JP7172894B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンやモータなどの駆動力源と、その駆動力源から出力されたトルクが差動機構を介して駆動輪に伝達されるように、前記差動機構に反力トルクを出力する他のモータとを備えた車両の制御装置に関するものである。

特許文献１および特許文献２には、エンジンとモータとを駆動力源として備えたハイブリッド車両が記載されている。これらのハイブリッド車両は、複数の回転要素を有する動力分割機構を備えている。より具体的には、その動力分割機構は、二組の遊星歯車機構を有し、それらの遊星歯車機構の回転要素のうちのいずれか一つの回転要素にエンジンが連結され、他の回転要素にモータが連結され、更に他の回転要素に駆動輪が連結されている。また、一方の遊星歯車機構の一つの回転要素と、他方の遊星歯車機構の一つの回転要素との間に第１クラッチ機構が設けられ、さらに他方の回転要素における所定の一対の回転要素同士を連結する第２クラッチ機構が設けられている。そして、ハイブリッド車両は、第１クラッチ機構を係合状態とすることにより、エンジンから出力されたトルクのうち駆動輪側に伝達されるトルクが比較的大きいＬｏモードを設定し、第２クラッチ機構を係合状態とすることにより、エンジンから出力されたトルクのうち駆動輪側に伝達されるトルクが比較的小さいＨｉモードを設定し、第１クラッチ機構および第２クラッチ機構を係合状態とすることにより、エンジンから出力されたトルクをそのまま駆動輪側に伝達する固定段モードを設定することができるように構成されている。なお、上述した動力分割機構は、第１クラッチ機構および第２クラッチ機構を解放状態とすることにより、エンジンと駆動輪とのトルクの伝達を遮断し、かつ第２モータのトルクで走行するシングルＥＶモードを設定することができる。

特開２０１７－７４３７号公報 特開２０１８－１０３６９０号公報

特許文献１および特許文献２に記載されたハイブリッド車両は、エンジンを駆動力源としてハイブリッド走行する場合、第１クラッチ機構と第２クラッチ機構とのいずれか一方のクラッチ機構を係合させて、上述したＨｉモードもしくはＬｏモードを設定する。このハイブリッド走行では、いずれか一方の遊星歯車機構における入力要素がエンジンに連結され、また反力要素が第１モータに連結され、さらに出力要素が他方の遊星歯車機構を介して駆動輪に連結される。したがって、第１モータによる反力トルクを変化させると、エンジン回転数が変化する。つまり、エンジン回転数を第１モータによって制御できる。このＨｉモードあるいはＬｏモードでは、各遊星歯車機構は特定の場合を除いて差動回転しているから、係合しているクラッチ機構に連結されている回転要素同士の回転数が同じであっても、解放しているクラッチ機構に連結されている回転要素同士の回転数は互いに異なり、したがって解放しているクラッチ機構における駆動側の回転部材と従動側の回転部材との間には差回転数が生じている。

ハイブリッド走行時の各モードは、車速や要求駆動力（アクセル開度）あるいは蓄電装置の充電残量（ＳＯＣ）などに基づいて設定され、したがってアクセルペダルが踏み込まれたり車速が低下したりすることにより走行モードが切り替えられる。具体的には、ＨｉモードとＬｏモードとの間で切り替える場合には、第１クラッチ機構と第２クラッチ機構とのいずれか一方のクラッチ機構を係合状態から解放状態に切り替え、かつ他方のクラッチ機構を解放状態から係合状態に切り替える。その場合、解放していたクラッチ機構には、上述したように差回転数が生じているので、そのクラッチ機構を強制的に係合させるとすれば、そのクラッチ機構に連結されている回転要素だけでなく、エンジンや第１モータなどの回転数が変化する。

上記のクラッチ機構には、摩擦式の係合機構や噛み合い式の係合機構を採用できる。摩擦式の係合機構では、滑りを伴って次第に係合させることができるので、差回転数を徐々に減じることができるが、アクセル開度や車速などの走行状態の急激な変化の場合には、モード切替の応答性からの要請から、係合機構を急激に係合させることもある。また、噛み合い式の係合機構（ドグクラッチ）は、噛み合いと非噛み合いとの二つの状態しか成立しないので、伝達トルクは０％と１００％との二つに変化する。すなわち、噛み合えば、差回転数は直ちに「０」に減じられる。

急激なモード切替の要求によって、上記の解放状態のクラッチ機構を急激に係合させるとすれば、前述したハイブリッド車両では、第１モータの回転数が急激に変化する。第１モータで消費される電力や、第１モータにより発電される電力は、第１モータの出力トルクと回転数とから決まるから、上記のように第１モータの回転数が急激に変化すると、第１モータで消費される電力や、第１モータで発電する電力が急激に変動する。第１モータに接続された蓄電装置は、出力電力（放電電力）の上限値や入力電力（充電電力）の上限値が定められているため、上記のように第１モータで消費される電力や、第１モータにより発電される電力が急激に変化すると、蓄電装置の出力電力の上限値または入力電力の上限値を超えた電力が出力されまたは入力される事態が生じ、その場合には蓄電装置の耐久性が低下する可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、噛み合い式の係合機構を係合することにより反力トルクを出力するモータの回転数が急激に変化したとしても蓄電装置の耐久性の低下を抑制できる車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、駆動力源と、発電機能を有する第１モータと、駆動輪と、前記第１モータに電力を出力し、または前記第１モータにより発電された電力が入力される蓄電装置と、前記駆動力源が連結された回転要素と前記第１モータが連結された他の回転要素と前記駆動輪が連結された更に他の回転要素とを含む複数の回転要素を有し、前記第１モータのトルクが反力トルクとして入力されることにより前記駆動力源のトルクのうちの少なくとも一部を前記駆動輪に伝達する差動機構と、前記複数の回転要素の所定の一対の回転要素同士の間でトルクを伝達するように選択的に係合する噛み合い式係合機構とを備え、前記一対の回転要素のうちのいずれか一方の回転要素は、前記第１モータの回転数の変化に連動して回転数が変化するように構成され、前記噛み合い式係合機構は、前記一対の回転要素の回転数の差が所定値未満で係合可能に構成されている車両の制御装置であって、前記蓄電装置の入力電力および出力電力を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記噛み合い式係合機構をトルクを伝達しない解放状態からトルクを伝達する係合状態に切り替える係合要求がある場合に前記蓄電装置から出力しまたは前記蓄電装置に入力することが可能な電力の上限値を求め、前記噛み合い式係合機構が前記係合要求に基づいて係合する前に前記蓄電装置の出力電力もしくは入力電力を前記上限値以下に制限する制限制御を実行し、前記蓄電装置に充電しまたは前記蓄電装置から放電することが可能な前記蓄電装置の特性に基づいた上限電力である固有上限電力を求め、前記噛み合い式係合機構を係合することによる前記第１モータの発電電力または消費電力の変化量を求め、前記制限制御は、前記固有上限電力から前記第１モータの発電電力または消費電力の変化量を減算した電力値以下に前記上限値を設定することを特徴とするものである。

また、この発明では、前記噛み合い式係合機構は、前記一対の回転要素の回転数の差が前記所定値以上の場合に、前記一対の回転要素が係合できなくなる回避機構を更に備えていてよい。

また、この発明では、前記コントローラは、前記噛み合い式係合機構を係合することによる前記第１モータの回転数の変化量を求め、前記第１モータの回転数の変化量と、前記第１モータのトルクとに基づいて、前記第１モータの発電電力または消費電力の変化量を求めてよい。

また、この発明では、前記制限制御は、前記固有上限電力から前記第１モータの発電電力または消費電力の変化量および所定電力を減算した電力値以下に前記上限値を設定してよい。

また、この発明では、前記噛み合い式係合機構は、前記一対の回転要素の回転数の差が前記所定値以上の場合に、前記一対の回転要素が係合できなくなる回避機構を更に備えていてよい。

また、この発明では、前記所定値は、前記一方の回転要素が、前記一対の回転要素のうちの他方の回転要素よりも高回転数の場合と、前記一方の回転要素が、前記他方の回転要素よりも低回転数の場合とで異なっていてよい。

また、この発明では、前記制限制御は、前記蓄電装置の出力電力もしくは入力電力を前記上限値以下となるように、前記第１モータのトルクを制限するように構成されていてよい。

また、この発明では、前記コントローラは、前記制限された前記第１モータのトルクに応じて、前記駆動力源のトルクを制限するように構成されていてよい。

また、この発明では、前記車両は、前記駆動輪にトルク伝達可能に連結され、かつ前記第１モータと電力を授受可能に接続された第２モータを更に備え、前記制限制御は、前記蓄電装置の出力電力もしくは入力電力を前記上限値以下となるように、前記第２モータのトルクを制限するように構成されていてよい。

また、この発明では、前記コントローラは、前記噛み合い式係合機構が解放状態になっている現在時の消費電力もしくは発電電力が前記上限値を超過していることの判断を行い、前記現在時の消費電力もしくは発電電力が前記上限値を超過していることの判断が成立した場合に前記制限制御を行ってよい。

そして、この発明では、前記コントローラは、前記噛み合い式係合機構が係合したか否かを判断し、前記噛み合い式係合機構を係合したことが判断された場合に、前記制限制御による電力の制限を解除してよい。

この発明の車両の制御装置によれば、駆動力源と第１モータと駆動輪とが連結された差動機構を備えているため、第１モータから反力トルクを出力することにより、駆動力源のトルクを駆動輪に伝達できる。その差動機構は、複数の回転要素を備えており、それらの回転要素のうちの所定の一対の回転要素を噛み合い式係合機構により係合することができ、また、一対の回転要素のうちの一方の回転要素の回転数は、第１モータの回転数に連動して変動する。すなわち、第１モータの回転数を制御することにより一対の回転要素の回転数差を制御することができる。言い換えると、一対の回転要素の回転数差の変化に追従して第１モータの回転数が変動する。その噛み合い式係合機構を係合する場合における第１モータの発電電力または出力電力を予測または演算などし、その発電電力または出力電力に基づいて係合機構が係合する以前に、第１モータに連結された蓄電装置に入力する電力や出力する電力の上限値を制限する。したがって、係合機構が係合することによる第１モータの回転数の変動に伴って、第１モータの発電電力や消費電力が急激に変動したとしても、蓄電装置に過剰な電力が入力され、または蓄電装置から過剰な電力が出力されることを抑制することができる。その結果、蓄電装置の耐久性が低下することを抑制することができる。

駆動装置の一例を説明するためのスケルトン図である。 クラッチ機構の構成例を説明するための模式図である。 各走行モードでのクラッチ機構、ブレーキ機構の係合および解放の状態、モータの運転状態、エンジンの駆動の有無をまとめて示す図表である。 HV-Hiモードでの動作状態を説明するための共線図である。 HV-Loモードでの動作状態を説明するための共線図である。 直結モードでの動作状態を説明するための共線図である。 HV-HiモードからHV-Loモードへの切り替え時における各回転要素の回転数の変化を説明するための共線図である。 この発明の実施形態における制御例を説明するためのフローチャートである。 電力の変化量を求めるためのマップの一例を示す図である。 消費許容電力および発電許容電力を求めるためのマップの一例を示す図である。 図８に示す制御例を実行した場合における各クラッチ機構の係合状態および解放状態の変化、エンジン１よび第１モータのトルクの変化、エンジンおよび第１モータの回転数の変化、放電上限電力および充電上限電力ならびに消費許容電力および発電許容電力の変化、実電力の変化を説明するためのタイムチャートである。 第２モータを制限することにより実電力を消費許容電力以下に制御する例を説明するためのタイムチャートである。

この発明の実施形態における車両Ｖｅの一例を図１を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態における「駆動力源」に相当するエンジン（ＥＮＧ）１と、二つのモータ２，３とを備えたハイブリッド駆動装置４（以下、単に駆動装置４と記す）であり、この駆動装置４は、前輪（駆動輪）５Ｒ，５Ｌを駆動するように構成されている。第１モータ２は発電機能のあるモータ（すなわちモータ・ジェネレータ：ＭＧ１）によって構成され、エンジン１の回転数を第１モータ２によって制御するとともに、第１モータ２で発電した電力により第２モータ３を駆動し、その第２モータ３が出力するトルクを走行のための駆動トルクに加えることができるように構成されている。なお、第２モータ３は発電機能のあるモータ（すなわちモータ・ジェネレータ：ＭＧ２）によって構成することができる。

エンジン１には、この発明の実施形態における「差動機構」に相当する動力分割機構６が連結されている。この動力分割機構６は、エンジン１が出力したトルクを第１モータ２側と出力側とに分割する機能を主とする分割部７と、そのトルクの分割率を変更する機能を主とする変速部８とにより構成されている。

分割部７は、三つの回転要素によって差動作用を行う構成であればよく、遊星歯車機構を採用することができる。図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構（第１差動機構）によって構成されている。図１に示す分割部７は、サンギヤ９と、サンギヤ９に対して同心円上に配置された、内歯歯車であるリングギヤ１０と、これらサンギヤ９とリングギヤ１０との間に配置されてサンギヤ９とリングギヤ１０とに噛み合っているピニオンギヤ１１と、ピニオンギヤ１１を自転および公転可能に保持するキャリヤ１２とを有している。

エンジン１が出力したトルクが前記キャリヤ１２に入力されるように構成されている。具体的には、エンジン１の出力軸１３に、動力分割機構６の入力軸１４が連結され、その入力軸１４がキャリヤ１２に連結されている。また、サンギヤ９に第１モータ２が連結されている。なお、キャリヤ１２と入力軸１４とを直接連結する構成に替えて、歯車機構などの伝動機構（図示せず）を介してキャリヤ１２と入力軸１４とを連結してもよい。また、その出力軸１３と入力軸１４との間にダンパ機構やトルクコンバータなどの機構（図示せず）を配置してもよい。さらに、第１モータ２とサンギヤ９とを直接連結する構成に替えて、歯車機構などの伝動機構（図示せず）を介して第１モータ２とサンギヤ９とを連結してもよい。

変速部８は、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。すなわち、変速部８は、上記の分割部７と同様に、サンギヤ１５と、サンギヤ１５に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ１６と、これらサンギヤ１５とリングギヤ１６との間に配置されてこれらサンギヤ１５およびリングギヤ１６に噛み合っているピニオンギヤ１７と、ピニオンギヤ１７を自転および公転可能に保持しているキャリヤ１８とを有している。したがって、変速部８は、サンギヤ１５、リングギヤ１６、およびキャリヤ１８の三つの回転要素によって差動作用を行う差動機構（第２差動機構）となっている。この変速部８におけるサンギヤ１５に分割部７におけるリングギヤ１０が連結されている。また、変速部８におけるリングギヤ１６に、出力ギヤ１９が連結されている。

上記の分割部７と変速部８とが複合遊星歯車機構を構成するように第１クラッチ機構（第１係合機構）CL1が設けられている。第１クラッチ機構CL1は、変速部８におけるキャリヤ１８を、分割部７におけるキャリヤ１２および入力軸１４に選択的に連結するためのものであって、噛み合い式のクラッチ機構によって構成されている。この第１クラッチ機構CL1を係合させることにより分割部７におけるキャリヤ１２と変速部８におけるキャリヤ１８とが連結されてこれらが入力要素となり、また分割部７におけるサンギヤ９が反力要素となり、さらに変速部８におけるリングギヤ１６が出力要素となった複合遊星歯車機構が形成される。すなわち、入力軸１４と第１モータ２の出力軸２ａとリングギヤ１６とが差動回転できるように複合遊星歯車機構が構成されている。なお、第１クラッチ機構CL1が、この発明の実施形態における「噛み合い式係合機構」に相当するものとした場合にあっては、キャリヤ１２が、この発明の実施形態における「一方の回転要素」に相当し、キャリヤ１８が、この発明の実施形態における「他方の回転要素」に相当する。

さらに、変速部８の全体を一体化させるための第２クラッチ機構（第２係合機構）CL2が設けられている。この第２クラッチ機構CL2は、変速部８におけるキャリヤ１８とリングギヤ１６もしくはサンギヤ１５、あるいはサンギヤ１５とリングギヤ１６とを連結するなどの少なくともいずれか二つの回転要素を連結するためのものであって、噛み合い式のクラッチ機構によって構成されている。図１に示す例では、第２クラッチ機構CL2は、変速部８におけるキャリヤ１８とリングギヤ１６とを連結するように構成されている。この第２クラッチ機構CL2を係合させることにより変速部８を構成する回転要素が一体となって回転する。したがって、分割部７におけるキャリヤ１２が入力要素となり、また分割部７におけるサンギヤ９が反力要素となり、さらに変速部８におけるリングギヤ１６が出力要素となる。すなわち、入力軸１４と第１モータ２の出力軸２ａとリングギヤ１６とが差動回転できるように複合遊星歯車機構が構成されている。なお、第２クラッチ機構CL2が、この発明の実施形態における「噛み合い式係合機構」に相当するものとした場合にあっては、キャリヤ１８が、この発明の実施形態における「一方の回転要素」に相当し、リングギヤ１６が、この発明の実施形態における「他方の回転要素」に相当する。

図２は、第１クラッチ機構CL1および第２クラッチ機構CL2の構成の一例を説明するための模式図である。上記の第１クラッチ機構CL1および第２クラッチ機構CL2のいずれも同様に構成できるため、図２の説明では、第１クラッチ機構CL1と第２クラッチ機構CL2とを区別することなくクラッチ機構CLと示す。図２に示すクラッチ機構CLは、互いに対向する二つの回転部材２０，２１を有し、それらの回転部材２０，２１には、それぞれドグ歯２２，２３が形成されている。その一方の回転部材２０には、油圧や電磁力などに応じたスラスト力を発生させるアクチュエータ（ＡＣＴ）２４が連結されている。図２に示す例では、アクチュエータ２４のスラスト力を受ける受圧部材２５が設けられている。受圧部材２５は一方の回転部材２０の背面（ドグ歯２２が形成された面とは反対側の面）に、その一方の回転部材２０と一体に回転するように設けられている。この受圧部材２５と一方の回転部材２０との間には、バネなどの弾性部材２６が設けられている。

また、図２に示すクラッチ機構CLは、一方の回転部材２０と他方の回転部材２１との回転数の差がある場合であっても、解放状態から係合状態に切り替えることができるようにするため、または一方の回転部材２０と他方の回転部材２１との位相がほぼ一致してドグ歯２２，２３の歯先同士が接触して係合できなくなることを抑制するために、それぞれのドグ歯２２，２３は、相手側のドグ歯２３（２２）に対向した先端部が先細るように面取りが施されている。具体的には、各回転部材２０，２１が、図２に矢印で示す方向に回転しているとした場合において、一方のドグ歯２２は、その回転方向における先行側の面取りが、後行側の面取りよりも大きく形成され、他方のドグ歯２３は、その回転方向における先行側の面取りが、後行側の面取りよりも小さく形成されている。

図２に示すクラッチ機構CLを第１クラッチ機構CL1に採用する場合には、例えば、キャリヤ１８またはそれと一体となって回転する部材を一方の回転部材２０として採用し、入力軸１４またはキャリヤ１２あるいはそれらと一体となって回転する部材を他方の回転部材２１として採用すればよく、また、クラッチ機構CLを第２クラッチ機構CL2に採用する場合には、キャリヤ１８またはそれと一体となって回転する部材を一方の回転部材２０として採用し、リングギヤ１６あるいはそれと一体となって回転する部材を他方の回転部材２１として採用すればよい。

なお、例えば、ドラムに形成されたカム溝に沿って作動することにより、第１クラッチ機構CL1の係合状態と解放状態とを切り替えるスリーブと、そのカム溝に沿って作動することにより、第２クラッチ機構CL2の係合状態と解放状態とを切り替えるスリーブと、そのドラムの回転角を制御する一つのアクチュエータとを備えた構成であってもよい。

上記のエンジン１や分割部７あるいは変速部８の回転中心軸線と平行にカウンタシャフト２７が配置されている。前記出力ギヤ１９に噛み合っているドリブンギヤ２８がこのカウンタシャフト２７に取り付けられている。また、カウンタシャフト２７にはドライブギヤ２９が取り付けられており、このドライブギヤ２９が終減速機であるデファレンシャルギヤユニット３０におけるリングギヤ３１に噛み合っている。さらに、前記ドリブンギヤ２８には、第２モータ３におけるロータシャフト３２に取り付けられたドライブギヤ３３が噛み合っている。したがって、前記出力ギヤ１９から出力されたトルクに、第２モータ３が出力したトルクを、上記のドリブンギヤ２８の部分で加えるように構成されている。このようにして合成されたトルクをデファレンシャルギヤユニット３０から左右のドライブシャフト３４に出力し、そのトルクが前輪５Ｒ，５Ｌに伝達されるように構成されている。

なお、駆動装置４には、第１モータ２を走行のための駆動力源とする場合に、エンジン１の回転を止めるための摩擦式あるいは噛み合い式のブレーキ機構（第３係合機構）B1が設けられている。すなわち、ブレーキ機構B1は所定の固定部と出力軸１３または入力軸１４との間に設けられ、係合して出力軸１３または入力軸１４を固定することにより、分割部７におけるキャリヤ１２や、変速部８におけるキャリヤ１８を反力要素として機能させ、分割部７におけるサンギヤ９を入力要素として機能させることができるように構成されている。

第１モータ２にインバータやコンバータなどを備えた第１電力制御装置３５が接続され、第２モータ３にインバータやコンバータなどを備えた第２電力制御装置３６が接続され、それらの各電力制御装置３５，３６は、リチウムイオン電池、キャパシタ、全固体電池などから構成された蓄電装置３７に電気的に連結されている。また、上記第１電力制御装置３５と第２電力制御装置３６とは、蓄電装置３７を介することなく、相互に電力を授受できるように構成されている。具体的には、第１モータ２が反力トルクを出力することにより発電機として機能する場合には、第１モータ２で発電された電力を、蓄電装置３７を介することなく、第２モータ３に供給することができるように構成されている。

なお、上記の蓄電装置３７は、上述したようにリチウムイオン電池、キャパシタ、全固体電池などによって構成される。それら蓄電装置３７は、それぞれ特性が異なるから、車両Ｖｅは、蓄電装置３７を単一種類の装置から構成することに限られず、複数の蓄電装置３７を、各装置の特性を考慮して組み合わせて構成してもよい。

上記の各電力制御装置３５，３６におけるインバータやコンバータ、エンジン１、各クラッチ機構CL1，CL2およびブレーキ機構B1を制御するための電子制御装置（ECU）３８が設けられている。このECU３８は、この発明の実施形態における「コントローラ」に相当するものであり、マイクロコンピュータを主体にして構成されている。ECU３８は、車両Ｖｅに搭載された種々のセンサから入力されたデータと、予め記憶されているマップなどのデータや演算式などとに基づいて演算を行い、その演算結果を、エンジン１、各モータ２，３、および各クラッチ機構CL1，CL2とに出力するように構成されている。ECU３８に入力されるデータの一例は、車速、アクセル開度（要求駆動力）、第１モータ(MG1)２の回転数、第２モータ(MG2)３の回転数、エンジン１の出力軸１３の回転数（エンジン回転数）、変速部８におけるカウンタシャフト２７の回転数である出力回転数、各クラッチ機構CL1，CL2やブレーキ機構B1に設けられたピストン（受圧部材２５）のストローク量、蓄電装置３７の温度、各電力制御装置３５，３６の温度、第１モータ２の温度、第２モータ３の温度、分割部７や変速部８などを潤滑するオイル（ＡＴＦ）の温度、蓄電装置３７の充電残量（SOC）などのデータである。

そして、ECU３８に入力されたデータなどに基づいてエンジン１の運転状態（出力トルクや回転数）、第１モータ２の運転状態（出力トルクや回転数）、第２モータ３の運転状態（出力トルクや回転数）、各クラッチ機構CL1，CL2、およびブレーキ機構B1の係合または解放の切り替え要求を判断し、エンジン１、各モータ２，３、各クラッチ機構CL1，CL2、およびブレーキ機構B1に指令信号を出力する。

具体的には、エンジン１には、電子スロットルバルブの開度を定めるための電流値やパルス数、点火装置で燃料を着火するための電流値やパルス数、EGR（Exhaust Gas Recirculation）バルブの開度を定めるための電流値やパルス数、吸気バルブや排気バルブの開度を定めるための電流値やパルス数などの指令値を求め、それぞれのバルブや装置に指令信号を出力する。すなわち、エンジン１の出力（パワー）や、エンジン１の出力トルク、もしくはエンジン回転数を制御するための指示信号をECU３８から出力する。

また、各モータ２，３は、交流モータであるから、ECU３８で定められた運転状態に基づいて、コンバータで昇圧するべき電圧値や、インバータで生成するべき電流の周波数などを含む各モータ２，３に通電するべき電流値を、ECU３８から各電力制御装置３５，３６に出力する。

さらに、各クラッチ機構CL1,CL2を係合または解放させるためのアクチュエータ２４に、ECU３８で定められた各クラッチ機構CL1，CL2の係合または解放の切り替え要求に基づいた電流を出力する。なお、ECU３８は、全ての制御を統合して行う単一のものに限らず、エンジン１、各モータ２，３、各クラッチ機構CL1,CL2およびブレーキ機構B1毎にそれぞれ設けられていてもよい。

上記の駆動装置４は、エンジン１から駆動トルクを出力して走行するHV走行モードと、エンジン１から駆動トルクを出力することなく、第１モータ２や第２モータ３から駆動トルクを出力して走行するEV走行モードとを設定することが可能である。さらに、HV走行モードは、エンジン１から所定のトルクを出力した場合に、変速部８のリングギヤ１６（または出力ギヤ１９）に伝達されるトルクが相対的に大きいHV-Loモードと、そのトルクが相対的に小さいHV-Hiモードと、エンジン１のトルクを変化させずにそのまま変速部８のリングギヤ１６に伝達する直結モード（固定段モード）とを設定することができる。

またさらに、EV走行モードは、第１モータ２および第２モータ３から駆動トルクを出力するデュアルモードと、第１モータ２から駆動トルクを出力せずに第２モータ３のみから駆動トルクを出力するシングルモード（切り離しモード）とを設定することが可能である。更にデュアルモードは、第１モータ２から出力されたトルクの増幅率が比較的大きいEV-Loモードと、第１モータ２から出力されたトルクの増幅率がEV-Loモードより小さいEV-Hiモードとを設定することが可能である。なお、シングルモードでは、第１クラッチ機構CL1を係合した状態で第２モータ３のみから駆動トルクを出力して走行することや、第２クラッチ機構CL2を係合した状態で第２モータ３のみから駆動トルクを出力して走行すること、あるいは各クラッチ機構CL1，CL2を解放した状態で第２モータ３のみから駆動トルクを出力して走行することが可能である。

それらの各走行モードは、第１クラッチ機構CL1、第２クラッチ機構CL2、ブレーキ機構B1、およびエンジン１、各モータ２，３を制御することにより設定される。図３に、これらの走行モードと、各走行モードにおける、第１クラッチ機構CL1、第２クラッチ機構CL2、ブレーキ機構B1の係合および解放の状態、第１モータ２および第２モータ３の運転状態、エンジン１からの駆動トルクの出力の有無の一例を図表として示してある。図中における「●」のシンボルは係合している状態を示し、「－」のシンボルは解放している状態を示し、「Ｇ」のシンボルは主にジェネレータとして運転することを意味し、「Ｍ」のシンボルは主にモータとして運転することを意味し、空欄はモータおよびジェネレータとして機能していない、または第１モータ２や第２モータ３が駆動のために関与していない状態を意味し、「ON」はエンジン１から駆動トルクを出力している状態を示し、「OFF」はエンジン１から駆動トルクを出力していない状態を示している。

図４ないし図６には、HV-Hiモード、HV-Loモード、直結モードを設定した場合における動力分割機構６の各回転要素の回転数、およびエンジン１、各モータ２，３のトルクの向きを説明するための共線図を示してある。共線図は、動力分割機構６における各回転要素を示す直線をギヤ比の間隔をあけて互いに平行に引き、これらの直線に直交する基線からの距離をそれぞれの回転要素の回転数として示す図であり、それぞれの回転要素を示す直線にトルクの向きを矢印で示すとともに、その大きさを矢印の長さで示している。

図４に示すようにHV-Hiモードでは、エンジン１から駆動トルクを出力し、第２クラッチ機構CL2を係合するとともに、第１モータ２から反力トルクを出力する。また、図５に示すようにHV-Loモードでは、エンジン１から駆動トルクを出力し、第１クラッチ機構CL1を係合するとともに、第１モータ２から反力トルクを出力する。

エンジン回転数および第１モータ２の回転数を維持可能な第１モータ２の反力トルクの大きさは、HV-Hiモードを設定した場合とHV-Loモードを設定した場合とで異なる。具体的には、エンジン１の出力トルクをＴeとすると、HV-Loモードを設定した場合に第１モータ２に要求される反力トルクの大きさは、（ρ１・ρ２／（１ーρ１・ρ２））Ｔeとなり、HV-Hiモードを設定した場合に第１モータ２に要求される反力トルクの大きさは、（ρ１／（１＋ρ１））Ｔeとなる。ここで、「ρ１」は分割部７のギヤ比（リングギヤ１０の歯数とサンギヤ９の歯数との比率）であり、「ρ２」は変速部８のギヤ比（リングギヤ１６の歯数とサンギヤ１５の歯数との比率）である。なお、ρ１およびρ２は、「１」よりも小さい値である。

そして、上記の反力トルクよりも大きなトルクを第１モータ２から出力すると、その増加分のトルクがエンジン回転数を低下させるように作用し、それとは反対に上記の反力トルクよりも小さなトルクを第１モータ２から出力すると、エンジントルクの一部が、エンジン回転数を増大させるように作用する。すなわち、第１モータ２のトルクを制御することによりエンジン回転数を制御することができる。言い換えると、エンジン回転数が目標回転数となるように第１モータ２のトルクが制御される。なお、エンジン回転数は、例えば、エンジン１の燃費が良好となる回転数に制御され、あるいは第１モータ２の駆動効率などを考慮した駆動装置４全体としての効率（消費エネルギー量を前輪５Ｒ，５Ｌのエネルギー量で除算した値）が最も良好となる回転数に制御される。

上記のように第１モータ２から反力トルクを出力することにより、第１モータ２が発電機として機能する場合には、エンジン１の動力の一部が第１モータ２により電気エネルギーに変換される。そして、エンジン１の動力から第１モータ２により電気エネルギーに変換された動力分を除いた動力が変速部８におけるリングギヤ１６に伝達される。なお、第１モータ２により変換された電力は、第２モータ３を駆動するために第２モータ３に供給してもよく、蓄電装置３７の充電残量を増加させるために蓄電装置３７に供給してもよい。

直結モードでは、各クラッチ機構CL1，CL2が係合されることにより、図６に示すように動力分割機構６における各回転要素が同一回転数で回転する。すなわち、エンジン１の動力の全てが動力分割機構６から出力される。言い換えると、エンジン１の動力の一部が、第１モータ２や第２モータ３により電気エネルギーに変換されることがない。したがって、電気エネルギーに変換する際に生じるジュール損などを要因とした損失がないため、動力の伝達効率を向上させることができる。

上述したHV-LoモードとHV-Hiモードとのいずれか一方の走行モードを設定している場合に、要求駆動力や車速が変化して他方の走行モードへの切り替え判定が成立すると、原則的には、直結モードを一時的に設定し、その後、他方の走行モードに切り替える。言い換えると、走行モードの切り替え判定が成立した時点で解放しているクラッチ機構を係合させ、その後、走行モードの切り替え判定が成立した時点で係合していたクラッチ機構を解放させる。

HV-Hiモードを設定して走行している状態で、要求駆動力が増大したことによりHV-Loモードに切り替える場合における動力分割機構６の各回転要素の回転数の変化の一例を説明するための共線図を図７に示してある。図７に示す例では、説明の便宜上、車速を一定として示している。図７（ａ）は、HV-Hiモードを設定して走行している状態を示しており、したがって、第２クラッチ機構CL2が係合している。そのため、サンギヤ１５、キャリヤ１８、およびリングギヤ１６は、リングギヤ１６から駆動輪５Ｌ，５Ｒに至るギヤトレーンのギヤ比と車速とに応じた回転数で一致している。また、ここに示す例では、エンジン回転数（すなわちキャリヤ１２の回転数）が、キャリヤ１８の回転数よりも低回転数となっている。

図７（ｂ）は、HV-Hiモードから直結モードに切り替わる直前の状態を示している。具体的には、図７（ａ）に示す状態から第１モータ２の反力トルクを低下させることにより、またはエンジントルクを増大させることにより、エンジン回転数を維持するための反力トルクが相対的に不足するため、エンジン回転数および第１モータ２の回転数が増大している。つまり、キャリヤ１２の回転数が増大している。その結果、第１クラッチ機構CL1を構成する回転部材の回転数の差、すなわち、キャリヤ１２とキャリヤ１８との回転数の差が、第１クラッチCL1を係合できる許容差まで低下している。この許容差は、上述したドグ歯の形状などに基づいて予め定められており、この発明の実施形態における「所定値」に相当する。

図７（ｃ）は、直結モードを設定した状態を示している。すなわち、第１クラッチ機構CL1と第２クラッチ機構CL2とが係合状態となっている。したがって、第１モータ２の回転数は、図７（ｂ）に示す回転数よりも高回転数となっている。

図７（ｄ）は、HV-Loモードを設定している状態を示しており、ここに示す例では、HV-Hiモードや直結モードを設定している状態よりもエンジン回転数が高回転数となるように制御されている。したがって、図７（ｃ）に示すように直結モードを一時的に設定した後に、第２クラッチ機構CL2を解放し、その後、第１モータ２の回転数を低下させ、更に僅かに逆回転させている。

上述したようにHV-HiモードからHV-Loモードに切り替える場合には、その切り替えを迅速に行うために、解放状態から係合状態に切り替える第１クラッチ機構CL1を構成する回転部材の回転数にある程度の差が生じていても、第１クラッチ機構CL1を係合させる。

一方、HV-HiモードからHV-Loモードに切り替える過程で、駆動力が低下することを抑制するために、または、エンジン回転数の変化率が予め定められた所定変化率となるように、第１モータ２は、ある程度の反力トルクを出力し続けている。

第１モータ２は、第１モータ２の回転数を低下させる方向にトルクを出力している場合には、その回転数とトルクとの積に応じた電力を発電し、それとは反対に、第１モータ２の回転数を増大させる方向にトルクを出力している場合には、その回転数とトルクとの積に応じた電力が消費される。図７（ａ）、（ｂ）では、いずれも第１モータ２が発電機として機能し、図７（ｄ）は、第１モータ２の回転方向が反転しているから第１モータ２がモータとして機能している。

したがって、第１モータ２から反力トルクを出力し続けている図７（ｂ）の状態から、第１クラッチ機構CL1を係合させた図７（ｃ）に移行すると、第１モータ２からトルクが出力している状態で、第１モータ２の回転数が急激に変化するため、第１モータ２により発電される電力が急変する。

蓄電装置３７に入力可能な上限電力または出力可能な上限電力は、その蓄電装置３７の特性に応じて予め定められている。なお、蓄電装置３７が低温である場合に内部抵抗が増加するなど、蓄電装置３７の温度や蓄電装置３７の充電残量などを要因として、上記の入力可能な上限電力または出力可能な上限電力は変動する。この入力可能な上限電力または出力可能な上限電力が、この発明の実施形態における「固有上限電力」に相当する。

したがって、例えば、HV-Hiモードを設定して走行している際における第１モータ２の発電電力が、蓄電装置３７に入力可能な上限電力近傍となっている場合には、第１クラッチ機構CL1を係合させることによる第１モータ２の回転数の変動に伴った発電電力の急増によって、蓄電装置３７に入力可能な上限電力を超えてしまい、蓄電装置３７の耐久性が低下してしまう可能性がある。

そのため、この発明の実施形態における制御装置は、噛み合い式のクラッチ機構を係合することを伴う走行モードの切り替えが要求された場合には、クラッチ機構を係合することにより蓄電装置３７に入力される電力または蓄電装置３７から出力される電力が急変したとしても、クラッチ機構を係合する以前に蓄電装置３７に入力する電力や出力する電力の上限値を制限することにより、蓄電装置３７に過剰に電力が入力され、または蓄電装置３７から過剰に電力が出力されることを抑制できるように構成されている。その制御の一例を説明するためのフローチャートを図８に示してある。

図８に示すフローチャートは、第１モータ２が反力トルクＴgを出力した状態でのHV-HiモードまたはHV-Loモードから直結モードへの切り替え要求がある場合に実行される。より具体的には、第１クラッチ機構CL1または第２クラッチ機構CL2を係合させる判断が成立した後に、図８に示す制御が実行される。なお、上述したようにHV-HiモードからHV-Loモードの切り替えやHV-LoモードからHV-Hiモードの切り替えも直結モードを介して実行されるため、そのような場合もこのフローチャートが実行される。

ここでは、説明の便宜上、HV-Hiモードから直結モードへの切り替え要求があることにより図８に示す制御を実行した例を挙げて説明する。図８に示す例では、まず、現時点で解放している第１クラッチ機構CL1の構成要素の回転数の差ΔＮ、すなわち、キャリヤ１２または入力軸１４とキャリヤ１８との回転数の差を予測する（ステップＳ１）。上述したようにそれぞれのドグ歯２２，２３は、相手側のドグ歯２３（２２）に対向した先端部が先細るように面取りが施されているから、各構成要素の回転数に差が生じていても係合することができ、係合可能な差回転数は、面取りの大きさに影響する。また、ステップＳ１における回転数の差ΔＮは、例えば、アクセルペダルの踏み込み速度などに基づいて許容される走行モードの切り替え時間を演算し、ドグ歯２２，２３の形状に応じた回転数の許容差の範囲で、その切り替え時間を充足できるように定めることができる。なお、図２に示す例では、回転方向における先行側の面取りと後方側の面取りとの大きさが異なって形成されているため、係合可能な回転数の許容差ΔＮは、一方の回転部材２０が他方の回転部材２１よりも高回転数である場合と、一方の回転部材２０が他方の回転部材２１よりも低回転数である場合とで異なる。

ついで、ステップＳ１で予測された回転数の差ΔＮが生じている状態で第１クラッチ機構CL1を係合した場合における電力の変化量ΔＷを予測する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、現時点で第１モータ２から出力しているトルクＴｇと、ステップＳ１で予測された回転数の差ΔＮとを積算することにより予測することができる。その場合には、銅損や鉄損などのエネルギー消費量を考慮して予測してもよい。なお、ステップＳ２は、ステップＳ１で予測された回転数の差ΔＮと、電力の変化量ΔＷとの関係を図９に示すように予めマップとして用意しておき、ステップＳ１で予測された回転数の差ΔＮとマップとから電力の変化量ΔＷを予測してもよい。

つぎに、現時点における蓄電装置３７の入力可能な上限電力（以下、充電上限電力と記す）Ｗin、および出力可能な上限電力（以下、放電上限電力と記す）Ｗoutを算出する（ステップＳ３）。上述したように充電上限電力Ｗinや放電上限電力Ｗoutは、蓄電装置３７の特性に基づいて予め定められたものであり、温度や充電残量に応じて変動する。したがって、ステップＳ３では、蓄電装置３７の温度や充電残量などの充電上限電力Ｗinや放電上限電力Ｗoutに影響する種々のパラメータから、充電上限電力Ｗinや放電上限電力Ｗoutを算出する。なお、以下の説明では、蓄電装置３７から出力される電力を「正」の値とし、蓄電装置３７に入力される電力を「負」の値とする。

上述した充電上限電力Ｗinや放電上限電力Ｗoutは、蓄電装置３７の固有値として定まるものであり、第１モータ２の消費電力や発電電力の上限値とは異なる。したがって、第１モータ２が充電上限電力Ｗinを超えて発電し、または放電上限電力Ｗoutを超えた電力を消費する可能性がある。そのため、この制御例では、噛み合い式のクラッチ機構を係合することに伴う第１モータ２の消費電力や発電電力の急変によって、充電上限電力Ｗinや放電上限電力Ｗoutを超えた電力が蓄電装置３７に作用しないように、噛み合い式のクラッチ機構を係合する前に発電電力や消費電力を制限するように構成されている。

具体的には、まず、現時点で消費可能な上限電力（以下、消費許容電力と記す）Ｗlおよび発電可能な上限電力（以下、発電許容電力と記す）Ｗgを算出する（ステップＳ４）。この消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgは、この発明の実施形態における「上限値」に相当するものであり、例えば、ステップＳ３で算出された充電上限電力Ｗinや放電上限電力Ｗoutから、ステップＳ２で予測された電力の変化量ΔＷを減算することにより算出できる。ここで、第１モータ２により消費される電力を「正」の値とし、第１モータ２により発電される電力を「負」の値とする。なお、ステップＳ４は、例えば、図１０に示すようにステップＳ２で予測された電力の変化量ΔＷと、ステップＳ３で算出された充電上限電力Ｗinや放電上限電力Ｗoutとの関係から、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgを求めるためのマップを予め用意しておき、そのマップに基づいて消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgを求めてもよい。

そして、現時点で消費されまたは発電されている実電力Ｗactが消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgを超過しているか否かを判断し（ステップＳ５）、実電力Ｗactが、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgを超過していることによりステップＳ５で肯定的に判断された場合は、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgを制限値として設定する（ステップＳ６）。なお、第１クラッチ機構CL1が係合する時点における回転要素同士の回転数の差は、センサのバラツキや係合遅れなどを要因として、意図した回転数の差と異なる可能性があるため、ステップＳ４で算出された消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgから、そのバラツキなどを考慮した余裕代分を減算して制限値を設定してもよい。この余裕代に相当する電力が、この発明の実施形態における「所定電力」に相当する。

ついで、実際の消費電力または発電電力（実電力Ｗact）が、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgの範囲となるように第１モータ２のトルクＴgを制限する（ステップＳ７）。図７に示す例では、第１モータ２の回転数を低下させるように第１モータ２がトルクＴgを出力しており、第１クラッチ機構CL1を係合すると、第１モータ２の回転数が増大する。したがって、このような場合には、発電電力が増大することになるから、ステップＳ６では、発電許容電力Ｗgは、充電上限電力Ｗinよりも絶対値が小さい値に設定される。その結果、発電許容電力Ｗg以下の発電電力となるように、言い換えると、第１モータ２のトルクＴgが低下するように、第１モータ２のトルクＴgが制限される。

一方、エンジン回転数Ｎeを目標回転数で維持している状態から第１モータ２のトルクＴgを低下させると、エンジン回転数が増加する。また、その増加率は、第１モータ２のトルクＴgが小さいほど大きくなる。したがって、ステップＳ７で第１モータ２のトルクＴgを低下させると、エンジン回転数Ｎgが過剰に増加し、またはその増加率が目標増加率よりも高くなる可能性がある。そのため、ステップＳ７では、第１モータ２のトルクＴgの制限量に応じてエンジン１の出力トルクＴeを制限する。すなわち、第１モータ２のトルクＴgを低下させる場合にあっては、エンジン１の出力トルクＴeを低下させる。

そして、第１クラッチ機構CL1が完全に係合したか否かを判断する（ステップＳ８）。このステップＳ８は、例えば、上記の一方側の回転部材２０の移動量を検出するセンサを設けて、そのセンサの検出値に基づいて判断してもよく、第１モータ２のトルクＴgを僅かに変化させ、第１モータ２の回転数が変動するか否かなどに基づいて判断してもよい。

第１クラッチ機構CL1が未だ係合していないことによりステップＳ８で否定的に判断された場合は、ステップＳ１にリターンし、それとは反対に、第１クラッチ機構CL1が係合していることによりステップＳ８で肯定的に判断された場合は、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgについての制限を解除するとともに、第１モータ２のトルクＴgおよびエンジン１のトルクＴeの制限を解除する（ステップＳ９）。すなわち、ステップＳ６で肯定的に判断される以前の状態に戻す。

一方、実電力Ｗactが、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgを超過していないことによりステップＳ５で否定的に判断された場合は、第１クラッチ機構CL1を係合して第１モータ２の回転数が急変したとしても、放電上限電力Ｗoutや充電上限電力Ｗinを超過しないので、ステップＳ６およびステップＳ７における消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgの制限、ならびに第１モータ２およびエンジン１のトルクＴg，Ｔeの制限を行うことなく、ステップＳ８に移行する。なお、ステップＳ５で否定的に判断された場合に、ステップＳ６やステップＳ７を実行して、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgの制限、ならびに第１モータ２およびエンジン１のトルクＴg，Ｔeの制限を行ったとしても、エンジン１や第１モータ２のトルクＴe，Ｔgに変化が生じるものではないため、ステップＳ６を実行することなく、ステップＳ７やステップＳ８を実行して、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgの制限、ならびに第１モータ２およびエンジン１のトルクＴg，Ｔeの制限を行ってもよい。

つぎに、上述した制御を実行した場合における各クラッチ機構CL1，CL2の係合状態および解放状態の変化、エンジン１および第１モータ２のトルクＴe，Ｔgの変化、エンジン１および第１モータ２の回転数Ｎe，Ｎgの変化、放電上限電力Ｗoutおよび充電上限電力Ｗinならびに消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgの変化、実電力Ｗactの変化を説明する。図１１は、その一例を説明するためのタイムチャートである。

図１１に示す例では、ｔ０時点で、HV-HiモードからHV-Loモードに切り替える要求が成立している。そのため、第１クラッチ機構CL1の回転数の差ΔＮを低下させるために、言い換えると、キャリヤ１２とキャリヤ１８との回転数の差を低下させるために、第１モータ２が制御されている。ここに示す例では、ｔ０時点で、第１モータ２がエンジン１とは反対方向に回転しており、第１クラッチ機構CL1の回転数の差ΔＮを低下させるために、その回転方向を反転させた後に、第１モータ２の回転数Ｎgを増大させている。なお、第１モータ２の回転数Ｎgの変化に追従して、エンジン１の回転数Ｎeが増加している。

また、第１モータ２は、反力トルクＴgを出力し続けている。すなわち、第１モータ２の回転方向が反転するｔ１時点までは、第１モータ２の回転数Ｎgを増大させる方向に反力トルクを出力し、ｔ１時点以降は、第１モータ２の回転数Ｎgを低下させる方向に反力トルクを出力している。したがって、ｔ１時点までは、第１モータ２は力行制御されて蓄電装置３７から電力が出力され（実電力Ｗactが正の値）、ｔ１時点以降は、第１モータ２は回生制御されて蓄電装置３７に電力が入力されている（実電力Ｗactが負の値）。

そして、ｔ２時点で、第１クラッチ機構CL1を係合させる判断が成立し、その結果、図８に示す制御が実行される。図１１に示す例では、第１クラッチ機構CL1を係合させることによって第１モータ２の回転数Ｎgが増加する例を示している。したがって、ｔ２時点以降に、第１クラッチ機構CL1を係合した後における第１モータ２の発電電力の変化量ΔＷが算出される。ここでは、充電上限電力Ｗinから発電電力の変化量ΔＷを減算した値（すなわち、発電許容電力Ｗg）が、現時点での第１モータ２の発電電力Ｗactよりも大きい（すなわち、絶対値としては小さい）とする。したがって、ｔ２時点で、発電許容電力Ｗgを制限値として設定する。その結果、第１モータ２の発電電力Ｗactが、発電許容電力Ｗgの範囲内となるように第１モータ２の反力トルクＴgが制限され、かつ第１モータ２の反力トルクＴgの制限に追従してエンジン１のトルクＴeが制限されている。したがって、第１モータ２およびエンジン１のトルク（絶対値）Ｔg，Ｔeが低下している。

ｔ３時点で第１クラッチ機構CL1の回転数の差ΔＮが、第１クラッチ機構CL1を係合可能な許容差以下となることにより、第１クラッチ機構CL1が係合させられ、その結果、第１モータ２の回転数Ｎg、およびエンジン回転数Ｎeが、動力分割機構６の出力要素であるリングギヤ１６の回転数と一致するように急増している。また、第１モータ２の回転数Ｎgの急増により、第１モータ２の発電電力Ｗactが急激に増大している。この急激に増大した第１モータ２の発電電力Ｗactが蓄電装置３７の下限電力Ｗin以下となる。なお、第１クラッチ機構CL1の回転数の差ΔＮは、例えば、動力分割機構６の出力側の部材の回転数と、第１モータ２の回転数Ｎgとから演算して求めてもよい。

そして、第１クラッチ機構CL1の係合が完了すると（ｔ４時点）、図８におけるステップＳ８で肯定的に判断されることにより、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgについての制限を解除するとともに、第１モータ２のトルクＴgおよびエンジン１のトルクＴeの制限を解除する。その結果、エンジン１のトルクＴeが増大している。また、ｔ４時点にやや遅れたｔ５時点で、第２クラッチ機構CL2が解放させられて、HV-Loモードに切り替えられている。HV-Loモードにおける第１モータ２の反力トルクＴgの向きは、HV-Hiモードと反対方向であるため、第１モータ２が正方向、すなわち、第１モータ２の回転数Ｎgが増大する方向に増大させられている。また、ここでは、HV-Loモードを設定した後におけるエンジン１の目標回転数は、直結モードを設定した時点の回転数よりも高回転数であるため、第１モータ２の回転数Ｎgを低下させてエンジン回転数Ｎeを増大させている。

上述したように第１電力制御装置３５と第２電力制御装置３６とは、蓄電装置３７を介することなく、互いに電力を授受することができる。したがって、クラッチ機構が係合することに伴って第１モータ２の発電電力Ｗactが急激に低下する場合に、第２モータ３の消費電力を低減するなどして、蓄電装置３７に過剰な電力が供給され、または蓄電装置３７から過剰に電力が出力されることを抑制するように構成してもよい。すなわち、実電力Ｗactが消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgの範囲となるように第１モータ２のトルクを制限する手段に限定されない。

例えば、クラッチ機構を係合することにより、第１モータ２の発電電力が低下する場合には、第２モータ３のトルクを低下させて、実電力Ｗactを消費許容電力Ｗl以下に制御するように構成されていてもよい。すなわち、図８におけるステップＳ７では、第１モータ２およびエンジン１のトルクＴg，Ｔeの制限に替えて、第２モータ３のトルクを制限してもよい。

図１２は、第２モータ３のトルクを制限することにより実電力Ｗactを、消費許容電力Ｗl以下とした場合における各クラッチ機構CL1，CL2の係合状態および解放状態の変化、エンジン１、第１モータ２、および第２モータ３のトルクＴe，Ｔg，Ｔmの変化、エンジン１、第１モータ２、および第２モータ３の回転数Ｎe，Ｎg，Ｎmの変化、第１モータ２の電力Ｗmg1、第２モータ３の電力Ｗmg2、放電上限電力Ｗoutおよび充電上限電力Ｗinならびに消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgの変化、実電力Ｗactの変化を説明するためのタイムチャートである。なお、図１２では、説明の便宜上、第２モータ３のトルクＴmや回転数Ｎmを、出力ギヤ１９またはリングギヤ１６のトルクと同一として示してある。

図１２に示す例は、ｔ１０時点で、HV-Hiモードが設定されており、車両Ｖｅに要求される走行エネルギーの全てをエンジン１から出力している。また、そのｔ１０時点では、第１モータ２は、エンジン１とは反対方向に回転し、かつ第１モータ２による反力トルクＴgの向きは、第１モータ２の回転数Ｎgを増大させる方向に出力されている。したがって、第１モータ２はモータとして機能している。すなわち、車両Ｖｅに要求されるエネルギー以上のエネルギーが負荷されている。そのため、第２モータ３は、余剰のエネルギーを回生するために、発電機として機能している。つまり、第２モータ３は、その回転数Ｎmを低下させるようにトルク（負トルク）Ｔmを出力している。

このｔ１０時点で、HV-HiモードからHV-Loモードへの切り替えが要求されると、第１クラッチ機構CL1の回転数の差ΔＮを低下させるために、言い換えると、キャリヤ１２とキャリヤ１８との回転数の差を低下させるために、第１モータ２が制御されている。ここに示す例では、ｔ１０時点で、第１モータ２がエンジン１とは反対方向に回転しており、第１クラッチ機構CL1の回転数の差ΔＮを低下させるために、その回転方向を反転させた後に（ｔ１１時点の後）、回転数Ｎgを増大させている。なお、第１モータ２の回転数Ｎgの変化に追従して、エンジン１の回転数Ｎeが増加している。

また、上記のようにエンジン回転数Ｎeを増大させるように第１モータ２のトルクＴgを制御すると、エンジン１で発生させたエネルギーの一部がエンジン１および第１モータ２の回転数Ｎe，Ｎgを増大させるエネルギーとして使用されるから、上記の余剰のエネルギーが少なくなり、それに伴って第２モータ３から出力される負トルクＴmが次第に低下し、ｔ１１時点より若干早いｔ１２時点で、第２モータ３のトルクＴmが０となり、その後、第２モータ３のトルクＴmの向きが反転して、第２モータ３のトルクＴmが次第に増大している。その場合、ｔ１０時点から後述するｔ１３時点までの間は、第１モータ２により消費されまたは発電される電力Ｗmg1と、第２モータ３により消費されまたは発電される電力Ｗmg2との合算値である実電力Ｗactは一定に維持されている。

そして、ここに示す例では、エンジン回転数Ｎeと第１モータ２の回転数Ｎgと第２モータ３の回転数Ｎmとが一致したｔ１３時点で、第１クラッチ機構CL1を係合する判断が成立し、その結果、図８に示すフローチャートが実行される。そのｔ１３時点では、第１モータ２の回転数Ｎgおよび第２モータ３の回転数Ｎmが高回転数となっているため、第１モータ２により発電される電力Ｗmg1および第２モータ３により消費される電力Ｗmg2が共に高い値となっている。第１モータ２により発電される電力Ｗmg1は、第２モータ３により消費される電力Ｗmg2よりも僅かに小さい値であって、その結果、蓄電装置３７からは電力が出力されている。このｔ１３時点では、上記のように各回転要素が同一の回転数で回転しており、第１クラッチ機構CL1の回転数の差ΔＮは、ほぼ０である。したがって、ｔ１３時点では、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgは制限されない。

一方、図１２に示す例では、ｔ１３時点以降も第１モータ２の回転数が増大している。これは、第１モータ２の回転数がオーバーシュートしたため、あるいはドグ歯の形状に応じて一方の回転部材２０よりも他方の回転部材２１を高回転数として係合させるためなどの種々の要因によるものである。すなわち、ｔ１３時点以降は、第１クラッチ機構CL1の回転数の差ΔＮが次第に増大しているため、その時間の経過に伴って第１クラッチ機構CL1を係合した時点での第１モータ２の発電電力Ｗmg1が次第に増大する。それに対して、第２モータ３は、第１モータ２の回転数Ｎgの増加に伴う回生エネルギーを消費するように、ｔ１３時点以降もトルクＴmが増大し続けている。そのため、ｔ１３時点以降では、図８におけるステップＳ２で予測される電力の変化量ΔＷが次第に大きくなり、その結果、ｔ１３時点から消費許容電力Ｗlが制限されている。

一方、ｔ１３時点以降も実電力Ｗactは一定に保たれているため、消費許容電力Ｗlが低下することにより、ｔ１４時点で、実電力Ｗactが消費許容電力Ｗlと一致する。ここに示す例では、第１クラッチ機構CL1を係合することに伴って第１モータ２の発電または消費電力Ｗmg1が変化して、蓄電装置３７が過充電または過放電となることを、第２モータ３の消費または発電電力Ｗmg2を変化させることにより抑制するものである。したがって、ｔ１４時点で第２モータ３のトルクＴmを制限している。具体的には、第１クラッチ機構CL1を係合することにより低下する第１モータ２の発電電力Ｗmg1を予測し、その予測された電力分、第２モータ３の消費電力を低下させるように第２モータ３のトルクＴmが制限されている。

そして、ｔ１５時点で、第１クラッチ機構CL1が係合し始めることにより、第１モータ２の回転数Ｎgおよびエンジン回転数Ｎeが低下し始め、ｔ１６時点で、第１クラッチ機構CL1が係合することにより、エンジン回転数Ｎeと第１モータ２の回転数Ｎgと第２モータ３の回転数Ｎmとが一致している。すなわち、ｔ１６時点で直結モードが設定されている。したがって、ｔ１５時点で、第１モータ２の発電電力Ｗmg1が低下し、それに伴って、実電力が急激に増大しているものの、その発電電力Ｗmg1の変化量分、第２モータ３の消費電力Ｗmg2を低下させてあるため、ｔ１６時点で実電力Ｗactは、放電上限電力Ｗout以下となっている。

ｔ１６時点以降は、第２クラッチ機構CL2のドグ歯に作用するトルクを低下させるために、第１モータ２および第２モータ３のトルクＴg，Ｔmを低下させ、それらのトルクＴg，Ｔmが０となったｔ１７時点で第２クラッチ機構CL2を解放させる。すなわち、HV-Loモードに移行する。したがって、ｔ１７時点以降は、HV-Loモードでのエンジン回転数Ｎeが目標回転数となるように、第１モータ２の回転数Ｎgを制御している。

なお、蓄電装置３７に入力される電力および出力される電力を、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgに制限する手段は、上記の第１モータ２や第２モータ３のトルクＴg，Ｔmを制限する手段に限らず、例えば、第１モータ２で発電された電力を、蓄電装置３７を介することなく、空調機器などの補機や１２Ｖのバッテリに通電することができる場合には、その補機やバッテリに通電する電力を増大させて、蓄電装置３７に入力される電力を低下させるように構成してもよい。また、上述したように第１電力制御装置３５や第２電力制御装置３６は、コンバータを有しており、そのコンバータによる昇圧量を変更することにより、第１モータ２の運転点が同一であっても発電時や放電時の損失量が変化する。したがって、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgに基づいて、コンバータの昇圧量を変更するように構成してもよい。

またさらに、上述した制御例では、第１モータ２の回転数の変動に伴う発電電力または消費電力の変化量に基づいて、消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgを求め、その消費許容電力Ｗlおよび発電許容電力Ｗgを制限値とするが、例えば、その制限値は、クラッチ機構の構成などから第１モータ２の回転数の変化量の最大値を求め、第１モータ２の回転数が前記最大値分、変動した場合における発電電力または消費電力の変化量を、充電上限電力Ｗinや放電上限電力Ｗoutから減算した電力などの固定値に定めてもよい。

上述したようにエンジントルクを差動機構から出力するための反力トルクを出力するモータにより回転数が制御される回転要素と、他の回転要素とが相対回転している状態で係合可能な噛み合い式係合機構を係合することにより走行モードを切り替える駆動装置において、その噛み合い式係合機構が係合する以前に、噛み合い式係合機構が係合することによるモータの回転数の変動に伴った消費電力や発電電力を予測して、モータの消費電力や発電電力が蓄電装置に入力されまたは出力されることを制限する。すなわち、噛み合い式係合機構が係合することによりモータの消費電力や発電電力が増加しても蓄電装置の入力電力や出力電力を超過しないように、モータの消費電力や発電電力を制限し、または発電された電力を蓄電装置に入力することなく他の装置に通電して消費する。そのため、噛み合い式係合機構を係合した時点でモータの消費電力や発電電力が変動したとしても、蓄電装置から過剰に電力が出力されることや、蓄電装置に過剰な電力が入力されることを抑制でき、蓄電装置の耐久性が低下することを抑制できる。

また、図２に示すようにクラッチ機構を構成する回転要素同士の回転数差が所定回転数以上である場合に、弾性部材が圧縮されて、クラッチ機構が係合することを抑制できるような回避機構を設けることにより、センサのバラツキや係合遅れなどを考慮した余裕代を低減することができるため、第１モータや第２モータのトルクを制限するなどによる蓄電装置に入力されまたは出力される電力が過剰に制限されることを抑制できる。したがって、蓄電装置に入力されまたは出力される電力を制限したことに伴う駆動力の低下を抑制できる。

以上、この発明の複数の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。具体的には、要求駆動力を充足できる程度の高出力型の駆動モータを、エンジンに代えて設けた電気自動車であってもよい。また、上記の説明では、便宜上、第１クラッチ機構CL1を係合することによる発電電力および消費電力の変化によって蓄電装置が過充電または過放電となることを抑制する例を挙げて説明しているが、第２クラッチ機構CL2を係合した場合も同様の挙動を生じるものであり、第２クラッチ機構CL2を係合する場合も同様の制御を実行してよい。

１…エンジン、 ２，３…モータ、 ４…駆動装置、 ５Ｒ，５Ｌ…前輪、 ６…動力分割機構、 ２０，２１…回転部材、 ２２，２３…ドグ歯、 ２４…アクチュエータ、 ２５…受圧部材、 ２６…弾性部材、 ３５，３６…電力制御装置、 ３７…蓄電装置、 CL，CL1，CL2…クラッチ機構、 ３８…電子制御装置（ECU）、 Ｖｅ…車両、 Ｗact…実電力、 Ｗg…発電許容電力、 Ｗl…消費許容電力、 Ｗin…充電上限電力、 Ｗout…放電上限電力、 Ｗmg1…第１モータの電力、 Ｗmg2…第２モータの電力。

Claims (10)

1. 駆動力源と、発電機能を有する第１モータと、駆動輪と、前記第１モータに電力を出力し、または前記第１モータにより発電された電力が入力される蓄電装置と、前記駆動力源が連結された回転要素と前記第１モータが連結された他の回転要素と前記駆動輪が連結された更に他の回転要素とを含む複数の回転要素を有し、前記第１モータのトルクが反力トルクとして入力されることにより前記駆動力源のトルクのうちの少なくとも一部を前記駆動輪に伝達する差動機構と、前記複数の回転要素の所定の一対の回転要素同士の間でトルクを伝達するように選択的に係合する噛み合い式係合機構とを備え、前記一対の回転要素のうちのいずれか一方の回転要素は、前記第１モータの回転数の変化に連動して回転数が変化するように構成され、前記噛み合い式係合機構は、前記一対の回転要素の回転数の差が所定値未満で係合可能に構成されている車両の制御装置であって、
   前記蓄電装置の入力電力および出力電力を制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記噛み合い式係合機構をトルクを伝達しない解放状態からトルクを伝達する係合状態に切り替える係合要求がある場合に前記蓄電装置から出力しまたは前記蓄電装置に入力することが可能な電力の上限値を求め、
   前記噛み合い式係合機構が前記係合要求に基づいて係合する前に前記蓄電装置の出力電力もしくは入力電力を前記上限値以下に制限する制限制御を実行し、
   前記蓄電装置に充電しまたは前記蓄電装置から放電することが可能な前記蓄電装置の特性に基づいた上限電力である固有上限電力を求め、
   前記噛み合い式係合機構を係合することによる前記第１モータの発電電力または消費電力の変化量を求め、
   前記制限制御は、前記固有上限電力から前記第１モータの発電電力または消費電力の変化量を減算した電力値以下に前記上限値を設定する
   ことを特徴とする車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の制御装置であって、
   前記コントローラは、
   前記噛み合い式係合機構を係合することによる前記第１モータの回転数の変化量を求め、
   前記第１モータの回転数の変化量と、前記第１モータのトルクとに基づいて、前記第１モータの発電電力または消費電力の変化量を求める
   ことを特徴とする車両の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の車両の制御装置であって、
   前記制限制御は、前記固有上限電力から前記第１モータの発電電力または消費電力の変化量および所定電力を減算した電力値以下に前記上限値を設定する
   ことを特徴とする車両の制御装置。
4. 請求項３に記載の車両の制御装置であって、
   前記噛み合い式係合機構は、前記一対の回転要素の回転数の差が前記所定値以上の場合に、前記一対の回転要素が係合できなくなる回避機構を更に備えている
   ことを特徴とする車両の制御装置。
5. 請求項３または４に記載の車両の制御装置であって、
   前記所定値は、前記一方の回転要素が、前記一対の回転要素のうちの他方の回転要素よりも高回転数の場合と、前記一方の回転要素が、前記他方の回転要素よりも低回転数の場合とで異なる
   ことを特徴とする車両の制御装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の車両の制御装置であって、
   前記制限制御は、前記蓄電装置の出力電力もしくは入力電力を前記上限値以下となるように、前記第１モータのトルクを制限するように構成されている
   ことを特徴とする車両の制御装置。
7. 請求項６に記載の車両の制御装置であって、
   前記コントローラは、
   前記制限された前記第１モータのトルクに応じて、前記駆動力源のトルクを制限するように構成されている
   ことを特徴とする車両の制御装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の車両の制御装置であって、
   前記車両は、前記駆動輪にトルク伝達可能に連結され、かつ前記第１モータと電力を授受可能に接続された第２モータを更に備え、
   前記制限制御は、前記蓄電装置の出力電力もしくは入力電力を前記上限値以下となるように、前記第２モータのトルクを制限するように構成されている
   ことを特徴とする車両の制御装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の車両の制御装置であって、
   前記コントローラは、
   前記噛み合い式係合機構が解放状態になっている現在時の消費電力もしくは発電電力が前記上限値を超過していることの判断を行い、
   前記現在時の消費電力もしくは発電電力が前記上限値を超過していることの判断が成立した場合に前記制限制御を行う
   ことを特徴とする車両の制御装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の車両の制御装置であって、
    前記コントローラは、
    前記噛み合い式係合機構が係合したか否かを判断し、
    前記噛み合い式係合機構を係合したことが判断された場合に、前記制限制御による電力の制限を解除する
    ことを特徴とする車両の制御装置。

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