JP2005172145A - ハイブリッド変速機の変速比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】瞬時駆動力制御と非干渉にしつつ、変速比制御側で容易に変速比を安定化させる変速制御トルクを与えると共に、外乱トルク入力時に変速比変動及び駆動力変動を小さく抑えるハイブリッド変速機の変速比制御装置を提供する。
【解決手段】２自由度で少なくとも４回転要素の差動装置に、エンジンＥ、出力軸OUT、第１モータジェネレータMG1、第２モータジェネレータMG2を別々の回転要素に連結したハイブリッド変速機において、変速比代表量の指令値と実測値との偏差を計算する偏差算出手段と、変速比代表量実測値の変化量から変速比制御操作量前回値を減じて外乱トルク推定値を計算する外乱トルク推定値算出手段と、前記偏差と外乱トルク推定値とに基づき変速比制御操作量を計算する変速比制御操作量算出手段と、前記変速比制御操作量と変速運動での各駆動入力要素の加速度比及び慣性とによって各駆動入力要素トルクの変速比用成分指令値を計算する。
【選択図】図６

Description

本発明は、２自由度で少なくとも４回転要素の差動装置に、エンジン、出力部材、第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータを別々の回転要素に連結したハイブリッド変速機の変速比制御装置に関するものである。

従来、２つのモータジェネレータにより変速比を作り出す機構の変速機では、例えば、アクセル操作量を一定に保ったままでの走行時等においてはエンジン回転数を指令値に保つことで変速比の制御を行う。また、アクセル足離し操作等を行うと要求駆動力や車速といった走行状態に応じて変速比を制御しながら減速を行う（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３４１５４号公報

しかしながら、上記従来のハイブリッド変速機の制御は、変速比制御操作量に応じた入力回転数制御（変速比制御）と、例えば、運動方程式を直接解く方法により、第１モータージェネレータトルクT1と第２モータージェネレータトルクT2とエンジントルクTeの三つのトルクで変速比を安定化させつつ瞬時駆動力を制御するというトルク制御とを分けた上で、エンジンと両モータジェネレータの各動作点（回転数とトルク）を決める制御を採用しているため、トルク制御中に変速比安定化のためのトルク制御と瞬時駆動力を得るトルク制御とが共に含まれ、変速比制御に影響を与えることなく変速比安定化制御と瞬時駆動力制御を行うには、これらの制御間での調整が困難であり、演算処理が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、瞬時駆動力制御と非干渉にしつつ、変速比制御側で容易に変速比を安定化させる変速制御トルクを与えることができると共に、外乱トルク入力時に変速比変動及び駆動力変動を小さく抑えることができるハイブリッド変速機の変速比制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、２自由度で少なくとも４回転要素の差動装置に、エンジン、出力部材、第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータを別々の回転要素に連結したハイブリッド変速機において、
変速比代表量の指令値と実測値との偏差を計算する偏差算出手段と、変速比代表量実測値の変化量から変速比制御操作量前回値を減じて外乱トルク推定値を計算する外乱トルク推定値算出手段と、前記偏差と外乱トルク推定値とに基づき変速比制御操作量を計算する変速比制御操作量算出手段と、前記変速比制御操作量と変速運動での各駆動入力要素の加速度比及び慣性とによって各駆動入力要素トルクの変速比用成分指令値を計算する変速比用成分指令値算出手段と、前記変速比用成分指令値を各駆動入力要素のトルクアクチュエータに指令する変速比制御指令手段と、を備えた。

よって、本発明のハイブリッド変速機の変速比制御装置にあっては、駆動入力要素トルクの変速比用成分指令値を、変速比制御操作量算出手段により計算された変速比制御操作量と、変速運動での各駆動入力要素の加速度比と、変速運動での各駆動入力要素の慣性と、によって計算することで、共線図上のレバーが出力点を中心として回転することにより変速比が変えられ、しかも、レバー出力点において変速運動に対する車体慣性反力がゼロとなる変速制御トルクが与えられるため、瞬時駆動力制御と非干渉にしつつ、変速比制御側で容易に変速比を安定化させる変速制御トルクを与えることができる。加えて、外乱トルク推定値算出手段からの外乱トルク推定値に基づいて変速比制御操作量を計算し、入力点に作用する外乱として外乱トルクオブザーバを構成しフィードフォワード補償を行うようにしたため、外乱トルク入力時に変速比変動及び駆動力変動を小さく抑えることができる。

以下、本発明のハイブリッド変速機の変速比制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
［ハイブリッド変速機の駆動系］
図１は実施例１の変速比制御装置が適用されたハイブリッド変速機を示す全体システム図である。実施例１におけるハイブリッド変速機の駆動系は、図１に示すように、動力源として、エンジンＥと、第１モータジェネレータMG1と、第２モータジェネレータMG2と、を有する。これらの動力源Ｅ,MG1,MG2と出力軸OUT（出力部材）とが連結される差動装置は、第１遊星歯車PG1と、第２遊星歯車PG2と、第３遊星歯車PG3と、エンジンクラッチECと、ローブレーキLBと、ハイクラッチHCと、ハイローブレーキHLBと、を有する。

前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2とは、同軸上にステータＳとインナーロータIRとアウターロータORを配置した多層モータが適用されている。この多層モータは、ステータＳのステータコイルに複合電流（例えば、３相交流と６相交流とを組み合わせた電流）を印加することでインナーロータIRとアウターロータORとを独立に制御するもので、ステータＳとアウターロータORにより第１モータジェネレータMG1が構成され、ステータＳとインナーロータIRにより第２モータジェネレータMG2が構成される。

前記差動装置を構成する第１遊星歯車PG1と第２遊星歯車PG2と第３遊星歯車PG3は、何れもシングルピニオン型遊星歯車である。前記第１遊星歯車PG1は、第１サンギアS1と、第１ピニオンP1を支持する第１ピニオンキャリアPC1と、第１ピニオンP1に噛み合う第１リングギアR1と、によって構成されている。前記第２遊星歯車PG2は、第２サンギアS2と、第２ピニオンP2を支持する第２ピニオンキャリアPC2と、第２ピニオンP2に噛み合う第２リングギアR2と、によって構成されている。前記第３遊星歯車PG3は、第３サンギアS3と、第３ピニオンP3を支持する第３ピニオンキャリアPC3と、第３ピニオンP3に噛み合う第３リングギアR3と、によって構成されている。

前記第１サンギアS1と前記第２サンギアS2とは第１回転メンバM1により直結され、前記第１リングギアR1と第３サンギアS3とは第２回転メンバM2により直結され、前記第２ピニオンキャリアPC2と前記第３リングギアR3とは第３回転メンバM3により直結される。したがって、３組の遊星歯車PG1,PG2,PG3は、第１回転メンバM1と第２回転メンバM2と第３回転メンバM3と第１ピニオンキャリアPC1と第２リングギアR2と第３ピニオンキャリアPC3との６つの回転要素を有する。

前記差動装置の６つの回転要素に対する動力源Ｅ,MG1,MG2と出力軸OUTとエンジンクラッチECと各係合要素LB,HC,HLBの連結関係について説明する。なお、第２回転メンバM2については、これらの何れにも連結されないフリーの状態であり、残りの５つの回転要素が、下記のように連結される。

前記エンジンＥのエンジン出力軸は、エンジンクラッチECを介して第３回転メンバM3に連結される。つまり、エンジンクラッチECの締結時には、第３回転メンバM3を介して第２ピニオンキャリアPC2と第３リングギアR3をエンジン回転数にする。

前記第１モータジェネレータMG1の第１モータジェネレータ出力軸は、第２リングギアR2に直結される。また、第１モータジェネレータ出力軸と変速機ケースTCとの間には、ハイローブレーキHLBが介装される。つまり、ハイローブレーキHLBの解放時には、第２リングギアR2を第１モータジェネレータMG1の回転数にする。また、ハイローブレーキHLBの締結時には、第２リングギアR2と第１モータジェネレータMG1の回転を停止する。

前記第２モータジェネレータMG2の第２モータジェネレータ出力軸は、第１回転メンバM1に直結される。また、第２モータジェネレータ出力軸と第１ピニオンキャリアPC1との間には、ハイクラッチHCが介装され、第１ピニオンキャリアPC1と変速機ケースTCとの間には、ローブレーキLBが介装される。つまり、ローブレーキLBのみの締結時には、第１ピニオンキャリアPC1を停止し、ハイクラッチHCのみの締結時には、第１サンギアS1と第２サンギアS2と第１ピニオンキャリアPC1とを第２モータジェネレータMG2の回転数にする。さらに、ローブレーキLBとハイクラッチHCの締結時には、第１サンギアS1と第２サンギアS2と第１ピニオンキャリアPC1とを停止する。

前記出力軸OUTは、第３ピニオンキャリアPC3に直結されている。なお、出力軸OUTからは、図外のプロペラシャフトやディファレンシャルやドライブシャフトを介して左右の駆動輪に駆動力が伝達される。

これにより、図４及び図５に示すように、共線図上において、第１モータジェネレータMG1(R2)、エンジンＥ(PC2,R3)、出力軸OUT(PC3)、第２モータジェネレータMG2(S1,S2)の順に配列され、遊星歯車列の動的な動作を簡易的に表せる剛体レバーモデルを導入することができる。

ここで、「共線図」とは、差動歯車のギア比を考える場合、式により求める方法に代え、より簡単で分かりやすい作図により求める方法で用いられる速度線図であり、縦軸に各回転要素の回転数（回転速度）をとり、横軸にリングギア、キャリア、サンギア等の各回転要素をとり、各回転要素の間隔をサンギアとリングギアの歯数比に基づいて、共線図レバー比（α、β、δ）になるように配置したものである。ちなみに、図４(a)及び図５(a)に示す(1)は第１遊星歯車PG1の共線図であり、(2)は第２遊星歯車PG2の共線図であり、(3)は第３遊星歯車PG3の共線図である。

前記エンジンクラッチECは、油圧により締結される多板摩擦クラッチであり、図４及び図５の共線図上において、エンジンＥとの回転速度軸と一致する位置に配置され、締結によりエンジンＥの回転とトルクを差動装置のエンジン入力回転要素である第３回転メンバM3に入力する。

前記ローブレーキLBは、油圧により締結される多板摩擦ブレーキであり、図４及び図５の共線図上において、第２モータジェネレータMG2の回転速度軸より外側位置に配置され、締結により図４の(a),(b)及び図５の(a),(b)に示すようにロー側変速比を分担するロー側変速比モードを実現すると共に、変速比をロー変速比に固定する。

前記ハイクラッチHCは、油圧により締結される多板摩擦クラッチであり、図４及び図５の共線図上において、第２モータジェネレータMG2の回転速度軸と一致する位置に配置され、締結により図４の(d),(e)及び図５の(d),(e)に示すようにハイ側変速比を分担するハイ側変速比モードを実現する。

前記ハイローブレーキHLBは、油圧により締結される多板摩擦ブレーキであり、図３及び図４の共線図上において、第１モータジェネレータMG1の回転速度軸と一致する位置に配置され、ローブレーキLBと共に締結することにより変速比をアンダードライブ側のロー変速比に固定し、ハイクラッチHCと共に締結することにより変速比をオーバードライブ側のハイ変速比に固定する。

［ハイブリッド変速機の制御系］
実施例１のハイブリッド変速機における制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、インバータ３と、バッテリ４と、油圧制御装置５と、統合コントローラ６と、アクセル開度センサ７と、車速センサ８と、エンジン回転数センサ９と、第１モータジェネレータ回転数センサ１０と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１と、第３リングギア回転数センサ１２と、を有して構成されている。

前記エンジンコントローラ１は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APとエンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neを入力する統合コントローラ６からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（Ne,Te）を制御する指令を、例えば、図外のスロットルバルブアクチュエータ（トルクアクチュエータ）へ出力する。

前記モータコントローラ２は、レゾルバによる両モータジェネレータ回転数センサ１０、１１からのモータジェネレータ回転数N1,N2を入力する統合コントローラ６からの目標モータジェネレータトルク指令等に応じ、第１モータジェネレータMG1のモータ動作点（N1,T1）と、第２モータジェネレータMG2のモータ動作点（N2,T2）と、をそれぞれ独立に制御する指令をインバータ３（トルクアクチュエータ）へ出力する。なお、このモータコントローラ２からは、バッテリ４の充電状態をあらわすバッテリS.O.Cの情報が統合コントローラ６に対して出力される。

前記インバータ３は、前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2とで共通のステータＳのステータコイルに接続され、モータコントローラ２からの指令により複合電流を作り出す。このインバータ３には、力行時に放電し回生時に充電するバッテリ４が接続されている。

前記油圧制御装置５は、統合コントローラ６からの油圧指令を受け、エンジンクラッチECと、ローブレーキLBと、ハイクラッチHCと、ハイローブレーキHLBと、の締結油圧制御及び解放油圧制御を行う。この締結油圧制御及び解放油圧制御には、滑り締結制御や滑り解放制御による半クラッチ制御も含む。

前記統合コントローラ６は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APと、車速センサ８からの車速VSPと、エンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neと、第１モータジェネレータ回転数センサ１０からの第１モータジェネレータ回転数N1と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１からの第２モータジェネレータ回転数N2と、第３リングギア回転数センサ１２からのエンジン入力回転速度ωin等の情報を入力し、所定の演算処理を行う。そして、エンジンコントローラ１、モータコントローラ２、油圧制御装置５に対し演算処理結果にしたがって制御指令を出力する。

なお、統合コントローラ６とエンジンコントローラ１、および、統合コントローラ６とモータコントローラ２とは、情報交換のためにそれぞれ双方向通信線１４、１５により接続されている。

［走行モード］
実施例１のハイブリッド変速機は、変速機の出力軸OUTをエンジン出力軸と同軸上に一致させることができることから、ＦＦ車（フロントエンジン・フロントドライブ車）に限らず、ＦＲ車（フロントエンジン・リヤドライブ車）に搭載でき、また、無段変速比モードとして１つの走行モードで常用変速比域をカバーするのではなく、ロー側無段変速比モードとハイ側無段変速比モードとに分担して常用変速比域をカバーするようにしているため、２つのモータジェネレータMG1,MG2による出力分担率は、エンジンＥが発生する出力の約２０％以下に抑えることができるという特徴を持つ。

走行モードとしては、図２に示すように、ロー固定変速比モード（以下、「Lowモード」という。）と、ロー側無段変速比モード（以下、「Low-iVTモード」という。）と、２速固定モード（以下、「2ndモード」という。）と、ハイ側無段変速比モード（以下、「High-iVTモード」という。）と、ハイ固定変速比モード（以下、「Highモード」という。）と、の５つの走行モードを有する。

そして、図２に示すように、前記Lowモードは、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを解放し、ハイローブレーキHLBを締結することで得られる。前記Low-iVTモードは、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを解放し、ハイローブレーキHLBを解放することで得られる。前記2ndモードは、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを締結し、ハイローブレーキHLBを解放することで得られる。前記High-iVTモードは、ローブレーキLBを解放し、ハイクラッチHCを締結し、ハイローブレーキHLBを解放することで得られる。前記Highモードは、ローブレーキLBを解放し、ハイクラッチHCを締結し、ハイローブレーキHLBを締結することで得られる。

これら５つの走行モードについては、エンジンＥを用いないで両モータージェネレータMG1,MG2のみで走行する電動車モード（以下、「EVモード」という。）と、エンジンＥと両モータージェネレータMG1,MG2を用いて走行するハイブリッド車モード（以下、「HEVモード」という。）とに分けられる。よって、図３に示すように、EVモードとHEVモードとを合わせると「１０の走行モード」が実現されることになる。図４にEVモード関連のEV-Lowモードの共線図、EV-Low-iVTモードの共線図、EV-2ndモードの共線図、EV-High-iVTモード（電気自動車無段変速比モード）の共線図、EV-Highモードの共線図をそれぞれ示す。図５にHEVモード関連のHEV-Lowモードの共線図、HEV-Low-iVTモードの共線図、HEV-2ndモードの共線図、HEV-High-iVTモード（ハイブリッド車無段変速比モード）の共線図、HEV-Highモードの共線図をそれぞれ示す。

ここで、統合コントローラ６には、アクセル開度APと車速VSPとバッテリS.O.Cによる三次元空間に、前記「１０の走行モード」を割り振った走行モードマップが予め設定されていて、車両の停止時や走行時には、アクセル開度APと車速VSPとバッテリS.O.Cの検出値により走行モードマップが検索され、アクセル開度APと車速VSPにより決まる車両動作点やバッテリ充電量に応じた最適な走行モードが選択される。

前記走行モードマップの選択により、「EVモード」と「HEVモード」との間においてモード遷移を行う場合には、エンジン始動やエンジン停止を要することに伴い、エンジンクラッチECの締結制御やエンジンクラッチECの解放制御、あるいは、これに加え、クラッチ・ブレーキ等の係合要素の締結・解放制御が実行される。また、「EVモード」の５つのモード間でのモード遷移や「HEVモード」の５つのモード間でのモード遷移を行う場合には、クラッチ・ブレーキ等の係合要素の締結・解放制御が実行される。これらのモード遷移制御は、エンジン動作点やモータ動作点の受け渡しが円滑に行われるように、決められた手順にしたがったシーケンス制御により行われる。

次に、作用を説明する。

［変速比制御処理］
図６は実施例１の統合コントローラ６において実行される変速比制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、このフローチャートは、走行中に「EV-High-iVTモード（図４(d)）」が選択された場合に開始し、「EV-High-iVTモード」から「HEV-High-iVTモード（図５(d)）」にモード遷移し、その後、固定変速比モードに遷移した場合に終了する。

ステップＳ１では、第３リングギア回転数センサ１２からのエンジン入力回転速度ωin等の変速比代表量実測値ωi act[i]を計算し（ただし、ｉ回目の制御計算）、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ２では、エンジン入力回転速度指令値等の変速比代表量指令値ωi ref[i]を計算し、変速比代表量指令値ωi ref[i]と変速比代表量実測値ωi act[i]との偏差Error[i]を、下記の式(1)により計算し、ステップＳ３へ移行する（偏差算出手段）。
Error[i]＝ωi ref[i]−ωi act[i] …(1)

ステップＳ３では、変速比代表量実測値の今回値ωi act[i]と前回値ωi act[i-1]との差に基づいて変速作用トルクを計算し、この変速作用トルクから変速比制御操作量の前回値Ti ref[i-1]を減じた下記の(2)式により、外乱トルク推定値Ti dis[i]を計算し、ステップＳ４へ移行する（外乱トルク推定値算出手段）。
Ti dis[i]＝ｆ（ωi act[i]−ωi act[i-1]）−Ti ref[i-1] …(2)

ステップＳ４では、ステップＳ２にて計算された偏差Error[i]と、ステップＳ３にて計算された外乱トルク推定値Ti dis[i]とに基づいて、下記の(3)式により変速比制御操作量Ti ref[i]を計算し、ステップＳ５へ移行する（変速比制御操作量算出手段）。
Ti ref[i]＝Kp（１＋1/(τｓ)）Error[i]−Ti dis[i] …(3)

ステップＳ５では、ステップＳ４で計算された変速比制御操作量Ti ref[i]と、変速運動でのエンジンＥの加速度比１と、変速運動でのエンジン慣性Jeと、によって、下記の式(4)によりエンジントルクTeの変速比用成分指令値dTeを計算し、ステップＳ６へ移行する（変速比用成分指令値算出手段）。
ｄTe＝１・Je・Ti ref＝Je・Ti ref[i] …(4)
なお、エンジンＥを用いないEV-High-iVTモードにおいて、エンジントルクTeの変速比用成分指令値dTeは、dTe＝０とされる。

ステップＳ６では、ステップＳ４で計算された変速比制御操作量Ti ref[i]と、変速運動での第１モータジェネレータMG1の加速度比（α＋１）と、変速運動での第１モータジェネレータ慣性J1と、によって、下記の式(5)により第１モータジェネレータトルクT1の変速比用成分指令値dT1を計算し、ステップＳ７へ移行する（変速比用成分指令値算出手段）。
ｄT1＝（α＋１）・J1・Ti ref[i] …(5)

ステップＳ７では、ステップＳ４で計算された変速比制御操作量Ti ref[i]と、変速運動での第２モータジェネレータMG2の加速度比（−β）と、変速運動での第２モータジェネレータ慣性J2と、によって、下記の式(6)により第２モータジェネレータトルクT2の変速比用成分指令値dT2を計算し、ステップＳ８へ移行する（変速比用成分指令値算出手段）。
ｄT2＝（−β）・J2・Ti ref[i] …(6)

ステップＳ８では、上記処理によって得られた各変速比用成分指令値dTe,dT1,dT2をトルクアクチュエータに出力し、ステップＳ９へ移行する。

ステップＳ９では、制御周期終了か否かが判断され、制御周期が終了するまでこの判断が繰り返され、制御周期が終了すると、ステップＳ１０へ移行する。

ステップＳ１０では、HEV-High-iVTモードから固定変速比モードへのモード遷移により変速比制御が終了か否かが判断され、YESの場合は変速比制御を終了し、NOの場合はステップＳ１へ戻る。

［変速運動モードの制御と変速比制御との関係］
まず、変速運動モードは、図７(a)に示すように、例えば、第１モータジェネレータトルクT1とエンジントルクTeと第２モータジェネレータトルクT2によるレバー回転方向のバランスをとるように、イナーシャの最も大きな出力軸OUTを中心として共線図上のレバーが回転するモードである。

一方、加速運動モードとしては、図７(b)に示すように、例えば、出力軸OUTへの瞬時駆動力を第１モータジェネレータトルクT1と第２モータジェネレータトルクT2とに振り分け、出力軸OUTの回転数を上昇させるように、エンジンＥを中心として共線図上のレバーを回転させるモードと、図７(c)に示すように、例えば、出力軸OUTへの瞬時駆動力を第１モータジェネレータトルクT1とエンジントルクTeと第２モータジェネレータトルクT2とに振り分け、出力軸OUTの回転数を上昇させるように、共線図上のレバーを上向きに並進させるモードと、がある。

ここで、図７(a),(b)を対比した場合、共線図上のレバーの回転中心は異なるものの、共線図上のレバーが回転する点では同じであり、変速運動モードと、共線図上のレバーを回転させる加速運動モードとは、互いに非干渉な関係にある。この関係に着目し、トルク制御のうち、瞬時駆動力制御と変速比安定化制御を切り離し、変速比安定化のためのトルク制御を変速比制御に組み入れたのが本発明である。

［外乱トルク補償］

上記変速比安定化トルク制御による変速比制御を採用した場合、例えば、EV-High-iVTモードのままで走行モードが変化しない走行中においては問題ない。しかしながら、EV-High-iVTモードから、エンジンクラッチECの締結によるエンジンＥの始動を経過し、HEV-High-iVTモードへモード遷移する場合には、モード遷移過渡期においてエンジン始動時のエンジンクランキングトルクが外乱となり、この外乱トルクで差動装置への入力回転数が落ち込み、変速比がアップシフト側へ変動してしまうという問題がある。

そこで、実施例１では、エンジン使用モードへのモード遷移に伴うエンジン始動時の変速比制御として、図８の制御ブロック図に示すように、第１減算器２１において、エンジンクラッチ速度指令値と、電気変速機（＝ハイブリッド変速機）を経過した出力をフィードバックしたエンジンクラッチ速度実績値（＝第３リングギア回転数センサ１２による計測値）と、の偏差を計算する。一方、第２減算器２２において、出力フィードバックによるエンジンクラッチ速度実績値の変化量から計算された変速作用トルク（エンジンクラッチ点作用トルク推定値）から、前回の変速比制御操作量を減じて外乱トルク推定値（エンジンクランキングトルク推定値）を計算する。さらに、第３減算器２３において、第１減算器２１で計算された偏差に基づいて変速比制御器にて計算した定常変速比制御操作量から、前記第２減算器２２で計算された外乱トルク推定値を減じて変速比制御操作量を計算する。そして、計算された変速比制御操作量に、各モータジェネレータMG1,MG2における変速運動での加速度比（α＋１，−β）を掛け合わせることで、変速運動でのモータ１加速度と、変速運動でのモータ２加速度とを計算し、さらに、各モータジェネレータMG1,MG2における変速運動での慣性（J1，J2）を掛け合わせることで、モータ１トルクの変速比用成分指令と、モータ２トルクの変速比用成分指令と、を計算し、これを電気変速機に入力するようにした。

すなわち、電気自動車走行モードでの変速比制御ループ（入力点回転数フィードバック制御）に外乱オブザーバを追加し、変速比制御操作量（入力点回転数フィードバック制御の操作量）にフィードフォワード補償を加えることにより、エンジン始動する場合の負荷トルクを推定し、変速比・駆動力の変動を小さく抑えるようにした。

ここで、前記外乱オブザーバは、入力点（エンジンクラッチ回転要素）の回転速度を、変速慣性モーメントの逆システム（擬似微分）を通し、入力点への等価変速トルク実績値（変速比制御操作量）を差し引き、残ったものを入力点への外乱変速トルクとして推定する。この外乱変速トルクは、電気自動車走行モードで、エンジンＥを始動する（エンジンクラッチECを締結または滑り締結する）ときに、このエンジン始動時のクランキングトルクがこれに該当する。

このように、外乱オブザーバを、全体の力学システムモデルから構成するのではなく、上記のようにエンジン始動時というシーンに特定した外乱トルクオブザーバを構成数ｒことにより、オブザーバの設計・構成・調整を簡易にすることができる。

［変速比制御作用］
EV-High-iVTモードを選択しての走行時には、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ８へと進む流れとなり、外乱トルクがほとんど入力されないことから、ステップＳ３では、外乱トルク推定値Ti dis[i]がほぼ０とされ、ステップＳ４では、偏差Errorのみに応じて変速比制御操作量Ti ref[i]が計算される。そして、ステップＳ５において、エンジントルクTeの変速比用成分指令値dTe＝０とされ、ステップＳ６とステップＳ７において、ステップＳ４で計算された変速比制御操作量Ti ref[i]と、変速運動での加速度比（α＋１，−β）と、変速運動での慣性（J1，J2）と、に基づいて、第１モータジェネレータトルクT1の変速比用成分指令値dT1と、第２モータジェネレータトルクT2の変速比用成分指令値dT2とが計算され、ステップＳ８において、各変速比用成分指令値dT1,dT2がトルクアクチュエータに出力される。

次に、EV-High-iVTモードからHEV-High-iVTモードへのモード遷移時であつて、エンジンクラッチECの締結（または、滑り締結）によりエンジンＥを始動する時には、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ８へと進む流れとなり、エンジンクランキングトルクが外乱トルクとなり、ステップＳ３では、入力点への外乱トルク推定値Ti dis[i]が計算され、ステップＳ４では、偏差Errorと外乱トルク推定値Ti dis[i]に基づいて変速比制御操作量Ti ref[i]が計算される。そして、ステップＳ５において、エンジントルクTeの変速比用成分指令値dTe＝０とされ、ステップＳ６とステップＳ７において、ステップＳ４で計算された変速比制御操作量Ti ref[i]と、変速運動での加速度比（α＋１，−β）と、変速運動での慣性（J1，J2）と、に基づいて、第１モータジェネレータトルクT1の変速比用成分指令値dT1と、第２モータジェネレータトルクT2の変速比用成分指令値dT2とが計算され、ステップＳ８において、各変速比用成分指令値dT1,dT2がトルクアクチュエータに出力される。

さらに、エンジン始動後のHEV-High-iVTモードでの走行時には、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ８へと進む流れとなり、外乱トルクがほとんど入力されないことから、ステップＳ３では、外乱トルク推定値Ti dis[i]がほぼ０とされ、ステップＳ４では、偏差Errorのみに応じて変速比制御操作量Ti ref[i]が計算される。そして、ステップＳ５とステップＳ６とステップＳ７において、ステップＳ４で計算された変速比制御操作量Ti ref[i]と、変速運動での加速度比（１，α＋１，−β）と、変速運動での慣性（je，J1，J2）と、に基づいて、エンジントルクTeの変速比用成分指令値dTeと、第１モータジェネレータトルクT1の変速比用成分指令値dT1と、第２モータジェネレータトルクT2の変速比用成分指令値dT2とが計算され、ステップＳ８において、各変速比用成分指令値dTe,dT1,dT2がトルクアクチュエータに出力される。

したがって、例えば、エンジン始動後のHEV-High-iVTモードでの走行時には、図９に示すように、共線図上のレバーは、出力軸OUTを回転中心として変速比制御操作量Ti ref[i]に対応して点線位置から実線位置まで回転する変速運動をし、かつ、変速後のレバー位置において、変速比用成分指令値dT1と変速運動に対する第１モータジェネレータ慣性反力とが釣り合い、変速比用成分指令値dTeと変速運動に対するエンジン慣性反力とが釣り合い、変速比用成分指令値dT2と変速運動に対する第２モータジェネレータ慣性反力とが釣り合う。この結果、出力軸OUTの位置では、変速運動に対する車体慣性反力はゼロとなり、変速後のレバー位置で回転方向のトルクバランスがとれて安定した状態、つまり、変速比の安定化フィードバック制御が達成されることになる。

次に、EV-High-iVTモードからHEV-High-iVTモードへのモード遷移時であつて、エンジンクラッチECの締結（または、滑り締結）によりエンジンＥを始動する時、外乱トルク補償ゼロとした場合（図１０）と、実施例１の外乱補償有りの場合（図１１）とを対比する。

外乱トルク補償ゼロとした場合には、図１０の外乱トルク特性図に示すように、エンジン始動開始時点で急激な引き込みトルクによるエンジンクランキングトルクが入力されるのに対し、大きな応答遅れを持つフィードバック制御による変速比制御操作量にて対応することになる。したがって、図１０の入力回転数特性図に示すように、例えば、エンジンクランキング時の入力回転数落ち込みは、例えば、20[rsd/s](200rpm)と大きく、しかも、入力回転数落ち込み状態が2[sec]の間、継続される。

これに対し、実施例１の外乱補償有りの場合には、図１１の外乱トルク特性図に示すように、エンジン始動開始時点で急激な引き込みトルクによるエンジンクランキングトルクが入力されるのに対し、１回の制御周期だけ遅れによる高応答のフィードフォワード補償により外乱トルクが補償され、素早く変速比制御操作量が立ち上がる。したがって、図１１の入力回転数特性図に示すように、例えば、エンジンクランキング時の入力回転数落ち込みは、例えば、7[rsd/s](70rpm)と小さく抑えられ、しかも、入力回転数落ち込み状態は0.5[sec]という短い時間にて終了する。

次に、効果を説明する。
実施例１のハイブリッド変速機の変速比制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) ２自由度で少なくとも４回転要素の差動装置に、エンジンＥ、出力軸OUT、第１モータジェネレータMG1、第２モータジェネレータMG2を別々の回転要素に連結したハイブリッド変速機において、変速比代表量指令値と変速比代表量実測値との偏差を計算する偏差算出手段と、変速比代表量実測値の今回値と前回値との差に基づいて変速作用トルクを計算し、この変速作用トルクから変速比制御操作量の前回値を減じて外乱トルク推定値を計算する外乱トルク推定値算出手段と、前記偏差算出手段からの偏差と、前記外乱トルク推定値算出手段からの外乱トルク推定値とに基づいて、変速比制御操作量を計算する変速比制御操作量算出手段と、前記変速比制御操作量算出手段により計算された変速比制御操作量と、変速運動での各駆動入力要素の加速度比と、変速運動での各駆動入力要素の慣性と、によって、前記差動装置に駆動入力している各駆動入力要素トルクの変速比用成分指令値を計算する変速比用成分指令値算出手段と、前記変速比用成分指令値算出手段により計算された各駆動入力要素トルクの変速比用成分指令値を、前記差動装置に駆動入力している各駆動入力要素のトルクアクチュエータに指令する変速比制御指令手段と、を備えたため、瞬時駆動力制御と非干渉にしつつ、変速比制御側で容易に変速比を安定化させる変速制御トルクを与えることができると共に、外乱トルク入力時に変速比変動及び駆動力変動を小さく抑えることができる。

(2) 前記エンジンＥと前記差動装置とを連結するエンジン入力系にエンジンクラッチECを設け、前記外乱トルク推定値算出手段は、前記エンジンクラッチECを解放状態としているEV-high-iVTモードからエンジンクラッチECの締結、もしくは、滑り締結を経過してHEV-high-iVTモードへモード遷移するとき、エンジン始動により発生するエンジンクランキングトルク推定値を外乱トルク推定値として算出するため、外乱トルクオブザーバの設計・構成・調整を簡易とすることができる。

(3) 前記変速比用成分指令値算出手段は、EV-high-iVTモードからHEV-high-iVTモードへモード遷移するとき、前記エンジンクラッチECを解放状態としているエンジン始動前のEV-high-iVTモードにおいて、
dT1：dT2＝(α＋１)J1：(−β)J2
但し、(α＋１)；第１モータジェネレータMG1の変速運動での加速度比、J1；第１モータジェネレータMG1の変速運動での慣性、(−β)；第２モータジェネレータMG2の変速運動での加速度比、J2；第２モータジェネレータMG2の変速運動での慣性
で与えられる比率関係が成立するように第１モータージェネレータトルクT1の変速比用成分指令値dT1と第２モータージェネレータトルクT2の変速比用成分指令値dT2とを計算するため、EV-high-iVTモードを選択しての走行中、瞬時駆動力と非干渉に変速比安定化フィードバック制御を行うことができる。

(4) 前記変速比用成分指令値算出手段は、EV-high-iVTモードからHEV-high-iVTモードへモード遷移するとき、前記エンジンクラッチECを締結状態としたエンジン始動後のHEV-high-iVTモードにおいて、
dT1：dTe：dT2＝(α＋１)J1：(１)Je：(−β)J2
但し、(α＋１)；第１モータジェネレータの変速運動での加速度比、J1；第１モータジェネレータの変速運動での慣性、(１)；エンジンの変速運動での加速度比、Je；エンジンの変速運動での慣性、(−β)；第２モータジェネレータの変速運動での加速度比、J2；第２モータジェネレータの変速運動での慣性
で与えられる比率関係が成立するように第１モータージェネレータトルクT1の変速比用成分指令値dT1とエンジントルクTeの変速比用成分指令値dTeと第２モータージェネレータトルクT2の変速比用成分指令値dT2とを計算するため、HEV-high-iVTモードを選択しての走行中、瞬時駆動力と非干渉に変速比安定化フィードバック制御を行うことができる。加えて、エンジントルクTeも変速比安定化操作量としているので、大振幅動作時の限界性能（変速速度上下限）が大きくなる。

以上、本発明のハイブリッド変速機の変速比制御装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施例１では、HEV-High-iVTモードとEV-High-iVTモードによる例を示したが、HEV-Low-iVTモードやEV-Low-iVTモードにも適用することができる。この場合、第１モータジェネレータMG1の変速運動での加速度比(Ka)と第２モータジェネレータMG2の変速運動での加速度比(−Kb)が、実施例１とは異なる値に変更されるだけである。

本発明の変速比制御装置を３つのシングルピニオン型遊星歯車により構成された差動装置によるハイブリッド変速機へ適用する例を示したが、２自由度で少なくとも４回転要素の差動装置に、エンジン、出力部材、第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータを別々の回転要素に連結したハイブリッド変速機であれば、例えば、ラビニョー型遊星歯車列により構成された差動装置を持つハイブリッド変速機等にも適用することができる。

実施例１の変速比制御装置が適用されたハイブリッド変速機を示す全体システム図である。 ハイブリッド変速機において各走行モードでの３つの係合要素の締結・解放状態を示す図である。 ハイブリッド変速機において電気自動車モードでの５つの走行モードとハイブリッド車モードでの５つの走行モードでのエンジン・エンジンクラッチ・モータジェネレータ・ローブレーキ・ハイクラッチ・ハイローブレーキの各作動表を示す図である。 ハイブリッド変速機において電気自動車モードでの５つの走行モードを示す共線図である。 ハイブリッド変速機においてハイブリッド車モードでの５つの走行モードを示す共線図である。 実施例１の統合コントローラにおいて実行される変速比制御処理の流れを示すフローチャートである。 変速運動モード・変速運動モードと非干渉な加速運動モード・通常の加速運動モードの各共線図レバー動作を示す動作説明図である。 実施例１の変速比制御装置で定速走行中に変速比制御を実行する場合の制御系ブロック図である。 実施例１の変速比制御装置で変速比制御を行った場合の変速比安定化作用説明図である。 実施例１の変速比制御で外乱トルク補償無しの場合のエンジン始動時における入力トルク特性・外乱トルク特性・入力回転数特性を示す図である。 実施例１の変速比制御で外乱トルク補償有りの場合のエンジン始動時における入力トルク特性・外乱トルク特性・入力回転数特性を示す図である。

符号の説明

Ｅ エンジン
MG1 第１モータジェネレータ
MG2 第２モータジェネレータ
OUT 出力軸（出力部材）
PG1 第１遊星歯車
PG2 第２遊星歯車
PG3 第３遊星歯車
EC エンジンクラッチ
LB ローブレーキ
HC ハイクラッチ
HLB ハイローブレーキ
１ エンジンコントローラ
２ モータコントローラ
３ インバータ
４ バッテリ
５ 油圧制御装置
６ 統合コントローラ
７ アクセル開度センサ
８ 車速センサ
９ エンジン回転数センサ
１０ 第１モータジェネレータ回転数センサ
１１ 第２モータジェネレータ回転数センサ
１２ 第３リングギア回転数センサ

Claims (4)

1. ２自由度で少なくとも４回転要素の差動装置に、エンジン、出力部材、第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータを別々の回転要素に連結したハイブリッド変速機において、
   変速比代表量指令値と変速比代表量実測値との偏差を計算する偏差算出手段と、
   変速比代表量実測値の今回値と前回値との差に基づいて変速作用トルクを計算し、この変速作用トルクから変速比制御操作量の前回値を減じて外乱トルク推定値を計算する外乱トルク推定値算出手段と、
   前記偏差算出手段からの偏差と、前記外乱トルク推定値算出手段からの外乱トルク推定値とに基づいて、変速比制御操作量を計算する変速比制御操作量算出手段と、
   前記変速比制御操作量算出手段により計算された変速比制御操作量と、変速運動での各駆動入力要素の加速度比と、変速運動での各駆動入力要素の慣性と、によって、前記差動装置に駆動入力している各駆動入力要素トルクの変速比用成分指令値を計算する変速比用成分指令値算出手段と、
   前記変速比用成分指令値算出手段により計算された各駆動入力要素トルクの変速比用成分指令値を、前記差動装置に駆動入力している各駆動入力要素のトルクアクチュエータに指令する変速比制御指令手段と、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド変速機の変速比制御装置。
2. 請求項１に記載されたハイブリッド変速機の変速比制御装置において、
   前記エンジンと前記差動装置とを連結するエンジン入力系にエンジンクラッチを設け、
   前記外乱トルク推定値算出手段は、前記エンジンクラッチを解放状態としている電気自動車無段変速比モードからエンジンクラッチの締結、もしくは、滑り締結を経過してハイブリッド車無段変速比モードへモード遷移するとき、エンジン始動により発生するエンジンクランキングトルク推定値を外乱トルク推定値として算出することを特徴とするハイブリッド変速機の変速比制御装置。
3. 請求項２に記載されたハイブリッド変速機の変速比制御装置において、
   前記変速比用成分指令値算出手段は、電気自動車無段変速比モードからハイブリッド車無段変速比モードへモード遷移するとき、前記エンジンクラッチを解放状態としているエンジン始動前の電気自動車無段変速比モードにおいて、
   dT1：dT2＝(Ka)J1：(−Kb)J2
   但し、(Ka)；第１モータジェネレータの変速運動での加速度比、J1；第１モータジェネレータの変速運動での慣性、(−Kb)；第２モータジェネレータの変速運動での加速度比、J2；第２モータジェネレータの変速運動での慣性
   で与えられる比率関係が成立するように第１モータージェネレータトルクT1の変速比用成分指令値dT1と第２モータージェネレータトルクT2の変速比用成分指令値dT2とを計算することを特徴とするハイブリッド変速機の変速比制御装置。
4. 請求項２または請求項３に記載されたハイブリッド変速機の変速比制御装置において、
   前記変速比用成分指令値算出手段は、電気自動車無段変速比モードからハイブリッド車無段変速比モードへモード遷移するとき、前記エンジンクラッチを締結状態としたエンジン始動後のハイブリッド車無段変速比モードにおいて、
   dT1：dTe：dT2＝(Ka)J1：(１)Je：(−Kb)J2
   但し、(Ka)；第１モータジェネレータの変速運動での加速度比、J1；第１モータジェネレータの変速運動での慣性、(１)；エンジンの変速運動での加速度比、Je；エンジンの変速運動での慣性、(−Kb)；第２モータジェネレータの変速運動での加速度比、J2；第２モータジェネレータの変速運動での慣性
   で与えられる比率関係が成立するように第１モータージェネレータトルクT1の変速比用成分指令値dT1とエンジントルクTeの変速比用成分指令値dTeと第２モータージェネレータトルクT2の変速比用成分指令値dT2とを計算することを特徴とするハイブリッド変速機の変速比制御装置。

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