ハイブリッド車の制御装置
【課題】発電要求がある場合における発電効率を向上させることの可能なハイブリッド車の制御装置を提供する。
【解決手段】動力分配装置の入力要素に接続された駆動力源と、動力分配装置の出力要素に接続された車輪と、動力分配装置の他の回転部材に接続された第１発電機と、出力要素に接続された第２発電機とを有し、駆動力源と駆動軸との間の回転速度比を無段階に変更可能に構成されているとともに、回転速度比を制御するモードとして、固定変速モードおよび無段変速モードとを切り替え可能に構成されているハイブリッド車の制御装置において、回転速度比を制御するモードとして固定変速モードが選択されている場合は、第１発電機または第２発電機のうち、発電効率が高い方の発電機で発電をおこなう発電制御手段（ステップＳ７，Ｓ８）を備えている。
【解決手段】動力分配装置の入力要素に接続された駆動力源と、動力分配装置の出力要素に接続された車輪と、動力分配装置の他の回転部材に接続された第１発電機と、出力要素に接続された第２発電機とを有し、駆動力源と駆動軸との間の回転速度比を無段階に変更可能に構成されているとともに、回転速度比を制御するモードとして、固定変速モードおよび無段変速モードとを切り替え可能に構成されているハイブリッド車の制御装置において、回転速度比を制御するモードとして固定変速モードが選択されている場合は、第１発電機または第２発電機のうち、発電効率が高い方の発電機で発電をおこなう発電制御手段（ステップＳ７，Ｓ８）を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動力分配装置の反力部材および出力部材に、共に発電機が接続されている構成のハイブリッド車の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料の燃焼によりトルクを出力するエンジンと、電力の供給によりトルクを出力するモータ・ジェネレータとを搭載し、エンジンおよびモータ・ジェネレータのトルクを車輪に伝達することのできるハイブリッド車が提案されている。このようなハイブリッド車においては、各種の条件に基づいて、エンジンおよびモータ・ジェネレータの駆動・停止を制御することにより、燃費の向上および騒音の低減および排気ガスの低減を図ることができるものとされている。
【０００３】
上記のように、複数種類の駆動力源を搭載したハイブリッド車の一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたハイブリッド車においては、エンジンのクランクシャフトが動力分配装置に連結されている。この動力分配装置は、第１遊星歯車機構および第２遊星歯車機構を有している。第１遊星歯車機構は、同軸上に配置された大サンギヤおよびリングギヤと、大サンギヤおよびリングギヤに噛合された大ピニオンギヤを支持するキャリヤとを有している。また、第２遊星歯車機構は、小サンギヤと、小サンギヤに噛合された小ピニオンギヤとを有している。小サンギヤと大サンギヤとが一体回転するように連結されてステップドピニオン機構となっている。つまり、小サンギヤおよび大ピニオンギヤが共にキャリヤにより、自転、かつ、公転可能に支持されている。そして、キャリヤが、入力軸を介してエンジンに動力伝達可能に接続され、大サンギヤが、第１モータ・ジェネレータのロータに接続されている。また、小サンギヤの回転・停止を制御するブレーキが設けられている。さらに、リングギヤには、動力分配装置の出力軸が接続されている。この出力軸が駆動輪に接続されている。また、出力軸には第２モータ・ジェネレータが接続されている。
【０００４】
上記の動力分配装置は、入力軸と出力軸との間の変速比を無段階に制御可能な変速機であり、具体的には、無段変速状態とオーバードライブ状態とを切り替え可能である。ブレーキが解放された場合が無段変速状態であり、この無段変速状態でエンジントルクがキャリヤに入力されると、大サンギヤが反力部材となり、出力軸にトルクが伝達される。このとき、第１モータ・ジェネレータで回生制御（発電制御）または力行制御をおこなって、エンジントルクの反力を受け持つと共に、第１モータ・ジェネレータの回転数を制御することにより、動力分配装置の変速比を無段階に制御可能であり、かつ、その変速比を１未満、または１以上のいずれにも設定可能である。これに対して、ブレーキが係合されると、動力分配機構の変速比が「１」よりも小さい状態、つまり、オーバードライブ状態となる。このオーバードライブ状態でエンジントルクがキャリヤに入力されると、小サンギヤが反力部材となり、リングギヤからトルクが出力される。
【０００５】
このようにして、エンジントルクが動力分配装置の出力軸に伝達され、そのトルクが駆動輪に伝達される。また、第２モータ・ジェネレータを電動機として駆動させ、そのトルクを駆動輪に伝達して駆動力を補助することも可能である。一方、エンジンから出力軸に伝達された動力の一部を第２モータ・ジェネレータに伝達し、第２モータ・ジェネレータで発電をおこなうことも可能である。なお、複数の駆動力源としてエンジンおよびモータ・ジェネレータが搭載されており、そのモータ・ジェネレータで発電をおこなうことの可能なハイブリッド車の制御装置の一例が、特許文献２にも記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４５５２７号公報
【特許文献２】特開平７−７５２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載されている第２モータ・ジェネレータは、車輪に伝達するトルクをアシストする機能を有するものであるため、大電力および大出力仕様に設計された体格が大きな装置である。このため、動力分配装置がオーバードライブ状態である場合のように、動力分配装置の出力要素が高回転数である条件で発電要求が発生した場合に、第２モータ・ジェネレータで発電をおこなうと、効率が低い発電となる恐れがあった。
【０００８】
この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、発電機の発電効率を高めることの可能なハイブリッド車の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、車輪に伝達する動力を発生する駆動力源と、前記車輪と動力伝達可能に接続された駆動軸と、運動エネルギを電気エネルギに変換する第１発電機と、差動回転可能な複数の回転要素を有し、かつ、複数の回転要素のうちの３つの回転要素が前記駆動力源および前記第１発電機および前記駆動軸に別個に動力伝達可能に連結された動力分配装置とを有するとともに、前記駆動力源と前記駆動軸との間の回転速度比を無段階に変化させる無段変速モードと、前記複数の回転要素のうち、前記駆動力源および前記第１発電機および前記駆動軸のいずれにも接続されていない回転要素の回転を阻止することにより、前記回転速度比を固定する固定変速モードとを、切り替え可能に構成されているハイブリッド車の制御装置において、前記駆動軸に動力伝達可能に接続された第２発電機を有し、
前記駆動力源と前記駆動軸との間の回転速度比を制御するモードとして固定変速モードが選択されている場合は、前記第１発電機または第２発電機のうち、発電効率が高い方の発電機で発電をおこなう発電制御手段を備えていることを特徴とする。また、前記第１発電機と、この第１発電機に接続された回転要素との間における動力伝達経路を接続・遮断する動力断続装置が設けられていてもよい。さらに、前記第２発電機で発電をおこなう場合は、前記動力断続装置を制御することにより、前記第１発電機と、この第１発電機に接続された回転要素との間における動力伝達経路を遮断する遮断手段を備えていてもよい。さらにまた、前記第２発電機は、前記車輪に伝達する動力を発生する電動機としての機能を兼備した発電・電動機で構成されており、前記第２発電機の最大出力は前記第１発電機の最大出力よりも高く構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
このハイブリッド車の制御装置によれば、駆動力源と駆動軸の間の回転速度比を制御するモードとして、回転速度比が固定される固定変速モードと、回転速度比を無段階に変更可能な無段変速モードとを切り替え可能である。そして、固定変速モードが選択された場合は、発電効率が高い方の発電機で発電がおこなわれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明において、駆動力源は車輪に伝達する動力を発生する動力装置であり、駆動力源としては、エンジン、電動機、油圧モータ、フライホイールシステムなどのうちの少なくとも１つを用いることが可能である。この発明において、動力分配装置は、差動回転可能な複数の回転要素、例えば、４つの回転要素を有しており、いずれかの回転要素が入力要素であり、いずれかの回転要素が出力要素であり、残りの２つの回転要素が、選択的に反力要素となる。そして、入力要素が駆動力源に連結され、出力要素が駆動軸に連結される。さらに、反力要素となる一方の回転要素に発電機が接続され、反力要素となる他方の回転要素の回転を阻止することが可能である。動力分配装置としては、例えば、遊星機構を用いた無段変速機を用いることができる。遊星機構としては、歯車の噛み合い力により動力伝達をおこなう遊星歯車機構、または作動油のせん断力でトラクション伝動により動力伝達をおこなう遊星ローラ機構を用いることが可能である。さらに、第１の回転要素ないし第４の回転要素は、動力を伝達する機能を備えた要素であり、具体的には、ギヤ、キャリヤ、コネクティングドラム、回転軸、ローラなどの要素が含まれる。
【００１２】
さらに、発電機として第１発電機および第２発電機が設けられており、駆動力源の動力が車輪に伝達されるとともに、その動力の一部が発電機に伝達されて、運動エネルギが電気エネルギに変換される。第１発電機および第２発電機は、その発電機能が異なる。具体的には、予め定められた回転数以上で発電する場合の発電効率は、第２発電機よりも第１発電機の方が高い特性を有する。さらに、第１発電機および第２発電機は、発電機としての機能に加えて、電動機としての機能をも兼備したモータ・ジェネレータを用いることが可能である。また、動力断続装置は、第１発電機と回転要素との間の動力伝達経路におけるトルク容量を制御する装置であり、具体的にはクラッチ機構を用いることができる。このクラッチ機構としては、摩擦力によりトルク容量を確保する摩擦式クラッチ、係合力によりトルク容量を確保する噛み合い式クラッチなどを用いることができる。また、クラッチ機構の動作部材を動作させるアクチュエータとしては、油圧アクチュエータまたは電磁アクチュエータを用いることが可能である。さらに、駆動力源の動力が前輪、または後輪のいずれか一方に伝達されるように構成された二輪駆動車、または、駆動力源の動力が、前輪および後輪の両方に伝達されるように構成された四輪駆動車のいずれであってもよい。
【００１３】
つぎに、この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図２は、この発明の一実施形態であるＦ・Ｒ（フロントエンジン・リヤドライブ；エンジン前置き後輪駆動）形式のハイブリッド車（以下、「車両」と略記する）の概略構成図である。図２において、車両１は、駆動力源としてのエンジン２を有している。エンジン２としては内燃機関、具体的にはガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどを用いることができる。この実施例では、エンジン２として、トルク制御装置、例えば、電子スロットルバルブ、燃料噴射量制御装置、点火時期制御装置などを有するガソリンエンジンが用いられているものとする。エンジン２から車輪（後輪）３に至る動力伝達経路に動力分配装置４が設けられている。車両１のフロアー（図示せず）の空間にはケーシング５が配置されており、そのケーシング５内に動力分配装置４が配置されている。
【００１４】
そして、動力分配装置４は２組の遊星歯車機構を有している。まず、第１遊星歯車機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構である。すなわち、第１遊星歯車機構６は、同軸上に配置されたサンギヤ７およびリングギヤ８と、サンギヤ７およびリングギヤ８に噛合するピニオンギヤ９を、自転、かつ公転可能に保持したキャリヤ１０とを有している。キャリヤ１０が動力分配装置４の入力部材である。そして、キャリヤ１０にはインプットシャフト１１が動力伝達可能に連結、具体的には一体回転するように連結されており、そのインプットシャフト１１とエンジン２のクランクシャフト１２とが、動力伝達可能に接続されている。クランクシャフト１２とインプットシャフト１１との間の動力伝達経路には、ダンパ機構、トルクリミッタ機構、クラッチ機構などを設けることも可能である。ダンパ機構は、トルク変動を吸収する機構であり、トルクリミッタは、伝達されるトルクを設定トルク以下に制限する機構であり、クラッチ機構はトルク容量を制御する機構である。
【００１５】
図２の具体例では、インプットシャフト１１およびクランクシャフト１２の回転軸線（図示せず）が、車両１の前後方向に沿って配置されている。さらに、ケーシング５の内部には、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が設けられている。インプットシャフト１１の回転軸線に沿った方向で、エンジン２と第１遊星歯車機構６との間に第１モータ・ジェネレータＭＧ１が配置されている。この第１モータ・ジェネレータＭＧ１は、エンジントルクの反力を受け持つ反力発生装置として設けられている。この第１モータ・ジェネレータＭＧ１は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能（電動機としての機能）と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能（発電機としての機能）とを兼備している。第１モータ・ジェネレータＭＧ１は、ステータ１３およびロータ１４を有しており、ステータ１３はケーシング５に固定されている。ステータ１３は、電磁鋼板を積層し、かつ、通電用コイルを巻いて構成されている。また、ロータ１４とサンギヤ７との間に形成された動力伝達経路には、クラッチ機構３５が設けられている。このクラッチ機構３５は、ロータ１４とサンギヤ７との間で伝達されるトルク容量を制御する機構である。このクラッチ機構３５としては、例えば、摩擦式クラッチまたは噛み合い式クラッチなどを用いることが可能である。さらに、クラッチ機構３５の一部を構成する動作部材を動作させるアクチュエータ３６が設けられており、このアクチュエータ３６としては油圧式アクチュエータまたは電磁式アクチュエータを用いることが可能である。
【００１６】
動力分配装置４を構成する第２遊星歯車機構１５は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構である。すなわち、第２遊星歯車機構１５は、同軸上に配置されたサンギヤ１６およびリングギヤ１７と、サンギヤ１６に噛合する第１ピニオンギヤ１８と、リングギヤ１７および第１ピニオンギヤ１８に噛合する第２ピニオンギヤ１９と、第１ピニオンギヤ１８および第２ピニオンギヤ１９を、自転、かつ公転可能に保持したキャリヤ２０とを有している。そして、キャリヤ２０とリングギヤ８とが一体回転するように連結され、リングギヤ１７とキャリヤ１０とが一体回転するように連結されている。そして、キャリヤ２０と一体回転するアウトプットシャフト２１が設けられている。このアウトプットシャフト２１は、動力分配装置４から出力されたトルクを車輪３に伝達する要素であり、インプットシャフト１１とアウトプットシャフト２１とが同軸上に配置されている。さらに、回転軸線に沿った方向で、第１モータ・ジェネレータＭＧ１と第２遊星歯車機構１５との間に第１遊星歯車機構６が配置されている。さらに、サンギヤ１６に制動力を与えるブレーキＢＫが設けられている。このブレーキＢＫとしては、摩擦ブレーキ、または噛み合いブレーキを用いることが可能である。そのブレーキＢＫの動作を制御するアクチュエータ３２としては、電磁式アクチュエータまたは油圧式アクチュエータのいずれを用いてもよい。
【００１７】
一方、アウトプットシャフト２１は終減速機２２に接続されており、終減速機２２にはアクスルシャフト３０を介して車輪３が接続されている。終減速機２２は、アウトプットシャフト２１の回転数よりも、アクスルシャフト３０の回転数を低下させるように、その減速比が決定されている。また、回転軸線に沿った方向で第２遊星歯車機構１５と終減速機２２との間には、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が配置されている。この第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、ケーシング５の内部またはケーシング５の外部のいずれに配置されていてもよい。この第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、車輪３に伝達するトルクを発生させる第２駆動力源としての役割と、後述する蓄電装置に充電する電力を発生する発電機としての役割とを有している。この役割を満足するために、第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備している。第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、ステータ２３およびロータ２４を有している。ステータ２３は、電磁鋼板を積層し、かつ、通電用のコイルを巻いて構成されている。さらに、回転軸線に沿った方向で第２モータ・ジェネレータＭＧ２との間には、変速機３７が配置されている。
【００１８】
この変速機３７は、ケーシング５の内部またはケーシング５の外部のいずれに配置されていてもよい。この変速機３７は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２のロータ２４と、アウトプットシャフト２１とを動力伝達可能に接続するものである。さらに、変速機３７は、入力要素３８および出力要素３９を有しているとともに、その入力要素３８と出力要素３９との間の変速比を変更可能に構成されている。変速機３７の変速比は、入力要素３８の回転数を出力要素３９の回転数で除して求められる。この変速機３７は、変速比を段階的に変更可能な有段変速機、または、変速比を無段階に変更可能な無段変速機のいずれでもよい。また、変速機３７の変速比は、「１」以上の値で変更可能に構成されている。この変速機３７として、有段変速機を用いる場合、選択歯車式変速機、遊星歯車式変速機を採用することが可能である。これに対して、変速機３７として、無段変速機を用いる場合、トロイダル型無段変速機、ベルト式無段変速機を採用することが可能である。そして、入力要素３８がロータ２４と動力伝達可能に接続され、出力要素３９がアウトプットシャフト２１と動力伝達可能に接続されている。なお、入力要素３８および出力要素３９は、共に動力伝達をおこなう回転要素であり、変速機３７の構造や種類に応じて、回転軸、ギヤ、プーリ、スプロケット、チェーン、ベルトなどの要素が選択される。
【００１９】
さらに、第１モータ・ジェネレータＭＧ１および第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、いずれもロータが回転運動をおこなうものであり、各モータ・ジェネレータは直流型または交流型のいずれでもよい。この具体例では、３相交流型のモータ・ジェネレータを用いる場合について説明する。また、第１モータ・ジェネレータＭＧ１はインバータ２７を介して蓄電装置２８に接続され、第２モータ・ジェネレータＭＧ２はインバータ４０を介して蓄電装置２８に接続されている。インバータ２７，４０は直流電力を交流電力に変換する装置である。蓄電装置２８としては、キャパシタまたはバッテリを用いることが可能である。このように、各モータ・ジェネレータと蓄電装置２８との間で、電力の授受をおこなう電気回路が形成されている。なお、蓄電装置２８に加えて燃料電池を設け、その燃料電池から各モータ・ジェネレータに電力を供給する回路を設けてもよい。燃料電池は、酸素と水素とを反応させて起電力を発生させる装置である。また、蓄電装置２８から補機装置２９に電力を供給することが可能に構成されている。補機装置２９とは、車両１に搭載され、かつ、車両１の走行に用いられる動力を発生する装置以外の装置であり、補機装置２９を駆動もしくは作動させるため、および補機装置２９で機能を発揮させるために、電力が用いられる。補機装置２９には、例えば、照明装置、ワイパ、空調装置、音響装置、パワーウィンドなどが含まれる。なお、各モータ・ジェネレータ同士の間に、蓄電装置２８を経由することなく、電力の授受を可能とする電気回路を形成することも可能である。
【００２０】
さらに、第１モータ・ジェネレータＭＧ１と第２モータ・ジェネレータＭＧ２とを比較すると、その役割が異なるため、出力特性および発電特性が異なる。第１モータ・ジェネレータＭＧ１は主として反力トルクを受け持つ役割を果たすものであるのに対して、第２モータ・ジェネレータＭＧ２は車輪３に伝達するトルクを発生駆動力源であるため、第１モータ・ジェネレータＭＧ１よりも第２モータ・ジェネレータＭＧ２の方が最大出力および定格が大である。最大出力とは、トルク×回転数の上限値であり、定格とは、各モータ・ジェネレータの使用限度であり、この定格には、電圧・回転数・通電時の周波数などが含まれる。第１モータ・ジェネレータＭＧ１と、第２モータ・ジェネレータＭＧ２との構造上は、電磁鋼板の厚さおよび積層枚数、コイルの巻き数などが異なる。このような特性の相違に基づいて、予め定められた回転数（所定の高回転数）以上で発電する場合における発電効率は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２よりも第１モータ・ジェネレータＭＧ１の方が高い。
【００２１】
さらに、車両１の制御系統について説明すると、コントローラとしての電子制御装置３３が設けられており、電子制御装置３３には、エンジン回転数、各モータ・ジェネレータの回転数、車速、蓄電装置２８の充電量、補機装置２９における負荷、モータ・ジェネレータに対する発電要求、車両１における加速要求、車両１における制動要求、シフトポジションなどの信号が入力される。この電子制御装置３３からは、クラッチ３５を制御する信号、ブレーキＢＫを制御する信号、エンジン２を制御する信号、各モータ・ジェネレータを制御する信号が出力される。エンジン２を制御する信号には、エンジン２の停止・運転を制御する信号、エンジン回転数を制御する信号、エンジントルクを制御する信号が含まれる。モータ・ジェネレータを制御する信号には、モータ・ジェネレータを力行制御または回生制御させる信号、モータ・ジェネレータの回転数を制御する信号、モータ・ジェネレータのトルクを制御する信号が含まれる。クラッチ３５を制御する信号には、サンギヤ７とロータ１４との間における伝達トルクを制御する信号、ブレーキＢＫを制御する信号には、ブレーキＢＫからサンギヤ１６に与える制動力を制御する信号が含まれる。
【００２２】
つぎに、図２に示された車両１における動力の伝達原理を説明する。エンジン２が運転されて、そのエンジントルクが、インプットシャフト１１およびキャリヤ１０に伝達される。このキャリヤ１０は動力分配装置４の入力部材であり、エンジントルクの反力が反力発生装置により受け持たれて、動力分配装置４の出力部材であるキャリヤ２０からトルクが出力される。動力分配装置４を制御するモードとして、固定変速モードおよび無段変速モードを選択的に切り替え可能である。図３および図４の共線図は、動力分配装置４を構成する要素同士、およびその要素に連結された回転要素同士の位置関係および回転状態を示すものである。図３および図４において、「停止」は回転要素が停止することを示し、「正」は回転要素が正方向に回転することを示し、「逆」は回転要素が逆方向に回転することを示す。なお、正方向とは、エンジン２のクランクシャフト１２の回転方向と同じ回転方向である。図３および図４の共線図において、第１遊星歯車機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構であるため、サンギヤ７とリングギヤ８との間にキャリヤ１０が配置されている。
【００２３】
これに対して、第２遊星歯車機構１５は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構であるため、サンギヤ１６とキャリヤ２０との間にリングギヤ１７が配置されている。また、キャリヤ１０とリングギヤ１７とが一体回転するように連結されているため、図３および図４の共線図上で、キャリヤ１０およびリングギヤ１７が同じ位置に示されている。また、キャリヤ２０とリングギヤ８とが一体回転するように連結されているため、図３および図４の共線図上で、キャリヤ２０およびリングギヤ８が同じ位置に示されている。さらに、図３および図４の共線図上において、サンギヤ７とリングギヤ８との間にサンギヤ１６が配置され、このサンギヤ１６とリングギヤ８との間に、キャリヤ１０が配置されている。この図３および図４に示すように、動力分配装置４は、相互に差動回転可能な４個の回転要素を有している。さらに、第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、変速機３７を介してアウトプットシャフト２１に接続されているが、図３および図４においては、便宜上、キャリヤ２０と同じ位置に（ＭＧ２）として示してある。
【００２４】
まず、固定変速モードが選択された場合はブレーキＢＫの制動力が高められて、図３に示すようにサンギヤ１６が固定（停止）される。また、動力分配装置４は、機構上、キャリヤ２０およびリングギヤ８が一体回転するように連結され、かつ、リングギヤ１７およびキャリヤ１０が一体回転するように連結されている。このため、エンジントルクがインプットシャフト１１を経由してキャリヤ１０およびリングギヤ１７に入力されると、ブレーキＢＫおよびサンギヤ１６により反力が受け持たれ、キャリヤ２０からトルクが出力される。このキャリヤ２０のトルクは、アウトプットシャフト２１および終減速機２２およびアクスルシャフト３０を経由して車輪３に伝達されて、駆動力が発生する。
【００２５】
そして、エンジン回転数を制御することにより、動力分配装置４の入力回転数と出力回転数との間の変速比を、無段階（連続的）に変更可能である。また、固定変速モードが選択された場合はサンギヤ１６が固定されるため、動力分配装置４の変速比は「１」未満に限定される。すなわち、動力分配装置４が増速機として機能するため、動力分配装置４への入力トルクよりも、動力分配装置４から出力されるトルクの方が低くなる。また、固定変速モードが選択されるとともに、エンジン回転数が正である場合は、エンジントルクにより第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転される。この場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１では回生制御（発電制御）をおこなうか、または回生制御をおこなうことなくロータ１４を空転させることが可能である。さらに、第２モータ・ジェネレータＭＧ２では、アウトプットシャフト２１の動力で回生制御（発電制御）をおこなうか、または第２モータ・ジェネレータＭＧ２に電力を供給して、第２モータ・ジェネレータＭＧ２を電動機として駆動することも可能である。さらにまた、固定変速モードが選択された場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転数よりも、キャリヤ２０の回転数の方が高い。さらにまた、変速機３７の変速比は「１」以上に設定されるため、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数は、アウトプットシャフト２１の回転数以上となる。このため、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が力行制御され、かつ、変速機３７の変速比が「１」よりも大である場合、第２モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクが増幅されてアウトプットシャフト２１に伝達される。なお、クラッチ機構３５が係合されている場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転数よりも第２モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数の方が、常に高い。
【００２６】
これに対して、無段変速モードが選択された場合は、ブレーキＢＫからサンギヤ１６に与えられる制動力が低下され、図４に示すようにサンギヤ１６が回転可能となる。この無段変速モードが選択された場合において、エンジントルクがインプットシャフト１１を経由してキャリヤ１０に入力されると、第１モータ・ジェネレータＭＧ１により反力が受け持たれ、リングギヤ８から出力されたトルクがアウトプットシャフト２１に伝達される。第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転してエンジントルクの反力を受け持つ場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が回生制御され、発生した電力が蓄電装置２８に充電される。これに対して、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転してエンジントルクの反力を受け持つ場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１に電力が供給されて、その第１モータ・ジェネレータＭＧ１が電動機として駆動される。
【００２７】
また、無段変速モードが選択された場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転数を制御することにより、動力分配装置４の入力回転数と出力回転数との間の変速比を、無段階（連続的）に変更可能である。さらに、無段変速モードが選択された場合、動力分配装置４の変速比として「１」未満、または「１」以上のいずれをも選択可能である。動力分配装置４の変速比が「１」を越える場合、動力分配装置４は減速機として機能し、動力分配装置４でトルクの増幅がおこなわれる。動力分配装置４の変速比が「１」未満である場合が、図４に破線で示されている。これに対して、動力分配装置４の変速比が「１」を越えている場合が、図４に一点鎖線で示されている。図４の共線図では、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転である場合が示されているが、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転する場合、または停止する場合もある。さらに、図４に実線で示すすように、動力分配装置４の変速比を「１」に制御することも可能である。
【００２８】
さらに、固定変速モードまたは無段変速モードの何れが選択されている場合においても、第２モータ・ジェネレータＭＧ２に電力を供給して電動機として駆動させ、その第２モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクを、変速機３７を経由させてアウトプットシャフト２１に伝達することが可能である。なお、第２モータ・ジェネレータＭＧ２に電力を供給して電動機として駆動させ、その第２モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクをアウトプットシャフト２１に伝達する場合、エンジン２に燃料が供給されていてもよいし、エンジン２への燃料の供給が停止されていてもよい。この「エンジン２への燃料の供給が停止されている」には、エンジン２が空転する場合と、エンジン２が停止している場合とが含まれる。さらに、固定変速モードまたは無段変速モードの何れが選択されている場合においても、エンジン２からアウトプットシャフト２１に伝達される動力の一部を、第２モータ・ジェネレータＭＧ２に伝達して発電をおこない、発生した電力を蓄電装置２８に充電するか、またはその電力を第１モータ・ジェネレータＭＧ１に供給することが可能である。
【００２９】
つぎに、動力分配装置４を制御するモードを選択する条件について説明する。動力分配装置４を制御するモードは、エンジン２の燃費、およびエンジン２から車輪３に至る動力伝達経路における動力の伝達効率などに基づいて決定される。まず、エンジン２の燃費について説明する。車両１では、車速およびアクセル開度に基づいて、車両１に対する要求駆動力が求められ、その要求駆動力に基づいて、エンジン２の目標出力および第２モータ・ジェネレータＭＧ２の目標出力が求められる。エンジン２の目標出力に基づいてエンジン出力を制御する場合、基本的には、エンジン２の運転状態が、燃費最適燃線に沿ったものとなるように、エンジン２の目標回転数およびエンジンの目標トルクを求めることが可能である。図３および図４の共線図に基づいて説明したように、無段変速モードが選択された場合は、固定変速モードが選択された場合に比べて、動力分配装置４の変速比の制御範囲が広い。したがって、エンジン２の燃費を優先する場合は無段変速モードが選択される。
【００３０】
これに対して、図３の共線図で説明したように、固定変速モードが選択された場合は、エンジントルクの反力をブレーキＢＫにより受け持つため、第１モータ・ジェネレータＭＧ１および第２モータ・ジェネレータＭＧ２と、電気回路との間で流通する電力量が少なくなり、電気損失量の増加を抑制できる。したがって、エンジン２の燃費よりも電機損失量の増加を優先する場合は、固定変速モードを選択することができる。なお、固定変速モードまたは無段変速モードの何れが選択された場合も、動力分配装置４の変速比の制御と並行して、エンジン２の実際のトルクを目標トルクに近づけるために、電子スロットルバルブの開度の制御、点火時期の制御などがおこなわれる。
【００３１】
上記の固定変速モードと無段変速モードとの切り替えに用いるマップの一例が、図５に示されている。この図５のマップでは、加速要求としてアクセル開度を用いている。図５のマップにおいては、予め定められた車速Ｖ１以上の車速であり、かつ、アクセル開度が所定値θ１未満である場合に、固定変速モードが選択される。つまり、高車速であり、かつ、低負荷である場合に、固定変速モードが選択される。このように、固定変速モードが選択された場合、エンジントルクの反力をサンギヤ１６で受け持つため、第１モータ・ジェネレータＭＧ１に電力を供給する制御、または第１モータ・ジェネレータＭＧ１で発電をおこなう制御をおこなう頻度が減少する。つまり、基本的にエンジンパワーを機械的に車輪３に伝達して駆動力を発生させることとなる。したがって、第１モータ・ジェネレータＭＧ１に接続された電気回路内で電気パスが生じることはなく、動力循環を回避できる。言い換えれば、エンジン２から車輪３に至る動力伝達経路において、動力伝達効率が向上する。
【００３２】
これに対して、予め定められた車速Ｖ１未満の車速である場合、または、予め定められた車速Ｖ１以上の車速であり、かつ、アクセル開度が所定値θ１以上である場合は、無段変速モードが選択される。すなわち、低車速であるか、または、高負荷要求がある場合に、無段変速モードが選択される。このように、無段変速モードが選択された場合は、ブレーキＢＫからサンギヤ１６に与えられる制動力が低下され、図４に示すようにサンギヤ１６が回転可能となる。この無段変速モードが選択された場合において、エンジントルクがインプットシャフト１１を経由してキャリヤ１０に入力されると、第１モータ・ジェネレータＭＧ１により反力が受け持たれ、リングギヤ８から出力されたトルクがアウトプットシャフト２１に伝達される。第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転してエンジントルクの反力を受け持つ場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が回生制御され、発生した電力が蓄電装置２８に充電される。これに対して、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転してエンジントルクの反力を受け持つ場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１に電力が供給されて、その第１モータ・ジェネレータＭＧ１が電動機として駆動される。
【００３３】
ところで、蓄電装置２８の充電量が不足している場合、または補機装置２９に電力を供給する場合などのように、発電要求が発生した場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１または第２モータ・ジェネレータＭＧ２により発電をおこなうことが可能である。ここで、無段変速モードが選択されている場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転方向により、第１モータ・ジェネレータＭＧ１または第２モータ・ジェネレータＭＧ２のいずれで発電をおこなうかが決定される。まず、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転する場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が発電制御されて、エンジントルクの反力を受け持つ。これに対して、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転する場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が力行制御されてエンジントルクの反力を受け持つため、第２モータ・ジェネレータＭＧ２で発電をおこなうこととなる。一方、固定変速モードが選択された場合、ブレーキＢＫが係合されて、そのブレーキＢＫにより反力が受け持たれるため、第１モータ・ジェネレータＭＧ１または第２モータ・ジェネレータＭＧ２のいずれでも発電をおこなうことが可能である。そこで、固定変速モードが選択されている場合におこなわれる発電制御の一例を順次説明する。
【００３４】
（制御例１）
まず、制御例１を図１のフローチャートに基づいて説明する。この図１のフローチャートは、アクセルペダルが踏み込まれており（加速要求があり）、かつ、エンジントルクが動力分配装置４およびアウトプットシャフト２１を経由して車輪３に伝達される場合を前提としておこなわれる制御である。まず、固定変速モード（ギヤ比固定モード）が選択されているか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１で肯定的に判断された場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１および第２モータ・ジェネレータＭＧ２の発電特性を示すマップが読み込まれる（ステップＳ２）。ステップＳ２で読み込まれるマップの一例を、図６に示す。
【００３５】
この図６において、縦軸には発電時のエネルギ損失量（例えば、鉄損（渦電流損失）および銅損）が示され、横軸には車速が示されている。そして、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の特性および第２モータ・ジェネレータＭＧ２の特性が線で示されている。図６のマップにおいて、車速Ｖ２以上である場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の方が、第２モータ・ジェネレータＭＧ２よりもエネルギ損失量が小さい。つまり、車速Ｖ２以上である場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の方が、第２モータ・ジェネレータＭＧ２よりも発電効率が高いことになる。これに対して、車速Ｖ２未満である場合は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の方が、第１モータ・ジェネレータＭＧ１よりもエネルギ損失量が小さい。つまり、車速Ｖ２未満である場合は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の方が、第１モータ・ジェネレータＭＧ１よりも発電効率が高いことになる。このように、第１モータ・ジェネレータＭＧ１と第２モータ・ジェネレータＭＧ２とで発電特性が異なる理由は、前述のように、第１モータ・ジェネレータＭＧ１よりも第２モータ・ジェネレータＭＧ２の方が、最大出力および定格が大に構成されているからである。図６に示すマップを読み込むことを、図１では「車速−損失マップ引き」と記載してある。
【００３６】
このステップＳ２についで、第１モータ・ジェネレータＭＧ１で発電をおこなう場合のエネルギ損失量（ＭＧ１損失）が、第２モータ・ジェネレータＭＧ２で発電をおこなう場合のエネルギ損失量（ＭＧ２損失）を越えているか否かが判断される（ステップＳ３）。このステップＳ３で肯定的に判断された場合は、発電用ジェネレータとして、第２モータ・ジェネレータＭＧ２を仮に選択する処理がおこなわれる（ステップＳ４）。このステップＳ４の処理が、図１では「発電用ジェネレータ仮＝ＭＧ２」と記載されている。このステップＳ４についで、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の温度が、ＭＧ２用のしきい値以上、またはインバータ４０の温度が、インバータ用のしきい値以上であるか否かが判断される（ステップＳ５）。このステップＳ５で用いる「ＭＧ２用のしきい値」は、現時点で第２モータ・ジェネレータＭＧ２で発電をおこなうと、第２モータ・ジェネレータＭＧ２がその温度以上になり、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が破損する可能性がある温度を意味しており、車速などを基準として実験的に求められた「ＭＧ２用のしきい値」が電子制御装置３３に記憶されている。またステップＳ５で用いる「インバータ用のしきい値」は、現時点でインバータ４０を電流が流れるとインバータ４０がその温度以上になり、インバータ４０が破損する可能性がある温度を意味しており、実験的に求められた「インバータ用のしきい値」が電子制御装置３３に記憶されている。
【００３７】
このステップＳ５で否定的に判断された場合は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の発電機能が、既に故障しているか（ＭＧ２故障中）否かが判断される（ステップＳ６）。このステップＳ６で否定的に判断された場合は、発電用のジェネレータとして、第２モータ・ジェネレータＭＧ２を正式に決定する処理をおこない（ステップＳ７）、この制御ルーチンを終了する。これに対して、ステップＳ６で肯定的に判断された場合は、発電用のジェネレータとして、第１モータ・ジェネレータＭＧ１を正式に決定する処理をおこない（ステップＳ８）、この制御ルーチンを終了する。このステップＳ８の処理が、図１では「発電用ジェネレータ＝ＭＧ２」と記載されている。
【００３８】
一方、ステップＳ３で否定的に判断された場合は、発電用のジェネレータとして、第１モータ・ジェネレータＭＧ１を仮に決定する処理をおこなう（ステップＳ９）。このステップＳ９の処理が、図１では「発電用ジェネレータ＝ＭＧ１」と記載されている。このステップＳ９についで、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の温度が、ＭＧ１用のしきい値以上、またはインバータ２７の温度が、インバータ用のしきい値以上であるか否かが判断される（ステップＳ１０）。このステップＳ１０で用いる「ＭＧ１用のしきい値」は、現時点で第１モータ・ジェネレータＭＧ１で発電をおこなうと、その第１モータ・ジェネレータＭＧ１がその温度以上になり、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が破損する可能性がある温度を意味しており、実験的に求められた「ＭＧ１用のしきい値」が電子制御装置３３に記憶されている。またステップＳ１０で用いる「インバータ用のしきい値」は、現時点でインバータ２７を電流が流れるとその温度以上になり、インバータ４０が破損する可能性がある温度を意味しており、実験的に求められた「インバータ用のしきい値」が電子制御装置３３に記憶されている。
【００３９】
ステップＳ１０で否定的に判断された場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の発電機能が、既に故障しているか（ＭＧ１故障中）否かが判断される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１で否定的に判断された場合は、発電用のジェネレータとして、第１モータ・ジェネレータＭＧ２を正式に決定する処理をおこない（ステップＳ８）、この制御ルーチンを終了する。このステップＳ８の処理が、図１では「発電用ジェネレータ＝ＭＧ１」と記載されている。これに対して、ステップＳ１１で肯定的に判断された場合は、ステップＳ７に進む。また、ステップＳ１０で肯定的に判断された場合は、ステップＳ６に進む。なお、ステップＳ５で肯定的に判断された場合は、ステップＳ１１に進む。さらに、ステップＳ１で否定的に判断された場合は、通常時制御を実行し（ステップＳ１２）、この制御ルーチンを終了する。この通常時制御では、エンジントルクを受け持つ第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転する場合は、その第１モータ・ジェネレータＭＧ１で発電をおこなう。これに対して、エンジントルクを受け持つ第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転し、かつ、力行制御する場合は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２で発電をおこなう。以上のように、制御例１によれば、補機装置２９に電力を供給するような発電要求が発生した場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１または第２モータ・ジェネレータＭＧ２のうち、発電効率が高い方を用いて発電をおこなうことができる。したがって、エネルギ損失量が減少し、エンジン２の燃費の低下を抑制できる。また、発電をおこなうとモータ・ジェネレータやインバータが破損する可能性がある場合、あるいは、既にモータ・ジェネレータやインバータが故障している場合は、他のモータ・ジェネレータおよびインバータを用いて発電をおこなうことができる。
【００４０】
（制御例２）
つぎに、発電制御例２を、図７のフローチャートに基づいて説明する。この制御例２は、単独で実行してもよいし、制御例１と組み合わせて実行してもよい。この制御例２も、アクセルペダルが踏み込まれ、かつ、エンジントルクがアウトプットシャフト２１に伝達されていることを前提として実行される。まず、固定変速モード（ギヤ比固定モード）が選択されているか否かが判断される（ステップＳ２１）。このステップＳ２１で肯定的に判断された場合は、発電要求があるか否かが判断される（ステップＳ２２）。このステップＳ２２で肯定的に判断された場合は、発電用ジェネレータとして、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が正式に決定されたか否かが判断される（ステップＳ２３）。このステップＳ２３で肯定的に判断された場合は、クラッチ機構３５のトルク容量が低下され（ステップＳ２４）、この制御ルーチンを終了する。このステップＳ２４の処理が、図７では「クラッチ機構解放」と記載されている。このステップＳ２４の制御により、ロータ１４とサンギヤ７との間における動力伝達経路が遮断される。このため、エンジン２の動力の一部を第２モータ・ジェネレータＭＧ２に伝達し、その第２モータ・ジェネレータＭＧ２で発電をおこなう場合に、エンジン２の動力の一部が、第１モータ・ジェネレータＭＧ１のロータ１４の空転（連れ回り）に消費されることを防止でき、発電効率が一層向上する。
【００４１】
一方、ステップＳ２２で否定的に判断された場合は、ステップＳ２４に進む。また、ステップＳ２３で否定的に判断された場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１で発電をおこなうため、クラッチ機構３５のトルク容量を高め（ステップＳ２５）、この制御ルーチンを終了する。このステップＳ２５の処理が、図７では「クラッチ機構係合」と記載されている。このステップＳ２５の制御により、サンギヤ７とロータ１４との間の動力伝達経路が接続され、エンジン２の動力の一部が第１モータ・ジェネレータＭＧ１のロータ１４に伝達される。なお、ステップＳ２１で否定的に判断された場合も、ステップＳ２５に進み、第１モータ・ジェネレータＭＧ１により、エンジントルクの反力が受け持たれる。
【００４２】
この具体例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、エンジン２が、この発明の駆動力源に相当し、一体回転するように連結されたキャリヤ１０およびリングギヤ１７、一体回転するように連結されたキャリヤ２０およびリングギヤ８、サンギヤ７、サンギヤ１６が、この発明における複数の回転要素に相当し、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が、この発明の第１発電機に相当し、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が、この発明の第２発電機に相当し、クラッチ機構３５が、この発明における動力断続装置に相当する。また、上記の動力分配装置４においては、リングギヤ８とアウトプットシャフト２１とが動力伝達可能に、具体的には一体回転するように連結されており、キャリヤ１０とエンジン２とが動力伝達可能に連結されている。したがって、動力分配装置４の変速比が、この発明における「駆動力源と駆動軸との間の回転速度比」と等価の値となる。
【００４３】
また、図１に示された機能的手段と、この発明の対応関係を説明すると、ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６を経由してステップＳ７に進むルーチン、およびステップＳ１，Ｓ３，Ｓ９，Ｓ１１を経由してステップＳ８に進むルーチンが、この発明における発電制御手段に相当する。また、図７のステップＳ２３，Ｓ２４が、この発明における遮断手段に相当する。なお、図２に示された動力分配装置４を、２組の遊星ローラ機構で構成することも可能である。すなわち、各サンギヤをサンローラとし、リングギヤをリングローラとし、ピニオンギヤをピニオンローラとする構成である。このように、２組の遊星ローラ機構を用いる場合、作動油のせん断力によるトラクション伝動がおこなわれる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明のハイブリッド車の制御装置でおこなわれる制御例１を示すフローチャートである。
【図２】この発明を適用したハイブリッド車のパワートレーンおよび御系統を示す概念図である。
【図３】図２に示された動力分配装置を固定変速モードにより制御する場合における回転要素の状態を示す共線図である。
【図４】図２に示された動力分配装置を無段変速モードにより制御する場合における回転要素の状態を示す共線図である。
【図５】図２に示された動力分配装置の制御に用いるマップの一例を示す図である。
【図６】図１のフローチャートにおいて、第１モータ・ジェネレータおよび第２モータ・ジェネレータの発電特性を比較するために用いるマップの一例である。
【図７】この発明のハイブリッド車の制御装置でおこなわれる制御例２を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１…車両、 ２…エンジン、 ７，１６…サンギヤ、 ８…リングギヤ、 １０，２０…キャリヤ、 ３５…クラッチ機構、 ＭＧ１…第１モータ・ジェネレータ、 ＭＧ２…第２モータ・ジェネレータ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動力分配装置の反力部材および出力部材に、共に発電機が接続されている構成のハイブリッド車の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料の燃焼によりトルクを出力するエンジンと、電力の供給によりトルクを出力するモータ・ジェネレータとを搭載し、エンジンおよびモータ・ジェネレータのトルクを車輪に伝達することのできるハイブリッド車が提案されている。このようなハイブリッド車においては、各種の条件に基づいて、エンジンおよびモータ・ジェネレータの駆動・停止を制御することにより、燃費の向上および騒音の低減および排気ガスの低減を図ることができるものとされている。
【０００３】
上記のように、複数種類の駆動力源を搭載したハイブリッド車の一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたハイブリッド車においては、エンジンのクランクシャフトが動力分配装置に連結されている。この動力分配装置は、第１遊星歯車機構および第２遊星歯車機構を有している。第１遊星歯車機構は、同軸上に配置された大サンギヤおよびリングギヤと、大サンギヤおよびリングギヤに噛合された大ピニオンギヤを支持するキャリヤとを有している。また、第２遊星歯車機構は、小サンギヤと、小サンギヤに噛合された小ピニオンギヤとを有している。小サンギヤと大サンギヤとが一体回転するように連結されてステップドピニオン機構となっている。つまり、小サンギヤおよび大ピニオンギヤが共にキャリヤにより、自転、かつ、公転可能に支持されている。そして、キャリヤが、入力軸を介してエンジンに動力伝達可能に接続され、大サンギヤが、第１モータ・ジェネレータのロータに接続されている。また、小サンギヤの回転・停止を制御するブレーキが設けられている。さらに、リングギヤには、動力分配装置の出力軸が接続されている。この出力軸が駆動輪に接続されている。また、出力軸には第２モータ・ジェネレータが接続されている。
【０００４】
上記の動力分配装置は、入力軸と出力軸との間の変速比を無段階に制御可能な変速機であり、具体的には、無段変速状態とオーバードライブ状態とを切り替え可能である。ブレーキが解放された場合が無段変速状態であり、この無段変速状態でエンジントルクがキャリヤに入力されると、大サンギヤが反力部材となり、出力軸にトルクが伝達される。このとき、第１モータ・ジェネレータで回生制御（発電制御）または力行制御をおこなって、エンジントルクの反力を受け持つと共に、第１モータ・ジェネレータの回転数を制御することにより、動力分配装置の変速比を無段階に制御可能であり、かつ、その変速比を１未満、または１以上のいずれにも設定可能である。これに対して、ブレーキが係合されると、動力分配機構の変速比が「１」よりも小さい状態、つまり、オーバードライブ状態となる。このオーバードライブ状態でエンジントルクがキャリヤに入力されると、小サンギヤが反力部材となり、リングギヤからトルクが出力される。
【０００５】
このようにして、エンジントルクが動力分配装置の出力軸に伝達され、そのトルクが駆動輪に伝達される。また、第２モータ・ジェネレータを電動機として駆動させ、そのトルクを駆動輪に伝達して駆動力を補助することも可能である。一方、エンジンから出力軸に伝達された動力の一部を第２モータ・ジェネレータに伝達し、第２モータ・ジェネレータで発電をおこなうことも可能である。なお、複数の駆動力源としてエンジンおよびモータ・ジェネレータが搭載されており、そのモータ・ジェネレータで発電をおこなうことの可能なハイブリッド車の制御装置の一例が、特許文献２にも記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４５５２７号公報
【特許文献２】特開平７−７５２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載されている第２モータ・ジェネレータは、車輪に伝達するトルクをアシストする機能を有するものであるため、大電力および大出力仕様に設計された体格が大きな装置である。このため、動力分配装置がオーバードライブ状態である場合のように、動力分配装置の出力要素が高回転数である条件で発電要求が発生した場合に、第２モータ・ジェネレータで発電をおこなうと、効率が低い発電となる恐れがあった。
【０００８】
この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、発電機の発電効率を高めることの可能なハイブリッド車の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、車輪に伝達する動力を発生する駆動力源と、前記車輪と動力伝達可能に接続された駆動軸と、運動エネルギを電気エネルギに変換する第１発電機と、差動回転可能な複数の回転要素を有し、かつ、複数の回転要素のうちの３つの回転要素が前記駆動力源および前記第１発電機および前記駆動軸に別個に動力伝達可能に連結された動力分配装置とを有するとともに、前記駆動力源と前記駆動軸との間の回転速度比を無段階に変化させる無段変速モードと、前記複数の回転要素のうち、前記駆動力源および前記第１発電機および前記駆動軸のいずれにも接続されていない回転要素の回転を阻止することにより、前記回転速度比を固定する固定変速モードとを、切り替え可能に構成されているハイブリッド車の制御装置において、前記駆動軸に動力伝達可能に接続された第２発電機を有し、
前記駆動力源と前記駆動軸との間の回転速度比を制御するモードとして固定変速モードが選択されている場合は、前記第１発電機または第２発電機のうち、発電効率が高い方の発電機で発電をおこなう発電制御手段を備えていることを特徴とする。また、前記第１発電機と、この第１発電機に接続された回転要素との間における動力伝達経路を接続・遮断する動力断続装置が設けられていてもよい。さらに、前記第２発電機で発電をおこなう場合は、前記動力断続装置を制御することにより、前記第１発電機と、この第１発電機に接続された回転要素との間における動力伝達経路を遮断する遮断手段を備えていてもよい。さらにまた、前記第２発電機は、前記車輪に伝達する動力を発生する電動機としての機能を兼備した発電・電動機で構成されており、前記第２発電機の最大出力は前記第１発電機の最大出力よりも高く構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
このハイブリッド車の制御装置によれば、駆動力源と駆動軸の間の回転速度比を制御するモードとして、回転速度比が固定される固定変速モードと、回転速度比を無段階に変更可能な無段変速モードとを切り替え可能である。そして、固定変速モードが選択された場合は、発電効率が高い方の発電機で発電がおこなわれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明において、駆動力源は車輪に伝達する動力を発生する動力装置であり、駆動力源としては、エンジン、電動機、油圧モータ、フライホイールシステムなどのうちの少なくとも１つを用いることが可能である。この発明において、動力分配装置は、差動回転可能な複数の回転要素、例えば、４つの回転要素を有しており、いずれかの回転要素が入力要素であり、いずれかの回転要素が出力要素であり、残りの２つの回転要素が、選択的に反力要素となる。そして、入力要素が駆動力源に連結され、出力要素が駆動軸に連結される。さらに、反力要素となる一方の回転要素に発電機が接続され、反力要素となる他方の回転要素の回転を阻止することが可能である。動力分配装置としては、例えば、遊星機構を用いた無段変速機を用いることができる。遊星機構としては、歯車の噛み合い力により動力伝達をおこなう遊星歯車機構、または作動油のせん断力でトラクション伝動により動力伝達をおこなう遊星ローラ機構を用いることが可能である。さらに、第１の回転要素ないし第４の回転要素は、動力を伝達する機能を備えた要素であり、具体的には、ギヤ、キャリヤ、コネクティングドラム、回転軸、ローラなどの要素が含まれる。
【００１２】
さらに、発電機として第１発電機および第２発電機が設けられており、駆動力源の動力が車輪に伝達されるとともに、その動力の一部が発電機に伝達されて、運動エネルギが電気エネルギに変換される。第１発電機および第２発電機は、その発電機能が異なる。具体的には、予め定められた回転数以上で発電する場合の発電効率は、第２発電機よりも第１発電機の方が高い特性を有する。さらに、第１発電機および第２発電機は、発電機としての機能に加えて、電動機としての機能をも兼備したモータ・ジェネレータを用いることが可能である。また、動力断続装置は、第１発電機と回転要素との間の動力伝達経路におけるトルク容量を制御する装置であり、具体的にはクラッチ機構を用いることができる。このクラッチ機構としては、摩擦力によりトルク容量を確保する摩擦式クラッチ、係合力によりトルク容量を確保する噛み合い式クラッチなどを用いることができる。また、クラッチ機構の動作部材を動作させるアクチュエータとしては、油圧アクチュエータまたは電磁アクチュエータを用いることが可能である。さらに、駆動力源の動力が前輪、または後輪のいずれか一方に伝達されるように構成された二輪駆動車、または、駆動力源の動力が、前輪および後輪の両方に伝達されるように構成された四輪駆動車のいずれであってもよい。
【００１３】
つぎに、この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図２は、この発明の一実施形態であるＦ・Ｒ（フロントエンジン・リヤドライブ；エンジン前置き後輪駆動）形式のハイブリッド車（以下、「車両」と略記する）の概略構成図である。図２において、車両１は、駆動力源としてのエンジン２を有している。エンジン２としては内燃機関、具体的にはガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどを用いることができる。この実施例では、エンジン２として、トルク制御装置、例えば、電子スロットルバルブ、燃料噴射量制御装置、点火時期制御装置などを有するガソリンエンジンが用いられているものとする。エンジン２から車輪（後輪）３に至る動力伝達経路に動力分配装置４が設けられている。車両１のフロアー（図示せず）の空間にはケーシング５が配置されており、そのケーシング５内に動力分配装置４が配置されている。
【００１４】
そして、動力分配装置４は２組の遊星歯車機構を有している。まず、第１遊星歯車機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構である。すなわち、第１遊星歯車機構６は、同軸上に配置されたサンギヤ７およびリングギヤ８と、サンギヤ７およびリングギヤ８に噛合するピニオンギヤ９を、自転、かつ公転可能に保持したキャリヤ１０とを有している。キャリヤ１０が動力分配装置４の入力部材である。そして、キャリヤ１０にはインプットシャフト１１が動力伝達可能に連結、具体的には一体回転するように連結されており、そのインプットシャフト１１とエンジン２のクランクシャフト１２とが、動力伝達可能に接続されている。クランクシャフト１２とインプットシャフト１１との間の動力伝達経路には、ダンパ機構、トルクリミッタ機構、クラッチ機構などを設けることも可能である。ダンパ機構は、トルク変動を吸収する機構であり、トルクリミッタは、伝達されるトルクを設定トルク以下に制限する機構であり、クラッチ機構はトルク容量を制御する機構である。
【００１５】
図２の具体例では、インプットシャフト１１およびクランクシャフト１２の回転軸線（図示せず）が、車両１の前後方向に沿って配置されている。さらに、ケーシング５の内部には、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が設けられている。インプットシャフト１１の回転軸線に沿った方向で、エンジン２と第１遊星歯車機構６との間に第１モータ・ジェネレータＭＧ１が配置されている。この第１モータ・ジェネレータＭＧ１は、エンジントルクの反力を受け持つ反力発生装置として設けられている。この第１モータ・ジェネレータＭＧ１は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能（電動機としての機能）と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能（発電機としての機能）とを兼備している。第１モータ・ジェネレータＭＧ１は、ステータ１３およびロータ１４を有しており、ステータ１３はケーシング５に固定されている。ステータ１３は、電磁鋼板を積層し、かつ、通電用コイルを巻いて構成されている。また、ロータ１４とサンギヤ７との間に形成された動力伝達経路には、クラッチ機構３５が設けられている。このクラッチ機構３５は、ロータ１４とサンギヤ７との間で伝達されるトルク容量を制御する機構である。このクラッチ機構３５としては、例えば、摩擦式クラッチまたは噛み合い式クラッチなどを用いることが可能である。さらに、クラッチ機構３５の一部を構成する動作部材を動作させるアクチュエータ３６が設けられており、このアクチュエータ３６としては油圧式アクチュエータまたは電磁式アクチュエータを用いることが可能である。
【００１６】
動力分配装置４を構成する第２遊星歯車機構１５は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構である。すなわち、第２遊星歯車機構１５は、同軸上に配置されたサンギヤ１６およびリングギヤ１７と、サンギヤ１６に噛合する第１ピニオンギヤ１８と、リングギヤ１７および第１ピニオンギヤ１８に噛合する第２ピニオンギヤ１９と、第１ピニオンギヤ１８および第２ピニオンギヤ１９を、自転、かつ公転可能に保持したキャリヤ２０とを有している。そして、キャリヤ２０とリングギヤ８とが一体回転するように連結され、リングギヤ１７とキャリヤ１０とが一体回転するように連結されている。そして、キャリヤ２０と一体回転するアウトプットシャフト２１が設けられている。このアウトプットシャフト２１は、動力分配装置４から出力されたトルクを車輪３に伝達する要素であり、インプットシャフト１１とアウトプットシャフト２１とが同軸上に配置されている。さらに、回転軸線に沿った方向で、第１モータ・ジェネレータＭＧ１と第２遊星歯車機構１５との間に第１遊星歯車機構６が配置されている。さらに、サンギヤ１６に制動力を与えるブレーキＢＫが設けられている。このブレーキＢＫとしては、摩擦ブレーキ、または噛み合いブレーキを用いることが可能である。そのブレーキＢＫの動作を制御するアクチュエータ３２としては、電磁式アクチュエータまたは油圧式アクチュエータのいずれを用いてもよい。
【００１７】
一方、アウトプットシャフト２１は終減速機２２に接続されており、終減速機２２にはアクスルシャフト３０を介して車輪３が接続されている。終減速機２２は、アウトプットシャフト２１の回転数よりも、アクスルシャフト３０の回転数を低下させるように、その減速比が決定されている。また、回転軸線に沿った方向で第２遊星歯車機構１５と終減速機２２との間には、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が配置されている。この第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、ケーシング５の内部またはケーシング５の外部のいずれに配置されていてもよい。この第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、車輪３に伝達するトルクを発生させる第２駆動力源としての役割と、後述する蓄電装置に充電する電力を発生する発電機としての役割とを有している。この役割を満足するために、第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備している。第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、ステータ２３およびロータ２４を有している。ステータ２３は、電磁鋼板を積層し、かつ、通電用のコイルを巻いて構成されている。さらに、回転軸線に沿った方向で第２モータ・ジェネレータＭＧ２との間には、変速機３７が配置されている。
【００１８】
この変速機３７は、ケーシング５の内部またはケーシング５の外部のいずれに配置されていてもよい。この変速機３７は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２のロータ２４と、アウトプットシャフト２１とを動力伝達可能に接続するものである。さらに、変速機３７は、入力要素３８および出力要素３９を有しているとともに、その入力要素３８と出力要素３９との間の変速比を変更可能に構成されている。変速機３７の変速比は、入力要素３８の回転数を出力要素３９の回転数で除して求められる。この変速機３７は、変速比を段階的に変更可能な有段変速機、または、変速比を無段階に変更可能な無段変速機のいずれでもよい。また、変速機３７の変速比は、「１」以上の値で変更可能に構成されている。この変速機３７として、有段変速機を用いる場合、選択歯車式変速機、遊星歯車式変速機を採用することが可能である。これに対して、変速機３７として、無段変速機を用いる場合、トロイダル型無段変速機、ベルト式無段変速機を採用することが可能である。そして、入力要素３８がロータ２４と動力伝達可能に接続され、出力要素３９がアウトプットシャフト２１と動力伝達可能に接続されている。なお、入力要素３８および出力要素３９は、共に動力伝達をおこなう回転要素であり、変速機３７の構造や種類に応じて、回転軸、ギヤ、プーリ、スプロケット、チェーン、ベルトなどの要素が選択される。
【００１９】
さらに、第１モータ・ジェネレータＭＧ１および第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、いずれもロータが回転運動をおこなうものであり、各モータ・ジェネレータは直流型または交流型のいずれでもよい。この具体例では、３相交流型のモータ・ジェネレータを用いる場合について説明する。また、第１モータ・ジェネレータＭＧ１はインバータ２７を介して蓄電装置２８に接続され、第２モータ・ジェネレータＭＧ２はインバータ４０を介して蓄電装置２８に接続されている。インバータ２７，４０は直流電力を交流電力に変換する装置である。蓄電装置２８としては、キャパシタまたはバッテリを用いることが可能である。このように、各モータ・ジェネレータと蓄電装置２８との間で、電力の授受をおこなう電気回路が形成されている。なお、蓄電装置２８に加えて燃料電池を設け、その燃料電池から各モータ・ジェネレータに電力を供給する回路を設けてもよい。燃料電池は、酸素と水素とを反応させて起電力を発生させる装置である。また、蓄電装置２８から補機装置２９に電力を供給することが可能に構成されている。補機装置２９とは、車両１に搭載され、かつ、車両１の走行に用いられる動力を発生する装置以外の装置であり、補機装置２９を駆動もしくは作動させるため、および補機装置２９で機能を発揮させるために、電力が用いられる。補機装置２９には、例えば、照明装置、ワイパ、空調装置、音響装置、パワーウィンドなどが含まれる。なお、各モータ・ジェネレータ同士の間に、蓄電装置２８を経由することなく、電力の授受を可能とする電気回路を形成することも可能である。
【００２０】
さらに、第１モータ・ジェネレータＭＧ１と第２モータ・ジェネレータＭＧ２とを比較すると、その役割が異なるため、出力特性および発電特性が異なる。第１モータ・ジェネレータＭＧ１は主として反力トルクを受け持つ役割を果たすものであるのに対して、第２モータ・ジェネレータＭＧ２は車輪３に伝達するトルクを発生駆動力源であるため、第１モータ・ジェネレータＭＧ１よりも第２モータ・ジェネレータＭＧ２の方が最大出力および定格が大である。最大出力とは、トルク×回転数の上限値であり、定格とは、各モータ・ジェネレータの使用限度であり、この定格には、電圧・回転数・通電時の周波数などが含まれる。第１モータ・ジェネレータＭＧ１と、第２モータ・ジェネレータＭＧ２との構造上は、電磁鋼板の厚さおよび積層枚数、コイルの巻き数などが異なる。このような特性の相違に基づいて、予め定められた回転数（所定の高回転数）以上で発電する場合における発電効率は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２よりも第１モータ・ジェネレータＭＧ１の方が高い。
【００２１】
さらに、車両１の制御系統について説明すると、コントローラとしての電子制御装置３３が設けられており、電子制御装置３３には、エンジン回転数、各モータ・ジェネレータの回転数、車速、蓄電装置２８の充電量、補機装置２９における負荷、モータ・ジェネレータに対する発電要求、車両１における加速要求、車両１における制動要求、シフトポジションなどの信号が入力される。この電子制御装置３３からは、クラッチ３５を制御する信号、ブレーキＢＫを制御する信号、エンジン２を制御する信号、各モータ・ジェネレータを制御する信号が出力される。エンジン２を制御する信号には、エンジン２の停止・運転を制御する信号、エンジン回転数を制御する信号、エンジントルクを制御する信号が含まれる。モータ・ジェネレータを制御する信号には、モータ・ジェネレータを力行制御または回生制御させる信号、モータ・ジェネレータの回転数を制御する信号、モータ・ジェネレータのトルクを制御する信号が含まれる。クラッチ３５を制御する信号には、サンギヤ７とロータ１４との間における伝達トルクを制御する信号、ブレーキＢＫを制御する信号には、ブレーキＢＫからサンギヤ１６に与える制動力を制御する信号が含まれる。
【００２２】
つぎに、図２に示された車両１における動力の伝達原理を説明する。エンジン２が運転されて、そのエンジントルクが、インプットシャフト１１およびキャリヤ１０に伝達される。このキャリヤ１０は動力分配装置４の入力部材であり、エンジントルクの反力が反力発生装置により受け持たれて、動力分配装置４の出力部材であるキャリヤ２０からトルクが出力される。動力分配装置４を制御するモードとして、固定変速モードおよび無段変速モードを選択的に切り替え可能である。図３および図４の共線図は、動力分配装置４を構成する要素同士、およびその要素に連結された回転要素同士の位置関係および回転状態を示すものである。図３および図４において、「停止」は回転要素が停止することを示し、「正」は回転要素が正方向に回転することを示し、「逆」は回転要素が逆方向に回転することを示す。なお、正方向とは、エンジン２のクランクシャフト１２の回転方向と同じ回転方向である。図３および図４の共線図において、第１遊星歯車機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構であるため、サンギヤ７とリングギヤ８との間にキャリヤ１０が配置されている。
【００２３】
これに対して、第２遊星歯車機構１５は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構であるため、サンギヤ１６とキャリヤ２０との間にリングギヤ１７が配置されている。また、キャリヤ１０とリングギヤ１７とが一体回転するように連結されているため、図３および図４の共線図上で、キャリヤ１０およびリングギヤ１７が同じ位置に示されている。また、キャリヤ２０とリングギヤ８とが一体回転するように連結されているため、図３および図４の共線図上で、キャリヤ２０およびリングギヤ８が同じ位置に示されている。さらに、図３および図４の共線図上において、サンギヤ７とリングギヤ８との間にサンギヤ１６が配置され、このサンギヤ１６とリングギヤ８との間に、キャリヤ１０が配置されている。この図３および図４に示すように、動力分配装置４は、相互に差動回転可能な４個の回転要素を有している。さらに、第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、変速機３７を介してアウトプットシャフト２１に接続されているが、図３および図４においては、便宜上、キャリヤ２０と同じ位置に（ＭＧ２）として示してある。
【００２４】
まず、固定変速モードが選択された場合はブレーキＢＫの制動力が高められて、図３に示すようにサンギヤ１６が固定（停止）される。また、動力分配装置４は、機構上、キャリヤ２０およびリングギヤ８が一体回転するように連結され、かつ、リングギヤ１７およびキャリヤ１０が一体回転するように連結されている。このため、エンジントルクがインプットシャフト１１を経由してキャリヤ１０およびリングギヤ１７に入力されると、ブレーキＢＫおよびサンギヤ１６により反力が受け持たれ、キャリヤ２０からトルクが出力される。このキャリヤ２０のトルクは、アウトプットシャフト２１および終減速機２２およびアクスルシャフト３０を経由して車輪３に伝達されて、駆動力が発生する。
【００２５】
そして、エンジン回転数を制御することにより、動力分配装置４の入力回転数と出力回転数との間の変速比を、無段階（連続的）に変更可能である。また、固定変速モードが選択された場合はサンギヤ１６が固定されるため、動力分配装置４の変速比は「１」未満に限定される。すなわち、動力分配装置４が増速機として機能するため、動力分配装置４への入力トルクよりも、動力分配装置４から出力されるトルクの方が低くなる。また、固定変速モードが選択されるとともに、エンジン回転数が正である場合は、エンジントルクにより第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転される。この場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１では回生制御（発電制御）をおこなうか、または回生制御をおこなうことなくロータ１４を空転させることが可能である。さらに、第２モータ・ジェネレータＭＧ２では、アウトプットシャフト２１の動力で回生制御（発電制御）をおこなうか、または第２モータ・ジェネレータＭＧ２に電力を供給して、第２モータ・ジェネレータＭＧ２を電動機として駆動することも可能である。さらにまた、固定変速モードが選択された場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転数よりも、キャリヤ２０の回転数の方が高い。さらにまた、変速機３７の変速比は「１」以上に設定されるため、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数は、アウトプットシャフト２１の回転数以上となる。このため、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が力行制御され、かつ、変速機３７の変速比が「１」よりも大である場合、第２モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクが増幅されてアウトプットシャフト２１に伝達される。なお、クラッチ機構３５が係合されている場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転数よりも第２モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数の方が、常に高い。
【００２６】
これに対して、無段変速モードが選択された場合は、ブレーキＢＫからサンギヤ１６に与えられる制動力が低下され、図４に示すようにサンギヤ１６が回転可能となる。この無段変速モードが選択された場合において、エンジントルクがインプットシャフト１１を経由してキャリヤ１０に入力されると、第１モータ・ジェネレータＭＧ１により反力が受け持たれ、リングギヤ８から出力されたトルクがアウトプットシャフト２１に伝達される。第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転してエンジントルクの反力を受け持つ場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が回生制御され、発生した電力が蓄電装置２８に充電される。これに対して、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転してエンジントルクの反力を受け持つ場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１に電力が供給されて、その第１モータ・ジェネレータＭＧ１が電動機として駆動される。
【００２７】
また、無段変速モードが選択された場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転数を制御することにより、動力分配装置４の入力回転数と出力回転数との間の変速比を、無段階（連続的）に変更可能である。さらに、無段変速モードが選択された場合、動力分配装置４の変速比として「１」未満、または「１」以上のいずれをも選択可能である。動力分配装置４の変速比が「１」を越える場合、動力分配装置４は減速機として機能し、動力分配装置４でトルクの増幅がおこなわれる。動力分配装置４の変速比が「１」未満である場合が、図４に破線で示されている。これに対して、動力分配装置４の変速比が「１」を越えている場合が、図４に一点鎖線で示されている。図４の共線図では、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転である場合が示されているが、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転する場合、または停止する場合もある。さらに、図４に実線で示すすように、動力分配装置４の変速比を「１」に制御することも可能である。
【００２８】
さらに、固定変速モードまたは無段変速モードの何れが選択されている場合においても、第２モータ・ジェネレータＭＧ２に電力を供給して電動機として駆動させ、その第２モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクを、変速機３７を経由させてアウトプットシャフト２１に伝達することが可能である。なお、第２モータ・ジェネレータＭＧ２に電力を供給して電動機として駆動させ、その第２モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクをアウトプットシャフト２１に伝達する場合、エンジン２に燃料が供給されていてもよいし、エンジン２への燃料の供給が停止されていてもよい。この「エンジン２への燃料の供給が停止されている」には、エンジン２が空転する場合と、エンジン２が停止している場合とが含まれる。さらに、固定変速モードまたは無段変速モードの何れが選択されている場合においても、エンジン２からアウトプットシャフト２１に伝達される動力の一部を、第２モータ・ジェネレータＭＧ２に伝達して発電をおこない、発生した電力を蓄電装置２８に充電するか、またはその電力を第１モータ・ジェネレータＭＧ１に供給することが可能である。
【００２９】
つぎに、動力分配装置４を制御するモードを選択する条件について説明する。動力分配装置４を制御するモードは、エンジン２の燃費、およびエンジン２から車輪３に至る動力伝達経路における動力の伝達効率などに基づいて決定される。まず、エンジン２の燃費について説明する。車両１では、車速およびアクセル開度に基づいて、車両１に対する要求駆動力が求められ、その要求駆動力に基づいて、エンジン２の目標出力および第２モータ・ジェネレータＭＧ２の目標出力が求められる。エンジン２の目標出力に基づいてエンジン出力を制御する場合、基本的には、エンジン２の運転状態が、燃費最適燃線に沿ったものとなるように、エンジン２の目標回転数およびエンジンの目標トルクを求めることが可能である。図３および図４の共線図に基づいて説明したように、無段変速モードが選択された場合は、固定変速モードが選択された場合に比べて、動力分配装置４の変速比の制御範囲が広い。したがって、エンジン２の燃費を優先する場合は無段変速モードが選択される。
【００３０】
これに対して、図３の共線図で説明したように、固定変速モードが選択された場合は、エンジントルクの反力をブレーキＢＫにより受け持つため、第１モータ・ジェネレータＭＧ１および第２モータ・ジェネレータＭＧ２と、電気回路との間で流通する電力量が少なくなり、電気損失量の増加を抑制できる。したがって、エンジン２の燃費よりも電機損失量の増加を優先する場合は、固定変速モードを選択することができる。なお、固定変速モードまたは無段変速モードの何れが選択された場合も、動力分配装置４の変速比の制御と並行して、エンジン２の実際のトルクを目標トルクに近づけるために、電子スロットルバルブの開度の制御、点火時期の制御などがおこなわれる。
【００３１】
上記の固定変速モードと無段変速モードとの切り替えに用いるマップの一例が、図５に示されている。この図５のマップでは、加速要求としてアクセル開度を用いている。図５のマップにおいては、予め定められた車速Ｖ１以上の車速であり、かつ、アクセル開度が所定値θ１未満である場合に、固定変速モードが選択される。つまり、高車速であり、かつ、低負荷である場合に、固定変速モードが選択される。このように、固定変速モードが選択された場合、エンジントルクの反力をサンギヤ１６で受け持つため、第１モータ・ジェネレータＭＧ１に電力を供給する制御、または第１モータ・ジェネレータＭＧ１で発電をおこなう制御をおこなう頻度が減少する。つまり、基本的にエンジンパワーを機械的に車輪３に伝達して駆動力を発生させることとなる。したがって、第１モータ・ジェネレータＭＧ１に接続された電気回路内で電気パスが生じることはなく、動力循環を回避できる。言い換えれば、エンジン２から車輪３に至る動力伝達経路において、動力伝達効率が向上する。
【００３２】
これに対して、予め定められた車速Ｖ１未満の車速である場合、または、予め定められた車速Ｖ１以上の車速であり、かつ、アクセル開度が所定値θ１以上である場合は、無段変速モードが選択される。すなわち、低車速であるか、または、高負荷要求がある場合に、無段変速モードが選択される。このように、無段変速モードが選択された場合は、ブレーキＢＫからサンギヤ１６に与えられる制動力が低下され、図４に示すようにサンギヤ１６が回転可能となる。この無段変速モードが選択された場合において、エンジントルクがインプットシャフト１１を経由してキャリヤ１０に入力されると、第１モータ・ジェネレータＭＧ１により反力が受け持たれ、リングギヤ８から出力されたトルクがアウトプットシャフト２１に伝達される。第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転してエンジントルクの反力を受け持つ場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が回生制御され、発生した電力が蓄電装置２８に充電される。これに対して、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転してエンジントルクの反力を受け持つ場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１に電力が供給されて、その第１モータ・ジェネレータＭＧ１が電動機として駆動される。
【００３３】
ところで、蓄電装置２８の充電量が不足している場合、または補機装置２９に電力を供給する場合などのように、発電要求が発生した場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１または第２モータ・ジェネレータＭＧ２により発電をおこなうことが可能である。ここで、無段変速モードが選択されている場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転方向により、第１モータ・ジェネレータＭＧ１または第２モータ・ジェネレータＭＧ２のいずれで発電をおこなうかが決定される。まず、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転する場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が発電制御されて、エンジントルクの反力を受け持つ。これに対して、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転する場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が力行制御されてエンジントルクの反力を受け持つため、第２モータ・ジェネレータＭＧ２で発電をおこなうこととなる。一方、固定変速モードが選択された場合、ブレーキＢＫが係合されて、そのブレーキＢＫにより反力が受け持たれるため、第１モータ・ジェネレータＭＧ１または第２モータ・ジェネレータＭＧ２のいずれでも発電をおこなうことが可能である。そこで、固定変速モードが選択されている場合におこなわれる発電制御の一例を順次説明する。
【００３４】
（制御例１）
まず、制御例１を図１のフローチャートに基づいて説明する。この図１のフローチャートは、アクセルペダルが踏み込まれており（加速要求があり）、かつ、エンジントルクが動力分配装置４およびアウトプットシャフト２１を経由して車輪３に伝達される場合を前提としておこなわれる制御である。まず、固定変速モード（ギヤ比固定モード）が選択されているか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１で肯定的に判断された場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１および第２モータ・ジェネレータＭＧ２の発電特性を示すマップが読み込まれる（ステップＳ２）。ステップＳ２で読み込まれるマップの一例を、図６に示す。
【００３５】
この図６において、縦軸には発電時のエネルギ損失量（例えば、鉄損（渦電流損失）および銅損）が示され、横軸には車速が示されている。そして、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の特性および第２モータ・ジェネレータＭＧ２の特性が線で示されている。図６のマップにおいて、車速Ｖ２以上である場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の方が、第２モータ・ジェネレータＭＧ２よりもエネルギ損失量が小さい。つまり、車速Ｖ２以上である場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の方が、第２モータ・ジェネレータＭＧ２よりも発電効率が高いことになる。これに対して、車速Ｖ２未満である場合は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の方が、第１モータ・ジェネレータＭＧ１よりもエネルギ損失量が小さい。つまり、車速Ｖ２未満である場合は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の方が、第１モータ・ジェネレータＭＧ１よりも発電効率が高いことになる。このように、第１モータ・ジェネレータＭＧ１と第２モータ・ジェネレータＭＧ２とで発電特性が異なる理由は、前述のように、第１モータ・ジェネレータＭＧ１よりも第２モータ・ジェネレータＭＧ２の方が、最大出力および定格が大に構成されているからである。図６に示すマップを読み込むことを、図１では「車速−損失マップ引き」と記載してある。
【００３６】
このステップＳ２についで、第１モータ・ジェネレータＭＧ１で発電をおこなう場合のエネルギ損失量（ＭＧ１損失）が、第２モータ・ジェネレータＭＧ２で発電をおこなう場合のエネルギ損失量（ＭＧ２損失）を越えているか否かが判断される（ステップＳ３）。このステップＳ３で肯定的に判断された場合は、発電用ジェネレータとして、第２モータ・ジェネレータＭＧ２を仮に選択する処理がおこなわれる（ステップＳ４）。このステップＳ４の処理が、図１では「発電用ジェネレータ仮＝ＭＧ２」と記載されている。このステップＳ４についで、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の温度が、ＭＧ２用のしきい値以上、またはインバータ４０の温度が、インバータ用のしきい値以上であるか否かが判断される（ステップＳ５）。このステップＳ５で用いる「ＭＧ２用のしきい値」は、現時点で第２モータ・ジェネレータＭＧ２で発電をおこなうと、第２モータ・ジェネレータＭＧ２がその温度以上になり、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が破損する可能性がある温度を意味しており、車速などを基準として実験的に求められた「ＭＧ２用のしきい値」が電子制御装置３３に記憶されている。またステップＳ５で用いる「インバータ用のしきい値」は、現時点でインバータ４０を電流が流れるとインバータ４０がその温度以上になり、インバータ４０が破損する可能性がある温度を意味しており、実験的に求められた「インバータ用のしきい値」が電子制御装置３３に記憶されている。
【００３７】
このステップＳ５で否定的に判断された場合は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の発電機能が、既に故障しているか（ＭＧ２故障中）否かが判断される（ステップＳ６）。このステップＳ６で否定的に判断された場合は、発電用のジェネレータとして、第２モータ・ジェネレータＭＧ２を正式に決定する処理をおこない（ステップＳ７）、この制御ルーチンを終了する。これに対して、ステップＳ６で肯定的に判断された場合は、発電用のジェネレータとして、第１モータ・ジェネレータＭＧ１を正式に決定する処理をおこない（ステップＳ８）、この制御ルーチンを終了する。このステップＳ８の処理が、図１では「発電用ジェネレータ＝ＭＧ２」と記載されている。
【００３８】
一方、ステップＳ３で否定的に判断された場合は、発電用のジェネレータとして、第１モータ・ジェネレータＭＧ１を仮に決定する処理をおこなう（ステップＳ９）。このステップＳ９の処理が、図１では「発電用ジェネレータ＝ＭＧ１」と記載されている。このステップＳ９についで、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の温度が、ＭＧ１用のしきい値以上、またはインバータ２７の温度が、インバータ用のしきい値以上であるか否かが判断される（ステップＳ１０）。このステップＳ１０で用いる「ＭＧ１用のしきい値」は、現時点で第１モータ・ジェネレータＭＧ１で発電をおこなうと、その第１モータ・ジェネレータＭＧ１がその温度以上になり、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が破損する可能性がある温度を意味しており、実験的に求められた「ＭＧ１用のしきい値」が電子制御装置３３に記憶されている。またステップＳ１０で用いる「インバータ用のしきい値」は、現時点でインバータ２７を電流が流れるとその温度以上になり、インバータ４０が破損する可能性がある温度を意味しており、実験的に求められた「インバータ用のしきい値」が電子制御装置３３に記憶されている。
【００３９】
ステップＳ１０で否定的に判断された場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の発電機能が、既に故障しているか（ＭＧ１故障中）否かが判断される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１で否定的に判断された場合は、発電用のジェネレータとして、第１モータ・ジェネレータＭＧ２を正式に決定する処理をおこない（ステップＳ８）、この制御ルーチンを終了する。このステップＳ８の処理が、図１では「発電用ジェネレータ＝ＭＧ１」と記載されている。これに対して、ステップＳ１１で肯定的に判断された場合は、ステップＳ７に進む。また、ステップＳ１０で肯定的に判断された場合は、ステップＳ６に進む。なお、ステップＳ５で肯定的に判断された場合は、ステップＳ１１に進む。さらに、ステップＳ１で否定的に判断された場合は、通常時制御を実行し（ステップＳ１２）、この制御ルーチンを終了する。この通常時制御では、エンジントルクを受け持つ第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転する場合は、その第１モータ・ジェネレータＭＧ１で発電をおこなう。これに対して、エンジントルクを受け持つ第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転し、かつ、力行制御する場合は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２で発電をおこなう。以上のように、制御例１によれば、補機装置２９に電力を供給するような発電要求が発生した場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１または第２モータ・ジェネレータＭＧ２のうち、発電効率が高い方を用いて発電をおこなうことができる。したがって、エネルギ損失量が減少し、エンジン２の燃費の低下を抑制できる。また、発電をおこなうとモータ・ジェネレータやインバータが破損する可能性がある場合、あるいは、既にモータ・ジェネレータやインバータが故障している場合は、他のモータ・ジェネレータおよびインバータを用いて発電をおこなうことができる。
【００４０】
（制御例２）
つぎに、発電制御例２を、図７のフローチャートに基づいて説明する。この制御例２は、単独で実行してもよいし、制御例１と組み合わせて実行してもよい。この制御例２も、アクセルペダルが踏み込まれ、かつ、エンジントルクがアウトプットシャフト２１に伝達されていることを前提として実行される。まず、固定変速モード（ギヤ比固定モード）が選択されているか否かが判断される（ステップＳ２１）。このステップＳ２１で肯定的に判断された場合は、発電要求があるか否かが判断される（ステップＳ２２）。このステップＳ２２で肯定的に判断された場合は、発電用ジェネレータとして、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が正式に決定されたか否かが判断される（ステップＳ２３）。このステップＳ２３で肯定的に判断された場合は、クラッチ機構３５のトルク容量が低下され（ステップＳ２４）、この制御ルーチンを終了する。このステップＳ２４の処理が、図７では「クラッチ機構解放」と記載されている。このステップＳ２４の制御により、ロータ１４とサンギヤ７との間における動力伝達経路が遮断される。このため、エンジン２の動力の一部を第２モータ・ジェネレータＭＧ２に伝達し、その第２モータ・ジェネレータＭＧ２で発電をおこなう場合に、エンジン２の動力の一部が、第１モータ・ジェネレータＭＧ１のロータ１４の空転（連れ回り）に消費されることを防止でき、発電効率が一層向上する。
【００４１】
一方、ステップＳ２２で否定的に判断された場合は、ステップＳ２４に進む。また、ステップＳ２３で否定的に判断された場合は、第１モータ・ジェネレータＭＧ１で発電をおこなうため、クラッチ機構３５のトルク容量を高め（ステップＳ２５）、この制御ルーチンを終了する。このステップＳ２５の処理が、図７では「クラッチ機構係合」と記載されている。このステップＳ２５の制御により、サンギヤ７とロータ１４との間の動力伝達経路が接続され、エンジン２の動力の一部が第１モータ・ジェネレータＭＧ１のロータ１４に伝達される。なお、ステップＳ２１で否定的に判断された場合も、ステップＳ２５に進み、第１モータ・ジェネレータＭＧ１により、エンジントルクの反力が受け持たれる。
【００４２】
この具体例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、エンジン２が、この発明の駆動力源に相当し、一体回転するように連結されたキャリヤ１０およびリングギヤ１７、一体回転するように連結されたキャリヤ２０およびリングギヤ８、サンギヤ７、サンギヤ１６が、この発明における複数の回転要素に相当し、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が、この発明の第１発電機に相当し、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が、この発明の第２発電機に相当し、クラッチ機構３５が、この発明における動力断続装置に相当する。また、上記の動力分配装置４においては、リングギヤ８とアウトプットシャフト２１とが動力伝達可能に、具体的には一体回転するように連結されており、キャリヤ１０とエンジン２とが動力伝達可能に連結されている。したがって、動力分配装置４の変速比が、この発明における「駆動力源と駆動軸との間の回転速度比」と等価の値となる。
【００４３】
また、図１に示された機能的手段と、この発明の対応関係を説明すると、ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６を経由してステップＳ７に進むルーチン、およびステップＳ１，Ｓ３，Ｓ９，Ｓ１１を経由してステップＳ８に進むルーチンが、この発明における発電制御手段に相当する。また、図７のステップＳ２３，Ｓ２４が、この発明における遮断手段に相当する。なお、図２に示された動力分配装置４を、２組の遊星ローラ機構で構成することも可能である。すなわち、各サンギヤをサンローラとし、リングギヤをリングローラとし、ピニオンギヤをピニオンローラとする構成である。このように、２組の遊星ローラ機構を用いる場合、作動油のせん断力によるトラクション伝動がおこなわれる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明のハイブリッド車の制御装置でおこなわれる制御例１を示すフローチャートである。
【図２】この発明を適用したハイブリッド車のパワートレーンおよび御系統を示す概念図である。
【図３】図２に示された動力分配装置を固定変速モードにより制御する場合における回転要素の状態を示す共線図である。
【図４】図２に示された動力分配装置を無段変速モードにより制御する場合における回転要素の状態を示す共線図である。
【図５】図２に示された動力分配装置の制御に用いるマップの一例を示す図である。
【図６】図１のフローチャートにおいて、第１モータ・ジェネレータおよび第２モータ・ジェネレータの発電特性を比較するために用いるマップの一例である。
【図７】この発明のハイブリッド車の制御装置でおこなわれる制御例２を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１…車両、 ２…エンジン、 ７，１６…サンギヤ、 ８…リングギヤ、 １０，２０…キャリヤ、 ３５…クラッチ機構、 ＭＧ１…第１モータ・ジェネレータ、 ＭＧ２…第２モータ・ジェネレータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪に伝達する動力を発生する駆動力源と、前記車輪と動力伝達可能に接続された駆動軸と、運動エネルギを電気エネルギに変換する第１発電機と、差動回転可能な複数の回転要素を有し、かつ、複数の回転要素のうちの３つの回転要素が前記駆動力源および前記第１発電機および前記駆動軸に別個に動力伝達可能に連結された動力分配装置とを有するとともに、
前記駆動力源と前記駆動軸との間の回転速度比を無段階に変化させる無段変速モードと、前記複数の回転要素のうち、前記駆動力源および前記第１発電機および前記駆動軸のいずれにも接続されていない回転要素の回転を阻止することにより、前記回転速度比を固定する固定変速モードとを、切り替え可能に構成されているハイブリッド車の制御装置において、
前記駆動軸に動力伝達可能に接続された第２発電機を有し、
前記駆動力源と前記駆動軸との間の回転速度比を制御するモードとして固定変速モードが選択されている場合は、前記第１発電機または第２発電機のうち、発電効率が高い方の発電機で発電をおこなう発電制御手段を備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項２】
前記第１発電機と、この第１発電機に接続された回転要素との間における動力伝達経路を接続・遮断する動力断続装置が設け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の制御装置。
【請求項３】
前記第２発電機で発電をおこなう場合は、前記動力断続装置を制御することにより、前記第１発電機と、この第１発電機に接続された回転要素との間における動力伝達経路を遮断する遮断手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項４】
前記第２発電機は、前記車輪に伝達する動力を発生する電動機としての機能を兼備した発電・電動機で構成されており、前記第２発電機の最大出力は前記第１発電機の最大出力よりも高く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の制御装置。
【請求項１】
車輪に伝達する動力を発生する駆動力源と、前記車輪と動力伝達可能に接続された駆動軸と、運動エネルギを電気エネルギに変換する第１発電機と、差動回転可能な複数の回転要素を有し、かつ、複数の回転要素のうちの３つの回転要素が前記駆動力源および前記第１発電機および前記駆動軸に別個に動力伝達可能に連結された動力分配装置とを有するとともに、
前記駆動力源と前記駆動軸との間の回転速度比を無段階に変化させる無段変速モードと、前記複数の回転要素のうち、前記駆動力源および前記第１発電機および前記駆動軸のいずれにも接続されていない回転要素の回転を阻止することにより、前記回転速度比を固定する固定変速モードとを、切り替え可能に構成されているハイブリッド車の制御装置において、
前記駆動軸に動力伝達可能に接続された第２発電機を有し、
前記駆動力源と前記駆動軸との間の回転速度比を制御するモードとして固定変速モードが選択されている場合は、前記第１発電機または第２発電機のうち、発電効率が高い方の発電機で発電をおこなう発電制御手段を備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項２】
前記第１発電機と、この第１発電機に接続された回転要素との間における動力伝達経路を接続・遮断する動力断続装置が設け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の制御装置。
【請求項３】
前記第２発電機で発電をおこなう場合は、前記動力断続装置を制御することにより、前記第１発電機と、この第１発電機に接続された回転要素との間における動力伝達経路を遮断する遮断手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項４】
前記第２発電機は、前記車輪に伝達する動力を発生する電動機としての機能を兼備した発電・電動機で構成されており、前記第２発電機の最大出力は前記第１発電機の最大出力よりも高く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の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１３２１８７（Ｐ２００９−１３２１８７Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０７９５６（Ｐ２００７−３０７９５６）
【出願日】平成１９年１１月２８日（２００７．１１．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２８日（２００７．１１．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]