ハイブリッド駆動装置

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【発明の名称】	ハイブリッド駆動装置
【発明者】	【氏名】田端淳【氏名】茨木隆次
【要約】	【課題】エンジンおよび電動モータを備えているハイブリッド駆動装置において、急激な充電による蓄電装置の寿命の低下を防止する。【解決手段】蓄電装置に外部電源から充電されている間は、ＳＡ４においてエンジンによってモータジェネレータを回転駆動して蓄電装置を充電することが禁止されるため、２つの電源により蓄電装置の充電が同時に行われることにより、蓄電装置の充電が急激に行われて寿命が低下することが防止される。

【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、蓄電装置から供給される電気エネルギーで作動する電動モータとを備えているとともに、前記蓄電装置を複数の充電手段によって充電することが可能なハイブリッド駆動装置において、前記複数の充電手段により前記蓄電装置の充電が同時に行われることを制限する同時充電制限手段を有することを特徴とするハイブリッド駆動装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンおよび電動モータを備えているハイブリッド駆動装置に係り、特に、蓄電装置の寿命の低下を防止するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料の燃焼によって作動するエンジンと、蓄電装置から供給される電気エネルギーで作動する電動モータとを備えているハイブリッド駆動装置が、例えば自動車などに用いられている。特開平７－６７２０８号公報に記載されているハイブリッド車両はその一例であり、このようなハイブリッド駆動装置においては、エンジンによって回転駆動されることにより蓄電装置を充電するジェネレータを備えているのが普通である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記蓄電装置は外部電源を用いて充電することもできるため、例えば外部電源を用いた充電中にエンジンが始動させられると、ジェネレータからの充電も開始される可能性があり、２つの電源により同時に蓄電装置が充電されることから、蓄電装置の充電が急激に行われて、蓄電装置の寿命が低下する可能性があった。
【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、その目的とするところは、エンジンおよび電動モータを備えているハイブリッド駆動装置において、急激な充電による蓄電装置の寿命の低下を防止することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するために、本発明は、燃料の燃焼によって作動するエンジンと、蓄電装置から供給される電気エネルギーで作動する電動モータとを備えているとともに、前記蓄電装置を複数の充電手段によって充電することが可能なハイブリッド駆動装置において、前記複数の充電手段により前記蓄電装置の充電が同時に行われることを制限する同時充電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、例えば、蓄電装置に外部電源から充電している間に、エンジンを始動させることにより、エンジンによりジェネレータを回転駆動して蓄電装置を充電する運転モードが開始されて、外部電源とジェネレータの２つの電源により同時に蓄電装置が充電される場合など、複数の充電手段により蓄電装置の充電が同時に行われることが制限されるため、蓄電装置の充電が急激に行われて、蓄電装置の寿命が低下することが防止される。
【０００７】
【発明の実施の形態】ここで、本発明は、例えばクラッチにより動力伝達を接続、遮断することによって動力源を切り換える切換タイプや、遊星歯車装置などの合成、分配機構によってエンジンおよび電動モータの出力を合成したり分配したりするミックスタイプ、電動モータを補助的に使うアシストタイプ、エンジンを専ら充電用に使用するシリーズタイプなど、エンジンと電動モータとを備えている種々のタイプのハイブリッド駆動装置に適用され得る。
【０００８】また、充電手段としては、エンジンによりジェネレータを回転駆動して蓄電装置を充電する手段や、外部電源から供給される電気エネルギーで蓄電装置を充電する手段など種々の態様が考えられる。
【０００９】また、同時充電制限手段は、例えば、外部電源から蓄電装置へ充電している際に、エンジンによりジェネレータを回転駆動して蓄電装置を充電することを禁止したり、逆にエンジンによりジェネレータを回転駆動して蓄電装置を充電している場合は外部電源からの充電を禁止したり、エンジンによる充電中であっても外部電源からの充電が開始された場合はエンジンによる充電を中止したり、外部電源からの充電中であってもエンジンによる充電が開始された場合は外部電源からの充電を中止したりするものである。なお、必ずしも完全に何れか一方の充電を禁止する必要はなく、蓄電装置に印加される電圧や電流が蓄電装置の寿命や性能を損なわない所定値以下になるように制限するだけでも良い。
【００１０】同時充電制限手段による充電の制限は、蓄電装置に対する電気的接続を遮断したり抵抗などで電流を低下させたりすれば良く、また、エンジンによりジェネレータを回転駆動して充電する場合は、エンジンとジェネレータとの間の動力伝達を遮断したりジェネレータの発電量を低下させたり、或いはエンジンを停止したりすれば良い。
【００１１】一方、本発明とは直接関係ないが、車両停車時等にヘッドライトやルームランプ等が点灯したままになっていると、蓄電装置の蓄電量が低下して電動モータによる走行は勿論、エンジンの始動すらできなくなる恐れがあるため、アクセル操作に応じてエンジンや電動モータを作動させることが可能となる始動スイッチ（エンジン駆動車両のイグニッションスイッチに相当）がＯＦＦの場合に、蓄電装置の充電量が、エンジンの始動（始動用電動モータによるクランキング）に必要な予め定められた基準値を下回った時には、ヘッドライト等の電気負荷への通電を強制的に制限する通電制限手段を設けることが望ましい。その場合に、始動スイッチがＯＦＦでも車両走行中の可能性がある場合は、車速が略０の車両停止中であることを確認する停車確認手段を設け、車両停止中の場合だけ通電制限手段による通電の制限を許可するようにすることが望ましい。
【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装置１０は四輪駆動車両用のもので、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、電気エネルギーで作動する電動モータおよびジェネレータ（発電機）として機能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おり、出力軸１９からトランスファ１３４および図示しないプロペラシャフトや差動装置などを介して前後の駆動輪へ駆動力を伝達する。
【００１４】遊星歯車装置１６は機械的に力を合成分配する合成分配機構で、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、そのリングギヤ１６ｒは第１クラッチＣＥ₁ を介してエンジン１２に連結され、サンギヤ１６ｓはモータジェネレータ１４のロータ軸１４ｒに連結され、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ＣＥ₂ によって連結されるようになっている。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。
【００１５】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。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Ｂ₀ 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。
【００１６】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４４が切り換えられたり、シフトレバー４６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４４が機械的に切り換えられたりすることにより、クラッチＣ₀ ，Ｃ₁ ，Ｃ₂ 、ブレーキＢ₀ ，Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，Ｂ₄ 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～５ｔｈ）、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２４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。
【００１７】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４６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、パーキングＰ、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４６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４４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１ｓｔ～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。
【００１８】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４４には図４に示す回路が組み込まれている。
【００１９】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、７１、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。
【００２０】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７５を介して接続されている。この油路にはオリフィス７６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。
【００２１】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７８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。
【００２２】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。
【００２３】したがって、Ｂ－３コントロールバルブ７８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。
【００２４】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。
【００２５】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９５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。
【００２６】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９７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。
【００２７】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。
【００２８】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１０４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。
【００２９】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。
【００３０】第２ブレーキＢ₂ を接続してあるポート１０７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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】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１１９が油路１２０を介してソレノイドリレーバルブ１００に接続されている。
【００３４】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。
【００３５】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１２２は２速レンジでの第２速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。
【００３６】したがって、上述した油圧回路４４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。
【００３７】また、オリフィスコントロールバルブ１０５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。
【００３８】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、その変速に先立って入力軸２６への入力トルクを予め推定し、その入力トルク推定値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。
【００３９】図１に戻って、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１３４（センタデフ装置）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。
【００４０】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、１４３にチェーン１４５が巻き掛けられている。
【００４１】そして、前記キャリア１３７とリングギヤ１３８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、その係合油圧は図示しないリニアソレノイドバルブ等の油圧制御手段により連続的もしくは段階的に制御される。
【００４２】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。
【００４３】ハイブリッド駆動装置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、ＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータを備えて構成され、シフトポジションセンサ６２、車速センサ６４、始動スイッチ６６からそれぞれシフトレバー４６の操作レンジ、車速Ｖ（自動変速機１８の出力軸回転数Ｎ_Oに対応）、始動スイッチ６６のＯＮ、ＯＦＦなどを表す信号が供給される他、エンジントルクＴ_E、モータトルクＴ_M、エンジン回転数Ｎ_E、モータ回転数Ｎ_M、自動変速機１８の入力軸回転数Ｎ_I、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などに関する情報が、種々の検出手段などから供給されるようになっており、予め設定されたプログラムに従って信号処理を行う。始動スイッチ６６はエンジン駆動車両のイグニッションスイッチに相当するもので、この始動スイッチ６６がＯＮ操作されることによりコンピュータ等がアクティブ状態となり、アクセル操作量に応じてエンジン１２またはモータジェネレータ１４が作動させられるようになるが、エンジン１２が直ちに始動（アイドル状態）させられるわけではない。
【００４４】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、或いは電圧値などから求められる。
【００４５】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。
【００４６】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。蓄電装置５８には外部接続端子５９が設けられており、外部電源を用いて充電することもできるようになっている。
【００４７】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４４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。
【００４８】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、ＳＬＮの励磁状態が制御され、油圧回路４４が切り換えられたり油圧制御が行われることにより、運転状態に応じて変速段が切り換えられる。
【００４９】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７－２９４１４８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。
【００５０】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。
【００５１】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。
【００５２】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ＣＥ₁ 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。
【００５３】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。
【００５４】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４６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。
【００５５】この判断が肯定された場合にはステップＳ４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。尚、ステップＳ６で選択されるモード６は充電手段に対応する。
【００５６】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。
【００５７】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（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。
【００５８】また、第１クラッチＣＥ₁ が開放されてエンジン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。
【００５９】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。
【００６０】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。尚、ステップＳ９で選択されるモード５は充電手段に対応する。
【００６１】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１２を運転状態とし、モータジェネレータ１４の回生制動トルクを制御することにより、車両を発進させるものである。
【００６２】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。
【００６３】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１６ｃからの出力は０となり、車両停止状態となる。
【００６４】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。
【００６５】ここで、本実施例では、エンジン１２の最大トルクの略ρ_E倍のトルク容量のモータジェネレータ、すなわち必要なトルクを確保しつつできるだけ小型で小容量のモータジェネレータ１４が用いられており、装置が小型で且つ安価に構成される。
【００６６】また、本実施例ではモータトルク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。
【００６７】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（ＯＮ）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２６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。
【００６８】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。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。
【００６９】また、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。
【００７０】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。尚、ステップＳ１４で選択されるモード３は充電手段に対応する。
【００７１】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７０％程度の値が設定される。
【００７２】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。
【００７３】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。
【００７４】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。
【００７５】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。
【００７６】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Ｐｄ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。
【００７７】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。
【００７８】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。
【００７９】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。
【００８０】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。
【００８１】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。
【００８２】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。
【００８３】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＜Ｐｄ＜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。
【００８４】また、ＳＯＣ＜Ａの場合には、要求出力Ｐｄ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。
【００８５】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Ｐｄ≧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。
【００８６】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。
【００８７】次に、本発明が適用された本実施例の特徴部分、すなわち、急激な充電による蓄電装置５８の寿命の低下を防止するための制御作動について、図８のフローチャートに基づいて説明する。尚、本実施例において、ステップＳＡ３、ＳＡ４は同時充電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５０により実行される。
【００８８】図８において、ステップＳＡ１では、シフトレバー４６がＰ又はＮレンジに操作されているか否かが、シフトポジションセンサ６２から供給される信号に基づいて判断される。この判断が否定された場合は、ステップＳＡ２において、電力伝達経路が遮断されるなどして外部電源による蓄電装置５８の充電が禁止される。
【００８９】一方、ステップＳＡ１の判断が肯定された場合は、ステップＳＡ３において、蓄電装置５８が外部電源により充電されている最中であるか否かが、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣの変化などから判断される。なお、本実施例では、外部電源による充電も比較的高圧の蓄電装置５８に直接行われるようになっている。
【００９０】次に、このステップＳＡ３の判断が肯定された場合は、ステップＳＡ４において、前記モード９の選択を禁止してエンジン１２の始動が禁止されるか、第１クラッチＣＥ₁が解放（ＯＦＦ）されることにより、エンジン１２によってモータジェネレータ１４を回転駆動して蓄電装置５８を充電することが禁止させられる。
【００９１】一方、このステップＳＡ３の判断が否定された場合は、ステップＳＡ５において、通常通りエンジン１２によってモータジェネレータ１４を回転駆動して蓄電装置５８を充電することが許可される。
【００９２】本実施例によれば、蓄電装置５８に外部電源から充電されている間は、エンジン１２の始動が禁止されるか、第１クラッチＣＥ₁が解放（ＯＦＦ）されることにより、エンジン１２によってモータジェネレータ１４を回転駆動して蓄電装置５８を充電することが禁止されるため、２つの電源により蓄電装置５８の充電が同時に行われることにより、蓄電装置５８の充電が急激に行われて、蓄電装置５８の寿命が低下することが防止される。
【００９３】次に、本発明が適用された他の実施例の特徴部分、すなわち、急激な充電による蓄電装置５８の寿命の低下を防止するための制御作動について、図９のフローチャートに基づいて説明する。尚、本実施例において、ステップＳＢ１～ＳＢ３は同時充電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５０により実行される。
【００９４】図９において、ステップＳＢ１では、蓄電装置５８が外部電源により充電されている最中であるか否かが、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣの変化などから判断される。この判断が肯定された場合は、ステップＳＢ２において、エンジン１２が始動させられたか否かがエンジン回転数Ｎ_Eなどに基づいて判断される。
【００９５】次に、このステップＳＢ２の判断が肯定された場合は、ステップＳＢ３において、電力伝達経路が遮断されるなどして外部電源からの蓄電装置５８の充電が禁止されるとともに、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を充電することが許可され、例えばシフトレバー４６がＰレンジである（メカニカルパーキングＯＮ）かパーキングブレーキが作動状態であることなどを条件として、エンジン１２およびモータジェネレータ１４による蓄電装置５８の充電制御が行われる。一方、この判断が否定された場合は、ステップＳＢ４において、外部電源からの蓄電装置５８の充電が通常通り許可される。
【００９６】本実施例によれば、蓄電装置５８に外部電源から充電している間に、エンジン１２が始動させられると、外部電源からの蓄電装置５８の充電が禁止されるため、２つの電源により蓄電装置５８の充電が同時に行われることにより、蓄電装置５８の充電が急激に行われて、蓄電装置５８の寿命が低下することが防止される。
【００９７】次に、前記モード９を選択してモータジェネレータ１４によりエンジン１２を始動するのに必要な最低蓄電量Ｘを常に確保するための制御作動を、図１０のフローチャートに基づいて説明する。尚、本制御作動において、ステップＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ４は通電制限手段として機能し、ステップＳＣ３は停車確認手段として機能しており、それぞれハイブリッド制御用コントローラ５０により実行される。
【００９８】図１０において、ステップＳＣ１では、始動スイッチ６６がＯＮであるか否かが判断される。この判断が否定された場合は、ステップＳＣ２において、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが所定値Ａ₁以下であるか否かが判断される。所定値Ａ₁は、前記モード９を選択してモータジェネレータ１４によりエンジン１２を始動させるために最低必要な蓄電量Ｘに設定される。
【００９９】このステップＳＣ２の判断が肯定された場合は、ステップＳＣ３において、車速Ｖが所定値Ｖ₁以上であるか否かが、車速センサ６４により供給される信号に基づいて判断される。所定値Ｖ₁は、ヘッドライト等の電気負荷をカットしても安全な車両停止時に相当する略０の車速値に設定される。
【０１００】次に、このステップＳＣ３の判断が否定された場合は、ステップＳＣ４において、ヘッドライト、ルームライト、エアコン、デフォガ等の各種の電気負荷をカットして、蓄電装置５８の消費電力が抑えられる。蓄電装置５８には電圧変換器が接続され、１２Ｖ等の低電圧に変換されて上記電気負荷に電気が供給されるようになっている。
【０１０１】ここで、ハイブリッド制御用コントローラ５０、自動変速制御用コントローラ５２の電源は取り敢えずＯＮのままとし、蓄電装置５８の蓄電量ＳＯＣが更に低下した時にＯＦＦするようにしても良いが、蓄電量ＳＯＣが所定値Ａ₁以下となった時点で、全てＯＦＦするようにしても良い。しかし、勿論、図１０の制御作動を制御しているコンピュータの電源はＯＮのままとされる。尚、本実施例のような、各種の電気負荷をカットする制御は、始動スイッチ６６がＯＦＦの時にのみ行われ、ＯＮの時には通常通り図６の運転モード判断サブルーチンに従って制御が実行される。
【０１０２】本実施例によれば、始動スイッチ６６がＯＦＦで、蓄電量ＳＯＣがＡ₁以下で、車速Ｖが所定値Ｖ₁よりも小さいと判断された場合に、各種の電気負荷がカットされることにより、前記モード９を選択してモータジェネレータ１４によりエンジン１２を始動するのに必要な最低蓄電量Ｘが常に確保されるため、エンジン１２が始動不可となって車両走行不能となったり蓄電装置５８の充電が不能となったりすることが回避される。
【０１０３】以上、本発明の様々な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得る。
【０１０４】例えば、前述の実施例では、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１１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１２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。
【０１０５】また、前記実施例では四輪駆動車両のハイブリッド駆動装置１０に本発明が適用された場合について説明したが、前輪駆動車両や後輪駆動車両は勿論、産業機械などの他のハイブリッド駆動装置に適用することもできる。
【０１０６】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。

【出願人】	【識別番号】０００００３２０７【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】	平成９年（１９９７）１２月４日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】池田治幸（外２名）
【公開番号】	特開平１１－１７８１０９
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月２日
【出願番号】	特願平９－３３４２２３