JP2019182023A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電機トルコンを用いて、ドライバが要求する変速比に対応した変速段への変速を実現する。【解決手段】ハイブリッド車両の駆動装置１００は、エンジン１と有段変速機３との間に配置されるとともに、モータジェネレータ２と遊星歯車機構１０とを有し、サンギヤ１１がモータジェネレータ２に接続され、リングギヤ１２がエンジン１に接続され、キャリア１４が変速機３に接続された電機トルコンを有する。コントローラ４は、車速と要求駆動力とに応じた要求変速比とＳＯＣセンサにより検出された充電率とに基づいて目標変速比を決定するとともに、変速比がこの目標変速比となるように、変速機３の変速動作と、直結クラッチ２６の係合動作と、エンジン回転数に対するモータジェネレータ回転数の比とを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の駆動装置に関する。

この種の装置として、従来、エンジンと有段変速機との間の動力伝達経路に遊星歯車機構を介装するとともに、遊星歯車機構に単一のモータジェネレータを接続してなる装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、遊星歯車機構とエンジンおよびモータジェネレータとの間の一対のクラッチの係合動作を制御することで、エンジンのみを動力源とする走行、モータジェネレータのみを動力源とする走行、エンジンとモータジェネレータの双方を動力源とする走行、および回生走行等、種々の態様での走行を可能とする。

特開平９−２３３６０６号公報

ところで、有段変速機を有するハイブリッド車両においては、変速前後の駆動力の変化が大きくなりすぎることを避けるため、互いに連続する一方の変速段の変速比に対する他方の変速段の変速比の割合（段間比）が一定範囲内に収まることが好ましい。しかしながら、上記特許文献１記載の装置は、この点について何ら提案するものではない。

本発明の一態様であるハイブリッド車両の駆動装置は、内燃機関と、動力伝達経路を介して内燃機関に接続された有段変速機と、動力伝達経路に介装されるとともに、サンギヤ、リングギヤおよびキャリアを有し、これらサンギヤ、リングギヤおよびキャリアのいずれか２つが内燃機関と有段変速機とにそれぞれ接続された遊星歯車機構と、サンギヤ、リングギヤおよびキャリアの残りの１つが接続されたモータジェネレータと、係合動作に応じて内燃機関とモータジェネレータとを結合および遮断するクラッチ機構と、モータジェネレータで発電された電力を充電する二次電池と、二次電池の充電率を検出する充電率検出部と、車速と要求駆動力とに応じた要求変速比と充電率検出部により検出された充電率とに基づいて目標変速比を決定するとともに、変速比がこの目標変速比となるように、有段変速機の変速動作と、クラッチ機構の係合動作と、内燃機関の回転数に対するモータジェネレータの回転数の比と、を制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、内燃機関とモータジェネレータとを遮断して内燃機関の回転数に対するモータジェネレータの回転数を変更することで、変速機の変速比をベースの変速比に対し変更することができ、これにより変速時の段間比を一定範囲内に収めることができる。

本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置の全体構成を概略的に示すスケルトン図。 図１の変速機の各変速段に対応するクラッチ機構、ブレーキ機構およびツーウェイクラッチの動作を表形式で示す図。 図１の変速機の隣り合う変速段の段間比の一例を示す図。 各変速段の駆動力特性を示す図。 図１の駆動装置の３速段における共線図の一例を示す図。 本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置の要部構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置によりエンジン回転数に対するモータジェネレータの回転数の割合を変化させたときの共線図の一例を示す図。 図７の共線図に対応する変速段毎の変速比の一例を示す図。 図７の変形例である共線図の一例を示す図。 図９の共線図に対応する変速段毎の変速比の一例を示す図。 図６のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。

以下、図１〜図１１を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る駆動装置は、走行駆動源としてエンジンとモータジェネレータとを備えるハイブリッド車両に適用される。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置１００の全体構成を概略的に示す図である。

図１に示すように、ハイブリッド車両の駆動装置１００は、エンジン（ＥＮＧ）１と、モータジェネレータ（ＭＧ）２と、自動変速機３とを備える。

エンジン１は、スロットルバルブを介して供給される吸入空気とインジェクタから噴射される燃料とを適宜な割合で混合し、点火プラグ等により点火して燃焼させ、これにより回転動力を発生する内燃機関（例えばガソリンエンジン）である。なお、ガソリンエンジンに代えてディーゼルエンジン等、各種エンジンを用いることもできる。スロットルバルブの開度、インジェクタからの燃料の噴射量（噴射時期、噴射時間）、および点火時期等はコントローラ（ＥＣＵ）４により制御される。

エンジン１の出力軸１ａは、エンジン１と変速機３との間のトルコンケース２０内に延在し、出力軸１ａのトルクは、回転変動吸収用のダンパ２３を介してエンジン断接クラッチ２４に伝達される。エンジン断接クラッチ２４は、例えば電気信号により係合および解放動作が可能な乾式クラッチにより構成され、係合時にエンジン１と回転軸２５とを接続し、解放時に両者を遮断する。エンジン断接クラッチ２４の係合および解放動作は、コントローラ４により制御される。

モータジェネレータ２は、トルコンケース２０内に配置される。モータジェネレータ２は、エンジン１の出力軸１ａの延長上に位置する略円筒形状の回転軸２ａを中心とした略円筒形状のロータ２１と、ロータ２１の周囲に配置された略円筒形状のステータ２２とを有し、モータおよび発電機として機能することができる。

すなわち、モータジェネレータ２のロータ２１は、電力制御ユニット（ＰＣＵ）５を介してバッテリ（ＢＡＴ）６からステータ２２のコイルに供給される電力により駆動する。このときモータジェネレータ２は、モータとして機能する。一方、ロータ２１の回転軸２ａが外力により駆動されると、モータジェネレータ２は発電し、電力制御ユニット５を介して電力がバッテリ６に蓄電される。このときモータジェネレータ２は、発電機として機能する。電力制御ユニット５は、インバータを含んで構成され、コントローラ４からの指令によりインバータが制御されて、モータジェネレータ２の出力トルクまたは回生トルクが制御される。

トルコンケース２０内には、エンジン１から変速機３に動力を伝達する動力伝達経路ＰＡが形成され、動力伝達経路ＰＡには、シングルピニオン型の遊星歯車機構１０が介装される。遊星歯車機構１０は、サンギヤ１１（１０Ｓ）と、サンギヤ１１の周囲に配置されたリングギヤ１２（１０Ｒ）と、サンギヤ１１とリングギヤ１２との間に配置された周方向複数のプラネタリギヤ１３と、プラネタリギヤ１３を自転可能かつ公転可能に支持するキャリア１４（１０Ｃ）とを有する。

サンギヤ１１は、ロータ２１の回転軸２ａに連結され、ロータ２１と一体に回転する。リングギヤ１２は、回転軸２５に連結され、エンジン断接クラッチ２４が係合された状態ではエンジン１と一体に回転する。キャリア１４は、回転軸２ａの内部を貫通する出力軸２ｂに連結される。出力軸２ｂには変速機３の入力軸３ａが一体に連結され、出力軸２ｂと入力軸３ａとは一体に回転する。

ロータ２１の内側には、回転軸２５と回転軸２ａとを結合または遮断する直結クラッチ２６が設けられる。直結クラッチ２６は、例えば電気信号により係合および解放動作が可能な乾式クラッチにより構成され、係合時に回転軸２５と回転軸２ａとを結合する。これにより遊星歯車機構１０のサンギヤ１１とリングギヤ１２とが一体に回転し、エンジン１とモータジェネレータ２とを直結できる。一方、直結クラッチ２６の解放時には回転軸２５と回転軸２ａとが互いに遮断され、エンジン１に対しモータジェネレータ２を相対回転させることができる。直結クラッチ２６の係合および解放動作は、コントローラ４により制御される。

モータジェネレータ２と遊星歯車機構１０は、直結クラッチ２６の解放時に、エンジン１に対するモータジェネレータ２の回転数を変更することで、出力軸２ｂを介して伝達される変速機３の入力軸３ａの回転、すなわち入力軸３ａの回転数を適宜変更することができる。また、いわゆる電機トルコン機構が構成され、バッテリがない状態でもエンジン最大トルク以上のトルクを遊星歯車機構１０のキャリア１４から出力し、発進することができる。

変速機３は、車速と要求駆動力とに応じて変速段が自動的に切り換わる自動変速機であり、変速機ケース３０内に配置された入力軸３ａと出力軸３ｂと差動機構３ｄとを有する。変速機３は、入力軸３ａを中心として構成された例えば前進６段後進１段の有段変速機構３１を有する。なお、図示は省略するが、この６段変速機３は、例えば１０段変速機からベースレシオそのままに一部の係合要素等を除外することにより構成できる。入力軸３ａの回転は有段変速機構３１で変速された後、出力軸３ｂおよび差動機構３ｄを介して左右の車輪に伝達され、これにより車両が走行する。

有段変速機構３１は、軸方向に並設された第１〜第３の遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ３と、第１、第２のクラッチ機構Ｃ１，Ｃ２と、第１、第２のブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２と、ツーウェイクラッチＴＷＣとを有する。第１〜第３の遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ３は、いずれもシングルピニオン型であり、それぞれサンギヤ１Ｓ〜３Ｓと、リングギヤ１Ｒ〜３Ｒと、キャリア１Ｃ〜３Ｃとを有する。

第１の遊星歯車機構Ｐ１のキャリア１Ｃは、第２の遊星歯車機構Ｐ２のキャリア２Ｃに連結され、両者は一体に回転する。第２の遊星歯車機構Ｐ２のサンギヤ２Ｓは、第３の遊星歯車機構Ｐ３のリングギヤ３Ｒに連結され、両者は一体に回転する。第１の遊星歯車機構Ｐ１のリングギヤ１Ｒは、第３の遊星歯車機構Ｐ３のキャリア３Ｃに連結され、両者は一体に回転する。入力軸３ａは、第３の遊星歯車機構Ｐ３のサンギヤ３Ｓに連結され、両者は一体に回転する。第２の遊星歯車機構Ｐ２のリングギヤ２Ｒには出力ギヤ３２が一体に設けられ、出力ギヤ３２を介して有段変速機構３１の回転が出力軸３ｂに伝達される。

第１のクラッチ機構Ｃ１は、入力軸３ａと第１の遊星歯車機構Ｐ１のキャリア１Ｃとを係合および解放可能に設けられる。第１のクラッチ機構Ｃ１が係合すると、入力軸３ａとキャリア１Ｃとが一体に回転し、第１のクラッチ機構Ｃ１が解放すると、入力軸３ａに対しキャリア１Ｃが相対回転可能となる。

第２のクラッチ機構Ｃ２は、入力軸３ａと第３の遊星歯車機構Ｐ３のリングギヤ３Ｒとを係合および解放可能に設けられる。第２のクラッチ機構Ｃ２が係合すると、入力軸３ａとリングギヤ３Ｒとが一体に回転し、第２のクラッチ機構Ｃ２が解放すると、入力軸３ａに対しリングギヤ３Ｒが相対回転可能となる。

第１のブレーキ機構Ｂ１は、第１の遊星歯車機構Ｐ１のサンギヤ１Ｓを変速機ケース３０に係合および解放可能に設けられる。第１のブレーキ機構Ｂ１が係合すると、サンギヤ１Ｓが回転不能となり、第１のブレーキ機構Ｂ１が解放すると、サンギヤ１Ｓが回転可能となる。

第２のブレーキ機構Ｂ２は、第２のクラッチ機構Ｃ２に連結されるとともに、第３の遊星歯車機構Ｐ３のリングギヤ３Ｒを変速機ケース３０に係合および解放可能に設けられる。第２のブレーキ機構Ｂ２が係合すると、リングギヤ３Ｒが回転不能となり、第２のブレーキ機構Ｂ２が解放すると、リングギヤ３Ｒが回転可能となる。

クラッチ機構Ｃ１，Ｃ２およびブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２は、油圧制御装置７により係合動作が制御される。より具体的には、クラッチ機構Ｃ１，Ｃ２およびブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２は、それぞれ互いに相対回転可能な一対の摩擦係合要素を有する。摩擦係合要素はピストンに連結され、ピストンが油圧力により押動されることで、一対の摩擦係合要素が互いに当接して係合される。油圧制御装置７は、電気信号により作動する制御弁（電磁弁や電磁比例弁など）を含み、制御弁の作動に応じてピストンへの圧油の流れが制御される。

ツーウェイクラッチＴＷＣは、一般的には、ワンウェイクラッチの回転可能方向と回転禁止方向の向きが上記切換によって逆向きに入れ換え可能な機構である。しかしながら、ツーウェイクラッチＴＷＣの構成はこれに限らず、（１）切換え過渡状態がニュートラル又は双方ロック状態とする構成、および（２）片側回転ロックと双方ロックとする構成もあり、本実施形態は、（１），（２）の両方の構成をとり得る。以下では、片側回転ロック（アンロック状態）と双方回転ロック（ロック状態）とに切換可能なツーウェイクラッチＴＷＣを用いるものとして説明する。ツーウェイクラッチＴＷＣは、例えばある状態では、第１の遊星歯車機構Ｐ１のキャリア１Ｃおよび第２の遊星歯車機構Ｐ２のキャリア２Ｃの回転を阻止し、逆転回転を許容する。ツーウェイクラッチＴＷＣは、例えば油圧制御装置７から供給される油圧力によりロック状態とアンロック状態とに切り換えることができる。なお、電動アクチュエータによりロック状態とアンロック状態とに切り換えるようにしてもよい。

クラッチ機構Ｃ１，Ｃ２、ブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２およびツーウェイクラッチＴＷＣの作動は、コントローラ４からの指令により制御される。すなわち、コントローラ４は、変速機３の変速段が車速と要求駆動力とに応じて定まる目標変速段となるように油圧制御装置７の制御弁に制御信号を出力し、クラッチ機構Ｃ１，Ｃ２およびブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２の係合、解放を切り換えるとともに、ツーウェイクラッチＴＷＣのロック、アンロックを切り換える。

図２は、変速機３の各変速段に対応するクラッチ機構Ｃ１，Ｃ２、ブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２およびツーウェイクラッチＴＷＣの動作を表形式で示す図である。図中、○印は、係合状態またはロック状態を、無印は、解放状態またはアンロック状態を示す。

図２に示すように、後進段（ＲＶＳ）では、第２のクラッチ機構Ｃ２のみが係合され、ツーウェイクラッチＴＷＣはロック状態とされる。１速段（ＬＯＷ）では、第１のブレーキ機構Ｂ１のみが係合され、ツーウェイクラッチＴＷＣはロック状態とされる。２速段（２ｎｄ）では、第１のブレーキ機構Ｂ１および第２のブレーキ機構Ｂ２のみが係合され、ツーウェイクラッチＴＷＣはアンロック状態とされる。３速段（３ｒｄ）では、第２のクラッチ機構Ｃ２および第１のブレーキ機構Ｂ１のみが係合され、ツーウェイクラッチＴＷＣはアンロック状態とされる。４速段（４ｔｈ）では、第１のクラッチ機構Ｃ１および第１のブレーキ機構Ｂ１のみが係合され、ツーウェイクラッチＴＷＣはアンロック状態とされる。５速段（５ｔｈ）では、第１のクラッチ機構Ｃ１および第２のクラッチ機構Ｃ２のみが係合され、ツーウェイクラッチＴＷＣはアンロック状態とされる。６速段（６ｔｈ）では、第１のクラッチ機構Ｃ１および第２のブレーキ機構Ｂ２のみが係合され、ツーウェイクラッチＴＷＣはアンロック状態とされる。

図３は、変速機３の隣り合う変速段の段間比の一例を示す図である。段間比とは、ハイ側の変速比に対するロー側の変速比の割合である。段間比は、変速機３のギヤの設定（歯数の設定等）によって定まるが、ギヤの設定には設計上の制約があり、図３に示すように段間比にばらつきが生じる。特に、本実施形態のように、例えば１０段変速機からベースレシオそのままに一部の係合要素等を除外することにより６段の小型変速機を構成した場合、変速段が８段や１０段のものと比べて段間比が大きくなり、かつ、段間比のバランスも崩れやすく、本実施形態の変速機３では、２速段と３速段との間の段間比が２よりも大きい値となる。

図４は、１速段〜６変速段における車速Ｖに対する走行駆動力Ｆの関係である駆動力特性を示す図である。上述したように２速段と３速段との間の段間比が大きいと、図４に示すように、２速段と３速段との間の駆動力の差ΔＦが大きくなる。その結果、例えば２速段から３速段にアップシフトすると加速力が急激にダウンし、あるいは３速段から２速段にダウンシフトすると変速過渡時に加速力が低下し、その後、急激にアップするおそれがある。このため、変速ショックが大きく、スムーズな走行動作が困難になるとともに、ドライバにとって所望の動力性能を即座に得ることが困難になる。各変速段の変速比が固定的である場合には、このような問題が生じる。

これに対し、本実施形態では、エンジン１とモータジェネレータ２とがそれぞれ遊星歯車機構１０に接続されており、電機トルコンの作用により、つまりエンジン回転数に対しモータジェネレータ２の回転数を変化させることにより、各変速段の変速比を変更することができる。換言すれば、回転体のイナーシャが保持しているエネルギー収支をコントロールし、変速過渡状態や変速後の違和感を改善することができる。例えば２速段から３速段の段間比を小さくすることができる。この点をさらに共線図（速度線図）を用いて説明する。

図５は、駆動装置１００の３速段における共線図の一例を示す図である。具体的には、電機トルコンの遊星歯車機構１０および有段変速機構３１の第１〜第３の遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ３のそれぞれの共線図であり、図５では、上側に直結クラッチ２６が係合された直結モードを、下側に直結クラッチ２６が解放された非直結モードを示す。

図５に示すように、３速段では、第２のクラッチ機構Ｃ２が係合され、遊星歯車機構１０のキャリア１０Ｃと、第３の遊星歯車機構Ｐ３のサンギヤ３Ｓおよびリングギヤ３Ｒと、第２の遊星歯車機構Ｐ２のサンギヤ２Ｓと、第１の遊星歯車機構Ｐ１のリングギヤ１Ｒとが、互いに同一回転数で回転する。また、第１のブレーキ機構Ｂ１が係合され、第１の遊星歯車機構Ｐ１のサンギヤ１Ｓの回転数は０である。

エンジン回転数を１とすると、直結モードではモータジェネレータ回転数はエンジン回転数と等しく、１である。一方、非直結モードでは、モータジェネレータ回転数はエンジン回転数よりも小さい。このため、非直結モードでの第２の遊星歯車機構Ｐ２のリングギヤ２Ｒの回転数、すなわち有段変速機構３１の出力軸であるリングギヤ２Ｒの回転数は、直結モードでのリングギヤ２Ｒの回転数よりも大きい。

これにより３速段における非直結モード時の変速比を、直結モード時の変速比よりも小さく（出力側を低回転高トルク化）することができる。その結果、図４の点線に示すように、３速段の駆動力の特性を高駆動力側にシフトさせることができ、２速段と３速段との間の駆動力の差ΔＦを低減することができる。したがって、上述した問題が生じることを防ぐことができる。

しかしながら、図５に代表されるような変速比の変更が可能なのは、バッテリ６のＳＯＣ（充電率）に十分な余裕があってモータジェネレータ２をモータとして駆動できる場合であり、ＳＯＣが低いと、所望の変速比を得ることが困難である。仮にＳＯＣに余裕があっても、モータジェネレータ２のモータ駆動が継続されれば、ＳＯＣが低下するため、所望の変速比での走行を継続することが困難な場合がある。特に、例えば４８Ｖ等の低圧小容量のバッテリ６を用いる場合には、ＳＯＣの不足が問題となりやすい。そこで、本実施形態では、ＳＯＣの不足に拘わらず所望の変速比を得ることができるよう、以下のようにハイブリッド車両の駆動装置１００を構成する。

図６は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置１００の要部構成、特に変速比の制御に係る構成を示すブロック図である。図６に示すように、コントローラ４には、車速を検出する車速センサ５１と、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５２と、エンジン回転数を検出する回転数センサ５３と、バッテリ６のＳＯＣ（充電率）を検出するＳＯＣセンサ５４とからの信号が入力される。

コントローラ４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭおよび他の周辺回路を有する演算処理を含んで構成され、機能的構成として、候補決定部４１と、目標変速比決定部４２と、変速機制御部４３と、電機トルコン制御部４４とを有する。コントローラ４（ＣＰＵ）は、センサ５１〜５４からの信号に基づいて後述する処理（図１１）を実行し、直結クラッチ２６と、電力制御ユニット５と、油圧制御装置７に設けられた制御弁７ａなどに制御信号を出力する。

候補決定部４１は、まず、車速センサ５１とアクセル開度センサ５２とからの信号に基づいて、ドライバが要求する変速比（要求変速比と呼ぶ）を算出する。例えば、予め記憶された車速とアクセル開度とに応じた変速マップ、すなわちアップシフトとダウンシフトの要否を示す変速マップを用いて要求変速比を算出し、アップシフトとダウンシフトの要否を判定する。なお、アクセル開度は要求駆動力に対応し、アクセル開度が大きいほど要求駆動力が大きい。

候補決定部４１は、次いで、要求変速比に対応する変速比の候補を算出する。変速比の候補には、直結クラッチ２６を係合した直結モード時の変速比と、直結クラッチ２６を解放した非直結モード時の変速比とが含まれる。直結モード時には、エンジン回転数に対するキャリア１０Ｃの回転数の割合、すなわち電機トルコンの出力軸２ｂの回転数の割合（トルコン回転数比αと呼ぶ）は１である。これに対し、非直結モード時には、モータジェネレータ回転数はエンジン回転数よりも小さく、トルコン回転数比αが１より小さくなる。モータジェネレータ回転数は、モータジェネレータ２の動作を制御することで適宜変更することができる。

図７は、エンジン回転数に対するモータジェネレータ回転数の割合（モータ回転数比β）を変化させたときの共線図の一例を示す図である。図７は、例えばアクセルペダル全開時における特性であり、このときのエンジン回転数は例えば６０００ｒｐｍである。図中の特性ｆ０は、モータ回転数比βが１のベース特性であり、特性ｆ１〜ｆ３は、モータ回転数比β１〜β３がそれぞれ１より小さい特性である。例えばβ１〜β３は、それぞれ＋１／６、＋１／１２、−１／１２である。

モータジェネレータ２は、モータ回転数比βがプラスのときはモータとして機能し、マイナスのときは発電機として機能する。すなわち、モータ回転数比βがプラスのときはバッテリ６を放電して駆動力をアシストし、マイナスのときは駆動力を吸収してバッテリ６を充電する。モータ回転数比βは、バッテリ６の容量やＳＯＣおよびエンジン回転数等に応じて決定され、例えば±１／４，±１／６，±１／８，±１／１２等、種々の値をとることができる。図７に示す特性ｆ１〜ｆ３により、モータ回転数比β１〜β３に応じたトルコン回転数比α１〜α３を求めることができる。

図８は、図７の特性ｆ０〜ｆ３に対応する変速段毎の変速比の一例を具体的数値で示す図である。なお、ここでの変速比は、エンジン回転数を１としたときの変速機３の出力ギヤ３２の回転数、すなわち図５の共線図におけるリングギヤ２Ｒの回転数に相当する。すなわち、エンジン１から変速機出口までの全体の変速比を意味する。候補決定部４１は、ＳＯＣセンサ５４により検出されたＳＯＣや回転数センサ５３により検出されたエンジン回転数等に応じて複数の共線図の特性ｆ１〜ｆ３を設定することで、図８に示すように、ベース特性ｆ０に対応する直結モード時の変速回転数比の他に、非直結モード時の複数の変速回転数比を算出する。

より具体的には、候補決定部４１は、ＳＯＣセンサ５４により検出されたＳＯＣが所定値ＳＯＣａ以上であるとき、バッテリ６が放電可能であるとして特性ｆ０，ｆ１，ｆ２などを設定し、ＳＯＣが所定値ＳＯＣａ未満であるとき、バッテリ６への充電が必要であるとして特性ｆ０，ｆ３などを設定する。なお、図８において、特性ｆ１，ｆ２により定まる変速比のグループを放電ゾーンと呼び、特性ｆ３により定まる変速比のグループを充電ゾーンと呼ぶ。ベース特性ｆ０では放電と充電の両方が可能であり、放電ゾーンと充電ゾーンとには、ベース特性ｆ０により定まる変速比も含まれる。また、特性ｆ０により定まる変速比に対応した変速段を、ベース変速段と呼び、特性ｆ１〜ｆ３により定まる変速比に対応した変速段を、擬似的変速段と呼ぶ。

さらに候補決定部４１は、これら複数の変速比の中からアクセルペダル操作による要求変速比に対応した変速比を、目標変速比の候補（目標変速比候補）として選択する。例えば要求変速比との差が最も小さい変速比と２番目に小さい変速比とを、目標変速比候補として選択する。要求変速比との差が所定値以下である変速比を、目標変速比候補として選択してもよい。

図９は、図７と異なるエンジン回転数（例えば２０００ｒｐｍ）の下での共線図の一例を示す図である。図９では、ベース特性ｆ０の他、モータ回転数比βがβ４、β５の特性が示される。β４は例えば＋１／４であり、β５は例えば−１／４である。図９より、モータ回転数比β４，β５に対応したトルコン回転数比はそれぞれα４，α５となる。図１０は、図９の特性ｆ０，ｆ４，ｆ５に対応する変速段毎の変速比の一例を具体的数値で示す図である。特性ｆ４により定まる変速比のグループが放電ゾーンとなり、特性ｆ５により定まる変速比のグループが充電ゾーンとなる。なお、上述の放電ゾーンと充電ゾーンとは、エンジン駆動時に遊星歯車機構のトルクの釣り合いにおいて、モータジェネレータ２が正回転時（力行時）に放電ゾーンが、逆回転時（発電時）に充電ゾーンが決定されるのであり、αやβの値によって一義的に決定されるものではない。

本実施形態では、図８，１０に示すように、エンジン回転数に応じてモータ回転数比βを適宜変更することで、ベース特性のものとは異なる様々な変速比を得ることができる。これにより、ベース変速段の他に複数の疑似的変速段を得ることができ、変速機３の多段化が可能である。例えば、図８の変速比「０．１０７」,「０．１１９」,「０．１８７」,「０．３０１」,「０．３５８」,「０．４００」，「０．６２５」，「０．７６７」，「１」にそれぞれ１〜９の変速段を設定すれば、段間比を所定範囲内に抑えた９速段の変速機３を容易に構成することができる。変速機３の段数と段間比の設定を、スポーツモード、ノーマルモード、エコモード等の運転モードに応じて任意に変更することもできる。

目標変速比決定部４２は、候補決定部４１により選択された変速比候補が所定条件を満たすか否かを判定し、所定条件を満たすときに変速比候補を目標変速比として決定する。所定条件は、例えば現在の変速段から変速比候補に対応する変速段（ベース変速段または擬似変速段）まで変速するのに要する仕事量Ｗ（エネルギ損失量）が所定値Ｗａ以下となることである。仕事量Ｗは、例えばクラッチ機構Ｃ１，Ｃ２やブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２の係合動作に要する仕事量と、エンジン１の出力軸のイナーシャと変速前後のエンジン回転数差とを乗算した仕事量と、モータジェネレータ２のイナーシャと変速前後のモータジェネレータ回転数差とを乗算した仕事量と、エンジン１の仕事量とを加算することによって得られる。

目標変速比決定部４２は、変速比候補に対応する変速段への変速に要する仕事量Ｗを予測し、仕事量Ｗが所定値Ｗａ以下か否かを判定する。仕事量Ｗは、変速前後の変速ショックに対応するものであり、仕事量Ｗが大きいと変速ショックが大きくなる。所定値Ｗａは、変速ショックが許容できるレベルであるか否かを判定するための閾値である。所定値Ｗａは実験等により定まり、予め記憶されている。目標変速比候補に対応する変速段への変速に要する仕事量Ｗが所定値Ｗａ以下とならないとき、候補決定部４１は、目標変速比候補の選択をやり直す。一方、仕事量Ｗが所定値Ｗａ以下になると、目標変速比決定部４２は、その目標変速比候補を目標変速比に決定する。

変速機制御部４３は、目標変速比決定部４２により決定された目標変速比からベース変速段を決定する。そして、変速機３がベース変速段を実現するように、制御弁７ａに制御信号を出力し、クラッチ機構Ｃ１，Ｃ２とブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２の係合動作を制御する。変速前のベース変速段と変速後のベース変速段とがいずれも１速段〜４速段に含まれるとき、ブレーキ機構Ｂ１は係合状態である（図２）。したがって、この場合、変速機制御部４３は、ブレーキ機構Ｂ１を係合状態にしたまま、つまりブレーキ機構Ｂ１を基軸にした変速を指令する。なお、変速機制御部４３は、ツーウェイクラッチＴＷＣの作動も制御する。

電機トルコン制御部４４は、目標変速比決定部４２により決定された目標変速比を実現するために、直結クラッチ２６に制御信号を出力して直結クラッチ２６の係合動作を制御する。例えば、目標変速比に対応する変速段として擬似的変速段が指令されたとき、直結クラッチ２６を解放する。さらに、電機トルコン制御部４４は、電力制御ユニット５に制御信号を出力し、モータジェネレータ２の作動を制御する。例えばモータジェネレータ２をモータとして用いて駆動力をアシストする、あるいはモータジェネレータ２を発電機として用いて発電を行う。

図１１は、予め記憶されたプログラムに従い、図６のコントローラ４（ＣＰＵ）で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば車速センサ５１とアクセル開度センサ５２とからの信号に基づいて定まる車速と要求駆動力とに応じた変速マップ上の動作点が移動して、アップシフトまたはダウンシフトの変速指令が出力されると開始される。

まず、ステップＳ１で、ＳＯＣセンサ５４により検出されたＳＯＣが所定値ＳＯＣａ以上か否かを判定する。ステップＳ１で肯定されるとステップＳ２に進み、放電ゾーンの変速比を取得する。具体的には、プラスのモータ回転数比βを設定するとともに、モータ回転数比βに対応した共線図の特性（例えば図７のｆ０〜ｆ２）から、例えば図８に示すような複数の変速比を取得する。一方、ステップＳ１で否定されるとステップＳ３に進み、充電ゾーンの変速比を取得する。具体的には、マイナスのモータ回転数比βを設定するとともに、モータ回転数比βに対応した共線図の特性（例えば図７のｆ０，ｆ３）から、例えば図８に示すような複数の変速比を取得する。なお、ステップＳ２、ステップＳ３のいずれにおいても、複数のモータ回転数比βを設定する。モータ回転数比βは、ＳＯＣとエンジン回転数とに応じて定められ、例えばＳＯＣが所定値ＳＯＣａ以上であるとき、ＳＯＣが大きいほど大きなモータ回転数比βを設定することができる。

次いで、ステップＳ４で、ステップＳ２またはステップＳ３で取得した複数の変速比の中から、第１の目標変速比候補と第２目標変速比候補とを選択する。第１の目標変速比候補は、車速と要求駆動力とに応じたドライバによる要求変速比との差が最小となる変速比であり、第２の目標変速比候補は、要求変速比との差が次に小さい変速比である。次いで、ステップＳ５で、第１の目標変速比候補に対応する変速段への変速に要する仕事量Ｗ１および第２の目標変速比候補に対応する変速段への変速に要する仕事量Ｗ２をそれぞれ算出する。

次いで、ステップＳ６で、ステップＳ５で算出された仕事量Ｗ１が仕事量Ｗ２以下か否かを判定する。ステップＳ６で否定されるとステップＳ７に進み、仕事量Ｗ１が上述した所定値Ｗａ以下か否かを判定する。ステップＳ７で否定されるとステップＳ８に進み、第１の目標変速比候補を除外してステップＳ１に戻る。これにより、繰り返しのステップＳ４の処理では、前回の処理で第２の目標変速比候補として選択された変速比が第１の目標変速比候補として選択されるとともに、要求変速比との差が次に小さい変速比が第２の目標変速比候補として選択される。

一方、ステップＳ６で肯定またはステップＳ７で肯定されると、すなわち仕事量Ｗ１が仕事量Ｗ２以下のとき、または仕事量Ｗ１が所定値Ｗａ以下のとき、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、第１の目標変速比候補が目標変速比に決定される。次いで、ステップＳ１０で、実際の変速比を目標変速比に制御する。この場合、制御弁７ａに制御信号を出力してクラッチ機構Ｃ１，Ｃ２とブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２の係合動作などを制御し、変速機３の変速段を、目標変速比から定まるベース変速段に切り換える。さらに、直結クラッチ２６に制御信号を出力するとともに電力制御ユニット５に制御信号を出力し、電機トルコンの動作を制御する。

次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置１００の動作をより具体的に説明する。例えば３速段で走行中にアクセルペダルの操作により、段間比が所定範囲（例えば１．２〜１．５）内となるようなダウンシフトが指令されたと仮定する。このとき、３速段と２速段との段間比は所定範囲を超えるため２速段への変速は行われず、ＳＯＣが所定値ＳＯＣａ以上であれば、例えば図８の特性ｆ１に対応する変速比（例えば「０．４２０」、「０．５１５」）と特性ｆ２に対応する変速比（例えば「０．４００」、「０．４９０」）などが取得される（ステップＳ２）。そして、これら変速比の中から目標変速比候補が選択される（ステップＳ４）。

このとき、要求変速比との差が最小のものが第１の目標変速比候補となり、変速に要する仕事量（損失量）Ｗ１が所定値Ｗａ以下であるとき、第１の目標変速比候補が目標変速比となる（ステップＳ９）。これにより、ベース変速段の段間比が大きい３速段から２速段へのダウンシフトではなく、３速段と２速段の間の擬似的変速段にダウンシフトすることができる。このため、ダウンシフト時の駆動力の急激な変化を抑えることができ、変速ショックを低減することができる。変速に要する仕事量Ｗ１が所定値Ｗａより大きいときには、その変速比は目標変速比の候補から除外される（ステップＳ８）。このため、要求変速比との差が最小となることよりも、変速ショックを低減することの方が優先され、変速ショックを常に抑制できる。

一方、３速段で走行中にダウンシフトが指令されたとき、ＳＯＣが所定値ＳＯＣａ未満であれば、例えば図８の特性ｆ３に対応する変速比（例えば「０．３５８」、「０．４４０」）などが取得され（ステップＳ３）、これら変速比の中から目標変速比候補が選択される（ステップＳ４）。このため、ＳＯＣが少ないときには、モータジェネレータ２が充電されながら、要求変速比に対応した変速比で車両を走行させることができる。したがって、ＳＯＣの不足に拘わらず、所望の変速比での走行が可能である。なお、アップシフトの場合も同様に所望の変速比での走行が可能である。

ところで、本実施形態では、例えば図８に示すように、各変速段におけるベース特性ｆ０の変速比と特性ｆ１〜ｆ３の変速比との差は大きい。そこで、本実施形態によれば、例えば４速段から２速段や３速段から1速段などへの飛び変速にも容易に対応することもできる。例えば4速段で走行中に、アクセルペダルの踏み込み操作により飛び変速が指令されると、ＳＯＣが所定値ＳＯＣａ以上であれば、例えば図８の特性ｆ１，ｆ２に対応する変速比（例えば「０．４２０」、「０．４００」）などが取得され、取得された変速数比に基づいて目標変速比が決定される。これにより段間比が大きくなりすぎずに、飛び変速を行うことができる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置１００は、内燃機関であるエンジン１と、動力伝達経路ＰＡを介してエンジン１に接続された有段変速機３と、動力伝達経路ＰＡに介装され、リングギヤ１２がエンジン１に連結され、サンギヤ１１が変速機３に接続された遊星歯車機構１０と、遊星歯車機構１０のキャリア１４に接続されたモータジェネレータ２と、係合動作に応じてエンジン１とモータジェネレータ２とを結合および遮断する直結クラッチ２６と、モータジェネレータ２で発電された電力を充電するバッテリ６と、バッテリ６のＳＯＣを検出するＳＯＣセンサ５４と、車速と要求駆動力とに応じた要求変速比とＳＯＣセンサ５４により検出されたＳＯＣとに基づいて目標変速比を決定するとともに、変速比がこの目標変速比となるように、変速機３の変速動作と、直結クラッチ２６の係合動作と、エンジン１の回転数に対するモータジェネレータ２の回転数の比（モータ回転数比β）と、を制御するコントローラ４と、を備える（図１，６）。

これにより、直結クラッチ２６によりエンジン１とモータジェネレータ２とを遮断してエンジン回転数に対するモータジェネレータ回転数（モータ回転数比β）を変更することで、変速機３の変速比を、ベースの変速比（直結モード時の変速比）とは異なる変速比に変更することができる。すなわち、変速機３の変速段をベース変速段とは別の疑似的変速段に変更することができる。これにより変速時の段間比を一定範囲内に収めることができ、ショックの少ない変速動作が可能である。また、複数の疑似的変速段を設定することで、変速機３の多段化を容易に実現できる。

（２）コントローラ４は、要求変速比とＳＯＣセンサ５４により検出されたＳＯＣとに基づいて、目標変速比の候補を決定するとともに、候補とされた目標変速比に変速比を変更するまでに要する仕事量Ｗを算出し、算出した仕事量Ｗに基づいて、目標変速比の候補の中から目標変速比を決定する。これにより、仕事量Ｗが大きく変速時のショックが大きいと予想される変速比を、目標変速比の候補から除外することができ、ドライバの要求変速比を満たしつつ、変速時のショックを低減できる。

（３）コントローラ４は、ＳＯＣセンサ５４により検出されたＳＯＣが所定値ＳＯＣａより大きいとき、モータジェネレータ２がバッテリ６を放電し、ＳＯＣセンサ５４により検出されたＳＯＣが所定値ＳＯＣａ以下のとき、モータジェネレータ２がバッテリ６を充電するように目標変速比の候補を決定する。これによりＳＯＣが不足する場合であっても、ドライバの要求変速比に対応したベース変速段または疑似的変速段への変速を容易に実現することができる。なお、所定値ＳＯＣａと目標変速比の候補は無数に存在するが、線形補間し合うように全動作点上を全網羅管理できる手段（例えば全網羅マップ）を設けて、これらを決定してもよい。

上記実施形態は種々の形態に変形することができる。以下、変形例について説明する。上記実施形態では、遊星歯車機構１０のサンギヤ１１にモータジェネレータ２の回転軸２ａを、リングギヤ１２にエンジン１の出力軸１ａを、キャリア１４に変速機３の入力軸３ａを、それぞれ接続または接続可能に構成して電機トルコンを構成したが、エンジン１に接続する第１回転要素、有段変速機３に接続する第２回転要素、モータジェネレータ２に接続する第３回転要素は、サンギヤ、リングギヤ、キャリアのいずれであってもよい。上記実施形態では、直結クラッチ２６によりエンジン１とモータジェネレータ２とを結合および遮断するようにしたが、クラッチ機構の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、ＳＯＣセンサ５４によりバッテリ６のＳＯＣを検出するようにしたが、二次電池の充電率を検出する充電率検出部の構成はいかなるものでもよい。上記実施形態では、要求変速比とＳＯＣセンサ５４により検出されたＳＯＣとに基づいて、目標変速比の候補を決定するとともに、候補とされた目標変速比に変速比を変更するまでに要する仕事量Ｗを算出し、算出した仕事量Ｗに基づいて、目標変速比の候補の中から目標変速比を決定するようにしたが、制御部としてのコントローラ４の構成はこれに限らない。すなわち、車速と要求駆動力とに応じた要求変速比と検出された充電率とに基づいて目標変速比を決定するとともに、変速比がこの目標変速比となるように、有段変速機の変速動作と、クラッチ機構の係合動作と、エンジン回転数に対するモータジェネレータ回転数とを制御するのであれば、制御部の構成はいかなるものでもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１ エンジン、２ モータジェネレータ、３ 変速機、４ コントローラ、５ 電力制御ユニット、６ バッテリ、７ａ 制御弁、１０ 遊星歯車機構、１１ サンギヤ、１２ リングギヤ、１４ キャリア、２６ 直結クラッチ、４１ 候補決定部、４２ 目標変速比決定部、４３ 変速機制御部、４４ 電機トルコン制御部、５１ 車速センサ、５２ アクセル開度センサ、５３ 回転数センサ、５４ ＳＯＣセンサ、１００ 駆動装置

Claims (3)

1. 内燃機関と、
   動力伝達経路を介して前記内燃機関に接続された有段変速機と、
   前記動力伝達経路に介装されるとともに、サンギヤ、リングギヤおよびキャリアを有し、これらサンギヤ、リングギヤおよびキャリアのいずれか２つが前記内燃機関と前記有段変速機とにそれぞれ接続された遊星歯車機構と、
   前記サンギヤ、前記リングギヤおよび前記キャリアの残りの１つが接続されたモータジェネレータと、
   係合動作に応じて前記内燃機関と前記モータジェネレータとを結合および遮断するクラッチ機構と、
   前記モータジェネレータで発電された電力を充電する二次電池と、
   前記二次電池の充電率を検出する充電率検出部と、
   車速と要求駆動力とに応じた要求変速比と前記充電率検出部により検出された充電率とに基づいて目標変速比を決定するとともに、変速比がこの目標変速比となるように、前記有段変速機の変速動作と、前記クラッチ機構の係合動作と、前記内燃機関の回転数に対する前記モータジェネレータの回転数の比と、を制御する制御部と、を備えることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記制御部は、前記要求変速比と前記充電率検出部により検出された充電率とに基づいて、目標変速比の候補を決定するとともに、候補とされた目標変速比に変速比を変更するまでに要する仕事量を算出し、算出した仕事量に基づいて、目標変速比の候補の中から目標変速比を決定することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
3. 請求項２に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記制御部は、前記充電率検出部により検出された充電率が所定値より大きいとき、前記モータジェネレータが前記二次電池を放電し、前記充電率検出部により検出された充電率が前記所定値以下のとき、前記モータジェネレータが前記二次電池を充電するように目標変速比の候補を決定することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。

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