JP6915438B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関する。

従来、ハイブリッド車両に用いられる駆動装置として、第１電動機と、第１電動機および伝達部材にエンジンの出力を分配する動力分配機構と、動力分配機構から駆動輪までの動力伝達経路に連結された第２電動機と、動力伝達経路の一部を構成する自動変速機とを備えた駆動装置が知られている。例えば、特許文献１には、動力分配機構を電気的な無段変速機として作動可能な差動状態（無段変速状態）と、定変速比を有する変速機として作動可能な定変速状態とに選択的に切換える差動状態切換装置としての切換クラッチおよび切換ブレーキが設けられた、ハイブリッド車両が開示されている。特許文献１に記載されたハイブリッド車両によれば、高速走行またはエンジンの高回転域においては、動力分配機構が定変速状態とされて、主に機械的な動力伝達経路によってエンジンの出力が駆動輪に伝達されて動力と電気との間の変換損失が抑制されて燃費を向上できる。一方、エンジンの高出力域においては、動力分配機構が定変速状態とされて第１電動機の保障すべき電気的反力を小さくでき、第１電動機または第１電動機を含む車両の駆動装置を一層小型化できる。

特許第４２１８５９３号公報

以上のように構成されたハイブリッド車両において、さらに、発進時や走行時の駆動力の大きさ、および駆動力を駆動輪に伝達するタイミングを自由に調整したいというユーザの要望がある。しかしながら、上述した従来のハイブリッド車両においては、ユーザがアクセルペダルを踏み込むと、車体が即座に動作し始める構成である。そのため、発進時や走行時の駆動力の大きさやエンジンの駆動力を駆動輪に伝達するタイミングをユーザが自由に調整できないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、発進時や走行時の駆動力の大きさやエンジンの駆動力を駆動輪に伝達するタイミングをユーザが自由に調整することができるハイブリッド車両を提供することにある。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド車両は、エンジンと、前記エンジンの出力するトルクの反力を出力可能な電動機と、前記エンジンから入力された駆動力を変速して出力可能な変速機と、前記エンジンの出力軸と前記変速機の入力軸との間に配置された遊星歯車機構と、アクセルペダルと、ペダルストローク量を検出可能なクラッチペダルと、を備えたハイブリッド車両であって、前記遊星歯車機構を構成する複数のギヤを相対回転不能に制御可能な係合手段が設けられ、前記電動機および前記係合手段を制御することにより、前記クラッチペダルのペダルストローク量が最大以下の所定値より大きいときに、前記エンジンから前記変速機に伝達される駆動力を０とし、前記クラッチペダルのペダルストローク量が前記所定値以下のときに、前記エンジンから前記変速機に前記クラッチペダルのペダルストローク量に応じた駆動力を伝達するように制御する制御手段を備えることを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド車両によれば、ユーザは、クラッチペダルのペダルストローク量を調整することによって、駆動力の伝達率およびタイミングをアクセルペダルの操作後から任意に調整でき、さらにアクセルペダルの踏み込み量を調整して駆動力の大きさも調整できるので、発進時や走行時の駆動力の大きさ、および駆動力を駆動輪に伝達するタイミングをユーザが所望するように調整可能になる。

図１は、本発明の一実施形態によるハイブリッド車両を示す構成図である。 図２は、本発明の一実施形態によるハイブリッド車両に搭載されるクラッチペダルを示す側面図である。 図３は、従来のハイブリッド車両の差動部におけるＣＶＴモードでの共線図である。 図４は、ハイブリッド車両の差動部におけるキャリアとリングギヤとを結合させた場合の共線図である。 図５は、リングギヤＲにワンウェイクラッチを連結させた場合の共線図である。 図６は、本発明の一実施形態による第１電動機の出力トルクまたはエンジンのエンジントルクの決定方法を説明するためのフローチャートである。 図７は、本発明の一実施形態による第１電動機の出力トルクまたはエンジンのエンジントルクの決定方法を説明するためのフローチャートである。 図８は、本発明の一実施形態によるクラッチペダルのペダルストローク量と差動部におけるトルク伝達率との相間関係を決定するマップを示すグラフである。 図９は、本発明の一実施形態によるハイブリッド車両の発進時における動作状態を示すタイムチャートである。 図１０は、本発明の一実施形態によるハイブリッド車両の走行時における動作状態を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。

まず、本発明の一実施形態によるハイブリッド車両（ＨＶ車両）Ｖｅについて説明する。図１は、この一実施形態によるＨＶ車両Ｖｅを示す。図１に示すように、ＨＶ車両Ｖｅは、駆動装置１およびＥＣＵ２を備える。

駆動装置１は、走行用の駆動力源としてのエンジン１０を備える。駆動装置１は、車体に取り付けられる非回転部材としてのケース１ａ内において共通の軸心上に配設された、入力軸１１、出力軸１２、差動部２０、および自動変速機３０を備える。入力軸１１は、エンジン１０のクランクシャフト（図示せず）に連結されている。動力伝達手段としての差動部２０は、入力軸１１に、直接的またはダンパ装置（図示せず）などを介して間接的に連結されている。変速機としての自動変速機３０は、差動部２０の出力回転部材である伝達軸２４に連結され、差動部２０と出力軸１２との間の動力伝達経路の一部を構成する。すなわち、差動部２０は、エンジン１０と自動変速機３０との間に配置されている。駆動装置１は、エンジン１０からの動力を、差動部２０、自動変速機３０、出力軸１２、およびディファレンシャル装置を介して左右の駆動輪（いずれも図示せず）に伝達する。

差動部２０は、動力分配機構２１、第１電動機ＭＧ１、および第２電動機ＭＧ２を備える動力伝達装置を構成する。動力分配機構２１は、入力軸１１に入力されたエンジン１０の出力を機械的に分配または合成する機械的機構である。動力分配機構２１は具体的に、エンジン１０の出力を第１電動機ＭＧ１および伝達軸２４に分配したり、エンジン１０の出力と第１電動機ＭＧ１の出力とを合成して伝達軸２４に出力したりする。第１電動機ＭＧ１および第２電動機ＭＧ２は、駆動力源となる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、モータジェネレータ（回転電機）である。第２電動機ＭＧ２は、伝達軸２４と一体的に回転可能に設けられている。

動力分配機構２１は、所定のギヤ比ρを有する例えばシングルピニオン型の遊星歯車装置２２、および切替クラッチＣ０を有する係合手段としての係合装置２３を備える。遊星歯車装置２２は、回転要素として、サンギヤＳ、遊星歯車Ｐ、遊星歯車Ｐを自転および公転可能に支持するキャリアＣ、および遊星歯車Ｐを介してサンギヤＳと噛み合うリングギヤＲを備える。上述したギヤ比ρは、サンギヤＳの歯数ＺＳ、およびリングギヤＲの歯数ＺＲから、ＺＳ／ＺＲとして導出される。動力分配機構２１において、キャリアＣは、入力軸１１を介してエンジン１０に連結されている。サンギヤＳは、第１電動機ＭＧ１に連結されている。リングギヤＲは伝達軸２４に連結されている。係合装置２３は、サンギヤＳとキャリアＣとの間において係合および解放可能に設けられている。

係合装置２３は、例えばドグクラッチなどの機械係合装置や、油圧式摩擦係合装置からなる切替クラッチＣ０を有して構成される。油圧式摩擦係合装置は、複数枚の摩擦板が油圧アクチュエータにより押圧される湿式多板型や、回転するドラムの外周面のバンドの一端が油圧アクチュエータによって引き締められるバンドブレーキなどから構成される。

係合装置２３における切替クラッチＣ０が解放されると、サンギヤＳ、キャリアＣ、およびリングギヤＲはそれぞれ、相互に相対回転可能な差動作用が働く差動状態になる。差動状態においては、エンジン１０の出力が第１電動機ＭＧ１と伝達軸２４とに分配される。これとともに、その分配されたエンジン１０の出力の一部によって第１電動機ＭＧ１から発生した電気エネルギにより、例えばバッテリなどの蓄電装置（図示せず）に充電されたり、第１電動機ＭＧ１により発生した電気エネルギによって第２電動機ＭＧ２が回転駆動されたりする。これにより、差動部２０は例えば無段変速状態になり、エンジン１０のエンジン回転数にかかわらず、伝達軸２４の回転を連続的に変化できる。すなわち、差動部２０は、変速比γ（入力軸１１の回転数／伝達軸２４の回転数）が最小値γ_minから最大値γ_maxまで連続的に変化可能な電気的な無段変速機として機能する。換言すると、差動部２０は、エンジン１０からの入力回転数であるキャリアＣの回転数と、出力回転数であるリングギヤＲの回転数との変速比γを無段階に変更可能である。このようなモードをＣＶＴモードという。

一方、係合装置２３における切替クラッチＣ０が係合されると、サンギヤＳとキャリアＣとが一体的に係合するため、遊星歯車装置２２を構成する３つの回転要素であるサンギヤＳ、キャリアＣ、およびリングギヤＲが一体回転する非差動状態になる。非差動状態においては、エンジン１０のエンジン回転数Ｎｅである入力軸１１の回転数と、伝達軸２４の回転数とが一致する状態になる。すなわち、差動部２０は、変速比γが１に固定された変速機として機能する定変速状態（有段変速状態）になる。差動部２０が、変速比γが固定された変速機として機能する場合、後段に連結された自動変速機３０を自動で変速させる自動変速モード（ＡＴモード）、またはユーザ（運転者）による後述するシフト操作部４４の操作に基づいて変速させる手動変速モード（ＭＴモード）が実行可能になる。

係合装置２３は、差動部２０を、変速比を連続的に変化可能な電気的な無段変速機として作動する無段変速状態と、変速比変化を固定する定変速状態とに選択的に切り替える差動状態切替装置として機能する。差動部２０は、係合装置２３が解放され、かつ第１電動機ＭＧ１が反力を発生しない出力トルクＴｇが０の自由回転状態にされた場合には、差動部２０内の動力伝達経路における動力伝達を遮断する動力伝達遮断状態になる。一方、第１電動機ＭＧ１が所定の出力トルクＴｇの反力を発生、または係合装置２３が係合状態の場合には、差動部２０内の動力伝達経路における動力伝達を可能とする動力伝達可能状態となる。

自動変速機３０は、例えば従来公知の前進６段・後進１段の有段式自動変速機であり、伝達軸２４から入力されたエンジン１０の回転が、自動変速機３０において変速されて出力軸１２を介して駆動輪（図示せず）に伝達される。なお、自動変速機３０の構成は必ずしも上述の構成に限定されない。

また、制御手段としてのＥＣＵ２は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）および入出力等のインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。ＥＣＵ２の機能は、記録部としてのＲＯＭが保持するアプリケーションプログラムを記憶部としてのＲＡＭにロードしてＣＰＵにより実行し、ＣＰＵの制御のもとで制御対象を動作させつつ、ＲＡＭやＲＯＭのデータの読み出しおよび書き込みを行うことで実現される。ＥＣＵ２は、上述のように構成されたＨＶ車両Ｖｅ内における各種センサ類などの情報に基づいて、ＨＶ車両Ｖｅ内の各構成要素を制御する。

ブレーキペダルセンサ４２ａは、ユーザによるブレーキペダル４２の操作量を検出する。ブレーキペダルセンサ４２ａは、検出したブレーキペダル４２の操作量を示す信号をＥＣＵ２に出力する。また、アクセルペダルセンサ４３ａは、ユーザによるアクセルペダル４３の操作量（アクセルペダル開度）を検出する。アクセルペダルセンサ４３ａは、検出したアクセルペダル４３の操作量を示す信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、入力されたブレーキペダル４２やアクセルペダル４３の操作量に応じてエンジン１０の出力を制御する。

シフトポジションセンサ４４ａは、例えばシフトレバーやステアリングパドルなどからなるシフト操作部４４のシフトポジションを検出する。シフトポジションセンサ４４ａは、検出したシフトポジションを示す信号をＥＣＵ２に出力する。ドライブモード切替スイッチ４５は、例えば、ＭＴモードと、ＡＴモードと、ＣＶＴモードとを切り替えて選択するスイッチである。ドライブモード切替スイッチ４５は、モードの選択状態をＥＣＵ２に出力する。

クラッチペダルストロークセンサ（以下、ストロークセンサ）５０ａは、ユーザによるクラッチペダル５０の操作量（ペダルストローク量Ｌ_pdl）を検出する。ストロークセンサ５０ａは、検出したクラッチペダル５０のペダルストローク量Ｌ_pdlを示す信号を、ＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、入力されたクラッチペダル５０のペダルストローク量Ｌ_pdlに応じて、エンジン１０、係合装置２３、および第１電動機ＭＧ１を選択的に制御する。

ここで、クラッチペダル５０について説明する。図２は、この一実施形態によるクラッチペダル５０を示す側面図である。図２に示すように、クラッチペダル５０は、車体側の支持部材５２に回動可能に支持された支持軸部５１と、支持軸部５１を介して一体に連結されたＬ字形のレバー部５３とを有して構成されている。支持軸部５１は、両端側で車体側の支持部材５２に支持され、レバー部５３は、支持軸部５１を介して車体側の支持部材５２に前後方向に揺動可能に支持されたレバーとなっており、その下端側にユーザによって踏込み操作されるペダル部５３ａが設けられている。レバー部５３のペダル部５３ａとは反対側の端部は、弾性部材５４に連結されており、ユーザによって踏込み操作されない場合には、図２中実線に示す位置に復帰するように構成される。ユーザによって踏込み操作された量は、ストロークセンサ５０ａによりペダルストローク量Ｌ_pdlとして検出される。

次に、本発明者による、上述したＨＶ車両Ｖｅの構成を案出するに至った鋭意検討について説明する。図３は、従来のＨＶ車両Ｖｅの差動部におけるＣＶＴモードでの共線図である。図４は、ＨＶ車両Ｖｅの差動部におけるキャリアＣとリングギヤＲとを結合させた場合の共線図である。図５は、リングギヤＲにワンウェイクラッチを連結させた場合の共線図である。

まず、従来技術の問題点について説明する。すなわち、図３に示すように、従来のＨＶ車両ＶｅにおけるＣＶＴモードは、差動部における第１電動機ＭＧ１によってエンジンの動力に対する反力を発生させて走行する走行モードである。ＨＶ車両Ｖｅの前進時には、エンジンの正方向のエンジントルクＴｅに対して、第１電動機ＭＧ１が逆方向の出力トルクＴｇを出力する。これにより、第１電動機ＭＧ１は、エンジントルクＴｅに対する反力受けとして機能し、エンジントルクＴｅをリングギヤＲから出力軸に向けて出力させる。

このように、従来のＣＶＴモードを採用したＨＶ車両Ｖｅにおいては、差動部を構成する遊星歯車機構のキャリアに接続されたエンジンから出力するエンジントルクＴｅに対して、サンギヤＳに接続された第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇを適切に制御することによって、エンジンからの駆動力のトルクを、リングギヤＲに接続された第２電動機ＭＧ２側の出力軸（伝達軸２４に相当）に出力する。

ここで、エンジントルクＴｅと第１電動機ＭＧ１の最大出力トルクＴｇ_maxとの関係が以下の（１）式に示す状態になると、エンジン回転数Ｎｅと第１電動機ＭＧ１の回転数Ｎｍとが上昇し続けてしまい、第１電動機ＭＧ１が過回転になる。この場合、エンジンと第１電動機ＭＧ１との動作点を制御できなくなるという問題がある。
Ｔｅ＞−（１＋ρ）／ρ×Ｔｇ_max …（１）

そのため、第１電動機ＭＧ１の性能およびエンジンの性能は、エンジンの最大エンジントルクＴｅ_maxと第１電動機ＭＧ１の最大出力トルクＴｇ_maxとの間において、以下の（２）式に示す関係が成立するように決定される。
Ｔｅ_max≦−（１＋ρ）／ρ×Ｔｇ_max …（２）
すなわち、動力性能を向上させるためにエンジンの性能のうちの最大エンジントルクＴｅ_maxを増加させる場合、第１電動機ＭＧ１の性能を、（２）式を満たすように向上させる必要が生じる。

これに対して本発明者は、図１に示すように、差動部２０におけるサンギヤＳ、リングギヤＲ、およびキャリアＣの相対回転を０にする係合機構を設ける方法を知見した。なお、図１に示す差動部２０の構成においては、係合装置２３によって、サンギヤＳとキャリアＣとが係合可能に構成され、サンギヤＳとキャリアＣとが相対回転不能になる。

一方、図４に示す構成は、キャリアＣとリングギヤＲとを係合可能にした構成である。この場合、キャリアＣとリングギヤＲとが相対回転不能になるため、サンギヤＳ、キャリアＣ、およびリングギヤＲは一体として回転する。すなわち、サンギヤＳ、キャリアＣ、およびリングギヤＲの３つの回転要素のうちの２つの回転要素を、互いに相対回転不能に係合させることによって、差動部を一体回転させることができる。この場合、上述したように、変速比γは１となる。なお、リングギヤＲとサンギヤＳとを係合装置２３によって、係合させるようにしても良い。

また、図５に示すように、キャリアＣとリングギヤＲとを結合させる場合、リングギヤＲにワンウェイクラッチを連結させて、キャリアＣの回転数がリングギヤＲの回転数を超えないようにすることも好ましい。

これに対し、本発明者は、図１に示す差動部２０の構成、または図４に示す差動部の構成において、エンジントルクＴｅが以下の（３）式を満たす状態において、３つの回転要素のうちの２つの回転要素を互いに相対回転不能に係合させる構成を知見した。
Ｔｅ≦−（１＋ρ）／ρ×Ｔｇ_max …（３）

なお、係合している２つの回転要素を解放すると、図３に示すＣＶＴモードに移行する。そのため、係合している２つの回転要素の解放は、エンジントルクＴｅが、第１電動機ＭＧ１の最大出力トルクＴｇ_maxに対して（３）式が成立する場合に行う必要がある。

以上のような構成において、差動部２０における３つの回転要素のうちの２つの回転要素を互いに回転不能に係合させると、差動部２０は一体回転するため、エンジン１０から出力されるエンジントルクＴｅは、機械的に差動部２０の出力軸である伝達軸２４に伝達される。これにより、エンジン１０は、以下の（４）式を満たす、第１電動機ＭＧ１によって受けられない程度の高いエンジントルクＴｅを出力可能になる。
Ｔｅ＞−（１＋ρ）／ρ×Ｔｇ_max …（４）

また、ＣＶＴモードで走行するＨＶ車両Ｖｅにおいては、車速が低い場合においてもエンジン１０の出力を確保する必要がある。そのため、第１電動機ＭＧ１は、第１電動機ＭＧ１の最高回転数Ｎｇ_maxとエンジン１０の最高回転数Ｎｅ_maxとの間において、以下の（５）式が成立するように設計される。
Ｎｇ_max＞Ｎｅ_max …（５）

上述したように、差動部２０における３つの回転要素のうちの２つの回転要素を互いに回転不能に係合させると、第１電動機ＭＧ１の回転数Ｎｇとエンジン１０のエンジン回転数Ｎｅとは等しくなる（Ｎｇ＝Ｎｅ）。そのため、（５）式から２つの回転要素の係合状態における第１電動機ＭＧ１の回転数（係合回転数Ｎｇ_lock）は、以下の（６）式の関係を満たす。すなわち、２つの回転要素の係合状態においては、第１電動機ＭＧ１は、最高回転数Ｎｇ_maxの制約を受けないことになる。
Ｎｇ_max＞Ｎｇ_lock …（６）

しかしながら、上述したように、差動部２０における２つの回転要素を相対回転不能に係合させると、エンジン１０の出力軸である入力軸１１と、差動部２０の出力軸である伝達軸２４との間の変速比γは１に固定される。この場合、車速の広い範囲で、エンジン１０を、最大エンジントルクＴｅ_maxおよび最大出力Ｐｅ_maxで使用することが困難になる。

これに対し、本発明者は、図１に示すように、差動部２０の出力軸（伝達軸２４）の後段に、さらに変速機としての自動変速機３０を設ける構成を知見した。図１に示すように、差動部２０の伝達軸２４に自動変速機３０を設ける構成は、２つの回転要素を相対回転不能に係合させた状態では、一般的なオートマチック車（ＡＴ車）と同様の構成になる。そのため、車速の幅広い範囲において、エンジン１０の全負荷領域を使用可能になるという利点を有する。２つの回転要素を相対回転不能に係合させて、自動変速機３０をＥＣＵ２により自動で変速させる構成は、ＡＴモードになる。一方、相互の回転要素を相対回転可能に解放した場合は、有段変速可能なハイブリッドモードとして、燃費や動力に適した動作点とギヤ段とを選択することが可能になる。

さらに、差動部２０の後段に自動変速機３０を設けた構成において、ユーザが自由にギヤ段を選択したいという要請があった。そこで、ユーザが自由にギヤ段を選択してエンジン回転数Ｎｅを選択できるとともに、エンジントルクＴｅを操作可能な、ＭＴモードを選択可能な構成が追加された。ＭＴモードにおいては、ユーザがシフト操作部４４を操作することによって、ユーザが所望するギヤ段を選択することができ、従来のＭＴ車に近い操作が可能になる。

しかしながら、このような構成においても、例えばＨＶ車両Ｖｅの発進時に、従来のＭＴ車におけるクラッチペダルの操作に相当する操作はできなかった。すなわち、ＭＴモードを搭載したＨＶ車両Ｖｅにおいて、クラッチペダルを操作することによってエンジンの駆動力の大きさとエンジンの駆動力を駆動輪に伝達するタイミングとを調整することはできなかった。さらに、ＨＶ車両Ｖｅの走行中に、ＭＴ車のように、エンジン１０と自動変速機３０との間において駆動力を自由に遮断することも困難であった。

そこで、本発明者は、図１に示すように、さらに、ペダルストローク量Ｌ_pdlを検出可能なストロークセンサ５０ａが設けられたクラッチペダル５０を備え、ペダルストローク量Ｌ_pdlに応じてトルク伝達率Ｋ_teを変更する方法を案出した。ＭＴモードは、ドライブモード切替スイッチ４５によりＭＴモードが選択された場合に、クラッチペダル５０を用いる走行モードとしてＥＣＵ２により実行される。

ＭＴモードにおいては、アクセルペダルセンサ４３ａによって検出されるアクセルペダル４３のアクセルペダル開度において、エンジン１０の出力パワーが最大になる状態を１００％とし、エンジン１０の出力トルクが０で、出力パワーが０の自立運転の状態を０％とする。アクセルペダルセンサ４３ａによって検出されたアクセルペダル開度に応じて、ＥＣＵ２は、エンジン１０における出力パワーを制御する。すなわち、ＭＴモードにおいては、アクセルペダル開度によって、ＨＶ車両Ｖｅにおけるエンジン１０の出力パワーを直接的に制御できる。なお、エンジン１０の出力パワーを直接的に制御する代わりに、エンジン１０のスロットル開度を制御するようにしても良い。この場合、自立運転の状態をアクセルペダル開度の０％に対応させ、スロットル開度が最大の状態をアクセル開度の１００％に対応させる。これにより、一般的なＭＴ車と同様にして、アクセルペダル開度によってエンジン１０の出力するエンジントルクＴｅおよび出力パワーを直接的に制御することができる。

また、トルク伝達率Ｋ_teは、以下の（７）式で定義される。なお、Ｔ_thsoutは、伝達軸２４におけるトルクである。
Ｋ_te＝Ｔ_thsout／Ｔｅ_max …（７）

次に、ＭＴモードにおけるクラッチペダル５０による駆動力の伝達タイミングおよび伝達される駆動力の制御について具体的に説明する。まず、ＣＶＴモードにおいてエンジン１０の反力受けとして用いられる第１電動機ＭＧ１について、出力トルクＴｇの決定方法について以下に説明する。図６および図７は、この一実施形態による第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇまたはエンジン１０のエンジントルクＴｅの決定方法を説明するためのフローチャートである。図８は、この一実施形態によるクラッチペダルのペダルストローク量Ｌ_pdlと差動部２０におけるトルク伝達率との相間関係を決定するマップを示すグラフである。なお、ＥＣＵ２は、図６および図７に示すフローチャートの各処理を、ＨＶ車両Ｖｅが停止している状態から走行中の間で繰り返し実行する。図６および図７に示すフローチャートの各処理における判定および算出はそれぞれ、ＥＣＵ２により判定および算出される。

図６に示すように、ステップＳＴ１においてＥＣＵ２は、係合装置２３が解放状態であるか否かについて判定を行う。ＥＣＵ２が、係合装置２３は解放状態であると判定した場合（ステップＳＴ１：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ２に移行する。係合装置２３が解放されている場合には、差動部２０の動力分配機構２１の相対回転が許容されているため、ＨＶ車両Ｖｅの走行モードは、ＣＶＴモード（ＣＶＴ状態）になっている。

ステップＳＴ２においてＥＣＵ２は、クラッチペダル５０が踏まれているか否かを判定する。ＥＣＵ２は、ストロークセンサ５０ａにより計測されるペダルストローク量Ｌ_pdlが０より大きいか否かを判定する。ＥＣＵ２が、ペダルストローク量Ｌ_pdlが０であり、クラッチペダル５０が踏まれていないと判定した場合（ステップＳＴ２：Ｎｏ）、ステップＳＴ１に復帰する。一方、ステップＳＴ２においてＥＣＵ２が、ペダルストローク量Ｌ_pdlが０より大きく、クラッチペダル５０が踏まれていると判定した場合（ステップＳＴ２：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ３に移行する。

ステップＳＴ３においてＥＣＵ２は、エンジン回転数フィードバック制御移行条件（以下、ＮｅＦ／Ｂ移行条件）が成立しているか否かを判定する。この一実施形態によるＮｅＦ／Ｂ移行条件の一例を挙げると、以下の（８）式および（９）式の少なくともいずれか一方が成立する条件である。
Ｎｅ−Ｎｅ_tagsft≦Ｋne_fbon …（８）
Ｔｇ≦Ｔｇ_b＋Ｋtg_fbon …（９）
Ｎｅ_tagsftは、所定のギヤ段が選択されて固定ギヤ段の状態になっているときにＨＶ車両Ｖｅの車速から算出されるエンジン回転数であり、Ｋne_fbonは、固定ギヤ段の状態のときの算出された目標のエンジン回転数Ｎｅ_tagsftに、実際のエンジン回転数Ｎｅが十分近づいたことを判定するための所定値である。また、Ｔｇ_bは、アクセルペダル４３のアクセルペダル開度から算出されるエンジン要求パワーＰｅ_accと、車速およびギヤ段から得られる目標のエンジン回転数Ｎｅ_tagsftとから算出される、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇであり、その詳細は後述する。Ｋtg_fbonは、実際の第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇが、ＨＶ車両Ｖｅにおける車速、ギヤ段、およびエンジン要求パワーＰｅ_accから算出された出力トルクＴｇ_ｂより大きくなったことを判定するための所定値である。

上述した（８）式および（９）式のいずれも成立しておらず、ＥＣＵ２が、ＮｅＦ／Ｂ移行条件が成立していないと判定した場合（ステップＳＴ３：Ｎｏ）、ステップＳＴ４に移行する。ステップＳＴ４においてＥＣＵ２は、クラッチペダル５０のペダルストローク量Ｌ_pdlからトルク伝達率Ｋ_teを算出する。

ここで、ペダルストローク量Ｌ_pdlからトルク伝達率Ｋ_teを算出する方法としては種々の方法がある。具体的に、例えば図８に示すように、ペダルストローク量Ｌ_pdlが０のときにトルク伝達率Ｋ_teを１００％とし、ペダルストローク量Ｌ_pdlの増加に伴ってトルク伝達率Ｋ_teを減少させ、ペダルストローク量Ｌ_pdlが最大のときにはトルク伝達率Ｋ_teが０％となるマップを作成する。なお、図８において、トルク伝達率Ｋ_teを０％にするのは、ペダルストローク量Ｌ_pdlが所定値より大きく最大以下の場合である。図８に基づいて、ペダルストローク量Ｌ_pdlからトルク伝達率Ｋ_teが一意的に決定される。また、図８に示すグラフなどに基づいた単調非増加の関数ｆ（ｘ）を用いて、トルク伝達率Ｋ_teをペダルストローク量Ｌ_pdlから算出しても良い。その後、ステップＳＴ５に移行する。

ステップＳＴ５においてＥＣＵ２は、第１電動機ＭＧ１が出力すべき出力トルクＴｇを算出する。すなわち、ＥＣＵ２は、ステップＳＴ４において算出したトルク伝達率Ｋ_teに基づいて、以下の（１０）式に従って、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇ_aを算出する。
Ｔｇ_a＝−ρ／（１＋ρ）×Ｋ_te×Ｔｅ_max …（１０）
これとともに、ＥＣＵ２は、アクセルペダル開度から算出されるエンジン要求パワーＰｅ_accと、車速および選択されたギヤ段から算出されるエンジン回転数Ｎｅ_tagsftとから算出されるエンジントルクＴｅ_accに基づいて、以下の（１１）式に従って、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇ_bを算出する。
Ｔｇ_b＝−ρ／（１＋ρ）×Ｔｅ_acc …（１１）

ＥＣＵ２は、以下の（１２）式に示すように、上述のようにして得られた第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇ_a，Ｔｇ_bのうち、絶対値が小さい方の出力トルクＴｇ_a，Ｔｇ_bを、第１電動機ＭＧ１が出力すべき出力トルクＴｇとして設定する。以上により、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇの決定処理ルーチンが終了する。
Ｔｇ＝−ｍｉｎ（｜Ｔｇ_a｜，｜Ｔｇ_b｜） …（１２）

ステップＳＴ３においてＥＣＵ２が、ＮｅＦ／Ｂ移行条件が成立していると判定した場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ６に移行する。ステップＳＴ６においては、ＣＶＴモードにおける従来公知のＮｅＦ／Ｂ制御によって、第１電動機ＭＧ１が出力すべき出力トルクＴｇが決定される。以上により、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇの決定処理ルーチンが終了する。

ステップＳＴ１においてＥＣＵ２が、係合装置２３は係合状態であって解放状態ではないと判定した場合（ステップＳＴ１：Ｎｏ）、図７におけるステップＳＴ７に移行する。ステップＳＴ７においてＥＣＵ２は、ステップＳＴ２と同様の判定処理を行う。すなわち、ＥＣＵ２は、ペダルストローク量Ｌ_pdlが０より大きいか否かを判定する。ステップＳＴ７においてＥＣＵ２が、ペダルストローク量Ｌ_pdlが０より大きく、クラッチペダル５０が踏まれていると判定した場合（ステップＳＴ７：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ８に移行する。

ステップＳＴ８においてＥＣＵ２は、ステップＳＴ４と同様の処理を行うことによって、クラッチペダル５０のペダルストローク量Ｌ_pdlからトルク伝達率Ｋ_teを算出する。その後、ステップＳＴ９に移行する。

ステップＳＴ９においてＥＣＵ２は、第１電動機ＭＧ１が出力すべき出力トルクＴｇを算出する。すなわち、ＥＣＵ２は、ステップＳＴ８において算出したトルク伝達率Ｋ_teに基づいて、上述した（１０）式に従って、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇ_aを算出する。その後、ステップＳＴ１０に移行する。

ステップＳＴ１０においてＥＣＵ２は、ステップＳＴ９において算出した第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇ_aが、第１電動機ＭＧ１においてエンジン１０のエンジントルクＴｅ_tgmaxの反力受けとして許容されるトルクより大きいか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ２は、ステップＳＴ９において算出した出力トルクＴｇ_aが、第１電動機ＭＧ１の最大出力トルクＴｇ_maxより大きいか否かを判定する。ＥＣＵ２が算出した出力トルクＴｇ_aは最大出力トルクＴｇ_maxより大きい（Ｔｇ_a＞Ｔｇ_max）と判定した場合（ステップＳＴ１０：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１１に移行する。

ステップＳＴ１１においてＥＣＵ２は、係合装置２３が係合状態の場合におけるエンジントルクＴｅの算出を行う。すなわち、以下の（１３）式に従って、ステップＳＴ８において算出されたトルク伝達率Ｋ_teから出力されるエンジントルクＴｅを算出する。ＥＣＵ２は、エンジン１０が出力するエンジントルクを、算出したエンジントルクＴｅに制御する。以上により、エンジントルクＴｅの決定処理ルーチンが終了する。
Ｔｅ＝Ｋ_te×Ｔｅ_max …（１３）

一方、ステップＳＴ１０においてＥＣＵ２が、算出した出力トルクＴｇ_aが最大出力トルクＴｇ_max以下である（Ｔｇ_a≦Ｔｇ_max）と判定した場合（ステップＳＴ１０：Ｎｏ）、ステップＳＴ１２に移行する。ステップＳＴ１２においてＥＣＵ２は、係合装置２３に対して、切替クラッチＣ０を解放する指示を供給して、係合装置２３を係合状態から解放状態に切り替える。これにより、ＨＶ車両Ｖｅの走行モードはＭＴモードにおいてＣＶＴ状態になる。以上により、決定処理ルーチンが終了する。

ステップＳＴ７においてＥＣＵ２が、ペダルストローク量Ｌ_pdlが０であり、クラッチペダル５０が踏まれていないと判定した場合（ステップＳＴ７：Ｎｏ）、ステップＳＴ１３に移行する。ステップＳＴ１３においてＥＣＵ２は、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇを０に設定して、第１電動機ＭＧ１をシャットダウンさせる。第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇの決定処理ルーチンが終了する。

次に、ＭＴモードにおけるクラッチペダル５０による駆動力の伝達タイミングおよび伝達される駆動力の制御の基本動作の具体例について説明する。図９は、この一実施形態によるＨＶ車両Ｖｅの発進時における動作状態を示すタイムチャートである。図１０は、この一実施形態によるＨＶ車両Ｖｅの走行時における動作状態を示すタイムチャートである。

図９に示すように、ＨＶ車両ＶｅのＭＴモードにおける発進時においては、停車中に係合装置２３を解放状態としてＴＳＨ状態にする。時点ｔ１において、ユーザがクラッチペダル５０を一気に踏み込むと、ペダルストローク量Ｌ_pdlが所定値以上最大になる（図１０中、フルストローク）。続いて、ユーザがアクセルペダル４３を踏み込みはじめる（時点ｔ２）。クラッチペダル５０が所定値以上踏み込まれているため、トルク伝達率Ｋ_teは０となる（図６、ステップＳＴ４、図８参照）。これにより、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇは０となる（図６、ステップＳＴ５）。差動部２０においては、係合装置２３が解放状態、かつ第１電動機ＭＧ１が反力を発生しない自由回転状態になるので、差動部２０内の動力伝達経路が遮断されて動力伝達遮断状態になる。そのため、エンジン回転数Ｎｅは大きく増加する（時点ｔ２〜ｔ３）。

その後、ユーザがクラッチペダル５０を徐々に戻し始めると、クラッチペダル５０は、いわゆる半クラッチ状態（図９中、半クラ状態）に移行する（時点ｔ３）。半クラッチ状態になると、ＥＣＵ２によって、ペダルストローク量Ｌ_pdlに応じてトルク伝達率Ｋ_teが０より大きく設定される。これにより、第１電動機ＭＧ１は出力トルクＴｇを反力としてエンジン１０の出力するエンジントルクＴｅを受けられる状態になる（図６、ステップＳＴ５）。これに伴って、差動部２０内の動力伝達経路が動力伝達可能状態となり、差動部２０からトルクの出力が開始されるので、出力軸１２の出力トルクＴｐが増加するとともに、ＨＶ車両Ｖｅは、車速が増加して発進する（時点ｔ３〜ｔ４）。

ユーザがさらにアクセルペダル４３を踏み込む（時点ｔ４）と、アクセルペダル開度の増加に伴って、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇの絶対値が負側に増加されるとともに、出力トルクＴｐが増加し、ＨＶ車両Ｖｅの車速も増加する。エンジン回転数Ｎｅは、車速およびギヤ段から得られる目標のエンジン回転数Ｎｅ_tagsftに近づくため、ＮｅＦ／Ｂ制御に移行する条件（図６、ステップＳＴ３）が成立する（時点ｔ５）。

時点ｔ５〜ｔ６においては、ＮｅＦ／Ｂ制御が行われ、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇは、通常のＣＶＴモードにおけるＮｅＦ／Ｂ制御に基づいて決定される（図６、ステップＳＴ６）。その後、ユーザによってクラッチペダル５０が戻されてペダルストローク量Ｌ_pdlが０になる（時点ｔ６）と、ＥＣＵ２は、ＮｅＦ／Ｂ制御をオフにして、係合装置２３の切替クラッチＣ０を係合させる。なお、係合装置２３を係合させる場合、ＥＣＵ２は、エンジン１０のエンジン回転数Ｎｅを、ユーザにより選択されたギヤ段および車速に応じてあらかじめ設定された目標とするエンジン回転数Ｎｅ_tagsft以上に調整した後、係合装置２３の係合を行う。

ＥＣＵ２は、係合装置２３を係合させた後、第１電動機ＭＧ１をシャットダウンして、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇを０にする（時点ｔ６）。なお、蓄電装置（バッテリ）の出力に余裕があり、かつ第２電動機ＭＧ２に対するアシスト要求が第２電動機ＭＧ２の最大パワーを超える場合、第１電動機ＭＧ１を復帰させて、第１電動機ＭＧ１および第２電動機ＭＧ２をともに駆動に使用しても良い。係合装置２３が係合状態になると、差動部２０は、変速比γが１に固定された変速機として機能する有段変速状態になる。これにより、ユーザがドライブモード切替スイッチ４５によってＭＴモードを選択している場合、ユーザによるシフト操作部４４の操作に基づいて、自動変速機３０をユーザが所望するギヤ段に変速可能な状態となる。

続いて、係合装置２３が係合状態を維持しつつＨＶ車両Ｖｅの走行が継続される。この場合、図１０に示すように、第１電動機ＭＧ１はシャットダウン状態を維持して、出力トルクＴｇは０を維持する。ここで、アクセルペダル４３のアクセルペダル開度が一定であり、クラッチペダル５０が踏み込まれていないとすると、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴｅ、出力トルクＴｐ、および車速は略一定を維持する。

この状態で、クラッチペダル５０を踏み込み始めると、クラッチペダル５０は半クラッチ状態（図１０中、半クラ状態）に移行する（時点Ｔ１）。半クラッチ状態になると、ＥＣＵ２によって、ペダルストローク量Ｌ_pdlに応じてトルク伝達率Ｋ_teは０より大きく設定される（図７、ステップＳＴ８）。この場合、ＥＣＵ２は、（１０）式に従って第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇを設定し、第１電動機ＭＧ１からの出力トルクＴｇは負側に絶対値が出力トルクＴｇ_minまで増加される（図７、ステップＳＴ９）。これに伴って、エンジン１０から出力されるエンジントルクＴｅがトルク伝達率Ｋ_teに基づいて調整され（図７、ステップＳＴ１１）、出力軸１２の出力トルクＴｐ、およびＨＶ車両Ｖｅの車速が低下する（時点Ｔ１〜Ｔ２）。

エンジントルクＴｅが第１電動機ＭＧ１によって受けられる上限のエンジントルクＴｅ_tgmax以下になる（時点Ｔ２）と、ＥＣＵ２は、係合装置２３を解放させる（図７、ステップＳＴ１２）。クラッチペダル５０が踏まれた状態で係合装置２３が解放状態になると、ＥＣＵ２は、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇを、上述した（１０）式、（１１）式、および（１２）式に基づいて設定する（図６、ステップＳＴ５）。その結果、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇは、クラッチペダル５０のペダルストローク量Ｌ_pdlに基づいて正側に増加（絶対値は減少）する。また、エンジン回転数Ｎｅは増加する一方、出力軸１２の出力トルクＴｐおよび車速は低下する（時点Ｔ２〜Ｔ３）。

ユーザがクラッチペダル５０を踏み込み、ペダルストローク量Ｌ_pdlが所定値以上最大になる（図１０中、フルストローク）と、ＥＣＵ２は、トルク伝達率Ｋ_teを０（図６、ステップＳＴ４）に設定する（時点Ｔ３）。これにより、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇは０に設定される（図６、ステップＳＴ５）。差動部２０は、係合装置２３が解放状態、かつ第１電動機ＭＧ１が自由回転状態となるので、動力伝達遮断状態になる（時点Ｔ３〜Ｔ４）。これにより、出力軸１２の出力トルクＴｐは０になり、ＨＶ車両Ｖｅは、いわゆる惰性走行状態になる。

その後、係合装置２３が解放状態の場合において、ユーザがクラッチペダル５０を徐々に戻し始めると、半クラッチ状態（図１０中、半クラ状態）に移行する（時点Ｔ４）。この場合、ＥＣＵ２は、ペダルストローク量Ｌ_pdlに応じて、トルク伝達率Ｋ_teを０より大きく設定し、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇを、上述した（１０）式〜（１２）式に基づいて設定する（図６、ステップＳＴ５）。その結果、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇは、クラッチペダル５０のペダルストローク量Ｌ_pdlに基づいて絶対値が負側に増加される。これに伴って、エンジン回転数Ｎｅは減少する一方、出力軸１２の出力トルクＴｐは増加する（時点Ｔ４〜Ｔ５）。

エンジントルクＴｅが第１電動機ＭＧ１によって受けられる上限のエンジントルクＴｅ_tgmaxより大きくなると、ＥＣＵ２は、係合装置２３を係合させる（時点Ｔ５）。その後、クラッチペダル５０が戻されると、ＥＣＵ２は、第１電動機ＭＧ１をシャットダウンさせて、第１電動機ＭＧ１の出力トルクＴｇを０にする（時点Ｔ６）。その後は、時点Ｔ１までと同様である。

なお、ＨＶ車両Ｖｅの車速が低下する減速時においては、クラッチペダル５０の操作がない場合、エンジン回転数Ｎｅがエンジン１０において許容される最低エンジン回転数Ｎｅ_min未満になる前の時点において、ＥＣＵ２は、係合装置２３を解放状態に移行させる。これとともに、エンジン１０を、停止させるか最低エンジン回転数Ｎｅ_minで自立運転させる。車速が低下した場合に、係合装置２３を解放状態に移行させることにより、エンジン１０の停止、いわゆるエンジンストールを抑制できる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、機械的なマニュアルトランスミッション用のクラッチ機構を設けることなく、発進のタイミング、エンジン回転数、およびトルクをユーザのクラッチペダル５０の操作によって調整できる。また、無段変速状態によってＣＶＴモードを実現でき、燃費性能を向上できる。また、係合装置２３を係合状態にして、動力分配機構２１の回転要素を相対回転不能にすることによって、自動変速機３０によって変速可能なＡＴモードまたはＭＴモードを実現できる。これにより、ＡＴモードおよびＭＴモードにおいては、ＣＶＴモードにおいて第１電動機ＭＧ１によって受けられるエンジントルク以上のエンジントルクＴｅを伝達可能になるので、動力性能を向上できる。さらに、クラッチペダル５０の操作によって駆動力の伝達のタイミングと伝達率とを制御できるので、差動部２０を電気的なクラッチ（ｅ−クラッチ機能）として機能させることができる。これにより、従来のＭＴ車におけるクラッチ構造を設けることなく、ＭＴ車と同様のクラッチ操作による駆動力の遮断や、出力トルクおよびエンジン回転数の制御を行うことができ、従来のＭＴ車に近い操作性を実現できる。例えば、ＨＶ車両Ｖｅにおいて、特に発進時にクラッチペダル５０を踏み込んだままにし、駆動力を遮断させた状態で、アクセルペダル４３を踏み込んでエンジン回転数Ｎｅを上昇させながら駆動力の伝達を開始する、いわゆる半クラッチ状態が可能になる。また、これらのＣＶＴモード、ＡＴモード、およびＭＴモードは、ユーザの要求に応じてスイッチ等で簡単に切り替えることができる。

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

１ 駆動装置
２ ＥＣＵ
１０ エンジン
１１ 入力軸
１２ 出力軸
２０ 差動部
２１ 動力分配機構
２２ 遊星歯車装置
２３ 係合装置
２４ 伝達軸
３０ 自動変速機
５０ クラッチペダル
５０ａ ストロークセンサ

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンの出力するトルクの反力を出力可能な電動機と、前記エンジンから入力された駆動力を変速して出力可能な変速機と、前記エンジンの出力軸と前記変速機の入力軸との間に配置された遊星歯車機構と、アクセルペダルと、ペダルストローク量を検出可能なクラッチペダルと、を備えたハイブリッド車両であって、
   前記遊星歯車機構を構成する複数のギヤを相対回転不能に制御可能な係合手段が設けられ、
   前記電動機および前記係合手段を制御することにより、前記クラッチペダルのペダルストローク量が最大以下の所定値より大きいときに、前記エンジンから前記変速機に伝達される駆動力を０とし、前記クラッチペダルのペダルストローク量が前記所定値以下のときに、前記エンジンから前記変速機に前記クラッチペダルのペダルストローク量に応じた駆動力を伝達するように制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記係合手段が前記複数のギヤを相対回転不能とする係合状態である場合に、前記電動機が出力すべき出力トルクを算出し、
   前記出力トルクが、前記電動機において前記エンジントルクの反力受けとして許容される最大出力トルクより大きい場合に、トルク伝達率からエンジントルクを算出し、前記出力トルクが前記最大出力トルク以下である場合に、前記係合手段を前記係合状態から前記複数のギヤを相対回転可能とする解放状態に切り替える
   ことを特徴とするハイブリッド車両。

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