JP2011213181A - ハイブリッド車両の動力制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関を適切に始動させることができる動力制御装置を提供する。
【解決手段】動力制御装置は、内燃機関と走行用電動機とDCT1とを制御する。動力制御装置は、EV走行中に内燃機関で走行する状態に移行する場合に、車速が所定の低速度以上である場合には(STEP5でY)、第1クラッチを締結し、電動機の一部の駆動力で車両を走行させつつ、電動機の駆動力の残りの一部を用いて内燃機関を始動させる駆動力分配始動処理(STEP6)を実行し、車速が所定の低速度未満である場合には(STEP5でN)、第1クラッチを締結し、車両ニュートラル状態として、電動機の駆動力の全てを用いて内燃機関を始動させる電動機駆動力使用始動処理(STEP11)を実行する。
【選択図】図2

Description

本発明は、内燃機関と走行用電動機と自動変速機とを備えるハイブリッド車両の動力制御装置に関する。
従来、変速比順位で奇数番目の変速段を確立する各ギヤ列の駆動ギヤを軸支する第1駆動ギヤ軸と、変速比順位で偶数番目の変速段を確立する各ギヤ列の駆動ギヤを軸支する第2駆動ギヤ軸と、内燃機関の駆動力を第1駆動ギヤ軸に伝達させる伝達状態と、この伝達を断つ開放状態とに切換自在な第1クラッチと、前記内燃機関の駆動力を前記第2駆動ギヤ軸に伝達させる伝達状態と、この伝達を断つ開放状態とに切換自在な第2クラッチと、前記第2駆動ギヤ軸に駆動力を伝達自在な走行用電動機とを備える自動変速機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−89594号公報
従来の自動変速機が備える走行用電動機を用いて、内燃機関を始動させることが考えられる。
本発明は、内燃機関を適切に始動させることができるハイブリッド車両の動力制御装置を提供することを目的とする。
[1]本発明は、内燃機関と、内燃機関を始動させるスタータ・モータと、車両の駆動輪を駆動させることができる走行用電動機と、自動変速機とを備えるハイブリッド車両の動力制御装置であって、自動変速機は、変速比順位で奇数番目の変速段を確立する奇数番ギヤ列の駆動ギヤを軸支する第1駆動ギヤ軸と、変速比順位で偶数番目の変速段を確立する偶数番ギヤ列の駆動ギヤを軸支する第2駆動ギヤ軸と、両ギヤ列の駆動ギヤと噛合する従動ギヤが固定される出力軸と、内燃機関の駆動力を第1駆動ギヤ軸に伝達させる伝達状態と、この伝達を断つ開放状態とに切換自在な第1クラッチと、内燃機関の駆動力を第2駆動ギヤ軸に伝達させる伝達状態と、この伝達を断つ開放状態とに切換自在な第2クラッチと、奇数番ギヤ列の駆動ギヤと第1駆動ギヤ軸とを連結した状態と、この連結を断つ状態とに切換自在な少なくとも1つの第1噛合機構と、偶数番ギヤ列の駆動ギヤと第2駆動ギヤとを連結した状態と、この連結を断つ状態とに切換自在な少なくとも1つの第2噛合機構と、サンギヤ、キャリア及びリングギヤの3つの要素を有する遊星歯車機構とを備え、遊星歯車機構の3つの要素を、各要素の相対的な回転速度を直線で表すことができる共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に夫々第1要素、第2要素、第3要素として、第1要素は第1駆動ギヤ軸に固定され、第2要素は第1駆動ギヤ軸に軸支された1つの駆動ギヤに連結され、第3要素は、ロック機構で、変速機ケースに固定された固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在とされ、走行用電動機は第1駆動ギヤ軸又は第2駆動ギヤ軸に駆動力を伝達自在に設けられ、走行用電動機のみで走行するEV走行中に、走行用電動機で内燃機関を始動させて内燃機関の駆動力を用いて走行する状態に移行する場合には、車両の走行速度が所定の低速度以上である場合には、第1クラッチを伝達状態に切り換え、出力軸への走行用電動機の駆動力が伝達される状態において、走行用電動機の駆動力の一部を用いて内燃機関を始動させる駆動力分配始動処理を実行し、車両の走行速度が所定の低速度未満である場合には、第1クラッチを伝達状態に切り換え、出力軸への走行用電動機の駆動力の伝達が断たれた状態において、走行用電動機の駆動力の全てを用いて内燃機関を始動させる電動機駆動力使用始動処理を実行することを特徴とする。
車両が、走行用電動機のみで走行するEV(Electric Vehicle)走行状態において、車両の走行速度が所定の低速度未満である場合には、走行用電動機が低速で回転する状態である。このとき、駆動力分配始動処理を実行すると、車両にも走行用電動機の駆動力が作用されるため、車両の走行速度が意図しない速度となることも考えられる。
そこで、本発明では、内燃機関の始動に必要な回転数に相当する所定の低速度に、車両の走行速度が満たない場合には、第1クラッチを伝達状態に切り換え、出力軸への走行用電動機の駆動力の伝達が断たれた車両ニュートラル状態において、走行用電動機の駆動力の全てを用いて内燃機関を始動させる電動機駆動力使用始動処理を実行するように制御している。
これにより、車両がEV走行中に、内燃機関を始動させる必要がある場合には、走行用電動機の駆動力を用いて、車両の走行状態に影響を与えることなく、内燃機関を始動させることができる。
尚、車両の走行速度が所定の低速度未満である場合としては、例えば、車両が惰性走行(クルーズ走行)中であること等が想定される。車両が惰性走行中である場合には、運転者がブレーキペダルを踏めば、車両に設けられた機械式ブレーキ(油圧機械式ブレーキ)によりブレーキペダルの踏み込み量に対応する制動力が確保され、アクセルペダルが踏まれた場合には内燃機関の始動完了後、直ちに内燃機関の駆動力を出力させることが可能となる。
[2]本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、車両が停車中であり、車両のシフトポジションがニュートラルレンジに位置していて、且つ走行用電動機に電力を供給する二次電池の充電率が、走行用電動機への電力供給が許可される所定値以上である場合には、電動機駆動力使用始動処理を実行し、車両が停車中であり、車両のシフトポジションがニュートラルレンジに位置していて、且つ二次電池の充電率が所定値未満である場合には、第1クラッチ及び第2クラッチを開放状態とした後、スタータ・モータで内燃機関を始動させるスタータ始動処理を実行するように構成することが好ましい。
これによれば、車両のシフトポジションがニュートラルレンジに位置しており、出力部材への走行用電動機及び内燃機関の駆動力の伝達が断たれた車両ニュートラル状態において、二次電池の充電率に基づいて、内燃機関を走行用電動機で始動させるかスタータ・モータで始動させるかを切り換えることができ、二次電池の充電率が内燃機関の始動に必要な電力を走行用電動機に供給できない状態であっても、スタータ・モータで適切に内燃機関を始動させることができる。
又、スタータ始動処理は、第1クラッチ及び第2クラッチを開放状態とした後に実行されるため、スタータ・モータは、第1駆動ギヤ軸や第2駆動ギヤ軸の慣性力や回転抵抗等の影響を受けることなく、内燃機関を始動させることができ、出力する駆動力を抑えて消費電力の低減を図ることができる。
[3]本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、EV走行中に走行用電動機での減速回生による回転抵抗を超える車両の減速が要求される場合には、走行用電動機で減速回生を行うと共に、第1クラッチを伝達状態とし、内燃機関の回転抵抗を用いて減速させることが好ましい。
これによれば、ブレーキペダルの踏み込み量等の車両情報に基づき、走行用電動機での減速回生による回転抵抗を超える減速が要求されていると判定した場合に、内燃機関の回転抵抗を用いて更に減速させることができ、車両の減速性能を向上させることができる。
[4]本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、内燃機関の回転抵抗を用いるのみならず、第1クラッチに加えて第2クラッチを伝達状態とすれば、第2駆動ギヤ軸の回転抵抗を用いて、より減速性能を高めることができる。
[5]本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、内燃機関を始動させる際に、第1クラッチ及び第2クラッチを開放状態として内燃機関を停止させる動作を開始させた直後などで、内燃機関の回転数が内燃機関の始動に要求される所定値以上であるときには、走行用電動機やスタータ・モータの駆動力を用いることなく、そのまま燃料を供給して内燃機関を始動させる。
[6]本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、車両に設けられた傾斜検知手段の信号に基づき、走行用電動機のみで走行するEV走行中に、車両が所定の勾配の下り坂を走行している状態であると判定し、且つEV走行から内燃機関の駆動力を用いて走行する状態に移行する場合には、車両の走行速度が、走行用電動機が内燃機関を始動させるために必要な駆動力を出力することができる回転数の領域を超える回転数に対応する領域としての所定の超過速度以上であるか、又は二次電池の充電率が所定値未満である場合には、スタータ始動処理を実行し、車両の走行速度が、走行用電動機が内燃機関を始動させるために必要な駆動力を出力することができる回転数の領域に対応する領域としての所定の超過速度未満であり、且つ二次電池の充電率が所定値以上である場合には、電動機駆動力使用始動処理を実行することが好ましい。
車両が所定の勾配の下り坂を走行している場合には、アクセルペダルを踏まなくても重力により車両が加速する状態となる。この状態で、アクセルペダルが踏み込まれ、車両の走行速度が走行用電動機が内燃機関を始動させるために必要な駆動力を出力することができる回転数の領域を超える回転数に対応する領域としての所定の超過速度以上となると、走行用電動機の定格駆動力(定格トルク)を出せる速度を超えているため、出力できる最大駆動力(最大出力トルク)が走行速度の上昇に伴い減少していく状態となり、走行用電動機が内燃機関を始動させる為に必要な駆動力を出力できない状態となる場合がある。
この場合の対策として、車両の運動エネルギー(加速力)を内燃機関を始動させるための駆動力として用いて、内燃機関を始動させることも考えられるが、内燃機関が始動するまでの間、車両が減速することとなり、アクセルペダルを踏み込んでいる運転者の操作に対する追従性(ドライバビリティ)が低下してしまう虞がある。
又、例え、車両の走行速度が所定の超過速度未満であっても、二次電池の充電率が内燃機関の始動する為に必要な分だけなければ、走行用電動機を用いて内燃機関を始動させることはできない。
そこで、本発明の動力制御装置では、上記の如く、車両が所定の勾配の下り坂を走行中である場合には、車両の走行速度が所定の超過速度以上であるか、又は二次電池の充電率が所定値未満である場合には、スタータ始動処理を実行し、車両の走行速度が所定の超過速度未満で、且つ二次電池の充電率が所定値以上である場合には、電動機駆動力使用始動処理を実行する。
これによれば、車両が所定の勾配の下り坂を走行している場合においても、ドライバビリティを低下させることなく、適切に内燃機関を始動させることができる。
[7]本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、車両に設けられた傾斜検知手段の信号に基づき、走行用電動機のみで走行するEV走行中に、車両が登り坂を走行している状態であると判定し、且つEV走行から内燃機関の駆動力を用いて走行する状態に移行する場合には、傾斜検知手段の信号に基づいて判定された勾配が、走行用電動機が内燃機関を始動させるために必要な駆動力を出力することができる勾配領域を超える所定の超過勾配以上であるか、又は二次電池の充電率が所定値未満である場合には、スタータ・モータで内燃機関を始動させるスタータ始動処理を実行し、傾斜検知手段の信号に基づいて判定された勾配が、走行用電動機が内燃機関を始動させるために必要な駆動力を出力することができる勾配領域に対応する所定の超過勾配未満であり、且つ二次電池の充電率が所定値以上である場合には、駆動力分配始動処理を実行することが好ましい。
車両が所定の超過勾配以上の登り坂を走行している場合には、走行用電動機が出力している駆動力が既に最大駆動力(出力トルク)となっており、走行用電動機が内燃機関を始動させる為に必要な駆動力を出力できない状態となる場合がある。
又、例え、登り坂の勾配が所定の超過勾配未満であっても、二次電池の充電率が内燃機関の始動する為に必要な分だけなければ、走行用電動機を用いて内燃機関を始動させることはできない。
そこで、本発明の動力制御装置では、上記の如く、登り坂の勾配が所定の超過勾配以上であるか、又は二次電池の充電率が所定値未満である場合には、スタータ始動処理を実行し、登り坂の勾配が所定の超過勾配未満であり、且つ二次電池の充電率が所定値以上である場合には、駆動力分配始動処理を実行する。
これによれば、車両が登り坂を走行している場合においても、ドライバビリティを低下させることなく、適切に内燃機関を始動させることができる。
[8]本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、内燃機関が停止中で、走行用電動機の駆動力及び回生が許容範囲以上要求されておらず、且つ、出力軸への走行用電動機の駆動力の伝達が断たれる車両ニュートラル状態が許容される状態であるときに、内燃機関を始動させる場合には、電動機駆動力使用始動処理を実行することができる。
[9]本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、車両が停車中であり、且つ二次電池から走行用電動機への電力供給が二次電池の充電率の低下等により制限された状態において、内燃機関を始動させる場合には、スタータ・モータで内燃機関を始動させるスタータ始動処理を実行することができる。
[10]本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、車両が停車中であり、且つ二次電池から走行用電動機への電力供給が許可された状態において、内燃機関を始動させる場合には、出力軸への走行用電動機の駆動力の伝達が断たれた車両ニュートラル状態で、第1クラッチを伝達状態とし、走行用電動機の駆動力を用いて内燃機関を始動させる電動機駆動力使用始動処理を実行する。
[11]本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、走行用電動機の故障を検知する故障検知手段を備え、内燃機関の停止中に、故障検知手段により走行用電動機の故障が検知された場合には、スタータ始動処理を実行することができる。
[12]本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、車両がEV走行中であり、車両の走行速度が所定速度以上であって、且つ内燃機関を始動させる場合には、第1クラッチ及び/又は第2クラッチを伝達状態とし、車両の運動エネルギーを出力軸から駆動ギヤ軸を介して内燃機関に伝達させて、車両を減速させながら内燃機関を始動させる減速始動処理を実行することができる。
本発明の実施形態の動力制御装置を示す説明図。 実施形態の動力制御装置の作動を示すフローチャート。 実施形態の動力制御装置の駆動力分配始動工程を示すフローチャート。 実施形態の動力制御装置の電動機駆動力使用始動工程を示すフローチャート。 実施形態の動力制御装置の走行用電動機制御工程を示すフローチャート。 実施形態の動力制御装置の坂道始動工程を示すフローチャート。 実施形態の動力制御装置の停車時始動工程を示すフローチャート。 本発明の他の実施形態の動力制御装置を示す説明図。
図を参照して、本発明の実施形態のハイブリッド車両の動力制御装置を説明する。実施形態のハイブリッド車両は、図1に示す自動変速機1を備える。自動変速機1は、エンジンからなる内燃機関ENGの駆動力(出力トルク)が伝達される入力軸2と、図外のディファレンシャルギヤを介して駆動輪としての左右の前輪に動力を出力する出力ギヤからなる出力部材3と、変速比の異なる複数のギヤ列G2〜G5とを備える。
又、自動変速機1は、変速比順位で奇数番目の各変速段を確立する奇数番ギヤ列G3,G5の駆動ギヤG3a,G5aを回転自在に軸支する第1駆動ギヤ軸4と、変速比順位で偶数番目の変速段を確立する偶数番ギヤ列G2,G4の駆動ギヤG2a,G4aを回転自在に軸支する第2駆動ギヤ軸5と、後進段を確立する際に用いられリバース駆動ギヤGRaとリバース従動ギヤGRbとからなる後進段用ギヤ列GRのリバース駆動ギヤGRaを回転自在に軸支するリバース軸6を備える。第1駆動ギヤ軸4は入力軸2と同一軸線上に配置されており、第2駆動ギヤ軸5は第1駆動ギヤ軸4と平行に配置されている。
又、自動変速機1は、第1駆動ギヤ軸4に回転自在に軸支されたアイドル駆動ギヤGiaと、アイドル駆動ギヤGiaに噛合する第1アイドル従動ギヤGibと、第1アイドル従動ギヤGibに噛合し第2駆動ギヤ軸5に固定された第2アイドル従動ギヤGicと、第1アイドル従動ギヤGibに噛合し、リバース軸6に固定された第3アイドル従動ギヤGidとで構成されるアイドルギヤ列Giを備える。
自動変速機1は、電動アクチュエータ作動型又は油圧作動型の乾式摩擦クラッチ又は湿式摩擦クラッチからなる第1クラッチC1及び第2クラッチC2を備える。第1クラッチC1は、入力軸2に伝達された内燃機関ENGの駆動力を第1駆動ギヤ軸4に伝達させる伝達状態と、この伝達を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。第2クラッチC2は、入力軸2に伝達された内燃機関ENGの駆動力を第2駆動ギヤ軸5に伝達させる伝達状態と、この伝達を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。
両クラッチC1,C2は、電動アクチュエータ又は油圧回路9から供給される油圧により状態が切り換えられる。又、両クラッチC1,C2は、電動アクチュエータの押圧力又は油圧回路9の油圧を調整することにより、伝達状態における締結圧を調整することができる(いわゆる半クラッチ状態にすることができる)。
又、自動変速機1には、入力軸2と同軸上に位置させて、遊星歯車機構PGが配置されている。遊星歯車機構PGは、サンギヤSaと、リングギヤRaと、サンギヤSa及びリングギヤRaに噛合するピニオンPaを自転及び公転自在に軸支するキャリアCaとからなるシングルピニオン型で構成される。
遊星歯車機構PGのサンギヤSa、キャリアCa、リングギヤRaからなる3つの要素を、共線図(各要素の相対的な回転速度を直線で表すことができる図)におけるギヤ比に対応する間隔での並び順にサンギヤSa側から夫々第1要素、第2要素、第3要素とすると、第1要素はサンギヤSa、第2要素はキャリアCa、第3要素はリングギヤRaとなる。
そして、遊星歯車機構PGのギヤ比(リングギヤRaの歯数/サンギヤSaの歯数)をgとして、第1要素たるサンギヤSaと第2要素たるキャリアCaの間の間隔と、第2要素たるキャリアCaと第3要素たるリングギヤRaの間の間隔との比が、g:1となる。
第1要素たるサンギヤSaは、第1駆動ギヤ軸4に固定されている。第2要素たるキャリアCaは、3速ギヤ列G3の3速駆動ギヤG3aに連結されている。第3要素たるリングギヤRaは、ロック機構B1により変速機ケース7に解除自在に固定される。
ロック機構B1は、シンクロメッシュ機構で構成され、リングギヤRa(第3要素)を変速機ケース7に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。尚、ロック機構B1は、シンクロメッシュ機構に限らず、2ウェイクラッチ、湿式多板ブレーキ、ハブブレーキ、バンドブレーキ等の他のもので構成してもよい。
ここで、2ウェイクラッチは、リングギヤRa(第3要素)の正転(前進方向の回転)を許容し逆転(後進方向の回転)を阻止する逆転阻止状態、又は正転を阻止し逆転を許容する正転阻止状態の何れかの状態に切換自在に構成されるものであり、ロック機構B1として2ウェイクラッチを用いる場合には、リングギヤRaが逆転する状態においては逆転阻止状態とすることにより、又、リングギヤRaが正転する状態においては正転阻止状態とすることにより、リングギヤRaが変速機ケース7に固定されることとなる。
又、遊星歯車機構PGは、サンギヤと、リングギヤと、互いに噛合し一方がサンギヤ、他方がリングギヤに噛合する一対のピニオンPa、Pa’を自転及び公転自在に軸支するキャリアとからなるダブルピニオン型で構成してもよい。この場合、例えば、サンギヤ(第1要素)を第1駆動ギヤ4に固定し、リングギヤ(第2要素)を3速ギヤ列G3の3速駆動ギヤG3aに連結し、キャリア(第3要素)をロック機構B1で変速機ケース7に解除自在に固定するように構成すればよい。
遊星歯車機構PGの径方向外方には、中空の電動機MG(モータ・ジェネレータ)が配置されている。換言すれば、遊星歯車機構PGは、中空の電動機MGの内方に配置されている。電動機MGは、ステータMGaとロータMGbとを備える。
又、電動機MGは、動力制御装置ECU(Electronic Control Unit)の指示信号に基づき、パワードライブユニットPDU(Power Drive Unit)を介して制御され、動力制御装置ECUは、パワードライブユニットPDUを、二次電池BATTの電力を消費して電動機MGを駆動させる駆動状態と、ロータMGbの回転力を抑制させて発電し、発電した電力をパワードライブユニットPDUを介して二次電池BATTに充電する回生状態とに適宜切り換える。
又、電動機MGには電動機MGの回転数(ロータMGbの回転数)を検出する電動機回転数検出手段MGc(回転数センサ)が設けられ、電動機回転数検出手段MGcは検出した電動機MGの回転数を動力制御装置ECUに送信自在に構成されている。
第1駆動ギヤ軸4には、リバース軸6に回転自在に軸支される後進段用ギヤ列GRのリバース駆動ギヤGRaと噛合するリバース従動ギヤGRbが固定されている。出力部材3を軸支する出力軸3aには、2速駆動ギヤG2a及び3速駆動ギヤG3aに噛合する第1従動ギヤGo1が固定されている。又、出力軸3aには、4速駆動ギヤG4a及び5速駆動ギヤG5aに噛合する第2従動ギヤGo2が固定されている。
このように、2速ギヤ列G2と3速ギヤ列G3の従動ギヤ、及び4速ギヤ列G4と5速ギヤ列G5の従動ギヤとを夫々1つのギヤGo1,Go2で構成することにより、自動変速機の軸長を短くすることができ、FF(前輪駆動)方式の車両への搭載性を向上させることができる。
第1駆動ギヤ軸4には、シンクロメッシュ機構で構成され、3速駆動ギヤG3aと第1駆動ギヤ軸4とを連結した3速側連結状態、5速駆動ギヤG5aと第1駆動ギヤ軸4とを連結した5速側連結状態、3速駆動ギヤG3a及び5速駆動ギヤG5aと第1駆動ギヤ軸4との連結を断つニュートラル状態の何れかの状態に切換自在な第1噛合機構SM1が設けられている。
第2駆動ギヤ軸5には、シンクロメッシュ機構で構成され、2速駆動ギヤG2aと第2駆動ギヤ軸5とを連結した2速側連結状態、4速駆動ギヤG5aと第2駆動ギヤ軸5とを連結した4速側連結状態、2速駆動ギヤG2a及び4速駆動ギヤG5aと第2駆動ギヤ軸5との連結を断つニュートラル状態の何れかの状態に切換自在な第2噛合機構SM2が設けられている。
リバース軸6には、シンクロメッシュ機構で構成され、リバース駆動ギヤGRaとリバース軸6とを連結した連結状態と、この連結を断つニュートラル状態の何れかの状態に切換自在な第3噛合機構SM3が設けられている。
車両には傾斜検知手段8(傾斜角センサ)が設けられ、傾斜検知手段8で検知した傾斜角信号が動力制御手段ECUに送信される。動力制御手段ECUは、傾斜検知手段8から受信した傾斜角信号に基づき、車両が下り坂又は登り坂を走行中であるか否かを判定すると共に、その勾配を検知することができる。
又、動力制御手段ECUは、電動アクチュエータの押圧力を調節して、又は、油圧回路9のソレノイドバルブを制御することにより、油圧を調節して、両クラッチC1,C2の伝達状態と開放状態とを切り換える。
次に、上記の如く構成される自動変速機1の作動について説明する。尚、第1実施形態の自動変速機1では、第1クラッチC1を係合させることにより、電動機MGの駆動力を用いて内燃機関ENGを始動させることができる。
先ず、内燃機関ENGの駆動力を用いて1速段を確立する場合には、ロック機構B1を固定状態として遊星歯車機構PGのリングギヤRaを変速機ケース7に固定し、第1クラッチC1を締結させて伝達状態とする。
内燃機関ENGの駆動力は、入力軸2、第1クラッチC1、第1駆動ギヤ軸4を介して、遊星歯車機構PGのサンギヤSaに入力され、入力軸2に入力された内燃機関ENGの回転数が1/(g+1)に減速されて、キャリアCaを介し3速駆動ギヤG3aに伝達される。
3速駆動ギヤG3aに伝達された駆動力は、3速駆動ギヤG3a及び第1従動ギヤGo1で構成される3速ギヤ列G3のギヤ比(3速駆動ギヤG3aの歯数/第1従動ギヤGo1の歯数)をiとして、1/i(g+1)に変速されて第1従動ギヤGo1及び出力軸3aを介し出力部材3から出力され、1速段が確立される。
このように、第1実施形態の自動変速機1では、遊星歯車機構PG及び3速ギヤ列で1速段を確立できるため、1速段専用の噛合機構が必要なく、又、プラネタリギヤ機構PGは中空の電動機MG内に配置されるため、自動変速機の軸長の更なる短縮化を図ることができる。
尚、1速段において、車両が減速状態にあり、且つ二次電池BATTの充電率SOC(State Of Charge)が所定値未満であるときには、動力制御装置ECUは、電動機MGでブレーキをかけることにより発電を行う減速回生運転を行う。又、二次電池BATTの充電率SOCが所定値以上であるときには、電動機MGを駆動させて、内燃機関ENGの駆動力を補助するHEV(Hybrid Electric Vehicle)走行、又は電動機MGの駆動力のみで走行するEV(Electric Vehicle)走行を行うことができる。
又、EV走行中であって車両の減速が許容された状態であり且つ車両速度が一定速度以上の場合には、第1クラッチC1を徐々に締結させることにより、電動機MGの駆動力を用いることなく、車両の運動エネルギーを用いて内燃機関ENGを始動させることができる。
又、1速段で走行中に2速段にアップシフトされることを動力制御装置ECUが車両速度やアクセルペダルの開度等の車両情報から予測した場合には、第2噛合機構SM2を2速駆動ギヤG2aと第2駆動ギヤ軸5とを連結させる2速側連結状態又はこの状態に近付けるプリシフト状態とする。
内燃機関ENGの駆動力を用いて2速段を確立する場合には、第2噛合機構SM2を2速駆動ギヤG2aと第2駆動ギヤ軸5とを連結させた2速側連結状態とし、第1クラッチC1を開放状態とすると共に、第2クラッチC2を締結して伝達状態とする。これにより、内燃機関ENGの駆動力が、第2クラッチC2、アイドルギヤ列Gi、第2駆動ギヤ軸5、2速ギヤ列G2及び出力軸3aを介して、出力部材3から出力される。
尚、2速段において、動力制御装置ECUがアップシフトを予測している場合には、第1噛合機構SM1を3速駆動ギヤG3aと第1駆動ギヤ軸4とを連結した3速側連結状態又はこの状態に近付けるプリシフト状態とする。
逆に、動力制御装置ECUがダウンシフトを予測している場合には、第1噛合機構SM1を、第3駆動ギヤG3a及び第5駆動ギヤG5aと第1駆動ギヤ軸4との連結を断つニュートラル状態とする。
これにより、アップシフト又はダウンシフトを、第1クラッチC1を伝達状態とし、第2クラッチC2を開放状態とするだけで行うことができ、変速段の切り換えを駆動力が途切れることなくスムーズに行うことができる。
又、2速段においても、車両が減速状態にあり、且つ二次電池BATTの充電率SOCが所定値未満であるときには、動力制御装置ECUは、減速回生運転を行う。2速段において減速回生運転を行う場合には、第1噛合機構SM1が3速側連結状態であるか、ニュートラル状態であるかで異なる。
第1噛合機構SM1が3速側連結状態である場合には、第2駆動ギヤG2aで回転される第1従動ギヤGo1によって回転する第3駆動ギヤG3aが第1駆動ギヤ軸4を介して電動機MGのロータMGbを回転させるため、このロータMGbの回転を抑制しブレーキをかけることにより発電して回生を行う。
第1噛合機構SM1がニュートラル状態である場合には、ロック機構B1を固定状態とすることによりリングギヤRaの回転数を「0」とし、第1従動ギヤGo1に噛合する3速駆動ギヤG3aと共に回転するキャリアCaの回転数を、サンギヤSaに連結させた電動機MGにより発電させることによりブレーキをかけて、回生を行う。
又、2速段においてHEV走行する場合には、例えば、第1噛合機構SM1を3速駆動ギヤG3aと第1駆動ギヤ軸4とを連結させた3速側連結状態として、遊星歯車機構PGを各要素が相対回転不能なロック状態とし、電動機MGの駆動力を3速ギヤ列G3を介して出力部材3に伝達することにより行うことができる。又は、第1噛合機構SM1をニュートラル状態として、ロック機構B1を逆転阻止状態としてリングギヤRaの回転数を「0」とし、電動機MGの駆動力を1速段の経路で第1従動ギヤGo1に伝達することによっても、2速段によるHEV走行を行うことができる。
内燃機関ENGの駆動力を用いて3速段を確立する場合には、第1噛合機構SM1を3速駆動ギヤG3aと第1駆動ギヤ軸4とを連結させた3速側連結状態として、第2クラッチC2を開放状態とすると共に、第1クラッチC1を締結させて伝達状態とする。これにより、内燃機関ENGの駆動力は、入力軸2、第1クラッチC1、第1駆動ギヤ軸4、第1噛合機構SM1、3速ギヤ列G3を介して、出力部材3に伝達され、1/iの回転数で出力される。
3速段においては、第1噛合機構SM1が3速駆動ギヤG3aと第1駆動ギヤ軸4とを連結させた3速側連結状態となっているため、遊星歯車機構PGのサンギヤSaとキャリアCaとが同一回転となる。
従って、遊星歯車機構PGの各要素が相対回転不能なロック状態となり、電動機MGでサンギヤSaにブレーキをかければ減速回生となり、電動機MGでサンギヤSaに駆動力を伝達させれば、HEV走行を行うことができる。又、第1クラッチC1を開放して、電動機MGの駆動力のみで走行するEV走行も可能である。
3速段において、動力制御装置ECUは、車両速度やアクセルペダルの開度等の車両情報に基づきダウンシフトが予測される場合には、第2噛合機構SM2を2速駆動ギヤG2aと第2駆動ギヤ軸5とを連結する2速側連結状態、又はこの状態に近づけるプリシフト状態とし、アップシフトが予測される場合には、第2噛合機構SM2を4速駆動ギヤG4aと第2駆動ギヤ軸5とを連結する4速側連結状態、又はこの状態に近づけるプリシフト状態とする。
これにより、第2クラッチC2を締結させて伝達状態とし、第1クラッチC1を開放させて開放状態とするだけで、変速段の切換えを行うことができ、駆動力が途切れることなく変速をスムーズに行うことができる。
内燃機関ENGの駆動力を用いて4速段を確立する場合には、第2噛合機構SM2を4速駆動ギヤG4aと第2駆動ギヤ軸5とを連結させた4速側連結状態とし、第1クラッチC1を開放状態とするとともに、第2クラッチC2を締結させて伝達状態とする。
4速段で走行中は、動力制御装置ECUが車両情報からダウンシフトを予測している場合には、第1噛合機構SM1を3速駆動ギヤG3aと第1駆動ギヤ軸4とを連結した3速側連結状態、又はこの状態に近づけるプリシフト状態とする。
逆に、動力制御装置ECUが車両情報からアップシフトを予測している場合には、第1噛合機構SM1を5速駆動ギヤG5aと第1駆動ギヤ軸4とを連結した5速側連結状態、又は、この状態に近づけるプリシフト状態とする。これにより、第1クラッチC1を締結させて伝達状態とし、第2クラッチC2を開放させて開放状態とするだけで、ダウンシフト又はアップシフトを行うことができ、駆動力が途切れることなく変速をスムーズに行うことができる。
4速段で走行中に減速回生又はHEV走行を行う場合には、動力伝達装置ECUがダウンシフトを予測しているときには、第1噛合機構SM1を3速駆動ギヤG3aと第1駆動ギヤ軸4とを連結した3速側連結状態とし、電動機MGでブレーキをかければ減速回生、駆動力を伝達すればHEV走行を行うことができる。
動力制御装置ECUがアップシフトを予測しているときには、第1噛合機構SM1を5速駆動ギヤG5aと第1駆動ギヤ軸4とを連結した5速側連結状態とし、電動機MGによりブレーキをかければ減速回生、電動機MGから駆動力を伝達させればHEV走行を行うことができる。
内燃機関ENGの駆動力を用いて5速段を確立する場合には、第1噛合機構SM1を5速駆動ギヤG5aと第1駆動ギヤ軸4とを連結した5速側連結状態とし、第2クラッチC2を開放状態とすると共に、第1クラッチC1を締結させて伝達状態とする。5速段においては、第1クラッチC1が伝達状態とされることにより内燃機関ENGと電動機MGとが直結された状態となるため、電動機MGから駆動力を出力すればHEV走行を行うことができ、電動機MGでブレーキをかけ発電すれば減速回生を行うことができる。
尚、5速段でEV走行を行う場合には、第2クラッチC2に加えて第1クラッチC1を開放状態とすればよい。又、5速段でのEV走行中に、第1クラッチC1を徐々に締結させることにより、内燃機関ENGの始動を行うこともできる。
動力制御装置ECUは、5速段で走行中に車両情報から4速段へのダウンシフトが予測される場合には、第2噛合機構SM2を4速駆動ギヤG4aと第2駆動ギヤ軸5とを連結させた4速側連結状態、又はこの状態に近付けるプリシフト状態とする。これにより、4速段へのダウンシフトを駆動力が途切れることなくスムーズに行うことができる。
内燃機関ENGの駆動力を用いて後進段を確立する場合には、ロック機構B1を固定状態とし、第3噛合機構SM3をリバース駆動ギヤGRaとリバース軸6とを連結した連結状態として、第2クラッチC2を締結させて伝達状態とする。これにより、入力軸2の回転速度が、[アイドル駆動ギヤGiaの歯数/第3アイドル従動ギヤGidの歯数]×[リバース駆動ギヤGRaの歯数/リバース従動ギヤGRbの歯数]×[1/i(g+1)]の回転速度のマイナス回転(後進方向の回転)に変速されて、出力部材3から出力され、後進段が確立される。
又、後進段において、逆転しているロータMGbに、正転側の駆動力を発生させてブレーキをかければ減速回生となり、逆転側の駆動力を発生させれば、HEV走行を行うことができる。又、両クラッチC1,C2を開放状態とし、ロック機構B1を固定状態として、電動機MGを逆転させることにより、EV走行による後進段を確立することもできる。
次に、図2から図5を参照して、内燃機関ENGが停止している状態における動力制御装置ECUの作動を説明する。
内燃機関ENGが停止している状態においては、図2に示すように、動力制御装置ECUは、STEP1で車両の走行速度等の車両情報に基づき、車両が停車中であるか否かをチェックする。車両が走行中である場合には、STEP2に進み、アクセルペダルの開度等の車両情報に基づき、車両の目標駆動力を設定する。
そして、STEP3で、車両の目標駆動力が予め設定された電動機MGの駆動力の上限値を超えるか否かをチェックする。電動機MGの駆動力の上限値を超えている場合には、STEP4に進み、傾斜検知手段8で検出された傾斜角度に基づき、下り坂又は登り坂の坂道を車両が走行中であるか否かをチェックする。
STEP4で、所定の勾配の下り坂を車両が走行中でない場合には、STEP5に進み、車両の走行速度が予め設定された所定の低速度(例えば、5km/h)以上であるか否かをチェックする。車両の走行速度が所定の低速度以上である場合には、STEP6に進み、駆動力分配始動工程に移行する。
図3を参照して、駆動力分配始動工程を説明する。駆動力分配始動工程では、まず、STEP20で、内燃機関ENGの回転数が、予め設定された所定値以上であるか否かをチェックする。STEP20の所定値は、走行用電動機MGやスタータ・モータで回転させることなく、燃料を供給し点火するだけで始動可能な回転数に設定される。内燃機関ENGが停止したばかりなどで、内燃機関ENGが高回転している場合である。
STEP20で、内燃機関ENGの回転数が予め設定された所定値以上である場合には、STEP25に分岐し、燃料を供給し点火させて内燃機関ENGを始動させる燃料復帰始動処理を実行する。
STEP20で、内燃機関ENGの回転数が所定値未満である場合には、STEP21に進み、走行用電動機MGの故障を検知する故障検知手段で走行用電動機MGの故障が検知されているか否かをチェックする。この故障検知手段は、例えば、走行用電動機MGに所定の電流を流しているにも拘らず、電動機回転数検出手段MGcで走行用電動機MGの回転が検出されない場合には、動力制御装置ECUが走行用電動機MGの故障と判定する方法がある。この場合、動力制御装置ECUと電動機回転数検出手段MGcとで故障検知手段が構成されることとなる。
STEP21で、走行用電動機MGの故障が検知された場合には、走行用電動機MGで内燃機関ENGを回転させることができないため、STEP26に分岐し、スタータ始動処理を実行して、スタータ・モータで内燃機関ENGを始動させる。これにより、内燃機関ENGの駆動力を用いて車両を走行させることができる。
STEP21で、走行用電動機MGの故障が検知されない場合には、STEP22に進み、二次電池BATTの充電率SOCが走行用電動機MGを駆動させるために必要な所定値以上であるか否かをチェックする。二次電池BATTの充電率SOCが所定値以上ない場合には、STEP26に分岐し、スタータ始動を実行する。これによれば、二次電池BATTの充電率SOCが所定値未満であっても、スタータ・モータで内燃機関ENGを始動させることができる。
STEP22で、二次電池BATTの充電率SOCが所定値以上である場合には、STEP23に進み、アクセルペダルの開度等の車両情報に基づき、車両の減速が許容される走行状態であるか否かをチェックする。
アクセルペダルが踏み込まれている等の理由により、車両の減速が許容されていない場合には、STEP24に進み、第1クラッチを伝達状態として、走行用電動機MGで車両の駆動輪に駆動力を伝達しつつ、内燃機関ENGへも駆動力を伝達して内燃機関ENGを始動させる駆動力分配始動処理を実行する。尚、図2のSTEP3の走行用電動機MGの駆動力の上限値は、内燃機関ENGを始動させる為に必要な駆動力を考慮して、実際に出力できる駆動力よりも低く設定されている。
STEP23で、車両の減速が許容される状態である場合には、STEP27に分岐し、車両の走行速度が所定の高速度(例えば、10km/h)以上であるか否かをチェックする。車両の走行速度が所定の高速度未満である場合には、STEP24に進み、動力分配始動処理を実行する。
STEP27で、車両の走行速度が所定の高速度(例えば、10km/h)以上である場合には、STEP28に進み、第1クラッチC1又は第2クラッチC2を伝達状態とし、車両の運動エネルギーを出力軸3aから駆動ギヤ軸4,5を介して内燃機関ENGに伝達させて、車両を減速させながら内燃機関ENGを始動させる減速始動処理を実行することができる。
尚、この減速始動処理においては、内燃機関ENGが始動する前に急ブレーキ等で、車両の走行速度が著しく低下すると内燃機関ENGが始動できない虞がある。このため、STEP29で、内燃機関ENGが始動したか否かをチェックし、内燃機関が始動していない場合にはSTEP27に戻り、車両の走行速度が内燃機関ENGを始動させることができる所定速度を維持しているか否かを所定のサイクルタイムでチェックしている。車両の走行速度が所定速度未満に変化している場合には、STEP24に進み、駆動力分配始動処理を実行して、内燃機関ENGを始動させる。
図2のフローチャートのSTEP5で、車両の走行速度が所定の低速度未満である場合には、STEP11に分岐し、電動機駆動力使用始動工程に移行する。
図4を参照して、電動機駆動力使用始動工程を説明する。まず、駆動力分配始動工程のSTEP20及びSTEP25と同様に、STEP30で、内燃機関ENGの回転数が所定値以上であるか否かをチェックし、内燃機関ENGの回転数が所定値以上である場合には、STEP34に分岐し、燃料復帰始動処理を実行する。
STEP30で、内燃機関ENGの回転数が所定値未満である場合には、STEP31に進み、駆動力分配始動工程のSTEP21と同様に、走行用電動機MGの故障が検知されているか否かをチェックする。走行用電動機MGの故障が検知されている場合には、STEP35に進み、スタータ始動処理を実行して内燃機関ENGを始動させる。
STEP31で、走行用電動機MGの故障が検知されない場合には、STEP32に進み、駆動力分配始動工程のSTEP22と同様に、二次電池BATTの充電率SOCが所定値以上であるか否かをチェックする。二次電池BATTの充電率SOCが所定値未満である場合には、STEP35に分岐し、スタータ始動処理を実行して内燃機関ENGを始動させる。
STEP32で、二次電池BATTの充電率SOCが所定値以上である場合には、STEP33に進み、ロック機構B1を開放状態とし、第1噛合機構SM1をニュートラル状態とした車両ニュートラル状態として、第1クラッチC1を伝達状態とし、走行用電動機MGの駆動力を用いて、内燃機関ENGを始動させる電動機駆動力使用始動処理を実行する。
これにより、内燃機関ENGの始動に必要な回転数に相当する所定の低速度に、車両の走行速度が満たない場合には(STEP5)、電動機駆動力使用始動処理を実行することとなり、走行用電動機MGの駆動力が出力軸3aに伝達されて車両の走行速度が意図しない速度となることを防止すると共に、適切に内燃機関ENGを始動させることができる。
図2のフローチャートのSTEP3で車両の目標駆動力が予め設定される走行用電動機MGの所定の上限値を超えていない場合には、STEP7に分岐し、走行用電動機MG制御工程に移行する。
図5を参照して、走行用電動機MG制御工程を説明する。先ず、STEP40で、駆動力分配始動工程のSTEP21や電動機駆動力使用始動工程のSTEP31と同様に、故障検知手段で走行用電動機MGの故障が検知されているか否かをチェックする。走行用電動機MGの故障が検知されていない場合には、STEP41に進み、駆動力分配始動工程のSTEP22や電動機駆動力使用始動工程のSTEP32と同様に、走行用二次電地BATTの充電率SOCが所定値以上であるか否かをチェックする。
二次電池BATTの充電率SOCが所定値以上ある場合には走行用電動機MGの駆動力を用いて走行可能な状態であるため、STEP42に進み、走行用電動機MGから出力される駆動力が図2のSTEP2で設定された車両の目標駆動力となるように、走行用電動機MGを制御する走行用電動機MG駆動力制御処理を実行する。そして、図2のSTEP1に戻り、車両情報に基づき車両が停車中であるか否かをチェックする。
STEP40で走行用電動機MGの故障が検知されている場合、及びSTEP41で二次電池BATTの充電率SOCが所定値未満である場合には、STEP43に分岐し、駆動力分配始動工程のSTEP20及び電動機駆動力使用始動工程STEP30と同様に、内燃機関ENGの回転数が所定値以上であるか否かをチェックする。
内燃機関ENGの回転数が所定値未満である場合には、STEP44に進み、スタータ始動処理を実行して内燃機関ENGを始動させ、内燃機関ENGの回転数が所定値以上である場合には、STEP45に分岐し、燃料復帰始動処理を実行する。
STEP1で、動力制御装置ECUは、車両の走行速度等の車両情報に基づき、車両が停車中であると判定した場合には、STEP9に分岐し、二次電池BATTの充電率SOCが所定値未満となった場合などの理由により、内燃機関ENGの始動要求が出ているかをチェックする。内燃機関ENGの始動要求が出ていない場合には、STEP12に分岐し、アクセルペダルが踏まれているか否かをチェックする。アクセルペダルが踏まれていない場合には、STEP9に戻る。STEP12でアクセルペダルが踏まれている場合には、STEP13に進み、アクセルペダルの開度(踏み込み量)に基づいて、車両の目標駆動力を設定する。
そして、STEP14に進み、設定された目標駆動力が、予め設定された走行用電動機MGの駆動力の上限値を超えているか否かをチェックする。目標駆動力が上限値を超えていない場合には、STEP7に進み、走行用電動機MG制御工程に移行する。
STEP14で、目標駆動力が上限値を超えている場合には、STEP15に進み、車両のシフトポジションがニュートラルレンジに位置した車両ニュートラル状態であるか否かをチェックする。車両ニュートラル状態でない場合には、STEP10に進み、スタータ始動処理を実行して、内燃機関ENGをスタータ・モータで始動させて処理を終了する。
STEP15で車両ニュートラル状態である場合には、STEP11に進み、電動機駆動力使用始動工程に移行する。
STEP4で、車両が坂道を走行中である場合には、STEP8に分岐し、坂道始動工程に移行する。図6を参照して、坂道始動工程を説明する。先ず、STEP50で、車両が走行する坂道が所定の勾配以上の下り坂であるか否かをチェックする。尚、所定の勾配に満たない下り坂は図2のSTEP4で坂道走行とは判定されずに、STEP5に進むように処理される。
STEP50で、所定の勾配以上の下り坂である場合には、STEP51に進み、内燃機関ENGの回転数が所定値以上であるか否かをチェックする。内燃機関ENGの回転数が所定値以上である場合には、STEP52に分岐し、燃料復帰始動処理を実行して内燃機関ENGを始動させ、処理を終了する。
STEP51で内燃機関ENGの回転数が所定値未満である場合には、STEP53に進み、走行用電動機MGの故障を検知する故障検知手段で走行用電動機MGの故障が検知されているか否かをチェックする。走行用電動機MGの故障が検知された場合には、STEP54に分岐し、スタータ始動処理を実行して、スタータ・モータ(図示省略)で内燃機関ENGを始動させて、処理を終了する。
STEP53で、走行用電動機MGの故障が検知されない場合には、STEP55に進み、二次電池BATTの充電率SOCが駆動力の出力が許可される所定値以上であるか否かをチェックする。二次電池BATTの充電率SOCが所定値未満である場合には、STEP54に分岐し、動力制御装置ECUは、スタータ・モータ(図示省略)で内燃機関ENGを始動させるスタータ始動処理を実行する。
STEP55で、二次電池BATTの充電率SOCが所定値以上である場合には、STEP56に進み、車両の走行速度が、走行用電動機MGが内燃機関ENGを始動させるために必要な駆動力を出力することができる回転数の領域を超える回転数に対応する速度である所定の超過速度(例えば、100km/h)以上であるか否かをチェックする。
車両の走行速度が所定の超過速度以上である場合には、STEP57に分岐し、アクセルペダルの開度等の車両情報に基づき、車両の減速が許容される走行状態であるか否かをチェックする。アクセルペダルが踏み込まれている等の理由により、車両の減速が許容されていない場合には、STEP54に進み、スタータ始動処理を実行して、内燃機関ENGを始動させる。
このSTEP56、STEP57及びSTEP54の流れを詳説すると、車両が所定の勾配の下り坂を走行している場合には、アクセルペダルを踏まなくても重力により車両が加速する状態となる。この状態で、アクセルペダルが踏み込まれ、車両の走行速度が所定の超過速度以上となると、走行用電動機の定格駆動力(定格トルク)を出せる速度を超えているため、出力できる最大駆動力(最大出力トルク)が走行速度の上昇に伴い減少していく状態となり、走行用電動機MGが内燃機関ENGを始動させる為に必要な駆動力を出力できない状態となる場合がある。
この場合の対策として、車両の運動エネルギー(加速力)を用いて内燃機関ENGを始動させることも考えられるが、内燃機関ENGが始動するまでの間、車両が減速することとなり、アクセルペダルが踏み込まれている等の理由で車両の減速が許容されていない場合では(STEP57で「No」)、アクセルペダルを踏み込んでいる運転者の操作に対する追従性(ドライバビリティ)が低下してしまう虞がある。
そこで、実施形態の動力制御装置ECUでは、上記の如く、車両が下り坂を走行中である場合において、車両の走行速度が所定の超過速度以上であり(STEP56で「Yes」)、且つ車両の減速が許容されていない場合には(STEP57で「No」)、スタータ始動処理を実行するようにしている。
STEP56で、車両の走行速度が所定の超過速度未満である場合には、STEP58に進み、電動機駆動力使用始動処理を実行し、内燃機関ENGを始動させて処理を終了する。
STEP57で、車両の減速が許容されている場合には、STEP59に進み、図3のSTEP28及びSTEP29と同様に、減速始動処理を実行した後、STEP60で、内燃機関ENGが始動したか否かをチェックし、内燃機関ENGが始動していない場合にはSTEP56に戻し、再び、車両の走行速度が所定の超過速度以上であるか否かをチェックさせる。STEP60で、内燃機関ENGが始動している場合には、処理を終了する。
STEP50で、所定の勾配以上の下り坂でない場合、即ち、登り坂である場合には、STEP70に分岐し、傾斜検知手段の信号に基づいて検知される勾配が、走行用電動機MGが内燃機関ENGを始動させるために必要な駆動力を出力することができる勾配領域を超える勾配である所定の超過勾配以上であるか否かをチェックする。
所定の超過勾配以上である場合には、STEP71に分岐し、スタータ始動処理を実行して内燃機関ENGを始動させ、処理を終了する。
所定の超過勾配未満である場合には、STEP72で、走行用電動機MGの故障が検知されておらず、STEP73で二次電池BATTの充電率SOCが所定値以上であることを確認して、STEP74で、駆動力分配始動処理を実行し、内燃機関ENGを始動させて、処理を終了する。
このSTEP70〜74の流れを詳説すると、車両が所定の超過勾配以上の登り坂を走行している場合には、走行用電動機MGが出力している駆動力が既に最大駆動力(出力トルク)となっており、走行用電動機MGが内燃機関ENGを始動させる為に必要な駆動力を出力できない状態となる場合がある。
そこで、登り坂の勾配が所定の超過勾配以上である場合には(STEP70で「Yes」)、スタータ始動処理を実行し、登り坂の勾配が所定の超過勾配未満であり(STEP70で「No」)、走行用電動機MGが故障しておらず(STEP72で「No」)、且つ二次電池の充電率が所定値以上である場合には(STEP73で「Yes」)、駆動力分配始動処理を実行するようにしている。
STEP72で走行用電動機MGの故障が検知された場合、及びSTEP73で二次電池BATTの充電率SOCが所定値未満である場合には、STEP71に分岐し、スタータ始動処理を実行して、内燃機関ENGを始動させ、処理を終了する。
尚、STEP73で二次電池BATTの充電率SOCが所定値以上であることを確認した後、STEP74に進む前に、車両の走行速度が「0」に近づいたか否かをチェックするSTEPを設け、車両の走行速度が「0」に近づいている場合には、油圧機械式ブレーキを強制作動させて、車両の後退を防ぎつつ、電動機駆動力使用始動処理を実行し、内燃機関ENGを始動させるようにすることもできる。
この坂道始動工程によれば、車両が所定の勾配以上の下り坂又は登り坂を走行している場合においても、ドライバビリティを低下させることなく、適切に内燃機関を始動させることができる。
図2のSTEP9で、二次電池BATTの充電率SOCが所定値未満となった場合などの理由により、内燃機関ENGの始動要求が出ている場合には、STEP16の停車時始動工程に移行する。図7を参照して、この停車時始動工程を説明する。先ず、STEP81で、走行用電動機MGの故障を検知する故障検知手段で走行用電動機MGの故障が検知されているか否かをチェックする。
走行用電動機MGの故障が検知された場合には、STEP85に分岐し、第1クラッチC1及び第2クラッチC2を開放状態とした後、STEP86に進み、スタータ始動処理を実行して内燃機関ENGを始動させ、処理を終了する。
STEP86のスタータ始動処理は、STEP85で第1クラッチ及び第2クラッチを開放状態とした後に実行されるため、スタータ・モータ(図示省略)は、第1駆動ギヤ軸4や第2駆動ギヤ軸5の慣性力や回転抵抗等の影響を受けることなく、内燃機関ENGを始動させることができ、スタータ・モータが出力する駆動力を抑えて消費電力の低減を図ることができる。尚、他のスタータ始動処理(STEP10、STEP26、STEP35、STEP44)でも、実行前に両クラッチC1,C2を開放状態とさせてもよい。
STEP81で、走行用電動機MGの故障が検知されない場合には、STEP82に進み、二次電池BATTの充電率SOCが走行用電動機MGを駆動させるために必要な所定値以上であるか否かをチェックする。二次電池BATTの充電率SOCが所定値以上ない場合には、STEP85に分岐し、両クラッチC1,C2を開放状態とさせた後、STEP86で、スタータ始動処理を実行する。
STEP82で、二次電池BATTの充電率SOCが所定値以上ある場合には、STEP83に進み、車両のシフトポジションがニュートラルレンジに位置しており、走行用電動機MGの駆動力が出力部材3に伝達されることが阻止された車両ニュートラル状態であるか否かをチェックする。車両ニュートラル状態でない場合には、STEP85に分岐し、両クラッチC1,C2を開放状態とさせた後、STEP86で、スタータ始動処理を実行する。
STEP83で、車両ニュートラル状態である場合には、STEP84に進み、電動機駆動力使用始動処理を実行して、内燃機関ENGを始動させ、処理を終了する。
又、動力制御装置ECUは、EV(Electric Vehicle)走行中にブレーキペダルが踏まれた場合には、油圧機械式ブレーキが作動し車両が減速すると共に、走行用電動機MGで発電させて二次電地BATTに充電させる減速回生を行う。このとき、ブレーキペダルの踏み込み量が予め設定された所定値以上である場合には、第1クラッチC1を伝達状態とし内燃機関ENGと第1駆動ギヤ軸4とを連結した状態として所謂エンジンブレーキも効かせることにより、車両を速やかに減速させることができる。
又、第1クラッチC1に加えて、第2クラッチC2も伝達状態とすれば、第2駆動ギヤ軸5の慣性力及び回転抵抗も駆動輪に伝達されるため、車両をより減速させ易くすることができる。
尚、実施形態においては、変速比順位で奇数段を確立するギヤ列G3,G5の駆動ギヤG3a,G5aを軸支する第1駆動ギヤ軸4を入力軸2と同一軸線上に配置し、変速比順位で偶数段を確立するギヤ列G2,G4の駆動ギヤG2a,G4aを軸支する第2駆動ギヤ軸5を第1駆動ギヤ軸4と平行に配置しているが、これに限らず、第2駆動ギヤ軸を入力軸2と同一軸線上に配置し、第1駆動ギヤ軸を第2駆動ギヤ軸と平行に配置してもよい。
この場合、第1クラッチC1と第2クラッチC2とを入れ替えて配置し、第1クラッチC1を伝達状態とすると、内燃機関ENGの駆動力がアイドルギヤ列Giを介して第1駆動ギヤ軸4に伝達されるように構成すればよい。このとき、電動機MGのロータMGbを第2駆動ギヤ軸4に連結させて、電動機MGの駆動力を第2駆動ギヤ軸5に伝達させるように構成してもよく、又、電動機MGをその内側に配置されたプラネタリギヤ機構PGと共に第1駆動ギヤ軸4と同軸上に配置し、ロータMGbを第1駆動ギヤ軸4に連結させてもよい。
又、図8に示す他の実施形態のように自動変速機1を構成したものにおいても、本発明を適用することができる。他の実施形態の自動変速機1は、図1の自動変速機1と比較して、ロック機構B1、後進段用ギヤ列GR及びアイドルギヤ列Giの構成が異なる以外は同一に構成される。
他の実施形態のロック機構B1は2ウェイクラッチで構成されている。又、後進段用ギヤ列GRは1つのリバースギヤGRで構成され、このリバースギヤGRは、リバース軸6に回転自在に軸支されると共に、第1従動ギヤGo1と噛合している。他の実施形態の自動変速機1においては、第3アイドル従動ギヤGidは設けられていない。
アイドルギヤ列Giの第1アイドル従動ギヤGibはリバース軸6に固定されている。そして、第2クラッチC2を伝達状態とすることにより、内燃機関ENGの駆動力がアイドルギヤ列Giを介して第2駆動ギヤ軸5に伝達される。
この場合において、内燃機関ENGの駆動力を用いて後進段を確立する場合には、第3噛合機構SM3をリバースギヤGRとリバース軸6とを連結した連結状態として、第2クラッチC2を締結させて伝達状態とする。これにより、入力軸2の回転速度が、[アイドル駆動ギヤGiaの歯数/第1アイドル従動ギヤGibの歯数]×[リバースギヤGRの歯数/第1従動ギヤGo1の歯数]の回転速度のマイナス回転(後進方向の回転)に変速されて、出力部材3から出力され、後進段が確立される。
又、上記2つの実施形態においては、5速段まで変速可能な自動変速機1を示したが、これに限らず、例えば、6速段以上まで変速可能な自動変速機にも、本発明を適用することができる。この場合、変速段に対応させてギヤ列の駆動ギヤ及び噛合機構を駆動ギヤ軸4,5に追加し、追加された駆動ギヤに噛合する従動ギヤを出力軸3aに追加すればよい。
1…自動変速機、2…入力軸、3…出力部材(出力ギヤ)、3a…出力軸、4…第1駆動ギヤ軸、5…第2駆動ギヤ軸、6…リバース軸、7…変速機ケース、8…傾斜検知手段(傾斜角センサ)、9…油圧回路、C1…第1クラッチ、C2…第2クラッチ、SM1…第1噛合機構、SM2…第2噛合機構、G2…2速ギヤ列、G2a…2速駆動ギヤ、G3…3速ギヤ列、G3a…3速駆動ギヤ、G4…4速ギヤ列、G4a…4速駆動ギヤ、G5…5速ギヤ列、G5a…5速駆動ギヤ、Go1…第1従動ギヤ(2速・3速の従動ギヤ)、Go2…第2従動ギヤ(4速・5速の従動ギヤ)、Gi…アイドルギヤ列、GR…リバースギヤ列、ECU…動力制御装置、ENG…内燃機関(エンジン)、MG…走行用電動機(モータ・ジェネレータ)、MGa…ステータ、MGb…ロータ、MGc…電動機回転数検出手段(回転数センサ)、PG…遊星歯車機構、BATT…二次電池。

Claims (12)

  1. 内燃機関と、該内燃機関を始動させるスタータ・モータと、車両の駆動輪を駆動させることができる走行用電動機と、自動変速機とを備えるハイブリッド車両の動力制御装置であって、
    前記自動変速機は、
    変速比順位で奇数番目の変速段を確立する奇数番ギヤ列の駆動ギヤを軸支する第1駆動ギヤ軸と、
    変速比順位で偶数番目の変速段を確立する偶数番ギヤ列の駆動ギヤを軸支する第2駆動ギヤ軸と、
    前記両ギヤ列の駆動ギヤと噛合する従動ギヤが固定される出力軸と、
    前記内燃機関の駆動力を前記第1駆動ギヤ軸に伝達させる伝達状態と、この伝達を断つ開放状態とに切換自在な第1クラッチと、
    前記内燃機関の駆動力を前記第2駆動ギヤ軸に伝達させる伝達状態と、この伝達を断つ開放状態とに切換自在な第2クラッチと、
    前記奇数番ギヤ列の駆動ギヤと前記第1駆動ギヤ軸とを連結した状態と、この連結を断つ状態とに切換自在な少なくとも1つの第1噛合機構と、
    前記偶数番ギヤ列の駆動ギヤと前記第2駆動ギヤとを連結した状態と、この連結を断つ状態とに切換自在な少なくとも1つの第2噛合機構と、
    サンギヤ、キャリア及びリングギヤの3つの要素を有する遊星歯車機構とを備え、
    前記遊星歯車機構の3つの要素を、各要素の相対的な回転速度を直線で表すことができる共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に夫々第1要素、第2要素、第3要素として、
    前記第1要素は前記第1駆動ギヤ軸に固定され、
    前記第2要素は前記第1駆動ギヤ軸に軸支された1つの駆動ギヤに連結され、
    前記第3要素は、ロック機構で、変速機ケースに固定された固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在とされ、
    前記走行用電動機は前記第1駆動ギヤ軸又は前記第2駆動ギヤ軸に駆動力を伝達自在に設けられ、
    前記走行用電動機のみで走行するEV走行中に、前記走行用電動機で前記内燃機関を始動させて前記内燃機関の駆動力を用いて走行する状態に移行する場合には、前記車両の走行速度が所定の低速度以上である場合には、前記第1クラッチを伝達状態に切り換え、前記出力軸への前記走行用電動機の駆動力が伝達される状態において、前記走行用電動機の駆動力の一部を用いて前記内燃機関を始動させる駆動力分配始動処理を実行し、
    前記車両の走行速度が所定の低速度未満である場合には、前記第1クラッチを伝達状態に切り換え、前記出力軸への前記走行用電動機の駆動力の伝達が断たれた車両ニュートラル状態において、前記走行用電動機の駆動力の全てを用いて前記内燃機関を始動させる電動機駆動力使用始動処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  2. 請求項1記載のハイブリッド車両の動力制御装置において、
    前記車両が停車中であり、前記車両のシフトポジションがニュートラルレンジに位置していて、且つ前記走行用電動機に電力を供給する二次電池の充電率が、前記走行用電動機への電力供給が許可される所定値以上である場合には、前記電動機駆動力使用始動処理を実行し、
    前記車両が停車中であり、前記車両のシフトポジションがニュートラルレンジに位置していて、且つ前記二次電池の充電率が所定値未満である場合には、前記第1クラッチ及び前記第2クラッチを開放状態とした後、前記スタータ・モータで前記内燃機関を始動させるスタータ始動処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  3. 請求項1記載のハイブリッド車両の動力制御装置において、
    EV走行中に前記走行用電動機での減速回生による回転抵抗を超える前記車両の減速が要求される場合には、前記走行用電動機で減速回生を行うと共に、第1クラッチを伝達状態とし、前記内燃機関の回転抵抗を用いて減速させることを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  4. 請求項3記載のハイブリッド車両の動力制御装置において、
    前記第1クラッチに加えて前記第2クラッチを伝達状態とすることを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  5. 請求項1記載のハイブリッド車両の動力制御装置において、
    前記内燃機関を始動させる際に、前記内燃機関の回転数が前記内燃機関の始動に要求される所定値以上であるときには、そのまま燃料を供給して前記内燃機関を始動させる燃料復帰始動処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  6. 請求項1記載のハイブリッド車両の動力制御装置において、
    前記車両に設けられた傾斜検知手段の信号に基づき、前記走行用電動機のみで走行するEV走行中に、前記車両が所定の勾配の下り坂を走行している状態であると判定し、且つ前記EV走行から前記内燃機関の駆動力を用いて走行する状態に移行する場合には、
    前記車両の走行速度が、走行用電動機が内燃機関を始動させるために必要な駆動力を出力することができる回転数の領域を超える回転数に対応する領域としての所定の超過速度以上であるか、又は二次電池の充電率が所定値未満である場合には、前記スタータ・モータで前記内燃機関を始動させるスタータ始動処理を実行し、前記車両の走行速度が走行用電動機が内燃機関を始動させるために必要な駆動力を出力することができる回転数の領域に対応する領域としての所定の超過速度未満であり、且つ二次電池の充電率が所定値以上である場合には、前記電動機駆動力使用始動処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  7. 請求項1記載のハイブリッド車両の動力制御装置において、
    前記車両に設けられた傾斜検知手段の信号に基づき、前記走行用電動機のみで走行するEV走行中に、前記車両が登り坂を走行している状態であると判定し、且つEV走行から前記内燃機関の駆動力を用いて走行する状態に移行する場合には、
    前記傾斜検知手段の信号に基づいて判定された勾配が、前記走行用電動機が前記内燃機関を始動させるために必要な駆動力を出力することができる勾配領域を超える所定の超過勾配以上であるか、又は二次電池の充電率が所定値未満である場合には、前記スタータ・モータで前記内燃機関を始動させるスタータ始動処理を実行し、
    前記傾斜検知手段の信号に基づいて判定された勾配が、前記走行用電動機が内燃機関を始動させるために必要な駆動力を出力することができる勾配領域に対応する所定の超過勾配未満であり、且つ二次電池の充電率が所定値以上である場合には、前記駆動力分配始動処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  8. 請求項1記載のハイブリッド車両の動力制御装置において、
    前記内燃機関が停止中で、前記走行用電動機の駆動力及び回生が許容範囲以上要求されておらず、且つ、前記出力軸への前記走行用電動機の駆動力の伝達が断たれる車両ニュートラル状態が許容される状態であるときに、前記内燃機関を始動させる場合には、
    前記電動機駆動力使用始動処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  9. 請求項1記載のハイブリッド車両の動力制御装置において、
    前記車両が停車中であり、且つ前記二次電池から前記走行用電動機への電力供給が制限された状態において、前記内燃機関を始動させる場合には、前記スタータ・モータで前記内燃機関を始動させるスタータ始動処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  10. 請求項1記載のハイブリッド車両の動力制御装置において、
    前記車両が停車中であり、且つ前記二次電池から前記走行用電動機への電力供給が許可された状態において、前記内燃機関を始動させる場合には、前記出力軸への前記走行用電動機の駆動力の伝達が断たれた車両ニュートラル状態で、前記第1クラッチを伝達状態とし、前記走行用電動機の駆動力を用いて内燃機関を始動させる電動機駆動力使用始動処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  11. 請求項1記載のハイブリッド車両の動力制御装置において、
    前記走行用電動機の故障を検知する故障検知手段を備え、
    前記内燃機関の停止中に、該故障検知手段により前記走行用電動機の故障が検知された場合には、前記スタータ・モータで前記内燃機関を始動させるスタータ始動処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  12. 請求項1記載のハイブリッド車両の動力制御装置において、
    前記車両がEV走行中であり、前記車両の走行速度が所定速度以上であって、且つ前記内燃機関を始動させる場合には、前記第1クラッチ及び/又は前記第2クラッチを伝達状態とし、前記車両の運動エネルギーを前記出力軸から前記駆動ギヤ軸を介して前記内燃機関に伝達させて、前記車両を減速させながら前記内燃機関を始動させる減速始動処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
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