JP2009132188A - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖機要求に基づいて、動力分配装置を制御するモードを選択することの可能なハイブリッド車の制御装置を提供する。
【解決手段】差動回転可能な入力部材および反力部材および出力部材を有する動力分配装置と、入力部材に伝達する動力を発生するエンジンと、出力部材から出力される動力が伝達される車輪とを有し、動力分配装置は変速比を無段階に変更可能に構成されているとともに、動力分配装置の変速比を制御するモードとして、変速比が１未満に限定される固定変速モードと、変速比として１未満または１以上のいずれをも選択可能な無段変速モードとを切り替え可能なハイブリッド車の制御装置において、エンジンの暖機要求があるか否かを判断する暖機要求判断手段（ステップＳ１）と、エンジンの暖機要求がある場合は、固定変速モードを選択してエンジンの暖機を促進する暖機促進手段（ステップＳ４）とを有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンと駆動軸との間の回転速度比を無段階に制御することの可能なハイブリッド車の制御装置に関するものである。

近年、燃料の燃焼によりトルクを出力するエンジンと、電力の供給によりトルクを出力するモータ・ジェネレータとを搭載し、エンジンおよびモータ・ジェネレータのトルクを車輪に伝達することのできるハイブリッド車が提案されている。このようなハイブリッド車においては、各種の条件に基づいて、エンジンおよびモータ・ジェネレータの駆動・停止を制御することにより、燃費の向上および騒音の低減および排気ガスの低減を図ることができるものとされている。

上記のように、複数種類の駆動力源を搭載したハイブリッド車の一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたハイブリッド車においては、エンジンのクランクシャフトが動力分配機構に連結されている。この動力分配機構は、複数組の差動機構として、第１遊星歯車機構および第２遊星歯車機構を有している。第１遊星歯車機構は、同軸上に配置された大サンギヤおよびリングギヤと、大サンギヤおよびリングギヤに噛合された大ピニオンギヤを支持するキャリヤとを有している。また、第２遊星歯車機構は、小サンギヤと、小サンギヤに噛合された小ピニオンギヤとを有している。小サンギヤと大サンギヤとが一体回転するように連結されてステップドピニオン機構となっている。つまり、小サンギヤおよび大ピニオンギヤが共にキャリヤにより、自転、かつ、公転可能に支持されている。そして、キャリヤが、入力軸を介してエンジンに動力伝達可能に接続され、大サンギヤが、第１モータ・ジェネレータのロータに接続されている。また、小サンギヤの回転・停止を制御するブレーキが設けられている。さらに、リングギヤには、動力分配機構の出力軸が接続されている。この出力軸が駆動輪に接続されている。また、出力軸には第２モータ・ジェネレータが接続されている。

上記の動力分配機構は、入力軸と出力軸との間の変速比を無段階に制御可能な変速機であり、具体的には、無段変速状態とオーバードライブ状態とを切り替え可能である。例えば、要求駆動力あるいはエンジン負荷が小さい場合は、オーバードライブ状態が選択され、要求駆動力あるいはエンジン負荷が大きい場合は、無段変速状態が選択される。そして、ブレーキが解放された場合が無段変速状態であり、この無段変速状態でエンジントルクがキャリヤに入力されると、大サンギヤが反力部材となり、出力軸にトルクが伝達される。このとき、第１モータ・ジェネレータの回転数を制御することにより、動力分配機構の変速比を無段階に制御可能であり、かつ、その変速比を１未満、または１以上のいずれにも設定可能である。これに対して、ブレーキが係合されると、動力分配機構の変速比が「１」よりも小さい状態、つまり、オーバードライブ状態となる。このオーバードライブ状態でエンジントルクがキャリヤに入力されると、小サンギヤが反力部材となり、リングギヤからトルクが出力される。

このようにして、エンジントルクが動力分配機構の出力軸に伝達され、そのトルクが駆動輪に伝達される。また、第２モータ・ジェネレータを電動機として駆動させ、そのトルクを駆動輪に伝達して駆動力を補助することも可能である。一方、エンジンから出力軸に伝達された動力の一部を第２モータ・ジェネレータに伝達し、第２モータ・ジェネレータで発電をおこなうことも可能である。さらに、車両の惰力走行時に、車輪から出力軸に伝達される動力の一部を第２モータ・ジェネレータに伝達し、第２モータ・ジェネレータで発電をおこなうことも可能である。この特許文献１に記載されたハイブリッド車の駆動装置によれば、トルク伝達に寄与する差動機構はいずれか１組であり、無段変速状態での動力損失を低減できるものとされている。なお、エンジンおよび第１モータ・ジェネレータおよび第２モータ・ジェネレータが搭載されており、エンジンおよび第１モータ・ジェネレータおよび第２モータ・ジェネレータが、動力分配装置の回転要素にそれぞれ連結され、その動力分配装置の変速比を無段階に制御可能なハイブリッド車の制御装置の一例が、特許文献２にも記載されている。

特開２００４−３４５５２７号公報 特開２００５−２２０７５６号公報

ところで、特許文献１に記載されているハイブリッド車の制御装置においては、車両における要求駆動力あるいはエンジン負荷に基づいて、無段変速状態とオーバードライブ状態とが変更されるように構成されており、エンジンの暖機要求は考慮されておらず、この点で改善の余地があった。

この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、エンジンの暖機要求を考慮して、エンジンと駆動軸との間における回転速度比の制御範囲を変更するモードを選択可能な、ハイブリッド車の制御装置を提供することを目的としている。

第１のハイブリッド車の制御装置は、車輪に伝達する動力を発生するエンジンと、前記車輪と動力伝達可能に接続された駆動軸と、動力により回転されて発電をおこなう発電機と、差動回転可能な複数の回転要素を有し、かつ、複数の回転要素のうちの３つの回転要素が前記エンジンおよび前記発電機および前記駆動軸に別個に動力伝達可能に連結された動力分配装置とを有するとともに、前記エンジンと前記駆動軸との間の回転速度比を無段階に変化させる無段変速モードと、前記複数の回転要素のうち、前記エンジンおよび前記発電機および前記駆動軸のいずれにも接続されていない回転要素の回転を阻止することにより、前記回転速度比を固定する固定変速モードとを、切り替え可能に構成されているハイブリッド車の制御装置において、前記エンジンを暖機させる要求があるか否かを判断する暖機要求判断手段と、前記エンジンを暖機させる要求がある場合は、前記固定変速モードを選択して前記エンジンの暖機を促進する暖機促進手段とを備えている。

また、第１のハイブリッド車の制御装置において、前記発電機を含む電気回路が設けられており、前記エンジンを暖機させる要求がない場合は、前記固定変速モードを選択することにより生じる前記電気回路の電気損失の低減量と、前記無段変速モードを選択することにより生じる前記エンジンの熱効率の低下量とを比較し、電気損失の低減量の方が熱効率の低下量よりも多いか否かを判断する比較手段と、前記電気損失の低減量の方が熱効率の低下量よりも多いと判断された場合に、前記固定変速モードを選択するモード選択手段とを備えていてもよい。

第２のハイブリッド車の制御装置は、車輪に伝達する動力を発生するエンジンと、前記車輪と動力伝達可能に接続された駆動軸と、動力により回転されて発電をおこなう発電機と、差動回転可能な複数の回転要素を有し、かつ、複数の回転要素のうちの３つの回転要素が前記エンジンおよび前記発電機および前記駆動軸に別個に動力伝達可能に連結された動力分配装置とを有するとともに、前記エンジンと前記駆動軸との間の回転速度比を無段階に変化させる無段変速モードと、前記複数の回転要素のうち、前記エンジンおよび前記発電機および前記駆動軸のいずれにも接続されていない回転要素の回転を阻止することにより、前記回転速度比を固定する固定変速モードとを、切り替え可能に構成されているハイブリッド車の制御装置において、前記エンジンを暖機させる要求がないか否かを判断する暖機要求判断手段と、前記エンジンを暖機させる要求がない場合は、前記無段変速モードを選択して前記エンジンの暖機を回避する暖機回避手段とを備えている。

第１のハイブリッド車の制御装置によれば、エンジンと駆動軸との間における回転速度比の変更範囲を制御するモードとして、回転速度比が固定される固定変速モードと、回転速度比を変更可能な無段変速モードとを切り替え可能である。そして、エンジンを暖機する要求がある場合は、固定変速モードが選択されて、回転速度比の制御範囲が狭められる。その結果、エンジンの熱効率が低下して、エンジンの暖機が促進される。

第２のハイブリッド車の制御装置によれば、エンジンと駆動軸との間における回転速度比の変更範囲を制御するモードとして、回転速度比が固定される固定変速モードと、回転速度比を変更可能な無段変速モードとを切り替え可能である。そして、エンジンを暖機する要求がない場合は、無段変速モードが選択されて、回転速度比の制御範囲が広げられる。その結果、エンジンの熱効率が上昇するため、エンジンの暖機が回避される。

この発明において、エンジンは、燃料を燃焼させた場合に生じる熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する動力装置であり、エンジンとしては、例えば内燃機関を用いることが可能である。この発明の動力分配装置としては、例えば、遊星機構を用いた無段変速機を用いることができる。遊星機構としては、歯車同士の噛み合い力により動力伝達をおこなう遊星歯車機構、または作動油のせん断力でトラクション伝動により動力伝達をおこなう遊星ローラ機構を用いることが可能である。さらに、複数の回転要素、例えば４つの回転要素は動力を伝達する機能を備えた要素であり、４つの回転要素には、ギヤ、キャリヤ、コネクティングドラム、回転軸、プーリ、ローラ、スプロケット、チェーンなどの要素が含まれる。この発明において、固定変速モードおよび無段変速モードは、回転速度比の変更範囲を制御するために用いられるモードであり、固定変速モードの方が、無段変速モードよりも、回転速度比の変更範囲が狭い。また、駆動軸は、車輪に動力伝達可能に接続される要素であり、駆動軸には、ギヤ、キャリヤ、コネクティングドラム、回転軸、プーリ、ローラ、スプロケット、チェーンなどの要素が含まれる。つまり、駆動軸は軸形状のものに限定されない。

また、発電機は、電動機としての機能と、発電機としての機能とを兼備したモータ・ジェネレータを用いることも可能である。さらに、この発明は、エンジンの動力が前輪または後輪のいずれか一方に伝達される二輪駆動車、または、エンジンの動力が前輪および後輪の両方に伝達される四輪駆動車のいずれにも適用可能である。この発明において、暖機には、エンジンを構成するシリンダブロック、シリンダヘッドなどの温度を上昇させること、エンジンの冷却水温を上昇させることが含まれる。この発明において、エンジンを暖機させる要求があるか否かを判断する技術的意味は、エンジンの熱を、車両に搭載された熱利用装置で用いるか否かを判断するためである。ここで、熱利用装置とは、エンジンで発生した熱を利用する装置であり、例えば、排気ガスを浄化する触媒、車両の室内温度を調節するヒータ、車両に搭載された動力伝達装置を潤滑するオイルを温めるオイル加熱装置などが挙げられる。なお、エンジンを暖機させる要求があるか否かは、例えば、外気温度、車両に搭載されている熱利用装置の温度自体、熱利用装置を起動させるスイッチの操作状態などの条件に基づいて判断することが可能である。

つぎに、この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図２は、この発明の一実施形態であるＦ・Ｒ（フロントエンジン・リヤドライブ；エンジン前置き後輪駆動）形式のハイブリッド車（以下、「車両」と略記する）の概略構成図である。図２において、車両１は、駆動力源としてのエンジン２を有している。エンジン２としては内燃機関、具体的にはガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどを用いることができる。エンジン２は、燃焼室（図示せず）に燃料を供給して燃焼させ、その熱エネルギを運動エネルギとして出力する動力装置である。この実施例では、エンジン２として、トルク制御装置、例えば、電子スロットルバルブ、燃料噴射量制御装置、点火時期制御装置などを有するガソリンエンジンが用いられているものとする。また、エンジン２の燃焼室に接続された排気管３４が設けられており、燃焼室から排出された排気ガスが排気管３４を経由して大気中に排出されるように構成されている。また、排気管３４の途中には、排気ガス浄化触媒３５が設けられている。この排気ガス浄化触媒３５は白金、パラジウム、ロジウムなどを主な組成とする三元浄化触媒であり、排気ガス浄化触媒３５により、排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物などを低減することができる。

さらに、エンジン２を冷却する冷却装置３６が設けられている。この冷却装置３６は、シリンダブロック（図示せず）およびシリンダヘッド（図示せず）に設けられたジャケット（図示せず）と、ジャケットに接続された冷却通路（図示せず）と、冷却水を吸入して冷却通路へ吐出するウォーターポンプ（図示せず）と、冷却水を冷却するラジエータ（図示せず）とを有している。さらに、車両１にはヒータ３７が搭載されている。このヒータ３７は車両１の室内を暖房する装置であり、冷却装置３６の冷却水と空気との間で熱交換をおこない、暖められた空気を室内に供給する構成を有している。さらにまた、オイル加熱装置３８が設けられている。このオイル加熱装置３８は、後述する動力分配装置および変速機に供給されるオイルを、冷却水の熱により暖める装置である。さらに、エンジン２から車輪３に至る動力伝達経路に動力分配装置４が設けられている。車両１のフロアー（図示せず）の空間にはケーシング５が配置されており、そのケーシング５内に動力分配装置４が配置されている。

そして、動力分配装置４は２組の遊星歯車機構を有している。まず、第１遊星車機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構である。すなわち、第１遊星歯車機構６は、同軸上に配置されたサンギヤ７およびリングギヤ８と、サンギヤ７およびリングギヤ８に噛合するピニオンギヤ９を、自転、かつ公転可能に保持したキャリヤ１０とを有している。キャリヤ１０が動力分配装置４の入力部材である。そして、キャリヤ１０にはインプットシャフト１１が動力伝達可能に連結、具体的には一体回転するように連結されており、そのインプットシャフト１１とエンジン２のクランクシャフト１２とが、動力伝達可能に接続されている。クランクシャフト１２とインプットシャフト１１との間の動力伝達経路には、ダンパ機構、トルクリミッタ機構、クラッチ機構などを設けることも可能である。ダンパ機構は、トルク変動を吸収する機構であり、トルクリミッタは、伝達されるトルクを設定トルク以下に制限する機構であり、クラッチ機構はトルク容量を制御する機構である。

図２の具体例では、インプットシャフト１１およびクランクシャフト１２の回転軸線（図示せず）が、車両１の前後方向に沿って配置されている。さらに、ケーシング５の内部には、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が設けられている。インプットシャフト１１の回転軸線に沿った方向で、エンジン２と第１遊星歯車機構６との間に第１モータ・ジェネレータＭＧ１が配置されている。この第１モータ・ジェネレータＭＧ１は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能（電動機としての機能）と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能（発電機としての機能）とを兼備している。第１モータ・ジェネレータＭＧ１は、ステータ１３およびロータ１４を有しており、ステータ１３はケーシング５に固定されている。また、ロータ１４は、サンギヤ７と一体回転するように連結されている。

動力分配装置４を構成する第２遊星車機構１５は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構である。すなわち、第２遊星歯車機構１５は、同軸上に配置されたサンギヤ１６およびリングギヤ１７と、サンギヤ１６に噛合する第１ピニオンギヤ１８と、リングギヤ１７および第１ピニオンギヤ１８に噛合する第２ピニオンギヤ１９と、第１ピニオンギヤ１８および第２ピニオンギヤ１９を、自転、かつ公転可能に保持したキャリヤ２０とを有している。そして、キャリヤ２０とリングギヤ８とが一体回転するように連結され、リングギヤ１７とキャリヤ１０とが一体回転するように連結されている。そして、キャリヤ２０と一体回転するアウトプットシャフト２１が設けられている。このアウトプットシャフト２１は、動力分配装置４から出力されたトルクを車輪３に伝達する要素であり、インプットシャフト１１とアウトプットシャフト２１とが同軸上に配置されている。さらに、回転軸線に沿った方向で、第１モータ・ジェネレータＭＧ１と第２遊星歯車機構１５との間に第１遊星歯車機構６が配置されている。さらに、サンギヤ１６に制動力を与えるブレーキＢＫが設けられている。このブレーキＢＫとしては、摩擦ブレーキ、または噛み合いブレーキを用いることが可能である。そのブレーキＢＫの制動力を制御するアクチュエータ３２としては、電磁式アクチュエータまたは油圧式アクチュエータのいずれを用いてもよい。

一方、アウトプットシャフト２１は終減速機２２に接続されており、終減速機２２にはアクスルシャフト３０を介して車輪３が接続されている。終減速機２２は、アウトプットシャフト２１の回転数よりも、アクスルシャフト３０の回転数を低下させるように、その減速比が決定されている。また、回転軸線に沿った方向で第２遊星歯車機構１５と終減速機２２との間には、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が配置されている。この第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、ケーシング５の内部またはケーシング５の外部のいずれに配置されていてもよい。この第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備している。第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、ステータ２３およびロータ２４を有している。さらに、回転軸線に沿った方向で第２遊星歯車機構１５と終減速機２２との間には、変速機２５が設けられている。図２では、車両１の前後方向で、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の後方に変速機２５が配置されたレイアウトが示されている。

また、変速機２５は、ケーシング５の内部またはケーシング５の外部のいずれに配置されていてもよい。この変速機２５は、第２モータ・ジェネレータＭＧ２のロータ２４と、アウトプットシャフト２１とを動力伝達可能に接続するものである。さらに、変速機２５は、入力要素２６および出力要素３１を有しているとともに、その入力要素２６と出力要素３１との間の変速比を変更可能に構成されている。この変速機２５は、変速比を段階的に変更可能な有段変速機、または、変速比を無段階に変更可能な無段変速機のいずれでもよい。また、変速機２５の変速比は、「１」よりも大きい値、または「１」以上の値で変更可能に構成されている。この変速機２５として、有段変速機を用いる場合、選択歯車式変速機、遊星歯車式変速機を採用することが可能である。これに対して、変速機２５として、無段変速機を用いる場合、トロイダル型無段変速機、ベルト式無段変速機を採用することが可能である。そして、入力要素２６がロータ２４と動力伝達可能に接続され、出力要素３１がアウトプットシャフト２１と動力伝達可能に接続されている。

さらに、第１モータ・ジェネレータＭＧ１および第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、いずれもロータが回転運動をおこなうものであり、各モータ・ジェネレータは直流型または交流型のいずれでもよい。この具体例では、３相交流型のモータ・ジェネレータを用いる場合について説明する。また、すべてのモータ・ジェネレータは、電線（図示せず）を用いて、インバータ２７および蓄電装置２８に接続されている。蓄電装置２８としては、キャパシタまたはバッテリを用いることが可能である。このようにして、各モータ・ジェネレータおよび蓄電装置２８および電線を含む電気回路５０が形成されている。なお、蓄電装置２８に加えて燃料電池を設け、その燃料電池から各モータ・ジェネレータに電力を供給する電気回路を設けてもよい。燃料電池は、酸素と水素とを反応させて起電力を発生させる装置である。なお、各モータ・ジェネレータ同士の間に、蓄電装置２８を経由することなく、電力の授受を可能とする電気回路５０を形成することも可能である。

さらに、車両１の制御系統について説明すると、コントローラとしての電子制御装置３３が設けられており、電子制御装置３３には、冷却装置３６における冷却水の温度、排気ガス浄化触媒３５の温度、ヒータ３７における暖房要求の有無、オイル加熱装置３８におけるオイルの温度、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の温度、インバータ２７の温度、蓄電装置２８の温度、エンジン回転数、各モータ・ジェネレータの回転数、車速、モータ・ジェネレータに対する発電要求、車両１における加速要求、車両１における制動要求、シフトポジション、蓄電装置２８で発生可能な出力、燃料電池で発生可能な出力、車両１の周囲の外気温度などの信号が入力される。この電子制御装置３３からは、変速機２５の変速比を制御する信号、ブレーキＢＫを制御する信号、エンジン２を制御する信号、各モータ・ジェネレータを制御する信号が出力される。エンジン２を制御する信号には、エンジン２の停止・運転を制御する信号、エンジン回転数を制御する信号、エンジントルクを制御する信号が含まれる。モータ・ジェネレータを制御する信号には、モータ・ジェネレータを力行制御または回生制御させる信号、モータ・ジェネレータの回転数を制御する信号、モータ・ジェネレータのトルクを制御する信号が含まれる。ブレーキＢＫを制御する信号には、ブレーキＢＫからサンギヤ１６に与える制動力を制御する信号が含まれる。

つぎに、図２に示された車両１における動力の伝達原理を説明する。エンジン２が運転されて、そのエンジントルクが、インプットシャフト１１およびキャリヤ１０に伝達される。このキャリヤ１０は動力分配装置４の入力部材であり、エンジントルクの反力が反力発生装置により受け持たれて、動力分配装置４の出力部材であるキャリヤ２０からトルクが出力される。エンジントルクの反力を受け持つために、動力分配装置４を制御するモードとして、固定変速モードおよび無段変速モードを選択的に切り替え可能である。図３および図４の共線図は、動力分配装置４を構成する要素同士、およびその要素に連結された回転要素同士の位置関係および回転状態を示すものである。図３および図４において、「停止」は回転要素が停止することを示し、「正」は回転要素が正方向に回転することを示し、「逆」は回転要素が逆方向に回転することを示す。なお、正方向とは、エンジン２のクランクシャフト１２の回転方向である。図３および図４の共線図において、第１遊星歯車機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構であるため、サンギヤ７とリングギヤ８との間にキャリヤ１０が配置されている。

これに対して、第２遊星歯車機構１５は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構であるため、サンギヤ１６とキャリヤ２０との間にリングギヤ１７が配置されている。また、キャリヤ１０とリングギヤ１７とが一体回転するように連結されているため、図３および図４の共線図上で、キャリヤ１０およびリングギヤ１７が同じ位置に示されている。また、キャリヤ２０とリングギヤ８とが一体回転するように連結されているため、図３および図４の共線図上で、キャリヤ２０およびリングギヤ８が同じ位置に示されている。さらに、図３および図４の共線図上において、サンギヤ７とリングギヤ８との間にサンギヤ１６が配置され、このサンギヤ１６とリングギヤ８との間に、キャリヤ１０が配置されている。この図３および図４に示すように、動力分配装置４は、相互に差動回転可能な４個の回転要素を有している。

まず、固定変速モードが選択された場合はブレーキＢＫの制動力が高められて、図３に示すようにサンギヤ１６が固定（停止）される。また、動力分配装置４は、機構上、キャリヤ２０およびリングギヤ８が一体回転するように連結され、かつ、リングギヤ１７およびキャリヤ１０が一体回転するように連結されている。このため、エンジントルクがインプットシャフト１１を経由してキャリヤ１０およびリングギヤ１７に入力されると、ブレーキＢＫおよびサンギヤ１６により反力が受け持たれ、キャリヤ２０からトルクが出力される。このキャリヤ２０のトルクは、アウトプットシャフト２１および終減速機２２およびアクスルシャフト３０を経由して車輪３に伝達されて、駆動力が発生する。

そして、エンジン回転数を制御することにより、動力分配装置４の入力回転数と出力回転数との間の変速比を、無段階（連続的）に変更可能である。また、固定変速モードが選択された場合はサンギヤ１６が固定されるため、動力分配装置４の変速比は「１」未満に限定される。すなわち、動力分配装置４が増速機として機能するため、動力分配装置４への入力トルクよりも、動力分配装置４から出力されるトルクの方が低くなる。また、固定変速モードが選択されるとともに、エンジン回転数が正である場合は、エンジントルクにより第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転される。この場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１では回生制御（発電制御）をおこなうか、または回生制御をおこなうことなくロータ１４を空転させることが可能である。

これに対して、無段変速モードが選択された場合は、ブレーキＢＫからサンギヤ１６に与えられる制動力が低下され、図４に示すようにサンギヤ１６が回転可能となる。この無段変速モードが選択された場合において、エンジントルクがインプットシャフト１１を経由してキャリヤ１０に入力されると、第１モータ・ジェネレータＭＧ１により反力が受け持たれ、リングギヤ８から出力されたトルクがアウトプットシャフト２１に伝達される。第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転してエンジントルクの反力を受け持つ場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が回生制御され、発生した電力が蓄電装置２８に充電される。これに対して、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転してエンジントルクの反力を受け持つ場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１に電力が供給されて、その第１モータ・ジェネレータＭＧ１が電動機として駆動される。

また、無段変速モードが選択された場合、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転数を制御することにより、動力分配装置４の入力回転数と出力回転数との間の変速比を、無段階（連続的）に変更可能である。さらに、無段変速モードが選択された場合、動力分配装置４の変速比として「１」未満、または「１」以上のいずれをも選択可能である。動力分配装置４の変速比が「１」を越える場合、動力分配装置４は減速機として機能し、動力分配装置４でトルクの増幅がおこなわれる。動力分配装置４の変速比が「１」未満である場合が、図４に破線で示されている。これに対して、動力分配装置４の変速比が「１」を越えている場合が、図４に一点鎖線で示されている。図４の共線図では、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転である場合が示されているが、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転する場合、または停止する場合もある。さらに、図４に実線で示すように、動力分配装置４の変速比を「１」に制御することも可能である。また、固定変速モードまたは無段変速モードの何れが選択されている場合においても、第２モータ・ジェネレータＭＧ２に電力を供給して電動機として駆動させ、その第２モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクを、変速機２５を経由させて車輪３に伝達することが可能である。なお、第２モータ・ジェネレータＭＧ２に電力を供給して電動機として駆動させ、その第２モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクを車輪３に伝達する場合、エンジン２に燃料が供給されていてもよいし、エンジン２への燃料の供給が停止されていてもよい。この「エンジン２への燃料の供給が停止されている」には、エンジン２が空転する場合と、エンジン２が停止している場合とが含まれる。

つぎに、エンジン２に燃料が供給され、かつ、エンジン２が動力を出力している場合に、動力分配装置４を制御するモードを選択する条件について説明する。動力分配装置４を制御するモードは、エンジン２の燃費、およびエンジン２から車輪３に至る動力伝達経路における動力の伝達効率に基づいて決定される。まず、エンジン２の燃費について説明する。車両１では、車速およびアクセル開度に基づいて、車両１に対する要求駆動力が求められ、その要求駆動力に基づいて、エンジン２の目標出力および第２モータ・ジェネレータＭＧ２の目標出力が求められる。エンジン２の目標出力に基づいてエンジン出力を制御する場合、基本的には、エンジン２の運転状態が、最適燃費線に沿ったものとなるように、エンジン２の目標回転数およびエンジンの目標トルクを求めることが可能である。図５は、エンジン２の熱効率を示すマップの一例であり、曲線で囲まれた領域の内側であるほど、熱効率が高いことを意味しており、最適燃費線（実線で示す）に沿って目標エンジントルクおよび目標エンジン回転数を決定することが可能である。熱効率が高いということは、燃費がよいことを意味する。そして、無段変速モードを選択した場合、動力分配装置４の変速比の制御範囲を任意に変更可能であり、最適燃費線に沿ってエンジン２を運転することが可能である。これに対して、固定変速モードが選択された場合は、動力分配装置４の変速比が「１」以上に限定されるため、図５に破線で示すような特性の燃費曲線となる。実線の特性と破線の特性とを比較すると、エンジン回転数が同じである場合について着目すると、破線の特性の方が実線の特性に比べて熱効率が低いことが分かる。また、エンジン２の熱効率は、エンジン２の出力エネルギを消費燃料のエネルギで除して求められる。なお、固定変速モードまたは無段変速モードの何れが選択された場合も、動力分配装置４の変速比の制御と並行して、エンジン２の実際のトルクを目標トルクに近づけるために、電子スロットルバルブの開度の制御、点火時期の制御などがおこなわれる。

つぎに、エンジン２から車輪３に至る動力伝達経路での動力の伝達効率について、図６のマップを参照しながら説明する。この図６のマップには、エンジン２から車輪３に至る動力伝達経路における動力の理論伝達効率と、動力分配装置４の変速比との関係が示されている。なお、図６のマップは、各モータ・ジェネレータの定格出力を一定値とした例であり、かつ、ギヤ同士の噛み合い部分での摩擦熱による動力損失は無視してある。固定変速モードが選択され、かつ、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が空転して回生制御をおこなわない場合は、エンジン２から出力された動力が、機械的にアウトプットシャフト２１に伝達されるため、動力分配装置４の変速比に関わりなく、理論伝達効率は破線で示すようにほぼ一定の「１」となる。これに対して、無段変速モードが選択された場合は、エンジン２から出力された動力の一部が、正回転する第１モータ・ジェネレータＭＧ１で回生制御されて電気エネルギに変換される。なお、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転してエンジントルクの反力を受け持つ場合は、エンジン２の動力の一部が第２モータ・ジェネレータＭＧ２に伝達されて回生制御をおこない、その電力が第１モータ・ジェネレータＭＧ１に供給されて力行制御される。このように、無段変速モードが選択された場合は、ほぼ全ての変速比で理論伝達効率は実線で示すように「１」未満となる。なお、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が停止して反力トルクを受け持つ変速比では、エンジン２の動力が電気エネルギに変換されないため、理論伝達効率は「１」となる。

そして、図５に示されたエンジン２の熱効率と、図６に示された理論伝達効率の両方を加味して、例えば、図７に示すマップを用いて、トータルでのシステム効率が高くなるように、無段変速モードと固定変速モードとを切り替える。この図７のマップには、各変速比毎に、無段変速モードを選択した場合におけるエンジン２の熱効率および理論伝達効率に基づいて求められるトータルのシステム効率が示されている。また、図７のマップには、各変速比毎に、固定変速モードを選択した場合におけるエンジン２の熱効率および理論伝達効率に基づいて求められるトータルのシステム効率が示されている。そして、各車速で選択可能な動力分配装置４の変速比に基づいて、トータルでのシステム効率が高くなるように、無段変速モードと固定変速モードとを切り替えることが可能である。なお、図７のマップは、右上の領域に進むほどシステム効率が高くなる特性を有している。例えば、点Ａ１と点Ｂ１とを比較すると、点Ａ１の方が熱効率は高いが、動力の伝達効率は低い。そして、トータルでのシステム効率は、点Ａ１よりも点Ｂ１の方が高い。無段変速モードが選択された場合に相当するトータルのシステム効率が点Ａ１となり、固定変速モードが選択された場合に相当するトータルのシステム効率が点Ｂ１となる場合は、固定変速モードが選択される。また、図７のマップを用いてモードを選択すると、所定車速および所定エンジン回転数である場合に、無段変速モードから固定変速モードに変更する場合を想定すると、電気回路５０における電気損失量の低減量が、エンジン２の熱効率の低下量よりも大きい場合に、固定変速モードが選択される。これに対して、電気回路５０における電気損失量の低減量が、エンジン２の熱効率の低下量以下である場合は、無段変速モードが選択される。なお、電気回路５０における電気損失量とは、エンジン２の動力が電気エネルギに変換され、さらに、その電気エネルギが動力に変換される時の損失量を意味する。

（制御例１）
つぎに、固定変速モードと無段変速モードとの切り替えをおこなうにあたり、トータルのシステム効率以外の条件を含む場合の制御例を説明する。図５のマップに示すように、固定変速モードが選択された場合は無段変速モードが選択された場合に比べて、エンジン２の熱効率が低く、エンジン２を構成するシリンダブロックおよびシリンダヘッドなどの構成部品の温度が高まりやすい。そこで、エンジン２を暖機させる要求の有無を判断し、その判断結果に基づいて、固定変速モードと無段変速モードとを選択的に切り替えることが可能である。このようなモードの切り替え制御の一例を、図１のフローチャートに基づいて説明する。この制御例１は、請求項１、２に対応するものである。

まず、エンジン２の暖機を促進する要求があるか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１の判断には、エンジン２の冷却水温、またはヒータ３７に対する暖房要求などが用いられる。例えば、運転されているエンジン２を停止させ、その後にエンジン２を再始動する場合を想定して、エンジンの再始動性を良好に保つためには、クランクシャフト１２の回転抵抗が低い方が好ましい。そして、エンジン２が暖機されて温度が高い方が、潤滑油の粘度が低くなり再始動性が良好となる。ここで、エンジン２の再始動性を冷却水温に基づいて間接的に判断すると、エンジン水温が所定温度未満である場合は、エンジンの再始動性が低いと考えられるため、エンジン２の再始動性を向上させるために、ステップＳ１で肯定的に判断される。これに対して、エンジン水温が所定温度以上である場合は、エンジンの再始動性が高いと考えられるため、エンジン２の再始動性を更に向上させる必要はなく、ステップＳ１で否定的に判断してもよいことになる。また、ヒータ３７は、冷却装置３６の冷却水と空気との間で熱交換をおこない、暖められた空気を室内に供給する構成を有しているため、暖房要求がある場合は、冷却水温度を高める必要があるため、ステップＳ１で肯定的に判断される。これに対して、暖房要求が無い場合は、ステップＳ１で否定的に判断してもよいことになる。なお、エンジン水温の判断に用いる「所定温度」は、潤滑油の粘度、冷却水温度に基づいてエンジン２の始動性を確保できるように、実験またはシミュレーションにより求めた値であり、この所定温度は電子制御装置３３に記憶されている。

この実施例では、エンジン２の再始動性を向上させる要求、または暖房要求の少なくとも一方がある場合は、ステップＳ１で肯定的に判断されて、現在、無段変速モードが選択されているか否かが判断される（ステップＳ２）。このステップＳ２で否定的に判断された場合は、この制御ルーチンを終了する。これに対して、ステップＳ２で肯定的に判断された場合は、現在選択されている無段変速モードから、固定変速モードに変更した場合に、要求駆動力を満足することができるか否かが判断される（ステップＳ３）。このステップＳ３の判断には、数式１を用いることができる。
要求駆動パワー＜（エンジン２の最大パワー＋第２モータ・ジェネレータＭＧ２ に供給可能なパワー） ・・・（１）
この数式１において「要求駆動パワー」は、前記した要求駆動力に基づいて求められる。また、「エンジン２の最大パワー」は、固定変速モードが選択された場合を想定し、かつ、現在の車速に応じたエンジン回転数および最大エンジントルクから求められる。さらに「モータ・ジェネレータＭＧ２に供給可能なパワー」は、要求駆動パワーの一部を、第２モータ・ジェネレータＭＧ２で負担する場合に加算されるものであり、第２モータ・ジェネレータＭＧ２で負担するべきパワーを、蓄電装置２８の出力および燃料電池の出力に換算したものである。なお、第２モータ・ジェネレータＭＧ２で負担するパワーは、変速機２５の変速比を考慮して算出されることは勿論である。このステップＳ３の各パラメータの算出に必要なマップおよび演算式は、予め電子制御装置３３に記憶されている。なお、ステップＳ３の処理が、図１では「要求駆動トルク＜固定時エンジン最大トルク＋バッテリ出力」として示されている。

そして、上記の式（１）が成立する場合は、現在選択されている無段変速モードから、固定変速モードに変更しても、要求駆動力を満足することが可能であることになる。そこで、ステップＳ３で肯定的に判断された場合は、無段変速モードから固定変速モードに切り替えて（ステップＳ４）、この制御ルーチンを終了する。固定変速モードが選択された場合は、無段変速モードが選択された場合に比べて、図５に示すように、エンジン２の熱効率が低く、エンジン２の暖機が促進されやすくなる。これに対して、ステップＳ３で否定的に判断された場合は、現在選択されている無段変速モードから、固定変速モードに変更すると、要求駆動力を満足することができなくなる可能性があるため、無段変速モードを維持し（ステップＳ５）、この制御ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１の判断時点で、エンジン２の再始動性を向上させる要求、または暖房要求のいずれも無い場合は、そのステップＳ１で否定的に判断されて、通常制御が実行され（ステップＳ６）、この制御ルーチンを終了する。

ステップＳ６で実行される「通常制御」とは、図７のマップを用いてモードを選択する処理である。すなわち、無段変速モードから固定変速モードを選択する場合を想定して、電気回路５０における電気損失の低減量が、エンジン２の熱効率の低下量よりも大きい場合に、固定変速モードが選択される。これに対して、電気回路５０における電気損失の低減量が、エンジン２の熱効率の低下量以下である場合は、無段変速モードが選択される。このように、図１の制御例によれば、エンジン２を暖機する要求がある場合は、固定変速モードが選択されて、動力分配装置４の変速比の制御範囲が狭められる。その結果、エンジン２の熱効率が低下して、エンジン２の暖機が促進される。したがって、運転されているエンジン２を停止させて、その後にエンジン２を再始動する場合に、そのエンジン２の再始動性が向上する。また、ヒータ３７の暖房機能を高めて、車室内の快適性を高めることができる。さらに、暖房要求がある場合、またはエンジン水温を高める要求がある場合に、固定変速モードが選択されるため、エンジン２の燃費悪化、およびシステム全体の効率の低下量を最小限とした上で、エンジン２を早期に暖機することができる。

ところで、ステップＳ１においては、外気温度に基づいてエンジン２の暖機要求の有無を判断することも可能である。具体的には、外気温度が予め定められた温度未満である場合は、ステップＳ１で肯定的に判断され、外気温度が予め定められた温度以上である場合は、ステップＳ１で否定的に判断されされるように、ルーチンを構成することである。外気温度の判断に用いる「予め定められた温度」の技術的意味は、エンジンの冷却水温度の場合と同じである。さらに、ステップＳ１においては、暖房要求があるか否かを判断しているが、暖房要求があり、かつ、ヒータ３７の設定温度が所定温度を越えているか否かを判断することも可能である。具体的には、ヒータ３７の設定温度が所定温度を越えている場合に、ステップＳ１で肯定的に判断され、ヒータ３７の設定温度が所定温度以下である場合に、ステップＳ１で否定的に判断するように、ルーチンを構成することも可能である。このように、ステップＳ１の判断内容を変更した場合でも、上記と同様の効果を得られる。ここで、図１に示された機能的手段と、請求項１、２に記載された発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１が、この発明の暖機要求判断手段に相当し、ステップＳ４が、この発明の暖機促進手段に相当し、ステップＳ６が、この発明の比較手段およびモード選択手段に相当する。

（制御例２）
つぎに、固定変速モードまたは無段変速モードを選択する場合に用いることの可能な他の制御例２を、図８に基づいて説明する。この制御例２は、請求項３の発明に相当するものである。また、制御例１と制御例２とは同時、または並行して実行されることはなく、いずれか一方の制御例を実行する場合は、他方の制御例は実行されない。なお、制御例１と制御例２とを使い分けるための具体的な構成としては、車両１の室内に、制御例１と制御例２とを選択的に切り替える操作装置（スイッチ、タッチパネル、レバー、ノブなど）３９を設けておき、この操作装置３９の操作信号が電子制御装置３３に入力されるように構成することが可能である。

まず、エンジン２を暖機する要求がないか否かが判断される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１では、エンジン２の冷却水温度が所定温度を越えている場合は、エンジン２の暖機要求がないと判断される。これは、エンジン２の冷却水温度が所定温度を越えている場合は、エンジン２の暖機が既に完了していることになるためである。冷却水温度に基づいてエンジン２の暖機要求の有無を判断する技術的意義は、制御例１におけるステップＳ１の場合と同じである。また、ステップＳ１１では、排気ガス浄化触媒３５の温度が所定温度を越えている場合も、エンジン２の暖機要求がないと判断される。その理由は、排気ガス浄化触媒３５はの温度が所定温度を越えている場合は、触媒が十分に活性化されており、排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物などを低減する機能が確保されていると考えられるからである。

このように、ステップＳ１１では、冷却水温度、または排気ガス浄化触媒３５の温度のうち、少なくとも一方の条件に基づいて、エンジン２を暖機する必要がないと判断された場合に、ステップＳ１１で肯定的に判断される。このステップＳ１１で肯定的に判断された場合は、オイル加熱装置３８で加熱されるオイルの温度が、所定温度を越えているか否かが判断される（ステップＳ１２）。このステップＳ１２は、無段変速モードを選択した場合に、オイルによりモータ・ジェネレータを冷却することにより、オイルの温度が上昇し過ぎないかどうかを確認するステップである。このステップＳ１２で肯定的に判断された場合は、現在、固定変速モードが選択されているか否かが判断される（ステップＳ１３）。このステップＳ１３で肯定的に判断された場合は、エンジン２の暖機が、現在以上に促進されること、またはエンジン２の暖機が維持されることを回避するため、固定変速モードから無段変速モードに切り替え（ステップＳ１４）、この制御ルーチンを終了する。図５に示すように、無段変速モードが選択された場合は、固定変速モードが選択された場合に比べて、エンジン２の熱効率が高く暖機が回避される。したがって、「エンジン２の暖機要求がない」という状況に合ったエンジン２の運転状態を選択できる。すなわち、トータルのシステム効率の低下量を、最小限に抑えることができる。

これに対して、ステップＳ１２で否定的に判断された場合、またはステップＳ１で否定的に判断された場合は、通常制御をおこない（ステップＳ１５）、この制御ルーチンを終了する。ステップＳ１５の処理は、図１のステップＳ６の処理と同じである。ここで、図８に示された機能的手段と、請求項３の発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１１が、この発明の暖機要求判断手段に相当し、ステップＳ１４が、この発明の暖機回避手段に相当する。ここで、図２に示された構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、キャリヤ１０およびリングギヤ１７およびサンギヤ７，１６およびリングギヤ８およびキャリヤ２０が、この発明における複数の回転要素に相当し、第１モータ・ジェネレータＭＧ１が、この発明の発電機に相当し、アウトプットシャフト２１が、この発明の駆動軸に相当する。

また、上記の動力分配装置４においては、リングギヤ８とアウトプットシャフト２１とが動力伝達可能に、具体的には一体回転するように連結されており、キャリヤ１０とエンジン２とが動力伝達可能に連結されている。したがって、動力分配装置４の変速比が、この発明における「エンジンと駆動軸との間の回転速度比」と等価の値となる。さらに、この発明の動力分配装置として、１組の遊星機構を備えたものを用いることも可能である。例えば、サンギヤおよびリングギヤと、ピニオンギヤを保持するキャリヤとを有するシングルピニオン型の遊星歯車機構を用いることが可能である。そして、この構成では、キャリヤが入力部材となり、サンギヤが反力部材となり、リングギヤが出力部材となる。さらに、サンギヤに接続する反力発生装置として、モータ・ジェネレータおよびブレーキを用いることができる。このブレーキは、摩擦ブレーキまたは噛み合いブレーキのいずれでもよい。このように動力分配装置を構成した場合、固定変速モードでは、ブレーキによりサンギヤを停止させるか、またはモータ・ジェネレータによりサンギヤを停止させる制御がおこなわれる。すなわち、エンジン回転数を制御することにより、動力分配装置の変速比を「１」未満の範囲で無段階に制御可能である。これに対して、無段変速モードでは、ブレーキが解放され、かつ、モータ・ジェネレータの回転数を制御することにより、動力分配装置の変速比を「１」未満の範囲、または「１」以上の範囲で無段階に制御可能である。なお、動力分配装置として１組の遊星機構を用いる場合、遊星歯車機構に代えて遊星ローラ機構を用いることも可能である。なお、図２に示すパワートレーンは、エンジン２の動力が後輪に伝達される構成の後輪駆動車であるが、この発明を、エンジンの動力が前輪に伝達される構成の前輪駆動車に適用することも可能である。この場合、回転要素の回転軸線は車両の幅方向に配置される。さらに、エンジンの動力が前輪および後輪に伝達される構成の四輪駆動車に適用することも可能である。

この発明のハイブリッド車の制御装置でおこなわれる制御例１を示すフローチャートである。 この発明を適用したハイブリッド車のパワートレーンおよび制御系統を示す概念図である。 図２に示された動力分配装置を固定変速モードにより制御する場合における回転要素の状態を示す共線図である。 図２に示された動力分配装置を無段変速モードにより制御する場合における回転要素の状態を示す共線図である。 図２に示された動力分配装置を固定変速モードまたは無段変速モードにより制御する場合に、エンジンの熱効率を比較する図である。 図２に示された動力分配装置を固定変速モードまたは無段変速モードにより制御する場合に、理論伝達効率を比較する図である。 図２に示された動力分配装置を固定変速モードまたは無段変速モードにより制御する場合に、トータルのシステム効率を比較する図である。 この発明のハイブリッド車の制御装置でおこなわれる制御例２を示すフローチャートである。

符号の説明

１…車両、 ２…エンジン、 ３…車輪、 ４…動力分配装置、 ７，１６…サンギヤ、 ８，１７…リングギヤ、 １０，２０…キャリヤ、 ５０…電気回路、 ＢＫ…ブレーキ、 ＭＧ１…第１モータ・ジェネレータ。

Claims (3)

1. 車輪に伝達する動力を発生するエンジンと、前記車輪と動力伝達可能に接続された駆動軸と、動力により回転されて発電をおこなう発電機と、差動回転可能な複数の回転要素を有し、かつ、複数の回転要素のうちの３つの回転要素が前記エンジンおよび前記発電機および前記駆動軸に別個に動力伝達可能に連結された動力分配装置とを有するとともに、
   前記エンジンと前記駆動軸との間の回転速度比を無段階に変化させる無段変速モードと、前記複数の回転要素のうち、前記エンジンおよび前記発電機および前記駆動軸のいずれにも接続されていない回転要素の回転を阻止することにより、前記回転速度比を固定する固定変速モードとを、切り替え可能に構成されているハイブリッド車の制御装置において、
   前記エンジンを暖機させる要求があるか否かを判断する暖機要求判断手段と、
   前記エンジンを暖機させる要求がある場合は、前記固定変速モードを選択して前記エンジンの暖機を促進する暖機促進手段と
   を備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
2. 前記発電機を含む電気回路が設けられており、
   前記エンジンを暖機させる要求がない場合は、前記固定変速モードを選択することにより生じる前記電気回路の電気損失の低減量と、前記無段変速モードを選択することにより生じる前記エンジンの熱効率の低下量とを比較し、電気損失の低減量の方が熱効率の低下量よりも多いか否かを判断する比較手段と、
   前記電気損失の低減量の方が熱効率の低下量よりも多いと判断された場合に、前記固定変速モードを選択するモード選択手段と
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。
3. 車輪に伝達する動力を発生するエンジンと、前記車輪と動力伝達可能に接続された駆動軸と、動力により回転されて発電をおこなう発電機と、差動回転可能な複数の回転要素を有し、かつ、複数の回転要素のうちの３つの回転要素が前記エンジンおよび前記発電機および前記駆動軸に別個に動力伝達可能に連結された動力分配装置とを有するとともに、
   前記エンジンと前記駆動軸との間の回転速度比を無段階に変化させる無段変速モードと、前記複数の回転要素のうち、前記エンジンおよび前記発電機および前記駆動軸のいずれにも接続されていない回転要素の回転を阻止することにより、前記回転速度比を固定する固定変速モードとを、切り替え可能に構成されているハイブリッド車の制御装置において、
   前記エンジンを暖機させる要求がないか否かを判断する暖機要求判断手段と、
   前記エンジンを暖機させる要求がない場合は、前記無段変速モードを選択して前記エンジンの暖機を回避する暖機回避手段と
   を備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。

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