WO2015004818A1 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

　エンジン（１）が連結された回転要素（９）と、第１モータ（２）が連結された回転要素（６）と、出力軸（４）に連結された回転要素（７）とを有する動力分割機構（５）と、出力軸（４）にトルクを伝達するように構成された第２モータ（３）と、エンジン（１）の出力軸（１４）をを固定する固定手段（Ｃ０，Ｂ０）とを備え、第１モータ（２）の出力トルクが予め定めた所定値まで低下した後に、固定手段（Ｃ０，Ｂ０）によるエンジン（１）の出力軸（１４）の固定を解除して（ステップＳ９）、第１モータ（２）および第２モータ（３）を力行制御して走行する第１走行モードから、第２モータ（３）のみから動力を出力して走行する第２走行モードに切り替えるように構成されている。

Description

ハイブリッド車両の制御装置

　この発明は、エンジンとモータとを駆動力源とした動力伝達装置に関し、特にエンジンとモータとの双方から駆動力を出力する走行モードと、モータのみから駆動力を出力する走行モードとを切り替えることができるハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

　車両の駆動力源としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両は、エンジンとモータとの双方から駆動力を出力して走行し、またモータのみから駆動力を出力して走行することができる。このように構成されたハイブリッド車両のうち、モータを複数備え、一方のモータをエンジンの出力トルクの一部を使用して発電機として駆動し、その電力あるいはバッテリーなどに蓄電された電力を他のモータに給電することによりトルクを出力するように構成されたハイブリッド車両が知られている。このように複数のモータを備えた車両は、モータのみから駆動力を出力して走行する場合には、一つのモータのみから駆動力を出力して走行し、もしくは複数のモータから駆動力を出力して走行することができる。

　上述したようにエンジンと複数のモータとを動力源とした車両の動力伝達装置の構成が特開２０１０－３６８８０号公報に記載されている。この特開２０１０－３６８８０号公報に記載された動力伝達装置は、エンジンの出力軸がキャリヤに連結され、第１モータがサンギヤに連結されたシングルピニオン型の遊星歯車機構を備えている。そして、遊星歯車機構の出力要素となるリングギヤと駆動輪とがギヤトレーン部を介して連結されていて、そのリングギヤから駆動輪に至る動力伝達経路に、第２モータからトルクを伝達することができるように構成されている。したがって、特開２０１０－３６８８０号公報に記載された車両は、エンジンとモータとから駆動力を出力する場合には、キャリヤが入力要素となりサンギヤが反力要素となるように制御される。すなわち、第１モータは、遊星歯車機構に反力を作用させるように制御される。また、エンジンを停止させてモータの駆動力のみによって走行する場合には、第１モータあるいは第２モータのいずれか一方から駆動力を出力して走行したり、第１モータと第２モータとの双方から駆動力を出力して走行したりすることができる。このようにモータの駆動力のみによって走行する場合には、キャリヤが反力として機能するように、キャリヤの回転を禁止させるブレーキが設けられている。また、第２モータのみから駆動力を出力して走行するときには、ブレーキを解放させることが、特開２０１０－３６８８０号公報に記載されている。したがって、第１モータと第２モータとの双方から駆動力を出力して走行している状態から、第２モータのみから駆動力を出力して走行する状態に移行させるときには、ブレーキが解放される。

　特開２０１０－３６８８０号公報に記載されたように構成された動力伝達装置は、第１モータと第２モータとの双方から駆動力を出力しているときには、エンジンの回転方向が、エンジンから駆動力を出力しているときに回転する方向と逆回転することを防止するようにブレーキが作用する。したがって、第１モータと第２モータとの双方から駆動力を出力している状態から第２モータのみから駆動力を出力するように切り替える場合に、第１モータからトルクが出力している状態でブレーキを解放すると、エンジンから駆動力を出力しているときに回転する方向と逆方向にエンジンが回転してしまう可能性がある。

　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、複数のモータから駆動力を出力している状態から、いずれか一つのモータのみから駆動力を出力する状態に移行させるときに、エンジンが逆回転してしまうことを抑制もしくは防止することができるハイブリッド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、エンジンが連結された第１回転要素と、第１モータが連結された第２回転要素と、出力軸に連結された第３回転要素とを有する差動作用のある動力分割機構と、前記出力軸にトルクを伝達するように構成された第２モータと、前記第１回転要素を固定して前記第１回転要素の回転を止める固定手段とを備え、前記固定手段によって前記第１回転要素の回転が止められた状態で前記第１モータおよび第２モータを力行制御して前記出力軸にトルクを伝達する第１走行モードと、前記固定手段による前記第１回転要素の固定が解除された状態で前記第１モータと前記第２モータとのいずれか一方のモータのみから動力を出力して前記出力軸にトルクを伝達する第２走行モードとの少なくとも二つの走行モードを切り替えるように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、前記第１モータの出力トルクが予め定めた所定値まで低下した後に、前記固定手段による前記第１回転要素の固定を解除して、前記第１走行モードから前記第２走行モードに切り替えるように構成されていることを特徴とするものである。

　前記所定値は、前記第１モータのイナーシャトルクと前記エンジンのフリクショントルクとを加算したトルク以下の値に定められていてもよい。

　第１係合装置と第２係合装置とを有するとともに、前記第１係合装置を係合させかつ前記第２係合装置を解放することにより第１変速段を設定し、かつ前記第１係合装置を解放させかつ前記第２係合装置を係合することにより前記第１変速段によって設定される変速比よりも小さい変速比である第２変速段を設定するように構成された変速部を更に備え、前記固定手段は、前記第１係合装置と前記第２係合装置との双方を係合させる手段を含み、前記固定手段による第１回転要素の固定を解除するときには、前記第２係合装置を前記第１係合装置よりも先に解放させるように構成されていてもよい。

　前記第１走行モードから前記第２走行モードに切り替えるときに、前記第１モータの出力トルクを所定の勾配で低下させるように構成されていてもよい。

　前記第１走行モードおよび前記第２走行モードを選択する運転領域は、要求駆動力および車速に応じて定められてもよい。

　前記第２走行モードは、前記第１モータの回転を止めて前記第２モータのみから動力を出力して前記出力軸にトルクを伝達する走行モードを含んでもよい。

　前記動力分割機構は、第１サンギヤと、前記第１サンギヤと同心円上に設けられた第１リングギヤと、前記第１サンギヤおよび前記第１リングギヤに噛み合う第１ピニオンギヤを自転および公転することができるように保持する第１キャリヤとによって構成された第１遊星歯車機構を含んでもよい。

　前記変速部は、第２サンギヤと、前記第２サンギヤと同心円上に設けられかつ前記第１回転要素に連結された第２リングギヤと、前記第２サンギヤおよび前記第２リングギヤに噛み合う第２ピニオンギヤを自転および公転することができるように保持しかつ前記エンジンに連結された第２キャリヤとによって構成された第２遊星歯車機構を有し、前記第１係合装置は、係合することにより前記第２サンギヤと前記第２キャリヤとを一体に回転させるように構成され、前記第２係合装置は、係合することにより前記第２キャリヤの回転を止めるように構成されていてもよい。

　この発明によれば、動力分割機構における第１回転要素にエンジンが連結され、第２回転要素に第１モータが連結されている。また、動力分割機構における第３回転要素と出力軸とに連結された部材に第２モータがトルク伝達可能に連結されている。さらに、第１回転要素を固定して回転を止める固定手段が設けられている。そのため、固定手段によって第１回転要素を固定した状態で、第１モータを力行制御することにより第１モータから出力軸にトルクが伝達される。そのため、第１モータと第２モータとを力行制御して出力軸にトルクを伝達して走行させることができる。一方、固定手段の固定を解除した状態では、第２モータを力行制御させることにより出力軸にトルクを伝達して走行することができ、また第１モータを回生制御させることにより出力軸に制動力を作用させて走行することができる。すなわち、いずれか一方のモータから動力を出力して走行させることができる。このように第１モータと第２モータとを力行制御して走行する第１走行モードから、いずれか一方のモータのみから動力を出力して走行させる第２走行モードに切り替える場合に、第１モータの出力トルクが予め定めた所定値まで低下した後に、固定手段による固定を解除するように構成されている。したがって、エンジンが駆動しているときにエンジンから出力されるトルクとは反対方向のトルクが、固定手段を固定する時点で第１入力要素に作用することを抑制もしくは防止することができる。そのため、走行モードを切り替えるときにエンジンが逆回転することを抑制もしくは防止することができる。

　また、第１モータのイナーシャトルクとエンジンのフリクショントルクとを加算したトルクの値まで第１モータの出力トルクが低下したことにより、固定手段の固定を解除するように構成されている。そのため、第１モータの出力トルクが「０」になる以前に固定手段の固定を解除したとしてもエンジンが逆回転することを抑制もしくは防止するとともに、走行モードを切り替える制御の応答性を向上させることができる。

　さらに、第１係合装置と第２係合装置とを有し、第１係合装置を係合させかつ第２係合装置を解放することにより第１変速段を設定し、かつ第１係合装置を解放させかつ第２係合装置を係合させることにより、第１変速段によって設定される変速比よりも小さい変速比である第２変速段を設定するように変速部が構成されている。また、第１係合装置と第２係合装置との双方を係合させることにより第１回転要素を固定するように構成されている。このように構成された変速部を有する場合に、第２係合装置を第１係合装置よりも先に解放させることにより、走行モードを切り替える過渡期には、第２変速段が設定される。したがって、走行モードを切り替える過渡期に、エンジンを逆回転させるトルクが大きくなることを抑制もしくは防止することができ、エンジンが逆回転することを抑制もしくは防止することができる。

　そして、第１モータの出力トルクを所定の勾配で低下させることにより、出力軸に伝達されるトルクが急激に低下することによるショックを抑制もしくは防止することができる。

この発明に係るハイブリッド車両の制御装置の制御例を説明するためのフローチャートである。 この発明で対象とする動力伝達装置の構成の一例を説明するための模式図である。 図２に示す動力伝達装置で設定される走行モード毎におけるクラッチ、ブレーキ、各モータ・ジェネレータの動作状態を示す図である。 シングルモータ走行モードで走行するときにおける変速部および動力分割機構の各回転要素の動作状態を説明するための共線図である。 ツインモータ走行モードで走行するときにおける変速部および動力分割機構の各回転要素の動作状態を説明するための共線図である。 エンジン走行モードで走行するときにおける変速部および動力分割機構の各回転要素の動作状態を説明するための共線図である。 エンジン、各モータ・ジェネレータ、クラッチ、ブレーキを制御する電子制御装置の構成の一例を説明するためのブロック図である。 走行モードを選択するための運転領域を説明するための図である。 ツインモータ走行モードからシングルモータ走行モードに切り替えるときにおける第１モータ・ジェネレータの制御を説明するための図である。 図１に示す制御例によって制御されたときにおけるエンジン回転数、第１モータ・ジェネレータ２の動作状態、第２モータ・ジェネレータ３の動作状態、クラッチＣ０およびブレーキＢ０の油圧、アクセル開度θの変化を説明するためのタイムチャートである。

　この発明で対象とするハイブリッド車両は、エンジンとモータとを有する動力伝達装置を備えており、特にその動力伝達装置は、エンジンの回転数やトルクを制御するモータと、駆動力を発生するモータとの少なくとも二つのモータを有している。そのエンジンとしては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、あるいはガスエンジンなどが挙げられる。また、モータは、発電機能があるモータ（すなわちモータ・ジェネレータ）であることが好ましいが、エンジンの制御に作用するモータをモータ・ジェネレータによって構成し、他のモータは発電機能を備えていないモータであってもよい。

　さらに、この発明で対象とするハイブリッド車両は、エンジンから出力された動力で走行する走行モードと、モータのみから出力された動力で走行する走行モードとを選択できるように構成されている。エンジンから出力された動力で走行する走行モードは、その動力の一部を駆動輪に伝達し、かつその動力の他の一部でモータ・ジェネレータを駆動して発電し、その電力で他のモータを駆動して走行するモードや、エンジンで発電機を駆動して発電し、その電力でモータを駆動して走行するモードなどを設定するように構成されていてよい。また、モータのみから出力された動力で走行するモードは、いずれか一つのモータで走行するモードや、二つのモータ（もしくはモータ・ジェネレータ）を共に駆動して走行するモードなどを設定するように構成されていてよい。

　上述したようにエンジンから出力された動力で走行する走行モードと、モータのみから出力された動力で走行する走行モードとを設定することができる動力伝達装置の一例を、図２に模式的に示している。図２に示す動力伝達装置は、エンジン（ＥＮＧ）１と二つのモータ・ジェネレータ２，３とが動力源として機能するように構成されている。具体的には、エンジン１が出力した動力を、この発明における第１モータに相当する第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２側と、この発明における出力軸に相当するドライブシャフト４側とに分割し、かつ第１モータ・ジェネレータ２で発生した電力を、この発明における第２モータに相当する第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３に供給して第２モータ・ジェネレータ３の駆動力をドライブシャフト４に加えるように構成された、いわゆるツーモータ式のハイブリッド駆動装置である。ここに示す動力伝達装置で用いられている動力分割機構５は、三つの回転要素を有する差動機構によって構成されており、より具体的には遊星歯車機構によって構成されている。図２に示す例ではシングルピニオン型の遊星歯車機構が用いられており、その遊星歯車機構はエンジン１と同一の軸線上に配置され、その遊星歯車機構におけるサンギヤ６に第１モータ・ジェネレータ２が連結されている。なお、第１モータ・ジェネレータ２は、動力分割機構５に隣接して、エンジン１とは反対側に配置され、そのロータ２Ｒがサンギヤ６に連結されている。このサンギヤ６に対して同心円上にリングギヤ７が配置され、これらサンギヤ６とリングギヤ７とに噛み合っているピニオンギヤ８がキャリヤ９によって自転および公転できるように保持され、そのキャリヤ９がエンジン１と動力分割機構５との間に設けられた変速部１０の出力要素に連結されている。そして、リングギヤ７にドライブギヤ１１が連結されている。このドライブギヤ１１は、変速部１０と動力分割機構５との間に配置されている。なお、上記サンギヤ６がこの発明における第２回転要素に相当し、キャリヤ９がこの発明における第１回転要素に相当し、リングギヤ７がこの発明における第３回転要素に相当する。

　図２に示す変速部１０は、直結段と増速段（オーバードライブ（Ｏ／Ｄ）段）とに切り替えられるように構成されている。この変速部１０は、三つの回転要素を有する差動機構によって構成されたシングルピニオン型の遊星歯車機構を備えている。具体的には、ピニオンギヤ１２を自転および公転可能に保持するキャリヤ１３にエンジン１の出力軸１４が連結され、またリングギヤ１５が動力分割機構５におけるキャリヤ８と一体に回転するように連結されている。そして、サンギヤ１６とキャリヤ１３との間にこれらを連結し、またその連結を解除するクラッチＣ０が設けられている。また、リングギヤ１５と同心円上に配置されたサンギヤ１６を固定し、またその固定を解除するブレーキＢ０が設けられている。これらのクラッチＣ０およびブレーキＢ０は、例えば油圧によって係合する摩擦係合機構によって構成することができる。なお、クラッチＣ０がこの発明における第１係合装置に相当し、ブレーキＢ０がこの発明における第２係合装置に相当する。また、変速部１０によって設定される直結段が、この発明における第１変速段に相当し、増速段がこの発明における第２変速段に相当する。

　一方、上記の動力分割機構５や第１モータ・ジェネレータ２などの回転中心軸線と平行にカウンタシャフト１７が配置されており、上記のドライブギヤ１１に噛み合っているカウンタドリブンギヤ１８がこのカウンタシャフト１７と一体に回転するように取り付けられている。このカウンタドリブンギヤ１８はドライブギヤ１１より小径のギヤであり、したがって動力分割機構５からカウンタシャフト１７に向けてトルクを伝達する場合に減速作用（トルクの増幅作用）が生じる。

　さらに、上記の動力分割機構５からドライブシャフト４に伝達されるトルクに、第２モータ・ジェネレータ３のトルクを負荷するように構成されている。すなわち、上記のカウンタシャフト１７と平行に第２モータ・ジェネレータ３が配置されており、そのロータ３Ｒに連結されたリダクションギヤ１９が上記のカウンタドリブンギヤ１２に噛み合っている。そのリダクションギヤ１９はカウンタドリブンギヤ１８より小径であり、したがって第２モータ・ジェネレータ３のトルクを増幅してカウンタドリブンギヤ１８もしくはカウンタシャフト１７に伝達するように構成されている。

　カウンタシャフト１７には、更に、カウンタドライブギヤ２０が一体に回転するように設けられており、このカウンタドライブギヤ２０が終減速機であるデファレンシャルギヤ２１におけるリングギヤ２２に噛み合っている。図２では作図の都合上、デファレンシャル２１の位置を図２での右側にずらして記載してある。

　なお、図２に示す各モータ・ジェネレータ２，３は、図示しないインバータなどのコントローラを介して蓄電池などの蓄電装置に接続されている。そして、これらのモータ・ジェネレータ２，３はモータとして機能し、また発電機として機能するように電流が制御される。また、エンジン１は、そのスロットル開度や点火時期が制御され、さらには自動停止ならびに始動再始動の制御が行われる。

　上述したように構成された動力伝達装置を有する車両は、エンジン１の動力で走行するエンジン走行モードと、二つのモータ・ジェネレータ２，３をモータとして機能させて、すなわち力行制御して走行するツインモータ走行モードと、いずれか一つのモータ・ジェネレータの動力で走行するシングルモータ走行モードとを選択することができるように構成されている。具体的には、クラッチＣ０およびブレーキＢ０を制御し、かつ各モータ・ジェネレータ２，３の出力トルクを制御することにより各走行モードを選択するように構成されている。なお、シングルモータ走行モードがこの発明における第１走行モードに相当し、ツインモータ走行モードがこの発明における第２走行モードに相当する。

　ここで、各走行モードにおけるクラッチＣ０とブレーキＢ０との係合および解放の状態と、各モータ・ジェネレータ２，３の動作の状態とを、図３に示す作動表を参照して説明する。図３で「ＥＶ」はエンジン１を停止させて走行するモードを示している。図３に示すようにシングルモータ走行モードによって駆動力を出力している場合あるいは制動力を作用させている場合には、クラッチＣ０とブレーキＢ０との双方が解放される。すなわち、変速部１０がニュートラル状態にされて、エンジン１と動力分割機構５とのトルクの伝達が遮断される。その状態で、制動力を駆動輪に作用させる場合には、第１モータ・ジェネレータ２が回生制御される。なお、図３には回生制御を「Ｇ」と示している。一方、駆動力を駆動輪に伝達して走行する場合には、第２モータ・ジェネレータ３は力行制御される。なお、図３には力行制御を「Ｍ」と示している。このようにクラッチＣ０とブレーキＢ０とを解放し、かつ第１モータ・ジェネレータ２を回生制御して、あるいは第２モータ・ジェネレータ３を力行制御することによりシングルモータ走行モードが設定される。なお、制動力を作用させるときには、第２モータ・ジェネレータを回生制御してもよい。

　そのようにシングルモータ走行モードが設定されているときにおける変速部１０の各回転要素および動力分割機構５の各回転要素の動作状態を図４に示している。図４に示す共線図は、左側が変速部１０における各回転要素の動作状態を示し、右側が動力分割機構５における各回転要素の動作状態を示している。上述したようにクラッチＣ０とブレーキＢ０とが解放されていることにより変速部１０がニュートラル状態となっている。また、変速部１０の出力要素として機能するリングギヤ１５が動力分割機構５におけるキャリヤ９に連結されているので、動力分割機構５から伝達された動力によって回転させられる。そして、エンジン１の慣性力（質量）やフリクショントルクが、サンギヤ１６に連結された部材の慣性力（質量）よりも大きいので、エンジン１が停止してサンギヤ１６が空転する。

　上記のように変速部１０がニュートラル状態にされたときに駆動力を出力して走行する場合には、第２モータ・ジェネレータ３が力行制御されて、その第２モータ・ジェネレータ３から出力された動力によって走行する。この場合、第１モータ・ジェネレータ２は空転させていてもよく、所定の回転数に維持されるように回生制御され、あるいは第１モータ・ジェネレータ２が回転しないように電流を流して回転を止めるように制御（ｄ軸ロック制御）していてもよい。一方、制動力を作用させる場合には、第２モータ・ジェネレータ３を回生制御させる。そのように第２モータ・ジェネレータ３を回生制御して制動力を作用させる場合には、変速部１０をニュートラル状態としてエンジン１と動力分割装置５とのトルクの伝達を遮断することにより、エンジン１のポンピングロスなどによる制動力が作用して回生することができるトルクが低下することを抑制もしくは防止することができる。その結果、シングルモータ走行モード時における回生効率を向上させることができる。さらに、第１モータ・ジェネレータ２の回転を止めることにより、第１モータ・ジェネレータ２の連れ回りによる動力損失を低減することができるので、回生効率を向上させることができる。なお、後進走行時には、第２モータ・ジェネレータ３の回転方向および出力トルクの方向が反転させられる。

　また、蓄電装置には充電量の上限があるので、その蓄電装置の充電量（State of Charge：ＳＯＣ）が所定値以上のときには、シングルモータ走行モードで制動しているときであっても、過充電になることを防止するために、クラッチＣ０とブレーキＢ０とのいずれか一方が係合させられる。すなわち、エンジン１と動力分割装置５とがトルクを伝達することができるように連結して、エンジンブレーキを作用させるように構成されている。なお、クラッチＣ０を係合させると変速部１０は直結段になり、ブレーキＢ０を係合させたときよりも変速比が大きいので、要求される制動力が大きい場合には、クラッチＣ０が係合させられ、要求される制動力が小さい場合には、ブレーキＢ０が係合させられる。

　各モータ・ジェネレータ２，３が動力を出力して走行するツインモータ走行モードは、二つのモータ・ジェネレータ２，３から動力を出力することができるので、主にシングルモータ走行モードよりも要求される駆動力が大きいときに設定される走行モードである。ツインモータ走行モードは、第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３とが力行制御される。そして、第１モータ・ジェネレータ２から出力された動力を駆動力として伝達するために、動力分割機構５におけるキャリヤ９の回転が止められる。具体的には、キャリヤ９に連結された変速部１０の回転を止めるために、クラッチＣ０とブレーキＢ０との双方が係合させられる。このようにクラッチＣ０とブレーキＢ０との双方を係合させてキャリヤ９の回転が止められると、図５に示す共線図のように、第１モータ・ジェネレータ２から出力されたトルクと反対方向のトルクがリングギヤ７に伝達される。すなわち、クラッチＣ０およびブレーキＢ０を係合させてキャリヤ９の回転を止める手段が、この発明おける固定手段に相当する。また、動力分割機構５におけるギヤ比に応じて減速して第１モータ・ジェネレータ２から出力されたトルクがリングギヤ７から出力される。このようにクラッチＣ０およびブレーキＢ０を係合しているときには、動力分割機構５におけるキャリヤ９には、エンジン１から動力を出力するトルクの方向と反対方向のトルクが作用する。なお、後進走行時には、それぞれのモータ・ジェネレータ２，３の回転方向およびトルクの出力方向を反転さればよく、回生時には、それぞれのモータ・ジェネレータ２，３のトルクの出力方向を反転させることにより、双方のモータ・ジェネレータ２，３によって回生することができる。

　さらに、図２に示す動力伝達装置を有する車両では、主にエンジン１から出力された動力によって走行するエンジン走行モードを設定することができる。具体的には、要求駆動力に応じてクラッチＣ０またはブレーキＢ０を係合することにより、エンジン１と動力分割機構５とを連結することにより、エンジン１から出力された動力を駆動輪に伝達することができる。このようにエンジン１から出力された動力を駆動輪に伝達する過程で、エンジン１から出力された動力の一部を第１モータ・ジェネレータ２によって回生して、その第１モータ・ジェネレータ２によって回生されて発電された電力、あるいは蓄電装置に充電された電力を第２モータ・ジェネレータ３に供給してカウンタドリブンギヤ１２に伝達する。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２を回生制御することにより、動力分割機構５におけるサンギヤ６を反力要素として機能させてエンジン１から出力された動力を伝達するとともに、第２モータ・ジェネレータ３によってトルクを加算するように制御される。したがってこの場合の制御は、ハイブリッド駆動制御と言い得る。なお、図３には、エンジン走行モードを「ＨＶ」と示している。

　また、第１モータ・ジェネレータ２は、通電される電流値やその周波数に応じて回転数を任意に制御することができる。そのため、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を制御して、エンジン回転数を任意に制御することができる。具体的には、アクセル開度や車速などに応じてエンジン１の出力を定め、そのエンジン１の出力とエンジン１の燃費が良好になる最適燃費線とからエンジン１の運転点を定める。そして、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を制御することで、エンジン回転数を燃費が良好となる最適燃費線上に制御することができる。すなわち、動力分割機構５は、電力によって制御可能な無段変速機構として機能することができる。

　一方、車速が比較的高車速になったときに、エンジン回転数を上記のように制御すると、第１モータ・ジェネレータ２が力行制御される場合がある。そのため、第１モータ・ジェネレータ２が力行制御されることを抑制もしくは防止するために、車速が比較的高車速になったときに、変速部１０の変速比を増速段に変更するように構成されている。すなわち、低速あるいは中速走行時には、クラッチＣ０を係合して変速部１０を直結段に設定し、高速走行時には、ブレーキＢ０を係合して増速段に設定するように構成されている。図６には、変速部１０を増速段に設定したときにおける変速部１０の各回転要素および動力分割機構５の各回転要素の動作状態を示している。なお、エンジン走行モードによって後進走行する場合には、変速部１０が直結段となるようにクラッチＣ０が係合させられる。

　つぎに、上記クラッチＣ０、ブレーキＢ０、各モータ・ジェネレータ、エンジン１を制御するための電子制御装置について説明する。図７にその電子制御装置のブロック図を示している。図７に示す電子制御装置は、走行のための全体的な制御を行うハイブリッド制御装置（ＨＶ－ＥＣＵ）２３と、各モータ・ジェネレータ２，３を制御するためのモータ・ジェネレータ制御装置（ＭＧ－ＥＣＵ）２４と、エンジン１を制御するためのエンジン制御装置（Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ）２５と、クラッチＣ０およびブレーキＢ０を制御する変速機制御装置（変速機－ＥＣＵ）２６とが設けられている。これらの各制御装置２３，２４，２５，２６は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータおよび予め記憶させられているデータを使用して演算を行い、その演算結果を制御指令信号として出力するように構成されている。その入力データの例を挙げると、ハイブリッド制御装置２３には、車速、アクセル開度、第１モータ・ジェネレータ２の回転数、第２モータ・ジェネレータ３の回転数、加速度センサ（Ｇセンサ）などによって検出された路面の勾配角度、前記リングギヤ７の回転数（出力軸回転数）、エンジン１の回転数、蓄電装置の充電容量（ＳＯＣ）などがハイブリッド駆動装置２３に入力されている。また、ハイブリッド駆動装置２３から出力される指令信号の例を挙げると、第１モータ・ジェネレータ２のトルク指令値、第２モータ・ジェネレータ３のトルク指令値、エンジン１のトルク指令値、ならびに変速部１０によって設定されるべき変速比の指令値などがハイブリッド駆動装置２３から出力されている。

　上記の第１モータ・ジェネレータ２のトルク指令値および第２モータ・ジェネレータ３のトルク指令値は、モータ・ジェネレータ制御装置２４に制御データとして入力されており、モータ・ジェネレータ制御装置２４はこれらのトルク指令値に基づいて演算を行って第１モータ・ジェネレータ２や第２モータ・ジェネレータ３の電流指令信号を出力するように構成されている。また、エンジントルク指令信号はエンジン制御装置２５に制御データとして入力されており、エンジン制御装置２５はそのエンジントルク指令信号に基づいて演算を行って電子スロットルバルブ（図示せず）に対してスロットル開度信号を出力し、また点火時期を制御する点火信号を出力するように構成されている。さらに、変速比の指令値は変速機制御装置２６に制御データとして入力されており、変速機制御装置２６はその変速比の指令値に基づいて演算を行ってクラッチＣ０やブレーキＢ０の油圧を制御する図示しない制御バルブなどにクラッチ油圧信号やブレーキ油圧信号を出力するように構成されている。

　上述したエンジン１および第１モータ・ジェネレータ２ならびに第２モータ・ジェネレータ３の動力性能もしくは駆動特性は互いに異なっている。例えばエンジン１は低トルクかつ低回転数の領域から高トルクかつ高回転数の領域までの広い運転領域で運転でき、またエネルギ効率はトルクおよび回転数がある程度高い領域で良好になる。これに対してエンジン１の回転数やエンジン１を停止させる際のクランク角度などの制御および駆動力の出力を行う第１モータ・ジェネレータ２は、低回転数で大きいトルクを出力する特性を備え、前記ドライブシャフト４にトルクを出力する第２モータ・ジェネレータ３は、第１モータ・ジェネレータ２よりも高回転数で運転でき、かつ最大トルクが第１モータ・ジェネレータ２よりも小さい特性を備えている。そこで、この発明で対象とする動力伝達装置は、駆動力源を構成している上記のエンジン１や各モータ・ジェネレータ２，３を有効に利用して、エネルギ効率あるいは燃費が良好になるように制御される。すなわち、上記エンジン走行モードとツインモータ走行モードと、シングルモータ走行モードとを任意に変更して走行させるように制御される。

　図８は、走行モードを選択するための運転領域を模式的に示している。図８は、車速Ｖを横軸、要求駆動力Ｆを縦軸として運転領域を示す図であって、符号I で示す領域がシングルモータ走行モードを実行する領域（シングルモータ走行領域）、符号IIで示す領域がツインモータ走行モードを実行する走行領域（ツインモータ走行領域）、符号III で示す領域がエンジン走行モードを実行する領域（エンジン走行領域）である。ここで、要求駆動力Ｆは、通常のハイブリッド車でエンジンやモータ・ジェネレータを制御する際に求められているものと同様であり、例えばアクセル開度と車速とに応じて予め定められている。この要求駆動力Ｆは、主として、車両の動力性能もしくは動力特性を決める要因になるものであり、車種ごと、もしくは車格ごとに設計上、定めることができる。

　したがって、ここで説明している車両では、アクセル開度がある程度以上に大きい場合、あるいは車速がある程度以上の高車速の場合には、エンジン走行モードが実行される。また、要求駆動力Ｆと車速との関係からエンジン走行領域III で走行することが定められる場合であっても、上記のようにその走行領域内で車速が比較的低速の場合には、変速部１０が直結段に設定され、比較的高速の場合には、変速部１０が増速段に設定される。その直結段と増速段（ＯＤ）との境界線を図８に示している。

　これに対して、アクセル開度が小さいことにより要求駆動力Ｆが小さい場合には運転領域はシングルモータ走行領域I になるから、エンジン１が停止されるとともに、クラッチＣ０とブレーキＢ０とが解放されて、シングル走行モードが実行される。また、要求駆動力Ｆがこれらエンジン走行領域III とシングルモータ走行領域I との間にある場合には、車両の運転領域はツインモータ走行領域IIになり、エンジン１が停止させられるとともに、クラッチＣ０とブレーキＢ０との双方が係合させられて、ツインモータ走行モードが実行される。なお、シングルモータ走行モードもしくはツインモータ走行モードは、蓄電装置に充電量が十分にあること、第２モータ・ジェネレータ３がトルクを出力できる状態になっていること、エンジン１を停止してもよい状態になっていることなどの条件が成立している場合に実行される。

　そして、車両が走行している場合、登降坂路などの道路状況や交通量あるいは規制速度の変化などの走行環境に応じてアクセル操作が行われ、また車速が変化するから、車両の運転領域が変化し、それに伴って走行モードが切り替えられる。例えば、ツインモータ走行時にアクセル開度が減じられた場合には、図８に矢印ａで示すように、車両の運転領域はツインモータ走行領域IIからシングルモータ走行領域I に変化する。反対にアクセル開度が増大させられた場合には、図８に矢印ｂで示すように、車両の運転領域はシングルモータ走行領域I からツインモータ走行領域IIに変化する。これらの運転領域の変化に伴う走行モードの切り替えのための制御は、前述した電子制御装置によって実行される。

　つぎに、上述したように構成された動力伝達装置においてツインモータ走行モードから、シングルモータ走行モードに切り替える場合の制御の一例について説明する。図１は、その制御例を説明するためのフローチャートである。なお、図１に示すルーチンは、走行時に短時間毎に繰り返し実行されている。図１に示す制御例では、まず、車両がエンジン１を停止させて走行しているか否かを判断するように構成されている（ステップＳ１）。すなわち、エンジン走行モード以外の走行モードが設定されて走行しているか否かを判断する。このステップＳ１は、ハイブリッド駆動装置２３から電子スロットル弁を制御する信号や点火プラグを制御する信号が出力されているか否かによって判断することができる。エンジン走行モードであってエンジン１から駆動力を出力している場合には、ステップＳ１で否定的に判断される。そして、ステップＳ１で否定的に判断された場合には、エンジン走行モードを維持して（ステップＳ２）、リターンする。

　それとは反対にエンジン走行モード以外の走行モードが設定されて走行していて、エンジン１から駆動力を出力していない場合には、ステップＳ１で肯定的に判断される。すなわち、ツインモータ走行モードあるいはシングルモータ走行モードが設定されて走行しているときにはステップＳ１で肯定的に判断される。ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、ついで、ツインモータ走行モードが設定されて走行しているか否かを判断する（ステップＳ３）。このステップＳ３は、各モータ・ジェネレータ２，３に駆動力を出力するための電流が各モータ・ジェネレータ２，３に通電されているか否か、あるいはモータ・ジェネレータ制御装置２４から各モータ・ジェネレータ２，３に信号を出力しているか否かによって判断することができる。シングルモータ走行モードが設定されて走行していて、第２モータ・ジェネレータ３のみから駆動力を出力している場合、言い換えると、第１モータ・ジェネレータ２に駆動力を出力するための電流が出力されていない場合やその電流を出力する信号がモータ・ジェネレータ制御装置２４から出力されていない場合には、ステップＳ３で否定的に判断される。そして、ステップＳ３で否定的に判断された場合には、シングルモータ走行モードを維持して（ステップＳ４）、リターンする。

　一方、ツインモータ走行モードが設定されて走行していることにより、ステップＳ３で肯定的に判断された場合には、ツインモータ走行モードからシングルモータ走行モードに切り替わるか否かを判断する（ステップＳ５）。すなわち、要求駆動力Ｆが低下してあるいは車速が低下して図８に示すツインモータ走行領域IIからシングルモータ走行領域I に車両の運転領域が変更されたか否かが判断される。なお、車両の運転状態がツインモータ走行領域IIからシングルモータ領域I に一時的に変化して走行モードがその都度変化することを抑制もしくは防止するために、シングルモータ領域I に運転状態が所定時間継続した場合に走行モードの切り替えが判断される。要求駆動力Ｆおよび車速がツインモータ走行領域IIの範囲内にありステップＳ５で否定的に判断された場合には、そのままツインモータ走行モードを維持して（ステップＳ６）、リターンする。

　それとは反対に、要求駆動力Ｆが低下してあるいは車速が低下して車両の運転領域がツインモータ走行領域IIからシングルモータ走行領域I に変更されて、ステップＳ５で肯定的に判断された場合には、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクを低減する（ステップＳ７）。第１モータ・ジェネレータ２がトルクを出力している状態で、クラッチＣ０やブレーキＢ０が解放されることにより、その第１モータ・ジェネレータ２から出力されたトルクによってキャリヤ９の回転方向が、エンジン１から動力を出力している際の回転方向と反対方向に回転することを抑制もしくは防止するためである。つまり、エンジン１が逆回転してしまうことを抑制もしくは防止するためである。そして、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクを低下させるときには、急激に駆動力が低下してしまうことを抑制もしくは防止するために、図９に破線で示すように第１モータ・ジェネレータ２の動力を所定の勾配で低下させることが好ましい。なお、図９は、ツインモータ走行モードからシングルモータ走行モードに切り替えるときにおける第１モータ・ジェネレータの制御を説明するための図であり、縦軸が駆動力を示し、横軸が車速を示している。また、図９に示す例では、要求駆動力Ｆが低下してツインモータ走行モードからシングルモータ走行モードに移行するときの状態を示している。

　そして、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクの絶対値が、予め定めた所定値Ｔ１よりも小さくなったか否かを判断する（ステップＳ８）。ステップＳ８は、上述したように第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン１が逆回転しない程度のトルクまで低下したかを判断する。したがって、上記所定値Ｔ１は、第１モータ・ジェネレータ２のイナーシャトルクとエンジン１のフリクショントルクとを加算したトルク以下に設定することができる。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２からトルクが出力されていても、そのトルクによってエンジン１が逆回転しない程度に、上記所定値Ｔ１を定めることができる。つまり、所定値Ｔ１は、エンジン１や第１モータ・ジェネレータ２の構造に応じて予め定めることができる。また、第１モータ・ジェネレータ２の回転数やエンジンオイル温度などの条件に応じて、クラッチＣ０やブレーキＢ０が解放されるまでの時間が変化するので、種々の条件に応じて上記所定値Ｔ１を可変に設定してもよい。図９におけるｃ点は、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクが所定値Ｔ１まで低下したことを表している。なお、上記所定値Ｔ１が、この発明における第１所定値および第２所定値に相当する。

　そして、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクが所定値Ｔ１まで低下していない場合には、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクが所定値Ｔ１まで低下するまでステップＳ７およびステップＳ８を繰り返し行う。

　それとは反対に第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクが所定値Ｔ１まで低下したことによりステップＳ８で肯定的に判断されると、クラッチＣ０およびブレーキＢ０の油圧を低下させて（ステップＳ９）、リターンする。この場合、ブレーキＢ０の油圧がクラッチＣ０の油圧より遅く低下してしまうと、変速部１０の変速比が一時的に増速段に設定される。そのように変速部１０の変速比が増速段に設定されると、第１モータ・ジェネレータ２のトルクを入力側と見なすと、エンジン１に作用するトルクが大きくなるので、エンジン１が逆回転し易くなってしまう。そのため、ブレーキＢ０の油圧をクラッチＣ０の油圧よりも先に低下するように制御することが好ましい。具体的には、ブレーキＢ０の油圧を低下させ始めてから所定時間ｔa 経過した後にクラッチＣ０の油圧を低下させ始めたり、ブレーキＢ０が動力伝達しない程度まで低下したことを検出した後に、クラッチＣ０の油圧を低下させ始めたりすることが好ましい。また、ブレーキＢ０の油圧を低下させ始めてから所定時間ｔa 経過した後にクラッチＣ０の油圧を低下させ始める場合には、クラッチＣ０およびブレーキＢ０に供給される油温などに応じて、その所定時間ｔa を可変させてもよい。

　上述したように制御したときにおけるエンジン回転数、第１モータ・ジェネレータ２の動作状態、第２モータ・ジェネレータ３の動作状態、クラッチＣ０およびブレーキＢ０の油圧、アクセル開度θの変化を図１０に示すタイムチャートに基づいて説明する。図１０には、アクセル開度θがシングルモータ走行領域I に含まれる所定値θ1 まで低下させられた後の状態を示している。アクセル開度θが所定値θ1 で一定に保たれているので、車速が比例的に増大する。そのため、駆動輪とギヤトレーンを介して連結された第２モータ・ジェネレータ３の回転数は、車速に比例して変化するので、図１０に示すように第２モータ・ジェネレータ３の回転数が比例的に増大する。

　一方、要求駆動力Ｆが一定である場合には、車速が増大するに連れて出力するべきトルクが低下するので、図１０に示す例では、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクを一定に保ちつつ、第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクが低下している。また、図５に示す共線図のように車速が増大すると、第１モータ・ジェネレータ２の回転数が増大する。そのため、図１０に示すように第１モータ・ジェネレータ２の回転数が増大している。

　そして、アクセル開度θが所定値θ1 まで低下させてから所定時間経過したことによって、ツインモータ走行モードからシングルモータ走行モードに切り替える判断が成立すると、図１におけるステップＳ５で肯定的に判断される（ｔ１時点）。そのため、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクが漸次的に低下させられ始める。一方、アクセル開度θが一定なので、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクが低下した分、第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクが増大させられる。言い換えれば、アクセル開度θと車速とから定められる車両の出力トルクに対して、第２モータ・ジェネレータ３から出力するトルクの割合が、第１モータ・ジェネレータ２から出力するトルクの割合よりも多くなるように制御される。なお、図１０に示す例では、第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクが一定に制御されている。

　上記のように第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクが所定の勾配で所定値Ｔ１まで低下すると、図１におけるステップＳ８で肯定的に判断される（ｔ２時点）。したがって、ブレーキＢ０の油圧が低下させ始められる。なお、ブレーキＢ０の油圧を低下させる場合には、ブレーキＢ０の油圧を制御する制御弁から単にオイルをドレーンして低下させればよい。そして、ブレーキＢ０の油圧を低下させ始めてから所定時間ｔa 経過した後にクラッチＣ０が低下させられる。このようにブレーキＢ０およびクラッチＣ０の油圧を低下させて解放させることにより、変速部１０および動力分割機構５がニュートラル状態になるので、第１モータ・ジェネレータ２は、各回転要素に連結された慣性力などに応じて所定の回転数に変化する。なお、図１０では、第１モータ・ジェネレータ２の回転数が「０」に近づくように低下している。

　上述したようにツインモータ走行モードからシングルモータ走行モードに切り替えるときに、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクを低下させてからクラッチＣ０やブレーキＢ０を解放させることにより、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクによってエンジン１が逆回転させられることを抑制もしくは防止することができる。また、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクによってエンジン１が逆回転させられない程度まで、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクが低下した時点で、クラッチＣ０やブレーキＢ０を解放させ始めることにより、エンジン１の逆回転を抑制もしくは防止することができるとともに、走行モードを切り替える制御の応答性を向上させることができる。さらに、変速部１０の変速比を直結段に設定するクラッチＣ０よりも先に、変速部１０の変速比を増速段に設定するブレーキＢ０を解放させることにより、走行モードを切り替える過渡期にエンジン１に大きなトルクが入力されることを抑制もしくは防止することができる。その結果、走行モードを切り替える過渡期であってもエンジン１が逆回転することを抑制もしくは防止することができる。

　なお、この発明は、動力分割機構にエンジンが連結された回転要素を固定することによってツインモータ走行モードを設定し、その固定を解除してシングルモータ走行モードを設定するように構成された動力伝達装置であればよい。したがって、エンジンの出力軸を動力分割装置の一つの回転要素に連結し、その出力軸の回転を停止させるブレーキを設けたものであってもよい。つまり、エンジンと動力分割機構との間に変速部を備えていない構成であってもよい。また、動力分割機構や変速部は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されていてもよい。さらに、クラッチやブレーキは、油圧によって制御されるものに限らず、電磁力などによって係合および解放が制御されるように構成されたものであってもよく、また、噛み合いクラッチなど摩擦力以外の力によってトルクを伝達するように構成されたものであってもよい。

Claims (8)

1. 　エンジンが連結された第１回転要素と、第１モータが連結された第２回転要素と、出力軸に連結された第３回転要素とを有する差動作用のある動力分割機構と、前記出力軸にトルクを伝達するように構成された第２モータと、前記第１回転要素を固定して前記第１回転要素の回転を止める固定手段とを備え、前記固定手段によって前記第１回転要素の回転が止められた状態で前記第１モータおよび第２モータを力行制御して前記出力軸にトルクを伝達する第１走行モードと、前記固定手段による前記第１回転要素の固定が解除された状態で前記第１モータと前記第２モータとのいずれか一方のモータのみから動力を出力して前記出力軸にトルクを伝達する第２走行モードとの少なくとも二つの走行モードを切り替えるように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、
   　前記第１モータの出力トルクが予め定めた所定値まで低下した後に、前記固定手段による前記第１回転要素の固定を解除して、前記第１走行モードから前記第２走行モードに切り替えるように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 　前記所定値は、前記第１モータのイナーシャトルクと前記エンジンのフリクショントルクとを加算したトルク以下の値に定められていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 　第１係合装置と第２係合装置とを有するとともに、前記第１係合装置を係合させかつ前記第２係合装置を解放することにより第１変速段を設定し、かつ前記第１係合装置を解放させかつ前記第２係合装置を係合することにより前記第１変速段によって設定される変速比よりも小さい変速比である第２変速段を設定するように構成された変速部を更に備え、
   　前記固定手段は、前記第１係合装置と前記第２係合装置との双方を係合させる手段を含み、
   　前記固定手段による第１回転要素の固定を解除するときには、前記第２係合装置を前記第１係合装置よりも先に解放させるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 　前記第１走行モードから前記第２走行モードに切り替えるときに、前記第１モータの出力トルクを所定の勾配で低下させるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 　前記第１走行モードおよび前記第２走行モードを選択する運転領域は、要求駆動力および車速に応じて定められていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
6. 　前記第２走行モードは、前記第１モータの回転を止めて前記第２モータのみから動力を出力して前記出力軸にトルクを伝達する走行モードを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
7. 　前記動力分割機構は、第１サンギヤと、前記第１サンギヤと同心円上に設けられた第１リングギヤと、前記第１サンギヤおよび前記第１リングギヤに噛み合う第１ピニオンギヤを自転および公転することができるように保持する第１キャリヤとによって構成された第１遊星歯車機構を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
8. 　前記変速部は、第２サンギヤと、前記第２サンギヤと同心円上に設けられかつ前記第１回転要素に連結された第２リングギヤと、前記第２サンギヤおよび前記第２リングギヤに噛み合う第２ピニオンギヤを自転および公転することができるように保持しかつ前記エンジンに連結された第２キャリヤとによって構成された第２遊星歯車機構を有し、
   　前記第１係合装置は、係合することにより前記第２サンギヤと前記第２キャリヤとを一体に回転させるように構成され、
   　前記第２係合装置は、係合することにより前記第２キャリヤの回転を止めるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。

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