JP4325732B2

JP4325732B2 - ハイブリッド型の車両用駆動システム

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Publication number: JP4325732B2
Application number: JP2008175393A
Authority: JP
Inventors: 淳田端; 周二永野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: JP2008296907A

Description

本発明はハイブリッド型の車両用駆動システムに係り、特に、スムーズな発進性能が得られる駆動システムに関するものである。

移動体を移動させるための移動用駆動力源として、第１駆動力源と、その第１駆動力源よりも定格出力が小さい第２駆動力源と、を有する移動体の駆動システムが知られている。燃料の燃焼で作動するエンジンと電気エネルギーで作動する電動モータとを車両走行用の駆動力源として備えているハイブリッド型の車両用駆動システムはその一例で、一般にエンジンの方が電動モータよりも定格出力が大きい。特許文献１に記載されている装置はその一例で、シンプルプラネタリ型の遊星歯車装置から成る副変速機が設けられ、２つのクラッチの係合状態によって電動モータのみを駆動力源とするモータ走行モード、エンジンのみを駆動力源とするエンジン走行モードなど種々の走行モードが成立させられるようになっている。そして、このような車両用駆動システムにおいては、一般に車両停止時にはエンジンも停止させられ、モータ走行モードで発進してからエンジンを始動してエンジン走行モードに切り換えるようになっているのが普通である。
特開平１０−１３６５０８号公報

しかしながら、このようにモータ走行モードで発進してからエンジンを始動してエンジン走行モードに移行する場合、エンジンの始動が遅かったり始動できなかったりすると、駆動力が不足してもたつき感を生じる可能性がある。大きな出力が得られる大容量の電動モータを走行用駆動力源として搭載しておけば、エンジンの始動不可時等にその電動モータを通常よりも高出力まで作動させることにより、駆動力不足を軽減或いは解消できるが、通常の走行時には必要ない過剰品質になってコスト高になるとともに、大型で大きな設置スペースが必要になる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、電動モータとして定格出力が小さい小型で安価なものを採用しつつ、定格出力が大きいエンジンの作動開始遅れや作動不可に伴う駆動力不足を改善することにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 車両を走行させるための走行用駆動力源として、燃料の燃焼で作動するエンジンと、そのエンジンよりも定格出力が小さいとともに電気エネルギーで作動する電動モータとを有し、無段変速機を介して駆動輪に駆動力を伝達するとともに、(b) 前記エンジンを前記走行用駆動力源として使用するために始動用モータジェネレータによって始動するエンジン始動手段を備えており、(c) シフトレバーの操作位置が走行ポジションでの前記エンジンの停止時には前記電動モータのみで走行するモータ走行モードとして駆動力を発生するハイブリッド型の車両用駆動システムにおいて、(d) 前記モータ走行モード時に、前記エンジン始動手段によって前記エンジンが始動させられる際に、そのエンジンの始動が遅い場合或いは始動ができない場合には、前記電動モータをエンジンの代わりに使用して駆動力を発生させるとともに、必要に応じてその電動モータを定格出力を越えて作動させる補助駆動制御手段を有し、且つ、(e) その補助駆動制御手段により前記エンジンの代わりに前記電動モータを使用して駆動力を発生させる制御の継続時間ＴＳが所定時間Ｔ１以上になった場合、或いはその電動モータに電気エネルギーを供給して作動させるバッテリの蓄電量ＳＯＣが所定の下限値ＳＯＣ_L2以下になった場合には、その補助駆動制御手段によりエンジンの代わりに電動モータを使用して駆動力を発生させる制御を中止することを特徴とする。

なお、「定格出力」とは、連続して使用できる最大出力で、例えば電動モータの場合は、「モータを定格回転数で連続運転した時、温度上昇が限度を超えない範囲で一定値に達した時のモータ出力」で、定格回転数は「定格出力で運転するモータの回転速度。最大トルクで加減速を行っても支障のない回転数」である。したがって、短時間であれば駆動力源の耐久性を損なうことなく、その定格出力を越えて作動させることができる。

また、駆動力源が、例えば燃料電池から供給される電気エネルギーで作動する電動モータの場合、その駆動力源の定格出力は、燃料電池の定格発電量および電動モータの定格出力のうち低い方によって定まる。すなわち、電動モータの定格出力に余裕があり、燃料電池の発電量が定格発電量に達しても電動モータが定格出力に達しない場合は、燃料電池の定格発電量で駆動力源の定格出力は規定され、その定格発電量で作動させられる時の電動モータの出力が駆動力源の定格出力になる。一方、燃料電池の定格発電量に余裕があり、電動モータの出力が定格出力に達しても燃料電池が定格発電量に達しない場合は、電動モータの定格出力がそのまま駆動力源の定格出力になる。

第２発明は、第１発明のハイブリッド型の車両用駆動システムにおいて、前記補助駆動制御手段は、前記電動モータの停止時において、前記エンジン始動手段によって前記エンジンが始動させられる際に、そのエンジンの始動時間が所定時間を越える場合には、そのエンジンよりも始動時間が短いその電動モータを始動させるとともに、必要に応じてその電動モータを定格出力を越えて作動させることを特徴とする。

第３発明は、第１発明のハイブリッド型の車両用駆動システムにおいて、前記補助駆動制御手段は、前記エンジン始動手段によって前記エンジンが始動させられる際に、そのエンジンの始動が遅い場合或いはそのエンジンの始動ができない場合には、そのエンジンの代りに前記モータ走行モードで使用していた前記電動モータをそのまま使用して駆動力を発生させるとともに、必要に応じてその電動モータを定格出力を越えて作動させるものであることを特徴とする。

本発明のハイブリッド型の車両用駆動システムにおいては、エンジン始動手段によってエンジンが始動させられる際に、そのエンジンの始動が遅い場合或いはエンジンの始動ができない場合には、補助駆動制御手段によって電動モータを用いて駆動力が発生させられるとともに、その電動モータは必要に応じて定格出力を越えて作動させられる一方、その補助駆動制御手段によりエンジンの代わりに電動モータを使用して駆動力を発生させる制御の継続時間ＴＳが所定時間Ｔ１以上になった場合、或いはその電動モータに電気エネルギーを供給して作動させるバッテリの蓄電量ＳＯＣが所定の下限値ＳＯＣ_L2以下になった場合には、その補助駆動制御手段によりエンジンの代わりに電動モータを使用して駆動力を発生させる制御が中止されるため、電動モータとして定格出力が小さい安価でコンパクトなものを採用しつつ、エンジンの始動遅れや始動不可に伴う駆動力不足が改善される。

これにより、モータ走行モードからエンジン走行モード（或いはエンジン＋モータ走行モード）への移行時に、エンジンの始動遅れに起因してもたつき感が生じたり、エンジンの始動不可によって走行不能になったりすることが防止される。また、走行用駆動力源である電動モータを用いて駆動力不足を補うため、モータ走行モードで使用していた電動モータをそのまま用いて高出力まで引っ張って走行すれば良く、始動用モータジェネレータや補機駆動用の電動モータを用いる場合に比較して、駆動力を滑らかに増大させることができるとともに制御が容易である。

第２発明では、エンジンの始動時間が所定時間を越える場合には、補助駆動制御手段によりエンジンよりも始動時間が短い電動モータを始動させるとともに、必要に応じてその電動モータを定格出力を越えて作動させるため、電動モータとして定格出力が小さい安価でコンパクトなものを採用しつつ、エンジンの作動開始遅れや作動不可に伴う駆動力不足が改善される。また、走行用駆動力源である電動モータを用いて駆動力不足を補うため、通常は走行用駆動力源として使用しない第３駆動力源を用いる場合に比較して、駆動力を滑らかに増大させることができるとともに制御が容易である。

第３発明では、エンジン始動手段によってエンジンが始動させられる際に、そのエンジンの始動が遅い場合或いはエンジンの始動ができない場合には、そのエンジンの代りにモータ走行モードで使用していた電動モータをそのまま使用して駆動力が発生させられるとともに、その電動モータは必要に応じて定格出力を越えて作動させられるため、電動モータとして定格出力が小さい安価でコンパクトなものを採用しつつ、エンジンの始動遅れや始動不可に伴う駆動力不足が改善される。

これにより、モータ走行モードからエンジン走行モード或いはエンジン＋モータ走行モードへの移行時のエンジン始動遅れの場合、モータ走行モードで使用していた電動モータをそのまま用いて高出力まで引っ張って走行することになるため、エンジン始動用の電動モータや補機駆動用の電動モータを用いる場合に比較して、駆動力を滑らかに増大させることができるとともに制御が容易である。

ハイブリッド型の車両用駆動システムとしては、電動モータのみで走行するモータ走行モードで発進した後に、エンジンを始動してエンジン走行モード或いはエンジン＋モータ走行モードへ切り換える場合に好適に適用されるが、エンジン走行モードで発進するとともに必要に応じて電動モータを作動させてアシストする場合など、種々の車両用駆動システムに適用され得る。

走行用駆動力源として使用される電動モータとしては、数十Ｖ程度の比較的低電圧で作動する安価でコンパクトなものを用いることが望ましいが、数百Ｖ等の高電圧で作動する電動モータを用いることも可能である。電動モータとしては、駆動力源としてトルクを発生するだけでなく、車両の運動エネルギーで回転駆動されることにより発電することが可能なモータジェネレータが好適に用いられる。エンジンとしては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどが好適に用いられる。

エンジンが性能的に始動が遅く、エンジンの始動時には常に補助駆動制御手段によって駆動力が発生させられるように構成することもできるが、例えばエンジンの始動が予め定められた所定時間よりも遅いか否かを判断する始動遅れ判断手段を設け、その始動遅れ判断手段によって始動が遅い旨の判断が為された場合にのみ補助駆動制御手段によって駆動力を発生させるようにしても良い。

電動モータには、例えば燃料電池から電気エネルギーが供給されるように構成されるが、バッテリ等の二次電池のみから電気エネルギーが供給されるものでも良く、電気エネルギーの供給量を増大させるなどして電動モータの定格出力を越えて作動させることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明が適用されたハイブリッド型の車両用駆動システムであるハイブリッド駆動装置１０の骨子図である。このハイブリッド駆動装置１０はＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車両用のもので、燃料の燃焼によって作動するガソリンエンジン１２と、電気エネルギーで作動する電動モータおよび発電機としての機能を有するモータジェネレータ１４と、遊星歯車式の副変速機１６と、ベルト式の無段変速機１８と、差動装置２０とを備えており、出力軸２２Ｒ、２２Ｌから図示しない左右の前輪（駆動輪）に駆動力が伝達される。エンジン１２、モータジェネレータ１４、副変速機１６、および無段変速機１８の入力軸３８は、同一の軸線上にその順番で配設されている。エンジン１２およびモータジェネレータ１４は、移動体である車両を移動させるための移動用駆動力源、走行用駆動力源に相当するもので、エンジン１２は第１駆動力源であり、モータジェネレータ１４はエンジン１２よりも定格出力が小さく且つ始動時間が短い第２駆動力源である。また、無段変速機１８は主変速機で、本実施例では出力軸２２Ｒ、２２Ｌまでの間で３〜１１程度の変速比が得られるようになっている。

エンジン１２は、エンジン始動用の電動モータ（ＭＯ）６０によって回転駆動（クランキング）されることにより始動させられるようになっている。この電動モータ６０は直流モータで、１２Ｖ〜３６Ｖ程度等の低電圧で作動させられるものであり、蓄電装置としてのバッテリ２６から電気エネルギーが供給されるようになっている。エンジン１２のクランクシャフト１２ｓは、ベルト等の伝動装置を介して上記電動モータ６０に機械的に連結されている。クランクシャフト１２ｓにはまた、ベルト等の伝動装置および電磁クラッチ６２を介して補機６４が接続され、補機６４としてのエアコンのコンプレッサ等を回転駆動するようになっている。クランクシャフト１２ｓには更に、ベルト等の伝動装置を介してモータジェネレータ２４が接続されている。このモータジェネレータ２４は補機駆動用の電動モータで、バッテリ２６から電気エネルギーが供給されるようになっている。

バッテリ２６は、前記モータジェネレータ１４にも電気エネルギーを供給して作動させるもので、本実施例では３６Ｖ程度の比較的低電圧のものが用いられており、モータジェネレータ１４の回生制動によって車両走行中に逐次充電される。バッテリ２６の蓄電量ＳＯＣが所定値以下まで低下した時、すなわちモータジェネレータ１４を電動モータとして作動させることができない場合は、電動モータ６０によりエンジン１２を始動するとともに、そのエンジン１２でモータジェネレータ２４を回転駆動して発電させることにより、バッテリ２６を充電する。これにより、故障時以外は常時モータジェネレータ１４を用いて走行することが可能である。バッテリ２６には、電動モータ６０によってエンジン１２を始動できる程度の蓄電量ＳＯＣが常に確保されるようになっている。なお、電動モータ６０に電気エネルギーを供給するため、バッテリ２６とは別に１２Ｖ等のバッテリを設けるようにしても良い。

副変速機１６は、互いに近接して並列に配設されたダブルプラネタリ型の第１遊星歯車装置３０およびシンプルプラネタリ型の第２遊星歯車装置３２を備えている。これらの遊星歯車装置３０、３２は、共通のリングギヤＲおよびキャリアＣを有するとともに、第１遊星歯車装置３０のキャリアのリングギヤ側のピニオンギヤと第２遊星歯車装置３２のキャリアのピニオンギヤとが一体化されているラビニヨ型である。そして、第１遊星歯車装置３０のサンギヤＳ１には、前記モータジェネレータ１４が連結され、第２遊星歯車装置３２のサンギヤＳ２には、第１クラッチＣ１およびダンパ装置３４を介してエンジン１２が連結されるようになっている。また、それ等のサンギヤＳ１およびＳ２は第２クラッチＣ２によって連結されるとともに、キャリアＣは反力ブレーキＢによってハウジング４４に連結されて回転が阻止されるようになっており、リングギヤＲは出力部材３６を介して無段変速機１８の入力軸３８に連結されている。クラッチＣ１、Ｃ２、反力ブレーキＢは、何れも油圧アクチュエータによって摩擦係合させられる摩擦係合式のものである。

上記サンギヤＳ１は、第１遊星歯車装置３０に隣接して配設されるモータジェネレータ１４の中心を貫通して配設された円筒状の連結部材４０を介して、そのモータジェネレータ１４よりもエンジン１２側に設けられた第２クラッチＣ２に接続されており、モータジェネレータ１４のロータは連結部材４０の中間位置に相対回転不能に固定されている。サンギヤＳ２は、上記連結部材４０を挿通して相対回転可能に配設された連結部材４２を介して、モータジェネレータ１４よりもエンジン１２側に設けられた第１クラッチＣ１に接続されているとともに、その第１クラッチＣ１を経由することなく第２クラッチＣ２に接続されている。また、前記反力ブレーキＢは、副変速機１６とモータジェネレータ１４との間から外周側へ延び出すキャリアＣをハウジング４４に固定するように配設されている。

このように両遊星歯車装置３０、３２は、サンギヤＳ１、Ｓ２、および共通のリングギヤＲ、キャリアＣの計４つの回転要素にて構成されているため、クラッチやブレーキの係合装置が少なくて済むなど、装置が全体として簡単且つコンパクトに構成される。特に、第１遊星歯車装置３０のキャリアのリングギヤ側のピニオンギヤと第２遊星歯車装置３２のキャリアのピニオンギヤとが一体化されているラビニヨ型であるため、部品点数が少なくなって一層簡単且つコンパクトに構成される。

また、サンギヤＳ１は、モータジェネレータ１４の中心を貫通して配設された円筒状の連結部材４０を介して第２クラッチＣ２に接続されているとともに、モータジェネレータ１４のロータはその連結部材４０の中間位置に相対回転不能に固定されている一方、サンギヤＳ２は、連結部材４０を挿通して相対回転可能に配設された連結部材４２を介して第１クラッチＣ１に接続されているとともに、その連結部材４２は第１クラッチＣ１を経由することなく第２クラッチＣ２に接続されており、反力ブレーキＢは、副変速機１６とモータジェネレータ１４との間から外周側へ延び出すキャリアＣをハウジング４４に固定するようになっており、リングギヤＲはそのまま出力部材３６を介して無段変速機１８の入力軸３８に接続されるため、エンジン１２やモータジェネレータ１４、反力ブレーキＢ、出力部材３６を連結するための取り回し（連結構造など）が簡単である。

図２は、上記副変速機１６の各回転要素Ｓ１、Ｓ２、Ｒ、Ｃの回転数の相互関係を直線で表す共線図で、縦軸が回転数であり、各回転要素Ｓ１、Ｓ２、Ｒ、Ｃの位置および間隔は、連結状態や遊星歯車装置３０、３２のギヤ比ρ１、ρ２によって一義的に定まる。この共線図上において、入力回転要素であるサンギヤＳ１、Ｓ２は互いに反対側の両端に位置しているとともに、出力用回転要素であるリングギヤＲは反力用回転要素であるキャリアＣとサンギヤＳ１との間に位置している。なお、図２における各回転要素Ｓ１、Ｓ２、Ｒ、Ｃの間隔は、ギヤ比ρ１、ρ２に基づいて必ずしも正確に表したものではない。

図３は、クラッチＣ１、Ｃ２、および反力ブレーキＢの係合状態と副変速機１６の変速モード（一例）との関係を示す図で、エンジン１２を駆動力源として使用する場合、モータジェネレータ１４を駆動力源として使用する場合、或いはシフトレバーの操作ポジション（図６参照）などにより場合分けして示したものである。図６の「Ｄ」ポジションは、予め定められた変速条件に従って無段変速機１８の変速比をアクセル操作量や車速などの運転状態に応じて連続的に変化させながら前進走行する自動変速位置で、「Ｍ」ポジションは、「＋」位置または「−」位置へシフトレバーが操作されることにより有段変速機のように無段変速機１８の変速比を段階的に変化させる有段手動変速位置で、「Ｂ」ポジションは、シフトレバーの前後方向位置に応じて無段変速機１８の変速比を連続的に変化させる無段手動変速位置である。また、「Ｒ」は車両を後進させるリバース位置で、「Ｎ」はニュートラル位置で、「Ｐ」はパーキングロック機構などで車両の走行を阻止するパーキング位置である。

図３において、エンジン１２を駆動力源として前進走行する「Ｄ」、「Ｍ」、「Ｂ」ポジションでは、クラッチＣ１、Ｃ２を共に係合させるとともに反力ブレーキＢを解放することにより、変速比が１の高速前進モード「２ｎｄ」が成立させられる。この高速前進モード「２ｎｄ」は高速段に相当する。その場合に、第１クラッチＣ１をスリップ係合させれば、エンジン発進が可能なエンジン低速前進モード「２ｎｄ（低速）」が成立させられ、バッテリ２６の蓄電量ＳＯＣの低下や故障などでモータジェネレータ１４を使用できない場合でも、エンジン１２で前進方向のクリープトルクを発生させたり車両を前方へ発進させたりすることができる。「Ｒ」ポジションでは、第１クラッチＣ１および反力ブレーキＢを係合させるとともに第２クラッチＣ２を解放することにより、変速比が−１／ρ２（ρ２は、第２遊星歯車装置３２のギヤ比（＝サンギヤＳ２の歯数／リングギヤＲの歯数））の高速後進モード「高速」が成立させられる。その場合に第１クラッチＣ１をスリップ係合させれば、前進時と同様にエンジン発進が可能なエンジン低速後進モード「低速（エンジン）」が成立させられ、バッテリ２６の蓄電量ＳＯＣの低下や故障などでモータジェネレータ１４を使用できない場合でも、エンジン１２で後進方向のクリープトルクを発生させたり車両を後方へ発進させたりすることができる。また、「Ｎ」ポジションでは、クラッチＣ１、Ｃ２を共に解放するとともに反力ブレーキＢを係合させることにより、エンジン１２からの動力伝達を遮断する。

モータジェネレータ１４を駆動力源とする「Ｄ」、「Ｍ」、「Ｂ」ポジションでは、クラッチＣ１、Ｃ２を共に解放するとともに反力ブレーキＢを係合させることにより低速前進モード「１ｓｔ」が成立させられ、車両停止時には前進方向のクリープトルクを発生させるとともにアクセル操作に従って発進する。この時の変速比は１／ρ１（ρ１は第１遊星歯車装置３０のギヤ比（＝サンギヤＳ１の歯数／リングギヤＲの歯数））で比較的大きく、大きなトルク増幅が得られるため、無段変速機１８の大きな変速比と相まって、３６Ｖ程度の電圧によって作動させられるモータジェネレータ１４においても、実用上満足できるクリープトルクや発進性能が得られる。この低速前進モード「１ｓｔ」は低速段である。

そして、上記低速前進モード「１ｓｔ」からエンジン１２による高速前進モード「２ｎｄ」への移行は、例えば、第２クラッチＣ２を係合させながら反力ブレーキＢを解放して副変速機１６を一体回転させるとともに、エンジン１２の回転数がサンギヤＳ２と同期した後に第１クラッチＣ１を係合させ、その後にモータジェネレータ１４への電力供給を停止して無負荷状態にする。

また、クラッチＣ１、Ｃ２を共に係合させるとともに反力ブレーキＢを解放することにより、エンジン１２およびモータジェネレータ１４の両方を駆動力源として走行する変速比が１のアシストモード「２ｎｄ（アシスト）」が成立させられ、第１クラッチＣ１および反力ブレーキＢを解放するとともに第２クラッチＣ２を係合させれば、モータジェネレータ１４を回生制御して効率良く充電しながら制動力を発生させる変速比が１の回生制動モード「２ｎｄ（回生）」が成立させられる。なお、アシストモード「２ｎｄ（アシスト）」は、エンジン１２による高速前進モード「２ｎｄ」の実行時にモータジェネレータ１４を作動させれば良いし、回生制動モード「２ｎｄ（回生）」は、エンジン１２による高速前進モード「２ｎｄ」の実行時に第１クラッチＣ１を解放してエンジン１２を切り離すとともにモータジェネレータ１４を回生制御すれば良い。また、アシストモード「２ｎｄ（アシスト）」は、第１クラッチＣ１をスリップ係合させるエンジン低速前進モード「２ｎｄ（低速）」でモータジェネレータ１４を作動させて行うこともできる。

また、モータジェネレータ１４を駆動力源とする「Ｒ」ポジションでは、クラッチＣ１、Ｃ２を共に解放するとともに反力ブレーキＢを係合させることにより低速後進モード「低速（モータ）」が成立させられ、モータジェネレータ１４に逆回転のトルクを発生させることにより、車両停止時には後進方向のクリープトルクを発生させるとともにアクセル操作に従って後方へ発進する。この時の変速比は−１／ρ１で比較的大きく、大きなトルク増幅が得られるため、無段変速機１８の大きな変速比と相まって、３６Ｖ程度の電圧によって作動させられるモータジェネレータ１４においても、実用上満足できるクリープトルクや発進性能が得られる。この低速後進モード「低速（モータ）」も低速段である。そして、この低速後進モード「低速（モータ）」からエンジン１２による高速後進モード「高速」への移行は、エンジン１２を作動させて第１クラッチＣ１を係合させた後にモータジェネレータ１４への電力供給を停止して無負荷状態にすれば良い。

上記エンジン１２およびモータジェネレータ１４の使い分けは、例えば車速およびアウトプットトルク（アクセル操作量）をパラメータとして、図４の(a) のマップＭ１、または(b) のマップＭ２に示すように定められる。ここで、(a) のマップＭ１では、高車速、高トルク（アクセル操作量大）の領域ではエンジン１２を使用し、低車速、低トルク（アクセル操作量小）の領域ではモータジェネレータ１４を使用するが、低電圧のモータジェネレータ１４を使用する本実施例では、モータジェネレータ１４の使用範囲は比較的狭く、車両停止時のクリープトルクおよび僅かな走行領域に限定されている。マップＭ１、Ｍ２は、バッテリ２６の蓄電量ＳＯＣなど車両の走行条件等に応じて選択され、例えばバッテリ２６の蓄電量ＳＯＣが不足している場合はマップＭ２が選択される。図４は前進走行用のものであるが、後進走行についても同様に定められる。なお、エンジン１２を駆動力源とする上記「２ｎｄ」、「２ｎｄ（低速）」の領域でモータジェネレータ１４をアシスト的に使用することも可能である。また、各領域の境界線は、無段変速機１８の変速比などに応じて変化する。

図５は、本実施例のハイブリッド駆動装置１０の作動を制御する制御系統を示す図で、ＥＣＵ（Electronic Control Unit)５０には図５の左側に示すスイッチやセンサ等から各種の信号が入力されるとともに、ＲＯＭ等に予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行って右側に示す各種の装置等に制御信号などを出力することにより、例えば車速Ｖやアクセル開度（アクセルペダルの操作量）θ、シフトポジション（シフトレバーの操作位置）、バッテリ蓄電量ＳＯＣ、フットブレーキの操作量などの運転状態に応じて副変速機１６の変速モードを切り換えたり、エンジン１２およびモータジェネレータ１４の作動を制御したりする。

図５の減速度／トルク設定スイッチ５２は、例えば図７に示すようなスライドスイッチによって構成され、シフトレバーの近傍などに配設される。これは、副変速機１６が回生制動モード「２ｎｄ（回生）」の時のモータジェネレータ１４の回生制動トルクを手動で調整するもので、手前に引く程制動トルクは増大する。すなわち、この減速度／トルク設定スイッチ５２の操作位置に従って、図４の回生制動モード「２ｎｄ（回生）」のラインは上下に移動させられるのである。また、図８の設定減速度インジケータ５４には、減速度／トルク設定スイッチ５２の操作位置に応じて、回生制動トルクが大きくなる程長さが長くなる後向きの矢印で設定状態が表示される。この設定減速度インジケータ５４は、インストルメントパネルに設けられる。

また、図５のコントローラ（ＭＯ）６６はエンジン始動用の電動モータ６０の出力（トルク）制御を行うもので、コントローラ（ＭＧ１４）６８、コントローラ（ＭＧ２４）７０はモータジェネレータ１４、２４の出力（トルク）制御および回生制御等を行うインバータで、電動オイルポンプ７２は前記クラッチＣ１、Ｃ２やブレーキＢ、或いはＡＢＳアクチュエータ７４等に油圧を供給するためのものである。システムインジケータ７６は、シフトレバーが前記「Ｍ」ポジションまたは「Ｂ」ポジションへ操作された場合にアクティブになり、無段変速機全体の変速比を図９に示すように数値表示する。何等かの理由により「Ｍ」ポジション、「Ｂ」ポジションで変速比が点灯しない場合はフェール判定が為される。フェール時には、変速比を点滅させるようにしても良い。

図１０は、車両を停止状態に維持するヒルホールド油圧の特性図である。ヒルホールド油圧は、車輪に設けられたホイールシリンダの油圧で、図５のＡＢＳアクチュエータ７４によって制御されるものであり、フットブレーキのペダルストロークに応じて制御されるようになっている。本実施例では、図５のフットブレーキアッパスイッチ７８およびフットブレーキロアスイッチ８０によってペダルストロークを２段階で検出するようになっており、フットブレーキアッパスイッチ７８がＯＮでフットブレーキロアスイッチ８０がＯＦＦの踏込み量（ペダルストローク）が小さいＢＳ１〜ＢＳ２の領域では５０％の油圧でヒルホールドを実施し、フットブレーキロアスイッチ８０がＯＮになる踏込み量が大きいＢＳ２以上の領域では１００％の油圧でヒルホールドを実施する。なお、フットブレーキのペダルストロークを連続的に検出して、一点鎖線で示すようにヒルホールド油圧を連続的に変化させるようにしても良い。

一方、エンジン１２を駆動力源として使用するために始動する際には、前記ＥＣＵ５０により図１１のフローチャートに従って信号処理が行われる。ステップＳ１では、本制御に必要な各種の信号を読み込む等の入力信号処理を行い、ステップＳ２では、シフトポジションスイッチ８２（図５参照）から供給される信号に基づいてシフトレバーの操作位置が走行ポジション、すなわち「Ｄ」、「Ｍ」、「Ｂ」、または「Ｒ」であるか否かを判断する。走行ポジションであれば、ステップＳ３においてエンジン１２を走行用の駆動力源として使用するためのエンジン始動条件が成立しているか否か、すなわちモータ走行モードからエンジン走行モード或いはエンジン＋モータ走行モードへ移行するか否か、または単純にエンジン１２を始動して走行するか否かなどを判断する。具体的には、前記図４の(a) のマップＭ１において、車速Ｖおよびアクセル操作量θ等がモータジェネレータ１４による低速前進モード「１ｓｔ」からエンジン１２によるエンジン低速前進モード「２ｎｄ（低速）」または高速前進モード「２ｎｄ」へ移行する条件を満たしているか否か、或いはバッテリ２６の蓄電量不足などで図４の(b) のマップＭ２に切り換えられるなどしてエンジン１２によるエンジン低速前進モード「２ｎｄ（低速）」または高速前進モード「２ｎｄ」を新たに実行する条件を満たしているか否か等である。

そして、エンジン始動条件が成立している場合には、ステップＳ４においてエンジン始動用電動モータ６０によりエンジン１２をクランキングするとともに点火時期制御や燃料噴射制御などを行う。このエンジン始動処理の実行時には、第１クラッチＣ１は解放され、エンジン１２が駆動力伝達系から切り離されている。ＥＣＵ５０による信号処理のうちステップＳ４を実行する部分はエンジン始動手段として機能している。次のステップＳ５では、予め定められた所定の時間内に実際にエンジン１２が始動したか否かを判断し、エンジン１２が始動すればステップＳ６においてエンジン１２を駆動力源とする通常の走行制御を行うが、故障など何等かの理由で所定の時間内にエンジン１２が始動しない場合にはステップＳ５に続いてステップＳ７以下を実行し、エンジン始動用の電動モータ６０を用いて駆動力を発生させる。ＥＣＵ５０による信号処理のうちステップＳ５を実行する部分は始動遅れ判断手段として機能している。

ステップＳ７では、電磁クラッチ６２を解放して補機６４を切り離すことにより、駆動力を発生させる電動モータ６０の負担を軽減する。ステップＳ８では第１クラッチＣ１を係合させてエンジン１２を副変速機１６に接続し、エンジン１２の回転が副変速機１６、ベルト式無段変速機１８等の駆動力伝達系を経て出力軸２２Ｒ、２２Ｌから駆動輪まで伝達されるようにする。第１クラッチＣ１の他にも前進走行時には第２クラッチＣ２が係合させられ、後進走行時には反力ブレーキＢが係合させられる。そして、ステップＳ９のＭＯ特殊制御では、電動モータ６０をステップＳ４のエンジン始動時よりも大きなトルクで作動させて、エンジン１２を回転させながら駆動力を発生させる。具体的には、電動モータ６０の出力を、定格出力を越えて最大限まで引き上げてエンジン１２の始動遅れに伴う駆動力不足を補い、車両を走行可能としたり、所定の駆動力を発生させたりするのである。電動モータ６０は直流モータであるため、容易にこのような制御が可能である。ＥＣＵ５０による信号処理のうちステップＳ８およびＳ９を実行する部分は補助駆動制御手段として機能しており、エンジン始動用の電動モータ６０は通常は走行用駆動力源として使用しない第３駆動力源に相当する。また、電動モータ６０の始動時間はエンジン１２よりも十分に短く、速やかに駆動力を発生させることができる。また、上記クラッチＣ１、Ｃ２、ブレーキＢは、第３駆動力源の駆動力が駆動輪へ伝達されるように係合させられる係合装置である。

なお、上記電動モータ６０の特殊制御時にはモータジェネレータ１４も作動させられ、両方の出力を加えた駆動力が発生させられる。すなわち、エンジン＋モータ走行モードへ移行する場合は勿論、エンジン走行モードへ移行する場合にも、モータジェネレータ１４は所定の出力で作動させられ、電動モータ６０と共にエンジン１２の代わりに所定の駆動力を発生させるのである。

ステップＳ１０では、ＭＯ特殊制御を中止するか否かを判断し、中止する場合には直ちにステップＳ１２を実行してＭＯ特殊制御を中止する。中止条件としては、例えば図５のイグニッションスイッチ（ハイブリッド車両の駆動システムのＯＮ、ＯＦＦを切り換えるスイッチ）８４がＯＦＦ操作された時、シフトレバーが「Ｎ」ポジションや「Ｐ」ポジションへ切換え操作された時、ＭＯ特殊制御が所定時間以上経過した時、燃料噴射等のエンジン始動処理を継続して行っている場合にエンジン１２が始動した時などである。また、ステップＳ１１では、バッテリ２６の蓄電量ＳＯＣが下限値ＳＯＣ_L1以下になったか否かを判断し、ＳＯＣ≦ＳＯＣ_L1になった場合もステップＳ１２でＭＯ特殊制御を中止する。下限値ＳＯＣ_L1は、例えばバッテリ２６の蓄電量ＳＯＣがＭＯ特殊制御に耐え得る程残っているか否か等を基準にして定められる。

このように、本実施例のハイブリッド駆動装置１０は、エンジン１２を駆動力源として走行するためにステップＳ４でエンジン１２が始動させられる際に、そのエンジン１２の始動が遅い場合には、ステップＳ５の判断がＮＯになってステップＳ７以下が実行され、モータジェネレータ１４の他にエンジン始動用の電動モータ６０を用いて駆動力が発生させられるため、第２駆動力源であるモータジェネレータ１４として定格出力が小さい安価でコンパクトなものを採用しつつ、エンジン１２の始動遅れや始動不可に伴う駆動力不足が改善される。これにより、モータ走行モードからエンジン走行モードへの移行時、或いはエンジン１２を駆動力源として発進する際に、エンジン１２の始動遅れに起因してもたつき感が生じたりエンジン１２の始動不可によって走行不能になったりすることが防止される。

なお、上記実施例では第３駆動力源としてエンジン始動用の電動モータ６０を用いて駆動力不足を補うようになっていたが、補機駆動用のモータジェネレータ２４を用いて駆動力不足を補うこともできる。すなわち、ステップＳ９において、電動モータ６０を用いる代わりにモータジェネレータ２４を力行制御して、エンジン１２を回転させながら所定の駆動力を発生させるのである。モータジェネレータ２４は交流モータで、インバータにより制御されるが、予め大電流を流せるように設計することにより、一時的であれば定格出力を越える大きなトルクを発生させることができる。

上記モータジェネレータ２４を用いてエンジン１２を始動させることも可能で、その場合は電動モータ６０を省略できる。その場合のモータジェネレータ２４は、補機駆動用の電動モータおよび始動用モータジェネレータとして機能する。

また、図１２は、車両走行用の第２駆動力源として用いられるモータジェネレータ１４を特殊制御して、エンジン１２の始動遅れに伴う駆動力不足を補う場合で、ステップＳＳ１〜ＳＳ６は図１１のステップＳ１〜Ｓ６と実質的に同じであり、ステップＳＳ７ではエンジン１２の始動遅れに伴う駆動力不足を補うように、バッテリ２６からの電気エネルギー供給量を増大させるなどしてモータジェネレータ１４を、その定格出力を越える大トルクで作動させて走行する。モータジェネレータ１４は交流モータで、インバータにより制御されるが、予め大電流を流せるように設計することにより、一時的であれば定格出力を越える大きなトルクを発生させることができる。

ステップＳＳ８では、ステップＳＳ７のＭＧ特殊制御を中止するか否かを判断し、中止する場合には直ちにステップＳＳ１１を実行してＭＧ特殊制御を中止する。中止条件としては、例えばイグニッションスイッチ８４がＯＦＦ操作された時、シフトレバーが「Ｎ」ポジションや「Ｐ」ポジションへ切換え操作された時、ステップＳＳ４のエンジン始動処理を継続して行っている場合にエンジン１２が始動した時などである。また、ステップＳＳ９でバッテリ２６の蓄電量ＳＯＣが下限値ＳＯＣ_L2以下になったか否かを判断するとともに、ステップＳＳ１０でＭＧ特殊制御の継続時間ＴＳが所定時間Ｔ１以上になったか否かを判断し、ＳＯＣ≦ＳＯＣ_L2或いはＴＳ≧Ｔ１になった場合もステップＳＳ１１でＭＧ特殊制御を中止する。下限値ＳＯＣ_L2は、例えばバッテリ２６の蓄電量ＳＯＣがＭＧ特殊制御に耐え得る程残っているか否か等を基準にして定められ、一定時間Ｔ１は、連続高出力によるモータジェネレータ１４の熱的限界等を基準にして定められる。

この場合も前記実施例と同様の効果が得られる。特に、モータ走行モードからエンジン走行モード或いはエンジン＋モータ走行モードへの移行時のエンジン始動遅れの場合、モータ走行モードで使用していたモータジェネレータ１４をそのまま用いて高トルクまで引っ張って走行することになるため、前記実施例のように別の電動モータ６０やモータジェネレータ２４を用いて駆動力を発生させる場合に比較して、駆動力を滑らかに増大させることができるとともに制御が容易である。

この実施例において、電動モータ６０の代わりにモータジェネレータ２４を用いてエンジン１２を始動させる場合は、第１発明〜第３発明の実施例で、ＥＣＵ５０による信号処理のうちステップＳＳ４を実行する部分がエンジン始動手段として機能しており、ステップＳＳ５を実行する部分が始動遅れ判断手段として機能しており、ステップＳＳ７を実行する部分が補助駆動制御手段として機能している。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。

本発明が適用されたハイブリッド型の車両用駆動システムの一例であるハイブリッド駆動装置の骨子図である。図１の副変速機の各回転要素の回転数の相互関係を直線で示す共線図である。図１の副変速機で成立させられる変速モードと係合装置の係合状態との関係を示す図である。図１のハイブリッド駆動装置におけるモータジェネレータとエンジンとの使い分けを説明する図である。図１のハイブリッド駆動装置の制御系統を説明するブロック線図である。図１のハイブリッド駆動装置のシフトポジションを示す図である。図１のハイブリッド駆動装置が備えている減速度／トルク設定スイッチを示す図である。図７の減速度／トルク設定スイッチの設定状態を表示するインジケータを示す図である。図６の「Ｍ」または「Ｂ」ポジションへシフトレバーが操作された場合にアクティブになって変速比を表示するシステムインジケータを示す図である。ヒルホールド油圧とブレーキペダルストロークとの関係を示す図である。車両走行用の駆動力源としてエンジンを使用するために始動する際の作動を説明するフローチャートである。本発明の実施例を説明するフローチャートで、図１１に相当する図である。

符号の説明

１０：ハイブリッド駆動装置（ハイブリッド型の車両用駆動システム）１２：エンジン１４：モータジェネレータ（電動モータ）１８：無段変速機２４：モータジェネレータ（始動用モータジェネレータ）２６：バッテリＴＳ：継続時間Ｔ１：所定時間ＳＯＣ：蓄電量ＳＯＣ_L2：下限値
ステップＳＳ４：エンジン始動手段
ステップＳＳ７：補助駆動制御手段

Claims

車両を走行させるための走行用駆動力源として、燃料の燃焼で作動するエンジンと、該エンジンよりも定格出力が小さいとともに電気エネルギーで作動する電動モータとを有し、無段変速機を介して駆動輪に駆動力を伝達するとともに、
前記エンジンを前記走行用駆動力源として使用するために始動用モータジェネレータによって始動するエンジン始動手段を備えており、
シフトレバーの操作位置が走行ポジションでの前記エンジンの停止時には前記電動モータのみで走行するモータ走行モードとして駆動力を発生するハイブリッド型の車両用駆動システムにおいて、
前記モータ走行モード時に、前記エンジン始動手段によって前記エンジンが始動させられる際に、該エンジンの始動が遅い場合或いは始動ができない場合には、前記電動モータを該エンジンの代わりに使用して駆動力を発生させるとともに、必要に応じて該電動モータを定格出力を越えて作動させる補助駆動制御手段を有し、且つ、
該補助駆動制御手段により前記エンジンの代わりに前記電動モータを使用して駆動力を発生させる制御の継続時間ＴＳが所定時間Ｔ１以上になった場合、或いは該電動モータに電気エネルギーを供給して作動させるバッテリの蓄電量ＳＯＣが所定の下限値ＳＯＣ_L2以下になった場合には、該補助駆動制御手段により該エンジンの代わりに該電動モータを使用して駆動力を発生させる制御を中止する
ことを特徴とするハイブリッド型の車両用駆動システム。
前記補助駆動制御手段は、前記電動モータの停止時において、前記エンジン始動手段によって前記エンジンが始動させられる際に、該エンジンの始動時間が所定時間を越える場合には、該エンジンよりも始動時間が短い該電動モータを始動させるとともに、必要に応じて該電動モータを定格出力を越えて作動させる
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型の車両用駆動システム。
前記補助駆動制御手段は、前記エンジン始動手段によって前記エンジンが始動させられる際に、該エンジンの始動が遅い場合或いは該エンジンの始動ができない場合には、該エンジンの代りに前記モータ走行モードで使用していた前記電動モータをそのまま使用して駆動力を発生させるとともに、必要に応じて該電動モータを定格出力を越えて作動させるものである
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型の車両用駆動システム。