ハイブリッド車両の制御装置
【課題】ハイブリッド車両において、クラッチを用いた動力伝達モードの切替えを好適に行う。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置（１００）は、第１電動機（ＭＧ１）、第２電動機（ＭＧ２）及び内燃機関（２００）を含む動力要素と、駆動軸（５００）と、第１回転要素（Ｓ１）、第２回転要素（Ｒ１）、第３回転要素（Ｃ１）を有する動力伝達機構（３００）と、第１クラッチ（７１０）と、第２クラッチ（７２０）とを備えたハイブリッド車両を制御する。ハイブリッド車両の制御装置は、第１クラッチ及び第２クラッチを制御する切替手段（１６０）と、第２クラッチを結合させる第１制御手段（１２０）と、内燃機関の回転数を推定する回転数推定手段（１３０）と、推定された回転数が所定の閾値未満である場合に、内燃機関が起動していない状態で第１クラッチを結合させる第２制御手段（１４０）とを備える。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置（１００）は、第１電動機（ＭＧ１）、第２電動機（ＭＧ２）及び内燃機関（２００）を含む動力要素と、駆動軸（５００）と、第１回転要素（Ｓ１）、第２回転要素（Ｒ１）、第３回転要素（Ｃ１）を有する動力伝達機構（３００）と、第１クラッチ（７１０）と、第２クラッチ（７２０）とを備えたハイブリッド車両を制御する。ハイブリッド車両の制御装置は、第１クラッチ及び第２クラッチを制御する切替手段（１６０）と、第２クラッチを結合させる第１制御手段（１２０）と、内燃機関の回転数を推定する回転数推定手段（１３０）と、推定された回転数が所定の閾値未満である場合に、内燃機関が起動していない状態で第１クラッチを結合させる第２制御手段（１４０）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の回転要素の動作を制御することにより多様な動力伝達態様を実現可能に構成されたハイブリッド車両を制御するハイブリッド車両の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のハイブリッド車両では、エンジンから出力された動力を全て電動機の駆動電力に変換して駆動軸に出力するシリーズモードと、エンジンから出力された動力を機械的な動力のまま駆動軸に出力すると共に残余を電力に変換して駆動軸へと出力するパラレルモードとが、運転状況等に応じて自動的に切替えられる。
【０００３】
上述した動力伝達モードの切替動作は、動力伝達機構として構成されるプラネタリギヤに、切り離し及び結合が可能なクラッチを設けることで実現される。例えば特許文献１には、駆動軸への動力伝達を制御する第１クラッチ及びプラネタリギヤを一体的に回転させるための第２クラッチを備えたハイブリッド車両が記載されている
クラッチは、例えば回転可能なドグクラッチ等として構成され、その係合時には、係合部の回転数が同期される。このような同期制御においては、エンジンのトルクや回転数が制御される。例えば特許文献２では、シリーズモードからパラレルモードに切替える際に、エンジントルクを増加させてから回転数を同期させるという技術が提案されている。また特許文献３では、変速機入力軸の回転数がエンジンの起動回転数以上となるように制御してから、エンジンを変速機入力軸と係合するという技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０９７０６号公報
【特許文献２】特開２０００−２９９９０３号公報
【特許文献３】特開２００５−３１３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献３に記載されているような技術では、クラッチを係合する際に、先ず変速機入力軸の回転数を増加させることが求められるため、係合のタイミングが遅れてしまうおそれがある。このため、変速機入力軸の回転数をエンジンの起動回転数以上とするのに時間がかかってしまうと、その分だけ動力伝達モードの切替えが遅れてしまう。動力伝達モードの切替えが遅れてしまうと、例えば最適な燃費を実現することが難しくなる他、ドライバビリティを大幅に悪化させてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、クラッチを用いた動力伝達モードの切替えを好適に行うことが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は上記課題を解決するために、第１電動機、第２電動機及び内燃機関を含む動力要素と、前記動力要素からの動力を車軸に伝達する駆動軸と、前記第１電動機に連結された第１回転要素、前記第２電動機及び前記駆動軸に夫々連結された第２回転要素、並びに前記内燃機関に連結された第３回転要素を含む相互に差動回転可能な複数の回転要素を有する動力伝達機構と、前記第２回転要素の前記第２電動機及び前記駆動軸との連結を切り離し及び結合可能な第１クラッチと、前記第１回転要素、前記第２回転要素及び前記第３回転要素のうち２つの回転要素を、互いに切り離し及び結合可能な第２クラッチとを備えたハイブリッド車両を制御する装置であって、前記第１クラッチ及び前記第２クラッチの結合状態を夫々制御することで動力伝達モードを切替える切替手段と、前記切替手段によって、前記第１クラッチが切り離された状態から結合された状態へと切替えられる場合に、前記第１クラッチを切り離したままで前記第２クラッチを結合させるように前記切替手段を制御する第１制御手段と、前記第１クラッチを切り離したままで、前記第１クラッチ結合後の前記内燃機関の回転数を推定する回転数推定手段と、前記回転数推定手段において推定された前記内燃機関の回転数が所定の閾値未満である場合に、前記内燃機関が起動していない状態で前記第１クラッチを結合するように前記切替手段を制御する第２制御手段とを備える。
【０００８】
本発明に係るハイブリッド車両は、駆動軸に対し動力を供給可能な動力要素として、例えば夫々モータジェネレータ等の電動発電機として構成され得る第１及び第２電動機、並びに燃料種別、燃料の供給態様、燃料の燃焼態様、吸排気系の構成及び気筒配列等を問わない各種の態様を採り得る内燃機関を少なくとも備えた車両である。本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、このようなハイブリッド車両を制御する制御装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
【０００９】
本発明に係るハイブリッド車両には、上述した各動力要素及び駆動軸間で動力を伝達する動力伝達機構が備えられている。動力伝達機構は、第１電動機に連結される第１回転要素、第２電動機及び駆動軸に夫々連結された第２回転要素、並びに内燃機関に連結された第３回転要素を含む複数の回転要素を有しており、各回転要素の状態（端的には、回転態様を規定する物理状態であり、回転可能であるか否か及び他の回転要素と連結された状態にあるか否か等を含む）に応じて定まる各種の動力伝達モードに従って動力伝達を行う。動力伝達機構は、一又は複数の遊星歯車機構等のギヤ機構を好適な一形態として採り得、複数の遊星歯車機構を含む場合には、各遊星歯車機構を構成する回転要素の一部が複数の遊星歯車機構相互間で適宜共有され得る。
【００１０】
本発明に係るハイブリッド車両には更に、動力伝達機構における第２回転要素の第２電動機及び駆動軸との連結を切り離し及び結合可能な第１クラッチと、第１回転要素、第２回転要素及び第３回転要素のうち２つの回転要素を、互いに切り離し及び結合可能な第２クラッチとが備えられている。第１クラッチは、回転可能とされた２つの係合部が互いに係合することによって第２電動機及び駆動軸への動力伝達を実現し、切り離されることによって第２電動機及び駆動軸への動力伝達を遮断できる。第２クラッチは、回転可能とされた２つの係合部が互いに係合することによって２つの回転要素を互いに連結し、例えば遊星歯車機構として構成される動力伝達機構を一体的に回転させる。第２クラッチは、典型的には、第２回転要素及び第３回転要素を連結するものとして構成される。
【００１１】
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、上述した第１クラッチ及び第２クラッチを制御することで動力伝達機構の状態を変化させ、動力伝達モードを切替える切替手段を備えている。切替手段は、第１クラッチ及び第２クラッチの結合状態を制御することで、少なくとも４つの動力伝達モードを実現できる。具体的には、第１クラッチ及び第２クラッチが共に切り離された状態となる動力伝達モード（以下、適宜「第１モード」と称する）と、第１クラッチが切り離されていると共に第２クラッチが結合されている状態となる動力伝達モード（以下、適宜「第２モード」と称する）と、第１クラッチ及び第２クラッチが共に結合された状態となる動力伝達モード（以下、適宜「第３モード」と称する）と、第１クラッチが結合されていると共に第２クラッチが切り離されている状態となる動力伝達モード（以下、適宜「第４モード」と称する）とを夫々実現可能である。
【００１２】
第１モードでは、第１クラッチが切り離されているため、動力伝達機構から駆動軸には動力が出力されない。このため、ハイブリッド車両は、動力伝達機構より下流側に位置する第２電動機から出力された動力によって走行する。即ち、第１モードは、内燃機関からの動力を利用せず、電力のみで走行するモードと呼べる。第１モードでは特に、第２クラッチも切り離されているため、動力伝達機構における引き摺り等によるエネルギ損失を防止できる。よって、極めて高いエネルギ効率を実現することが可能である。
【００１３】
第２モードでは、上述した第１モードと同様に第１クラッチが切り離されているため、動力伝達機構から駆動軸には動力が出力されない。このため、ハイブリッド車両は、動力伝達機構より下流側に位置する第２電動機から出力された動力によって走行する。但し、第２モードでは、第２クラッチが結合された状態とされているため、動力伝達機構が一体的に回転する。このため、内燃機関の動力を第１電動機に伝達して回生させることができる。第１電動機において回生した電力は、第２電動機の動力として利用できるため、第１モードと比べて車両の走行距離を伸ばすことが可能である。
【００１４】
第３モードでは、第１クラッチが結合されているため、動力伝達機構から駆動軸に動力が出力される。このため、ハイブリッド車両は、内燃機関からの動力により走行することになる。尚、第２クラッチが結合されており動力分割機構が一体的に回転できるため、内燃機関からの動力の一部を第１電動機による回生に利用することが可能である。また、第２電動機から動力を出力して、内燃機関からの動力をアシストするような駆動も可能となる。第３モードでは、上述した第２モードでは効率向上効果を得にくい高速低負荷走行時の効率向上を図ることができる。更には、第１電動機及び第２電動機に不具合が発生した場合の緊急退避走行（即ち、内燃機関のみでの走行）も可能である。
【００１５】
第４モードでは、上述した第３モードと同様に第１クラッチが結合されているため、動力伝達機構から駆動軸に動力が出力される。このため、ハイブリッド車両は、内燃機関からの動力により走行することになる。ここで第４モードでは特に、内燃機関から出力された動力が目標とする動力より大きい場合には、その動力の残余が第１電動機に伝達され回生される。一方で、内燃機関から出力された動力が目標とする動力より小さい場合には、内燃機関から出力された動力及び第１電動機から出力された動力が駆動軸へと出力されると共に、残余動力が第２電動機において回生される。第４モードによれば、車速によらず高効率を実現することができる。
【００１６】
以上のように、本発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、車両の走行状況等に応じて動力伝達モードを適宜切替えることにより、効率の高い運転を実現できる。尚、切替手段による動力伝達モードの切替動作は、車両の走行状況等に応じて出力されるモード切替指示に基づいて自動的に行われる。
【００１７】
ここで本発明では特に、切替手段によって、第１クラッチが切り離された状態から結合された状態へと切替えられる場合に、先ず第１制御手段が、第１クラッチを切り離したままで第２クラッチを結合させるように切替手段を制御する。即ち、第１クラッチが結合される際には、第２クラッチの結合が先に実行される。尚、第１クラッチを結合しようとする場合に、既に第２クラッチが結合されている場合には、第１制御手段は切替手段を制御せずに済む。
【００１８】
第２クラッチが結合されると、回転数推定手段において、第１クラッチ結合後の内燃機関の回転数が推定される。この回転数の推定は、第１クラッチを切り離したままで行われる。即ち、仮に第１クラッチを結合した場合に実現されるであろう内燃機関の回転数が推定される。尚、内燃機関の回転数は、例えば車速等を用いて推定することができる。
【００１９】
回転数推定手段において推定された内燃機関の回転数は、所定の閾値未満であるか否かが判定される。尚、ここでの「所定の閾値」とは、第１クラッチを係合した場合に、内燃機関において不具合が生じてしまう程に回転数が低いか否かを判定するための値であり、典型的にはエンジンのアイドル回転数や起動回転数が設定される。推定された内燃機関の回転数が所定の閾値未満である場合には、第２制御手段が、内燃機関が起動していない状態で第１クラッチを結合するように切替手段を制御する。即ち、それまで停止していた内燃機関を起動する前に第１クラッチを結合させる。或いは、起動していた内燃機関を停止させてから第１クラッチを結合させる。尚、ここでの「起動していない状態」とは、内燃機関から動力が出力されていない状態を指しており、仮に内燃機関が回転していたとしても、それが他の動力要素から出力された動力による回転であれば、「起動していない状態」に含まれるものとする。
【００２０】
ここで仮に、内燃機関の回転数が所定の閾値未満である場合に、内燃機関を起動させた状態で第１クラッチを結合させたとする。この場合、内燃機関は、自立回転できない状態で駆動軸と結合されてしまうことになる。このため、内燃機関では失火や共振等が発生する発生が高く、それに起因するドライバビリティの悪化が予想される。
【００２１】
しかるに本発明では、上述したように、エンジンが起動していない状態で第１クラッチが結合されるため、上述した内燃機関で発生する様々な不具合を防止することができる。また、第１クラッチを結合する際には、係合部の回転を同期させる同期制御が行われることになるが、本発明では第２クラッチが結合された状態とされているため、比較的精度の高い第１電動機を用いた同期制御が実行できる。よって、結合時間の短縮や結合時のショックの低減など、制御性及び商品性の向上が実現可能である。
【００２２】
以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、クラッチを用いた動力伝達モードの切替えを好適に行うことが可能である。
【００２３】
本発明のハイブリッド車両の制御装置の一態様では、前記内燃機関が起動していない状態で前記第１クラッチが結合された場合に、前記第１クラッチ結合後の前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段において検出された前記内燃機関の回転数が所定の閾値以上となった場合に、前記内燃機関を起動させる起動制御手段とを更に備える。
【００２４】
この態様によれば、内燃機関が起動していない状態で第１クラッチが結合された後、回転数検出手段によって、内燃機関の回転数が検出される。即ち、回転数推定手段のように、第１クラッチを結合せずに回転数を推定するのではなく、実際に第１クラッチが結合された状態での回転数が検出される。尚、内燃機関の回転数の検出は、第１クラッチの結合後、一定又は不定の周期で検出される。
【００２５】
本態様では、検出された内燃機関の回転数が所定の閾値以上となった場合、起動制御手段によって、停止されていた内燃機関が起動される。第１クラッチ係合後の内燃機関の回転数が所定の閾値以上であれば、内燃機関が起動したとしても不具合が起こることはないと考えられる。よって、内燃機関から出力される動力を利用した走行を好適に実現することが可能である。
【００２６】
本発明のハイブリッド車両の制御装置の他の態様では、前記回転数推定手段において推定された前記内燃機関の回転数が所定の閾値以上である場合に、前記内燃機関を起動させると共に前記第１電動機による回生を行いつつ、前記第１クラッチを結合するように前記切替手段を制御する第３制御手段を更に備える。
【００２７】
この態様によれば、回転数推定手段において推定された内燃機関の回転数が所定の閾値以上である場合（即ち、上述した内燃機関を起動させない状態での第１クラッチの係合が行われない場合）には、内燃機関は起動され、内燃機関の動力を利用して第１電動機による回生が行われる。即ち、内燃機関から出力された動力が動力伝達機構を介して伝達され、第１電動機において発電が行われる。
【００２８】
本態様では、上述した状態で第１クラッチの同期制御が行われ結合が実行される。即ち、内燃機関が動力を出力し、第１電動機がその反力を取る状態で、第１クラッチの結合制御が実行される。この場合、内燃機関が起動した状態であるため、トルク及び回転数が比較的安定した状態を作り出すことができる。よって、第１クラッチの同期制御における制御性を向上させることができる。また、第１電動機において回生が行われているため、電力不足による第１クラッチの結合制御の中止を防止できる。更に、第２電動機による発電が不要となるため、エネルギ効率の向上を実現することができる。
【００２９】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図３】エンジン２００の一断面構成を例示する模式図である。
【図４】ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図５】ハイブリッド車両の制御装によって実現される４つの動力伝達モードを示すマトリクス図である。
【図６】第１モードの構成を示す共線図である。
【図７】第２モードの構成を示す共線図である。
【図８】第３モードの構成を示す共線図である。
【図９】第４モードの構成を示す共線図である。
【図１０】ハイブリッド車両の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】第１クラッチ係合時の同期制御を示す共線図（その１）である。
【図１２】第１クラッチ係合時の同期制御を示す共線図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００３２】
先ず、本実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００３３】
図１において、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、ハイブリッド駆動装置１０、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１、バッテリ１２、アクセル開度センサ１３、車速センサ１４及びＥＣＵ１００を備えて構成されている。
【００３４】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「ハイブリッド車両の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、ハイブリッド車両１における各種制を実行可能に構成されている。
【００３５】
ＰＣＵ１１は、バッテリ１２から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２に供給する。また、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給することが可能な不図示のインバータを含んでいる。即ち、ＰＣＵ１１は、バッテリ１２と各モータジェネレータとの間の電力の入出力、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ１２を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。
【００３６】
バッテリ１２は、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２を力行するための電力に係る電力供給源として機能する充電可能な蓄電手段である。
【００３７】
アクセル開度センサ１３は、ハイブリッド車両１の図示せぬアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Ｔａを検出可能に構成されたセンサである。アクセル開度センサ１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度Ｔａは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００３８】
車速センサ１４は、ハイブリッド車両１の車速Ｖを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速Ｖは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００３９】
ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインとして機能する動力ユニットである。ここで、図２を参照し、ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００４０】
図２において、ハイブリッド駆動装置１０は、主にエンジン２００、動力分割機構３００、モータジェネレータＭＧ１（以下、適宜「ＭＧ１」と略称する）、モータジェネレータＭＧ２（以下、適宜「ＭＧ２」と略称する）、入力軸４００、駆動軸５００、減速機構６００、第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０を備えて構成されている。
【００４１】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するように構成されている。ここで、図３を参照し、エンジン２００の詳細な構成について説明する。ここに、図３は、エンジン２００の一断面構成を例示する模式図である。尚、本発明における「内燃機関」とは、例えば２サイクル又は４サイクルレシプロエンジン等を含み、少なくとも一の気筒を有し、当該気筒内部の燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いはアルコール等の各種燃料を含む混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的又は機械的な伝達手段を適宜介して駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念である。係る概念を満たす限りにおいて、本発明に係る内燃機関の構成は、エンジン２００のものに限定されず各種の態様を有してよい。また、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に４本の気筒２０１が直列に配されてなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０１の構成は相互に等しいため、図３においては一の気筒２０１についてのみ説明を行うこととする。
【００４２】
図３において、エンジン２００は、気筒２０１内において燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介して、クランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。
【００４３】
クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。このクランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００（不図示）と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００では、このクランクポジションセンサ２０６から出力されるクランク角信号に基づいて、エンジン２００の機関回転数ＮＥが算出される構成となっている。
【００４４】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２１０を介して吸気バルブ２１１の開弁時に気筒２０１内部へ導かれる。一方、吸気ポート２１０には、インジェクタ２１２の燃料噴射弁が露出しており、吸気ポート２１０に対し燃料を噴射することが可能な構成となっている。インジェクタ２１２から噴射された燃料は、吸気バルブ２１１の開弁時期に前後して吸入空気と混合され、上述した混合気となる。
【００４５】
燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介してインジェクタ２１２に供給される構成となっている。気筒２０１内部で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ２１１の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１３の開弁時に排気ポート２１４を介して排気管２１５に導かれる。
【００４６】
一方、吸気管２０７における、吸気ポート２１０の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２０９によってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルペダルの開度（即ち、上述したアクセル開度Ｔａ）に応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータ２０９を制御するが、スロットルバルブモータ２０９の動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００４７】
排気管２１５には、三元触媒２１６が設置されている。三元触媒２１６は、エンジン２００から排出される排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元すると同時に、排気中のＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）を酸化可能に構成された触媒装置である。尚、触媒装置の採り得る形態は、このような三元触媒に限定されず、例えば三元触媒に代えて或いは加えて、ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）或いは酸化触媒の各種触媒が設置されていてもよい。
【００４８】
排気管２１５には、エンジン２００の排気空燃比を検出することが可能に構成された空燃比センサ２１７が設置されている。更に、気筒２０１を収容するシリンダブロックに設置されたウォータージャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温を検出するための水温センサ２１８が配設されている。これら空燃比センサ２１７及び水温センサ２１８は、夫々ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された空燃比及び冷却水温は、夫々ＥＣＵ１００により一定又は不定の検出周期で把握される構成となっている。
【００４９】
図２に戻り、モータジェネレータＭＧ１は、本発明に係る「第１電動機」の一例たる電動発電機であり、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備えた構成となっている。モータジェネレータＭＧ２は、本発明に係る「第２電動機」の一例たる電動発電機であり、モータジェネレータＭＧ１と同様に、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備えた構成となっている。尚、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有するが、他の構成を有していてもよい。
【００５０】
動力分割機構３００は、中心部に設けられた、本発明に係る「第１回転要素」の一例たるサンギヤＳ１と、サンギヤＳ１の外周に同心円状に設けられた、本発明に係る「第２回転要素」の一例たるリングギヤＲ１と、サンギヤＳ１とリングギヤＲ１との間に配置されてサンギヤＳ１の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギヤＰ１と、これら各ピニオンギヤの回転軸を軸支する、本発明に係る「第３回転要素」の一例たるキャリアＣ１とを備えている。即ち、動力分割機構３００は、本発明に係る「動力伝達機構」の一例たる動力伝達装置である。
【００５１】
ここで、サンギヤＳ１は、サンギヤ軸３１０を介してＭＧ１のロータＲＴ１に連結されており、その回転数はＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１（以下、適宜「ＭＧ１回転数Ｎｍｇ1」と称する）と等価である。また、リングギヤＲ１は、駆動軸５００、減速機構６００を介してＭＧ２のロータＲＴ２に結合されており、その回転数はＭＧ２の回転数Ｎｍｇ２（以下、適宜「ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２」と称する）と一義的な関係にある。更に、キャリアＣ１は、エンジン２００の先に述べたクランクシャフト２０５に連結された入力軸４００と連結されており、その回転数は、エンジン２００の機関回転数ＮＥと等価である。尚、ハイブリッド駆動装置１０において、ＭＧ１回転数Ｎｍｇ１及びＭＧ２回転数Ｎｍｇ２は、夫々レゾルバ等の回転センサにより一定の周期で検出されており、ＥＣＵ１００に一定又は不定の周期で送出されている。
【００５２】
一方、駆動軸５００は、ハイブリッド車両１の駆動輪たる右前輪ＦＲ及び左前輪ＦＬを夫々駆動するドライブシャフトＳＦＲ及びＳＦＬ（即ち、これらドライブシャフトは、本発明に係る「車軸」の一例である）と、各種減速ギヤ及び差動ギヤを含む減速装置としての減速機構６００を介して連結されている。従って、モータジェネレータＭＧ２から駆動軸５００に供給されるモータトルクＴｍｇ２は、減速機構６００を介して各ドライブシャフトへと伝達され、各ドライブシャフトを介して伝達される各駆動輪からの駆動力は、同様に減速機構６００及び駆動軸５００を介してモータジェネレータＭＧ２に入力される。従って、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２は、ハイブリッド車両１の車速Ｖと一義的な関係にある。
【００５３】
動力分割機構３００は、係る構成の下で、エンジン２００からクランクシャフト２０５を介して入力軸４００に供給されるエンジントルクＴｅを、キャリアＣ１とピニオンギヤＰ１とによってサンギヤＳ１及びリングギヤＲ１に所定の比率（各ギヤ相互間のギヤ比に応じた比率）で分配し、エンジン２００の動力を２系統に分割することが可能となっている。
【００５４】
動力分割機構３００の動作を分かり易くするため、リングギヤＲ１の歯数に対するサンギヤＳ１の歯数としてのギヤ比ρを定義すると、エンジン２００からキャリアＣ１に対しエンジントルクＴｅを作用させた場合に、サンギヤ軸３１０に現れるトルクＴｅｓは下記（１）式により、また駆動軸５００に現れるトルクＴｅｒ（即ち、エンジン２００からの直達トルク）は下記（２）式により夫々表される。
【００５５】
Ｔｅｓ＝−Ｔｅ×ρ／（１＋ρ）・・・（１）
Ｔｅｒ＝Ｔｅ×１／（１＋ρ）・・・（２）
本実施形態に係る動力分割機構３００は更に、リングギヤＲ１及び駆動軸５００間に第１クラッチ７１０を備えており、その係合状態によって、リングギヤＲ１と駆動軸５００及びＭＧ２との連結を切り離し及び結合可能である。具体的には、第１クラッチ７１０が切り離された状態においては、エンジン２００やＭＧ１からリングギヤＲ１を介して出力される動力は、駆動軸５００及びＭＧ２には伝達されない。一方、第１クラッチ７１０が係合された状態においては、リングギヤＲ１を介して出力される動力が、駆動軸５００及びＭＧ２に伝達される。
【００５６】
また動力分割機構３００は、リングギヤＲ１及びキャリアＣ１間の連結を切り離し及び結合可能な第２クラッチ７２０を備えている。第２クラッチ７２０の係合時には、リングギヤＲ１及びキャリアＣ１が互いに連結されるため、動力分割機構３００が一体的に回転されることになる。即ち、第２クラッチ７２０は、動力分割機構３００の一体的な回転動作を許容するか否かを決定するための機構である。
【００５７】
上述した第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０は、例えば回転可能な噛合い式のドグクラッチとして構成されており、夫々独立して制御可能とされる。このようにすれば、第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０の係合状態を夫々制御することにより、複数種類の動力伝達モードを実現できる。具体的な動力伝達モードの構成については、後に詳述する。
【００５８】
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図４を参照して説明する。ここに図４は、ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【００５９】
図４において、ＥＣＵ１００は、モード変更指示部１１０、第１制御部１２０、回転数推定部１３０、第２制御部１４０、第３制御部１５０、モード切替制御部１６０、回転数検出部１７０及び起動制御部１８０を備えて構成されている。
【００６０】
モード変更指示部１１０は、入力される各種パラメータ（例えば、ハイブリッド車両１の運転状況を示すパラメータ）に基づいて、動力伝達モードを変更すべきか否かを判定する。ここでの判定条件は、例えばＲＯＭ等の記憶装置に予め記憶されており、ハイブリッド車両１は、運転状況に応じて最適な動力伝達モードとなるように制御される。モード変更指示部１１０は、動力伝達モードを変更すべきと判定した場合は、動力伝達モードを変更するようにモード変更命令を出力する。
【００６１】
第１制御部１２０は、本発明の「第１制御手段」の一例であり、モード変更指示部１１０から第１クラッチ７１０を係合させる指示が出た際に、第２クラッチ７２０を係合するようにモード切替制御部１６０を制御する。
【００６２】
回転数推定部１３０は、本発明の「回転数推定手段」の一例であり、例えば演算回路やメモリ等を含んで構成されている。回転数推定部１３０は、第１クラッチ７１０を係合することなく、第１クラッチ７１０が係合された場合のエンジン２００の回転数を推定する。エンジン２００の回転数は、例えば車速等を用いて推定することが可能である。
【００６３】
第２制御部１４０は、本発明の「第２制御手段」の一例であり、回転数推定部１３０において推定されたエンジン２００の回転数が所定の閾値未満である場合に、モード切替制御部１６０を制御して第１クラッチを係合させる。具体的には、エンジン２００を起動させない状態で、第１クラッチ７１０の係合制御を行うようにする。
【００６４】
第３制御部１５０は、本発明の「第３制御手段」の一例であり、回転数推定部１３０において推定されたエンジン２００の回転数が所定の閾値以上である場合に、モード切替制御部１６０を制御して第１クラッチを係合させる。第３制御部１５０による具体的な制御方法については後に詳述する。
【００６５】
モード切替制御部１６０は、本発明の「切替手段」の一例であり、第１制御部１２０、第２制御部１４０及び第３制御部１５０からの指示によって、動力分割機構３００の第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０の係合状態を制御する。
【００６６】
回転数検出部１７０は、本発明の「回転数検出手段」の一例であり、第１クラッチ７１０が係合された後のエンジン２００の回転数を検出する。回転数検出部１７０は、エンジン２００の回転数を直接検出するような回転数センサとして構成されてもよいし、例えばＭＧ１等の回転数等を用いて間接的にエンジン２００の回転数を検出するものとして構成されてもよい。
【００６７】
起動制御部１８０は、本発明の「起動制御手段」の一例であり、回転数検出部１７０において検出された回転数が所定の閾値以上である場合に、エンジン２００を起動させる。
【００６８】
尚、ＥＣＵ１００は、上述した各手段を含んで構成された一体の電子制御ユニットであり、上記各手段に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００６９】
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両における動力伝達モードについて、図５から図９を参照して説明する。ここに図５は、ハイブリッド車両の制御装置によって実現される４つの動力伝達モードを示すマトリクス図である。また図６は、第１モードの構成を示す共線図、図７は、第２モードの構成を示す共線図、図８は、第３モードの構成を示す共線図、図９は、第４モードの構成を示す共線図である。
【００７０】
図５及び図６において、第１モードでは、第１クラッチ７１０が切り離されている（即ち、ＯＦＦである）ため、動力分割機構３００におけるリングギヤＲ１からは、駆動軸５００に対して動力が出力されない。このため、ハイブリッド車両１は、動力分割機構３００より下流側に位置するＭＧ２から出力された動力によって走行する。即ち、第１モードは、エンジン２００からの動力を利用せず、電力のみで走行するモードと呼べる。第１モードでは特に、第２クラッチ７２０も切り離されている（即ち、ＯＦＦである）ため、動力分割機構３００における引き摺り等によるエネルギ損失を防止できる。よって、極めて高いエネルギ効率を実現することが可能である。
【００７１】
図５及び図７において、第２モードでは、上述した第１モードと同様に第１クラッチ７１０が切り離されているため、動力分割機構３００におけるリングギヤＲ１からは、駆動軸５００に対して動力が出力されない。このため、ハイブリッド車両１は、動力分割機構３００より下流側に位置するＭＧ２から出力された動力によって走行する。但し、第２モードでは、第２クラッチ７２０が結合されている（即ち、ＯＮである）ため、動力分割機構３００が一体的に回転する。このため、エンジン２００の動力をＭＧ１に伝達して回生させることができる。ＭＧ１において回生した電力は、ＭＧ２の動力として利用できる。このため第２モードでは、第１モードと比べて車両の走行距離を伸ばすことが可能である。
【００７２】
図５及び図８において、第３モードでは、第１クラッチ７１０が結合されているため、動力分割機構３００におけるリングギヤＲ１からは、駆動軸５００に対して動力が出力される。このため、ハイブリッド車両１は、エンジン２００からの動力により走行することになる。尚、第２クラッチ７２０が結合されており、動力分割機構３００が一体的に回転できるため、エンジン２００からの動力の一部をＭＧ１による回生に利用することが可能である。また、ＭＧ２から動力を出力して、エンジン２００からの動力をアシストするような駆動も可能となる。第３モードでは、上述した第２モードでは効率向上効果を得にくい高速低負荷走行時の効率向上を図ることができる。更には、ＭＧ１及びＭＧ２に不具合が発生した場合の緊急退避走行（即ち、エンジン２００のみでの走行）も可能である。
【００７３】
図５及び図９において、第４モードでは、上述した第３モードと同様に第１クラッチ７１０が結合されているため、動力分割機構３００におけるリングギヤＲ１からは、駆動軸５００に対して動力が出力される。このため、ハイブリッド車両１は、エンジン２００からの動力により走行することになる。ここで第４モードでは特に、エンジン２００から出力された動力が目標とする動力より大きい場合には、その動力の残余がＭＧ１に伝達され回生される。一方で、エンジン２００から出力された動力が目標とする動力より小さい場合には、エンジン２００から出力された動力及びＭＧ１から出力された動力が駆動軸５００へと出力されると共に、残余動力がＭＧ２において回生される。第４モードによれば、車速によらず高効率を実現することができる。
【００７４】
以上のように、本発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、車両の走行状況等に応じて動力伝達モードを適宜切替えることにより、効率の高い運転を実現できる。
【００７５】
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置による具体的な制御及びその効果について、図１０を参照して説明する。ここに図１０は、ハイブリッド車両の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００７６】
図１０において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、第１クラッチ７１０を係合するようにモード変更指示部１１０から要求が出されると（ステップＳ０１：ＹＥＳ）、第２制御部１２０によって、第１クラッチ７１０を係合させないままで、第２クラッチ７２０が係合される（ステップＳ０２）。即ち、第１クラッチ７１０を結合しようとする場合には、先ず第２クラッチ７２０の結合が先に実行される。尚、既に第２クラッチ７２０が結合されている場合には、ステップＳ０２の処理は省略することができる。
【００７７】
第２クラッチ７２０が結合されると、回転数推定部１３０において、第１クラッチ７１０係合後のエンジン２００の回転数が推定される（ステップＳ０３）。ここでのエンジン２００の回転数の推定は、第１クラッチ７１０を切り離したままで行われる。即ち、実際に第１クラッチ７１０を係合させることなく、車速等のパラメータを用いた演算によって、エンジン２００の回転数が推定される。
【００７８】
エンジン２００の回転数が推定されると、その回転数が、所定の閾値以上であるか否かが判定される（ステップＳ０４）。所定の閾値には、例えばエンジンのアイドル回転数や起動回転数が設定されている。
【００７９】
ここで、推定されたエンジン２００の回転数が所定の閾値以上である場合（ステップＳ０４：ＹＥＳ）、第３制御部１５０の指示によって、エンジン２００が起動した状態での第１クラッチの同期制御が実行され（ステップＳ０５）、第１クラッチ７１０が係合される（ステップＳ０６）。以下では、図１１を参照して、エンジン２００が起動した状態での第１クラッチ７１０の係合制御について説明する。ここに図１１は、第１クラッチ係合時の同期制御を示す共線図（その１）である。
【００８０】
図１１において、第１クラッチ７１０の係合時には、先ず第２クラッチ７２０が係合される。即ち、リングギヤＲ１及びキャリアＣ１間が連結され、動力分割機構３００が一体的に回転可能とされる。続いて、エンジン２００からトルクを出力して係合部の回転数（即ち、リングギヤＲ１の回転数）が上昇される。この際、サンギヤＳ１側では、ＭＧ１で反力を取ることにより回生が行われる。即ち、ＭＧ１では、エンジン２００の動力を利用して発電が行われる。
【００８１】
第１クラッチ７１０の回転数が同期されると、実際に係合が実行される。このような係合制御では、エンジン２００が起動した状態で行われるため、トルク及び回転数が比較的安定した状態を作り出すことができる。よって、第１クラッチ７１０の同期制御における制御性を向上させることができる。また、ＭＧ１において回生が行われているため、電力不足による第１クラッチ７１０の結合制御の中止を防止できる。更に、ＭＧ２による発電が不要となるため、エネルギ効率の向上を実現することができる。
【００８２】
図１０に戻り、エンジン２００の回転数が所定の閾値未満である場合（ステップＳ０４：ＮＯ）、エンジン２００が起動しているか否かが判定される（ステップＳ０７）。エンジン２００が起動している場合には（ステップＳ０７：ＹＥＳ）、燃料噴射が停止される（ステップＳ０８）。即ち、エンジン２００の運転が停止される。一方、エンジンが起動していない場合には（ステップＳ０７：ＮＯ）、上述したステップＳ０８の処理は省略される。
【００８３】
以上の結果、エンジン２００の回転数が所定の閾値未満である場合には、エンジンが起動していない状態で第１クラッチ７１０が係合される。以下では、図１２を参照して、エンジン２００が起動していない状態での第１クラッチ７１０の係合制御について説明する。ここに図１２は、第１クラッチ係合時の同期制御を示す共線図（その２）である。
【００８４】
図１２において、第１クラッチ７１０の係合時には、先ず第２クラッチ７２０が係合される。即ち、リングギヤＲ１及びキャリアＣ１間が連結され、動力分割機構３００が一体的に回転可能とされる。続いて、比較的精度の高いＭＧ１のレゾルバ等から回転数を検出し、その回転数を利用して同期制御を行う。即ち、ここではＭＧ１の動力を利用して高い精度で同期制御が実行できる。このようにＭＧ１の回転数が利用できるのは、第２クラッチ７２０の係合によって、動力分割機構３００が一体的に回転しているからである。
【００８５】
第１クラッチ７１０の回転数が同期されると、エンジン２００が起動していない状態のまま、実際に係合が実行される。ここで仮に、エンジン２００の回転数が所定の閾値未満である場合に、エンジン２００を起動させた状態で第１クラッチ７１０を係合させたとする。この場合、エンジン２００は、自立回転できない状態で駆動軸５００と結合されてしまうことになる。このため、エンジン２００では失火や共振等が発生する発生が高く、それに起因するドライバビリティの悪化が予想される。本実施形態に係る係合制御では、上述したようなエンジン２００で発生する様々な不具合を防止することができる。
【００８６】
再び図１０に戻り、第１クラッチ７１０が係合されると、この時点でエンジン２００が起動しているか否かが判定される（ステップＳ０９）。即ち、第１クラッチ７１０の係合制御が、エンジン２００を起動した状態で行われたのか、或いはエンジン２００を起動していない状態で行われたのかが判定される。
【００８７】
ここで、エンジン２００が起動していないと判定された場合（ステップＳ０９：ＮＯ）、回転数検出部１７０において、エンジン２００の回転数が検出される（ステップＳ１０）。即ち、回転数推定部１３０のように、第１クラッチ７１０を係合させずに回転数を推定するのではなく、実際に第１クラッチ７１０が係合された状態での回転数が検出される。
【００８８】
エンジン２００の回転数が検出されると、検出された回転数が所定の閾値以上となっているか否かが判定される（ステップＳ１１）。尚、ここでの所定の閾値は、典型的には推定された回転数に対する値（即ち、ステップＳ０４の処理で用いられる所定の閾値）と同じものとして設定される。但し、必ずしも完全に同じ値にする必要はなく、多少のマージンを含んだ異なる値が設定されても構わない。
【００８９】
検出されたエンジン２００の回転数が所定の閾値以上になっていると判定された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）起動制御部１８０によって、停止されていたエンジン２００が起動される（ステップＳ１２）。第１クラッチ７１０係合後のエンジン２００の回転数が所定の閾値以上であれば、エンジン２００が起動したとしても不具合が起こることはないと考えられる。よって、エンジン２００から出力される動力を利用した走行を好適に実現することが可能である。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０を用いた動力伝達モードの切替えを好適に行うことが可能である。
【００９１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９２】
１…ハイブリッド車両、１０…ハイブリッド駆動装置、１１…ＰＣＵ、１２…バッテリ、１３…アクセル開度センサ、１４…車速センサ、１００…ＥＣＵ、１１０…モード変更指示部、１２０…第１制御部、１３０…回転数推定部、１４０…第２制御部、１５０…第３制御部、１６０…モード切替制御部、１７０…回転数検出部、１８０…起動制御部、２００…エンジン、２０５…クランクシャフト、３００…動力分割機構、３１０…サンギヤ軸、Ｓ１…サンギヤ、Ｃ１…キャリア、Ｒ１…リングギヤ、ＭＧ１…モータジェネレータ、ＭＧ２…モータジェネレータ、４００…入力軸、５００…駆動軸、６００…減速機構、７１０…第１クラッチ、７２０…第２クラッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の回転要素の動作を制御することにより多様な動力伝達態様を実現可能に構成されたハイブリッド車両を制御するハイブリッド車両の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のハイブリッド車両では、エンジンから出力された動力を全て電動機の駆動電力に変換して駆動軸に出力するシリーズモードと、エンジンから出力された動力を機械的な動力のまま駆動軸に出力すると共に残余を電力に変換して駆動軸へと出力するパラレルモードとが、運転状況等に応じて自動的に切替えられる。
【０００３】
上述した動力伝達モードの切替動作は、動力伝達機構として構成されるプラネタリギヤに、切り離し及び結合が可能なクラッチを設けることで実現される。例えば特許文献１には、駆動軸への動力伝達を制御する第１クラッチ及びプラネタリギヤを一体的に回転させるための第２クラッチを備えたハイブリッド車両が記載されている
クラッチは、例えば回転可能なドグクラッチ等として構成され、その係合時には、係合部の回転数が同期される。このような同期制御においては、エンジンのトルクや回転数が制御される。例えば特許文献２では、シリーズモードからパラレルモードに切替える際に、エンジントルクを増加させてから回転数を同期させるという技術が提案されている。また特許文献３では、変速機入力軸の回転数がエンジンの起動回転数以上となるように制御してから、エンジンを変速機入力軸と係合するという技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０９７０６号公報
【特許文献２】特開２０００−２９９９０３号公報
【特許文献３】特開２００５−３１３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献３に記載されているような技術では、クラッチを係合する際に、先ず変速機入力軸の回転数を増加させることが求められるため、係合のタイミングが遅れてしまうおそれがある。このため、変速機入力軸の回転数をエンジンの起動回転数以上とするのに時間がかかってしまうと、その分だけ動力伝達モードの切替えが遅れてしまう。動力伝達モードの切替えが遅れてしまうと、例えば最適な燃費を実現することが難しくなる他、ドライバビリティを大幅に悪化させてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、クラッチを用いた動力伝達モードの切替えを好適に行うことが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は上記課題を解決するために、第１電動機、第２電動機及び内燃機関を含む動力要素と、前記動力要素からの動力を車軸に伝達する駆動軸と、前記第１電動機に連結された第１回転要素、前記第２電動機及び前記駆動軸に夫々連結された第２回転要素、並びに前記内燃機関に連結された第３回転要素を含む相互に差動回転可能な複数の回転要素を有する動力伝達機構と、前記第２回転要素の前記第２電動機及び前記駆動軸との連結を切り離し及び結合可能な第１クラッチと、前記第１回転要素、前記第２回転要素及び前記第３回転要素のうち２つの回転要素を、互いに切り離し及び結合可能な第２クラッチとを備えたハイブリッド車両を制御する装置であって、前記第１クラッチ及び前記第２クラッチの結合状態を夫々制御することで動力伝達モードを切替える切替手段と、前記切替手段によって、前記第１クラッチが切り離された状態から結合された状態へと切替えられる場合に、前記第１クラッチを切り離したままで前記第２クラッチを結合させるように前記切替手段を制御する第１制御手段と、前記第１クラッチを切り離したままで、前記第１クラッチ結合後の前記内燃機関の回転数を推定する回転数推定手段と、前記回転数推定手段において推定された前記内燃機関の回転数が所定の閾値未満である場合に、前記内燃機関が起動していない状態で前記第１クラッチを結合するように前記切替手段を制御する第２制御手段とを備える。
【０００８】
本発明に係るハイブリッド車両は、駆動軸に対し動力を供給可能な動力要素として、例えば夫々モータジェネレータ等の電動発電機として構成され得る第１及び第２電動機、並びに燃料種別、燃料の供給態様、燃料の燃焼態様、吸排気系の構成及び気筒配列等を問わない各種の態様を採り得る内燃機関を少なくとも備えた車両である。本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、このようなハイブリッド車両を制御する制御装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
【０００９】
本発明に係るハイブリッド車両には、上述した各動力要素及び駆動軸間で動力を伝達する動力伝達機構が備えられている。動力伝達機構は、第１電動機に連結される第１回転要素、第２電動機及び駆動軸に夫々連結された第２回転要素、並びに内燃機関に連結された第３回転要素を含む複数の回転要素を有しており、各回転要素の状態（端的には、回転態様を規定する物理状態であり、回転可能であるか否か及び他の回転要素と連結された状態にあるか否か等を含む）に応じて定まる各種の動力伝達モードに従って動力伝達を行う。動力伝達機構は、一又は複数の遊星歯車機構等のギヤ機構を好適な一形態として採り得、複数の遊星歯車機構を含む場合には、各遊星歯車機構を構成する回転要素の一部が複数の遊星歯車機構相互間で適宜共有され得る。
【００１０】
本発明に係るハイブリッド車両には更に、動力伝達機構における第２回転要素の第２電動機及び駆動軸との連結を切り離し及び結合可能な第１クラッチと、第１回転要素、第２回転要素及び第３回転要素のうち２つの回転要素を、互いに切り離し及び結合可能な第２クラッチとが備えられている。第１クラッチは、回転可能とされた２つの係合部が互いに係合することによって第２電動機及び駆動軸への動力伝達を実現し、切り離されることによって第２電動機及び駆動軸への動力伝達を遮断できる。第２クラッチは、回転可能とされた２つの係合部が互いに係合することによって２つの回転要素を互いに連結し、例えば遊星歯車機構として構成される動力伝達機構を一体的に回転させる。第２クラッチは、典型的には、第２回転要素及び第３回転要素を連結するものとして構成される。
【００１１】
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、上述した第１クラッチ及び第２クラッチを制御することで動力伝達機構の状態を変化させ、動力伝達モードを切替える切替手段を備えている。切替手段は、第１クラッチ及び第２クラッチの結合状態を制御することで、少なくとも４つの動力伝達モードを実現できる。具体的には、第１クラッチ及び第２クラッチが共に切り離された状態となる動力伝達モード（以下、適宜「第１モード」と称する）と、第１クラッチが切り離されていると共に第２クラッチが結合されている状態となる動力伝達モード（以下、適宜「第２モード」と称する）と、第１クラッチ及び第２クラッチが共に結合された状態となる動力伝達モード（以下、適宜「第３モード」と称する）と、第１クラッチが結合されていると共に第２クラッチが切り離されている状態となる動力伝達モード（以下、適宜「第４モード」と称する）とを夫々実現可能である。
【００１２】
第１モードでは、第１クラッチが切り離されているため、動力伝達機構から駆動軸には動力が出力されない。このため、ハイブリッド車両は、動力伝達機構より下流側に位置する第２電動機から出力された動力によって走行する。即ち、第１モードは、内燃機関からの動力を利用せず、電力のみで走行するモードと呼べる。第１モードでは特に、第２クラッチも切り離されているため、動力伝達機構における引き摺り等によるエネルギ損失を防止できる。よって、極めて高いエネルギ効率を実現することが可能である。
【００１３】
第２モードでは、上述した第１モードと同様に第１クラッチが切り離されているため、動力伝達機構から駆動軸には動力が出力されない。このため、ハイブリッド車両は、動力伝達機構より下流側に位置する第２電動機から出力された動力によって走行する。但し、第２モードでは、第２クラッチが結合された状態とされているため、動力伝達機構が一体的に回転する。このため、内燃機関の動力を第１電動機に伝達して回生させることができる。第１電動機において回生した電力は、第２電動機の動力として利用できるため、第１モードと比べて車両の走行距離を伸ばすことが可能である。
【００１４】
第３モードでは、第１クラッチが結合されているため、動力伝達機構から駆動軸に動力が出力される。このため、ハイブリッド車両は、内燃機関からの動力により走行することになる。尚、第２クラッチが結合されており動力分割機構が一体的に回転できるため、内燃機関からの動力の一部を第１電動機による回生に利用することが可能である。また、第２電動機から動力を出力して、内燃機関からの動力をアシストするような駆動も可能となる。第３モードでは、上述した第２モードでは効率向上効果を得にくい高速低負荷走行時の効率向上を図ることができる。更には、第１電動機及び第２電動機に不具合が発生した場合の緊急退避走行（即ち、内燃機関のみでの走行）も可能である。
【００１５】
第４モードでは、上述した第３モードと同様に第１クラッチが結合されているため、動力伝達機構から駆動軸に動力が出力される。このため、ハイブリッド車両は、内燃機関からの動力により走行することになる。ここで第４モードでは特に、内燃機関から出力された動力が目標とする動力より大きい場合には、その動力の残余が第１電動機に伝達され回生される。一方で、内燃機関から出力された動力が目標とする動力より小さい場合には、内燃機関から出力された動力及び第１電動機から出力された動力が駆動軸へと出力されると共に、残余動力が第２電動機において回生される。第４モードによれば、車速によらず高効率を実現することができる。
【００１６】
以上のように、本発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、車両の走行状況等に応じて動力伝達モードを適宜切替えることにより、効率の高い運転を実現できる。尚、切替手段による動力伝達モードの切替動作は、車両の走行状況等に応じて出力されるモード切替指示に基づいて自動的に行われる。
【００１７】
ここで本発明では特に、切替手段によって、第１クラッチが切り離された状態から結合された状態へと切替えられる場合に、先ず第１制御手段が、第１クラッチを切り離したままで第２クラッチを結合させるように切替手段を制御する。即ち、第１クラッチが結合される際には、第２クラッチの結合が先に実行される。尚、第１クラッチを結合しようとする場合に、既に第２クラッチが結合されている場合には、第１制御手段は切替手段を制御せずに済む。
【００１８】
第２クラッチが結合されると、回転数推定手段において、第１クラッチ結合後の内燃機関の回転数が推定される。この回転数の推定は、第１クラッチを切り離したままで行われる。即ち、仮に第１クラッチを結合した場合に実現されるであろう内燃機関の回転数が推定される。尚、内燃機関の回転数は、例えば車速等を用いて推定することができる。
【００１９】
回転数推定手段において推定された内燃機関の回転数は、所定の閾値未満であるか否かが判定される。尚、ここでの「所定の閾値」とは、第１クラッチを係合した場合に、内燃機関において不具合が生じてしまう程に回転数が低いか否かを判定するための値であり、典型的にはエンジンのアイドル回転数や起動回転数が設定される。推定された内燃機関の回転数が所定の閾値未満である場合には、第２制御手段が、内燃機関が起動していない状態で第１クラッチを結合するように切替手段を制御する。即ち、それまで停止していた内燃機関を起動する前に第１クラッチを結合させる。或いは、起動していた内燃機関を停止させてから第１クラッチを結合させる。尚、ここでの「起動していない状態」とは、内燃機関から動力が出力されていない状態を指しており、仮に内燃機関が回転していたとしても、それが他の動力要素から出力された動力による回転であれば、「起動していない状態」に含まれるものとする。
【００２０】
ここで仮に、内燃機関の回転数が所定の閾値未満である場合に、内燃機関を起動させた状態で第１クラッチを結合させたとする。この場合、内燃機関は、自立回転できない状態で駆動軸と結合されてしまうことになる。このため、内燃機関では失火や共振等が発生する発生が高く、それに起因するドライバビリティの悪化が予想される。
【００２１】
しかるに本発明では、上述したように、エンジンが起動していない状態で第１クラッチが結合されるため、上述した内燃機関で発生する様々な不具合を防止することができる。また、第１クラッチを結合する際には、係合部の回転を同期させる同期制御が行われることになるが、本発明では第２クラッチが結合された状態とされているため、比較的精度の高い第１電動機を用いた同期制御が実行できる。よって、結合時間の短縮や結合時のショックの低減など、制御性及び商品性の向上が実現可能である。
【００２２】
以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、クラッチを用いた動力伝達モードの切替えを好適に行うことが可能である。
【００２３】
本発明のハイブリッド車両の制御装置の一態様では、前記内燃機関が起動していない状態で前記第１クラッチが結合された場合に、前記第１クラッチ結合後の前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段において検出された前記内燃機関の回転数が所定の閾値以上となった場合に、前記内燃機関を起動させる起動制御手段とを更に備える。
【００２４】
この態様によれば、内燃機関が起動していない状態で第１クラッチが結合された後、回転数検出手段によって、内燃機関の回転数が検出される。即ち、回転数推定手段のように、第１クラッチを結合せずに回転数を推定するのではなく、実際に第１クラッチが結合された状態での回転数が検出される。尚、内燃機関の回転数の検出は、第１クラッチの結合後、一定又は不定の周期で検出される。
【００２５】
本態様では、検出された内燃機関の回転数が所定の閾値以上となった場合、起動制御手段によって、停止されていた内燃機関が起動される。第１クラッチ係合後の内燃機関の回転数が所定の閾値以上であれば、内燃機関が起動したとしても不具合が起こることはないと考えられる。よって、内燃機関から出力される動力を利用した走行を好適に実現することが可能である。
【００２６】
本発明のハイブリッド車両の制御装置の他の態様では、前記回転数推定手段において推定された前記内燃機関の回転数が所定の閾値以上である場合に、前記内燃機関を起動させると共に前記第１電動機による回生を行いつつ、前記第１クラッチを結合するように前記切替手段を制御する第３制御手段を更に備える。
【００２７】
この態様によれば、回転数推定手段において推定された内燃機関の回転数が所定の閾値以上である場合（即ち、上述した内燃機関を起動させない状態での第１クラッチの係合が行われない場合）には、内燃機関は起動され、内燃機関の動力を利用して第１電動機による回生が行われる。即ち、内燃機関から出力された動力が動力伝達機構を介して伝達され、第１電動機において発電が行われる。
【００２８】
本態様では、上述した状態で第１クラッチの同期制御が行われ結合が実行される。即ち、内燃機関が動力を出力し、第１電動機がその反力を取る状態で、第１クラッチの結合制御が実行される。この場合、内燃機関が起動した状態であるため、トルク及び回転数が比較的安定した状態を作り出すことができる。よって、第１クラッチの同期制御における制御性を向上させることができる。また、第１電動機において回生が行われているため、電力不足による第１クラッチの結合制御の中止を防止できる。更に、第２電動機による発電が不要となるため、エネルギ効率の向上を実現することができる。
【００２９】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図３】エンジン２００の一断面構成を例示する模式図である。
【図４】ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図５】ハイブリッド車両の制御装によって実現される４つの動力伝達モードを示すマトリクス図である。
【図６】第１モードの構成を示す共線図である。
【図７】第２モードの構成を示す共線図である。
【図８】第３モードの構成を示す共線図である。
【図９】第４モードの構成を示す共線図である。
【図１０】ハイブリッド車両の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】第１クラッチ係合時の同期制御を示す共線図（その１）である。
【図１２】第１クラッチ係合時の同期制御を示す共線図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００３２】
先ず、本実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、ハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００３３】
図１において、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、ハイブリッド駆動装置１０、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１、バッテリ１２、アクセル開度センサ１３、車速センサ１４及びＥＣＵ１００を備えて構成されている。
【００３４】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「ハイブリッド車両の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、ハイブリッド車両１における各種制を実行可能に構成されている。
【００３５】
ＰＣＵ１１は、バッテリ１２から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２に供給する。また、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給することが可能な不図示のインバータを含んでいる。即ち、ＰＣＵ１１は、バッテリ１２と各モータジェネレータとの間の電力の入出力、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ１２を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。
【００３６】
バッテリ１２は、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２を力行するための電力に係る電力供給源として機能する充電可能な蓄電手段である。
【００３７】
アクセル開度センサ１３は、ハイブリッド車両１の図示せぬアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Ｔａを検出可能に構成されたセンサである。アクセル開度センサ１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度Ｔａは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００３８】
車速センサ１４は、ハイブリッド車両１の車速Ｖを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速Ｖは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００３９】
ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインとして機能する動力ユニットである。ここで、図２を参照し、ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００４０】
図２において、ハイブリッド駆動装置１０は、主にエンジン２００、動力分割機構３００、モータジェネレータＭＧ１（以下、適宜「ＭＧ１」と略称する）、モータジェネレータＭＧ２（以下、適宜「ＭＧ２」と略称する）、入力軸４００、駆動軸５００、減速機構６００、第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０を備えて構成されている。
【００４１】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するように構成されている。ここで、図３を参照し、エンジン２００の詳細な構成について説明する。ここに、図３は、エンジン２００の一断面構成を例示する模式図である。尚、本発明における「内燃機関」とは、例えば２サイクル又は４サイクルレシプロエンジン等を含み、少なくとも一の気筒を有し、当該気筒内部の燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いはアルコール等の各種燃料を含む混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的又は機械的な伝達手段を適宜介して駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念である。係る概念を満たす限りにおいて、本発明に係る内燃機関の構成は、エンジン２００のものに限定されず各種の態様を有してよい。また、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に４本の気筒２０１が直列に配されてなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０１の構成は相互に等しいため、図３においては一の気筒２０１についてのみ説明を行うこととする。
【００４２】
図３において、エンジン２００は、気筒２０１内において燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介して、クランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。
【００４３】
クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。このクランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００（不図示）と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００では、このクランクポジションセンサ２０６から出力されるクランク角信号に基づいて、エンジン２００の機関回転数ＮＥが算出される構成となっている。
【００４４】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２１０を介して吸気バルブ２１１の開弁時に気筒２０１内部へ導かれる。一方、吸気ポート２１０には、インジェクタ２１２の燃料噴射弁が露出しており、吸気ポート２１０に対し燃料を噴射することが可能な構成となっている。インジェクタ２１２から噴射された燃料は、吸気バルブ２１１の開弁時期に前後して吸入空気と混合され、上述した混合気となる。
【００４５】
燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介してインジェクタ２１２に供給される構成となっている。気筒２０１内部で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ２１１の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１３の開弁時に排気ポート２１４を介して排気管２１５に導かれる。
【００４６】
一方、吸気管２０７における、吸気ポート２１０の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２０９によってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルペダルの開度（即ち、上述したアクセル開度Ｔａ）に応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータ２０９を制御するが、スロットルバルブモータ２０９の動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００４７】
排気管２１５には、三元触媒２１６が設置されている。三元触媒２１６は、エンジン２００から排出される排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元すると同時に、排気中のＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）を酸化可能に構成された触媒装置である。尚、触媒装置の採り得る形態は、このような三元触媒に限定されず、例えば三元触媒に代えて或いは加えて、ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）或いは酸化触媒の各種触媒が設置されていてもよい。
【００４８】
排気管２１５には、エンジン２００の排気空燃比を検出することが可能に構成された空燃比センサ２１７が設置されている。更に、気筒２０１を収容するシリンダブロックに設置されたウォータージャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温を検出するための水温センサ２１８が配設されている。これら空燃比センサ２１７及び水温センサ２１８は、夫々ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された空燃比及び冷却水温は、夫々ＥＣＵ１００により一定又は不定の検出周期で把握される構成となっている。
【００４９】
図２に戻り、モータジェネレータＭＧ１は、本発明に係る「第１電動機」の一例たる電動発電機であり、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備えた構成となっている。モータジェネレータＭＧ２は、本発明に係る「第２電動機」の一例たる電動発電機であり、モータジェネレータＭＧ１と同様に、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備えた構成となっている。尚、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有するが、他の構成を有していてもよい。
【００５０】
動力分割機構３００は、中心部に設けられた、本発明に係る「第１回転要素」の一例たるサンギヤＳ１と、サンギヤＳ１の外周に同心円状に設けられた、本発明に係る「第２回転要素」の一例たるリングギヤＲ１と、サンギヤＳ１とリングギヤＲ１との間に配置されてサンギヤＳ１の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギヤＰ１と、これら各ピニオンギヤの回転軸を軸支する、本発明に係る「第３回転要素」の一例たるキャリアＣ１とを備えている。即ち、動力分割機構３００は、本発明に係る「動力伝達機構」の一例たる動力伝達装置である。
【００５１】
ここで、サンギヤＳ１は、サンギヤ軸３１０を介してＭＧ１のロータＲＴ１に連結されており、その回転数はＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１（以下、適宜「ＭＧ１回転数Ｎｍｇ1」と称する）と等価である。また、リングギヤＲ１は、駆動軸５００、減速機構６００を介してＭＧ２のロータＲＴ２に結合されており、その回転数はＭＧ２の回転数Ｎｍｇ２（以下、適宜「ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２」と称する）と一義的な関係にある。更に、キャリアＣ１は、エンジン２００の先に述べたクランクシャフト２０５に連結された入力軸４００と連結されており、その回転数は、エンジン２００の機関回転数ＮＥと等価である。尚、ハイブリッド駆動装置１０において、ＭＧ１回転数Ｎｍｇ１及びＭＧ２回転数Ｎｍｇ２は、夫々レゾルバ等の回転センサにより一定の周期で検出されており、ＥＣＵ１００に一定又は不定の周期で送出されている。
【００５２】
一方、駆動軸５００は、ハイブリッド車両１の駆動輪たる右前輪ＦＲ及び左前輪ＦＬを夫々駆動するドライブシャフトＳＦＲ及びＳＦＬ（即ち、これらドライブシャフトは、本発明に係る「車軸」の一例である）と、各種減速ギヤ及び差動ギヤを含む減速装置としての減速機構６００を介して連結されている。従って、モータジェネレータＭＧ２から駆動軸５００に供給されるモータトルクＴｍｇ２は、減速機構６００を介して各ドライブシャフトへと伝達され、各ドライブシャフトを介して伝達される各駆動輪からの駆動力は、同様に減速機構６００及び駆動軸５００を介してモータジェネレータＭＧ２に入力される。従って、ＭＧ２回転数Ｎｍｇ２は、ハイブリッド車両１の車速Ｖと一義的な関係にある。
【００５３】
動力分割機構３００は、係る構成の下で、エンジン２００からクランクシャフト２０５を介して入力軸４００に供給されるエンジントルクＴｅを、キャリアＣ１とピニオンギヤＰ１とによってサンギヤＳ１及びリングギヤＲ１に所定の比率（各ギヤ相互間のギヤ比に応じた比率）で分配し、エンジン２００の動力を２系統に分割することが可能となっている。
【００５４】
動力分割機構３００の動作を分かり易くするため、リングギヤＲ１の歯数に対するサンギヤＳ１の歯数としてのギヤ比ρを定義すると、エンジン２００からキャリアＣ１に対しエンジントルクＴｅを作用させた場合に、サンギヤ軸３１０に現れるトルクＴｅｓは下記（１）式により、また駆動軸５００に現れるトルクＴｅｒ（即ち、エンジン２００からの直達トルク）は下記（２）式により夫々表される。
【００５５】
Ｔｅｓ＝−Ｔｅ×ρ／（１＋ρ）・・・（１）
Ｔｅｒ＝Ｔｅ×１／（１＋ρ）・・・（２）
本実施形態に係る動力分割機構３００は更に、リングギヤＲ１及び駆動軸５００間に第１クラッチ７１０を備えており、その係合状態によって、リングギヤＲ１と駆動軸５００及びＭＧ２との連結を切り離し及び結合可能である。具体的には、第１クラッチ７１０が切り離された状態においては、エンジン２００やＭＧ１からリングギヤＲ１を介して出力される動力は、駆動軸５００及びＭＧ２には伝達されない。一方、第１クラッチ７１０が係合された状態においては、リングギヤＲ１を介して出力される動力が、駆動軸５００及びＭＧ２に伝達される。
【００５６】
また動力分割機構３００は、リングギヤＲ１及びキャリアＣ１間の連結を切り離し及び結合可能な第２クラッチ７２０を備えている。第２クラッチ７２０の係合時には、リングギヤＲ１及びキャリアＣ１が互いに連結されるため、動力分割機構３００が一体的に回転されることになる。即ち、第２クラッチ７２０は、動力分割機構３００の一体的な回転動作を許容するか否かを決定するための機構である。
【００５７】
上述した第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０は、例えば回転可能な噛合い式のドグクラッチとして構成されており、夫々独立して制御可能とされる。このようにすれば、第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０の係合状態を夫々制御することにより、複数種類の動力伝達モードを実現できる。具体的な動力伝達モードの構成については、後に詳述する。
【００５８】
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図４を参照して説明する。ここに図４は、ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【００５９】
図４において、ＥＣＵ１００は、モード変更指示部１１０、第１制御部１２０、回転数推定部１３０、第２制御部１４０、第３制御部１５０、モード切替制御部１６０、回転数検出部１７０及び起動制御部１８０を備えて構成されている。
【００６０】
モード変更指示部１１０は、入力される各種パラメータ（例えば、ハイブリッド車両１の運転状況を示すパラメータ）に基づいて、動力伝達モードを変更すべきか否かを判定する。ここでの判定条件は、例えばＲＯＭ等の記憶装置に予め記憶されており、ハイブリッド車両１は、運転状況に応じて最適な動力伝達モードとなるように制御される。モード変更指示部１１０は、動力伝達モードを変更すべきと判定した場合は、動力伝達モードを変更するようにモード変更命令を出力する。
【００６１】
第１制御部１２０は、本発明の「第１制御手段」の一例であり、モード変更指示部１１０から第１クラッチ７１０を係合させる指示が出た際に、第２クラッチ７２０を係合するようにモード切替制御部１６０を制御する。
【００６２】
回転数推定部１３０は、本発明の「回転数推定手段」の一例であり、例えば演算回路やメモリ等を含んで構成されている。回転数推定部１３０は、第１クラッチ７１０を係合することなく、第１クラッチ７１０が係合された場合のエンジン２００の回転数を推定する。エンジン２００の回転数は、例えば車速等を用いて推定することが可能である。
【００６３】
第２制御部１４０は、本発明の「第２制御手段」の一例であり、回転数推定部１３０において推定されたエンジン２００の回転数が所定の閾値未満である場合に、モード切替制御部１６０を制御して第１クラッチを係合させる。具体的には、エンジン２００を起動させない状態で、第１クラッチ７１０の係合制御を行うようにする。
【００６４】
第３制御部１５０は、本発明の「第３制御手段」の一例であり、回転数推定部１３０において推定されたエンジン２００の回転数が所定の閾値以上である場合に、モード切替制御部１６０を制御して第１クラッチを係合させる。第３制御部１５０による具体的な制御方法については後に詳述する。
【００６５】
モード切替制御部１６０は、本発明の「切替手段」の一例であり、第１制御部１２０、第２制御部１４０及び第３制御部１５０からの指示によって、動力分割機構３００の第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０の係合状態を制御する。
【００６６】
回転数検出部１７０は、本発明の「回転数検出手段」の一例であり、第１クラッチ７１０が係合された後のエンジン２００の回転数を検出する。回転数検出部１７０は、エンジン２００の回転数を直接検出するような回転数センサとして構成されてもよいし、例えばＭＧ１等の回転数等を用いて間接的にエンジン２００の回転数を検出するものとして構成されてもよい。
【００６７】
起動制御部１８０は、本発明の「起動制御手段」の一例であり、回転数検出部１７０において検出された回転数が所定の閾値以上である場合に、エンジン２００を起動させる。
【００６８】
尚、ＥＣＵ１００は、上述した各手段を含んで構成された一体の電子制御ユニットであり、上記各手段に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００６９】
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両における動力伝達モードについて、図５から図９を参照して説明する。ここに図５は、ハイブリッド車両の制御装置によって実現される４つの動力伝達モードを示すマトリクス図である。また図６は、第１モードの構成を示す共線図、図７は、第２モードの構成を示す共線図、図８は、第３モードの構成を示す共線図、図９は、第４モードの構成を示す共線図である。
【００７０】
図５及び図６において、第１モードでは、第１クラッチ７１０が切り離されている（即ち、ＯＦＦである）ため、動力分割機構３００におけるリングギヤＲ１からは、駆動軸５００に対して動力が出力されない。このため、ハイブリッド車両１は、動力分割機構３００より下流側に位置するＭＧ２から出力された動力によって走行する。即ち、第１モードは、エンジン２００からの動力を利用せず、電力のみで走行するモードと呼べる。第１モードでは特に、第２クラッチ７２０も切り離されている（即ち、ＯＦＦである）ため、動力分割機構３００における引き摺り等によるエネルギ損失を防止できる。よって、極めて高いエネルギ効率を実現することが可能である。
【００７１】
図５及び図７において、第２モードでは、上述した第１モードと同様に第１クラッチ７１０が切り離されているため、動力分割機構３００におけるリングギヤＲ１からは、駆動軸５００に対して動力が出力されない。このため、ハイブリッド車両１は、動力分割機構３００より下流側に位置するＭＧ２から出力された動力によって走行する。但し、第２モードでは、第２クラッチ７２０が結合されている（即ち、ＯＮである）ため、動力分割機構３００が一体的に回転する。このため、エンジン２００の動力をＭＧ１に伝達して回生させることができる。ＭＧ１において回生した電力は、ＭＧ２の動力として利用できる。このため第２モードでは、第１モードと比べて車両の走行距離を伸ばすことが可能である。
【００７２】
図５及び図８において、第３モードでは、第１クラッチ７１０が結合されているため、動力分割機構３００におけるリングギヤＲ１からは、駆動軸５００に対して動力が出力される。このため、ハイブリッド車両１は、エンジン２００からの動力により走行することになる。尚、第２クラッチ７２０が結合されており、動力分割機構３００が一体的に回転できるため、エンジン２００からの動力の一部をＭＧ１による回生に利用することが可能である。また、ＭＧ２から動力を出力して、エンジン２００からの動力をアシストするような駆動も可能となる。第３モードでは、上述した第２モードでは効率向上効果を得にくい高速低負荷走行時の効率向上を図ることができる。更には、ＭＧ１及びＭＧ２に不具合が発生した場合の緊急退避走行（即ち、エンジン２００のみでの走行）も可能である。
【００７３】
図５及び図９において、第４モードでは、上述した第３モードと同様に第１クラッチ７１０が結合されているため、動力分割機構３００におけるリングギヤＲ１からは、駆動軸５００に対して動力が出力される。このため、ハイブリッド車両１は、エンジン２００からの動力により走行することになる。ここで第４モードでは特に、エンジン２００から出力された動力が目標とする動力より大きい場合には、その動力の残余がＭＧ１に伝達され回生される。一方で、エンジン２００から出力された動力が目標とする動力より小さい場合には、エンジン２００から出力された動力及びＭＧ１から出力された動力が駆動軸５００へと出力されると共に、残余動力がＭＧ２において回生される。第４モードによれば、車速によらず高効率を実現することができる。
【００７４】
以上のように、本発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、車両の走行状況等に応じて動力伝達モードを適宜切替えることにより、効率の高い運転を実現できる。
【００７５】
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置による具体的な制御及びその効果について、図１０を参照して説明する。ここに図１０は、ハイブリッド車両の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００７６】
図１０において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、第１クラッチ７１０を係合するようにモード変更指示部１１０から要求が出されると（ステップＳ０１：ＹＥＳ）、第２制御部１２０によって、第１クラッチ７１０を係合させないままで、第２クラッチ７２０が係合される（ステップＳ０２）。即ち、第１クラッチ７１０を結合しようとする場合には、先ず第２クラッチ７２０の結合が先に実行される。尚、既に第２クラッチ７２０が結合されている場合には、ステップＳ０２の処理は省略することができる。
【００７７】
第２クラッチ７２０が結合されると、回転数推定部１３０において、第１クラッチ７１０係合後のエンジン２００の回転数が推定される（ステップＳ０３）。ここでのエンジン２００の回転数の推定は、第１クラッチ７１０を切り離したままで行われる。即ち、実際に第１クラッチ７１０を係合させることなく、車速等のパラメータを用いた演算によって、エンジン２００の回転数が推定される。
【００７８】
エンジン２００の回転数が推定されると、その回転数が、所定の閾値以上であるか否かが判定される（ステップＳ０４）。所定の閾値には、例えばエンジンのアイドル回転数や起動回転数が設定されている。
【００７９】
ここで、推定されたエンジン２００の回転数が所定の閾値以上である場合（ステップＳ０４：ＹＥＳ）、第３制御部１５０の指示によって、エンジン２００が起動した状態での第１クラッチの同期制御が実行され（ステップＳ０５）、第１クラッチ７１０が係合される（ステップＳ０６）。以下では、図１１を参照して、エンジン２００が起動した状態での第１クラッチ７１０の係合制御について説明する。ここに図１１は、第１クラッチ係合時の同期制御を示す共線図（その１）である。
【００８０】
図１１において、第１クラッチ７１０の係合時には、先ず第２クラッチ７２０が係合される。即ち、リングギヤＲ１及びキャリアＣ１間が連結され、動力分割機構３００が一体的に回転可能とされる。続いて、エンジン２００からトルクを出力して係合部の回転数（即ち、リングギヤＲ１の回転数）が上昇される。この際、サンギヤＳ１側では、ＭＧ１で反力を取ることにより回生が行われる。即ち、ＭＧ１では、エンジン２００の動力を利用して発電が行われる。
【００８１】
第１クラッチ７１０の回転数が同期されると、実際に係合が実行される。このような係合制御では、エンジン２００が起動した状態で行われるため、トルク及び回転数が比較的安定した状態を作り出すことができる。よって、第１クラッチ７１０の同期制御における制御性を向上させることができる。また、ＭＧ１において回生が行われているため、電力不足による第１クラッチ７１０の結合制御の中止を防止できる。更に、ＭＧ２による発電が不要となるため、エネルギ効率の向上を実現することができる。
【００８２】
図１０に戻り、エンジン２００の回転数が所定の閾値未満である場合（ステップＳ０４：ＮＯ）、エンジン２００が起動しているか否かが判定される（ステップＳ０７）。エンジン２００が起動している場合には（ステップＳ０７：ＹＥＳ）、燃料噴射が停止される（ステップＳ０８）。即ち、エンジン２００の運転が停止される。一方、エンジンが起動していない場合には（ステップＳ０７：ＮＯ）、上述したステップＳ０８の処理は省略される。
【００８３】
以上の結果、エンジン２００の回転数が所定の閾値未満である場合には、エンジンが起動していない状態で第１クラッチ７１０が係合される。以下では、図１２を参照して、エンジン２００が起動していない状態での第１クラッチ７１０の係合制御について説明する。ここに図１２は、第１クラッチ係合時の同期制御を示す共線図（その２）である。
【００８４】
図１２において、第１クラッチ７１０の係合時には、先ず第２クラッチ７２０が係合される。即ち、リングギヤＲ１及びキャリアＣ１間が連結され、動力分割機構３００が一体的に回転可能とされる。続いて、比較的精度の高いＭＧ１のレゾルバ等から回転数を検出し、その回転数を利用して同期制御を行う。即ち、ここではＭＧ１の動力を利用して高い精度で同期制御が実行できる。このようにＭＧ１の回転数が利用できるのは、第２クラッチ７２０の係合によって、動力分割機構３００が一体的に回転しているからである。
【００８５】
第１クラッチ７１０の回転数が同期されると、エンジン２００が起動していない状態のまま、実際に係合が実行される。ここで仮に、エンジン２００の回転数が所定の閾値未満である場合に、エンジン２００を起動させた状態で第１クラッチ７１０を係合させたとする。この場合、エンジン２００は、自立回転できない状態で駆動軸５００と結合されてしまうことになる。このため、エンジン２００では失火や共振等が発生する発生が高く、それに起因するドライバビリティの悪化が予想される。本実施形態に係る係合制御では、上述したようなエンジン２００で発生する様々な不具合を防止することができる。
【００８６】
再び図１０に戻り、第１クラッチ７１０が係合されると、この時点でエンジン２００が起動しているか否かが判定される（ステップＳ０９）。即ち、第１クラッチ７１０の係合制御が、エンジン２００を起動した状態で行われたのか、或いはエンジン２００を起動していない状態で行われたのかが判定される。
【００８７】
ここで、エンジン２００が起動していないと判定された場合（ステップＳ０９：ＮＯ）、回転数検出部１７０において、エンジン２００の回転数が検出される（ステップＳ１０）。即ち、回転数推定部１３０のように、第１クラッチ７１０を係合させずに回転数を推定するのではなく、実際に第１クラッチ７１０が係合された状態での回転数が検出される。
【００８８】
エンジン２００の回転数が検出されると、検出された回転数が所定の閾値以上となっているか否かが判定される（ステップＳ１１）。尚、ここでの所定の閾値は、典型的には推定された回転数に対する値（即ち、ステップＳ０４の処理で用いられる所定の閾値）と同じものとして設定される。但し、必ずしも完全に同じ値にする必要はなく、多少のマージンを含んだ異なる値が設定されても構わない。
【００８９】
検出されたエンジン２００の回転数が所定の閾値以上になっていると判定された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）起動制御部１８０によって、停止されていたエンジン２００が起動される（ステップＳ１２）。第１クラッチ７１０係合後のエンジン２００の回転数が所定の閾値以上であれば、エンジン２００が起動したとしても不具合が起こることはないと考えられる。よって、エンジン２００から出力される動力を利用した走行を好適に実現することが可能である。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、第１クラッチ７１０及び第２クラッチ７２０を用いた動力伝達モードの切替えを好適に行うことが可能である。
【００９１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９２】
１…ハイブリッド車両、１０…ハイブリッド駆動装置、１１…ＰＣＵ、１２…バッテリ、１３…アクセル開度センサ、１４…車速センサ、１００…ＥＣＵ、１１０…モード変更指示部、１２０…第１制御部、１３０…回転数推定部、１４０…第２制御部、１５０…第３制御部、１６０…モード切替制御部、１７０…回転数検出部、１８０…起動制御部、２００…エンジン、２０５…クランクシャフト、３００…動力分割機構、３１０…サンギヤ軸、Ｓ１…サンギヤ、Ｃ１…キャリア、Ｒ１…リングギヤ、ＭＧ１…モータジェネレータ、ＭＧ２…モータジェネレータ、４００…入力軸、５００…駆動軸、６００…減速機構、７１０…第１クラッチ、７２０…第２クラッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電動機、第２電動機及び内燃機関を含む動力要素と、
前記動力要素からの動力を車軸に伝達する駆動軸と、
前記第１電動機に連結された第１回転要素、前記第２電動機及び前記駆動軸に夫々連結された第２回転要素、並びに前記内燃機関に連結された第３回転要素を含む相互に差動回転可能な複数の回転要素を有する動力伝達機構と、
前記第２回転要素の前記第２電動機及び前記駆動軸との連結を切り離し及び結合可能な第１クラッチと、
前記第１回転要素、前記第２回転要素及び前記第３回転要素のうち２つの回転要素を、互いに切り離し及び結合可能な第２クラッチと
を備えたハイブリッド車両を制御する装置であって、
前記第１クラッチ及び前記第２クラッチの結合状態を夫々制御することで動力伝達モードを切替える切替手段と、
前記切替手段によって、前記第１クラッチが切り離された状態から結合された状態へと切替えられる場合に、前記第１クラッチを切り離したままで前記第２クラッチを結合させるように前記切替手段を制御する第１制御手段と、
前記第１クラッチを切り離したままで、前記第１クラッチ結合後の前記内燃機関の回転数を推定する回転数推定手段と、
前記回転数推定手段において推定された前記内燃機関の回転数が所定の閾値未満である場合に、前記内燃機関が起動していない状態で前記第１クラッチを結合するように前記切替手段を制御する第２制御手段と
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関が起動していない状態で前記第１クラッチが結合された場合に、前記第１クラッチ結合後の前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記回転数検出手段において検出された前記内燃機関の回転数が所定の閾値以上となった場合に、前記内燃機関を起動させる起動制御手段と
を更に備え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。
【請求項３】
前記回転数推定手段において推定された前記内燃機関の回転数が所定の閾値以上である場合に、前記内燃機関を起動させると共に前記第１電動機による回生を行いつつ、前記第１クラッチを結合するように前記切替手段を制御する第３制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項１】
第１電動機、第２電動機及び内燃機関を含む動力要素と、
前記動力要素からの動力を車軸に伝達する駆動軸と、
前記第１電動機に連結された第１回転要素、前記第２電動機及び前記駆動軸に夫々連結された第２回転要素、並びに前記内燃機関に連結された第３回転要素を含む相互に差動回転可能な複数の回転要素を有する動力伝達機構と、
前記第２回転要素の前記第２電動機及び前記駆動軸との連結を切り離し及び結合可能な第１クラッチと、
前記第１回転要素、前記第２回転要素及び前記第３回転要素のうち２つの回転要素を、互いに切り離し及び結合可能な第２クラッチと
を備えたハイブリッド車両を制御する装置であって、
前記第１クラッチ及び前記第２クラッチの結合状態を夫々制御することで動力伝達モードを切替える切替手段と、
前記切替手段によって、前記第１クラッチが切り離された状態から結合された状態へと切替えられる場合に、前記第１クラッチを切り離したままで前記第２クラッチを結合させるように前記切替手段を制御する第１制御手段と、
前記第１クラッチを切り離したままで、前記第１クラッチ結合後の前記内燃機関の回転数を推定する回転数推定手段と、
前記回転数推定手段において推定された前記内燃機関の回転数が所定の閾値未満である場合に、前記内燃機関が起動していない状態で前記第１クラッチを結合するように前記切替手段を制御する第２制御手段と
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関が起動していない状態で前記第１クラッチが結合された場合に、前記第１クラッチ結合後の前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記回転数検出手段において検出された前記内燃機関の回転数が所定の閾値以上となった場合に、前記内燃機関を起動させる起動制御手段と
を更に備え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。
【請求項３】
前記回転数推定手段において推定された前記内燃機関の回転数が所定の閾値以上である場合に、前記内燃機関を起動させると共に前記第１電動機による回生を行いつつ、前記第１クラッチを結合するように前記切替手段を制御する第３制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−３５６５８（Ｐ２０１２−３５６５８Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７４６１８（Ｐ２０１０−１７４６１８）
【出願日】平成２２年８月３日（２０１０．８．３）
【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２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３日（２０１０．８．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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