JP2006226354A

JP2006226354A - 自動車及びその制御方法

Info

Publication number: JP2006226354A
Application number: JP2005039125A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kashiwa; 康弘栢
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: JP4039427B2

Abstract

【課題】回生制動中に変速機の変速比の変更を禁止した後の再加速時や再発進時のもたつきを防止させる。
【解決手段】このハイブリッド自動車では、ステップＳ１２０で変速機の変速タイミングと判定されたときには、ステップＳ１２０でモータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊がしきい値Ｐｔｈ以下であるか否かを判定し、モータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊がしきい値Ｐｔｈ以下であると判定されたときには、ステップＳ１４５で変速機の変速比の変更を開始する。このように、回生エネルギが小さくもはや回生エネルギの効率的な回収が見込めないときには変速比を変更させるため、モータＭＧ２からの動力を運転状態に応じた変速比を介して駆動軸に出力することができ、運転者が回生制動による減速の後再加速したい場合や停車後再発進したい場合にも加速時や発進時のもたつきを防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車及びその制御方法に関し、詳しくは、電動機を搭載する自動車及びその制御方法に関する。

従来、電動機を搭載する自動車として、電動機と駆動軸との間に変速機を配設し、変速機の変速比の変更を回生制動中には禁止するものが提案されている（例えば特許文献１参照）。変速機を備えた自動車では、回生制動中に変速機の変速比を切り替える間は電動機のトルクを略ゼロにする必要があるため、変速比を変更するときに一時的に電気エネルギの回収を中止しなければならず、回生制動中に変速比を変更する場合には電気エネルギの回収効率が悪化するところ、この自動車によれば、回生制動中には変速機の変速比の変更を禁止するため、変速中の制動力の低下を防止すると共に、変速比の変更を行う場合と比べて電気エネルギをより多く回収することができる。
特開平７−２６４７１１

しかしながら、上述の自動車では、回生制動が終了した後の変速機の変速比については考慮されていないため、運転者が車両の制動後に再加速や再発進を行いたい場合であっても運転状況に応じた変速比となっておらず、電動機からの動力を運転状態に応じた変速比を介して駆動軸に出力することができないという問題があった。このため、運転者が車両の制動後に再加速や再発進を行うときに加速や発進を迅速に行うことができないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、回生制動中に変速機の変速比の変更を禁止した後の再加速時や再発進時のもたつきを防止する自動車を提供することを目的の一つとする。また、この自動車の制御方法を提供することを目的の一つとする。

本発明は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

即ち、本発明の自動車は、
回転軸に動力を出力可能な電動機と、
変更可能な変速比をもって前記回転軸の動力を車輪の駆動軸に伝達する変速手段と、
前記変速手段の変速比を設定し該設定された変速比となるよう前記変速手段を制御する変速制御手段と、
少なくとも運転者のブレーキ操作に基づいて前記駆動軸の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより前記駆動軸に回生制動力が付与されるよう前記電動機を制御する回生制動制御手段と、
前記回生制動制御手段により前記回生制動力が前記駆動軸に付与されているときには前記変速制御手段による前記変速手段の変速比の変更を禁止し、前記回生制動制御手段による前記回生制動力の前記駆動軸への付与が終了するか又は終了する間際の過程にあるときには前記変速制御手段による前記変速手段の変速比の変更を許可する変速比変更許否決定手段と、
を備えたものである。

この自動車では、回生制動中に変速比を変更することによって生じる電気エネルギの回収効率の悪化を防止するために回生制動中の変速比の変更を禁止した場合であっても、回生制動が終了するか又は終了する間際の過程にあるためにもはや電気エネルギの効率的な回収が見込めないときには変速比を変更させるため、電動機からの動力を運転状態に応じた変速比を介して駆動軸に出力することができる。これにより、運転者が回生制動による減速の後再加速したい場合や停車後再発進したい場合にも、加速時や発進時のもたつきを防止することができる。

本発明の自動車において、前記変速比変更許否決定手段は、前記電気エネルギが所定の僅少値以下であるときに前記変速手段の変速比の変更を許可するとしてもよい。回生制動により発生する電気エネルギが少ないときにはもはや電気エネルギの効率的な回収が見込めないため、電気エネルギの回収よりも変速比の変更を優先させることにより、より早期に運転状態に応じた変速比に変更することができる。

本発明の自動車において、前記変速比変更許否決定手段は、車速が所定の低速領域に入るときに前記変速手段の変速比の変更を許可するとしてもよい。車速が所定の低速領域内にあるときに回収される電気エネルギ量は少ないため、変速比の変更を許可することにより電気エネルギの回収よりも変速比の変更を優先させる。なお、「所定の低速領域」とは、例えば、回生制動により回収される電気エネルギが僅少である低速領域として経験的に定めてもよい。

本発明の自動車において、前記変速比変更許否決定手段は、運転者によるブレーキ操作が解除されたときに前記変速手段の変速比の変更を許可するとしてもよい。運転者がブレーキ操作を解除したときには、その後電動機による回生制動が中止される可能性が高く、またブレーキ操作が行われているときと比べて回収可能な電気エネルギ量は少ないため、変速比の変更を許可することにより電気エネルギの回収よりも変速比の変更を優先させる。このとき、前記変速比変更許否決定手段は、運転者によるブレーキペダルの踏み込みが所定の操作量以下のときに前記ブレーキ操作が解除されたと判定するとしてもよい。なお、「所定の操作量」とは、例えば、運転者によるブレーキペダルの踏み込みが少なく電気エネルギが十分に発生しないブレーキペダルの操作量として経験的に定めてもよい。

なお、「電気エネルギが所定の僅少値以下であるとき」や「車速が所定の低速領域に入るとき」、「運転者によるブレーキ操作が解除されたとき」が「前記回生制動力の前記駆動軸への付与が終了するか又は終了する間際の過程にあるとき」に相当する。

本発明の自動車は、更に、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、を備えていてもよい。

本発明の自動車の制御方法は、
回転軸に動力を出力可能な電動機と、変更可能な変速比をもって前記回転軸の動力を車輪の駆動軸に伝達する変速手段と、を備えた自動車の制御方法であって、
少なくとも運転者のブレーキ操作に基づいて前記駆動軸の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより生じる回生制動力が前記駆動軸に付与されているときには前記変速手段の変速比の変更を禁止し、前記回生制動力の前記駆動軸への付与が終了するか又は終了する間際の過程にあるときには前記変速手段の変速比の変更を許可する、
自動車の制御方法である。

この自動車の制御方法によれば、回生制動中に変速比を変更することによって生じる電気エネルギの回収効率の悪化を防止するために回生制動中の変速比の変更を禁止した場合であっても、回生制動が終了するか又は終了する間際の過程にあるためにもはや電気エネルギの効率的な回収が見込めないときには変速比を変更させるため、電動機からの動力を運転状態に応じた変速比を介して駆動軸に出力することができる。これにより、運転者が回生制動による減速の後再加速したい場合や停車後再発進したい場合にも、加速時や発進時のもたつきを防止することができる。なお、この自動車の制御方法に上述した自動車が備えている各種の構成手段の機能を実現するようなステップを追加してもよい。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。本実施形態のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、燃料を燃焼することにより動力を生じるエンジン２２と、エンジンシステム全体をコントロールするエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６に接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続され発電可能なモータＭＧ１と、変速機６０を介して動力分配統合機構３０に接続され発電可能なモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２の発電及び駆動を制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と電力のやりとりを行いバッテリ用制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって制御されるバッテリ５０と、動力分配統合機構３０に接続された軸にチェーンベルト３６を介して接続された駆動軸３７と、ハイブリッドシステム全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ハイブリッドＥＣＵという）７０とを備える。

エンジン２２は、例えばガソリン又は軽油などの炭化水素系の燃料を燃焼させることにより動力を出力する内燃機関であり、エンジンＥＣＵ２４によって制御されている。このエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号が入力ポートを介して入力され、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御、吸入空気量調節ユニットなどの制御を行う。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力される。なお、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と電気的に接続されており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、サンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転且つ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行う遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン３０のクランクシャフトが、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２には変速機６０を介してモータＭＧ２がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン３０からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側とにそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力される動力とを統合してリングギヤ３２に出力する。そして、リングギヤ３２は、駆動軸３７とディファレンシャルギヤ３８とを介して駆動輪３９，３９に接続されているため、リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａから駆動軸３７、ディファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９，３９に出力される。なお、駆動系として見たときの動力分配統合機構３０に接続される３軸は、キャリア３４に接続されたエンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６と、サンギヤ３１に接続されモータＭＧ１の回転軸となるサンギヤ軸３１ａと、リングギヤ３２に接続されると共に駆動輪３９，３９に機械的に接続されたリングギヤ軸３２ａとになる。

モータＭＧ１及びモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機としても駆動することができる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行う。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する動力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線及び負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２の一方で発電される電力を他のモータで消費することができる。また、バッテリ５０は、必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２で発電された電力により充電されると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２に不足する電力を供給する。そして、モータＭＧ１，ＭＧ２は、共にモータＥＣＵ４０によって運転制御されている。このモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２を制御するために必要な信号、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流等が入力され、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力される。また、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンによりモータＭＧ１，ＭＧ２のロータの回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算する。この回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、モータＭＧ１がサンギヤ３１に接続されモータＭＧ２がリングギヤ３２に接続されていることから、それぞれサンギヤ軸３１ａの回転数Ｎｓ及びリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒと一致する。また、モータＥＣＵ４０は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を運転制御すると共に、必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。

変速機６０は、モータＭＧ２の回転軸４８とリングギヤ軸３２ａとの接続及び接続の解除を行うものであり、両軸を接続しているときにはモータＭＧ２の回転軸４８の回転数を２段に減速してリングギヤ軸３２ａに伝達するよう構成されている。変速機６０の構成の一例を図２に示す。図２に示すように、この変速機６０は、ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａと、シングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂと、２つのブレーキＢ１，Ｂ２とを備えている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａは、外歯歯車のサンギヤ６１と、サンギヤ６１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６２と、サンギヤ６１に噛合する複数の第１ピニオンギヤ６３ａ及び複数の第２ピニオンギヤ６３ｂと、複数の第１ピニオンギヤと複数の第２ピニオンギヤとを連結して自転且つ公転自在に保持するキャリア６４とを備えており、サンギヤ６１は、ブレーキＢ１のオンオフによりその回転を自由に行うことも停止することもできるよう構成されている。また、シングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂは、外歯歯車のサンギヤ６５と、サンギヤ６５と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６６と、サンギヤ６５に噛合すると共にリングギヤ６６に噛合する複数のピニオンギヤ６７と、複数のピニオンギヤ６７を自転且つ公転自在に保持するキャリア６８とを備えており、サンギヤ６５は、モータＭＧ２の回転軸４８に、キャリア６８はリングギヤ軸３２ａにそれぞれ連結されており、リングギヤ６６は、ブレーキＢ２のオンオフによりその回転を自由に行うことも停止することもできるよう構成されている。このダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂは、それぞれのリングギヤ６２とリングギヤ６６、キャリア６４とキャリア６８とが連結されている。そして、この変速機６０は、ブレーキＢ１及びブレーキＢ２をオフすることによりモータＭＧ２の回転軸４８をリングギヤ軸３２ａから切り離し、ブレーキＢ１をオフとしてブレーキＢ２をオンとすることによりモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的大きな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達し（以下、この状態をＬｏギヤの状態という）、ブレーキＢ１をオンとしてブレーキＢ２をオフとすることによりモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的小さな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達する（以下、この状態をＨｉギヤの状態という）。また、ブレーキＢ１及びブレーキＢ２をオンとしたときには、回転軸４８やリングギヤ軸３２ａの回転を禁止する。

バッテリ５０は、ここではニッケル水素バッテリを採用しており、モータＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給したり、減速時にモータＭＧ１，ＭＧ２で発生した電気エネルギを電力として蓄えたりする役割を果たす。バッテリ５０を制御するバッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧、バッテリ５０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流、バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力され、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値や電圧センサにより検出された端子間電圧に基づいて残容量（以下、ＳＯＣ（State of Charge）という）を演算する。

ディスクブレーキ９１，９１は、駆動輪３９，３９の内面に設けられており、油圧回路９３を介してブレーキペダル８５と接続されている。この油圧回路９３には、電磁弁やポンプなどからなりブレーキ用電子制御ユニット（以下、ブレーキＥＣＵという）９０によって制御されるブレーキアクチュエータ９２が組み込まれている。ブレーキペダル８５が踏み込まれると、ブレーキアクチュエータ９２の作動により油圧回路９３内で油圧が発生し、この油圧がディスクブレーキ９１に伝達されることによって駆動輪３９，３９に制動力が付与される。なお、このハイブリッド自動車２０では、この油圧ブレーキによる制動の他に、駆動軸３７の運動エネルギをモータＭＧ２で電気エネルギに変換することによって駆動軸３７に制動力を付与する回生ブレーキによる制動方法があり、ハイブリッドＥＣＵ７０は、運転者によるブレーキペダル８５の踏み込み量と車速Ｖとに基づいて要求制動力を算出し、この要求制動力を油圧ブレーキによる制動力と回生ブレーキによる制動力とに分担することにより油圧ブレーキと回生ブレーキとの協調制御を行っている。

ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、各種処理プログラムを記憶したＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ８０からの制御信号やシフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８７からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力され、ハイブリッドＥＣＵ７０からは、変速機６０への制御信号などが出力ポートを介して出力される。また、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２、ブレーキＥＣＵ９０と各種制御信号やデータのやりとりを行っている。

こうして構成された本実施形態のハイブリッド自動車２０では、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３７としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とを運転制御する。このハイブリッド自動車２０の運転制御としては、（１）要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力の全てが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１とモータＭＧ２とを駆動制御するトルク変換運転モードや、（２）要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようエンジン２２を運転制御すると共に、バッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部又はその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴いながら要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１とモータＭＧ２とを駆動制御する充放電運転モード、（３）エンジン２２の運転を停止して要求動力に見合う動力をモータＭＧ２からリングギヤ軸３２ａに出力するよう駆動制御するモータ運転モードなどがある。

次に、本実施形態のハイブリッド自動車２０の動作、特に制動制御の際の動作について、図３のフローチャートに基づいて説明する。このルーチンは、走行中アクセルペダル８３の踏み込みが解除されたアクセルオフでクリープトルクが出ていない状態やブレーキペダル８５が踏み込まれたブレーキオンの状態、即ちリングギヤ軸３２ａに正の駆動力を出力していない状態のときに所定タイミングごと（例えば数ｍｓｅｃごと）にハイブリッドＥＣＵ７０によって実行される。このルーチンが開始されると、ハイブリッドＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、まず、ブレーキペダルポジションＢＰや車速Ｖ，モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２，バッテリ５０の残容量ＳＯＣなどのデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、車速Ｖは車速センサ８８から出力されるパルスの時間間隔に基づいてハイブリッドＥＣＵ７０により算出され、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２はモータＭＧ２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ４４から出力されるパルスに基づいてモータＥＣＵ４０により算出され、バッテリ５０の残容量ＳＯＣはバッテリＥＣＵ５２により算出される。

続いて、ステップＳ１００で入力したブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖとに基づいてリングギヤ軸３２ａに出力すべき制動要求トルクＴｄ＊及び制動要求パワーＰｄ＊を設定する（ステップＳ１０５）。ここで、制動要求トルクＴｄ＊は、本実施形態では、ブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖと制動要求トルクＴｄ＊との関係を予め作成した制動要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、ブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖとが与えられるとこの制動要求トルク設定用マップから対応する制動要求トルクＴｄ＊を導出することにより設定するものとする。この制動要求トルク設定用マップの一例を図４に示す。また、制動要求パワーＰｄ＊は、設定した制動要求トルクＴｄ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じることにより算出する。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数Ｋを乗じることにより算出することができる。

次に、ステップＳ１０５で設定した制動要求パワーＰｄ＊や車速Ｖ、バッテリ５０の残容量ＳＯＣなどに基づいてモータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊と油圧ブレーキの制動パワーＰｂ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。ここで、モータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊及び油圧ブレーキの制動パワーＰｂ＊の設定は、本実施形態では、モータＭＧ２が分担する制動パワーＰｍ２＊と油圧ブレーキが分担する制動パワーＰｂ＊との和が制動要求パワーＰｄ＊となる条件を満たしながらモータＭＧ２の回生電力ができる限り多くなるよう設定するものとする。また、制動要求パワーＰｄ＊に対するモータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊の割合は、車速Ｖが中車速領域にあるときに大きくなり、車速Ｖが低車速領域にあるときに僅少となるよう決定される。

続いて、車速Ｖと制動要求トルクＴｄ＊とに基づいて変速機６０のギヤの状態を切り替える変速タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１１５）。ここで、変速タイミングか否かは、本実施形態では、車速Ｖと制動要求トルクＴｄ＊とギヤの状態との関係を予め定めて変速状態設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、車速Ｖと制動要求トルクＴｄ＊とが与えられると記憶したマップから対応するギヤ状態を導出し、この導出したギヤ状態と現在のギヤ状態とを比較して両者が一致すれば変速タイミングではないと判定し、一致しなければ変速タイミングであると判定する。図５に変速状態設定用マップの一例を示す。図５では、モータＭＧ２によってエネルギを効率よく回生させると共に変速時の変速ショックを抑えるためにモータＭＧ２の制動目標トルクＴｄ＊がゼロ近傍の値を取るときに変速タイミングとなるようギヤ状態を決定する。また、モータＭＧ２はその上限回転数以下で作動する必要があるため、車速Ｖがこの上限回転数より若干低い回転数に相当する車速Ｖｈｉ以上のときには、制動要求トルクＴｄ＊にかかわらず変速機６０のギヤ状態をＨｉの状態とする。なお、現在のギヤ状態は、変速機６０のブレーキＢ１，Ｂ２の状態に基づいて判定する。即ち、ブレーキＢ１がオフでブレーキＢ２がオンのときには現在のギヤ状態はＬｏギヤの状態と判定し、ブレーキＢ１がオンでブレーキＢ２がオフのときにはＨｉギヤの状態と判定する。また、本実施形態では、ブレーキＢ１及びブレーキＢ２が共にオフのときにはステップＳ１１５で変速タイミングであると判定する。

ステップＳ１１５で変速機６０のギヤを切り替える必要があると判定されたときには、モータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊がしきい値Ｐｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、しきい値Ｐｔｈは、モータＭＧ２の回生電力の回収を強制的に中止させたとしてもバッテリ５０への充電量に殆ど影響を及ぼさない制動パワーを予め実験的に求めた値である。なお、回生制動は減速中に行われるため、回生制動中に変速機６０のギヤ状態の切り替えを行う場合は、原則として、シフトダウン即ちギヤ状態がＨｉの状態からＬｏの状態への切り替えとなる。

ステップＳ１１５で変速機６０のギヤを切り替える必要がないと判定されたとき又はステップＳ１２０でモータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊がしきい値Ｐｔｈよりも大きいと判定されたときには、ステップＳ１１０で設定したモータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊から次式（１）によりモータＭＧ２の目標制動トルクＴｍ２＊を算出し（ステップＳ１２５）、油圧ブレーキの制動パワーＰｂ＊から次式（２）により油圧ブレーキの目標制動トルクＴｂ＊を算出する（ステップＳ１３０）。ここで、変速機６０は、モータＭＧ２からリングギヤ軸３２ａに制動力が付与されている状態でギヤ状態をＨｉの状態からＬｏの状態へ切り替える場合にはスムーズな変速が困難であり、この状態でギヤ状態を切り替えると変速ショックや異音が生じやすくなる。従って、スムーズな変速を行うためには、変速機６０のギヤ状態を切り替えるときにモータＭＧ２から出力されるトルクをゼロにすることが必要となる。しかし、モータＭＧ２から出力されるトルクをゼロにした場合には回生エネルギの回収を行うことができない。従って、このように、モータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊がしきい値Ｐｔｈよりも大きく回生エネルギの効率的な回収が見込まれるときには変速機６０のギヤ状態の切り替えを禁止することにより、回生エネルギを効率よく回収することができる。

Ｔｍ２＊＝Ｐｍ２＊／Ｎｍ２（１）
Ｔｂ＊＝Ｐｂ＊／Ｋ２・Ｖ（２）

一方、ステップＳ１２０でモータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊がしきい値Ｐｔｈ以下であると判定されたときには、モータＭＧ２から出力される制動目標トルクＴｍ２＊をゼロに設定すると共に（ステップＳ１３５）、油圧ブレーキの制動パワーＰｂ＊を制動要求パワーＰｄ＊として式（２）により油圧ブレーキの制動目標トルクＴｂ＊を算出し（ステップＳ１４０）、変速機６０のギヤ状態をＨｉの状態からＬｏの状態へと切り替える切替処理ルーチン（後述）を実行する（ステップＳ１４５）。このように、変速機６０のギヤ状態を切り替えるときに制動目標トルクＴｍ２＊をゼロに設定することにより、変速機６０のギヤ状態の切り替えをスムーズに行うことができる。また、制動目標トルクＴｍ２＊をゼロに設定すると共に油圧ブレーキの制動パワーＰｂ＊を制動要求パワーＰｄ＊として油圧ブレーキの制動目標トルクＴｂ＊を算出するため、制動要求パワーＰｄ＊を減少させることなく車両に付与することができる。

ステップＳ１３０で油圧ブレーキの制動目標トルクＴｂ＊を算出した後又はステップＳ１４５で変速機６０のギヤ状態の切り替えを開始した後には、モータＭＧ２の制動目標トルクＴｍ２＊をモータＥＣＵ４０に出力すると共に油圧ブレーキの制動目標トルクＴｂ＊をブレーキＥＣＵ９０に出力して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。これにより、制動目標トルクＴｍ２＊を受け取ったモータＥＣＵ４０は、制動目標トルクＴｍ２＊に見合うトルクでモータＭＧ２が運転されるようインバータ４２のスイッチング素子をスイッチング制御することにより回生ブレーキによる制動制御を行う。また、制動目標トルクＴｂ＊を受け取ったブレーキＥＣＵ９０は、制動目標トルクＴｂ＊に見合うトルクが駆動輪３９，３９に付与されるようディスクブレーキ９１，９１に作用する油圧をブレーキアクチュエータ９２で調節することにより油圧ブレーキによる制動制御を行う。このように、回生ブレーキによる制動と油圧ブレーキによる制動との協調制御を行うことにより、制動要求パワーＰｄ＊に見合う制動力を車両に付与することができる。

続いて、切替処理ルーチンについて説明する。図６は、この切替処理ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンが実行されると、ハイブリッドＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、まず、今回の実行がこのルーチンの初回の実行であるか否かを判定し（ステップＳ２００）、今回の実行が初回の実行であると判定されたときには、そのまま本ルーチンを終了する。これにより、ブレーキＢ１，Ｂ２のオンオフを実行する前にモータＭＧ２の制動目標トルクＴｍ２＊をゼロにするようモータＥＣＵ４０に一旦指令してからブレーキＢ１，Ｂ２のオンオフの実行を開始することができる。一方、今回の実行が初回の実行でないと判定されたときには、切り替え処理実行中フラグＦ１が値１か否かを判定する（ステップＳ２０５）。ここで、切り替え処理実行中フラグＦ１とは、ハイブリッドＥＣＵ７０が制動中に変速機６０のギヤ状態の切り替えを実行しているか否かを示すフラグであり、ゼロのときはギヤ状態の切り替え処理を実行していないことを示し、値１のときはギヤ状態の切り替え処理の実行中であることを示す。

ステップＳ２０５で切り替え処理実行中フラグＦ１がゼロであると判定されたときには、現在のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と変速機６０のギヤ比Ｇｌｏ，Ｇｈｉとにより次式（３）を用いて切り替え後のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２＊を算出する（ステップＳ２１０）。続いて、ブレーキＢ１をオフすると共に（ステップＳ２１５）、ブレーキＢ２をフリクション係合させ（ステップＳ２２０）、切り替え処理実行中フラグＦ１を値１にセットする（ステップＳ２２５）。

Ｎｍ２＊＝Ｎｍ２・Ｇｌｏ／Ｇｈｉ（３）

ステップＳ２０５で切り替え処理実行中フラグＦ１が値１と判定されたとき又はステップＳ２２５で切り替え処理実行中フラグＦ１を値１にセットした後は、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を入力する（ステップＳ２３０）。続いて、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が変速機６０のギヤの切り替え後の回転数Ｎｍ２＊と略等しいか否かを判定し（ステップＳ２３５）、回転数Ｎｍ２が切り替え後の回転数Ｎｍ２＊と等しくないと判定されたときには、そのまま本ルーチンを終了する。一方、回転数Ｎｍ２が切り替え後の回転数Ｎｍ２＊と略等しいと判定されたときには、ブレーキＢ２を完全にオンとして（ステップＳ２４０）、制動制御ルーチンで用いられる変速機６０のギヤ比ＧｒをＬｏギヤのギヤ比Ｇｌｏとして設定する（ステップＳ２４５）。このように、ブレーキＢ２をオンとするときには、まず、ブレーキＢ２をフリクション係合させて現在のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を切り替え後のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２＊と略等しくした後にブレーキＢ２を完全にオンとすることにより、変速ショックを抑制して変速機６０のギヤ状態の切り替えをスムーズに行うことができる。変速機６０のギヤ状態を切り替えた後は、切り替え処理実行中フラグＦ１をゼロにリセットし（ステップＳ２５０）、切替処理ルーチンを終了する。これにより、変速機６０のギヤ状態はＬｏの状態となるため、運転者が再加速や再発進したい場合にもモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的大きな減速比で減速して駆動軸３７に伝達することができ、加速時や発進時のもたつきを防ぐことができる。なお、ハイブリッドＥＣＵ７０は、制動制御ルーチンと並行してこの切替処理ルーチンを実行する。

上述の制動制御ルーチンが実行されたときの一例として、変速機６０のギヤ状態がＨｉの状態にあって回生制動中にＬｏの状態に切り替える変速タイミングとなった場合について説明する。この場合、制動要求パワーＰｄ＊や車速Ｖなどに基づいて算出されたモータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊がしきい値Ｐｔｈよりも大きく回生エネルギの効率的な回収が見込まれるときには変速機６０のギヤ状態をＬｏの状態に切り替えず、Ｈｉの状態を維持したまま、モータＭＧ２の制動目標トルクＴｍ２＊及び油圧ブレーキの制動目標トルクＴｂ＊を出力することにより回生ブレーキによる制動と油圧ブレーキによる制動との協調制御を行う。一方、モータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊がしきい値Ｐｔｈよりも小さく回生エネルギが僅少であるときには、モータＭＧ２の制動目標トルクＴｍ２＊をゼロにしつつ切替処理ルーチンの実行により変速機６０のギヤ状態をＨｉの状態からＬｏの状態へと切り替えると共に、制動要求パワーＰｄ＊を全て油圧ブレーキの制動パワーＰｂ＊に置き換えることにより油圧ブレーキによる制動を行う。このように、回生エネルギが僅少のときには変速機６０のギヤ状態の切り替えを行うため、モータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的大きな減速比で減速して駆動軸３７に伝達することができ、加速時や発進時のもたつきを防ぐことができる。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のモータＭＧ２が本発明の電動機に相当し、変速機６０が変速手段に相当し、ハイブリッドＥＣＵ７０が変速制御手段及び変速比変更許否決定手段に相当する。また、ハイブリッドＥＣＵ７０及びモータＥＣＵ４０が回生制動制御手段に相当し、エンジン２２が内燃機関に相当し、モータＭＧ１及び動力分配統合機構３０が電力動力入出力手段に相当する。なお、本実施形態では、ハイブリッド自動車２０の動作を説明することにより本発明の自動車の一例を明らかにすると共に本発明の自動車の制御方法の一例も明らかにしている。

以上詳述した本実施形態のハイブリッド自動車２０によれば、回生制動中に変速機６０のギヤ状態を切り替えることによって生じる回生エネルギの回収効率の悪化を防ぐために回生制動中のギヤ状態の切り替えを禁止した場合であっても、回生ブレーキの制動パワーＰｍ＊がしきい値Ｐｔｈ以下と少なくもはや回生エネルギの効率的な回収が見込めないときには変速機６０のギヤ状態をＨｉの状態からＬｏの状態へと切り替えるため、運転者が再加速や再発進したい場合にもモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的大きな減速比で減速して駆動軸３７に伝達することができ、加速時や発進時のもたつきを防ぐことができる。

また、回生エネルギが僅少か否かの判断は、モータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊に基づいて判断されるため、回生電力の大きさを直接的に判断することができる。

更に、ステップＳ１２０でモータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊がしきい値Ｐｔｈ以下と判定されたときにはステップＳ１３５でモータＭＧ２の制動目標トルクＴｍ２＊をゼロとしつつステップＳ１４５で変速機６０のギヤ状態を切り替えるため、変速機６０のギヤ状態の切り替えをスムーズに行うことができると共に変速ショックや異音の発生を抑制することができる。また、ステップＳ１３５でモータＭＧ２の制動目標トルクＴｍ２＊をゼロに設定したときには油圧ブレーキの制動パワーＰｂ＊を運転者の制動要求パワーＰｄ＊とするため、車両に付与させる制動力を減退させることなく変速機６０のギヤ状態をスムーズに切り替えることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態の制動制御ルーチンでは、ステップＳ１２０でモータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊がしきい値Ｐｔｈ以下であると判定されたときにステップＳ１４５で変速機６０のギヤ状態の切り替えを実行したが、車速Ｖがしきい値Ｖｔｈ以下であると判定されたときに変速機６０のギヤ状態の切り替えを実行するとしてもよい。ここで、しきい値Ｖｔｈは、回生ブレーキによる制動によって回収される回生エネルギが僅少である速度として予め実験的に求めた値である。こうすれば、ＭＧ２の回生電力の回収が不可能か又は僅少値である低速度領域では、回生エネルギの回収よりもギヤの状態の切り替えを優先させることにより早期に運転状態に応じたギヤ状態に切り替えることができる。また、ブレーキペダルポジションＢＰがオンからオフに切り替わったと判定されたときに変速機６０のギヤ状態の切り替えを実行するとしてもよい。ブレーキオフのときに回収される回生エネルギはブレーキオンのときと比べて少ない傾向にあるため、回生エネルギの回収よりもギヤの状態の切り替えを優先させることにより早期に運転状態に応じたギヤ状態に切り替えることができる。このとき、ブレーキペダル８５の操作量が所定の操作量以下になったと判定されたときに変速機６０のギヤ状態の切り替えを実行するとしてもよい。ここで、所定の操作量とは、運転者によるブレーキペダル８５の踏み込みが小さく回生エネルギが僅少である操作量として予め実験的に求めた値である。

また、上述した実施形態では、ステップＳ１１０で制動要求パワーＰｄ＊をモータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊と油圧ブレーキの制動パワーＰｂ＊とに分配し、ステップ１４０で油圧ブレーキの制動パワーＰｂ＊を制動要求パワーＰｄ＊に再設定して油圧ブレーキの制動目標トルクＴｂ＊を算出したが、エンジン３０でのエンジンブレーキによる制動力が得られるときには、ステップＳ１１０で制動要求パワーＰｄ＊をモータＭＧ２の制動パワーＰｍ２＊と油圧ブレーキの制動パワーＰｂ＊とエンジンブレーキの制動パワーとに分配し、ステップＳ１４０で油圧ブレーキの制動パワーＰｂ＊を変更せずにエンジンブレーキによる制動力を増加させてもよい。

更に、上述した実施形態では、変速機６０のギヤ状態はＨｉの状態及びＬｏの状態の２段の変速段を備えていたが、２段の変速段に限られるものではなく、３段以上の変速段を備えていてもよい。

更にまた、上述した実施形態では、モータＭＧ２の動力を変速機６０により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものについて説明したが、図７に示すように、モータＭＧ２の動力を変速機６０により変速してリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪３９，３９）とは異なる車軸（図７における車輪１３９，１３９）に接続するものとしてもよい。

そして、上述した実施形態では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動軸３７に出力するものについて説明したが、図８に示すように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ１３２と駆動軸３７に接続されたアウターロータ１３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸３７に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ式電動機１３０を備えるものとしてもよい。

そしてまた、上述した実施形態では、パラレル型とシリアル型とを混成したハイブリッド自動車２０に本発明を適用した場合を例示したが、モータの動力を車両の駆動軸に伝達させる構成を有する車両であれば特にこれに限定されず、例えばパラレル型のハイブリッド自動車に本発明を適用してもよいし、シリーズ型のハイブリッド車に本発明を適用してもよいし、電気自動車に本発明を適用してもよい。

ハイブリッド自動車の構成の概略を示す構成図である。変速機の構成の概略を示す構成図である。制動制御ルーチンのフローチャートである。制動要求トルク設定用マップの一例を表す説明図である。変速状態設定用マップの一例を表す説明図である。変速機の切替処理制御ルーチンのフローチャートである。他のハイブリッド自動車の構成の概略を示す構成図である。他のハイブリッド自動車の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４エンジンＥＣＵ、２６クランクシャフト、３０動力分配統合機構、３１サンギヤ、３２リングギヤ、３２ａリングギヤ軸、３３ピニオンギヤ、３４キャリア、３６チェーンベルト、３７駆動軸、３８デファレンシャルギヤ、３９，１３９駆動輪、４０モータＥＣＵ、４１，４２インバータ、４３，４４回転位置検出センサ、４８回転軸、５０バッテリ、５２バッテリＥＣＵ、５４電力ライン、６０変速機、６０ａダブルピニオンの遊星歯車機構、６０ｂシングルピニオンの遊星歯車機構、６１，６５サンギヤ、６２，６６リングギヤ、６３ａ第１ピニオンギヤ、６３ｂ第２ピニオンギヤ、６４，６８キャリア、６７ピニオンギヤ、７０ハイブリッドＥＣＵ、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８０イグニッションスイッチ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８７車速センサ、９０ブレーキＥＣＵ、９１ディスクブレーキ、９２ブレーキアクチュエータ、９３油圧回路、１３０対ロータ電動機、１３２インナーロータ、１３４アウターロータ。

Claims

回転軸に動力を出力可能な電動機と、
変更可能な変速比をもって前記回転軸の動力を車輪の駆動軸に伝達する変速手段と、
前記変速手段の変速比を設定し該設定された変速比となるよう前記変速手段を制御する変速制御手段と、
少なくとも運転者のブレーキ操作に基づいて前記駆動軸の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより前記駆動軸に回生制動力が付与されるよう前記電動機を制御する回生制動制御手段と、
前記回生制動制御手段により前記回生制動力が前記駆動軸に付与されているときには前記変速制御手段による前記変速手段の変速比の変更を禁止し、前記回生制動制御手段による前記回生制動力の前記駆動軸への付与が終了するか又は終了する間際の過程にあるときには前記変速制御手段による前記変速手段の変速比の変更を許可する変速比変更許否決定手段と、
を備えた自動車。
前記変速比変更許否決定手段は、前記電気エネルギが所定の僅少値以下であるときに前記変速手段の変速比の変更を許可する、
請求項１に記載の自動車。
前記変速比変更許否決定手段は、車速が所定の低速領域に入るときに前記変速手段の変速比の変更を許可する、
請求項１又は２に記載の自動車。
前記変速比変更許否決定手段は、運転者によるブレーキ操作が解除されたときに前記変速手段の変速比の変更を許可する、
請求項１〜３のいずれかに記載の自動車。
前記変速比変更許否決定手段は、運転者によるブレーキペダルの踏み込みが所定の操作量以下のときに前記ブレーキ操作が解除されたと判定する、
請求項４に記載の自動車。
請求項１〜５のいずれかに記載の自動車であって、
内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力する電力動力入出力手段と、
を備えた自動車。
回転軸に動力を出力可能な電動機と、変更可能な変速比をもって前記回転軸の動力を車輪の駆動軸に伝達する変速手段と、を備えた自動車の制御方法であって、
少なくとも運転者のブレーキ操作に基づいて前記駆動軸の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより生じる回生制動力が前記駆動軸に付与されているときには前記変速手段の変速比の変更を禁止し、前記回生制動力の前記駆動軸への付与が終了するか又は終了する間際の過程にあるときには前記変速手段の変速比の変更を許可する、
自動車の制御方法。