JPH10325344A

JPH10325344A - ハイブリッド駆動制御装置

Info

Publication number: JPH10325344A
Application number: JP13530397A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tabata; 淳田端; Yutaka Taga; 豊多賀; Takatsugu Ibaraki; 隆次茨木; Tsuyoshi Mikami; 強三上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1997-05-26
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンおよびモータジェネレータを協調制
御する運転モード（モード５）を有するハイブリッド駆
動制御装置において、モータジェネレータを大型化させ
ることなく、そのモード５が選択されている場合にエン
ジンの吹き上がりを防止する。【解決手段】ステップＳＡ１においてモード５が選択
されていると判断された場合には、ステップＳＡ３にお
いてスロットル弁開度θ_thが所定値θ_th ^*以下に制限さ
れるため、モータジェネレータ１４を大型化しなくと
も、エンジントルクＴ_Eに対して必要とされる反力トル
クをモータジェネレータ１２によって負担することが可
能で、エンジン１２の吹き上がりが防止されるようにな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３軸式動力入出力
手段を備えているハイブリッド駆動制御装置に係り、特
にエンジンおよびモータジェネレータを協調制御して出
力部材を回転駆動するハイブリッド駆動制御装置の改良
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】(a) 燃料の燃焼によって作動するエンジ
ンと、(b) 電動モータおよび発電機の少なくとも一方と
して用いられるモータジェネレータと、(c) 前記エンジ
ンに連結される第１回転要素、前記モータジェネレータ
に連結される第２回転要素、および出力部材に連結され
る第３回転要素を有して、それらの間で機械的に力を合
成、分配する３軸式動力入出力手段と、(d) 前記エンジ
ンおよび前記モータジェネレータを協調制御して前記出
力部材を回転駆動する協調駆動手段とを有するハイブリ
ッド駆動制御装置が知られている。例えば、米国特許Ｕ
ＳＰ５２５８６５１号に記載されているハイブリッド車
両の駆動制御装置はその一例で、３軸式動力入出力手段
として遊星歯車装置が用いられているとともに、その３
軸式動力入出力手段の２つの回転要素を連結して３軸式
動力入出力手段を一体回転させる直結クラッチを備えて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
協調制御を行うハイブリッド駆動制御装置においては、
エンジンの出力トルクに対して３軸式動力入出力手段に
よって定まる所定の反力トルク（回生制動トルクを含
む）をモータジェネレータが負担する必要があり、必要
とする反力トルクがモータジェネレータの最大出力トル
クを超えると、協調制御が不能となってエンジンが吹き
上がったりモータジェネレータの耐久性が低下したりす
る。前記米国特許ＵＳＰ５２５８６５１号に記載のハイ
ブリッド駆動制御装置では、モータジェネレータと並列
に油圧ブレーキが配設され、反力トルクの一部または全
部を油圧ブレーキが負担することにより、大きなエンジ
ントルクで高トルク発進を行うことが可能となっている
が、スリップ制御などの複雑な制御が必要となる。ま
た、モータジェネレータの最大出力トルクをエンジンの
最大出力トルクに対応させようとすると、モータジェネ
レータを大型化させる必要が生じる。

【０００４】本発明は以上のような事情を背景として為
されたものであり、その目的とするところは、前記エン
ジンおよび前記モータジェネレータを協調制御して前記
出力部材を回転駆動する協調駆動手段を有するハイブリ
ッド駆動制御装置において、モータジェネレータを大型
化させることなく、協調駆動手段によりエンジンおよび
モータジェネレータが協調制御されている場合に、エン
ジンの吹き上がりなどを防止することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、(a) 燃料の燃焼によって作動するエンジ
ンと、(b) 電動モータおよび発電機の少なくとも一方と
して用いられるモータジェネレータと、(c) 前記エンジ
ンに連結される第１回転要素、前記モータジェネレータ
に連結される第２回転要素、および出力部材に連結され
る第３回転要素を有して、それらの間で機械的に力を合
成、分配する３軸式動力入出力手段と、(d) 前記エンジ
ンおよび前記モータジェネレータを協調制御して前記出
力部材を回転駆動する協調駆動手段とを有するハイブリ
ッド駆動制御装置において、(e)前記協調駆動手段によ
り前記エンジンおよび前記モータジェネレータが協調制
御される場合には、前記モータジェネレータの最大出力
トルクに基づいて、前記エンジンの出力トルクを制限す
るエンジン出力トルク制限手段を有することを特徴とす
る。

【０００６】

【発明の効果】本発明によれば、前記協調駆動手段によ
り前記エンジンおよび前記モータジェネレータが協調制
御されている場合には、前記エンジン出力トルク制限手
段により、モータジェネレータの最大出力トルクに基づ
いて、エンジンの出力トルクが制限されることから、モ
ータジェネレータを大型化したりブレーキをスリップ制
御したりすることなく、エンジンの出力トルクに対して
必要とされる反力トルクがモータジェネレータの最大出
力トルクを超えないようにすることが可能で、エンジン
の吹き上がりや過大な負荷によるモータジェネレータの
耐久性の低下が防止されるようになる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明のハイブリッド駆動制御装
置は、前記エンジンおよびモータジェネレータを車両走
行用の動力源として使用するハイブリッド車両に好適に
用いられるが、各種の産業機械など車両以外のハイブリ
ッド駆動制御装置に適用することも可能である。

【０００８】前記３軸式動力入出力手段は、遊星歯車装
置や傘歯車式の差動装置など、作動的に連結されて相対
回転させられる３つの回転要素を有して、機械的に力の
合成、分配を行うことができるもので、遊星歯車装置が
好適に用いられる。遊星歯車装置を用いた場合、リング
ギヤを前記第１回転要素とし、サンギヤを前記第２回転
要素とし、キャリアを前記第３回転要素とすることが望
ましい。

【０００９】前記協調駆動手段は、モータジェネレータ
を発電させて蓄電装置を充電する回生制動トルクとエン
ジンの出力トルクとを協調制御したり、モータジェネレ
ータに電流を通電して回転駆動する力行トルクとエンジ
ンの出力トルクとを協調制御したりするものである。

【００１０】前記エンジン出力トルク制限手段は、予め
定められたマップ等に従って、アクセル操作量に拘らず
スロットル弁開度が所定値以上に増大することを一律に
禁止するようなフィードフォワード制御を行うものでも
良いし、エンジン回転数検出手段によりエンジン回転数
を予め検出し、そのエンジン回転数が所定値以上に増大
しないようにスロットル弁開度を逐次調整するようなフ
ィードバック制御を行うものでも良い。

【００１１】また、本発明のハイブリッド駆動制御装置
は、好適には、前記３軸式動力入出力手段の２つの回転
要素を連結してその３軸式動力入出力手段を一体回転さ
せる直結クラッチを有して構成され、前記協調駆動手段
は、その直結クラッチの解放状態において前記協調制御
を行うように構成される。直結クラッチとしては、油圧
アクチュエータによって摩擦係合させられる油圧式摩擦
クラッチが好適に用いられる。また、出力部材は駆動輪
であっても良いが、自動変速機の入力部材などでも良
い。さらに、直結クラッチは３軸式動力入出力手段の３
つの回転要素のうちの２つを連結するものであれば良
く、連結時の負荷トルクの点でサンギヤとキャリヤとの
間に設けることが望ましいが、サンギヤとリングギヤ、
或いはキャリヤとリングギヤとの間に設けることも可能
である。

【００１２】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は、本発明の一実施例であるハイブ
リッド駆動制御装置１０の骨子図である。

【００１３】図１において、このハイブリッド駆動制御
装置１０はＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）車
両用のもので、燃料の燃焼によって作動する内燃機関等
のエンジン１２と、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、シングルピニオ
ン型の遊星歯車装置１６と、自動変速機１８とを車両の
前後方向に沿って備えている。

【００１４】自動変速機１８の出力軸１９には自動変速
機１８からの出力トルクＴ_Oを後輪出力軸１３０と前輪
出力軸１３２とに分配して伝達するトランスファ（セン
タデフ装置）１３４が配設されている。自動変速機１８
の出力軸１９の延長上にシンプル遊星歯車装置１３５が
配置されており、そのキャリア１３７に自動変速機１８
の出力軸１９が連結されている。また、そのリングギヤ
１３８は、前記出力軸１９と同一軸線上に配置した後輪
出力軸１３０に一体回転するように連結されている。更
に、そのサンギヤ１３９は、出力軸１９の外周側に同一
軸線上に配置された駆動スプロケット１４２に一体化さ
れており、これと対をなす従動スプロケット１４３が、
出力軸１９と平行に配置された前輪出力軸１３２に取り
付けられるとともに、これらのスプロケット１４２、１
４３にチェーン１４５が巻き掛けられている。

【００１５】そして、前記キャリア１３７とサンギヤ１
３９との間に差動制限機構としての差動制限クラッチＣ
_Sが設けられている。この差動制限クラッチＣ_Sは、油
圧によって動作する湿式多板クラッチであり、その係合
油圧はリニアソレノイドバルブＳＬＣ（図２参照）によ
り連続的もしくは段階的に制御される。差動制限クラッ
チＣ_Sの係合力すなわち差動制限トルクＴ_Cの大小によ
って前後輪に対するトルク分配率が変化し、その制御の
仕方は従来種々知られている。例えば、前後輪の回転数
の差に応じて差動制限トルクＴ_Cを増大させる制御が一
般的であり、また、操舵角度や車速に基づいて目標ヨー
レートを演算し、検出されたヨーレートがこの目標ヨー
レートに一致するように差動制限トルクＴ_Cを制御する
ことが可能である。これは、後輪のトルクが大きいほど
回頭性が増すことに基づいている。

【００１６】遊星歯車装置１６は機械的に力を合成分配
する３軸式動力入出力手段で、モータジェネレータ１４
と共に電気式トルコン２４を構成しており、第１回転要
素としてのリングギヤ１６ｒは第１クラッチＣＥ₁ を介
してエンジン１２に連結され、第２回転要素としてのサ
ンギヤ１６ｓはモータジェネレータ１４のロータ軸１４
ｒに連結され、第３回転要素としてのキャリア１６ｃは
自動変速機１８の入力軸２６に連結されている。また、
サンギヤ１６ｓおよびキャリア１６ｃは第２クラッチＣ
Ｅ₂ によって連結されるようになっている。尚、自動変
速機１８の入力軸２６は前記出力部材に相当し、第２ク
ラッチＣＥ₂ は前記直結クラッチに相当する。

【００１７】なお、エンジン１２の出力は、回転変動や
トルク変動を抑制するためのフライホイール２８および
スプリング、ゴム等の弾性部材によるダンパ装置３０を
介して第１クラッチＣＥ₁ に伝達される。第１クラッチ
ＣＥ₁ および第２クラッチＣＥ₂ は、何れも油圧アクチ
ュエータによって係合、解放される摩擦式の多板クラッ
チである。

【００１８】自動変速機１８は、前置式オーバードライ
ブプラネタリギヤユニットから成る副変速機２０と、単
純連結３プラネタリギヤトレインから成る前進４段、後
進１段の主変速機２２とを組み合わせたものである。

【００１９】具体的には、副変速機２０はシングルピニ
オン型の遊星歯車装置３２と、油圧アクチュエータによ
って摩擦係合させられる油圧式のクラッチＣ₀ 、ブレー
キＢ ₀ と、一方向クラッチＦ₀ とを備えて構成されてい
る。また、主変速機２２は、３組のシングルピニオン型
の遊星歯車装置３４、３６、３８と、油圧アクチュエー
タによって摩擦係合させられる油圧式のクラッチＣ₁ ,
Ｃ₂ 、ブレーキＢ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，Ｂ₄ と、一方向クラ
ッチＦ₁ ，Ｆ₂ とを備えて構成されている。

【００２０】そして、図２に示されているソレノイドバ
ルブＳＬ１〜ＳＬ４の励磁、非励磁により油圧回路４０
が切り換えられたり、図示しないシフトレバーに連結さ
れたマニュアルシフトバルブによって油圧回路４０が機
械的に切り換えられたりすることにより、クラッチＣ
₀ ，Ｃ₁ ，Ｃ₂ 、ブレーキＢ₀ ，Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，Ｂ
₄ がそれぞれ係合、解放制御され、図３に示されている
ようにニュートラル（Ｎ）と前進５段（１ｓｔ〜５ｔ
ｈ）、後進１段（Ｒｅｖ）の各変速段が成立させられ
る。なお、上記自動変速機１８や前記電気式トルコン２
４は、中心線に対して略対称的に構成されており、図１
では中心線の下半分が省略されている。

【００２１】図３のクラッチ、ブレーキ、一方向クラッ
チの欄の「○」は係合、「●」はシフトレバーがエンジ
ンブレーキレンジ、たとえば「３」、「２」、及び
「Ｌ」レンジ等の低速レンジへ操作された場合に係合、
そして、空欄は非係合を表している。その場合に、ニュ
ートラルＮ、後進変速段Ｒｅｖ、及びエンジンブレーキ
レンジは、シフトレバーに機械的に連結されたマニュア
ルシフトバルブによって油圧回路４０が機械的に切り換
えられることによって成立させられ、前進変速段の１ｓ
ｔ〜５ｔｈの相互間の変速はソレノイドバルブＳＬ１〜
ＳＬ４によって電気的に制御される。また、前進変速段
の変速比は１ｓｔから５ｔｈとなるに従って段階的に小
さくなり、４ｔｈの変速比ｉ₄ ＝１である。図３は各変
速段の変速比の一例を示したものである。

【００２２】図３の作動表に示されているように、第２
変速段（２ｎｄ）と第３変速段（３ｒｄ）との間の変速
は、第２ブレーキＢ₂ と第３ブレーキＢ₃ との係合・解
放状態を共に変えるクラッチツウクラッチ変速になる。
この変速を円滑に行うために、上述した油圧回路４０に
は図４に示す回路が組み込まれている。

【００２３】図４において符号７０は１−２シフトバル
ブを示し、また符号７１は２−３シフトバルブを示し、
さらに符号７２は３−４シフトバルブを示している。こ
れらのシフトバルブ７０、７１、７２の各ポートの各変
速段での連通状態は、それぞれのシフトバルブ７０、７
１、７２の下側に示している通りである。なお、その数
字は各変速段を示す。

【００２４】その２−３シフトバルブ７１のポートのう
ち第１変速段および第２変速段で入力ポート７３に連通
するブレーキポート７４に、第３ブレーキＢ₃ が油路７
５を介して接続されている。この油路にはオリフィス７
６が介装されており、そのオリフィス７６と第３ブレー
キＢ₃ との間にダンパーバルブ７７が接続されている。
このダンパーバルブ７７は、第３ブレーキＢ₃ にライン
圧が急激に供給された場合に少量の油圧を吸入して緩衝
作用を行うものである。

【００２５】また符号７８はＢ−３コントロールバルブ
であって、第３ブレーキＢ₃ の係合圧Ｐ_B3をこのＢ−３
コントロールバルブ７８によって直接制御するようにな
っている。すなわち、このＢ−３コントロールバルブ７
８は、スプール７９とプランジャ８０とこれらの間に介
装したスプリング８１とを備えており、スプール７９に
よって開閉される入力ポート８２に油路７５が接続さ
れ、またこの入力ポート８２に選択的に連通させられる
出力ポート８３が第３ブレーキＢ₃ に接続されている。
さらにこの出力ポート８３は、スプール７９の先端側に
形成したフィードバックポート８４に接続されている。

【００２６】一方、前記スプリング８１を配置した箇所
に開口するポート８５には、２−３シフトバルブ７１の
ポートのうち第３変速段以上の変速段でＤレンジ圧を出
力するポート８６が油路８７を介して連通させられてい
る。また、プランジャ８０の端部側に形成した制御ポー
ト８８には、リニアソレノイドバルブＳＬＵが接続され
ている。

【００２７】したがって、Ｂ−３コントロールバルブ７
８は、スプリング８１の弾性力とポート８５に供給され
る油圧とによって調圧レベルが設定され、且つ制御ポー
ト８８に供給される信号圧が高いほどスプリング８１に
よる弾性力が大きくなるように構成されている。

【００２８】さらに、図４における符号８９は、２−３
タイミングバルブであって、この２−３タイミングバル
ブ８９は、小径のランドと２つの大径のランドとを形成
したスプール９０と第１のプランジャ９１とこれらの間
に配置したスプリング９２とスプール９０を挟んで第１
のプランジャ９１とは反対側に配置された第２のプラン
ジャ９３とを有している。

【００２９】この２−３タイミングバルブ８９の中間部
のポート９４に油路９５が接続され、また、この油路９
５は２−３シフトバルブ７１のポートのうち第３変速段
以上の変速段でブレーキポート７４に連通させられるポ
ート９６に接続されている。

【００３０】さらに、この油路９５は途中で分岐して、
前記小径ランドと大径ランドとの間に開口するポート９
７にオリフィスを介して接続されている。この中間部の
ポート９４に選択的に連通させられるポート９８は油路
９９を介してソレノイドリレーバルブ１００に接続され
ている。

【００３１】そして、第１のプランジャ９１の端部に開
口しているポートにリニアソレノイドバルブＳＬＵが接
続され、また第２のプランジャ９３の端部に開口するポ
ートに第２ブレーキＢ₂ がオリフィスを介して接続され
ている。

【００３２】前記油路８７は第２ブレーキＢ₂ に対して
油圧を供給・排出するためのものであって、その途中に
は小径オリフィス１０１とチェックボール付きオリフィ
ス１０２とが介装されている。また、この油路８７から
分岐した油路１０３には、第２ブレーキＢ₂ から排圧す
る場合に開くチェックボールを備えた大径オリフィス１
０４が介装され、この油路１０３は以下に説明するオリ
フィスコントロールバルブ１０５に接続されている。

【００３３】オリフィスコントロールバルブ１０５は第
２ブレーキＢ₂ からの排圧速度を制御するためのバルブ
であって、そのスプール１０６によって開閉されるよう
に中間部に形成したポート１０７には第２ブレーキＢ₂
が接続されており、このポート１０７より図での下側に
形成したポート１０８に前記油路１０３が接続されてい
る。

【００３４】第２ブレーキＢ₂ を接続してあるポート１
０７より図での上側に形成したポート１０９は、ドレイ
ンポートに選択的に連通させられるポートであって、こ
のポート１０９には、油路１１０を介して前記Ｂ−３コ
ントロールバルブ７８のポート１１１が接続されてい
る。尚、このポート１１１は、第３ブレーキＢ₃ を接続
してある出力ポート８３に選択的に連通させられるポー
トである。

【００３５】オリフィスコントロールバルブ１０５のポ
ートのうちスプール１０６を押圧するスプリングとは反
対側の端部に形成した制御ポート１１２が油路１１３を
介して、３−４シフトバルブ７２のポート１１４に接続
されている。このポート１１４は、第３変速段以下の変
速段で第３ソレノイドバルブＳＬ３の信号圧を出力し、
また、第４変速段以上の変速段で第４ソレノイドバルブ
ＳＬ４の信号圧を出力するポートである。

【００３６】さらに、このオリフィスコントロールバル
ブ１０５には、前記油路９５から分岐した油路１１５が
接続されており、この油路１１５を選択的にドレインポ
ートに連通させるようになっている。なお、前記２−３
シフトバルブ７１において第２変速段以下の変速段でＤ
レンジ圧を出力するポート１１６が、前記２−３タイミ
ングバルブ８９のうちスプリング９２を配置した箇所に
開口するポート１１７に油路１１８を介して接続されて
いる。また、３−４シフトバルブ７２のうち第３変速段
以下の変速段で前記油路８７に連通させられるポート１
１９が油路１２０を介してソレノイドリレーバルブ１０
０に接続されている。

【００３７】そして、図４において、符号１２１は第２
ブレーキＢ₂ 用のアキュムレータを示し、その背圧室に
はリニアソレノイドバルブＳＬＮが出力する油圧に応じ
て調圧されたアキュムレータコントロール圧が供給され
ている。このアキュムレータコントロール圧は、リニア
ソレノイドバルブＳＬＮの出力圧が低いほど高い圧力に
なるように構成されている。したがって、第２ブレーキ
Ｂ₂ の係合・解放の過渡的な油圧Ｐ_B2は、リニアソレノ
イドバルブＳＬＮの信号圧が低いほど高い圧力で推移す
るようになっている。変速用の他のクラッチＣ₁ 、Ｃ₂
やブレーキＢ₀などにもアキュムレータが設けられ、上
記アキュムレータコントロール圧が作用させられること
により、変速時の過渡油圧が入力軸２６のトルクＴ_Iな
どに応じて制御されるようになっている。

【００３８】また、符号１２２はＣ−０エキゾーストバ
ルブを示し、さらに符号１２３はクラッチＣ₀ 用のアキ
ュムレータを示している。Ｃ−０エキゾーストバルブ１
２２は２速レンジでの第２変速段のみにおいてエンジン
ブレーキを効かせるためにクラッチＣ₀ を係合させるよ
うに動作するものである。

【００３９】したがって、上述した油圧回路４０によれ
ば、Ｂ−３コントロールバルブ７８のポート１１１がド
レインに連通していれば、第３ブレーキＢ₃ の係合圧Ｐ
_B3をＢ−３コントロ−ルバルブ７８によって直接調圧す
ることができ、また、その調圧レベルをリニアソレノイ
ドバルブＳＬＵによって変えることができる。

【００４０】また、オリフィスコントロールバルブ１０
５のスプール１０６が、図の左半分に示す位置にあれ
ば、第２ブレーキＢ₂ はこのオリフィスコントロールバ
ルブ１０５を介して排圧が可能になり、したがって第２
ブレーキＢ₂ からのドレイン速度を制御することができ
る。

【００４１】さらに、第２変速段から第３変速段への変
速は、第３ブレーキＢ₃ を緩やかに解放すると共に第２
ブレーキＢ₂ を緩やかに係合する所謂クラッチツウクラ
ッチ変速が行われるわけであるが、入力軸２６への入力
軸トルクＴ_Iに基づいてリニアソレノイドバルブＳＬＵ
により駆動される第３ブレーキＢ₃ の解放過渡油圧Ｐ _B3
を制御することにより変速ショックを好適に軽減するこ
とができる。入力軸トルクＴ_Iに基づく油圧Ｐ_B3の制御
は、フィードバック制御などでリアルタイムに行うこと
もできるが、変速開始時の入力軸トルクＴ_Iのみを基準
にして行うものであっても良い。

【００４２】ハイブリッド駆動制御装置１０は、図２に
示されるようにハイブリッド制御用コントローラ５０及
び自動変速制御用コントローラ５２を備えている。これ
らのコントローラ５０、５２は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯ
Ｍ等を有するマイクロコンピュータを備えて構成され、
エンジン回転数センサ４２からエンジン回転数Ｎ_Eを表
す信号が供給される他、車速Ｖ（自動変速機１８の出力
軸回転数Ｎ_Oに相当）、自動変速機１８の入力軸回転数
Ｎ_I、エンジントルクＴ_E、モータトルクＴ_M、モータ
回転数Ｎ_M、アクセル操作量θ_AC、蓄電装置５８（図５
参照）の蓄電量ＳＯＣ、ブレーキのＯＮ、ＯＦＦ、シフ
トレバーの操作レンジ等の各種の情報を読み込むと共
に、予め設定されたプログラムに従って信号処理を行
う。

【００４３】なお、エンジントルクＴ_Eはスロットル弁
開度や燃料噴射量などから求められ、モータトルクＴ_M
はモータ電流などから求められ、蓄電量ＳＯＣはモータ
ジェネレータ１４がジェネレータとして機能する充電時
のモータ電流や充電効率などから求められる。

【００４４】前記エンジン１２は、ハイブリッド制御用
コントローラ５０によってスロットル弁開度や燃料噴射
量、点火時期などが制御されることにより、運転状態に
応じて出力が制御される。

【００４５】前記モータジェネレータ１４は、図５に示
すようにＭ／Ｇ制御器（インバータ）５６を介してバッ
テリー等の蓄電装置５８に接続されており、ハイブリッ
ド制御用コントローラ５０により、その蓄電装置５８か
ら電気エネルギーが供給されて所定のトルクで回転駆動
される回転駆動状態と、回生制動（モータジェネレータ
１４自体の電気的な制動トルク）によりジェネレータと
して機能して蓄電装置５８に電気エネルギーを充電する
充電状態と、ロータ軸１４ｒが自由回転することを許容
する無負荷状態とに切り換えられる。

【００４６】また、前記第１クラッチＣＥ₁ 及び第２ク
ラッチＣＥ₂ は、ハイブリッド制御用コントローラ５０
により電磁弁等を介して油圧回路４０が切り換えられる
ことにより、係合或いは解放状態が切り換えられる。

【００４７】前記自動変速機１８は、自動変速制御用コ
ントローラ５２によって前記ソレノイドバルブＳＬ１〜
ＳＬ４、リニアソレノイドバルブＳＬＵ、ＳＬＴ、ＳＬ
Ｎの励磁状態が制御され、油圧回路４０が切り換えられ
たり油圧制御が行われることにより、予め定められた変
速条件に従って変速段が切り換えられる。変速条件は、
例えばアクセル操作量θ_ACおよび車速Ｖなどの走行状態
をパラメータとする変速マップ等により設定される。

【００４８】上記ハイブリッド制御用コントローラ５０
は、例えば本願出願人が先に出願した特願平７−２９４
１４８号に記載されているように、図６に示すフローチ
ャートに従って図７に示す９つの運転モードの１つを選
択し、その選択したモードでエンジン１２及び電気式ト
ルコン２４を作動させる。

【００４９】図６において、ステップＳ１ではエンジン
始動要求があったか否かを、例えばエンジン１２を動力
源として走行したり、エンジン１２によりモータジェネ
レータ１４を回転駆動して蓄電装置５８を充電したりす
るために、エンジン１２を始動すべき旨の指令があった
か否かを判断する。

【００５０】ここで、始動要求があればステップＳ２で
モード９を選択する。モード９は、図７から明らかなよ
うに第１クラッチＣＥ₁ を係合（ＯＮ）し、第２クラッ
チＣＥ₂ を係合（ＯＮ）し、モータジェネレータ１４に
より遊星歯車装置１６を介してエンジン１２を回転駆動
すると共に、燃料噴射などのエンジン始動制御を行って
エンジン１２を始動する。

【００５１】このモード９は、車両停止時には前記自動
変速機１８をニュートラルにして行われ、モード１のよ
うに第１クラッチＣＥ₁ を解放したモータジェネレータ
１４のみを動力源とする走行時には、第１クラッチＣＥ
₁ を係合すると共に走行に必要な要求出力以上の出力で
モータジェネレータ１４を作動させ、その要求出力以上
の余裕出力でエンジン１２を回転駆動することによって
行われる。

【００５２】また、車両走行時であっても、一時的に自
動変速機１８をニュートラルにしてモード９を実行する
ことも可能である。このようにモータジェネレータ１４
によってエンジン１２が始動させられることにより、始
動専用のスタータ（電動モータなど）が不要となり、部
品点数が少なくなって装置が安価となる。

【００５３】一方、ステップＳ１の判断が否定された場
合、すなわちエンジン始動要求がない場合には、ステッ
プＳ３を実行することにより、制動力の要求があるか否
かを、例えばブレーキがＯＮか否か、シフトレバーの操
作レンジがＬや２などのエンジンブレーキレンジ（低速
変速段のみで変速制御を行うと共にエンジンブレーキや
回生制動が作用するレンジ）で、且つアクセル操作量θ
_ACが０か否か、或いは単にアクセル操作量θ_ACが０か否
か、等によって判断する。

【００５４】この判断が肯定された場合にはステップＳ
４を実行する。ステップＳ４では、蓄電装置５８の蓄電
量ＳＯＣが予め定められた最大蓄電量Ｂ以上か否かを判
断し、ＳＯＣ≧ＢであればステップＳ５でモード８を選
択し、ＳＯＣ＜ＢであればステップＳ６でモード６を選
択する。最大蓄電量Ｂは、蓄電装置５８に電気エネルギ
ーを充電することが許容される最大の蓄電量で、蓄電装
置５８の充放電効率などに基づいて例えば８０％程度の
値が設定される。

【００５５】上記ステップＳ５で選択されるモード８
は、図７に示されるように第１クラッチＣＥ₁ を係合
（ＯＮ）し、第２クラッチＣＥ₂ を係合（ＯＮ）し、モ
ータジェネレータ１４を無負荷状態とし、エンジン１２
を停止状態すなわちスロットル弁を閉じると共に燃料噴
射量を０とするものであり、これによりエンジン１２の
引き擦り回転による制動力、すなわちエンジンブレーキ
が車両に作用させられ、運転者によるブレーキ操作が軽
減されて運転操作が容易になる。また、モータジェネレ
ータ１４は無負荷状態とされ、自由回転させられるた
め、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが過大となって充放電
効率等の性能を損なうことが回避される。

【００５６】ステップＳ６で選択されるモード６は、図
７から明らかなように第１クラッチＣＥ₁ を解放（ＯＦ
Ｆ）し、第２クラッチＣＥ₂ を係合（ＯＮ）し、エンジ
ン１２を停止し、モータジェネレータ１４を充電状態と
するもので、車両の運動エネルギーでモータジェネレー
タ１４が回転駆動されることにより、蓄電装置５８を充
電するとともにその車両にエンジンブレーキのような回
生制動力を作用させるため、運転者によるブレーキ操作
が軽減されて運転操作が容易になる。

【００５７】また、第１クラッチＣＥ₁ が解放されてエ
ンジン１２が遮断されているため、そのエンジン１２の
引き擦りによるエネルギー損失がないとともに、蓄電量
ＳＯＣが最大蓄電量Ｂより少ない場合に実行されるた
め、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが過大となって充放電
効率等の性能を損なうことがない。

【００５８】一方、ステップＳ３の判断が否定された場
合、すなわち制動力の要求がない場合にはステップＳ７
を実行し、エンジン発進が要求されているか否かを、例
えばモード３などエンジン１２を動力源とする走行中の
車両停止時か否か、すなわち車速Ｖ＝０か否か等によっ
て判断する。

【００５９】この判断が肯定された場合には、ステップ
Ｓ８を実行する。ステップＳ８ではアクセルがＯＮか否
か、すなわちアクセル操作量θ_ACが略零の所定値より大
きいか否かを判断し、アクセルＯＮの場合にはステップ
Ｓ９でモード５を選択し、アクセルがＯＮでなければス
テップＳ１０でモード７を選択する。

【００６０】上記ステップＳ９で選択されるモード５
は、図７から明らかなように第１クラッチＣＥ₁ を係合
（ＯＮ）し、第２クラッチＣＥ₂ を解放（ＯＦＦ）し、
エンジントルクＴ_EとモータトルクＴ_M（力行および回
生制動トルク）を協調制御することにより、車両を発進
させるものである。尚、モード５によるエンジン１２お
よびモータジェネレータ１４の協調制御は前記協調駆動
手段に対応している。

【００６１】具体的に説明すると、遊星歯車装置１６の
ギヤ比をρ_Eとすると、エンジントルクＴ_E：遊星歯車
装置１６の出力トルク：モータトルクＴ_M＝１：（１＋
ρ_E）：ρ_Eとなるため、例えばギヤ比ρ_Eを一般的な
値である０．５程度とすると、エンジントルクＴ_Eの半
分のトルクをモータジェネレータ１４が分担することに
より、エンジントルクＴ_Eの約１．５倍のトルクがキャ
リア１６ｃから出力される。すなわち、モータジェネレ
ータ１４のトルクの（１＋ρ_E）／ρ_E倍の高トルク発
進を行うことができるのである。また、モータ電流を遮
断してモータジェネレータ１４を無負荷状態とすれば、
ロータ軸１４ｒが逆回転させられるだけでキャリア１６
ｃからの出力は０となり、車両停止状態となる。すなわ
ち、この場合の遊星歯車装置１６は発進クラッチおよび
トルク増幅装置として機能するのであり、モータトルク
（回生制動トルク）Ｔ_Mを０から徐々に増大させて反力
を大きくすることにより、エンジントルクＴ_Eの（１＋
ρ_E）倍の出力トルクで車両を滑らかに発進させること
ができるのである。

【００６２】エンジントルクＴ_EおよびモータトルクＴ
_Mは、例えばアクセル操作量θ_ACなどから求められる要
求出力Ｐｄが得られるように制御される。要求出力Ｐｄ
は、走行抵抗を含む車両の走行に必要な出力で、アクセ
ル操作量θ_ACやその変化速度、車速Ｖ（出力軸回転数Ｎ
_O）、自動変速機１８の変速段などに基づいて、予め定
められたデータマップや演算式などにより算出される。
なお、モータ回転数Ｎ _Mすなわちサンギヤ１６ｓの回転
数が０となるまでは、モータジェネレータ１４が回生制
御されて蓄電装置５８が充電されるが、それ以後はエン
ジン１２と同じ回転方向へ回転するように力行制御さ
れ、蓄電装置５８は放電状態となる。また、モータトル
クＴ_Mの増大に対応して、スロットル弁開度や燃料噴射
量を増大させてエンジン１２の出力を大きくするように
なっており、反力の増大に伴うエンジン回転数Ｎ_Eの低
下に起因するエンジンストール等を防止している。

【００６３】ステップＳ１０で選択されるモード７は、
図７から明らかなように第１クラッチＣＥ₁ を係合（Ｏ
Ｎ）し、第２クラッチＣＥ₂ を解放（ＯＦＦ）し、エン
ジン１２を運転状態とし、モータジェネレータ１４を無
負荷状態として電気的にニュートラルとするもので、モ
ータジェネレータ１４のロータ軸１４ｒが逆方向へ自由
回転させられることにより、自動変速機１８の入力軸２
６に対する出力が零となる。これにより、モード３など
エンジン１２を動力源とする走行中の車両停止時に一々
エンジン１２を停止させる必要がないとともに、前記モ
ード５のエンジン発進が実質的に可能となる。

【００６４】一方、ステップＳ７の判断が否定された場
合、すなわちエンジン発進の要求がない場合にはステッ
プＳ１１を実行し、要求出力Ｐｄが予め設定された第１
判定値Ｐ１以下か否かを判断する。第１判定値Ｐ１はエ
ンジン１２のみを動力源として走行する中負荷領域とモ
ータジェネレータ１４のみを動力源として走行する低負
荷領域の境界値であり、エンジン１２による充電時を含
めたエネルギー効率を考慮して、排出ガス量や燃料消費
量などができるだけ少なくなるように実験等によって定
められている。

【００６５】ステップＳ１１の判断が肯定された場合、
すなわち要求出力Ｐｄが第１判定値Ｐ１以下の場合に
は、ステップＳ１２で蓄電量ＳＯＣが予め設定された最
低蓄電量Ａ以上か否かを判断し、ＳＯＣ≧Ａであればス
テップＳ１３でモード１を選択する。一方、ＳＯＣ＜Ａ
であればステップＳ１４でモード３を選択する。

【００６６】最低蓄電量Ａはモータジェネレータ１４を
動力源として走行する場合に蓄電装置５８から電気エネ
ルギーを取り出すことが許容される最低の蓄電量であ
り、蓄電装置５８の充放電効率などに基づいて例えば７
０％程度の値が設定される。

【００６７】上記モード１は、前記図７から明らかなよ
うに第１クラッチＣＥ₁ を解放（ＯＦＦ）し、第２クラ
ッチＣＥ₂ を係合（ＯＮ）し、エンジン１２を停止し、
モータジェネレータ１４を要求出力Ｐｄで回転駆動させ
るもので、モータジェネレータ１４のみを動力源として
車両を走行させる。

【００６８】この場合も、第１クラッチＣＥ₁ が解放さ
れてエンジン１２が遮断されるため、前記モード６と同
様に引き擦り損失が少なく、自動変速機１８を適当に変
速制御することにより効率の良いモータ駆動制御が可能
である。

【００６９】また、このモード１は、要求出力Ｐｄが第
１判定値Ｐ１以下の低負荷領域で且つ蓄電装置５８の蓄
電量ＳＯＣが最低蓄電量Ａ以上の場合に実行されるた
め、エンジン１２を動力源として走行する場合よりもエ
ネルギー効率が優れていて燃費や排出ガスを低減できる
とともに、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが最低蓄電量Ａ
より低下して充放電効率等の性能を損なうことがない。

【００７０】ステップＳ１４で選択されるモード３は、
図７から明らかなように第１クラッチＣＥ₁ および第２
クラッチＣＥ₂ を共に係合（ＯＮ）し、エンジン１２を
運転状態とし、モータジェネレータ１４を回生制動によ
り充電状態とするもので、エンジン１２の出力で車両を
走行させながら、モータジェネレータ１４によって発生
した電気エネルギーを蓄電装置５８に充電する。エンジ
ン１２は、要求出力Ｐｄ以上の出力で運転させられ、そ
の要求出力Ｐｄより大きい余裕動力分だけモータジェネ
レータ１４で消費されるように、そのモータジェネレー
タ１４の電流制御が行われる。

【００７１】一方、前記ステップＳ１１の判断が否定さ
れた場合、すなわち要求出力Ｐｄが第１判定値Ｐ１より
大きい場合には、ステップＳ１５において、要求出力Ｐ
ｄが第１判定値Ｐ１より大きく第２判定値Ｐ２より小さ
いか否か、すなわちＰ１＜Ｐｄ＜Ｐ２か否かを判断す
る。

【００７２】第２判定値Ｐ２は、エンジン１２のみを動
力源として走行する中負荷領域とエンジン１２およびモ
ータジェネレータ１４の両方を動力源として走行する高
負荷領域の境界値であり、エンジン１２による充電時を
含めたエネルギー効率を考慮して、排出ガス量や燃料消
費量などができるだけ少なくなるように実験等によって
予め定められている。

【００７３】そして、Ｐ１＜Ｐｄ＜Ｐ２であればステッ
プＳ１６でＳＯＣ≧Ａか否かを判断し、ＳＯＣ≧Ａの場
合にはステップＳ１７でモード２を選択し、ＳＯＣ＜Ａ
の場合には前記ステップＳ１４でモード３を選択する。

【００７４】また、Ｐｄ≧Ｐ２であればステップＳ１８
でＳＯＣ≧Ａか否かを判断し、ＳＯＣ≧Ａの場合にはス
テップＳ１９でモード４を選択し、ＳＯＣ＜Ａの場合に
はステップＳ１７でモード２を選択する。

【００７５】上記モード２は、前記図７から明らかなよ
うに第１クラッチＣＥ₁ および第２クラッチＣＥ₂ を共
に係合（ＯＮ）し、エンジン１２を要求出力Ｐｄで運転
し、モータジェネレータ１４を無負荷状態とするもの
で、エンジン１２のみを動力源として車両を走行させ
る。

【００７６】また、モード４は、第１クラッチＣＥ₁ お
よび第２クラッチＣＥ₂ を共に係合（ＯＮ）し、エンジ
ン１２を運転状態とし、モータジェネレータ１４を回転
駆動するもので、エンジン１２およびモータジェネレー
タ１４の両方を動力源として車両を高出力走行させる。

【００７７】このモード４は、要求出力Ｐｄが第２判定
値Ｐ２以上の高負荷領域で実行されるが、エンジン１２
およびモータジェネレータ１４を併用しているため、エ
ンジン１２およびモータジェネレータ１４の何れか一方
のみを動力源として走行する場合に比較してエネルギー
効率が著しく損なわれることがなく、燃費や排出ガスを
低減できる。また、蓄電量ＳＯＣが最低蓄電量Ａ以上の
場合に実行されるため、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが
最低蓄電量Ａより低下して充放電効率等の性能を損なう
ことがない。

【００７８】上記モード１〜４の運転条件についてまと
めると、蓄電量ＳＯＣ≧Ａであれば、Ｐｄ≦Ｐ１の低負
荷領域ではステップＳ１３でモード１を選択してモータ
ジェネレータ１４のみを動力源として走行し、Ｐ１＜Ｐ
ｄ＜Ｐ２の中負荷領域ではステップＳ１７でモード２を
選択してエンジン１２のみを動力源として走行し、Ｐ２
≦Ｐｄの高負荷領域ではステップＳ１９でモード４を選
択してエンジン１２およびモータジェネレータ１４の両
方を動力源として走行する。

【００７９】また、ＳＯＣ＜Ａの場合には、要求出力Ｐ
ｄが第２判定値Ｐ２より小さい中低負荷領域でステップ
Ｓ１４のモード３を実行することにより蓄電装置５８を
充電するが、要求出力Ｐｄが第２判定値Ｐ２以上の高負
荷領域ではステップＳ１７でモード２が選択され、充電
を行うことなくエンジン１２により高出力走行が行われ
る。

【００８０】ステップＳ１７のモード２は、Ｐ１＜Ｐｄ
＜Ｐ２の中負荷領域で且つＳＯＣ≧Ａの場合、或いはＰ
ｄ≧Ｐ２の高負荷領域で且つＳＯＣ＜Ａの場合に実行さ
れるが、中負荷領域では一般にモータジェネレータ１４
よりもエンジン１２の方がエネルギー効率が優れている
ため、モータジェネレータ１４を動力源として走行する
場合に比較して燃費や排出ガスを低減できる。

【００８１】また、高負荷領域では、モータジェネレー
タ１４およびエンジン１２を併用して走行するモード４
が望ましいが、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが最低蓄電
量Ａより小さい場合には、上記モード２によるエンジン
１２のみを動力源とする運転が行われることにより、蓄
電装置５８の蓄電量ＳＯＣが最低蓄電量Ａよりも少なく
なって充放電効率等の性能を損なうことが回避される。

【００８２】次に、本発明が適用された本実施例の特徴
部分、即ち、前記モード５が選択されてエンジン１２お
よびモータジェネレータ１４が協調制御されている場合
に、モータジェネレータ１４を大型化させることなく、
エンジン１２の吹き上がり等を防止するための制御作動
を図８のフローチャートに基づいて説明する。図８にお
いて、ステップＳＡ３は前記エンジン出力トルク制限手
段に対応しており、ハイブリッド制御用コントローラ５
０により実行される。

【００８３】図８において、ステップＳＡ１では図６の
運転モード判断サブルーチンに従って、モード５が選択
されているか否かが、ハイブリッド制御用コントローラ
５０により判断される。この判断が否定された場合は、
ステップＳＡ２において、例えばアクセル操作量θ_ACと
スロットル弁開度θ_thとの関係を表すマップ等が図９の
破線に示されるようにそのまま維持されることにより、
アクセル操作量θ_ACに対して得られるエンジントルクＴ
_Eが通常通りの特性のまま維持される。なお、厳密には
本実施例では前記要求出力Ｐｄをパラメータとして定め
られている。

【００８４】しかし、この判断が肯定された場合は、ス
テップＳＡ３において、アクセル操作量θ_ACとスロット
ル弁開度θ_thとの関係を表すマップ等が、図９の実線に
示されるようにスロットル弁開度θ_thの最大値が予め定
められた所定値θ_th ^*以下に制限される。この所定値θ
_th ^*は、モータジェネレータ１４の最大出力トルクに基
づいて定められ、モード５を実行する場合にエンジント
ルクＴ_Eに対して必要とされる反力トルク（力行および
回生制動トルク）がモータジェネレータ１４の最大出力
トルクとなる値で、例えば前記遊星歯車装置１６のギヤ
比がρ_Eで、モータジェネレータ１４の最大出力トルク
がＴ_Mmaxの場合には、エンジントルクＴ _EがＴ_Mmax／ρ
_Eとなるスロットル弁開度θ_thである。尚、このように
アクセル操作量θ_ACとスロットル弁開度θ_thとの関係を
表すマップ等を変更して一定値以上のスロットル弁開度
θ_thの増大を一律に禁止するフィードフォワード制御が
行われても良いが、エンジン回転数センサ４２により検
出されるエンジン回転数Ｎ _Eが、例えば２０００ｒｐｍ
程度の所定の目標回転数Ｎ_ETとなるようにスロットル弁
開度θ_thを逐次調整するフィードバック制御が行われて
も良い。

【００８５】上述のように本実施例によれば、前記モー
ド５が実行されることにより、エンジン１２およびモー
タジェネレータ１４が協調制御されている場合には、ス
テップＳＡ３において、スロットル弁開度θ_thが所定値
θ_th ^*以下に制限されるため、モータジェネレータ１４
を大型化しなくとも、エンジントルクＴ_Eに対して必要
とされる反力トルクをモータジェネレータ１２によって
負担することが可能で、エンジン１２の吹き上がりや過
大な負荷によるモータジェネレータ１４の耐久性の低下
が防止されるようになる。

【００８６】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適
用される。

【００８７】例えば、前述の実施例においては、後進１
段および前進５段の変速段を有する自動変速機１８が用
いられていたが、図１０に示されるように、前記副変速
機２０を省略して前記主変速機２２のみから成る自動変
速機６０を採用し、図１１に示されるように前進４段お
よび後進１段で変速制御を行うようにすることも可能で
ある。

【００８８】本発明は、その主旨を逸脱しない範囲にお
いて、その他種々の態様で適用され得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるハイブリッド駆動制御
装置の構成を説明する骨子図である。

【図２】図１のハイブリッド駆動制御装置に備えられて
いる制御系統を説明する図である。

【図３】図１の自動変速機の各変速段を成立させる係合
要素の作動を説明する図である。

【図４】図１の自動変速機の油圧回路の一部を示す図で
ある。

【図５】図２のハイブリッド制御用コントローラと電気
式トルコンとの接続関係を説明する図である。

【図６】図１のハイブリッド駆動制御装置の基本的な作
動を説明するフローチャートである。

【図７】図６のフローチャートにおける各モード１〜９
の作動状態を説明する図である。

【図８】本発明が適用された制御作動の要部を説明する
フローチャートである。

【図９】アクセル操作量とスロットル弁開度との対応関
係を示す図である。

【図１０】図１の実施例とは異なる自動変速機を備えて
いるハイブリッド駆動制御装置の構成を説明する骨子図
である。

【図１１】図１０の自動変速機の各変速段を成立させる
係合要素の作動を説明する図である。

【符号の説明】

１０：ハイブリッド駆動制御装置１２：エンジン１４：モータジェネレータ１６：遊星歯車装置（３軸式動力入出力手段）１６ｒ：リングギヤ（第１回転要素）１６ｓ：サンギヤ（第２回転要素）１６ｃ：キャリア（第３回転要素）２６：入力軸（出力部材）５０：ハイブリッド制御用コントローラステップＳ９：協調駆動手段ステップＳＡ３：エンジン出力トルク制限手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三上強愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料の燃焼によって作動するエンジン
と、電動モータおよび発電機の少なくとも一方として用いら
れるモータジェネレータと、前記エンジンに連結される第１回転要素、前記モータジ
ェネレータに連結される第２回転要素、および出力部材
に連結される第３回転要素を有して、それらの間で機械
的に力を合成、分配する３軸式動力入出力手段と、前記エンジンおよび前記モータジェネレータを協調制御
して前記出力部材を回転駆動する協調駆動手段とを有す
るハイブリッド駆動制御装置において、前記協調駆動手段により前記エンジンおよび前記モータ
ジェネレータが協調制御される場合には、前記モータジ
ェネレータの最大出力トルクに基づいて、前記エンジン
の出力トルクを制限するエンジン出力トルク制限手段を
有することを特徴とするハイブリッド駆動制御装置。