JP2022116637A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固定段モードを設定している状態でクラッチ機構を制御する操作機構の操作量を検出するセンサがフェールした場合であっても、適切な走行モードに切り替えて走行できる車両の制御装置を提供する。【解決手段】クラッチ機構を係合状態とすることにより固定段モードを設定し、クラッチ機構を解放状態とすることによりエンジンと駆動輪とを相対回転可能にして走行できる他の走行モードを設定する車両の制御装置において、クラッチ機構を係合させまたは解放させる操作機構の操作量を検出するセンサがフェールしたか否かを判断し（ステップＳ１）、操作量センサがフェールしたことが判断された時点で固定段モードが設定されている場合には、クラッチ機構の構成部材である一方の回転部材の移動量を検出するセンサの検出値に基づいて他の走行モードに切り替えるように構成されている（ステップＳ４）。【選択図】図７

Description

この発明は、クラッチ機構の係合状態と解放状態とを切り替えることにより、複数の走行モードを設定することができる車両の制御装置に関するものである。

特許文献１および特許文献２には、エンジン、第１モータ、および駆動輪が差動回転可能に連結された動力分割機構と、その動力分割機構における所定の一対の回転要素を連結する第１クラッチ機構と、他の一対の回転要素を連結する第２クラッチ機構とを備え、第１クラッチ機構と第２クラッチ機構とのうちの一方を係合状態にすることにより、エンジン、第１モータ、および駆動輪が差動回転するＨＶ走行モードを設定し、第１クラッチ機構と第２クラッチ機構とを係合状態にすることにより、エンジンと駆動輪との回転数比を固定した固定段モードを設定することができるように構成されたハイブリッド車両が記載されている。なお、出力部材には、第２モータが連結されている。

また、特許文献２には、各クラッチ機構のいずれか一方が動作できないフェールが生じた場合に、他方のクラッチ機構を制御することにより、上記ＨＶ走行モードを設定するように構成された制御装置が記載されている。すなわち、特許文献２に記載された制御装置は、一方のクラッチ機構が係合した状態でフェールした場合には、他方のクラッチ機構を解放し、それとは反対に、一方のクラッチ機構が解放した状態でフェールした場合には、他方のクラッチ機構を係合するように構成されている。

特許第６４５１５２４号公報 特開２０１９－０８９４１３号公報

特許文献１や特許文献２に記載されたハイブリッド車両は、各クラッチ機構を係合することによりエンジンと駆動輪との回転数比を固定する固定段モードを設定するように構成されている。したがって、固定段モードを設定した状態でいずれか一方のクラッチ機構がフェールした場合に、その固定段モードを設定したまま停車すると、エンジンも停止する。その場合、例えば、第２モータを駆動して発進させれば、車速の増加に伴ってエンジン回転数が増加することにより、エンジンの動力によって走行することができるものの、エンジンが始動するまでの間は、エンジンを連れ回すことにより、第２モータに要求される電力が増加する。言い換えると、バッテリなどの蓄電装置の充電残量が少ない場合には、車両を発進させることができなくなる可能性がある。

そのような場合に、特許文献２に記載された制御装置のように、フェールしていないクラッチ機構を制御して、いずれか一方のクラッチ機構を係合させた走行モードを設定することでエンジンと駆動輪との差動回転が可能になり、エンジンを始動し、エンジンの動力によって走行することができる。

しかしながら、クラッチ機構を係合させまたは解放させる操作機構の操作量に応じて走行モードを切り替えるように構成されている場合には、その操作機構の操作量を検出するセンサがフェールすると、走行モードを切り替えるための操作量を判断することができず、または操作機構を操作した後の走行モードを判断できないなどにより、適切な走行モードへの切り替えを行うことができなくなる可能性があり、他方、固定段モードのままで停車すると、上述したように車両を発進させることができなくなる可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、固定段モードを設定している状態でクラッチ機構を制御する操作機構の操作量を検出するセンサがフェールした場合であっても、適切な走行モードに切り替えて走行できる車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンと、前記エンジンとトルク伝達可能に設けられた駆動輪と、所定の一対の回転部材を連結した係合状態と前記一対の回転部材の連結を解いた解放状態とを選択的に切り替えることができるクラッチ機構とを備え、前記クラッチ機構を係合状態とすることにより前記エンジンと前記駆動輪との回転数比が所定比に固定される固定段モードと、前記クラッチ機構を解放状態とすることにより前記エンジンと前記駆動輪とを相対回転可能にして走行できる他の走行モードとの少なくとも二つの走行モードを設定することができるように構成された車両の制御装置において、前記一対の回転部材のうちの一方の回転部材が連結されかつ駆動することにより前記一方の回転部材を前記一対の回転部材のうちの他方の回転部材側に移動させる操作機構と、前記操作機構の操作量を検出する操作量センサと、前記操作量センサの検出値に基づいて前記操作機構を駆動するアクチュエータと、前記一方の回転部材の移動量を検出するストロークセンサと、前記操作量センサにより検出された操作量に応じて前記走行モードを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記操作量センサがフェールしたか否かを判断し、前記操作量センサがフェールしたことが判断された時点で前記固定段モードが設定されている場合には、前記ストロークセンサの検出値に基づいて前記他の走行モードに切り替えるように構成されていることを特徴とするものである。

また、この発明では、前記エンジンと前記駆動輪と第１モータとが差動回転可能に連結された差動機構と、前記差動機構のうちの所定の一対の回転要素を連結する第１クラッチ機構と、前記差動機構のうちの他の一対の回転要素を連結する第２クラッチ機構とを備え、前記第１クラッチ機構と前記第２クラッチ機構とを係合状態とすることにより、前記固定段モードを設定し、前記第１クラッチ機構と前記第２クラッチ機構とのいずれか一方を解放することにより、前記エンジンと前記駆動輪との回転数比を無段階に変更可能な無段変速モードを設定し、前記第１クラッチ機構と前記第２クラッチ機構とを解放状態とすることにより、前記エンジンと前記駆動輪とのトルクの伝達を切り離した切り離しモードを設定するように構成され、前記クラッチ機構は、前記第１クラッチ機構と前記第２クラッチ機構とを含み、前記他の走行モードは、前記無段変速モードと前記切り離しモードとを含んでよい。

また、この発明では、前記差動機構と前記駆動輪との間のトルク伝達経路に連結された第２モータを更に備え、前記第１クラッチ機構を係合しかつ前記第２クラッチ機構を解放することにより、前記エンジンから前記駆動輪に伝達されるトルクが相対的に大きいローモードを設定し、前記第１クラッチ機構を解放しかつ前記第２クラッチ機構を係合することにより、前記エンジンから前記駆動輪に伝達されるトルクが前記ローモードよりも小さいハイモードを設定するように構成され、前記コントローラは、前記操作量センサがフェールしたことが判断された場合に、前記ハイモードに切り替えるように構成されていてよい。

そして、この発明では、前記差動機構と前記駆動輪との間のトルク伝達経路に連結された第２モータを更に備え、前記コントローラは、前記操作量センサがフェールしたことが判断された場合に、前記切り離しモードに切り替えるように構成されていてよい。

この発明によれば、クラッチ機構を係合状態とすることによりエンジンと駆動輪との回転数比が所定比に固定される固定段モードが設定され、クラッチ機構を解放状態とすることによりエンジンと駆動輪とを相対回転可能にして走行できる他の走行モードが設定される。また、クラッチ機構を構成する一対の回転部材のうちの一方の回転部材を、他方の回転部材側に移動させる操作機構と、その操作機構の操作量を検出する操作量センサと、一方の回転部材の移動量を検出するストロークセンサとを備え、その操作量センサがフェールした時点で固定段モードが設定されている場合には、操作量センサにより検出された操作量に基づいて走行モードを制御することに代えて、ストロークセンサの検出値に基づいて走行モードを制御することにより他の走行モードに切り替える。そのため、操作機構の操作量を検出できない場合であっても、ストロークセンサの検出値に基づいて適切な走行モードに切り替えることができる。したがって、車両が停止したとしてもエンジンを駆動するなどによって走行することができる。

この発明の実施形態における車両の一例を説明するためのスケルトン図である。 各クラッチ機構を操作する装置の一例を説明するための模式図である。 HV-Hiモードでの動作状態を説明するための共線図である。 HV-Loモードでの動作状態を説明するための共線図である。 直結モードでの動作状態を説明するための共線図である。 切り離しモードでの動作状態を説明するための共線図である。 この発明の実施形態における車両の制御装置の制御例を説明するためのフローチャートである。 回転角センサがフェールした場合に、HV-Hiモードを設定する制御例を説明するためのフローチャートである。 回転角センサがフェールした場合に、切り離しモードを設定する制御例を説明するためのフローチャートである。

この発明の実施形態における車両Ｖｅの一例を図１を参照して説明する。図１に示す車両Ｖｅは、エンジン（ＥＮＧ）１と、二つのモータ２，３とを有するハイブリッド駆動装置（以下、単に駆動装置と記す）４を備えている。この駆動装置４は、前輪（駆動輪）５Ｒ，５Ｌを駆動するように構成されている。エンジン１は、従来知られたガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどであって、供給される燃料と空気との混合気を燃焼することにより駆動トルクを出力し、また、その混合気の燃焼を停止すること、すなわち、燃料の供給を停止することにより、フリクショントルクやポンピングロスなどに応じた制動トルクを出力することができるように構成されている。

第１モータ２は発電機能のあるモータ（すなわちモータ・ジェネレータ：ＭＧ１）によって構成され、エンジン１の回転数を第１モータ２によって制御するとともに、第１モータ２で発電した電力により第２モータ３を駆動し、その第２モータ３が出力するトルクを走行のための駆動トルクに加えることができるように構成されている。第２モータ３は、第１モータ２と同様に発電機能のあるモータ（すなわちモータ・ジェネレータ：ＭＧ２）によって構成することができる。これらの第１モータ２および第２モータ３は、例えば、ロータに永久磁石を取り付けた、永久磁石式の同期モータなどの交流モータによって構成することができる。なお、各モータ２，３には、リチウムイオン電池などの二次電池によって構成されたバッテリや、キャパシタなどの蓄電装置Ｂから電力が供給され、また、各モータ２，３により発電された電力を蓄電装置Ｂに充電することができるように構成され、さらに、一方のモータ２（３）が発電した電力を、他方のモータ３（２）に通電することができるように構成されている。

エンジン１には、動力分割機構（差動機構）６が連結されている。この動力分割機構６は、エンジン１と駆動輪５Ｒ，５Ｌと第１モータ２とを差動回転可能に連結するとともに、エンジン１が出力したトルクを第１モータ２側と出力側とに分割するものであって、そのようにトルクを分割する機能を主とする分割部７と、そのトルクの分割率を変更する機能を主とする変速部８とにより構成されている。

分割部７は、三つの回転要素によって差動作用を行う構成であればよく、遊星歯車機構を採用することができる。図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構（第１差動機構）によって構成されている。図１に示す分割部７は、サンギヤ９と、サンギヤ９に対して同心円上に配置された、内歯歯車であるリングギヤ１０と、これらサンギヤ９とリングギヤ１０との間に配置されてサンギヤ９とリングギヤ１０とに噛み合っているピニオンギヤ１１と、ピニオンギヤ１１を自転および公転可能に保持するキャリヤ１２とを有している。

エンジン１が出力したトルクが前記キャリヤ１２に入力されるように構成されている。具体的には、エンジン１の出力軸１３に、動力分割機構６の入力軸１４が連結され、その入力軸１４がキャリヤ１２に連結されている。また、サンギヤ９に第１モータ２が連結されている。なお、キャリヤ１２と入力軸１４とを直接連結する構成に替えて、歯車機構などの伝動機構（図示せず）を介してキャリヤ１２と入力軸１４とを連結してもよい。また、その出力軸１３と入力軸１４との間にダンパ機構やトルクコンバータなどの機構（図示せず）を配置してもよい。さらに、第１モータ２とサンギヤ９とを直接連結する構成に替えて、歯車機構などの伝動機構（図示せず）を介して第１モータ２とサンギヤ９とを連結してもよい。

変速部８は、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。すなわち、変速部８は、上記の分割部７と同様に、サンギヤ１５と、サンギヤ１５に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ１６と、これらサンギヤ１５とリングギヤ１６との間に配置されてこれらサンギヤ１５およびリングギヤ１６に噛み合っているピニオンギヤ１７と、ピニオンギヤ１７を自転および公転可能に保持しているキャリヤ１８とを有している。したがって、変速部８は、サンギヤ１５、リングギヤ１６、およびキャリヤ１８の三つの回転要素によって差動作用を行う差動機構（第２差動機構）となっている。この変速部８におけるサンギヤ１５に分割部７におけるリングギヤ１０が連結されている。また、変速部８におけるリングギヤ１６に、出力ギヤ１９が連結されている。

上記の分割部７と変速部８とが複合遊星歯車機構を構成するように第１クラッチ機構（第１係合機構）ＣＬ１が設けられている。第１クラッチ機構ＣＬ１は、変速部８におけるキャリヤ１８を、分割部７におけるキャリヤ１２および入力軸１４に選択的に連結するためのものであって、摩擦式のクラッチ機構や噛み合い式のクラッチ機構によって構成することができる。この第１クラッチ機構ＣＬ１を係合させることにより分割部７におけるキャリヤ１２と変速部８におけるキャリヤ１８とが連結されてこれらが入力要素となり、また分割部７におけるサンギヤ９が反力要素となり、さらに変速部８におけるリングギヤ１６が出力要素となった複合遊星歯車機構が形成される。

さらに、変速部８の全体を一体化させるための第２クラッチ機構（第２係合機構）ＣＬ２が設けられている。この第２クラッチ機構ＣＬ２は、変速部８におけるキャリヤ１８とリングギヤ１６もしくはサンギヤ１５、あるいはサンギヤ１５とリングギヤ１６とを連結するなどの少なくともいずれか二つの回転要素を連結するためのものであって、第１クラッチ機構ＣＬ１と同様に、摩擦式のクラッチ機構や噛み合い式のクラッチ機構によって構成することができる。図１に示す例では、第２クラッチ機構ＣＬ２は、変速部８におけるキャリヤ１８とリングギヤ１６とを連結するように構成されている。この第２クラッチ機構ＣＬ２を係合させることにより変速部８を構成する各回転要素が一体となって回転する。したがって、分割部７におけるキャリヤ１２が入力要素となり、また分割部７におけるサンギヤ９が反力要素となり、さらに変速部８におけるリングギヤ１６が出力要素となる。

図２には、各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２を噛み合い式のクラッチ機構とした場合に採用できる操作機構２０の一例を説明するための模式図を示してある。操作機構２０は、各係合機構ＣＬ１，ＣＬ２を係合状態と解放状態とに切り替えるためのものであって、円筒状のシフトドラム２１と、そのシフトドラム２１を回転させるアクチュエータ２２とを備えている。すなわち、図２に示す操作機構２０は、アクチュエータ２２の回転角度を制御することにより、二つのクラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２の係合状態と解放状態とを、後述する走行モードに応じた状態に制御することができるように構成されている。

シフトドラム２１は、従来知られている円筒カムと同様に構成することができ、図２に示す例では、外周面にカム溝２３，２４が形成されている。具体的には、シフトドラム２１の軸線方向における一方側に円周方向に沿った第１カム溝２３が形成され、他方側に円周方向に沿った第２カム溝２４が形成されている。これらのカム溝２３，２４は、シフトドラム２１の軸線方向に蛇行して形成されている。

また、シフトドラム２１には、減速機構２５を介してアクチュエータ２２の出力軸２２ａが連結されている。具体的には、アクチュエータ２２の出力軸２２ａに、相対的に歯数の少ないドライブギヤ２６が固定され、そのドライブギヤ２６に噛み合いかつ相対的に歯数の多いドリブンギヤ２７が、シフトドラム２１の入力軸２１ａに固定されている。なお、減速機構２５は、上記の歯車対２６，２７によって構成されたものに限らず、ベルトやチェーンなどによってトルクを増幅して伝達する構成であってもよい。または、減速機構２５を設けずに、アクチュエータ２２の出力軸２２ａをシフトドラム２１に直接連結するように構成してもよい。

このアクチュエータ２２は、補機類などに電力を供給する図示しない補機バッテリから電力が供給されることにより駆動する電磁アクチュエータであって、例えば、ステッピングモータやサーボモータなどの回転角度を適宜に制御できるモータにより構成することができる。すなわち、アクチュエータ２２を制御することにより、シフトドラム２１の回転角度を制御できるように構成されている。

また、シフトドラム２１の回転角度（操作量）を検出するための回転角センサ２８が設けられている。したがって、回転角センサ２８に基づいてシフトドラム２１の位置（位相）を検出し、その検出値に基づいて、アクチュエータ２２の回転角度を制御するように構成されている。なお、回転角センサ２８は、従来知られている磁気式のセンサであってもよく、可変抵抗を用いたポテンショメータなどであってもよい。また、回転角センサ２８は、シフトドラム２１の入力軸２１ａに設けずに、例えば、アクチュエータ２２の出力軸２２ａに設けていてもよく、シフトドラム２１の回転角と相対関係が成立する位置に設けていればよい。この回転角センサ２８が、この発明の実施形態における「操作量センサ」に相当する。

上記の第１カム溝２３には、カムフォロワーとしての第１スリーブピン２９が係合し、その第１スリーブピン２９には、第１スリーブピン２９と一体となって軸線方向に移動することができる第１可動部材３０が連結されている。この第１可動部材３０は、第１クラッチ機構ＣＬ１を押圧して係合させるための部材であって、図２に示す例では、入力軸１４と一体となって回転するハブ３１がスプリング３２を介して第１可動部材３０に連結されている。なお、第１可動部材３０とハブ３１とは、相対回転可能に設けられている。

このハブ３１における上記スプリング３２に押圧される受圧面とは反対側の端面には、ドグ歯３３が形成されている。また、図２に示す例では、ハブ３１におけるドグ歯３３が形成された端面に対向してキャリヤ１８が配置されており、そのハブ３１に対向する面に、ドグ歯３３に噛み合うドグ歯３４が形成されている。したがって、シフトドラム２１を回転させること、すなわち第１可動部材３０に対して相対的に移動させることにより、各ドグ歯３３，３４を噛み合わせる係合位置に第１可動部材３０を移動させ、また各ドグ歯３３，３４の噛み合いを解消した解放位置に第１可動部材３０を移動させる。上記のように各ドグ歯３３，３４を噛み合わせることにより、入力軸１４（またはハブ３１）とキャリヤ１８とが係合状態となって一体に回転する。このハブ３１が、この発明の実施形態における「一方の回転部材」に相当し、キャリヤ１８が、この発明の実施形態における「他方の回転部材」に相当する。なお、上記のスプリング３２は、各ドグ歯３３，３４の位相が一致して歯先が接触した場合に圧縮されることにより、各ドグ歯３３，３４や第１スリーブピン２９に過剰な荷重が作用することを抑制するために設けられている。

同様に、第２カム溝２４には、カムフォロワーとしての第２スリーブピン３５が係合し、その第２スリーブピン３５には、第２スリーブピン３５と一体となって軸線方向に移動することができる第２可動部材３６が連結されている。この第２可動部材３６は、第２クラッチ機構ＣＬ２を押圧して係合させるための部材であって、図２に示す例では、リングギヤ１６と一体となって回転する回転部材３７がスプリング３８を介して第２可動部材３６に連結されている。なお、第２可動部材３６と回転部材３７とは、相対回転可能に設けられている。

この回転部材３７における上記スプリング３８に押圧される受圧面とは反対側の端面には、ドグ歯３９が形成されている。また、図２に示す例では、回転部材３７におけるドグ歯３９が形成された端面に対向してキャリヤ１８が配置されており、その回転部材３７に対向する面に、ドグ歯３９に噛み合うドグ歯４０が形成されている。したがって、シフトドラム２１を回転させること、すなわち第２可動部材３６に対して相対的に移動させることにより、各ドグ歯３９，４０を噛み合わせる係合位置に第２可動部材３６を移動させ、また各ドグ歯３９，４０の噛み合いを解消した解放位置に第２可動部材３６を移動させる。上記のように各ドグ歯３９，４０を噛み合わせることにより、リングギヤ１６とキャリヤ１８とが係合状態となって一体に回転する。この回転部材３１が、この発明の実施形態における「一方の回転部材」に相当し、キャリヤ１８が、この発明の実施形態における「他方の回転部材」に相当する。なお、上記のスプリング３８は、各ドグ歯３９，４０の位相が一致して歯先が接触した場合に圧縮されることにより、各ドグ歯３９，４０や第２スリーブピン３５に過剰な荷重が作用することを抑制するために設けられている。

なお、図２に示すようにハブ３１の移動量を検出するための第１ストロークセンサ４１と、回転部材３７の移動量を検出するための第２ストロークセンサ４２が設けられている。これらのセンサ４１，４２により検出される信号は、通常、シフトドラム２１を回転させて設定される走行モードに切り替わったか否かを判断するために用いられる。

上述したように各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２は、アクチュエータ２２を駆動すること、すなわちアクチュエータ２２としてのモータに通電することにより係合状態と解放状態とが切り替わるように構成されている。言い換えると、各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２は、アクチュエータ２２への通電を停止している場合には、その通電を停止した時点における係合状態または解放状態を維持するように構成されている。つまり、各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２は、いわゆるノーマルステイ型のクラッチ機構によって構成されている。

上述した第１クラッチ機構ＣＬ１と第２クラッチ機構ＣＬ２との少なくともいずれか一方を係合することにより、動力分割機構６を介してエンジン１と出力ギヤ１９とがトルク伝達可能に連結される。その出力ギヤ１９から前輪５Ｒ，５Ｌにギヤトレーン部（トルク伝達経路）を介してトルクが伝達される。図１に示す例では、上記のエンジン１や分割部７あるいは変速部８の回転中心軸線と平行にカウンタシャフト４３が配置されている。前記出力ギヤ１９に噛み合っているドリブンギヤ４４がこのカウンタシャフト４３に取り付けられている。また、カウンタシャフト４３にはドライブギヤ４５が取り付けられており、このドライブギヤ４５が終減速機であるデファレンシャルギヤユニット４６におけるリングギヤ４７に噛み合っている。

さらに、前記ドリブンギヤ４４には、第２モータ３におけるロータシャフト３ａに取り付けられたドライブギヤ４８が噛み合っている。したがって、前記出力ギヤ１９から出力された動力もしくはトルクに、第２モータ３が出力した動力もしくはトルクを、上記のドリブンギヤ４４の部分で加えるように構成されている。このようにして合成された動力もしくはトルクをデファレンシャルギヤユニット４６から左右のドライブシャフト４９に出力し、その動力やトルクが前輪５Ｒ，５Ｌに伝達されるように構成されている。なお、第２モータ３は、例えば、ドライブギヤ４５にトルク伝達可能に連結し、そのドライブギヤ４５のトルクを変更できるように構成してもよい。

さらに、図１に示す例では、第１モータ２から出力された駆動トルクを、前輪５Ｒ，５Ｌに伝達することができるように、出力軸１３または入力軸１４を固定可能に構成された、ワンウェイクラッチＦを備えている。そのワンウェイクラッチＦは、出力軸１３や入力軸１４が、エンジン１の駆動時に回転する方向とは逆方向に回転することを禁止するように構成されている。

したがって、第１モータ２が駆動トルクを出力してワンウェイクラッチＦが係合状態となることにより、第１モータ２の駆動トルクに対する反力トルクをワンウェイクラッチＦが受け持ち、その結果、第１モータ２からリングギヤ１６に第１モータ２の駆動トルクが伝達される。すなわち、ワンウェイクラッチＦにより出力軸１３または入力軸１４を固定することで、分割部７におけるキャリヤ１２や、変速部８におけるキャリヤ１８を反力要素として機能させ、分割部７におけるサンギヤ９を入力要素として機能させることができるように構成されている。

なお、ワンウェイクラッチＦは、第１モータ２が駆動トルクを出力した場合に、反力トルクを発生させるためのものであり、したがって、ワンウェイクラッチＦに代えて摩擦式のブレーキ機構を設け、そのブレーキ機構によって出力軸１３または入力軸１４の回転を規制するトルクを発生させてもよい。その場合、出力軸１３または入力軸１４を完全に固定する構成に限らず、相対回転を許容しつつ、要求される反力トルクを出力軸１３または入力軸１４に作用させるように構成してもよい。

上記のエンジン１、各モータ２，３、および各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）５０が設けられている。このＥＣＵ５０は、この発明の実施形態における「コントローラ」に相当するものであり、従来知られているＥＣＵと同様にマイクロコンピュータを主体に構成されている。このＥＣＵ５０は、センサから入力される信号や予め記憶されている演算式などによって種々の出力信号を求め、その出力信号を各装置に出力する。

ＥＣＵ５０に入力されるデータは、車速、アクセル開度、第１モータ(ＭＧ１)２の回転数、第２モータ(ＭＧ２)３の回転数、エンジン１の出力軸１３の回転数（エンジン回転数）、変速部８におけるリングギヤ１６またはカウンタシャフト４３の回転数である出力回転数、ハブ３１のストローク量、回転部材３７のストローク量、アクチュエータ２２の温度、第１モータ２の温度、第２モータ３の温度、蓄電装置Ｂの充電残量（ＳＯＣ）、蓄電装置Ｂの温度、駆動装置４内に設けられた部材の潤滑や冷却を行うためのＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）の温度、シフトドラム２１の回転角度などのデータである。

そして、ＥＣＵ５０に入力されたデータなどに基づいて第１モータ２、および第２モータ３の出力トルクを求めて、それらの求められたデータを指令信号として各モータ２，３を制御するインバータなどに出力する。同様に、ＥＣＵ５０に入力されたデータなどに基づいてエンジン１の出力トルクを求めて、その求められたデータを指令信号としてエンジン１のトルクを制御するスロットルバルブや燃料噴射装置などに出力する。さらに、ＥＣＵ５０に入力されたデータなどに基づいて第１クラッチ機構ＣＬ１、および第２クラッチ機構ＣＬ２を係合させるか解放させるかを判断して、その判断された係合状態または解放状態の指令信号をアクチュエータ２２に出力する。

上記の駆動装置４は、エンジン１から駆動トルクを出力して走行するＨＶ走行モードと、エンジン１から駆動トルクを出力することなく、第１モータ２や第２モータ３から駆動トルクを出力して走行するＥＶ走行モードとを設定することが可能である。さらに、ＨＶ走行モードは、エンジン１から所定のトルクを出力した場合に、変速部８のリングギヤ１６（または出力ギヤ１９）に伝達されるトルクが相対的に大きいHV-Loモードと、そのトルクが相対的に小さいHV-Hiモードと、エンジン１のトルクを変化させずにそのまま変速部８のリングギヤ１６に伝達する直結モード（固定段モード）とを設定することができる。

またさらに、ＥＶ走行モードは、第１モータ２および第２モータ３から駆動トルクを出力するデュアルモードと、第１モータ２から駆動トルクを出力せずに第２モータ３のみから駆動トルクを出力するシングルモード（切り離しモード）とを設定することが可能である。更にデュアルモードは、第１モータ２から出力されたトルクの増幅率が比較的大きいEV-Loモードと、第１モータ２から出力されたトルクの増幅率がEV-Loモードより小さいEV-Hiモードとを設定することが可能である。

それらの各走行モードは、エンジン１、各モータ２，３、および各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２を制御することにより設定される。これらの走行モードと、各走行モードにおける、第１クラッチ機構ＣＬ１、第２クラッチ機構ＣＬ２、ワンウェイクラッチＦの係合および解放の状態、第１モータ２および第２モータ３の運転状態、エンジン１からの駆動トルクの出力の有無の一例を以下の表に示してある。表中における「●」のシンボルは係合している状態を示し、「－」のシンボルは解放している状態を示し、「Ｇ」のシンボルは主にジェネレータとして運転することを意味し、「Ｍ」のシンボルは主にモータとして運転することを意味し、空欄はモータおよびジェネレータとして機能していない、または第１モータ２や第２モータ３が駆動のために関与していない状態を意味し、「ON」はエンジン１から駆動トルクを出力している状態を示し、「OFF」はエンジン１から駆動トルクを出力していない状態を示している。なお、表１は、車両Ｖｅが駆動走行している時の一例である。

図３ないし図６には、HV-Hiモード、HV-Loモード、直結モード、および切り離しモードを設定した場合における動力分割機構６の各回転要素の回転数、およびエンジン１、各モータ２，３のトルクの向きを説明するための共線図を示してある。共線図は、動力分割機構６における各回転要素を示す直線をギヤ比の間隔をあけて互いに平行に引き、これらの直線に直交する基線からの距離をそれぞれの回転要素の回転数として示す図であり、それぞれの回転要素を示す直線にトルクの向きを矢印で示すとともに、その大きさを矢印の長さで示している。

図３に示すようにHV-Hiモードでは、エンジン１から駆動トルクを出力し、第２クラッチ機構ＣＬ２を係合するとともに、第１モータ２から反力トルクを出力する。また、図４に示すようにHV-Loモードでは、エンジン１から駆動トルクを出力し、第１クラッチ機構ＣＬ１を係合するとともに、第１モータ２から反力トルクを出力する。

エンジン１からリングギヤ１６に伝達されるトルクの大きさは、HV-Hiモードを設定した場合とHV-Loモードを設定した場合とで異なる。具体的には、エンジン１の出力トルクをＴeとすると、HV-Loモードを設定した場合に、リングギヤ１６に伝達されるトルクの大きさは、（１／（１ーρ１・ρ２））Ｔeとなり、HV-Hiモードを設定した場合に、リングギヤ１６に伝達されるトルクの大きさは、（１／（１＋ρ１））Ｔeとなる。ここで、「ρ１」は分割部７のギヤ比（リングギヤ１０の歯数とサンギヤ９の歯数との比率）であり、「ρ２」は変速部８のギヤ比（リングギヤ１６の歯数とサンギヤ１５の歯数との比率）である。なお、ρ１およびρ２は、「１」よりも小さい値である。

すなわち、HV-Loモードを設定した場合の方が、HV-Hiモードを設定した場合よりも、エンジン１の駆動トルクに対するリングギヤ１６（または前輪５Ｒ，５Ｌ）に伝達されるトルクの比であるトルクの分割率（増幅率）が大きい。

そして、上記の反力トルクよりも大きなトルクを第１モータ２から出力すると、その余剰分のトルクがエンジン回転数を低下させるように作用し、それとは反対に上記の反力トルクよりも小さなトルクを第１モータ２から出力すると、エンジントルクの一部が、エンジン回転数を増大させるように作用する。すなわち、第１モータ２のトルクを制御することによりエンジン回転数を連続的に、または無段階に制御することができる。言い換えると、エンジン回転数が目標回転数となるように第１モータ２のトルクが制御される。なお、エンジン回転数は、例えば、エンジン１の燃費が良好となる回転数に制御され、あるいは第１モータ２の駆動効率などを考慮した駆動装置４全体としての効率（消費エネルギー量を前輪５Ｒ，５Ｌのエネルギー量で除算した値）が最も良好となる回転数に制御される。

上記のように第１モータ２から反力トルクを出力することにより、第１モータ２が発電機として機能する場合には、エンジン１の動力の一部が第１モータ２により電気エネルギーに変換される。そして、エンジン１の動力から第１モータ２により電気エネルギーに変換された動力分を除いた動力が変速部８におけるリングギヤ１６に伝達される。なお、第１モータ２により変換された電力は、第２モータ３を駆動するために第２モータ３に供給してもよく、蓄電装置Ｂの充電残量を増加させるために蓄電装置Ｂに供給してもよい。

直結モードでは、各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２が係合されることにより、図５に示すように動力分割機構６における各回転要素が同一回転数で回転する。言い換えると、エンジン１と第１モータ２と出力部材（出力ギヤ１９）とが差動回転することを制限する。したがって、エンジン１の動力の全てが動力分割機構６から出力される。そのため、エンジン１の動力の一部が、第１モータ２や第２モータ３により電気エネルギーに変換されることがなく、電気エネルギーに変換する際に生じるジュール損などを要因とした損失を抑制でき、動力の伝達効率を向上させることができる。

切り離しモードでは、各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２が解放されることにより、動力分割機構６を介したエンジン１と前輪５Ｒ，５Ｌとのトルクの伝達が遮断される。したがって、切り離しモードでは、図６に示すようにエンジン１および第１モータ２が停止させられる。すなわち、分割部７を構成する各回転要素、および変速部８におけるサンギヤ１５が停止するとともに、リングギヤ１６が車速に応じた回転数で回転し、キャリヤ１８が、変速部８のギヤ比とリングギヤ１６の回転数とに応じた回転数で回転する。なお、切り離しモードでは、例えば、エンジン１を暖機するためなど、種々の条件に応じてエンジン１を駆動していてもよい。そのようにエンジン１を駆動している場合であっても、各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２を解放することにより、エンジントルクは、駆動輪５Ｒ，５Ｌに伝達されない。

上述したように各走行モードは、各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２をそれぞれ制御することにより変更される。具体的には、切り離しモードが設定されている状態では、第１クラッチ機構ＣＬ１を係合し、第１モータ２から駆動トルクを出力することにより、EV-Loモードに切り替えられ、または、第１クラッチ機構ＣＬ１を係合した後に、第１モータ２によってエンジン１をクランキングし、更にその後に、エンジン１を始動することによりHV-Loモードに切り替えられる。同様に、切り離しモードが設定されている状態では、第２クラッチ機構ＣＬ２を係合し、第１モータ２から駆動トルクを出力することにより、EV-Hiモードに切り替えられ、または、第２クラッチ機構ＣＬ２を係合した後に、第１モータ２によってエンジン１をクランキングし、更にその後に、エンジン１を始動することによりHV-Hiモードに切り替えられる。さらに、HV-LoモードやHV-Hiモードが設定されている状態では、第１モータ２の回転数を制御することにより、解放されているクラッチ機構ＣＬ１（ＣＬ２）における一対の回転部材（例えば、ハブ３１とキャリヤ１８、あるいは回転部材３７とキャリヤ１８）の回転数差を所定差以下に制御し、その状態で、解放されているクラッチ機構ＣＬ１（ＣＬ２）を係合することにより、直結モードに切り替えられる。

したがって、図２に示す操作機構２０は、アクチュエータ２２を所定の回転方向に所定角度ずつ回動させることにより、第１クラッチ機構ＣＬ１が解放状態から係合状態に切り替わり、ついで、第２クラッチ機構ＣＬ２が解放状態から係合状態に切り替わり、その後に、第１クラッチ機構ＣＬ１が係合状態から解放状態に切り替わり、更にその後に、第２クラッチ機構ＣＬ２が係合状態から解放状態に切り替わるように、各カム溝２３，２４が形成されている。なお、アクチュエータ２２を上記とは反対方向に回動させることにより、上記とは逆の順に、各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２の係合状態と解放状態とを切り替えることもできる。

上述したように各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２の係合状態と解放状態とはアクチュエータ２２の回転角を制御することにより切り替えられ、そのアクチュエータ２２の回転角は、回転角センサ２８により判断される。つまり、アクチュエータ２２は、回転角センサ２８により検出された信号に基づいて制御される。したがって、回転角センサ２８がフェールした場合には、アクチュエータ２２を適切に制御できず、走行モードの切り替えを行うことができない可能性がある。

特に、直結モードは、エンジン回転数が車速に応じて定まるため、車両Ｖｅが停車するとエンジン１も停止する。その状態から再発進するときには、第２モータ３から駆動トルクを出力するものの、車速の増加に伴ってエンジン１を連れ回すことになり、例えば、ＳＯＣが低下している場合には、駆動トルクとエンジン１を連れ回すことによる慣性トルクおよび引き摺りトルクを出力できない可能性がある。したがって、直結モードを設定している状態で回転角センサ２８がフェールした場合には、直結モードを維持すると車両Ｖｅを再発進できなくなる可能性がある。

そのため、この発明の実施形態における車両の制御装置は、直結モードを設定している状態で回転角センサ２８がフェールした場合に、エンジン１と駆動輪５Ｒ，５Ｌとが相対回転することができる他の走行モード、すなわち、HV-LoモードやHV-Hiモード、あるいは切り離しモードなどに切り替えるように構成されている。その制御の一例を説明するためのフローチャートを図７に示してある。図７に示す制御例では、まず、回転角センサ２８がフェール（故障）したか否かを判断する（ステップＳ１）。このステップＳ１は、例えば、回転角センサ２８からＥＣＵ５０に入力される信号に応じた走行モードと、各ストロークセンサ４１，４２からＥＣＵ５０に入力される信号に応じた走行モードとが異なっているか否かに基づいて判断することができる。

回転角センサ２８がフェールしていないことによりステップＳ１で否定的に判断された場合は、そのままリターンする。それとは反対に、回転角センサ２８がフェールしていることによりステップＳ１で肯定的に判断された場合は、現時点で設定されている走行モードが直結モード（固定段）であるか否かを判断する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、駆動装置４で設定されている現実の走行モードが直結モードであるか否かを判断するためのステップであり、したがって、各ストロークセンサ４１，４２により検出される信号に基づいて判断される。すなわち、第１クラッチ機構ＣＬ１および第２クラッチ機構ＣＬ２が係合状態であるか否かを判断する。なお、ステップＳ２は、例えば、エンジン回転数を変更するようにエンジントルクや第１モータ２のトルクを制御し、その後のエンジン回転数が、直結モードであるとした場合のエンジン回転数と異なるか否かなどに基づいて判断してもよい。

現時点で設定されている走行モードが直結モードでないことによりステップＳ２で否定的に判断された場合は、アクチュエータ２２を停止して（ステップＳ３）、リターンする。それとは反対に、現時点で設定されている走行モードが直結モードであることによりステップＳ２で肯定的に判断された場合は、アクチュエータ２２を回転させる（ステップＳ４）。この制御例では、回転角センサ２８がフェールした場合には、直結モード以外のいずれかの走行モードに切り替えることができればよく、したがって、ステップＳ４では、アクチュエータ２２の回転方向は特に限定されない。

ついで、第１クラッチ機構ＣＬ１または第２クラッチ機構ＣＬ２が解放したか否かを判断する（ステップＳ５）。このステップＳ５は、各ストロークセンサ４１，４２からＥＣＵ５０に入力される信号に基づいて判断することができる。なお、ステップＳ５では、第１クラッチ機構ＣＬ１と第２クラッチ機構ＣＬ２とが解放された場合であっても肯定的に判断される。

第１クラッチ機構ＣＬ１および第２クラッチ機構ＣＬ２が係合していることによりステップＳ５で否定的に判断された場合は、ステップＳ４にリターンする。すなわち、第１クラッチ機構ＣＬ１または第２クラッチ機構ＣＬ２が解放されることが第１ストロークセンサ４１または第２ストロークセンサ４２で検出されるまで、ステップＳ４およびステップＳ５を繰り返し実行する。言い換えると、回転角センサ２８がフェールしていない場合には、その回転角センサ２８からＥＣＵ５０に入力される信号に基づいてアクチュエータ２２を制御しているものの、回転角センサ２８がフェールした場合には、各ストロークセンサ４１，４２からＥＣＵ５０に入力される信号に基づいてアクチュエータ２２を制御する。

それとは反対に、第１クラッチ機構ＣＬ１または第２クラッチ機構ＣＬ２が解放したことによりステップＳ５で肯定的に判断された場合は、ステップＳ３に移行する。すなわち、アクチュエータ２２を停止して、リターンする。

上述したように直結モードを設定している状態で回転角センサ２８がフェールした場合に、エンジン１と駆動輪５Ｒ，５Ｌとが相対回転する他の走行モードに切り替えることにより、車両Ｖｅが停車した場合であっても、例えば、HV-HiモードやHV-Loモードが設定されている場合であれば、第１モータ２によってエンジン１をクランキングして走行することができ、あるいは切り離しモードであれば、第２モータ３の動力によって走行できるとともに、エンジン１や第１モータ２を連れ回すことを抑制できる。すなわち、適切な走行モードに切り替え、かつ継続して走行することができる。

この発明の実施形態における制御装置は、回転角センサ２８がフェールした場合に、直結モードから他のいずれかの走行モードに切り替えることができればよく、その移行する走行モードは特に限定されない。一方、車両Ｖｅが後進走行する場合には、HV-LoモードやHV-Hiモードは、エンジン１のトルクが車両Ｖｅを前進させる方向に作用することにより、後進するための電力消費量が多くなる。そのエンジン１から駆動輪５Ｒ，５Ｌに伝達されるトルクは、上述したようにHV-Loモードの方が、HV-Hiモードよりも大きくなる。そのため、回転角センサ２８がフェールした場合には、HV-LoモードよりもHV-Hiモードを選択することが好ましい。

図８は、その制御例を説明するためのフローチャートを示してある。なお、図７と同一のステップについては同一のステップ番号を付してその説明を省略する。図８に示すように、現時点で設定されている走行モードが直結モードであることによりステップＳ２で肯定的に判断された場合は、第１クラッチ機構ＣＬ１が解放される方向にアクチュエータ２２を回転させる（ステップＳ１４）。すなわち、上述した制御例におけるステップＳ４とは異なり、アクチュエータ２２の回転方向を定め、または設定する走行モードを定めている。

ついで、第１クラッチ機構ＣＬ１が解放したか否かを判断する（ステップＳ１５）。このステップＳ１５は、上述したステップＳ５と同様に、各ストロークセンサ４１，４２からＥＣＵ５０に入力される信号に基づいて判断することができる。

そして、第１クラッチ機構ＣＬ１が解放されていないことによりステップＳ１５で否定的に判断された場合は、ステップＳ１４にリターンし、それとは反対に、第１クラッチ機構ＣＬ１が解放されたことによりステップＳ１５で肯定的に判断された場合は、ステップＳ３に移行する。

またさらに、図１に示すように入力軸１４の回転を停止させる機構がワンウェイクラッチにより構成されている場合には、第１モータ２のトルクを後進走行するように伝達することができない。そのような場合には、後進走行時には、第１クラッチ機構ＣＬ１や第２クラッチ機構ＣＬ２を係合していると、第１モータ２が連れ回され、第１モータ２の慣性トルクと引き摺りトルクとに応じたトルクを、第２モータ３から出力するトルクに加算する必要がある。そのため、回転角センサ２８がフェールした場合には、切り離しモードを選択してもよい。

図９は、その制御例を説明するためのフローチャートを示してある。なお、図７および図８と同一のステップについては同一のステップ番号を付してその説明を省略する。図９に示すように、現時点で設定されている走行モードが直結モードであることによりステップＳ２で肯定的に判断された場合は、アクチュエータ２２を回転させる（ステップＳ２４）。このステップＳ２４におけるアクチュエータ２２の回転方向は、いずれの方向であってもよいが、上記ステップＳ１４よりも大きな回転量となるようにアクチュエータ２２が制御される。

ついで、第１クラッチ機構ＣＬ１および第２クラッチ機構ＣＬ２が解放したか否かを判断する（ステップＳ２５）。このステップＳ２５は、上述したステップＳ５およびステップＳ１５と同様に、各ストロークセンサ４１，４２からＥＣＵ５０に入力される信号に基づいて判断することができる。

そして、第１クラッチ機構ＣＬ１または第２クラッチ機構ＣＬ２が解放されていないことによりステップＳ２５で否定的に判断された場合は、ステップＳ２４にリターンし、それとは反対に、第１クラッチ機構ＣＬ１および第２クラッチ機構ＣＬ２が解放されたことによりステップＳ２５で肯定的に判断された場合は、ステップＳ３に移行する。

なお、この発明の実施形態における車両は、図１に示す構成に限らず、少なくとも一つのクラッチ機構を備え、そのクラッチ機構の係合状態と解放状態とを切り替えることにより、エンジンと駆動輪との回転数比を所定比に固定した走行モードと、エンジンと駆動輪とを相対回転可能にして走行できる他の走行モードとを切り替えることができる車両であればよい。したがって、例えば、図１におけるリングギヤ１０とキャリヤ１８とを連結し、第１クラッチ機構ＣＬ１によりサンギヤ１５とキャリヤ１２とをトルク伝達可能に連結し、第２クラッチ機構ＣＬ２によりサンギヤ１５とキャリヤ１８とリングギヤ１６とのいずれか二つの回転部材を連結するように構成した動力分割機構を備えた車両であってもよい。その場合には、第１クラッチ機構ＣＬ１を係合することによりHV-Hiモードが設定され、第２クラッチ機構ＣＬ２を係合することによりHV-Loモードが設定される。

さらに、例えば、エンジンが連結された入力要素と、第１モータが連結された反力要素と、駆動輪が連結された出力要素との三つの回転要素を備えた差動機構と、それらのいずれか一対の回転要素を連結するクラッチ機構とを備えた車両であってもよい。その場合には、クラッチ機構を係合することによりエンジンと差動機構の出力軸との回転数比が所定比に固定されたモードが設定され、そのクラッチ機構を解放することによりエンジンと駆動輪との回転数比を無段階に変更できるモードを設定することができ、クラッチ機構を制御する操作機構がフェールした場合に、クラッチ機構を構成する一方の回転部材の移動量に基づいてクラッチ機構を解放させるように構成すればよい。

またさらに、上述した例では、シフトドラム２１によって各クラッチ機構ＣＬ１，ＣＬ２を駆動するように構成されているが、この発明の実施形態における「操作機構」は、シフトドラムに限らず、クラッチ機構ＣＬ１（ＣＬ２）を駆動するための他の機構であってもよい。

１ エンジン
２，３ モータ
５Ｒ，５Ｌ 前輪（駆動輪）
２０ 操作機構
２１ シフトドラム
２２ アクチュエータ
２８ 回転角センサ
３０，３６ 可動部材
３１ ハブ
３７ 回転部材
４１，４２ ストロークセンサ
５０ 電子制御装置（ＥＣＵ）
ＣＬ１，ＣＬ２ クラッチ機構
Ｖｅ 車両

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンとトルク伝達可能に設けられた駆動輪と、所定の一対の回転部材を連結した係合状態と前記一対の回転部材の連結を解いた解放状態とを選択的に切り替えることができるクラッチ機構とを備え、
   前記クラッチ機構を係合状態とすることにより前記エンジンと前記駆動輪との回転数比が所定比に固定される固定段モードと、前記クラッチ機構を解放状態とすることにより前記エンジンと前記駆動輪とを相対回転可能にして走行できる他の走行モードとの少なくとも二つの走行モードを設定することができるように構成された車両の制御装置において、
   前記一対の回転部材のうちの一方の回転部材が連結されかつ駆動することにより前記一方の回転部材を前記一対の回転部材のうちの他方の回転部材側に移動させる操作機構と、
   前記操作機構の操作量を検出する操作量センサと、
   前記操作量センサの検出値に基づいて前記操作機構を駆動するアクチュエータと、
   前記一方の回転部材の移動量を検出するストロークセンサと、
   前記操作量センサにより検出された操作量に応じて前記走行モードを制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、
   前記操作量センサがフェールしたか否かを判断し、
   前記操作量センサがフェールしたことが判断された時点で前記固定段モードが設定されている場合には、前記ストロークセンサの検出値に基づいて前記他の走行モードに切り替えるように構成されている
   ことを特徴とする車両の制御装置。

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