JP5076829B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と電動機を動力源として走行するハイブリッド車両に関し、特に、内燃機関とモータジェネレータを動力源とするハイブリッド車両に関する。

内燃機関と電動機を動力源として走行するハイブリッド車両においては、内燃機関と電動機との両方の動力を駆動輪に伝達して走行することが可能なパラレル方式のハイブリッド車両がある。当該パラレル方式のハイブリッド車両は、内燃機関と電動機と駆動輪がそれぞれ連結された遊星歯車機構を備えており、当該遊星歯車機構の所定の回転要素と固定端と係合させるクラッチ機構を制御することで、燃費、電力効率、走行感などの改善が図られている。

例えば、特許文献１では、サンギヤにモータを、リングギヤに前輪を、キャリアにエンジンのクランクシャフトを、それぞれ接続した動力分配統合機構において、キャリアを第１クラッチにより、サンギヤを第２クラッチにより、それぞれケースに接続したハイブリッド車が開示されている。このハイブリッド車では、動力循環が生じる場合に、バッテリの残容量（ＳＯＣ）が小さいときには第２クラッチをオンとしてモータを回転不能に固定して走行し、バッテリの残容量（ＳＯＣ）が大きいときには第１クラッチをオンとしてエンジンを回転不能に固定して走行する。これにより、バッテリの充放電管理をより適正に行うことができると共に車両の燃費効率を向上させることができるというものである。

また、特許文献２では、ラビニオ式遊星歯車機構を動力分配装置に設け、キャリアをエンジンに連結し、第１サンギヤを第１モータジェネレータに連結し、第２サンギヤを第２モータジェネレ−タおよび駆動輪に連結するとともに、摩擦材同士の係合によるリングギヤと固定端との連結によって、リングギヤの回転を制止することが可能なクラッチを備えたハイブリッド車両が開示されている。クラッチがリングギヤと固定端との連結を行わずに、リングギヤの回転が制止されない状態では、一般に知られているハイブリッド車両と同様に、遊星歯車機構の作用によって動力を分配することができる。一方、クラッチがリングギヤと固定端との連結を行い、リングギヤの回転が制止されている状態では、内燃機関と駆動輪とは所定の変速比で機械的に直結される。これにより、動力と電力との変換を介することなく、内燃機関の動力を駆動輪に直接伝達し、動力循環を回避することができるというものである。

特開２００７−５５４７３号公報 特開２００４−２８４５５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のハイブリッド車では、エンジン（エンジンのクランクシャフトに接続されたキャリア）とケースに接続された第１クラッチを追加したため、モータのみのＥＶ走行時の効率は若干上昇するものの、エンジン駆動時に増速運転条件下において直結運転状態に移行するとエンジン回転数が上昇してしまう。そのため、エンジンの燃料消費効率の高いポイントで運転することができなくなってしまうという問題がある。

また、特許文献２では、クラッチを用いてリングギヤを制止させることにより、エンジン回転数の上昇を抑制しつつ循環運転状態を回避することができるが、クラッチ締結後は車速上昇に応じてエンジン回転数が成行きで上昇するため、最適燃費動作線で動作しなくなる。そのため、エンジンの熱効率が低下する可能性がある。

本発明の主な課題は、内燃機関を燃費最適条件で動作させることが可能であり、燃費効率を向上させることが可能なハイブリッド車両を提供することである。

本発明の一視点においては、内燃機関の動力を、駆動輪、第１モータジェネレータ、及び第２モータジェネレータのいずれかに分配して伝達するとともに、前記第１モータジェネレータ及び前記第２モータジェネレータの一方によって回生した電力で駆動する前記第１モータジェネレータ及び前記第２モータジェネレータの他方の動力を前記駆動輪に伝達することが可能な動力分配装置を備えたハイブリッド車両であって、前記動力分配装置は、第１遊星歯車機構、第２遊星歯車機構、及びクラッチ機構を有し、前記第１遊星歯車機構の第１回転要素は、前記第１モータジェネレータと連結され、前記第１遊星歯車機構の第２回転要素は、前記内燃機関と連結され、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素は、前記クラッチ機構によって断続可能に前記駆動輪と連結され、前記第２遊星歯車機構の第１回転要素は、前記クラッチ機構によって断続可能に前記駆動輪と連結され、前記第２遊星歯車機構の第２回転要素は、前記内燃機関と連結され、前記第２遊星歯車機構の第３回転要素は、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素と連結され、前記クラッチ機構は、少なくとも、前記駆動輪と、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素、及び前記第２遊星歯車機構の第１回転要素の一方とを選択的に連結可能に構成され、前記クラッチ機構の断続動作を制御する動力制御装置を備え、前記動力制御装置は、前記内燃機関の回転数が前記駆動輪の回転数よりも高いときに前記駆動輪と、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素とを連結するように前記クラッチ機構を制御し、前記動力制御装置は、前記内燃機関の回転数が前記駆動輪の回転数よりも低いときに前記駆動輪と、前記第２遊星歯車機構の第１回転要素とを連結するように前記クラッチ機構を制御することを特徴とする。

本発明の前記ハイブリッド車両において、前記第１遊星歯車機構は、シングルピニオン型遊星歯車機構であり、前記第２遊星歯車機構は、ダブルピニオン型遊星歯車機構であり、前記第１遊星歯車機構の第１回転要素は、第１サンギヤであり、前記第１遊星歯車機構の第２回転要素は、キャリアであり、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素は、リングギヤであり、前記第２遊星歯車機構の第１回転要素は、第２サンギヤであり、前記第２遊星歯車機構の第２回転要素は、前記キャリアであり、前記第２遊星歯車機構の第３回転要素は、前記リングギヤである。

本発明の前記ハイブリッド車両において、前記第１遊星歯車機構及び前記第２遊星歯車機構は、ラビニオ型遊星歯車機構であり、前記ラビニオ型遊星歯車機構は、第１サンギヤ、キャリア、リングギヤ、及び第２サンギヤによって構成され、前記第１遊星歯車機構は、前記第１サンギヤ、前記キャリア、前記リングギヤによって構成され、前記第２遊星歯車機構は、ラビニオ型遊星歯車機構であり、前記ラビニオ型遊星歯車機構は、前記第２サンギヤ、前記キャリア、及び前記リングギヤによって構成され、前記第１遊星歯車機構の第１回転要素は、前記第１サンギヤであり、前記第１遊星歯車機構の第２回転要素は、前記キャリアであり、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素は、前記リングギヤであり、前記第２遊星歯車機構の第１回転要素は、前記第２サンギヤであり、前記第２遊星歯車機構の第２回転要素は、前記キャリアであり、前記第２遊星歯車機構の第３回転要素は、前記リングギヤである。

本発明の前記ハイブリッド車両において、前記クラッチ機構は、第１クラッチ及び第２クラッチによって構成され、前記第１クラッチは、前記駆動輪と、前記第２遊星歯車機構の第１回転要素とを断続可能に構成され、前記第２クラッチは、前記駆動輪と、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素とを断続可能に構成される。

本発明の前記ハイブリッド車両において、前記クラッチ機構は、前記駆動輪と、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素、及び前記第２遊星歯車機構の第１回転要素の一方とを選択的に連結可能なドグクラッチによって構成される。

本発明の前記ハイブリッド車両において、前記第１モータジェネレータと固定端とを断続可能に構成されたブレーキを備える。

本発明の前記ハイブリッド車両において、前記ブレーキは、前記動力制御装置によっての断続動作が制御される。

本発明の前記ハイブリッド車両において、前記動力制御装置は、前記内燃機関の回転数が前記駆動輪の回転数よりも低いときに前記第１モータジェネレータと固定端とを連結するように前記ブレーキを制御する。

本発明によれば、走行条件に応じてクラッチ機構の接続・切離しの切替を行うことにより、燃費効率を向上させることができる。つまり、低中速域（減速比が１より大きい場合）では第１遊星歯車機構の第３回転要素と駆動輪とを連結することで、第２遊星歯車機構の第１回転要素と駆動輪とを連結する場合よりも、第１モータジェネレータの回転を高くすることができ、第１モータジェネレータの発電量増大により、燃費効率を向上させることができる。

また、高速域（減速比が１より小さい場合）では第２遊星歯車機構の第１回転要素と駆動輪とを連結することで、第１モータジェネレータの回転が内燃機関の回転と逆回転になるのを防止することができる。そのため、第１モータジェネレータが逆回転力行状態、かつ、第２モータジェネレータを強制回生状態で動作するいわゆる動力循環の状態に移ることがなく、しかも、両モータジェネレータともに回転数を固定していないので、燃費最適条件で動作させることが可能であり、内燃機関の燃費効率を向上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では、内燃機関（図１の１１）の動力を、駆動輪（図１の２３）、第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）、及び第２モータジェネレータ（図１のＭＧ２）のいずれかに分配して伝達するとともに、前記第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）及び前記第２モータジェネレータ（図１のＭＧ２）の一方によって回生した電力で駆動する前記第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）及び前記第２モータジェネレータ（図１のＭＧ２）の他方の動力を前記駆動輪（図１の２３）に伝達することが可能な動力分配装置（図１の２）を備えたハイブリッド車両（図１の１）であって、前記動力分配装置（図１の２）は、第１遊星歯車機構（図１の３）、第２遊星歯車機構（図１の４）、及びクラッチ機構（図１のＣ１、Ｃ２）を有し、前記第１遊星歯車機構（図１の３）の第１回転要素（図１の１４）は、前記第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）と連結され、前記第１遊星歯車機構（図１の３）の第２回転要素（図１の１７）は、前記内燃機関（図１の１１）と連結され、前記第１遊星歯車機構（図１の３）の第３回転要素（図１の１６）は、前記クラッチ機構（図１のＣ２）によって断続可能に前記駆動輪（図１の２３）と連結され、前記第２遊星歯車機構（図１の４）の第１回転要素（図１の１８）は、前記クラッチ機構（図１のＣ１）によって断続可能に前記駆動輪（図１の２３）と連結され、前記第２遊星歯車機構（図１の４）の第２回転要素（図１の１７）は、前記内燃機関（図１の１１）と連結され、前記第２遊星歯車機構（図１の４）の第３回転要素（図１の１６）は、前記第１遊星歯車機構（図１の３）の第３回転要素（図１の１６）と連結され、前記クラッチ機構（図１のＣ１、Ｃ２）は、少なくとも、前記駆動輪（図１の２３）と、前記第１遊星歯車機構（図１の３）の第３回転要素（図１の１６）、及び前記第２遊星歯車機構（図１の４）の第１回転要素（図１の１８）の一方とを選択的に連結可能に構成され、前記クラッチ機構の断続動作を制御する動力制御装置を備え、前記動力制御装置は、前記内燃機関の回転数が前記駆動輪の回転数よりも高いときに前記駆動輪と、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素とを連結するように前記クラッチ機構を制御し、前記動力制御装置は、前記内燃機関の回転数が前記駆動輪の回転数よりも低いときに前記駆動輪と、前記第２遊星歯車機構の第１回転要素とを連結するように前記クラッチ機構を制御する。

本発明の実施例１に係るハイブリッド車両について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の構成を模式的に示した概略図である。

ハイブリッド車両１は、エンジン１１とモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を動力源として走行する車両であり、エンジン１１とモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２との両方の動力を駆動輪２３に伝達して走行することが可能なパラレル方式のハイブリッド車両である。ハイブリッド車両１は、エンジン１１とモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２と駆動輪２３がそれぞれ連結された動力分配装置２を備えており、当該動力分配装置２における遊星歯車機構３、４の所定の回転要素１６、１８と出力軸２１とを係合させるクラッチＣ１、Ｃ２を制御することで、エンジン１１の動力を、駆動輪２３と、第１モータジェネレータＭＧ１又は第２モータジェネレータＭＧ２とに分配する。遊星歯車機構３、４におけるサンギヤ１４、キャリア１７、サンギヤ１８、およびリングギヤ１６の４つの回転要素のうち、２つの回転要素の回転数が決定されると、残余の２つの回転要素の回転数が決定される。ハイブリッド車両１は、エンジン１１と、クランクシャフト１２と、サンギヤ１４と、ピニオンギヤ１５と、リングギヤ１６と、キャリア１７と、サンギヤ１８と、ピニオンギヤ１９、２０と、出力軸２１と、デファレンシャルギヤ２２と、駆動輪２３と、エンジンＥＣＵ２４と、モータＥＣＵ２５と、動力制御装置２６と、車速センサ２７と、アクセル開度センサ２８と、シフトポジションセンサ２９と、ブレーキポジションセンサ３０と、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、第１クラッチＣ１と、第２クラッチＣ２と、を有する。

エンジン１１は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料の爆発燃焼により動力をクランクシャフト１２から出力する内燃機関である。エンジン１１は、エンジンＥＣＵ２４により燃料噴射制御、点火制御、吸入空気量調節制御などの制御を受けている。

クランクシャフト１２は、エンジン１１の動力出力軸であり、キャリア１７と連結されており、キャリア１７と一体に回転する。

サンギヤ１４は、第１モータジェネレータＭＧ１のロータと連結された外歯歯車であり、第１列シングルピニオン型遊星歯車機構３の回転要素である。サンギヤ１４は、外周にて複数のピニオンギヤ１５と噛み合っている。

ピニオンギヤ１５は、サンギヤ１４に噛合するとともにリングギヤ１６に噛合する外歯歯車であり、第１列シングルピニオン型遊星歯車機構３の回転要素である。ピニオンギヤ１５は、自転かつ公転自在にキャリア１７に保持されている。

リングギヤ１６は、サンギヤ１４及びサンギヤ１８と同心円上に配置された内歯歯車であり、第１列シングルピニオン型遊星歯車機構３及び第２列ダブルピニオン型遊星歯車機構４の共通の回転要素である。リングギヤ１６は、第１列シングルピニオン型遊星歯車機構３における内周にて複数のピニオンギヤ１５と噛み合っている。リングギヤ１６は、第２列ダブルピニオン型遊星歯車機構４における内周にて複数のピニオンギヤ２０と噛み合っている。リングギヤ１６は、第２クラッチＣ２の一端と連結されている。

キャリア１７は、ピニオンギヤ１５及びピニオンギヤ１９、２０を自転かつ公転自在に保持する部材であり、第１列シングルピニオン型遊星歯車機構３及び第２列ダブルピニオン型遊星歯車機構４の共通の回転要素である。キャリア１７は、エンジン１１のクランクシャフト１２と連結されている。

サンギヤ１８は、第１クラッチＣ１の一端と連結された外歯歯車であり、第２列ダブルピニオン型遊星歯車機構４の回転要素である。サンギヤ１８は、外周にて複数のピニオンギヤ１９と噛み合っている。

ピニオンギヤ１９は、サンギヤ１８に噛合する外歯歯車であり、第２列ダブルピニオン型遊星歯車機構４の回転要素である。ピニオンギヤ１９は、自転かつ公転自在にキャリア１７に保持されている。

ピニオンギヤ２０は、リングギヤ１６に噛合する外歯歯車であり、第２列ダブルピニオン型遊星歯車機構４の回転要素である。ピニオンギヤ２０は、自転かつ公転自在にキャリア１７に保持されている。

出力軸２１は、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２の他端と連結された回転軸である。出力軸２１は、第２モータジェネレータＭＧ２のロータと連結されている。出力軸２１は、第１クラッチＣ１のみが係合することでリングギヤ１６と一体に回転し、第２クラッチＣ２のみが係合することでサンギヤ１８と一体に回転し、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２の両方が係合することでクランクシャフト１２と一体に回転する。出力軸２１は、デファレンシャルギヤ２２と機械的に接続されている。

デファレンシャルギヤ２２は、出力軸２１からの駆動力が入力されるとともに、左右の駆動輪２３の回転数の差を吸収し円滑な転がり走行ができるようにした装置である。

駆動輪２３は、車両を駆動する車輪であり、デファレンシャルギヤ２２と機械的に接続されている。

エンジンＥＣＵ２４は、エンジン１１の燃料噴射、点火、吸入空気量調節などの制御を行う制御装置である。エンジンＥＣＵ２４は、動力制御装置２６と通信可能に接続されており、運転状態を検出する各種センサから信号入力されている。エンジンＥＣＵ２４は、動力制御装置２６からの信号によりエンジン１１を制御するとともに、必要に応じてエンジン１１の運転状態に関するデータを動力制御装置２６に向けて出力する。

モータＥＣＵ２５は、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動制御する制御装置である。モータＥＣＵ２５には、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号（例えば、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２のロータの回転位置を検出した信号、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２に印加される相電流など）が入力されている。モータＥＣＵ２５は、動力制御装置２６と通信可能に接続されており、動力制御装置２６からの制御信号によってモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動制御するとともに、必要に応じてモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の運転状態に関するデータを動力制御装置２６に出力する。

動力制御装置２６は、所定のプログラムに基づいてクラッチＣ１、Ｃ２の制御を行うコンピュータ装置である。動力制御装置２６には、車速センサ２７からの車速、アクセル開度センサ２８からのアクセル開度、シフトポジションセンサ２９からのシフトポジション、ブレーキポジションセンサ３０からのブレーキペダルポジションなどが入力されている。動力制御装置２６は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ２５と通信可能に接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ２５と各種制御信号やデータのやりとりを行う。動力制御装置２６は、モータＥＣＵ２５を介して、第１モータジェネレータＭＧ１によって回生した電力で第２モータジェネレータＭＧ２を駆動するように制御し、第２モータジェネレータＭＧ２によって回生した電力で第１モータジェネレータＭＧ１を駆動するように制御する。

車速センサ２７は、車速を検出するセンサであり、検出された信号を動力制御装置２６に向けて出力する。

アクセル開度センサ２８は、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するセンサであり、検出された信号を動力制御装置２６に向けて出力する。

シフトポジションセンサ２９は、シフトレバーの操作位置（シフトポジション）を検出するセンサであり、検出された信号を動力制御装置２６に向けて出力する。

ブレーキポジションセンサ３０は、ブレーキペダルの踏み込み量（プレーキポジション）を検出するセンサであり、検出された信号を動力制御装置２６に向けて出力する。

第１モータジェネレータＭＧ１は、発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる同期発電電動機である。第１モータジェネレータＭＧ１のロータは、第１列シングルピニオン型遊星歯車機構３のサンギヤ１４と連結されている。第１モータジェネレータＭＧ１は、モータＥＣＵ２５によって駆動制御される。

第２モータジェネレータＭＧ２は、発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる同期発電電動機である。第２モータジェネレータＭＧ２のロータは、出力軸２１と連結されている。第２モータジェネレータＭＧ２は、モータＥＣＵ２５によって駆動制御される。

第１クラッチＣ１は、第２列ダブルピニオン型遊星歯車機構４のサンギヤ１８から出力軸２１への動力の伝達を断続可能にする機構である。第１クラッチＣ１は、動力制御装置２６により係合・非係合が制御される。

第２クラッチＣ２は、第１列シングルピニオン型遊星歯車機構３及び第２列ダブルピニオン型遊星歯車機構４のリングギヤ１６から出力軸２１への動力の伝達を断続可能にする機構である。第２クラッチＣ２は、動力制御装置２６により係合・非係合が制御される。

次に、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の動作について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の動力制御装置の動作の一例を模式的に示したフローチャートである。図５は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の動力分配装置における各回転要素の回転数の関係を模式的に示した低中速時の共線図である。図６は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の動力分配装置における各回転要素の回転数の関係を模式的に示した高速時の共線図である。図７は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の動力分配装置における各回転要素の回転数の関係を模式的に示した切替時の共線図である。

図２を参照すると、まず、動力制御装置（図１の２６）は、エンジン回転数Ｎｅと出力軸回転数Ｎｏｕｔに基づいて減速比（Ｎｅ／Ｎｏｕｔ）を計算する（ステップＡ１）。なお、エンジン回転数はエンジン（図１の１１）からエンジンＥＣＵ（図１の２４）を介して動力制御装置（図１の２６）に入力され、出力軸回転数は、出力軸（図１の２１）と一体に回転する第２モータジェネレータ（図１のＭＧ２）からモータＥＣＵ（図１の２５）を介して動力制御装置（図１の２６）に入力される。

次に、動力制御装置（図１の２６）は、計算した減速比が１より大きいか否かを判定する（ステップＡ２）。

減速比が１より大きい場合（ステップＡ２のＹＥＳ）、動力制御装置（図１の２６）は、第２クラッチ（図１のＣ２）を係合した状態にする（ステップＡ３）。減速比が１より大きい場合、車両は低中速域にあるので、第２クラッチ（図１のＣ２）を係合することで（図５参照）、第１クラッチ（図１のＣ１）を係合したとき（図８参照）よりも第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）の回転を高くすることができる。これにより、第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）の発電量を高くすることができ、エンジン（図１の１１）を燃費最適条件で動作させることができる。その後、ステップＡ１に戻る。

ここで、図５の共線図について、ρ１はサンギヤ１４、１８間のギヤ比であり、ρ２はサンギヤ１８とリングギヤ１６間のギヤ比である。また、図５では、横軸には左から順に、サンギヤ（Ｓ１；図１の１４）、キャリア（Ｃ；図１の１７）、リングギヤ（Ｒ；図１の１６）、サンギヤ（Ｓ２；図１の１８）に対応する座標がとられている。これらの各座標間の距離は、Ｓ１−Ｃ間の距離とＣ−Ｓ２間の距離とが（１／ρ１）：１の関係になるようにとられており、Ｒ−Ｃ間の距離とＣ−Ｓ２間の距離とがρ２：１の関係になるようにとられている。縦軸には、各座標において各回転要素の回転数がとられている。この回転数は、エンジン（図１の１１）が回転を行う方向を正とし、負の場合はその回転要素が逆回転している状態を示している。各回転要素の回転数は比例関係にあり、各要素の回転数は、共線図上の動作共線と呼ばれる直線上に並ぶ。第１モータジェネレータＭＧ１をサンギヤＳ１軸の下部に示し、エンジン（図１の１１）をキャリアＣ軸の下部に示している。第２クラッチ（図１のＣ２）が係合している場合はリングギヤＲ軸の下部に出力軸（図１の２１）が示され、第１クラッチ（図１のＣ１）が係合した場合はサンギヤＳ２軸の下部に出力軸（図１の２１）が示される。図６〜図９の共線図についても同様である。

減速比が１より大きくない場合（ステップＡ２のＮＯ）、動力制御装置（図１の２６）は、計算した減速比が１（又は１を中心とする所定の範囲）であるか否かを判定する（ステップＡ４）。

減速比が１である場合（ステップＡ４のＹＥＳ）、動力制御装置（図１の２６）は、各種センサ、ＥＣＵからの信号に基づいて計算された加速度が０より大きいか否かを判定する（ステップＡ５）。

加速度が０より大きい場合（ステップＡ５のＹＥＳ）、動力制御装置（図１の２６）は、係合状態を第２クラッチ（図１のＣ２）から第１クラッチ（図１のＣ１）に切替える（ステップＡ６）。つまり、減速比が１であれば第１クラッチ（図１のＣ１）と第２のクラッチ（図１のＣ２）の回転数が等しいので（図７参照）、加速度が０より大きい場合、係合している第２クラッチ（図１のＣ２）を非係合とし、係合していない第１クラッチ（図１のＣ１）を係合とする。このとき、第１クラッチ（図１のＣ１）と第２のクラッチ（図１のＣ２）が両方とも係合した状態があってもよい。その後、ステップＡ１に戻る。

加速度が０以下の場合（ステップＡ５のＮＯ）、動力制御装置（図１の２６）は、係合状態を第１クラッチ（図１のＣ１）から第２クラッチ（図１のＣ２）に切替える（ステップＡ７）。つまり、減速比が１であれば第１クラッチ（図１のＣ１）と第２のクラッチ（図１のＣ２）の回転数が等しいので（図７参照）、加速度が０以下の場合、係合している第１クラッチ（図１のＣ１）を非係合とし、係合していない第２クラッチ（図１のＣ２）を係合とする。このとき、第１クラッチ（図１のＣ１）と第２のクラッチ（図１のＣ２）が両方とも係合した状態があってもよい。その後、ステップＡ１に戻る。

減速比が１でない場合（ステップＡ４のＮＯ）、動力制御装置（図１の２６）は、第１クラッチ（図１のＣ１）を係合した状態にする（ステップＡ８）。減速比が１より大きくなく、かつ、減速比が１でない場合、車両は減速比が１より小さい高速域にあるので、第１クラッチ（図１のＣ１）を係合することで（図６参照）、第２クラッチ（図１のＣ２）を係合したとき（図９参照）のように第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）の回転がエンジン（図１の１１）の回転と逆回転になるのを防止することができる。そのため、第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）が逆回転力行状態、かつ、第２モータジェネレータ（図１のＭＧ２）を強制回生状態で動作するいわゆる動力循環の状態に移ることがない。その後、ステップＡ１に戻る。

実施例１によれば、走行条件に応じて第１クラッチＣ１と第２クラッチＣ２の接続・切離しの切替を行うことにより、燃費効率を向上させることができる。つまり、低中速域（減速比が１より大きい場合）では第２クラッチ（図１のＣ２）を係合して第１列シングルピニオン型遊星歯車機構（図１の３）のリングギヤ（図１の１６）と出力軸（図１の２１）接続することで、第１クラッチ（図１のＣ１）を係合する場合よりも、第１列シングルピニオン型遊星歯車機構（図１の３）のサンギヤ（図１の１４）と連結された第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）の回転を高くすることができ、第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）の発電量増大により、燃費効率を向上させることができる。

また、高速域（減速比が１より小さい場合）では第１クラッチ（図１のＣ１）を係合することで、第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）の回転がエンジン（図１の１１）の回転と逆回転になるのを防止することができる。そのため、第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）が逆回転力行状態、かつ、第２モータジェネレータ（図１のＭＧ２）を強制回生状態で動作するいわゆる動力循環の状態に移ることがなく、しかも、両モータジェネレータ（図１のＭＧ１、ＭＧ２）ともに回転数を固定していないので、燃費最適条件で動作させることが可能であり、エンジン（図１の１１）の燃費効率を向上させることができる。

また、車速とアクセル開度に基づくマップにしたがって係合するクラッチを選択するように構成することもできる。そのような構成では、例えば、以下のような動作を行う。まず、車両の発進は、通常、第２クラッチ（図１のＣ２）を係合した状態で行う。その後、車速、アクセル開度、クラッチ状態を読み込んで（図３のステップＢ１）、図４に示すようなマップにしたがって加速領域にあるか否かを判定し（図３のステップＢ２）、判定結果に基づいて第１クラッチ（図１のＣ１）及び第２クラッチ（図１のＣ２）の断接を制御する（図３のステップＢ３又はＢ４）。例えば、一定加速度で車速が上昇し、第２モータジェネレータ（図１のＭＧ２）の回転数がエンジン回転数や第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）と同一の回転数になった場合（図３のステップＢ２のＮＯ）、第２クラッチ（図１のＣ２）を解放して第１クラッチ（図１のＣ１）を係合する（図３のステップＢ４）。また、加速中にアクセルを緩めることによりアクセル開度が小さくなった場合（図３のステップＢ２のＮＯ）にも、第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）の回転数、及びエンジン回転数を第２モータジェネレータ（図１のＭＧ２）の回転数以下に下げるため、第２クラッチ（図１のＣ２）を解放して第１クラッチ（図１のＣ１）を係合する（図３のステップＢ４）。逆に、第１クラッチ（図１のＣ１）を係合して巡航している場合でも、ドライバが急な加速をするためにアクセルを大きく踏み込んだ場合（図３のステップＢ２のＹＥＳ）には、エンジン回転数を上げて減速比を大きくするために、エンジン回転数、及び第１モータジェネレータ（図１のＭＧ１）の回転数が上昇する過程で第２モータジェネレータ（図１のＭＧ２）の回転数と同一になったときに第１クラッチ（図１のＣ１）を解放して第２クラッチ（図１のＣ２）を係合する（図３のステップＢ３）。

本発明の実施例２に係るハイブリッド車両について図面を用いて説明する。図１０は、本発明の実施例２に係るハイブリッド車両の構成を模式的に示した概略図である。

実施例２に係るハイブリッド車両１は、実施例１の動力分配装置（図１の２）の遊星歯車機構（図１の３、４）の組み合わせと等価なラビニオ型遊星歯車機構５を適用したものである。その他の構成、動作は、実施例１と同様である。

ラビニオ型遊星歯車機構５は、サンギヤ４１と、ピニオンギヤ４２、４３と、キャリア４４と、リングギヤ４５と、サンギヤ４６と、を有する。

サンギヤ４１は、第１モータジェネレータＭＧ１のロータと連結された外歯歯車でありラビニオ型遊星歯車機構５の回転要素である。サンギヤ４１は、外周にて複数のピニオンギヤ４２と噛み合っている。

ピニオンギヤ４２は、サンギヤ４１に噛合するとともにピニオンギヤ４３に噛合する外歯歯車であり、ラビニオ型遊星歯車機構５の回転要素である。ピニオンギヤ４２は、自転かつ公転自在にキャリア４４に保持されている。

ピニオンギヤ４３は、ピニオンギヤ４２に噛合するとともにリングギヤ４５に噛合しサンギヤ４６と噛合する外歯歯車であり、ラビニオ型遊星歯車機構５の回転要素である。ピニオンギヤ４３は、自転かつ公転自在にキャリア４４に保持されている。

キャリア４４は、ピニオンギヤ４２、４３を自転かつ公転自在に保持する部材であり、ラビニオ型遊星歯車機構５の回転要素である。キャリア４４は、エンジン１１のクランクシャフト１２と連結されている。

リングギヤ４５は、サンギヤ４１及びサンギヤ４６と同心円上に配置された内歯歯車であり、ラビニオ型遊星歯車機構５の回転要素である。リングギヤ４５は、内周にて複数のピニオンギヤ４３と噛み合っている。リングギヤ４５は、第２クラッチＣ２の一端と連結されている。

サンギヤ４６は、第１クラッチＣ１の一端と連結された外歯歯車であり、ラビニオ型遊星歯車機構５の回転要素である。サンギヤ４６は、外周にて複数のピニオンギヤ４３と噛み合っている。

実施例２によれば、実施例１と同様な効果を奏するとともに、動力分配装置２の小型化かつ軽量化を図ることができる。

本発明の実施例３に係るハイブリッド車両について図面を用いて説明する。図１１は、本発明の実施例３に係るハイブリッド車両の構成を模式的に示した概略図である。

実施例３に係るハイブリッド車両１は、実施例１のクラッチ（図１のＣ１、Ｃ２）をドグクラッチ４７としたものである。ドグクラッチ４７は、選択的に噛合することでリングギヤ１６又はサンギヤ１８から出力軸２１への動力の伝達を断続可能にする機構である。ドグクラッチ４７は、動力制御装置２６により係合・非係合が制御される。なお、ドグクラッチ４７は、リングギヤ１６及びサンギヤ１８の双方への同時係合は行わない。その他の構成、動作は、実施例１と同様である。

実施例３によれば、実施例１と同様な効果を奏するとともに、ドグクラッチ４７を用いることにより油圧制御を用いないで係合要素を構成することが可能なため、高効率化を図ることができる。

本発明の実施例４に係るハイブリッド車両について図面を用いて説明する。図１２は、本発明の実施例４に係るハイブリッド車両の構成を模式的に示した概略図である。

実施例４に係るハイブリッド車両１は、第１モータジェネレータＭＧ１のロータを回転阻止可能にするために、第１モータジェネレータＭＧ１のロータと固定端（例えば、ケース）との間にブレーキＢを配設したものである。ブレーキＢは、動力制御装置２６により係合・非係合が制御される。その他の構成、動作は、実施例１と同様である。

実施例４によれば、実施例１と同様な効果を奏するとともに、高速走行時の増速運転状態では、第１モータジェネレータＭＧ１を回転阻止した方が燃費またはバッテリのＳＯＣを考慮して適切な場合があり、そのような場合には、ブレーキＢを動作させて、第１モータジェネレータＭＧ１を回転阻止状態を選択して運転することができる。

本発明の実施例５に係るハイブリッド車両について図面を用いて説明する。図１３は、本発明の実施例５に係るハイブリッド車両の構成を模式的に示した概略図である。

実施例５に係るハイブリッド車両１は、実施例２（ラビニオ型遊星歯車機構５を適用したもの）のクラッチ（図１０のＣ１、Ｃ２）を実施例３と同様にドグクラッチ４７とし、かつ、第１モータジェネレータＭＧ１のロータを回転阻止可能にするために、実施例４と同様に第１モータジェネレータＭＧ１のロータと固定端（例えば、ケース）との間にブレーキＢを配設したものである。その他の構成、動作は、実施例２と同様である。

実施例５によれば、実施例２〜４と同様な効果を奏する。

本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の構成を模式的に示した概略図である。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の動力制御装置の動作の一例を模式的に示したフローチャートである。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の動力制御装置の動作の変形例を模式的に示したフローチャートである。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の動力制御装置の動作の変形例で用いられる車速−アクセル開度に関するマップの一例である。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の動力分配装置における各回転要素の回転数の関係を模式的に示した低中速時の共線図である。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の動力分配装置における各回転要素の回転数の関係を模式的に示した高速時の共線図である。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の動力分配装置における各回転要素の回転数の関係を模式的に示した切替時の共線図である。 ハイブリッド車両の動力分配装置における各回転要素の回転数の関係を模式的に示した低中速域時の共線図（参考例）である。 ハイブリッド車両の動力分配装置における各回転要素の回転数の関係を模式的に示した高速域時の共線図（参考例）である。 本発明の実施例２に係るハイブリッド車両の構成を模式的に示した概略図である。 本発明の実施例３に係るハイブリッド車両の構成を模式的に示した概略図である。 本発明の実施例４に係るハイブリッド車両の構成を模式的に示した概略図である。 本発明の実施例５に係るハイブリッド車両の構成を模式的に示した概略図である。

符号の説明

１ ハイブリッド車両
２ 動力分配装置
３ 第１列シングルピニオン遊星歯車機構（第１遊星歯車機構）
４ 第２列ダブルピニオン遊星歯車機構（第２遊星歯車機構）
５ ラビニオ型遊星歯車機構
１１ エンジン（内燃機関）
１２ クランクシャフト
１４ サンギヤ
１５ ピニオンギヤ
１６ リングギヤ
１７ キャリア
１８ サンギヤ
１９、２０ ピニオンギヤ
２１ 出力軸
２２ デファレンシャルギヤ
２３ 駆動輪
２４ エンジンＥＣＵ
２５ モータＥＣＵ
２６ 動力制御装置
２７ 車速センサ
２８ アクセル開度センサ
２９ シフトポジションセンサ
３０ ブレーキポジションセンサ
４１ サンギヤ
４２、４３ ピニオンギヤ
４４ キャリア
４５ リングギヤ
４６ サンギヤ
４７ ドグクラッチ
ＭＧ１ 第１モータジェネレータ
ＭＧ２ 第２モータジェネレータ
Ｃ１ 第１クラッチ
Ｃ２ 第２クラッチ
Ｂ ブレーキ

Claims (8)

1. 内燃機関の動力を、駆動輪、第１モータジェネレータ、及び第２モータジェネレータのいずれかに分配して伝達するとともに、前記第１モータジェネレータ及び前記第２モータジェネレータの一方によって回生した電力で駆動する前記第１モータジェネレータ及び前記第２モータジェネレータの他方の動力を前記駆動輪に伝達することが可能な動力分配装置を備えたハイブリッド車両であって、
   前記動力分配装置は、第１遊星歯車機構、第２遊星歯車機構、及びクラッチ機構を有し、
   前記第１遊星歯車機構の第１回転要素は、前記第１モータジェネレータと連結され、
   前記第１遊星歯車機構の第２回転要素は、前記内燃機関と連結され、
   前記第１遊星歯車機構の第３回転要素は、前記クラッチ機構によって断続可能に前記駆動輪と連結され、
   前記第２遊星歯車機構の第１回転要素は、前記クラッチ機構によって断続可能に前記駆動輪と連結され、
   前記第２遊星歯車機構の第２回転要素は、前記内燃機関と連結され、
   前記第２遊星歯車機構の第３回転要素は、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素と連結され、
   前記クラッチ機構は、少なくとも、前記駆動輪と、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素、及び前記第２遊星歯車機構の第１回転要素の一方とを選択的に連結可能に構成され、
   前記クラッチ機構の断続動作を制御する動力制御装置を備え、
   前記動力制御装置は、前記内燃機関の回転数が前記駆動輪の回転数よりも高いときに前記駆動輪と、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素とを連結するように前記クラッチ機構を制御し、
   前記動力制御装置は、前記内燃機関の回転数が前記駆動輪の回転数よりも低いときに前記駆動輪と、前記第２遊星歯車機構の第１回転要素とを連結するように前記クラッチ機構を制御することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記第１遊星歯車機構は、シングルピニオン型遊星歯車機構であり、
   前記第２遊星歯車機構は、ダブルピニオン型遊星歯車機構であり、
   前記第１遊星歯車機構の第１回転要素は、第１サンギヤであり、
   前記第１遊星歯車機構の第２回転要素は、キャリアであり、
   前記第１遊星歯車機構の第３回転要素は、リングギヤであり、
   前記第２遊星歯車機構の第１回転要素は、第２サンギヤであり、
   前記第２遊星歯車機構の第２回転要素は、前記キャリアであり、
   前記第２遊星歯車機構の第３回転要素は、前記リングギヤであることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。
3. 前記第１遊星歯車機構及び前記第２遊星歯車機構は、ラビニオ型遊星歯車機構であり、
   前記ラビニオ型遊星歯車機構は、第１サンギヤ、キャリア、リングギヤ、及び第２サンギヤによって構成され、
   前記第１遊星歯車機構は、前記第１サンギヤ、前記キャリア、前記リングギヤによって構成され、
   前記第２遊星歯車機構は、ラビニオ型遊星歯車機構であり、
   前記ラビニオ型遊星歯車機構は、前記第２サンギヤ、前記キャリア、及び前記リングギヤによって構成され、
   前記第１遊星歯車機構の第１回転要素は、前記第１サンギヤであり、
   前記第１遊星歯車機構の第２回転要素は、前記キャリアであり、
   前記第１遊星歯車機構の第３回転要素は、前記リングギヤであり、
   前記第２遊星歯車機構の第１回転要素は、前記第２サンギヤであり、
   前記第２遊星歯車機構の第２回転要素は、前記キャリアであり、
   前記第２遊星歯車機構の第３回転要素は、前記リングギヤであることを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両。
4. 前記クラッチ機構は、第１クラッチ及び第２クラッチによって構成され、
   前記第１クラッチは、前記駆動輪と、前記第２遊星歯車機構の第１回転要素とを断続可能に構成され、
   前記第２クラッチは、前記駆動輪と、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素とを断続可能に構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のハイブリッド車両。
5. 前記クラッチ機構は、前記駆動輪と、前記第１遊星歯車機構の第３回転要素、及び前記第２遊星歯車機構の第１回転要素の一方とを選択的に連結可能なドグクラッチによって構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のハイブリッド車両。
6. 前記第１モータジェネレータと固定端とを断続可能に構成されたブレーキを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のハイブリッド車両。
7. 前記ブレーキは、前記動力制御装置によっての断続動作が制御されることを特徴とする請求項６記載のハイブリッド車両。
8. 前記動力制御装置は、前記内燃機関の回転数が前記駆動輪の回転数よりも低いときに前記第１モータジェネレータと固定端とを連結するように前記ブレーキを制御することを特徴とする請求項７記載のハイブリッド車両。

Images