
リニアソレノイド弁SL3は、ライン圧PLを制御装置100からの油圧指令値PbCSに応じて調圧することによって、クラッチCSを係合するための油圧(以下「CS圧」という)を生成する。CS圧は、油路L3を介してクラッチCSに供給される。
同時供給防止弁530は、油路L1上に設けられ、ブレーキB1およびクラッチCSの少なくとも一方と、クラッチC1とが同時に係合されることを防止するように構成される。具体的には、同時供給防止弁530には油路L2,L3が接続される。同時供給防止弁530は、油路L2,L3からのB1圧、CS圧を信号圧として作動する。
同時供給防止弁530は、B1圧およびCS圧の双方の信号圧が入力されていない場合(すなわちブレーキB1およびクラッチCSの双方ともが解放されている場合)には、C1圧をクラッチC1に供給するノーマル状態となる。なお、図4には、同時供給防止弁530がノーマル状態である場合が例示されている。
一方、同時供給防止弁530は、B1圧およびCS圧の少なくとも一方の信号圧が入力されている場合(すなわちブレーキB1およびクラッチCSの少なくとも一方が係合されている場合)には、たとえクラッチC1が係合している場合であっても、C1圧のクラッチC1への供給を遮断するとともにクラッチC1内の油圧を外部へ排出するドレン状態に切り替えられる。これによりクラッチC1が解放されるため、ブレーキB1およびクラッチCSの少なくとも一方と、クラッチC1とが同時に係合されることが防止される。
同様に、同時供給防止弁540は、C1圧およびCS圧を信号圧として作動することによって、クラッチC1およびクラッチCSの少なくとも一方と、ブレーキB1とが同時に係合されることを防止する。具体的には、同時供給防止弁530は、C1圧およびCS圧の双方の信号圧が入力されていない場合には、B1圧をブレーキB1に供給するノーマル状態となる。一方、同時供給防止弁540は、C1圧およびCS圧の少なくとも一方の信号圧が入力されている場合には、B1圧のブレーキB1への供給を遮断するとともにブレーキB1内の油圧を外部へ排出するドレン状態に切り替えられる。なお、図4には、同時供給防止弁540にC1圧が信号圧として入力されて同時供給防止弁540がドレン状態になっている場合が例示されている。
同様に、同時供給防止弁(油圧バルブ)550は、C1圧およびB1圧を信号圧として作動することによって、クラッチC1およびブレーキB1の少なくとも一方と、クラッチCSとが同時に係合されることを防止する。具体的には、同時供給防止弁550は、C1圧およびB1圧の双方の信号圧が入力されていない場合には、CS圧をクラッチCSに供給するノーマル状態となる。一方、同時供給防止弁550は、C1圧およびB1圧の少なくとも一方の信号圧が入力されている場合には、CS圧のクラッチCSへの供給を遮断するとともにクラッチCS内の油圧を外部へ排出するドレン状態に切り替えられる。なお、図4には、同時供給防止弁550にC1圧が入力されて同時供給防止弁550がドレン状態になっている場合が例示されている。
本実施の形態による油圧回路500の最も特徴的な点の1つは、同時供給防止弁550を備える点である。同時供給防止弁550の機能によって、変速部40が非ニュートラル状態である場合(クラッチC1およびブレーキB1の少なくとも一方が係合されている場合)にさらにクラッチCSが係合されてショックが発生することを抑制することができる。この点については後に詳細に説明する。
EOP502は、モータ502Aによって駆動されて油圧を発生する。モータ502Aは、制御装置100からの制御信号NMによって制御される。したがって、EOP502は、キャリアCA2が回転しているか否かに関わらず作動可能である。EOP502は、発生した油圧を油路LEに出力する。
油路LE内の油圧は、調圧弁520によって所定圧に調圧(減圧)される。油路LEは、逆止弁570を介して油路LMに接続される。油路LE内の油圧が油路LM内の油圧よりも所定圧以上高い場合、逆止弁570が開き、逆止弁570を介して油路LE内の油圧が油路LMに供給される。これにより、MOP501の停止中においてもEOP502を駆動させることによって油路LMに油圧を供給することができる。
電磁切替弁560は、制御装置100からの制御信号S/Cに応じて、油路LEと油路L4とを連通するオン状態と、油路LEと油路L4とを遮断するとともに油路L4内の油圧を外部へ排出するオフ状態とのいずれかに切り替えられる。なお、図4には、電磁切替弁560がオフ状態である場合が例示されている。
油路L4は、同時供給防止弁530,540に接続されている。電磁切替弁560がオン状態である場合、油路LE内の油圧が油路L4を介して同時供給防止弁530,540に信号圧としてそれぞれ入力される。同時供給防止弁530は、油路L4からの信号圧が入力された場合、油路L2からの信号圧(B1圧)が入力されているか否かに関わらず、強制的にノーマル状態に固定される。同様に、同時供給防止弁540は、油路L4からの信号圧が入力された場合、油路L1からの信号圧(C1圧)が入力されているか否かに関わらず、強制的にノーマル状態に固定される。したがって、EOP502を駆動しかつ電磁切替弁560をオン状態に切り替えることによって、同時供給防止弁530,540は同時にノーマル状態に固定される。これにより、クラッチC1とブレーキB1とを同時に係合することが許容され、両モータ走行モード(後述)が可能となる。
[車両1の制御モード]
以下に、車両1の制御モードの詳細について、作動係合表と共線図とを用いて説明する。
図5は、各走行モードと、各走行モードにおける変速部(動力伝達部)40のクラッチC1およびブレーキB1の制御状態とを示す図である。
制御装置100は、「モータ走行モード(以下「EV走行モード」という)」あるいは「ハイブリッド走行モード(以下「HV走行モード」という)」で車両1を走行させる。EV走行モードとは、エンジン10を停止し、第1MG20および第2MG30の少なくとも一方の動力で車両1を走行させる制御モードである。HV走行モードとは、エンジン10および第2MG30の動力で車両1を走行させる制御モードである。EV走行モードおよびHV走行モードのそれぞれにおいて、制御モードはさらに細分化されている。
図5において、「C1」、「B1」、「CS」、「MG1」、「MG2」はそれぞれクラッチC1、ブレーキB1、クラッチCS、第1MG20、第2MG30を示す。C1、B1、CSの各欄の丸(○)印は「係合」を示し、×印は「解放」を示し、三角(△)印はエンジンブレーキ時にクラッチC1およびブレーキB1のどちらか一方を係合することを示す。また、MG1の欄およびMG2の欄の「G」は主にジェネレータとして動作させることを示し、「M」は主にモータとして動作させることを示す。
EV走行モード中においては、制御装置100は、第2MG30単独の動力で車両1を走行させる「単モータ走行モード」と、第1MG20および第2MG30の両方の動力で車両1を走行させる「両モータ走行モード」とを、ユーザの要求トルクなどに応じて選択的に切り替える。たとえば、駆動装置2の負荷が低負荷の場合には単モータ走行モードが使用され、負荷が高負荷になると両モータ走行モードに移行される。
図5のE1欄に示すように、EV単モータ走行モードで車両1を駆動(前進あるいは後進)させる場合、制御装置100は、クラッチC1を解放しかつブレーキB1を解放することで、変速部40をニュートラル状態(動力を伝達しない状態)とする。このとき、制御装置100は、主に、第1MG20を用いてサンギヤS2の回転速度をゼロに固定するとともに、第2MG30をモータとして動作させる(後述の図6参照)。第1MG20を用いてサンギヤS2の回転速度をゼロに固定する手法としては、第1MG20の回転速度がゼロになるように第1MG20の電流をフィードバック制御しても良く、可能であれば第1MG20に電流を加えず第1MG20のコギングトルクを利用しても良い。なお、変速部40をニュートラル状態とすると制動時にエンジン10が連れ回されないのでその分のロスが少なく、大きな回生電力を回収することができる。
図5のE2欄に示すように、EV単モータ走行モードで車両1を制動する場合でかつエンジンブレーキが必要な場合、制御装置100は、クラッチC1およびブレーキB1のどちらか一方を係合する。たとえば、回生ブレーキのみでは制動力が不足する場合にエンジンブレーキが回生ブレーキに併用される。また、たとえば、バッテリのSOCが満充電状態に近い場合には、回生電力を充電できないので、エンジンブレーキ状態とすることが考えられる。
クラッチC1およびブレーキB1のどちらか一方を係合することにより、駆動輪90の回転がエンジン10に伝達されエンジン10が回転される、いわゆるエンジンブレーキ状態となる。このとき、制御装置100は、第1MG20を主にモータとして動作させ、第2MG30を主にジェネレータとして動作させる。
一方、図5のE3欄に示すように、EV両モータ走行モードで車両1を駆動(前進あるいは後進)させる場合、制御装置100は、クラッチC1を係合しかつブレーキB1を係合して変速部40のリングギヤR1の回転を規制(ロック)する。これにより、変速部40のリングギヤR1に連結された差動部50のキャリアCA2の回転も規制(ロック)されるため、差動部50のキャリアCA2が停止状態に維持される(エンジン回転速度Ne=0となる)。そして、制御装置100は、第1MG20および第2MG30を主にモータとして動作させる(後述の図7参照)。
なお、EV走行モード(単モータ走行モードおよび両モータ走行モード)では、エンジン10が停止しているため、MOP501も停止している。したがって、EV走行モードでは、EOP502の油圧を用いてクラッチC1あるいはブレーキB1が係合される。
HV走行モードにおいては、制御装置100は、第1MG20をジェネレータとして動作させ、第2MG30をモータとして動作させる。HV走行モード中において、制御装置100は、シリーズパラレルモード、シリーズモードのいずれかに制御モードを設定する。
シリーズパラレルモードでは、エンジン10の動力は、一部は駆動輪90を駆動するために使用され、残りは第1MG20で発電を行なう動力として使用される。第2MG30は、第1MG20で発電された電力を用いて駆動輪90を駆動する。シリーズパラレルモードにおいては、制御装置100は、車速に応じて変速部40の変速比を切り替える。
中低速域で車両1を前進させる場合には、制御装置100は、図5のH2欄に示すように、クラッチC1を係合しかつブレーキB1を解放することで、ローギヤ段Loを形成する(後述の図8の実線参照)。一方、高速域で車両1を前進させる場合、制御装置100は、図5のH1欄に示すように、クラッチC1を解放しかつブレーキB1を係合することで、ハイギヤ段Hiを形成する(後述の図8の破線参照)。ハイギヤ段形成時、ローギヤ段形成時とも、変速部40と差動部50とは全体として無段変速機として動作する。
車両1を後進させる場合には、制御装置100は、図5のH3欄に示すように、クラッチC1を係合しかつブレーキB1を解放する。そして、制御装置100は、バッテリのSOCに余裕がある場合には、第2MG30を単独で逆回転させる一方、バッテリのSOCに余裕がない場合にはエンジン10を運転させて第1MG20で発電を行なうとともに第2MG30を逆回転させる。
シリーズモードでは、エンジン10の動力は、すべて第1MG20で発電を行なう動力として使用される。第2MG30は、第1MG20で発電された電力を用いて駆動輪90を駆動する。シリーズモードにおいて車両1を前進あるいは後進させる場合には、制御装置100は、図5のH4,H5欄に示すように、クラッチC1およびブレーキB1をともに解放し、かつクラッチCSを係合させる(後述の図9参照)。
HV走行モードでは、エンジン10が作動しているため、MOP501も作動している。したがって、HV走行モードでは、主にMOP501の油圧を用いてクラッチC1,CSあるいはブレーキB1が係合される。
以下に、共線図を用いて、図5に示した各動作モードについて、各回転要素の状態を説明する。
図6は、EV単モータ走行モード中の共線図である。図7は、EV両モータ走行モード中の共線図である。図8は、HV走行(シリーズパラレル)モード中の共線図である。図9は、HV走行(シリーズ)モード中の共線図である。
図6〜図9に示す「S1」、「CA1」、「R1」はそれぞれ変速部40のサンギヤS1、キャリアCA1、リングギヤR1を示し、「S2」、「CA2」、「R2」はそれぞれ差動部50のサンギヤS2、キャリアCA2、リングギヤR2を示す。
図6を参照して、EV単モータ走行モード(図5:E1)中の制御状態について説明する。EV単モータ走行モードでは、制御装置100は、変速部40のクラッチC1、ブレーキB1およびクラッチCSを解放するとともに、エンジン10を停止し、第2MG30をモータとして動作させる。そのため、EV単モータ走行モードでは、第2MG30のトルク(以下「第2MGトルクTm2」という)を用いて車両1は走行する。
この際、制御装置100は、サンギヤS2の回転速度が0となるように第1MG20のトルク(以下「第1MGトルクTm1」という)をフィードバック制御する。そのため、サンギヤS2は回転しない。しかしながら、変速部40のクラッチC1およびブレーキB1は解放されているため、差動部50のキャリアCA2の回転は規制されない。したがって、差動部50のリングギヤR2、キャリアCA2および変速部40のリングギヤR1は、第2MG30の回転に連動して、第2MG30の回転方向と同じ方向に回転(空転)させられる。
一方、変速部40のキャリアCA1は、エンジン10が停止されていることによって、停止状態に維持される。変速部40のサンギヤS1は、リングギヤR1の回転に連動して、リングギヤR1の回転方向とは反対の方向に回転(空転)させられる。
なお、EV単モータ走行モード中に減速を行なうために、第2MG30を用いた回生制動に加えてエンジンブレーキを作動させることも可能である。この場合(図5:E2)には、クラッチC1またはブレーキB1のいずれか一方を係合させることにより、キャリアCA2が駆動輪90側から駆動されたときにエンジン10も回転させられるので、エンジンブレーキが作動する。
次に、図7を参照して、EV両モータ走行モード(図5:E3)中における制御状態について説明する。EV両モータ走行モードでは、制御装置100は、クラッチC1およびブレーキB1を係合しかつクラッチCSを解放するとともに、エンジン10を停止する。したがって、変速部40のサンギヤS1、キャリアCA1、リングギヤR1の回転が回転速度がゼロになるように規制される。
変速部40のリングギヤR1の回転が規制されることで、差動部50のキャリアCA2の回転も規制(ロック)される。この状態で、制御装置100は、第1MG20および第2MG30を主にモータとして動作させる。具体的には、第2MGトルクTm2を正トルクとして第2MG30を正回転させるとともに、第1MGトルクTm1を負トルクとして第1MG20を負回転させる。
クラッチC1を係合してキャリアCA2の回転を規制することで、第1MGトルクTm1は、キャリアCA2を支点としてリングギヤR2に伝達される。リングギヤR2に伝達される第1MGトルクTm1(以下「第1MG伝達トルクTm1c」という)は、正方向に作用し、カウンタ軸70に伝達される。そのため、EV両モータ走行モードでは、第1MG伝達トルクTm1cと第2MGトルクTm2とを用いて、車両1は走行する。制御装置100は、第1MG伝達トルクTm1cと第2MGトルクTm2との合計によってユーザ要求トルクを満たすように、第1MGトルクTm1と第2MGトルクTm2との分担比率を調整する。
図8を参照して、HV走行(シリーズパラレル)モード(図5:H1〜H3)中の制御状態について説明する。なお、図8には、ローギヤ段Loで前進走行している場合(図5のH2:図8のS1、CA1およびR1の共線図に示される実線の共線参照)と、ハイギヤ段Hiで前進走行している場合(図5のH1:図8のS1、CA1およびR1の共線図に示される破線の共線参照)とが例示されている。なお、説明の便宜上、ローギヤ段Loで前進走行している場合もハイギヤ段Hiで前進走行している場合もリングギヤR1の回転速度は同一である場合を想定する。
HV走行(シリーズパラレル)モードであって、かつ、ローギヤ段Lo形成時には、制御装置100は、クラッチC1を係合するとともに、ブレーキB1およびクラッチCSを解放する。そのため、回転要素(サンギヤS1,キャリアCA1,リングギヤR1)は一体となって回転する。これにより、変速部40のリングギヤR1も、キャリアCA1と同じ回転速度で回転し、エンジン10の回転は、同じ回転速度でリングギヤR1から差動部50のキャリアCA2に伝達される。すなわち、変速部40のキャリアCA1に入力されたエンジン10のトルク(以下「エンジントルクTe」という)は、変速部40のリングギヤR1から差動部50のキャリアCA2に伝達される。なお、ローギヤ段Lo形成時リングギヤR1から出力されるトルク(以下「変速部出力トルクTr1」という)は、エンジントルクTeと同じ大きさである(Te=Tr1)。
差動部50のキャリアCA2に伝達されたエンジン10の回転は、サンギヤS2の回転速度(第1MG20の回転速度)によって無段階に変速されて差動部50のリングギヤR2に伝達される。この際、制御装置100は、基本的には、第1MG20をジェネレータとして動作させて、第1MGトルクTm1を負方向に作用させる。これにより、キャリアCA2に入力されたエンジントルクTeをリングギヤR2に伝達するための反力を第1MGトルクTm1が受け持つことになる。
リングギヤR2に伝達されたエンジントルクTe(以下「エンジン伝達トルクTec」という)は、カウンタドライブギヤ51からカウンタ軸70に伝達され、車両1の駆動力として作用する。
また、HV走行(シリーズパラレル)モードでは、制御装置100は、第2MG30を主にモータとして動作させる。第2MGトルクTm2は、リダクションギヤ32からカウンタ軸70に伝達され、車両1の駆動力として作用する。つまり、HV走行(シリーズパラレル)モードでは、エンジン伝達トルクTecと第2MGトルクTm2とを用いて、車両1は走行する。
一方、HV走行(シリーズパラレル)モードであって、かつ、ハイギヤ段Hi形成時には、制御装置100は、ブレーキB1を係合するとともに、クラッチC1およびクラッチCSを解放する。ブレーキB1が係合されるため、サンギヤS1の回転が規制される。これにより、変速部40のキャリアCA1に入力されたエンジン10の回転は、増速されて変速部40のリングギヤR1から差動部50のキャリアCA2に伝達される。したがって、ハイギヤ段Hi形成時には、変速部出力トルクTr1はエンジントルクTeよりも小さくなる(Te>Tr1)。
図9を参照して、HV走行(シリーズ)モード(図5:H4)中における制御状態について説明する。HV走行(シリーズ)モードでは、制御装置100は、クラッチC1およびブレーキB1を解放するとともに、クラッチCSを係合する。クラッチCSが係合されることによって差動部50のサンギヤS2が変速部40のキャリアCA1と同じ回転速度で回転し、エンジン10の回転はクラッチCSを介して直接的に第1MG20に伝達される。これにより、エンジン10を動力源とする第1MG20による発電が実施可能となる。
一方、クラッチC1およびブレーキB1がいずれも解放されて変速部40がニュートラル状態となるため、変速部40のサンギヤS1、リングギヤR1、差動部50のキャリアCA2の回転は規制されない。そのため、第1MG20の動力およびエンジン10の動力は、カウンタ軸70に伝達されない状態となる。したがって、HV走行(シリーズ)モードでは、エンジン10を動力源として第1MG20による発電を実施しつつ、その発電した電力の一部または全部を用いて第2MGトルクTm2で車両1は走行することとなる。
[同時供給防止弁550の機能]
以上のような構成を有する車両1においては、上述したように、エンジン10の動力を変速部40および差動部50を経由して第1MG20に伝達する経路K1と、経路K1は別にエンジン10の動力を第1MG20に直接的に伝達する経路K2とが設けられ、この経路K2上にクラッチCSが設けられる。そのため、シリーズパラレル走行とシリーズ走行との選択が可能となる。具体的には、エンジン10の動力を経路K1で伝達する(すなわち経路K1上の変速部40を非ニュートラル状態とし経路K2上のクラッチCSを解放する)ことによって、シリーズパラレル走行を選択することができる。一方、エンジン10の動力を経路K2で伝達する(すなわち経路K1上の変速部をニュートラル状態とし経路K2上のクラッチCSを係合する)ことによって、シリーズ走行を選択することができる。
しかしながら、経路K1上の変速部40が非ニュートラル状態である場合に経路K2上のクラッチCSを係合すると、エンジン10の回転速度および第1MG20の回転速度が共に低下あるいは増加し、その反力がカウンタ軸70を介して駆動輪90に伝達されてショックが発生するおそれがある。この点について図10を参照して詳しく説明する。
図10は、変速部40のブレーキB1を係合してハイギヤ段Hiで走行している非ニュートラル状態から、さらにクラッチCSを係合した場合の各回転要素の状態変化の一例を示す図である。図10において、一点鎖線がクラッチCSを係合する前の共線を示し、実線がクラッチCSを係合した後の共線を示す。なお、図10には、クラッチCSを係合する前(一点鎖線)において、エンジン10の回転速度よりも第1MG20の回転速度が高い場合が例示されている。
図10に示すように、ブレーキB1を係合している状態からさらにクラッチCSを係合すると、第1MG20の回転速度がエンジン10の回転速度に向けて低下する。この際、差動部50のリングギヤR2の回転速度は車両1の慣性力によってほとんど変化しないため、第1MG20の回転速度の低下に伴って差動部50のキャリアCA2の回転速度が低下し、差動部50のキャリアCA2に接続された変速部40のリングギヤR1の回転速度も低下する。変速部40のサンギヤS1はブレーキB1の係合によって固定されているため、リングギヤR1の回転速度の低下に伴ってキャリアCA1の回転速度すなわちエンジン10の回転速度も低下する。
このように、エンジン10の回転速度よりも第1MG20の回転速度が高い場合にブレーキB1とクラッチCSとを同時に係合すると、エンジン10の回転速度および第1MG20の回転速度が共に低下し、その反力がカウンタ軸70を介して駆動輪90に伝達されてショック(いわゆる飛び出し感)が発生する。
なお、図10に示した場合とは逆に、第1MG20の回転速度よりもエンジン10の回転速度が高い場合にブレーキB1とクラッチCSとを同時に係合すると、エンジン10の回転速度および第1MG20の回転速度が共に増加し、その反力がカウンタ軸70を介して駆動輪90に伝達されてショック(いわゆる引き込み感)が発生する。
このようなショックを抑制するために、本実施の形態による油圧回路500には、C1圧およびB1圧を信号圧として作動してCS圧を遮断する同時供給防止弁550が備えられる。この同時供給防止弁550の機能によって、変速部40のクラッチC1およびブレーキB1の少なくとも一方と、クラッチCSとが同時に係合されることが防止される。そのため、変速部40が非ニュートラル状態である場合にクラッチCSが係合されて上述したショックが発生することを抑制することができる。
<変形例1>
上述の実施の形態では、変速部40のクラッチC1およびブレーキB1の少なくとも一方とクラッチCSとの同時係合を防止する構成として、同時供給防止弁550(油圧バルブ)を用いた。しかしながら、油圧によって作動する油圧バルブに代えて、電気信号(各油圧指令値PbC1,PbB1,PbCS)によって作動する電磁クラッチを用いて電気回路上で同時係合を防止する構成に変更してもよい。
また、上述の実施の形態では、変速部40のクラッチC1およびブレーキB1、クラッチCSを油圧式のクラッチとしたが、これらのクラッチを電気式のクラッチ(通電によって作動するクラッチ)としてもよい。
変速部40のクラッチC1およびブレーキB1、クラッチCSを電気式のクラッチとした場合においても、同時係合を防止する構成として、同時供給防止弁550(油圧バルブ)に代えて、電磁クラッチを用いるように変更することができる。たとえば、変速部40の係合部(クラッチC1およびブレーキB1)を通電時に非ニュートラル状態となり非通電時にニュートラル状態となるように構成し、クラッチCSを通電時に係合状態となり非通電時に解放されるように構成した場合には、変速部40の係合部(クラッチC1およびブレーキB1)に電流が供給されている場合にクラッチCSへの電流の供給を遮断するように電磁クラッチを構成すればよい。
<変形例2>
上述の実施の形態では、同時供給防止弁550の機能によって、変速部40のクラッチC1およびブレーキB1の少なくとも一方と、クラッチCSとが同時に係合されることが防止される。
しかしながら、エンジン10の回転速度と第1MG20の回転速度との差が所定値よりも小さい場合には、同時供給防止弁550を一時的に機能させないようにして、変速部40のクラッチC1およびブレーキB1の少なくとも一方と、クラッチCSとの同時係合を一時的に許容するようにしてもよい。
このようにすると、シリーズパラレル走行からシリーズ走行への切替(クラッチC1またはブレーキB1を解放しつつクラッチCSを係合する制御)の過渡期において、エンジン10の回転速度と第1MG20の回転速度との差が所定値よりも小さい場合にはクラッチC1またはブレーキB1を解放する前にクラッチCSを係合することが許容される。これにより、エンジン10の回転速度と第1MG20の回転速度とを早期に同期させることができ、シリーズパラレル走行からシリーズ走行への切替をより素早く行なうことができる。この際、エンジン10の回転速度と第1MG20の回転速度との差が小さいため、クラッチC1またはブレーキB1とクラッチCSとが同時に係合されても、エンジン10の回転速度および第1MG20の回転速度の増加量あるいは低下量が小さく、それほど大きなショックは生じない。
一方、エンジン10の回転速度と第1MG20の回転速度との差が所定値よりも大きい場合には、同時供給防止弁550を機能させるようにすればよい。これにより、クラッチC1またはブレーキB1とクラッチCSとの同時係合による大きなショックの発生を抑制することができる。
図11は、本変形例による油圧回路500Aの構成を模式的に示す図である。図11に示す油圧回路500Aは、上述の図4に示す油圧回路500に対して、電磁切替弁580および油路L5を追加したものである。その他の構造については、上述の図4に示す構成と同じであり既に説明したため、ここでの詳細な説明は繰返さない。
油路L5は、油路LEと同時供給防止弁550とを接続する。電磁切替弁580は、油路L5上に設けられる。電磁切替弁580は、制御装置100からの制御信号に応じて、油路LEの油圧を同時供給防止弁550に出力するオン状態と、油路LEの油圧を同時供給防止弁550に出力しないオフ状態とのいずれかに切り替えられる。なお、図11には、電磁切替弁580がオン状態である場合が例示されている。
制御装置100は、エンジン10の回転速度と第1MG20の回転速度との差が所定値よりも小さい場合、EOP502を駆動し、かつ電磁切替弁580をオン状態に切り替える。すなわち、電磁切替弁580は、エンジン10の回転速度と第1MG20の回転速度との差が所定値よりも小さい場合に制御装置100によってオン状態とされ、EOP502が発生した油路LEの油圧を同時供給防止弁550に出力する。
同時供給防止弁550は、電磁切替弁580から油圧が入力されると、たとえC1圧あるいはB1圧が入力されている場合であっても強制的にノーマル状態(CS圧をクラッチCSに供給する状態)に切り替えられるように構成される。これにより、同時供給防止弁550を一時的に機能させないようにして、クラッチC1またはブレーキB1とクラッチCSとの同時係合を一時的に許容することができる。
一方、制御装置100は、エンジン10の回転速度と第1MG20の回転速度との差が所定値よりも大きい場合、電磁切替弁580をオフ状態に切り替える。すなわち、電磁切替弁580は、エンジン10の回転速度と第1MG20の回転速度との差が所定値よりも大きい場合には制御装置100によってオフ状態とされる。これにより、同時供給防止弁550を機能させて、クラッチC1またはブレーキB1とクラッチCSとの同時係合を防止することができる。
なお、図11においては、電磁切替弁580の元圧を油路LEの油圧(EOP502が発生した油圧)とする例を示したが、電磁切替弁580の元圧は油路LEの油圧に限定されず、油路LMの油圧(MOP501が発生した油圧)としてもよい。
図12は、電磁切替弁580の元圧を油路LMの油圧とする油圧回路500Bの構成を模式的に示す図である。図12に示すように、油路LMと同時供給防止弁550とを接続する油路L6上に電磁切替弁580を設け、電磁切替弁580が油路LMの油圧を同時供給防止弁550に出力する構成としてもよい。
また、変速部40のクラッチC1およびブレーキB1の少なくとも一方と、クラッチCSとの同時係合を許容するように構成することによって、変速部40を非ニュートラル状態とし、かつクラッチCSを係合状態にして走行するモード(パラレルモード:固定段モード)を選択することも可能となる。
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。