JP2009144575A - 車両用動力伝達装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の作動方式に切換可能なエンジンと、そのエンジンに連結される変速部とを、備える車両用動力伝達装置において、作動方式の切換時に発生する切換ショックを抑制することができる車両用動力伝達装置の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン8のリッチ燃焼方式への切換判定を受けると、エンジン出力特性変更手段80は、差動部11の変速開始後にリッチ燃焼方式への切換を実行するため、エンジン8のリッチ燃焼方式への切換判定から少し遅れて切換が実行される。このとき、差動部11の変速比をリッチ燃焼方式への切換後に対応する動作点となるように変速を予め実施することで、リッチ燃焼方式への切換時の切換ショックを低減させることができる。
【選択図】図6
【解決手段】エンジン8のリッチ燃焼方式への切換判定を受けると、エンジン出力特性変更手段80は、差動部11の変速開始後にリッチ燃焼方式への切換を実行するため、エンジン8のリッチ燃焼方式への切換判定から少し遅れて切換が実行される。このとき、差動部11の変速比をリッチ燃焼方式への切換後に対応する動作点となるように変速を予め実施することで、リッチ燃焼方式への切換時の切換ショックを低減させることができる。
【選択図】図6
Description
本発明は、複数の作動方式に切換可能なエンジンと、そのエンジンに連結される変速部とを、備える車両用動力伝達装置の制御装置に係り、特に、作動方式の切換時に発生する切換ショックを抑制することができる車両用動力伝達装置の制御装置に関するものである。
複数の作動方式に切換可能なエンジンと、そのエンジンに連結される変速部と、そのエンジンの作動方式を車両の状態に応じて切り換えるエンジン出力特性変更手段と、前記変速部の変速を制御する変速制御手段とを、備える車両用動力伝達装置の制御装置が知られている。例えば、特許文献1の車両の無段変速機制御装置がその一例である。特許文献1では、エンジンの作動方式が切り換えられるとエンジンから出力される出力トルクが変更されるが、その出力トルクの段差を吸収するように無段変速機の変速比を制御する技術が開示されている。
ところで、特許文献1の車両の無段変速機制御装置では、作動方式の切換に同期させて、エンジンの出力トルクの段差を吸収するように無段変速機の変速比を制御することで切換ショックを低減させているが、変速比の制御は、エンジンのトルクの急激な変化に対して緩やかな変化であるために十分な制御とは言えず、切換ショックが発生する可能性があった。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、複数の作動方式に切換可能なエンジンと、そのエンジンに連結される変速部とを、備える車両用動力伝達装置において、作動方式の切換時に発生する切換ショックを抑制することができる車両用動力伝達装置の制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するための、請求項1にかかる発明の要旨とするところは、(a)複数の作動方式に切換可能なエンジンと、そのエンジンに連結される変速部と、そのエンジンの作動方式を切り換えるエンジン出力特性変更手段と、前記変速部の変速を制御する変速制御手段とを、備える車両用動力伝達装置の制御装置において、(b)前記エンジンの作動方式の切換判定を受けると、前記エンジン出力特性変更手段は、前記変速部の変速開始後に前記作動方式の切換を実行することを特徴とする。
また、請求項2にかかる発明の要旨とするところは、請求項1の車両用動力伝達装置の制御装置において、(a)前記エンジン出力特性変更手段は、前記エンジンの空燃比をリーン燃焼方式とリッチ燃焼方式とに選択的に切り換えるものであり、(b)前記空燃比がリーン燃焼方式からリッチ燃焼方式へ切り換えられる場合、前記変速制御手段は、前記変速部をアップシフトさせることを特徴とする。
また、請求項3にかかる発明の要旨とするところは、請求項1の車両用動力伝達装置の制御装置において、(a)前記エンジン出力特性変更手段は、前記エンジンの作動気筒数を切り換えるものであり、(b)前記エンジンの作動気筒数が増加側に切り換えられる場合、前記変速制御手段は、前記変速部をアップシフトさせることを特徴とする。
また、請求項4にかかる発明の要旨とするところは、請求項1乃至3のいずれか1つの車両用動力伝達装置の制御装置において、前記変速部は、無段変速部であることを特徴とする。
また、請求項5にかかる発明の要旨とするところは、請求項4の車両用動力伝達装置の制御装置において、前記変速部は、差動機構の回転要素に連結された電動機の回転速度を制御することにより、変速比を無段階的に変更可能な電気式無段変速部であることを特徴とする。
また、請求項6にかかる発明の要旨とするところは、請求項4の車両用動力伝達装置の制御装置において、前記変速部は、ベルトの巻掛け径を制御することにより、変速比を無段階的に変更可能なベルト式無段変速部であることを特徴とする。
また、請求項7にかかる発明の要旨とするところは、請求項5または6の車両用動力伝達装置の制御装置において、前記エンジンの作動方式切換前に、電動機によるトルク変動吸収制御が実施されることを特徴とする。
また、請求項8にかかる発明の要旨とするところは、請求項5乃至7のいずれか1つの車両用動力伝達装置の制御装置において、前記エンジンの作動方式の切換後に、電動機によるトルク変動吸収制御が実施されることを特徴とする。
また、請求項9にかかる発明の要旨とするところは、請求項1乃至8のいずれか1つの車両用動力伝達装置の制御装置において、前記変速部の変速は、前記作動方式の切換による駆動力の変化を抑制するように変速を行うものであることを特徴とする。
請求項1にかかる発明の車両用動力伝達装置の制御装置によれば、前記エンジンの作動方式の切換判定を受けると、前記エンジン出力特性変更手段は、前記変速部の変速開始後に前記作動方式の切換を実行するため、エンジンの作動方式の切換判定から少し遅れて切換が実行される。このとき、変速部の変速比を作動方式の切換後に対応する動作点となるように変速を予め実施することで、作動方式の切換時の切換ショックを低減させることができる。
また、請求項2にかかる発明の車両用動力伝達装置の制御装置によれば、前記空燃比がリーン燃焼方式からリッチ燃焼方式へ切り換えられる場合、前記変速制御手段は前記変速部をアップシフトさせるため、エンジンのトルク増大に対して、変速部の変速比がそのトルク増大を相殺する方向に予め変更される。これにより、燃焼方式の切換時の切換ショックが好適に低減される。
また、請求項3にかかる発明の車両用動力伝達装置の制御装置によれば、前記エンジンの作動気筒数が増加側に切り換えられる場合、前記変速制御手段は、前記変速部をアップシフトさせるため、作動気筒数の増加によるエンジンのトルク増大に対して、変速部の変速比がそのトルク増大を相殺する方向に予め変更される。これにより、作動気筒数の切換時の切換ショックを好適に低減することができる。
また、請求項4にかかる発明の車両用動力伝達装置の制御装置によれば、前記変速部は、無段変速部であるため、変速比を無段階的に変更することができる。これにより、エンジンの作動方式の切換によるトルク増大に対して、好適な変速比に変更することができるので、切換ショックを好適に低減することができる。
また、請求項5にかかる発明の車両用動力伝達装置の制御装置によれば、前記変速部は、差動機構の回転要素に連結された電動機の回転速度を制御することにより、変速比を無段階的に変更可能な電気式無段変速部であるため、前記電動機によって変速比をエンジンの作動方式の変更に応じて好適な値に変更することができる。これにより、切換ショックを好適に低減することができる。
また、請求項6にかかる発明の車両用動力伝達装置の制御装置によれば、前記変速部は、ベルトの巻掛け径を制御することにより、変速比を無段階的に変更可能なベルト式無段変速部であるため、巻掛け径を制御することにより、変速比をエンジンの作動方式の変更に応じて好適な値に変更することができる。これにより、切換ショックを好適に低減することができる。
また、請求項7にかかる発明の車両用動力伝達装置の制御装置によれば、前記エンジンの作動方式切換前に、電動機によるトルク変動吸収制御が実施されるため、運転者のアクセルペダルの踏み込みなどによる要求出力トルクの変化を電動機によって調整することができる。すなわち、作動方式の切換を遅延させることによって生じるトルク不足による違和感を、電動機によって調整することができる。
また、請求項8にかかる発明の車両用動力伝達装置の制御装置によれば、前記エンジンの作動方式の切換後に、電動機によるトルク変動吸収制御が実施されるため、作動方式の切換時に発生するエンジンのトルク変動に対する出力トルクの変動を一層低減させることができる。また、電動機による制御であるため、エンジンの急激なトルク変動に対しても迅速な制御が可能となる。
また、請求項9にかかる発明の車両用動力伝達装置の制御装置によれば、前記変速部の変速は、前記作動方式の切換による駆動力の変化を抑制するように変速を行うものであるため、作動方式切換前後で同じ駆動力を発生させるように変速され、切換ショックを好適に低減することができる。
ここで、好適には、アクセル開度の変化率が所定値以上であれば、速やかにエンジンの作動方式が切り換えられるため、運転者の加速要求に応じて作動方式のタイミングを好適に切り換えることができる。すなわち、運転者の加速要求が強い場合、エンジンの作動方式の切換を優先させることで、速やかな加速が可能となる。
また、好適には、前記電気式差動部は、遊星歯車装置と2つの電動機で構成される電気的な無段変速部である。このようにすれば、電動機によって差動ギヤの回転要素の回転速度を制御することにより、電気式差動部の変速比が無段階的に得られると共に、幅広い変速比を得ることができる。
また、好適には、前記エンジンの燃焼方式がリーン燃焼方式からリッチ燃焼方式へ切り換えられる場合、或いはエンジンの作動気筒数が増加される場合において、エンジンの作動方式の切換判定から作動方式の切換実施までの間、前記電動機の出力トルクを増加させるものである。このようにすれば、作動方式の切換判定から作動方式の切換実施までの間に発生するトルク不足を補うことができる。
また、好適には、前記エンジンの燃焼方式がリーン燃焼方式からリッチ燃焼方式へ切り換えられる場合、或いは前記エンジンの作動気筒数が増加される場合において、作動方式の切換実施に伴って、前記電動機の出力トルクを低下させるものである。このようにすれば、エンジンのトルク増加によるトルク変動を相殺することができ、ショックを低減することができる。
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明の制御装置が適用されるハイブリッド車両用動力伝達装置の一部を構成する変速機構10を説明する骨子図である。図1において、変速機構10は車体に取り付けられる非回転部材としてのトランスミッションケース12(以下、「ケース12」という)内において共通の軸心上に配設された入力回転部材として機能する入力軸14と、この入力軸14に直接に或いは図示しない脈動吸収ダンパー(振動減衰装置)を介して直接に連結された差動部11と、その差動部11と駆動輪38(図6参照)との間の動力伝達経路で伝達部材(差動機構の出力軸)18を介して直列に連結されている有段式の変速部として機能する自動変速部20と、この自動変速部20に連結されている出力回転部材として機能する出力軸22とを直列に備えている。この変速機構10は、車両において縦置きされるFR(フロントエンジン・リヤドライブ)型車両に好適に用いられるものであり、入力軸14に直接に或いは図示しない脈動吸収ダンパーを介して直接的に連結された走行用の駆動力源として例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の駆動力発生源であるエンジン8と一対の駆動輪38(図6参照)との間に設けられて、エンジン8からの動力を動力伝達経路の一部を構成する差動歯車装置(終減速機)36および一対の車軸等を順次介して左右の駆動輪38へ伝達する。なお、本実施例の変速機構10が本発明の車両用動力伝達装置に対応しており、差動部11が本発明の変速部および電気式差動部に対応している。
このように、本実施例の変速機構10においてはエンジン8と差動部11とは直結されている。この直結にはトルクコンバータやフルードカップリング等の流体式伝動装置を介することなく連結されているということであり、例えば上記脈動吸収ダンパーなどを介する連結はこの直結に含まれる。なお、変速機構10はその軸心に対して対称的に構成されているため、図1の骨子図においてはその下側が省略されている。
第1電動機M1の運転状態が制御されることにより差動状態が制御されるという点で電気式差動部と言うことができる差動部11は、第1電動機M1と、入力軸14に入力されたエンジン8の出力を機械的に分配する機械的機構であってエンジン8の出力を第1電動機M1および伝達部材18に分配する差動機構としての動力分配機構16とを、備えている。また、伝達部材18と一体的に回転するように第2電動機M2が接続されている。また、第1電動機M1および第2電動機M2は発電機能をも有する所謂モータジェネレータであるが、第1電動機M1は反力を発生させるためのジェネレータ(発電)機能を少なくとも備え、第2電動機M2は走行用の駆動力源として駆動力を出力するためのモータ(電動機)機能を少なくとも備える。なお、本実施例の第1電動機M1が本発明の差動機構の回転要素に連結された電動機に対応している。
本発明の差動機構に対応する動力分配機構16は、例えば「0.418」程度の所定のギヤ比ρ0を有するシングルピニオン型の差動部遊星歯車装置24と、切換クラッチC0および切換ブレーキB0とを主体的に備えている。この差動部遊星歯車装置24は、差動部サンギヤS0、差動部遊星歯車P0、その差動部遊星歯車P0を自転および公転可能に支持する差動部キャリヤCA0、差動部遊星歯車P0を介して差動部サンギヤS0と噛み合う差動部リングギヤR0を回転要素(要素)として備えている。差動部サンギヤS0の歯数をZS0、差動部リングギヤR0の歯数をZR0とすると、上記ギヤ比ρ0はZS0/ZR0である。
この動力分配機構16においては、差動部キャリヤCA0は入力軸14すなわちエンジン8に連結され、差動部サンギヤS0は第1電動機M1に連結され、差動部リングギヤR0は伝達部材18に連結されている。また、切換ブレーキB0は差動部サンギヤS0とケース12との間に設けられ、切換クラッチC0は差動部サンギヤS0と差動部キャリヤCA0との間に設けられている。それら切換クラッチC0および切換ブレーキB0が解放されると、動力分配機構16は差動部遊星歯車装置24の3要素である差動部サンギヤS0、差動部キャリヤCA0、差動部リングギヤR0がそれぞれ相互に相対回転可能とされて差動作用が作動可能なすなわち差動作用が働く差動状態とされることから、エンジン8の出力が第1電動機M1と伝達部材18とに分配されるとともに、分配されたエンジン8の出力の一部で第1電動機M1から発生させられた電気エネルギで蓄電されたり第2電動機M2が回転駆動されるので、差動部11(動力分配機構16)は電気的な差動装置として機能させられて例えば差動部11は所謂無段変速状態(電気的CVT状態)とされて、エンジン8の所定回転に拘わらず伝達部材18の回転が連続的に変化させられる。すなわち、動力分配機構16に動力伝達可能に連結された第1電動機M1および第2電動機M2の運転状態が制御されることによりエンジン8に連結された入力軸14の回転速度と出力軸として機能する伝達部材18の回転速度との差動状態が制御される。なお、伝達部材18の回転速度N18は、第2電動機M2近傍に設けられている回転方向をも検出可能なレゾルバ19によって検出される。
この状態で、上記切換クラッチC0或いは切換ブレーキB0が係合させられると動力分配機構16は前記差動作用をしないすなわち差動作用が不能な非差動状態とされる。具体的には、上記切換クラッチC0が係合させられて差動部サンギヤS0と差動部キャリヤCA0とが一体的に係合させられると、動力分配機構16は差動部遊星歯車装置24の3要素である差動部サンギヤS0、差動部キャリヤCA0、差動部リングギヤR0が共に回転すなわち一体回転させられるロック状態とされて前記差動作用が不能な非差動状態とされることから、差動部11も非差動状態とされる。また、エンジン8の回転と伝達部材18の回転速度とが一致する状態となるので、差動部11(動力分配機構16)は変速比γ0が「1」に固定された変速機として機能する定変速状態すなわち有段変速状態とされる。次いで、上記切換クラッチC0に替えて切換ブレーキB0が係合させられて差動部サンギヤS0がケース12に連結させられると、動力分配機構16は差動部サンギヤS0が非回転状態とさせられるロック状態とされて前記差動作用が不能な非差動状態とされることから、差動部11も非差動状態とされる。また、差動部リングギヤR0は差動部キャリヤCA0よりも増速回転されるので、動力分配機構16は増速機構として機能するものであり、差動部11(動力分配機構16)は変速比γ0が「1」より小さい値例えば0.7程度に固定された増速変速機として機能する定変速状態すなわち有段変速状態とされる。
このように、本実施例では、上記切換クラッチC0および切換ブレーキB0は、差動部11(動力分配機構16)の変速状態を差動状態すなわち非ロック状態と非差動状態すなわちロック状態とに、すなわち差動部11(動力分配機構16)を電気的な差動装置として作動可能な差動状態例えば変速比が連続的変化可能な無段変速機として作動する電気的な無段変速作動可能な無段変速状態と、電気的な無段変速作動しない変速状態例えば無段変速機として作動させず無段変速作動を非作動として変速比変化を一定にロックするロック状態すなわち1または2種類以上の変速比の単段または複数段の変速機として作動する電気的な無段変速作動をしないすなわち電気的な無段変速作動不能な定変速状態(非差動状態)、換言すれば変速比が一定の1段または複数段の変速機として作動する定変速状態とに選択的に切換える差動状態切換装置として機能している。
差動部11と駆動輪38との間の動力伝達経路の一部を構成する自動変速部20は、シングルピニオン型の第1遊星歯車装置26、シングルピニオン型の第2遊星歯車装置28、およびシングルピニオン型の第3遊星歯車装置30を備えている。第1遊星歯車装置26は、第1サンギヤS1、第1遊星歯車P1、その第1遊星歯車P1を自転および公転可能に支持する第1キャリヤCA1、第1遊星歯車P1を介して第1サンギヤS1と噛み合う第1リングギヤR1を備えており、例えば「0.562」程度の所定のギヤ比ρ1を有している。第2遊星歯車装置28は、第2サンギヤS2、第2遊星歯車P2、その第2遊星歯車P2を自転および公転可能に支持する第2キャリヤCA2、第2遊星歯車P2を介して第2サンギヤS2と噛み合う第2リングギヤR2を備えており、例えば「0.425」程度の所定のギヤ比ρ2を有している。第3遊星歯車装置30は、第3サンギヤS3、第3遊星歯車P3、その第3遊星歯車P3を自転および公転可能に支持する第3キャリヤCA3、第3遊星歯車P3を介して第3サンギヤS3と噛み合う第3リングギヤR3を備えており、例えば「0.421」程度の所定のギヤ比ρ3を有している。第1サンギヤS1の歯数をZS1、第1リングギヤR1の歯数をZR1、第2サンギヤS2の歯数をZS2、第2リングギヤR2の歯数をZR2、第3サンギヤS3の歯数をZS3、第3リングギヤR3の歯数をZR3とすると、上記ギヤ比ρ1はZS1/ZR1、上記ギヤ比ρ2はZS2/ZR2、上記ギヤ比ρ3はZS3/ZR3である。
自動変速部20では、第1サンギヤS1と第2サンギヤS2とが一体的に連結されて第2クラッチC2を介して伝達部材18に選択的に連結されるとともに第1ブレーキB1を介してケース12に選択的に連結され、第1キャリヤCA1は第2ブレーキB2を介してケース12に選択的に連結され、第3リングギヤR3は第3ブレーキB3を介してケース12に選択的に連結され、第1リングギヤR1と第2キャリヤCA2と第3キャリヤCA3とが一体的に連結されて出力軸22に連結され、第2リングギヤR2と第3サンギヤS3とが一体的に連結されて第1クラッチC1を介して伝達部材18に選択的に連結されている。
このように、自動変速部20と伝達部材18とは自動変速部20の変速段を成立させるために用いられる第1クラッチC1または第2クラッチC2を介して選択的に連結されている。言い換えれば、第1クラッチC1および第2クラッチC2は、差動部11の出力軸として機能する伝達部材18と自動変速部20との間すなわち差動部11(伝達部材18)と駆動輪38との間の動力伝達経路を、その動力伝達経路の動力伝達を可能とする動力伝達可能状態と、その動力伝達経路の動力伝達を遮断する動力伝達遮断状態とに選択的に切り換える係合装置として機能している。つまり、第1クラッチC1および第2クラッチC2の少なくとも一方が係合されることで上記動力伝達経路が動力伝達可能状態とされ、或いは第1クラッチC1および第2クラッチC2が解放されることで上記動力伝達経路が動力伝達遮断状態とされる。
前記切換クラッチC0、第1クラッチC1、第2クラッチC2、切換ブレーキB0、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、および第3ブレーキB3は従来の車両用有段式自動変速機においてよく用いられている油圧式摩擦係合装置であって、互いに重ねられた複数枚の摩擦板が油圧アクチュエータにより押圧される湿式多板型や、回転するドラムの外周面に巻き付けられた1本または2本のバンドの一端が油圧アクチュエータによって引き締められるバンドブレーキなどにより構成され、それが介装されている両側の部材を選択的に連結するためのものである。
以上のように構成された変速機構10では、例えば、図2の係合作動表に示されるように、前記切換クラッチC0、第1クラッチC1、第2クラッチC2、切換ブレーキB0、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、および第3ブレーキB3が選択的に係合作動させられることにより、第1速ギヤ段(第1変速段)乃至第5速ギヤ段(第5変速段)のいずれか或いは後進ギヤ段(後進変速段)或いはニュートラルが選択的に成立させられ、略等比的に変化する変速比γ(=入力軸回転速度NIN/出力軸回転速度NOUT)が各ギヤ段毎に得られるようになっている。特に、本実施例では動力分配機構16に切換クラッチC0および切換ブレーキB0が備えられており、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れかが係合作動させられることによって、差動部11は前述した無段変速機として作動する無段変速状態に加え、変速比が一定の変速機として作動する定変速状態を構成することが可能とされている。したがって、変速機構10では、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れかを係合作動させることで定変速状態とされた差動部11と自動変速部20とで有段変速機として作動する有段変速状態が構成され、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れも係合作動させないことで無段変速状態とされた差動部11と自動変速部20とで電気的な無段変速機として作動する無段変速状態が構成される。言い換えれば、変速機構10は、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れかを係合作動させることで有段変速状態に切り換えられ、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れも係合作動させないことで無段変速状態に切り換えられる。また、差動部11も有段変速状態と無段変速状態とに切り換え可能な変速機であると言える。なお、出力軸回転速度NOUTは、出力軸22に設けられている回転速度センサ23によって検出される。この回転速度センサ23は、出力軸22の回転速度NOUTを検出するとともに出力軸22の回転方向をも検出可能となっており、車両の進行方向を検知することができる。
例えば、変速機構10が有段変速機として機能する場合には、図2に示すように、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第3ブレーキB3の係合により、変速比γ1が最大値例えば「3.357」程度である第1速ギヤ段が成立させられ、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第2ブレーキB2の係合により、変速比γ2が第1速ギヤ段よりも小さい値例えば「2.180」程度である第2速ギヤ段が成立させられ、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第1ブレーキB1の係合により、変速比γ3が第2速ギヤ段よりも小さい値例えば「1.424」程度である第3速ギヤ段が成立させられ、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第2クラッチC2の係合により、変速比γ4が第3速ギヤ段よりも小さい値例えば「1.000」程度である第4速ギヤ段が成立させられ、第1クラッチC1、第2クラッチC2、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ5が第4速ギヤ段よりも小さい値例えば「0.705」程度である第5速ギヤ段が成立させられる。また、第2クラッチC2および第3ブレーキB3の係合により、変速比γRが第1速ギヤ段と第2速ギヤ段との間の値例えば「3.209」程度である後進ギヤ段が成立させられる。なお、ニュートラル「N」状態とする場合には、例えば全てのクラッチ及びブレーキC0、C1、C2、B0、B1、B2、B3が解放される。
しかし、変速機構10が無段変速機として機能する場合には、図2に示される係合表の切換クラッチC0および切換ブレーキB0が共に解放される。これにより、差動部11が無段変速機として機能し、それに直列の自動変速部20が有段変速機として機能することにより、自動変速部20の第1速、第2速、第3速、第4速の各ギヤ段に対しその自動変速部20に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって変速機構10全体としてのトータル変速比(総合変速比)γTが無段階に得られるようになる。
図3は、無段変速部として機能する差動部11と有段変速部として機能する自動変速部20とから構成される変速機構10において、ギヤ段毎に連結状態が異なる各回転要素の回転速度の相対関係を直線上で表すことができる共線図を示している。この図3の共線図は、各遊星歯車装置24、26、28、30のギヤ比ρの関係を示す横軸と、相対的回転速度を示す縦軸とから成る二次元座標であり、3本の横線のうちの下側の横線X1が回転速度零を示し、上側の横線X2が回転速度「1.0」すなわち入力軸14に連結されたエンジン8の回転速度NEを示し、横線XGが伝達部材18の回転速度を示している。
また、差動部11を構成する動力分配機構16の3つの要素に対応する3本の縦線Y1、Y2、Y3は、左側から順に第2回転要素(第2要素)RE2に対応する差動部サンギヤS0、第1回転要素(第1要素)RE1に対応する差動部キャリヤCA0、第3回転要素(第3要素)RE3に対応する差動部リングギヤR0の相対回転速度を示すものであり、それらの間隔は差動部遊星歯車装置24のギヤ比ρ0に応じて定められている。さらに、自動変速部20の5本の縦線Y4、Y5、Y6、Y7、Y8は、左から順に、第4回転要素(第4要素)RE4に対応し且つ相互に連結された第1サンギヤS1および第2サンギヤS2を、第5回転要素(第5要素)RE5に対応する第1キャリヤCA1を、第6回転要素(第6要素)RE6に対応する第3リングギヤR3を、第7回転要素(第7要素)RE7に対応し且つ相互に連結された第1リングギヤR1、第2キャリヤCA2、第3キャリヤCA3を、第8回転要素(第8要素)RE8に対応し且つ相互に連結された第2リングギヤR2、第3サンギヤS3をそれぞれ表し、それらの間隔は第1、第2、第3遊星歯車装置26、28、30のギヤ比ρ1、ρ2、ρ3に応じてそれぞれ定められている。共線図の縦軸間の関係においてサンギヤとキャリヤとの間が「1」に対応する間隔とされるとキャリヤとリングギヤとの間が遊星歯車装置のギヤ比ρに対応する間隔とされる。すなわち、差動部11では縦線Y1とY2との縦線間が「1」に対応する間隔に設定され、縦線Y2とY3との間隔はギヤ比ρ0に対応する間隔に設定される。また、自動変速部20では各第1、第2、第3遊星歯車装置26、28、30毎にそのサンギヤとキャリヤとの間が「1」に対応する間隔に設定され、キャリヤとリングギヤとの間がρに対応する間隔に設定される。
上記図3の共線図を用いて表現すれば、本実施例の変速機構10は、動力分配機構16(差動部11)において、差動部遊星歯車装置24の第1回転要素RE1(差動部キャリヤCA0)が入力軸14すなわちエンジン8に連結されるとともに切換クラッチC0を介して第2回転要素(差動部サンギヤS0)RE2と選択的に連結され、第2回転要素RE2が第1電動機M1に連結されるとともに切換ブレーキB0を介してケース12に選択的に連結され、第3回転要素(差動部リングギヤR0)RE3が伝達部材18および第2電動機M2に連結されて、入力軸14の回転を伝達部材18を介して自動変速部(有段変速部)20へ伝達する(入力させる)ように構成されている。このとき、Y2とX2の交点を通る斜めの直線L0により差動部サンギヤS0の回転速度と差動部リングギヤR0の回転速度との関係が示される。
例えば、上記切換クラッチC0および切換ブレーキB0の解放により無段変速状態(差動状態)に切換えられたときは、第1電動機M1の回転速度を制御することによって直線L0と縦線Y1との交点で示される差動部サンギヤS0の回転が上昇或いは下降させられると、車速Vに拘束される差動部リングギヤR0の回転速度が略一定である場合には、直線L0と縦線Y2との交点で示される差動部キャリヤCA0の回転速度が上昇或いは下降させられる。また、切換クラッチC0の係合により差動部サンギヤS0と差動部キャリヤCA0とが連結されると、動力分配機構16は上記3回転要素が一体回転する非差動状態とされるので、直線L0は横線X2と一致させられ、エンジン回転速度NEと同じ回転で伝達部材18が回転させられる。或いは、切換ブレーキB0の係合によって差動部サンギヤS0の回転が停止させられると動力分配機構16は増速機構として機能する非差動状態とされるので、直線L0は図3に示す状態となり、その直線L0と縦線Y3との交点で示される差動部リングギヤR0すなわち伝達部材18の回転速度は、エンジン回転速度NEよりも増速された回転で自動変速部20へ入力される。
また、自動変速部20において第4回転要素RE4は第2クラッチC2を介して伝達部材18に選択的に連結されるとともに第1ブレーキB1を介してケース12に選択的に連結され、第5回転要素RE5は第2ブレーキB2を介してケース12に選択的に連結され、第6回転要素RE6は第3ブレーキB3を介してケース12に選択的に連結され、第7回転要素RE7は出力軸22に連結され、第8回転要素RE8は第1クラッチC1を介して伝達部材18に選択的に連結されている。
自動変速部20では、図3に示すように、第1クラッチC1と第3ブレーキB3とが係合させられることにより、第8回転要素RE8の回転速度を示す縦線Y8と横線X2との交点と第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6と横線X1との交点とを通る斜めの直線L1と、出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第1速の出力軸22の回転速度が示される。同様に、第1クラッチC1と第2ブレーキB2とが係合させられることにより決まる斜めの直線L2と出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第2速の出力軸22の回転速度が示され、第1クラッチC1と第1ブレーキB1とが係合させられることにより決まる斜めの直線L3と出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第3速の出力軸22の回転速度が示され、第1クラッチC1と第2クラッチC2とが係合させられることにより決まる水平な直線L4と出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第4速の出力軸22の回転速度が示される。上記第1速乃至第4速では、切換クラッチC0が係合させられている結果、エンジン回転速度NEと同じ回転速度で第8回転要素RE8に差動部11すなわち動力分配機構16からの動力が入力される。しかし、切換クラッチC0に替えて切換ブレーキB0が係合させられると、差動部11からの動力がエンジン回転速度NEよりも高い回転速度で入力されることから、第1クラッチC1、第2クラッチC2、および切換ブレーキB0が係合させられることにより決まる水平な直線L5と出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第5速の出力軸22の回転速度が示される。
前記エンジン8は、燃料が気筒内噴射される筒内噴射式エンジンであり、エンジン8の運転空燃比(以下、空燃比という)A/F(吸入空気量/燃料噴射量)が制御可能なエンジンでもある。例えば、軽負荷走行時においては、空燃比A/Fが理論空燃比(ストイキ)よりも大きいすなわち混合気の燃料の割合が少ない希薄状態(リーン燃焼方式)でエンジンを作動させる希薄燃料運転(リーンバーン運転)が行われて燃料消費量が減少させられる。また、発進時や急加速時、中・高負荷走行時においては、理論空燃比付近例えば空燃比A/Fが理論空燃比よりも小さいすなわち混合気の燃料の割合が多いリッチ燃焼方式でエンジンを作動させて所望の出力が得られる。
図4は、本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置の一部を構成する変速機構10を制御するための制御装置である電子制御装置40に入力される信号及びその電子制御装置40から出力される信号を例示している。この電子制御装置40は、CPU、ROM、RAM、及び入出力インターフェースなどから成る所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、RAMの一時記憶機能を利用しつつROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことによりエンジン8、第1電動機M1、第2電動機M2に関するハイブリッド駆動制御、自動変速部20の変速制御等の駆動制御を実行するものである。
電子制御装置40には、図4に示す各センサやスイッチなどから、エンジン水温TEMPWを示す信号、シフトポジションSPを表す信号、第1電動機M1の回転速度NM1を表す信号、第2電動機M2の回転速度NM2を表す信号、エンジン8の回転速度であるエンジン回転速度NEを表す信号、ギヤ比列設定値を示す信号、Mモード(手動変速走行モード)を指令する信号、エアコンの作動を示すエアコン信号、出力軸22の回転速度NOUTに対応する車速V並びに回転方向を表す信号、自動変速部20の作動油温を示す油温信号、サイドブレーキ操作を示す信号、フットブレーキ操作を示す信号、触媒温度を示す触媒温度信号、運転者の出力要求量に対応するアクセルペダルの操作量Accを示すアクセル開度信号、カム角信号、スノーモード設定を示すスノーモード設定信号、車両の前後加速度を示す加速度信号、オートクルーズ走行を示すオートクルーズ信号、車両の重量を示す車重信号、各車輪の車輪速を示す車輪速信号、エンジン8の空燃比A/Fを示す信号、スロットル弁開度θTHを示す信号などが、それぞれ供給される。
また、上記電子制御装置40からは、エンジン出力を制御するエンジン出力制御装置43(図6参照)への制御信号例えばエンジン8の吸気管95に備えられた電子スロットル弁96の開度θTHを操作するスロットルアクチュエータ97への駆動信号や燃料噴射装置98によるエンジン8の各気筒内への燃料供給量を制御する燃料供給量信号や点火装置99によるエンジン8の点火時期を指令する点火信号、過給圧を調整するための過給圧調整信号、電動エアコンを作動させるための電動エアコン駆動信号、電動機M1およびM2の作動を指令する指令信号、シフトインジケータを作動させるためのシフトポジション(操作位置)表示信号、ギヤ比を表示させるためのギヤ比表示信号、スノーモードであることを表示させるためのスノーモード表示信号、制動時の車輪のスリップを防止するABSアクチュエータを作動させるためのABS作動信号、Mモードが選択されていることを表示させるMモード表示信号、差動部11や自動変速部20の油圧式摩擦係合装置の油圧アクチュエータを制御するために油圧制御回路42(図6参照)に含まれる電磁弁を作動させるバルブ指令信号、この油圧制御回路42の油圧源である電動油圧ポンプを作動させるための駆動指令信号、電動ヒータを駆動するための信号、クルーズコントロール制御用コンピュータへの信号等が、それぞれ出力される。
図5は複数種類のシフトポジションSPを人為的操作により切り換える切換装置としてのシフト操作装置48の一例を示す図である。このシフト操作装置48は、例えば運転席の横に配設され、複数種類のシフトポジションSPを選択するために操作されるシフトレバー49を備えている。
そのシフトレバー49は、変速機構10内つまり自動変速部20内の動力伝達経路が遮断されたニュートラル状態すなわち中立状態とし且つ自動変速部20の出力軸22をロックするための駐車ポジション「P(パーキング)」、後進走行のための後進走行ポジション「R(リバース)」、変速機構10内の動力伝達経路が遮断された中立状態とするための中立ポジション「N(ニュートラル)」、変速機構10の変速可能なトータル変速比γTの変化範囲内で自動変速制御を実行させる前進自動変速走行ポジション「D(ドライブ)」、または手動変速走行モード(手動モード)を成立させて上記自動変速制御における高速側の変速段を制限する所謂変速レンジを設定するための前進手動変速走行ポジション「M(マニュアル)」へ手動操作されるように設けられている。
上記シフトレバー49の各シフトポジションSPへの手動操作に連動して図2の係合作動表に示す後進ギヤ段「R」、ニュートラル「N」、前進ギヤ段「D」における各変速段等が成立するように、例えば油圧制御回路42が電気的に切り換えられる。
上記「P」乃至「M」ポジションに示す各シフトポジションSPにおいて、「P」ポジションおよび「N」ポジションは、車両を走行させないときに選択される非走行ポジションであって、例えば図2の係合作動表に示されるように第1クラッチC1および第2クラッチC2のいずれもが解放されるような自動変速部20内の動力伝達経路が遮断された車両を駆動不能とする第1クラッチC1および第2クラッチC2による動力伝達経路の動力伝達遮断状態へ切換えを選択するための非駆動ポジションである。また、「R」ポジション、「D」ポジションおよび「M」ポジションは、車両を走行させるときに選択される走行ポジションであって、例えば図2の係合作動表に示されるように第1クラッチC1および第2クラッチC2の少なくとも一方が係合されるような自動変速部20内の動力伝達経路が連結された車両を駆動可能とする第1クラッチC1および/または第2クラッチC2による動力伝達経路の動力伝達可能状態への切換えを選択するための駆動ポジションでもある。
具体的には、シフトレバー49が「P」ポジション或いは「N」ポジションから「R」ポジションへ手動操作されることで、第2クラッチC2が係合されて自動変速部20内の動力伝達経路が動力伝達遮断状態から動力伝達可能状態とされ、シフトレバー49が運転者によって「N」ポジションから「D」ポジションへ手動操作されることで、少なくとも第1クラッチC1が非係合状態から係合状態へ切り換えられて自動変速部20内の動力伝達経路が動力伝達遮断状態から動力伝達可能状態とされる。また、シフトレバー49が「R」ポジションから「P」ポジション或いは「N」ポジションへ手動操作されることで、第2クラッチC2が解放されて自動変速部20内の動力伝達経路が動力伝達可能状態から動力伝達遮断状態とされ、シフトレバー49が運転者によって「D」ポジションから「N」ポジションへ手動操作されることで、第1クラッチC1および第2クラッチC2が係合状態から非係合状態へ切り換えられて自動変速部20内の動力伝達経路が動力伝達可能状態から動力伝達遮断状態とされる。
図6は、電子制御装置40による制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図6において、有段変速制御手段54は、自動変速部20の変速を行う変速制御手段として機能するものである。例えば、有段変速制御手段54は、記憶手段56に予め記憶された図7の実線および一点鎖線に示す関係(変速線図、変速マップ)から車速Vおよび自動変速部20の要求出力トルクTOUTで示される車両状態に基づいて、自動変速部20の変速を実行すべきか否かを判断し、すなわち自動変速部20の変速すべき変速段を判断し、その判断した変速段が得られるように自動変速部20の変速を実行する。このとき、有段変速制御手段54は、例えば図2に示す係合表に従って変速段が達成されるように切換クラッチC0および切換ブレーキB0を除いた油圧式摩擦係合装置を係合および/または解放させる指令(変速出力指令)を油圧制御回路42へ出力する。
ハイブリッド制御手段52は、変速機構10の前記無段変速状態すなわち差動部11の差動状態においてエンジン8を効率のよい作動域で作動させる一方で、エンジン8と第2電動機M2との駆動力の配分や第1電動機M1の発電による反力を最適になるように変化させて差動部11の電気的な無段変速機としての変速比γ0を制御する。例えば、そのときの走行車速において、運転者の出力要求量としてのアクセルペダル操作量Accや車速Vから車両の目標(要求)出力を算出し、車両の目標出力と充電要求値から必要なトータル目標出力を算出し、そのトータル目標出力が得られるように伝達損失、補機負荷、第2電動機M2のアシストトルク等を考慮して目標エンジン出力を算出し、その目標エンジン出力が得られるエンジン回転速度NEとエンジントルクTEとなるようにエンジン8を制御するとともに第1電動機M1の発電量を制御する。
ハイブリッド制御手段52は、その制御を動力性能や燃費向上などのために自動変速部20の変速段を考慮して実行する。このようなハイブリッド制御では、エンジン8を効率のよい作動域で作動させるために定まるエンジン回転速度NEと車速Vおよび自動変速部20の変速段で定まる伝達部材18の回転速度とを整合させるために、差動部11が電気的な無段変速機として機能させられる。すなわち、ハイブリッド制御手段52は例えばエンジン回転速度NEとエンジン8の出力トルク(エンジントルク)TEとをパラメータとする二次元座標内において無段変速走行の時に運転性と燃費性とを両立するように予め実験的に定められたエンジン8の最適燃費率曲線(燃費マップ、関係)を予め記憶しており、その最適燃費率曲線に沿ってエンジン8が作動させられるように、例えば目標出力(トータル目標出力、要求駆動力)を充足するために必要なエンジン出力を発生するためのエンジントルクTEとエンジン回転速度NEとなるように変速機構10のトータル変速比γTの目標値を定め、その目標値が得られるように差動部11の変速比γ0を制御し、トータル変速比γTをその変速可能な変化範囲内例えば13〜0.5の範囲内で制御する。
このとき、ハイブリッド制御手段52は、第1電動機M1により発電された電気エネルギをインバータ58を通して蓄電装置60や第2電動機M2へ供給するので、エンジン8の動力の主要部は機械的に伝達部材18へ伝達されるが、エンジン8の動力の一部は第1電動機M1の発電のために消費されてそこで電気エネルギに変換され、インバータ58を通してその電気エネルギが第2電動機M2へ供給され、その第2電動機M2が駆動されて第2電動機M2から伝達部材18へ伝達される。この電気エネルギの発生から第2電動機M2で消費されるまでに関連する機器により、エンジン8の動力の一部を電気エネルギに変換し、その電気エネルギを機械的エネルギに変換するまでの電気パスが構成される。
ハイブリッド制御手段52は、スロットル制御のためにスロットルアクチュエータ97により電子スロットル弁96を開閉制御させる他、燃料噴射制御のために燃料噴射装置98による燃料噴射量や噴射時期を制御させ、点火時期制御のためにイグナイタ等の点火装置99による点火時期を制御させる指令を単独で或いは組み合わせてエンジン出力制御装置43に出力して必要なエンジン出力を発生するようにエンジン8の出力制御を実行するエンジン出力制御手段を機能的に備えている。例えば、ハイブリッド制御手段52は、基本的には図示しない予め記憶された関係からアクセル開度信号Accに基づいてスロットルアクチュエータ97を駆動し、アクセル開度Accが増加するほどスロットル弁開度θTHを増加させるようにスロットル制御を実行する。
ここで、前述したように本実施例のエンジン8は、燃焼方式がリッチ燃焼方式或いはリーン燃焼方式へ切り換えられることで、同じエンジンであっても燃費マップが変更される。図8に示すように、例えばエンジン8の燃焼方式がリッチ燃焼方式である場合、リッチ燃焼時の燃費マップが適用される。すなわち、リッチ燃焼方式では、エンジン8の運転状態が破線に示すリッチ燃焼時の最適燃費率曲線上を通るように差動部11の変速比γ0が制御される。一方、エンジン8の燃焼方式がリーン燃焼方式である場合、リーン燃焼時の燃費マップが適用される。すなわち、リーン燃焼方式では、エンジン8の運転状態が一点鎖線に示すリーン燃焼時の最適燃費率曲線上を通るように差動部11の変速比γ0が制御される。
前記エンジン8の燃焼方式の切換は、エンジン出力特性変更手段80によって実施される。エンジン出力特性変更手段80は、エンジン8の出力制御のためにエンジン8の空燃比A/Fをリーン燃焼方式とリッチ燃焼方式との間で切換制御を実行する。また、エンジン出力特性変更手段80は、車速V、アクセル開度Acc、アクセル開度Accの変化率θ、暖機完了前後、変速機構10の総合変速比γTなどで表される車両の運転状態基づいて、リーン燃焼方式もしくはリッチ燃焼方式への切換を実施する。具体的には、例えば低速走行のような軽負荷走行時では、エンジン出力特性変更手段80は、エンジン8の空燃比A/Fをリーン燃焼方式に切り換える。また、例えば急加速時などの中・高負荷走行時では、エンジン出力特性変更手段80は、エンジン8の空燃比A/Fをリッチ燃焼方式に切り換える。具体的には、エンジン出力特性変更手段80は、同じスロットル弁開度θTHに対して理論空燃比よりも燃料噴射量を減少させてリーン燃焼方式とし、理論空燃比より燃料噴射量を増加させてリッチ燃焼方式とする。また、エンジン出力特性変更手段80は、排気管61に設けられたA/Fセンサにより検出された排気ガス中の空燃比A/Fの状態に基づいて目標の空燃比A/Fとなるようにエンジン8の空燃比A/Fをフィードバック制御する。
前記図7の実線Yは、車両の発進/走行用(以下、走行用という)の駆動力源をエンジン8と電動機例えば第2電動機M2とで切り換えるための、言い換えればエンジン8を走行用の駆動力源として車両を発進/走行(以下、走行という)させる所謂エンジン走行と第2電動機M2を走行用の駆動力源として車両を走行させる所謂モータ走行とを切り換えるための、エンジン走行領域とモータ走行領域との境界線である。この図7に示すエンジン走行とモータ走行とを切り換えるための境界線(実線Y)を有する予め記憶された関係は、車速Vと駆動力関連値である出力トルクTOUTとをパラメータとする二次元座標で構成された駆動力源切換線図(駆動力源マップ)の一例である。この駆動力源切換線図は、例えば同じ図7中の実線および一点鎖線に示す変速線図(変速マップ)と共に記憶手段56に予め記憶されている。
そして、ハイブリッド制御手段52は、例えば図7の駆動力源切換線図から車速Vと要求出力トルクTOUTとで示される車両状態に基づいてモータ走行領域とエンジン走行領域との何れであるかを判断してモータ走行或いはエンジン走行を実行する。このように、ハイブリッド制御手段52によるモータ走行は、図7から明らかなように一般的にエンジン効率が高トルク域に比較して悪いとされる比較的低出力トルクTOUT時すなわち低エンジントルクTE時、或いは車速Vの比較的低車速時すなわち低負荷域で実行される。
ハイブリッド制御手段52は、このモータ走行時には、停止しているエンジン8の引き摺りを抑制して燃費を向上させるために、差動部11の電気的CVT機能(差動作用)によって、第1電動機の回転速度NM1を負の回転速度で制御例えば空転させて、差動部11の差動作用によりエンジン回転速度NEを零乃至略零に維持する。
また、ハイブリッド制御手段52は、エンジン走行領域であっても、上述した電気パスによる第1電動機M1からの電気エネルギおよび/または蓄電装置60からの電気エネルギを第2電動機M2へ供給し、その第2電動機M2を駆動してエンジン8の動力を補助するトルクアシストが可能である。よって、本実施例のエンジン走行には、エンジン走行+モータ走行も含むものとする。
また、ハイブリッド制御手段52は、車両の停止状態又は低車速状態に拘わらず、差動部11の電気的CVT機能によってエンジン8の運転状態を維持させることができる。例えば、車両停止時に蓄電装置60の充電容量SOCが低下して第1電動機M1による発電が必要となった場合には、エンジン8の動力により第1電動機M1が発電させられてその第1電動機M1の回転速度が引き上げられ、車速Vで一意的に決められる第2電動機の回転速度NM2が車両停止状態により零(略零)となっても動力分配機構16の差動作用によってエンジン回転速度NEが自律回転可能な回転速度以上に維持される。
また、ハイブリッド制御手段52は、車両の停止中又は走行中に拘わらず、差動部11の電気的CVT機能によって第1電動機M1の回転速度NM1および/または第2電動機M2の回転速度NM2を制御してエンジン回転速度NEを任意の回転速度に維持させられる。例えば、図3の共線図からもわかるようにハイブリッド制御手段52はエンジン回転速度NEを引き上げる場合には、車速Vに拘束される第2電動機M2の回転速度NM2を略一定に維持しつつ第1電動機M1の回転速度NM1の引き上げを実行する。
増速側ギヤ段判定手段62は、変速機構10を有段変速状態とする際に切換クラッチC0および切換ブレーキB0のいずれを係合させるかを判定するために、例えば車両状態に基づいて記憶手段56に予め記憶された前記図7に示す変速線図に従って変速機構10の変速されるべき変速段が増速側ギヤ段例えば第5速ギヤ段であるか否かを判定する。
切換制御手段50は、車両状態に基づいて前記差動状態切換装置(切換クラッチC0、切換ブレーキB0)の係合/解放を切り換えることにより、前記無段変速状態と前記有段変速状態とを、すなわち前記差動状態と前記ロック状態とを選択的に切り換える。例えば、切換制御手段50は、記憶手段56に予め記憶された前記図7の破線および二点鎖線に示す関係(切換線図、切換マップ)から車速Vおよび要求出力トルクTOUTで示される車両状態に基づいて、変速機構10(差動部11)の変速状態を切り換えるべきか否かを判断して、すなわち変速機構10を無段変速状態とする無段制御領域内であるか或いは変速機構10を有段変速状態とする有段制御領域内であるかを判定することにより変速機構10の切り換えるべき変速状態を判断して、変速機構10を前記無段変速状態と前記有段変速状態とのいずれかに選択的に切り換える変速状態の切換えを実行する。
具体的には、切換制御手段50は有段変速制御領域内であると判定した場合は、ハイブリッド制御手段52に対してハイブリッド制御或いは無段変速制御を不許可すなわち禁止とする信号を出力するとともに、有段変速制御手段54に対しては、予め設定された有段変速時の変速を許可する。このときの有段変速制御手段54は、記憶手段56に予め記憶された例えば図7に示す変速線図に従って自動変速部20の自動変速を実行する。例えば記憶手段56に予め記憶された図2は、このときの変速において選択される油圧式摩擦係合装置すなわちC0、C1、C2、B0、B1、B2、B3の作動の組み合わせを示している。すなわち、変速機構10全体すなわち差動部11および自動変速部20が所謂有段式自動変速機として機能し、図2に示す係合表に従って変速段が達成される。
例えば、増速側ギヤ段判定手段62により第5速ギヤ段が判定される場合には、変速機構10全体として変速比が1.0より小さな増速側ギヤ段所謂オーバードライブギヤ段が得られるために切換制御手段50は差動部11が固定の変速比γ0例えば変速比γ0が0.7の副変速機として機能させられるように切換クラッチC0を解放させ且つ切換ブレーキB0を係合させる指令を油圧制御回路42へ出力する。また、増速側ギヤ段判定手段62により第5速ギヤ段でないと判定される場合には、変速機構10全体として変速比が1.0以上の減速側ギヤ段が得られるために切換制御手段50は差動部11が固定の変速比γ0例えば変速比γ0が1の副変速機として機能させられるように切換クラッチC0を係合させ且つ切換ブレーキB0を解放させる指令を油圧制御回路42へ出力する。このように、切換制御手段50によって変速機構10が有段変速状態に切り換えられるとともに、その有段変速状態における2種類の変速段のいずれかとなるように選択的に切り換えられて、差動部11が副変速機として機能させられ、それに直列の自動変速部20が有段変速機として機能することにより、変速機構10全体が所謂有段式自動変速機として機能させられる。
しかし、切換制御手段50は、変速機構10を無段変速状態に切り換える無段変速制御領域内であると判定した場合は、変速機構10全体として無段変速状態が得られるために差動部11を無段変速状態として無段変速可能とするように切換クラッチC0および切換ブレーキB0を解放させる指令を油圧制御回路42へ出力する。同時に、ハイブリッド制御手段52に対してハイブリッド制御を許可する信号を出力するとともに、有段変速制御手段54には、予め設定された無段変速時の変速段に固定する信号を出力するか、或いは記憶手段56に予め記憶された例えば図7に示す変速線図に従って自動変速部20を自動変速することを許可する信号を出力する。この場合、有段変速制御手段54により、図2の係合表内において切換クラッチC0および切換ブレーキB0の係合を除いた作動により自動変速が行われる。このように、切換制御手段50により無段変速状態に切り換えられた差動部11が無段変速機として機能し、それに直列の自動変速部20が有段変速機として機能することにより、適切な大きさの駆動力が得られると同時に、自動変速部20の第1速、第2速、第3速、第4速の各ギヤ段に対しその自動変速部20に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって変速機構10全体として無段変速状態となりトータル変速比γTが無段階に得られるようになる。
ここで前記図7について詳述すると、図7は自動変速部20の変速判断の基となる記憶手段56に予め記憶された関係(変速線図、変速マップ)であり、車速Vと駆動力関連値である要求出力トルクTOUTとをパラメータとする二次元座標で構成された変速線図の一例である。図7の実線はアップシフト線であり一点鎖線はダウンシフト線である。
また、図7の破線は切換制御手段50による有段制御領域と無段制御領域との判定のための判定車速V1および判定出力トルクT1を示している。つまり、図7の破線はハイブリッド車両の高速走行を判定するための予め設定された高速走行判定値である判定車速V1の連なりである高車速判定線と、ハイブリッド車両の駆動力に関連する駆動力関連値例えば自動変速部20の出力トルクTOUTが高出力となる高出力走行を判定するための予め設定された高出力走行判定値である判定出力トルクT1の連なりである高出力走行判定線とを示している。さらに、図7の破線に対して二点鎖線に示すように有段制御領域と無段制御領域との判定にヒステリシスが設けられている。つまり、この図7は判定車速V1および判定出力トルクT1を含む、車速Vと出力トルクTOUTとをパラメータとして切換制御手段50により有段制御領域と無段制御領域とのいずれであるかを領域判定するための予め記憶された切換線図(切換マップ、関係)である。なお、この切換線図を含めて変速マップとして記憶手段56に予め記憶されてもよい。また、この切換線図は判定車速V1および判定出力トルクT1の少なくとも1つを含むものであってもよいし、車速Vおよび出力トルクTOUTの何れかをパラメータとする予め記憶された切換線であってもよい。
上記変速線図、切換線図、或いは駆動力源切換線図等は、マップとしてではなく実際の車速Vと判定車速V1とを比較する判定式、出力トルクTOUTと判定出力トルクT1とを比較する判定式等として記憶されてもよい。この場合には、切換制御手段50は、車両状態例えば実際の車速が判定車速V1を越えたときに変速機構10を有段変速状態とする。また、切換制御手段50は、車両状態例えば自動変速部20の出力トルクTOUTが判定出力トルクT1を越えたときに変速機構10を有段変速状態とする。
また、差動部11を電気的な無段変速機として作動させるための電動機等の電気系の制御機器の故障や機能低下時、例えば第1電動機M1における電気エネルギの発生からその電気エネルギが機械的エネルギに変換されるまでの電気パスに関連する機器の機能低下すなわち第1電動機M1、第2電動機M2、インバータ58、蓄電装置60、それらを接続する伝送路などの故障(フェイル)や、故障とか低温による機能低下が発生したような車両状態となる場合には、無段制御領域であっても車両走行を確保するために切換制御手段50は変速機構10を優先的に有段変速状態としてもよい。
前記駆動力関連値とは、車両の駆動力に1対1に対応するパラメータであって、駆動輪38での駆動トルク或いは駆動力のみならず、例えば自動変速部20の出力トルクTOUT、エンジントルクTE、車両加速度や、例えばアクセル開度或いはスロットル弁開度θTH(或いは吸入空気量、空燃比、燃料噴射量)とエンジン回転速度NEとに基づいて算出されるエンジントルクTEなどの実際値や、運転者のアクセルペダル操作量或いはスロットル開度等に基づいて算出される要求(目標)エンジントルクTE、自動変速部20の要求(目標)出力トルクTOUT、要求駆動力等の推定値であってもよい。また、上記駆動トルクは出力トルクTOUT等からデフ比、駆動輪38の半径等を考慮して算出されてもよいし、例えばトルクセンサ等によって直接検出されてもよい。上記他の各トルク等も同様である。
また、例えば判定車速V1は、高速走行において変速機構10が無段変速状態とされるとかえって燃費が悪化するのを抑制するように、その高速走行において変速機構10が有段変速状態とされるように設定されている。また、判定トルクT1は、車両の高出力走行において第1電動機M1の反力トルクをエンジンの高出力域まで対応させないで第1電動機M1を小型化するために、例えば第1電動機M1からの電気エネルギの最大出力を小さくして配設可能とされた第1電動機M1の特性に応じて設定されている。
図7の関係に示されるように、出力トルクTOUTが予め設定された判定出力トルクT1以上の高トルク領域、或いは車速Vが予め設定された判定車速V1以上の高車速領域が有段制御領域として設定されているので、有段変速走行がエンジン8の比較的高トルクとなる高駆動トルク時、或いは車速の比較的高車速時において実行され、無段変速走行がエンジン8の比較的低トルクとなる低駆動トルク時、或いは車速の比較的低車速時すなわちエンジン8の常用出力域において実行されるようになっている。
これによって、例えば、車両の低中速走行および低中出力走行では、変速機構10が無段変速状態とされて車両の燃費性能が確保されるが、実際の車速Vが前記判定車速V1を越えるような高速走行では変速機構10が有段の変速機として作動する有段変速状態とされ専ら機械的な動力伝達経路でエンジン8の出力が駆動輪38へ伝達されて電気的な無段変速機として作動させる場合に発生する動力と電気エネルギとの間の変換損失が抑制されて燃費が向上する。また、出力トルクTOUTなどの前記駆動力関連値が判定トルクT1を越えるような高出力走行では変速機構10が有段の変速機として作動する有段変速状態とされ専ら機械的な動力伝達経路でエンジン8の出力が駆動輪38へ伝達されて電気的な無段変速機として作動させる領域が車両の低中速走行および低中出力走行となって、第1電動機M1が発生すべき電気的エネルギ換言すれば第1電動機M1が伝える電気的エネルギの最大値を小さくできて第1電動機M1或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。また、他の考え方として、この高出力走行においては燃費に対する要求より運転者の駆動力に対する要求が重視されるので、無段変速状態より有段変速状態(定変速状態)に切り換えられるのである。これによって、ユーザは、有段自動変速走行におけるアップシフトに伴うエンジン回転速度NEの変化すなわち変速に伴うリズミカルなエンジン回転速度NEの変化が楽しめる。
ところで、本実施例のエンジン8は、燃焼方式がリーン燃焼方式とリッチ燃焼方式とに選択的に切換可能であって、車両の状態に基づいて変更される。これより、図8に示すようにリーン燃焼方式とリッチ燃焼方式とで燃費マップが変更されるが、燃費マップが変更されるときは、太実線で示す等パワー線上を遷移するのではなく、NOx、HC、CO等の排出ガスが多い領域を通過することを避けるため、エンジンパワーが急変される。このとき、エンジン回転速度NEが慣性力(イナーシャ)により急変できないために、エンジントルクが図8の太矢印で示すように急変されることになる。これに対して、エンジン8のエンジントルクTEの段差を吸収するように差動部11の変速比を制御することで切換ショックを低減させる方法が考えられるが、変速比の制御は、エンジントルクTEの急激な変化に対して緩やかな変化であるために十分な制御とは言えず、切換ショックが発生する可能性があった。
そこで、エンジン出力特性変更手段80によってエンジン8の燃焼方式が切り換えられる際に発生するショックを抑制するように制御を実行する。以下に、その制御作動について説明する。
図7に戻り、アクセル開度変化率判定手段84は、運転者によるアクセルペダル70の操作量(踏み込み量)であるアクセル開度Accの変化率θを検出し、その変化率θが所定の変化率θ1以上であるか否かを判定する。例えば、アクセルペダル70の急踏み込み時は、変化率θが大きくなる。急踏み込み時では運転者による加速要求が大きいものと考えらえれるため、エンジン8をリッチ燃焼方式に即時に切り換える必要があると予測される。このようなときは、エンジン出力特性変更手段90は、速やかにリッチ燃焼方式へ変更する。なお、所定の変化率θ1は、予め実験的に設定され、エンジン8のリッチ燃焼方式への切換によるショック低減よりもリッチ燃焼方式の応答性が優先されるような変化率に設定される。そして、アクセル開度変化率判定手段84が肯定されると、エンジン8のリッチ燃焼方式への切換を即座に実行する指令をエンジン出力特性変更手段80へ出力する。なお、燃焼方式の即座の切換は、アクセル開度Accの変化率θだけでなく、アクセル開度Accの絶対値、車速Vなど他のパラメータによって判定されても構わない。
切換条件成立判定手段82は、エンジン8の燃焼方式がリーン燃焼方式からリッチ燃焼方式へ切り換える条件が成立したか否かを判定する。切換条件成立判定手段82は、例えば車速V、アクセル開度Acc、暖機完了前後、変速機構10の総合変速比γTなどで表される車両の運転状態に基づいて、エンジン8の燃焼状態の切換を判定する。例えば、低速走行時や軽負荷走行時においては、空燃比A/Fをリーン燃焼状態へ切り換えるべきと判定し、車両発進時や急加速時のような中・高負荷走行時や高車速時においては、空燃比A/Fをリッチ燃焼方式へ切り換えるべきと判定する。
変速制御手段86は、エンジン8の燃焼方式の切換時おいて、エンジン8が切換後の燃焼方式に対応する動作点で作動されるように、差動部11の変速比を制御する。例えば燃焼方式がリッチ燃焼方式へ切り換えられる場合、変速制御手段86は、差動部11の変速比をアップシフト側に変速する。言い換えれば、エンジン8がリッチ燃焼方式側へ切り換えられる、すなわちエンジントルクTEが増大するのに対して、差動部11をアップシフト側すなわちトルク低下側に変速させることで、エンジン8のトルク増加の影響を相殺し、差動部11の出力トルク変動を低減させる。なお、本制御は、車両の状態が無段変速領域において実施される。
ここで、上記差動部11の変速は、作動方式切換前後で同駆動力を発生させるように変速を行う等パワー変速である。なお、運転者の要求する駆動力が同じであれば同じパワー(駆動力)を発生させることとなるが、常に等パワーとなるわけではなく、作動方式切換および変速の間に運転者の要求する駆動力が変化すれば、その変化分に対応してパワーが変化することとなる。言い換えると、同じ要求駆動力としたときに作動方式切換前後で同じ駆動力を発生するように変速を行う変速である。
ここで、本実施例では、例えば切換条件成立判定手段82による燃焼方式の切換判定を受けると、エンジン出力特性変更手段80は、変速制御手段86による差動部11の変速開始後に、燃焼方式の切換を実行する。言い換えれば、切換条件成立判定手段82による切換判定からエンジン出力特性変更手段80による燃焼方式の切換を遅延させることで、所定の遅延時間TDを形成する。この遅延時間TDの間に変速制御手段86は、差動部11の変速を実行する、すなわちリッチ燃焼方式への動作点変更を予め開始する。遅延時間TDは、例えば予め実験的に求められており、燃焼方式の切換判定から遅延時間経過すると、直ちに燃焼方式の切換を実行する指令がエンジン出力特性変更手段80から出力される。或いは、例えば現在の差動部11の変速比が、リーン燃焼方式での差動部11の変速比とリッチ燃焼方式へ切換後に設定される差動部11の変速比との中間値に達するまでリッチ燃焼方式への切換を遅延させることで遅延時間TDが形成される。
電動機トルク制御手段88は、リッチ燃焼方式への切換実施前およびリッチ燃焼方式への切換実施後に第2電動機M2によるトルク変動吸収制御を実施する。なお、本実施例の第2電動機M2が本発明の電動機に対応している。
先ず、リッチ燃焼方式への切換判定からリッチ燃焼方式の切換実施までの間の第2電動機M2のトルク制御について説明する。リッチ燃焼方式への切換の際、遅延時間が設定されるため、運転者の要求出力トルクに対して一時的(遅延時間TDの間)にトルク不足が発生する。このトルク不足を補うため、電動機トルク制御手段88は、第2電動機M2の出力トルクを漸増させて前記トルク不足を解消させている。
次に、リッチ燃焼方式への切換実施後から差動部11の変速完了までの間の第2電動機M2のトルク制御について説明する。燃焼方式がリッチ燃焼方式へ切り換えられると、エンジントルクTEが急激に増大される。これに対して、電動機トルク制御手段88は、第2電動機M2によるトルクダウン制御を実施することで、エンジントルクTEの増大の影響を相殺して、差動部11の出力トルクの変動を抑制する。
図9は、電子制御装置40の制御作動の要部すなわちエンジン8の燃焼方式がリッチ燃焼方式へ切り換えられる場合の制御作動を説明するフローチャートであって、例えば数msec乃至数十msec程度の極めて短いサイクルタイムで繰り返し実行される。また、図10は、図9のフローチャートに示す制御作動を説明するタイムチャートであり、エンジン8の燃焼方式がリーン燃焼方式からリッチ燃焼方式へ切り換えられた場合を示している。
先ず、アクセル開度変化率判定手段84に対応するステップSA1(以下、ステップを省略する)において、アクセル開度Accの変化率θが所定の変化率θ1以上であるか否かが判定される。SA1が肯定されると、即座のリッチ燃焼方式への切換が要求されるものと判定され、エンジン出力特性変更手段80に対応するSA8において、エンジン8の燃焼方式がリッチ燃焼方式へ即座に切り換えられる。SA1が否定されると、切換条件成立判定手段82に対応するSA2において、エンジン8の燃焼方式がリッチ燃焼方式へ切り換えられるか否かが判定される。SA2が否定されると、エンジン出力特性変更手段80に対応するSA3においてリーン燃焼方式が継続されると判定され、ハイブリッド制御手段84に対応するSA4において、エンジン8の運転状態が図8の一点鎖線で示すリーン燃焼方式での最適燃費曲線上を動くように動作点(変速比)が制御される。
SA2が肯定されると、電動機トルク制御手段88に対応するSA5において、第2電動機M2によるモータトルク増大制御が実行される。そして、エンジン出力特性変更手段80および変速制御手段86に対応するSA6において、エンジン8のリッチ燃焼方式への切換が遅延され、その間に差動部11の変速が予めリッチ燃焼方式の動作点側に変更され始める。なお、この間に、例えばアクセルペダル70が戻されて再びリーン燃焼方式が選択された場合、リッチ燃焼方式への切換を実行せずに、そのままリーン燃焼方式での動作点を継続させる。次いで、電動機トルク制御手段88に対応するSA7において、第2電動機M2によるモータトルク減少制御が実行される。このSA7と略同時にエンジン出力特性変更手段80に対応するSA8において、エンジン8の空燃比A/Fがリーン燃焼方式からリッチ燃焼方式へ切り換えられる。そして、変速制御手段86に対応するSA9において、図8に示すリッチ燃焼方式での燃費マップが選択され、エンジン8が破線で示す最適燃費曲線上を動くように動作点(変速比)が制御される。このとき、エンジン8のリッチ燃焼方式への切換と差動部11の動作点(変速比)の変更とは同期して実行される。
ここで、上記SA2、SA5およびSA6が、図10においてt2時点乃至t3時点に対応している。t2時点においてSA2によるリッチ燃焼方式への切換判定が肯定されると、電動機トルク制御手段88による第2電動機M2のトルクダウン制御および変速制御手段86による差動部11の動作点(変速比)の変更が開始される。図10に示すように、t2時点乃至t3時点では、運転者のアクセルペダルの踏み込み量に応じて、第2電動機M2のトルクが漸増される。これにより、エンジン8の燃焼方式の遅延によるトルク不足が解消される。また、リッチ燃焼方式への動作点(変速比)の切換に先立って、差動部11の変速比がアップシフト側に変速される。なお、t2時点乃至t3時点が遅延時間TDに対応している。
前記SA7乃至SA9は、図10に示すt3時点乃至t4時点に対応している。t3時点において、第2電動機によってモータトルク減少制御が実行されると略同時にエンジン8がリッチ燃焼方式へ切り換えられる。具体的には、例えば図10に示すように、第2電動機M2による回生制御が実行されることで、エンジン8のリッチ燃焼方式への切換によって生じるエンジントルクTEの増大に伴う影響が好適に相殺され、差動部11から出力されるトルクの変動が好適に低減される。なお、本実施例では、第2電動機M2によってトルクダウン制御が実施されるため、エンジントルクTEの急激な上昇に対して、迅速にトルクダウンを実施することが可能となっている。また、t3時点乃至t4時点においては、差動部11のアップシフト側への変速を継続させてリッチ燃焼方式に対応した動作点(変速比)に変更するに伴い、第2電動機M2によるトルクダウン量(回生トルク量)を漸減させ、差動部11の変速が完了すると、第2電動機M2によるトルクダウン制御が終了されるように制御される。
なお、図10において、破線で示す状態は、従来の燃焼方式の切換制御による状態を示したものである。t2時点において、リーン燃焼方式からリッチ燃焼方式への切換判定が為された直後に燃焼方式の切換が実行されるが、リッチ燃焼方式の動作点(変速比)に全く変更されていないため、第2電動機M2によるトルクダウン量(回生トルク量)を大幅に大きくする必要がある。このような従来の制御の場合、第2電動機M2の出力制限やトルク応答遅れ等で、リッチ燃焼方式の切換によるエンジントルク増大の影響を十分に相殺できない可能性がある。そこでエンジン8のリッチ燃焼方式への切換を遅延させることで、差動部11の動作点(変速比)の変更を燃焼方式の切換に先立って実施することができる。これによって切換時に第2電動機M2によるトルクダウンの最大値(ピーク値)を小さくすることができ、応答遅れが発生しにくくなる。
上述のように、本実施例によれば、エンジン8のリッチ燃焼方式への切換判定を受けると、エンジン出力特性変更手段80は、差動部11の変速開始後にリッチ燃焼方式への切換を実行するため、エンジン8のリッチ燃焼方式への切換判定から少し遅れて切換が実行される。このとき、差動部11の変速比をリッチ燃焼方式への切換後に対応する動作点となるように変速を予め実施することで、リッチ燃焼方式への切換時の切換ショックを低減させることができる。
また、本実施例によれば、空燃比A/Fがリーン燃焼方式からリッチ燃焼方式へ切り換えられる場合、変速制御手段86は差動部11をアップシフトさせるため、エンジン8のトルク増大に対して、差動部11の変速比がそのトルク増大を相殺する方向に予め変更される。これにより、リッチ燃焼方式への切換時の切換ショックが好適に低減される。
また、本実施例によれば、差動部11は、無段変速部であるため、変速比を無段階的に変更することができる。これにより、エンジン8のリッチ燃焼方式への切換によるトルク増大に対して、好適な変速比に変更することができるので、切換ショックを好適に低減することができる。
また、本実施例によれば、差動部11は、第1電動機M1の回転速度を制御することにより、変速比を無段階的に変更可能な電気式無段変速部であるため、第1電動機M1によって変速比をエンジン8の燃焼方式の変更に応じて好適な値に変更することができる。これにより、切換ショックを好適に低減することができる。
また、本実施例によれば、燃焼方式の切換判定から燃焼方式の切換実施までの間、第2電動機M2によるトルク制御が実施されるため、運転者のアクセルペダルの踏み込みなどによる要求出力トルクの変化を第2電動機M2によって調整することができる。すなわち、燃焼方式の切換を遅延させることによって生じるトルク不足による違和感を、第2電動機M2によって補うことができる。
また、本実施例によれば、前記燃焼方式の切換実施後から差動部11の変速完了前までの間、第2電動機M2によるトルク制御が実施されるため、燃焼方式の切換時に発生するエンジン8のトルク変動に対する差動部11の出力トルクの変動を一層低減させることができる。また、電動機による制御であるので、エンジン8の急激なトルク変動に対しても迅速な制御が可能となる。
また、本実施例によれば、アクセル開度Accの変化率が所定値以上であれば、速やかにエンジン8の燃焼方式がリッチ燃焼方式に切り換えられるため、運転者の加速要求に応じて燃焼方式のタイミングを好適に切り換えることができる。
また、本実施例によれば、エンジン8のリーン燃焼方式とリッチ燃焼方式との燃焼方式の相違により、エンジン8の燃費特性が相違するものである。このようにすれば、例えば軽負荷走行時においては、空燃比A/Fが理論空燃比よりも大きいリーン燃焼方式でエンジン8を作動させることで、燃料消費量を減少させることができる。また、例えば中・高負荷走行時においては、空燃比A/Fが理論空燃比よりも小さいリッチ燃焼方式でエンジン8を作動させることで、運転者が所望する出力を得ることができる。
また、本実施例によれば、差動部11は、第1遊星歯車装置24と第1電動機M1および第2電動機M2で構成される電気的な無段変速部である。このようにすれば、第1電動機M1および第2電動機M2によって差動ギヤの回転要素の回転速度を制御することにより、差動部11の変速比が無段階的に得られると共に、幅広い変速比を得ることができる。
また、本実施例によれば、エンジン8の燃焼方式がリーン燃焼方式からリッチ燃焼方式へ切り換えられる場合において、燃焼方式の切換判定から燃焼方式の切換実施までの間、第2電動機M2の出力トルクを増加させるものである。このようにすれば、燃焼方式の切換判定から燃焼方式の切換実施までの間に発生するトルク不足を補うことができる。
また、本実施例によれば、エンジン8の燃焼方式がリーン燃焼方式からリッチ燃焼方式へ切り換えられる場合において、燃焼方式の切換実施に伴って、第2電動機M2の出力トルクを低下させるものである。このようにすれば、エンジン8のトルク増加によるトルク変動を相殺することができ、ショックを低減することができる。
また、本実施例によれば、差動部11の変速は、前記燃焼方式の切換による駆動力の変化を抑制するように変速を行うものであるため、燃焼方式切換前後で同じ駆動力を発生させるように変速され、切換ショックを好適に低減することができる。
つぎに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
前記エンジン8は、エンジン8の空燃比A/Fが制御可能なエンジンであったが、それに替えて或いは加えて、エンジン8の負荷状態に応じて燃料供給を停止させて気筒を選択的に休止させることによりエンジン8の作動気筒数が制御可能な可変気筒エンジンである。例えば、軽負荷走行時においては、一部の気筒への燃料供給を停止して作動気筒数を減少させる部分気筒運転(減筒運転或いは休筒運転)が行われて燃料消費量が減少させられる。また、発進時や急加速時、中・高負荷走行時においては、全ての気筒を運転する全気筒運転が行われて所望の出力が得られる。
本実施例では、エンジン出力特性変更手段80は、エンジン8の出力制御のためにエンジン8の作動気筒数を切り換える。具体的には、エンジン出力特性変更手段80は、例えば車速Vやアクセル開度Accなどに基づいて、予め実験的に求められた低速走行のような軽負荷走行時においては、エンジン8の一部の気筒への燃料供給を停止して作動気筒数を減少させる一方、車両発進時や急加速時のような中・高負荷走行時においては、全ての気筒を作動させる。
ところで、本実施例においても車両の走行状態に応じてエンジン8の作動気筒数が増加されると、エンジントルクTEが急激に増大し、作動気筒数の切換時にショックが発生する可能性があった。そこで、エンジン出力特性変更手段80は、エンジン8の作動気筒数を増加させる、例えば全ての気筒を作動させるように切り換える際、差動部11の変速開始後に作動気筒数の切換を実行する。なお、エンジン8の作動気筒数が増加側に切り換えられる場合、変速制御手段86は、差動部11をエンジン8のトルク増加を相殺する方向、すなわちアップシフト側に変速させる。
図11は、電子制御装置80の制御作動の要部すなわちエンジン8の作動気筒数を増加させる場合の制御作動を説明するフローチャートであり、例えば数msec乃至数十msec程度の極めて短いサイクルタイムで繰り返し実行される。なお、本実施例においては、エンジン8の全気筒が作動状態へ切り換えられる場合を一例に説明する。
先ず、アクセル開度変化率判定手段84に対応するステップSB1(以下、ステップを省略する)において、アクセル開度Accの変化率θが所定の変化率θ1以上であるか否かが判定される。SB1が肯定されると、即座の作動気筒数増加の切換が要求されるものと判定され、エンジン出力特性変更手段80に対応するSB8において、エンジン8の作動気筒数が全気筒作動状態へ即座に切り換えられる。SB1が否定されると、切換条件成立判定手段82に対応するSB2において、エンジン8の作動気筒数が全気筒作動状態へ切り換えられるか否かが判定される。SB2が否定されると、エンジン出力特性変更手段80に対応するSB3において、エンジン8の気筒数一部停止状態が継続されると判定され、ハイブリッド制御手段84に対応するSB4において、エンジン8の運転状態が気筒数一部停止状態での動作点となるように差動部11の変速比が制御される。
SB2が肯定されると、電動機トルク制御手段88に対応するSB5において、第2電動機M2によるモータトルク増大制御が実行される。そして、エンジン出力特性変更手段80および変速制御手段86に対応するSB6において、エンジン8の全気筒作動への切換が遅延され、その間に差動部11の変速比が予め全気筒作動状態での動作点側に変更され始める。次いで、電動機トルク制御手段88に対応に対応するSB7において、第2電動機M2によるモータトルク減少制御が実行される。このSB7と略同時にエンジン出力特性変更手段80に対応するSB8において、エンジン8の作動気筒数が全気筒作動状態に切り換えられる。そして、変速制御手段86に対応するSB9において、エンジン8が全気筒差動状態での動作点に切換られる。なお、図11のフローチャートに基づくタイムチャートは図10のタイムチャートと略同様であるため、その説明を省略する。
上述のように、本実施例によれば、エンジン8の作動気筒数の切換判定を受けると、エンジン出力特性変更手段80は、差動部11の変速開始後に作動気筒数の切換を実行するため、エンジン8の作動気筒数の切換判定から少し遅れて切換が実行される。このとき、差動部11の変速比を作動気筒数の切換後に対応する変速比となるように変速を予め実施することで、作動気筒数の切換時の切換ショックを低減させることができる。
また、本実施例によれば、エンジン8の作動気筒数が増加側に切り換えられる場合、変速制御手段86は、差動部11をアップシフトさせるため、作動気筒数の増加によるエンジン8のトルク増大に対して、差動部11の変速比がそのトルク増大を相殺する方向に予め変更される。これにより、作動気筒数の切換時の切換ショックを好適に低減することができる。
前記差動部11は、第1電動機M1の回転速度を制御することにより変速比を無段階的に制御可能な無段変速部であったが、図12の骨子図に示すように、変速部がベルトの巻掛け径を制御することにより、変速比を無段階的に変更可能なベルト式無段変速部118であっても、本発明を好適に適用することができる。
図12は、本発明の他の実施例である変速機構110の骨子図である。この変速機構110は、横置き型の自動変速機であって、FF(フロントエンジン・フロントドライブ)型車両に好適に採用されるものであり、走行用の動力源として機能するエンジン8を備えている。内燃機関にて構成されているエンジン8の出力は、エンジン8のクランク軸、流体伝動装置としてのトルクコンバータ114から前後進切換機構116、入力軸136、ベルト式無段変速部118、および減速歯車装置120を介して終減速機122に伝達され、左右の駆動輪34に分配される。なお、本実施例の変速機構110が本発明の車両用動力伝達装置に対応しており、ベルト式無段変速部118が本発明の変速部に対応している。
トルクコンバータ114は、エンジン8のクランク軸に連結されたポンプ翼車114p、およびタービン軸134を介して前後進切換機構116に連結されたタービン翼車114tを備えており、流体を介して動力伝達を行うようになっている。また、それらのポンプ翼車114pおよびタービン翼車114tの間には、ロックアップクラッチ126が設けられており、図示しない油圧制御装置の切換弁などよって係合側油室および解放側油室に対する油圧供給が切り換えられることにより、係合または解放されるようになっており、完全係合されることによってポンプ翼車114pおよびタービン翼車114tは一体回転させられる。上記ポンプ翼車114pには、ベルト式無段変速機118を変速制御したりベルト挟圧力を発生させたり、或いは各部に潤滑油を供給したりするための油圧を発生させる機械式のオイルポンプ128が設けられている。
前後進切換機構116は、ダブルピニオン型の遊星歯車装置を主体として構成されており、トルクコンバータ114のタービン軸134はサンギヤ116sに一体的に連結され、ベルト式無段変速機118の入力軸136は、キャリヤ116cに一体的に連結されている一方、キャリヤ116cとサンギヤ116sは前進用クラッチC1を介して選択的に連結され、リングギヤ116rは後進用ブレーキB1を介してミッションケースに選択的に固定されるようになっている。前進用クラッチC1および後進用ブレーキB1は、何れも油圧シリンダによって摩擦係合させられる油圧式摩擦係合装置であり、図13に示されるように、前進用クラッチC1が係合させられると共に後進用ブレーキB1が解放されることにより、前後進切換機構116は一体回転状態とされることにより前進用動力伝達経路が成立させられて、前進方向の回転が減速されることなくベルト式無段変速機118側へ伝達される一方、後進用ブレーキB1が係合させられると共に前進用クラッチC1が解放されることにより、前後進切換機構116は後進用動力伝達経路が成立させられて、入力軸136はタービン軸134に対して逆方向に回転させられるようになり、後進方向の回転がベルト式無段変速機118側へ伝達される。また、前進用クラッチC1および後進用ブレーキB1が共に解放されると、前後進切換機構116は動力伝達を遮断するニュートラル(遮断状態)状態になる。
ベルト式無段変速機118は、入力軸136に設けられている入力側部材である有効径が可変の入力側可変プーリ142と、出力軸144に設けられている出力側部材である有効径が可変の出力側可変プーリ146と、それらの可変プーリ142、146に巻き掛けられた摩擦接触する動力伝達部材として機能する伝動ベルト148と、入力軸136および出力軸144の回転方向を切り換える前後進切換機構116とを、備えており、可変プーリ142、146と伝動ベルト148との間の摩擦力を介して動力伝達が行われる。可変プーリ142および146は、入力軸136および出力軸144にそれぞれ固定された固定シーブ142aおよび146aと、入力軸136および出力軸144に対して軸心まわりの相対回転不能且つ、軸心方向の移動可能に設けられた可動シーブ142bおよび146bと、それらの間のV溝幅が可変とする推力を付与する入力側油圧シリンダ142cおよび出力側油圧シリンダ146cとを備えて構成されており、入力側可変プーリ142の入力側油圧シリンダ142cの油圧が制御されることにより、両可変プーリ142、146のV溝幅が変化して伝動ベルト148の巻掛け径(有効径、掛かり径)が変更され、変速比γ(=入力軸回転速度NIN/出力軸回転速度NOUT)が連続的(無段階的)に変化させられる。一方、出力側可変プーリ146の出力側油圧シリンダ146cの油圧が制御されることにより、伝動ベルト148を挟圧する挟圧力が変更される。伝動ベルト148は、例えば多数の金属製の駒に、左右に複数枚に重ねられたスチールバンドをはめた構造となっている。
上述のように構成される変速機構110においても本発明を好適に適用することができる。例えば、エンジン8の燃焼方式の変更や作動気筒数の変更などによって作動方式の切換が可能であるとき、エンジン出力特性変更手段80は、エンジン8の作動方式の変更判定、具体的にはエンジントルクを増大させる側の切換判定を受けると、ベルト式無段変速部118の変速開始後に作動方式の切換を実行する。これにより、エンジン8の作動方式の切換判定から実際の切換までの間に所定の遅延時間TDが形成されることとなる。このとき、変速制御手段86は、ベルト式無段変速部の変速比を予めアップシフトさせる方向に変更することで、エンジン8の作動方式切換時の切換ショックが好適に低減される。なお、図12において記載されていないが、例えば出力軸144に電動機を連結することで、電動機トルク制御手段86によるトルク制御が可能となり、一層切換ショックを低減することができる。
上述のように、本実施例によれば、エンジン8の作動方式の切換判定を受けると、エンジン出力特性変更手段80は、ベルト式無段変速部118の変速開始後に作動方式の切換を実行するため、エンジン8の作動方式の切換判定から少し遅れて切換が実行される。このとき、ベルト式無段変速部118の変速比を作動方式の切換後に対応する変速比となるように変速を予め実施することで、作動方式の切換時の切換ショックを低減させることができる。
また、本実施例によれば、変速部は、ベルトの巻掛け径を制御することにより、変速比を無段階的に変更可能なベルト式無段変速部118であるため、巻掛け径を制御することにより、変速比をエンジン8の作動方式の変更に応じて好適な値に変更することができる。これにより、切換ショックを好適に低減することができる。
以上、本発明の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る。
例えば、前述の実施例では、エンジン8の即座の燃焼方式の切換判定は、アクセル開度Accの変化率θに基づいて実施されるが、即座の燃焼方式の切換判定は、例えばアクセル開度Accの絶対値、車速Vなど他のパラメータに基づいて判定を実施しても構わない。
また、前述の実施例では、差動部11には、切換クラッチC0および切換ブレーキB0が設けられているが、これらは必ずしも必要なく、これらの一方或いは両方を省略した形式の差動部であっても本発明を適用することができる。
また、前述の実施例では、変速部として第1電動機M1によって変速比が制御される差動部11および巻掛け径によって変速比が制御されるベルト式無段変速部118が採用されているが、例えばトロイダル式無段変速部など変速部が無段階的に変更可能な構成であれば他の変速部を適用することができる。
また、前述の実施例では、変速制御手段86は、車両の状態が無段変速領域において実施されるものであるが、有段変速領域にあっても、例えば切換クラッチC0および切換ブレーキB0を一時的に解放して無段変速状態とする制御を追加することで、変速制御手段86を実施しても構わない。
また、前述の実施例では、第2電動機M2は、伝達部材18に直接連結されているが、第2電動機M2の連結位置はそれに限定されず、差動部11から駆動輪34の間の動力伝達経路に直接的或いは変速機等を介して間接的に連結されていてもよい。
また、前述の実施例の動力分配機構16では、差動部キャリヤCA0がエンジン8に連結され、差動部サンギヤS0が第1電動機M1に連結され、差動部リングギヤR0が伝達部材18に連結されていたが、それらの連結関係は、必ずしもそれに限定されるものではなく、エンジン8、第1電動機M1、伝達部材18は、差動部遊星歯車装置24の3要素CA0、S0、R0のうちのいずれと連結されていても差し支えない。
また、前述の実施例では、エンジン8は入力軸14と直結されていたが、たとえばギヤ、ベルト等を介して作動的に連結されておればよく、共通の軸心上に配置される必要もない。
また、前述の実施例では、第1電動機M1および第2電動機M2は、入力軸14に同心に配置されて第1電動機M1は差動部サンギヤS0に連結され第2電動機M2は伝達部材18に連結されていたが、必ずしもそのように配置される必要はなく、たとえばギヤ、ベルト、減速機等を介して作動的に第1電動機M1は差動部サンギヤS0に連結され、第2電動機M2は伝達部材18に連結されていてもよい。
また、前述の実施例では、第1クラッチC1や第2クラッチC2などの油圧式摩擦係合装置は、パウダー(磁紛)クラッチ、電磁クラッチ、噛合型のドグクラッチなどの磁紛式、電磁式、機械式係合装置から構成されていてもよい。たとえば電磁クラッチであるような場合には、油圧制御回路42は油路を切り換える弁装置ではなく電磁クラッチへの電気的な指令信号回路を切り換えるスイッチング装置や電磁切換装置等により構成される。
また、前述の実施例では、自動変速部20は伝達部材18を介して差動部11と直列に連結されていたが、入力軸14と平行にカウンタ軸が設けられてそのカウンタ軸上に同心に自動変速部20が配列されていてもよい。この場合には、差動部11と自動変速部20とは、たとえば伝達部材18としてカウンタギヤ対、スプロケットおよびチェーンで構成される1組の伝達部材などを介して動力伝達可能に連結される。
また、前述の実施例の差動機構としての動力分配機構16は、たとえばエンジンによって回転駆動されるピニオンと、そのピニオンに噛み合う一対のかさ歯車が第1電動機M1および伝達部材18(第2電動機M2)に作動的に連結された差動歯車装置であってもよい。
また、前述の実施例の動力分配機構16は、1組の遊星歯車装置から構成されていたが2以上の遊星歯車装置から構成されて、非差動状態(定変速状態)では3段以上の変速機として機能するものであってもよい。また、その遊星歯車装置はシングルピニオン型に限られたものではなくダブルピニオン型の遊星歯車装置であってもよい。また、このような2以上の遊星歯車装置から構成された場合においても、これらの遊星歯車装置の各回転要素にエンジン8、第1および第2電動機M1、M2、伝達部材18が動力伝達可能に連結され、さらに遊星歯車装置の各回転要素に接続されたクラッチCおよびブレーキBの制御により有段変速と無段変速とが切り換えられるような構成であっても構わない。
また、前述の実施例ではエンジン8と差動部11とが直接連結されているが、必ずしも直接連結される必要はなく、エンジン8と差動部11との間にクラッチを介して連結されていてもよい。
また、前述の実施例では、差動部11と自動変速部20とが直列接続されたような構成となっているが、特にこのような構成に限定されず、変速機構10全体として電気式差動を行う機能と、変速機構10全体として電気式差動による変速とは異なる原理で変速を行う機能と、を備えた構成であれば本発明は適用可能であり、機械的に独立している必要はない。また、これらの配設位置や配設順序も特に限定されず、自由に配設することができる。また、変速機構において、電気式差動を行う機能と変速を行う機能とを有するものであれば、その構成が一部重複する、或いは全てが共通するものであっても、本発明を適用することができる。
また、前述の実施例では、自動変速部20は4段の変速を可能とする有段変速機が適用されているが、自動変速部20の変速段は4段に限定されず例えば5段変速など自由に変更することができる。また、自動変速部20の連結関係は、特に本実施例に限定されるものではなく、自由に変更することができる。
また、前述の実施例では、切換クラッチC0は、差動部サンギヤS0と差動部キャリヤCA0との間を選択的に連結するものであったが、切換クラッチC0はこれに限定されず、例えば差動部サンギヤS0と差動部リングギヤR0との間など、差動部サンギヤS0、差動部キャリヤCA0、および差動部リングギヤR0のうち2回転要素が選択的に連結される構造であれば本発明を適用することができる。
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
8:エンジン 10:変速機構(動力伝達装置) 11:差動部(変速部、電気式差動部) 16:動力分配機構(差動機構) 80:エンジン出力特性変更手段 86:変速制御手段 110:変速機構(動力伝達装置) 118:ベルト式無段変速部(変速部) M1:第1電動機(差動機構の回転要素に連結された電動機) M2:第2電動機(電動機)
Claims (9)
- 複数の作動方式に切換可能なエンジンと、該エンジンに連結される変速部と、該エンジンの作動方式を切り換えるエンジン出力特性変更手段と、前記変速部の変速を制御する変速制御手段とを、備える車両用動力伝達装置の制御装置であって、
前記エンジンの作動方式の切換判定を受けると、前記エンジン出力特性変更手段は、前記変速部の変速開始後に前記作動方式の切換を実行することを特徴とする車両用動力伝達装置の制御装置。 - 前記エンジン出力特性変更手段は、前記エンジンの空燃比をリーン燃焼方式とリッチ燃焼方式とに選択的に切り換えるものであり、
前記空燃比がリーン燃焼方式からリッチ燃焼方式へ切り換えられる場合、前記変速制御手段は、前記変速部をアップシフトさせることを特徴とする請求項1の車両用動力伝達装置の制御装置。 - 前記エンジン出力特性変更手段は、前記エンジンの作動気筒数を切り換えるものであり、
前記エンジンの作動気筒数が増加側に切り換えられる場合、前記変速制御手段は、前記変速部をアップシフトさせることを特徴とする請求項1の車両用動力伝達装置の制御装置。 - 前記変速部は、無段変速部であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つの車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記変速部は、差動機構の回転要素に連結された電動機の回転速度を制御することにより、変速比を無段階的に変更可能な電気式無段変速部であることを特徴とする請求項4の車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記変速部は、ベルトの巻掛け径を制御することにより、変速比を無段階的に変更可能なベルト式無段変速部であることを特徴とする請求項4の車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記エンジンの作動方式切換前に、電動機によるトルク変動吸収制御が実施されることを特徴とする請求項5または6の車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記エンジンの作動方式の切換後に、電動機によるトルク変動吸収制御が実施されることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1つの車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記変速部の変速は、前記作動方式の切換による駆動力の変化を抑制するように変速を行うものであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つの車両用動力伝達装置の制御装置。
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