(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸との間で動力の伝達を断続する第１クラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸との連結する回転伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、回転伝達機構と回転電機の入出力軸との間で動力の伝達を断続する第２クラッチと、回転電機の運転が停止中は第２クラッチを切断状態に維持する手段と、回転電機の運転が必要になると第２クラッチの接続状態への切り替え要求を発生する手段と、その要求発生時に第２クラッチの回転伝達機構側の回転数を目標回転数として回転電機の回転数制御を行う手段と、目標回転数と第２クラッチの回転伝達機構側の回転数との回転差が所定の許容範囲に入るのを待って第２クラッチを接続状態へ切り替えると共に回転電機の回転数制御をトルク制御に切り替える手段と、を備えることを特徴とする車両のハイブリッドシステム。
【請求項２】
入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸との間で動力の伝達を断続する第１クラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸との連結する回転伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、回転伝達機構と変速機の入力軸との間で動力の伝達を断続する第２クラッチと、回転電機の運転が停止中は第２クラッチを切断状態に維持する手段と、回転電機の運転が必要になると第２クラッチの接続状態への切り替え要求を発生する手段と、その要求発生時に第２クラッチの変速機側の回転数を目標回転数として回転電機の回転数制御を行う手段と、目標回転数と第２クラッチの回転伝達機構側の回転数との回転差が所定の許容範囲に入るのを待って第２クラッチを接続状態へ切り替えると共に回転電機の回転数制御をトルク制御に切り替える手段と、を備えることを特徴とする車両のハイブリッドシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の動力源にエンジンと回転電機（モータジェネレータ）を備えるハイブリッドシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッドシステムとして、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する歯車伝達機構（ギヤボックス）と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備えるものがある（特願平11-160759号、参照）。なお、車両の駆動モータとエンジンおよび発電機モータ（ジェネレータ）と、を備えるハイブリッドシステムにおいて、発電機モータによるエンジンの始動に伴うトルク変動を駆動モータで吸収するようにしたものが開示される（特開2001-173479号、参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この先願例（特願平11-160759号）においては、エンジンの出力のみで走行する場合、回転電機は運転が停止（空転状態）に維持されるが、その慣性質量およびフリクションは変速機の入力軸へ及ぶため、エンジンの燃費向上を阻害することが考えられる。
【０００４】
この発明は、このような課題を解決するための有効な対応手段の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸との間で動力の伝達を断続する第１クラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸との連結する回転伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、回転伝達機構と回転電機の入出力軸との間で動力の伝達を断続する第２クラッチと、回転電機の運転が停止中は第２クラッチを切断状態に維持する手段と、回転電機の運転が必要になると第２クラッチの接続状態への切り替え要求を発生する手段と、その要求発生時に第２クラッチの回転伝達機構側の回転数を目標回転数として回転電機の回転数制御を行う手段と、目標回転数と第２クラッチの回転電機側の回転数との回転差が所定の許容範囲に入るのを待って第２クラッチを接続状態へ切り替えると共に回転電機の回転数制御をトルク制御に切り替える手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸との間で動力の伝達を断続する第１クラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸との連結する回転伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、回転伝達機構と変速機の入力軸との間で動力の伝達を断続する第２クラッチと、回転電機の運転が停止中は第２クラッチを切断状態に維持する手段と、回転電機の運転が必要になると第２クラッチの接続状態への切り替え要求を発生する手段と、その要求発生時に第２クラッチの変速機側の回転数を目標回転数として回転電機の回転数制御を行う手段と、目標回転数と第２クラッチの回転電機側の回転数との回転差が所定の許容範囲に入るのを待って第２クラッチを接続状態へ切り替えると共に回転電機の回転数制御をトルク制御に切り替える手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
第１の発明においては、第２クラッチにより、回転電機を駆動系から切り離すことが可能となる。第２の発明においては、第２クラッチにより、回転電機および回転伝達機構を駆動系から切り離すことが可能となる。したがって、第１の発明または第２の発明によると、回転電機の運転停止時において、第２クラッチを切断状態に維持することにより、駆動系の負荷が軽減され、エンジンの燃費向上を促進できる。
【０００８】
第１の発明または第２の発明において、回転電機の運転が必要な場合（蓄電時など）、第２クラッチは接続状態へ切り替えられる。その際、回転電機の回転数制御により、第２クラッチの前後の回転差（第１の発明については、回転電機側の回転数と回転伝達機構側の回転速度との回転差、第２の発明については、変速機側の回転数と回転伝達機構側の回転数との回転差）が０へ速やかに収束され、回転差が所定の許容範囲に入ると、第２クラッチは接続状態へ切り替えられるのである。したがって、第２クラッチの接続状態への切り替えは、短時間に無理なく円滑に処理される。その後、回転電機はトルク制御に切り替えられ、要求に応じた発電トルク（回生トルクも含む）または力行トルクを発生する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン、２は歯車式の変速機であり、これらの間に摩擦クラッチ３（第１クラッチ）が介装される。エンジン１としては、ディーゼルエンジンまたはCNGエンジン（圧縮天然ガスを燃料とする）が用いられる。４は回転電機（モータジェネレータ）であり、その入出力軸４ａは回転伝達機構５（ギヤボックス）を介して変速機２の入力軸２ａに連結される。
【００１０】
変速機２には、そのギヤシフトを制御するコントロールユニット６が備えられる。コントロールユニット６は、運転室のチェンジレバー装置７およびハイブリッド電子制御ユニット１０（ハイブリッドECU）に接続され、チェンジレバー装置７がギヤシフト指令を発生すると、その指令に応じたギヤシフトをハイブリッドECU１０の命令に従って制御する。
【００１１】
第１クラッチ３は、ハイブリッドECU１０によりクラッチアクチュエータ８を介して制御され、エンジン１から変速機２およびギヤボックス５（回転伝達機構）への動力の伝達を断続する。エンジン１の燃料供給量を制御するのがエンジン電子制御ユニット１５（エンジンECU）であり、エンジン１の回転速度を検出するエンジン回転センサ１６が備えられる。エンジンECU１５は、エンジン回転センサ１６の検出信号およびハイブリッドECU１０の要求に応じてエンジン１の燃料供給量を制御する。
【００１２】
車輪に制動力を発生させるブレーキアクチュエータ２１は、ブレーキ電子制御ユニット２０（ブレーキECU）により、ハイブリッドECU１０からの情報（回転電機４の回生制動力）およびブレーキペダル２２の踏み量（要求制動力）に基づいて、回生制動力で賄い切れない要求制動力の不足分を補うように制御される。２３はブレーキペダル２２の踏み量を検出するブレーキセンサである。
【００１３】
回転電機４は、高効率および小形軽量化の面から、永久磁石型同期電動機（ＩＰＭ同期モータ）が使用され、蓄電要素９にインバータ１１を介して接続される。蓄電要素９には、ブレーキエネルギを短時間で無駄なく高効率に回生するため、車両の電池許容質量に対して必要な出力密度を確保しやすい、電気二重層キャパシタが使用される。
【００１４】
インバータ１１は、ハイブリッドECU１０の要求に応じて回転電機４を電動モードまたは発電モードに制御する。電動モードにおいては、蓄電要素９の充電電力（直流電力）を交流電力に変換して回転電機４を駆動する一方、発電モードにおいては、回転電機４の発電電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電要素９を充電する。
【００１５】
ギヤボックス５は、回転電機４の入出力軸４ａに連結されるドライブギヤ５ａと、変速機２の入力軸２ａに連結されるドリブンギヤ５ｂと、これらに噛み合うアイドラギヤ５ｃと、から構成される。回転電機４の入出力軸４ａの回転は、ギヤボックス５により減速され、変速機２の入力軸２ａへ伝達される一方、変速機２の入力軸２ａの回転は、ギヤボックス５により増速され、回転電機４の入出力軸４ａへ伝達される。
【００１６】
回転電機４の入出力軸４ａとドライブギヤの回転軸との間に噛合クラッチ３０（第２クラッチ）が介装される。第２クラッチ３０は、ハイブリッドECU１０によりクラッチアクチュエータ（図示せず）を介して制御され、回転電機の運転中は接続状態に維持され、回転電機の運転停止時に切断状態へ切り替わる。
【００１７】
ハイブリッドECU１０は、アクセルペダル１２の踏み量（アクセル要求量）を検出するアクセルセンサ１３と、クラッチ３の断続状態を検出するクラッチ位置センサ１４と、変速機２のギヤポジションを検出するシフト位置センサ１７と、変速機２の出力側の回転速度を検出する車速センサ１８（変速機２の出力回転センサ）と、変速機２の入力側の回転速度として回転電機４の入出力軸４ａに連結するドライブギヤ５ａの回転速度を検出するギヤ回転センサ１９（変速機２の入力回転センサ）と、回転電機４の回転速度（回転数）を測定する手段（図示せず）と、が備えられる。
【００１８】
これらの検出信号および蓄電要素９のSOC（State Of Chage）を含む各種情報（エンジンECU１５，ブレーキECU２０，変速機２のコントロールユニット６，インバータ１１、から得られる）に基づいて、ハイブリッドECU１０は、第１クラッチのクラッチアクチュエータ８，回転電機４のインバータ１１，第２クラッチのクラッチアクチュエータ、を制御する一方、エンジンECU１５およびブレーキECU２０への要求、変速機２のコントロールユニット６への命令（ギヤ抜き，ギヤ入れ）、を送信する。図２〜図７は、ハイブリッドECU１０の制御内容を説明するエネルギの流れ図である。
【００１９】
回転電機４の出力のみによる発進および走行を行うときは、第２クラッチ３０は接続され、第１クラッチ３を切断した状態において、アクセル要求量に応じた出力が回転電機４から得られるようにインバータ１１へのトルク指令値（回転電機４の力行トルク）を電動モードに制御する。回転電機４の出力は、図２のように第２クラッチ３０およびギヤボックス５を介して変速機２の入力軸２ａ、さらに変速ギヤを通して変速機２の出力軸２ｂからプロペラシャフト３１を介して車輪へ伝えられる。
【００２０】
車両の走行状態において、制動時は、蓄電要素９への充電が可能な限り、ブレーキ操作量に応じた回生制動力が回転電機４から得られるようにインバータ１１へのトルク指令値（回転電機の回生トルク）を発電モードに制御する。車輪の回転は、図５のようにプロペラシャフト３１から変速機２の出力軸２ｂおよび変速ギヤを通して変速機２の入力軸２ａ、さらにギヤボックス５および第２クラッチ３０を介して回転電機４の入出力軸４ａへ伝えられる。これにより、回転電機２の回生発電が行われ、その電力はインバータ１１を介して蓄電要素９に充電される。つまり、車両のブレーキエネルギは、回転電機４の発電により、電気エネルギに変換して蓄電要素９に回収される。ブレーキ要求量の不足分は、ブレーキECU２０への要求により、車両のサービスブレーキによる制動力で補われる。
【００２１】
エンジン１の出力のみによる走行を行うときは、エンジンECU１０へ要求を送信する（エンジンECU１０は、アクセルの要求量に応じた出力が得られるようにエンジン１の燃料供給量を制御する）一方、第２クラッチ３０は切断され、第１クラッチ３を接続した状態において、回転電機４の運転を停止する。エンジン１の出力は、図３のように第１クラッチ３を介して変速機２の入力軸２ａ、さらに変速ギヤを通して変速機２の出力軸２ｂからプロペラシャフト３１を介して車輪へ伝えられる。
【００２２】
車両の停止時に蓄電要素９への充電を行うときは、変速機２のギヤ抜き（ニュートラルセット）状態において、第１クラッチ３および第２クラッチ３０を接続する一方、インバータ１１へのトルク指令値を発電モードに制御する。エンジン１の出力は、図６のように第１クラッチ３から変速機２の入力軸２ａ、さらにギヤボックス５から第２クラッチ３０を介して回転電機４の入出力軸４ａへ伝えられる。回転電機４は、エンジン１の出力により発電され、その電力は蓄電要素９に充電される。
【００２３】
車両の走行に回転電機４の出力とエンジン１の出力を併用するときは、第１クラッチ３および第２クラッチ３０を接続した状態において、エンジンECU１０に要求（エンジン１の分担する出力）を送信する一方、回転電機４の分担する出力が得られるようにインバータ１１へのトルク指令値を電動モードに制御する。回転電機２の出力は、図４のように第２クラッチ３０およびギヤボックス５を介して変速機２の入力軸２ａに伝えられ、第１クラッチ３からのエンジン１の出力と合成され、さらに変速ギヤを通して変速機２の出力軸２ｂからプロペラシャフト３１を介して車輪へ伝えられる。
【００２４】
エンジン１の出力のみによる走行状態（図３、参照）において、蓄電要素９への充電を行うときは、第２クラッチ３０を接続状態へ切り替える一方、インバータ１１へのトルク指令値を発電モードに制御する。エンジン１の出力は、図７のように変速機２の入力軸２ａから変速ギヤを通して変速機２の出力軸２ｂを介してプロペラシャフト３１へ伝えられるほか、ギヤボックス５および第２クラッチ３０を介して回転電機４の入出力軸４ａへ伝えられる。
【００２５】
車両の登坂走行などにおいては、エンジン１の出力を回転電機４の出力でアシストするときは、第１クラッチ３の接続状態において、第２クラッチ３０を接続状態に切り替える一方、アシスト量に相当する出力が回転電機４から得られるようにインバータ１１へのトルク指令値を電動モードに制御する。回転電機２の出力は、図４のように第１クラッチ３からのエンジン１の出力と合成され、さらに変速ギヤを通して変速機２の出力軸２ａからプロペラシャフト３１へ伝えられる。
【００２６】
第２クラッチ３０については、回転電機４の運転が停止中（インバータ１１へのトルク指令値は０に制御）は切断状態に維持される（図３、参照）一方、回転電機の運転が必要になると接続状態へ切り替えられる（図２，図４〜図７、参照）。図８は、第２クラッチ３０の接続状態への切り替え時における、ハイブリッドECU１０の制御内容を説明するフローチャートであり、S1においては、回転電機４の運転が必要になると、第２クラッチ３０の接続状態への切り替え要求を発生する。
【００２７】
S2においては、エンジン回転センサ１６の検出信号に基づいて回転電機４の目標回転数（第２クラッチ３０のギヤボックス５側の回転数に相当する）を求める。目標回転数は、エンジン１の回転速度（回転数）とギヤボックス５の変速比とから計算される。そして、回転電機４に対するインバータ１１のトルク制御を回転数制御に切り替えると共に回転数制御の指令値として第２クラッチ３０のギヤボックス５側の回転数に相当する目標回転数を出力する。
【００２８】
S3においては、回転電機４の実際の回転数（第２クラッチの回転電機側の回転数に相当する）を測定する手段（図示せず）から、その測定信号を読み込む。そして、エンジン回転数に基づく目標回転数と回転電機４の実際の回転数を比較し、両者（第２クラッチ３０のギヤボックス５側の回転数と第２クラッチ３０の回転電機４側の回転数と）の回転差が所定の許容回転数（たとえば、０〜１００回転）以下かどうかを判定する。
【００２９】
S3の判定がnoのときは、S2へリターンする（回転差が許容回転数以下になるのを待つ）一方、S3の判定がyesになると、S4へ進み、第２クラッチ３０のクラッチアクチュエータへクラッチ接続要求を送信する。S5においては、回転電機４に対するインバータ１１の回転数制御をトルク制御へ切り替えると共に必要な発電トルクまたは力行トルクが回転電機４から得られるようにインバータへのトルク指令値を制御するである。
【００３０】
なお、S2においては、エンジン回転数の検出値とギヤボックスの変速比とから目標回転数を計算するのでなく、ギヤ回転センサ１５が回転電機４の入出力軸４ａに連結するドライブギヤ５ａの回転速度を検出するので、その検出信号を目標回転数として読み込むのもよい。
【００３１】
このような制御に基づいて、第２クラッチ３０は、回転電機４の運転停止時は切断状態に維持される。回転電機４は、エンジン１の出力のみで走行する場合、ギヤボックス５から切り離され、その慣性質量およびフリクションが駆動系に影響を及ぼさないため、エンジン１の燃費向上を促進できるようになる。また、第２クラッチ３０は、回転電機４の運転が必要になると接続状態へ切り替えられる。その際、回転電機４は、ハイブリッドECU１０に基づく回転数制御により、目標回転数（第２クラッチ３０のギヤボックス５側の回転数に相当する）へ速やかに収束され、目標回転数と回転電機４側の回転数との回転差が所定の許容範囲に入ると、第２クラッチ３０が接続状態へ切り替えられるのである。そのため、第２クラッチ３０の接続状態への切り替えは、短時間に無理なく円滑に処理される。つまり、第２クラッチ３０の接続時における、ショックや異音（噛合時のギヤ泣きなど）の発生が防止され、第２クラッチ３０の信頼性や耐久性を良好に確保できる、という効果が得られる。
【００３２】
第２クラッチ３０は、図１において、ギヤボックス５と回転電機４との間でなく、変速機２とギヤボックス５との間に介装することも考えられる。その場合、ドリブンギヤ５ｂの回転軸は変速機２の入力軸２ａと別体に配置され、これらの間を連結するもう１組の歯車機構が備えられる。そして、第２クラッチ３０は、ドリブンギヤ５ｂの回転軸と歯車機構の回転軸（ドリブンギヤの回転軸と同軸上に配置される）との間に介装され、変速機２とギヤボックス５との間で歯車機構を介する動力の伝達を断続するように構成されるのである。
【００３３】
このような第２クラッチ３０の配置においても、エンジン１の出力のみで走行する場合、第２クラッチ３０を切断状態に維持することにより、回転電機４に加えてギヤボックス５も駆動系から切り離されるので、さらにエンジン１の燃費向上を促進できることになる。このような例においても、ハイブリッドECU１０に基づく制御（図８のような第２クラッチ３０の接続状態への切り替え制御、など）は、もちろん適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表すシステム概要図である。
【図２】同じく制御内容を説明するエネルギの流れ図である。
【図３】同じく制御内容を説明するエネルギの流れ図である。
【図４】同じく制御内容を説明するエネルギの流れ図である。
【図５】同じく制御内容を説明するエネルギの流れ図である。
【図６】同じく制御内容を説明するエネルギの流れ図である。
【図７】同じく制御内容を説明するエネルギの流れ図である。
【図８】同じく制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン
２  変速機
２ａ  変速機の入力軸
３  第１クラッチ
４  回転電機
４ａ  回転電機の入出力軸
５  ギヤボックス
６  変速機のコントロールユニット
７  チェンジレバー装置
８  第１クラッチのクラッチアクチュエータ
９  蓄電要素（電気二重層キャパシタ）
１０  ハイブリッドECU
１１  インバータ
１４  クラッチセンサ
１５  エンジンECU
１６  エンジン回転センサ
１７  シフト位置センサ
１８  車速センサ
１９  ギヤ回転センサ
２０  ブレーキECU
３０  第２クラッチ
【図１】
0003848175.tif 000002
【図２】
0003848175.tif 000003
【図３】
0003848175.tif 000004
【図４】
0003848175.tif 000005
【図５】
0003848175.tif 000006
【図６】
0003848175.tif 000007
【図７】
0003848175.tif 000008
【図８】
0003848175.tif 000009