JP2013166417A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両の燃費性能を向上させる。
【解決手段】ハイブリッド車両は動力分割機構を備えており、動力分割機構を構成する各回転要素には、エンジン、モータジェネレータＭ２、駆動輪出力軸が連結される。駆動輪から動力分割機構が切り離されるＥＶモードから、エンジンを始動して動力分割機構を駆動輪に接続するＯＤ１モードに切り換える際には、まず動力分割機構のブレーキ機構が締結され、動力分割機構はエンジン動力を増速して出力する増速状態に切り換えられる。そして、エンジンに接続されるキャリアの回転数がＮｃに達するまで、モータジェネレータＭ２の回転数を負側に増速され、エンジンが始動される。このように、動力分割機構を増速状態にしてエンジンを始動することにより、モータジェネレータＭ２の回転変動を抑制することができ、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。
【選択図】図１５

Description

本発明は、動力分割機構を備えるハイブリッド車両の駆動装置に関する。

遊星歯車列等からなる動力分割機構を備えたハイブリッド車両が開発されている(例えば、特許文献１参照)。動力分割機構の各回転要素には、エンジン、モータジェネレータ、駆動輪出力軸が接続されている。そして、各回転要素の拘束を解くことにより、動力分割機構を介してエンジン動力をモータジェネレータと駆動輪出力軸とに分配することが可能となる。この動力分割機構を備えたハイブリッド車両においては、モータジェネレータの回転数を制御することにより、車速に関係なく効率の良い領域でエンジンを作動させることができ、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。

特開２００１−１１２１１２号公報

ところで、動力分割機構を備えたハイブリッド車両は、低速走行時にエンジンを停止させて燃費性能を向上させる一方、高速走行時にエンジンを始動させて動力性能を確保することが多い。すなわち、低速走行から高速走行に移行する際にエンジンを始動する必要があるが、動力分割機構の各回転要素の拘束が解かれた状態では、モータジェネレータからエンジンに始動トルクを伝達することが不可能となる。このため、エンジン始動時には、動力分割機構の各回転要素を拘束した状態、つまり動力分割機構を介してエンジンとモータジェネレータとを直結した状態に制御していた。しかしながら、エンジンとモータジェネレータとを直結してエンジンを始動することは、走行状況によってはハイブリッド車両の電費性能や燃費性能を低下させる要因となっていた。

本発明の目的は、ハイブリッド車両の電費燃費性能を向上させることにある。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、駆動輪出力軸に連結される第１モータジェネレータを備え、前記駆動輪出力軸にモータ動力を伝達するモータ駆動系と、エンジン、第２モータジェネレータおよび前記駆動輪出力軸に連結される動力分割機構を備え、前記動力分割機構を介して前記駆動輪出力軸にエンジン動力を伝達するエンジン駆動系と、前記駆動輪出力軸と前記動力分割機構との間に設けられ、前記モータ駆動系に前記エンジン駆動系を接続する締結状態と、接続を解除する解放状態とに切り換えられるクラッチ機構と、前記動力分割機構を構成する複数の回転要素のうち１つの回転要素と固定部材とを締結することにより、エンジン動力を増速して前記駆動輪出力軸に伝達する増速状態に前記動力分割機構を切り換えるブレーキ機構と、所定車速を上回る状態のもとで前記クラッチ機構を解放状態から締結状態に切り換える際に、前記ブレーキ機構を締結したまま前記第２モータジェネレータを駆動して前記エンジンを始動する制御手段とを有することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記制御手段は、所定駆動力を下回るとともに減速して所定車速を下回る場合に、前記ブレーキ機構を締結したまま前記クラッチ機構を解放して前記エンジンを停止させ、所定駆動力を下回るとともに加速して所定車速を上回る場合に、前記ブレーキ機構を締結したまま前記エンジンを始動して前記クラッチ機構を締結することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記動力分割機構は、共線図上で、前記第２モータジェネレータに連結される回転要素、前記ブレーキ機構に連結される回転要素、前記エンジンに連結される回転要素、前記駆動輪出力軸に連結される回転要素の順に配列される構成であることを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記動力分割機構を構成する複数の回転要素のうち、前記第２モータジェネレータに連結される回転要素は、第１サンギヤであり、前記ブレーキ機構に連結される回転要素は、前記第１サンギヤにピニオンギヤを介して噛み合う第２サンギヤであり、前記エンジンに連結される回転要素は、前記ピニオンギヤを回転自在に支持するキャリアであり、前記駆動輪出力軸に連結される回転要素は、前記ピニオンギヤに噛み合うリングギヤであることを特徴とする。

本発明によれば、クラッチ機構を締結してモータ駆動系にエンジン駆動系を接続する際に、所定車速を上回る状態のもとではブレーキ機構を締結しながら第２モータジェネレータを駆動してエンジンを始動している。これにより、エンジン始動時における第２モータジェネレータの回転変動を抑制することができ、第２モータジェネレータの消費電力を抑制することができるため、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。

本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニットを示す概略図である。 パワーユニットの制御系を示すブロック図である。 各走行モードにおけるクラッチ、モータジェネレータ、エンジンの作動状態を示す説明図である。 各走行モードの切換順序を示す説明図である。 (ａ)および(ｂ)はシリーズモードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。 (ａ)および(ｂ)はＥＶモードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。 (ａ)および(ｂ)はＰＳ１モードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。 (ａ)および(ｂ)はＰＳ２モードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。 (ａ)および(ｂ)はＯＤ１モードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。 (ａ)および(ｂ)はＯＤ２モードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。 (ａ)および(ｂ)は直結モードにおけるパワーユニットの作動状態を示す概略図および共線図である。 低中車速領域で参照されるモードマップの一例を示す説明図である。 (ａ)〜(ｃ)はＥＶモードからＰＳ１モードに切り換える際のエンジン始動手順を示す共線図である。 (ａ)〜(ｃ)はＥＶモードからＰＳ１モードに切り換える際のエンジン始動手順を示す共線図である。 (ａ)〜(ｃ)はＥＶモードからＯＤ１モードに切り換える際のエンジン始動手順を示す共線図である。 (ａ)および(ｂ)はＥＶモードからＯＤ１モードに切り換える際におけるエンジン始動手順の比較例を示す共線図である。 ＥＶモードからＯＤ１モードに切り換える際におけるエンジン始動手順の比較例を示す共線図である。 本発明の他の実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニットを示す概略図である。 本発明の他の実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニットを示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニット１０を示す概略図である。図１に示すように、ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニット１０は、動力源として内燃機関であるエンジン１１を備えるとともに、動力源として第１モータジェネレータＭ１および第２モータジェネレータＭ２を備えている。

エンジン１１と第２モータジェネレータＭ２との間には、遊星歯車列によって構成される動力分割機構１２が設けられている。動力分割機構１２は、エンジン１１のクランク軸１３にダンパ機構１４を介して連結されるキャリア(回転要素)１５と、キャリア１５に回転自在に支持されるピニオンギヤ(回転要素)１６とを有している。ピニオンギヤ１６には第１ギヤ部１６ａおよび第２ギヤ部１６ｂが形成されており、第１ギヤ部１６ａと第２ギヤ部１６ｂとは同軸上に配置されている。第１ギヤ部１６ａには第１サンギヤ(回転要素)１７が噛み合っており、第２ギヤ部１６ｂには第２サンギヤ(回転要素)１８が噛み合っている。第１サンギヤ１７にはモータ出力軸１９を介してモータジェネレータＭ２のロータ２０ａが連結されており、第２サンギヤ１８には中空軸２１を介してシンクロハブ２２が固定されている。また、ピニオンギヤ１６の第１ギヤ部１６ａにはリングギヤ(回転要素)２３が噛み合っており、リングギヤ２３には中空軸２４を介してスプライン歯２５が固定されている。さらに、パワーユニット１０のケース(固定部材)２６にはスプライン歯２７が固定されている。図１に示すように、シンクロハブ２２の一端側にはスプライン歯２５が配置されており、シンクロハブ２２の他端側にはスプライン歯２７が配置されている。すなわち、シンクロハブ２２の両端には、シンクロハブ２２を挟むようにスプライン歯２５，２７が配置されている。

図１に示すように、シンクロハブ２２の外周部には、軸方向に移動自在にシンクロスリーブ３０が噛み合っている。シンクロスリーブ３０にはフォーク部材３１が装着されており、フォーク部材３１はアクチュエータ３２の伸縮ロッド３２ａに連結されている。シンクロスリーブ３０を矢印ａ方向に移動させることにより、シンクロスリーブ３０をスプライン歯２５に噛み合わせることが可能となる。これにより、シンクロスリーブ３０を介して第２サンギヤ１８とリングギヤ２３とを締結することが可能となる。一方、シンクロスリーブ３０を矢印ｂ方向に移動させることにより、シンクロスリーブ３０をスプライン歯２７に噛み合わせることが可能となる。これにより、シンクロスリーブ３０を介して第２サンギヤ１８とケース２６とを締結することが可能となる。また、シンクロスリーブ３０を図１に示す中立位置に移動させることにより、シンクロスリーブ３０はシンクロハブ２２だけに噛み合った状態となる。

これらのシンクロハブ２２、スプライン歯２５およびシンクロスリーブ３０によって、第２サンギヤ１８とリングギヤ２３とを締結する締結状態と、締結を解除する解放状態とに切り換えられるクラッチＣＬ３が構成されている。また、シンクロハブ２２、スプライン歯２７およびシンクロスリーブ３０によって、第２サンギヤ１８とケース２６とを締結する締結状態と、締結を解除する解放状態とに切り換えられるクラッチＣＬ４が構成されている。このクラッチＣＬ４は、サンギヤ１８をケース２６に固定するブレーキ機構として機能している。これらのクラッチＣＬ３，ＣＬ４は共用される１つのシンクロスリーブ３０を有しており、アクチュエータ３２によってシンクロスリーブ３０をスライドさせることにより、双方のクラッチＣＬ３，ＣＬ４の作動状態を切り換えることができる。すなわち、シンクロスリーブ３０を矢印ａ方向に移動させることにより、クラッチＣＬ３を締結状態に切り換えることができ、クラッチＣＬ４を解放状態に切り換えることができる。また、シンクロスリーブ３０を図１に示す中立位置に移動させることにより、クラッチＣＬ３，ＣＬ４を共に解放状態に切り換えることができる。さらに、シンクロスリーブ３０を矢印ｂ方向に移動させることにより、クラッチＣＬ４を締結状態に切り換えることができ、クラッチＣＬ３を解放状態に切り換えることができる。

図１に示すように、リングギヤ２３とスプライン歯２５とを連結する中空軸２４には駆動ギヤ３３が固定されており、この駆動ギヤ３３に噛み合う従動ギヤ３４が中空軸２４に平行となる前輪出力軸(駆動輪出力軸)３５に回転自在に支持されている。従動ギヤ３４にはスプライン歯３６が固定されており、このスプライン歯３６に隣接するシンクロハブ３７が前輪出力軸３５に固定されている。また、シンクロハブ３７の外周部には、軸方向に移動自在にシンクロスリーブ３８が噛み合っている。シンクロスリーブ３８にはフォーク部材３９が装着されており、フォーク部材３９はアクチュエータ４０の伸縮ロッド４０ａに連結されている。アクチュエータ４０によってシンクロスリーブ３８を矢印ａ方向に移動させることにより、シンクロスリーブ３８をスプライン歯３６に噛み合わせることが可能となる。これにより、シンクロスリーブ３８を介してリングギヤ２３と前輪出力軸３５とを連結することが可能となる。一方、シンクロスリーブ３８を図１に示す中立位置に移動させることにより、シンクロスリーブ３８をシンクロハブ３７だけに噛み合わせることができ、前輪出力軸３５からリングギヤ２３を切り離すことが可能となる。このように、前輪出力軸３５と従動ギヤ３４との間には、シンクロハブ３７、スプライン歯３６およびシンクロスリーブ３８からなるクラッチ(クラッチ機構)ＣＬ１が設けられている。なお、前輪出力軸３５の一端部にはデファレンシャル機構４１が接続されており、前輪出力軸３５はデファレンシャル機構４１を介して駆動輪である前輪４２ｆに連結されている。

また、前輪出力軸３５の他端部には従動ギヤ４３が固定されており、この従動ギヤ４３に噛み合う駆動ギヤ４４が前輪出力軸３５に平行となる中空軸４５に固定されている。中空軸４５にはシンクロハブ４６が固定されており、このシンクロハブ４６に隣接するスプライン歯４７が、モータジェネレータＭ１のモータ出力軸４８に固定されている。また、シンクロハブ４６の外周部には、軸方向に移動自在にシンクロスリーブ４９が噛み合っている。シンクロスリーブ４９にはフォーク部材５０が装着されており、フォーク部材５０はアクチュエータ５１の伸縮ロッド５１ａに連結されている。アクチュエータ５１によってシンクロスリーブ４９を矢印ａ方向に移動させることにより、シンクロスリーブ４９をスプライン歯４７に噛み合わせることが可能となる。これにより、シンクロスリーブ４９を介してモータジェネレータＭ１のロータ５２ａを前輪出力軸３５に連結することが可能となる。一方、シンクロスリーブ４９を図１に示す中立位置に移動させることにより、シンクロスリーブ４９をシンクロハブ４６だけに噛み合わせることができ、前輪出力軸３５からモータジェネレータＭ１を切り離すことが可能となる。このように、モータジェネレータＭ１と駆動ギヤ４４との間には、シンクロハブ４６、スプライン歯４７およびシンクロスリーブ４９からなるクラッチＣＬ２が設けられている。なお、前輪出力軸３５の一端部には駆動ギヤ６０が固定されており、この駆動ギヤ６０に噛み合う従動ギヤ６１が前輪出力軸３５に平行となる後輪出力軸(駆動輪出力軸)６２に固定されている。モータジェネレータＭ１の中心を貫通して後方に延びる後輪出力軸６２には、トランスファクラッチ６３等を介して駆動輪である後輪４２ｒに連結されている。

これまで説明したように、パワーユニット１０にはモータジェネレータＭ１が設けられており、モータジェネレータＭ１によってモータ駆動系ＭＤが構成されている。このようなモータ駆動系ＭＤを設けることにより、モータジェネレータＭ１からのモータ動力を前輪出力軸３５に伝達することが可能となる。また、パワーユニット１０には、エンジン１１、第２モータジェネレータＭ２および動力分割機構１２によって構成されるエンジン駆動系ＥＤが設けられている。このようなエンジン駆動系ＥＤを設けることにより、動力分割機構１２を介してエンジン１１からのエンジン動力を前輪出力軸３５に伝達することが可能となる。さらに、前輪出力軸３５と動力分割機構１２との間、つまりモータ駆動系ＭＤとエンジン駆動系ＥＤとの間には、クラッチＣＬ１が設けられている。このクラッチＣＬ１を締結することにより、モータ駆動系ＭＤにエンジン駆動系ＥＤが接続される一方、クラッチＣＬ１を解放することにより、モータ駆動系ＭＤからエンジン駆動系ＥＤが切り離される。

続いて、図２はパワーユニット１０の制御系を示すブロック図である。図２に示すように、モータジェネレータＭ１のステータ５２ｂにはインバータ６４が接続されており、モータジェネレータＭ２のステータ２０ｂにはインバータ６５が接続されている。また、双方のインバータ６４，６５には、通電ライン６６，６７を介してバッテリ６８が接続されている。ハイブリッド車両には、電動機および発電機として機能するモータジェネレータＭ１，Ｍ２のトルクや回転数(回転速度)を制御するモータ制御ユニット(制御手段)７０が設けられている。モータ制御ユニット７０は、後述する車両制御ユニット７３からのモータ動力要求値に基づいて制御信号を設定し、このモータ動力要求値が得られるようにインバータ６４，６５に制御信号を出力する。また、ハイブリッド車両には、バッテリ６８の充電状態ＳＯＣ、電流、電圧、温度等を監視するバッテリ制御ユニット７１が設けられている。さらに、ハイブリッド車両には、エンジン１１のトルクや回転数(回転速度)を制御するエンジン制御ユニット(制御手段)７２が設けられている。エンジン制御ユニット７２は、車両制御ユニット７３からのエンジン動力要求値に基づいて制御信号を設定し、このエンジン動力要求値が得られるように図示しないスロットルバルブやインジェクタ等に制御信号を出力する。

そして、各制御ユニット７０〜７２を統括的に制御するとともに、アクチュエータ３２，４０，５１やトランスファクラッチ６３等を制御するため、ハイブリッド車両には車両制御ユニット(制御手段)７３が設けられている。車両制御ユニット７３には、セレクトレバーの操作状況を検出するインヒビタスイッチ７４、アクセルペダルの操作状況を検出するアクセルペダルセンサ７５、ブレーキペダルの操作状況を検出するブレーキペダルセンサ７６、車速を検出する車速センサ７７等が接続されている。車両制御ユニット７３は、各種センサ７４〜７７からの情報に基づいて車両状態(運転手の要求駆動力や車速等)を判定し、所定のモードマップを参照して車両状態に応じた走行モードを設定する。そして、車両制御ユニット７３は、車両状態および走行モードに応じたエンジン動力やモータ動力を設定し、各制御ユニット７０〜７２やアクチュエータ３２，４０，５１等に対して制御信号を出力する。なお、各制御ユニット７０〜７３は、通信ネットワーク７８を介して相互に接続されている。また、各制御ユニット７０〜７３は、制御信号等を演算するＣＰＵ、制御プログラム、演算式およびマップデータ等を格納するＲＯＭ、一時的にデータを格納するＲＡＭ等によって構成されている。

続いて、車両状態に応じて設定される各走行モードについて説明する。図３は各走行モードにおけるクラッチＣＬ１〜ＣＬ４、モータジェネレータＭ１，Ｍ２、エンジン１１の作動状態を示す説明図である。図４は各走行モードの切換順序を示す説明図である。図５(ａ)および(ｂ)はシリーズモードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図６(ａ)および(ｂ)はＥＶモードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図７(ａ)および(ｂ)はＰＳ１モードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図８(ａ)および(ｂ)はＰＳ２モードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図９(ａ)および(ｂ)はＯＤ１モードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図１０(ａ)および(ｂ)はＯＤ２モードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。図１１(ａ)および(ｂ)は直結モードにおけるパワーユニット１０の作動状態を示す概略図および共線図である。なお、図５(ａ)〜図１１(ａ)の概略図においては、ダンパ機構１４、後輪出力軸６２、トランスファクラッチ６３を省いて図示している。また、図５(ｂ)〜図１１(ｂ)の共線図において、符号Ｓ_αは第１サンギヤ１７を示し、符号Ｓ_βは第２サンギヤ１８を示し、符号Ｃはキャリア１５を示し、符号Ｒはリングギヤ２３を示している。

図３および図４に示すように、図示するハイブリッド車両には、走行モードとして、シリーズモード、ＥＶモード、ＰＳ１モード、ＰＳ２モード、ＯＤ１モード、ＯＤ２モードおよび直結モードの７つの走行モードが設定されている。図３および図５に示すように、シリーズモードにおいては、クラッチＣＬ２，ＣＬ３が締結される一方、クラッチＣＬ１，ＣＬ４が解放される。これにより、前輪出力軸３５にモータジェネレータＭ１が接続される一方、前輪出力軸３５から動力分割機構１２のリングギヤ２３が切り離される。また、第２サンギヤ１８とリングギヤ２３とが締結されることから、動力分割機構１２を介してエンジン１１とモータジェネレータＭ２とは直結された状態となる。このシリーズモードは、例えば要求駆動力の大きな低車速領域での走行モードとなっている。シリーズモードを設定することにより、エンジン動力によってモータジェネレータＭ２を発電させながら、モータジェネレータＭ１のモータ動力を用いた走行が可能となる。これにより、モータジェネレータＭ１に多くの電力を供給することができ、大きなモータトルクを得ることが可能となる。なお、シリーズモードにおいては、前輪出力軸３５からリングギヤ２３が切り離されることから、停車時においてもモータジェネレータＭ２による発電が可能となっている。また、シリーズモードでの走行中に要求駆動力が低下した場合には、モータジェネレータＭ２の発電を停止させるＥＶモードに切り換えられる。図３および図６に示すように、シリーズモードからＥＶモードに切り換える際には、クラッチＣＬ３が解放されるとともにエンジン１１およびモータジェネレータＭ２が停止される。このＥＶモードを設定することにより、要求駆動力が低下した場合にエンジン１１を停止させることができ、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。

図３および図７に示すように、パワースプリットモードとも言われるＰＳ１モードにおいては、クラッチＣＬ１，ＣＬ２が締結される一方、クラッチＣＬ３，ＣＬ４が解放される。これにより、前輪出力軸３５にモータジェネレータＭ１が接続されるとともに、前輪出力軸３５に動力分割機構１２のリングギヤ２３が接続される。また、第２サンギヤ１８およびリングギヤ２３の拘束が解かれることから、動力分割機構１２を介してエンジン動力をリングギヤ２３とモータジェネレータＭ２とに分配することでき、モータジェネレータＭ２の回転数を制御することでリングギヤ２３の無段変速が可能となる。このＰＳ１モードは、例えば要求駆動力の大きな低中車速領域での走行モードとなっている。ＰＳ１モードを設定することにより、エンジン動力を無段変速させながら前輪出力軸３５に伝達するとともに、モータジェネレータＭ１のモータ動力を前輪出力軸３５に伝達しながら、ハイブリッド車両を走行させることが可能となる。続いて、ＰＳ１モードでの走行中に高車速領域に達した場合には、前輪出力軸３５からモータジェネレータＭ１を切り離して走行するＰＳ２モードに切り換えられる。図３および図８に示すように、ＰＳ１モードからＰＳ２モードに切り換える際には、ＰＳ１モードの状態からクラッチＣＬ２が解放されるとともにモータジェネレータＭ１が停止される。このＰＳ２モードを設定することにより、高車速領域においてモータジェネレータＭ１を駆動輪４２ｆ，４２ｒから切り離すことが可能となる。これにより、モータジェネレータＭ１の引きずり損失を解消することができ、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。

図３および図９に示すように、オーバードライブモードとも言われるＯＤ１モードにおいては、クラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ４が締結される一方、クラッチＣＬ３が解放される。これにより、前輪出力軸３５にモータジェネレータＭ１が接続されるとともに、前輪出力軸３５に動力分割機構１２のリングギヤ２３が接続される。また、第２サンギヤ１８がケース２６に固定されることから、エンジン動力を固定変速比で増速してリングギヤ２３に伝達することが可能となる。このＯＤ１モードは、例えば要求駆動力の小さな中車速領域での走行モードとなっている。ＯＤ１モードを設定することにより、エンジン動力を増速させながら前輪出力軸３５に伝達するとともに、モータジェネレータＭ１のモータ動力を前輪出力軸３５に伝達しながら、ハイブリッド車両を走行させることが可能となる。続いて、ＯＤ１モードでの走行中に高車速領域に達した場合には、前輪出力軸３５からモータジェネレータＭ１を切り離して走行するＯＤ２モードに切り換えられる。図３および図１０に示すように、ＯＤ１モードからＯＤ２モードに切り換える際には、ＯＤ１モードの状態からクラッチＣＬ２が解放されるとともにモータジェネレータＭ１が停止される。このＯＤ２モードを設定することにより、高車速領域においてモータジェネレータＭ１を駆動輪４２ｆ，４２ｒから切り離すことが可能となる。これにより、モータジェネレータＭ１の引きずり損失を解消することができ、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。

図３および図１１に示すように、直結モードにおいては、クラッチＣＬ１，ＣＬ３が締結される一方、クラッチＣＬ２，ＣＬ４が解放される。これにより、前輪出力軸３５に動力分割機構１２のリングギヤ２３が接続される。また、第２サンギヤ１８とリングギヤ２３とが締結されることから、動力分割機構１２を介してエンジン１１とモータジェネレータＭ２とは直結された状態となる。この直結モードは、例えば要求駆動力の大きな高車速領域での走行モードとなっている。直結モードを設定することにより、前述したＯＤ１モードやＯＤ２モードよりも変速比を増大つまりダウンシフトさせることが可能となる。すなわち、直結モードにおいては、エンジン動力を等速で前輪出力軸３５に伝達することができるため、大きな駆動力でハイブリッド車両を走行させることが可能となる。なお、高車速領域において実行される直結モードにおいては、前述したＰＳ２モードやＯＤ２モードと同様に、駆動輪４２ｆ，４２ｒからモータジェネレータＭ１が切り離されるようになっている。

続いて、低中車速領域における走行モードの切り換えについて説明する。図１２は低中車速領域で参照されるモードマップの一例を示す説明図である。図１２に示すように、低車速領域において要求駆動力が小さい場合には、走行モードとしてＥＶモードが選択される。ＥＶモードにおいては、クラッチＣＬ１が解放されてクラッチＣＬ２が締結されることから、前輪出力軸３５からエンジン駆動系ＥＤが切り離される一方、前輪出力軸３５に対してモータ駆動系ＭＤが接続された状態となる。このＥＶモードは、モータ駆動系ＭＤからのモータ動力のみを用いて車両を走行させる走行モードとなっている。

また、低中車速領域において要求駆動力が大きい場合には、走行モードとしてＰＳ１モードが選択される。ＰＳ１モードにおいては、クラッチＣＬ１，ＣＬ２が共に締結されることから、前輪出力軸３５にモータ駆動系ＭＤおよびエンジン駆動系ＥＤが接続された状態となる。また、クラッチＣＬ３，ＣＬ４が共に解放されることから、動力分割機構１２はエンジン動力を無段変速させる無段変速状態となる。このＰＳ１モードは、モータ駆動系ＭＤから出力されるモータ動力と、エンジン駆動系ＥＤから無段変速されて出力されるエンジン動力とを合わせて車両を走行させる走行モードである。

さらに、中車速領域において要求駆動力が小さい場合、つまり所定駆動力を下回るとともに所定車速を上回る場合には、走行モードとしてＯＤ１モードが選択される。ＯＤ１モードにおいては、クラッチＣＬ１，ＣＬ２が共に締結されることから、前輪出力軸３５にモータ駆動系ＭＤおよびエンジン駆動系ＥＤが接続された状態となる。また、クラッチＣＬ３が解放されてクラッチＣＬ４が締結されることから、動力分割機構１２はエンジン動力を固定変速比で増速させる増速状態となる。このＯＤ１モードは、モータ駆動系ＭＤから出力されるモータ動力と、エンジン駆動系ＥＤから増速されて出力されるエンジン動力とを合わせて車両を走行させる走行モードである。

図１２に示すように、要求駆動力の増大や車速の上昇により、走行モードをＥＶモードからＰＳ１モードやＯＤ１モードに切り換える際には、ＥＶモードでの走行中にエンジン１１を始動する必要がある。続いて、ＰＳ１モードに切り換える際のエンジン始動手順について説明した後に、ＯＤ１モードに切り換える際のエンジン始動手順について説明する。図１３〜図１４はＥＶモードからＰＳ１モードに切り換える際のエンジン始動手順を示す共線図である。また、図１５はＥＶモードからＯＤ１モードに切り換える際のエンジン始動手順を示す共線図である。なお、図１３〜図１４に示すように、ＰＳ１モードに切り換える際のエンジン始動手順として、状況に応じて適宜選択される３つのエンジン始動手順が設定されている。また、図１３〜図１５において、符号Ｎｃで示す回転数はエンジン１１の始動回転数を意味しており、符号Ｎｒで示す回転数は現在の車速に対応するリングギヤ２３の回転数を意味している。

まず、ＥＶモードからＰＳ１モードに切り換える際のエンジン始動手順について説明する。図１３(ａ)に示すように、クラッチＣＬ３を締結することにより、動力分割機構１２は直結状態に切り換えられる。次いで、図１３(ｂ)に示すように、リングギヤ２３の回転数がＮｒに達するまで、モータジェネレータＭ２の回転数を正側に増速させた後に、クラッチＣＬ１が締結される。続いて、図１３(ｃ)に示すように、クラッチＣＬ３を解放することにより、動力分割機構１２は無段変速状態に切り換えられる。そして、車速に連動するリングギヤ２３を支点にキャリア１５の回転数がＮｃに達するまで、モータジェネレータＭ２の回転数を正側に増速させた後に、エンジン１１が始動される。このように、図１３に示すエンジン始動手順においては、動力分割機構１２を直結状態にしてクラッチＣＬ１を同期させてから締結した後に、動力分割機構１２を無段変速状態にしてエンジン１１を始動している。

図１４(ａ)に示すように、クラッチＣＬ３を解放することにより、動力分割機構１２は無段変速状態に切り換えられる。次いで、図１４(ｂ)に示すように、停止するエンジン１１を支点にリングギヤ２３の回転数がＮｒに達するまで、モータジェネレータＭ２の回転数を負側に増速させた後に、クラッチＣＬ１が締結される。続いて、図１４(ｃ)に示すように、車速に連動するリングギヤ２３を支点にキャリア１５の回転数がＮｃに達するまで、モータジェネレータＭ２の回転数を正側に増速させた後に、エンジン１１が始動される。このように、図１４に示すエンジン始動手順においては、動力分割機構１２を無段変速状態にしてクラッチＣＬ１を同期させてから締結した後に、動力分割機構１２の無段変速状態を維持したままエンジン１１を始動している。

続いて、ＥＶモードからＯＤ１モードに切り換える際のエンジン始動手順について説明する。図１５(ａ)に示すように、クラッチＣＬ４を締結することにより、動力分割機構１２は増速状態に切り換えられる。次いで、図１５(ｂ)に示すように、固定されるサンギヤ１８を支点にキャリア１５の回転数がＮｃに達するまで、モータジェネレータＭ２の回転数を負側に増速させた後に、エンジン１１が始動される。続いて、固定されるサンギヤ１８を支点にリングギヤ２３の回転数がＮｒに達するまで、モータジェネレータＭ２の回転数を負側に増速させた後に、クラッチＣＬ１が締結される。このように、図１５に示すエンジン始動手順においては、動力分割機構１２を増速状態にしてエンジン１１を始動した後に、動力分割機構１２の増速状態を維持したままクラッチＣＬ１を同期させてから締結している。

図１５(ａ)〜(ｃ)で説明したように、車両制御ユニット７３は、車速の上昇に伴って走行モードをＥＶモードからＯＤ１モードに切り換える際に、クラッチＣＬ４を締結して動力分割機構１２の増速状態を維持したまま、モータジェネレータＭ２を駆動してエンジン１１を始動回転させている。これにより、エンジン１１を始動してＯＤ１モードに切り換える際に、モータジェネレータＭ２の回転変動を抑制することが可能となる。このように、モータジェネレータＭ２の回転数変動幅を抑制することにより、モータジェネレータＭ２の消費電力を抑制することができるため、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。つまり、ハイブリッド車両の電費性能および燃費性能(電費燃費性能)を向上させることが可能となる。また、モータジェネレータＭ２の回転数変動幅が抑制されることから、エンジン１１を素早く始動することができ、ＥＶモードからＯＤ１モードに素早く切り換えることが可能となる。さらに、モータジェネレータＭ２の回転数変動幅が抑制されることから、エンジン１１の不要な負荷変動を抑制することができ、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることが可能となる。

続いて、動力分割機構１２を直結状態や無段変速状態に制御してエンジン１１を始動した場合を比較例として挙げ、動力分割機構１２を増速状態に制御することで得られる効果について説明する。ここで、図１６(ａ)、図１６(ｂ)および図１７はＥＶモードからＯＤ１モードに切り換える際におけるエンジン始動手順の比較例を示す共線図である。なお、図１６(ａ)および(ｂ)には図１３の手順に相当するエンジン始動手順が示され、図１７には図１４の手順に相当するエンジン始動手順が示されている。

図１６(ａ)に示すように、動力分割機構１２を直結状態に切り換えた後に、モータジェネレータＭ２を正側に増速させ、エンジン１１が始動される(符号Ｌ１)。続いて、動力分割機構１２の直結状態を維持したまま、モータジェネレータＭ２を正側に増速させ、クラッチＣＬ１が締結される(符号Ｌ２)。さらに、動力分割機構１２を無段変速状態に切り換えた後に、サンギヤ１８が停止するまでモータジェネレータＭ２を負側に増速させ、クラッチＣＬ４が締結されて動力分割機構１２が増速状態に切り換えられる(符号Ｌ３)。

また、図１６(ｂ)に示すように、動力分割機構１２を直結状態に切り換えた後に、モータジェネレータＭ２を正側に増速させ、クラッチＣＬ１が締結される(符号Ｌ１)。続いて、動力分割機構１２を無断変速状態に切り換えた後に、キャリア１５の回転数がＮｃに達するまで、モータジェネレータＭ２の回転数を負側に増速させ、エンジン１１が始動される(符号Ｌ２)。さらに、動力分割機構１２を無段変速状態に維持したまま、サンギヤ１８が停止するまでモータジェネレータＭ２を負側で減速させ、クラッチＣＬ４を締結して動力分割機構１２が増速状態に切り換えられる(符号Ｌ３)。

また、図１７に示すように、動力分割機構１２を無段変速状態に切り換えた後に、モータジェネレータＭ２を負側に増速させ、クラッチＣＬ１が締結される(符号Ｌ１)。続いて、動力分割機構１２の無段変速状態を維持したまま、モータジェネレータＭ２を負側で減速させ、エンジン１１を始動する(符号Ｌ２)。さらに、動力分割機構１２を無段変速状態に維持したまま、サンギヤ１８が停止するまでモータジェネレータＭ２を負側で減速させ、クラッチＣＬ４を締結して動力分割機構１２が増速状態に切り換えられる(符号Ｌ３)。

このように、ＥＶモードからＯＤ１モードに切り換える際に、動力分割機構１２を増速状態以外に制御した場合、つまり動力分割機構１２を直結状態や無段変速状態に制御した場合には、モータジェネレータＭ２の回転数が大きく変動することになる。このように、モータジェネレータＭ２の回転数変動幅を広げることは、モータジェネレータＭ２の消費電力を増大させ、ハイブリッド車両の燃費性能が低下させる要因となる。また、モータジェネレータＭ２の回転数変動幅を広げることは、エンジン１１の始動遅延を招くことから、ＥＶモードからＯＤ１モードへの素早い切り換えが困難となる。さらに、モータジェネレータＭ２の回転数変動幅を広げることは、エンジン１１の不要な負荷変動を招くことから、ハイブリッド車両の燃費性能を低下させる要因となる。これに対し、本発明においては、動力分割機構１２を増速状態に保持したままエンジン１１を始動することにより、前述した燃費性能や始動遅延に関する問題を解消することが可能となるのである。

また、図１２に矢印αで示すように、要求駆動力が所定駆動力を下回るとともに、ハイブリッド車両が加速して所定車速を上回る場合に、ＥＶモードからＯＤ１モードへの切り換えが判定される。この場合には、前述したように、クラッチＣＬ４を締結したままエンジン１１が始動され、エンジン始動後にクラッチＣＬ１が締結される。一方、図１２に矢印βで示すように、要求駆動力が所定駆動力を下回るとともに、ハイブリッド車両が減速して所定車速を下回る場合に、ＯＤ１モードからＥＶモードへの切り換えが判定される。この場合には、クラッチＣＬ４を締結したままクラッチＣＬ１が解放されてエンジン１１が停止される。このように、ＯＤ１モードからＥＶモードに切り換えられる際には、その後の再加速時において素早くＯＤ１モードに切り換えるため、クラッチＣＬ４を締結した状態で保持している。また、所定駆動力を下回りながら減速して所定車速を下回る際に、ＰＳ１モードを挟むことなくＯＤ１モードからＥＶモードに直に切り換えるようにしたので、モータ駆動系ＭＤからエンジン駆動系ＥＤを素早く切り離すことができ、モータジェネレータＭ１による回生効率を向上させることが可能となる。なお、図１２のモードマップにおいては、各モードが直線で区画されているが、これに限られることはなく、曲線等で各モードが区画される他のモードマップでも良いことは言うまでもない。すなわち、前述した所定駆動力や所定車速は固定値に限られることはなく、各モードの判定基準となる所定駆動力を車速に応じて変化させても良く、各モードの判定基準となる所定車速を要求駆動力に応じて変化させても良い。

また、図１に示す場合には、クラッチＣＬ３によって、第２サンギヤ１８とリングギヤ２３とを締結しているが、これらの回転要素に限られることはなく、動力分割機構１２を構成する３つ以上の回転要素を締結しても良く、動力分割機構１２を構成する他の回転要素同士を締結しても良い。ここで、図１８は本発明の他の実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニット８０を示す概略図である。なお、図１８において、図１に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１８に示すように、エンジン１１に連結されるキャリア１５には、中空軸８１を介してスプライン歯８２が固定されている。このスプライン歯８２はシンクロハブ２２の一端側に配置されており、シンクロスリーブ３０を矢印ａ方向に移動させることにより、シンクロスリーブ３０をスプライン歯８２に噛み合わせることが可能となる。このように、シンクロハブ２２、スプライン歯８２およびシンクロスリーブ３０によって、第２サンギヤ１８とキャリア１５とを締結するクラッチＣＬ３を構成しても良い。また、前述の説明では、ブレーキ機構として機能するクラッチＣＬ４によって、第２サンギヤ１８をケース２６に固定しているが、これに限られることはなく、動力分割機構１２を構成する他の回転要素をケース２６に固定しても良い。

また、図１９は本発明の他の実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置つまりパワーユニット９０を示す概略図である。なお、図１９において、図１に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１９に示すように、エンジン１１にダンパ機構１４を介して連結される入力軸９１には、キャリア１５が連結されるとともにシンクロハブ９２が連結されている。このシンクロハブ９２の外周部には、軸方向に移動自在にシンクロスリーブ９３が噛み合っている。シンクロスリーブ９３をスプライン歯２５に噛み合わせることにより、シンクロスリーブ９３を介してキャリア１５とリングギヤ２３とを連結することが可能となる。このように、シンクロハブ９２、スプライン歯２５およびシンクロスリーブ９３によって、キャリア１５とリングギヤ２３とを締結するクラッチＣＬ３が構成されている。また、入力軸９１の外側には中空軸９４が回転自在に設けられており、この中空軸９４の一端側には第１サンギヤ１７が固定される一方、中空軸９４の他端側には伝達ギヤ列９５を介してモータジェネレータＭ２が連結されている。

また、モータジェネレータＭ１のモータ出力軸４８には駆動ギヤ９６が固定されており、この駆動ギヤ９６に噛み合う従動ギヤ９７が前輪出力軸３５に回転自在に設けられている。さらに、従動ギヤ９７にはスプライン歯９８が固定されており、このスプライン歯９８に隣接するシンクロハブ９９が前輪出力軸３５に固定されている。また、シンクロハブ９９の外周部には、軸方向に移動自在にシンクロスリーブ１００が噛み合っている。シンクロスリーブ１００をスプライン歯９８に噛み合わせることにより、シンクロスリーブ１００を介してモータジェネレータＭ１を前輪出力軸３５に連結することが可能となる。このように、シンクロハブ９９、スプライン歯９８およびシンクロスリーブ１００によって、駆動輪４２ｆ，４２ｒにモータジェネレータＭ１を接続するクラッチＣＬ２が構成されている。

このような構成のパワーユニット９０であっても、ＥＶモードからＯＤ１モードに切り換える際には、クラッチＣＬ４を締結して動力分割機構１２の増速状態を維持したまま、モータジェネレータＭ２からのモータ動力によってエンジン１１を始動回転させることにより、モータジェネレータＭ２の回転変動を抑制しながら走行モードを切り換えることが可能となる。これにより、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させるとともに、エンジン１１を素早く始動して走行モードを素早く切り換えることが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、図１、図１８、図１９に示すように、２つのサンギヤ１７，１８を用いて動力分割機構１２を構成することにより、共線図上で、モータジェネレータＭ２に連結される回転要素、前記クラッチＣＬ４に連結される回転要素、エンジン１１に連結される回転要素、前輪出力軸３５に連結される回転要素の順に配列しているが、動力分割機構１２の構成としては図示する構成に限られることはない。例えば、２つのリングギヤを用いて動力分割機構を構成しても良く、２つのキャリアを用いて動力分割機構を構成しても良い。

また、図示する場合には、回転同期機能を備えたシンクロメッシュによってクラッチＣＬ１〜ＣＬ４を構成しているが、これに限られることはなく、噛合クラッチであるドグクラッチによってクラッチＣＬ１〜ＣＬ４を構成しても良い。さらに、クラッチＣＬ１〜ＣＬ４としては、シンクロメッシュやドグクラッチ等の噛合クラッチに限られることはなく、摩擦クラッチによってクラッチＣＬ１〜ＣＬ４を構成しても良い。なお、図示するパワーユニット１０，８０，９０は、四輪駆動用のパワーユニットであるが、これに限られることはなく、前輪駆動用や後輪駆動用のパワーユニットに対して本発明を適用しても良い。

１０ パワーユニット(駆動装置)
１１ エンジン
１２ 動力分割機構
１５ キャリア(回転要素)
１６ ピニオンギヤ(回転要素)
１７ 第１サンギヤ(回転要素)
１８ 第２サンギヤ(回転要素)
２３ リングギヤ(回転要素)
２６ ケース(固定部材)
３５ 前輪出力軸(駆動輪出力軸)
６２ 後輪出力軸(駆動輪出力軸)
７０ モータ制御ユニット(制御手段)
７２ エンジン制御ユニット(制御手段)
７３ 車両制御ユニット(制御手段)
８０ パワーユニット(駆動装置)
９０ パワーユニット(駆動装置)
ＭＤ モータ駆動系
ＥＤ エンジン駆動系
Ｍ１ モータジェネレータ(第１モータジェネレータ)
Ｍ２ モータジェネレータ(第２モータジェネレータ)
ＣＬ１ クラッチ(クラッチ機構)
ＣＬ４ クラッチ(ブレーキ機構)

Claims (4)

1. 駆動輪出力軸に連結される第１モータジェネレータを備え、前記駆動輪出力軸にモータ動力を伝達するモータ駆動系と、
   エンジン、第２モータジェネレータおよび前記駆動輪出力軸に連結される動力分割機構を備え、前記動力分割機構を介して前記駆動輪出力軸にエンジン動力を伝達するエンジン駆動系と、
   前記駆動輪出力軸と前記動力分割機構との間に設けられ、前記モータ駆動系に前記エンジン駆動系を接続する締結状態と、接続を解除する解放状態とに切り換えられるクラッチ機構と、
   前記動力分割機構を構成する複数の回転要素のうち１つの回転要素と固定部材とを締結することにより、エンジン動力を増速して前記駆動輪出力軸に伝達する増速状態に前記動力分割機構を切り換えるブレーキ機構と、
   所定車速を上回る状態のもとで前記クラッチ機構を解放状態から締結状態に切り換える際に、前記ブレーキ機構を締結したまま前記第２モータジェネレータを駆動して前記エンジンを始動する制御手段とを有することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記制御手段は、所定駆動力を下回るとともに減速して所定車速を下回る場合に、前記ブレーキ機構を締結したまま前記クラッチ機構を解放して前記エンジンを停止させ、所定駆動力を下回るとともに加速して所定車速を上回る場合に、前記ブレーキ機構を締結したまま前記エンジンを始動して前記クラッチ機構を締結することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
3. 請求項１または２記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記動力分割機構は、共線図上で、前記第２モータジェネレータに連結される回転要素、前記ブレーキ機構に連結される回転要素、前記エンジンに連結される回転要素、前記駆動輪出力軸に連結される回転要素の順に配列される構成であることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記動力分割機構を構成する複数の回転要素のうち、
   前記第２モータジェネレータに連結される回転要素は、第１サンギヤであり、
   前記ブレーキ機構に連結される回転要素は、前記第１サンギヤにピニオンギヤを介して噛み合う第２サンギヤであり、
   前記エンジンに連結される回転要素は、前記ピニオンギヤを回転自在に支持するキャリアであり、
   前記駆動輪出力軸に連結される回転要素は、前記ピニオンギヤに噛み合うリングギヤであることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。

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