JP3948148B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンとモータとを併用して走行するハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ハイブリッド車両としてシリーズ方式と呼ばれるものが知られている（例えば、特開平６−１６５３０９号公報参照）。このものでは、エンジンでジェネレータを駆動して発電を行い、電力をバッテリに蓄える。そして、バッテリからモータに電力を供給し、このモータによって走行用の駆動力を得るようにしている。
【０００３】
一方、ハイブリッド車両としてパラレル方式と呼ばれるものが知られている。このものでは、電気モータ及びエンジンを併用して走行するように構成されている。つまり、エンジンでジェネレータを駆動してバッテリを充電する点は上記シリーズ方式と同様であるが、該シリーズ方式とは異なり、バッテリの電力で駆動するモータによる走行だけでなく、エンジンのみによる走行やエンジンとモータの双方による走行も可能に構成されている。そして、発進時にはモータで走行し、車速が上がってエンジンを効率のよい回転で運転できる状態となるとモータからエンジンに駆動源を切り換えて走行するようにしている。更に、急発進や急加速のように大きな駆動力を要する場合にはモータとエンジンの双方によって走行するようにしている。
【０００４】
上述のパラレル方式のハイブリッド車両には、モータは駆動輪に直結する一方、エンジンはクラッチを介して駆動輪に連結するものが提案されている。そして、この種のハイブリッド車両では、モータのみで走行する際には上記クラッチを切り、エンジンのみ又はエンジンとモータの両方で走行する際には上記クラッチを締結するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、パラレル方式のハイブリッド車両では、モータによる走行中に途中からエンジンの駆動力が駆動輪に伝えられる。つまり、走行中にクラッチを締結することとなる。従って、クラッチにおける駆動輪側とエンジン側との回転差が大きな状態でクラッチを締結すると、クラッチの損傷を招くという問題があった。また、クラッチの損傷にまで至らない場合であっても、例えばエンジン側の回転が低い状態でクラッチを締結すると、車体に減速によるショックが生じ、走行状態が不安定となって運転者にも違和感を与えてしまうという問題があった。
【０００６】
これに対しては、クラッチを締結する際にエンジンの回転数を調節してクラッチにおける駆動輪側の回転数とエンジン側の回転数との一致を図り、クラッチを徐々に締結するという対策が考えられる。そして、クラッチの保護や走行の安定化の点からは、クラッチの両側の回転数をほぼ一致させた上でクラッチの締結をできるだけゆっくり行うのが望ましい。
【０００７】
しかしながら、クラッチの両側の回転数の一致をどの程度図る必要があるか、また、クラッチの締結をどの程度ゆっくり行えばよいかについては、車両の走行状態によって異なる。そして、加速時等のように、駆動力を早期に駆動輪に伝達しなければならない場合には、上述の回転数の一致やクラッチの締結に時間を要したのでは、運転者の要求した加速性能が得られないという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、走行性能を維持しつつ、エンジンと駆動輪との間に介設されたクラッチの保護を図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、クラッチ手段を締結する際の制御を走行状態に対応して変更するようにしたものである。
【００１０】
具体的に、本発明が講じた第１の解決手段は、エンジンと、上記エンジンにクラッチ手段を介して連結される出力軸と、上記エンジンに連結された発電機モータと、上記発電機モータにより発生する電力を蓄える蓄電手段と、上記蓄電手段の電力により駆動される走行用モータと、上記走行用モータ及び出力軸に連結された駆動輪とを備えるハイブリッド車両を対象としている。そして、上記クラッチ手段におけるエンジン側の入力側回転数と出力軸側の出力側回転数とを検出する検出手段と、上記検出手段が検出したクラッチ手段の入力側回転数と出力側回転数とが一致するように上記発電機モータによってエンジンの回転数を調節する回転同期動作を行った上で上記クラッチ手段を締結し、且つ該クラッチ手段の締結の開始から完了までに要する締結時間を走行状態を表す状態量に応じて変更する制御手段とを設けるものである。
【００１１】
また、上記第１の解決手段は、制御手段が、アクセルの操作量の変化率または検出手段が検出する出力側回転数の変化率を状態量とし、該状態量が大きいほど締結時間を短くするように構成されるものである。
【００１２】
また、上記第１の解決手段は、エンジンとクラッチ手段との間にトルクコンバータを介設し、制御手段が、クラッチ手段の入力側回転数と出力側回転数との差が所定の回転許容範囲内になると両回転数の一致として該クラッチ手段を締結し、上記トルクコンバータがロックアップ状態であれば回転許容範囲を狭くして、且つ締結時間を長くするように構成されるものである。
【００１３】
また、本発明が講じた第２の解決手段は、第１の解決手段において、エンジンと出力軸との間に介設され、且つ入力側と出力側が切断されるニュートラル状態と、入力側と出力側が接続された変速状態とに切り換わる自動変速機を設け、上記クラッチ手段は、上記自動変速機をニュートラル状態と変速状態とに切り換える自動変速機用クラッチ手段とするものである。
【００１４】
−作用−
上記第１の解決手段では、走行用モータの駆動力が駆動輪に伝達される一方、クラッチ手段を締結するとエンジンの駆動力も駆動輪に伝達される。そして、走行用モータとエンジンの一方の駆動力又は両方の駆動力を駆動輪に伝達して、車両が走行する。発電機モータは、エンジンに駆動されて発電を行い、発生した電力は蓄電手段に蓄えられて走行用モータの駆動等に用いられる。
【００１５】
ハイブリッド車両では、駆動源を切り換えるために車両の走行中にクラッチ手段の断続操作を行う。特に、クラッチ手段を締結する際には、制御手段が回転同期動作を行った上でクラッチ手段の締結を行う。つまり、制御手段は、発電機モータによってエンジンの回転数を制御し、クラッチ手段の入力側回転数と出力側回転数との一致を図った上でクラッチ手段を締結する。その際、クラッチ手段の締結時間を走行状態に応じて適宜変更する。この締結時間の変更は、走行状態を表す状態量に基づいて行う。
【００１６】
また、上記第１の解決手段では、アクセル操作量の変化率または検出手段が検出する出力側回転数の変化率に応じてクラッチ手段の締結時間を変更する。
【００１７】
また、上記第１の解決手段では、クラッチ手段の入力側回転数と出力側回転数との差が回転許容範囲内になるとクラッチ手段が締結される。その際、トルクコンバータがロックアップ状態か否かによって、回転許容範囲及び締結時間が変更される。ここで、トルクコンバータがロックアップ状態の時はトルクコンバータの入力側と出力側とは直結状態であるため、クラッチ手段の入力側回転数と出力側回転数との差があると、この回転数差をトルクコンバータで吸収することができない。従って、トルクコンバータがロックアップ状態の時は、回転許容範囲を狭くして入力側回転数と出力側回転数との一致をできるだけ図った上でクラッチ手段の締結を行うと共に、締結時間を長くしてクラッチ手段をゆっくりと締結する。
【００１８】
また、上記第２の解決手段では、自動変速機を構成する自動変速機用クラッチ手段が、エンジンと出力軸との間を断続するクラッチ手段としても機能する。
【００１９】
【発明の効果】
従って、上記第１の解決手段によれば、走行状態に応じてクラッチ手段の締結時間を適宜変更し、走行性能を維持しつつクラッチ手段の保護を図ることができる。具体的に、例えば、定常走行や緩加速時のように短時間に駆動力を増大させる必要がない場合には、クラッチ手段の入力側回転数と出力側回転数とをできるだけ一致させた上で締結時間を長くしてクラッチ手段を緩やかに締結する。これによって、締結の際のクラッチ手段の負担を低減してクラッチ手段の破損を防止できる。一方、急発進や急加速時のように短時間で駆動力を増大させる必要がある場合には、入力側回転数と出力側回転数との一致を図って両回転数の差がある程度縮まれば、その後は締結時間を短くしてクラッチ手段を素早く締結する。これによって、駆動輪に伝達される駆動力を短時間で増やすことができ、充分な加速性能を得ることができる。
【００２０】
また、上記第１の解決手段によれば、トルクコンバータがロックアップ状態で入力側回転数と出力側回転数との差による締結時のクラッチ手段の負担が大きい場合においてもクラッチ手段の保護を図ることができ、クラッチ手段の損傷を確実に防止して信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また、上記第２の解決手段では、自動変速機を構成する自動変速機用クラッチ手段が、エンジンと出力軸との間を断続するクラッチ手段を兼ねている。ここで、自動変速機用クラッチ手段は、大きな動力の断続を目的とする専用クラッチに比してクラッチ容量が低い。従って、入力側と出力側との間の回転数差が大きい状態でニュートラル状態から変速状態に切り換えることは想定されておらず、このような状態で切り換えると容易に損傷してしまう。これに対して、本解決手段では、クラッチ手段の締結時間を走行状態に応じて変更しているため、この場合であっても、自動変速機の損傷を確実に防止することができる。そして、自動変速機の信頼性を維持しつつクラッチ手段を兼ねるようにでき、このためエンジンと出力軸との間に独立したクラッチを設ける必要がなくなり、構成の簡素化を図ることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
−ハイブリッド自動車の機械的構成−
図１は、本実施形態のハイブリッド自動車の機械的構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態のハイブリッド自動車は、駆動力を発生するためのパワーユニットとして、蓄電手段であるバッテリ３から供給される電力により駆動される走行用モータ２とガソリン等の液体燃料の爆発力により駆動されるエンジン１とを併用して走行し、後述する車両の走行状態に応じて、走行用モータ２のみによる走行、エンジン１のみによる走行、或いは走行用モータ２とエンジン１の双方による走行とが実現される。
【００２５】
エンジン１は、トルクコンバータ５及び自動変速機７を介して駆動輪９，１０に連結されている。そして、エンジン１の駆動力は、自動変速機７の出力側に直結された出力軸１２からギヤトレイン１１及び差動機構８を介して駆動輪９，１０に伝達される。また、エンジン１はバッテリ３を充電するために発電機モータ４を駆動する。
【００２６】
トルクコンバータ５は、図示しないが、ロックアップ機構であるロックアップクラッチを有し、ロックアップクラッチを繋ぐとロックアップされ、ロックアップクラッチを切るとロックアップが解除されるように構成されている。
【００２７】
自動変速機７は、図示しないが、遊星歯車機構、多板クラッチ、ブレーキ、ワンウェイクラッチ等の構成要素から成る４速の変速機である。そして、この自動変速機７は、多板クラッチの断続等によって、入力側と出力側とが切断されるニュートラルレンジ（以下、Ｎレンジという）と、入力側と出力側とが連結される１速〜４速の各変速レンジとに切り換わるように構成されている。この自動変速機７は、変速機として機能するほか、Ｎレンジと変速レンジとに切り換わることによってエンジン１と駆動輪９，１０との間の断続を行う。そして、自動変速機７をＮレンジと変速レンジとに切り換える多板クラッチ等の自動変速機用クラッチ手段が、エンジン１と出力軸１２との間を断続するクラッチ手段を構成している。
【００２８】
走行用モータ２は、バッテリ３から供給される電力により駆動され、ギヤトレイン１１を介して駆動輪９，１０に駆動力を伝達する。また、走行用モータ２は、車両の減速時には逆に駆動輪９，１０に駆動され、車両の運動エネルギを電力に変換してバッテリ３に供給する。
【００２９】
発電機モータ４は、エンジン１によって駆動されて発電を行い、バッテリ３に電力を供給する。また、この発電機モータ４は、エンジン１の始動時にはバッテリ３から電力を受けてエンジン１をクランキングさせる。
【００３０】
エンジン１は例えば高燃費型のバルブの閉弁タイミングを遅延させるタイプのものが搭載され、走行用モータ２は例えば最大出力２０ＫＷのＩＰＭ同期式モータが使用され、発電機モータ４は例えば最大出力１０ＫＷのものが使用され、バッテリ３は例えば最大出力３０ＫＷのニッケル水素電池が搭載される。
【００３１】
統括制御ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路及びインバータ回路等からなり、エンジン１の点火時期や燃料噴射量等をコントロールすると共に、走行用モータ２及び発電機モータ４の出力や回転数の制御、トルクコンバータ５のロックアップ制御、自動変速機７の制御、バッテリ３の充放電等を総括的に制御する制御手段に構成されている。
【００３２】
また、統括制御ＥＣＵ１００には、エンジン１のクランク軸回転数と走行用モータ２の回転数とが入力されている。そして、統括制御ＥＣＵ１００は、入力された両回転数に基づき、自動変速機７の変速比及びギヤトレイン１１のギヤ比を考慮して自動変速機７における入力側及び出力側の軸回転数をそれぞれ算出するように構成されている。即ち、統括制御ＥＣＵ１００は、自動変速機７の入力側回転数及び出力側回転数を検出する検出手段を構成している。
【００３３】
更に、統括制御ＥＣＵ１００は、図２に示すようなシフトスケジュールに従って自動変速機７を変速するように構成されている。このシフトスケジュールは、車速とアクセル踏込量との関係で表され、４速の自動変速機７に対応して３本の変速ラインが定められている。そして、この変速ラインを横切ると自動変速機７を変速するようにしている。このシフトスケジュールは、車速との関係でエンジン１の回転数が最もエンジン１の効率の良い回転数の範囲となるように定められている。
【００３４】
また、図２にハッチングで示すように、所定のロックアップ領域が定められ、このロックアップ領域ではトルクコンバータ５をロックアップするようにしている。つまり、エンジン１のみの車両ではロックアップ領域が変速の行われない領域に限られるのに対し、本ハイブリッド自動車では変速が行われる領域にまでロックアップ領域が拡大されている。これは、本ハイブリッド自動車では、変速によるエンジン１の駆動力の変化を走行用モータ２の駆動力で吸収することができ、トルクコンバータ５のロックアップ状態でも変速ショックを生じることなく変速が可能だからである。
【００３５】
−運転動作−
次に、下記表１を参照して主要な状態下におけるエンジン１、発電機モータ４、走行用モータ２及びバッテリ３の制御について説明する。尚、表１において「力行」とは駆動トルクを出力している状態を意味する。
【００３６】
【表１】

【００３７】
［停車時］
表１に示すように、停車時では、エンジン１、発電機モータ４、走行用モータ２は停止される。但し、エンジン１は冷間時とバッテリ蓄電量低下時に運転され、発電機モータ４はエンジン運転中は発電するために駆動されてバッテリ３を充電する。
【００３８】
［緩発進時］
表１に示すように、緩発進時では、エンジン１、発電機モータ４は停止され、走行用モータ２が駆動トルクを出力する。
【００３９】
［急発進時］
表１に示すように、急発進時では、走行用モータ２が駆動トルクを出力し、エンジン１は始動後高出力で運転される。バッテリ３は走行用モータ２に放電する。尚、ここではエンジン１の始動後は発電機モータ４を停止しているが、発電機モータ４が継続して駆動トルクを出力するようにしてもよい。
【００４０】
［エンジン始動時］
表１に示すように、エンジン始動時では、発電機モータ４がエンジン１をクランキングするために駆動トルクを出力してエンジン１が起動される。バッテリ３は発電機モータ４に放電する。
【００４１】
［定常低負荷走行時］
表１に示すように、定常低負荷走行時では、エンジン１、発電機モータ４は停止され、走行用モータ２が駆動トルクを出力する。バッテリ３は走行用モータ２に放電する。但し、エンジン１は冷間時とバッテリ蓄電量低下時に運転され、発電機モータ４はエンジン運転中は発電するために駆動されてバッテリ３を充電する。尚、本実施形態では、定常低負荷走行の状態となるのは車速が時速２０キロ以下の場合に限られている。従って、定常走行時において車速が時速２０キロを超えると、低負荷運転から中負荷運転に移行する。
【００４２】
［定常中負荷走行時］
表１に示すように、定常中負荷走行時では、走行用モータ２は無出力とされ、エンジン１は高効率領域で運転され、バッテリ３は走行用モータ２には放電せず、発電機モータ４はバッテリ３を充電する。
【００４３】
［定常高負荷走行時］
表１に示すように、定常高負荷走行時では、エンジン１は高出力運転され、発電機モータ４と走行用モータ２が駆動トルクを出力する。バッテリ３は発電機モータ４と走行用モータ２に放電する。但し、発電機モータ４はバッテリ蓄電量低下時はバッテリ３を充電する。
【００４４】
［急加速時］
表１に示すように、急加速時では、エンジン１は高出力運転され、発電機モータ４と走行用モータ２が走行のために駆動トルクを出力する。バッテリ３は発電機モータ４と走行用モータ２に放電する。
【００４５】
［減速時（回生制動時）］
表１に示すように、減速時では、エンジン１及び発電機モータ４は停止され、走行用モータ２は発電機として電力を回生してバッテリ３を充電する。
【００４６】
−締結条件の設定−
本実施形態のハイブリッド自動車では、走行用モータ２の駆動トルクのみでの走行中に、途中からエンジン１のトルクを駆動輪９，１０に伝達する場合がある。具体的には、上述の急発進時や、定常低負荷走行から定常中負荷走行、定常高負荷走行又は急加速へ移行する場合が該当する。そして、この場合において、統括制御ＥＣＵ１００は、締結条件設定動作の後に所定のエンジン締結制御を行う。また、統括制御ＥＣＵ１００は、このエンジン締結制御の一部として、自動変速機７におけるエンジン側の入力側回転数と出力軸側の出力軸側回転数が一致するように発電機モータ４でエンジン１の回転数を調節する回転同期動作を行う。
【００４７】
先ず、締結条件設定動作について、図３〜図６を参照しながら説明する。この締結条件設定動作では、走行状態に応じて締結時間の選択及び補正と目標エンジン回転数差の選択とを行う。
【００４８】
上記締結時間は、クラッチ手段の締結を開始してから完了するまでの時間を表している。ここで、本実施形態は、上述のように、自動変速機７を構成する多板クラッチ等の自動変速機用クラッチ手段がクラッチ手段を構成している。従って、この締結時間は、自動変速機７においてＮレンジから変速レンジへの切り換えを開始してから完了するまでの時間を意味している。そして、図４に示すように、締結時間としてＴ１，Ｔ２，Ｔ３の３つの値が予め設定され、このうちから選択するようにしている。尚、締結時間の３つの値の大小関係は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３となるように設定されている。
【００４９】
上記目標回転数差は、図５に示すように、目標回転数差としてＲ１，Ｒ２，Ｒ３の３つの値が予め設定されている。そして、この３つの値から選択するようにしている。尚、目標回転数差の３つの値の大小関係は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３となるように設定されている。また、Ｒ３はゼロに設定されている。そして、回転同期動作では、自動変速機７における入力側回転数が出力側回転数よりも目標回転数差だけ高くなるようにエンジン回転数を制御する。この回転同期動作については、後述する。
【００５０】
上記締結時間の補正は、選択した締結時間に補正係数βを乗じて行う。この補正係数βは、図６に示すように、アクセル踏込量の変化率との関係で予め定められている。即ち、該変化量が所定範囲より小さいときはβ＝１として選択した締結時間を変更しない。一方、該変化量が所定範囲の場合は、変化量が増えるにつれてβの値を小さくし、選択した締結時間を短くする。また、該変化量が所定範囲を超えるとβの値を一定としてそれ以上の締結時間の短縮は行わない。
【００５１】
続いて、図３のフロー図に基づいて、締結条件設定動作の内容を具体的に説明する。
【００５２】
ステップST１では、急発進の要求の有無を判断する。つまり、車両の停止状態でアクセルが急激に踏み込まれた場合には急発進が要求されていると判断してステップST２へ移る。一方、急発進が要求されていないと判断するとステップST４へ移る。尚、出力軸回転数の変化率に基づいて急発進の要求の有無を判断してもよい。つまり、出力軸回転数の増加率が大きければ急発進の要求が有ると判断し、害増加率が小さければ急発進の要求が無いと判断してもよい。
【００５３】
急発進が要求されていれば、ステップST２において締結時間Ｔ１及び目標回転数差Ｒ１を選択し、ステップST３に移る。ステップST３では、アクセル踏込量に応じて補正係数βを決定し、この補正係数βを締結時間Ｔ１に乗じて補正後の締結時間Ｔ１’を算出する。従って、急発進の要求があれば、締結時間をなるべく短くして、目標回転数差をなるべく大きくする。
【００５４】
急発進が要求されていなければ、ステップST４においてトルクコンバータ５がロックアップ状態か否かを判断する。そして、ロックアップ状態でなければステップST５に移り、ロックアップ状態であればステップST７に移る。
【００５５】
ステップST５では、締結時間Ｔ２及び目標回転数差Ｒ２を選択してステップST６に移る。ステップST６では、アクセル踏込量に応じて補正係数βを決定し、この補正係数βを締結時間Ｔ２に乗じて補正後の締結時間Ｔ２’を算出する。従って、ロックアップ状態でなければ、締結時間及び目標回転数差を中間の値とする。
【００５６】
一方、ステップST７では、締結時間Ｔ３及び目標回転数差Ｒ３を選択してステップST８に移る。ステップST８では、締結時間の補正を禁止する。従って、ロックアップ状態であれば、締結時間をなるべく長くして、目標回転数差をなるべく小さくする。
【００５７】
−エンジン締結時の動作−
上述のように、統括制御ＥＣＵ１００は、締結条件設定動作の後に所定のエンジン締結制御を行う。
【００５８】
先ず、このエンジン締結制御の概要について、図７のタイムチャートを参照しながら説明する。この図７は、停止状態から発進し、緩やかに加速して定常低負荷走行から定常中負荷走行へ移行するまでを示している。時刻ｔ１において緩発進し、上述の定常低負荷走行状態となる。そして、走行用モータ２のみが駆動力を発生し、車速が緩やかに上昇する。
【００５９】
その後、時刻ｔ２において車速が時速２０キロを超えると、定常低負荷走行から定常中負荷走行へと移行するために、発電機モータ４によってエンジン１をクランキングする。エンジン１がかかると、時刻ｔ３から発電機モータ４に対するフィードバック制御を開始する。その後、時刻ｔ４までは、スロットル開度を所定開度に保持してエンジン１に所定のトルクを発生させる一方、発電機モータ４が発電機となってエンジン１に負荷をかけ、この負荷を制御してエンジン回転数の制御を行う。
【００６０】
時刻ｔ４においてエンジン回転数と目標エンジン回転数とが一致すると、自動変速機７をＮレンジから１速レンジに切り換える。この状態で、エンジン１の駆動力が駆動輪９，１０に伝達される。このため、時刻ｔ４では、自動変速機７を切り換えると共に走行用モータ２の駆動力を減じ、駆動輪９，１０に伝わる駆動力を一定に保つ。そして、その後はエンジン１の駆動力のみで走行を継続する。
【００６１】
次に、このエンジン締結制御の詳細について、図８及び図９のフロー図を参照しながら説明する。
【００６２】
先ず、ステップST１０において、車速、アクセル踏込量、走行用モータ２の回転数及びエンジン１の回転数を読み込む。そして、走行用モータ２の回転数にギヤトレイン１１のギヤ比を乗じて出力軸１２の回転数を算出し、ステップST１１に移る。
【００６３】
ステップST１１では、車速、アクセル踏込量及びアクセル踏込量の変化率に基づいて、エンジン１の始動を要するか否かを判断する。つまり、車速が時速２０キロを超えて上述の定常中負荷走行へ移行した場合や、アクセルが急激に踏み込まれて急加速や急発進が要求されている場合には、エンジン１の始動が必要と判断してステップST１２に移る。一方、エンジン１の始動が不要であれば通常の制御に戻る。
【００６４】
ステップST１２では、シフトスケジュールに基づいて自動変速機７の変速レンジを選択し、出力軸回転数に該変速レンジの変速比を乗じて目標エンジン回転数を算出する。エンジン１の回転数がこの目標エンジン回転数となると、自動変速機７の入力側回転数と出力側回転数とが一致することとなる。尚、このステップST１２以降は、自動変速機７の変速が完了するまで一度選択した変速レンジの変更を禁止する。
【００６５】
続くステップST１３では、急発進の要求の有無を判断する。つまり、車両の停止状態でアクセルが急激に踏み込まれた場合には急発進が要求されていると判断してステップST２４へ移る。一方、急発進が要求されていないと判断するとステップST１４へ移る。尚、出力軸回転数の変化率に基づいて急発進の要求の有無を判断してもよい。つまり、出力軸回転数の増加率が大きければ急発進の要求が有ると判断し、害増加率が小さければ急発進の要求が無いと判断してもよい。
【００６６】
急発進の要求があると、先ず、ステップST２４においてトルクコンバータ５のロックアップを解除する制御を行う。この様にロックアップを解除するのは、トルクコンバータ５のトルク増幅作用を利用してより大きな駆動力を駆動輪９，１０に伝達するためである。
【００６７】
続くステップST２５では、発電機モータ４にバッテリ３から電力を供給し、エンジン１を始動するために発電機モータ４でエンジン１をクランキングする。そして、エンジン回転数が１０００ｒｐｍに達するとステップST２６に移る。
【００６８】
ステップST２６では、エンジン１に燃料噴射及び点火を行ってエンジン１の始動を試みる。そして、エンジン１が始動したか否かを確認し、始動していればステップST２７に移る。一方、エンジン１が始動していなければ、エンジン始動制御へ移行してエンジン１の始動を更に試みる。このエンジン始動制御については、後述する。尚、エンジン１が始動したか否かは、発電機モータ４へ供給される電流に基づいて判断する。つまり、発電機モータ４への電流が減少していればエンジン１が始動したと判断し、減少していなければエンジン１が始動していないと判断する。
【００６９】
ステップST２７では、エンジン１のトルクを最大とするためにスロットルを全開すると共に、発電機モータ４が発生させるトルクを最大として回転同期動作を行う。つまり、急発進状態では、走行用モータ２のトルクが最大にされて既に車両が動き出している一方、スロットルを開いてもエンジン回転数がすぐには上昇しないため、発電機モータ４のトルクを最大としてエンジン１を駆動して自動変速機７の入力側及び出力側回転数の一致を図る。その際、自動変速機７の入力側回転数が出力側回転数よりも目標回転数差Ｒ１だけ高くなるようにする。
【００７０】
ここで、運転者から急発進の要求が出てから僅かな時間しか経過していなければ、車速はまだそれ程上昇しておらず、単純に走行用モータ２、エンジン１及び発電機モータ４を最大出力とすれば、自動変速機７の入力側と出力側であまり回転数差が大きくないとみなせる。また、多少の回転数差はトルクコンバータ５で吸収できる。
【００７１】
従って、ステップST２７では、スロットル全開、発電機モータ４のトルク最大とした後は、時間をあけずに素早く自動変速機７をＮレンジから１速レンジへと変速する。具体的には、Ｎレンジから１速レンジへの変速を補正後の締結時間Ｔ１’で完了するようにする。このようにできるだけ変速を短時間で完了させるのは、変速に時間を要すると自動変速機７の両側での回転数差が拡大してしまうためである。そして、変速完了後は、エンジン１及び走行用モータ２で駆動輪９，１０を駆動する一方、発電機モータ４を停止させる。尚、発電機モータ４を停止させずに発電機モータ４のトルクをも駆動輪９，１０に伝達してもよく、この場合はより大きな駆動力を駆動輪９，１０に伝達できる。
【００７２】
上記ステップST１３で急発進の要求がない場合、ステップST１４において急加速の要求の有無を判断する。つまり、車両の走行中にアクセルが急激に踏み込まれた場合には急加速が要求されていると判断してステップST１５へ移る。一方、急加速が要求されていないと判断するとステップST３０へ移る。尚、出力軸回転数の変化率に基づいて急加速の要求の有無を判断してもよい。つまり、出力軸回転数の増加率が大きければ急加速の要求が有ると判断し、該増加率が小さければ急加速の要求が無いと判断してもよい。
【００７３】
急加速の要求があると、先ず、ステップST１５においてトルクコンバータ５のロックアップを解除する制御を行う。ロックアップを解除するのは、上記ステップST２４の場合と同様にトルクコンバータ５によるトルク増幅作用を得るためである。
【００７４】
続くステップST１６では、上記ステップST２５に対応して発電機モータ４でエンジン１をクランキングし、エンジン回転数が１０００ｒｐｍとなるとステップST１７に移る。
【００７５】
ステップST１７では、上記ステップST２６に対応してエンジン１を始動させる動作を行い、始動していればステップST１８に移り、始動していなければエンジン始動制御に移行する。
【００７６】
ステップST１８では、目標トルクに加算トルクα２を加えて出力トルクを算出する。この目標トルクは、ステップST１０で読み込んだ車速及びステップST１２で選択した自動変速機７の変速レンジの変速比においてエンジン１のみで走行するためにエンジン１が発生させなければならないトルクである。一方、加算トルクα２は、走行状態に応じて予め設定されたものである。そして、エンジン１に対して出力トルクを発生させるように制御を行う。具体的には、スロットルを所定の開度とし、そのスロットル開度を一定に保持する。
【００７７】
続くステップST１９では、走行用モータ２に対して発生するトルクを一定に保つように制御を行い、この状態を自動変速機７の変速が完了するまで保持する。つまり、変速の完了までは、アクセルの踏込量、即ち運転者の意志とは無関係に走行用モータ２のトルクを一定に保持する。この様にするのは、出力軸回転数又は該回転数の変化率が一定に保持し、この出力軸回転数に対応したエンジン回転数の調整を確実に行うためである。
【００７８】
続くステップST２０では、回転同期動作を行う。その際、ステップST１２で算出した目標エンジン回転数を修正し、自動変速機７の入力側回転数が出力側回転数よりも目標回転数差Ｒ２だけ高くなるような値とする。その後、発電機モータ４が発電機として動作してエンジン１に負荷を与え、エンジン１の回転数が修正後の目標エンジン回転数となるように該負荷の量をエンジン回転数に対してフィードバック制御する。この制御を所定時間に亘って行い、ステップST２１に移る。
【００７９】
ステップST２１では、自動変速機７をＮレンジからステップST１２で選択した変速レンジへと切り換える変速動作を開始する。また、Ｎレンジから変速レンジへの変速を補正後の締結時間Ｔ２’で完了するようにする。その際、ある程度の時間に亘って回転同期動作を行えば実際のエンジン回転数と目標エンジン回転数との回転数差は充分に小さく、また、ステップST１５でトルクコンバータ５のロックアップを解除しており、ある程度の回転数差があってもトルクコンバータ５で吸収できるため、自動変速機７の変速動作を行う。
【００８０】
続くステップST２２では変速レンジへの切り換え完了を確認し、その後ステップST２３に移る。従って、ステップST２３に移る時点では、エンジン１の駆動力が駆動輪９，１０に伝達されている。
【００８１】
ステップST２３では、発電機モータ４によってエンジン１に与えていた負荷をゼロとし、エンジン１に対してはアクセルの踏込量に応じたスロットル開度の制御を行う。そして、エンジン１及び走行用モータ２の駆動力を駆動輪９，１０に伝達して急加速を行う。
【００８２】
上記ステップST１４で急加速の要求がない場合、図９に示すステップST３０に移る。このステップST３０では、上記ステップST２５に対応して発電機モータ４でエンジン１をクランキングし、エンジン回転数が１０００ｒｐｍとなるとステップST３１に移る。
【００８３】
ステップST３１では、上記ステップST２６に対応してエンジン１を始動させる動作を行い、始動していればステップST３２に移り、始動していなければエンジン始動制御に移行する。
【００８４】
ステップST３２では、バッテリ３の蓄電量の多少を判断し、蓄電量が所定値以上であればステップST３３に移り、所定値未満であればステップST３４に移る。
【００８５】
ステップST３３では、上記ステップST１８に対応して目標トルクに加算トルクαを加えて出力トルクを算出する。この加算トルクαは、ステップST１８の加算トルクα２よりも小さい値とされている。そして、エンジン１が算出した出力トルクを発生するように所定のスロットル開度を維持し、ステップST３５に移る。
【００８６】
一方、ステップST３４では、上記ステップST１８に対応して目標トルクに加算トルクα１を加えて出力トルクを算出する。この加算トルクα１は、ステップST１８の加算トルクα２よりも小さく、且つステップST３３の加算トルクαより大きな値とされている。そして、エンジン１が算出した出力トルクを発生するように所定のスロットル開度を維持し、ステップST３５に移る。
【００８７】
つまり、バッテリ３の蓄電量によって加算トルクαと加算トルクα１とを使い分ける一方（ステップST３３，ST３４参照）、急加速の要求の有無によって加算トルクα２と加算トルクα，α１とを使い分けている（ステップST１８，ST３３，ST３４参照）。
【００８８】
ステップST３５では、トルクコンバータ５がロックアップ状態か否かを判断する。そして、ロックアップ状態であればステップST３６に移る一方、ロックアップが解除されていればステップST４０に移る。
【００８９】
トルクコンバータ５がロックアップ状態であれば、ステップST３６〜ST３８において、エンジン１の実際の回転数とステップST１２で算出した目標エンジン回転数とがほぼ完全に一致したとみなせるまで回転同期動作を行う。これは、トルクコンバータ５のロックアップ状態ではエンジン１と自動変速機７の入力側とが直結状態となるため、エンジン１の実際の回転数を上記目標エンジン回転数にほぼ一致させなければ、自動変速機７をＮレンジから変速レンジに切り換えた際にショックが出たり、自動変速機７の破損を招くおそれがあるからである。
【００９０】
ステップST３６では、発電機モータ４が発電機として動作してエンジン１に負荷を与え、エンジン１の回転数がステップST１２で算出した目標エンジン回転数となるように該負荷の量をエンジン回転数に対してフィードバック制御する。尚、締結条件設定動作で目標回転数差Ｒ３を選択しているが、Ｒ３の値はゼロであるため、エンジン１の回転数がステップST１２の目標エンジン回転数となるように制御を行う。
【００９１】
その一方、ステップST３７では、走行用モータ２の駆動力を、車体の加速度が一定となるように制御する。具体的には、出力軸回転数の変化率が一定となるように制御する。そして、ステップST３８では、エンジン１の実際の回転数と上記目標エンジン回転数とがほぼ一致したとみなせるまでステップST３６，ST３７の状態を保持し、両回転数が一致したとみなせればステップST３９に移る。
【００９２】
ステップST３９では、ステップST２１に対応して、自動変速機７をＮレンジからステップST１２で選択した変速レンジへと切り換える変速動作を開始する。その際、Ｎレンジから変速レンジへの変速を締結時間Ｔ３で完了するようにする。従って、Ｎレンジから変速レンジへの変速がなるべくゆっくりと行われる。
【００９３】
トルクコンバータ５がロックアップ状態でなければ、ステップST４０において上記ステップST２０に対応した回転同期動作を行う。具体的には、発電機モータ４がエンジン１に与える負荷の量を、エンジン１の回転数が修正後の目標エンジン回転数となるようにフィードバック制御する。
【００９４】
つまり、ステップST３５〜ST４１では、トルクコンバータ５がロックアップ状態か否かによって、エンジン１の実際の回転数と目標エンジン回転数との一致をどの程度図るかを変更している。
【００９５】
ステップST３９では、ステップST２１に対応して、自動変速機７をＮレンジからステップST１２で選択した変速レンジへと切り換える変速動作を開始する。その際、Ｎレンジから変速レンジへの変速を補正後の締結時間Ｔ２’で完了するようにする。
【００９６】
上記ステップST３９又はステップST４１に続くステップST４２では、変速レンジへの切り換えが完了したか否かを確認してステップST４３に移る。また、上記変速動作の間には、駆動輪９，１０にエンジン１から伝達される駆動力が増大してゆくが、これに合わせて走行用モータ２の駆動力を削減し、駆動輪９，１０への駆動力を一定に維持する。
【００９７】
ステップST４３では、発電機モータ４によってエンジン１に与えていた負荷と走行用モータ２の駆動力をゼロとし、エンジン１に対してはアクセルの踏込量に応じたスロットル開度の制御を行う。尚、発電機モータ４によるエンジン１への負荷をゼロとせず、エンジン１の出力を多めに制御して発電機モータ４による発電を継続するようにしてもよい。
【００９８】
−エンジン始動のための動作−
上述のエンジン締結制御の際に上記ステップST１７，ST２６，ST３１でエンジン１を始動できなかった場合には、図１０のフロー図に示すエンジン始動制御を行う。
【００９９】
ステップST５０では、バッテリ３から発電機モータ４へ供給する電力を増やし、エンジン回転数を上昇させる。そして、エンジン回転数が１５００ｒｐｍに達するとステップST５１に移る。
【０１００】
ステップST５１では、エンジン１に燃料噴射及び点火を行ってエンジン１の始動を試みる。そして、エンジン１が始動したが否かを確認し、始動していればステップST５７に移り、元の制御フローに帰還してステップST１７，ST２６，ST３１から次のステップに移行する。一方、エンジン１が始動していなければ、ステップST５２に移る。
【０１０１】
ステップST５２では、バッテリ３から走行用モータ２に供給する電流を削減する。これは、バッテリ３が放電できる電流には上限があるので、走行用モータ２への電流を削減してエンジン１をクランキングする発電機モータ４への電流を確保するためである。
【０１０２】
続くステップST５３では、ステップST５１と同様にエンジン１の始動を試みる。そして、エンジン１が始動すればステップST５７に移って元の制御フローに帰還する一方、エンジン１が始動していなければステップST５４に移る。
【０１０３】
ステップST５４では、発電機モータ４の駆動力のみでエンジン１の回転数とステップST１２の目標エンジン回転数との一致を図り、その上で自動変速機７をＮレンジから２速レンジへと切り換える。そして、発電機モータ４の駆動力だけでなく、走行用モータ２の駆動力及び車体の慣性力によってもエンジン１を回転させ、続くステップST５５でエンジン１の始動を試みる。つまり、ステップST５４，ST５５では、いわゆる「押しがけ」を試みる。
【０１０４】
その際、自動変速機７をＮレンジから２速レンジへと切り換えるのに伴って走行用モータ２の駆動力を増大させ、走行状態を一定に維持する制御を行う。ここで、走行用モータ２の駆動力が一定のままであれば、エンジン１と駆動輪９，１０とを直結すると車両が減速してしまう。これに対し、走行用モータ２の駆動力を増やすことによって車両の状態を一定に維持し、運転者に違和感を与えないようにしている。
【０１０５】
ステップST５５において、エンジン１が始動すればステップST５７に移って元の制御フローに帰還する一方、エンジン１が始動していなければステップST５６に移る。
【０１０６】
ステップST５６では、エンジン１の始動が出来なかったことを警告ランプ等で運転者に知らせる一方、バッテリ３の充電量を確保するために走行用モータ２による回生を重視する制御を行う。
【０１０７】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、クラッチ手段の締結時間、即ち自動変速機７の変速に要する時間を走行状態に応じて適宜変更し、走行性能を維持しつつ自動変速機７の保護を図ることができる。つまり、定常走行や緩加速時のように短時間に駆動力を増大させる必要がない場合には、自動変速機７の入力側回転数と出力側回転数とをできるだけ一致させた上で締結時間を長くして自動変速機７の変速をゆっくりと行う。これによって、変速の際の自動変速機７の負担を低減して自動変速機７の破損を防止できる。一方、急発進や急加速時のように短時間で駆動力を増大させる必要がある場合には、入力側回転数と出力側回転数との一致を図って両回転数の差がある程度縮まれば、その後は締結時間を短くして自動変速機７を素早く変速する。これによって、駆動輪に伝達される駆動力を短時間で増やすことができ、充分な加速性能を得ることができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、自動変速機７を構成する多板クラッチ等がエンジン１と出力軸１２との間を断続するクラッチ手段を兼ねている。ここで、上記多板クラッチ等は、大きな動力の断続を目的とする専用クラッチに比してクラッチ容量が低い。従って、入力側と出力側との間の回転数差が大きい状態でＮレンジから変速レンジに切り換えると容易に損傷してしまう。これに対して、本実施形態では、クラッチ手段の締結時間、即ち自動変速機７の変速に要する時間を走行状態に応じて変更しているため、自動変速機７の損傷を確実に防止することができる。そして、自動変速機７の信頼性を維持しつつクラッチ手段を兼ねるようにでき、エンジン１と出力軸１２との間に独立したクラッチを設ける必要がなくなり、構成の簡素化を図ることが可能となる。
【０１０９】
また、入力側回転数が出力側回転数よりも高くなるようにエンジン回転数を制御しているため、自動変速機７を変速する間においてもエンジンの駆動力を駆動輪に伝達でき、駆動輪への駆動力を素早く増大させて加速性能を向上させることができる。
【０１１０】
また、トルクコンバータ５がロックアップ状態で入力側回転数と出力側回転数との差による変速時の自動変速機７の負担が大きい場合には、自動変速機７の変速を可能な限りゆっくりと行うようにしている。この結果、自動変速機７の保護を図ることができ、自動変速機７の損傷を確実に防止して信頼性を向上させることができる。
【０１１１】
【発明のその他の実施の形態】
−第１の変形例−
上記実施形態では、エンジン１と出力軸１２との間を断続するクラッチ手段を自動変速機７に設けられた多板クラッチ等の自動変速機用クラッチ手段により構成するようにしたが、エンジン１と出力軸１２との間に独立したクラッチを設けるようにしてもよい。
【０１１２】
−第２の変形例−
上記実施形態では、エンジン締結制御において目標エンジン回転数を算出する際に、出力軸回転数に自動変速機７の変速比を乗じている（ステップST１２参照）。しかしながら、トルクコンバータ５のロックアップが解除されている状態では、トルクコンバータ５の滑りがあるため、エンジン回転数と目標エンジン回転数が一致しても自動変速機７の入力側回転数と出力側回転数とは必ずしも一致しない。従って、トルクコンバータ５が非ロックアップ状態の時には、出力軸回転数に上記変速比を乗じた値にトルクコンバータ５の滑りを考慮した補正を加え、この補正後の値を目標エンジン回転数としてもよい。
【０１１３】
−第３の変形例−
上記実施形態では、エンジン締結制御における回転同期動作では、エンジン１に対して発電機モータ４によって負荷をかけ、この負荷を制御してエンジン回転数を制御するようにしている（ステップST２０，ST３６，ST４０参照）。これに対して、エンジン１の始動後においても発電機モータ４によってエンジン１を回転駆動し、発電機モータ４の駆動力を制御してエンジン回転数を制御するようにしてもよい。
【０１１４】
この場合のエンジン締結制御の概要について、図１１のタイムチャートを参照しながら説明する。この図１１は、図７のタイムチャートと同様に、緩発進後に緩やかに加速し、定常低負荷走行から定常中負荷走行へ移行するまでを示している。
【０１１５】
時刻ｔ１において発進すると、緩やかに加速して時刻ｔ２で車速が時速２０キロを超える。時刻ｔ２では、定常低負荷走行から定常中負荷走行へと移行するために、発電機モータ４によってエンジン１をクランキングする。エンジン１がかかると、時刻ｔ３から発電機モータ４に対するフィードバック制御を開始する。その後、時刻ｔ４までは、発電機モータ４が継続してエンジン１を回転駆動し、発電機モータ４の駆動力を制御してエンジン回転数の制御を行う。
【０１１６】
時刻ｔ４においてエンジン回転数と目標エンジン回転数とが一致すると、自動変速機７をＮレンジから１速レンジに切り換える。この状態で、エンジン１の駆動力が駆動輪９，１０に伝達される。このため、時刻ｔ４では、自動変速機７を切り換えると共に走行用モータ２の駆動力を減じ、駆動輪９，１０に伝わる駆動力を一定に保つ。そして、その後はエンジン１の駆動力のみで走行を継続する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ハイブリッド自動車の構成を示すブロック図である。
【図２】 自動変速機のシフトスケジュール及びトルクコンバータのロックアップ領域を示す車速とアクセル踏込量の関係図である。
【図３】 締結条件設定動作を示すフロー図である。
【図４】 締結時間の各値の大小関係を示す関係図である。
【図５】 目標回転数差の各値の大小関係を示す関係図である。
【図６】 締結時間の補正係数βとアクセル踏込量の関係図である。
【図７】 エンジン締結制御における動作を示すタイムチャートである。
【図８】 エンジン締結制御における動作を示すフロー図である。
【図９】 エンジン締結制御における動作を示すフロー図である。
【図１０】 エンジン始動制御における動作を示すフロー図である。
【図１１】 その他の実施形態における図７相当図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 走行用モータ
３ バッテリ（蓄電手段）
４ 発電機モータ
５ トルクコンバータ
７ 自動変速機
１２ 出力軸

Claims (2)

1. エンジンと、
   上記エンジンにクラッチ手段を介して連結される出力軸と、
   上記エンジンに連結された発電機モータと、
   上記発電機モータにより発生する電力を蓄える蓄電手段と、
   上記蓄電手段の電力により駆動される走行用モータと、
   上記走行用モータ及び出力軸に連結された駆動輪と、
   上記クラッチ手段におけるエンジン側の入力側回転数と出力軸側の出力側回転数とを検出する検出手段と、
   上記検出手段が検出したクラッチ手段の入力側回転数と出力側回転数とが一致するように上記発電機モータによってエンジンの回転数を調節する回転同期動作を行った上で上記クラッチ手段を締結し、且つ該クラッチ手段の締結の開始から完了までに要する締結時間を走行状態を表す状態量に応じて変更する制御手段と、
   上記エンジンとクラッチ手段との間に介設されたトルクコンバータとを備え、
   上記制御手段は、アクセルの操作量の変化率または上記検出手段が検出する出力側回転数の変化率を状態量とし、該状態量が大きいほど締結時間を短くするように構成され、
   更に、上記制御手段は、クラッチ手段の入力側回転数と出力側回転数との差が所定の回転許容範囲内になると両回転数の一致として該クラッチ手段を締結し、上記トルクコンバータがロックアップ状態であれば回転許容範囲を狭くして、且つ締結時間を長くするように構成されているハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両において、
   エンジンと出力軸との間に介設され、且つ入力側と出力側が切断されるニュートラル状態と、入力側と出力側が接続された変速状態とに切り換わる自動変速機を備え、
   上記クラッチ手段は、上記自動変速機をニュートラル状態と変速状態とに切り換える自動変速機用クラッチ手段であるハイブリッド車両。

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