JP2010143491A - 車両用動力伝達装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気式に差動状態が制御される電気式差動部と、動力伝達経路の一部を構成する変速部とを備える車両用動力伝達装置において、電動機の効率を向上させ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】最適電動機切換手段88は、自動変速部20の変速比に基づいて、第1電動機M1(および第3電動機M3)による回生と第2電動機M2による回生とのいずれかに切り換えるものである。このようにすれば、第1電動機M1よる回生と第2電動機M2による回生とでは自動変速部20の変速比に応じて回生効率η(電動機効率)が相違するが、回生効率ηが高くなる側の電動機Mに適宜切り換えることで電動機効率を向上させることができる。
【選択図】図6
【解決手段】最適電動機切換手段88は、自動変速部20の変速比に基づいて、第1電動機M1(および第3電動機M3)による回生と第2電動機M2による回生とのいずれかに切り換えるものである。このようにすれば、第1電動機M1よる回生と第2電動機M2による回生とでは自動変速部20の変速比に応じて回生効率η(電動機効率)が相違するが、回生効率ηが高くなる側の電動機Mに適宜切り換えることで電動機効率を向上させることができる。
【選択図】図6
Description
本発明は、電動機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電気式差動部と、エンジンと駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成する変速部とを、備える車両用動力伝達装置の制御装置に係り、特に、電動機の作動効率向上に関するものである。
差動機構の回転要素に連結された第1電動機の運転状態が制御されることにより入力軸の回転速度と出力軸の回転速度との差動状態が制御される電気式差動部と、エンジンと駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成する変速部と、前記変速部に動力伝達可能に連結された第2電動機とを、備えた車両用動力伝達装置が知られている。このような車両用動力伝達装置では、差動機構が例えば遊星歯車装置で構成され、差動機構の差動作用によりエンジンからの動力の主部を駆動輪へ機械的に伝達し、そのエンジンからの残部を第1電動機から第2電動機への電気的パスを用いて電気的に伝達することにより電気的に差動状態が制御される、すなわち電気式差動部の変速比が適宜変更される。これにより、エンジンを最適な回転状態に維持しつつ車両を走行させるように制御され、燃費を向上させることができる。
また、上記のように構成される車両用動力伝達装置において、例えばエンジンの効率が低下する低車速低負荷走行領域では、エンジンを停止させて第2電動機の力行(駆動)によるモータ走行が実施される。また、コースト走行中において、駆動輪側から伝達される逆駆動トルクによって第2電動機を回転駆動させて発電させる回生制御が実施される。例えば、特許文献1の車両用駆動装置の制御装置では、回生制御に際して、第2電動機の回生効率と第1電動機の損失とに基づいて、回生効率が最適となるように変速部の変速比が制御される技術が開示されている。
ところで、第2電動機による駆動(力行)・回生の代替手段として、第1電動機によって車両を駆動(力行)・回生させる方法が考えられる。上記方法においては、例えば、スタータモータとしても機能するエンジンの出力軸(電気式差動部の入力軸)に動力伝達可能に連結された第3電動機から反力トルクを発生させることで、第1電動機による駆動(力行)・回生が可能となる。
図17は、第1電動機および第3電動機によって車両を走行させた場合の電気式差動部の回転状態を示す共線図である。ここで、3本の縦線は左から順番に、縦線Y1が遊星歯車装置のサンギヤS0の回転要素を示しており、Y2がキャリヤCA0の回転要素、Y3がリングギヤR0の回転要素をそれぞれ示している。そして、斜めの直線と各縦線Y1〜Y3の交点が各回転要素の回転速度を示している。図17に示すように、第1電動機および第3電動機によって車両を駆動させる場合、第1電動機の逆転方向の駆動力(図においてM1トルク)に対して、その第1電動機の駆動力とは反対方向の反力トルク(図においてM3トルク)を第3電動機から発生させることで、第1電動機の駆動力が変速部の入力軸に連結されたリングギヤR0に伝達される。
図10は、第1電動機および第3電動機によって回生制御を実施した場合の電気式差動部の回転状態を示す共線図である。図10に示すように、第1電動機および第3電動機によって回生制御を実施する場合、第1電動機の回生トルク(M1トルク)に対して、その回生トルクとは反対方向の反力トルク(M3トルク)を第3電動機によって発生させることで、変速部を介して伝達される駆動輪からの逆駆動トルクによって、第1電動機が回転駆動させられて回生される。
上記のように、電動機によって駆動・回生を実施する場合、第1電動機による力行(駆動)・回生と第2電動機による力行(駆動)・回生との2つの手段が考えられる。これに対して、いずれの電動機による駆動(力行)・回生が好ましいかを電動機の効率を考慮して選択することは考えられていなかったため、効率が低くなる側の電動機による力行・回生制御が選択されることで、燃費が悪化する可能性があった。なお、上記課題は、未公知であったためにその課題を解決する方法は何ら見出されていなかった。
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、電動機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電気式差動部と、エンジンと駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成する変速部とを、備える車両用動力伝達装置の制御装置において、電動機によって車両を駆動(力行)・回生させるに際して、好適な電動機による駆動(力行)・回生が可能とな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)差動機構の回転要素に連結された第1電動機の運転状態が制御されることにより入力軸の回転速度と出力軸の回転速度との差動状態が制御される電気式差動部と、エンジンと駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成する変速部と、前記変速部に動力伝達可能に連結された第2電動機とを、備えた車両用動力伝達装置の制御装置において、(b)前記第1電動機による力行・回生の際に反力を発生させる反力発生手段と、(c)前記変速部の変速比に基づいて、前記第1電動機による力行・回生と前記第2電動機による力行・回生とのいずれかに切り換える最適電動機切換手段を有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、前記最適電動機切換手段は、前記第1電動機による力行・回生と前記第2電動機による力行・回生とに関する前記変速部の変速比毎での電動機効率マップをそれぞれ備え、その電動機効率マップに基づいて、前記第1電動機による力行・回生と前記第2電動機による力行・回生とのうち燃費に有利な電動機による力行・回生に切り換え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2の車両用動力伝達装置の制御装置において、前記第1電動機による力行・回生および前記第2電動機による力行・回生の電動機効率が、前記電動機効率マップに基づいて略最大となる変速段に変速されるように、前記変速部の変速点を変更する変速点変更手段を有す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、前記反力発生手段は、前記エンジンに動力伝達可能に連結された第3電動機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、最適電動機切換手段は、前記変速部の変速比に基づいて、前記第1電動機による力行・回生と前記第2電動機による力行・回生とのいずれかに切り換えるものである。このようにすれば、第1電動機よる力行・回生と第2電動機による力行・回生とでは変速部の変速比に応じて電動機効率が相違するが、電動機効率の高くなる側の電動機に適宜切り換えることで燃費を向上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、最適電動機切換手段は、前記電動機効率マップに基づいて前記第1電動機による力行・回生と前記第2電動機による力行・回生パターンのうち燃費に有利な電動機による力行・回生に切り換えるため、燃費が向上する。
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、前記変速比変更手段は、前記第1電動機による力行・回生および前記第2電動機による力行・回生の電動機効率が、前記電動機効率マップに基づいて略最大となる変速段に変速されるように、前記変速部の変速点を変更するため、電動機の電動機効率を効果的に向上させることができる。
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、前記反力発生手段は、前記エンジンに動力伝達可能に連結された第3電動機であるため、エンジンの回転軸に対して反力トルクを電気的に発生させることができる。
ここで、好適には、第1電動機による力行においては、第3電動機から反力トルクを発生させることで、第1電動機の駆動力が電気式差動部の出力軸に伝達されるものである。同様に、第1電動機による回生においては、第3電動機から反力トルクを発生させることで、駆動輪側から変速部を介して電気式差動部に伝達される逆駆動力によって第1電動機が回転駆動させられるものである。
また、好適には、前記電動機効率マップは、電動機の回転速度およびトルクと電動機の効率との関係をマップ化した図であり、予め実験的或いは定格的に求められるものである。また、細かくは、電動機の力行時の電動機効率マップ(伝達効率マップ)および回生時の電動機効率マップ(回生効率マップ)の2つの電動機効率マップが設定される。
また、好適には、電動機の効率(回生効率、伝達効率)が向上すると、電動機の損失が低下するため、結果として燃費が向上する。
また、好適には、前記電気式差動部は、遊星歯車装置からなる差動機構と、その遊星歯車装置のサンギヤに連結された第1電動機と、遊星歯車装置のリングギヤに連結された第2電動機とを、備える電気的な無段変速部として機能するものである。このようにすれば、前記第1電動機および第2電動機によって遊星歯車装置のキャリヤに連結された動力源の回転速度を制御することができ、動力源を最適な作動状態で維持しつつ、車両を走行させるように変速比を制御することができる。
また、好適には、変速部は有段式の自動変速機である。このようにすれば、例えば電気的な無段変速機として機能させられる電気式差動部と有段式自動変速機とで無段変速機が構成され、滑らかに駆動トルクを変化させることが可能であるとともに、電気式差動部の変速比を一定となるように制御した状態においては電気式差動部と有段式自動変速機とで有段変速機と同等の状態が構成され、車両用駆動装置の総合変速比が段階的に変化させられて速やかに駆動トルクを得ることもできる。
また、好適には、前記電気式差動部の変速比と前記有段変速部の変速比とに基づいて、前記車両用動力伝達装置の総合変速比が形成されるのもである。このようにすれば、有段変速部の変速比を利用することによって駆動力が幅広く得られるようになるので、電気式差動部における電気的な無段変速制御の効率が一層高められる。
また、好適には、前記変速部は、複数組の遊星歯車装置の回転要素が摩擦係合装置によって選択的に連結されることにより複数のギヤ段(変速段)が択一的に達成される例えば前進4段、前進5段、前進6段、更にはそれ以上の変速段を有する等の種々の遊星歯車式多段変速機により構成される。この遊星歯車式多段変速機における摩擦係合装置としては、油圧アクチュエータによって係合させられる多板式、単板式のクラッチやブレーキ、或いはベルト式のブレーキ等の油圧式摩擦係合装置が広く用いられる。この油圧式摩擦係合装置を係合させるための作動油を供給するオイルポンプは、例えば走行用駆動力源により駆動されて作動油を吐出するものでも良いが、走行用駆動力源とは別に配設された専用の電動モータなどで駆動されるものでも良い。また、クラッチ或いはブレーキは、油圧式摩擦係合装置以外に電磁式係合装置例えば電磁クラッチや磁粉式クラッチ等であってもよい。
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。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
図1は、本発明の制御装置が適用される車両用動力伝達装置10(以下、動力伝達装置10と表す)を説明する骨子図であり、この動力伝達装置10はハイブリッド車両に好適に用いられる。図1において、動力伝達装置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と表す)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の入力軸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)などを介して間接に連結された無段変速部としての差動部11と、その差動部11と駆動輪34(図6参照)との間の動力伝達経路で伝達部材(伝動軸)18を介して直列に連結されている自動変速部20(本発明の変速部)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の出力軸22とを直列に備えている。この動力伝達装置10は、例えば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内燃機関であるエンジン8と一対の駆動輪34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)32(図6参照)及び一対の車軸等を順次介して一対の駆動輪34へ伝達する。
このように、本実施例の動力伝達装置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、動力伝達装置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。以下の各実施例についても同様である。
本発明の電気式差動部に対応する差動部11は、差動機構としての動力分配機構16と、動力分配機構16に動力伝達可能に連結されて動力分配機構16の差動状態を制御するための差動用電動機として機能する第1電動機M1と、差動部11の出力軸として機能する伝達部材18と一体的に回転するように作動的に連結されている第2電動機M2と、エンジン8および入力軸14に動力伝達可能に連結されてスタータモータとして機能する第3電動機M3とを備えている。
本実施例の第1電動機M1、第2電動機M2、及び第3電動機M3は、何れも電力授受可能に構成されたものである。すなわち、電気エネルギから機械的な駆動力を発生させる発動機としての機能及び機械的な駆動力から電気エネルギを発生させる発電機としての機能を有する所謂モータジェネレータである。換言すれば、動力伝達装置10において、電動機Mは何れも主駆動源であるエンジン8の代替として、或いはそのエンジン8と共に走行用の駆動力を発生させる駆動源(副動力源)として機能し得る。また、他の動力源により発生させられた駆動力から回生により電気エネルギを発生させ、インバータ54(図6参照)を介して他の電動機Mに供給したり、その電気エネルギを蓄電装置56(図6参照)に蓄積する等の作動を行う。尚、第3電動機M3は、主動力源であるエンジン8の補機であり、例えばスタータとしてそのエンジン8の出力軸に直結される等して付属的に設けられたものである。
第1電動機M1および第3電動機M3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走行用電動機として機能するためモータ(電動機)機能を少なくとも備える。また、好適には、第1電動機M1、第2電動機M2、及び第3電動機M3は、何れもその発電機としての発電量を連続的に変更可能に構成されたものである。また、第1電動機M1、第2電動機M2、及び第3電動機M3は、動力伝達装置10の筐体であるケース12内に備えられ、動力伝達装置10の作動流体である自動変速部20の作動油により冷却される。尚、本実施例では図1のように第3電動機M3はエンジン8に直結されているが、両者が同軸に配置される必要はなく両者の連結関係はこれに限定されるものではない。また、第3電動機M3はエンジン8に入力軸14を介して連結されているが、省スペース化のため第3電動機M3がエンジン8に付属し両者が一体的に構成されていてもよい。
動力分配機構16は、エンジン8に動力伝達可能に連結された差動機構であって、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を主体として構成されており、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を自転及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及び第3電動機M3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。このように構成された動力分配機構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とに分配されると共に、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、差動部11はその変速比γ0(入力軸14の回転速度NIN/伝達部材18の回転速度N18)が最小値γ0min から最大値γ0max まで連続的に変化させられる電気的な無段変速機として機能する。このように、動力分配機構16(差動部11)に動力伝達可能に連結された第1電動機M1及び第2電動機M2の一方又は両方の運転状態(動作点)が制御されることにより、動力分配機構16の差動状態、すなわち入力軸14の回転速度と伝達部材18の回転速度の差動状態が制御される。
自動変速部20は、エンジン8から駆動輪34への動力伝達経路の一部を構成する変速部であり、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、及びシングルピニオン型の第3遊星歯車装置30を備え、有段式の自動変速機として機能する遊星歯車式の多段変速機である。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を自転及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を自転及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を自転及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共に第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内と差動部11(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又は第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及び第2クラッチC2は、動力分配機構16(差動部11)と駆動輪34との間の動力伝達経路の一部に設けられた動力伝達を選択的に遮断可能な係合装置であり、すなわち、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及び第2クラッチC2の少なくとの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及び第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。
また、この自動変速部20は、解放側係合装置の解放と係合側係合装置の係合とによりクラッチツウクラッチ変速が実行されて各ギヤ段(変速段)が選択的に成立させられることにより、略等比的に変化する変速比γ(=伝達部材18の回転速度N18/出力軸22の回転速度NOUT)が各ギヤ段毎に得られる。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及び第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る。また、第1クラッチC1及び第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る。また、第1クラッチC1及び第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る。また、第1クラッチC1及び第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る。また、第2クラッチC2及び第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(後進変速段)が成立させられる。また、第1クラッチC1、第2クラッチC2、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、及び第3ブレーキB3の解放によりニュートラル「N」状態とされる。
前記第1クラッチC1、第2クラッチC2、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、及び第3ブレーキB3(以下、特に区別しない場合はクラッチC、ブレーキBと表す)は、従来の車両用自動変速機においてよく用いられている係合装置すなわち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本又は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、それが介挿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動力伝達装置10において、無段変速機として機能する差動部11と自動変速部20とで全体として無段変速機が構成される。また、差動部11の変速比を一定となるように制御することにより、差動部11と自動変速部20とで有段変速機と同等の状態を構成することが可能とされる。
具体的には、差動部11が無段変速機として機能し、且つ差動部11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の少なくとも1つの変速段Mに対して自動変速部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N18(以下、「伝達部材回転速度N18」と表す)が無段的に変化させられてその変速段Mにおいて無段的な変速比幅が得られる。従って、動力伝達装置10の総合変速比γT(=入力軸14の回転速度NIN/出力軸22の回転速度NOUT)が無段階に得られ、動力伝達装置10において無段変速機が構成される。この動力伝達装置10の総合変速比γTは、差動部11の変速比γ0と自動変速部20の変速比γとに基づいて形成される動力伝達装置10全体としてのトータル変速比γTである。
例えば、図2の係合作動表に示される自動変速部20の第1速ギヤ段乃至第4速ギヤ段や後進ギヤ段の各ギヤ段に対し伝達部材回転速度N18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。従って、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、動力伝達装置10全体としてのトータル変速比γTが無段階に得られる。
また、差動部11の変速比が一定となるように制御され、且つクラッチC及びブレーキBが選択的に係合作動させられて第1速ギヤ段乃至第4速ギヤ段の何れか或いは後進ギヤ段(後進変速段)が選択的に成立させられることにより、略等比的に変化する動力伝達装置10のトータル変速比γTが各ギヤ段毎に得られる。従って、動力伝達装置10において有段変速機と同等の状態が構成される。
例えば、差動部11の変速比γ0が「1」に固定されるように制御されると、図2の係合作動表に示されるように自動変速部20の第1速ギヤ段乃至第4速ギヤ段や後進ギヤ段の各ギヤ段 に対応する動力伝達装置10のトータル変速比γTが各ギヤ段毎に得られる。また、自動変速部20の第4速ギヤ段において差動部11の変速比γ0が「1」より小さい値例えば0.7程度に固定されるように制御されると、第4速ギヤ段よりも小さい値例えば「0.7」程度であるトータル変速比γTが得られる。
図3は、差動部11と自動変速部20とから構成される動力伝達装置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、横線X1が回転速度零を示し、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及び第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、本実施例の動力伝達装置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及び第3電動機M3に連結され、第2回転要素RE2が第1電動機M1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及び第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、差動部11においては、第1回転要素RE1乃至第3回転要素RE3が相互に相対回転可能とされる差動状態とされており、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の回転速度が車速Vに拘束されて略一定である場合には、エンジン回転速度NEを制御することによって直線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と、直線L0と縦線Y1との交点で示される差動部サンギヤS0の回転速度すなわち第1電動機M1の回転速度が上昇或いは下降させられる。
また、差動部11の変速比γ0が「1」に固定されるように第1電動機M1の回転速度を制御することによって差動部サンギヤS0の回転がエンジン回転速度NEと同じ回転とされると、直線L0は横線X2と一致させられ、エンジン回転速度NEと同じ回転で差動部リングギヤR0の回転速度すなわち伝達部材18が回転させられる。或いは、差動部11の変速比γ0が「1」より小さい値例えば0.7程度に固定されるように第1電動機M1の回転速度を制御することによって差動部サンギヤS0の回転が零とされると、エンジン回転速度NEよりも増速された回転で伝達部材回転速度N18が回転させられる。
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共に第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、差動部11において出力回転部材である伝達部材18(第3回転要素RE3)の回転が第1クラッチC1が係合されることで第8回転要素RE8に入力されると、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XG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(1st)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(2nd)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(3rd)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(4th)の出力軸22の回転速度が示される。
図4は、本実施例の動力伝達装置10を制御するための制御装置である電子制御装置80に入力される信号及びその電子制御装置80から出力される信号を例示している。この電子制御装置80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や各電動機Mに関するハイブリッド駆動制御、自動変速部20の変速制御等の各種制御を実行するものである。
電子制御装置80には、図4に示すような各センサやスイッチなどから、エンジン8の冷却流体の温度であるエンジン水温TEMPWを表す信号、シフトレバー52(図5参照)のシフトポジションPSHや「M」ポジションにおける操作回数等を表す信号、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、Mモード(手動変速走行モード)を指令する信号、エアコンの作動を表す信号、出力軸22の回転速度NOUTに対応する車速V及び車両の進行方向を表す信号、自動変速部20の作動油温TOILを表す信号、サイドブレーキ操作を表す信号、フットブレーキ操作を表す信号、触媒温度を表す信号、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であるアクセル開度Accを表す信号、カム角を表す信号、スノーモード設定を表す信号、車両の前後加速度Gを表す信号、オートクルーズ走行を表す信号、車両の重量(車重)を表す信号、各車輪の車輪速を表す信号、第1電動機M1の回転速度NM1(以下、「第1電動機回転速度NM1」と表す)及びその回転方向を表す信号、第2電動機M2の回転速度NM2(以下、「第2電動機回転速度NM2」と表す)及びその回転方向を表す信号、第3電動機M3の回転速度NM3(以下、「第3電動機回転速度NM3」と表す)及びその回転方向を表す信号、各電動機M1,M2,M3との間でインバータ54を介して充放電を行う蓄電装置56(図6参照)の充電容量(充電状態)SOCを表す信号などが、それぞれ供給される。
また、上記電子制御装置80からは、エンジン8の出力PE(単位は例えば「kW」。以下、「エンジン出力PE」と表す。)を制御するエンジン出力制御装置58(図6参照)への制御信号例えばエンジン8の吸気管60に備えられた電子スロットル弁62のスロットル弁開度θTHを操作するスロットルアクチュエータ64への駆動信号や燃料噴射装置66による吸気管60或いはエンジン8の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68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、M2、及びM3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70(図6参照)に含まれる電磁弁(リニアソレノイドバルブ)等を作動させるバルブ指令信号、この油圧制御回路70に設けられたレギュレータバルブ(調圧弁)によりライン油圧PLを調圧するための信号、そのライン油圧PLが調圧されるための元圧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PSH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50の一例を示す図である。このシフト操作装置50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PSHを選択するために操作されるシフトレバー52を備えている。
そのシフトレバー52は、動力伝達装置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)」、動力伝達装置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)」、自動変速モードを成立させて差動部11の無段的な変速比幅と自動変速部20の第1速ギヤ段乃至第4速ギヤ段の範囲で自動変速制御される各ギヤ段とで得られる動力伝達装置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)」、又は手動変速走行モード(手動モード)を成立させて自動変速部20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52の各シフトポジションPSH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70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PSHにおいて、「P」ポジション及び「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及び第2クラッチC2の何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及び第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」ポジション及び「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及び第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及び/又は第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52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52が「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る。また、シフトレバー52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52が「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及び第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る。
図6は、電子制御装置80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82は、図7に示すような車速Vと自動変速部20の出力トルクTOUTとを変数として予め記憶されたアップシフト線(実線)及びダウンシフト線(一点鎖線)を有する関係(変速線図、変速マップ)から実際の車速V及びアクセル開度Acc等に対応する自動変速部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の自動変速制御を実行する。なお、アクセル開度Accと自動変速部20の要求出力トルクTOUT(図7の縦軸)とはアクセル開度Accが大きくなるほどそれに応じて上記要求出力トルクTOUTも大きくなる対応関係にあることから、図7の変速線図の縦軸はアクセル開度Accであっても差し支えない。
このとき、有段変速制御手段82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、自動変速部20の変速に関与する油圧式摩擦係合装置を係合及び/又は解放させる指令(変速出力指令、油圧指令)を、すなわち自動変速部20の変速に関与する解放側係合装置を解放すると共に係合側係合装置を係合することによりクラッチツウクラッチ変速を実行させる指令を油圧制御回路70へ出力する。油圧制御回路70は、その指令に従って、例えば解放側係合装置を解放すると共に係合側係合装置を係合して自動変速部20の変速が実行されるように、油圧制御回路70内のリニアソレノイドバルブを作動させてその変速に関与する油圧式摩擦係合装置の油圧アクチュエータを作動させる。
図7の変速線図において、アップシフト線(実線)はアップシフトが判断されるための変速線であり、ダウンシフト線(一点鎖線)はダウンシフトが判断されるための変速線である。また、この図7の変速線図における変速線は、例えば自動変速部20の要求出力トルクTOUTを示す横線上において実際の車速Vが線を横切ったか否か、また例えば車速Vを示す縦線上において自動変速部20の要求出力トルクTOUTが線を横切ったか否か、すなわち変速線上の変速を実行すべき値(変速点)を横切ったか否かを判断するためのものであり、この変速点の連なりとして予め記憶されている。
ハイブリッド制御手段84は、エンジン出力制御装置58を介してエンジン8の駆動を制御するエンジン駆動制御手段85と、インバータ54を介して第1電動機M1、第2電動機M2、および第3電動機M3による駆動力源又は発電機としての作動を制御する電動機制御手段86とを含んでおり、それら制御機能によりエンジン8、第1電動機M1、第2電動機M2、及び第3電動機M3によるハイブリッド駆動制御を実行する。
また、ハイブリッド制御手段84は、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Vにおいて、運転者の出力要求量としてのアクセル開度Accや車速Vから車両の目標(要求)出力を算出し、その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(要求エンジン出力)PERを算出し、その目標エンジン出力PERが得られるエンジン回転速度NEとエンジン8の出力トルク(エンジントルク)TEとなるようにエンジン8を制御すると共に各電動機Mの出力乃至発電を制御する。
以上のように、動力伝達装置10全体としての変速比である総合変速比γTは、有段変速制御手段82によって制御される自動変速部20の変速比γと、ハイブリッド制御手段84によって制御される差動部11の変速比γ0とによって決定される。すなわち、ハイブリッド制御手段84及び有段変速制御手段82は、シフトポジションPSHに対応するシフトレンジの範囲内において、油圧制御回路70、エンジン出力制御装置58、第1電動機M1、第2電動機M2、及び第3電動機M3等を介して動力伝達装置10全体としての変速比である総合変速比γTを制御する変速制御手段として機能する。
例えば、ハイブリッド制御手段84は、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エンジン8及び各電動機Mの制御を実行する。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及び自動変速部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84は、エンジン回転速度NEとエンジントルクTEとで構成され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求められた例えば図8の破線に示すようなエンジン8の動作曲線の一種である最適燃費率曲線(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エンジン8の動作点(以下、「エンジン動作点」と表す)が沿わされつつエンジン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PE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、動力伝達装置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自動変速部20の変速段を考慮して差動部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で制御する。ここで、上記エンジン動作点とは、エンジン回転速度NE及びエンジントルクTEなどで例示されるエンジン8の動作状態を示す状態量を座標軸とした二次元座標においてエンジン8の動作状態を示す動作点である。
このとき、ハイブリッド制御手段84は、例えば第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54を通して蓄電装置56や第2電動機M2へ供給したり、第3電動機M3により発電された電気エネルギをインバータ54を通して蓄電装置56や第1電動機M1乃至第2電動機M2へ供給したりするので、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の動力の一部は電動機M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54を通してその電気エネルギが他の電動機Mへ供給され、電気エネルギによりその電動機Mから出力される駆動力が伝達部材18へ伝達される。この発電に係る電動機Mによる電気エネルギの発生から駆動に係る電動機Mで消費されるまでに関連する機器により、エンジン8の動力の一部が電気エネルギに変換され、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が構成される。
ここで、有段変速制御手段82により自動変速部20の変速制御が実行される場合には、その自動変速部20の変速比が段階的に変化させられることに伴ってその変速前後で動力伝達装置10のトータル変速比γTが段階的に変化させられる。このような制御では、トータル変速比γTを段階的に変化させることにより、すなわち変速比が連続的ではなく飛び飛びの値をとることにより、連続的なトータル変速比γTの変化に比較して速やかに駆動トルクを変化させることが可能となる。その反面、変速ショックが発生したり、最適燃費率曲線に沿うようにエンジン回転速度NEを制御できず燃費が悪化する可能性がある。そこで、ハイブリッド制御手段84は、そのトータル変速比γTの段階的変化が抑制されるように、自動変速部20の変速に同期してその自動変速部20の変速比の変化方向とは反対方向の変速比の変化となるように差動部11の変速を実行する。換言すれば、自動変速部20の変速前後で動力伝達装置10のトータル変速比γTが連続的に変化するように自動変速部20の変速制御に同期して差動部11の変速制御を実行する。例えば、自動変速部20の変速前後で過渡的に動力伝達装置10のトータル変速比γTが変化しないような所定のトータル変速比γTを形成するために自動変速部20の変速制御に同期して、その自動変速部20の変速比の段階的な変化に相当する変化分だけその変化方向とは反対方向に変速比を段階的に変化させるように差動部11の変速制御を実行する。
また、ハイブリッド制御手段84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電動機回転速度NM1及び/又は第2電動機回転速度NM2を制御してエンジン回転速度NEを略一定に維持したり任意の回転速度に回転制御する。言い換えれば、ハイブリッド制御手段84は、エンジン回転速度NEを略一定に維持したり任意の回転速度に制御しつつ第1電動機回転速度NM1及び/又は第2電動機回転速度NM2を任意の回転速度に回転制御することができる。
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84は車両走行中にエンジン回転速度NEを引き上げる場合には、車速V(駆動輪34)に拘束される第2電動機回転速度NM2を略一定に維持しつつ第1電動機回転速度NM1の引き上げを実行する。このときハイブリッド制御手段84は、第1電動機回転速度NM1の引き上げに替えて又はこれと並行して、第3電動機回転速度NM3の引き上げを実行してエンジン回転速度NEを引き上げてもよい。また、ハイブリッド制御手段84は自動変速部20の変速中にエンジン回転速度NEを略一定に維持する場合には、エンジン回転速度NEを略一定に維持しつつ自動変速部20の変速に伴う第2電動機回転速度NM2の変化とは反対方向に第1電動機回転速度NM1を変化させる。
また、ハイブリッド制御手段84(エンジン駆動制御手段85)は、スロットル制御のためにスロットルアクチュエータ64により電子スロットル弁62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66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68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58に出力して、必要なエンジン出力PEを発生するようにエンジン8の出力制御を実行する。
例えば、ハイブリッド制御手段84(エンジン駆動制御手段85)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Accに基づいてスロットルアクチュエータ64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。また、エンジン出力制御装置58は、ハイブリッド制御手段84(エンジン駆動制御手段85)による指令に従って、スロットル制御のためにスロットルアクチュエータ64により電子スロットル弁62を開閉制御する他、燃料噴射制御のために燃料噴射装置66による燃料噴射を制御し、点火時期制御のためにイグナイタ等の点火装置68による点火時期を制御するなどしてエンジントルク制御を実行する。
また、ハイブリッド制御手段84は、エンジン8の停止又はアイドル状態に拘わらず、差動部11の電気的CVT機能(差動作用)によって、例えば第2電動機M2を走行用の駆動力源とするモータ走行(EVモード走行)をさせることができる。例えば、図7に示すような車速Vと自動変速部20の出力トルクTOUTとを変数として予め記憶された、走行用の駆動力源をエンジン8と電動機Mとで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を有する関係(駆動力源切換線図、駆動力源マップ)から、実際の車速V及び自動変速部20の要求出力トルクTOUTで示される車両状態に基づいて、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。図7の実線Aに示す駆動力源マップは、例えばその図7における実線及び一点鎖線に示す変速マップと共に予め記憶されたものである。この図7から明らかなように、ハイブリッド制御手段84によるモータ走行制御は、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域すなわち低エンジントルクTE域、或いは車速Vの比較的低車速域すなわち低負荷域で実行される。
また、ハイブリッド制御手段84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、第1電動機回転速度NM1を負の回転速度で制御して例えば第1電動機M1を無負荷状態とすることにより空転させて、差動部11の電気的CVT機能(差動作用)により必要に応じてエンジン回転速度NEを零乃至略零に維持する。また、ハイブリッド制御手段84は、エンジン8を走行用の駆動力源とするエンジン走行を行うエンジン走行領域であっても、前述した電気パスによる第1電動機M1や第3電動機M3からの電気エネルギ及び/又は蓄電装置56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を駆動して駆動輪34にトルクを付与することにより、エンジン8の動力を補助するための所謂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8を走行用の駆動力源とする場合と、エンジン8及び第2電動機M2の両方を走行用の駆動力源とする場合とがある。そして、本実施例のモータ走行とはエンジン8を停止して第2電動機M2を走行用の駆動力源とする走行である。
また、ハイブリッド制御手段84は、第1電動機M1を無負荷状態として自由回転すなわち空転させることにより、差動部11がトルクの伝達を不能な状態すなわち差動部11内の動力伝達経路が遮断された状態と同等の状態であって、且つ差動部11からの出力が発生されない状態とすることが可能である。すなわち、ハイブリッド制御手段84は、第1電動機M1を無負荷状態とすることにより差動部11をその動力伝達経路が電気的に遮断される中立状態(ニュートラル状態)とすることが可能である。
また、ハイブリッド制御手段84は、上述したように、アクセルオフの惰性走行時(コースト走行時)やフットブレーキによる制動時などには、燃費を向上(燃料消費率を低減)させるためにエンジン8を非駆動状態にして、駆動輪34から伝達される車両の運動エネルギを差動部11で電気エネルギに変換する電動機制御手段86を含んでいる。具体的には、電動機制御手段86は、駆動輪34からエンジン8側へ伝達される逆駆動力により第2電動機M2を回転駆動させて発電機として作動させ、その電気エネルギすなわち第2電動機発電電流をインバータ54を介して蓄電装置56へ充電する回生制御を実行する。或いは、電動機制御手段86は、駆動輪34からエンジン8側へ伝達される逆駆動力により、第1電動機M1を回転駆動させて発電機として作動させ、その電気エネルギをインバータ54を介して蓄電装置56へ充電する回生制御を実行する。このとき、エンジン8に連結された第3電動機M3から反力トルクTM3を発生させてエンジン回転速度NEを略零に固定することで、第1電動機M1による回生が可能となる。
図9は、第2電動機M2による回生制御を実施した場合の差動部11の回転状態を示す共線図であり、図3に示す共線図に対応する。第2電動機M2による回生制御においては、電動機制御手段86は、第1電動機M1を負の回転速度で空転させた状態で、第2電動機M2のトルクTM2(以下、第2電動機トルクTM2と記載する)を制動する方向に出力させる。このとき、駆動輪34から伝達される逆駆動力によって第2電動機M2が回転させられることにより、上記逆駆動力が電気エネルギに変換される。図10は、第1電動機M1(および第3電動機M3)による回生制御を実施した場合の差動部11の回転状態を示す共線図である。第1電動機M1による回生制御においては、第1電動機M1に対する反力トルクを第3電動機M3によって発生させて差動部キャリヤCA0の回転速度すなわちエンジン回転速度NEを略零に固定した状態で、第1電動機M1のトルク(以下、第1電動機トルクTM1と記載する)を制動する方向に出力させる。このとき、駆動輪34から伝達される逆駆動力によって第1電動機M1が回転させられることにより、上記逆駆動力が電気エネルギに変換される。なお、本実施例の第3電動機M3が、本発明の反力発生手段に対応するものである。
上記のように、電動機制御手段86は、第2電動機M2による回生制御および第1電動機M1(および第3電動機M3)による回生制御のいずれかによって実施することができる。このとき、第1電動機M1と第2電動機M2とでは、同じ走行状態であっても電動機M(以下、第1電動機M1と第2電動機M2とを区別しない場合に電動機Mと記載する)の動作点の違いや電動機Mの定格値などが異なるため、回生時の電動機Mの電動機効率(回生時においては回生効率に相当)が相違する。したがって、回生制御時において、回生効率の高い電動機Mを選択的に使用することで、燃費を向上させることができる。そこで、本実施例では、自動変速部20の変速比に基づいて、第1電動機M1による回生(回生制御)と第2電動機M2による(回生制御)とを適宜切り換える最適電動機切換手段88を有している。以下、上記最適電動機切換手段88の制御作動を中心に説明を行う。
図6に戻り、回生判定手段90は、車両の走行状態に基づいて回生制御が実施されるか否かを判定する。例えば、回生判定手段90は、エンジン走行状態からアクセルペダルの踏み込みが解除されたか否か、すなわちコースト走行状態に切り換えられたか否か等に基づいて、回生制御が実施されるか否かを判定する。
電動機作動可能判定手段92(以下作動可能判定手段92と記載)は、スタータとしても機能する第3電動機M3が作動可能か否かを判定する。作動可能判定手段92は、例えば第3電動機M3の内部故障や断線・ショート等が発生したか否か等に基づいて、第3電動機M3が作動可能か否かを判定する。
そして、作動可能判定手段92に基づいて、第3電動機M3が使用不能と判定されると、最適電動機切換手段88は、第2電動機M2による回生制御に切り換える。一方、作動可能判定手段92に基づいて、第3電動機M3が使用可能と判定されると、最適電動機切換手段88は、第2電動機M2よる回生(回生制御)と第1電動機M1(および第3電動機M3)による回生(回生制御)のうち、燃費に有利な電動機Mによる回生(回生制御)に切り換える。
図11は、第2電動機M2によって回生制御を実施した場合における自動変速部20のギヤ段毎の第2電動機M2の動作点と回生効率η2(電動機効率)との関係を示す図である。具体的には、図11は、第2電動機M2の回生効率η2と第2電動機M2の回転速度NM2および第2電動機トルクTM2との関係である回生効率マップ(電動機効率マップ)である。図11に示すように、第2電動機M2の回生効率η2は、その回転速度NM2および第2電動機トルクTM2をパラメータとして実験的または定格的に予め求められている。なお、図中、70から90%の表示が、第2電動機M2の運転領域での具体的な回生効率ηを示している。ここで、一点鎖線は、一例として所定の電力量(単位は例えば「kW」)を第2電動機M2によって回生させた場合の等パワー線を示している。一点鎖線で示すように、一般に、電動機Mによって所定の電力量を回生するに際して、低回転高トルクよりも高回転低トルクの方が、電動機Mの回生効率ηは良くなる傾向にある。また、電動機Mの回転速度が所定値を越えると、回生効率ηは低下する。すなわち、第2電動機M2による回生電力量が同じであっても、第2電動機M2の回転速度NM2および第2電動機トルクTM2によって回生効率η2は変化する。
また、図11に示すように、車速Vが同じであっても自動変速部20の変速比が変化するに伴って第2電動機回転速度NM2が変化するため、第2電動機M2の動作点が各ギヤ段の変速比に応じて変化する。例えば、車速Vを一定値とした状態で、第2速ギヤ段に変速された状態では、第2電動機M2の動作点が「◎」に示す領域、すなわち、回生効率η2が90%の領域で作動させられる。また、同様の車速Vにおいて、第3速ギヤ段に変速された状態では、第2電動機M2の動作点が「○」で示す領域、すなわち、回生効率η2が86%の領域で作動させられる。また、同様の車速Vにおいて、第4速ギヤ段に変速された状態では、第2電動機M2の動作点が「●」で示す領域、すなわち、回生効率η2が70%の領域で作動させられる。したがって、例えば上記走行状態において、第2電動機M2によって回生制御を実施する場合、第2速ギヤ段で回生制御を実施すれば、回生効率η2が最も高くなって燃費が向上する。
図12は、第1電動機M1(および第3電動機M3)によって回生制御を実施した場合における自動変速部20のギヤ段毎の第1電動機M1の動作点と回生効率η1(電動機効率)との関係を示す図である。具体的には、図12は、第1電動機M1の回生効率η1と第1電動機M1の回転速度NM1および第1電動機トルクTM1との関係である回生効率マップ(電動機効率マップ)である。図12に示すように、第1電動機M1の回生効率η1は、その回転速度NM1および第1電動機トルクTM1をパラメータとして実験的または定格的に予め求められている。なお、図中、70から90%の表示は、第1電動機M1の運転領域での具体的な回生効率η1を示している。ここで、一点鎖線は、一例として所定の電力量(単位は例えば「kW」)を第1電動機M1によって回生した場合の等パワー線を示している。一点鎖線で示すように、一般に、電動機Mによって所定の電力量を回生するに際して、低回転高トルクよりも高回転低トルクの方が、電動機の回生効率ηは良くなる傾向にある。また、電動機Mの回転速度が所定値を越えると、回生効率ηは低下する。すなわち、第1電動機M1による回生電力量が同じであっても、第1電動機M1の回転速度NM1および第1電動機トルクTM1によって回生効率η1は変化する。
また、図12に示すように、車速Vが同じであっても自動変速部20のギヤ段が変化するに伴って第2電動機回転速度NM2が変化するため、第1電動機M1の動作点が各ギヤ段の変速比に応じて変化する。例えば、車速Vを一定値とした状態で、第2速ギヤ段に変速された状態では、第1電動機M1の動作点が「◎」に示す領域、すなわち、回生効率η1が86%の領域で作動させられる。また、同様の車速Vにおいて、第3速ギヤ段に変速された状態では、第1電動機M1の動作点が「○」で示す領域、すなわち、回生効率η1が88%の領域で作動させられる。また、同様の車速Vにおいて、第4速ギヤ段に変速された状態では、第1電動機M1の動作点が「●」で示す領域、すなわち、回生効率η1が88%の領域で作動させられる。したがって、第1電動機M1(および第3電動機M3)によって回生制御を実施する場合、第3速ギヤ段または第4速ギヤ段で回生制御を実施すると、回生効率η2が第2速ギヤ段よりも向上する。ここで、図11および図12に示す電動機Mの各ギヤ段での動作点は、共に同じ車速Vを前提とした動作点であるが、第1電動機M1と第2電動機M2とで同じギヤ段であっても動作点が異なるのは、差動部11のギヤ比ρ0に起因するものである。上記図11および図12の回生効率マップを比較すると、電動機Mによって回生制御を実施するに際して、第2電動機M2を使用すると共に、自動変速部20を第2速ギヤ段に変速させることで、最も回生効率ηが高くなる。上記のような状態においては、第2電動機M2を使用すると共に、自動変速部20を第2速ギヤ段に変速させた状態で回生制御を実施することで回生効率が最も高くなり、燃費が向上する。
また、例えば車速Vが高くなると、第1速ギヤ段から第4速ギヤ段までの各動作点は、等パワー線に沿って高回転速度側に移動する。したがって、車速Vに応じて電動機Mの各ギヤ段毎の動作点は変化するため、その動作点の変化に伴って電動機Mの回生効率ηが図11および図12の回生効率マップに基づいて変化することとなる。また、回生電力量が変化する場合も同様に、等パワー線が図11および図12において上下に変化することから、電動機Mの動作点が変化するため、回生効率ηが変化する。すなわち、必ずしも全ての走行領域において自動変速部20が第2速ギヤ段に変速された状態で第2電動機M2による回生制御が最も回生効率ηが高くなるわけではなく、最も回生効率ηのよい電動機Mの動作点は、車両の走行状態および回生電力量に応じて変化する。したがって、電動機Mの回生電力量および電動機Mの回転速度に基づいて動作点が算出されると、図11および図12に示す回生効率マップに基づいて、電動機Mの各ギヤ段における動作点の回生効率ηが決定される。
最適電動機切換手段88は、回生制御を実施するに際して、第1電動機M1による回生制御と第2電動機M2による回生制御とのうち燃費に有利な電動機Mによる回生制御に切り換える。具体的には、最適電動機切換手段88は、車速V、自動変速部20の各ギヤ段毎に機械的に設定されているギヤ比(変速比)から算出される電動機Mの回転速度(NM1、NM2)、および回生制御時に設定される回生電力量に基づいて、電動機Mの各ギヤ段に関する動作点を算出する(なお、第1電動機M1の回転速度NM1の算出にあっては、差動部11のギヤ比ρ0を必要とする)。そして、最適電動機切換手段88は、上記算出された電動機Mの各ギヤ段での動作点と、図11(第2電動機M2)および図12(第1電動機M1)に示す回生効率マップとに基づいて、最も回生効率ηの高い電動機Mおよび自動変速部20のギヤ段を決定し、上記決定された電動機Mによる回生制御に切り換える。ここで、第1電動機M1による回生制御を実施する場合、第3電動機M3によって反力を発生させる必要が生じるが、この反力トルクを発生させる際の第3電動機M3による消費電力を考慮することもできる。例えば、第1電動機M1および第2電動機M2の最大回生効率が等しい場合、第3電動機M3の消費電力が発生しない、第2電動機M2による回生制御が望ましくなる。
そして、変速比変更手段94は、最適電動機切換手段88によって決定された回生効率ηが略最大となるギヤ段(変速段)に自動変速部20が変速されるように、自動変速部20の変速点を変更する。ここで、図7に示す変速点は、エンジン走行を前提とした場合の変速点であり、エンジン8が低回転高トルク領域で作動されるように設定されている。したがって、電動機Mによるモータ走行時においては、電動機Mが低回転高トルクで作動させられることがあり、モータ走行時には適していない。上記より、変速点変更手段94は、電動機Mによる回生効率ηが略最大となるように自動変速部20の変速点を変更する。
図13は、上記変速点変更手段94によって変速点が変更される一例である。ここで、実線がアップシフト線に対応しており、破線がダウンシフト線に対している。上記アップシフト線およびダウンシフト線は、それぞれエンジン走行を前提に設定された基本変速線となる。したがって、基本変速線は、エンジン8の効率が有利となる低回転高トルク領域でエンジン8が運転されるように設定されている。これに対して、電動機は一般に高回転低トルク領域で運転されると効率が有利となるため、変速点変更手段94は、これに合わせて変速点を変更する。例えば図13では、コースト走行時において、一点鎖線で示すようにダウンシフト線が高車速側に移動させられる。上記のような変速点の変更は、例えば、図11に示す等パワー線上において、自動変速部20が第4速ギヤ段または第3速ギヤ段の状態で第2電動機M2による回生制御が実施される場合、速やかに第2速ギヤ段に変速させることを目的として実施される。上記のように変更されると、回生効率ηが高くなる第2速ギヤ段に速やかに変速されるので、第2電動機M2の回生効率η2が向上し燃費が向上する。
なお、変速線は、必ずしもダウンシフト線を高車速側に移動するだけでなく、低車速側に移動させても構わない。例えば、図12に示す等パワー線上において、自動変速部20が第3速ギヤ段で走行中に第1電動機M1(および第3電動機M3)によって回生制御が実施される場合、第2速ギヤ段に変速されると第1電動機M1の回生効率η1が低下(88%から86%へ低下)するため、第3速ギヤ段で回生される状態が長くなるように、ダウンシフト線を低車速側に移動させることもある。要するに、変速点変更手段94は、電動機Mの動作点が図11および図12に示す回生効率ηが高い領域(例えば90%の領域)に長時間維持されるように、変速点を変更する。
図14は、電子制御装置80の制御作動の要部すなわち回生制御を実施する際に電動機Mの回生効率ηを向上させて燃費を向上させるため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ものである。
先ず、回生判定手段90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、例えばアクセルペダルの踏み込みが解除されるなどして、エンジン負荷走行からコースト走行状態に入り、回生制御が実施されるか否かが判定される。SA1が否定される場合、本ルーチンは終了させられる。一方、SA1が肯定されると、電動機作動可能判定手段92に対応するSA2において、第3電動機M3が作動可能か否かが判定される。SA2が否定されると、第1電動機M1および第3電動機M3による回生制御が不可能と判定され、第2電動機M2による回生制御が選択される。そして、最適電動機切換手段88および変速点変更手段94に対応するSA5において、第2電動機M2による回生制御に切り換えられる。このとき、第2電動機M2の動作点が、図11に示す第2電動機M2の効率マップにおいて略最大の回生効率η2(図11において90%領域)となるように、変速点が変更される。
一方、SA2が肯定されると、最適電動機切換手段88および変速点変更手段94に対応するSA3において、第2電動機M2による回生制御または第1電動機M1(および第3電動機M3)による回生制御のうち、いずれの回生制御が燃費的に有利かが選択される。具体的には、現在の車速V、回生電力量(パワー)等に基づいて、第1電動機M1(および第3電動機M3)によって回生制御が実施される場合における、自動変速部20の各ギヤ段毎の第1電動機M1の動作点が算出される。同様に、現在の車速V、回生量(パワー)等に基づいて、第2電動機M2によって回生制御が実施される場合における、自動変速部20の各ギヤ段毎の第2電動機M2の動作点が算出される。そして、上記算出された各電動機Mについての各ギヤ段毎の動作点のうち、図11および図12の電動機Mの動作点と回生効率ηとの関係に基づいて、燃費が有利となる電動機Mおよびギヤ段が決定され、その決定された電動機Mおよびギヤ段による回生制御に切り換えられる。なお、このとき、第3電動機M3による反力トルク発生に伴う消費電力を考慮しても構わない。
さらに、SA3では、決定された電動機Mによって回生制御を実施するに際して、自動変速部20の変速点を変更することが燃費的に有利となるか否かが判定される。例えば、エンジン走行用に設定された変速点であっても燃費的に特に影響が無い場合や既に回生効率ηが略最大となるギヤ段に変速されている場合、SA3が否定され、有段変速制御手段82に対応するSA4において、自動変速部20の変速点が基本変速線に設定される。
SA3が肯定されると、変速点変更手段94に対応するSA5において、予め設定されているエンジン走行を前提とした基本変速線に対して、設定された電動機Mが、SA3で決定された回生効率ηが略最大となる動作点で作動される、或いは回生効率ηが略最大となる動作点で維持されるように、自動変速部20の変速点が変更される。
上述のように、本実施例によれば、最適電動機切換手段88は、自動変速部20の変速比に基づいて、第1電動機M1(および第3電動機M3)による回生と第2電動機M2による回生とのいずれかに切り換えるものである。このようにすれば、第1電動機M1よる回生と第2電動機M2による回生とでは自動変速部20の変速比に応じて回生効率η(電動機効率)が相違するが、回生効率ηの高くなる側の電動機Mに適宜切り換えることで燃費を向上させることができる。
また、本実施例によれば、最適電動機切換手段88は、回生効率マップに基づいて第1電動機M1による回生と第2電動機M2による回生パターンのうち燃費に有利な電動機Mによる力行・回生に切り換えるため、燃費が向上する。
また、本実施例によれば、変速比変更手段94は、変速比変更手段94は、第1電動機M1による回生および第2電動機M2による回生の回生効率η(電動機効率)が、回生効率マップに基づいて略最大となるギヤ段(変速段)に変速されるように、自動変速部20の変速点を変更するため、電動機Mの回生効率ηを効果的に向上させることができる。
また、本実施例によれば、反力発生手段は、エンジン8に動力伝達可能に連結された第3電動機M1であるため、エンジン8の出力軸に対して反力トルクを電気的に発生させることができる。
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。
図15は、本発明の他の実施例である電子制御装置80による制御作動の要部を説明する機能ブロック線図である。なお、自動変速部20等の機械的な構成は前述した実施例と同様であるため、その説明を省略する。また、図15の機能ブロック線図において、機能が共通する手段も同様にその説明を省略する。本実施例においては、電動機Mによるモータ走行に際して、第2電動機M2の力行(駆動)によるモータ走行と第1電動機(および第3電動機M3)の力行(駆動)によるモータ走行とを比較して、いずれの電動機Mによる力行(駆動)が燃費的に有利かを判断し、その有利となる電動機Mによるモータ走行を実施する。
図16は、第2電動機M2の力行(駆動)によるモータ走行を実施した場合の差動部11の回転状態を示す共線図であり、図3に示す共線図に対応している。第2電動機M2によるモータ走行においては、電動機制御手段86は、第1電動機M1を負の回転速度で空転させた状態で、第2電動機M2に正転方向への第2電動機トルクTM2を出力させる。図17は、第1電動機M1の力行(駆動)によるモータ走行を実施した場合の差動部11の回転状態を示す共線図である。第1電動機M1によるモータ走行においては、第1電動機M1の第1電動機トルクTM1に対する反力トルクを第3電動機M3によって発生させることで、差動部キャリヤCA0の回転速度すなわちエンジン回転速度NEを零に固定する。これより、第1電動機M1の第1電動機トルクTM1が出力軸として機能する差動部リングギヤR0(伝達部材18)に伝達される。
図15に戻り、モータ走行判定手段100は、車両がモータ走行で力行状態(駆動状態)であるか否かを判定する。具体的には、例えば現在の走行状態が図7の変速線図に示すモータ走行領域内にあるか否か等に基づいて判定される。
また、本実施例の最適電動機切換手段102は、電動機Mについて予め実験的或いは定格的に求められている伝達効率マップ(電動機効率マップ)に基づいて、いずれの電動機Mによるモータ走行が燃費的に有利かを判断して、モータ走行時に使用される電動機Mを決定する。そして、電動機制御手段86は、最適電動機切換手段102が選択した電動機Mによる力行(駆動)実施すると共に、その電動機Mの伝達効率η’(本発明において電動機効率)が最適となるように自動変速部20の変速を実施する。なお、上記力行時の伝達効率マップは、前述した図11および図12に示す回生効率マップと略等しいため、以下の説明では、図11および図12を力行時の電動機Mの伝達効率マップとして説明する。
最適電動機切換手段102は、現在の車速V、要求出力(パワー)等に基づいて、第1電動機(および第3電動機M3)によってモータ走行が実施されるに際して、自動変速部20の各ギヤ段毎の第1電動機M1の動作点が算出される。同様に、現在の車速V、要求出力等に基づいて、第2電動機M2よってモータ走行が実施されるに際して、自動変速部20の各ギヤ毎の第2電動機M2の動作点が算出される。そして、最適電動機切換手段102は、算出された電動機Mの各ギヤ段毎の動作点と、図11および図12の電動機Mの動作点と伝達効率η’との伝達効率マップとに基づいて、伝達効率η’が略最大となる電動機Mおよびギヤ段すなわち燃費が有利となる電動機Mおよびギヤ段を決定し、その決定された電動機Mによるモータ走行に切り換える。ここで、第1電動機M1によるモータ走行を実施する場合、第3電動機M3によって反力を発生させる必要が生じるが、この反力トルクを発生させる際の第3電動機M3による消費電力を考慮することもできる。例えば、第1電動機M1および第2電動機M2の最大伝達効率が等しい場合、第3電動機M3の消費電力が発生しない、第2電動機M2によるモータ走行が望ましい。
そして、変速比変更手段94は、最適電動機切換手段102によって決定された伝達効率η’が略最大となるギヤ段への変速が速やかに実施されるように、自動変速部20の変速点を変更する。
図18は、例えば第2電動機M2によるモータ走行において、変速比設定手段94によって変速点が変更される一例である。ここで、実線がアップシフト線に対応しており、破線がダウンシフト線に対応している。上記アップシフト線およびダウンシフト線は、それぞれエンジン走行を前提に設定された基本変速線となる。したがって、基本変速線は、エンジン8の効率が有利となる低回転高トルク領域でエンジン8が運転されるように設定されている。これに対して、電動機は一般に高回転速度低トルク領域で運転されると効率が有利となるため、変速線変更手段94は、これに合わせて変速点を変更する。例えば図18では、モータ走行時において、アップシフト線が一点鎖線で示すように高車速側に移動させられていると共に、ダウンシフト線が二点鎖線で示すように高車速側に移動させられている。上記のような変速点の変更は、例えば図11に示す等パワー線上において、自動変速部20が第4速ギヤ段または第3速ギヤ段の状態で第2電動機M2によるモータ走行が実施される場合、速やかに第2速ギヤ段に変速されるため、第2電動機M2の伝達効率η2’が向上し燃費が向上する。
なお、変速線は必ずしもアップシフト線およびダウンシフト線を高車速側に移動するだけでなく、低車速側に移動させても構わない。例えば、図12に示す第1電動機M1の等パワー線上において、自動変速部20が第2速ギヤ段で走行している場合、第3速ギヤ段に変速された方が第1電動機M1の伝達効率η1’が向上する(86%から88%に上昇)。このような場合、第3速ギヤ段へのアップシフト線を低車速側に移動させると速やかに第3速ギヤ段へ変速されることとなる。要するに、変速点変更手段94は、電動機Mの伝達効率η’が略最大となるように、すなわち燃費が有利となる動作点で電動機Mが運転されるように、変速点を適宜変更する。
図19は、電子制御装置80の制御作動の要部すなわちモータ走行を実施する際に電動機Mの伝達効率η’を向上させて燃費を向上させるため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ものである。
先ず、モータ走行判定手段100に対応するSB1において、車両の走行状態が電動機Mによる力行(駆動)状態であるか否かが判定される。SB1が否定されると、本ルーチンは終了させられる。SB1が肯定されると、電動機作動可能判定手段92に対応するSA2において、第3電動機M3が作動可能か否かが判定される。SA2が否定されると、第1電動機M1および第3電動機M3の力行(駆動)によるモータ走行が不可能と判定され、第2電動機M2の力行によるモータ走行が選択される。そして、最適電動機切換手段102および変速点変更手段94に対応するSA5において、第2電動機M2の力行によるモータ走行に切り換えられる。このとき、第2電動機M2の動作点が、図11に示す第2電動機M2の伝達効率マップにおいて略最大の伝達効率η2’(図11において90%領域)となるように変速点が変更される。
一方、SA2が肯定されると、最適電動機切換手段102および変速点変更手段94に対応するSA3において、第2電動機M2の力行によるモータ走行または第1電動機M1の力行によるモータ走行のうち、いずれの力行によるモータ走行が燃費的に有利かが選択される。具体的には、現在の車速V、要求出力(出力パワー)等に基づいて、第1電動機M1(および第3電動機M3)の力行によるモータ走行が実施される場合における、自動変速部20の各ギヤ段毎の第1電動機M1の動作点が算出される。同様に、現在の車速V、要求出力等に基づいて、第2電動機M2の力行によるモータ走行が実施される場合における、自動変速部20の各ギヤ段毎の第2電動機M2の動作点が算出される。そして、上記算出された各電動機Mについての各ギヤ段における動作点のうち、図11および図12の電動機Mの動作点と伝達効率ηとの関係に基づいて、伝達効率ηが略最大となる、すなわち燃費が有利となる電動機Mおよびギヤ段が決定され、その決定された電動機Mおよびギヤ段によるモータ走行に切り換えられる。なお、このとき、第3電動機M3による反力トルク発生に伴う消費電力を考慮しても構わない。
さらに、SA3では、決定された電動機Mの力行によるモータ走行を実施するに際して、自動変速部20の変速点を変更することが燃費的に有利となるか否かが判定される。例えば、エンジン走行用に設定される基本変速線に基づいて自動変速部20が変速されても燃費的に特に影響が無い場合や既に伝達効率η’が略最大となるギヤ段に変速されている場合、SA3が否定され、有段変速制御手段82に対応するSA4において、自動変速部20の変速点が基本変速線に設定される。
SA3が肯定されると、変速点変更手段94に対応するSA5において、予め設定されている基本変速線に対して、SA3で決定された電動機Mが伝達効率η’が略最大となるギヤ段に変速される、或いはそのギヤ段に維持されるように、変速点が変更される。
上述のように、本実施例によれば、最適電動機切換手段102は、自動変速部20の変速比に基づいて、第1電動機M1による力行と第2電動機M2による力行とのいずれかに切り換えるものである。このようにすれば、第1電動機M1よる力行と第2電動機M2による力行とでは自動変速部20の変速比に応じて伝達効率η’(電動機効率)が相違するが、伝達効率η’の高くなる側の電動機Mに適宜切り換えることで燃費を向上させることができる。
また、本実施例によれば、最適電動機切換手段102は、伝達効率マップ(電動機効率マップ)に基づいて第1電動機M1による力行と第2電動機M2による力行パターンのうち燃費に有利な電動機Mによる力行に切り換えるため、燃費が向上する。
また、本実施例によれば、変速比変更手段94は、変速比変更手段94は、第1電動機M1による力行および第2電動機M2による力行の伝達効率η’(電動機効率)が、伝達効率マップに基づいて略最大となる変速段に変速されるように、自動変速部20の変速点を変更するため、電動機Mの伝達効率η’を効果的に向上させることができる。
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、第1電動機M1による力行・回生の際には、第3電動機M3によって反力トルクを発生させるものであったが、例えば入力軸14とケース12との間にブレーキを設け、そのブレーキを適宜係合させて反力トルクを発生するなどしても構わない。
また、前述の実施例では、電動機Mによる回生制御において、変速点変更手段94は、ダウンシフト線のみを変更するものであったが、アップシフト線も同様に適宜変更しても構わない。すなわち、電動機Mの動作点を電動機効率(回生効率η、伝達効率η’)が略最大となるように変速点を変更することを目的として、自動変速部20を適宜ダウン変速、或いはアップ変速させても構わない。また、電動機Mの力行時においても同様である。
また、前述の実施例では、電動機効率マップ(回生効率マップ、伝達効率マップ)に基づいて、力行・回生時の電動機Mおよび自動変速部20のギヤ段が決定されるが、例えば、実験等によって求められた電動機Mの効率を算出する関係式や相関図表等に基づいて電動機Mおよびギヤ段を決定するものであっても構わない。
また、前述の実施例おいて、図11および図12の電動機効率マップの具体的な電動機効率の数値をさらに細かく設定しても構わない。
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、伝達部材18から駆動輪34までの間の動力伝達経路に直接的或いは変速機、遊星歯車装置、係合装置等を介して間接的に連結されていてもよい。
また、前述の実施例では、第1電動機M1の運転状態が制御されることにより、差動部11はその変速比γ0が最小値γ0minから最大値γ0maxまで連続的に変化させられる電気的な無段変速機として機能するものであったが、たとえば適宜差動部11の変速比γ0を連続的ではなく差動作用を利用して敢えて段階的に変化させるものであっても本発明は適用することができる。
また、前述の実施例において、差動部11は、動力分配機構16に設けられて差動作用を制限することにより少なくとも前進2段の有段変速機としても作動させられる差動制限装置を備えたものであってもよい。
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70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ない。要するに、自動変速部20は、エンジン8から駆動輪34への動力伝達経路の一部を構成するように設けられておればよい。
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(差動部遊星歯車装置24)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、差動部遊星歯車装置24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、構成によっては出力軸22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、前述の実施例のシフト操作装置50は、複数種類のシフトポジションPSHを選択するために操作されるシフトレバー52を備えていたが、そのシフトレバー52に替えて、たとえば押しボタン式のスイッチやスライド式スイッチ等の複数種類のシフトポジションPSHを選択可能なスイッチ、或いは手動操作に因らず運転者の音声に反応して複数種類のシフトポジションPSHを切り換えられる装置や足の操作により複数種類のシフトポジションPSHが切り換えられる装置等であってもよい。また、シフトレバー52が「M」ポジションに操作されることにより、変速レンジが設定されるものであったが、ギヤ段が設定されることすなわち各変速レンジの最高速ギヤ段がギヤ段として設定されてもよい。この場合、自動変速部20ではギヤ段が切り換えられて変速が実行される。たとえば、シフトレバー52が「M」ポジションにおけるアップシフト位置「+」またはダウンシフト位置「−」へ手動操作されると、自動変速部20では第1速ギヤ段乃至第4速ギヤ段のいずれかがシフトレバー52の操作に応じて設定される。
また、前述の実施例の変速機構10において第1電動機M1と第2回転要素RE2とは直結されており、第2電動機M2と第3回転要素RE3とは直結されているが、第1電動機M1が第2回転要素RE2にクラッチ等の係合要素を介して連結され、第2電動機M2が第3回転要素RE3にクラッチ等の係合要素を介して連結されていてもよい。
また、前述の実施例において、第2電動機M2はエンジン8から駆動輪34までの動力伝達経路の一部を構成する伝達部材18に連結されているが、第2電動機M2がその動力伝達経路に連結されていることに加え、クラッチ等の係合要素を介して動力分配機構16にも連結可能とされており、第1電動機M1の代わりに第2電動機M2によって動力分配機構16の差動状態を制御可能とする変速機構10の構成であってもよい。
また、前述の実施例において自動変速部20は有段の自動変速機として機能する変速部であるが、無段のCVTであってもよいし、手動変速機として機能する変速部であってもよい。
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:車両用動力伝達装置
11:差動部(電気式差動部)
14:入力軸
16:動力分配機構(差動機構)
18:伝達部材(出力軸)
20:自動変速部(変速部)
34:駆動輪
88:最適電動機切換手段
94:変速点変更手段
M1:第1電動機
M2:第2電動機
M3:第3電動機(反力発生手段)
η :回生効率(電動機効率)
η’:伝達効率(電動機効率)
10:車両用動力伝達装置
11:差動部(電気式差動部)
14:入力軸
16:動力分配機構(差動機構)
18:伝達部材(出力軸)
20:自動変速部(変速部)
34:駆動輪
88:最適電動機切換手段
94:変速点変更手段
M1:第1電動機
M2:第2電動機
M3:第3電動機(反力発生手段)
η :回生効率(電動機効率)
η’:伝達効率(電動機効率)
Claims (4)
- 差動機構の回転要素に連結された第1電動機の運転状態が制御されることにより入力軸の回転速度と出力軸の回転速度との差動状態が制御される電気式差動部と、エンジンと駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成する変速部と、前記変速部に動力伝達可能に連結された第2電動機とを、備えた車両用動力伝達装置の制御装置であって、
前記第1電動機による力行・回生の際に反力を発生させる反力発生手段と、
前記変速部の変速比に基づいて、前記第1電動機による力行・回生と前記第2電動機による力行・回生とのいずれかに切り換える最適電動機切換手段を有することを特徴とする車両用動力伝達装置の制御装置。 - 前記最適電動機切換手段は、前記第1電動機による力行・回生と前記第2電動機による力行・回生とに関する前記変速部の変速比毎での電動機効率マップをそれぞれ備え、該電動機効率マップに基づいて、前記第1電動機による力行・回生と前記第2電動機による力行・回生とのうち燃費に有利な電動機による力行・回生に切り換え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。
- 前記第1電動機による力行・回生および前記第2電動機による力行・回生の電動機効率が、前記電動機効率マップに基づいて略最大となる変速段に変速されるように、前記変速部の変速点を変更する変速点変更手段を有することを特徴とする請求項2の車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記反力発生手段は、前記エンジンに動力伝達可能に連結された第3電動機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。
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2008
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