JP2019108021A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車における発進時や再加速時に係合させるクラッチの耐久性を向上させるとともに駆動トルクを効果的に制御することのできる装置を提供する【解決手段】エンジンが出力したトルクによって選択的に駆動されて発電することによりエンジンからクラッチに伝達されるトルクを加減する発電機と、いずれかの車輪に連結されかつ発電機で発電した電力で駆動するモータとを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、クラッチおよび発電機ならびにモータを制御するコントローラは、エンジンの出力トルクを増大させかつクラッチを解放状態から係合状態に切り換える際に、発電機によって発電させることによりエンジンからクラッチに入力されるトルクを減少させ、発電機によって発電した電力をモータに供給してモータを力行させることによりハイブリッド車両の駆動トルクを増大させる。【選択図】図９

Description

この発明は、エンジンに加えてモータ（もしくはモータ・ジェネレータ）を駆動力源とし、その駆動力源のトルクの伝達および遮断を行うクラッチを備えたハイブリッド車において、エンジンの出力トルクを増大させる際の制御を行う装置に関するものである。

エンジンを駆動力源として備えた車両では、停車状態でエンジンの運転を可能にするために流体継手を変速機との間に配置している。また、その流体継手として、トルクの増幅作用を備えているトルクコンバータが一般的に使用され、さらに高速運転時の燃費を向上させるために、ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータが広く使用されている。この種の流体継手は、ポンプインペラ、タービンランナ、ステータ、ステータを保持する一方向クラッチなどを必要とするために体格が大きくなり、駆動ユニットの小型化には不利である。そこで、特許文献１には、流体継手に替わるクラッチおよびそのクラッチの制御方法が記載されている。そのクラッチはパウダクラッチであり、励磁コイルに流す電流値に応じてトルク容量が変化するように構成されている。特許文献１に記載された方法では、そのクラッチのトルク容量を、クラッチの入力側回転数と出力側回転数との比率である速度比と、エンジン回転数とに基づいて制御するように構成されている。したがって、特許文献１に記載の方法によれば、加速時などにおける駆動トルクの変化が、トルクコンバータを搭載している車両と近似したものとなり、違和感のない運転が可能である、としている。

特開昭６３−３０５０３９号公報

上述した特許文献１に記載されているようにクラッチのトルク容量を制御すれば、発進あるいは加速に必要な駆動トルクを得ることができ、またエンジン回転数が過度に高回転数になるいわゆる吹き上がりを回避もしくは抑制することができる。しかしながら、エンジンから出力される動力をクラッチに伝達し、その一部を出力側に伝達するとともに余剰の動力を摩擦熱などに変換して放散することになり、そのためエネルギ効率が低下し、またクラッチの耐久性が低下するなどの技術的課題がある。また、トルクを電力に変換する発電機やその発電機で得られた電力を駆動トルクに再変換するモータなどをエンジンと共に搭載している車両においては、発進のためのクラッチによる駆動トルクの制御だけでなく、上記の発電機やモータによる駆動トルクの制御が可能であるにも拘わらず、発進時や加速時においてこれらの発電機やモータを併用して駆動トルクを制御する有効な技術が知られておらず、この点に改良の余地があった。

この発明は上記の事情を背景としてなされたものであって、ハイブリッド車における発進時や再加速時に係合させるクラッチの耐久性を向上させるとともに駆動トルクを効果的に制御することのできる装置を提供することを目的とするものである。

この発明は、上記の目的を達成するために、エンジンと、前記エンジンが出力したトルクを車輪に選択的に伝達するクラッチと、前記エンジンが出力したトルクによって選択的に駆動されて発電することにより前記エンジンから前記クラッチに伝達されるトルクを加減する発電機と、いずれかの車輪に連結されかつ前記発電機で発電した電力で駆動するモータとを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、前記クラッチおよび前記発電機ならびに前記モータを制御するコントローラを有し、前記コントローラは、前記エンジンの出力トルクを増大させかつ前記クラッチを解放状態から係合状態に切り換える際に、前記発電機によって発電させることにより前記エンジンから前記クラッチに入力されるトルクを減少させ、前記発電機によって発電した電力を前記モータに供給して前記モータを力行させることにより前記ハイブリッド車両の駆動トルクを増大させることを特徴としている。

この発明においては、ハイブリッド車が発進する場合、あるいは減速走行もしくは惰性走行から再加速する場合などに、エンジンの出力トルクが増大させられるとともにクラッチが解放状態から係合状態に切り換えられる。その際に、発電機によって発電を行い、その発電のためのトルクが、エンジンが出力するトルクから減じられ、エンジンからクラッチに入力されるトルクが低下させられる。その場合、エンジンが出力するトルクの全てを発電のために使用するとすれば、クラッチにはトルクが入力されず、クラッチを介して車輪に伝達される駆動トルクはゼロになる。また、発電機で発電に使用できるトルクに対してエンジンの出力トルクが上回っていれば、そのトルクの差分がクラッチに入力されるトルクとなる。発電機で生じた電力は、モータに供給されてモータが力行し、そのモータが出力するトルクが車輪に伝達されてハイブリッド車両が加速される。すなわち、クラッチに掛かるトルクが低減されるとしてもハイブリッド車両の駆動力あるいは加速度は確保され、発進性能あるいは加速性能を損なうことなくクラッチの耐久性を向上させることができる。

この発明で対象とすることのできるハイブリッド車の一例を模式的に示すブロック図である。 その自動変速機のギヤトレーンの一例を示すスケルトン図である。 その自動変速機で各ギヤ段を設定するために係合するクラッチおよびブレーキをまとめて示す図表である。 その電子制御装置における入力データおよび制御指令信号を説明するためのブロック図である。 この発明の実施形態で実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。 容量係数を算出するためのマップの一例を模式的に示す図である。 トルク比を算出するためのマップの一例を模式的に示す図である。 各制御量を算出するアルゴリズムを説明するためのブロック図である。 この発明の実施形態による制御を実行した場合の加速度、回転数、トルク容量、ならびに熱負荷の変化の一例を示すタイムチャートである。

この発明の実施形態におけるハイブリッド車両は、駆動トルクを発生もしくは制御する手段としてエンジンと、発電機と、モータとを備えている。エンジンはガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関であり、発電機およびモータは、発電機能とモータ機能とを兼ね備えた永久磁石式の同期電動機などのモータ・ジェネレータであってよい。また、この発明の実施形態におけるハイブリッド車両は、エンジンが出力したトルクを車輪に伝達し、またそのトルクを車輪に対して遮断するクラッチを備えている。このようにトルクを選択的に伝達するクラッチは、エンジンと自動変速機とを断接するいわゆる発進クラッチであってよく、あるいは自動変速機においてギヤ段を設定するために係合するクラッチやブレーキであってもよい。

図１にこの発明の実施形態におけるハイブリッド車両１を模式的に示してあり、ここに示すハイブリッド車両１は、エンジン２と二つのモータ３，４とを備えている。より具体的には、ここに示すハイブリッド車両１は、フロントエンジン・後輪駆動車（ＦＲ車）をベースとした四輪駆動車の例であり、車体の前方側にエンジン（Ｅ／Ｇ）２が車体の後方に向けて配置されており、そのエンジン２に続けて第１モータ（ＭＧ１）３と自動変速機（Ａ／Ｔ）５とが順に配列されている。そして、エンジン２（より詳しくはエンジン２の出力軸）と第１モータ３（より詳しくは第１モータ３のロータ軸）とが自動変速機５の入力軸６に連結されている。

エンジン２は、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（アクセル開度）などの要求駆動力に応じてスロットル開度や燃料噴射量が制御されて要求駆動力に応じたトルクを出力するように構成されている。また、エンジン２は、燃料の供給を停止（フューエルカット：Ｆ／Ｃ）した状態で空転させることも可能である。その場合、ポンピングロスなどによる動力損失によって制動力（エンジンブレーキ力）が発生する。第１モータ３は、永久磁石式同期電動機などの発電機能のあるモータ（モータ・ジェネレータ：ＭＧ）であり、図１に示す例においては主として発電機として機能する。この第１モータ３がこの発明における発電機に相当する。

また、自動変速機５は、クラッチやブレーキなどの複数の係合機構を備え、それらの係合機構の係合および解放の状態に応じて、複数の前進段や後進段を設定できるいわゆる有段式の自動変速機であり、その一例は特開２０１７−１５５７７９号公報に記載されている自動変速機あるいはその一部を変更した自動変速機などであってよい。これらの係合機構のうちのいずれかの係合機構Ｃは、自動変速機５がエンジン２のトルクを伝達しないニュートラル状態を作る係合機構であり、例えば自動変速機５の入力側に設けられた発進クラッチであってよく、あるいは所定のギヤ段を設定するために係合させるクラッチもしくはブレーキであってよい。このような係合機構Ｃがこの発明の実施形態における「クラッチ」に相当する。

図２にこの発明の実施形態として採用することのできる前進１０段の自動変速機をスケルトン図で示してある。自動変速機５は、発進クラッチＣ0を、従来のトルクコンバータに替えて設けた例であり、発進クラッチＣ0は入力軸６に介装されている。なお、発進クラッチＣ0は、油圧式の多板クラッチや電磁クラッチ、パウダクラッチなど従来知られている適宜の係合機構であってよい。入力軸６によってトルクが入力される歯車変速部１１は、ラビニョ型の第１遊星歯車機構１２と、シングルピニオン型の第２遊星歯車機構１３と、シングルピニオン型の第３遊星歯車機構１４とを主たる歯車機構として備えている。第１遊星歯車機構１２は、二つのサンギヤＳ121，Ｓ122と、リングギヤＲ12と、サンギヤＳ121とリングギヤＲ12とに噛み合っている第１ピニオンギヤＰ121および第２サンギヤＳ122と第１ピニオンギヤＰ121とに噛み合っている第２ピニオンギヤＰ122を保持しているキャリヤＣ12とを、互いに差動作用を行う回転要素として備えている。その第１サンギヤＳ121を選択的に固定する第１ブレーキＢ1が設けられている。

第２遊星歯車機構１３および第３遊星歯車機構１４は上記の第１遊星歯車機構１２と同一軸線上に配置されており、第２遊星歯車機構１３は、サンギヤＳ13と、リングギヤＲ13と、これらのサンギヤＳ13およびリングギヤＲ13に噛み合っているピニオンギヤＰ13を保持しているキャリヤＣ13とを、互いに差動作用を行う回転要素として備えている。同様に、第３遊星歯車機構１４は、サンギヤＳ14と、リングギヤＲ14と、これらのサンギヤＳ14およびリングギヤＲ14に噛み合っているピニオンギヤＰ14を保持しているキャリヤＣ14とを、互いに差動作用を行う回転要素として備えている。

第２遊星歯車機構１３のサンギヤＳ13と第３遊星歯車機構１４のサンギヤＳ14とは互いに一体化されており、これらのサンギヤＳ13，Ｓ14と前述した第１遊星歯車機構１２におけるリングギヤＲ12とを選択的に連結する第１クラッチＫ1が設けられている。また互いに一体化されているサンギヤＳ13，Ｓ14と第１遊星歯車機構１２における第２サンギヤＳ122とを選択的に連結する第２クラッチＫ2が設けられている。さらに、第２遊星歯車機構１３のリングギヤＲ13と第１遊星歯車機構１２におけるリングギヤＲ12とを選択的に連結する第３クラッチＫ3が設けられている。この第２遊星歯車機構１３のリングギヤＲ13の回転を選択的に止める第２ブレーキＢ2が設けられている。

そして、第３遊星歯車機構１４におけるキャリヤＣ14が歯車変速部１１の入力要素となっている。さらに、第２遊星歯車機構１３のキャリヤＣ13が出力要素であって、歯車変速部１１（自動変速機５）の出力軸１５に連結されている。この出力要素である第２遊星歯車機構１３のキャリヤＣ13と第３遊星歯車機構１４のリングギヤＲ14とを選択的に連結する第４クラッチＫ4が設けられている。この第４クラッチＫ4が係合した場合には、第２遊星歯車機構１３と第３遊星歯車機構１４とは、それぞれ二つの回転要素同士が連結されることにより、差動作用を生じることなく一体となって回転する。

各クラッチＫ1〜Ｋ4およびブレーキＢ1，Ｂ2のそれぞれは、例えば油圧によって係合および解放させられる摩擦式の係合機構であり、そのトルク容量（伝達可能なトルク）を連続的に変化させることができるように構成されている。これらのクラッチＫ1〜Ｋ4およびブレーキＢ1，Ｂ2がこの発明の実施形態における係合機構に相当する。

図２に示す上記の自動変速機５では、１０段の前進段（１ｓｔ〜１０ｔｈ）および後進段（Ｒｅｖ）を設定することができる。これらのギヤ段で係合および解放させる係合機構を図３の係合作動表にまとめて示してある。図３で「○」印は係合状態を示し、空欄は解放状態を示す。これらの係合機構を係合および解放させる制御は、従来知られている油圧制御装置（図示せず）によって行うことができ、またその油圧制御装置は電気的に制御することができる。その制御は、従来知られている変速制御と同様であり、アクセル開度と車速となどの駆動データに応じて各ギヤ段の領域を定めた変速マップを予め用意し、アクセル開度と車速とが、各領域を定めている線（変速線）を横切って変化した場合に、変速が実行される。したがって、アクセル開度などの要求駆動力と車速もしくはこれに相当する回転部材の回転数とによって目標ギヤ段が決まり、その目標ギヤ段を設定するように各係合機構が係合および解放させられる。その変速制御は、ギヤ段を１段ずつ変化させる制御だけでなく、２段以上離れたギヤ段へのいわゆる飛び変速や、飛び変速の際に中間のギヤ段（中間段）を経由して目標ギヤ段を設定するいわゆる多重変速などの制御が可能である。

図１に示す例では、自動変速機５にはリヤプロペラシャフト１６を介してリヤデファレンシャルギヤ１７が連結されており、リヤデファレンシャルギヤ１７から駆動輪である左右の後輪１８に駆動トルクが伝達される。また、自動変速機５の出力側にトランスファ１９が設けられている。トランスファ１９は、自動変速機５から出力されたトルクの一部を前輪２０に伝達して四輪駆動状態を成立させるための機構であり、このトランスファ１９にはフロントプロペラシャフト２１が連結され、そのフロントプロペラシャフト２１が、駆動力を左右の前輪２０に伝達するためのフロントデファレンシャルギヤ２２に連結されている。

トランスファ１９は従来知られている構成のものを採用することができる。例えば、フロントプロペラシャフト２１にトルクを伝達する歯車列とトルクの伝達を選択的に遮断するクラッチ（それぞれ図示せず）からなるいわゆるパートタイム式のトランスファや、後輪１８と前輪２０との差動を許容しつつ常時トルクを後輪１８と前輪２０とに伝達するフルタイム式のトランスファ、さらには後輪１８と前輪２０との差動を選択的に制限できるフルタイム式のトランスファなどであってよい。

トランスファ１９には、フロントプロペラシャフト２１（すなわち前輪２０）を駆動する第２モータ（ＭＧ２）４が連結されている。第２モータ４は主として走行のための駆動トルクを出力するモータであり、前述した第１モータ３より最大出力トルクが大きいモータである。なお、減速時にエネルギ回生を行うために、第２モータ４は前述した第１モータ３と同様に、永久磁石式同期電動機などの発電機能のあるモータ・ジェネレータによって構成することが好ましい。この第２モータ４はトランスファ１９を介して自動変速機５の出力側に連結されており、したがってこの第２モータ４がこの発明の実施形態におけるモータに相当している。

第１モータ３と第２モータ４とは、蓄電池やキャパシターなどの蓄電装置（ＢＡＴＴ）２３にそれぞれ電気的に接続されている。したがって、第１モータ３および第２モータ４を蓄電装置２３の電力によってモータとして機能させ、あるいはこれらのモータ３，４で発電した電力を蓄電装置２３に充電することが可能である。また、第１モータ３で発電した電力によって第２モータ４をモータとして機能させ、その第２モータ４のトルクで走行することも可能である。

上述したエンジン２、各モータ３，４、自動変速機５、ならびに発進クラッチＣ0、トランスファ１９などを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２４が設けられている。このＥＣＵ２４はマイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されるデータおよび変速マップなどの予め記憶しているデータに基づいて演算を行い、演算の結果を制御指令信号として出力するように構成されている。ＥＣＵ２４は、エンジン２などの上述した機器を制御するためのものであるから、エンジン用ＥＣＵやモータ用ＥＣＵならびに自動変速機用ＥＣＵなどを統合した制御装置であってもよく、あるいはこれらの各ＥＣＵに指令信号を出力する上位の制御装置であってもよい。

入力されるデータおよび制御指令信号の例を図４に模式的に示してある。ＥＣＵ２４には、車速Ｖ、アクセル開度ＡCC、蓄電装置２３の充電残量ＳＯＣ、エンジン回転数ＮE、ブレーキオン・オフ信号Ｂｒ、入力軸６の回転数ＮTなどが入力されている。また、制御指令信号として、第１モータ（ＭＧ１）３の制御信号、第２モータ（ＭＧ２）４の制御信号、エンジン２における電子スロットルバルブの開度信号、ギヤ段制御信号、発進クラッチＣ0のトルク容量制御信号、トランスファ（Ｔｒ）１９の制御信号などが出力される。さらに、ＥＣＵ２４には、制御に用いる種々のデータを記憶させておくことができ、予め記憶させておくデータの例は、前述した変速マップ、発進クラッチＣ0に代替して設けると仮定した場合の流体継手（トルクコンバータ）の容量係数やトルク比などである。

上述したハイブリッド車両１では、停車中や惰性走行中などにエンジン２を車輪１８から切り離すために発進クラッチＣ0を解放し、発進や再加速時などにエンジン２の出力トルクを増大させるとともに、発進クラッチＣ0を係合させる。発進クラッチＣ0を設けずに、歯車変速部１１での適宜のクラッチもしくはブレーキによって自動変速機５をニュートラル状態とするように歯車変速部１１を構成した場合には、各ギヤ段を設定するために係合させるいずれかのクラッチもしくはブレーキを同様に制御する。このような発進あるいは再加速時において係合させるいずれかのクラッチもしくはブレーキあるいは発進クラッチＣ0が係合機構Ｃであって、その係合機構Ｃを係合させる場合、この発明の実施形態では、加速性能を損なうことなく係合機構Ｃの耐久性を維持できる以下の制御を行う。

図５はその制御の一例を説明するためのフローチャートであって、レディースイッチ（Ready switch）がオンになっているなど上述したハイブリッド車両１がいわゆる起動状態になっている場合に、所定の短時間ごとに繰り返し実行される。なお、図５に示す制御は前述したＥＣＵ２４によって実行され、したがってＥＣＵ２４がこの発明の実施形態におけるコントローラに相当する。

図５に示すフローチャートにおいて、先ず、制御に使用するデータが読み込まれる（ステップＳ１）。読み込まれるデータは、アクセル開度ＡCC、車速Ｖ、ブレーキのオン・オフの信号Ｂｒ、エンジン回転数ＮE、入力回転数ＮTなどの各回転数などのデータである。これら読み込んだデータに基づいて、ハイブリッド車両１の発進もしくは再加速の判断が行われる（ステップＳ２）。具体的には、車速Ｖがゼロ程度の所定車速以下でかつ発進クラッチＣ0が解放している状態（もしくは歯車変速部１１がニュートラルになっている状態）からアクセル開度ＡCCが所定値以上に増大することにより発進の判断が成立する。あるいはアクセル開度ＡCCがゼロ程度の所定開度以下でかつ車速Ｖがゼロ以上、さらに発進クラッチＣ0が解放している状態（もしくは歯車変速部１１がニュートラルになっている状態）からアクセル開度ＡCCが所定値以上に増大することにより再加速の判断が成立する。

アクセル開度ＡCCがゼロ程度の所定開度以下に維持されている場合にはステップＳ２で否定的に判断され、その場合は特に制御を行うことなくリータンする。これに対してアクセル開度ＡCCが増大するとステップＳ２で肯定的に判断される。アクセル開度ＡCCが増大することによりエンジン２の出力トルクが増大するので、エンジン回転数ＮEの吹き上がりを抑制するようにエンジン回転数ＮEを制御するために、また発進クラッチＣ0あるいは再加速のために係合する係合機構に掛かる負荷を適正値に設定するために、以下の制御が実行される。

先ず、発電機として機能する第１モータ（ＭＧ１）３の制御量が算出される（ステップＳ３）。その制御量は第１モータ３のトルクＴmg1のための制御量であり、エンジン２側から伝達されるトルクとして算出される。自動変速機５は前述したようにトルクコンバータを備えていないが、現存する自動変速機の多くはトルクコンバータを備えていて運転者はトルクコンバータを備えた自動変速機を搭載している車両に習熟していると考えられるので、発進時あるいは再加速時の駆動トルクの変化は、トルクコンバータを備えた自動変速機を搭載している車両に近似させることが好ましいものと考えられる。そこで、ステップＳ３では、トルクコンバータが存在すると仮定して、エンジン２側から伝達されるトルクＴmg1を求める。トルクコンバータにおけるタービントルクすなわち出力側のトルクは、入力回転数であるエンジン回転数ＮEと容量係数ｃとから算出でき、容量係数ｃは存在が仮定されるトルクコンバータ（以下、仮想トルクコンバータと記す）の容量係数であって速度比に応じた値としてＥＣＵ２４に予め記憶されている。さらに、速度比は仮想トルクコンバータにおけるポンプインペラの回転数とタービンランナの回転数との比である。これを模式的に示すと図６のとおりであり、速度比ｅは「０」から「１」までの値を取り、容量係数ｃは速度比ｅが所定値以上に大きくなると低下する。

容量係数ｃを決める速度比ｅは、この発明の実施形態では発進クラッチＣ0の入力側の回転数であるエンジン回転数ＮEと発進クラッチＣ0の出力側の回転数である歯車変速部１１の入力軸６の回転数との比として求められる。したがって発進クラッチＣ0の入力側のトルク、すなわちエンジン２から第１モータ３に掛かるトルクＴmg1は、
Ｔmg1＝ｃ・ＮE^２
として算出することができる。なお、容量係数ｃは、図６に示すように速度比が「１」で「０」になるから、エンジン回転数ＮEと入力軸６の回転数ＮTが等しい場合に第１モータ３のトルクＴmg1が「０」になってしまい、実際の状態とは異なる値が算出されてしまう。これを避けるために、ＥＣＵ２４で予め記憶している容量係数ｃは、速度比が「１」およびこれに近い場合には、「０」より大きい値に補正した係数とする。図６には補正した容量係数ｃを鎖線で示してある。このような補正もしくは変更は、容量係数自体に所定の値を加算することにより行ってもよく、あるいは算出された速度比を小さい値にする補正もしくは変更であってもよい。

第１モータ３に掛かるトルクＴmg1を第１モータ３で吸収することを考慮して、第１モータ３で回転制御できない（制御不可）か否か、すなわち上記の算出されたトルクＴmg1が第１モータ３の制御可能範囲を超えているか否か（外れているか否か）が判断される（ステップＳ４）。第１モータ３が発電機として機能できる上限回転数もしくはトルクと、下限回転数もしくはトルクとは、第１モータ３の構造や第１モータ３が接続されている図示しない蓄電装置での充電残量などによって規定される。したがって、これらの上下限の回転数やトルクは、ＥＣＵ２４に予め記憶させておくことができ、ステップＳ４ではステップＳ３で算出されたトルクＴmg1と予め記憶してある上下限の回転数もしくはトルクとを比較する。

ステップＳ３で算出されたトルクＴmg1が第１モータ３についての上限値もしくは下限値を超えている場合、すなわちステップＳ４で肯定的に判断された場合には、その上限値もしくは下限値を第１モータ３のトルクＴmg1に置き換える。これとは反対にステップＳ３で算出されたトルクＴmg1が上下限値の範囲内に入っている場合には、ステップＳ３で算出されたトルクＴmg1を第１モータ３のトルクとする。

ステップＳ４で肯定的に判断された場合には、余剰のトルクが発進クラッチＣ0に掛かることになるので、その余剰のトルクを発進クラッチＣ0で伝達するための制御量が算出される（ステップＳ５）。歯車変速部１１の入力側に設けられている発進クラッチＣ0であれば、発進クラッチＣ0に掛かるトルクＴc0はエンジン２側から入力されるトルク（ｃ・ＮE^２）から第１モータ３のトルクＴmg1を差し引いたトルクとなる。
Ｔc0＝ｃ・ＮE^２−Ｔmg1
また、発進あるいは再加速のために係合させる係合機構が発進時あるいは再加速時に設定されるギヤ段で係合させられるクラッチもしくはブレーキであれば、これらのクラッチもしくはブレーキのトルク分担比を前述した余剰のトルクに掛け算したトルクが、当該クラッチもしくはブレーキに掛かるトルクとなる。例えば発進時に第１速が設定され、第１速を設定する三つの係合機構のうち第２ブレーキＢ2が最後に係合させられてトルクを伝達する場合には、第２ブレーキＢ2のトルク分担比Ｘb2_1stとすると、第２ブレーキＢ2に掛かるトルクＴb2は、
Ｔb2＝（ｃ・ＮE^２−Ｔmg1）・Ｘb2_1st
として算出できる。なお、歯車変速部１１における各クラッチおよびブレーキのトルク分担比は、歯車変速部１１の構造、特に前述した各遊星歯車機構１２，１３，１４のギヤ比（サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比率）に基づいて決まる。

エンジン２が出力したトルクは、最終的には、後輪１８や前輪２０に伝達されてハイブリッド車両１を走行させる駆動トルクとなる。上述した制御では、エンジン２が出力したトルクの一部もしくは全量が第１モータ３によって吸収され、また一部が自動変速機５を介して後輪１８に伝達される。第１モータ３で吸収されたトルクに相当するトルクを第２モータ４が出力することにより、発進もしくは再加速に要求される駆動トルクとなる。そこで、ステップＳ６では第２モータ（ＭＧ２）４の制御量が算出される。前述したように発進クラッチＣ0や歯車変速部１１に入力されるトルクは、仮想トルクコンバータを模擬して算出できるから、その演算にはトルクコンバータの容量式（特にタービンランナ側の容量式）を使用する。具体的には、発進もしくは再加速の際に係合させる係合機構が前述した発進クラッチＣ0であれば、発進クラッチＣ0を介して自動変速機５から後輪１８に出力されるトルクをエンジン２から入力されるトルクから減じたトルクに変速比γを掛けたトルクが第２モータ４で出力するべきトルクＴmg2となる。
Ｔmg2＝γ（ｔ・ｃ・ＮE^２−Ｔco）
ここで、ｔは仮想トルクコンバータのトルク比であり、例えば図７に模式的に示すように、速度比ｅの増大に応じて小さい値になる。Ｔc0は発進クラッチＣ0のトルク容量である。

また、発進もしくは再加速のために係合させる係合機構が、その際のギヤ段を設定するために係合させられるクラッチもしくはブレーキであれば、そのクラッチもしくはブレーキのトルク容量を入力トルクに加えたトルクが第２モータ４で出力するべきトルクＴmg2となる。すなわち、この種のクラッチもしくはブレーキが係合することによる出力トルクＴoに対する影響分を、歯車変速部１１の構成に応じた運動方程式を元に補正する。その運動方程式は、例えばギヤ段が第１速であれば、入力トルクをＴinとすると、
Ｔo＝α・Ｔin−β・Ｔb2
となる。そして、第２モータ４で出力するべきトルクＴmg2は
Ｔmg2＝γ・ｔ・ｃ・ＮE^２＋β・Ｔb2
となる。

以上のようにして第１モータ３の制御量Ｔmg1、発進もしくは再加速の際に係合させる係合機構（発進クラッチＣ0もしくはギヤ段を設定するクラッチもしくはブレーキ）の制御量ＴcoまたはＴb2、第２モータ４の制御量Ｔmg2をそれぞれ算出した後、それぞれの制御量を制御指令信号として出力する（ステップＳ７）。それらの制御量を再度記載すると、
Ｔmg1＝Ｔmg1’（エンジン２から入力されるトルクもしくは上下限の制限されたトルク）
Ｔc0＝ｃ・ＮE^２−Ｔmg1’または
Ｔb2＝（ｃ・ＮE^２−Ｔmg1）・Ｘb2_1st
Ｔmg2＝γ（ｔ・ｃ・ＮE^２−Ｔco）または
Ｔmg2＝γ・ｔ・ｃ・ＮE^２＋β・Ｔb2

なお、前述したステップＳ４で否定的に判断された場合には、ステップＳ６に進んで、第２モータ４の制御量を算出する。その場合、発進クラッチＣ0や第２ブレーキＢ2などの係合機構Ｃの制御量を求めることがなく、その制御も行わない。すなわち、この発明の実施形態では、第１モータ３による制御を優先的に行い、第１モータ３では制御しきれないいわゆる余剰のトルクが生じる場合に、係合機構Ｃを用いたトルク制御を行う。

上述した各制御量を算出するアルゴリズムを図８にブロック図で示してある。エンジン回転数ＮEと歯車変速部１１の入力回転数ＮTとの比率である速度比ｅに基づいて容量係数マップ３０から容量係数ｃを算出する。その容量係数ｃとエンジン回転数ＮEの自乗値ＮE^２とを乗算器３１で掛け合わせて第１モータ３に掛かるトルクＴmg1（＝ｃ・ＮE^２）を算出する。ついで、制限マップ３２の上下限値を参照して第１モータ３の制御量Ｔmg1’を求める。乗算器３１で算出されたトルクＴmg1が上下限値の範囲内であれば、その値が制御量Ｔmg1’となり、上下限値の範囲を外れていれば、上限値もしくは下限値が第１モータ３の制御量Ｔmg1’となる。その制御量Ｔmg1’を入力トルク（すなわちエンジン２側から入力されるトルクＴmg1＝ｃ・ＮE^２）から減算器３３で減算し、係合機構Ｃで受け持つトルクを算出する。その値に補正器３４によってトルク分担比を乗算してクラッチ制御トルクを算出する。補正器３４によるトルク分担比は、発進クラッチＣ0であれば「１」であり、第１速で発進する場合には前述した「Ｘb2_1st」である。

一方、速度比ｅに基づいてトルク比マップ３５からトルク比ｔが算出され、そのトルク比ｔとエンジン２からの前述した入力トルク（＝ｃ・ＮE^２）とを乗算器３６で掛けて歯車変速部１１に入力されるトルク（＝ｔ・ｃ・ＮE^２）を算出する。これにギヤ比（第１速の場合は前述したγ）を乗算器３７で掛けて変速比に応じたトルクを算出する。その値から係合機構Ｃが係合することによる影響度となるトルクを加算器３８で加算し、第２モータ４の制御トルクを算出する。ここで、係合機構Ｃが係合することによる影響度は、上記の補正器３４で補正された値に所定の係数を掛けたトルクであり、係合機構Ｃが発進クラッチＣ0であれば、その係数は変速比γであり、第１速を設定するための第２ブレーキＢ2であれば、係数は前述した「β」であり、このような演算が補正器３９によって行われて加算器３８で加算もしくは減算が行われ、第２モータ４の制御トルクＴmg2が算出される。

上記の制御を行うことによる効果について説明する。この発明の実施形態では、エンジン２の出力トルクを増大させるとともに所定の係合機構Ｃを係合させてトルクを駆動輪に伝達する場合、エンジン２の出力トルクの少なくとも一部を第１モータ３によって吸収することにより、係合機構Ｃに掛かるトルクを抑制し、併せて第２モータ４を力行させて駆動トルクを増大させる。その後、係合機構Ｃが十分に係合した状態すなわち係合機構Ｃのトルク容量が増大した状態で第１モータ３および第２モータ４のトルク制御を終了して、エンジン２の出力トルクを自動変速機５を介して駆動輪（後輪１８）に伝達して走行する。したがって発進あるいは再加速の際に係合させられる係合機構Ｃが係合過程にある場合、言い換えれば、トルク容量が小さい状態でその係合機構Ｃに大きいトルクが作用することが回避もしくは抑制され、その結果、係合機構Ｃの滑りやそれに伴う発熱が抑制されて係合機構Ｃの耐久性が向上する。なお、その場合、駆動トルクは第２モータ４によって確保されるので、加速性が損なわれることはなく、あるいは加速性が向上する。

図９はその状況を説明するためのタイムチャートであり、第１速を設定する第２ブレーキＢ2が係合することにより駆動トルクが発生してハイブリッド車両１が発進する際の加速度Ｇ、トルク、回転数、トルク容量、発熱量の変化の一例を示すタイムチャートである。第１速は、図３に示すように、第１クラッチＫ1、第２クラッチＫ2、第２ブレーキＢ2が係合することにより設定され、図９に示す例では、停車時に第１クラッチＫ1および第２クラッチＫ2が係合し、かつ第２ブレーキＢ2が解放していることにより、自動変速機５はニュートラル状態になっている。エンジン２はアイドリング状態に制御されていてその回転数ＮEは所定のアイドル回転数になっている。この状態でアクセルペダル（図示せず）が踏み込まれるなどのことによる発進要求が生じると、エンジン２のトルクＴEが増大し始め、またエンジン回転数ＮEが増大し始める（ｔ1時点）。

前述したようにこの発明の実施形態では、エンジン回転数ＮEすなわち自動変速機５あるいは発進クラッチＣ0に対する入力回転数に基づいて第１モータ３や第２モータ４の制御量Ｔmg1，Ｔmg2が算出され、それらの制御が実行されるから、ｔ1時点とほぼ同時点に第１モータ３および第２モータ３の制御が開始される。具体的には、第１モータ３が発電機として機能して第１モータ３が負のトルクＴmg1を発生させる。したがって、エンジントルクＴEと第１モータ３のトルクとを加算すると、そのトルクはエンジントルクＴEより小さいトルクになる。そのエンジントルクＴEより小さいトルクが自動変速機５を介して後輪１８に駆動トルクとして伝達されるが、その駆動トルクのみでは、エンジン２で走行する際の加速性が不十分になる。

一方、第１モータ３の制御と併せて第２モータ４の制御が実行されており、その制御は第１モータ３で発電した電力によって第２モータ４からトルクを出力させる第２モータ４の力行の制御であり、第２モータ４の出力トルクが前輪２０に駆動トルクとして伝達される。その過程で発進のためのクラッチとしての第２ブレーキＢ2のトルク容量が次第に増大する。したがって、ハイブリッド車両１は、自動変速機５を介して後輪１８に伝達されるトルクと第２モータ４が出力して前輪２０に伝達されるトルクとを駆動トルクとして発進し、その結果、加速度Ｇはｔ1時点もしくはその直後に速やかに増大する。また、エンジントルクＴEの増大に合わせてエンジン回転数ＮEが増大し、それに遅れて自動変速機５の出力回転数Ｎoが次第に増大する。

エンジン回転数ＮEおよび加速度Ｇがある程度増大したｔ2時点では、第２ブレーキＢ2の差回転数が小さくなっており、このｔ2時点で第２ブレーキＢ2のトルク容量をいわゆる完全係合状態のトルク容量にまで増大させる。その後、エンジントルクＴEがアクセル開度に応じたトルクにまで増大し、それに伴って第１モータ３および第２モータ４のトルクを「０」に向けて次第に減少させ、そのトルク制御を終了する。すなわち、発進もしくは再加速のために係合させる係合機構Ｃの係合過渡制御を終了する。

この過程で発進のためのクラッチとして機能している第２ブレーキＢ2の熱負荷は、図９に示すようになる。なお、図９において熱負荷を示す線のうち符号ｄＱで示す線は各時点（瞬時）ごとの熱負荷を示し、これは第２ブレーキＢ2のスリップ量に相当する。また、符号Ｑで示す線は、熱負荷の積算値を示している。すなわち、第２ブレーキＢ2に掛かるトルクはエンジントルクＴEから第１モータ３による負のトルクＴmg1を減じたトルクであるから、第２ブレーキＢ2の熱負荷が小さくなる。結局、加速度Ｇが迅速かつ十分に大きくなって加速性能が良好になり、また発進のために係合する係合機構Ｃの熱負荷が小さくなってその耐久性が向上する。

比較のために、第１モータ３および第２モータ４の上述した制御を行わずに、係合機構Ｃ（発進クラッチＣ0もしくは第２ブレーキＢ2）のみで発進する場合の加速度Ｇと熱負荷とを図９に破線で併記してある。この場合、熱負荷がこの発明の実施形態によるよりも多くなり、その係合機構Ｃの耐久性が損なわれる。また、係合機構Ｃによるトルク容量に制約があるから、駆動トルクの増大すなわち加速度Ｇの増大に遅れが生じ、加速性が損なわれる。

以上、この発明の実施形態を主として発進時の制御を例に採って説明したが、この発明は上述した実施形態に限定されないのであって、この発明の実施形態による制御装置は、ハイブリッド車両１が所定の車速で惰性走行している状態から再加速する際の制御にも適用することができる。その場合、歯車変速部１１の入力回転数ＮTが車速Ｖに応じた回転数になっていて前述した速度比ｅが「１」に近い値になるので、容量係数ｃやトルク比ｔが小さくなる。そのため、再加速の際に係合させる係合機構Ｃに掛かるトルクが上述した発進の場合より小さくなる。したがって、この発明の実施形態における制御装置は、ハイブリッド車両１が発進する際の制御を行う装置として使用することにより、発進加速性をより向上させ、また係合機構Ｃの耐久性をより向上させることができる。

１…ハイブリッド車、 ２…エンジン、 ３…第１モータ、 ４…第２モータ、 ５…自動変速機、 ６…入力軸、 １１…歯車変速部、 １２，１３，１４…遊星歯車機構、 １５…出力軸、 １８…後輪、 ２０…前輪、 ２３…蓄電装置、 ２４…電子制御装置（ＥＣＵ）、 Ｂ2…第２ブレーキ、 Ｃ…係合機構、 Ｃ0…発進クラッチ、 Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3，Ｋ4…クラッチ。

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンが出力したトルクを車輪に選択的に伝達するクラッチと、前記エンジンが出力したトルクによって選択的に駆動されて発電することにより前記エンジンから前記クラッチに伝達されるトルクを加減する発電機と、いずれかの車輪に連結されかつ前記発電機で発電した電力で駆動するモータとを備えたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記クラッチおよび前記発電機ならびに前記モータを制御するコントローラを有し、
   前記コントローラは、
   前記エンジンの出力トルクを増大させかつ前記クラッチを解放状態から係合状態に切り換える際に、前記発電機によって発電させることにより前記エンジンから前記クラッチに入力されるトルクを減少させ、
   前記発電機によって発電した電力を前記モータに供給して前記モータを力行させることにより前記ハイブリッド車両の駆動トルクを増大させる
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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