JP2012254739A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】登坂走行時に大きな駆動力が要求される状況であっても、電動車両状態からハイブリッド車両状態へ走行状態を適切に切り替えることができるハイブリッド車両の制御装置を提供すること。
【解決手段】内燃機関と駆動輪との間の伝達トルク容量を連続的に変更可能なクラッチ機構を備え、ＥＶ状態と前記内燃機関を稼動させるＨＶ状態とを切替可能なハイブリッド車両の制御装置において、登坂路走行時に前記ハイブリッド車両の走行状態を前記電動車両状態から前記ハイブリッド車両状態へ切り替える場合、前記第１電動機の出力と前記クラッチ機構の係合・解放動作とを協調制御することにより、前記駆動軸の回転数を維持しつつ前記クランク軸の回転数を上昇させた状態で、前記内燃機関を始動させる内燃機関始動手段（ステップＳ４，Ｓ５）を設けた。
【選択図】図６

Description

この発明は、駆動力源として内燃機関と電動機とを備えたハイブリッド車両の制御装置に関し、特に、電動機のみを稼動させて駆動力を発生させる電動車両状態と、内燃機関を稼動させて車両を走行させるハイブリッド車両状態とを切り替えて走行することが可能なハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

ハイブリッド車両は、複数の駆動力源としてガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関とモータ・ジェネレータなどの電動機とを搭載した車両であり、内燃機関と電動機とが持つそれぞれの特性を生かしつつ、燃費を向上し、かつ排気ガスの低減を図ることが可能である。例えば、ハイブリッド車両では、内燃機関を燃焼効率の良い運転点で運転し、かつ車両に要求される駆動トルクを電動機で付加することができる。さらに、減速時にエネルギ回生を行いその際に発生させた電力を走行のために使用することもできる。そのため、ハイブリッド車両は、走行に対する要求を満たしつつ、燃費を向上させることができる。そのようなハイブリッド車両に関する発明の一例が特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載された発明は、電力のやりとりによって複数の回転軸間で伝達される動力の大きさを調整可能な動力調整装置と、電動機とが、エンジンの出力軸と駆動軸との間に直列に配置されたハイブリッド車両であって、動力調整装置と電動機との結合および切り離しを行う結合機構と、動力調整装置のいずれかの回転軸を保持することにより動力調整装置と電動機とが切り離された場合における動力調整装置での電力と動力との変換を可能とする保持機構とを備えた構成となっている。そして、この特許文献１には、エンジンのモータリングを行うべきか否かを検出し、モータリングを行うべき運転状態にあることが検出された場合には、結合機構による動力調整装置と電動機との切り離しを行う点が記載されている。

なお、特許文献２には、車両を駆動するためのエンジンと、車輪とエンジンとの間の動力伝達経路を実質的に開放するためのクラッチと、車両を駆動するための車輪に連結されたモータとを有するハイブリッド車両の制御装置であって、クラッチの係合によるエンジンの始動が不可能な領域では、そのクラッチを解放させるとともにスタータモータによりエンジンを始動させ、クラッチの係合によるエンジンの始動が可能な領域では、そのクラッチを係合させることによりエンジンを始動させるように構成された発明が記載されている。具体的には、この特許文献２には、エンジンは停止していてモータにより走行するモータ走行モード中にエンジンの始動要求があると、車速が押しがけ可能車速に達したか否かが判断され、車速が押しがけ可能車速以上であった場合は、クラッチを係合してエンジンを始動させ、すなわち、いわゆる押しがけによってエンジンを始動させ、車速が押しがけ可能車速未満であった場合には、クラッチを解放した状態でスタータモータでエンジンをクランキングすることにより始動させる点が記載されている。

特開２０００−２０９７０６号公報 特開２００１−１０７７６３号公報

上記の特許文献１に記載されている発明における結合機構の構成や、特許文献２に記載されている発明におけるクラッチの構成を応用して、ハイブリッド車両の走行状態の切り替えをスムーズに行うことが考えられる。すなわち、上記のような結合機構やクラッチを、例えばスリップ係合させることにより伝達トルク容量を連続的に変化させることが可能な摩擦クラッチで構成し、その摩擦クラッチを滑らせながら係合させることによって内燃機関と駆動輪との間の伝達トルクを徐々に増大させることにより、駆動輪側からの動力によって内燃機関をスムーズにクランキングして始動させることができる。したがって、電動機のみを稼動させる電動車両状態で走行している際に、その間停止していた内燃機関の始動を速やかにかつ滑らかに行い、電動機と共に内燃機関も稼動させるハイブリッド車両状態へ走行状態を切り替えることができる。

そのようなハイブリッド車両の走行状態の切り替えは、例えばハイブリッド車両が電動車両状態で走行している際に、登坂路に差し掛かった場合あるいは急加速する場合などに、より大きな駆動力が必要となることから、電動車両状態から内燃機関の出力により駆動力を発生させることができるハイブリッド車両状態へ切り替えが要求される場合がある。そのような場合に、内燃機関を始動させるために上記のようにクラッチを滑らせながら係合させて、すなわちクラッチをスリップ係合させて内燃機関をクランキングさせようとすると、クラッチを経由して駆動輪に伝達される駆動トルクが低下してしまう場合がある。

例えば、登坂走行時に駆動力の増大要求に対応して走行状態を電動車両状態からハイブリッド車両状態へ切り替える場合に、上記のようにクラッチをスリップ係合させることにより駆動トルクが低下すると、登坂走行のための駆動力が不足してしまう可能性がある。また、運転者の加速要求に対応して電動車両状態からハイブリッド車両状態へ走行状態を切り替える場合に、上記のようにクラッチをスリップ係合させることにより駆動トルクが低下すると、運転者が意図する駆動力に対して実際に出力される駆動力が不足し、運転者に違和感やもたつき感を与えてしまう可能性がある。その結果、ハイブリッド車両のドライバビリティの低下を招いてしまう場合がある。

このように、例えば登坂走行時や急加速時などに大きな駆動力が要求される場合であっても、登坂路での駆動力不足やドライバビリティの低下を招くことなく、電動車両状態とハイブリッド車両状態との間の走行状態の切り替えを適切に行ってハイブリッド車両を走行させるためには、未だ改良の余地があった。

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り、例えば登坂走行時や急加速時などに従前よりも大きな駆動力が要求される状況であっても、電動機だけを稼動させて走行する電動車両状態から内燃機関を稼動させて走行するハイブリッド車両状態へ、走行状態を適切に切り替えることができるハイブリッド車両の制御装置を提供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、請求項１の発明は、内燃機関と、出力を制御することにより前記内燃機関のクランク軸の回転数を増減させることが可能な第１電動機と、係合・解放動作を制御することにより前記クランク軸と駆動輪に動力伝達可能に連結された駆動軸との間のトルク伝達経路を接続・遮断するとともにその接続・遮断の際の伝達トルク容量を連続的に変化させることが可能なクラッチ機構と、前記駆動軸に直接動力を伝達することが可能な第２電動機とを備え、前記第２電動機のみを稼動させてもしくは前記第１電動機および前記第２電動機のみを稼動させて走行のための駆動力を発生させる電動車両状態と、前記内燃機関を稼動させて走行するハイブリッド車両状態とを選択的に切り替えて走行することが可能なハイブリッド車両の制御装置において、登坂路走行時もしくは駆動力の増大要求時に前記ハイブリッド車両の走行状態を前記電動車両状態から前記ハイブリッド車両状態へ切り替える場合、前記第１電動機の出力と前記クラッチ機構の係合・解放動作とを協調制御することにより、前記駆動軸の回転数を維持もしくは低下させないようにしつつ前記クランク軸の回転数を上昇させた状態で、前記内燃機関を始動させる内燃機関始動手段を備えていることを特徴とする制御装置である。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記内燃機関始動手段が、前記クランク軸の回転数を前記内燃機関の自律回転が可能な回転数の下限値として予め定めた始動可能回転数以上に上昇させた状態で、前記内燃機関を始動させる手段を含むことを特徴とする制御装置である。

そして、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記内燃機関と前記第１電動機とが、前記内燃機関の動力を前記第１電動機と前記駆動輪とに分割する動力分割機構を介して相互に動力伝達が可能なように連結されていて、前記クラッチ機構が、前記トルク伝達経路における前記動力分割機構と前記駆動軸との間に設けられていることを特徴とする制御装置である。

請求項１の発明によれば、ハイブリッド車両が登坂路を走行している際に、ハイブリッド車両の走行状態を電動車両状態からハイブリッド車両状態へ切り替える場合、すなわち走行状態をハイブリッド車両状態へ切り替えるために内燃機関を始動させる場合は、駆動軸の回転数を維持させながらクランク軸の回転数が上昇するように、第１電動機の出力とクラッチ機構の係合・解放動作とが協調して制御される。そして、駆動軸の回転数が維持されつつクランク軸の回転数が上昇させられた状態で内燃機関が始動させられる。ハイブリッド車両の走行中にクラッチ機構を係合させると、内燃機関のフリクショントルクなどによって駆動軸のトルクが低下するが、第１電動機の出力とクラッチ機構の係合・解放動作とが協調制御されることにより、クランク軸の回転数を上昇させるとともに、駆動軸の回転数を維持しながらクラッチ機構を係合することができる。すなわち、駆動軸のトルクを低下させることなくクランク軸の回転数を上昇させて、クラッチ機構を係合させた状態にすることができる。そのため、登坂走行時や駆動力の増大要求時に大きな駆動力が要求される場合であっても、駆動軸のトルクの低下を回避して、登坂路での駆動力不足を招くことなく、ハイブリッド車両の走行状態を電動車両状態からハイブリッド車両状態へ適切に切り替えることができる。

また、請求項２の発明によれば、内燃機関が始動させられる場合には、内燃機関の出力軸の回転数が、内燃機関の自律回転が可能な始動可能回転数以上に上昇させられる。そしてその後、例えば内燃機関に点火すること、あるいは燃料を噴射することなどにより、内燃機関が始動させられる。そのため、ハイブリッド車両の走行状態を電動車両状態からハイブリッド車両状態へ切り替えるために内燃機関を始動させる際に、この発明における内燃機関始動手段によって内燃機関を確実に始動させることができる。

そして、請求項３の発明によれば、内燃機関が出力する動力を第１電動機と駆動輪とに分配する動力分割機構を備え、さらにその動力分割機構と駆動輪との間にクラッチ機構が設定されているハイブリッド車両を制御の対象とすることができる。そのため、上記のような構成のハイブリッド車両の走行状態を電動車両状態からハイブリッド車両状態に切り替える際に、ドライバビリティの低下や登坂走行のための駆動力不足を招くことなく、ハイブリッド車両の走行状態を適切に切り替えることができる。

この発明で制御の対象とするハイブリッド車両の構成および制御系統の一例を示す模式図である。 図１に示す構成のハイブリッド車両における電動車両状態での走行時の挙動を説明するための共線図である。 図１に示す構成のハイブリッド車両における電動車両状態での走行時の挙動を説明するための共線図である。 図１に示す構成のハイブリッド車両におけるハイブリッド車両状態（シリーズハイブリッド方式）での走行時の挙動を説明するための共線図である。 図１に示す構成のハイブリッド車両におけるハイブリッド車両状態（パラレルハイブリッド方式）での走行時の挙動を説明するための共線図である。 この発明の制御装置により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。 図６のフローチャートに示す制御を実行する際の挙動を説明するための図であって、走行状態の切り替え制御を実行する際の挙動を説明するための共線図である。 図６のフローチャートに示す制御を実行する際の挙動を説明するための図であって、走行状態の切り替え制御を実行する際の挙動を説明するための共線図である。 図６のフローチャートに示す制御を実行する際の挙動を説明するための図であって、走行状態の切り替え制御を実行する際の挙動を説明するための共線図である。 図６のフローチャートに示す走行状態の切り替え制御を実行する際の挙動を説明するための図であって、各回転要素におけるトルクを説明するための共線図である。 この発明の制御装置により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。

つぎに、この発明を図を参照して具体的に説明する。図１は、この発明で制御の対象とするハイブリッド車両の構成および制御系統を模式的に示している。すなわち、この図１に示すハイブリッド車両Ｖｅは、駆動力源として内燃機関１と第１電動機２および第２電動機３の２基の電動機とを備えており、内燃機関１が出力する動力を第１電動機２と駆動輪４とに分割するように構成されている。

内燃機関１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンあるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する動力発生装置であり、この図１に示す例では、スロットル開度や燃料噴射量などを電気的に制御することが可能な電子制御式のスロットルバルブあるいは電子制御式の燃料噴射装置等を備えていて、所定の負荷に対して回転数を電気的に制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できるガソリンエンジンが搭載されている。以下の説明では、この内燃機関１をエンジン（ＥＮＧ）１と記す。

第１電動機２および第２電動機３は、いずれも、モータおよび発電機のいずれか一方もしくは両方の機能を有する電動機であり、この図１に示す例では、モータとしての機能と発電機としての機能を兼ね備えたモータ・ジェネレータが搭載されている。以下、この実施例の説明では、電動機２，３を、第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２、および、第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３と記す。

エンジン１と駆動輪４との間のトルク伝達経路中に、エンジン１が出力する動力を第１モータ・ジェネレータ２と駆動輪４とに分割するための動力分割機構５が設けられている。この動力分割機構５は、主に差動作用のある遊星歯車装置により構成されていて、この図１に示す例では、サンギヤ５ｓとリングギヤ５ｒとの間に配置したピニオンギヤをキャリア５ｃによって自転および公転が可能なように保持したシングルピニオン型の遊星歯車機構が採用されている。そしてその動力分割機構５のキャリア５ｃにエンジン１のクランク軸１ａが連結され、サンギヤ５ｓに第１モータ・ジェネレータ２の出力軸２ａが連結され、そしてリングギヤ５ｒには、後述するクラッチ機構６および駆動軸７ならびにデファレンシャル８を介して、駆動輪４が動力伝達可能に連結されている。上記のように動力分割機構５の遊星歯車装置が差動作用を行うことにより、第１モータ・ジェネレータ２の回転数に応じてエンジン１のクランク軸１ａの回転数が変化する。したがって、第１モータ・ジェネレータ２の出力を制御することにより、クランク軸１ａの回転数を制御できるように構成されている。

クラッチ機構６は、エンジン１と駆動輪４との間、すなわちクランク軸１ａと駆動軸７との間のトルク伝達経路を接続・遮断するための係合装置であって、動力分割機構５のリングギヤ５ｒと駆動軸７との間に設けられている。このクラッチ機構６としては、例えば係合状態および解放状態に加えて半係合もしくはスリップ係合状態を設定して制御することが可能な摩擦係合装置、あるいはシンクロメッシ機構などを利用した同期連結装置などを用いることができる。図１には、スリップ係合状態を制御することが可能な摩擦クラッチを設けた例を示している。したがって、このクラッチ機構６は、クランク軸１ａと駆動軸７との間のトルク伝達経路を接続・遮断するとともに、そのトルク伝達経路を接続・遮断する際に伝達トルク容量を連続的に変化させることが可能な構成となっている。

駆動軸７には、上記のようにクラッチ機構６を介してリングギヤ５ｒに連結されたドライブギヤ７ａに噛み合うドリブンギヤ７ｂと、後述するデファレンシャル８のリングギヤ８ａに噛み合うカウンタギヤ７ｃと、後述する第２モータ・ジェネレータ３の出力軸３ａに設けられたドライブギヤ９に噛み合うドリブンギヤ７ｄとが、いずれも一体回転するように固定されている。

デファレンシャル８は、上記のように、そのリングギヤ８ａが駆動軸７に設けられたカウンタギヤ７ｃに噛み合っていて、そしてドライブシャフト１０に駆動輪４が連結されている。したがって、エンジン１および第１モータ・ジェネレータ２は、それぞれ、動力分割機構５および駆動軸７およびデファレンシャル８ならびにドライブシャフト１０を介して、駆動輪４と互いに動力伝達可能に連結されている。

上記のように、第１モータ・ジェネレータ２が、駆動輪４との間に動力分割機構５およびクラッチ機構６ならびに駆動軸７を介在させて動力を伝達するように構成されているのに対して、第２モータ・ジェネレータ３は、駆動軸７を介して駆動輪４との間で直接動力を伝達することが可能なように構成されている。すなわち、第２モータ・ジェネレータ３には、上記のように出力軸３ａにその出力軸３ａと一体に回転するドライブギヤ９が取り付けられていて、そのドライブギヤ９が駆動軸７のドリブンギヤ７ｄに噛み合っている。したがって、第２モータ・ジェネレータ３は、ドライブギヤ９および駆動軸７およびデファレンシャル８ならびにドライブシャフト１０を介して、駆動輪４と互いに動力伝達可能に連結されている。なお、ドライブギヤ９とドリブンギヤ７ｄとのギヤ対は、第２モータ・ジェネレータ３に対する減速機構（リダクションギヤ）となっている。したがって、第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクを増幅して駆動輪４へ伝達することができ、大きな駆動力を発生させることができる。

前述したように、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は、いずれも電動機として機能するとともに発電機としても機能することが可能な周知の同期電動機として構成されている。そして、それら第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は、それぞれ、インバータ（図示せず）を介してバッテリあるいはキャパシタなどの蓄電装置（図示せず）に連結されている。すなわち、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がモータとして機能する場合の回転数あるいは出力トルクや、それら第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が発電機として機能する場合の発電量あるいは回生制動トルクを、インバータによって制御するように構成されている。

さらに、上記の第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は、インバータを介して、それら各モータ・ジェネレータ２，３の間で電力を相互に授受できるように構成されている。すなわち、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のいずれか一方により発電された電力を、他方のモータ・ジェネレータで消費できるようになっている。例えば、エンジン１の出力により第１モータ・ジェネレータ２が駆動されて発電機として機能した場合には、その第１モータ・ジェネレータ２で発電された電力を第２モータ・ジェネレータ３へ供給し、第２モータ・ジェネレータ３を電動機として機能させることができる。したがって、エンジン１が出力した動力の一部を、第１モータ・ジェネレータ２により電力に一旦変換した後、第２モータ・ジェネレータ３により再び動力に変換して、その動力を駆動輪４に伝達することができるように構成されている。

そして、上記のエンジン１、および各モータ・ジェネレータ２，３の動作状態を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）１１が設けられている。この電子制御装置１１には、例えば、車両Ｖｅの車速を検出する車速センサ１２、車両Ｖｅの前後加速度を検出する加速度センサ１３、エンジン１のクランク軸１ａの回転速度を検出するエンジン回転数センサ１４、第１モータ・ジェネレータ２の回転軸２ａの回転速度および第２モータ・ジェネレータ３の回転軸３ａの回転速度をそれぞれ検出するためのレゾルバ１５、蓄電装置の充電状態を検出するチャージセンサ１６、アクセルペダルやアクセルレバーなどによる運転者のアクセル操作を検出するアクセル開度センサ１７、そして車両Ｖｅの進行方向の傾斜角度を検出する傾斜角センサ１８などの各種センサ装置類からの検出信号が入力される。これに対して、電子制御装置１１からは、エンジン１を制御する信号、各モータ・ジェネレータ２，３を制御する（すなわち各モータ・ジェネレータ２，３に接続されたインバータおよび蓄電装置を制御する）信号などが出力されるように構成されている。

上記のように構成されたこの発明で制御の対象とする車両Ｖｅでは、前述したように、第１モータ・ジェネレータ２のみもしくは第２モータ・ジェネレータ３のみを稼動させて、あるいは第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のみを稼動させて（すなわちエンジン１を稼動させずに）車両Ｖｅを走行させるための駆動トルクを発生させる電動車両（ＥＶ）状態と、エンジン１を稼動させた状態で車両Ｖｅを走行させるハイブリッド車両（ＨＶ）状態とを選択的に切り替えて走行することが可能である。

例えば、図２に示すように、第２モータ・ジェネレータ３のみを稼動して駆動トルクを発生させることにより、ＥＶ状態で車両Ｖｅを走行させることができる。その状態でクラッチ機構６を係合することにより、図３に示すように、リングギヤ５ｒの回転数を正転方向（エンジン１の回転方向）に上昇させることができる。この状態ではエンジン１は起動していないので、エンジン１に連結されたキャリア５ｃが反力要素となり、サンギヤ５ｓに連結している第１モータ・ジェネレータ２の回転数が、逆転方向（エンジン１の回転方向とは逆方向）に上昇する。このとき第１モータ・ジェネレータ２を回生制御して発電機として機能させことにより、第２モータ・ジェネレータ３の出力による車両Ｖｅの走行中に、第１モータ・ジェネレータ２で電力を発生させてバッテリを充電することができる。あるいは、上記のようにクラッチ機構６を係合させた状態で、第２モータ・ジェネレータ３と共に第１モータ・ジェネレータ２をモータとして稼動させることにより、第２モータ・ジェネレータ３および第１モータ・ジェネレータ２の２基のモータの出力によってより大きな駆動力を発生させて車両Ｖｅを走行させることができる。

また、図４，図５に示すように、エンジン１を稼動させたＨＶ状態で車両Ｖｅを走行させることができる。すなわち、図４に示すように、エンジン１を稼動させ、その出力によって第１モータ・ジェネレータ２を発電機として駆動して発生させた電力、もしくは第１モータ・ジェネレータ２で発生させ一旦バッテリに蓄電した電力を、第２モータ・ジェネレータ３に供給することができる。そしてその電力によって第２モータ・ジェネレータ３をモータとして稼動して駆動力を発生させることにより、いわゆるシリーズハイブリッド方式のＨＶ状態で車両Ｖｅを走行させることができる。

そして、図５に示すように、クラッチ機構６を係合させた状態で、エンジン１を稼動させるとともに、第１モータ・ジェネレータ２で反力トルクを発生させること、すなわち第１モータ・ジェネレータ２で逆転方向の出力トルクを発生させることにより、エンジン１の出力トルクをリングギヤ５ｒを介して駆動輪４へ伝達させ、第２モータ・ジェネレータ３およびエンジン１の出力によってより大きな駆動力を発生させて車両Ｖｅを走行させることができる。すなわち、いわゆるパラレルハイブリッド方式のＨＶ状態で車両Ｖｅを走行させることができる。

このように、この発明におけるハイブリッド車両Ｖｅは、ＥＶ状態とＨＶ状態とに走行状態を切り替えて走行することができる。走行状態をＥＶ状態からＨＶ状態へ切り替える際、特に、例えば加速走行時や登坂路走行時における駆動力の増大要求に基づいて、走行状態をＥＶ状態からパラレルハイブリッド方式のＨＶ状態へ切り替える場合には、停止しているエンジン１を始動させるとともに、解放されていたクラッチ機構６を係合させてクランク軸１ａと駆動軸７との間のトルク伝達経路を接続する必要がある。エンジン１がトルクを出力していない状態でクラッチ機構６を係合させると、前述したように、駆動輪４へ伝達される駆動トルクが低下し、その結果、走行のための駆動力が不足してしまう可能性がある。

そこで、この発明に係るハイブリッド車両Ｖｅの制御装置では、例えば加速走行時や登坂走行時であっても、駆動力不足に陥ることなく、ＥＶ状態からＨＶ状態へ適切に走行状態を切り替えることができるように、以下の制御を実行するように構成されている。その制御の一例を、図６のフローチャートに示してある。このフローチャートで示されるルーチンは、所定の短時間毎に繰り返し実行される。図６において、先ず、車両Ｖｅの走行状態に対する切り替え要求の有無について判断される（ステップＳ１）。すなわち、ＥＶ状態で走行している車両Ｖｅに対して、エンジン１を始動して走行状態をＨＶ状態へ切り替える要求が有るか否かが判断される。

ＥＶ状態からＨＶ状態への走行状態の切り替え要求は、例えば、バッテリの充電量が予め設定した基準値以下に低下した場合、あるいはエンジン１の出力も必要とする大きな駆動力が要求された場合などに、ＥＶ状態からＨＶ状態への走行状態の切り替え要求が有ると判断することができる。したがって、この切り替え要求の有無の判断は、例えば、チャージセンサ１６やアクセル開度センサ１７の検出値などに基づいて行うことができる。

未だＥＶ状態からＨＶ状態への走行状態の切り替え要求が無いことにより、このステップＳ１で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。これに対して、ＥＶ状態からＨＶ状態への走行状態の切り替え要求が有ることにより、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、ステップＳ２へ進み、登坂走行時に駆動力を増大した状態であるか否かが判断される。例えば、車両Ｖｅが予め定めた所定角度以上の登坂路を走行中であり、その登坂走行のために駆動力が増大された場合に、登坂走行時に駆動力を増大した状態であると判断することができる。したがって、この状態の判断は、傾斜角センサ１８やアクセル開度センサ１７の検出値などに基づいて行うことができる。なお、登坂路の傾斜角度の判定は、傾斜角センサ１８の検出値以外に、例えば車速センサ１２および加速度センサ１３の検出値に基づいて行うこともできる。

車両Ｖｅの状態が登坂走行時に駆動力を増大した状態ではないこと、例えば走行中の道路が登坂路ではないこと、あるいは駆動力の増大を要求される程の登坂路ではないことにより、このステップＳ２で否定的に判断された場合は、ステップＳ３へ進み、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を「０」に維持した状態で、車両Ｖｅの走行状態がＥＶ状態からＨＶ状態へ切り替えられる。これは、クラッチ機構６の伝達トルク容量を徐々に増大させてクランク軸１ａと駆動軸７との間のトルク伝達経路を接続することにより、エンジン１を始動させるためにそのクランク軸１ａの回転数を上昇させる、すなわちエンジン１をクランキングさせる制御である。

具体的には、図７に示すように、ＥＶ状態のときに解放されていたクラッチ機構６がスリップ係合させられる。そしてスリップ係合状態の係合度合いが徐々に高められることにより、クラッチ機構６の伝達トルク容量が徐々に増大させられる。すると、その伝達トルク容量の増大に伴ってリングギヤ５ｒの回転数が正転方向に上昇する。このとき、第１モータ・ジェネレータ２は、逆転方向のトルクを発生させてその回転数が「０」に維持されるように制御される。その結果、キャリア５ｃに連結されているエンジン１のクランク軸１ａの回転数が正転方向に上昇する。したがって、クラッチ機構６のスリップ係合状態を徐々に完全係合状態に向けて制御すること、すなわちクラッチ機構６の伝達トルク容量が徐々に増大するように制御することにより、エンジン１をクランキングして、そのクランク軸１ａの回転数を、エンジン１の自律回転が可能な回転数の下限値である始動可能回転数Ｎes以上に上昇させることができる。

一方、車両Ｖｅの状態が登坂走行時に駆動力を増大した状態であることにより、ステップＳ２で肯定的に判断された場合には、ステップＳ４へ進み、第１モータ・ジェネレータ２の回転数が上昇させられて、車両Ｖｅの走行状態がＥＶ状態からＨＶ状態へ切り替えられる。これは、この発明における「内燃機関始動手段」による走行状態の切り替え制御であって、第１モータ・ジェネレータ２の出力とクラッチ機構６の係合・解放動作とを協調させて制御することにより、駆動軸７の回転数を維持しつつクランク軸１ａの回転数を上昇させた状態で、エンジン１を始動させるための制御である。

具体的には、図８に示すように、先ず、出力軸２ａすなわちサンギヤ５ｓの回転数が正転方向に上昇するように第１モータ・ジェネレータ２が力行制御される。第１モータ・ジェネレータ２の回転数を正転方向に上昇させることにより、キャリア５ｃに連結されているクランク軸１ａの回転数を正転方向に引き上げることができるが、エンジン１の出力を駆動軸７へ伝達させるためにクラッチ機構６を係合する際には、駆動軸７側のトルクが低下してしまう場合がある。そこで、この発明における「内燃機関始動手段」では、上記のような第１モータ・ジェネレータ２によりクランク軸１ａの回転数を上昇させる制御と、クラッチ機構６を係合させる制御とが協調させられて実行される。

すなわち、図９に示すように、第１モータ・ジェネレータ２の出力によりクランク軸１ａの回転数が上昇させられるとともに、クラッチ機構６が徐々に係合させられてトルク伝達経路が接続される。すなわちクラッチ機構６がスリップ係合させられてクランク軸１ａと駆動軸７との間の伝達トルクが徐々に増大させられる。このとき、キャリア５ｃの回転数すなわちクランク軸１ａの回転数が、始動可能回転数Ｎesとなるようにもしくは始動可能回転数Ｎesを上回るように、また、リングギヤ５ｒの回転数すなわちクラッチ機構６のクランク軸１ａ側の係合部材６ａの回転数が、駆動軸７の回転数すなわちクラッチ機構６の駆動軸７側の係合部材６ｂの回転数となるように、第１モータ・ジェネレータ２の回転数とクラッチ機構６の係合動作とが協調して制御される。言い換えると、駆動軸７の回転数が低下しないように維持されつつ、クランク軸１ａの回転数が始動可能回転数Ｎes以上に上昇するように、第１モータ・ジェネレータ２の回転数とクラッチ機構６の係合動作とが協調制御される。さらに、第１モータ・ジェネレータ２によりクラッチ機構６のクランク軸１ａ側の係合部材６ａの回転数をクラッチ機構６の駆動軸７側の係合部材６ｂよりも高くしつつ各係合部材６ａ，６ｂを滑らせることによって、駆動軸７の回転数を低下させずに係合できるとともに、エンジン１を始動する際のずり下がりを防止することができる。

上記のように、第１モータ・ジェネレータ２の回転数とクラッチ機構６の係合動作とが協調制御されて、クラッチ機構６が係合させられることにより、クラッチ機構６が係合させられた際にリングギヤ５ｒおよび駆動軸７には正転方向のトルクが発生するので、クラッチ機構６を係合することによる駆動軸７のトルクの低下を防止することができる。すなわち、登坂走行時における駆動力不足を防止することができる。また、上記のように、第１モータ・ジェネレータ２によりクランク軸１ａの回転数を調整しつつ、クラッチ機構６が係合させられることにより、そのクラッチ機構６の係合に要する時間の短縮を図ることができる。

なお、前述の図７および図１０に示すように、エンジン１を始動させるためにクランク軸１ａの回転数を上昇させる場合に、第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクをＴm、第２モータ・ジェネレータ３のイナーシャトルクをＩm、第２モータ・ジェネレータ３の回転変化率をｄωm／ｄｔ、第２モータ・ジェネレータ３のフリクショントルクをＴmf、第２モータ・ジェネレータ３とデファレンシャル８との間の減速機構のギヤ比をＧrm、クラッチ機構６を係合させる際のスリップによるトルクの減少率をＴfcとすると、第２モータ・ジェネレータ３の出力による駆動軸７の軸トルクＴmpは、
Ｔmp ＝ ｛Ｔm−Ｉm・（ｄωm／ｄｔ）−Ｔmf｝・Ｇrm・Ｔfc ・・・(1)
となる。また、エンジン１のイナーシャトルクをＩe、エンジン１の回転変化率をｄωe／ｄｔ、エンジン１のフリクショントルクをＴefとすると、エンジン１のクランク軸１ａが連結されたキャリア５ｃの軸トルクＴeは、
Ｔe ＝ −｛Ｉe・（ｄωe／ｄｔ）＋Ｔef｝ ・・・・・・・・・・(2)
となる。そして、第１モータ・ジェネレータ２のイナーシャトルクをＩg、第１モータ・ジェネレータ２の回転変化率をｄωg／ｄｔ、第１モータ・ジェネレータ２のフリクショントルクをＴgfとし、第１モータ・ジェネレータ２の出力により発生させるサンギヤ５ｓの軸トルクをＴgとすると、図７に示すような上記の各軸トルクＴmp，Ｔe，Ｔgの力のつり合いから、
Ｔg−｛Ｉg・（ｄωg／ｄｔ）＋Ｔgf｝＋Ｔe＋Ｔmp ＝ ０ ・・・・・(3)
の関係式が得られる。

したがって、図７に示すように、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を「０」に維持させた状態でエンジン１をクランキングさせ、クランク軸１ａの回転数を上昇させる場合に、第１モータ・ジェネレータ２の出力により発生させる軸トルクＴgは、上記の(1)，(2)，(3)式から、
Ｔg ＝ −Ｔmp−Ｔe＋｛Ｉg・（ｄωg／ｄｔ）＋Ｔgf｝
＝ −｛Ｔm−Ｉm・（ｄωm／ｄｔ）−Ｔmf｝・Ｇrm・Ｔfc
＋｛Ｉe・（ｄωe／ｄｔ）＋Ｔef｝＋ ｛Ｉg・（ｄωg／ｄｔ）＋Ｔgf｝
として求めることができる。

そして、図１０に示すように、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を上昇させてエンジン１をクランキングさせ、クランク軸１ａの回転数を上昇させる場合に、第１モータ・ジェネレータ２の出力により発生させる軸トルクＴgは、
Ｔg ＞ −｛Ｔm−Ｉm・（ｄωm／ｄｔ）−Ｔmf｝・Ｇrm・Ｔfc
＋｛Ｉe・（ｄωe／ｄｔ）＋Ｔef｝＋ ｛Ｉg・（ｄωg／ｄｔ）＋Ｔgf｝
の関係式を満たす値として求めることができる。

上記のように、ＥＶ状態からＨＶ状態へ車両Ｖｅの走行状態を切り替える際に、上記のステップＳ３もしくはステップＳ４において、クランク軸１ａの回転数が始動可能回転数Ｎesに同期した状態になると、もしくはクランク軸１ａの回転数が始動可能回転数Ｎes以上に上昇した状態になると、ステップＳ５へ進み、その状態でエンジン１が始動させられる。例えば、始動可能回転数Ｎesで、もしくは始動可能回転数Ｎes以上の回転数でクランキングされているエンジン１に点火することにより、あるいは燃料を噴射することにより、エンジン１が始動させられる。すなわち、エンジン１が自律回転が可能な運転状態になり、ＥＶ状態からＨＶ状態への走行状態の切り替えが完了する。そしてその後、このルーチンを一旦終了する。

図１１のフローチャートに、この発明における「内燃機関始動手段」による他の制御例を示す。上記の図６のフローチャートで示した制御例が、登坂走行時に車両Ｖｅの走行状態をＥＶ状態からＨＶ状態へ切り替える際に、第１モータ・ジェネレータ２の回転数とクラッチ機構６の係合動作とを協調制御してエンジン１をクランキングさせることにより、駆動軸７のトルク不足を防止するようにした制御であるのに対して、この図１１のフローチャートに示す制御例は、登坂走行時に車両Ｖｅの走行状態をＥＶ状態からＨＶ状態へ切り替える際に、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を「０」に維持しつつクラッチ機構６の係合圧を増大してクラッチ機構６を係合させることにより、駆動軸７のトルク不足を防止するようにした制御である。

すなわち、図１１において、先ず、車両Ｖｅの走行状態に対する切り替え要求の有無について判断される（ステップＳ１１）。未だＥＶ状態からＨＶ状態への走行状態の切り替え要求が無いことにより、このステップＳ１１で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。これに対して、ＥＶ状態からＨＶ状態への走行状態の切り替え要求が有ることにより、ステップＳ１１で肯定的に判断された場合には、ステップＳ１２へ進み、登坂走行時に駆動力を増大した状態であるか否かが判断される。これらステップＳ１１およびステップＳ１２の制御内容は、前述の図６で示す制御例のステップＳ１およびステップＳ２の制御の内容と同じである。

車両Ｖｅの状態が登坂走行時に駆動力を増大した状態であることにより、このステップＳ１２で肯定的に判断された場合は、ステップＳ１３へ進み、クラッチ機構６の係合圧が通常よりも増大させられてクラッチ機構６が係合されて、エンジン１がクランキングされる。すなわち、この図１１に示す制御例では、前述の図７に示すような第１モータ・ジェネレータ２の回転数を「０」に維持しつつクラッチ機構６の係合動作を制御してエンジン１をクランキングさせる制御を前提としていて、クラッチ機構６を係合させる場合にその係合圧を増大させることによって、クラッチ機構６を速やかに係合させ、クラッチ機構６が係合動作する際の駆動軸７のトルクの低下が防止もしくは抑制される。したがって、登坂走行時における駆動力不足を防止することができる。また、クラッチ機構６の係合に要する時間の短縮を図ることができる。

一方、車両Ｖｅの状態が登坂走行時に駆動力を増大した状態ではないことにより、ステップＳ１２で否定的に判断された場合には、ステップＳ１４へ進み、クラッチ機構６の係合圧が通常時のままの状態で係合されて、エンジン１がクランキングされる。車両Ｖｅが登坂路を走行していない場合にクラッチ機構６の係合圧を増大させてクラッチ機構６を係合させると、その係合の際に係合ショックが発生する可能性があるため、この場合には、クラッチ機構６の係合圧の増大は行わずに、クラッチ機構６の係合動作が通常通りに制御される。

そして、上記のようにステップＳ１３もしくはステップＳ１４において、クラッチ機構６が係合されてクランク軸１ａの回転数が始動可能回転数Ｎesに同期した状態になると、もしくはクランク軸１ａの回転数が始動可能回転数Ｎes以上に上昇した状態になると、ステップＳ１５へ進み、その状態でエンジン１が始動させられる。すなわち、エンジン１が自律回転が可能な運転状態になり、ＥＶ状態からＨＶ状態への走行状態の切り替えが完了する。そしてその後、このルーチンを一旦終了する。

以上のように、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、ハイブリッド車両Ｖｅが登坂路を走行している際に、そのハイブリッド車両Ｖｅの走行状態をＥＶ状態からＨＶ状態へ切り替える場合、すなわち走行状態をＨＶ状態へ切り替えるためにエンジン１を始動させる場合は、駆動軸７の回転数を維持させながらクランク軸１ａの回転数が上昇するように、第１モータ・ジェネレータ２の出力とクラッチ機構６の係合動作とが協調して制御される。そして、駆動軸７の回転数が維持されつつクランク軸１ａの回転数が、エンジン１の自律回転が可能な始動可能回転数Ｎes以上に上昇させられた状態でエンジン１が始動させられる。ハイブリッド車両Ｖｅの走行中にクラッチ機構６を係合させる場合、エンジン１のフリクショントルクなどによって駆動軸６のトルクが低下する場合がある。上記のように第１モータ・ジェネレータ２の出力とクラッチ機構６の係合・解放動作とが協調制御されることにより、クランク軸１ａの回転数を上昇させるとともに、駆動軸７の回転数を維持しながらクラッチ機構６を係合することができる。すなわち、駆動軸７のトルクを低下させることなくクランク軸１ａの回転数を始動可能回転数Ｎes以上まで上昇させて、クラッチ機構６を係合させた状態にすることができる。そのため、登坂走行時に大きな駆動力が要求される場合であっても、駆動軸７のトルクの低下を回避して、登坂路での駆動力不足を招くことなく、ハイブリッド車両Ｖｅの走行状態をＥＶ状態からＨＶ状態へ適切に切り替えることができる。

ここで、上述した具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、ステップＳ４，Ｓ５およびステップＳ１３，Ｓ１５を実行する機能的手段が、この発明における「内燃機関始動手段」に相当する。

なお、上述した具体例では、この発明における駆動力制御の対象とするハイブリッド車両として、内燃機関としてエンジン１と、第１電動機として第１モータ・ジェネレータ２と、第２電動機として第２モータ・ジェネレータ３と、エンジン１の動力を駆動輪および第１モータ・ジェネレータ２に分配する動力分割機構５とを備えた、いわゆる動力分割式のハイブリッド車両の構成を例に挙げて説明したが、例えば動力分割機構５を備えていないハイブリッド車両であってもよい。要は、内燃機関と、第１電動機と、第２電動機と、それら第１電動機と第２電動機との間の動力伝達経路を接続・遮断するクラッチ機構とを備えた、いわゆる２モータタイプのハイブリッド車両を、この発明における制御の対象とすることができる。

１…内燃機関（エンジン；ＥＮＧ）、 １ａ…クランク軸、 ２…第１電動機（第１モータ・ジェネレータ；ＭＧ１）、３…第２電動機（第２モータ・ジェネレータ；ＭＧ２）、 ４…駆動輪、 ５…動力分割機構、 ６…クラッチ機構、 ７…駆動軸、 １１…電子制御装置（ＥＣＵ）、 １２…車速センサ、 １３…加速度センサ、 １４…エンジン回転数センサ、 １５…レゾルバ、 １６…チャージセンサ、 １７…アクセル開度センサ、 １８…傾斜角センサ、 Ｖｅ…ハイブリッド車両。

Claims (3)

1. 内燃機関と、出力を制御することにより前記内燃機関のクランク軸の回転数を増減させることが可能な第１電動機と、係合・解放動作を制御することにより前記クランク軸と駆動輪に動力伝達可能に連結された駆動軸との間のトルク伝達経路を接続・遮断するとともにその接続・遮断の際の伝達トルク容量を連続的に変化させることが可能なクラッチ機構と、前記駆動軸に直接動力を伝達することが可能な第２電動機とを備え、前記第２電動機のみを稼動させてもしくは前記第１電動機および前記第２電動機のみを稼動させて走行のための駆動力を発生させる電動車両状態と、前記内燃機関を稼動させて走行するハイブリッド車両状態とを選択的に切り替えて走行することが可能なハイブリッド車両の制御装置において、
   登坂路走行時もしくは駆動力の増大要求時に前記ハイブリッド車両の走行状態を前記電動車両状態から前記ハイブリッド車両状態へ切り替える場合、前記第１電動機の出力と前記クラッチ機構の係合・解放動作とを協調制御することにより、前記駆動軸の回転数を維持もしくは低下させないようにしつつ前記クランク軸の回転数を上昇させた状態で、前記内燃機関を始動させる内燃機関始動手段を備えていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記内燃機関始動手段は、前記クランク軸の回転数を前記内燃機関の自律回転が可能な回転数の下限値として予め定めた始動可能回転数以上に上昇させた状態で、前記内燃機関を始動させる手段を含む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。
3. 前記内燃機関と前記第１電動機とは、前記内燃機関の動力を前記第１電動機と前記駆動輪とに分割する動力分割機構を介して相互に動力伝達が可能なように連結されていて、
   前記クラッチ機構は、前記トルク伝達経路における前記動力分割機構と前記駆動軸との間に設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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