この発明で制御の対象とする車両は、少なくとも一つのモータとエンジンとを駆動力源として備え、エンジンが出力する駆動力で走行するHVモードと、モータが出力する駆動力のみで走行するEVモードとが可能であり、さらに運転を停止しているエンジンをモータによってモータリングして始動することのできるハイブリッド車両である。図1はこの発明の実施形態におけるハイブリッド車両1の駆動系統および制御系統を模式的に示している。ここに示す例では、エンジン(ENG)2とモータ(MG1)3とに加えて、他のモータ(MG2)4が設けられている。エンジン2は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの従来知られている内燃機関であり、始動するためにモータリングを必要とする内燃機関である。また、モータ3,4は電力が供給されて回転することにより駆動力を出力する動力装置であり、好ましくは発電機能のあるモータ・ジェネレータである。
エンジン2とモータ3(以下、仮に第1モータ3とする)とが差動機構5に連結されている。差動機構5は、少なくとも三つの回転要素によって差動作用を行う機構である。それら三つの回転要素のうちの第1の回転要素にエンジン2が連結され、また第2の回転要素に第1モータ3が連結され、さらに第3の回転要素から駆動トルクを出力する。この種の差動機構5の一例が遊星歯車機構であり、図2にシングルピニオン型遊星歯車機構を模式的に示してある。図2に示す差動機構5は、サンギヤ5Sと、サンギヤ5Sに対して同心円上に配置されたリングギヤ5Rと、これらサンギヤ5Sおよびリングギヤ5Rに噛み合っているピニオンギヤ5Pを保持しているキャリヤ5Cとを回転要素として備えている。キャリヤ5Cにエンジン2が連結されており、また、サンギヤ5Sに第1モータ3が連結されている。この例では、キャリヤ5Cがこの発明の実施形態における第1回転要素に相当し、サンギヤ5Sがこの発明の実施形態における第2回転要素に相当し、リングギヤ5Rがこの発明の実施形態における第3回転要素に相当している。
三つの回転要素を備えた差動機構では、いずれか一つの回転要素にトルクを入力するとともに、他のいずれか一つの回転要素が反力を受け持つことにより、他の更に一つの回転要素が、前記入力されたトルクを増大させたトルクもしくは低減させたトルクで回転する。図2に示す例において、エンジン2が駆動力を出力している状態では、第1モータ3が発電機として機能して反力トルクをサンギヤ5Sに伝達し、したがってリングギヤ5Rからトルクが出力される。すなわち、エンジン2が駆動力を出力している状態では、キャリヤ5Cが入力要素、サンギヤ5Sが反力要素、リングギヤ5Rが出力要素となる。これに対して、第1モータ3をモータとして機能させて第1モータ3が走行のための駆動力を出力する場合、第1モータ3が連結されているサンギヤ5Sが入力要素となる。第1モータ3によるトルクはリングギヤ5Rから出力するからリングギヤ5Rが出力要素となり、したがってエンジン2が連結されているキャリヤ5Cが反力要素となる。この場合、エンジン2には負方向(エンジン2の正常な回転方向とは反対の方向)のトルクが作用するので、エンジン2の負方向の回転を阻止するとともに、キャリヤ5Cで反力を受けるようにするために、エンジン2の出力軸の回転もしくはキャリヤ5Cの回転を選択的に止め、あるいは回転を制限するブレーキB1が設けられている。ブレーキB1は、摩擦式のブレーキや噛み合い式のブレーキであってよい。摩擦式のブレーキであれば、スリップ状態で制動力を発生することにより、エンジン2の出力軸の回転もしくはキャリヤ5Cの回転を制限することができる。言い換えれば、エンジン2の出力軸の回転もしくはキャリヤ5Cを僅かな回転に制限しつつ、エンジン2の出力軸もしくはキャリヤ5Cにその回転を止める方向の制動力を付与することができる。
差動機構5の出力側に切替機構6が連結されている。切替機構6は、上記の差動機構5における出力要素であるリングギヤ5Rに連結され、あるいはリングギヤ5Rと共に回転する入力部材6aと、出力部材6bとを備え、これら入力部材6aの回転方向と出力部材6bの回転方向とが同じになる第1の状態(以下、順転状態という)と、入力部材6aの回転方向と出力部材6bの回転方向とが反対になる第2の状態(以下、反転状態という)とに切り替わるように構成されている。切替機構6の一例を図3に模式的に示してある。図3に示す例は、シングルピニオン型の遊星歯車機構と二つの係合要素とによって構成した例である。その遊星歯車機構は、サンギヤ6Sと、サンギヤ6Sに対して同心円上に配置されたリングギヤ6Rと、これらのサンギヤ6Sおよびリングギヤ6Rに噛み合っているピニオンギヤ6Pを保持しているキャリヤ6Cとを備えており、入力部材6aがサンギヤ6Sに連結され、出力部材6bがリングギヤ6Rに連結されている。
サンギヤ6Sとキャリヤ6Cとの間にこれらサンギヤ6Sとキャリヤ6Cとを選択的に連結するクラッチC1が設けられている。クラッチC1はこの発明の実施形態における第1係合要素に相当し、油圧あるいは電磁力によって係合し、また解放するように構成されている。クラッチC1が係合した場合にはサンギヤ6Sとキャリヤ6Cとが一体となって回転するから、遊星歯車機構の全体が一体となって回転する。すなわち、切替機構6はクラッチC1が係合することにより、順転状態になるように構成されている。また、キャリヤ6Cとケーシングなどの所定の固定部7との間に、キャリヤ6Cを選択的に固定するブレーキB2が設けられている。ブレーキB2はこの発明の実施形態における第2係合要素に相当し、ブレーキB2が係合するとキャリヤ6Cが固定されるから、サンギヤ6Sの回転方向とリングギヤ6Rの回転方向とは互いに反対になる。すなわち、切替機構6はブレーキB2が係合することにより、反転状態になるように構成されている。上記のクラッチC1およびブレーキB2は、摩擦式の係合要素であって、互いに摩擦接触する二つの部材の回転数差(差回転数)が「0」以上の状態(スリップ状態)でトルクを伝達できるように構成された係合要素である。
切替機構6における出力部材6bは、終減速機であるデファレンシャルギヤ8に連結されており、またデファレンシャルギヤ8には左右の駆動輪9が連結されている。したがって、差動機構5におけるリングギヤ5Rは、切替機構6およびデファレンシャルギヤ8を介して駆動輪9に連結されている。この駆動輪9は、ハイブリッド車両1の前輪であってもよく、あるいは後輪であってもよい。そして、モータ4(以下、仮に第2モータ4とする)が、切替機構6の出力部材6bに連結されていて、第2モータ4はその出力トルクを駆動トルクとして駆動輪9に伝達するように構成されている。なお、第2モータ4は、ハイブリッド車両1が走行するための駆動トルクを出力し、また減速時にエネルギ回生を行うためのものであるから、第2モータ4は、前記駆動輪9とは異なる車輪に駆動トルクを伝達するように構成されていてもよい。例えば、前記駆動輪9がハイブリッド車両1の前輪の場合には、第2モータ4は後輪に駆動トルクを伝達するように構成されていてもよく、また反対に前記駆動輪9がハイブリッド車両1の後輪の場合には、第2モータ4は前輪に駆動トルクを伝達するように構成されていてもよい。
第1モータ3および第2モータ4は電源部10に接続されている。電源部10は、蓄電装置やインバータ(それぞれ図示せず)などを有し、蓄電装置の電力を各モータ3,4に供給して各モータ3,4によって駆動トルクを出力させ、また一方のモータ3(4)によって発電した電力を他方のモータ4(3)に供給し、さらにはいずれかのモータ3,4によって発電した電力を蓄電装置に充電するように構成されている。電源部10がこのような作用を行うように電源部10を制御する電子制御装置(HV−ECU)11が設けられている。このHV−ECU11は、電源部10に加えてエンジン2の出力や起動および停止を制御し、またブレーキB1の係合および解放を制御するコントローラであって、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたアクセル開度や車速、充電残量(SOC)などのデータや予め記憶しているデータを使用して演算を行い、その演算の結果を制御指令信号として電源部10やエンジン2あるいはブレーキB1に出力するように構成されている。
また、切替機構6を制御する電子制御装置(TM−ECU)12が設けられている。このTM−ECU12は、切替機構6を順転状態と反転状態とに切り替えて設定するための装置であり、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力された各種のデータや予め記憶しているデータを使用して演算を行い、その演算の結果を制御指令信号として切替機構6に出力するように構成されている。
上記のHV−ECU11およびTM−ECU12がこの発明の実施形態におけるコントローラに相当する。なお、この発明では、これら二つのECUを統合した一つの電子制御装置を設けることとしてもよく、その場合には統合された一つの電子制御装置がこの発明の実施形態におけるコントローラに相当することになる。
上記のハイブリッド車両1は、エンジン2が出力するトルクで走行するHV(HybridVehicle)モードと、エンジン2の運転を止めた状態で第2モータ4が出力するトルクによって走行するEV(Electric Vehicle)モード、もしくは第1および第2のモータ3,4が出力するトルクによって走行するEV(Electric Vehicle)モードが可能である。HVモードで前進走行する場合、エンジン2が正方向に回転して正トルクを出力し、これに対して第1モータ3が負トルク(エンジン2の回転方向とは反対方向に作用するトルク)を出力し、その結果、リングギヤ5Rに正方向(エンジン2の回転方向)のトルクが作用する。前進走行するためには、切替機構6における出力部材6bを正方向に回転させるので、切替機構6は順転状態に設定される。その状態を図4の(a)に差動機構5および切替機構6についての共線図によって示してある。なお、以下に説明する共線図における矢印は、それぞれの回転要素に作用しているトルクを示している。
一方、二つのモータ3,4をモータとして動作させるEVモードで前進走行する場合、エンジン2の運転を止めるとともにブレーキB1によってエンジン2の出力軸もしくはキャリヤ5Cの回転を止め、その状態で第1モータ3が正トルクを出力し、また第2モータ4が正トルクを出力する。したがって差動機構5の出力要素となっているリングギヤ5Rには負トルクが作用してリングギヤ5Rは負方向(エンジン2の回転方向とは反対方向)に回転する。前進走行するためには、切替機構6における出力部材6bを正方向に回転させるので、切替機構6は反転状態に設定される。その状態を図4の(c)に差動機構5および切替機構6についての共線図によって示してある。二つのモータ3,4を駆動するEVモードにおいて切替機構6を反転状態に設定するのは、第1モータ3によってエンジン2をモータリングする際に、入力部材6aに負トルクが作用し、その負トルクによって出力部材6bに正トルクを作用させるためである。
このように、前進走行時にHVモードからEVモードに切り替える場合、エンジン2の回転を止めるとともに切替機構6を順転状態から反転状態に切り替えることになる。
また、後進走行している場合について説明すると、HVモードでは、エンジン2が正方向に回転して正トルクを出力し、これに対して第1モータ3が負トルクを出力し、その結果、リングギヤ5Rに正方向(エンジン2の回転方向)のトルクが作用する。後進走行するためには、切替機構6における出力部材6bを負方向に回転させるので、切替機構6は反転状態に設定される。その状態を図5の(a)に差動機構5および切替機構6についての共線図によって示してある。
一方、二つのモータ3,4をモータとして動作させるEVモードで後進走行する場合、エンジン2の運転を止めるとともにブレーキB1によってエンジン2の出力軸もしくはキャリヤ5Cの回転を止め、その状態で第1モータ3が正トルクを出力し、また第2モータ4が正トルクを出力する。したがって差動機構5の出力要素となっているリングギヤ5Rには負トルクが作用してリングギヤ5Rは負方向に回転する。後進走行するためには、切替機構6における出力部材6bを負方向に回転させるので、切替機構6は順転状態に設定される。その状態を図5の(c)に差動機構5および切替機構6についての共線図によって示してある。二つのモータ3,4を駆動するEVモードにおいて切替機構6を反転状態に設定するのは、第1モータ3によってエンジン2をモータリングする際に、入力部材6aに負トルクが作用し、その負トルクによって出力部材6bに負トルクを作用させるためである。
上述したハイブリッド車両1は、差動機構5の出力側に切替機構6を連結し、差動機構5から出力されたトルクの方向を変えずに切替機構6から出力し、あるいは差動機構5から出力されたトルクの方向を反転させて切替機構6から出力させるように構成されている。したがって、EVモードでの走行中に第1モータ3によってエンジン2をモータリングすることに伴って駆動力が低下しないようにするためには、HVモードからEVモードに変更する場合に、エンジン2の停止と併せて切替機構6の動作状態を変更することになる。この発明の実施形態による制御装置は、このようなエンジン2の停止と切替機構6の動作状態の変更との制御を以下に説明するように実行する。
図6にフローチャートで示す制御例は、ハイブリッド車両1がHVモードで前進走行している場合に実行される。先ず、エンジン2の停止要求があるか否かが判断される(ステップS1)。ハイブリッド車両1は燃費を向上させるために、駆動要求を十分に満たすなどの所定の条件の範囲内で、可及的に高頻度で電力を使用して走行するように制御される。また、EVモードで出力できる駆動力は、HVモードで出力できる駆動力よりも小さい場合もある。そこで、車速とアクセル開度(もしくは駆動要求量)とで決まる走行領域として、HVモードの領域とEVモードの領域とを予めマップとして定めておき、ステップS1の判断は、そのマップとアクセル開度とに基づいて行うことができる。例えば、アクセル開度が所定値以下に低下することによりステップS1で肯定的に判断される。なお、ステップS1で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。
ステップS1で肯定的に判断された場合には、切替機構6が順転状態になっているか否かが判断される(ステップS2)。この判断は、前述したTM−ECU12が出力する制御指令信号に基づいて行うことができる。ステップS2で肯定的に判断された場合には、エンジン2を停止した後に切替機構6が反転状態に設定されるか否かが判断される(ステップS3)。例えば、車速やアクセル開度(あるいは駆動要求量)によって決まる走行状態がEVモードの領域に入っていれば、前述したように切替機構6を反転状態に設定することになるので、ステップS3において肯定的に判断される。
ステップS3で肯定的に判断された場合には、切替機構6における係合要素の差回転数が「0」以上の状態(≠0)で切替機構6の動作状態の切替操作が実施される(ステップS4)。すなわち、クラッチC1を解放させ、かつブレーキB2を滑り状態に維持して所定のトルクを伝達させ、ついで係合させる。言い換えれば、トルクを伝達する係合要素のいわゆる掛け替えを行う。その状態を図4の(b)に共線図によって示してある。クラッチC1の伝達トルク容量が低下し、かつブレーキB2の伝達トルク容量が増大することにより、切替機構6におけるキャリヤ6Cの回転数が次第に低下し、それに伴ってサンギヤ6Sおよびこれと一体の入力部材6aの回転数が正回転から負回転に次第に変化する。
また、差動機構5では、切替機構6の入力部材6aに連結されているリングギヤ5Rが負回転する。それに伴って第1モータ3が連結されているサンギヤ5Sの回転数が正方向に増大しようとするので、第1モータ3やサンギヤ5Sのそのような回転数の変化を防止もしくは抑制するために第1モータ3の負方向のトルクを増大させる。この場合、エンジン2の停止要求が成立していてエンジン2に対する燃料の供給は停止しているので、エンジン2は燃料の燃焼によるトルクは出力していない。そのため、差動機構5におけるリングギヤ5Rの回転数を低下させる(負方向に増大させる)とともに、第1モータ3のトルクの作用方向を負方向に維持することによって、キャリヤ5Cに連結されているエンジン2の回転数が低下する。
図6に示すフローチャートにおけるステップS5では、クラッチC1およびブレーキB2の伝達トルク容量または第1モータ3のトルク、もしくはこれらの両方を上記のように変化させてエンジン2の回転数を「0」にまで変化させる。その後、リターンする。
なお、上記のステップS2において否定的に判断された場合には、切替機構6が反転状態になっているので、ステップS3やステップS4およびステップS5による制御を行わない方法(左記以外のENG停止方法)によってエンジン2を停止させる制御が実行され(ステップS6)、その後リターンする。また、ステップS3で否定的に判断された場合には、切替機構6の動作状態を順転状態に維持することになるので、ステップS6に進んでステップS4およびステップS5による制御を行わない方法(左記以外のENG停止方法)によってエンジン2を停止させる制御が実行され、その後リターンする。
図6に示すルーチンを実行してエンジン2を停止させるように構成されたこの発明の実施形態による制御装置では、HVモードからEVモードに切り替えるにあたってエンジン2を停止させる場合、切替機構6における係合要素の係合あるいは解放の状態を変化させることにより、あるいは切替機構6における係合要素の係合あるいは解放の状態の変化と並行して、エンジン回転数を「0」にまで低下させる。したがって、切替機構6の動作状態の切り替えとエンジン2の停止とが同時並行的に進行するので、エンジン2の停止あるいはEVモードへの切り替えの制御が容易になり、またエンジン2の停止あるいはEVモードへの切り替えを迅速に行うことができる。
ハイブリッド車両1がHVモードで後進走行している状態からEVモードに切り替えるのにあたってエンジン2を停止する場合の制御は、上記の図6に示すルーチンとは切替機構6の動作状態が反対になる。それ以外は図6に示すルーチンと同様に制御することにより、エンジン2の停止あるいはEVモードへの切り替えの制御を容易なものとし、またエンジン2の停止あるいはEVモードへの切り替えを迅速化できる。図7はその制御例を説明するためのフローチャートであり、HVモードで後進走行している場合に実行される。図7に示す制御例では、先ず、エンジン2を停止させる要求があるか否かが判断される(ステップS11)。この判断は、前述した図6に示すステップS1と同様にして行うことができる。このステップS11で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。これに対してステップS11で肯定的に判断された場合には、切替機構6が反転状態になっているか否かが判断される(ステップS12)。この判断は、前述した図6に示すステップS2と同様に行うことができる。
ステップS12で肯定的に判断された場合には、エンジン2を停止した後に切替機構6が順転状態に設定されるか否かが判断される(ステップS13)。このステップS13の判断は、例えば、前述した走行領域を定めたマップを利用し、車速やアクセル開度などの走行状態に基づいて行うことができる。
ステップS13で肯定的に判断された場合には、切替機構6における係合要素の差回転数が「0」以上の状態(≠0)で切替機構6の動作状態の切替操作が実施される(ステップS14)。すなわち、ブレーキB2を解放させ、かつクラッチC1を滑り状態に維持して所定のトルクを伝達させ、ついで係合させる。言い換えれば、トルクを伝達する係合要素のいわゆる掛け替えを行う。その状態を図5の(b)に共線図によって示してある。ブレーキB2の伝達トルク容量が低下し、かつクラッチC1の伝達トルク容量が増大することにより、切替機構6におけるキャリヤ6Cの回転数が次第に低下し(負方向に増大し)、それに伴ってサンギヤ6Sおよびこれと一体の入力部材6aの回転数が正回転から負回転に次第に変化する。すなわち、入力部材6aおよびこれと一体のサンギヤ6Sの回転数が、出力部材6bおよびこれと一体のリングギヤ6Rの回転数と一致するように、負回転方向に変化する。
また、差動機構5では、切替機構6の入力部材6aに連結されているリングギヤ5Rが負回転する。それに伴って第1モータ3が連結されているサンギヤ5Sの回転数が正方向に増大しようとするので、第1モータ3やサンギヤ5Sのそのような回転数の変化を防止もしくは抑制するために第1モータ3の負方向のトルクを増大させる。この場合、エンジン2の停止要求が成立していてエンジン2に対する燃料の供給は停止しているので、エンジン2は燃料の燃焼によるトルクは出力していない。そのため、差動機構5におけるリングギヤ5Rの回転数を低下させる(負方向に増大させる)とともに、第1モータ3のトルクの作用方向を負方向に維持することによって、キャリヤ5Cに連結されているエンジン2の回転数が低下する。
図7に示すフローチャートにおけるステップS15では、クラッチC1およびブレーキB2の伝達トルク容量または第1モータ3のトルク、もしくはこれらの両方を上記のように変化させてエンジン2の回転数を「0」にまで変化させる。その後、リターンする。
なお、上記のステップS12において否定的に判断された場合には、切替機構6が反転状態になっているので、ステップS13やステップS14およびステップS15による制御を行わない方法(左記以外のENG停止方法)によってエンジン2を停止させる制御が実行され(ステップS16)、その後リターンする。また、ステップS13で否定的に判断された場合には、切替機構6の動作状態を順転状態に維持することになるので、ステップS16に進んでステップS14およびステップS15による制御を行わない方法(左記以外のENG停止方法)によってエンジン2を停止させる制御が実行され、その後リターンする。
したがって、図7に示すルーチンを実行してエンジン2を停止させるように構成されたこの発明の実施形態による制御装置では、HVモードからEVモードに切り替えるに当たってエンジン2を停止させる場合、切替機構6における係合要素の係合あるいは解放の状態を変化させることにより、あるいは切替機構6における係合要素の係合あるいは解放の状態の変化と並行して、エンジン回転数を「0」にまで低下させる。したがって、切替機構6の動作状態の切り替えとエンジン2の停止とが同時並行的に進行するので、エンジン2の停止あるいはEVモードへの切り替えの制御が容易になり、またエンジン2の停止あるいはEVモードへの切り替えを迅速に行うことができる。
上述した制御のうち、HVモードで前進走行している状態からエンジン2を停止させる制御(図6に示す制御)を行った場合のエンジン2および各モータ3,4の回転数ならびにトルクの変化、およびクラッチC1およびブレーキB2の係合・解放の状態の変化を図8に示してある。図8において、エンジン2を停止するt1 時点より以前では、ハイブリッド車両1はHVモードで走行しており、したがってエンジン2は駆動要求量に応じたトルクを出力し、また車速に応じた回転数で回転している。第1モータ3は、エンジン2の回転数を制御するために発電機として機能して負トルクを出力し、その回転数は、エンジン2の回転数が最適燃費線上の回転数となる回転数になっている。さらに、第2モータ4は、第1モータ3によって発電された電力が供給されてモータとして機能し、ハイブリッド車両1を前進走行させるように正トルクを出力している。一方、切替機構6においては、クラッチC1が係合するとともにブレーキB2が解放して、順転状態が設定されている。
エンジン2を停止させる判断が成立すると、エンジン2への燃料の供給を停止させるなどのことによりエンジン2の運転を止める制御が開始され、また切替機構6の動作状態を切り替える制御が開始される(t1 時点)。したがって、エンジン2のトルクおよび回転数が低下し始める。それに伴って第1モータ3の負トルクが低下する。なお、第1モータ3の回転数は車速およびエンジン回転数に応じた回転数に維持される。さらに、第2モータ4の出力トルクは、要求駆動力にあった駆動トルクを維持するトルクに設定されている。図8の例では、エンジントルクが低下した分、第2モータ4の出力トルクを増大させている。なお、第2モータ4の回転数は車速に応じた回転数に維持される。他方、切替機構6においては、順転状態を設定していたクラッチC1が解放させられ、また反転状態を設定するためのブレーキB2の伝達トルク容量が、滑りを伴ってトルクを伝達する容量に設定される。これは、半係合状態と称することのできる状態である。
このようにしてエンジン2のトルクが次第に低下するとともに、切替機構6の動作状態が反転状態に次第に変化するので、エンジン2の回転数は「0」に向けて次第に低下する。その場合、第1モータ3による負トルクを制御することにより、エンジン2には、ブレーキB2が係合することによる負トルクと第1モータ3による負トルクが作用し、その回転数が迅速に低下する。エンジン2の回転数がほぼ「0」になると(t2 時点)、エンジン2による慣性トルクおよびフリクショントルクが「0」になる。このようなエンジントルクの変化に応じて第1モータ3のトルクが変化させられる。具体的には、負トルクが低下させられる。また、第1モータ3の回転数は、前述した図4の(b)を参照して説明したように正方向に増大させられる。
第1モータ3およびこれに連結されたサンギヤ5Sの回転数が、キャリヤ5Cを固定した状態におけるリングギヤ5Rの回転数と差動機構5を構成している遊星歯車機構のギヤ比(サンギヤ5Sの歯数とリングギヤ5Rの歯数との比)とに応じた回転数に達すると、エンジン2の停止と、切替機構6の反転状態への切替とが完了したことになる(t3 時点)。エンジン2の停止と切替機構6の反転状態への切替とが完了したことによって、第1モータ3のトルクと第2モータ4のトルクとが、駆動要求量に応じたトルクに制御され、またそれぞれのモータ3,4の回転数は車速に応じた回転数になる。また、切替機構6では、反転状態に切り替わったことにより、ブレーキB2の伝達トルク容量(油圧式ブレーキであれば、油圧)が、滑りの生じない容量(もしくは油圧)に増大させられる。
したがって、図8に示す変化が生じるようにエンジン2や各モータ3,4あるいはクラッチC1およびブレーキB2を制御する制御装置によれば、エンジン2の停止と切替機構6の動作状態の切替とを同時並行的に生じさせるので、エンジン2の停止あるいはEVモードへの切り替えの制御が容易になり、またエンジン2の停止あるいはEVモードへの切り替えを迅速に行うことができる。
上述した制御例は、切替機構6の動作状態を変更するためにブレーキB2もしくはクラッチC1を係合させることにより生じるトルクが、エンジン2を停止させる際のフリクショントルクや慣性トルクと作用方向が一致する場合の制御例である。しかしながら、ハイブリッド車の駆動状態によっては、ブレーキB2もしくはクラッチC1を係合させることにより生じるトルクが、エンジン2を停止させる際のフリクショントルクや慣性トルクと一致せずにエンジン2の回転数を引き上げるように作用する場合がある。このような場合には、図6や図7に示す制御例に替えて、以下に説明する制御例が実行される。
図9はHVモードで前進走行している状態からEVモードに切り替える場合にエンジン2を停止させる制御例を示しており、先ず、エンジン2の停止要求があるか否かが判断され(ステップS21)、その判断結果が肯定的であれば、ステップS22に進んで切替機構6が順転状態になっているか否かが判断され、そのステップS22で肯定的に判断された場合には、ステップS23に進んで、エンジン2を停止した後に切替機構6が反転状態に設定されるか否かが判断され、その判断結果が肯定的であれば、ステップS24に進んで、切替機構6における係合要素の差回転数が「0」以上の状態(≠0)で切替機構6の動作状態の切替操作が実施される。これらステップS21ないしステップS24の制御内容は、前述した図6に示すステップS1ないしステップS4の制御内容と同じである。
ステップS24の制御を行った後、切替機構6の動作状態を変更するべく係合要素(ブレーキB2)を係合させることに伴って生じるトルクの向きが、エンジン2を停止させることに伴うフリクショントルクや慣性トルクの向きと一致しないか否か、すなわちブレーキB2を係合させることに伴って生じるトルクがエンジン2の回転数を増大させる方向に作用するトルクとなるか否かが判断される(ステップS25)。このステップS25で肯定的に判断された場合には、ブレーキB2を係合させる制御と第1モータ3のトルクの制御とのうちブレーキB2を係合させる制御を優先するよう、これらの制御が実行される(ステップS26)。例えば、第1モータ3のトルクを特には変更させずに、ブレーキB2の伝達トルク容量を増大させる。
ステップS26の制御によって切替機構6の動作状態の変更が完了した後、すなわちブレーキB2の係合が完了した後、第1モータ3のトルクによってエンジン2の回転数を「0」にまで低下させる(ステップS27)。その後、リターンする。したがって、上記のステップS26およびステップS27の制御によれば、ブレーキB2の伝達トルク容量を増大させることにより生じるトルクと第1モータ3のトルクをバランスさせつつエンジン回転数を次第に低下させるなどの制御を行う必要がないので、エンジン回転数をスムースに低下させてエンジン2を停止に到らせることができる。
なお、ステップS25で否定的に判断された場合、すなわちブレーキB2の伝達トルク容量を次第に増大させることに伴って生じるトルクの向きがエンジン2を低下させる際のフリクショントルクや慣性トルクの向きに一致している場合には、前述した図6に示す制御例におけるステップS5と同様の制御が実行される。すなわち、切替機構6における係合要素であるブレーキB2が完全に係合する前にその伝達トルク容量を次第に増大させる制御を行い、あるいは第1モータ3のトルクを制御し、もしくはこれら両方の制御を並行して行うことにより、エンジン2の回転数を「0」にまで低下させる(ステップS28)。その後、切替機構6の係合要素(ブレーキB2)が滑りのない係合状態を維持するように、その伝達トルク容量を増大させる(ステップS29)。その後リターンする。
また、上記のステップS22で否定的に判断された場合、およびステップS23で否定的に判断された場合には、上述したステップS24ないしステップS29の制御を行わない方法でエンジン2が停止させられる(ステップS30)。これは、前述した図6に示す制御例におけるステップS6と同様の制御である。
図9は前進走行している場合の制御例であるのに対して、図10には後進走行している場合の制御例を示してある。先ず、エンジン2の停止要求があるか否かが判断され(ステップS31)、その判断結果が肯定的であれば、ステップS32に進んで切替機構6が反転状態になっているか否かが判断され、そのステップS32で肯定的に判断された場合には、ステップS33に進んで、エンジン2を停止した後に切替機構6が順転状態に設定されるか否かが判断され、その判断結果が肯定的であれば、ステップS34に進んで、切替機構6における係合要素の差回転数が「0」以上の状態(≠0)で切替機構6の動作状態の切替操作が実施される。これらステップS31ないしステップS34の制御内容は、前述した図7に示すステップS11ないしステップS14の制御内容と同じである。
ステップS34の制御を行った後、切替機構6の動作状態を変更するべく係合要素(クラッチC1)を係合させることに伴って生じるトルクの向きが、エンジン2を停止させることに伴うフリクショントルクや慣性トルクの向きと一致しないか否か、すなわちクラッチC1を係合させることに伴って生じるトルクがエンジン2の回転数を増大させる方向に作用するトルクとなるか否かが判断される(ステップS35)。このステップS35で肯定的に判断された場合には、クラッチC1を係合させる制御と第1モータ3のトルクの制御とのうちクラッチC1を係合させる制御を優先するよう、これらの制御が実行される(ステップS36)。例えば、第1モータ3のトルクを特には変更させずに、クラッチC1の伝達トルク容量を増大させる。
ステップS36の制御によって切替機構6の動作状態の変更が完了した後、すなわちクラッチC1の係合が完了した後、第1モータ3のトルクによってエンジン2の回転数を「0」にまで低下させる(ステップS37)。その後、リターンする。したがって、上記のステップS36およびステップS37の制御によれば、クラッチC1の伝達トルク容量を増大させることにより生じるトルクと第1モータ3のトルクをバランスさせつつエンジン回転数を次第に低下させるなどの制御を行う必要がないので、エンジン回転数をスムースに低下させて停止に到らせることができる。
なお、ステップS35で否定的に判断された場合、すなわちクラッチC1の伝達トルク容量を次第に増大させることに伴って生じるトルクの向きがエンジン2を低下させる際のフリクショントルクや慣性トルクの向きに一致している場合には、前述した図7に示す制御例におけるステップS15と同様の制御が実行される。すなわち、切替機構6における係合要素であるクラッチC1が完全に係合する前にその伝達トルク容量を次第に増大させる制御を行い、あるいは第1モータ3のトルクを制御し、もしくはこれら両方の制御を並行して行うことにより、エンジン2の回転数を「0」にまで低下させる(ステップS38)。その後、切替機構6の係合要素(クラッチC1)が滑りのない係合状態を維持するように、その伝達トルク容量を増大させる(ステップS39)。その後リターンする。
また、上記のステップS32で否定的に判断された場合、およびステップS33で否定的に判断された場合には、上述したステップS34ないしステップS39の制御を行わない方法でエンジン2が停止させられる(ステップS40)。これは、前述した図7に示す制御例におけるステップS16と同様の制御である。
上述した制御のうち、切替機構6を反転状態に設定してHVモードで走行している場合に、エンジン2を停止させる制御(図10に示す制御)を行った場合のエンジン2および各モータ3,4の回転数ならびにトルクの変化、およびクラッチC1およびブレーキB2の係合・解放の状態の変化を図11に示してある。図11において、エンジン2を停止するt11時点より以前では、ハイブリッド車両1はHVモードで走行しており、したがってエンジン2は駆動要求量に応じたトルクを出力し、また車速に応じた回転数で回転している。第1モータ3は、エンジン2の回転数を制御するために発電機として機能して負トルクを出力し、その回転数は、エンジン2の回転数が最適燃費線上の回転数となる回転数になっている。さらに、第2モータ4は、第1モータ3によって発電された電力が供給されてモータとして機能し、ハイブリッド車両1を前進走行させるように正トルクを出力している。一方、切替機構6においては、クラッチC1が解放するとともにブレーキB2が係合して、反転状態が設定されている。
エンジン2を停止させる判断が成立すると、エンジン2への燃料の供給を停止させるなどのことによりエンジン2の運転を止める制御が開始され、また切替機構6の動作状態を切り替える制御が開始される(t11時点)。したがって、エンジン2のトルクおよび回転数が低下し始める。それに伴って第1モータ3の負トルクが低下する。なお、第1モータ3の回転数は車速およびエンジン回転数に応じた回転数に維持される。さらに、第2モータ4の出力トルクは、要求駆動力にあった駆動トルクを維持するトルクに設定される。図11に示す例では、第2モータ4の出力トルクは低下させられている。なお、第2モータ4の回転数は車速に応じた回転数に維持される。他方、切替機構6においては、反転状態を設定していたブレーキB2が解放させられ、また順転状態を設定するためのクラッチC1の伝達トルク容量が、滑りを伴ってトルクを伝達する容量に設定される。これは、半係合状態と称することのできる状態である。
図11に示す例は、エンジン2の回転が止まる以前に切替機構6の切替制御を完了する場合の例であり、したがって切替機構6を順転状態に設定するためのクラッチC1の伝達トルク容量は、切替機構6の動作状態の切替が、エンジン2の回転数の低下に先行して生じる容量に設定される。そのため、エンジン回転数が「0」に向けて低下している過程で(すなわちエンジン2が回転している状態で)、切替機構6が順転状態に切り替わる(t12時点)。なお、前述した図5の(b)に示すように、第1モータ3の回転数は切替機構6が反転状態から順転状態に切り替わることにより次第に低下する。図11に示す例では、切替機構6が順転状態に切り替わる過程で第1モータ3の回転方向が負方向に変化する。
切替機構6が順転状態に切り替わったことによってクラッチC1の伝達トルク容量(油圧式の場合は、油圧)が、滑りの生じない容量(または油圧)に増大させられる。また、このt12時点では、エンジン2が未だ回転しているから、その回転数を引き下げるために第1モータ3のトルクが変化させられる。図11の例では、第1モータ3の負トルクが低下させられる。したがって、エンジン2の回転数は更に低下し、ついには「0」になって停止する(t13時点)。したがって、エンジントルクは「0」になり、また各モータ3,4の出力トルクは、ハイブリッド車両1がEVモードで走行するのに必要なトルクに設定される。
図11に示す変化が生じるようにエンジン2や各モータ3,4あるいはクラッチC1およびブレーキB2を制御する制御装置によれば、切替機構6の動作状態を切り替えるための制御と、第1モータ3によってエンジン回転数を低下させる制御とを別個独立して行うことができるので、クラッチC1の伝達トルク容量と第1モータ3の出力トルクをバランスさせるなどの複雑な制御が不要になり、その結果、エンジン回転数をスムースに低下させてエンジン2を停止に到らせることができる。
また、上述したハイブリッド車両1では、停止しているエンジン2を第1モータ3でモータリングする場合、差動機構5のリングギヤ5Rおよびこれに連結されている切替機構6の入力部材6aに負トルクが作用する。その場合、切替機構6を反転状態に設定しておくことにより、出力部材6bおよびこれに連結されている駆動輪9には、正トルクが作用する。すなわち、前進走行状態でEVモードからHVモードに切り替える場合、エンジン2のモータリングに伴うトルクが、ハイブリッド車両1を前進させる方向に作用するので、駆動力が低下したり、それに伴って引き込み感が生じたりすることを防止もしくは抑制することができる。EVモードで後進走行している場合には、切替機構6を順転状態に設定することにより、エンジン2のモータリングに伴うトルクが、ハイブリッド車両1を後進させる方向に作用するので、駆動力が低下したり、それに伴って引き込み感が生じたりすることを防止もしくは抑制することができる。
なお、この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両1は、前述した図1に示す構成とは異なる構成であってもよい。その例を示すと図12に示すとおりである。図12の(a)に示す例は、前述した図1に示す構成のうち第2モータ4の位置を変更した例であり、第2モータ4は切替機構6の入力側に配置され、切替機構6の入力部材6aに連結されている。図12の(b)に示す例は、前述した図1に示す構成のうち第2モータ4の位置を変更した例であり、第2モータ4は差動機構5の入力側に配置され、エンジン2の出力軸もしくは差動機構5における入力側の部材(例えば前記キャリヤ5C)に連結されている。図12の(c)は、図1に示す構成のうちブレーキB1に替えて二つのクラッチC0,C2を設けた例である。エンジン2と差動機構5との間にクラッチC0が設けられ、エンジン2と差動機構5とを選択的に連結し、またその連結を解くように構成されている。また、差動機構5におけるいずれか二つの回転要素の間にクラッチC2が設けられている。このクラッチC2を係合させることにより、差動機構5の全体が一体となって回転し、第1モータ3が出力したトルクが増減あるいは反転されることなく切替機構6に伝達される。また、クラッチC2を解放することにより差動機構5が差動作用を行う。したがって、図12の(c)に示す構成であっても前述した図1に示す構成のハイブリッド車両1と同様に動作させることができる。
また、この発明の実施形態における切替機構6は、前述した図3に示す構成に限らないのであって、ダブルピニオン型遊星歯車機構を主体した構成、あるいは互いに噛み合う複数の歯車からなる歯車列を主体とした構成などのいずれであってもよい。
さらに、上述した実施形態では、差動機構5と切替機構6とがそれぞれ遊星歯車機構によって構成され、差動機構5と切替機構6とが互いに独立した機構として構成されているが、この発明は上述した実施形態に限られないのであって、差動機構5と切替機構6とは、それぞれの機能を確保した状態で一体化もしくは複合化されて構成されていてもよい。例えば、差動機構5と切替機構6とを、二つの遊星歯車機構におけるサンギヤやキャリヤあるいはリングギヤを共用化し、あるいは連結した一つの複合遊星歯車機構などの歯車機構によって構成してもよい。その場合、複合遊星歯車機構を構成している所定の回転要素の間にクラッチなどの係合機構を設けることになる。また、複合遊星歯車機構における所定の回転部材が前述した実施形態における入力部材を兼ねることになる。