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JP6136949B2 - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

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JP6136949B2
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Description

この発明は、エンジンとモータとを駆動力源として備えたハイブリッド車を制御する装置に関し、特にエンジンと発電機能のある第1のモータとが差動機能のある動力分割機構に連結され、その第1のモータで発生した電力を、走行のための駆動力を発生する第2のモータに供給するように構成されたハイブリッド車を対象とする制御装置に関するものである。
この種のハイブリッド車の例が特許文献1や特許文献2に記載されている。その構成を簡単に説明すると、動力分割機構としてシングルピニオン型の遊星歯車機構が設けられ、そのキャリヤにエンジンが連結されるとともにサンギヤに第1モータ・ジェネレータが連結され、さらにリングギヤが出力要素とされていて所定のギヤ列を介してデファレンシャルに連結されている。そして、その出力軸に第2モータ・ジェネレータが連結され、第1モータ・ジェネレータで発生させた電力をこの第2モータ・ジェネレータに供給するように構成されている。
そして、エンジンもしくはこれに連結されるキャリヤ、またはエンジンとキャリヤとを繋ぐエンジン軸の逆回転(負回転)を阻止するように係合するワンウェイクラッチが設けられている。このワンウェイクラッチは第1モータ・ジェネレータを負回転させることに伴う反力を受け持ってエンジン、キャリヤもしくはエンジン軸の回転を阻止し、その結果、第1モータ・ジェネレータの出力トルクを正回転方向のトルクとしてリングギヤに伝達するようになっている。すなわち、前進走行時に第1および第2のモータ・ジェネレータを走行用モータとして機能させるいわゆる2モータEV走行を行うように構成されている。なお、特許文献1にはワンウェイクラッチに替えてブレーキを設けた例が記載されている。
特開平8−295140号公報 特開2013−141959号公報
上述したように第1および第2のモータ・ジェネレータを走行用モータとして機能させ、いわゆる2モータEV走行を可能とすると、電気自動車としての走行(EV走行)の際の駆動トルクを大きくすることができる。一方、上述した各特許文献に記載されている駆動装置は、第2モータ・ジェネレータをモータとして機能させて後進走行するように構成されている。その後進走行の際の駆動トルクを増大させるべく仮に第1モータ・ジェネレータを走行用モータとして機能させようとした場合、第1モータ・ジェネレータを正回転させることになる。この場合、それに伴ってキャリヤには正回転方向のトルクが作用するが、上述したワンウェイクラッチはエンジン、キャリヤもしくはエンジン軸の負回転方向の回転を阻止するように構成されているので、そのワンウェイクラッチではエンジン、キャリヤもしくはエンジン軸の正回転を阻止したり反力を与えたりすることができない。したがって、上記の構成では、いわゆる2モータでの後進走行を行うことができない。
なお、ワンウェイクラッチに替えてブレーキを用いた前記特許文献1に記載された構成では、車速が30km/h以下でかつアクセル開度が80%以上のいわゆる低車速・高トルク状態でそのブレーキによってエンジンの回転を止めている。その場合、同時に第2モータ・ジェネレータの出力が最大に設定される。すなわち、いわゆる1モータで前進走行する場合にブレーキを係合させるように構成されていて、後進走行する場合に2つのモータ・ジェネレータを駆動力源として機能させるようには構成されていない。しかも、第2モータ・ジェネレータを最大出力にして前進走行している場合に、路面状態や運転者の操作などに起因して、出力軸側から大きい入力(いわゆる逆入力)があった場合、ブレーキが係合していることによりブレーキにその逆入力が作用し、これがブレーキの耐久性の低下の要因になるなどの可能性があった。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、モータ走行の可能なハイブリッド車において、後進時の駆動トルクを増やしつつ、車両前進時において、エンジン、エンジンに連結されている回転部材もしくはエンジン軸の回転を止める係合機構やその係合機構によって回転が止められる部材に過大なトルクが作用することを回避もしくは抑制することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンと第1モータと出力部材とが差動機構を介して連結されるとともに、その出力部材にトルクを付加する第2モータが設けられ、さらに前記エンジンの出力軸もしくはその出力軸に連結されている所定の回転部材の回転を止める係合機構を備えているハイブリッド車の制御装置において、前記第2モータの駆動力もしくは前記第1モータおよび第2モータの駆動力によって後進走行する場合に前記係合機構を係合させ、かつ前記第2モータの駆動力もしくは前記第1モータおよび第2モータの駆動力によって前進走行する場合に前記係合機構を解放させるように構成されていることを特徴とするものである。
この発明では、後進状態で前記係合機構を係合させる場合には前記第1モータおよび第2モータを後進走行のための駆動力源として作動させることとしてもよい。
さらに、この発明における前記係合機構は、前記エンジンの回転方向の回転を止めかつ前記エンジンの回転方向とは反対方向の回転を可能にする係合状態と、いずれの回転方向の回転をも可能にする解放状態とを選択可能なセレクタブルワンウェイクラッチによって構成されていてよい。
また、この発明では、前記ハイブリッド車は、駆動輪もしくはその駆動輪にトルクを伝達する部材と、停車状態で前記駆動輪もしくはその駆動輪にトルクを伝達する前記部材の回転を止めるパーキングブレーキ機構とを更に備え、下り坂で前記パーキングブレーキ機構を動作させて停車している状態で後進状態が選択された場合に、その後進状態の選択から予め定めた所定時間が経過した後に前記係合機構を係合させるように構成されていてよい。
また一方、この発明の制御装置は、後進状態で前記係合機構もしくはその係合機構によって回転が阻止されている前記所定の回転部材に過大トルクが掛かる状態が生じることが予測された場合に前記係合機構を解放させるように構成することができる。
さらにまた、この発明は、後進走行のために要求されている駆動力が予め定めた基準駆動力以上の場合に前記係合機構を係合させかつ第1モータおよび第2モータによって駆動力を発生させるとともに、後進走行のために要求されている駆動力が予め定めた前記基準駆動力より小さい場合に前記係合機構を解放させかつ第2モータによって駆動力を発生させるように構成されていてよい。
この発明によれば、後進走行するために第2モータが駆動力源として動作する。その場合、係合機構がエンジンの出力軸もしくはこれに連結されている回転部材の回転を止めるから、第1モータが出力するトルクを後進走行のための駆動トルクとすることができ、結局、2つのモータを後進走行のための駆動力源として動作させて大きい駆動力を得ることができる。また、前進走行の場合には係合機構が解放させられてエンジンの出力軸もしくはこれに連結されている回転部材が回転できるので、急制動や走行抵抗が繰り返し変化することによる共振などによって駆動輪側からのいわゆる逆入力が大きくなった場合に、係合機構やこれによって回転が止められる回転部材に掛かるトルクが過大になることを防止もしくは抑制することができる。
この発明では、前記係合機構をセレクタブルワンウェイクラッチとすることにより、後進時に係合状態としたまま、その動作状態を切り替えることなく、第2モータのみによって後進走行することができる。またその場合、セレクタブルワンウェイクラッチを解放状態とすれば、セレクタブルワンウェイクラッチのいわゆる引き摺りを解消することができる。さらにセレクタブルワンウェイクラッチは、所定方向のトルクが作用した場合に一律に係合状態を維持するだけでなく、当該所定方向のトルクが作用した場合に当該所定方向の回転を許容する解放状態とすることができるので、過大トルクが予想される場合など、必要に応じて解放状態に制御して、損傷や耐久性の低下などを抑制することができる。
また、下り坂でパーキングブレーキ機構を係合状態にして停車している状態から後進状態に切り替える場合、重力加速度に起因して前記パーキングブレーキ機構に作用していた荷重が、前記パーキングブレーキ機構が解放状態に切り替わることにより解放させられ、それに伴って動力を伝達する機構に不可避的に存在するガタ分の車両の移動が生じ、その後に係合機構が係合状態に切り替わる。そのため、パーキングブレーキ機構の解放に伴って生じる一時的なトルクが、係合機構やこれによって回転が止められる回転部材に作用することを防止もしくは抑制することができる。
さらに、前記係合機構を係合させて後進走行する場合、その係合機構やその係合機構で回転が止められている回転部材に大きいトルクが作用することが予測された場合、係合機構が解放させられて前記回転部材の回転が許容される。したがって大きいトルクが作用した場合に前記回転部材が回転してそのトルクが吸収されるから、係合機構や前記回転部材に過大なトルクが作用することが回避される。
さらに、登坂路や段差を乗り越える場合などの後進状態で大きい駆動力が要求されている場合に限って係合機構を係合させかつ第1および第2のモータの両方によって駆動力を発生させるように構成すれば、係合機構を係合させる機会が制限されるので、その係合機構やこれによって回転が止められる部材に過大なトルクが作用することを抑制することができる。
この発明に係る制御装置で実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。 この発明に係る制御装置で実行される制御の他の例を説明するためのフローチャートである。 この発明に係る制御装置で実行される制御の更に他の例を説明するためのフローチャートである。 SOWCを解放状態に切り替える場合の第1モータ・ジェネレータのトルク制御の一例を説明するためのフローチャートである。 坂路で停車している状態でパーキングポジションからリバースポジションに切り替える場合の制御の一例を説明するためのフローチャートである。 この発明で対象とすることのできるハイブリッド車のパワートレーンの一例を模式的に示す模式図である。 この発明で使用することのできるセレクタブルワンウェイクラッチの一例を模式的に示す模式図である。 動力分割機構を構成している遊星歯車機構についての共線図である。
この発明はハイブリッド車を対象とする制御装置であり、そのハイブリッド車は内燃機関(エンジン)と発電機能のあるモータとを駆動力源として備えている。特に少なくとも2つのモータを備え、第1のモータとエンジンとが差動機構からなる動力分割機構に連結され、その第1のモータが発電機として機能することにより生じた電力を第2のモータに供給し、その第2のモータから出力部材に動力を出力するように構成されたいわゆる2モータタイプのハイブリッド車である。その一例を図6に模式的に記載してある。
エンジン(ENG)1とこの発明における第1モータに相当する第1モータ・ジェネレータ(MG1)2とが、動力分割機構3に連結されている。この動力分割機構3は例えば3つの回転要素によって差動作用を行うように構成され、その一例として遊星歯車機構によって構成されている。その動力分割機構3における例えばキャリヤなどの第1の回転要素にエンジン1が連結され、またサンギヤなどの第2の回転要素に第1モータ・ジェネレータ2が連結され、さらにリングギヤなどの第3の回転要素が出力要素とされている。この動力分割機構3とエンジン1との間には、エンジン1の出力軸4もしくはエンジン1に連結されている部材(入力軸5もしくは上記のキャリヤ)の正回転を止めることができるセレクタブルワンウェイクラッチ(以下、SOWCと記す)6が設けられている。ここで正回転とは、エンジン1が自立回転している状態でのその出力軸4の回転方向の回転である。
SOWC6は、米国特許公開第2013/0062151号に記載されているように、2つの部材の間における所定方向のトルクの伝達を行う係合状態(動作状態)と、正逆いずれの方向にもトルクを伝達しない解放状態(非動作状態)とに切り替えることのできる一方向クラッチであり、その例を図7に模式的に示してある。相対回転するポケットプレート7とノッチプレート8とが同一軸線上で互いに対向して配置されており、これらのプレート7,8の間にセレクタープレート9がポケットプレート7とノッチプレート8とに対して図7の左右方向に移動できるように配置されている。ポケットプレート7のノッチプレート8に対向する面に、凹部(ポケット)10が形成され、そのポケット10にストラット11が収容されている。ストラット11はノッチプレート8に係合してトルクを伝達するための部材であって、ポケット10の深さより薄い板状に形成され、ポケットプレート7に設けられたピン12によって揺動可能に取り付けられている。また、ストラット11の他方の端部には、当該端部をノッチプレート8側に押圧するストラットスプリング13が設けられている。
これに対して、ノッチプレート8のポケットプレート7に対向する面で上記のポケット10に対応する位置に、ノッチプレート8の厚さ方向に窪んでいて前記ストラット11の先端部が入り込む凹部であるノッチ14が形成されている。
上記のポケットプレート7とノッチプレート8との間に配置されているセレクタープレート9には、上記のポケット10の開口部を開閉するための貫通孔15が形成されている。この貫通孔15はポケット10の開口形状とほぼ同じ形状に形成されている。このセレクタープレート9をポケットプレート7に対して相対的に移動させるためのアクチュエータとしてソレノイド16が設けられている。また、ソレノイド16が動作していない状態(OFF状態)に戻すためのリターンスプリング17が設けられている。なお、符号18はストロークセンサを示し、このストロークセンサ18によってセレクタープレート9の移動量もしくはソレノイド16の動作量を検出し、その検出結果に基づいてSOWC6の係合および解放の状態を判定するようになっている。
上記のポケットプレート7がケーシングなどの固定部19に連結され、かつノッチプレート8がエンジン1の出力軸4もしくは動力分割機構3の入力軸5に連結されている。図7の(A)はSOWC6の解放状態を示しており、係合状態である図7の(B)の状態からソレノイド16が通電されて動作すると、セレクタープレート9がポケットプレート7に対して回転し、その貫通孔15がポケット10に対してずれてポケット10がセレクタープレート9によって閉じられる。その結果、ストラット11がポケット10の内部に閉じ込められ、ポケットプレート7とノッチプレート8との係合が外れた状態になる。また図7の(B)は係合状態を示しており、図7の(A)の状態からソレノイド16への通電が遮断されてソレノイド16が非動作状態になると、セレクタープレート9がリターンスプリング17によって図7の右方向に移動し、その貫通孔15がポケット10にほぼ一致する。その結果、ストラット11の先端部がストラットスプリング13に押されてノッチプレート8側に突き出される。この状態でノッチ14がポケット10にほぼ一致する位置までノッチプレート8がポケットプレート7に対して相対回転すると、ストラット11の先端部がノッチ14の内部に入り込む。したがって、ストラット11の先端部がノッチ14の内面に突き当たる方向にトルクが作用すると、当該内面にストラット11の先端部が突き当たることにより、ポケットプレート7とノッチプレート8とのそれ以上の相対回転が阻止される。なお、トルクの作用方向が上記の場合とは反対方向であれば、ストラット11の背面(図7の(A)での上面)がノッチ14の開口端(図7の(A)におけるノッチ14の右端部)で押されてストラット11がポケットプレート7側に倒れ込むので、ポケットプレート7とノッチプレート8との相対的な回転が可能になる。
前述した動力分割機構3における出力要素には出力ギヤなどの出力部材20が連結されている。この出力部材20は駆動輪21に対してトルクを伝達するデファレンシャル22に連結されている。そして、その出力部材20からデファレンシャル22に到る動力の伝達経路に、この発明における第2モータに相当する第2モータ・ジェネレータ(MG2)23が連結されている。
また、停車状態を維持するためのパーキングブレーキ機構24が設けられている。このパーキングブレーキ機構24は従来知られているものと同様の構成であって、駆動輪21に連結されていて駆動輪21と共に回転する部材例えば上記の出力部材20の回転を止めるように構成されている。より具体的には、停車状態で回転を止めるべき部材にパーキングギヤが設けられ、そのパーキングギヤにパーキングロックポールを噛み合わせるように構成されている。そのパーキングロックポールは、シフト装置25に連結され、シフト装置25によってパーキングポジションが選択された場合にパーキングロックポールがパーキングギヤ側に回動させられてパーキングギヤに噛み合うように構成されている。
上記の第2モータ・ジェネレータ23と前述した第1モータ・ジェネレータ2とは、インバータやバッテリなどを備えたコントローラユニット(それぞれ図示せず)を介して相互に電力を授受できるように電気的に接続されている。そして、エンジン1の出力や始動および停止、SOWC6の係合および解放、各モータ・ジェネレータ2,23のトルクなどの制御を行う電子制御装置(ECU)26が設けられている。この電子制御装置26は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力される各種のデータおよび予め記憶しているデータなどに基づいて演算を行い、その演算の結果を制御指令信号としてエンジン1やSOWC6あるいは各モータ・ジェネレータ2,23のコントローラなどに出力するように構成されている。この電子制御装置26に入力されているデータ(検出信号)の例を挙げると、車速、バッテリの充電残量(SOC)、シフト装置25で選択されているシフトポジション、アクセル開度、ブレーキ信号、路面摩擦係数(路面μ)、路面の勾配もしくは登降坂路の区別などである。
上述したハイブリッド車では、エンジン1と第2モータ・ジェネレータ23とを駆動力源としたハイブリッド走行モード(HVモード)と、バッテリの電力で少なくとも第2モータ・ジェネレータ23を駆動して走行するモータ走行モード(EVモード)とを選択することができる。そのEVモードは、前進走行する場合と後進走行する場合とのいずれの場合であっても可能であり、後進走行時は第2モータ・ジェネレータ23のみを駆動力源とするシングルモータモードと、第1および第2のモータ・ジェネレータ2,23を駆動力源とするツインモータモードとを設定することができる。EVモードでの前進走行時に第2モータ・ジェネレータ23のみの走行だけでなく、第1および第2のモータ・ジェネレータ2,23の両方を駆動力源として走行することもできる。その場合は、例えば前掲の特許文献2に記載されているように、エンジン1の負回転を防止もしくは阻止するワンウェイクラッチを別途設けることによって、前進走行時にも第1および第2のモータ・ジェネレータ2,23の両方で走行することが可能になる。または、SOW6にエンジン1の負回転を防止もしくは阻止する機能を設けるように構成してもよい。
また、HVモードでの動作状態を説明すると、図8の(A)は前述した動力分割機構3を構成している遊星歯車機構についての共線図であり、ここに示す例では、サンギヤSに第1モータ・ジェネレータ2が連結され、キャリヤCにエンジン1が連結され、リングギヤRが出力要素となっていてその出力要素に連結された出力部材20に第2モータ・ジェネレータ23のトルクが加えられるようになっている。HVモードでは、車両が前進走行するので、SOWC6は解放状態に制御され、エンジン1が正回転することによりキャリヤCには正回転方向のトルクが作用している。この状態で第1モータ・ジェネレータ2は発電機として機能させられて負回転方向(逆回転方向)のトルクを発生する。その結果、リングギヤRには第1モータ・ジェネレータ2のトルクに基づいて正回転方向の駆動力が発生する。一方、第1モータ・ジェネレータ2で発生した電力が第2モータ・ジェネレータ23に供給されて第2モータ・ジェネレータ23がモータとして機能し、そのトルクが出力部材20に伝達される。すなわち、動力分割機構3によって分割されたエンジン1の動力のうちの一部は、動力分割機構3から出力部材20に伝達され、またエンジン1の動力の他の部分は第1モータ・ジェネレータ2によって一旦電力に変換された後、第2モータ・ジェネレータ23によって機械的な動力に再変換されて出力部材20に伝達される。
EVモードでは、第2モータ・ジェネレータ23にバッテリから電力が供給されて第2モータ・ジェネレータ23がモータとして機能する。前進走行する場合、第2モータ・ジェネレータ23が正回転し、後進走行する場合には第2モータ・ジェネレータ23が逆回転する。これは、いわゆるシングルモータモードである。後進走行する場合、第2モータ・ジェネレータ23に加えて第1モータ・ジェネレータ2を駆動力源とするツインモータモードが設定される。その場合、第1モータ・ジェネレータ2が駆動することに伴う反力をキャリヤCによって受けるようにするためにSOWC6が係合させられる。その状態を図8の(B)に示す。すなわち、SOWC6が係合状態になるとエンジン1の出力軸4もしくはエンジン1に連結されている部材の正方向の回転が阻止されるから、第1モータ・ジェネレータ2を正回転方向に回転させると、そのトルクがリングギヤRに逆回転方向のトルクとして現れる。したがって、出力部材20には第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23による後進走行方向のトルクが伝達され、ハイブリッド車はこれら2つのモータ・ジェネレータ2,23による大きいトルクで後進走行できる。
上述したSOWC6はエンジン1の出力軸4やこれに連結されている入力軸5あるいは前述したキャリヤCの正方向の回転を阻止するように機能するから、ハイブリッド車の走行状態の変化によって一時的であってもこれらの部材に過大なトルクが掛かる可能性がある。そこで、この発明に係る制御装置は、ハイブリッド車の走行状態に応じてSOWC6を以下に説明するように制御し、併せて走行モードを選択する。図1はその制御の一例を説明するためのフローチャートであって、ハイブリッド車がEVモードで走行する場合に所定の短時間ごとに繰り返し実行される。先ず、後進状態(Rev)が選択されたか否か、もしくは後進状態が選択されているか否かが判断される(ステップS1)。この判断は、シフト装置25から入力されるシフトポジションの信号に基づいて行うことができる。したがって、この発明において「後進走行する場合」とは、車両が停止していてもよく、あるいは走行していてもよく、要は、シフトポジションがリバースポジションとされた場合であればよい。後進状態が選択されていることによりステップS1で肯定的に判断された場合には、バッテリの充電残量(State Of Charge:SOC)が所定の基準量αを超えているか否かが判断される(ステップS2)。この基準量αは、バッテリの耐久性の維持などのために予め定めた充電残量の下限値である。なお、ステップS1で否定的に判断された場合にはリターンする。その場合、例えば、その時点の車速やアクセル開度などに応じた走行モードが選択される。
このステップS2で肯定的に判断された場合には、SOWC6を係合(ON)させる(ステップS3)。具体的には、SOWC6を図7の(B)に示す状態に動作させる制御、すなわちエンジン1の出力軸4あるいは動力分割機構3におけるキャリヤCの正回転をSOWC6で止める制御が実行される。この状態では、第1モータ・ジェネレータ2の正回転方向のトルクをリングギヤRに逆回転方向のトルクとして作用させることが可能になるので、後進時の走行モードとして第1および第2のモータ・ジェネレータ2,23をモータとして動作させるツインモータモードが設定される(ステップS4)。このステップS4での制御は、ツインモータモードのための制御を開始させるフラグをONにする制御や、ツインモータモードのためのサブルーチンをスタートさせる制御などである。その後、リターンする。
一方、バッテリの充電残量(State Of Charge:SOC)が所定の基準量α以下であることによりステップS2で否定的に判断された場合には、SOWC6が解放(OFF)状態に制御される(ステップS5)。具体的には、SOWC6を図7の(A)に示す状態に動作させる制御、すなわちエンジン1の出力軸4あるいは動力分割機構3におけるキャリヤCを正逆いずれの方向にも回転できるように制御する。そして、この場合は、EV走行モードとして第2モータ・ジェネレータ23のみをモータとして機能させてその動力で走行するシングルモータモードが設定される(ステップS6)。このステップS6での制御は、シングルモータモードのための制御を開始させるフラグをONにする制御や、シングルモータモードのためのサブルーチンをスタートさせる制御などである。その後、リターンする。
このようにこの発明に係る制御装置では、エンジン1の出力軸4もしくはこれに連結されている入力軸5やキャリヤCの正回転を阻止するための係合機構であるSOWC6が、後進時にのみ係合させられる。そのため、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23の両方をモータとして動作させるツインモータモードが可能になり、後進時に大きい駆動力を得ることができる。また、第2モータ・ジェネレータ23のみを駆動力源として前進走行するEV走行モードの場合、この発明の係合機構に相当する上記のSOWC6が解放させられるから、駆動輪21側から動力分割機構3に大きいトルクが入力されたとしても、キャリヤCや入力軸5あるいはエンジン1の出力軸4が回転できるために、その大きいトルクが発生しやすい前進走行時において、これらの部材やSOWC6に過大なトルクが作用することを未然に回避もしくは抑制することができる。
この発明に係る制御装置は、ハイブリッド車が後進走行する場合、基本的には、SOWC6を係合させてツインモータモードを選択する。しかし、所定の条件が成立しない場合にはSOWC6を解放状態に制御するように構成することができる。図2はその制御例を説明するためのフローチャートであって、ここに示すルーチンはハイブリッド車のパワースイッチがONになるなど制御システムがONになっている場合に所定の短時間ごとに繰り返し実行される。
先ず、後進(Rev)走行しているか否か、あるいは車速がゼロの状態であってもシフトポジションが後進(R)になっているか否かが判断される(ステップS11)。この図2に示すルーチンは、後進走行時の駆動形態を選択するためのものであるから、後進状態が設定もしくは選択されていないことによりステップS11で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなく一旦リターンする。これとは反対にステップS11で肯定的に判断された場合には、充電残量が所定値βを超えているか否かが判断される(ステップS12)。この所定値βは、バッテリに許容される充電残量の下限値として設計上、定めた値である。したがって、充電残量がこの所定値β以下であれば、各モータ・ジェネレータ2,23が想定したトルクを出力しなかったり、あるいはツインモータモードで走行することにより充電残量が急激に低下してバッテリの耐久性が低下するなどの事態が考えられる。
そこで、ステップS12で否定的に判断された場合すなわち充電残量が所定値β以下の場合には、前述したSOWC6が解放状態(OFF)に制御される(ステップS13)。すなわち、エンジン1の出力軸4やこれに連結されている入力軸5などの正回転が許容される。そして、停止していたエンジン1が始動される(ステップS14)。この始動制御は従来知られている制御であってよく、例えば第1モータ・ジェネレータ2をモータとして動作させ、そのトルクによってエンジン1をモータリングして行えばよく、あるいはスタータを備えている場合にはそのスタータによってエンジン1をモータリングすればよい。
そして、エンジン1の始動が完了した後、エンジン1によって第1モータ・ジェネレータ2を発電機として駆動して第1モータ・ジェネレータ2によって発電し、その電力を利用して第2モータ・ジェネレータ23をモータとして動作させて後進(Rev)走行する(ステップS15)。その後、リターンする。
一方、ステップS12で肯定的に判断された場合、すなわち充電残量が所定値βを超えている場合、車速Vが基準車速V0 未満か否かが判断される(ステップS16)。車両が波状路を走行すると駆動輪21から大きいトルクが入力され、SOWC6に作用する可能性がある。波状路は凹凸が繰り返す路面であり、ハイブリッド車HVがその波状路を走行した場合、駆動輪21に路面から掛かる走行抵抗が繰り返し変化し、その変化の周波数は路面のピッチに応じたものとなる。これに対してハイブリッド車HVのエンジン1から第1モータ・ジェネレータ2に到る動力伝達系統は振動系を構成していて所定の共振周波数を有している。そのため、ハイブリッド車HVが波状路を所定車速で走行した場合、上記の動力伝達系統で共振が生じることがある。その車速が上述した共振車速域の車速である。このような共振が生じるとエンジン1の出力軸4やこれに連結されている入力軸5などに捩り振動に起因する大きいトルクがSOWC6に作用することがある。上述したステップS16では、このような事態が生じる車速になっているか否かが判断される。基準車速V0 は共振車速域の最も低い車速とすることが好ましく、例えば、共振車速域が30〜40km/hの場合は30km/hである。
ステップS16で否定的に判断された場合には、車速Vが波状路走行時の共振車速域に入っている可能性あるいは共振車速域に入る可能性が高いので、上記の入力軸5や出力軸4あるいはSOWC6などに過大なトルクが掛かることを回避するために、SOWC6が解放(OFF)状態に制御される(ステップS17)。したがって、ステップS16はエンジン1の出力軸4やこれに連結されている入力軸5あるいはSOWC6などに過大なトルクが作用する条件の成立を判断する制御ステップの一つである。SOWC6を解放した場合、第2モータ・ジェネレータ23のみを駆動力源として動作させ、その駆動力によって後進走行する(ステップS18)。すなわち、シングルモータリバースモードが設定される。
車速Vが基準車速V0 より低車速であることによりステップS16で肯定的に判断された場合には、走行している路面が摩擦係数(μ)の大きい高μ路か否かが判断される(ステップS19)。高μ路か否かの判断は、従来知られている種々の手法によって行うことができ、例えば車体速度と車輪速度とに基づいて求められるタイヤスリップ率と、車体の減速度(減速G)とを用いて路面摩擦係数を推定し、その路面摩擦係数が予め定めた所定値以上の場合に高μ路と判断することができる。また、ナビゲーションシステムによって雪道情報を得た場合には低μ路と判断することができる。したがって、ステップS19は、推定された路面摩擦係数が予め定めた所定値以上か否かの判断、あるいはナビゲーションシステムによる雪道情報などの道路情報の有無の判断を行う判断ステップであってよい。このステップS19で否定的に判断された場合、すなわち走行している路面が高μ路でないと判断された場合には、上記のステップS17〜S18に進む。すなわち、SOWC6を解放してシングルモータリバースモードが設定される。路面摩擦係数が想定されている値より小さい場合、運転者が急激にブレーキペダル(図示せず)を踏み込むことが考えられる。ブレーキペダルが急激に踏み込まれると、駆動輪21に負のトルクが急激に入力されたのと同様の状態となって、動力分割機構3には大きい逆トルクが作用することになる。その場合にキャリヤCやこれと一体の入力軸5あるいはエンジン1の出力軸4などの回転が止められていると、これらの部材、例えばSOWC6に過大なトルクが作用することになる。このような事態を未然に解消するために、ステップS19で否定的に判断された場合にはSOWC6を解放状態とすることとしたのである。したがって、ステップS19はエンジン1の出力軸4やこれに連結されている入力軸5などに過大なトルクが作用する条件の成立を判断する制御ステップの一つである。
ステップS19で肯定的に判断された場合には、アクセル・オンか否かが判断される(ステップS20)。このステップS20では、要は、運転者が制動操作を行う状態になっていないか否かを判断している。運転者が制動操作を行う場合、その操作の仕方あるいは操作量によって急制動になって上述したいわゆる低μ路での制動と同様な事態が生じ、前記キャリヤCやこれに連結されている入力軸5などに大きいトルクが作用する可能性がある。そのため、ステップS20で否定的に判断された場合には、上記のステップS19で否定的に判断された場合と同様に、上記のステップS17〜S18に進む。すなわち、SOWC6を解放してシングルモータリバースモードが設定される。したがって、ステップS20はエンジン1の出力軸4やこれに連結されている入力軸5などに過大なトルクが作用する条件の成立を判断する制御ステップの一つである。なお、ステップS20では、アクセル・オンか否かの判断に替えて、ブレーキ・オフか否かを判断することとしてもよい。
ステップS20で肯定的に判断されれば、後進時にSOWC6を係合させてエンジン1の出力軸4やこれに連結されている入力軸5などの正回転を止めても、これらの軸4,5やキャリヤCなどに過大なトルクが作用したり、それに伴って耐久性が低下するなどの可能性が低いので、SOWC6が係合(ON)させられる(ステップS21)。ついで、第1および第2のモータ・ジェネレータ2,23を走行用モータとして機能させ、これらを駆動力源とする後進状態(ツインモータリバースモード)が設定される(ステップS22)。このステップS22での制御は、ツインモータリバースモードのための制御を開始させるフラグをONにする制御や、ツインモータリバースモードのためのサブルーチンをスタートさせる制御などである。その後、リターンする。
ここで、後進状態でSOWC6の係合を禁止してシングルモータモードを設定する条件としての車速について更に説明すると、上記のステップS16で車速Vが基準車速V0 以上と判断された場合にSOWC6を解放させることとしている。これは、基準車速V0 より低車速の後進状態に限ってSOWC6を係合させ、それ以外の場合すなわち基準車速V0 以上の後進走行の場合および前進走行の場合にはSOWC6を解放状態に制御することを意味する。したがって、これを車速について言えば、後進走行時にSOWC6が係合している場合には、最高車速を基準車速V0 未満に制限し、それ以外のEV走行モードの場合には最高車速を基準車速V0 より高車速にする制御である。
この発明に係る制御装置は、上記の図2に示す制御を行うように構成した場合には、所定条件下で後進時に2つのモータ・ジェネレータ2,23を駆動力源として使用して大きい駆動力を得ることができる。また、そのようないわゆるツインモータモードの際にSOWC6によって正回転が止められる部材に過大なトルクが掛かる状態として予め定めた状態が生じることが予測され得る場合(ステップS16,S19,S20で否定的に判断される場合)、SOWC6を解放して上記の部材の正回転を可能にするので、それらの部材に過大なトルクが掛かることを未然に回避し、その損傷や耐久性の低下などを防止もしくは抑制することができる。
また、この発明に係る制御装置は、後進走行時に大きい駆動力が要求されている場合に限ってSOWC6を係合させるように構成することができる。その制御例を図3にフローチャートで示してあり、この制御は、上述した図1や図2に示す制御例と併せて実行することができ、あるいはそれらの制御例とは別個に独立して実行することができる。ここに示すルーチンは、ハイブリッド車のパワースイッチがONになるなど制御システムがONになっている場合に所定の短時間ごとに繰り返し実行され、先ず、後進(Rev)走行しているか否か、あるいはシフトポジションが後進(R)になっているか否かが判断される(ステップS31)。これは、前述した図2に示すステップS11と同様の判断ステップである。このステップS31で否定的に判断された場合には特に制御を行うことなくこのルーチンを一旦終了する。後進状態が選択されていることによりステップS31で肯定的に判断された場合には、要求されている駆動力Fr が予め定められている基準駆動力F0 より大きいか否かが判断される(ステップS32)。この基準駆動力F0 は、第2モータ・ジェネレータ23で出力できる駆動力の上限値もしくはそれより幾分小さい駆動力であり、設計上、適宜に決めることができる。要求駆動力Fr が基準駆動力F0 より大きくなる例は、登坂路を後進する場合や路面の段差を乗り越える場合などである。したがって、ステップS32の判断は、アクセル開度やスロットル開度、加速度センサの検出値、第2モータ・ジェネレータ23の電流値もしくはトルク指令値と加速度との関係などに基づいて行うことができる。
このステップS32で肯定的に判断された場合には、SOWC6が係合(ON)させられ(ステップS33)、また第1および第2のモータ・ジェネレータ2,23をモータとして機能させ、これらを駆動力源とする後進状態(ツインモータリバースモード)が設定される(ステップS34)。このステップS34での制御は、ツインモータリバースモードのための制御を開始させるフラグをONにする制御や、ツインモータリバースモードのためのサブルーチンをスタートさせる制御などである。その後、リターンする。これらの制御は前述した図2に示すステップS21およびステップS22の制御と同様の制御である。また、ステップS32で否定的に判断された場合には、SOWC6が解放(OFF)状態に制御され(ステップS35)、また、第2モータ・ジェネレータ23のみを駆動力源として動作させるシングルモータリバースモードが設定される(ステップS36)。このステップS36での制御は、シングルモータリバースモードのための制御を開始させるフラグをONにする制御や、シングルモータリバースモードのためのサブルーチンをスタートさせる制御などである。これらの制御は前述した図2に示すステップS17およびステップS18の制御と同様の制御である。
したがって、図3に示す制御を行うように構成されている場合には、後進走行時に大きい駆動力が要求されている場合に限って、SOWC6が係合させられてツインモータモードが設定される。そのため、エンジン1の出力軸4や動力分割機構3の入力軸5あるいはキャリヤCなどの正回転が阻止される機会が少なくなり、急制動などによってトルクが急変する場合にはSOWC6が解放させられている可能性が高くなるので、SOWC6やこれによって正回転が止められる部材に過大なトルクが作用することを未然に回避あるいは抑制することができる。
ところで、上述したSOWC6はいわゆる噛み合い式の一方向クラッチであり、その噛み合い部分すなわちストラット11の先端部とノッチ14との接触部分には、トルクに応じた摩擦力が生じる。そのトルクは、第1モータ・ジェネレータ2が正回転方向のトルクを発生することによるトルクである。したがって、SOWC6に大きい荷重が作用すると予測もしくは判断される場合であってSOWC6を係合状態から解放状態に切り替える場合、SOWC6を円滑あるいは迅速に解放させるために、SOWC6に作用するトルクを低下させることが好ましい。
図4にその制御の一例をフローチャートで示してあり、この制御は、上述した図1ないし図3に示す制御例と併せて実行することができ、あるいはそれらの制御例とは別個に実行することができ、もしくは図2または図3に示す制御に置き換えて実行することができる。ここに示すルーチンはハイブリッド車のパワースイッチがONになるなど制御システムがONになっている場合に所定の短時間ごとに繰り返し実行される。先ず、2つのモータ・ジェネレータ2,23をモータとして機能させる後進状態すなわちツインモータリバースモードが設定されているか否かが判断される(ステップS41)。これは、前述したコントローラに対する制御指令信号の内容あるいはコントローラユニットからモータ・ジェネレータ2,23に対する制御指令信号の内容に基づいて判断することができる。このステップS41で否定的に判断された場合には特に制御を行うことなくリターンする。これとは反対にステップS41で肯定的に判断された場合には、SOWC6の解放要求があるか否かが判断される(ステップS42)。前述したように、この発明に係る制御装置では、SOWC6を係合させて後進走行している状態でSOWC6に過大なトルクが作用する可能性がある場合にSOWC6を解放させるから、ステップS42ではそのような可能性の有無を判断することとしてもよい。また、充電残量が低下したことを判断することとしてもよい。
ステップS42で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。これに対してステップS42で肯定的に判断された場合には,後進走行のために正回転方向のトルクを出力していた第1モータ・ジェネレータ2のトルクを低下させる(ステップS43)。そのトルクの低下は、後進走行のためのトルクの低下だけでなく、逆回転方向へのトルクの増大を含む。逆回転方向のトルクを生じさせる場合、そのトルクはエンジン1を逆回転させないトルクに制限される。このように制御することによりSOWC6に掛かるトルクが低下し、上述したストラット11とノッチ14の内面との間の摩擦力が低下するから、前述したセレクタープレート9を図7の(B)における左方向に移動させることにより、ストラット11をノッチ14から円滑に抜け出させてSOWC6を解放状態に切り替えることができる。したがって、ステップS43に続けて、SOWC6を解放(OFF)状態に切り替える制御(ステップS44)が実行され、また第2モータ・ジェネレータ23のみを駆動力源として後進走行するシングルモータリバースモードが設定される(ステップS45)。このステップS45での制御は、シングルモータリバースモードのための制御を開始させるフラグをONにする制御や、シングルモータリバースモードのためのサブルーチンをスタートさせる制御などである。
このように図4に示す制御を行うように構成されていれば、SOWC6を係合状態から解放状態に円滑もしくは迅速に切り替えることができるので、解放の遅れによってSOWC6やこれによって正回転が阻止される部材に過大なトルクが掛かったり、あるいはショックが生じたりする事態を回避もしくは抑制することができる。このような作用・効果は、SOWC6が係合状態と解放状態とに適宜に切り替えられることによるものである。
一方、SOWC6を係合させる場合、ハイブリッド車の状況に応じた係合制御を行うことが好ましい。その係合制御の一例を説明すると、図5には登降坂路で停車している状態でSOWC6を係合させる場合の例をフローチャートで示してあり、この制御は、上述した図1ないし図4に示す制御例と併せて実行することができ、あるいはそれらの制御例とは別個に実行することができ、もしくは図2ないし図4に示す制御に置き換えて実行することができる。図5に示す制御例では、ハイブリッド車が停止している状態で加速度センサ(Gセンサ)からの情報を取得する(ステップS51)。ハイブリッド車が坂路に停車している状態では、傾斜角度に応じた前後加速度が生じており、これが加速度センサの情報に含まれているから加速度センサの情報に基づいて坂路の判定を行うことが可能である。なお、ハイブリッド車が停止する直前の制動力と前後加速度との関係などに基づいて坂路を判定することとしてもよい。
ついで、Gセンサの値Gs に基づいてその坂路が下り坂か否かが判断される(ステップS52)。例えばGセンサの値Gs が予め定め基準値G0 より大きい否かが判断される。ハイブリッド車が下り坂に停止していれば、重力加速度に起因して、下り勾配に応じた加速度Gs が検出され、反対に上り坂に停止している場合には上り勾配に応じて加速度Gs が検出される。なお、固定電極と可動電極との相対距離の変化によって加速度を検出する半導体Gセンサを用いている場合、駐車時の下り勾配に応じた加速度は、平坦路を走行している際の減速度に相当し、また駐車時の上り勾配に応じた加速度は、平坦路を走行している際の加速度に相当する。したがって、基準値G0 として、平坦路の減速との大小を判断するための値を予め設定することにより、Gセンサの値Gs が基準値を超えていることにより、駐車している路面が下り坂であることを判断することができる。なお、ステップS52では、Gセンサの値Gs に基づいて従来知られている方法によって下り傾斜角度を求め、その下り傾斜角度が予め定めた所定値より大きいか否かを判断することとしてもよい。ステップS52で否定的に判断された場合、駐車している路面が平坦路あるいは上り坂もしくは小さい勾配の下り坂であり、この場合はSOWC6の解放状態を継続する(ステップS53)。その後、リターンする。
これに対して駐車している路面が下り坂であってGセンサの値Gs が基準値G0 より大きいことによりステップS52で肯定的に判断された場合には、シフトポジションがパーキング(P)からリバース(R)に切り替えられたか否かが判断される(ステップS54)。この判断は前述したシフト装置25からのシフトポジション信号に基づいて行うことができる。このステップS54で否定的に判断された場合には、エンジン1の出力軸4や動力分割機構3の入力軸5などの正回転を止める必要が特にはないので、ステップS53に進んでSOWC6の解放状態を継続し、リターンする。これとは反対にパーキングポジションからリバースポジションに切り替えられたことによりステップS54で肯定的に判断された場合には、その切替の時点から所定時間が経過したか否かが判断される(ステップS55)。この制御は、パーキングブレーキ機構25が解放状態に切り替えられることに伴って車両が前進方向に、動力伝達系統に不可避的に存在しているガタ(隙間)分だけ移動し、その後、ガタが詰まって止まる際のトルクがSOWC6に対して作用することを緩和するためのものであり、したがってこの所定時間は、そのトルクによりいずれかの回転部材が回転することに要する時間やそのトルクによって生じた振動がある程度収束するのに要する時間などを考慮して予め定めることができる。
このステップS55で肯定的に判断された場合には、SOWC6が係合させられ(ステップS56)、リターンする。上記の所定時間が経過した時点では、上述したガタが詰まって車両を止める荷重が車輪のブレーキや変速機構などによって受け持たれることになり、この状態でSOWC6を係合させてもSOWC6には大きい荷重が作用しないからである。また反対に、ステップS55で否定的に判断された場合には、ステップS53に進んでSOWC6の解放状態を継続し、リターンする。したがって、上記のガタ分の移動に起因する過大なトルクがSOWC6に作用することを回避できる。このような作用・効果は、SOWC6が係合状態と解放状態とに適宜に切り替えられることによるものである。
なお、上述した具体例では、SOWC6やこれによって正回転が止められる部材に過大トルクが掛かる状態として、後進時の車速Vが基準車速V0 を超えていること、または路面摩擦係数μが小さいいわゆる低μ路であること、あるいはアクセルペダルが踏み込まれていないアクセル・オフもしくはブレーキペダルが踏み込まれているブレーキ・オンであることを挙げてあるが、この発明は上記の具体例に限定されないのであって、SOWC6やこれによって正回転が止められる部材に過大トルクが掛かる状態として必要に応じた種々の状態を設定してよい。また、この発明における係合機構は上述したSOWC6に限定されないのであって、正回転方向および逆回転方向のいずれにも選択的に係合させられるいわゆる2ウェイクラッチや、正逆両方向にトルクを伝達する摩擦クラッチあるいは噛み合いクラッチであってもよく、さらにこれらいずれかの係合機構から構成された回転を止めるためのブレーキであってよい。
1…エンジン(ENG)、 2…第1モータ・ジェネレータ(MG1)、 3…動力分割機構、 4…出力軸、 5…入力軸、 6…セレクタブルワンウェイクラッチ(SOWC)、 7…ポケットプレート、 8…ノッチプレート、 9…セレクタープレート、 10…凹部(ポケット)、 ストラット11…、 12…ピン、 13…ストラットスプリング、 14…ノッチ、 15…貫通孔、 16…ソレノイド、 17…リターンスプリング、 18…ストロークセンサ、 19…固定部、 20…出力部材、 21…駆動輪、 22…デファレンシャル、 23…第2モータ・ジェネレータ(MG2)、 24…パーキングブレーキ機構、 25…シフト機構、 26…電子制御装置(ECU)。

Claims (6)

  1. エンジンと第1モータと出力部材とが差動機構を介して連結されるとともに、その出力部材にトルクを付加する第2モータが設けられ、さらに前記エンジンの出力軸もしくはその出力軸に連結されている所定の回転部材の回転を止める係合機構を備えているハイブリッド車の制御装置において、
    前記係合機構は、前記エンジンの回転方向の回転を止めかつ前記エンジンの回転方向とは反対方向の回転を可能にする係合状態と、いずれの回転方向の回転をも可能にする解放状態とを選択可能なセレクタブルワンウェイクラッチによって構成され、
    前記第2モータの駆動力もしくは前記第1モータおよび第2モータの駆動力によって後進走行する場合に前記係合機構を係合させ、かつ前記第2モータの駆動力もしくは前記第1モータおよび第2モータの駆動力によって前進走行する場合に前記係合機構を解放させるように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
  2. エンジンと第1モータと出力部材とが差動機構を介して連結されるとともに、その出力部材にトルクを付加する第2モータが設けられ、さらに前記エンジンの出力軸もしくはその出力軸に連結されている所定の回転部材の回転を止める係合機構を備えているハイブリッド車の制御装置において、
    前記ハイブリッド車は、駆動輪もしくはその駆動輪にトルクを伝達する部材と、停車状態で前記駆動輪もしくはその駆動輪にトルクを伝達する前記部材の回転を止めるパーキングブレーキ機構とを更に備え、
    前記第2モータの駆動力もしくは前記第1モータおよび第2モータの駆動力によって後進走行する場合に前記係合機構を係合させ、かつ前記第2モータの駆動力もしくは前記第1モータおよび第2モータの駆動力によって前進走行する場合に前記係合機構を解放させ、
    下り坂で前記パーキングブレーキ機構を動作させて停車している状態で後進状態が選択された場合に、その後進状態の選択から予め定めた所定時間経過した後に前記係合機構を係合させるように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
  3. 前記係合機構は、前記エンジンの回転方向の回転を止めかつ前記エンジンの回転方向とは反対方向の回転を可能にする係合状態と、いずれの回転方向の回転をも可能にする解放状態とを選択可能なセレクタブルワンウェイクラッチによって構成され、
    ていることを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド車の制御装置。
  4. 後進状態で前記係合機構を係合させる場合には前記第1モータおよび第2モータを後進走行のための駆動力源として作動させることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のハイブリッド車の制御装置。
  5. 後進状態で前記係合機構もしくはその係合機構によって回転が阻止されている前記所定の回転部材に過大トルクが掛かる状態が生じることが予測された場合に前記係合機構を解放させるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のハイブリッド車の制御装置。
  6. 後進走行のために要求されている駆動力が予め定めた基準駆動力以上の場合に前記係合機構を係合させかつ第1モータおよび第2モータによって駆動力を発生させるとともに、後進走行のために要求されている駆動力が予め定めた前記基準駆動力より小さい場合に前記係合機構を解放させかつ第2モータによって駆動力を発生させるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のハイブリッド車の制御装置。
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