JP2010215190A - 車両用動力伝達装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気式差動部を備える車両用動力伝達装置において、全体効率を一層向上して燃費向上を図る。
【解決手段】差動部11を備える動力伝達装置10の電子制御装置80において、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量とに基づいて、車両のシステム効率が最大となるように、電気パス効率及びエンジン動作点が変化させられるので、例えばエンジン8の暖機状態、第3電動機M3の温度状態などの車両状態に基づいて変化可能量が変えられる電気パス効率及びエンジン動作点に合わせて車両のシステム効率が可及的に向上させられる。よって、システム効率を一層向上して燃費向上を図ることができる。
【選択図】図22
【解決手段】差動部11を備える動力伝達装置10の電子制御装置80において、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量とに基づいて、車両のシステム効率が最大となるように、電気パス効率及びエンジン動作点が変化させられるので、例えばエンジン8の暖機状態、第3電動機M3の温度状態などの車両状態に基づいて変化可能量が変えられる電気パス効率及びエンジン動作点に合わせて車両のシステム効率が可及的に向上させられる。よって、システム効率を一層向上して燃費向上を図ることができる。
【選択図】図22
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を備える車両用動力伝達装置の制御装置に係り、特に、車両用動力伝達装置の伝達効率を含む車両の全体効率を向上させる技術に関するものである。
エンジンに動力伝達可能に連結された差動機構とその差動機構に動力伝達可能に連結された第1電動機とを有し第1電動機の運転状態が制御されることにより差動機構の差動状態が制御される電気式差動部を備えた車両用動力伝達装置が良く知られている。例えば、特許文献1に記載された動力出力装置がそれである。この動力出力装置においては、差動部としての遊星歯車装置と、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、リングギヤに連結された第2電動機とを備え、それら第1電動機及び第2電動機の運転状態を制御することにより、遊星歯車装置のキャリアへ入力されるエンジンからの入力回転速度と出力部材としてのリングギヤの出力回転速度との差動状態が制御されるように構成されている。
この差動状態が制御される際には、エンジンの動力の主要部は機械的に出力部材へ出力されると共に、動力の一部は例えば第1電動機の発電のために消費されて電気エネルギに変換され、その電気エネルギが第2電動機へ供給されてその第2電動機から出力される駆動力が出力部材へ出力される。このように、エンジン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。一般に、エンジンの動力が伝達される際、専ら機械的な伝達経路が構成される場合の方が上記電気パスが構成される場合に比較して車両用動力伝達装置の動力伝達効率(=動力伝達装置の出力/動力伝達装置へ入力されたエンジン出力;明細書全体を通して伝達効率という)は高くなるとされている。反面、差動機構の差動状態を制御することでエンジンをより効率良い運転状態として燃費を改善(向上)することができる。
ところで、前述したような動力伝達装置では、例えば所定速度以上の高速走行中等において、第1電動機が負回転で力行する逆転力行状態とされる場合がある。すなわち、機械的に出力部材へ出力されたエンジンの動力を用いて第2電動機が回生発電を行い、その第2電動機により発電された電力が第1電動機に供給される動力循環状態が成立する場合がある。このような場合において、第2電動機から第1電動機へ供給される電力の増大に伴って電気パス効率が低下して、動力伝達装置の伝達効率が一層低下してしまう恐れがあった。
このような問題に対して、特許文献1には、エンジン軸に第3電動機を連結し、第1電動機、第2電動機、及び第3電動機が何れも電力授受可能に接続される複数の電気パスを備えて、動力循環状態における電気パス効率を向上させる技術が記載されている。すなわち、第1電動機が逆転力行状態とされるときには第3電動機により回生された電力が第1電動機に供給されるように運転制御することにより第2電動機から第1電動機への電気パス量すなわち電気パスを流れる電気エネルギ量(動力循環状態では動力循環量)を低減して、動力循環状態における電気パス効率を向上させる技術が記載されている。これによって、動力伝達装置の伝達効率が向上させられて車両全体の効率であるシステム効率(すなわち全体効率)が向上させられる。
また、特許文献2には、エンジン動作点は動力伝達装置の伝達効率を含めたシステム効率が最大となるように設定されることが記載されている。また、エンジンは、特許文献3にも示されているように、例えばストイキ状態とリーン状態とで運転状態を切換え可能に燃焼特性を変更することが可能である。
ところで、エンジンの燃焼特性が変更可能な場合、エンジン効率とエンジン動作点との関係(特性)も変更される。よって、エンジンの燃焼特性が変更可能な場合、同程度のエンジン効率とするときのエンジン動作点が異なり、そのような異なる動作点においては電気パス効率も異なると考えられる。そうすると、エンジンの燃焼特性によっては、システム効率が最大となるエンジン動作点は変わる可能性がある。更に、動力循環量の変化すなわち電気パス効率の変化は、例えば温度などの車両状態に基づく第3電動機の作動可能範囲により変化させられる可能性がある。そうすると、電気パス効率の変化によっては、システム効率が最大となるエンジン動作点は変わる可能性がある。このような課題は未公知であり、電気パス効率の変化度合やエンジン燃焼特性の変化に伴うエンジン動作点の変化度合を考慮して、システム効率が最大となるように車両を制御することについては未だ提案されていない。
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、電気式差動部を備える車両用動力伝達装置において、全体効率を一層向上して燃費向上を図ることができる制御装置を提供することにある。
前記目的を達成するための本発明の要旨とするところは、(a) エンジンに動力伝達可能に連結された差動機構とその差動機構に動力伝達可能に連結された第1電動機とを有しその第1電動機の運転状態が制御されることによりその差動機構の差動状態が制御される電気式差動部と、前記電気式差動部と駆動輪との間の動力伝達経路に動力伝達可能に連結された第2電動機と、前記エンジンに動力伝達可能に連結された第3電動機とを備える車両用動力伝達装置の制御装置であって、(b) 前記エンジン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を複数有し、(c) 前記第1電動機、前記第2電動機、及び前記第3電動機は、前記電気パスを介して相互に電力授受可能に構成されており、(d) 電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量とに基づいて、前記車両用動力伝達装置の伝達効率及び前記エンジンの燃焼効率を含む車両の全体効率が最大となるように、前記電気パス効率及び前記エンジン動作点を変化させることにある。
このようにすれば、電気式差動部を備える車両用動力伝達装置の制御装置において、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量とに基づいて、車両の全体効率が最大となるように、電気パス効率及びエンジン動作点が変化させられるので、例えばエンジンの暖機状態、電動機の温度状態などの車両状態に基づいて変化可能量が変えられる電気パス効率及びエンジン動作点に合わせて車両の全体効率を可及的に向上させられる。よって、全体効率を一層向上して燃費向上を図ることができる制御装置が提供させる。
ここで、好適には、前記電気パス効率は、前記エンジンの出力状態に対する前記第3電動機の発電状態を変更することにより変化させられる。このようにすれば、第3電動機の発電状態を制御することで、複数の電気パスにおける各々の電気パス量を変更することが可能になり、特に第2電動機により発電された電力が第1電動機に供給される動力循環状態における電気パス効率を高めることができる。また、第3電動機の発電状態を連続的に変更することで、電気パス効率を連続的に変更することができる。
また、好適には、前記電気パス効率の変化可能量は、前記第3電動機の発電状態の変更に関連する車両状態に基づいて変更される。このようにすれば、電気パス効率の変化可能量が適切に把握され、電気パス効率及びエンジン動作点が適切に変化させられる。
また、好適には、前記エンジン動作点は、前記エンジンの燃焼特性を変更することにより変化させられる。このようにすれば、例えば可変気筒やリーンバーンなどによりエンジンの燃焼特性を変更することで、エンジンの燃焼効率(エンジン効率)が良くなるエンジン動作点が変更される。よって、車両用動力伝達装置の伝達効率及びエンジンの燃焼効率を含む車両の全体効率が最大となるように、エンジン動作点を含めた選択(変更)が可能になる。
また、好適には、前記エンジン動作点の変化可能量は、前記エンジンの燃焼特性の変更に関連する車両状態に基づいて変更される。このようにすれば、エンジン動作点の変化可能量が適切に把握され、電気パス効率及びエンジン動作点が適切に変化させられる。
また、好適には、前記エンジン動作点を変化させることよりも前記電気パス効率を変化させることを優先させる。このようにすれば、エンジン動作点の変更によるエンジン回転速度変化に伴うショックの発生が抑制され、ドライバビリティの低下が抑制される。例えば、電気パス効率及びエンジン動作点の両方を変化させることと一方のみを変化させることとで全体効率の向上度合の差が小さければ、一方のみを実施すれば良いと考えられる。その際、例えばエンジンの燃焼特性を変更することよりもドライバビリティ変化が少なくなる方である電気パス効率を変化させることを優先させることで、ドライバビリティの低下が抑制される。
また、好適には、前記エンジンから前記駆動輪への動力伝達経路の一部を構成する変速部を更に備え、前記変速部の変速比変更による伝達効率の変化可能量を更に基にして、前記変速部の変速比を選択すると共に前記電気パス効率及び前記エンジン動作点を変化させる。このようにすれば、変速部を備えた実用的な動力伝達装置において、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量とに基づいて車両の全体効率が可及的に向上させられて、全体効率を一層向上して燃費向上を図ることができる。また、変速部の変速比の選択を含んで電気パス効率及びエンジン動作点が変化させられ、変速部の変速比毎の伝達効率の変化を考慮して全体効率を一層向上することができる。
また、好適には、前記変速部は、有段式の自動変速機である。このようにすれば、有段式の自動変速機の各変速段の選択を含んで電気パス効率及びエンジン動作点が変化させられて、全体効率を一層向上して燃費向上を図ることができる。
また、好適には、前記電気式差動部は、前記第1電動機の運転状態が制御されることにより無段変速機として作動する。このようにすれば、電気的な無段変速機として機能する電気式差動部を備えた実用的な動力伝達装置において、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量とに基づいて車両の全体効率が可及的に向上させられて、全体効率を一層向上して燃費向上を図ることができる。また、電気式差動部から出力される駆動トルクを滑らかに変化させることが可能である。尚、電気式差動部は、その変速比を連続的に変化させて電気的な無段変速機として作動させる他に変速比を段階的に変化させて有段変速機として作動させることも可能である。
また、好適には、前記有段式の自動変速機は、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。
また、好適には、上記油圧式摩擦係合装置を含む油圧制御回路は、例えばリニアソレノイドバルブの出力油圧を直接油圧式摩擦係合装置の油圧アクチュエータ(油圧シリンダ)にそれぞれ供給することが応答性の点で望ましいが、そのリニアソレノイドバルブの出力油圧をパイロット油圧として用いることによりシフトコントロールバルブを制御して、そのコントロールバルブから油圧アクチュエータに作動油を供給するように構成することもできる。
また、好適には、上記リニアソレノイドバルブは、例えば複数の油圧式摩擦係合装置の各々に対応して1つずつ設けられるが、同時に係合したり係合、解放制御したりすることがない複数の油圧式摩擦係合装置が存在する場合には、それ等に共通のリニアソレノイドバルブを設けることもできるなど、種々の態様が可能である。また、必ずしも全ての油圧式摩擦係合装置の油圧制御をリニアソレノイドバルブで行う必要はなく、一部乃至全ての油圧制御をON−OFFソレノイドバルブのデューティ制御など、リニアソレノイドバルブ以外の調圧手段で行っても良い。尚、この明細書で「油圧を供給する」という場合は、「油圧を作用させ」或いは「その油圧に制御された作動油を供給する」ことを意味する。
また、好適には、前記エンジンとしては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関が広く用いられる。さらに、補助的な走行用動力源として、電動機等がこのエンジンに加えて用いられても良い。
また、好適には、前記第3電動機は前記エンジンに付属し直結されている。このようにすれば、第3電動機を設置するための必要スペースを小さくできる。また、動力伝達装置内の電気パスとしての第1電動機・第2電動機間の電気パスに対して、この第3電動機を介しての電気パスを動力伝達装置外の電気パスとして用いることができる。
また、好適には、前記車両用動力伝達装置の筐体内に前記第1、第2電動機が備えられている。このようにすれば、例えば、車両用動力伝達装置内の作動流体の温度を測定することにより第1、第2電動機の温度を検出できる。
また、好適には、前記差動機構は、前記エンジン及び前記第3電動機に連結された第1回転要素と前記第1電動機に連結された第2回転要素と前記第2電動機に連結された第3回転要素との3つの回転要素を有する装置である。このようにすれば、前記差動機構が簡単に構成される。
また、好適には、前記差動機構はシングルピニオン型の遊星歯車装置であり、前記第1回転要素はその遊星歯車装置のキャリヤであり、前記第2回転要素はその遊星歯車装置のサンギヤであり、前記第3回転要素はその遊星歯車装置のリングギヤである。このようにすれば、前記差動機構の軸心方向寸法が小さくなる。また、差動機構が1つのシングルピニオン型遊星歯車装置によって簡単に構成される。
また、好適には、前記エンジンと前記駆動輪との間の動力伝達経路において、前記エンジン、前記電気式差動部、前記変速部、前記駆動輪の順に連結されている。
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6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動力伝達部としての自動変速部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、本実施例のハイブリッド車両6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。尚、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、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、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とを備えている。また、動力伝達装置10には、エンジン連結電動機である第3電動機M3がエンジン8に動力伝達可能に連結されている。
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、相互に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は何れも主動力源であるエンジン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動力源(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及び第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及び第2電動機M2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。また、第3電動機M3は、第1電動機M1及び第2電動機M2とは別にケース12外に備えられて、図1のようにエンジン8に直結されている。尚、第3電動機M3は、エンジン8の出力軸に連結されているが、省スペース化のためエンジン8に付属し両者が一体的に構成されていてもよいし、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もない。
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と、切換クラッチC0及び切換ブレーキB0と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。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。このように構成された動力分配機構16は、それら切換クラッチC0及び切換ブレーキB0が解放されると、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可能状態(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、動力分配機構16が差動状態とされると差動部11も差動状態とされ、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無段変速状態とされる。このように動力分配機構16が差動状態とされると、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。
この状態で、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(差動制限状態)とされる。具体的には、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、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。尚、動力分配機構16は切換クラッチC0または切換ブレーキB0が滑らされるスリップ係合状態とされることもあり、切換クラッチC0または切換ブレーキB0が係合させられた動力分配機構16の非差動状態も上記スリップ係合状態も、差動部11(動力分配機構16)の予め定められた差動状態つまり差動部遊星歯車装置24の3要素S0,CA0,R0が自由に相対回転可能な差動状態が得られない差動制限状態であると言える。また本実施例では、動力分配機構16の差動可能状態は切換クラッチC0及び切換ブレーキB0が解放され差動部遊星歯車装置24の3要素が自由に相対回転可能な差動状態であるとして説明しているので、上記差動可能状態には差動制限状態は含まれない。
このように、本実施例では、切換クラッチC0及び切換ブレーキ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。言い換えれば、切換クラッチC0及び切換ブレーキB0は差動部11(動力分配機構16)を非差動状態やスリップ係合状態を含む差動制限状態にすることができる差動制限装置として機能している。
自動変速部20は、差動部11から駆動輪34への動力伝達経路の一部を構成しており、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。
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、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、従来の車両用有段式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、及び第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)の何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及び切換ブレーキB0が備えられており、切換クラッチC0及び切換ブレーキ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。従って、動力伝達装置10では、切換クラッチC0及び切換ブレーキ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及び切換ブレーキ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、動力伝達装置10は、切換クラッチC0及び切換ブレーキ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及び切換ブレーキ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。
例えば、動力伝達装置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、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、切換クラッチC0、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、切換クラッチC0、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、切換クラッチC0、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、第1クラッチC1、第2クラッチC2、及び切換ブレーキ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が成立させられる。尚、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。
一方、動力伝達装置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及び切換ブレーキ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。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(総合変速比)γT(=エンジン回転速度NE/出力軸22の回転速度NOUT)が無段階に得られるようになる。
図3は、無段変速部或いは第1変速部として機能する差動部11と有段変速部或いは第2変速部として機能する自動変速部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、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に連結されると共に切換クラッチ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に連結されると共に切換ブレーキ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において上記切換クラッチC0及び切換ブレーキB0の解放により無段変速状態(差動可能状態)に切換えられたときは、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るので、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、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、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、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。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。一方、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、及び切換ブレーキ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(5th)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の作動油の作動油温THOIL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、第3電動機M3の温度THM3(以下、「第3電動機温度THM3」と表す)を表す信号、外気温TEMPatm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(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)」、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、有段変速制御部すなわち有段変速制御手段82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(或いはアクセル開度Acc等)とを変数として記憶部すなわち記憶手段84に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。
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、切換クラッチC0及び切換ブレーキB0を除いた自動変速部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。
ハイブリッド制御部すなわちハイブリッド制御手段86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としての機能と、インバータ54を介して第1電動機M1、第2電動機M2、及び第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作動制御手段としての機能を含んでおり、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等を実行する。
また、ハイブリッド制御手段86は、動力伝達装置10の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86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86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86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86は、例えばエンジン回転速度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。尚、本実施例では、燃費とは例えば単位燃料消費量当たりの走行距離であったり、車両全体としての燃料消費率(=燃料消費量/駆動輪出力)等である。
このとき、ハイブリッド制御手段86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。
尚、上記電気パスは、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エネルギの流れを表すものである。その他に、この電気パスは、その一連のエネルギの流れに関連する機器、例えば各電動機、それら電動機間を電気的に接続する伝送路としてのワイヤリングハーネス等を表すものでもある。本実施例の電気パスとしては、例えば第1電動機M1と第2電動機M2との間の電気パスEP1−2、第1電動機M1と第3電動機M3との間の電気パスEP1−3、第2電動機M2と第3電動機M3との間の電気パスEP2−3等の複数の電気パスが備えられている。そして、このような電気パスを介して、第1電動機M1、第2電動機M2、及び第3電動機M3は相互に電力授受可能に構成されている。
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86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86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86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86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86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86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86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。すなわち、エンジン8の駆動を制御するエンジン駆動制御手段として機能する。
例えば、ハイブリッド制御手段86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86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86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、前記図7の実線A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A)を有する予め記憶された関係は、車速Vと自動変速部20の出力トルクTOUTとを変数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中の実線及び一点鎖線に示す変速線図(変速マップ)と共に記憶手段84に予め記憶されている。
そして、ハイブリッド制御手段86は、例えば図7の駆動力源切換線図から実際の車速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。このように、ハイブリッド制御手段86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(比較的低アクセル開度Acc)域すなわち低エンジントルクTE域、或いは車速Vの比較的低車速時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86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86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86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86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86は、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回生制御を実行する。具体的には、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。すなわち、ハイブリッド制御手段86は上記回生制御を実行する回生制御手段として機能する。
増速側ギヤ段判定部すなわち増速側ギヤ段判定手段88は、動力伝達装置10を有段変速状態とする際に切換クラッチC0及び切換ブレーキB0の何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84に予め記憶された前記図7に示す変速線図に従って動力伝達装置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。
切換制御部すなわち切換制御手段90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90は、記憶手段84に予め記憶された前記図7の破線及び二点鎖線に示す関係(切換線図、切換マップ)から車速V及び要求出力トルクTOUTで示される車両状態に基づいて、動力伝達装置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、すなわち動力伝達装置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動力伝達装置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動力伝達装置10の切り換えるべき変速状態を判断して、動力伝達装置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90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86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共に、有段変速制御手段82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82は、記憶手段84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84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、動力伝達装置10全体すなわち差動部11及び自動変速部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88により第5速ギヤ段が判定される場合には、動力伝達装置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90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70へ出力する。また、増速側ギヤ段判定手段88により第5速ギヤ段でないと判定される場合には、動力伝達装置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90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70へ出力する。このように、切換制御手段90によって動力伝達装置10が有段変速状態に切り換えられると共に、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、動力伝達装置10全体が所謂有段式自動変速機として機能させられる。
一方、切換制御手段90は、動力伝達装置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、動力伝達装置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及び切換ブレーキB0を解放させる指令を油圧制御回路70へ出力する。同時に、ハイブリッド制御手段86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共に、有段変速制御手段82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84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82により、図2の係合表内において切換クラッチC0及び切換ブレーキ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90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。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84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とを変数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が判断されるための変速線(アップシフト線)であり、一点鎖線はダウンシフトが判断されるための変速線(ダウンシフト線)である。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。
また、図7の破線は切換制御手段90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及び判定出力トルク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は切換制御手段90により有段制御領域と無段制御領域との何れであるかを領域判定する基となる記憶手段84に予め記憶された高車速判定線及び高出力走行判定線を有する関係(切換線図、切換マップ)であり、車速Vと駆動力関連値である要求出力トルクTOUTとを変数とする二次元座標で構成された切換線図の一例である。見方を換えれば、高車速判定線及び高出力走行判定線は、差動部11を差動状態と差動制限状態との間で切り換える為の切換線であり、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、すなわち切換線上の切換を実行すべき値(切換点、判定車速V1或いは判定出力トルクT1)を横切ったか否かを判断するためのものであり、この切換点の連なりとして予め記憶されている。尚、この切換線図を含めて変速マップとして記憶手段84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及び判定出力トルク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及び出力トルクTOUTの何れかを変数とする予め記憶された切換線であってもよい。
また、判定車速V1は、例えば高速走行において動力伝達装置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動力伝達装置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。
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例えば実際の車速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90は、車両状態例えば実際の車速が判定車速V1を越えたときに動力伝達装置10を有段変速状態とする。また、切換制御手段90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を越えたときに動力伝達装置10を有段変速状態とする。
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、車両の低中速走行及び低中出力走行では、動力伝達装置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動力伝達装置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34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動力伝達装置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34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及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動力伝達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、例えば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。
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34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34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。
このように、本実施例の差動部11(動力伝達装置10)は無段変速状態と有段変速状態(定変速状態)とに選択的に切換え可能であって、切換制御手段90により車両状態に基づいて差動部11の切り換えるべき変速状態が判断され、差動部11が無段変速状態と有段変速状態とのいずれかに選択的に切り換えられる。また、本実施例では、ハイブリッド制御手段86により車両状態に基づいてモータ走行或いはエンジン走行が実行される。
尚、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54、蓄電装置56、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90は動力伝達装置10を優先的に有段変速状態としてもよい。
また、ハイブリッド制御手段86は、差動部11乃至動力伝達装置10全体としての伝達効率が可及的に高くなるように第1電動機M1、第2電動機M2、及び第3電動機M3それぞれの作動(運転状態、動作点)を制御する。具体的には、伝達効率が可及的に高くなるようにそれら第1電動機M1、第2電動機M2、及び第3電動機M3の力行(駆動)乃至回生(発電)を制御する。以下、斯かる制御について、図9乃至図17を参照して詳述する。
図9は、第3電動機M3を作動させないときの差動部11に関して、或いは第3電動機M3が備えられていない構成すなわち第1電動機M1及び第2電動機M2のみを備えた従来の電気式差動部に関して、各電動機Mのトルク及び電力フローを説明する図であり、矢印で各電動機Mのトルク(作動状態、力行乃至回生)を、白抜き矢印で電気パスにおける電気エネルギの流れをそれぞれ示している。この図9(a)の状態は、例えば車速Vが所定速度以上の高速走行中等において、第1電動機M1が負回転で力行する逆転力行状態とされる場合、すなわち第2電動機M2が回生発電を行い、その第2電動機M2により発電された電力が第1電動機M1に供給される動力循環状態を示している。また、この図9(b)の状態は、例えば第1電動機M1が正回転で回生する回生状態とされる場合、すなわち第1電動機M1が回生発電を行い、その第1電動機M1により発電された電力が第2電動機M2に供給される非動力循環状態を示している。尚、図9(c)には、参考として、第1電動機M1と第2電動機M2との間の電気パスEP1−2、第1電動機M1と第3電動機M3との間の電気パスEP1−3、第2電動機M2と第3電動機M3との間の電気パスEP2−3を示した。
図10は、図9の状態における入出力回転速度比i(=エンジン回転速度(入力側回転速度)NE/出力側回転速度NO)と理論伝達効率との関係を示す図である。図10において、理論伝達効率が最大の「1」となる状態は、第1電動機回転速度NM1が零とされて第1電動機M1において回生も力行も行われていない状態であって、エンジンの動力が電気パスを介することなく全て機械的に伝達部材18へ伝達されて上述した電気パスによる損失が零となる状態である。この状態は、図3の共線図における差動部11において、第1電動機回転速度NM1が零となる状態すなわち第2回転要素RE2の回転速度が零となる状態であり、所謂メカニカルポイントと称される。理論伝達効率が最大の「1」となるときの入出力回転速度比iは、このメカニカルポイントとなる状態での差動部11の変速比γ0に相当する。また、動力循環状態となる動力循環域は、入出力回転速度比iがメカニカルポイントとなる状態での差動部11の変速比γ0(すなわち約0.7)未満の(a)の範囲(領域)に相当する。この動力循環状態では、入出力回転速度比iが低下するほど第2電動機M2から第1電動機M1へ供給される電力量は増大し、それに伴い図10に示すように伝達効率が低下する。また、非動力循環状態となる非動力循環域は、入出力回転速度比iがメカニカルポイントとなる状態での差動部11の変速比γ0(すなわち約0.7)を超える(b)の範囲(領域)に相当する。この非動力循環状態では、入出力回転速度比iが増大するほど第1電動機M1から第2電動機M2へ供給される電力量は増大し、それに伴い図10に示すように伝達効率が低下する。尚、入出力回転速度比iは、差動部11単体における入出力回転速度比iと理論伝達効率との関係をみる場合にはi(=エンジン回転速度NE/伝達部材回転速度N18)となり、動力伝達装置10全体における入出力回転速度比iと理論伝達効率との関係をみる場合にはi(=エンジン回転速度NE/出力軸回転速度NOUT)となる。
図11は、本実施例の差動部11における入出力回転速度比iと論理伝達効率との関係の一例として、第3電動機M3による発電力とエンジン8の出力との割合(=M3発電電力/エンジン出力)が0.25である場合の関係を示す図であり、第3電動機M3により発電を行う場合に対応する関係を実線で示すと共に、比較のために全域で第3電動機M3を作動させない関係を破線で示している。また、図12は、図11の(a1)で示す範囲すなわち入出力回転速度比iが約0.55未満の範囲内の動力循環状態における各電動機Mのトルク及び電力フローを説明する図であり、矢印で各電動機Mのトルク(作動状態、力行乃至回生)を、白抜き矢印で電気エネルギの流れをそれぞれ示している。また、図13は、図11の(a2)で示す範囲すなわち入出力回転速度比iが約0.55以上約0.7未満の範囲内の動力循環状態における各電動機Mのトルク及び電力フローを説明する図であり、図12と同様に矢印で各電動機Mのトルクを、白抜き矢印で電気エネルギの流れをそれぞれ示している。また、図14は、図11の(b)で示す範囲すなわち入出力回転速度比iが約0.7以上の範囲内の非動力循環状態における各電動機Mのトルク及び電力フローを説明する図であり、図12と同様に矢印で各電動機Mのトルクを、白抜き矢印で電気エネルギの流れをそれぞれ示している。尚、これら図12、図13、及び図14において、Pgは第1電動機M1の出力、Pmは第2電動機M2の出力、Psは第3電動機M3の出力、TEはエンジントルク、Tgは第1電動機M1のトルク、Tmは第2電動機M2のトルク、Tsは第3電動機M3のトルク、ηは動力−電力変換効率をそれぞれ示している。
ハイブリッド制御手段86は、好適には、図11の(a1)で示す範囲すなわち入出力回転速度比iが約0.55未満の範囲内の動力循環状態(動力循環域)において、図12に示すように、第2電動機M2及び第3電動機M3を回生による発電を行うように作動させると共に、それら第2電動機M2及び第3電動機M3により発生させられた電気エネルギを第1電動機M1へ供給し、その第1電動機M1を負回転で力行するように作動させる制御を行う。斯かる制御により、図11に示すように、第3電動機M3を作動させない制御に比べて差動部11の伝達効率が向上する。また、図11の(a2)で示す範囲すなわち入出力回転速度比iが約0.55以上約0.7未満の範囲内の動力循環状態(動力循環域)においては、図13に示すように、第3電動機M3を回生による発電を行うように作動させると共に、その第3電動機M3により発生させられた電気エネルギを第1電動機M1及び第2電動機M2へ供給し、その第1電動機M1を負回転で力行するように作動させると共に第2電動機M2を正回転で力行するように作動させるのが好適である。しかし、図11に示すように、斯かる範囲のうち入出力回転速度比iが約0.6以上である範囲においては第3電動機M3を作動させない制御の方が伝達効率が高くなる。また、図11の(b)で示す範囲すなわち入出力回転速度比iが約0.7以上の範囲内の非動力循環状態(非動力循環域)においては、図14に示すように、第1電動機M1及び第3電動機M3を回生による発電を行うように作動させると共に、それら第1電動機M1及び第3電動機M3により発生させられた電気エネルギを第2電動機M2へ供給し、その第2電動機M2を正回転で力行するように作動させるのが好適である。しかし、図11に示すように、この非動力循環域においては第3電動機M3を作動させると機械的に伝達部材18へ伝達されるエンジン動力の一部が電気パスEP2−3を介して伝達されることから伝達効率が改善されず、第3電動機M3を作動させない制御の方が伝達効率が高くなる。
ハイブリッド制御手段86は、好適には、図11において入出力回転速度比iが約0.6以上である範囲のように、第3電動機M3により発電を行わない方が差動部11の伝達効率が高くなる場合には、その第3電動機M3による発電を非実行とし、第1電動機M1及び第2電動機M2により構成される電気パスEP1−2にて差動部11の差動状態を制御する。一方、図11において入出力回転速度比iが約0.6未満となる範囲のように、第3電動機M3により発電を行わない状態と比較して、その第3電動機M3により発電を行う状態の伝達効率が高くなる場合には、発電を行うように第3電動機M3の作動を制御する。また、好適には、第1電動機M1或いは第2電動機M2により発電を行う状態と比較して、第3電動機M3により発電を行う状態の伝達効率が高くなる場合に、発電を行うようにその第3電動機M3の作動を制御する。
図15は、第3電動機M3による発電力とエンジン8の出力との割合(=M3発電電力/エンジン出力)を変化させた場合において、各割合における差動部11における入出力回転速度比iと論理伝達効率との関係を示す図である。本実施例のような構成では、第3電動機M3による発電力とエンジン8の出力との割合に応じて入出力回転速度比iと論理伝達効率との関係は変化し、例えばその割合を0から1.0まで0.1ずつ変化させていった場合、各割合における関係は図15に示すようになる。この図15に示すように、差動部11の伝達効率が極大となる割合は入出力回転速度比iによって異なり、その入出力回転速度比iが約0.6では、第3電動機M3による発電力とエンジン8の出力との割合が0.2である場合に極大値約0.97となる。また、入出力回転速度比iが約0.5では、第3電動機M3による発電力とエンジン8の出力との割合が0.3である場合に極大値約0.93となる。また、入出力回転速度比iが約0.4では、第3電動機M3による発電力とエンジン8の出力との割合が0.4又は0.5である場合に極大値約0.91となる。図15では、そのように差動部11の伝達効率が極大となる値を細い破線で繋いで示している。
図16は、図15に細い破線で示す差動部11の伝達効率が極大となる値に対応する関係、すなわちその差動部11の伝達効率を可及的に向上させる関係を示す図である。また、比較のために、第3電動機M3を用いない制御に対応する関係を細い破線で示している。ハイブリッド制御手段86は、好適には、差動部11の動力伝達効率を可及的に高めるように第3電動機M3の発電量を制御する。すなわち、予め定められた関係から差動部11の伝達効率が図16に実線で示すような値をとるようにエンジン8の出力に対する第3電動機M3の発電量を決定する。また、斯かる第3電動機M3の発電に際しては、その第3電動機M3の負荷が予め定められた所定値(上限値)を超えない範囲内においてその第3電動機M3による発電量を決定する。斯かる制御により、例えば入出力回転速度比iが約0.4では、従来技術の制御に比べて約7.5%の効率改善効果があることがわかる。すなわち、図16に破線で示す第3電動機M3を用いない制御に比べて、差動部11の伝達効率を特に入出力速度比iが低い値となる程向上させることができる。尚、本実施例では、差動部11においてエンジン8の動力が機械的に伝達される機械パスにおける機械パス効率は、電気パス効率の変化に比較して極めて小さな変化である。従って、差動部11における伝達効率の変化は電気パス効率の変化に略1対1で対応するものであり、差動部11における伝達効率を向上することは電気パス効率を向上することと同じ意味である。
図17は、本実施例の制御による伝達効率の向上を説明するために、第3電動機M3を用いる制御と第3電動機M3を用いない制御との電気パス量(すなわち電気パスに流れる電気エネルギ量)を比較して示す図である。この図17では、無次元化のために各出力乃至発電量をエンジン出力Peで割った値を示しており、線分の短い破線で第3電動機M3を用いない制御における第1電動機M1の出力Pg(/Pe)、線分の長い破線で第3電動機M3を用いない制御における第2電動機M2の出力Pm(/Pe)、二点鎖線で第3電動機M3を用いる制御における第1電動機M1の出力Pg(/Pe)、一点鎖線で第3電動機M3を用いる制御における第2電動機M2の出力Pm(/Pe)、実線で第3電動機M3を用いる制御における第3電動機M3の出力Ps(/Pe)をそれぞれ示している。動力循環状態においては、第2電動機M2により発生させられた電気エネルギが第1電動機M1へ供給され、その第1電動機M1による力行に用いられる。この第2電動機M2から第1電動機M1への電気エネルギの供給量すなわち電気パス量は、図17に示す第1電動機M1の出力と第2電動機M2の出力との差(値の開き)に対応するものであり、斯かる図17に示すように、本実施例の制御では入出力回転速度比iが約0.7未満の範囲内においてその電気パス量が第3電動機M3を用いない制御よりも小さく、特にその入出力回転速度比iが小さくなるほど電気パス量を低く抑えることができているのがわかる。これは、本実施例の制御では、第3電動機M3により適宜発電を行うことで、第1電動機M1及び第2電動機M2により構成される電気パスの一部が受け持たれるためであり、その第3電動機M3の発電量を好適な値とすることで、差動部11の伝達効率を可及的に向上させることができる。
ここで、本実施例のエンジン8は、その燃焼特性を変更可能に構成することが可能である。例えば、本実施例のエンジン8が、理論空燃比の混合気を燃焼させるストイキ燃焼方式と理論空燃比よりも燃料が希薄な混合気を燃焼させるリーン燃焼方式との燃料消費特性が異なる2つの燃焼方式を備える場合には、例えば走行状態に適した燃焼方式が採用される。図18は、ストイキ燃焼方式とリーン燃焼方式とで2つの燃焼方式を備えるエンジン8の各燃焼方式における最適燃費率曲線を表す図である。図18において、燃焼方式の違いによりエンジン8の各最適燃費率曲線も相違するため、燃焼方式に応じて2種類の最適燃費率曲線A、Bが設定されており、例えば一点鎖線Aはストイキ燃焼方式の場合で、一点鎖線Bはリーン燃焼方式の場合である。ハイブリッド制御手段82は、スロットル弁開度θTHやエンジン回転速度NEなどからエンジン負荷を推定し、予め実験的に設定された条件に従ってエンジン8の燃焼方式をそのエンジン負荷に応じてストイキ燃焼方式またはリーン燃焼方式に切り換える。そして、ハイブリッド制御手段82は、エンジン8の燃焼方式に応じた最適燃費率曲線を選択した上で、その選択した最適燃費率曲線上にて必要なエンジン出力PEが得られるエンジン動作点でエンジン8を作動させるように差動部16の変速比γ0を制御する。例えば、ストイキ燃焼方式の場合には、最適燃費率曲線上にて必要なエンジン出力PE1が得られるエンジン動作点Aでエンジン8が作動させられる一方で、リーン燃焼方式の場合には、最適燃費率曲線上にて必要なエンジン出力PE1が得られるエンジン動作点Bでエンジン8が作動させられる。このように、エンジン動作点は、エンジン8の燃焼特性を変更することにより変化させることが可能である。
ところで、燃費向上等の観点からは、差動部11の伝達効率(専ら電気パス効率)及びエンジン8の燃焼効率を含む車両のシステム効率(全体効率)にて効率を考え、そのシステム効率を可及的に向上させる必要がある。上述したように、エンジン8の燃焼特性が変更可能な場合には作動させるべきエンジン動作点も変更されるので、エンジン8の燃焼特性を変更することでエンジン動作点に対応した入出力速度比iが変更されて電気パス効率も変更される可能性がある。そうすると、エンジン8の燃焼特性を変更することでシステム効率も変更される可能性があり、システム効率を可及的に向上させる為にはエンジン8の燃焼特性を含めて電気パス効率の向上すなわち第3電動機M3の作動を考える必要がある。また、エンジン8の燃焼効率が最大となるエンジン動作点すなわち燃費マップにおける最適燃費率曲線に沿ったエンジン動作点にてエンジン8が作動させられるときの入出力速度比iにおいて電気パス効率を最大とすることで、必ずしもシステム効率が最大となるとは限らない可能性がある。つまり、入出力速度比iを変更することでも電気パス効率を向上することができることから、エンジン8の燃焼効率を多少低下させてもエンジン動作点を最適燃費率曲線からずらして入出力速度比iを変更することで電気パス効率を向上させた方がシステム効率が向上する可能性がある。更に、電気パス効率は、例えば第3電動機温度THM3などに基づく第3電動機M3の作動可能範囲(変化可能量)により変化させられる可能性がある。このとき、電気パス効率の変化によっては、システム効率が最大となるエンジン動作点は変わる可能性がある。
図19は、電気パス効率の変化やエンジン8の燃焼特性の変更によって、システム効率が最大となるエンジン動作点が変わる一例を説明する為の図である。図19において、動力循環域では第3電動機M3の変化可能量によって例えば図中(a)、(b)、(c)のように電気パス効率が変化させられる。例えば、実線で示す図中(a)の状態は、第3電動機M3の発電状態に制限が加えられず、電気パス効率が可及的に向上させられる場合である。また、二点差線で示す図中(b)の状態は、例えば第3電動機温度THM3が高くなったことなどにより第3電動機M3の発電状態に制限が加えられて、電気パス効率が最大となるところまで変化させられない場合である。また、破線で示す図中(c)の状態は、例えば何らかの理由により第3電動機M3が使用されていないときであり、電気パス効率が向上させられない場合である。ここでは、図中(a)、(b)、(c)の3つの状態を例示したが、第3電動機M3の発電状態に関連する様々な条件(車両状態)によって、図中(a)〜(c)の間は連続的に変化させられる。また、動作点Aはストイキ燃焼方式におけるエンジン効率最適動作点であり、動作点A’、A”はストイキ燃焼方式において最適燃費率曲線からずらしたエンジン動作点であり、動作点Bはリーン燃焼方式におけるエンジン効率最適動作点である。これら、各動作点A、A’、A”、Bは図18の各動作点A、A’、A”、Bに対応している。
そして、例えば発電状態に制限が加えられない通常状態で第3電動機M3が使用可能な場合は図中(a)まで電気パス効率が向上させられるため、エンジン動作点をストイキ燃焼方式におけるエンジン効率最適動作点Aから変更しないでシステム効率が最大となる。それに対して、第3電動機M3の発電状態に制限が加えられて図中(b)までしか電気パス効率が向上させられない場合や第3電動機M3が未使用である図中(c)の場合は、エンジン動作点を最適燃費率曲線からずらしてエンジン効率が低下しても電気パス効率を向上させる方がシステム効率が最大となるため、エンジン動作点をそれぞれストイキ燃焼方式におけるエンジン動作点A’、A”に同時に変更する。しかし、ここで、エンジン8の燃焼方式の変更が可能であるなら、エンジン動作点をそれぞれストイキ燃焼方式におけるエンジン動作点A’、A”に変更するよりも、エンジン動作点をリーン燃焼方式におけるエンジン効率最適動作点Bに変更し、非動力循環域として第3電動機M3を元々使用しない制御とする方がシステム効率が最大となる。このように、第3電動機M3の変化可能領域すなわち電気パス効率の変化可能領域や、エンジン燃焼方式の変更可否すなわちエンジン動作点の変化可能量によって、システム効率が最大となるエンジン動作点すなわちシステム最適エンジン動作点が異なる。
そこで、本実施例では、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量とに基づいて、車両のシステム効率が最大となるように、電気パス効率及びエンジン動作点を変化させる。ここでの電気パス効率の変化可能量は、動力循環域において第3電動機M3の発電により電気パス効率が向上させられるときの電気パス効率の変化範囲であって、例えば第3電動機M3の発電状態の変更に関連する車両状態に基づいて変更される。また、例えば電気パス効率の変化量で見ても良いし、電気パス効率の絶対値の変化範囲で見ても良い。また、第3電動機M3の発電状態の変更に関連する車両状態としては、例えば第3電動機温度THM3が想定される。第3電動機温度THM3が例えば出力制限をする必要がない高温側の上限温度として予め実験的に求められて記憶された所定上限温度THM3UP以下である場合には、第3電動機M3の発電状態(発電量)が制限(低下)されず、電気パス効率は図19の(c)の状態から(a)の状態に変化させられる。また、第3電動機温度THM3が所定上限温度THM3UPを超える場合には、電気パス効率は図19の(c)の状態と(a)の状態との間とされ、高温になる程第3電動機M3の発電状態(発電量)が制限(低下)されて、電気パス効率は図19の(c)の状態に近くなる。また、第3電動機M3の発電状態の変更に関連する車両状態としては、第3電動機M3自体のフェール状態や電気パスに関連する機器のフェール状態も想定される。このようなフェール状態である場合には、第3電動機M3を使用して電気パス効率を向上することができないので、電気パス効率は変化させられず図19の(c)の状態とされる。
また、前記エンジン動作点の変化可能量は、エンジン8の燃焼特性が変更させられるときのエンジン動作点の変化範囲であって、エンジン8の燃焼特性の変更に関連する車両状態に基づいて変更される。また、エンジン8の燃焼特性の変更に関連する車両状態としては、例えばエンジン水温TEMPWが想定される。例えば、リーン燃焼方式はエンジン暖機後の良い状態において実行することが望ましい。従って、エンジン水温TEMPWが例えばエンジン暖機が完了したとして予め実験的に求められて記憶された所定暖機完了温度TEMPWHを下回るエンジン冷間時となるような場合には、ストイキ燃焼方式のみにてエンジン8が作動させられてエンジン動作点を例えばリーン燃焼方式におけるエンジン効率最適動作点Bに変更することはできない。一方で、エンジン水温TEMPWが所定暖機完了温度TEMPWH以上となってエンジン暖機完了時となるような場合には、ストイキ燃焼方式とリーン燃焼方式とでエンジン8の燃焼方式を変更することが可能であり、エンジン動作点をストイキ燃焼方式における動作点とリーン燃焼方式における動作点とで変更するができる。また、エンジン8の燃焼特性の変更に関連する車両状態としては、エンジン8の燃焼方式の変更に関連する機器のフェール状態も想定される。このようなフェール状態である場合には、何れか一方のみの燃焼方式にてエンジン8が作動させられるので、エンジン動作点をストイキ燃焼方式における動作点とリーン燃焼方式における動作点とで変更するができない。
ところで、本実施例の動力伝達装置10は差動部11及び自動変速部20から構成されており、自動変速部20の伝達効率を更に含む形で車両のシステム効率を考えることが望ましい。自動変速部20は複数の変速段を有して各々動力が伝達されることから、各変速段毎に差動部11と組み合わせたときの電気パス効率の変化を考慮する必要がある。
図20は、差動部11及び自動変速部20から構成される動力伝達装置10全体としての、その自動変速部20における変速段に応じた入出力回転速度比iと理論伝達効率との関係を示す図である。この図20の各変速段1st乃至4thにおける実線は図16の実線に対応する関係すなわち第3電動機M3を用いる制御による伝達効率を可及的に向上させる関係を示しており、破線は同じく図16の破線に対応する関係すなわち動力循環状態において第3電動機M3を用いない場合の制御に対応する関係を示している。この図20に示すように、差動部11及び自動変速部20から構成される動力伝達装置10全体としての伝達効率を最大とする関係は、自動変速部20の変速比すなわちその自動変速部20において成立している変速段によって異なり、各変速段に対応して伝達効率を最大とする第3電動機M3の作動(発電量)が定められる。ハイブリッド制御手段102は、好適には、予め定められた関係から自動変速部20の変速比(変速段)に基づいて、差動部11及び自動変速部20から構成される変速部全体としての伝達効率が可及的に高くなるように第3電動機M3の作動を制御する。すなわち、入出力速度比iと伝達効率とが図21の実線及び二点鎖線で示すような関係となるように第3電動機M3による回生乃至力行、及びその発電量等を制御する。この図21は、図20における関係に相当する図において、第3電動機M3を作動させない場合の入出力速度比iと伝達効率との関係を実線及び破線に、また動力循環域において第3電動機M3を作動させる場合の入出力速度比iと伝達効率との関係を二点鎖線にそれぞれ示す図である。
このように、差動部11及び自動変速部20から構成される動力伝達装置10全体としては、各変速段に対応して理論伝達効率が最大の「1」となる複数のメカニカルポイントが存在する。図21を用いて、電気パス効率の変化やエンジン8の燃焼特性の変更によって、システム効率が最大となるエンジン動作点が変わる一例を説明する。図21において、動作点Aはストイキ燃焼方式におけるエンジン効率最適動作点であり、動作点Bはリーン燃焼方式におけるエンジン効率最適動作点である。これら、各動作点A、Bは図18の各動作点A、Bに対応している。
そして、第3電動機M3の使用が制限されたり不可であったりして電気パス効率が適切に向上されない場合或いはエンジン8の燃焼方式の変更が不可である場合或いは何らかの理由で自動変速部20を第3速ギヤ段(3rd)とすることができない場合は、エンジン動作点をストイキ燃焼方式におけるエンジン効率最適動作点Aとしてシステム効率を最大とする。それに対して、例えば発電状態に制限が加えられない通常状態で第3電動機M3が使用されて電気パス効率が適切に向上させられ且つエンジン8の燃焼方式の変更が可能である場合は、自動変速部20を第3速ギヤ段(3rd)とし且つエンジン動作点をストイキ燃焼方式におけるエンジン動作点Aからエンジン動作点をリーン燃焼方式におけるエンジン効率最適動作点Bに変更してシステム効率を最大とする。このように、自動変速部20の変速段の切換えも発生する場合には、異なる変速段を使用することによる自動変速部20の伝達効率の変化もシステム効率の変化に含む必要がある。そこで、本実施例では、自動変速部20の変速段変更による伝達効率の変化可能量を更に基にして、自動変速部20の変速段を選択すると共に電気パス効率及びエンジン動作点を変化させる。
より具体的には、図6に戻り、電動機作動可否判定部すなわち電動機作動可否判定手段92は、第3電動機M3の作動が可能か否かを判断する。つまり、動力循環域にて第3電動機M3を発電状態とすることにより電気パス効率を向上することが可能か否かを判断する。例えば、電動機作動可否判定手段92は、第3電動機温度THM3が例えば第3電動機M3の作動が可能である高温側の上限温度として予め実験的に求められて記憶された作動可能上限温度THM3MAX以内にあるか否か、及び第3電動機M3自体のフェールや電気パスに関連する機器のフェールが発生していない正常状態であるか否かに基づいて、第3電動機M3の作動が可能か否かを判断する。尚、電気パス効率の変化を量的に取り扱っても良く、第3電動機M3の作動が可能であっても第3電動機M3が扱える量的なものが少なければ第3電動機M3の作動が不可であると判断するようにしても良い。例えば、電気パス効率の変化量が、電気パス効率の向上効果が大きく第3電動機M3を作動させる意義があると判断する為の予め実験的に求められて記憶された所定変化量に達しないときには、電動機作動可否判定手段92は第3電動機M3の作動が不可であると判断する。
システム効率向上判定部すなわちシステム効率向上判定手段94は、電動機作動可否判定手段92により第3電動機M3の作動が可能であると判断された場合には、第3電動機M3による電気パス効率の向上が行われない場合と比較して、システム効率が向上され得るか否かを判定する。例えば、システム効率向上判定手段94は、第3電動機M3による電気パス効率の向上が行われることを前提として、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量と自動変速部20の変速段変更による伝達効率の変化可能量とに基づいて、自動変速部20の変速段を選択すると共に電気パス効率及びエンジン動作点を変化させることにより、第3電動機M3による電気パス効率の向上が行われない場合と比較して、システム効率が向上され得るか否かを判定する。
ハイブリッド制御手段86は、電動機作動可否判定手段92により第3電動機M3の作動が不可であると判断された場合には、或いはシステム効率向上判定手段94により第3電動機M3による電気パス効率の向上が行われない場合と比較してシステム効率が向上されないと判定された場合には、第3電動機M3による電気パス効率の向上が行われないことを前提にしたエンジン8の基本燃焼特性を決定する。例えば、ハイブリッド制御手段86は、ストイキ燃焼方式及びリーン燃焼方式のうちでシステム効率が良くなるエンジン動作点となる方のエンジン8の燃焼方式を選択する。そして、ハイブリッド制御手段86は、選択した燃焼方式によりエンジン8を作動させる。尚、システム効率の比較は、例えば電気パス効率(差動部11の伝達効率)と自動変速部20の伝達効率とエンジン効率とを乗算した値を用いて実行する。
一方で、ハイブリッド制御手段86は、システム効率向上判定手段94により第3電動機M3による電気パス効率の向上が行われない場合と比較してシステム効率が向上されると判定された場合には、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量と自動変速部20の変速段変更による伝達効率の変化可能量とに基づいて、車両のシステム効率が最大となるように自動変速部20の変速段を選択すると共に第3電動機M3による発電電力及びエンジン8の燃焼特性を決定する。そして、ハイブリッド制御手段86は、決定した発電電力となるように第3電動機M3を作動させ、決定した燃焼方式によりエンジン8を作動させ、選択した変速段への変速指令を有段変速制御手段82へ出力して、自動変速部20の変速段、電気パス効率、及びエンジン動作点を変化させる。
図22は、電子制御装置80の制御作動の要部すなわちシステム効率を一層向上して燃費向上を図る為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。
図22において、先ず、電動機作動可否判定手段92に対応するステップ(以下、ステップを省略する)S10において、動力循環域にて第3電動機M3を発電状態とすることにより電気パス効率を向上する為に第3電動機M3の作動が可能か否かが判断される。このS10では、第3電動機M3の作動の可否によって単純に判断するものでも良いが、第3電動機M3の作動による電気パス効率の変化量が前記所定変化量以上となるか否かに基づいて第3電動機M3の作動が可能か否かが判断されても良い。つまり、第3電動機M3が扱える量的なものを判断して、電気パス効率の変化を量的に取り扱っても良い。尚、ここでは、電気パス効率に替えて差動部11の伝達効率として取り扱っても良い。
上記S10の判断が肯定される場合はシステム効率向上判定手段94に対応するS20において、第3電動機M3による電気パス効率の向上が行われない場合と比較して、システム効率が向上され得るか否かが判定される。例えば、エンジン8の燃焼方式(燃焼特性)を変更した場合、エンジン動作点が変更される。そこで、先ずは、エンジン8の燃焼方式を変更することが可能か否かが、例えばエンジン水温TEMPWが所定暖機完了温度TEMPWH以上であるか否かに基づいて判断される。つまり、エンジン8の燃焼方式変更によるエンジン動作点の変化可能量が判断される(例えば図18のエンジン動作点A、B参照)。また、エンジン8の燃焼方式変更による燃料消費率(エンジン効率)の変化が判断される。また、エンジン動作点の変更に伴って自動変速部20の変速段が変更されるか否かが判断される。つまり、変速段変更による自動変速部20の伝達効率の変化可能量が判断される。また、第3電動機M3による電気パス効率の変化可能量が判断される(例えば図19の(a)の状態乃至(c)の状態参照)。そして、第3電動機M3により電気パス効率が向上させられていることを前提として、エンジン8の燃焼方式の変更すなわちエンジン動作点の変更、電気パス効率の変化、自動変速部20の伝達効率の変化に基づいて、第3電動機M3による電気パス効率の向上が行われない場合と比較して、システム効率が向上され得るか否かが判定される。より具体的には、例えば電気パス効率と自動変速部20の伝達効率とエンジン効率との乗算値で表されるシステム効率が、後述のS40にて設定されるエンジン動作点におけるシステム効率と比較して向上され得るエンジン動作点があるか否かが判定される。
上記S20の判断が肯定される場合はハイブリッド制御手段86に対応するS30において、第3電動機M3による電気パス効率の向上が行われることを前提に、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量と自動変速部20の変速段変更による伝達効率の変化可能量とに基づいて、車両のシステム効率が最大となるように自動変速部20の変速段が選択されると共に第3電動機M3による発電電力及びエンジン8の燃焼特性が決定される。そして、決定された発電電力となるように第3電動機M3が作動させられ、決定された燃焼方式によりエンジン8が作動させられ、選択された変速段への変速指令が有段変速制御手段82へ出力されて、自動変速部20の変速段、電気パス効率、及びエンジン動作点が変化させられる。より具体的には、例えば図21のエンジン動作点A、Bのうちでシステム効率が良くなる方のエンジン動作点が選択され、選択されたエンジン動作点となるように変更される。
尚、上記S30において、電気パス効率及びエンジン動作点の両方を変化させることと一方のみを変化させることとでシステム効率の向上度合(変化量)の差が小さければ、一方のみを実施するようにしても良い。その際、エンジン動作点の変更によるエンジン回転速度NE変化に伴ってショックが発生する可能性があることから、エンジン動作点を変化させることよりも電気パス効率を変化させることを優先する方がドライバビリティの低下を抑制するという観点からは望ましい。具体的には、電気パス効率及びエンジン動作点の両方を変化させることと一方のみを変化させることとのシステム効率の変化量差が所定システム効率変化量よりも大きいか否かが判断される。その変化量差が所定システム効率変化量よりも大きい場合には、電気パス効率及びエンジン動作点の両方が変化させられる。一方で、その変化量差が所定システム効率変化量よりも小さい場合には、エンジン動作点を変化させることすなわちエンジン8の燃焼特性を変更することよりも電気パス効率を変化させることが優先される。これにより、エンジン動作点の変更によるエンジン回転速度NE変化に伴うショックの発生が抑制され、ドライバビリティの低下が抑制される。また、上記所定システム効率変化量は、システム効率の向上効果が大きく電気パス効率及びエンジン動作点の両方を変化させる意義があると判断する為の予め実験的に求められて記憶された判定値である。
上記S10の判断が否定されるか或いは上記S20の判断が否定される場合は同じくハイブリッド制御手段86に対応するS40において、第3電動機M3による電気パス効率の向上が行われないことを前提にしたエンジン8の基本燃焼特性が決定される。例えば、ストイキ燃焼方式及びリーン燃焼方式のうちでシステム効率が良くなるエンジン動作点となる方のエンジン8の燃焼方式が選択され、選択された燃焼方式によりエンジン8が作動させられる。より具体的には、第3電動機M3による電気パス効率の向上が行われないことを前提にした例えば図21のエンジン動作点A、B’のうちでシステム効率が良くなる方のエンジン動作点が選択され、選択されたエンジン動作点となる方のエンジン8の燃焼方式によりエンジン8が作動させられる。
上述のように、本実施例によれば、差動部11を備える動力伝達装置10の電子制御装置80において、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量とに基づいて、車両のシステム効率が最大となるように、電気パス効率及びエンジン動作点が変化させられるので、例えばエンジン8の暖機状態、第3電動機M3の温度状態などの車両状態に基づいて変化可能量が変えられる電気パス効率及びエンジン動作点に合わせて車両のシステム効率が可及的に向上させられる。よって、システム効率を一層向上して燃費向上を図ることができる。
また、本実施例によれば、電気パス効率はエンジン8の出力状態に対する第3電動機M3の発電状態を変更することにより変化させられるので、第3電動機M3の発電状態を制御することで、複数の電気パスにおける各々の電気パス量を変更することが可能になり、特に第2電動機M2により発電された電力が第1電動機M1に供給される動力循環状態における電気パス効率を高めることができる。また、第3電動機M3の発電状態を連続的に変更することで、電気パス効率を連続的に変更することができる。
また、本実施例によれば、電気パス効率の変化可能量は第3電動機M3の発電状態の変更に関連する車両状態に基づいて変更されるので、電気パス効率の変化可能量が適切に把握され、電気パス効率及びエンジン動作点が適切に変化させられる。
また、本実施例によれば、エンジン動作点はエンジン8の燃焼特性を変更することにより変化させられるので、例えばリーンバーンなどによりエンジン8の燃焼特性を変更することで、エンジン8の燃焼効率(エンジン効率)が良くなるエンジン動作点が変更される。よって、動力伝達装置10の伝達効率及びエンジン8の燃焼効率を含む車両のシステム効率が最大となるように、エンジン動作点を含めた選択(変更)が可能になる。
また、本実施例によれば、エンジン動作点の変化可能量はエンジン8の燃焼特性の変更に関連する車両状態に基づいて変更されるので、エンジン動作点の変化可能量が適切に把握され、電気パス効率及びエンジン動作点が適切に変化させられる。
また、本実施例によれば、電気パス効率及びエンジン動作点の両方を変化させることと一方のみを変化させることとでシステム効率の向上度合の差が小さければ、エンジン動作点を変化させることすなわちエンジン8の燃焼特性を変更することよりも電気パス効率を変化させることが優先されるので、エンジン動作点の変更によるエンジン回転速度NE変化に伴うショックの発生が抑制され、ドライバビリティの低下が抑制される。
また、本実施例によれば、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自動変速部20を更に備え、自動変速部20の変速段(ギヤ段)変更による伝達効率の変化可能量を更に基にして、自動変速部20の変速段を選択すると共に電気パス効率及びエンジン動作点が変化させられるので、自動変速部20を備えた実用的な動力伝達装置10において、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量とに基づいて車両のシステム効率が可及的に向上させられて、システム効率を一層向上して燃費向上を図ることができる。また、自動変速部20の変速段の選択を含んで電気パス効率及びエンジン動作点が変化させられ、自動変速部20の変速段毎の伝達効率の変化を考慮してシステム効率を一層向上することができる。
また、本実施例によれば、差動部11は、第1電動機M1の運転状態が制御されることにより電気的な無段変速機として作動するので、電気的な無段変速機として機能する差動部11を備えた実用的な動力伝達装置10において、電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量とに基づいて車両のシステム効率が可及的に向上させられて、システム効率を一層向上して燃費向上を図ることができる。
次に、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実施例相互に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23は本発明の他の実施例における動力伝達装置110の構成を説明する骨子図、図24はその動力伝達装置110の変速作動に用いられる油圧式摩擦係合装置の作動の組み合わせを示す係合表、図25はその動力伝達装置110の変速作動を説明する共線図である。
動力伝達装置110は、前述の実施例と同様に第1電動機M1、動力分配機構16、及び第2電動機M2を備えている差動部11と、その差動部11と出力軸22との間で伝達部材18を介して直列に連結されている前進3段の自動変速部120とを備えている。更に、動力伝達装置110には、エンジン連結電動機である第3電動機M3がエンジン8に動力伝達可能に連結されている。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及び切換ブレーキB0とを有している。自動変速部120は、例えば「0.532」程度の所定のギヤ比ρ1を有するシングルピニオン型の第1遊星歯車装置126と例えば「0.418」程度の所定のギヤ比ρ2を有するシングルピニオン型の第2遊星歯車装置128とを備えている。第1遊星歯車装置126の第1サンギヤS1と第2遊星歯車装置128の第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遊星歯車装置126の第1キャリヤCA1と第2遊星歯車装置128の第2リングギヤR2とが一体的に連結されて出力軸22に連結され、第1リングギヤR1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、第2キャリヤCA2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ている。
このように、自動変速部120内と差動部11(伝達部材18)とは自動変速部120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、伝達部材18と自動変速部120との間の動力伝達経路すなわち差動部11(伝達部材18)から駆動輪34への動力伝達経路を、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。
以上のように構成された動力伝達装置110では、例えば、図24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、及び第2ブレーキB2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4速ギヤ段(第4変速段)の何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及び切換ブレーキB0が備えられており、切換クラッチC0及び切換ブレーキ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。従って、動力伝達装置110では、切換クラッチC0及び切換ブレーキ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120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及び切換ブレーキ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120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、動力伝達装置110は、切換クラッチC0及び切換ブレーキ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及び切換ブレーキ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。
例えば、動力伝達装置110が有段変速機として機能する場合には、図24に示すように、切換クラッチC0、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γ1が最大値例えば「2.804」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、及び第1ブレーキB1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「1.531」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、及び第2クラッチC2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「1.000」程度である第3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、及び切換ブレーキB0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「0.705」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2ブレーキB2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「2.393」程度である後進ギヤ段が成立させられる。尚、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が解放される。
一方、動力伝達装置110が無段変速機として機能する場合には、図24に示される係合表の切換クラッチC0及び切換ブレーキ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120が有段変速機として機能することにより、自動変速部120の第1速、第2速、第3速の各ギヤ段に対しその自動変速部120の入力回転速度NINすなわち伝達部材回転速度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110全体としてのトータル変速比γTが無段階に得られるようになる。
図25は、無段変速部或いは第1変速部として機能する差動部11と有段変速部或いは第2変速部として機能する自動変速部120とから構成される動力伝達装置110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。切換クラッチC0及び切換ブレーキB0が解放される場合、及び切換クラッチC0又は切換ブレーキB0が係合させられる場合の動力分配機構16(差動部11)の各要素の回転速度は前述の場合と同様である。
図25における自動変速部120の4本の縦線Y4、Y5、Y6、Y7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2キャリヤCA2を、第6回転要素(第6要素)RE6に対応し且つ相互に連結された第1キャリヤCA1及び第2リングギヤR2を、第7回転要素(第7要素)RE7に対応する第1リングギヤR1をそれぞれ表している。また、自動変速部120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は自動変速部120の出力軸22に連結され、第7回転要素RE7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120では、図25に示すように、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、第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7と横線X2との交点と第5回転要素RE5の回転速度を示す縦線Y5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6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6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L2と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6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L3と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第3速(3rd)の出力軸22の回転速度が示される。上記第1速乃至第3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7回転要素RE7に差動部11からの動力が入力される。一方、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、及び切換ブレーキB0が係合させられることにより決まる水平な直線L4と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第4速(4th)の出力軸22の回転速度が示される。
本実施例においても、動力伝達装置110は無段変速部或いは第1変速部として機能する差動部11と、有段変速部或いは第2変速部として機能する自動変速部120と、エンジン8に動力伝達可能に連結された第3電動機M3とから構成されるので、前述の実施例と同様の効果が得られる。
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、本発明は実施例相互を組み合わせて実施可能であると共に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、図18に示すように、リーン燃焼方式とストイキ燃焼方式との2方式の燃焼方式を切り換えることでエンジン8の燃焼特性を変更してエンジン効率最適動作点(燃費最適点)を大きく変化させたが、例えばエンジン8の燃焼方式は3方式以上であっても差し支えない。また、エンジン8の燃焼特性は、良く知られた可変気筒エンジンを用いて、作動しているエンジン8の気筒数を変更することで変更されても良い。この場合にも、図18に示すように、エンジン効率最適動作点が大きく変更される。例えば、全気筒作動がストイキ燃焼方式に相当し、部分気筒作動がリーン燃焼方式に相当する。また、過給圧を変更することでエンジン効率最適動作点(燃費最適点)を大きく変化させることが可能であるなら、燃焼方式の切換えや作動気筒数の切換えと同様に、エンジン動作点変化の基になる条件の1つとしても良い。
また、前述の実施例において、エンジン8の燃焼特性が頻繁に変更されることを抑制する為に、エンジン8の燃焼特性の変更に時間的なヒステリシスを設けても良い。このようにすれば、エンジン8の燃焼特性の変更によるドライバビリティの低下が抑制される。
また、前述の実施例では、エンジン動作点の変化可能量例えばエンジン動作点の変化が可能か否かは、エンジン水温TEMPWやエンジン8の燃焼方式の変更に関連する機器のフェール状態で変更されたが、これに限らず、エンジン8の燃焼特性の変更に関連する他の車両状態に基づいて変更されても良い。例えば、燃料の種類、外気温、空気密度などで変更されても良い。
また、前述の実施例では、差動部11の伝達効率の変化は、第3電動機M3の作動に因るものであったが、この場合に限られるものではなく、例えば第2電動機M2の発電量の変化に因るもの等であっても良い。要は、各電気パスにおける電気パス量が変化すると伝達効率が変化する差動部11であれば本発明は適用され得る。これに関連して、動力伝達装置10、110は、複数の電気パスを有し、各電気パスにおける電気パス量を変更することが可能なもの、すなわち電気パス方法を変更することが可能なものであれば本発明は適用され得る。
また、前述の実施例の動力伝達装置10、110は、動力分配機構16が差動状態と非差動状態とに切り換えられることで電気的な無段変速機として機能する無段変速状態と有段変速機として機能する有段変速状態とに切換可能に構成されたが、動力伝達装置10、110が有段変速状態に切換可能に構成されない変速機構すなわち差動部11が切換クラッチC0及び切換ブレーキB0を備えず電気的な無段変速機(電気的な差動装置)としての機能のみを有する電気式差動部(無段変速部)11であっても本実施例は適用され得る。この場合には例えば切換制御手段90や増速側ギヤ段判定手段88は備えられる必要はない。
また、前述の実施例において、動力分配機構16が、差動制限装置として機能する切換クラッチC0及び切換ブレーキB0を備えているが、切換クラッチC0及び切換ブレーキB0は動力分配機構16とは別個に動力伝達装置10、110に備えられていてもよい。また、切換クラッチC0及び切換ブレーキB0の何れか一方がない構成も考え得る。また、切換クラッチC0は、サンギヤS1とキャリヤCA1とを選択的に連結するものであったが、サンギヤS1とリングギヤR1との間や、キャリヤCA1とリングギヤR1との間を選択的に連結するものであってもよい。要するに、第1遊星歯車装置24、126の3要素のうちのいずれか2つを相互に連結するものであればよい。
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(動力分配機構16)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、例えば差動部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よい。
また、前述の実施例の動力伝達装置10、110において、エンジン8と差動部11とは直結されているが、エンジン8が差動部11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、前述の実施例の動力伝達装置10、110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とは直結されており、第3電動機M3と第1回転要素RE1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、第3電動機M3が第1回転要素RE1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、前述の実施例では、エンジン8から駆動輪34への動力伝達経路において、差動部11の次に自動変速部20、120が連結されているが、自動変速部20、120の次に差動部11が連結されている順番でもよい。要するに、自動変速部20、120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、前述の実施例の図1、26によれば、差動部11と自動変速部20、120は直列に連結されているが、動力伝達装置10、110全体として電気的に差動状態を変更し得る電気式差動機能とその電気式差動機能による変速とは異なる原理で変速する機能とが備わっていれば、差動部11と自動変速部20、120とが機械的に独立していなくても本発明は適用される。
また、前述の実施例において、動力分配機構16はシングルプラネタリであるが、ダブルプラネタリであってもよい。
また、前述の実施例の差動機構として動力分配機構16は、例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及び伝達部材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、前述の実施例においては、差動部遊星歯車装置24を構成する第1回転要素RE1にはエンジン8が動力伝達可能に連結され、第2回転要素RE2には第1電動機M1が動力伝達可能に連結され、第3回転要素RE3には駆動輪34への動力伝達経路が連結されているが、例えば、2以上の遊星歯車装置がそれを構成する一部の回転要素で相互に連結された構成において、その遊星歯車装置の回転要素にそれぞれエンジン、電動機、駆動輪が動力伝達可能に連結されており、その遊星歯車装置の回転要素に連結されたクラッチ又はブレーキの制御により有段変速と無段変速とに切換可能な構成にも本発明は適用される。
また、前述の実施例では、差動部11すなわち動力分配機構16の出力部材である伝達部材18と駆動輪34との間の動力伝達経路に、自動変速部20、120が介挿されていたが、例えば自動変速機の一種である無段変速機(CVT)、手動変速機としてよく知られた常時噛合式平行2軸型ではあるがセレクトシリンダおよびシフトシリンダによりギヤ段が自動的に切り換えられることが可能な自動変速機、手動操作により変速段が切り換えられる同期噛み合い式の手動変速機等の他の形式の動力伝達装置(変速機)が設けられていてもよい。その無段変速機(CVT)の場合には、動力分配機構16が定変速状態とされることで全体として有段変速状態とされても良い。有段変速状態とは、電気パスを用いないで専ら機械的伝達経路で動力伝達することである。或いは、上記無段変速機は有段変速機における変速段に対応するように予め複数の固定された変速比が記憶され、その複数の固定された変速比を用いて自動変速部20、120の変速が実行されてもよい。また、自動変速部20、120は、必ずしも備えられなくとも本発明は適用され得る。
また、前述の実施例においては、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、エンジン8又は伝達部材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、前述の実施例の動力分配機構16では、差動部キャリヤCA0がエンジン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及び第3電動機M3、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のうちの何れと連結されていても差し支えない。
また、前述の実施例において、エンジン8は入力軸14と直結されていたが、例えばギヤ、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、第2電動機M2、及び第3電動機M3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、第3電動機M3は差動部キャリヤCA0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、例えばギヤ、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、第3電動機M3は差動部キャリヤCA0又はエンジン8に連結されていてもよい。
また、前述の実施例において、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、例えば伝達部材18としてカウンタギヤ対、スプロケット及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、前述の実施例の動力分配機構16は1組の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、前述の実施例の第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動力伝達装置10の構成であってもよい。
また、前述の実施例において、差動部11が、第1電動機M1及び第2電動機M2を備えているが、第1電動機M1及び第2電動機M2は差動部11とはそれぞれ別個に動力伝達装置10に備えられていてもよい。
また、前述の実施例では、第1クラッチC1や切換クラッチC0や切換ブレーキB0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、噛合型のドッ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。例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、前述した複数の実施例はそれぞれ、例えば優先順位を設けるなどして、相互に組み合わせて実施することができる。
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。
6:ハイブリッド車両(車両)
8:エンジン
10、110:車両用動力伝達装置
11:差動部(電気式差動部)
16:動力分配機構(差動機構)
20、120:自動変速部(変速部)
34:駆動輪
80:電子制御装置(制御装置)
EP1−2、EP1−3、EP2−3:電気パス
M1:第1電動機
M2:第2電動機
M3:第3電動機
8:エンジン
10、110:車両用動力伝達装置
11:差動部(電気式差動部)
16:動力分配機構(差動機構)
20、120:自動変速部(変速部)
34:駆動輪
80:電子制御装置(制御装置)
EP1−2、EP1−3、EP2−3:電気パス
M1:第1電動機
M2:第2電動機
M3:第3電動機
Claims (9)
- エンジンに動力伝達可能に連結された差動機構と該差動機構に動力伝達可能に連結された第1電動機とを有し該第1電動機の運転状態が制御されることにより該差動機構の差動状態が制御される電気式差動部と、前記電気式差動部と駆動輪との間の動力伝達経路に動力伝達可能に連結された第2電動機と、前記エンジンに動力伝達可能に連結された第3電動機とを備える車両用動力伝達装置の制御装置であって、
前記エンジンの動力の一部を電気エネルギに変換し該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を複数有し、
前記第1電動機、前記第2電動機、及び前記第3電動機は、前記電気パスを介して相互に電力授受可能に構成されており、
電気パス効率の変化可能量とエンジン動作点の変化可能量とに基づいて、前記車両用動力伝達装置の伝達効率及び前記エンジンの燃焼効率を含む車両の全体効率が最大となるように、前記電気パス効率及び前記エンジン動作点を変化させることを特徴とする車両用動力伝達装置の制御装置。 - 前記電気パス効率は、前記エンジンの出力状態に対する前記第3電動機の発電状態を変更することにより変化させられるものであることを特徴とする請求項1に記載の車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記電気パス効率の変化可能量は、前記第3電動機の発電状態の変更に関連する車両状態に基づいて変更されることを特徴とする請求項2に記載の車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記エンジン動作点は、前記エンジンの燃焼特性を変更することにより変化させられるものであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記エンジン動作点の変化可能量は、前記エンジンの燃焼特性の変更に関連する車両状態に基づいて変更されることを特徴とする請求項4に記載の車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記エンジン動作点を変化させることよりも前記電気パス効率を変化させることを優先させることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記エンジンから前記駆動輪への動力伝達経路の一部を構成する変速部を更に備え、
前記変速部の変速比変更による伝達効率の変化可能量を更に基にして、前記変速部の変速比を選択すると共に前記電気パス効率及び前記エンジン動作点を変化させることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の車両用動力伝達装置の制御装置。 - 前記変速部は、有段式の自動変速機であることを特徴とする請求項7に記載の車両用動力伝達装置の制御装置。
- 前記電気式差動部は、前記第1電動機の運転状態が制御されることにより無段変速機として作動することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の車両用動力伝達装置の制御装置。
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-
2009
- 2009-03-18 JP JP2009066921A patent/JP2010215190A/ja active Pending
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