JPWO2020053939A1 - 車両用の動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

本発明の動力伝達装置は、内燃機関の動力により駆動される発電機と、発電機で発電した電力により駆動され、駆動輪を駆動する走行用モータと、内燃機関の動力または走行用モータの動力により駆動される駆動輪と、を備える車両用の動力伝達装置である。動力伝達装置は、走行用モータと駆動輪との間で動力を伝達する第１動力伝達経路と、第１動力伝達経路の動力伝達を断続する第１クラッチ機構と、を備える。

Description

本発明は、車両用の動力伝達装置に関する。

内燃機関により駆動される発電機で発電した電力を、直接またはバッテリを介して走行用モータに供給し、走行用モータにより駆動輪を駆動して走行する、シリーズハイブリッド車両が知られている。また、ＪＰ２０１２−１９７０７７Ａには、内燃機関の動力を駆動輪に直接伝達する動力伝達経路と、当該動力伝達経路の動力伝達を断続するクラッチと、を備えるシリーズハイブリッド車両が開示されている。上記文献には、例えば高速走行時のように内燃機関の方が走行用モータより効率が高くなる領域では、内燃機関の動力で駆動輪を直接駆動することが開示されている。

しかしながら、上記文献のシリーズハイブリッド車両は、内燃機関の動力で駆動輪を直接駆動する走行モードにおいて、駆動輪の回転に伴って走行用モータが連れ回される構成になっている。走行用モータが連れ回されると誘起起電力が発生し、走行用モータの発電抵抗が駆動輪の回転を妨げるフリクションとして作用する。すなわち、上記文献のシリーズハイブリッド車両には、内燃機関の動力で駆動輪を直接駆動する走行モードにおいて、走行用モータが連れ回ることによるエネルギ損失が発生するという問題がある。

そこで本発明は、内燃機関の動力で駆動輪を直接駆動する走行モードにおけるエネルギ損失を抑制し得る動力伝達装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様による動力伝達装置は、内燃機関の動力により駆動される発電機と、発電機で発電した電力により駆動され、駆動輪を駆動する走行用モータと、内燃機関の動力または走行用モータの動力により駆動される駆動輪と、を備える車両用である。動力伝達装置は、走行用モータと駆動輪との間で動力を伝達する第１動力伝達経路と、第１動力伝達経路の動力伝達を断続する第１クラッチ機構と、を備える。

図１は、車両用の動力伝達装置の概略構成図である。 図２は、シリーズハイブリッドモードにおける動力伝達状態を示す図である。 図３は、内燃機関直結モードにおける動力伝達状態を示す図である。 図４は、内燃機関直結モード実行中における走行用モータの回転速度を制御するための制御ルーチンを示すフローチャートである。 図５は、運転領域毎の走行モードを設定したマップである。 図６は、目標クラッチ差回転を設定したマップである。 図７は、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えるための制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。 図８は、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えるための制御ルーチンを示すフローチャートの他の一部である。 図９は、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えるための制御ルーチンを示すフローチャートの更に他の一部である。 図１０は、シリーズハイブリッドモードから第１クラッチ機構の解放を伴う内燃機関直結モードへ切り替える場合のタイミングチャートである。 図１１は、シリーズハイブリッドモードから第１クラッチ機構の解放を伴わない内燃機関直結モードへ切り替える場合のタイミングチャートである。 図１２は、第１クラッチ機構の解放を伴う内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへ切り替える場合のタイミングチャートである。 図１３は、第１クラッチ機構の解放を伴わない内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへ切り替える場合のタイミングチャートである。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図１から図６を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る車両用の動力伝達装置の概略構成図である。車両１は、内燃機関３と、発電用モータ４と、バッテリ５と、走行用モータ２と、コントローラ７と、を備える。

内燃機関３は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンのいずれでもかまわない。

発電用モータ４は、内燃機関３の動力によって駆動されることで発電する。また、発電用モータ４は、後述するバッテリ５の電力により力行することで内燃機関３をモータリングする機能も有する。

バッテリ５には、発電用モータ４で発電された電力と、後述する走行用モータ２で回生された電力と、が充電される。

走行用モータ２は、バッテリ５の電力により駆動されて、駆動輪６を駆動する。また、走行用モータ２は、減速時等に駆動輪６の回転に伴って連れ回されることにより減速エネルギを電力として回生する、いわゆる回生機能も有する。

コントローラ７は、走行用モータ２、内燃機関３及び発電用モータ４の制御を行なう。

なお、コントローラ７は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ７を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

また、車両１は、走行用モータと駆動輪６との間で動力を伝達する第１動力伝達経路２４と、内燃機関３と駆動輪６との間で動力を伝達する第２動力伝達経路２５と、内燃機関３と発電用モータ４との間で動力を伝達する第３動力伝達経路２６と、を有する。

第１動力伝達経路２４は、走行用モータ２の回転軸２Ａに設けられた第１減速ギヤ８と、第１減速ギヤ８と噛み合う第２減速ギヤ９と、デファレンシャルケース１１に設けられたデファレンシャルギヤ１２と、第２減速ギヤ９と同軸上に設けられてデファレンシャルギヤ１２と噛み合う第３減速ギヤ１０と、で構成される。また、第１動力伝達経路２４には、第１減速ギヤ８が回転軸２Ａに対して相対回転可能な状態と相対回転不可能な状態とを切り替える第１クラッチ機構１９が設けられている。第１クラッチ機構１９は、回転軸２Ａに軸方向に摺動可能に支持された第１スリーブ２０と、第１減速ギヤ８に設けられた係合部８Ａとで構成された、いわゆるドグクラッチである。すなわち、第１スリーブ２０が第１減速ギヤ８の方向に移動し、第１スリーブ２０に係合部８Ａの方向に突出するよう設けられた複数の凸部と、係合部８Ａに第１スリーブ２０の方向に突出するよう設けられた複数の凸部とが、回転方向において互い違いに配置される噛み合うことで締結状態となる。この状態から、第１スリーブ２０が第１減速ギヤ８とは反対方向に移動して、両者の凸部の噛み合いが解消されることで解放状態となる。なお、第１スリーブ２０の移動は、電動アクチュエータにより行なわれる。

第１クラッチ機構１９が締結状態であれば、走行用モータ２の動力は駆動輪６に伝達される。一方、第１クラッチ機構１９が解放状態であれば、走行用モータ２の回転軸２Ａの回転は第１減速ギヤ８に伝達されないので、走行用モータ２から駆動輪６への動力伝達は遮断される。

第２動力伝達経路２５は、内燃機関３の出力軸３Ａに設けられた第４減速ギヤ１６と、第４減速ギヤ１６と噛み合う第５減速ギヤ１７と、デファレンシャルケース１１に設けられたデファレンシャルギヤ１２と、第５減速ギヤ１７と同軸上に設けられてデファレンシャルギヤ１２と噛み合う第６減速ギヤ１８と、で構成される。また、第２動力伝達経路には、第４減速ギヤ１６が出力軸３Ａに対して相対回転可能な状態と相対回転不可能な状態とを切り替える第２クラッチ機構２１が設けられている。第２クラッチ機構２１は、出力軸３Ａに軸方向に摺動可能に支持された第２スリーブ２２と、第４減速ギヤ１６に設けられた係合部１６Ａとで構成された、いわゆるドグクラッチである。すなわち、第２スリーブ２２が第４減速ギヤ１６の方向に移動し、第２スリーブ２２に係合部１６Ａの方向に突出するよう設けられた複数の凸部と、係合部１６Ａに第２スリーブ２２の方向に突出するよう設けられた複数の凸部とが、回転方向において互い違いに配置される噛み合うことで締結状態となる。この状態から、第２スリーブ２２が第４減速ギヤ１６とは反対方向に移動して、両者の凸部の噛み合いが解消されることで解放状態となる。なお、第２スリーブ２２の移動は、電動アクチュエータにより行なわれる。

第２クラッチ機構２１が締結状態であれば、内燃機関３の動力は駆動輪６に伝達される。以下の説明において、この状態を内燃機関直結状態ともいう。一方、第２クラッチ機構２１が解放状態であれば、内燃機関３の出力軸３Ａの回転は第４減速ギヤ１６に伝達されないので、内燃機関３から駆動輪６への動力伝達は遮断される。

第３動力伝達経路２６は、内燃機関３の出力軸３Ａに設けられた第７減速ギヤ１３と、第７減速ギヤ１３と噛み合う第８減速ギヤ１４と、発電用モータ４の回転軸４Ａに設けられた第９減速ギヤ１５と、で構成される。第３動力伝達経路２６は、動力伝達を遮断する要素を備えていない。すなわち、第３動力伝達経路２６は常に動力が伝達される状態になっている。

第１クラッチ機構１９及び第２クラッチ機構２１の締結、解放動作は、コントローラ７により制御される。

上述した構成の車両１は、第１動力伝達経路２４により駆動輪６に動力を伝達して走行するシリーズハイブリッドモードと、内燃機関直結状態にして第２動力伝達経路２５により駆動輪６に動力を伝達して走行する内燃機関直結モードと、を切り替え可能である。コントローラ７は、シリーズハイブリッドモードと内燃機関直結モードとを運転状態、具体的には車速と駆動力とに応じて切り替える。

図２は、シリーズハイブリッドモードにおける動力伝達状態を示す図である。シリーズハイブリッドモードでは、第１動力伝達経路２４により駆動輪６に動力が伝達される。すなわち、シリーズハイブリッドモードでは、第１クラッチ機構１９が締結状態になることで、走行用モータ２が発生した動力が駆動輪６に伝達される。このとき、第２クラッチ機構２１は解放状態となる。

また、シリーズハイブリッドモードにおいても内燃機関３の動力は第３動力伝達経路２６を介して発電用モータ４に伝達され、発電用モータ４は発電を行ない、発電された電力はバッテリ５に充電される。ただし、発電用モータ４で発電するか否かはバッテリ５の充電量に応じて定まり、バッテリ５に充電する必要がない場合には内燃機関３は停止する。

図３は、内燃機関直結モードにおける動力伝達状態を示す図である。内燃機関直結モードでは、第２動力伝達経路２５により駆動輪６に動力が伝達される。すなわち、内燃機関直結モードでは、第２クラッチ機構２１が締結状態になることで、内燃機関３が発生した動力が駆動輪６に伝達される。

内燃機関直結モードでは、第１クラッチ機構１９は解放状態となる。仮に、内燃機関直結モードにおいて第１クラッチ機構１９を締結状態にすると、駆動輪６の回転に伴って走行用モータ２が連れ回り、誘起起電力が発生する。バッテリ５の充電容量に余裕がある場合には、発生した電力をバッテリ５に充電することでエネルギを回生することになる。しかし、バッテリ５の充電容量に余裕がない場合には、発電抵抗が駆動輪６の回転を妨げるフリクションとなり、燃費性能低下の要因となる。これに対し本実施形態では、内燃機関直結モードにおいて第１クラッチ機構１９は解放状態になるので、上述した走行用モータ２の連れ回りによる燃費性能の低下を抑制できる。

ところで、本実施形態の第１クラッチ機構１９と第２クラッチ機構２１として用いるドグクラッチは、解放状態から締結状態に切り替える際に係合要素と被係合要素とを回転同期させる必要がある。例えば、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへ切り替える際には、係合要素としてのスリーブ２０と被係合要素としての第１減速ギヤ８とを回転同期させる必要がある。そして、回転同期に要する時間が長くなるほど、走行モードの切り換えに要する時間が長くなり、運転性が低下する。

そこで本実施形態では、内燃機関直結モード実行中に走行用モータ２を回転させておくことにより、回転同期に要する時間の短縮化を図る。以下に、内燃機関直結モード実行中における走行用モータ２の回転速度の制御について説明する。

図４は、内燃機関直結モード実行中における走行用モータ２の回転速度を制御するための制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンはコントローラ７にプログラムされている。

ステップＳ１００で、コントローラ７は現在の走行モードが内燃機関直結モードであるか否かを判定し、内燃機関直結モードである場合にはステップＳ１１０の処理を実行し、シリーズハイブリッドモードの場合には今回のルーチンを終了する。コントローラ７は、内燃機関直結モードであるか否かを、現在の車速及び駆動力を用いて図５のマップを検索することにより判断する。

図５は、横軸が車速で縦軸が駆動力の運転領域マップである。図中に実線で示したアクセル全開駆動力は、アクセルペダル開度が全開の状態を意味する。図５に示す通り、車速がＶ１以上かつ駆動力がＦ１以下の領域が内燃機関直結モード領域、それ以外がシリーズハイブリッドモード領域である。

車速Ｖ１は、内燃機関３の動力で走行する場合と走行用モータ２の動力で走行する場合を比較したときに、内燃機関３の動力で走行する方が走行用モータ２の動力で走行するよりエネルギ効率が高くなる下限の車速である。車速Ｖ１は、具体的には、使用する内燃機関３及び走行用モータ２の仕様に応じて定まる。なお、車速は図示しない車速センサにより検出可能である。

駆動力Ｆ１は、内燃機関３の最大出力である。なお、駆動力はアクセル開度と相関関係があるので、マップ検索に用いる現在の駆動力は現在のアクセル開度に基づいて算出する。アクセル開度は図示しないアクセル開度センサにより検出可能である。

ステップＳ１１０で、コントローラ７は目標クラッチ差回転を算出する。具体的には、コントローラ７は現在の車速及びバッテリ５の充電量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を用いて図６のマップを検索することにより算出する。目標クラッチ差回転とは、第１クラッチ機構１９におけるスリーブ２０と第１減速ギヤ８との回転速度差の目標値である。

図６は、横軸が車速で縦軸が目標クラッチ差回転のマップである。目標クラッチ差回転は、車速が高いほど小さい。その理由は次の通りである。車速が高いほど、駆動輪６に連れ回される第１減速ギヤ８の回転速度が高くなる。そして、回転速度差が同じ場合には、第１減速ギヤ８の回転速度が高い方が低い方よりも、回転同期させるのに必要な電力、つまり走行用モータ２の回転速度を第１減速ギヤ８の回転速度に追いつかせるために必要な電力が大きくなる。そこで、回転同期させるのに必要な電力を車速によらず一定にするために、車速が高いほど目標クラッチ差回転を小さくする。

また、目標クラッチ差回転は、バッテリ５のＳＯＣが多いほど大きい。これは、バッテリＳＯＣが多いほど、回転同期させるのに使用できる電力に余裕があるからである。

コントローラ７は、ステップＳ１１０で目標クラッチ差回転を算出したら、ステップＳ１２０で走行用モータ２の目標回転速度を算出する。具体的には、コントローラ７は第１減速ギヤ８の回転速度から目標クラッチ差回転を減算したものを走行用モータ２の目標回転速度とする。第１減速ギヤ８の回転速度は、第１動力伝達経路２４において第１クラッチ機構１９より駆動輪６側のいずれかの回転部材の回転速度に基づいて算出可能である。本実施形態では、コントローラ７は駆動輪６の回転速度を検出する車速センサ（図示せず）の検出値と、デファレンシャルギヤ１２、第３減速ギヤ１０、第２減速ギヤ９及び第１減速ギヤ８の各ギヤの歯数とに基づいて、第１減速ギヤ８の回転速度を算出する。

ステップＳ１３０で、コントローラ７はステップＳ１２０で算出した目標回転速度に基づいて走行用モータ２の回転速度を制御する。

次に、本実施形態による効果についてまとめる。

本実施形態の動力伝達装置は、内燃機関３の動力により駆動される発電用モータ４（発電機）と、発電用モータ４で発電した電力により駆動され、駆動輪６を駆動する走行用モータ２と、内燃機関３の動力または走行用モータ２の動力により駆動される駆動輪６と、を備える。動力伝達装置は、走行用モータ２と駆動輪６との間で動力を伝達する第１動力伝達経路２４と、第１動力伝達経路２４の動力伝達を断続する第１クラッチ機構１９と、をさらに備える。これにより、内燃機関直結モードで走行する場合には第１クラッチ機構１９を解放することで、駆動輪６の回転に伴い走行用モータ２が連れ回ることによるエネルギロスを軽減できる。

本実施形態の動力伝達装置は、内燃機関３の動力を機械的に駆動輪６に伝達する第２動力伝達経路２５と、第２動力伝達経路２５の動力伝達を断続する第２クラッチ機構２１と、をさらに備える。これにより、車両の高速走行時等に、第１クラッチ機構１９を解放し、かつ第２クラッチ機構２１を締結すれば、内燃機関３の動力を電気に変換することなく直接駆動輪６に伝達することが可能となり、燃費性能の向上を図ることができる。

本実施形態の動力伝達装置では、内燃機関３と発電用モータ４との間の第３動力伝達経路２６は、常に動力が伝達される状態である。これにより、内燃機関直結モードで走行中に駆動力の増大要求が発生した場合に、発電用モータ４を力行させれば直ちに駆動力のアシストが開始されるので、速やかに増大要求に応じることができる。

本実施形態の動力伝達装置は、走行用モータ２、第１クラッチ機構１９、及び第２クラッチ機構２１を制御するコントローラ７（制御部）をさらに備え、コントローラ７は、第１クラッチ機構１９が解放状態かつ第２クラッチ機構２１が締結状態で内燃機関３の動力により駆動輪６を駆動する内燃機関直結モードの実行中に、走行用モータ２を回転駆動させる。第１クラッチ機構１９を締結する際には、締結要素（ここでは第１スリーブ２０と係合部８Ａ）の回転速度を同期させる必要があるが、内燃機関直結モード中に走行用モータ２を回転させておけば、同期に要する時間を短縮できる。その結果、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り替えに要する時間が短縮される。

本実施形態では、コントローラ７は、第１クラッチ機構１９の走行用モータ側の回転速度が第１クラッチ機構１９の駆動輪側の回転速度より低くなる範囲で、内燃機関直結モードの実行中における走行用モータ２の回転速度を制御する。これにより、走行用モータ２の回転維持に要する電力を抑制できる。より詳細には、コントローラ７は走行用モータ側の回転速度と駆動輪側の回転速度との差、つまり目標クラッチ差回転を、走行用モータ側の回転速度を駆動輪側の回転速度まで引き上げるのに要する時間が許容し得る範囲で設定すればよい。

本実施形態では、コントローラ７は内燃機関直結モードの実行中における走行用モータ２の回転速度を、車速に応じて制御する。これにより、第１クラッチ機構１９の回転同期に要する時間を車速によらず一定にすることができる。

本実施形態では、コントローラ７は、内燃機関直結モードの実行中における走行用モータ２の回転速度を、バッテリの充電状態に応じて制御する。これにより、第１クラッチ機構１９の回転同期に使えるバッテリ５の電力量によらず、回転同期を許容時間内に終了させることができる。

本実施形態の動力伝達装置では、第１クラッチ機構１９及び第２クラッチ機構２１はドグクラッチである。ドグクラッチは、摩擦式クラッチに比べると解放状態での引き摺り抵抗がない分、効率が高い。また、ドグクラッチは摩擦式クラッチに比べると、締結状態を維持するための油圧等が不要な分、コストを低減できる。

（第２実施形態）
第２実施形態について図７から図１３を参照して説明する。

本実施形態に係る車両用の動力伝達装置の構成は、第１実施形態で説明した図１の構成と同様である。

また、車両１がシリーズハイブリッドモードと内燃機関直結モードとを運転状態に応じて切り替えて走行する点についても第１実施形態と同様である。ただし、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り換え時における第１クラッチ機構１９の回転同期に要する時間を短縮するために、第１実施形態では内燃機関直結モードの実行中に走行用モータ２を常に回転させるが、本実施形態では他の方法を用いる。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図７から図９は、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えるための制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンはコントローラ７にプログラムされている。

本制御ルーチンでは、シリーズハイブリッドモードへ戻る際の第１クラッチ機構１９の回転同期に要する時間が運転性を損なう程度に長くなる場合、または短時間でシリーズハイブリッドモードへ戻る可能性が高い場合には、内燃機関直結モード実行中も第１クラッチ機構１９を締結したままにする。内燃機関直結モード実行中に第１クラッチ機構１９を解放する場合は図７の制御ルーチンに続いて図８の制御ルーチンを実行し、第１クラッチ機構１９を締結したままにする場合には図７の制御ルーチンに続いて図９の制御ルーチンを実行する。以下、各ステップに従って説明する。

ステップＳ２００で、コントローラ７は内燃機関直結モードへ切り替えるか否かを判定する。具体的には、コントローラ７は、アクセル開度と車速とを用いて図５に示したマップを検索することにより判定を行なう。シリーズハイブリッドモードで走行中にアクセル開度が変化し、変化後のアクセル開度に相当する駆動力及び車速で定まる運転状態が内燃機関直結モード領域に入る場合には、内燃機関直結モードへ切り替えると判定する。

コントローラ７は、ステップＳ２００の判定結果がｙｅｓの場合はステップＳ２１０の処理を実行し、ｎｏの場合はステップＳ２００の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ２１０で、コントローラ７は、車速が予め設定した閾値より高いか否かを判定する。本ステップで用いる閾値は、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り替え時における第１クラッチ機構１９の回転同期を、許容し得る時間内で完了し得る車速の下限値である。上述した通り、車速が高くなるほど回転同期に要する時間は長くなる。そこで、モード切り替えに要する時間が長くなることによる運転性の低下を抑制する観点から、回転同期に要する時間の許容値を設定し、これに基づいて車速の閾値を設定する。具体的には、閾値は本実施形態を適用する車両１の仕様に応じて適合により設定される。

ステップＳ２１０の判定結果がｙｅｓの場合、つまり、シリーズハイブリッドモードへ戻る際の第１クラッチ機構１９の回転同期に要する時間が運転性を損なう程度に長くなる場合は、後述する図９のステップＳ３２０の処理を実行する。一方、ステップＳ２１０の判定結果がｎｏの場合は、ステップＳ２２０の処理を実行する。

ステップＳ２２０で、コントローラ７は、アクセル操作頻度が予め設定した閾値より高いか否かを判定する。アクセル操作頻度は、例えば、直近の数分間における単位時間当たりのアクセル操作回数である。本ステップは、直近のアクセル操作頻度に基づいて、これからアクセル開度が変化する可能性、つまり、内燃機関直結モードに切り替えた後、すぐにシリーズハイブリッドモードに戻すことになる可能性を判定するものである。本ステップで用いる閾値は、実験等により得られるアクセル操作頻度の統計的データに基づいて設定される。

ステップＳ２２０の判定結果がｙｅｓの場合、つまり、すぐにシリーズハイブリッドモードに戻る可能性が高い場合は、後述する図９のステップＳ３２０の処理を実行する。一方、ステップＳ２２０の判定結果がｎｏの場合は、ステップＳ２３０の処理を実行する。

ステップＳ２３０で、コントローラ７は、スポーツモードスイッチがＯＮになっているか否かを判定する。判定結果がｙｅｓの場合、つまりスポーツモードスイッチがＯＮの場合は、アクセル開度が変化する可能性が高いので、後述する図９のステップＳ３２０の処理を実行する。一方、判定結果がｎｏの場合は図８のステップＳ２４０の処理を実行する。なお、車両１がスポーツモードスイッチを備えない場合には、本ステップは省略可能である。

まず、図８の制御ルーチンについて説明する。

ステップＳ２４０で、コントローラ７は、内燃機関直結モード中に第１クラッチ機構１９を解放することを決定する。

ステップＳ２５０で、コントローラ７は、発電用モータ４に回転同期指令を出す。これは、発電用モータ４を力行させることにより第２クラッチ機構２１の第２スリーブ２２の回転速度を第４減速ギヤ１６の回転速度に同期させるためである。具体的には、コントローラ７は、発電用モータ４の目標回転速度として、第４減速ギヤ１６の回転速度よりも判定用差回転だけ低い回転速度を設定し、その目標回転速度に基づいて発電用モータ４を制御する。目標回転速度を判定用差回転だけ低く設定するのは、オーバーシュートを抑制するためである。判定用差回転は、ドグクラッチの締結に支障がない範囲で任意に設定し得る。第４減速ギヤ１６の回転速度は、図示しない車速センサにより検出する駆動輪６の回転速度と、デファレンシャルギヤ１２、第６減速ギヤ１８、第５減速ギヤ１７及び第４減速ギヤ１６の歯数と、に基づいて算出する。発電用モータ４の目標回転速度は、第４減速ギヤ１６の回転速度と、第７減速ギヤ１３、第８減速ギヤ１４及び第９減速ギヤ１５の歯数と、に基づいて算出する。

ステップＳ２６０で、コントローラ７は回転同期が完了したか否かを判定する。具体的には、発電用モータ４が目標回転速度に到達し、その状態が予め設定した判定時間だけ継続したら回転同期完了と判定する。コントローラ７は、回転同期が完了するまで本ステップを繰り返し実行し、回転同期が完了したらステップＳ２７０の処理を実行する。なお、判定時間は任意に設定し得る時間であるが、誤判定の防止とモード切り替え完了の遅延の防止とを考慮し、本実施形態では０．１秒程度とする。

ステップＳ２７０で、コントローラ７は第２クラッチ機構２１の締結を開始する。

ステップＳ２８０で、コントローラ７は第２クラッチ機構２１の締結が完了したか否かを判定する。具体的には、第２スリーブ２２の位置を検出するストロークセンサ（図示せず）により第２スリーブ２２が第４減速ギヤ１６と係合する位置まで移動したことが検知されたら、締結が完了したと判定する。コントローラ７は、本ステップを締結が完了するまで繰り返し、締結が完了したらステップＳ２９０の処理を実行する。

コントローラ７は、ステップＳ２９０で走行用モータ２及び内燃機関３にトルク架け替え指令をだし、ステップＳ３００で第１クラッチ機構１９に解放指令を出す。なお、コントローラ７はステップＳ３００をステップＳ２９０より先に実行してもよいし、ステップＳ２９０とステップＳ３００とを同時に実行してもよい。

ここでいうトルク架け替えとは、駆動輪６に伝達されるトルクを一定に維持しつつ、走行用モータ２の発生トルクを減少させ、内燃機関３の発生トルクを増大させて、最終的に内燃機関３の発生トルクのみにする操作である。走行用モータ２の発生トルクの減少速度及び内燃機関３の発生トルクの増大速度は、本実施形態では例えば０．２秒程度の短い時間でトルク架け替えが終了するように設定する。なお、トルク架け替えの際の走行用モータ２の発生トルクの減少速度及び内燃機関３の発生トルクの増大速度を予め設定しておいてもよい。

コントローラ７は、ステップＳ３１０で第１クラッチ機構１９が解放状態になったか否かを判定し、解放状態になったら本ルーチンを終了する。

次に、図９の制御ルーチンについて説明する。

ステップＳ３２０で、コントローラ７は、内燃機関直結モード中に第１クラッチ機構１９を解放しないことを決定する。

ステップＳ３３０からステップＳ３７０の処理は、図８のステップＳ２５０からＳ２９０の処理と同様なので説明を省略する。コントローラ７は、ステップＳ３７０の処理が終了したら本ルーチンを終了する。

上記の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートを図１０及び図１１に示す。

図１０は、シリーズハイブリッドモード（図中のＨＥＶ）から内燃機関直結モード（図中のＥＮＧ）へ切り替える際に、第１クラッチ機構１９を解放する場合、つまり図８の制御ルーチンを実行する場合のタイミングチャートである。なお、実回転速度のチャートにおける走行用モータ２及び発電用モータ４の回転速度は、各減速ギヤによる減速比に基づいて駆動輪６の車軸（出力軸）の回転速度に換算した値である。また、第１クラッチ機構１９及び第２クラッチ機構２１のチャートの縦軸は、それぞれ第１スリーブ２０及び第２スリーブ２２のストロークである。さらに、シリーズハイブリッドモードで走行中に、内燃機関３は停止していたものとする。

コントローラ７は、内燃機関直結モードへの切り替えに伴い第１クラッチ機構１９を解放することを決定したら（Ｓ２４０）、タイミングＴ１で発電用モータ４に回転同期指令をだす（Ｓ２５０）。これにより発電用モータ４の回転速度が上昇する。

そして、発電用モータ４の回転速度と出力軸の回転速度との差が判定差回転となり、その状態が判定時間継続したら（Ｓ２６０でｙｅｓ）、コントローラ７はタイミングＴ２で第２クラッチ機構２１に締結指令をだす（Ｓ２７０）。上記のタイミングＴ１からタイミングＴ２までを、回転同期フェーズという。なお、コントローラ７は、回転同期フェーズ中に内燃機関３を始動させる。始動した内燃機関３は、回転同期フェーズの間はアイドリング運転状態を維持する。

タイミングＴ２で締結指令を受けた第２クラッチ機構２１は、締結動作を開始する。つまり、第２スリーブ２２が移動を開始する。そして、第２クラッチ機構２１はタイミングＴ３で締結状態となる（Ｓ２８０でｙｅｓ）。上記のタイミングＴ２からタイミングＴ３までを、クラッチ締結フェーズという。

なお、クラッチ締結フェーズにおいて、第２クラッチ機構２１が段階的に締結状態に近づいている。これは、第２スリーブ２２が第４減速ギヤ１６に接触するまでの段階と、接触してから第２スリーブ２２の凸部と係合部１６Ａの凸部とが噛み合い可能な状態になるまでの段階と、噛み合い可能になって第２スリーブ２２がさらに第４減速ギヤ１６の方向に進む段階と、があるからである。

クラッチ締結フェーズが終了したら、コントローラ７はトルク架け替えと第１クラッチ機構１９の解放動作を開始する（Ｓ２９０、Ｓ３００）。これにより、走行用モータ２のトルクと内燃機関３のトルクとを合算したトルク（図中の車両走行トルク）は一定のまま、走行用モータ２のトルクは減少し、内燃機関３のトルクは増大する。タイミングＴ３から走行用モータ２のトルクがゼロになるタイミングＴ４までをトルク架け替えフェーズという。

なお、タイミングＴ３でコントローラ７は第１クラッチ機構１９に解放指令をだしているが、トルク架け替えフェーズの終盤まで第１クラッチ機構１９は締結されたままである。これは、走行用モータ２のトルクが掛かっているために第１スリーブ２０が第１減速ギヤ８の係合部８Ａから抜けないからである。

第１スリーブ２０が係合部１６Ａと接触しない位置まで移動したタイミングＴ５で、コントローラ７は第１クラッチ機構１９の解放が完了したと判定する（Ｓ３１０）。上記のタイミングＴ３からタイミングＴ５までをクラッチ解放フェーズという。クラッチ解放フェーズが終了したら、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えは終了である。

図１１は、シリーズハイブリッドモード（図中のＨＥＶ）から内燃機関直結モード（図中のＥＮＧ）へ切り替える際に、第１クラッチ機構１９を解放しない場合、つまり図９の制御ルーチンを実行する場合のタイミングチャートである。なお、実回転速度のチャートにおける走行用モータ２及び発電用モータ４の回転速度は、各減速ギヤによる減速比に基づいて駆動輪６の車軸（出力軸）の回転速度に換算した値である。また、第１クラッチ機構１９及び第２クラッチ機構２１のチャートの縦軸は、それぞれ第１スリーブ２０及び第２スリーブ２２のストロークである。さらに、シリーズハイブリッドモードで走行中に、内燃機関３は停止していたものとする。

図１１のタイミングチャートと図１０のタイミングチャートとの違いは、クラッチ解放フェーズの有無である。つまり、図１１では第１クラッチ機構１９を解放しないので、クラッチ解放フェーズがない。したがって、図１１は、タイミングＴ４までは図１０と同様であり、タイミングＴ４でトルク架け替えフェーズが終了したら、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えが終了する。

ここで、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り替える場合について図１２及び図１３のタイミングチャートを参照して説明する。

図１２は、第１クラッチ機構１９が解放状態の内燃機関直結モードで走行中に、アクセルペダルが踏み込まれてシリーズハイブリッドモードへ切り替える場合のタイミングチャートである。

切り替え期間が、回転同期フェーズ、クラッチ締結フェーズ、トルク架け替えフェーズ及びクラッチ解放フェーズからなる点は図１０と同様である。ただし、回転同期フェーズでは走行用モータ２の回転速度を同期させ、クラッチ締結フェーズでは第１クラッチ機構１９を締結させ、クラッチ解放フェーズでは第２クラッチ機構２１を解放する。以下、各フェーズについて説明する。

タイミングＴ１で回転同期フェーズが開始したら、コントローラ７は走行用モータ２の回転速度を上昇させる。そして、走行用モータ２の回転速度が出力軸の回転速度よりも判定差回転だけ低い回転速度となり、その状態が判定時間継続したタイミングＴ２で回転同期フェーズは終了する。判定差回転及び判定時間は、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えと同様である。

クラッチ締結フェーズでは、コントローラ７は第１クラッチ機構１９を解放状態から締結状態に切り替える。このとき、締結状態はシリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えと同様に段階的に進行する。

トルク架け替えフェーズでは、コントロオーラ７は、走行用モータ２のトルクを増大させる一方、発電用モータ４のトルクを減少させて発電抵抗を生じさせる。このとき、コントローラ７は内燃機関３のトルクを一定に維持する。発電用モータ４の発電抵抗が大きくなることで、内燃機関３のトルクは一定のままでも、内燃機関３から駆動輪６へ伝達されるトルクは減少する。そして、走行用モータ２のトルクが車両走行トルクに到達したタイミングＴ４でトルク架け替えフェーズは終了する。

クラッチ解放フェーズでは、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えと同様に、第２スリーブ２２はトルクが掛かっている間は係合部１６Ａから抜けず、トルクの架け替えが終わってから移動を開始する。そして、タイミングＴ５で第２スリーブ２２が係合部１６Ａから離れたらクラッチ解放フェーズは終了する。

図１３は、第１クラッチ機構１９が締結状態の内燃機関直結モード（図中のＥＮＧ）で走行中に、アクセルペダルが踏み込まれてシリーズハイブリッドモード（図中のＨＥＶ）へ切り替える場合のタイミングチャートである。

この場合、内燃機関直結モード中に第１クラッチ機構１９は締結されているので、回転同期フェーズ及びクラッチ締結フェーズは不要である。すなわち、切り替え期間はトルク架け替えフェーズと第２クラッチ機構２１を解放するクラッチ解放フェーズからなる。そして、トルク架け替えフェーズ及びクラッチ解放フェーズの内容は、図１２におけるそれらのフェーズの内容と同様である。

次に、本実施形態による効果についてまとめる。

本実施形態では、第１実施形態で説明した第１クラッチ機構１９を備えることによる効果の他に、以下の効果が得られる。

本実施形態の動力伝達装置は、第１クラッチ機構１９、及び第２クラッチ機構２１を制御するコントローラ７（制御部）をさらに備え、コントローラ７は、第２クラッチ機構２１を締結して内燃機関３の動力で駆動輪６を駆動する内燃機関直結モードの実行中は原則的に第１クラッチ機構１９を解放し、所定条件が成立した場合には第１クラッチ機構を締結する。ここでいう所定条件が成立した場合とは、すぐにシリーズハイブリッドモードへの切り替えが必要となる可能性が高い場合である。本実施形態によれば、内燃機関直結モードがしばらく継続する可能性が高い場合には第１クラッチ機構１９が解放するので走行用モータ２の連れ回りがなくなる。一方、所定条件が成立した場合には第１クラッチ機構１９は締結したままなので、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り替えに要する時間が、第１クラッチ機構１９が解放した状態から切り替える場合にくらべて短くなる。

本実施形態では、コントローラ７は、所定条件が成立したか否かを車速に基づいて判断する。例えば、高車速状態で第１クラッチ機構１９を解放すると、再びシリーズハイブリッドモードに切り替える際に、第１クラッチ機構１９の回転同期に時間がかかり、速やかな切り替えができない。したがって、高車速状態では所定条件が成立したと判断し、第１クラッチ機構１９を解放しない。一方、低車速状態であれば第１クラッチ機構１９の回転同期は短時間で終了する。そこで、低車速状態では所定条件は成立しないと判断し、原則通り第１クラッチ機構１９を解放する。上記の通り、車速に基づいて所定条件が成立したか否かを判断することで、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り替え時間が延びることを抑制できる。

本実施形態では、コントローラ７は、所定条件が成立したか否かを、加減速要求の状態に基づいて判断する。例えば、加速要求が頻繁に発生する場合に所定条件が成立したと判断する。このような場合には、内燃機関直結モードにおいても第１クラッチ機構１９を締結したままにすることで、シリーズハイブリッドノードへ速やかに切り替えることができる。

本実施形態では、コントローラ７は、加減速要求の状態を、アクセル操作状態に基づいて判断する。アクセル操作状態とは、例えばアクセル操作頻度、つまり単位時間当たりのアクセル操作回数である。これにより、シリーズハイブリッドモードへ戻る可能性を適切に判断できる。

本実施形態では、コントローラ７は、加減速要求の状態を、走行モード切り替えスイッチの状態に基づいて判断する。例えば、走行モードスイッチでスポーツモードが選択されている場合には、運転者が積極的な加減速を意図している可能性が高い。そこで、スポーツモードが選択されている場合には、コントローラ７は所定条件が成立したと判断する。これにより、シリーズハイブリッドモードへ戻る可能性を適切に判断できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims (13)

1. 内燃機関の動力により駆動される発電機と、
   前記発電機で発電した電力により駆動され、駆動輪を駆動する走行用モータと、
   前記内燃機関の動力または前記走行用モータの動力により駆動される前記駆動輪と、
   を備える車両用の動力伝達装置において、
   前記走行用モータと前記駆動輪との間で動力を伝達する第１動力伝達経路と、
   前記第１動力伝達経路の動力伝達を断続する第１クラッチ機構と、を備える、車両用の動力伝達装置。
2. 請求項１に記載の車両用の動力伝達装置において、
   前記内燃機関の動力を機械的に前記駆動輪に伝達する第２動力伝達経路と、
   前記第２動力伝達経路の動力伝達を断続する第２クラッチ機構と、
   をさらに備える車両用の動力伝達装置。
3. 請求項２に記載の車両用の動力伝達装置において、
   前記内燃機関と前記発電機との間の第３動力伝達経路は、常に動力が伝達される状態である、車両用の動力伝達装置。
4. 請求項２または３に記載の車両用の動力伝達装置において、
   前記走行用モータ、前記第１クラッチ機構、及び前記第２クラッチ機構を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１クラッチ機構が解放状態かつ前記第２クラッチ機構が締結状態で前記内燃機関の動力により前記駆動輪を駆動する内燃機関直結モードの実行中に、前記走行用モータを回転駆動させる、車両用の動力伝達装置。
5. 請求項４に記載の車両用の動力伝達装置において、
   前記制御部は、前記第１クラッチ機構の走行用モータ側回転速度が前記第１クラッチ機構の駆動輪側回転速度より低くなる範囲で、前記内燃機関直結モードの実行中における前記走行用モータの回転速度を制御する、車両用の動力伝達装置。
6. 請求項５に記載の車両用の動力伝達装置において、
   前記制御部は、前記内燃機関直結モードの実行中における前記走行用モータの回転速度を、車速に応じて制御する、車両用の動力伝達装置。
7. 請求項５または６に記載の車両用の動力伝達装置において、
   前記制御部は、前記内燃機関直結モードの実行中における前記走行用モータの回転速度を、バッテリの充電状態に応じて制御する、車両用の動力伝達装置。
8. 請求項２に記載の車両用の動力伝達装置において、
   前記第１クラッチ機構、及び前記第２クラッチ機構を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第２クラッチ機構を締結して前記内燃機関の動力で前記駆動輪を駆動する内燃機関直結モードの実行中は原則的に前記第１クラッチ機構を解放し、所定条件が成立した場合には前記第１クラッチ機構を締結する、車両用の動力伝達装置。
9. 請求項８に記載の車両用の動力伝達装置において、
   前記制御部は、前記所定条件が成立したか否かを車速に基づいて判断する、車両用の動力伝達装置。
10. 請求項８または９に記載の車両用の動力伝達装置において、
    前記制御部は、前記所定条件が成立したか否かを、加減速要求の状態に基づいて判断する、車両用の動力伝達装置。
11. 請求項１０に記載の車両用の動力伝達装置において、
    前記制御部は、前記加減速要求の状態を、アクセル操作量に基づいて判断する、車両用の動力伝達装置。
12. 請求項１０に記載の車両用の動力伝達装置において、
    前記制御部は、前記加減速要求の状態を、走行モード切り替えスイッチの状態に基づいて判断する、車両用の動力伝達装置。
13. 請求項２から１２のいずれか一項に記載の車両用の動力伝達装置において、
    前記第１クラッチ機構及び前記第２クラッチ機構はドグクラッチである、車両用の動力伝達装置。

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