(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに連結される第１回転要素と、モータジェネレータに連結される第２回転要素と、駆動輪に連結される第３回転要素とを備える動力分割機構を有し、前記動力分割機構を介してエンジン動力を前記モータジェネレータと前記駆動輪とに伝達するハイブリッド車両の駆動装置であって、
前記モータジェネレータに接続される蓄電デバイスの充電状態が所定値を下回る場合には、前記モータジェネレータを正回転側に制御する一方、前記充電状態が所定値を上回る場合には、前記モータジェネレータを負回転側に制御する制御手段と、
前記駆動輪にクラッチ機構を介して接続される走行用モータと、
を有し、
前記制御手段は、前記クラッチ機構が解放されている状態のもとで、前記モータジェネレータを正回転側と負回転側とに制御する、ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
前記モータジェネレータの正回転側とは、前記エンジンのクランク軸の回転方向であることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
前記制御手段は、前記モータジェネレータを正回転側に制御する場合にエンジン動力を引き上げる一方、前記モータジェネレータを負回転側に制御する場合にエンジン動力を引き下げることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
前記第１回転要素、前記第２回転要素および前記第３回転要素のうち少なくとも２つの回転要素を締結する締結状態と、締結を解除する解放状態とに切り換えられる第１締結機構と、
前記第１回転要素、前記第２回転要素および前記第３回転要素のうち１つの回転要素と固定部材とを締結する締結状態と、締結を解除する解放状態とに切り換えられる第２締結機構とを有し、
前記制御手段は、前記第１および第２締結機構が解放されている状態のもとで、前記モータジェネレータを正回転側と負回転側とに制御することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
前記第２回転要素は、前記モータジェネレータに連結される第１サンギヤと、前記第１サンギヤに噛み合う第１ギヤ部とこれの同軸上に設けられる第２ギヤ部とを備えるピニオンギヤと、前記ピニオンギヤの第２ギヤ部に噛み合う第２サンギヤとによって構成されることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項６】
請求項５記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
前記第１回転要素は前記ピニオンギヤを回転自在に支持するキャリアであり、前記第３回転要素は前記ピニオンギヤの第１ギヤ部に噛み合うリングギヤであることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項７】
エンジンに連結される第１回転要素、モータジェネレータに連結される第２回転要素、および駆動輪に連結される第３回転要素を備える動力分割機構と、前記駆動輪にクラッチ機構を介して接続される走行用モータと、を有し、前記動力分割機構を介してエンジン動力を前記モータジェネレータと前記駆動輪とに伝達するハイブリッド車両の駆動装置の制御方法であって、
前記クラッチ機構が解放されている状態のもとで、前記モータジェネレータに接続される蓄電デバイスの充電状態が所定値を下回る場合には、前記モータジェネレータを正回転側に制御する一方、
前記クラッチ機構が解放されている状態のもとで、前記充電状態が所定値を上回る場合には、前記モータジェネレータを負回転側に制御する、ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力分割機構を備えるハイブリッド車両の駆動装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
遊星歯車列等からなる動力分割機構を備えたハイブリッド車両が開発されている(例えば、特許文献１参照)。動力分割機構の各回転要素には、それぞれエンジン、主に発電機として機能する発電用モータ(モータジェネレータ)、駆動輪が接続されている。また、駆動輪には主に電動機として機能する走行用モータが接続されている。そして、各回転要素の拘束を解くことにより、動力分割機構を介してエンジン動力を発電用モータと駆動輪とに分配することが可能となる。この動力分割機構を備えたハイブリッド車両においては、発電用モータの回転数を制御することにより、車速に関係なく効率の良い領域でエンジンを作動させることができ、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１６１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、動力分割機構の各回転要素の拘束を解いた場合には、発電用モータに対してギヤ比に応じたエンジントルクが分配されることから、発電用モータに作用するトルクを任意に調整することが不可能となっていた。したがって、各回転要素の拘束を解いた状態のまま、つまり動力分割機構を作動させた状態のまま走行を継続することは、発電用モータを力行状態や回生状態に固定することになる。ここで、駆動輪から走行用モータが切り離されていた場合や、そもそも走行用モータを備えていない場合には、発電用モータの発電電力を走行用モータで消費したり、発電用モータの消費電力を走行用モータで発電したりすることが困難となる。このような状況のもとで、動力分割機構を作動させたままハイブリッド車両を走行させることは、蓄電デバイスの過充電や過放電を招く要因となることから、ハイブリッド車両の走行継続が困難となっていた。
【０００５】
本発明の目的は、動力分割機構を作動させながらハイブリッド車両を継続して走行させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンに連結される第１回転要素と、モータジェネレータに連結される第２回転要素と、駆動輪に連結される第３回転要素とを備える動力分割機構を有し、前記動力分割機構を介してエンジン動力を前記モータジェネレータと前記駆動輪とに伝達するハイブリッド車両の駆動装置であって、前記モータジェネレータに接続される蓄電デバイスの充電状態が所定値を下回る場合には、前記モータジェネレータを正回転側に制御する一方、前記充電状態が所定値を上回る場合には、前記モータジェネレータを負回転側に制御する制御手段と、前記駆動輪にクラッチ機構を介して接続される走行用モータと、を有し、前記制御手段は、前記クラッチ機構が解放されている状態のもとで、前記モータジェネレータを正回転側と負回転側とに制御する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明のハイブリッド車両の制御装置の制御方法は、エンジンに連結される第１回転要素、モータジェネレータに連結される第２回転要素、および駆動輪に連結される第３回転要素を備える動力分割機構と、前記駆動輪にクラッチ機構を介して接続される走行用モータと、を有し、前記動力分割機構を介してエンジン動力を前記モータジェネレータと前記駆動輪とに伝達するハイブリッド車両の駆動装置の制御方法であって、前記クラッチ機構が解放されている状態のもとで、前記モータジェネレータに接続される蓄電デバイスの充電状態が所定値を下回る場合には、前記モータジェネレータを正回転側に制御する一方、前記クラッチ機構が解放されている状態のもとで、前記充電状態が所定値を上回る場合には、前記モータジェネレータを負回転側に制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、動力分割機構を介してエンジン動力をモータジェネレータと駆動輪とに伝達するハイブリッド車両の駆動装置において、蓄電デバイスの充電状態が所定値を下回る場合には、モータジェネレータを正回転側に制御する一方、充電状態が所定値を上回る場合には、モータジェネレータを負回転側に制御している。これにより、モータジェネレータを力行状態と回生状態とに制御することができるため、蓄電デバイスの過充電や過放電を抑制することが可能となる。したがって、動力分割機構を作動させながらハイブリッド車両を継続して走行させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニットを示す概略図である。
【図２】パワーユニットの制御系を示すブロック図である。
【図３】各走行モードにおけるクラッチ、モータジェネレータ、エンジンの作動状態を示す説明図である。
【図４】各走行モードの切換順序を示す説明図である。
【図５】(ａ)および(ｂ)はシリーズモードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。
【図６】(ａ)および(ｂ)はＥＶモードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。
【図７】(ａ)および(ｂ)はＰＳ１モードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。
【図８】(ａ)および(ｂ)はＰＳ２モードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。
【図９】(ａ)および(ｂ)はＯＤ１モードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。
【図１０】(ａ)および(ｂ)はＯＤ２モードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。
【図１１】(ａ)および(ｂ)は直結モードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。
【図１２】高車速領域で参照されるモードマップの一例を示す説明図である。
【図１３】ＰＳ２モードにおけるモータジェネレータおよびエンジンの制御手順を示すフローチャートである。
【図１４】ＰＳ２モードにおける動力分割機構の作動状態を示す共線図である。
【図１５】ＰＳ２モードにおける車速、ＳＯＣ、エンジン回転数、モータ回転数の変動状況の一例を示すタイムチャートである。
【図１６】本発明の他の実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニットを示す概略図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニットを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニット１０を示す概略図である。図１に示すように、ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニット１０は、動力源として内燃機関であるエンジン１１を備えるとともに、動力源として２つのモータジェネレータＭ１，Ｍ２を備えている。
【００１８】
エンジン１１とモータジェネレータＭ２との間には、遊星歯車列によって構成される動力分割機構１２が設けられている。動力分割機構１２は、エンジン１１のクランク軸１３にダンパ機構１４を介して連結されるキャリア(第１回転要素)１５と、キャリア１５に回転自在に支持されるピニオンギヤ(第２回転要素)１６とを有している。ピニオンギヤ１６には第１ギヤ部１６ａおよび第２ギヤ部１６ｂが形成されており、第１ギヤ部１６ａと第２ギヤ部１６ｂとは同軸上に配置されている。第１ギヤ部１６ａには第１サンギヤ(第２回転要素)１７が噛み合っており、第２ギヤ部１６ｂには第２サンギヤ(第２回転要素)１８が噛み合っている。第１サンギヤ１７にはモータ出力軸１９を介してモータジェネレータＭ２のロータ２０ａが連結されており、第２サンギヤ１８には中空軸２１を介してシンクロハブ２２が固定されている。また、ピニオンギヤ１６の第１ギヤ部１６ａにはリングギヤ(第３回転要素)２３が噛み合っており、リングギヤ２３には中空軸２４を介してスプライン歯２５が固定されている。さらに、パワーユニット１０のケース(固定部材)２６にはスプライン歯２７が固定されている。図１に示すように、シンクロハブ２２の一端側にはスプライン歯２５が配置されており、シンクロハブ２２の他端側にはスプライン歯２７が配置されている。すなわち、シンクロハブ２２の両端には、シンクロハブ２２を挟むようにスプライン歯２５，２７が配置されている。
【００１９】
なお、前述したように、動力分割機構１２の第２回転要素は、モータジェネレータＭ２に連結される第１サンギヤ１７と、第１サンギヤ１７に噛み合う第１ギヤ部１６ａとこれの同軸上に設けられる第２ギヤ部１６ｂとを備えるピニオンギヤ１６と、ピニオンギヤ１６の第２ギヤ部１６ｂに噛み合う第２サンギヤ１８によって構成されている。すなわち、本明細書において、回転要素とは複数の歯車からなる回転機構をも含む意味である。
【００２０】
図１に示すように、シンクロハブ２２の外周部には、軸方向に移動自在にシンクロスリーブ３０が噛み合っている。シンクロスリーブ３０にはフォーク部材３１が装着されており、フォーク部材３１はアクチュエータ３２の伸縮ロッド３２ａに連結されている。シンクロスリーブ３０を矢印ａ方向に移動させることにより、シンクロスリーブ３０をスプライン歯２５に噛み合わせることが可能となる。これにより、シンクロスリーブ３０を介して第２サンギヤ１８とリングギヤ２３とを締結することが可能となる。一方、シンクロスリーブ３０を矢印ｂ方向に移動させることにより、シンクロスリーブ３０をスプライン歯２７に噛み合わせることが可能となる。これにより、シンクロスリーブ３０を介して第２サンギヤ１８とケース２６とを締結することが可能となる。また、シンクロスリーブ３０を図１に示す中立位置に移動させることにより、シンクロスリーブ３０はシンクロハブ２２だけに噛み合った状態となる。
【００２１】
これらのシンクロハブ２２、スプライン歯２５およびシンクロスリーブ３０によって、第２サンギヤ１８とリングギヤ２３とを締結する締結状態と、締結を解除する解放状態とに切り換えられるクラッチ(第１締結機構)ＣＬ３が構成されている。また、シンクロハブ２２、スプライン歯２７およびシンクロスリーブ３０によって、第２サンギヤ１８とケース２６とを締結する締結状態と、締結を解除する解放状態とに切り換えられるクラッチ(第２締結機構)ＣＬ４が構成されている。このように、クラッチＣＬ３，ＣＬ４は共用される１つのシンクロスリーブ３０を有しており、アクチュエータ３２によってシンクロスリーブ３０をスライドさせることにより、双方のクラッチＣＬ３，ＣＬ４の作動状態を切り換えることができる。すなわち、シンクロスリーブ３０を矢印ａ方向の第１締結位置に移動させることにより、クラッチＣＬ３を締結状態に切り換えることができ、クラッチＣＬ４を解放状態に切り換えることができる。また、シンクロスリーブ３０を図１に示す中立位置に移動させることにより、クラッチＣＬ３，ＣＬ４を共に解放状態に切り換えることができる。さらに、シンクロスリーブ３０を矢印ｂ方向の第２締結位置に移動させることにより、クラッチＣＬ４を締結状態に切り換えることができ、クラッチＣＬ３を解放状態に切り換えることができる。
【００２２】
図１に示すように、リングギヤ２３とスプライン歯２５とを連結する中空軸２４には駆動ギヤ３３が固定されており、この駆動ギヤ３３に噛み合う従動ギヤ３４が中空軸２４に平行となる前輪出力軸３５に回転自在に支持されている。従動ギヤ３４にはスプライン歯３６が固定されており、このスプライン歯３６に隣接するシンクロハブ３７が前輪出力軸３５に固定されている。また、シンクロハブ３７の外周部には、軸方向に移動自在にシンクロスリーブ３８が噛み合っている。シンクロスリーブ３８にはフォーク部材３９が装着されており、フォーク部材３９はアクチュエータ４０の伸縮ロッド４０ａに連結されている。アクチュエータ４０によってシンクロスリーブ３８を矢印ａ方向に移動させることにより、シンクロスリーブ３８をスプライン歯３６に噛み合わせることが可能となる。これにより、シンクロスリーブ３８を介してリングギヤ２３と前輪出力軸３５とを連結することが可能となる。一方、シンクロスリーブ３８を図１に示す中立位置に移動させることにより、シンクロスリーブ３８をシンクロハブ３７だけに噛み合わせることができ、前輪出力軸３５からリングギヤ２３を切り離すことが可能となる。このように、前輪出力軸３５と従動ギヤ３４との間には、シンクロハブ３７、スプライン歯３６およびシンクロスリーブ３８からなるクラッチＣＬ１が設けられている。なお、前輪出力軸３５の一端部にはデファレンシャル機構４１が接続されており、前輪出力軸３５はデファレンシャル機構４１を介して前輪(駆動輪)４２ｆに連結されている。すなわち、第３回転要素であるリングギヤ２３には、クラッチＣＬ１、前輪出力軸３５、デファレンシャル機構４１等を介して駆動輪４２ｆが連結されている。
【００２３】
また、前輪出力軸３５の他端部には従動ギヤ４３が固定されており、この従動ギヤ４３に噛み合う駆動ギヤ４４が前輪出力軸３５に平行となる中空軸４５に固定されている。中空軸４５にはシンクロハブ４６が固定されており、このシンクロハブ４６に隣接するスプライン歯４７が、走行用モータであるモータジェネレータＭ１のモータ出力軸４８に固定されている。また、シンクロハブ４６の外周部には、軸方向に移動自在にシンクロスリーブ４９が噛み合っている。シンクロスリーブ４９にはフォーク部材５０が装着されており、フォーク部材５０はアクチュエータ５１の伸縮ロッド５１ａに連結されている。アクチュエータ５１によってシンクロスリーブ４９を矢印ａ方向に移動させることにより、シンクロスリーブ４９をスプライン歯４７に噛み合わせることが可能となる。これにより、シンクロスリーブ４９を介してモータジェネレータＭ１のロータ５２ａを前輪出力軸３５に連結することが可能となる。一方、シンクロスリーブ４９を図１に示す中立位置に移動させることにより、シンクロスリーブ４９をシンクロハブ４６だけに噛み合わせることができ、前輪出力軸３５からモータジェネレータＭ１を切り離すことが可能となる。このように、モータジェネレータＭ１と駆動ギヤ４４との間には、シンクロハブ４６、スプライン歯４７およびシンクロスリーブ４９からなるクラッチ(クラッチ機構)ＣＬ２が設けられている。なお、前輪出力軸３５の一端部には駆動ギヤ６０が固定されており、この駆動ギヤ６０に噛み合う従動ギヤ６１が前輪出力軸３５に平行となる後輪出力軸６２に固定されている。モータジェネレータＭ１の中心を貫通して後方に延びる後輪出力軸６２には、トランスファクラッチ６３等を介して後輪(駆動輪)４２ｒに連結されている。このように、駆動輪４２ｆ，４２ｒにはクラッチＣＬ２を介してモータジェネレータＭ１が接続されている。
【００２４】
続いて、図２はパワーユニット１０の制御系を示すブロック図である。図２に示すパワーユニット１０の制御系によって、本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置の制御方法が実行されている。図２に示すように、モータジェネレータＭ１のステータ５２ｂにはインバータ６４が接続されており、モータジェネレータＭ２のステータ２０ｂにはインバータ６５が接続されている。また、双方のインバータ６４，６５には、通電ライン６６，６７を介して蓄電デバイスであるバッテリ６８が接続されている。ハイブリッド車両には、電動機および発電機として機能するモータジェネレータＭ１，Ｍ２のトルクや回転数(回転速度)を制御するモータ制御ユニット(制御手段)７０が設けられている。モータ制御ユニット７０は、後述する車両制御ユニット７３からのモータ動力要求値に基づいて制御信号を設定し、このモータ動力要求値が得られるようにインバータ６４，６５に制御信号を出力する。また、ハイブリッド車両には、バッテリ６８の充電状態ＳＯＣ、電流、電圧、温度等を監視するバッテリ制御ユニット７１が設けられている。さらに、ハイブリッド車両には、エンジン１１のトルクや回転数(回転速度)を制御するエンジン制御ユニット(制御手段)７２が設けられている。エンジン制御ユニット７２は、車両制御ユニット７３からのエンジン動力要求値に基づいて制御信号を設定し、このエンジン動力要求値が得られるように図示しないスロットルバルブやインジェクタ等に制御信号を出力する。
【００２５】
そして、各制御ユニット７０〜７２を統括的に制御するとともに、アクチュエータ３２，４０，５１やトランスファクラッチ６３等を制御するため、ハイブリッド車両には車両制御ユニット(制御手段)７３が設けられている。車両制御ユニット７３には、セレクトレバーの操作状況を検出するインヒビタスイッチ７４、アクセルペダルの操作状況を検出するアクセルペダルセンサ７５、ブレーキペダルの操作状況を検出するブレーキペダルセンサ７６、車速を検出する車速センサ７７等が接続されている。車両制御ユニット７３は、各種センサ７４〜７７からの情報に基づいて車両状態(運転手の要求駆動力や車速等)を判定し、所定のモードマップを参照して車両状態に応じた走行モードを設定する。そして、車両制御ユニット７３は、車両状態および走行モードに応じたエンジン動力やモータ動力を設定し、各制御ユニット７０〜７２やアクチュエータ３２，４０，５１等に対して制御信号を出力する。なお、各制御ユニット７０〜７３は、通信ネットワーク７８を介して相互に接続されている。また、各制御ユニット７０〜７３は、制御信号等を演算するＣＰＵ、制御プログラム、演算式およびマップデータ等を格納するＲＯＭ、一時的にデータを格納するＲＡＭ等によって構成されている。
【００２６】
続いて、車両状態に応じて設定される各走行モードについて説明する。図３は各走行モードにおけるクラッチＣＬ１〜ＣＬ４、モータジェネレータＭ１，Ｍ２、エンジン１１の作動状態を示す説明図である。図４は各走行モードの切換順序を示す説明図である。図５(ａ)および(ｂ)はシリーズモードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図６(ａ)および(ｂ)はＥＶモードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図７(ａ)および(ｂ)はＰＳ１モードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図８(ａ)および(ｂ)はＰＳ２モードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図９(ａ)および(ｂ)はＯＤ１モードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図１０(ａ)および(ｂ)はＯＤ２モードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図１１(ａ)および(ｂ)は直結モードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。なお、図５(ａ)〜図１１(ａ)の概略図においては、ダンパ機構１４、後輪出力軸６２、トランスファクラッチ６３を省いて図示している。また、図５(ｂ)〜図１１(ｂ)の共線図において、符号Ｓαは第１サンギヤ１７を示し、符号Ｓβは第２サンギヤ１８を示し、符号Ｃはキャリア１５を示し、符号Ｒはリングギヤ２３を示している。
【００２７】
図３および図４に示すように、図示するハイブリッド車両には、走行モードとして、シリーズモード、ＥＶモード、ＰＳ１モード、ＰＳ２モード、ＯＤ１モード、ＯＤ２モードおよび直結モードの７つの走行モードが設定されている。図３および図５に示すように、シリーズモードにおいては、クラッチＣＬ２，ＣＬ３が締結される一方、クラッチＣＬ１，ＣＬ４が解放される。これにより、前輪出力軸３５にモータジェネレータＭ１が接続される一方、前輪出力軸３５から動力分割機構１２のリングギヤ２３が切り離される。また、第２サンギヤ１８とリングギヤ２３とが締結されることから、動力分割機構１２を介してエンジン１１とモータジェネレータＭ２とは直結された状態となる。このシリーズモードは、例えば要求駆動力の大きな低車速領域での走行モードとなっている。シリーズモードを設定することにより、エンジン動力によってモータジェネレータＭ２を発電させながら、モータジェネレータＭ１のモータ動力を用いた走行が可能となる。これにより、モータジェネレータＭ１に多くの電力を供給することができ、大きなモータトルクを得ることが可能となる。なお、シリーズモードにおいては、前輪出力軸３５からリングギヤ２３が切り離されることから、停車時においてもモータジェネレータＭ２による発電が可能となっている。また、シリーズモードでの走行中に要求駆動力が低下した場合には、モータジェネレータＭ２の発電を停止させるＥＶモードに切り換えられる。図３および図６に示すように、シリーズモードからＥＶモードに切り換える際には、クラッチＣＬ３が解放されるとともにエンジン１１およびモータジェネレータＭ２が停止される。このＥＶモードを設定することにより、要求駆動力が低下した場合にエンジン１１を停止させることができ、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。
【００２８】
図３および図７に示すように、パワースプリットモードとも言われるＰＳ１モードにおいては、クラッチＣＬ１，ＣＬ２が締結される一方、クラッチＣＬ３，ＣＬ４が解放される。これにより、前輪出力軸３５にモータジェネレータＭ１が接続されるとともに、前輪出力軸３５に動力分割機構１２のリングギヤ２３が接続される。また、第２サンギヤ１８およびリングギヤ２３の拘束が解かれることから、動力分割機構１２を介してエンジン動力をリングギヤ２３とモータジェネレータＭ２とに分配することでき、モータジェネレータＭ２の回転数を制御することでリングギヤ２３の無段変速が可能となる。このＰＳ１モードは、例えば要求駆動力の大きな低中車速領域での走行モードとなっている。ＰＳ１モードを設定することにより、エンジン動力を無段変速させながら前輪出力軸３５に伝達するとともに、モータジェネレータＭ１のモータ動力を前輪出力軸３５に伝達しながら、ハイブリッド車両を走行させることが可能となる。続いて、ＰＳ１モードでの走行中に高車速領域に達した場合には、前輪出力軸３５からモータジェネレータＭ１を切り離して走行するＰＳ２モードに切り換えられる。図３および図８に示すように、ＰＳ１モードからＰＳ２モードに切り換える際には、ＰＳ１モードの状態からクラッチＣＬ２が解放されるとともにモータジェネレータＭ１が停止される。このＰＳ２モードを設定することにより、高車速領域においてモータジェネレータＭ１を駆動輪４２ｆ，４２ｒから切り離すことが可能となる。これにより、モータジェネレータＭ１の引きずり損失を解消することができ、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。
【００２９】
図３および図９に示すように、オーバードライブモードとも言われるＯＤ１モードにおいては、クラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ４が締結される一方、クラッチＣＬ３が解放される。これにより、前輪出力軸３５にモータジェネレータＭ１が接続されるとともに、前輪出力軸３５に動力分割機構１２のリングギヤ２３が接続される。また、第２サンギヤ１８がケース２６に固定されることから、エンジン動力を固定変速比で増速してリングギヤ２３に伝達することが可能となる。このＯＤ１モードは、例えば要求駆動力の小さな中車速領域での走行モードとなっている。ＯＤ１モードを設定することにより、エンジン動力を増速させながら前輪出力軸３５に伝達するとともに、モータジェネレータＭ１のモータ動力を前輪出力軸３５に伝達しながら、ハイブリッド車両を走行させることが可能となる。続いて、ＯＤ１モードでの走行中に高車速領域に達した場合には、前輪出力軸３５からモータジェネレータＭ１を切り離して走行するＯＤ２モードに切り換えられる。図３および図１０に示すように、ＯＤ１モードからＯＤ２モードに切り換える際には、ＯＤ１モードの状態からクラッチＣＬ２が解放されるとともにモータジェネレータＭ１が停止される。このＯＤ２モードを設定することにより、高車速領域においてモータジェネレータＭ１を駆動輪４２ｆ，４２ｒから切り離すことが可能となる。これにより、モータジェネレータＭ１の引きずり損失を解消することができ、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。
【００３０】
図３および図１１に示すように、直結モードにおいては、クラッチＣＬ１，ＣＬ３が締結される一方、クラッチＣＬ２，ＣＬ４が解放される。これにより、前輪出力軸３５に動力分割機構１２のリングギヤ２３が接続される。また、第２サンギヤ１８とリングギヤ２３とが締結されることから、動力分割機構１２を介してエンジン１１とモータジェネレータＭ２とは直結された状態となる。この直結モードは、例えば要求駆動力の大きな高車速領域での走行モードとなっている。直結モードを設定することにより、前述したＯＤ１モードやＯＤ２モードよりも変速比を増大つまりダウンシフトさせることが可能となる。すなわち、直結モードにおいては、エンジン動力を等速で前輪出力軸３５に伝達することができるため、大きな駆動力でハイブリッド車両を走行させることが可能となる。なお、高車速領域において実行される直結モードにおいては、前述したＰＳ２モードやＯＤ２モードと同様に、駆動輪４２ｆ，４２ｒからモータジェネレータＭ１が切り離されるようになっている。
【００３１】
続いて、高車速領域で設定される走行モードについて説明する。図１２は高車速領域で参照されるモードマップの一例を示す説明図である。図１２に示すように、高車速領域(Ｖ１〜Ｖ２)において要求駆動力が小さい場合には、クラッチＣＬ３を解放してクラッチＣＬ４を締結することにより、変速比の小さなＯＤ２モードが設定される。一方、高車速領域において要求駆動力が大きい場合には、クラッチＣＬ４を解放してクラッチＣＬ３を締結することにより、ＯＤ２モードよりも変速比の大きな直結モードが設定される。すなわち、要求駆動力の増加に伴ってダウンシフトを行うように、走行モードがＯＤ２モードから直結モードに切り換えられる。なお、ＯＤ２モードと直結モードとでは変速比が離れることから、図１２に示すように、ＯＤ２モードと直結モードとの間には無段変速可能なＰＳ２モードが設定されている。このように、ＯＤ２モードと直結モードとの間に中間変速段として機能するＰＳ２モードを設けることにより、エンジン１１の急激な負荷変動を抑制するとともに、変速フィーリングを向上させることが可能となる。
【００３２】
ところで、ＰＳ２モードにおいては、クラッチＣＬ３，ＣＬ４の解放によって動力分割機構１２の拘束状態が解かれることから、以下の式(１)に示すように、エンジントルクがキャリア１５から第１サンギヤ１７とリングギヤ２３とに分配される。なお、式(１)のＴｃとは、キャリア１５に作用するトルクであり、エンジントルクに相当するトルクである。式(１)のＴｓとは、第１サンギヤ１７に作用するトルクであり、モータジェネレータＭ２に作用するトルクである。式(１)のＴｒとは、リングギヤ２３に作用するトルクであり、前輪出力軸３５に出力されるトルクである。また、キャリア１５に作用するトルクＴｃつまりエンジントルクは「＋」であることから、以下の式(２)に示すように、第１サンギヤ１７に作用するトルクも「＋」となっている。なお、式(２)のαとは、第１サンギヤ１７とリングギヤ２３とのギヤ比である(α＝サンギヤ歯数／リングギヤ歯数)。
Ｔｃ＝Ｔｒ＋Ｔｓ  …(１)
Ｔｓ＝α／(１＋α)・Ｔｃ  …(２)
【００３３】
また、式(１)を変形することにより、リングギヤ２３から出力されるトルクＴｒは、以下の式(３)によって表される。そして、式(３)に各回転数を乗じて変形することにより、リングギヤ２３から出力される動力は、以下の式(４)によって表される。なお、式(３)のＮｒとはリングギヤ２３の回転数であり、式(３)のＮｃとはキャリア１５の回転数であり、式(３)のＮｓとは第１サンギヤ１７の回転数である。すなわち、第１サンギヤ１７の回転数Ｎｓが「＋」である場合、つまりモータジェネレータＭ２が正回転側に回転する場合には、以下の式(５)に示すように、回生状態(発電状態)となるモータジェネレータＭ２によってエンジン動力Ｐｃが消費される。一方、第１サンギヤ１７の回転数Ｎｓが「−」である場合、つまりモータジェネレータＭ２が負回転側に回転する場合には、以下の式(６)に示すように、力行状態(アシスト状態)となるモータジェネレータＭ２によってエンジン動力Ｐｃがアシストされる。このように、ＰＳ２モードにおいては、モータジェネレータＭ２の回転方向によって、モータジェネレータＭ２が回生状態と力行状態とに制御されることになる。なお、式(３)のＰｒとはリングギヤ２３の動力であり、式(３)のＰｃとはキャリア１５の動力であり、式(３)のＰｓとは第１サンギヤ１７の動力である。また、モータジェネレータＭ２が正回転側とは、エンジン作動時におけるクランク軸１３の回転方向である。
Ｔｒ＝Ｔｃ−Ｔｓ  …(３)
Ｔｒ・Ｎｒ＝Ｔｃ・Ｎｃ−Ｔｓ・Ｎｓ  …(４)
Ｐｒ＝Ｐｃ−Ｐｓ  …(５)
Ｐｒ＝Ｐｃ＋Ｐｓ  …(６)
【００３４】
このように、ＰＳ２モードにおいては、モータジェネレータＭ２の回生状態と力行状態とが、モータジェネレータＭ２の回転方向に応じて決定されることから、ＰＳ２モードを維持したまま長距離を走行することが困難であった。すなわち、一般的にＰＳ２モードを維持して走行することは、モータジェネレータＭ２を正回転側の回生状態や負回転側の力行状態に保持することになるため、バッテリ６８の過充電や過放電を招いてしまう要因となっていた。そこで、本発明のパワーユニット１０は、ＰＳ２モードを実行する際に、モータジェネレータＭ２の回転方向を積極的に制御することにより、ＰＳ２モードを維持したままの長距離走行を可能としている。ここで、図１３はＰＳ２モードにおけるモータジェネレータＭ２およびエンジン１１の制御手順を示すフローチャートである。また、図１４はＰＳ２モードにおける動力分割機構１２の作動状態を示す共線図である。さらに、図１５はＰＳ２モードにおける車速、ＳＯＣ、エンジン回転数、モータ回転数の変動状況の一例を示すタイムチャートである。
【００３５】
図１３に示すように、ステップＳ１では、バッテリ６８の充電状態ＳＯＣが読み込まれる。なお、充電状態ＳＯＣとは、バッテリ６８の満充電時の蓄電量に対する現在の蓄電量を示す値である。続くステップＳ２では、充電状態ＳＯＣが所定の上限値(所定値)ＳＨ以上であるか否かが判定される。ステップＳ２において、充電状態ＳＯＣが上限値ＳＨ以上であると判定された場合、すなわちバッテリ６８が十分に充電されていると判定された場合には、ステップＳ３に進み、モータジェネレータＭ２を負側の目標回転数(−Ｎｍ、例えば−２００ｒｐｍ)に向けて制御するモータ負回転制御が実行される。次いで、ステップＳ４に進み、車両制御ユニット７３からエンジン制御ユニット７２に出力されるエンジン動力要求値が引き下げられる。このように、バッテリ６８が十分に充電されている場合には、図１４に一点鎖線で示すように、モータジェネレータＭ２が負側の目標回転数(−Ｎｍ)に制御されてアシスト駆動されるとともに、車速を保持するようにエンジン回転数がＮｅ２に引き下げられる。なお、アシスト駆動によるモータ動力の増加分を打ち消すようにエンジン動力が引き下げられるため、運転手に対して不要な違和感を与えることはない。
【００３６】
一方、ステップＳ２において、充電状態ＳＯＣが上限値ＳＨを下回ると判定された場合には、ステップＳ５に進み、充電状態ＳＯＣが所定の下限値(所定値)ＳＬ以下であるか否かが判定される。ステップＳ５において、充電状態ＳＯＣが下限値ＳＬ以下であると判定された場合、すなわちバッテリ６８が十分に充電されていないと判定された場合には、ステップＳ６に進み、モータジェネレータＭ２を正側の目標回転数(＋Ｎｍ、例えば＋２００ｒｐｍ)に向けて制御するモータ正回転制御が実行される。次いで、ステップＳ７に進み、車両制御ユニット７３からエンジン制御ユニット７２に出力されるエンジン動力要求値が引き上げられる。このように、バッテリ６８が十分に充電されていない場合には、図１４に二点鎖線で示すように、モータジェネレータＭ２が正側の目標回転数(＋Ｎｍ)に制御されて回生駆動されるとともに、車速を保持するようにエンジン回転数がＮｅ１に引き上げられる。なお、回生駆動によるモータ動力の減少分を打ち消すようにエンジン動力が引き上げられるため、運転手に対して不要な違和感を与えることはない。
【００３７】
なお、ステップＳ５において、充電状態ＳＯＣが下限値ＳＬを上回ると判定された場合、すなわち充電状態ＳＯＣが上限値ＳＨと下限値ＳＬとの間に位置する場合には、充電状態ＳＯＣが上限値ＳＨや下限値ＳＬに達するまで現在の制御状態が維持される。すなわち、充電状態ＳＯＣが上下限値の範囲内(ＳＨ〜ＳＬ)である場合には、ステップＳ８において、モータジェネレータＭ２がモータ負回転制御またはモータ正回転制御に維持され、続くステップＳ９において、エンジン制御ユニット７２に対するエンジン動力要求値が維持されることになる。
【００３８】
これまで説明したように、ＰＳ２モードにおいて、充電状態ＳＯＣが上限値ＳＨ以上である場合には、充電状態ＳＯＣが下限値ＳＬに達するまでモータ負回転制御が実行される一方、充電状態ＳＯＣが下限値ＳＬ以下である場合には、充電状態ＳＯＣが上限値ＳＨに達するまでモータ正回転制御が実行される。すなわち、図１５に示すように、充電状態ＳＯＣが高い場合には、モータジェネレータＭ２を負側の目標回転数(−Ｎｍ)で制御することにより、モータジェネレータＭ２を力行状態に制御することができ、バッテリ６８の充電状態ＳＯＣを徐々に低下させることが可能となる。一方、充電状態ＳＯＣが低い場合には、モータジェネレータＭ２を正側の目標回転数(＋Ｎｍ)で制御することにより、モータジェネレータＭ２を回生状態に制御することができ、バッテリ６８の充電状態ＳＯＣを徐々に上昇させることが可能となる。このように、モータジェネレータＭ２の回生と力行とを繰り返すことにより、バッテリ６８の充電と放電とを繰り返すことができ、バッテリ６８の過充電や過放電を回避しつつ、ＰＳ２モードによる走行を継続させることが可能となる。
【００３９】
特に、ＰＳ２モードにおいては、モータジェネレータＭ１が駆動輪４２ｆ，４２ｒから切り離されることから、モータジェネレータＭ２での発電電力を別のモータジェネレータＭ１で消費したり、モータジェネレータＭ２での消費電力を別のモータジェネレータＭ１で発電したりすることが困難となる。このように、モータジェネレータＭ１を用いた電気エネルギーの循環が困難となるＰＳ２モードにおいても、モータジェネレータＭ２の回転数を正回転側と負回転側とで制御することにより、バッテリ６８の過充電や過放電を回避することが可能となるのである。なお、図１５に示す場合には、モータ正回転制御やモータ負回転制御を実行する際に車速を一定に保持しているが、これに限られることはなく、運転手のアクセルペダル操作等に応じて車速が変動することは言うまでもない。
【００４０】
また、モータ正回転制御時の目標回転数(＋Ｎｍ)やモータ負回転制御時の目標回転数(−Ｎｍ)は、バッテリ６８の充放電量を抑制して劣化を防止する観点から、モータジェネレータＭ２を制御可能な範囲内で低い回転数であることが望ましい。すなわち、図１４に示すように、モータ正回転制御時には、モータジェネレータＭ２の目標回転数(＋Ｎｍ)を、所定の制御下限回転数(＋ＮＬ)より高く(正側に大きく)、かつ制御下限回転数(＋ＮＬ)の近傍に設定している。また、モータ負回転制御時には、モータジェネレータＭ２の目標回転数(−Ｎｍ)を、所定の制御下限回転数(−ＮＬ)より高く(負側に大きく)、かつ制御下限回転数(−ＮＬ)の近傍に設定している。ここで、制御下限回転数(＋ＮＬ，−ＮＬ)とは、モータジェネレータＭ２の回転数制御を実施する際に、制御精度の観点からモータジェネレータＭ２に要求される最低限の回転数である。このように、モータジェネレータＭ２の目標回転数(＋Ｎｍ，−Ｎｍ)を、所定の制御下限回転数(＋ＮＬ，−ＮＬ)よりも高く設定することにより、モータジェネレータＭ２の回転数制御を精度良く実施することが可能となる。また、モータジェネレータＭ２の目標回転数(＋Ｎｍ，−Ｎｍ)を、制御下限回転数(＋ＮＬ，−ＮＬ)の近傍に設定することにより、モータジェネレータＭ２の制御精度を満たしつつ回転数を抑制することができる。これにより、モータジェネレータＭ２の発電電力や消費電力を抑制することができるため、バッテリ６８の充放電量を抑制して劣化を防止することが可能となる。なお、モータジェネレータＭ２の目標回転数(＋Ｎｍ，−Ｎｍ)を制御下限回転数(＋ＮＬ，−ＮＬ)に設定しても良い。
【００４１】
また、前述の説明では、クラッチＣＬ３によって、第２サンギヤ１８とリングギヤ２３とを締結しているが、これらの回転要素に限られることはなく、動力分割機構１２を構成する３つ以上の回転要素を締結しても良く、動力分割機構１２を構成する他の回転要素同士を締結しても良い。ここで、図１６は本発明の他の実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニット８０を示す概略図である。なお、図１６において、図１に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１６に示すように、エンジン１１に連結されるキャリア１５には、中空軸８１を介してスプライン歯８２が固定されている。このスプライン歯８２はシンクロハブ２２の一端側に配置されており、シンクロスリーブ３０を矢印ａ方向に移動させることにより、シンクロスリーブ３０をスプライン歯８２に噛み合わせることが可能となる。このように、シンクロハブ２２、スプライン歯８２およびシンクロスリーブ３０によって、第２サンギヤ１８とキャリア１５とを締結するクラッチ(第１締結機構)ＣＬ３を構成しても良い。また、前述の説明では、第２締結機構としてのクラッチＣＬ４によって、第２サンギヤ１８をケース２６に固定しているが、これに限られることはなく、動力分割機構１２を構成する他の回転要素をケース２６に固定しても良い。
【００４２】
また、図１７は本発明の他の実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニット９０を示す概略図である。なお、図１７において、図１に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１７に示すように、エンジン１１にダンパ機構１４を介して連結される入力軸９１には、キャリア１５が連結されるとともにシンクロハブ９２が連結されている。このシンクロハブ９２の外周部には、軸方向に移動自在にシンクロスリーブ９３が噛み合っている。シンクロスリーブ９３をスプライン歯２５に噛み合わせることにより、シンクロスリーブ９３を介してキャリア１５とリングギヤ２３と連結することが可能となる。このように、シンクロハブ９２、スプライン歯２５およびシンクロスリーブ９３によって、キャリア１５とリングギヤ２３とを締結するクラッチ(第１締結機構)ＣＬ３が構成されている。また、入力軸９１の外側には中空軸９４が回転自在に設けられており、この中空軸９４の一端側には第１サンギヤ１７が固定される一方、中空軸９４の他端側には伝達ギヤ列９５を介してモータジェネレータＭ２が連結されている。
【００４３】
また、モータジェネレータＭ１のモータ出力軸４８には駆動ギヤ９６が固定されており、この駆動ギヤ９６に噛み合う従動ギヤ９７が前輪出力軸３５に回転自在に設けられている。さらに、従動ギヤ９７にはスプライン歯９８が固定されており、このスプライン歯９８に隣接するシンクロハブ９９が前輪出力軸３５に固定されている。また、シンクロハブ９９の外周部には、軸方向に移動自在にシンクロスリーブ１００が噛み合っている。シンクロスリーブ１００をスプライン歯９８に噛み合わせることにより、シンクロスリーブ１００を介してモータジェネレータＭ１を前輪出力軸３５に連結することが可能となる。このように、シンクロハブ９９、スプライン歯９８およびシンクロスリーブ１００によって、駆動輪４２ｆ，４２ｒにモータジェネレータＭ１を接続するクラッチ(クラッチ機構)ＣＬ２が構成されている。
【００４４】
このような構成のパワーユニット９０であっても、クラッチＣＬ１を締結してクラッチＣＬ２〜ＣＬ４を解放するＰＳ２モードにおいては、前述したパワーユニット１０と同様に、モータジェネレータＭ２の回転数と正回転側と負回転側とに制御することにより、バッテリ６８の過充電や過放電を回避しつつ、ＰＳ２モードによる走行を継続させることが可能となる。
【００４５】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、複合遊星歯車式の動力分割機構１２を備えているが、動力分割機構１２を構成する遊星歯車列としては、複合遊星歯車列に限られることはなく単一遊星歯車列であっても良い。例えば、図示する場合には、動力分割機構１２に２つのサンギヤ１７，１８を組み込んでいるが、これに限られることはなく、１つのサンギヤを用いて動力分割機構１２を構成しても良い。また、前述の説明では、リングギヤ２３に駆動輪４２ｆ，４２ｒを連結し、第１サンギヤ１７にモータジェネレータＭ２を連結しているが、これに限られることはなく、リングギヤ２３にモータジェネレータＭ２を連結し、第１サンギヤ１７に駆動輪４２ｆ，４２ｒを連結しても良い。また、図示する場合には、モータジェネレータＭ２以外に、主として走行用のモータジェネレータＭ１を備えているが、これに限られることはなく、モータジェネレータＭ１を省いてパワーユニット１０，８０を構成しても良い。
【００４６】
また、モータジェネレータＭ２の回転方向を判定する際に用いられる上限値ＳＨや下限値ＳＬは、予め設定された固定値であっても良く、例えばバッテリの状態に応じて変動する変動値であっても良い。また、図示する場合には、回転同期機能を備えたシンクロメッシュによってクラッチＣＬ１〜ＣＬ４を構成しているが、これに限られることはなく、噛合クラッチであるドグクラッチによってクラッチＣＬ１〜ＣＬ４を構成しても良い。さらに、クラッチＣＬ１〜ＣＬ４としては、シンクロメッシュやドグクラッチ等の噛合クラッチに限られることはなく、摩擦クラッチによってクラッチＣＬ１〜ＣＬ４を構成しても良い。また、蓄電デバイスとしてリチウムイオンバッテリ等のバッテリ６８を搭載しているが、これに限られることはなく、蓄電デバイスとしてキャパシタを搭載しても良い。なお、図示するパワーユニット１０，８０，９０は、四輪駆動用のパワーユニットであるが、これに限られることはなく、前輪駆動用や後輪駆動用のパワーユニットに対して本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１０    パワーユニット(駆動装置)
１１    エンジン
１２    動力分割機構
１３    クランク軸
１５    キャリア(第１回転要素)
１６    ピニオンギヤ(第２回転要素)
１６ａ  第１ギヤ部
１６ｂ  第２ギヤ部
１７    第１サンギヤ(第２回転要素)
１８    第２サンギヤ(第２回転要素)
２３    リングギヤ(第３回転要素)
２６    ケース(固定部材)
４２ｆ  前輪(駆動輪)
４２ｒ  後輪(駆動輪)
６８    バッテリ(蓄電デバイス)
７０    モータ制御ユニット(制御手段)
７２    エンジン制御ユニット(制御手段)
７３    車両制御ユニット(制御手段)
８０    パワーユニット(駆動装置)
Ｍ１    モータジェネレータ(走行用モータ)
Ｍ２    モータジェネレータ
ＣＬ２  クラッチ(クラッチ機構)
ＣＬ３  クラッチ(第１締結機構)
ＣＬ４  クラッチ(第２締結機構)
【図１】
0005886640.tif 000002
【図２】
0005886640.tif 000003
【図３】
0005886640.tif 000004
【図４】
0005886640.tif 000005
【図５】
0005886640.tif 000006
【図６】
0005886640.tif 000007
【図７】
0005886640.tif 000008
【図８】
0005886640.tif 000009
【図９】
0005886640.tif 000010
【図１０】
0005886640.tif 000011
【図１１】
0005886640.tif 000012
【図１２】
0005886640.tif 000013
【図１３】
0005886640.tif 000014
【図１４】
0005886640.tif 000015
【図１５】
0005886640.tif 000016
【図１６】
0005886640.tif 000017
【図１７】
0005886640.tif 000018