JP2020138581A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成によりＥＶ後進モードでの駆動力を増大させることが可能なハイブリッド車両の駆動装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両の駆動装置１００は、エンジン１と、第１モータジェネレータ２と、第２モータジェネレータ３と、第１遊星歯車機構１０と、変速機構７０と、コントローラ４とを備える。コントローラ４は、ＥＶ後進モードで走行中に、駆動力の増大要求があると判定される前は、ブレーキ機構３０を解放かつクラッチ機構４０を係合し、駆動力の増大要求があると判定されると、ブレーキ機構３０を係合かつクラッチ機構４０を解放するように変速機構７０を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の駆動装置に関する。

この種の装置として、従来、エンジンと、第１電動機および第２電動機と、エンジンで発生した動力を出力側と第１電動機側とに分割可能な動力分割用遊星歯車機構と、出力側から出力された回転を変速する変速用遊星歯車機構と、複数の摩擦係合機構とを備える装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、複数の摩擦係合機構の係合動作を制御することにより、エンジンを停止して第２電動機の動力で走行するＥＶモードと、エンジンの動力で第１電動機を駆動して発電しながら第２電動機の動力で走行するシリーズモードと、エンジンの動力と第２電動機の動力とで走行するＨＶモードとを実現可能に構成される。

特許第５３９１９５９号公報

ところで、ＥＶモードで後進走行しているとき、車輪が段差等を乗り越えるために大きな駆動力が必要とされる場合がある。しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、ＥＶモードで後進走行するときの最大駆動力が第２電動機の能力によって規定されるため、駆動力を増大するためには第２電動機の大型化などが必要となり、コストの上昇や装置全体の大型化を招く。

本発明の一態様であるハイブリッド車両の駆動装置は、内燃機関と、第１モータジェネレータと、内燃機関の出力軸に接続され、内燃機関で発生した動力を、第１モータジェネレータと車軸に動力を伝達するための動力伝達経路とに分割して出力する動力分割機構と、動力伝達経路に介装された第２モータジェネレータと、第２モータジェネレータと動力分割機構との間の動力伝達経路に介装された遊星歯車機構と、係合および解放が可能な第１係合機構と、係合および解放が可能な第２係合機構とを有し、第１係合機構および第２係合機構の動作に応じて、遊星歯車機構の出力軸の回転速度に対する遊星歯車機構の入力軸の回転速度の比の値である変速比を変更する変速機構と、走行モードに応じて内燃機関と第１モータジェネレータと第２モータジェネレータと変速機構とを制御する制御部と、を備える。変速機構は、第１係合機構が解放かつ第２係合機構が係合されると、第１変速比となる一方、第１係合機構が係合かつ第２係合機構が解放されると、第１変速比よりも小さい第２変速比となるように構成される。走行モードは、内燃機関の駆動を停止して第２モータジェネレータの動力で後進走行するＥＶ後進モードを含む。駆動装置は、ＥＶ後進モードで走行中に駆動力の増大要求があるか否かを判定する判定部をさらに備える。制御部は、ＥＶ後進モードで走行中に、判定部により駆動力の増大要求があると判定される前は、第１係合機構を解放かつ第２係合機構を係合し、判定部により駆動力の増大要求があると判定されると、第１係合機構を係合かつ第２係合機構を解放するように変速機構を制御する。

本発明によれば、簡易な構成によりＥＶモードで後進走行するときの駆動力を増大させることができる。

本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置の全体構成を概略的に示すスケルトン図。 本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置により実現可能な走行モードの例を示す図。 本発明の比較例としてのハイブリッド車両の駆動装置によるＥＶ後進モードでの動作の一例を示す共線図。 本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置によるＥＶ後進モードでの動作の一例を示す共線図。 図４Ａに続く動作の一例を示す共線図。 図１のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置の動作の一例を示すタイムチャート。 図６の変形例を示すタイムチャート。 図６のさらなる変形例を示すタイムチャート。

以下、図１〜図８を参照して本発明の一実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る駆動装置は、走行駆動源としてエンジンとモータジェネレータとを備えるハイブリッド車両に適用される。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置１００の全体構成を概略的に示す図である。

図１に示すように、駆動装置１００は、エンジン（ＥＮＧ）１と、第１および第２モータジェネレータ（ＭＧ１，ＭＧ２）２、３と、動力分割用の第１遊星歯車機構１０と、変速用の第２遊星歯車機構２０とを備える。

エンジン１は、スロットルバルブを介して供給される吸入空気とインジェクタから噴射される燃料とを適宜な割合で混合し、点火プラグ等により点火して燃焼させ、これにより回転動力を発生する内燃機関（例えばガソリンエンジン）である。なお、ガソリンエンジンに代えてディーゼルエンジン等、各種エンジンを用いることもできる。スロットルバルブの開度、インジェクタからの燃料の噴射量（噴射時期、噴射時間）、および点火時期等はコントローラ（ＥＣＵ）４により制御される。

エンジン１の出力軸１ａは、軸線ＣＬ１を中心に延在する。エンジン１にはワンウェイクラッチ１ｂが設けられ、ワンウェイクラッチ１ｂにより出力軸１ａの正方向（プラス方向）の回転（正転）が許容され、逆方向（マイナス方向）の回転（逆転）が阻止される。エンジン１は、プラス方向に回転するとき、車両の前進方向の駆動力を発生することができる。

第１および第２モータジェネレータ２，３は、それぞれ軸線ＣＬ１を中心とした略円筒形状のロータと、ロータの周囲に配置された略円筒形状のステータとを有し、モータおよび発電機として機能することができる。すなわち、第１および第２モータジェネレータ２，３のロータは、電力制御ユニット（ＰＣＵ）５を介してバッテリ６からステータのコイルに供給される電力により駆動する。このとき第１および第２モータジェネレータ２，３は、モータとして機能する。

一方、第１および第２モータジェネレータ２，３のロータの回転軸２ａ，３ａが外力により駆動されると、第１および第２モータジェネレータ２，３は発電し、電力制御ユニット５を介して電力がバッテリ６に蓄電される。このとき第１および第２モータジェネレータ２，３は、発電機として機能する。なお、通常走行時、例えば定速走行時や加速走行時等には、第１モータジェネレータ２は主に発電機として機能し、第２モータジェネレータ３は主にモータとして機能する。

電力制御ユニット５は、インバータを含んで構成され、コントローラ４からの指令によりインバータが制御されることにより、第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３のそれぞれの出力トルクまたは回生トルクが制御される。なお、第１および第２モータジェネレータ２，３はいずれも正転、逆転が可能である。

第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３とは、同軸上に軸方向に互いに離間して配置される。第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３とは、例えば同一のケース７内に収容され、第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３との間の空間ＳＰは、ケース７によって包囲される。なお、第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３とが互いに別々のケースに収容されてもよい。

第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３との間の空間ＳＰには、シングルピニオン型の第１遊星歯車機構１０と第２遊星歯車機構２０とが配置される。より詳しくは、第１モータジェネレータ２側に第１遊星歯車機構１０が、第２モータジェネレータ３側に第２遊星歯車機構２０がそれぞれ配置される。

第１遊星歯車機構１０は、それぞれ軸線ＣＬ１を中心として回転する第１サンギヤ１１および第１サンギヤ１１の周囲に配置された第１リングギヤ１２と、第１サンギヤ１１と第１リングギヤ１２との間にこれらギヤ１１，１２に噛合して配置された周方向複数の第１ピニオン（プラネタリギヤ）１３と、第１ピニオン１３を自転可能に、かつ、軸線ＣＬ１を中心として公転可能に支持する第１キャリア１４とを有する。

第２遊星歯車機構２０も第１遊星歯車機構１０と同様に、それぞれ軸線ＣＬ１を中心として回転する第２サンギヤ２１および第２サンギヤ２１の周囲に配置された第２リングギヤ２２と、第２サンギヤ２１と第２リングギヤ２２との間にこれらギヤ２１，２２に噛合して配置された周方向複数の第２ピニオン（プラネタリギヤ）２３と、第２ピニオン２３を自転可能に、かつ、軸線ＣＬ１を中心として公転可能に支持する第２キャリア２４とを有する。

エンジン１の出力軸１ａは第１キャリア１４に連結され、エンジン１の動力が第１キャリア１４を介して第１遊星歯車機構１０に入力される。なお、エンジン１を始動させる場合には、第１遊星歯車機構１０を介してエンジン１に第１モータジェネレータ２からの動力が入力される。第１サンギヤ１１は、第１モータジェネレータ２のロータの回転軸２ａに連結され、第１サンギヤ１１と第１モータジェネレータ２（ロータ）とは一体に回転する。第１リングギヤ１２は第２キャリア２４に連結され、第１リングギヤ１２と第２キャリア２４とは一体に回転する。

このような構成により、第１遊星歯車機構１０は、キャリア１４を介して入力された動力を、第１サンギヤ１１を介して第１モータジェネレータ２に出力するとともに、第１リングギヤ１２を介して車軸５７側の第２キャリア２４に出力することができる。すなわち、エンジン１からの動力を第１モータジェネレータ２と第２遊星歯車機構２０とに分割して出力することができる。

第２リングギヤ２２の径方向外側には、軸線ＣＬ１を中心とした略円筒形状の外側ドラム２５が設けられる。第２リングギヤ２２は外側ドラム２５に連結され、両者は一体に回転する。外側ドラム２５の径方向外側には、ブレーキ機構３０が設けられる。ブレーキ機構３０は、例えば湿式多板式ブレーキとして構成され、径方向に延在する軸方向複数のプレート（摩擦材）３１と、プレート３１に対し軸方向交互に配置されるとともに、径方向に延在する軸方向複数（複数の図示は省略）のディスク（摩擦材）３２とを有する。すなわち、複数の摩擦係合要素としてプレート３１とディスク３２とを有する。

複数のプレート３１は、その外径側端部がケース７の周壁の内周面に、周方向に回転不能かつ軸方向に移動可能に係合される。複数のディスク３２は、その内径側端部が外側ドラム２５の外周面に、外側ドラム２５に対し周方向に相対回転不能かつ軸方向に移動可能に係合され、外側ドラム２５と一体に回転する。ケース７の周壁の内周面には、ブレーキ機構３０の軸方向側方に、外側ドラム２５の外周面に面して、外側ドラム２５の回転数を検出する非接触式の回転数センサ３５が設けられる。

ブレーキ機構３０は、プレート３１とディスク３２とを互いに離間させ、ディスク３２をプレート３１から解放させるような付勢力を付与するばね（不図示）と、ばねの付勢力に抗してプレート３１とディスク３２とを互いに係合させるような押圧力を付与するピストン（不図示）とを有する。ピストンは、油圧制御装置８を介して供給される油の圧力により駆動される。ピストンに油圧力が作用しない状態では、プレート３１とディスク３２とが互いに離間してブレーキ機構３０が解除（オフ）され、第２リングギヤ２２の回転が許可される。一方、ピストンに油圧力が作用すると、プレート３１とディスク３２とが係合され、ブレーキ機構３０が作動（オン）する。この状態では、第２リングギヤ２２の回転が阻止される。なお、ブレーキ機構３０の構成は上述したものに限らず、例えば外側ドラム２５の外周面に、ケース７に保持された摩擦部材を押圧して制動力を付与するものであってもよい。

外側ドラム２５の径方向内側には、軸線ＣＬ１を中心とした略円筒形状の内側ドラム２６が外側ドラム２５に対向して設けられる。第２サンギヤ２１は、軸線ＣＬ１に沿って延在する第２遊星歯車機構２０の出力軸２７に連結されるとともに、内側ドラム２６に連結され、第２サンギヤ２１と出力軸２７と内側ドラム２６とは一体に回転する。外側ドラム２５と内側ドラム２６との間には、クラッチ機構４０が設けられる。

クラッチ機構４０は、例えば湿式多板式クラッチとして構成され、径方向に延在する軸方向複数のプレート（摩擦材）４１と、プレート４１に対し軸方向交互に配置されるとともに、径方向に延在する軸方向複数（複数の図示は省略）のディスク（摩擦材）４２とを有する。すなわち、複数の摩擦係合要素としてプレート４１とディスク４２とを有する。複数のプレート４１は、その外径側端部が外側ドラム２５の内周面に、外側ドラム２５に対し周方向に相対回転不能にかつ軸方向に移動可能に係合され、外側ドラム２５と一体に回転する。複数のディスク４２は、その内径側端部が内側ドラム２６の外周面に、内側ドラム２６に対し周方向に相対回転不能にかつ軸方向に移動可能に係合され、内側ドラム２６と一体に回転する。

クラッチ機構４０は、プレート４１とディスク４２とを互いに離間させ、ディスク４２をプレート４１から解放させるような付勢力を付与するばね（不図示）と、ばねの付勢力に抗してプレート４１とディスク４２とを互いに係合させるような押圧力を付与するピストン（不図示）とを有する。ピストンは、油圧制御装置８を介して供給される油の圧力により駆動される。

ピストンに油圧力が作用しない状態では、プレート４１とディスク４２とが互いに離間してクラッチ機構４０が解除（オフ）され、第２リングギヤ２２に対する第２サンギヤ２１の相対回転が可能となる。このとき、ブレーキ機構３０のオンにより第２リングギヤ２２の回転が阻止されると、第２キャリア２４に対する出力軸２７の回転が増速される。この状態は、変速段が高速段（ハイ）に切り換わった状態に相当する。

一方、ピストンに油圧力が作用すると、プレート４１とディスク４２とが係合してクラッチ機構４０が作動（オン）し、第２サンギヤ２１と第２リングギヤ２２とが一体に結合される。このとき、ブレーキ機構３０のオフにより第２リングギヤ２２の回転が許容されると、出力軸２７は第２キャリア２４と一体となって第２キャリア２４と同一速度で回転する。この状態は、変速段が低速段（ロー）に切り換わった状態に相当する。

第２遊星歯車機構２０と、ブレーキ機構３０と、クラッチ機構４０とは、第２キャリア２４の回転をロー、ハイの２段階に変速して、変速後の回転を出力軸２７から出力する変速機構７０を構成する。第２遊星歯車機構２０の出力軸２７（第２サンギヤ２１）の回転数に対する入力軸（第２キャリア２４）の回転数の比の値を変速比と定義すると、低速段の変速比α１（第１変速比と呼ぶ）は高速段の変速比α（第２変速比と呼ぶ）２よりも大きい。なお、変速機構７０を介して第１遊星歯車機構１０から第２モータジェネレータ３のロータの回転軸３ａに至るトルクの伝達経路が、第１遊星歯車機構１０から車軸５７に到る動力伝達経路７３のうちの第１動力伝達経路７１を構成する。

出力軸２７は、軸線ＣＬ１を中心に回転する出力ギヤ５１に連結される。出力ギヤ５１には、第２モータジェネレータ３のロータの回転軸３ａが連結され、出力ギヤ５１と第２モータジェネレータ３（回転軸３ａ）とは一体に回転する。出力ギヤ５１には、軸線ＣＬ１に対し平行に延在するカウンタ軸５２を中心に回転可能な大径ギヤ５３が噛合され、大径ギヤ５３を介してカウンタ軸５２にトルクが伝達される。カウンタ軸５２に伝達されたトルクは、小径ギヤ５４を介して差動装置５５のリングギヤ５６に伝達され、さらに差動装置５５を介して左右の車軸５７に伝達される。これにより車輪（例えば前輪）１０１が駆動され、車両が走行する。なお、回転軸３ａ、出力ギヤ５１、大径ギヤ５３、小径ギヤ５４，および差動装置５５などが、動力伝達経路７３のうちの第２モータジェネレータ３から車軸５７に至る第２動力伝達経路７２を構成する。

第２モータジェネレータ３のロータの径方向内側には、オイルポンプ（ＭＯＰ）６０が配置される。オイルポンプ６０は、エンジン１の出力軸１ａに連結され、エンジン１により駆動される。エンジン１の停止時にオイルの供給が必要なときは、バッテリ６からの電力により電動ポンプ（ＥＯＰ）６１を駆動することで、必要なオイルが賄われる。

油圧制御装置８は、電気信号により作動する電磁弁や電磁比例弁などの制御弁８ａを含む。制御弁８ａはコントローラ４からの指令に応じて作動し、ブレーキ機構３０およびクラッチ機構４０への圧油の流れを制御する。より具体的には、ブレーキ機構３０のピストンに面した油室およびクラッチ機構４０のピストンに面した油室への圧油の流れを制御する。これによりブレーキ機構３０およびクラッチ機構４０のオンオフを切り換えることができる。なお、他の部位への圧油の流れは、油圧制御装置８の他の制御弁により制御される。

コントローラ（ＥＣＵ）４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成され、エンジン制御用ＥＣＵ４ａと、変速機構制御用ＥＣＵ４ｂと、モータジェネレータ制御用ＥＣＵ４ｃとを有する。なお、単一のコントローラ４が複数のＥＣＵ４ａ〜４ｃを有するのではなく、各ＥＣＵ４ａ〜４ｃに対応して複数のコントローラ４が設けられてもよい。

コントローラ４には、ドラム２５の回転数を検出する回転数センサ３５と、車速を検出する車速センサ３６と、アクセルペダルの操作量に応じたアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３７などからの信号が入力される。なお、図示は省略するが、コントローラ４には、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ、第１モータジェネレータ２の回転数を検出する回転数センサ、第２モータジェネレータ３の回転数を検出する回転数センサなどからの信号も入力される。

コントローラ４は、これらの入力信号に基づいて、予め定められた車速とアクセル開度などから規定される車両の駆動力特性を示す駆動力マップに従い、走行モードを決定する。さらに走行モードに応じて車両が走行するように、スロットルバルブ開度調整用アクチュエータと、燃料噴射用インジェクタと、電力制御ユニット５と、油圧制御装置８（制御弁８ａ）などに制御信号を出力し、エンジン１、第１および第２モータジェネレータ２，３、およびブレーキ機構３０とクラッチ機構４０の作動を制御する。

図２は、本発明の実施形態に係る駆動装置１００により実現可能ないくつかの走行モードの例と、各走行モードに対応するブレーキ機構（ＢＲ）３０、クラッチ機構（ＣＬ）４０、およびエンジン（ＥＮＧ）１の作動状態とを表形式で示す図である。

図２には、車両の前進走行時における代表的な走行モードとして、ＥＶモード、Ｗモータモード、シリーズモード、およびＨＶモードが示される。ＨＶモードはローモード（ＨＶローモード）とハイモード（ＨＶハイモード）とに分類される。図中、ブレーキ機構３０のオン（係合）、クラッチ機構４０のオン（係合）、およびエンジン１の作動をそれぞれ○印で示し、ブレーキ機構３０のオフ（解放）、クラッチ機構４０のオフ（解放）、およびエンジン１の停止をそれぞれ×印で示す。

ＥＶモードは、第２モータジェネレータ３の動力のみによって走行するモードであり、ＥＶモードで第２モータジェネレータ３がプラス方向に回転駆動されると車両は前進し、マイナス方向に回転駆動されると車両は後進する。ＥＶモードでは、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０とクラッチ機構４０とがともにオフされ、エンジン１が停止される。

Ｗモータモードは、第１モータジェネレータ２および第２モータジェネレータ３の動力によって走行するモードである。Ｗモータモードでは、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０がオフされ、クラッチ機構４０がオンされ、エンジン１が停止される。

シリーズモードは、エンジン１で発生した動力で第１モータジェネレータ２を駆動して発電させながら、第２モータジェネレータ３の動力によって走行するモードである。シリーズモードでは、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０とクラッチ機構４０がともにオンされ、エンジン１が作動される。

ＨＶモードは、エンジン１で発生した動力と第２モータジェネレータ３の動力とによって走行するモードである。このうち、ＨＶローモードは、低速からの全開加速走行に対応するモードであり、ＨＶハイモードは、ＥＶ走行後の常用運転に対応するモードである。ＨＶローモードでは、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０がオフかつクラッチ機構４０がオンされ、エンジン１が作動される。ＨＶハイモードでは、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０がオンかつクラッチ機構４０がオフされ、エンジン１が作動される。

このように構成された駆動装置１００において、後進走行は、ＥＶモード（ＥＶ後進モードと呼ぶ）で行われる。すなわち、シフトレバーの操作により後進走行が指令されると、コントローラ４からの指令によりエンジン１が停止され、車両は第２モータジェネレータ３の駆動力で走行する。後進走行時に、例えば車輪１０１が段差に当接すると、段差を乗り越えるために大きな駆動力が必要となる。この駆動力を第２モータジェネレータ３のみで賄おうとすると、第２モータジェネレータ３の最大トルクを増大させる必要があり、この場合にはコストの上昇や駆動装置１００の大型化を招く。

一方、第２モータジェネレータ３の最大トルクを増大させずにＥＶ後進モードでの駆動力を増大する手法として、以下の二通りの手法が考えられる。第１の手法は、エンジン１の正転を機械的に阻止した上で、第１モータジェネレータ２のトルクを第２モータジェネレータ３に付加する手法である。

図３は、第１の手法によるＥＶ後進モードにおける共線図の一例を示す図である。図中、第１サンギヤ１１、第１キャリア１４、第１リングギヤ１２をそれぞれ１Ｓ，１Ｃ，１Ｒで示し、第２サンギヤ２１、第２キャリア２４、第２リングギヤ２２をそれぞれ２Ｓ，２Ｃ，２Ｒで示す。車両が前進するときおよび後進するときの第２サンギヤ２１（第２モータジェネレータ３）の回転方向を、それぞれプラス方向およびマイナス方向と定義し、プラス方向に作用するトルクを上向きの矢印で、マイナス方向に作用するトルクを下向きの矢印でそれぞれ示す。

第１の手法では、エンジン１の出力軸１ａの逆転（マイナス方向の回転）を防止するワンウェイクラッチ１ｂがツーウェイクラッチに置換される。ツーウェイクラッチは、電磁アクチュエータの駆動によりロック状態とアンロック状態とに切換可能に構成される。電磁アクチュエータは、駆動力を増大する必要がない通常走行時はアンロック状態に切り換えられる。アンロック状態では、エンジン１の正転が許容され、逆転が阻止される。一方、ＥＶ後進モードで走行中に駆動力を増大する必要が生じると、コントローラ４からの指令により電磁アクチュエータを駆動することにより、ツーウェイクラッチがロック状態に切り換えられる。ロック状態では、エンジン１の正転および逆転が阻止される。

このとき、図３に示すように、ブレーキ機構３０を係合した上で、第１モータジェネレータ２に駆動トルクを付加すると、第１リングギヤ１２および第２キャリア２４がそれぞれマイナス方向に回転し、第２モータジェネレータ３に第１モータジェネレータ２からのトルクが付加される。これによりＥＶ後進モードにおける駆動力が増大する。しかしながら、第１の手法では、ツーウェイクラッチが必要であり、部品点数が増加して装置全体のコストの上昇および重量の増加を伴う。

第２の手法は、図示は省略するが、第２動力伝達経路７２に遊星歯車機構などのトルク増幅機構を設ける手法である。しかしながら、第２の手法においても、部品点数が増加して装置全体のコストの上昇および重量の増加を伴う。そこで、本実施形態は、部品点数の増加を抑えながらＥＶ後進モードにおいて駆動力を増大可能とするために、以下のように駆動装置１００を構成する。

図４Ａ，図４Ｂは、それぞれ本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置１００によるＥＶ後進走行時における共線図の一例を示す図である。特に、図４Ａは、後進駆動力の増大要求が出力される前の共線図の一例であり、図４Ｂは、後進駆動力の増大要求が出力された後の共線図の一例である。

後進駆動力の増大要求は、コントローラ４から出力される。例えば、ＥＶ後進走行時に、車速センサ３６により検出された車速が所定値以下で、かつ、アクセル開度センサ３７により検出されたアクセル開度が所定値以上であるとき、コントローラ４は、後進駆動力を一時的に増大する必要があると判定し、後輪駆動力の増大要求を出力する。具体的状況としては、後輪走行時に車輪が段差に衝突して車速が低下し、段差を乗り越えようとしてドライバによるアクセルペダルの操作量が増大されたときなどに、後輪駆動力の増大要求が出力される。

図４Ａに示すように、ＥＶ後進走行時において後輪駆動力の増大要求が出力される前は、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０が解放かつクラッチ機構４０が係合される。さらに第２モータジェネレータ３は、マイナス方向に回転駆動され、これにより車両を後進させるための駆動力が発生する。このとき、第２サンギヤ２１、第２リングギヤ２２、第２キャリア２４および第１リングギヤ１２は、第２モータジェネレータ３と同一の回転数Ｎ２でマイナス方向に回転する。一方、ワンウェイクラッチ１ｂによりエンジン１のマイナス方向の回転が阻止されているため、第１キャリア１４（エンジン１）は回転せず、第１サンギヤ１１と第１モータジェネレータ２とは回転数Ｎ１で正方向に回転する。このとき、第１モータジェネレータ２には、その回転維持のためにわずかな電流が流されるだけであり、第１モータジェネレータ２のトルクはほぼ０である。

その後、後輪駆動力の増大要求が出力されると、図４Ｂに示すように、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０が係合かつクラッチ機構４０が解放され、低速段から高速段への変速動作（アップシフト）が実行される。換言すると、いわゆるクラッチツウクラッチ制御による、トルク相とイナーシャ相とを介したブレーキ機構３０とクラッチ機構４０の係合動作の切換が行われ、第２リングギヤ２２が回転を停止する。一般に低速段から高速段への切換過渡状態におけるイナーシャ相では、出力軸２７に高トルクを発生させることができる。したがって、低速段から高速段への切換過渡時に、第２モータジェネレータ３の駆動力を一時的に増大することができる。

さらにイナーシャ相の開始に合わせて、第１モータジェネレータ２は、コントローラ４からの指令によりプラス方向に回転駆動され、第１モータジェネレータ２の回転数が所定の上限回転数Ｎｍａｘまで上昇するとともに、それに伴い第１キャリア１４（エンジン１）の回転数も図４Ｂの点線から実線に示すように上昇する。この第１モータジェネレータ２からのトルクは、第１リングギヤ１２、第２キャリア２４および第２サンギヤ２１を介して第２モータジェネレータ３に付加される。これにより第２モータジェネレータ３の駆動力を一層増大できる。

第１モータジェネレータ２がプラス方向に回転駆動されるのは、低速段から高速段への切換過渡時である。したがって、回転数センサ３５により検出された外側ドラム２５の回転数がアップシフト後の所定回転数に到達すると、あるいは第１モータジェネレータ２の回転数が上限回転数Ｎｍａｘに到達すると、第１モータジェネレータ２のトルクはほぼ０に戻される。

図５は、予めメモリに記憶されたプログラムに従い、コントローラ４（主に変速機構制御用ＥＣＵ４ｂおよびモータジェネレータ制御用ＥＣＵ４ｃ）のＣＰＵで実行される処理の一例、特に後進走行時における駆動力増大処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばドライバのシフトレバーの操作により後進走行が指令されると開始される。

図５において、まず、ステップＳ１で、センサ３５〜３７からの信号を読み込む。次いで、ステップＳ２で、電力制御ユニット５に制御信号を出力し、第２モータジェネレータ３に後進方向の駆動トルクを発生させ、第２モータジェネレータ３をアクセル開度センサ３７により検出されたアクセルペダルの操作量に応じたマイナス方向の回転数で回転させる。さらに、ステップＳ３で、制御弁８ａに制御信号を出力し、ブレーキ機構３０を解放かつクラッチ機構４０を係合し、変速機構７０を低速段に制御する。このとき、エンジン１は作動が停止され、図４Ａに示すように、ワンウェイクラッチ１ｂの作用によりエンジン回転数は０とされる。また、第１モータジェネレータ２は、第１リングギヤ１２がマイナス方向に回転することに伴いプラス方向に回転する。このとき、コントローラ４は、電力制御ユニット５に制御信号を出力して第１モータジェネレータ２のトルクをほぼ０に制御し、第１モータジェネレータ２の回転を維持する。

次いで、ステップＳ４で、車速センサ３６とアクセル開度センサ３７とからの信号に基づき後進駆動力を一時的に増大する必要があるか否かを判定する。この判定は、例えば、予め車速とアクセル開度とに応じた後進駆動力の増大領域を表すマップを記憶しておき、車速センサ３６とアクセル開度センサ３７とからの信号によるマップ上の動作点が、後進駆動力の増大領域に含まれるか否かを判定することにより行う。例えば車速が０でアクセル開度が所定値以上のとき、マップ上の動作点が後進駆動力の増大領域に含まれる。なお、単に車速が所定値以下かつアクセル開度が所定値以上であるか否かを判定することにより、後進駆動力を一時的に増大する必要があるか否かを判定するようにしてもよい。ステップＳ４で肯定されるとステップＳ５に進み、否定されるとステップＳ１に戻る。

ステップＳ５では、変速機構７０のアップシフトを開始する。すなわち、制御弁８ａに制御信号を出力し、クラッチ機構４０の係合力（クラッチトルク）を徐々に減少させるとともに、所定のタイミングでブレーキ機構３０の係合力（クラッチトルク）を徐々に増大させ、クラッチの掴み替えを行う。次いで、ステップＳ６で、回転数センサ３５からの信号に基づいて、第２リングギヤ２２の所定の回転変動が検出されたか否か、つまりイナーシャ相が開始されたか否かを判定する。ステップＳ６で肯定されるとステップＳ７に進み、否定されるとステップＳ５に戻る。

ステップＳ７では、電力制御ユニット５に制御信号を出力し、第１モータジェネレータ２のトルクを所定値まで増大する。これにより第２モータジェネレータ３に第１モータジェネレータ２のトルクが付加される。このとき、第１モータジェネレータ２のトルクの増大に伴い第１モータジェネレータ２の回転数が上昇する。次いでステップＳ８で、第１モータジェネレータ２の回転数を検出するセンサからの信号に基づいて、第１モータジェネレータ２の回転数が上限回転数Ｎｍａｘまで上昇したか否かを判定する。なお、上限回転数Ｎｍａｘは、第２モータジェネレータ３の設計上の許容回転数以下に設定される。ステップＳ８で否定されるとステップＳ９に進み、肯定されるとステップＳ９をパスしてステップＳ１０に進む。

ステップＳ９では、回転数センサ３５からの信号に基づいて、アップシフトが完了したか否かを判定する。例えば第２リングギヤ２２の回転数が０になったか否かにより、アップシフトの完了を判定する。ステップＳ９で肯定されるとステップＳ１０に進み、否定されるとステップＳ７に戻る。ステップＳ１０では、電力制御ユニット５に制御信号を出力し、第１モータジェネレータ２の駆動トルクを回転維持に必要な値まで、すなわちほぼ０まで減少させ、処理を終了する。

図６は、本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置１００の動作の一例を示すタイムチャートである。図６では、ブレーキ機構３０（ＢＲ）およびクラッチ機構４０（ＣＬ）のそれぞれのクラッチトルク、第１遊星歯車機構１０の第１サンギヤ１１（１Ｓ）、第１リングギヤ１２（１Ｒ）および第１キャリア１４（１Ｃ）のそれぞれの回転数、第２遊星歯車機構２０の第２サンギヤ２１（２Ｓ）、第２リングギヤ２２（２Ｒ）および第２キャリア２４（２Ｃ）のそれぞれの回転数、第１モータジェネレータ２のトルク（ＭＧ１トルク）、および後進駆動力の時間経過に伴う変化を示す。

図６に示すように、時点ｔ１以前の初期状態では、クラッチ機構４０のクラッチトルクが最大かつブレーキ機構３０のクラッチトルクが最小（＝０）であり、変速機構７０は低速段に切り換えられている（ステップＳ３）。この状態では、第２モータジェネレータ３がマイナス方向に回転数Ｎ２で回転駆動されて後進駆動力Ｆ１が発生する（ステップＳ２）。このとき、第１キャリア１４の回転数、すなわちエンジン回転数は０であり、第１リングギヤ１２と第２サンギヤ２１と第２リングギヤ２２と第２キャリア２４とは、互いに同一回転数（＝Ｎ２）でマイナス方向に回転する。また、第１モータジェネレータ２のトルクはほぼ０であり、第１モータジェネレータ２は、無負荷状態でプラス方向に回転数Ｎ１で回転する。

時点ｔ１で、例えば車輪が段差に当接して後進走行の抵抗力が大きくなり、段差を乗り越えるために後進駆動力の増大要求が指令されると、クラッチ機構４０のクラッチトルクが徐々に減少し、アップシフトの動作が開始される（ステップＳ５）。その後、ブレーキ機構３０のクラッチトルクが０から徐々に増大し、時点ｔ２で、回転数センサ３５により第２リングギヤ２２の所定の回転変動（例えば所定値以上の回転数上昇）が検出されると、すなわちイナーシャ相への移行が開始されると、第１モータジェネレータ２の駆動トルクが所定値Ｔ１まで増大し、第１モータジェネレータ２の回転数が上昇する（ステップＳ７）。

このように後進駆動力の増大要求の指令時に変速機構７０をアップシフトすることで、低速段から高速段への切換過渡状態におけるイナーシャ相で、出力軸２７に高トルクを発生させることができる。また、第１モータジェネレータ２に駆動トルクを発生させることで、第１モータジェネレータ２のトルクが第２モータジェネレータ３に付与される。これにより、後進駆動力がＦ１からＦ２まで増大し、車輪が段差を容易に乗り越えることができる。

その後、時点ｔ３で、例えば第１モータジェネレータ２の回転数が上限回転数Ｎｍａｘに到達すると、第１モータジェネレータ２のトルクが再びほぼ０になる（ステップＳ８→ステップＳ１０）。これにより後進駆動力が元の値Ｆ１まで減少する。なお、回転数センサ３５によりアップシフトの完了が検出された場合（例えば第２リングギヤ２２の回転数が０になるとき）にも、第１モータジェネレータ２の駆動トルクがほぼ０になる（ステップＳ９→ステップＳ１０）。図示は省略するが、その後は再度、変速機構７０が高速段から低速段に切り換えられ、後進駆動力の増大要求が出力される度に、上述したのと同様の動作が行われる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置１００は、エンジン１と、第１モータジェネレータ２と、エンジン１の出力軸１ａに接続され、エンジン１で発生した動力を、第１モータジェネレータ２と車軸５７に動力を伝達するための動力伝達経路７３とに分割して出力する第１遊星歯車機構１０と、動力伝達経路７３に介装された第２モータジェネレータ３と、第２モータジェネレータ３と第１遊星歯車機構１０との間の第１動力伝達経路７１に介装された第２遊星歯車機構２０と、係合および解放が可能なブレーキ機構３０およびクラッチ機構４０を有し、係合動作に応じて、第２遊星歯車機構２０の出力軸２７の回転速度に対する第２遊星歯車機構の入力軸（第２キャリア２４）の回転速度の比の値である変速比を変更する変速機構７０と、走行モードに応じてエンジン１と第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３と変速機構７０とを制御するコントローラ４と、を備える（図１）。変速機構７０は、ブレーキ機構３０が解放かつクラッチ機構４０が係合されると、低速段の第１変速比α１となる一方、ブレーキ機構３０が係合かつクラッチ機構４０が解放されると、高速段の第２変速比α２（＜α１）となるように構成される。走行モードは、エンジン１の駆動を停止して第２モータジェネレータ３の動力で後進走行するＥＶ後進モードを含む。コントローラ４は、ＥＶ後進モードで走行中に駆動力の増大要求があるか否かを判定するようにさらに構成される。そして、コントローラ４は、ＥＶ後進モードで走行中に、駆動力の増大要求があると判定する前は、ブレーキ機構３０を解放かつクラッチ機構４０を係合し、駆動力の増大要求があると判定すると、ブレーキ機構３０を係合かつクラッチ機構４０を解放するように変速機構７０を制御する（図５）。

このようにＥＶ後進モードにおいて、変速機構７０を低速段から高速段へと切り換えることで、その切換の過渡状態におけるイナーシャ相の開始時に、変速機構７０の出力軸２７に大トルクを発生させることができる。このため、後進駆動力が一時的に増大して第２モータジェネレータ３固有の最大トルク以上の駆動力を発生させることができ、車輪が段差等を容易に乗り越えることができる。したがって、第２モータジェネレータ３を大型化する必要がなく、コストの増加および駆動装置１００の大型化を抑えることができる。また、前進走行時におけるＥＶモードではブレーキ機構３０とクラッチ機構４０とがともにオフされるが（図２）、ＥＶ後進モードでは変速機構７０が予め低速段に切り換えられる。これにより、後進駆動力の増大要求が指令された場合に、即座に後進駆動力を増大させることができる。

（２）コントローラ４は、ＥＶ後進モードで走行中に、駆動力の増大要求があると判定すると、第１モータジェネレータ２から出力されたトルクが第２モータジェネレータ３に付加されるように第１モータジェネレータ２を制御する。これにより、第１モータジェネレータ２のトルクにより後進駆動力を一層増大させることができ、段差の乗り越え等をより確実に行うことができる。

（３）ハイブリッド車両の駆動装置１００は、エンジン１の一方向（プラス方向）の回転を許容し、かつ、反対方向（マイナス方向）の回転を阻止するワンウェイクラッチ１ｂをさらに備える（図１）。これにより、駆動力の増大要求が出力される前に車両がＥＶ後進モードにおいて低速段で走行しているとき、エンジン回転数が０に保たれる（図４Ａ）。したがって、駆動力の増大要求が出力される前の第１モータジェネレータ２の回転数Ｎ１と上限回転数Ｎｍａｘとの差を拡大することができ、第１モータジェネレータ２に容易に大トルクを発生させることができる。すなわち、回転数Ｎ１と上限回転数Ｎｍａｘとの差が小さいと、第１モータジェネレータ２が駆動トルクを発生したときに、第１モータジェネレータ２の回転数がすぐに上限回転数Ｎｍａｘに到達してしまうため、第１モータジェネレータ２に大トルクを発生させることは困難である。これに対し、ワンウェイクラッチ１ｂの作用によりエンジン回転数を０に保持することで、第１モータジェネレータ２の回転数増加のマージンが大きくなる。このため、簡易な構成で第１モータジェネレータ２が大トルクを発生することが可能となる。

上記実施形態は種々の形態に変形することができる。以下、変形例について説明する。上記実施形態では、ＥＶ後進モードにおいて低速段から高速段への切換過渡時にイナーシャ相への移行が検出されると、第１モータジェネレータ２にプラス方向の駆動トルクを出力させるようにしたが、このような駆動トルクの出力を省略することもできる。図７は、低速段から高速段への切換過渡時に、第１モータジェネレータ２に大トルクを発生させずにＭＧ１トルクがほぼ０に保たれる場合の動作の一例をタイムチャートである。

図７に示すように、ＭＧ１トルクが０であっても、変速機構７０のアップシフトにより時点ｔ２以降の後進駆動力が所定値Ｆ３まで増大している。ただし、この場合には、時点ｔ２のイナーシャ相の開始時に第１モータジェネレータ２（第１サンギヤ１１）の回転数が低下しており、所定値Ｆ３は、第１モータジェネレータ２に駆動トルクＴ１を発生させる場合の後進駆動力の最大値Ｆ２（図６）よりも小さい。したがって、より大きな後進駆動力が必要な場合には、アップシフト時に第１モータジェネレータ２に大トルクを発生させることが好ましい。

上記実施形態では、エンジン１にワンウェイクラッチ１ｂを設け、エンジン１の最小回転数を機械的に０に制限したが、ワンウェイクラッチを省略することもできる。この場合には、ＥＶ後進モードにおいて後進駆動力の増大要求が指令される前のエンジン回転数を０より小さい値に設定することができる。図８は、その場合の動作の一例を示すタイムチャートである。図８に示すように、後進駆動力の増大要求が指令される前のエンジン回転数はマイナスであるが、時点ｔ２のイナーシャ相の開始時点で図６と同様、後進駆動力を増大させることができる。なお、この場合には、初期時点の第１モータジェネレータ２の回転数はＮ１（図６）よりも低い。したがって、図８では、第１モータジェネレータ２に所定値Ｔ１よりも大きな駆動トルクを発生させることができ、後進駆動力をより増大させることができる。この場合、コントローラ４が、第１モータジェネレータ２に制御信号を出力して第１モータジェネレータ２の駆動を制御することで、ＥＶ後進モードにおいて後進駆動力の増大要求が指令される前のエンジン回転数を、０以下とすることができる。

上記実施形態では、上記実施形態（図１）では、第２遊星歯車機構２０（遊星歯車機構）とブレーキ機構３０とクラッチ機構４０とにより変速機構７０を構成したが、変速機構の構成はこれに限らない。変速機構がブレーキ機構とクラッチ機構とを１つずつ有するのではなく、一対のブレーキ機構を有する、あるいは一対のクラッチ機構を有するようにしてもよい。上記実施形態（図１）では、第１遊星歯車機構１０により、内燃機関としてのエンジン１で発生した動力を、第１モータジェネレータ２と動力伝達経路７３とに分割して出力するようにしたが、動力分割機構の構成はこれに限らない。

上記実施形態（図１）では、油圧の押圧力によりプレート３１とディスク３２とが係合するようにブレーキ機構３０を構成したが、プレート３１とディスク３２とをばねの付勢力により係合するとともに、油圧力により係合を解除するようにしてもよい。クラッチ機構４０も同様に、プレート４１とディスク４２とをばねの付勢力により係合するとともに、油圧力により係合を解除するように構成することができる。ブレーキ機構３０とクラッチ機構４０とに湿式多板式の係合要素を用いたが、バンドブレーキ、ドグ等、他の形式の係合要素を用いることもできる。すなわち、第１係合機構および第２係合機構の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、制御部としてのコントローラ４がブレーキ機構３０とクラッチ機構４０の動作を制御することで、ＥＶモード、Ｗモータモード、シリーズモード、ＨＶモード（ＨＶローモード、ＨＶハイモード）、ＥＶ後進モードなどを実現するようにしたが、他の走行モードを実現するようにしてもよい。上記実施形態では、車速センサ３６とアクセル開度センサ３７とからの信号に基づいて、コントローラ４が駆動力の増大要求があるか否かを判定するようにしたが、判定部の構成はこれに限らない。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１ エンジン、１ｂ ワンウェイクラッチ、２ 第１モータジェネレータ、３ 第２モータジェネレータ、４ コントローラ、５ 電力制御ユニット、８ 油圧制御装置、１０ 第１遊星歯車機構、２０ 第２遊星歯車機構、２１ 第２サンギヤ、２２ 第２リングギヤ、２４ 第２キャリア、２７ 出力軸、３０ ブレーキ機構、３５ 回転数センサ、３６ 車速センサ、３７ アクセル開度センサ、４０ クラッチ機構、５７ 車軸、７０ 変速機構、７３ 動力伝達経路、１００ 駆動装置

Claims (5)

1. 内燃機関と、
   第１モータジェネレータと、
   前記内燃機関の出力軸に接続され、前記内燃機関で発生した動力を、前記第１モータジェネレータと車軸に動力を伝達するための動力伝達経路とに分割して出力する動力分割機構と、
   前記動力伝達経路に介装された第２モータジェネレータと、
   前記第２モータジェネレータと前記動力分割機構との間の前記動力伝達経路に介装された遊星歯車機構と、
   係合および解放が可能な第１係合機構と、係合および解放が可能な第２係合機構とを有し、前記第１係合機構および前記第２係合機構の動作に応じて、前記遊星歯車機構の出力軸の回転速度に対する前記遊星歯車機構の入力軸の回転速度の比の値である変速比を変更する変速機構と、
   走行モードに応じて前記内燃機関と前記第１モータジェネレータと前記第２モータジェネレータと前記変速機構とを制御する制御部と、を備え、
   前記変速機構は、前記第１係合機構が解放かつ前記第２係合機構が係合されると、第１変速比となる一方、前記第１係合機構が係合かつ前記第２係合機構が解放されると、前記第１変速比よりも小さい第２変速比となるように構成され、
   前記走行モードは、前記内燃機関の駆動を停止して前記第２モータジェネレータの動力で後進走行するＥＶ後進モードを含み、
   前記ＥＶ後進モードで走行中に駆動力の増大要求があるか否かを判定する判定部をさらに備え、
   前記制御部は、前記ＥＶ後進モードで走行中に、前記判定部により駆動力の増大要求があると判定される前は、前記第１係合機構を解放かつ前記第２係合機構を係合し、前記判定部により駆動力の増大要求があると判定されると、前記第１係合機構を係合かつ前記第２係合機構を解放するように前記変速機構を制御することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記制御部は、前記ＥＶ後進モードで走行中に、前記判定部により駆動力の増大要求があると判定されると、前記第１モータジェネレータから出力されたトルクが前記第２モータジェネレータに付加されるように前記第１モータジェネレータを制御することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
3. 請求項２に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記第１係合機構は、係合時に前記遊星歯車機構のリングギヤを制動する一方、解放時に非制動するブレーキ機構であり、前記第２係合機構は、係合時に前記遊星歯車機構のサンギヤと前記リングギヤとを結合する一方、解放時に切断するクラッチ機構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、
   前記内燃機関の一方向の回転を許容し、かつ、反対方向の回転を阻止するワンウェイクラッチをさらに備えることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
5. 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、
   前記制御部は、前記ＥＶ後進モードで走行中に、前記判定部により駆動力の増大要求があると判定される前は、前記内燃機関の回転数が０以下となるように、前記第１モータジェネレータを制御することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
   

Images