JP4238865B2 - 車両およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両およびその制御方法に関する。

従来、この種の車両としては、エンジンと、このエンジンのクランクシャフトをキャリアに接続すると共に車軸に機械的にリングギヤを接続した遊星歯車機構と、この遊星歯車機構のサンギヤに動力を入出力する第１モータと、車軸に連結された２段変速の変速機と、この変速機に動力を入出力する第２モータと、第１モータおよび第２モータと電力のやりとりを行なう蓄電装置と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、蓄電装置の入出力制限が大きく制限されるときには変速機の変速を低負荷側に変更することにより、変速に伴うショックを防止している。
特開２００４−２０４９５７号公報

上述の車両のように２段変速の変速機を搭載する車両では、変速機を変速するときに駆動力の落ち込みが生じたりトルクショックが生じたりするのを抑制することや高車速での走行を行なわないときに変速機の変速が頻繁に行なわれないようにすることから、変速機の増速側の変速段への変速は比較的車速が大きいところで行なわれることが多いが、車両の燃費や動力性能を考慮すると、こうした変速を行なわない方がよい場合もある。また、蓄電装置の放電可能な蓄電量を迅速により適正なものとするために変速機の変速段を考慮することも望まれる。

本発明の車両およびその制御方法は、内燃機関からの動力と電動機から２段変速の変速機を介して出力される動力とにより走行する車両において、二次電池などの蓄電装置の状態に応じて変速することを目的の一つとする。また、本発明の車両およびその制御方法は、内燃機関からの動力と電動機から２段変速の変速機を介して出力される動力とにより走行する車両において、変速機の変速を頻繁に行なうことなく車両の燃費を向上させることを目的の一つとする。さらに、本発明の車両およびその制御方法は、内燃機関からの動力と電動機から２段変速の変速機を介して出力される動力とにより走行する車両において、車両の動力特性を保持することを目的の一つとする。

本発明の車両およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の車両は、
内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸と第１の車軸とに連結され、電力と動力の入出力を伴って前記出力軸側および前記第１の車軸側に動力を入出力する電力動力入出力手段と、
動力を入出力可能な電動機と、
前記第１車軸または該第１車軸とは異なる車軸のいずれかである第２車軸と前記電動機の回転軸とに接続される２段変速の変速手段と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段の状態を検出する状態検出手段と、
前記検出された蓄電手段の状態に基づいて車速と前記変速手段の変速段の変速との関係である車速変速関係を設定する車速変速関係設定手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記検出された車速と前記設定された車速変速関係とに基づいて前記変速手段の変速段を変速する変速制御手段と、
走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の車両では、蓄電手段の状態に基づいて車速と変速手段の変速段の変速との関係である車速変速関係を設定し、車速と設定した車速変速関係とに基づいて変速手段の変速段が変速されるよう変速手段を制御し、走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。これにより、蓄電手段の状態に応じて変速手段の変速段を変速することができる。これにより、変速手段の頻繁な変速を行なうことなく、車両の動力特性を保持しながら車両のエネルギ効率を向上させることができ、車両の燃費を向上させることができる。

こうした本発明の車両において、前記状態検出手段は前記蓄電手段から放電可能に蓄えられている蓄電量を検出する手段であり、前記車速変速関係設定手段は前記検出された蓄電量が小さいほど低車速で増速側の変速段となる関係を前記車速変速関係として設定する手段であるものとすることもできる。また、前記状態検出手段は、前記蓄電手段から放電可能に蓄えられている蓄電量を検出する手段であり、前記車速変速関係設定手段は、前記検出された蓄電量が所定蓄電量以上のときには車速と増速側の変速段となる第１の関係を前記車速変速関係として設定し、前記検出された蓄電量が前記所定蓄電量未満のときには前記第１の関係より低車速側で増速側の変速段となる第２の関係を前記車速変速関係として設定する手段であるものとすることもできる。変速手段が増速側の変速段のときには、電動機については低回転高トルクに寄った運転となり、変速手段については回転要素の回転数が小さくなるから、減速側の変速段のときに比して、電動機の効率や変速手段の伝達効率が高くなる。このため、上述のように車速変速関係を設定することにより、車両の燃費を向上させることができる。

また、本発明の車両において、前記車速変速関係設定手段は、車速に対して減速側の変速段から増速側の変速段に切り替える低増変速関係が車速に対して増速側の変速段から減速側の変速段に切り替える低増変速関係より高車速側となるよう前記車速変速関係を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、変速手段の変速段の頻繁な変速を抑制することができる。

さらに、本発明の車両において、前記電力動力入出力手段は、前記第１車軸と前記内燃機関の出力軸と回転可能な第３軸の３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段であるものとすることもできる。

本発明の車両の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と第１の車軸とに連結され電力と動力の入出力を伴って前記出力軸側および前記第１の車軸側に動力を入出力する電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、前記第１車軸または該第１車軸とは異なる車軸のいずれかである第２車軸と前記電動機の回転軸とに接続される２段変速の変速手段と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備える車両の制御方法であって、
前記蓄電手段の状態に基づいて車速と前記変速手段の変速段の変速との関係である車速変速関係を設定し、
車速と前記設定した車速変速関係とに基づいて前記変速手段の変速段が変速されると共に走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速機とを制御する、
ことを要旨とする。

この本発明の車両の制御方法では、蓄電手段の状態に基づいて車速と変速手段の変速段の変速との関係である車速変速関係を設定し、車速と設定した車速変速関係とに基づいて変速手段の変速段が変速されると共に走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機と変速手段とを制御する。これにより、蓄電手段の状態に応じて変速手段の変速段を変速することができる。これにより、変速手段の頻繁な変速を行なうことなく、車両の動力特性を保持しながら車両のエネルギ効率を向上させることができ、車両の燃費を向上させることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、変速機６０を介して動力分配統合機構３０に接続されたモータＭＧ２と、車両の駆動系全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２には変速機６０を介してモータＭＧ２がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２に出力する。リングギヤ３２は、ギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して車両前輪の駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続されている。したがって、リングギヤ３２に出力された動力は、ギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに出力されることになる。なお、駆動系として見たときの動力分配統合機構３０に接続される３軸は、キャリア３４に接続されたエンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６，サンギヤ３１に接続されモータＭＧ１の回転軸となるサンギヤ軸３１ａおよびリングギヤ３２に接続されると共に駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとなる。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、共に発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２の一方で発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、共にモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンによりモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

変速機６０は、モータＭＧ２の回転軸４８とリングギヤ軸３２ａとの接続および接続の解除を行なうと共に両軸の接続をモータＭＧ２の回転軸４８の回転数を２段に減速してリングギヤ軸３２ａに伝達するよう構成されている。変速機６０の構成の一例を図２に示す。この図２に示す変速機６０は、ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂと二つのブレーキＢ１，Ｂ２とにより構成されている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａは、外歯歯車のサンギヤ６１と、このサンギヤ６１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６２と、サンギヤ６１に噛合する複数の第１ピニオンギヤ６３ａと、この第１ピニオンギヤ６３ａに噛合すると共にリングギヤ６２に噛合する複数の第２ピニオンギヤ６３ｂと、複数の第１ピニオンギヤ６３ａおよび複数の第２ピニオンギヤ６３ｂを連結して自転かつ公転自在に保持するキャリア６４とを備えており、サンギヤ６１はブレーキＢ１のオンオフによりその回転を自由にまたは停止できるようになっている。シングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂは、外歯歯車のサンギヤ６５と、このサンギヤ６５と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６６と、サンギヤ６５に噛合すると共にリングギヤ６６に噛合する複数のピニオンギヤ６７と、複数のピニオンギヤ６７を自転かつ公転自在に保持するキャリア６８とを備えており、サンギヤ６５はモータＭＧ２の回転軸４８に、キャリア６８はリングギヤ軸３２ａにそれぞれ連結されていると共にリングギヤ６６はブレーキＢ２のオンオフによりその回転が自由にまたは停止できるようになっている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂとは、リングギヤ６２とリングギヤ６６、キャリア６４とキャリア６８とによりそれぞれ連結されている。変速機６０は、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオフとすることによりモータＭＧ２の回転軸４８をリングギヤ軸３２ａから切り離すことができ、ブレーキＢ１をオフとすると共にブレーキＢ２をオンとしてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的大きな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達し（以下、この状態をＬｏギヤの状態という）、ブレーキＢ１をオンとすると共にブレーキＢ２をオフ状態としてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的小さな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達する（以下、この状態をＨｉギヤの状態という）。なお、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオンとする状態は回転軸４８やリングギヤ軸３２ａの回転を禁止するものとなる。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた電流センサ５１ｂからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５０ｃからの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサ５１ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０から放電可能な電力量である残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量に対応したアクセル開度Ａｃｃを検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、変速機６０のブレーキＢ１，Ｂ２の図示しないアクチュエータへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に変速機６０の変速を伴って走行する際の動作について説明する。図３は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ），充放電要求電力Ｐｂ＊，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）は、電流センサ５１ｂからの充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて計算されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。充放電要求電力Ｐｂ＊は、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）などに基づいてバッテリ５０を充放電すべき電力として設定されるものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１ｃからのバッテリ５０の温度Ｔｂやバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪３９ａ，３９ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊と車両に要求される要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図４に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものと充放電要求電力Ｐｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を変速機６０のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めることができる。

続いて、設定した要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１２０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーＰｅ＊とに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図５に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。

次に、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１３０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図６に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に変速機６０のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（１）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転したときにエンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊が変速機６０を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。また、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。

Nm1*＝Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt (2)

次に、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（３）および式（４）により計算すると共に（ステップＳ１４０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（５）により計算し（ステップＳ１５０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限したものをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定する（ステップＳ１６０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式（５）は、前述した図６の共線図から容易に導き出すことができる。

Tmin＝(Win−Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr (5)

こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信する（ステップＳ１７０）。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

次に、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と閾値Ｓｒｅｆと比較し（ステップＳ１８０）、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以上のときには変速機６０をＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に変速すべき車速としてのＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉに通常時の車速Ｖ１を設定し（ステップＳ１９０）、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ未満のときにはＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉに車速Ｖ１より小さな車速Ｖ２を設定し（ステップＳ２００）、設定したＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉを用いて変速機６０の変速段の変速を判定する（ステップＳ２１０）。図７に変速機６０の変速を行なう際の変速マップの一例を示す。図７の例では、変速機６０がＬｏギヤの状態で車速ＶがＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉを越えて大きくなったときに変速機６０をＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に変速するＬｏ−Ｈｉ変速を行なうと判定し、変速機６０がＨｉギヤの状態で車速ＶがＨｉ−Ｌｏ変速線Ｖｌｏを越えて小さくなったときに変速機６０をＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態に変速するＨｉ−Ｌｏ変速を行なうと判定する。いま、Ｌｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉとしてバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）により車速Ｖ１か車速Ｖ２のいずれかが設定されているから、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以上のときにはＬｏ−Ｈｉ変速は車速Ｖが車速Ｖ１を越えておおきくなるときに行なわれことになり、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ未満のときにはＬｏ−Ｈｉ変速は車速Ｖが車速Ｖ２を越えて小さくなるときに行なわれることになる。このように、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ未満のときに車速Ｖが車速Ｖ２を越えて小さくなるときにＬｏ−Ｈｉ変速を行なうのは、変速機６０はＨｉギヤの状態の方がＬｏギヤの状態のときより伝達効率が高いため、バッテリ５０の充電を行なうときのエネルギ効率を高くするためである。従って、閾値Ｓｒｅｆは、バッテリ５０の充電を要するか否かを判定するための残容量（ＳＯＣ）として設定されるものであり、例えば４０％や４５％，５０％などを用いることができる。また、車速Ｖ２は、変速機６０をＨｉギヤの状態として走行する際の下限車速より大きな車速として設定することができる。また、車速Ｖ１は、頻繁な変速機６０の変速段の変速を回避するよう変速機６０をＬｏギヤの状態として走行する際の上限車速よりも若干小さな車速として設定することができる。

こうして変速機６０の変速を判定し、変速機６０の変速段の変速が判定されたときには変速処理を実行して（ステップＳ２２０，Ｓ２３０）、本ルーチンを終了し、変速機６０の変速が判定されないときには、変速機６０の変速段を変速することなく、本ルーチンを終了する。変速処理は、実施例では、図８に例示する変速処理ルーチンを実行することにより行なわれる。以下、簡単に変速処理について説明する。

この変速処理ルーチンでは、まず、変速機６０の変速段の変速がＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に変更するＬｏ−Ｈｉ変速かＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態に変更するＨｉ−Ｌｏ変速のいずれであるかを判定する（ステップＳ５００）。Ｌｏ−Ｈｉ変速のときには、Ｌｏ−Ｈｉ変速の前に前処理が必要なときにはＬｏ−Ｈｉ前処理を実行する（ステップＳ５１０，Ｓ５２０）。ここで、Ｌｏ−Ｈｉ前処理としては、モータＭＧ２から出力しているトルクが大きいためにＬｏ−Ｈｉ変速の際に変速ショックを生じたりＨｉ−Ｌｏ変速をスムーズに行なうことができないときにはモータＭＧ２から出力しているトルクをＬｏ−Ｈｉ変速をスムーズに行なうことができる程度のトルクまで減少させるトルクダウン処理などを挙げることができる。Ｌｏ−Ｈｉ前処理が必要ないときやＬｏ−Ｈｉ前処理を行なった後は、現在のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と変速機６０のギヤ比Ｇｌｏ，Ｇｈｉとにより次式（６）を用いて変速後のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２＊を計算する（ステップＳ５３０）。そして、変速機６０のブレーキＢ１をフリクション係合を伴ってオンとすると共にブレーキＢ２をオフとするために変速機６０の図示しない油圧駆動のアクチュエータに対する油圧シーケンスを開始する（ステップＳ５４０）。Ｌｏ−Ｈｉ変速およびＨｉ−Ｌｏ変速の際の変速機６０の共線図の一例を図９に示し、Ｌｏ−Ｈｉ変速の油圧シーケンスの一例を図１０に示す。図９中、Ｓ１軸はダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａのサンギヤ６１の回転数を示し、Ｒ１，Ｒ２軸はダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａおよびシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂのリングギヤ６２，６６の回転数を示し、Ｃ１，Ｃ２軸はリングギヤ軸３２ａの回転数であるダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａおよびシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂのキャリア６４，６８の回転数を示し、Ｓ２軸はモータＭＧ２の回転数であるシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂのサンギヤ６５の回転数を示す。図示するように、Ｌｏギヤの状態では、ブレーキＢ２がオンでブレーキＢ１がオフとされている。この状態からブレーキＢ２をオフすると、モータＭＧ２はリングギヤ軸３２ａから切り離された状態となり、電動機として機能するモータＭＧ２から正のトルクが出力されていることから、その回転数は増加しようとする。ここで、ブレーキＢ１をフリクション係合させると、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２は減少する。そして、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２がＨｉギヤの状態の回転数Ｎｍ２＊近傍になったときにブレーキＢ１をフリクション係合から完全にオンとすることにより、Ｈｉギヤの状態に切り替えることができる。また、図１０中、ブレーキＢ１の油圧指令がシーケンスの開始直後に大きいのは、ブレーキＢ１に係合力が作用するまでにシリンダにオイルを詰め込むためのファストフィルである。そして、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が変速後の回転数Ｎｍ２＊近傍に至るのを待って（ステップＳ５５０，Ｓ５６０）、ブレーキＢ１を完全にオンとして油圧シーケンスを終了すると共に（ステップＳ５７０）、駆動制御で用いる変速機６０のギヤ比ＧｒにＨｉギヤのギヤ比Ｇｈｉを設定し（ステップＳ５８０）、Ｌｏ−Ｈｉ前処理を行なったときにはその逆の戻し処理としてのＬｏ−Ｈｉ戻し処理を行なって（ステップＳ５９０，Ｓ６００）、変速処理を終了する。

Nm2*＝Nm2・Ghi/Glo (6)

ステップＳ５００でＨｉ−Ｌｏ変速であると判定されると、Ｈｉ−Ｌｏ変速の前に前処理が必要なときにはＨｉ−Ｌｏ前処理を実行する（ステップＳ６１０，Ｓ６２０）。ここで、Ｈｉ−Ｌｏ前処理としては、モータＭＧ２から出力している制動トルクやモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングすることにより車両に作用させている制動力をブレーキホイールシリンダ９６ａ〜９６ｄにより駆動輪３９ａ，３９ｂや従動輪に作用させるブレーキトルクに置き換えるトルク置き換え処理などを挙げることができる。Ｈｉ−Ｌｏ前処理が必要ないときやＨｉ−Ｌｏ前処理を行なった後は、現在のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と変速機６０のＬｏギヤの状態のときのギヤ比ＧｌｏとＨｉギヤの状態のときのギヤ比Ｇｈｉとを用いて変速して変速機６０をＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態としたときのモータＭＧ２の回転数としての目標回転数Ｎｍ２＊を次式（７）により計算し（ステップＳ６３０）、変速機６０のブレーキＢ１をオフとすると共にブレーキＢ２をオンとするために変速機６０の油圧駆動のアクチュエータに対する油圧シーケンスを開始する（ステップＳ６４０）。変速機６０をＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態に変速するときの油圧シーケンスの一例を図１１に示す。図中、ブレーキＢ２の油圧指令がシーケンスの開始直後に大きいのは、ブレーキＢ２に係合力が作用するまでにシリンダにオイルを詰め込むためのファストフィルである。そして、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が変速後の回転数（目標回転数）Ｎｍ２＊に同期するのを待って（ステップＳ６５０，Ｓ６６０）、ブレーキＢ２を完全にオンとして油圧シーケンスを終了すると共に（ステップＳ６７０）、変速機６０のギヤ比ＧｒにＬｏギヤの状態のギヤ比Ｇｌｏを設定し（ステップＳ６８０）、Ｈｉ−Ｌｏ前処理を行なったときにはその逆の戻し処理としてのＨｉ−Ｌｏ戻し処理を行なって（ステップＳ６９０，Ｓ７００）、変速処理を終了する。なお、Ｈｉ−Ｌｏ変速では、油圧シーケンスを開始した後は、モータＭＧ２についてはその回転数Ｎｍ２が変速後の回転数（目標回転数）Ｎｍ２＊になるよう回転数制御を行なうが、この処理については図示及び説明については省略した。

Nm2*=Nm2・Glo/Ghi (7)

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ未満のときには、車速Ｖ２をＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉを設定して変速機６０の変速段を変速することにより、バッテリ５０を充電する際の変速機６０の伝達効率を向上させて、車両の燃費を向上させることができる。即ち、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に応じて変速機６０の変速段を変速することにより、車両の燃費を向上させることができるのである。しかも、車速Ｖ２として変速機６０をＨｉギヤの状態として走行する際の下限車速より大きな車速を用いるから、車両の動力特性を保持することができる。また、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以上のときには、車速Ｖ１をＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉを設定して変速機６０の変速段を変速するから、変速機６０の変速段の変速が頻繁に行なわれるのを回避することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以上のときに車速Ｖ１をＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉに設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ未満のときに車速Ｖ１より小さな車速Ｖ２をＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉに設定して変速機６０の変速段の変速を判定するものとしたが、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が小さいほど小さな車速をＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉに設定して変速機６０の変速段の変速を判定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以上のときに車速Ｖ１をＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉに設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ未満のときに車速Ｖ１より小さな車速Ｖ２をＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉに設定して変速機６０の変速段の変速を判定するものとしたが、図１２に例示するように、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ以上のときには高車速側の変速線（図中、曲線Ａ）をＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉとして設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値Ｓｒｅｆ未満のときには低車速側の変速線（図中、曲線Ｂ）をＬｏ−Ｈｉ変速線Ｖｈｉとして設定して変速機６０の変速段の変速を判定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を変速機６０により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１３の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力を変速機６０により変速してリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１３における車輪３９ｃ，３９ｄに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１４の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪３９ａ，３９ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

実施例では、エンジン２２や動力分配統合機構３０，モータＭＧ１，ＭＧ２，バッテリ５０，ハイブリッド用電子制御ユニット７０などを備えるハイブリッド自動車２０の形態として説明したが、こうしたハイブリッド自動車２０の制御方法の形態としてもよい。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例としての駆動装置や動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 変速機６０の構成の一例を示す説明図である。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子の一例を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。 変速マップの一例を示す説明図である。 変速処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 Ｌｏ−Ｈｉ変速およびＨｉ−Ｌｏ変速の際の変速機６０の共線図の一例を示す説明図である。 Ｌｏ−Ｈｉ変速の際の変速機６０のブレーキＢ１，Ｂ２を駆動制御する油圧回路における油圧シーケンスの一例を示す説明図である。 Ｈｉ−Ｌｏ変速の際の変速機６０のブレーキＢ１，Ｂ２を駆動制御する油圧回路における油圧シーケンスの一例を示す説明図である。 変形例の変速マップの一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３１ａ サンギヤ軸、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、３９ｃ，３９ｄ 車輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、 ４８ 回転軸、５０ バッテリ、５１ａ 電圧センサ、５１ｂ 電流センサ、５１ｃ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ 変速機、６０ａ ダブルピニオンの遊星歯車機構、６０ｂ シングルピニオンの遊星歯車機構、６１，６５ サンギヤ、６２，６６ リングギヤ、６３ａ 第１ピニオンギヤ、６３ｂ 第２ピニオンギヤ、６４，６８ キャリア、６７ ピニオンギヤ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｂ１，Ｂ２ ブレーキ。

Claims (4)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関の出力軸と第１の車軸とに連結され、電力と動力の入出力を伴って前記出力軸側および前記第１の車軸側に動力を入出力する電力動力入出力手段と、
   動力を入出力可能な電動機と、
   前記第１車軸または該第１車軸とは異なる車軸のいずれかである第２車軸と前記電動機の回転軸とに接続される２段変速の変速手段と、
   前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
   前記蓄電手段に放電可能に蓄えられている蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、
   前記検出された蓄電量が所定蓄電量以上のときには車速に対して減速側の変速段から増速側の変速段に切り替える低増変速関係として第１の関係を用いると共に車速に対して増速側の変速段から減速側の変速段に切り替える増低変速関係として所定の関係を用いて車速と前記変速手段の変速段の変速との関係である車速変速関係を設定し、前記検出された蓄電量が前記所定蓄電量未満のときには前記低増変速関係として前記変速手段の増速側の変速段で走行可能な下限車速より大きく且つ前記第１の関係より低車速側で減速側の変速段から増速側の変速段に切り替える第２の関係を用いると共に前記増低変速関係として前記所定の関係を用いて前記車速変速関係を設定する車速変速関係設定手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記検出された車速と前記設定された車速変速関係とに基づいて前記変速手段の変速段が変速されるよう該変速手段を制御する変速制御手段と、
   走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
   前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
   を備える車両。
2. 請求項１記載の車両であって、
   前記車速変速関係設定手段は、前記第２の関係として前記検出された蓄電量が小さいほど低車速で増速側の変速段となる関係を用いて前記車速変速関係を設定する手段である
   車両。
3. 前記電力動力入出力手段は、前記第１車軸と前記内燃機関の出力軸と回転可能な第３軸の３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段である請求項１または２記載の車両。
4. 内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と第１の車軸とに連結され電力と動力の入出力を伴って前記出力軸側および前記第１の車軸側に動力を入出力する電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、前記第１車軸または該第１車軸とは異なる車軸のいずれかである第２車軸と前記電動機の回転軸とに接続される２段変速の変速手段と、前記電力動力
   入出力手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備える車両の制御方法であって、
   前記蓄電手段に放電可能に蓄えられている蓄電量が所定蓄電量以上のときには車速に対して減速側の変速段から増速側の変速段に切り替える低増変速関係として第１の関係を用いると共に車速に対して増速側の変速段から減速側の変速段に切り替える増低変速関係として所定の関係を用いて車速と前記変速手段の変速段の変速との関係である車速変速関係を設定し、前記蓄電手段の蓄電量が前記所定蓄電量未満のときには前記低増変速関係として前記変速手段の増速側の変速段で走行可能な下限車速より大きく且つ前記第１の関係より低車速側で減速側の変速段から増速側の変速段に切り替える第２の関係を用いると共に前記増低変速関係として前記所定の関係を用いて前記車速変速関係を設定し、
   車速と前記設定した車速変速関係とに基づいて前記変速手段の変速段が変速されると共に走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行するよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機と前記変速機とを制御する
   車両の制御方法。
   

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