WO2013183164A1

WO2013183164A1 - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: WO2013183164A1
Application number: PCT/JP2012/064805
Authority: WO
Inventors: 茂奥脇; 藍川　嗣史
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2014-12-08

Abstract

　ドグクラッチ（２２）の状態を切り替えることにより走行モードを切り替え可能なハイブリッド車両（１Ａ）に適用される制御装置において、バッテリ（１４）の充電状態、車両（１Ａ）に要求されている駆動力及び車両（１Ａ）の速度に基づいて走行モードが切り替えられるようにドグクラッチ（２２）、内燃機関（１０）、第１ＭＧ（１１）及び第２ＭＧ（１２）が制御され、ドグクラッチ（２２）は、第１ＭＧ（１１）のロータ軸（１１ａ）に設けられた第１係合部材（２３）と、リングギヤ（Ｒ）と一体に回転する第２係合部材（２４）とを備え、第１状態及び第３状態では第１係合部材（２３）と第２係合部材（２４）とが連結され、第２状態では第１係合部材（２３）と第２係合部材（２４）との連結が解除される。

Description

ハイブリッド車両の制御装置

　本発明は、走行用駆動源として内燃機関と電動機とが搭載され、走行モードを内燃機関を駆動輪から切り離して電動機で走行するＥＶモード、主に内燃機関で走行するパラレルモード、及び内燃機関の動力を駆動輪と発電機とに分割するシリーズパラレルモードに切り替え可能なハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。

　走行用駆動源として内燃機関と電動機とが搭載されたハイブリッド車両が知られている。また、ハイブリッド車両の駆動方式として、例えばシリーズハイブリッド、パラレルハイブリッド、及びシリーズパラレルハイブリッド等が知られている。そして、車速及びトルクに応じてこれら駆動方式を切り替え可能に構成されたハイブリッド車両が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２０００－２０９７０６号公報特開２００６－１７０３３６号公報

　特許文献１の図１８に示されているハイブリッド車両では、遊星歯車機構のリングギヤとモータとの間に第１クラッチが設けられている。また、遊星歯車機構のリングギヤとキャリアとの間に第２クラッチが設けられている。そして、このハイブリッド車両では、これら２つのクラッチの状態を切り替えることで駆動方式を切り替えている。そして、これにより車両の走行モードを切り替えている。車両の駆動装置に設けられるクラッチとして、係合時に同期制御が必要なクラッチ、例えばドグクラッチが知られている。特許文献１のこのハイブリッド車両において、このような同期制御が必要なクラッチが第１クラッチ及び第２クラッチとして設けられた場合、遊星歯車機構のサンギヤと連結されたモータで同期制御が行われる。この場合、リングギヤ又はキャリアの回転数制御は遊星歯車機構を介して行われる。そのため、同期制御は、遊星歯車機構の各部のバックラッシュ等の影響を受ける。従って、走行モードの切替時に異音及び振動が発生するおそれがある。

　そこで、本発明は、走行モードの切替時における異音及び振動を抑制することが可能な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。

　本発明の制御装置は、内燃機関と、電動機及び発電機として機能するモータ・ジェネレータと、駆動輪と動力伝達可能に接続された出力部材と、前記出力部材に動力を出力可能な電動機と、前記電動機及び前記モータ・ジェネレータと電気的に接続されたバッテリと、相互に差動回転可能な少なくとも３つの回転要素を有し、前記３つの回転要素のうちの第１回転要素が前記内燃機関の出力軸と接続され、前記３つの回転要素のうちの第２回転要素が前記モータ・ジェネレータのロータ軸と接続された差動機構と、前記３つの回転要素のうちの第３回転要素と前記出力部材とが動力伝達可能に接続された係合状態と、前記第３回転要素と前記出力部材とが切り離された解放状態とに切り替え可能なクラッチ機構と、前記第１回転要素と前記第２回転要素との間の変速比を固定するロック状態と、前記変速比の固定を解除するアンロック状態とに切り替え可能なロック機構と、を備え、前記クラッチ機構を前記解放状態に切り替え、前記電動機で前記駆動輪を駆動するＥＶモードと、前記ロック機構を前記ロック状態に切り替えるとともに前記クラッチ機構を前記係合状態に切り替え、前記内燃機関及び前記電動機の少なくともいずれか一方で前記駆動輪を駆動するパラレルモードと、前記ロック機構を前記アンロック状態に切り替えるとともに前記クラッチ機構を前記係合状態に切り替え、前記内燃機関及び前記電動機の少なくともいずれか一方で前記駆動輪を駆動するシリーズパラレルモードと、に走行モードを切り替え可能なハイブリッド車両に適用され、前記バッテリの充電状態、前記車両に要求されている駆動力及び前記車両の速度に基づいて前記車両の走行モードが切り替えられるように前記クラッチ機構、前記ロック機構、前記内燃機関及び前記電動機を制御する制御手段を備え、前記ロック機構は、前記モータ・ジェネレータのロータ軸に設けられた第１回転部材と、前記第３回転要素と一体に回転する第２回転部材と、を備え、前記ロック状態では前記第１回転部材と前記第２回転部材とを連結し、前記アンロック状態では前記第１回転部材と前記第２回転部材との連結を解除する。

　本発明の制御装置では、ロック機構の第１回転部材がモータ・ジェネレータのロータ軸に設けられているので、第１回転部材とモータ・ジェネレータとの間にギヤ等が介在していない。そのため、モータ・ジェネレータにて第１回転部材を第２回転部材と同期させる場合に、ギヤのバックラッシュ等の影響を受けない。従って、走行モードの切替時における異音及び振動を抑制できる。

　本発明の制御装置の一形態においては、前記第１回転部材としての第１係合部材と、前記第２回転部材としての第２係合部材と、前記出力部材と一体に回転する第３係合部材と、を有し、前記第１係合部材と前記第２係合部材とが一体に回転し、かつ前記第３係合部材が切り離される第１状態と、前記第２係合部材と前記第３係合部材とが一体に回転し、かつ前記第１係合部材が切り離される第２状態と、前記第１係合部材、前記第２係合部材及び前記第３係合部材が一体に回転する第３状態と、に切り替え可能な接続切替手段が設けられ、前記クラッチ機構及び前記ロック機構は、前記接続切替手段であってもよい。この形態では、接続切替手段を第１状態又は第３状態に切り替えることにより、第２回転要素と第３回転要素とを接続できる。一方、接続切替手段を第２状態に切り替えることにより、第２回転要素と第３回転要素との接続を解除できる。また、接続切替手段を第２状態又は第３状態に切り替えることにより、第３回転要素と出力部材とを動力伝達可能に接続できる。一方、接続切替手段を第１状態に切り替えることにより、第３回転要素と出力部材とを切り離すことができる。このようにこの形態によれば、接続切替手段により、第２回転要素と第３回転要素との接続及びその接続の解除を切り替えることができる。また、同じ接続切替手段により、第３回転要素と出力部材との接続及びその接続の解除を切り替えることができる。そのため、装置を小型化できる。また、これにより車両への搭載性を向上させることができる。

　この形態においては、前記差動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、前記第１回転要素が前記遊星歯車機構のキャリアであり、前記第２回転要素が前記遊星歯車機構のサンギヤであり、前記第３回転要素が前記遊星歯車機構のリングギヤであり、前記制御手段は、前記ＥＶモードにおいて前記接続切替手段を前記第１状態に切り替え、前記車両の走行モードがＥＶモードのときに前記内燃機関を始動すべき所定の始動条件が成立した場合、前記接続切替手段を前記第１状態にした状態で前記モータ・ジェネレータにより前記内燃機関をクランキングして前記内燃機関を始動する始動手段をさらに備えていてもよい。接続切替手段が第１状態のときには、第３回転要素と出力部材とを切り離すことができる。この形態では、この状態で内燃機関をクランキングするので、内燃機関の始動時における車両の振動を抑制できる。

　本発明の制御装置の一形態において、前記制御手段は、前記車両の速度及び前記車両に要求されている駆動力にて特定される前記車両の走行状態が所定のＥＶモード領域内にある場合に前記車両の走行モードを前記ＥＶモードに切り替え、前記車両の走行状態が所定のパラレルモード領域内にある場合に前記車両の走行モードを前記パラレルモードに切り替え、前記パラレルモード領域には、所定の判定速度以上、かつ所定の判定駆動力以下の運転領域が含まれ、前記ＥＶモード領域には、前記判定速度未満、かつ前記判定駆動力以下の運転領域が含まれている。この形態によれば、車両が低トルクかつ低車速で走行する場合にＥＶモードに切り替えられる。この場合、内燃機関が低速で運転されることを抑制できるので、燃費を改善できる。また、パラレルモード領域には判定速度以上、かつ判定駆動力以下の運転領域が含まれている。そのため、車両が判定駆動力以下で長時間運転されたとしても電動機が長時間連続して運転されることを抑制できる。

　この形態において、前記制御手段は、前記バッテリの残量が少ないほど前記ＥＶモード領域が小さくなるように前記バッテリの充電状態に応じて前記ＥＶモード領域の大きさを変更する領域変更手段を備えていてもよい。このようにＥＶモード領域の大きさを変更することにより、バッテリの残量を確保することができる。

本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれたハイブリッド車両を概略的に示す図。第２状態のドグクラッチを示す図。第３状態のドグクラッチを示す図。ＥＶモードにおける共線図。パラレルモードにおける共線図。シリーズパラレルモードにおける共線図。車速と、車両に要求されている駆動力と、走行モードとの関係を示す図。本発明の制御装置が組み込まれた他のハイブリッド車両の動力分割機構の一部を拡大して示す図。

　図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれたハイブリッド車両を概略的に示している。この車両１は、内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１０と、第１モータ・ジェネレータ（以下、第１ＭＧと略称することがある。）１１と、第２モータ・ジェネレータ（以下、第２ＭＧと略称することがある。）１２とを備えている。エンジン１０は、ハイブリッド車両に搭載される周知の火花点火式内燃機関である。そのため、詳細な説明を省略する。

　第１ＭＧ１１及び第２ＭＧ１２は、電動機及び発電機として機能する周知のモータ・ジェネレータである。第１ＭＧ１１は、ロータ軸１１ａと一体回転するロータ１１ｂと、ロータ１１ｂの外周に同軸に配置されてケース（不図示）に固定されたステータ１１ｃとを備えている。第２ＭＧ１２も同様に、ロータ軸１２ａと一体回転するロータ１２ｂと、ロータ１２ｂの外周に同軸に配置されてケースに固定されたステータ１２ｃとを備えている。第１ＭＧ１１は、第１インバータ１３を介してバッテリ１４と電気的に接続されている。第２ＭＧ１２は、第２インバータ１５を介してバッテリ１４と電気的に接続されている。

　車両１には、動力分割機構１６と、車両１の駆動輪２に動力を伝達するための出力部１７とが設けられている。出力部１７は、出力部材としての出力軸１８と、出力軸１８と一体に回転する出力ギヤ１９とを備えている。出力ギヤ１９は、デファレンシャル機構２０のケースに設けられたリングギヤ２０ａと噛み合っている。デファレンシャル機構２０は、伝達された動力を左右の駆動輪２に分配する周知の機構である。

　動力分割機構１６は、差動機構としての遊星歯車機構２１を備えている。遊星歯車機構２１は、シングルピニオン型の遊星歯車機構である。遊星歯車機構２１は、サンギヤＳと、リングギヤＲと、ピニオンギヤＰと、キャリアＣとを備えている。サンギヤＳは、外歯歯車である。リングギヤＲは、内歯歯車である。リングギヤＲは、サンギヤＳに対して同軸的に配置されている。ピニオンギヤＰは、サンギヤＳ及びリングギヤＲのそれぞれと噛み合っている。キャリアＣは、ピニオンギヤＰを自転可能かつサンギヤＳの周囲を公転可能に支持している。この図に示すようにキャリアＣは、エンジン１０の出力軸１０ａと連結されている。サンギヤＳは、第１ＭＧ１１のロータ軸１１ａと連結されている。そのため、キャリアＣが本発明の第１回転要素に相当し、サンギヤＳが本発明の第２回転要素に相当する。

　また、動力分割機構１６は、接続切替手段としてのドグクラッチ２２を備えている。ドグクラッチ２２は、第１係合部材２３と、第２係合部材２４と、第３係合部材２５と、スリーブ２６とを備えている。第１係合部材２３は、第１ＭＧ１１のロータ軸１１ａに固定されている。第２係合部材２４は、リングギヤＲと一体回転するように連結されている。第３係合部材２５は、第１ドライブギヤ２７と一体回転するように連結されている。出力軸１８には、出力軸１８と一体に回転するドリブンギヤ２８が設けられている。第１ドライブギヤ２７は、そのドリブンギヤ２８と噛み合っている。第２ＭＧ１２のロータ軸１２ａには、第２ドライブギヤ２９が設けられている。第２ドライブギヤ２９は、ドリブンギヤ２８と噛み合っている。そのため、第２ＭＧ１２が本発明の電動機に相当する。

　第１係合部材２３、第２係合部材２４、及び第３係合部材２５のそれぞれの外周面にはドグ歯（不図示）が設けられている。スリーブ２６の内周面には、それら係合部材２３～２５のドグ歯と噛み合うことが可能なドグ歯（不図示）が設けられている。そして、これらドグ歯が噛み合うことによりスリーブ２６と各係合部材２３～２５とが係合する。スリーブ２６は、図１に示す第１位置と、図２に示す第２位置と、図３に示す第３位置とに移動可能に設けられている。第１位置において、スリーブ２６は第１係合部材２３及び第２係合部材２４と係合する。一方、スリーブ２６は第３係合部材２５とは係合しない。そのため、この状態では、第１係合部材２３と第２係合部材２４とが一体に回転する。そして、第３係合部材２５は、これらに対して相対回転可能になる。以下、この状態を第１状態と称する。第２位置において、スリーブ２６は第２係合部材２４及び第３係合部材２５と係合する。一方、スリーブ２６は第１係合部材２３とは係合しない。そのため、この状態では、第２係合部材２４と第３係合部材２５とが一体に回転する。そして、第１係合部材２３は、これらに対して相対回転可能になる。以下、この状態を第２状態と称する。第３位置において、スリーブ２６は第１係合部材２３、第２係合部材２４及び第３係合部材２５の全てと係合する。そのため、この状態では、第１係合部材２３、第２係合部材２４及び第３係合部材２５が一体に回転する。以下、この状態を第３状態と称する。

　ドグクラッチ２２が第１状態又は第３状態に切り替えられた場合、第１係合部材２３と第２係合部材２４とが連結される。この場合、サンギヤＳとリングギヤＲとが連結されるので、サンギヤＳ、リングギヤＲ及びキャリアＣが一体に回転する。そのため、サンギヤＳとリングギヤＲとの間の変速比が固定される。一方、ドグクラッチ２２が第２状態に切り替えられた場合には、第１係合部材２３と第２係合部材２４とが切り離される。そのため、この場合には変速比の固定が解除される。従って、第１状態及び第３状態が本発明のロック状態に相当する。また、第２状態が本発明のアンロック状態に相当する。そして、ドグクラッチ２２が本発明のロック機構に相当する。また、ドグクラッチ２２が第２状態又は第３状態に切り替えられた場合、第３係合部材２５と第２係合部材２４とが連結される。この場合、リングギヤＲと第１ドライブギヤ２７とが連結されるので、リングギヤＲと出力軸１８とが動力伝達可能に接続される。そのため、第２状態又は第３状態が本発明の係合状態に相当する。一方、ドグクラッチ２２が第１状態に切り替えられた場合には、第３係合部材２５と第２係合部材２４とが切り離される。そのため、この場合にはリングギヤＲと出力軸１８とが切り離される。従って、第２状態及び第３状態が本発明の係合状態に相当する。また、第１状態が本発明の解放状態に相当する。そして、ドグクラッチ２２が本発明のクラッチ機構に相当する。リングギヤＲが本発明の第３回転要素に相当する。

　エンジン１０、第１ＭＧ１１、第２ＭＧ１２及びドグクラッチ２２は、車両制御装置４０により制御される。車両制御装置４０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。車両制御装置４０は、車両１を適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。車両制御装置４０は、これらのプログラムを実行することによりエンジン１０及び各ＭＧ１１、１２等の制御対象に対する制御を行っている。車両制御装置４０は、第１インバータ１３を制御することにより第１ＭＧ１１を制御する。また、車両制御装置４０は、第２インバータ１５を制御することにより第２ＭＧ１２を制御する。車両制御装置４０には、車両１に係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。例えば、アクセル開度センサ４１、車速センサ４２及びバッテリセンサ４３等が車両制御装置４０に接続されている。アクセル開度センサ４１は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度に対応した信号を出力する。車速センサ４２は、車両１の速度（車速）に対応した信号を出力する。バッテリセンサ４３は、バッテリ１４の充電状態に対応した信号を出力する。この他にも車両制御装置４０には種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。

　この車両１では、エンジン１０、第１ＭＧ１１、第２ＭＧ１２及びドグクラッチ２２を適宜に制御することにより複数の走行モードが実現される。複数の走行モードとしては、ＥＶモード、パラレルモード及びシリーズパラレルモードが設定されている。図４～図６を参照して各走行モードについて説明する。なお、図４はＥＶモードにおける共線図を示している。図５はパラレルモードにおける共線図を示している。図６はシリーズパラレルモードにおける共線図を示している。なお、これらの図中の「ＥＮＧ」はエンジン１０を示し、「ＯＵＴ」は出力軸１８を示している。また、「ＭＧ１」は第１ＭＧ１１を示し、「ＭＧ２」は第２ＭＧ１２を示している。そして、「Ｓ」はサンギヤＳを示し、「Ｒ」はリングギヤＲを示し、「Ｃ」はキャリアＣを示している。

　ＥＶモードでは、ドグクラッチ２２を第１状態に切り替える。この場合、第３係合部材２５が第１係合部材２３及び第２係合部材２４と切り離される。そのため、図４に示すように出力部１７が動力分割機構１６と切り離される。すなわち、エンジン１０及び第１ＭＧ１１が駆動輪２から切り離される。従って、ＥＶモードでは駆動輪２は第２ＭＧ１２により駆動される。ドグクラッチ２２が第１状態の場合には、第１係合部材２３と第２係合部材２４とが連結される。この場合、サンギヤＳとリングギヤＲとが連結されるので、サンギヤＳ、キャリアＣ及びリングギヤＲは一体に回転する。従って、第１ＭＧ１１を発電機として機能させ、エンジン１０で第１ＭＧ１１を駆動することにより発電を行うことができる。なお、図４はエンジン１０及び第１ＭＧ１１が停止しているときの共線図である。このようにＥＶモードでは、第２ＭＧ１２で駆動輪２を駆動しつつ第１ＭＧ１１で発電できる。すなわち、このＥＶモードでは、車両１の駆動方式がシリーズハイブリッドになる。

　パラレルモードでは、ドグクラッチ２２を第３状態に切り替える。この場合、第１係合部材２３、第２係合部材２４及び第３係合部材２５が全て連結される。これによりサンギヤＳとリングギヤＲとが連結されるので、サンギヤＳ、キャリアＣ及びリングギヤＲが一体に回転する。また、この場合には第１ドライブギヤ２７もこれらと連結される。そのため、エンジン１０の出力軸１０ａと第１ドライブギヤ２７とが一体に回転する。すなわち、エンジン１０から出力された動力が駆動輪２に伝達される。従って、パラレルモードでは、駆動輪２をエンジン１０及び第２ＭＧ１２で駆動できる。このようにパラレルモードでは、車両１の駆動方式がパラレルハイブリッドになる。

　シリーズパラレルモードでは、ドグクラッチ２２を第２状態に切り替える。この場合、第１係合部材２３が第２係合部材２４及び第３係合部材２５と切り離される。そのため、サンギヤＳとリングギヤＲとが切り離される。従って、サンギヤＳ、リングギヤＲ及びキャリアＣは、互いに相対回転可能な状態になる。そして、第２係合部材２４と第３係合部材２５とは連結されるので、リングギヤＲと第１ドライブギヤ２７とが一体に回転する。そのため、この場合には図６に示すようにエンジン１０から出力されたパワーを第１ＭＧ１１と第１ドライブギヤ２７とに分割することができる。従って、シリーズパラレルモードでも、駆動輪２をエンジン１０及び第２ＭＧ１２で駆動できる。また、エンジン１０で第１ＭＧ１１を駆動することにより発電を行うことができる。このようにシリーズパラレルモードでは、車両１の駆動方式がシリーズパラレルハイブリッドになる。

　車両制御装置４０は、図７に示したマップに基づいてこれらの走行モードを切り替える。この図は、車速と、車両１に要求されている駆動力と、走行モードとの関係を示している。この図のシリーズパラレルモード領域Ｒｓｐは、走行モードがシリーズパラレルモードに切り替えられる領域である。パラレルモード領域Ｒｐは、走行モードがパラレルモードに切り替えられる領域である。ＥＶモード領域Ｒｅｖは、走行モードがＥＶモードに切り替えられる領域である。なお、この図に示した関係は、予め実験又は数値計算等により求めて車両制御装置４０にマップとして記憶させておけばよい。

　この図に示すようにパラレルモード領域Ｒｐには、所定の第１車速Ｖ１から所定の第２車速Ｖ２の間であり、かつ所定の判定駆動力Ｐ以下の運転領域が設定されている。ＥＶモード領域Ｒｅｖは、第１車速Ｖ１未満かつ判定駆動力Ｐ以下の運転領域が含まれるように設定されている。そのため、第１車速Ｖ１が本発明の判定速度に相当する。この図に示すようにＥＶモード領域Ｒｅｖの大きさは、バッテリ１４の残量が少ないほど小さくなるようにバッテリ１４の充電状態に応じて変更される。バッテリ１４の充電状態が高い場合、言い換えるとバッテリ１４の残量が多い場合には、線Ｌｈで囲まれる範囲がＥＶモード領域Ｒｅｖに設定される。一方、バッテリ１４のＳＯＣが低い場合、言い換えるとバッテリ１４の残量が少ない場合には、線Ｌｌで囲まれる範囲がＥＶモード領域Ｒｅｖに設定される。このようにＥＶモード領域を変更することにより、車両制御装置４０が本発明の領域変更手段として機能する。

　車両制御装置４０は、まず車速及び車両１に要求されている駆動力に基づいて車両１の走行状態を取得する。その後、取得した走行状態がいずれの領域にあるかに応じて走行モードを切り替える。なお、この図に示すように、バッテリ１４の充電状態が高いときのＥＶモード領域Ｒｅｖはパラレルモード領域Ｒｐと重なっている。車両１の走行状態がこの領域Ｒｅｖと領域Ｒｐとが重なる部分内にある場合には、予め設定した所定の規則に従って走行モードが切り替えられる。例えば、領域Ｒｅｖと領域Ｒｐとが重なっている場合には、ＥＶモードが選択されるように規則が設定される。このように走行モードを切り替えることにより、車両制御装置４０が本発明の制御手段として機能する。

　上述したように各走行モードでは、ドグクラッチ２２の状態が互いに異なる。そのため、走行モードを切り替える場合には、ドグクラッチ２２の状態を切り替える必要がある。この際、車両制御装置４０は、第１ＭＧ１１で第１係合部材２３と第３係合部材２５とを同期させる。例えば、ドグクラッチ２２を第２状態から第３状態に切り替える場合には、第１係合部材２３の回転数と第３係合部材２５の回転数との差が所定の許容範囲内に収まるように第１ＭＧ１１を制御する。その後、スリーブ２６を第３位置に動かす。ドグクラッチ２２を第１状態から第３状態に切り替える場合にも同様に第１ＭＧ１１で第１係合部材２３と第３係合部材２５とを同期させる。

　また、車両制御装置４０は、走行モードがＥＶモードのときにエンジン１０を始動すべき所定の始動条件が成立した場合には、第１ＭＧ１１でエンジン１０をクランキングする。なお、始動条件は、例えば走行モードをＥＶモードから他の走行モードに切り替える場合、又は第１ＭＧ１１で発電する必要がある場合等に成立したと判定される。この際、車両制御装置４０は、ドグクラッチ２２を第１状態にした状態で第１ＭＧ１１によりエンジン１０をクランキングする。そして、これによりエンジン１０を始動する。このようにエンジン１０を始動することにより車両制御装置４０が本発明の始動手段として機能する。

　以上に説明したように、本発明では、ドグクラッチ２２の第１係合部材２３が第１ＭＧ１１のロータ軸１１ａに設けられている。そのため、第１ＭＧ１１と第１係合部材２３との間にギヤなどが介在していない。そのため、第１係合部材２３を他の係合部材２４、２５と同期させる場合にギヤのバックラッシュ等の影響を受けない。従って、走行モードの切替時における異音及び振動を抑制できる。

　また、ドグクラッチ２２によりサンギヤＳとリングギヤＲとの間の変速比を固定したりその固定を解除したりできる。また、このドグクラッチ２２でリングギヤＲと出力軸１８とを動力伝達可能に接続したりその接続を解除したりできる。このように本発明によれば、１つのドグクラッチ２２でこれらの切り替えを行うことができる。そのため、装置を小型化できる。また、これにより車両１への搭載性を向上させることができる。

　本発明では、走行モードがＥＶモードのときに始動条件が成立した場合には、ドグクラッチ２２を第１状態にした状態で第１ＭＧ１１によりエンジン１０をクランキングする。この場合、出力部１７が動力分割機構１６と切り離される。そのため、エンジン１０の始動時における車両１の振動を抑制できる。

　ＥＶモード領域Ｒｅｖは、第１車速Ｖ１未満かつ判定駆動力Ｐ以下の運転領域が含まれているので、車両１が低トルクかつ低車速で走行する場合にＥＶモードに切り替えられる。これによりエンジン１０が低速で運転されることを抑制できるので、燃費を改善できる。また、パラレルモード領域Ｒｐには、第１車速Ｖ１以上かつ判定駆動力Ｐ以下の運転領域が含まれるので、車両１が判定駆動力Ｐ以下で長時間運転されたとしても第２ＭＧ１２が長時間連続して運転されることを抑制できる。そして、ＥＶモード領域Ｒｅｖの大きさをバッテリ１４の残量に応じて変更するので、バッテリ１４の残量を確保することができる。

　なお、サンギヤＳとリングギヤＲとの間の変速比の固定及びその固定の解除を切り替える機構と、リングギヤＲと出力軸１８との接続及びその接続の解除を切り替える機構とは別々に設けられていてもよい。例えば、図８に示すように動力分割機構１６にロック機構５０及びクラッチ機構６０を設けてもよい。図８は、動力分割機構１６の一部を拡大して示している。なお、図８において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。ロック機構５０及びクラッチ機構６０は、いずれもドグクラッチとして構成されている。

　ロック機構５０は、第１回転部材５１と、第２回転部材５２と、スリーブ５３とを備えている。第１回転部材５１は、第１ＭＧ１１のロータ軸１１ａに設けられている。第２回転部材５２は、リングギヤＲと連結されている。スリーブ５３は、第１回転部材５１と第２回転部材５２とを連結するロック位置と、その連結を解除するアンロック位置とに移動できる。この図では、ロータ軸１１ａの上側にロック位置におけるスリーブ５３を示し、ロータ軸１１ａの下側にアンロック位置におけるスリーブ５３を示した。以下ではスリーブ５３がロック位置にある場合をロック状態と称し、スリーブ５３がアンロック位置にある場合をアンロック状態と称する。

　クラッチ機構６０は、第１クラッチ部材６１と、第２クラッチ部材６２と、スリーブ６３とを備えている。第１クラッチ部材６１は、リングギヤＲと連結されている。第２クラッチ部材６２は第１ドライブギヤ２７と連結されている。スリーブ６３は、第１クラッチ部材６１と第２クラッチ部材６２とを連結する係合位置と、その連結を解除する解放位置とに移動できる。この図では、ロータ軸１１ａの上側に係合位置におけるスリーブ６３を示し、ロータ軸１１ａの下側に解放位置におけるスリーブ６３を示した。以下ではスリーブ６３が係合位置にある場合を係合状態と称し、スリーブ６３が解放位置にある場合を解放状態と称する。

　この変形例では、これらロック機構５０の状態及びクラッチ機構６０の状態を切り替えることにより、走行モードの切り替えが行われる。ＥＶモードでは、ロック機構５０がロック状態に切り替えられ、かつクラッチ機構６０が解放状態に切り替えられる。パラレルモードでは、ロック機構５０がロック状態に切り替えられ、かつクラッチ機構６０が係合状態に切り替えられる。シリーズパラレルモードでは、ロック機構５０がアンロック状態に切り替えられ、かつクラッチ機構６０が解放状態に切り替えられる。このようにロック機構５０の状態及びクラッチ機構６０の状態を切り替えることにより、上述した形態と同様の動力伝達経路を形成することができる。そして、これら走行モードの切り替えは、上述した形態と同様に図７に示したマップに基づいて行われる。

　この変形例では、ロック機構５０の第１回転部材５１を第１ＭＧ１１のロータ軸１１ａに設けたので、第１回転部材５１を第２回転部材５２と同期させる場合にギヤのバックラッシュ等の影響を受けない。従って、走行モードの切替時における異音及び振動を抑制できる。

　本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用されるハイブリッド車両の内燃機関は、ディーゼル機関でもよい。また、第２ＭＧの代わりに電動機が設けられていてもよい。動力分割機構が備える遊星歯車機構は、シングルピニオン型の遊星歯車機構に限定されない。ダブルピニオン型の遊星歯車機構が動力分割機構に設けられてもよい。

Claims

　内燃機関と、
　電動機及び発電機として機能するモータ・ジェネレータと、
　駆動輪と動力伝達可能に接続された出力部材と、
　前記出力部材に動力を出力可能な電動機と、
　前記電動機及び前記モータ・ジェネレータと電気的に接続されたバッテリと、
　相互に差動回転可能な少なくとも３つの回転要素を有し、前記３つの回転要素のうちの第１回転要素が前記内燃機関の出力軸と接続され、前記３つの回転要素のうちの第２回転要素が前記モータ・ジェネレータのロータ軸と接続された差動機構と、
　前記３つの回転要素のうちの第３回転要素と前記出力部材とが動力伝達可能に接続された係合状態と、前記第３回転要素と前記出力部材とが切り離された解放状態とに切り替え可能なクラッチ機構と、
　前記第１回転要素と前記第２回転要素との間の変速比を固定するロック状態と、前記変速比の固定を解除するアンロック状態とに切り替え可能なロック機構と、
　を備え、
　前記クラッチ機構を前記解放状態に切り替え、前記電動機で前記駆動輪を駆動するＥＶモードと、前記ロック機構を前記ロック状態に切り替えるとともに前記クラッチ機構を前記係合状態に切り替え、前記内燃機関及び前記電動機の少なくともいずれか一方で前記駆動輪を駆動するパラレルモードと、前記ロック機構を前記アンロック状態に切り替えるとともに前記クラッチ機構を前記係合状態に切り替え、前記内燃機関及び前記電動機の少なくともいずれか一方で前記駆動輪を駆動するシリーズパラレルモードと、に走行モードを切り替え可能なハイブリッド車両に適用され、
　前記バッテリの充電状態、前記車両に要求されている駆動力及び前記車両の速度に基づいて前記車両の走行モードが切り替えられるように前記クラッチ機構、前記ロック機構、前記内燃機関及び前記電動機を制御する制御手段を備え、
　前記ロック機構は、前記モータ・ジェネレータのロータ軸に設けられた第１回転部材と、前記第３回転要素と一体に回転する第２回転部材と、を備え、前記ロック状態では前記第１回転部材と前記第２回転部材とを連結し、前記アンロック状態では前記第１回転部材と前記第２回転部材との連結を解除する制御装置。
　前記第１回転部材としての第１係合部材と、前記第２回転部材としての第２係合部材と、前記出力部材と一体に回転する第３係合部材と、を有し、前記第１係合部材と前記第２係合部材とが一体に回転し、かつ前記第３係合部材が切り離される第１状態と、前記第２係合部材と前記第３係合部材とが一体に回転し、かつ前記第１係合部材が切り離される第２状態と、前記第１係合部材、前記第２係合部材及び前記第３係合部材が一体に回転する第３状態と、に切り替え可能な接続切替手段が設けられ、
　前記クラッチ機構及び前記ロック機構は、前記接続切替手段である請求項１に記載の制御装置。
　前記差動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、前記第１回転要素が前記遊星歯車機構のキャリアであり、前記第２回転要素が前記遊星歯車機構のサンギヤであり、前記第３回転要素が前記遊星歯車機構のリングギヤであり、
　前記制御手段は、前記ＥＶモードにおいて前記接続切替手段を前記第１状態に切り替え、
　前記車両の走行モードがＥＶモードのときに前記内燃機関を始動すべき所定の始動条件が成立した場合、前記接続切替手段を前記第１状態にした状態で前記モータ・ジェネレータにより前記内燃機関をクランキングして前記内燃機関を始動する始動手段をさらに備えている請求項２に記載の制御装置。
　前記制御手段は、前記車両の速度及び前記車両に要求されている駆動力にて特定される前記車両の走行状態が所定のＥＶモード領域内にある場合に前記車両の走行モードを前記ＥＶモードに切り替え、前記車両の走行状態が所定のパラレルモード領域内にある場合に前記車両の走行モードを前記パラレルモードに切り替え、
　前記パラレルモード領域には、所定の判定速度以上、かつ所定の判定駆動力以下の運転領域が含まれ、
　前記ＥＶモード領域には、前記判定速度未満、かつ前記判定駆動力以下の運転領域が含まれている請求項１～３のいずれか一項に記載の制御装置。
　前記制御手段は、前記バッテリの残量が少ないほど前記ＥＶモード領域が小さくなるように前記バッテリの充電状態に応じて前記ＥＶモード領域の大きさを変更する領域変更手段を備えている請求項４に記載の制御装置。