JP6982538B2 - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両の駆動装置に関する。

従来より、走行駆動源としてのエンジンおよびモータジェネレータと、エンジンの動力を車軸に伝達する経路に配置された変速機構とを備え、変速機構を介して出力された動力とモータジェネレータの動力とにより車両を走行させるようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、変速機構が一対の摩擦係合機構を有し、一方の摩擦係合機構を係合かつ他方の摩擦係合機構を解放、または一方の摩擦係合機構を解放かつ他方の摩擦係合機構を係合することで、変速機構を高速段または低速段に切り換える。

特許第５３９１９５９号公報

ところで、この種の装置において、例えば変速機構とモータジェネレータとの間にトルクリミッタを設ける場合、トルクリミッタに滑りが生じると、変速機構の良好な切換が困難となるおそれがある。

本発明の一態様であるハイブリッド車両の駆動装置は、内燃機関と、内燃機関の動力を車軸に伝達する動力伝達経路に配置されるとともに、係合および解放が可能な第１摩擦係合機構と、係合および解放が可能な第２摩擦係合機構とを有し、第１摩擦係合機構と第２摩擦係合機構との係合動作に応じて低速段または高速段に切り換わる変速機構と、動力伝達経路のうちの変速機構と車軸との間に接続されたモータジェネレータと、動力伝達経路のうちのモータジェネレータと変速機構との間に介装されたトルクリミッタと、高速段から低速段への切換時に、係合状態にある第１摩擦係合機構を解放するとともに、解放状態にある第２摩擦係合機構を係合するように、変速機構を制御する制御部と、を備える。このハイブリッド車両の駆動装置は、トルクリミッタの滑りを検出する滑り検出部をさらに備え、制御部は、滑り検出部によりトルクリミッタの滑りが検出されると、滑りが検出されないときよりも、高速段から低速段への切換時の第２摩擦係合機構の係合力が大きくなるように変速機構を制御する。

本発明によれば、モータジェネレータと変速機構との間に介装されたトルクリミッタに滑りが生じた場合であっても、変速機構の良好な切換を行うことができる。

本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置の全体構成を概略的に示すスケルトン図。 本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置を構成する要部の接続状態をまとめて示す図。 本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置により実現可能な走行モードの例を示す図。 図１の駆動装置のＥＶモードにおけるトルク伝達の流れを示すスケルトン図。 図１の駆動装置のＷモータモードにおけるトルク伝達の流れを示すスケルトン図。 図１の駆動装置のシリーズモードにおけるトルク伝達の流れを示すスケルトン図。 図１の駆動装置のＨＶローモードにおけるトルク伝達の流れを示すスケルトン図。 図１の駆動装置のＨＶハイモードにおけるトルク伝達の流れを示すスケルトン図。 ＨＶハイモードからＨＶローモードへ走行モードを切り換えるときのリングギヤ回転数の変化を示す図。 ＨＶハイモードからＨＶローモードへ走行モードを切り換えるときの第２遊星歯車機構の共線図の一例を示す図。 図４のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。 トルクリミッタに滑りが生じたときの第２遊星歯車機構の共線図の一例を示す図。 トルクリミッタに滑りが生じたときの第２遊星歯車機構の共線図の他の例を示す図。 本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置の動作の一例を示すタイムチャート。

以下、図１〜図１３を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る駆動装置は、走行駆動源としてエンジンとモータジェネレータとを備えるハイブリッド車両に適用される。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置１００の全体構成を概略的に示す図である。

図１に示すように、駆動装置１００は、エンジン（ＥＮＧ）１と、第１および第２モータジェネレータ（ＭＧ１，ＭＧ２）２、３と、動力分割用の第１遊星歯車機構１０と、変速用の第２遊星歯車機構２０とを備える。駆動装置１００は車両の前部に搭載され、駆動装置１００の動力は前輪１０１に伝達される。したがって、車両は前輪駆動式車両（いわゆるＦＦ車両）として構成される。

エンジン１は、スロットルバルブを介して供給される吸入空気とインジェクタから噴射される燃料とを適宜な割合で混合し、点火プラグ等により点火して燃焼させ、これにより回転動力を発生する内燃機関（例えばガソリンエンジン）である。なお、ガソリンエンジンに代えてディーゼルエンジン等、各種エンジンを用いることもできる。スロットルバルブの開度、インジェクタからの燃料の噴射量（噴射時期、噴射時間）、および点火時期等はコントローラ（ＥＣＵ）４により制御される。エンジン１の出力軸１ａは、軸線ＣＬ１を中心に延在する。

第１および第２モータジェネレータ２，３は、それぞれ軸線ＣＬ１を中心とした略円筒形状のロータと、ロータの周囲に配置された略円筒形状のステータとを有し、モータおよび発電機として機能することができる。すなわち、第１および第２モータジェネレータ２，３のロータは、電力制御ユニット（ＰＣＵ）５を介してバッテリ６からステータのコイルに供給される電力により駆動する。このとき第１および第２モータジェネレータ２，３は、モータとして機能する。

一方、第１および第２モータジェネレータ２，３のロータの回転軸２ａ，３ａが外力により駆動されると、第１および第２モータジェネレータ２，３は発電し、電力制御ユニット５を介して電力がバッテリ６に蓄電される。このとき第１および第２モータジェネレータ２，３は、発電機として機能する。なお、通常走行時、例えば定速走行時や加速走行時等には、第１モータジェネレータ２は主に発電機として機能し、第２モータジェネレータ３は主にモータとして機能する。電力制御ユニット５は、インバータを含んで構成され、コントローラ４からの指令によりインバータが制御されることにより、第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３のそれぞれの出力トルクまたは回生トルクが制御される。

第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３とは、同軸上に軸方向に互いに離間して配置される。第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３とは、例えば同一のケース７内に収容され、第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３との間の空間ＳＰは、ケース７によって包囲される。なお、第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３とが互いに別々のケースに収容されてもよい。

第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３との間の空間ＳＰには、第１遊星歯車機構１０と第２遊星歯車機構２０とが配置される。より詳しくは、第１モータジェネレータ２側に第１遊星歯車機構１０が、第２モータジェネレータ３側に第２遊星歯車機構２０がそれぞれ配置される。

第１遊星歯車機構１０は、それぞれ軸線ＣＬ１を中心として回転する第１サンギヤ１１および第１サンギヤ１１の周囲に配置された第１リングギヤ１２と、第１サンギヤ１１と第１リングギヤ１２との間にこれらギヤ１１，１２に噛合して配置された周方向複数の第１ピニオン（プラネタリギヤ）１３と、第１プラネタリギヤ１３を自転可能に、かつ、軸線ＣＬ１を中心として公転可能に支持する第１キャリア１４とを有する。

第２遊星歯車機構２０も第１遊星歯車機構１０と同様に、それぞれ軸線ＣＬ１を中心として回転する第２サンギヤ２１および第２サンギヤ２１の周囲に配置された第２リングギヤ２２と、第２サンギヤ２１と第２リングギヤ２２との間にこれらギヤ２１，２２に噛合して配置された周方向複数の第２ピニオン（プラネタリギヤ）２３と、第２プラネタリギヤ２３を自転可能に、かつ、軸線ＣＬ１を中心として公転可能に支持する第２キャリア２４とを有する。

エンジン１の出力軸１ａは第１キャリア１４に連結され、エンジン１の動力が第１キャリア１４を介して第１遊星歯車機構１０に入力される。なお、エンジン１を始動させる場合には、第１遊星歯車機構１０を介してエンジン１に第１モータジェネレータ２からの動力が入力される。第１キャリア１４は、ケース７の周壁の内周面に設けられたワンウェイクラッチ１５に連結される。ワンウェイクラッチ１５は、第１キャリア１４の正方向の回転、すなわちエンジン１と同一方向の回転を許可し、逆方向の回転を禁止する。ワンウェイクラッチ１５を設けたことにより、第１キャリア１４を介してエンジン１に逆方向のトルクが作用すること、つまりエンジン１の逆転を防止できる。

第１サンギヤ１１は、第１モータジェネレータ２のロータの回転軸２ａに連結され、第１サンギヤ１１と第１モータジェネレータ２（ロータ）とは一体に回転する。第１リングギヤ１２は第２キャリア２４に連結され、第１リングギヤ１２と第２キャリア２４とは一体に回転する。このような構成により、第１遊星歯車機構１０は、第１キャリア１４を介して入力された動力を、第１サンギヤ１１を介して第１モータジェネレータ２に出力するとともに、第１リングギヤ１２を介して車軸５７側の第２キャリア２４に出力することができる。すなわち、エンジン１からの動力を第１モータジェネレータ２と第２遊星歯車機構２０とに分割して出力することができる。

第２リングギヤ２２の径方向外側には、軸線ＣＬ１を中心とした略円筒形状の外側ドラム２５が設けられる。第２リングギヤ２２は外側ドラム２５に連結され、両者は一体に回転する。外側ドラム２５の径方向外側には、ブレーキ機構３０が設けられる。ブレーキ機構３０は、例えば湿式多板式ブレーキとして構成され、径方向に延在する軸方向複数のプレート（摩擦材）３１と、プレート３１に対し軸方向交互に配置されるとともに、径方向に延在する軸方向複数（複数の図示は省略）のディスク（摩擦材）３２とを有する。すなわち、複数の摩擦係合要素としてプレート３１とディスク３２とを有する

複数のプレート３１は、その外径側端部がケース７の周壁の内周面に軸方向に移動可能に係合される。複数のディスク３２は、その内径側端部が外側ドラム２５の外周面に軸方向に移動可能に係合され、外側ドラム２５と一体に回転する。ケース７の周壁の内周面には、ブレーキ機構３０の軸方向側方に、外側ドラム２５の外周面に面して、外側ドラム２５（第２リングギヤ２２）の回転数を検出する非接触式の回転数センサ３５が設けられる。

ブレーキ機構３０は、プレート３１とディスク３２とを互いに離間させ、ディスク３２をプレート３１から解放させるような付勢力を付与するばね（不図示）と、ばねの付勢力に抗してプレート３１とディスク３２とを互いに係合させるような押圧力を付与するピストン（不図示）とを有する。ピストンは、油圧制御装置８を介して供給される油の圧力により駆動される。ピストンに油圧力が作用しない状態では、プレート３１とディスク３２とが互いに離間してブレーキ機構３０が解除（オフ）され、第２リングギヤ２２の回転が許可される。一方、ピストンに油圧力が作用すると、プレート３１とディスク３２とが係合され、ブレーキ機構３０が作動（オン）する。この状態では、第２リングギヤ２２の回転が阻止される。

外側ドラム２５の径方向内側には、軸線ＣＬ１を中心とした略円筒形状の内側ドラム２６が外側ドラム２５に対向して設けられる。第２サンギヤ２１は、軸線ＣＬ１に沿って延在する第２遊星歯車機構２０の出力軸２７に連結されるとともに、内側ドラム２６に連結され、第２サンギヤ２１と出力軸２７と内側ドラム２６とは一体に回転する。外側ドラム２５と内側ドラム２６との間には、クラッチ機構４０が設けられる。

クラッチ機構４０は、例えば湿式多板式クラッチとして構成され、径方向に延在する軸方向複数のプレート（摩擦材）４１と、プレート４１に対し軸方向交互に配置されるとともに、径方向に延在する軸方向複数（複数の図示は省略）のディスク（摩擦材）４２とを有する。すなわち、複数の摩擦係合要素としてプレート４１とディスク４２とを有する。複数のプレート４１は、その外径側端部が外側ドラム２５の内周面に軸方向に移動可能に係合され、外側ドラム２５と一体に回転する。複数のディスク４２は、その内径側端部が内側ドラム２６の外周面に軸方向に移動可能に係合され、内側ドラム２６と一体に回転する。

クラッチ機構４０は、プレート４１とディスク４２とを互いに離間させ、ディスク４２をプレート４１から解放させるような付勢力を付与するばね（不図示）と、ばねの付勢力に抗してプレート４１とディスク４２とを互いに係合させるような押圧力を付与するピストン（不図示）とを有する。ピストンは、油圧制御装置８を介して供給される油の圧力により駆動される。

ピストンに油圧力が作用しない状態では、プレート４１とディスク４２とが互いに離間してクラッチ機構４０が解除（オフ）され、第２リングギヤ２２に対する第２サンギヤ２１の相対回転が可能となる。このとき、ブレーキ機構３０のオンにより第２リングギヤ２２の回転が阻止されると、第２キャリア２４に対する出力軸２７の回転が増速される。この状態は、変速段が高速段（ハイ）に切り換わった状態に相当する。

一方、ピストンに油圧力が作用すると、プレート４１とディスク４２とが係合してクラッチ機構４０が作動（オン）し、第２サンギヤ２１と第２リングギヤ２２とが一体に結合される。このとき、ブレーキ機構３０のオフにより第２リングギヤ２２の回転が許容されると、出力軸２７は第２キャリア２４と一体となって第２キャリア２４と同一速度で回転する。この状態は、変速段が低速段（ロー）に切り換わった状態に相当する。

ブレーキ機構３０のプレート３１とディスク３２との係合力およびクラッチ機構４０のプレート４１とディスク４２との係合力、すなわち摩擦係合要素間で伝達するクラッチトルク（トルク容量）は、油圧制御装置８を介して供給される油圧の大きさを調整することで調整することができる。これによりブレーキ機構３０およびクラッチ機構４０を半クラ状態とすることもできる。

第２遊星歯車機構２０と、ブレーキ機構３０と、クラッチ機構４０とは、第２キャリア２４の回転をロー、ハイの２段階に変速して、変速後の回転を出力軸２７から出力する変速機構７０を構成する。なお、変速機構７０を介して第１遊星歯車機構１０からワンウェイクラッチ５０の上流の出力軸２７に至るトルクの伝達経路が、第１動力伝達経路７１を構成する。

出力軸２７は、ワンウェイクラッチ５０を介して、軸線ＣＬ１を中心とした出力ギヤ５１に連結される。ワンウェイクラッチ５０は、出力軸２７に対する出力ギヤ５１の正方向の回転、すなわち車両の前進方向に対応する相対回転を許容し、後進方向に対応する相対回転を禁止する。換言すると、車両前進方向に対応する出力軸２７の回転速度が出力ギヤ５１の回転速度よりも速いときは、ワンウェイクラッチ５０はロックし、出力軸２７と出力ギヤ５１とが一体に回転する。一方、車両前進方向に対応する出力ギヤ５１の回転速度が出力軸２７の回転速度よりも速いときは、ワンウェイクラッチ５０は解放（アンロック）し、出力ギヤ５１は、トルクの引き込みを生じることなく出力軸２７に対しフリーに回転する。

出力ギヤ５１には、第２モータジェネレータ３のロータの回転軸３ａが連結され、出力ギヤ５１と第２モータジェネレータ３（回転軸３ａ）とは一体に回転する。出力軸２７と回転軸３ａとの間にはワンウェイクラッチ５０が介装されるため、出力軸２７に対する回転軸３ａの正方向の相対回転が許容される。すなわち、第２モータジェネレータ３の回転速度が出力軸２７の回転速度よりも速いときは、第２モータジェネレータ３は、出力軸２７（第２遊星歯車機構２０）のトルクの引き込みなく効率よく回転できる。ワンウェイクラッチ５０は、回転軸３ａの径方向内側に配置される。このため、駆動装置１００の軸方向長さを抑えることができ、駆動装置１００の小型化も実現できる。

さらに本実施形態では、ワンウェイクラッチ５０と第２モータジェネレータ３との間にトルクリミッタ６０が介装される。トルクリミッタ６０は、所定トルク以下のトルクの伝達を許容し、所定トルクを超えるトルクの伝達を制限するものであり、例えば摩擦係合式のものが用いられる。より具体的には、トルクリミッタ６０は、ワンウェイクラッチ５０の出力側の回転軸５０ａに接続された入力側係合部材６１と、第２モータジェネレータ３の回転軸３ａに接続された出力側係合部材６２とを有する。係合部材６１，６２間の伝達トルクが所定トルクを超えると、係合部材６１，６２間に滑りが生じ、これにより伝達トルクを所定トルク以下に抑えることができる。

第２モータジェネレータ３のロータの径方向内側には、機械式オイルポンプ（ＭＯＰ）６５が配置される。機械式オイルポンプ６５は、エンジン１の出力軸１ａに連結され、エンジン１により駆動される。エンジン１の停止時にオイルの供給が必要なときは、バッテリ６からの電力により電動式オイルポンプ（ＥＯＰ）６６を駆動することで、必要なオイルが賄われる。

出力ギヤ５１には、軸線ＣＬ１に対し平行に延在するカウンタ軸５２を中心に回転可能な大径ギヤ５３が噛合され、大径ギヤ５３を介してカウンタ軸５２にトルクが伝達される。カウンタ軸５２に伝達されたトルクは、小径ギヤ５４を介して差動装置５５のリングギヤ５６に伝達され、さらに差動装置５５を介して左右の車軸５７に伝達される。これにより前輪１０１が駆動され、車両が走行する。なお、トルクリミッタ６０、回転軸３ａ、出力ギヤ５１、大径ギヤ５３、小径ギヤ５４，および差動装置５５などが、ワンウェイクラッチ５０の下流の車軸５７に至る第２動力伝達経路７２を構成する。

油圧制御装置８は、電気信号により作動する電磁弁や電磁比例弁などの制御弁８ａを含む。制御弁８ａはコントローラ４からの指令に応じて作動し、ブレーキ機構３０およびクラッチ機構４０への圧油の流れを制御する。より具体的には、ブレーキ機構３０のピストンに面した油室およびクラッチ機構４０のピストンに面した油室への圧油の流れを制御する。これによりブレーキ機構３０およびクラッチ機構４０のオンオフを切り換えることができる。なお、他の部位への圧油の流れは、油圧制御装置８の他の制御弁により制御される。

コントローラ（ＥＣＵ）４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成され、エンジン制御用ＥＣＵ４ａと、変速機構制御用ＥＣＵ４ｂと、モータジェネレータ制御用ＥＣＵ４ｃとを有する。なお、単一のコントローラ４が複数のＥＣＵ４ａ〜４ｃを有するのではなく、各ＥＣＵ４ａ〜４ｃに対応して複数のコントローラ４が設けられてもよい。

コントローラ４には、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ３４と、ドラム２５（第２リングギヤ２２）の回転数を検出する回転数センサ３５と、車速を検出する車速センサ３６と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３７と、第１モータジェネレータ２の回転数を検出する回転数センサ３８、第２モータジェネレータ３の回転数を検出する回転数センサ３９などからの信号が入力される。

コントローラ４は、これらの入力信号に基づいて、予め定められた車速とアクセル開度などから規定される車両の駆動力特性を示す駆動力マップに従い走行モードを自動的に決定し、決定した走行モードを指令するモード指令部を有する。さらにコントローラ４は、モード指令部での走行モード指令に応じて車両が走行するように、スロットルバルブ開度調整用アクチュエータと、燃料噴射用インジェクタと、電力制御ユニット５と、油圧制御装置８（制御弁８ａ）などに制御信号を出力し、エンジン１、第１および第２モータジェネレータ２，３、およびブレーキ機構３０とクラッチ機構４０の作動を制御する。

図２は、駆動装置１００を構成する要部の接続状態をまとめて示す図である。図２に示すように、エンジン１には動力分割用の第１遊星歯車機構１０が接続される。第１遊星歯車機構１０には第１モータジェネレータ２と変速用の第２遊星歯車機構２０とが接続される。第２遊星歯車機構２０には、ワンウェイクラッチ５０とトルクリミッタ６０とを介して第２モータジェネレータ３が接続され、第２モータジェネレータ３に駆動輪として前輪１０１が接続される。

図３は、本発明の実施形態に係る駆動装置１００により実現可能ないくつかの走行モードの例と、各走行モードに対応するブレーキ機構（ＢＲ）３０、クラッチ機構（ＣＬ）４０、ワンウェイクラッチ（ＯＷＹ）５０およびエンジン（ＥＮＧ）１の作動状態とを表形式で示す図である。

図３には、代表的な走行モードとして、ＥＶモード、Ｗモータモード、シリーズモード、およびＨＶモードが示される。ＨＶモードはローモード（ＨＶローモード）とハイモード（ＨＶハイモード）とに分類される。図中、ブレーキ機構３０のオン（係合）、クラッチ機構４０のオン（係合）、ワンウェイクラッチ５０のロック、およびエンジン１の作動をそれぞれ○印で示し、ブレーキ機構３０のオフ（解放）、クラッチ機構４０のオフ（解放）、ワンウェイクラッチ５０のアンロック（解放）およびエンジン１の停止をそれぞれ×印で示す。図４〜図８は、これら各モードにおけるトルク伝達の流れを示すスケルトン図である。なお、図４〜図８では、便宜上、トルクリミッタ６０の図示を省略する。

ＥＶモードは、第２モータジェネレータ３の動力のみによって走行するモードである。図３に示すように、ＥＶモードでは、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０とクラッチ機構４０とがともにオフされ、エンジン１が停止される。

図４に示すように、ＥＶモードでは、第２モータジェネレータ３から出力されたトルクが、出力ギヤ５１、大径ギヤ５３、小径ギヤ５４、および差動装置５５を介して車軸５７に伝達される。このとき、ワンウェイクラッチ５０の作用により出力軸２７は停止したままであり、第２モータジェネレータ３の上流側（第２遊星歯車機構側）の回転要素によるトルクの引き込み（回転抵抗）を生じさせることなく、効率よく車両を走行させることができる。

Ｗモータモードは、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の動力によって走行するモードである。図３に示すように、Ｗモータモードでは、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０がオフされ、クラッチ機構４０がオンされ、エンジン１が停止される。

図５に示すように、Ｗモータモードでは、ワンウェイクラッチ１５の作用により第１キャリア１４の回転が阻止されており、第１モータジェネレータ２から出力されたトルクが、第１サンギヤ１１、第１プラネタリギヤ１３、第１リングギヤ１２、第２キャリア２４（第２サンギヤ２１および第２リングギヤ２２と一体に回転する第２キャリア２４）を介して出力軸２７に伝達される。出力軸２７に伝達されたトルクは、ロック状態のワンウェイクラッチ５０を介して出力ギヤ５１に伝達され、第２モータジェネレータ３から出力されたトルクとともに車軸５７に伝達される。このようにＷモータモードでは、第１モータジェネレータ２と第２モータジェネレータ３とからのトルクが車軸５７に作用するため、ＥＶモードよりも走行駆動力を大きくすることができる。Ｗモータモードでは第１モータジェネレータ２で発電が行われないため、Ｗモータモードは、バッテリ６の蓄電率（ＳＯＣともいう）が所定値以上のときに実現可能である。

シリーズモードは、エンジン１で発生した動力で第１モータジェネレータ２を駆動して発電させながら、第２モータジェネレータ３の動力によって走行するモードである。図３に示すように、シリーズモードでは、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０とクラッチ機構４０がともにオンされ、エンジン１が作動される。

図６に示すように、シリーズモードでは、第１リングギヤ１２から出力軸２７までの回転が阻止されるため、エンジン１から出力された動力は全て、第１プラネタリギヤ１３、第１サンギヤ１１を介して第１モータジェネレータ２の回転軸２ａに入力される。これにより第１モータジェネレータ２が駆動されて発電し、この発電された電力を用いて第２モータジェネレータ３を駆動し、車両を走行させることができる。すなわち、第１モータジェネレータ２で発生した電気エネルギが第２モータジェネレータ３へ供給される電気パスが構成され、これにより、第２モータジェネレータ３による駆動走行を行う。シリーズモードでは、ＥＶモードと同様、ワンウェイクラッチ５０の作用によりトルクの引き込みを防止できる。

ＨＶモードは、エンジン１で発生した動力と第２モータジェネレータ３の動力とによって走行するモードである。このうち、ＨＶローモードは、低速からの全開加速走行に対応するモードであり、ＨＶハイモードは、ＥＶ走行後の常用運転に対応するモードである。図３に示すように、ＨＶローモードでは、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０がオフかつクラッチ機構４０がオンされ、エンジン１が作動される。ＨＶハイモードでは、コントローラ４からの指令によりブレーキ機構３０がオンかつクラッチ機構４０がオフされ、エンジン１が作動される。

図７に示すように、ＨＶローモードでは、エンジン１から出力されたトルクの一部が第１サンギヤ１１を介して第１モータジェネレータ２に伝達される。これにより第１モータジェネレータ２で発電されてバッテリ６に蓄電され、さらにバッテリ６から第２モータジェネレータ３に駆動電力が供給される。

ＨＶローモードにおいて、エンジン１から出力されたトルクの残りは、第１リングギヤ１２、第２キャリア２４（第２サンギヤ２１および第２リングギヤ２２と一体に回転する第２キャリア２４）を介して出力軸２７に伝達される。このときの出力軸２７の回転数は第２キャリア２４の回転数と等しい。出力軸２７に伝達されたトルクは、ロック状態のワンウェイクラッチ５０を介して出力ギヤ５１に伝達され、第２モータジェネレータ３から出力されたトルクとともに、車軸５７に伝達される。これにより第１モータジェネレータ２での発電によって十分なバッテリ残容量を保ちつつ、エンジン１と第２モータジェネレータ３からのトルクにより、高トルクで車両を走行させることができる。

図８に示すように、ＨＶハイモードでは、ＨＶローモードと同様、例えばエンジン１から出力されたトルクの一部が第１サンギヤ１１を介して第１モータジェネレータ２に伝達される。エンジン１から出力されたトルクの残りは、第１リングギヤ１２、第２キャリア２４、第２サンギヤ２１を介して出力軸２７に伝達される。このときの出力軸２７の回転数は第２キャリア２４の回転数よりも大きい。

出力軸２７に伝達されたトルクは、ロック状態のワンウェイクラッチ５０を介して出力ギヤ５１に伝達され、第２モータジェネレータ３から出力されたトルクとともに、車軸５７に伝達される。これにより十分なバッテリ残容量を保ちつつ、エンジン１と第２モータジェネレータ３からのトルクにより、ＨＶローモードよりは低いもののＥＶモードよりは高いトルクで車両を走行させることができる。ＨＶハイモードでは、第２遊星歯車機構２０で増速されるため、ＨＶローモードよりもエンジン回転数を抑えて走行することができる。

図９は、ＨＶハイモードからＨＶローモードへ走行モードを切り換えるときの、第２リングギヤ２２の回転数（リングギヤ回転数Ｎｒ）の変化を示す図であり、図１０は、そのときの第２遊星歯車機構２０の共線図（速度線図）の一例を示す図である。なお、図１０の実線の特性ｆ１はＨＶローモード時の目標値の特性、点線の特性ｆ２は実測値の特性である。図９，１０に示すように、リングギヤ回転数Ｎｒは、ＨＶハイモードである初期時点では０である。リングギヤ回転数Ｎｒは、時間経過に伴いブレーキ機構３０が徐々に解放されることにより、徐々に上昇する。リングギヤ回転数Ｎｒが目標回転数Ｎｒａに到達すると、クラッチ機構４０が係合され、走行モードがＨＶローモードに切り換わる。

このとき、クラッチ係合による引き込み感が生じないように、次段クラッチ（クラッチ機構４０）は、前段クラッチ（ブレーキ機構３０）を半クラ状態に制御してリングギヤ回転数Ｎｒが目標回転数Ｎｒａに到達してから係合される。このため、図９に示すように、リングギヤ回転数Ｎｒは一旦、目標回転数Ｎｒａを超え（図１０の特性ｆ２）、その後、目標回転数Ｎｒａとなる（図１０の特性ｆ１）。このとき、リングギヤ回転数Ｎｒが目標回転数Ｎｒａを超えた時点でクラッチ機構４０が係合されるが、この場合、エンジントルクに加え、エンジン１のイナーシャ等のポテンシャルエネルギによるトルクが車軸５７に作用する。その結果、車軸５７の駆動力が瞬間的に増加し、乗員が違和感を抱く。このような駆動力の増加を防止するため、クラッチ機構４０を係合する瞬間にクラッチ係合力を低減し（なまし）、あるいはエンジン駆動力を低減する。このようなクラッチ係合力の制御を、ＨＶハイモードからＨＶローモードへ走行モードを切り換えるときの常用制御と呼ぶ。

ところで、本実施形態では、変速機構７０と第２モータジェネレータ３との間にトルクリミッタ６０を設けるが、例えば段差乗り越え時の車軸５７からの反力の影響や、ＥＶモードからＨＶモードへ切り換わった際のワンウェイクラッチ５０のロックによる衝撃の影響等、種々の要因により、トルクリミッタ６０には滑りが生じることがある。したがって、ＨＶハイモードからＨＶローモードへの切換時にリングギヤ回転数Ｎｒが目標回転数Ｎｒａを超えたとき、そのＮｒ＞Ｎｒａの事象が、ばらつきを含む上述した常用制御により生じることもあれば、トルクリミッタ６０の滑りにより生じることもある。

この点を無視して、常用制御によりリングギヤ回転数Ｎｒが目標回転数Ｎｒａを超えたとものして常にクラッチ係合力を低減しながらクラッチの切換を行うと、エンジン１が吹き上がり、図９の点線に示すようにリングギヤ回転数Ｎｒが過渡に上昇するおそれがある。このような問題が生じることを防ぐため、本実施形態では、以下のように駆動装置１００を構成する。

図１１は、予め記憶されたプログラムに従い、ＨＶハイモードからＨＶローモードへの切換時におけるコントローラ４のＣＰＵで実行される処理、特にクラッチ機構４０の係合動作に係る処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばＨＶハイモードで走行中に、車速センサ３６とアクセル開度センサ３７とのからの信号に基づいてモード指令部がＨＶローモードへの切換を指令すると開始され、ＨＶローモードに切り換わるまで所定周期で繰り返される。なお、ＨＶハイモードからＨＶローモードへの切換時に、ブレーキ機構３０は上述したように徐々に係合力が低減される。

まず、ステップＳ１で、エンジン１の回転数（エンジン回転数Ｎｅ）を検出する回転数センサ３４と、リングギヤ回転数Ｎｒを検出する回転数センサ３５と、第１モータジェネレータ２の回転数（第１モータジェネレータ回転数Ｎｍ１）を検出する回転数センサ３８と、第２モータジェネレータ３の回転数（第２モータジェネレータ回転数Ｎｍ２）を検出する回転数センサ３９とからの信号を読み込む。

次いで、ステップＳ２で、回転数センサ３５により検出されたリングギヤ回転数Ｎｒが目標回転数Ｎｒａに到達したか否かを判定する。目標回転数Ｎｒａは、例えば回転数センサ３９により検出された第２モータジェネレータ回転数Ｎｍ２に相当する。ステップＳ２で肯定されるとステップＳ３に進み、否定されるとリターンする。

ステップＳ３では、回転数センサ３４，３５，３８，３９からの信号に基づいてトルクリミッタ６０に滑りが生じているか否かを判定する。具体的には、まず、エンジン回転数Ｎｅと第１モータジェネレータ回転数Ｎｍ１とに基づいて第２キャリア２４の回転数（キャリア回転数Ｎｃ）を算出する。次いで、トルクリミッタ６０が滑らないと仮定したときの第２サンギヤ２１の回転数（サンギヤ回転数Ｎｓ）を、キャリア回転数Ｎｃと、リングギヤ回転数Ｎｒと、第２サンギヤ２１の歯数と第２リングギヤ２２の歯数との比λ（＝第２サンギヤ歯数／第２リングギヤ歯数）とを用いて、次式(I)により算出する。
Ｎｓ＝（Ｎｃ−Ｎｒ）／λ＋Ｎｃ ・・・(I)

次いで、算出したサンギヤ回転数Ｎｓから第２モータジェネレータ回転数Ｎｍ２を減算した差分ΔＮ（＝Ｎｓ−Ｎｍ２）が予め定めた所定値ΔＮ１よりも大きいか否かを判定する。この判定は、トルクリミッタ６０の滑りを検出するためのものであり、所定値ΔＮ１は、例えば０より大きい値に設定されている。さらに、差分ΔＮの時間に対する変化率α（＝ΔＮ／ｄｔ）を算出し、変化率αが予め定めた所定値α１よりも大きいか否かを判定する。この判定も、トルクリミッタ６０の滑りを検出するためのものであり、所定値α１は、例えば０より大きい値に設定されている。そして、ΔＮ＞ΔＮ１、かつ、α＞α１のとき、トルクリミッタ６０に滑りが生じていると判定する。ステップＳ３で肯定されるとステップＳ５に進み、否定されるとステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、制御弁８ａに制御信号を出力し、上述したようにブレーキ機構３０を半クラ状態とした上で、クラッチ機構４０の係合力を低減しながらクラッチ機構４０を係合する。すなわち、常用制御によりクラッチ機構４０を係合する。

一方、ステップＳ５では、リングギヤ回転数Ｎｒがキャリア回転数Ｎｃよりも大きいか否かを判定する。図１２Ａ，図１２Ｂは、それぞれトルクリミッタ６０に滑りが生じたとき、すなわちＮｓ＞Ｎｍ２のときの第２遊星歯車機構２０の共線図の一例を示す図である。図１２Ａには、Ｎｒ＞Ｎｃの特性ｆ３が示され、図１２Ｂには、Ｎｒ＜Ｎｃの特性ｆ４が示される。なお、特性ｆ３、ｆ４は実測値の特性であり、特性ｆ１は目標値の特性である。ステップＳ５で肯定されるとステップＳ６に進み、否定されるとステップＳ４に進む。

ステップＳ６では、制御弁８ａに制御信号を出力し、常用制御よりもクラッチ機構４０の係合力を増加させる。これにより、次段クラッチをしっかりと掴むようになり、エンジン１の吹き上がりを防止することができる。すなわち、Ｎｒ＞Ｎｃの場合に、常用制御によってクラッチ機構４０を係合すると、エンジン１に対する負荷が小さく、エンジン１が吹き上がるおそれがある。これに対し、クラッチ係合力（クラッチ締結力）を増加することで、エンジン１の吹き上がりを防止することができ、これによりリングギヤ回転数Ｎｒの増加を抑えることができる。

クラッチ係合力を増加すると、エンジン１のイナーシャ等のポテンシャルエネルギによるトルクが加算されて駆動力が瞬間的に増加するが、その駆動力の増加はトルクリミッタ６０の滑り量の増加によって吸収される。このため、車軸５７に対する駆動力の増加を抑えることができる。クラッチ係合力の増加に伴いサンギヤ回転数Ｎｓと第２モータジェネレータ回転数Ｎｍ２との差分ΔＮは速やかに減少し、トルクリミッタ６０の滑りを早期に解消できる。差分ΔＮが所定値ΔＮ１以下となってトルクリミッタ６０の滑りが解消されると、クラッチ係合力の増加を停止して常用制御（ステップＳ４）に移行する。

図示は省略するが、ＨＶハイモードからＨＶローモードへの切換時に、トルクリミッタ６０の滑りの有無に拘らず、コントローラ４は電力制御ユニット５に制御信号を出力し、第２モータジェネレータ３の駆動力を低減する。例えばリングギヤ回転数Ｎｒが目標回転数Ｎｒａに到達すると、あるいは、リングギヤ回転数Ｎｒがキャリア回転数Ｎｃを超えると、第２モータジェネレータ３の駆動力を低減する。これにより車両のスムーズな走行挙動が得られる。すなわち、ＨＶローモードへの切換時にはリングギヤ回転数Ｎｒが目標回転数Ｎｒａを越えてからクラッチ機構４０が係合されるため、エンジン１のイナーシャ等の影響で車軸５７に対する駆動力が増加するおそれがある。このため、第２モータジェネレータ３の駆動力を低減することで、車軸５７に対する駆動力の瞬間的な増加が抑えられ、走行挙動を安定化することができる。この場合の第２モータジェネレータ３による駆動力の低減量は、回転数センサ３４，３５，３８，３９により得られる各要素の回転変動に基づいて決定される。

図１３は、ＨＶハイモードからＨＶローモードへの走行モードの切換時における、クラッチ機構４０の係合力に相当するクラッチトルク（ＣＬトルク）、第２モータジェネレータ３のトルク（ＭＧ２トルク）、サンギヤ回転数Ｎｓと第２モータジェネレータ回転数Ｎｍ２との差分ΔＮ、差分ΔＮの時間に対する変化率α（＝ΔＮ／ｄｔ）、リングギヤ回転数Ｎｒがキャリア回転数Ｎｃより大きいか否かの判定結果、およびリングギヤ回転数Ｎｒが第２モータジェネレータ回転数Ｎｍより小さいか否かの判定結果の、それぞれの時間経過に伴う変化を示すタイムチャートである。

図１３に示すように、リングギヤ回転数Ｎｒが第２モータジェネレータ回転数Ｎｍ２以上の状態（Ｎｒ＜Ｎｍ２が否定の状態）で、時点ｔ１において、差分ΔＮが所定値ΔＮ１を超え、かつ、変化率αが所定値α１を超えると、トルクリミッタ６０に滑りが生じたと判定される（ステップＳ３）。その後、リングギヤ回転数Ｎｒがキャリア回転数Ｎｃを越えると（Ｎｒ＞Ｎｃが肯定）、ＣＬトルクが増加する（ステップＳ６）。これによりエンジン１の吹き上がりを防止することができる。このとき、ＭＧ２トルクは低減されるため、車軸５７に対する駆動力の増加を抑えることができる。

ＣＬトルクの増加に伴い、差分ΔＮが徐々に減少する。時点ｔ２で、差分ΔＮが所定値ΔＮ１以下になると、ＣＬトルクが増加前の状態に戻される。以降、常用制御にてＨＶローモードへの切換が行われる。なお、図１３では、時点ｔ２で、ＭＧ２トルクが徐々に上昇し、ＣＬトルクが復帰した後にＭＧ２トルクが元の値に戻される。これにより、トルクリミッタ６０が作動状態（滑っている状態）から復帰したときに、車軸５７に駆動力が加算されて乗員にとって変速違和感が生じることを防止できる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ハイブリッド車両の駆動装置１００は、内燃機関としてのエンジン１と、エンジンの動力を車軸５７に伝達する動力伝達経路７１に配置されるとともに、係合および解放が可能なブレーキ機構３０と、係合および解放が可能なクラッチ機構４０とを有し、ブレーキ機構３０とクラッチ機構４０との係合動作に応じてＨＶローモードまたはＨＶハイモードに切り換わる変速機構７０と、動力伝達経路７１，７２のうちの変速機構７０と車軸５７との間に接続された第２モータジェネレータ３と、動力伝達経路７１，７２のうちの第２モータジェネレータ３と変速機構７０との間に介装されたトルクリミッタ６０と、ＨＶハイモードからＨＶローモードへの切換時に、係合状態にあるブレーキ機構３０を解放するとともに、解放状態にあるクラッチ機構４０を係合するように、変速機構７０を制御するコントローラ４と、を備える（図１）。この駆動装置１００は、回転数センサ３４，３５，３８，３９をさらに備える。コントローラ４は、回転数センサ３４，３５，３８，３９からの信号に基づいてトルクリミッタ６０の滑りが検出されると、滑りが検出されないときよりも、ＨＶハイモードからＨＶローモードへの切換時のクラッチ機構４０の係合力が大きくなるように変速機構７０を制御する（図１１）。

これによりＨＶハイモードからＨＶローモードへの切換時にトルクリミッタ６０に滑りが生じた場合の、エンジン１の吹き上がりとそれに伴う第２リングギヤ２２の過回転を防止することができ、変速機構７０の良好な切換を行うことができる。

（２）変速機構７０は、変速機構７０の出力軸２７に接続された第２サンギヤ２１と、エンジン１からの動力が入力される第２キャリア２４と、第２リングギヤ２２と、を有する第２遊星歯車機構２０を有する（図１）。ブレーキ機構３０は、第２リングギヤ２２の回転を制動または非制動し、クラッチ機構４０は、第２サンギヤ２１と第２リングギヤ２２とを一体に結合または分離するように構成される（図１）。駆動装置１００は、第２リングギヤ２２の回転数Ｎｒを検出する回転数センサ３５と、第２キャリア２４の回転数Ｎｃを検出する回転数センサ３４，３８とを備える（図１）。コントローラ４は、ＨＶハイモードからＨＶローモードへの切換時に回転数センサ３４，３５，３８，３９からの信号に基づいてトルクリミッタ６０の滑りが検出されたとき、回転数センサ３５により検出されたリングギヤ回転数Ｎｒが回転数センサ３４，３８により検出されたキャリア回転数Ｎｃよりも大きいと、リングギヤ回転数Ｎｒがキャリア回転数Ｎｃ以下のときよりも、リングギヤ回転数Ｎｒが目標回転数Ｎｒａを超えて増加したときのクラッチ機構４０の係合力が大きくなるように変速機構７０を制御する。したがって、Ｎｒ＞Ｎｃでエンジン１の吹き上がりの程度が大きいときにクラッチ係合力を増加することになり、エンジン１の吹き上がりを効果的に防止できる。

（３）コントローラ４は、第２サンギヤ２１の回転数Ｎｓから第２モータジェネレータ３の回転数Ｎｍ２を減算した回転数の差分ΔＮが所定値ΔＮ１よりも大きく、かつ、差分ΔＮの変化率α（＝ｄＮ／ｄｔ）が所定値α１よりも大きいとき、トルクリミッタ６０に滑りが生じていると判定する。これによりトルクリミッタ６０の滑りを精度よく検出できる。

（４）駆動装置１００は、エンジン１と変速機構７０との間の動力伝達経路７１に配置された動力分割機構としての第１遊星歯車機構１０と、第１遊星歯車機構１０を介して分割された動力が入力される第１モータジェネレータ２と、をさらに備える（図１）。このように駆動装置１００を２モータのシステムとして構成することで、バッテリ６のＳＯＣを確保しながら、車両の必要な走行駆動力を容易に得ることができる。

上記実施形態は種々の形態に変形することができる。以下、変形例について説明する。上記実施形態では、上記実施形態では、サンギヤ回転数Ｎｓから第２モータジェネレータ回転数Ｎｍ２を減算した差分ΔＮが所定値ΔＮ１（第１所定値）よりも大きく、かつ、差分ΔＮの変化率αが所定値α１（第２所定値）よりも大きいときに、コントローラ４がトルクリミッタ６０に滑りが生じていることを検出するようにしたが、滑り検出部の構成はこれに限らない。差分ΔＮが所定値ΔＮ１より大きいことのみを条件として、トルクリミッタ６０の滑りを検出するようにしてもよい。回転数センサ３４，３５，３８，３９からの信号を用いずにトルクリミッタ６０の滑りを直接検出するようにしてもよい。

上記実施形態では、高速段から低速段への切換時、すなわちＨＶハイモードからＨＶローモードへの切換時に、係合状態にあるブレーキ機構を係合するとともに、解放状態にあるクラッチ機構を解放するように、制御部としてのコントローラ４が変速機構７０を制御するようにした。すなわち、第１摩擦係合機構としてブレーキ機構３０を、第２摩擦係合機構としてクラッチ機構４０を設けるようにしたが、第１摩擦係合機構と第２摩擦機構の構成はこれに限らず、したがって、変速機構の構成も上述したものに限らない。上記実施形態では、回転数センサ３５により第２リングギヤ２２の回転数Ｎｒを検出するようにしたが、リングギヤ回転数検出部の構成はこれに限らない。上記実施形態では、回転数センサ３４，３８からの信号により第２キャリア２４の回転数Ｎｃを検出するようにしたが、キャリア回転数検出部の構成はこれに限らない。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１ エンジン、２ 第１モータジェネレータ、３ 第２モータジェネレータ、４ コントローラ、５ 電力制御ユニット、８ａ 制御弁、１０ 第１遊星歯車機構、２０ 第２遊星歯車機構、２１ 第２サンギヤ、２２ 第２リングギヤ、２４ 第２キャリア、３０ ブレーキ機構、３４，３５，３８，３９ 回転数センサ、３６ 車速センサ、４０ クラッチ機構、１００ 駆動装置

Claims (4)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関の動力を車軸に伝達する動力伝達経路に配置されるとともに、係合および解放が可能な第１摩擦係合機構と、係合および解放が可能な第２摩擦係合機構とを有し、前記第１摩擦係合機構と前記第２摩擦係合機構との係合動作に応じて低速段または高速段に切り換わる変速機構と、
   前記動力伝達経路のうちの前記変速機構と前記車軸との間に接続されたモータジェネレータと、
   前記動力伝達経路のうちの前記モータジェネレータと前記変速機構との間に介装されたトルクリミッタと、
   高速段から低速段への切換時に、係合状態にある前記第１摩擦係合機構を解放するとともに、解放状態にある前記第２摩擦係合機構を係合するように、前記変速機構を制御する制御部と、を備えるハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記トルクリミッタの滑りを検出する滑り検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記滑り検出部により前記トルクリミッタの滑りが検出されると、滑りが検出されないときよりも、高速段から低速段への切換時の前記第２摩擦係合機構の係合力が大きくなるように前記変速機構を制御することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記変速機構は、前記変速機構の出力軸に接続されたサンギヤと、前記内燃機関からの動力が入力されるキャリアと、リングギヤと、を有する遊星歯車機構を有し、
   前記第１摩擦係合機構は、前記リングギヤの回転を制動または非制動するブレーキ機構である一方、前記第２摩擦係合機構は、前記サンギヤと前記リングギヤとを一体に結合または分離するクラッチ機構であり、
   前記リングギヤの回転数を検出するリングギヤ回転数検出部と、
   前記キャリアの回転数を検出するキャリア回転数検出部と、をさらに備え、
   前記制御部は、高速段から低速段への切換時に前記滑り検出部により前記トルクリミッタの滑りが検出されたとき、前記リングギヤ回転数検出部により検出された前記リングギヤの回転数が前記キャリア回転数検出部により検出された前記キャリアの回転数よりも大きいと、前記リングギヤの回転数が前記キャリアの回転数以下のときよりも、前記リングギヤ回転数検出部により検出された前記リングギヤの回転数が目標回転数を越えて増加したときの前記第２摩擦係合機構の係合力が大きくなるように前記変速機構を制御することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
3. 請求項２に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記滑り検出部は、前記サンギヤの回転数から前記モータジェネレータの回転数を減算した回転数差が第１所定値よりも大きく、かつ、この回転数差の変化率が第２所定値よりも大きいとき、前記トルクリミッタに滑りが生じていることを検出することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記モータジェネレータは第２モータジェネレータであり、
   前記内燃機関と前記変速機構との間の前記動力伝達経路に配置された動力分割機構と、
   前記動力分割機構を介して分割された動力が入力される第１モータジェネレータと、をさらに備えることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。

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