JP4325608B2 - 駆動装置の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動機の回転数に応じて内燃機関などの原動機の回転数を制御する動力分配機構と変速機とを備えた駆動装置に関し、特にその変速制御を行う制御装置に関するものである。

この種の駆動装置が特許文献１および特許文献２に記載されている。特許文献１に記載されたハイブリッド駆動装置は、エンジンが出力した動力を、発電機能のある第１電動機と出力側の部分とに分配する遊星歯車機構を主体とする動力分配機構を備え、さらにその出力側の部材に有段式の自動変速機などの変速機が連結され、また第１電動機によって発電された電力が供給されてモータとして機能することにより出力トルクにトルクを付加する第２電動機が設けられている。

また、特許文献２に記載されたハイブリッド駆動装置は、エンジンが出力した動力をそのまま出力する直結段と、減速して出力する低速段とに切り換えられる遊星歯車機構を備え、その遊星歯車機構から出力された動力を第１電動機と出力側の部材とに分配する遊星歯車機構を主体とする動力分配機構を更に備え、その第１電動機で発電した電力が供給されてモータとして機能することにより、出力トルクにトルクを付加する第２電動機が設けられている。そして、この特許文献２の発明では、電力変換を伴わない動力の伝達、すなわち直達トルクを多くするように制御される。
特開２００３−１３０２０２号公報 特開２０００−３４６１８７号公報

上記の特許文献１に記載されたハイブリッド駆動装置では、車速に応じて変速機の変速比が変化させられ、また特許文献２に記載されたハイブリッド駆動装置では、エンジンの出力側に配置されている遊星歯車機構が、車速に応じて直結段と低速段とに切り替えられるので、動力変換を伴う動力伝達すなわち電気パスによる動力伝達が抑制され、その結果、全体としての動力伝達効率の向上が図られる。しかしながら、車両の走行状態は多様であって、電気パスによる動力伝達がほぼゼロとなる走行状態以外に、エンジンが出力した動力の一部を、動力分配機構および変速機を介して出力軸に伝達する一方、エンジンが出力した動力の他の部分を電力に変換した後、モータで機械的な動力に再度変換して出力軸に伝達することにより走行する場合がある。

その場合、電力変換による損失があるので、全体としての動力伝達効率が低下し、特に前記変速機や遊星歯車機構で設定される変速段の中間の変速比で走行する場合に動力伝達効率が低下する。そして、エンジンが出力した動力を電力に変換し、再度機械的な動力に変換すれば、発電機として機能する電動機およびモータとして機能する電動機で不可避的に発熱が生じ、その結果、電動機の熱定格上の制限を受けて所期通りの制御を行えなくなったり、耐久性が低下したりする可能性があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、変速制御に伴う電動機の温度上昇を抑制することのできる駆動装置の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、原動機が出力した動力を電動機と出力部材とに分配する動力分配機構と、前記出力部材から動力が伝達され変速比がステップ的に異なる複数の変速段を設定する変速機とを備え、前記電動機の回転数を制御して前記原動機の回転数をほぼ一定に維持する無段的変速と前記電動機の回転数の変化量を前記無段的変速の場合よりも少なくして前記原動機の回転数を変化させる前記変速機による多段的変速とが可能な駆動装置の制御装置において、前記電動機の温度を検出もしくは予測する温度判定手段と、その温度判定手段で検出もしくは予測された温度が判断基準値より高い場合に多段的変速を選択する変速態様選択手段とを備えていることを特徴とするものである。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記多段的変速の後の前記原動機の動作点を、その出力における最適燃費点より低回転数高トルク側の運転点とし、かつ車速の上昇に伴い原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を上昇させる原動機制御手段を更に備えていることを特徴とする駆動装置の制御装置である。
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記多段的変速の後の前記原動機の動作点を、その出力における最適燃費点より高回転数低トルク側の運転点とし、かつ車速の低下に伴い原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を低下させる他の原動機制御手段を更に備えていることを特徴とする駆動装置の制御装置である。
また、請求項４の発明は、原動機が出力した動力を電動機と出力部材とに分配する動力分配機構と、前記出力部材から動力が伝達される変速機とを備え、前記原動機の回転数をほぼ一定に維持する無段的変速と前記原動機の回転数を変化させる多段的変速とが可能な駆動装置の制御装置において、前記電動機の温度を検出もしくは予測する温度判定手段と、その温度判定手段で検出もしくは予測された温度に基づいて、実行するべき変速の態様として前記無段的変速と多段的変速とのいずれかを選択する変速態様選択手段と、前記多段的変速の後の前記原動機の動作点を、その出力における最適燃費点より低回転数高トルク側の運転点とし、かつ車速の上昇に伴い原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を上昇させる原動機制御手段とを更に備え、前記原動機制御手段は、原動機の動作点を最適燃費点に変化させた場合の前記電動機による動力損失が小さい場合には、前記電動機によって原動機の回転数を連続的に変化させる無段的変速を実行する手段を含むことを特徴とするものである。
さらに、請求項５の発明は、原動機が出力した動力を電動機と出力部材とに分配する動力分配機構と、前記出力部材から動力が伝達される変速機とを備え、前記原動機の回転数をほぼ一定に維持する無段的変速と前記原動機の回転数を変化させる多段的変速とが可能な駆動装置の制御装置において、前記電動機の温度を検出もしくは予測する温度判定手段と、その温度判定手段で検出もしくは予測された温度に基づいて、実行するべき変速の態様として前記無段的変速と多段的変速とのいずれかを選択する変速態様選択手段と、前記多段的変速の後の前記原動機の動作点を、その出力における最適燃費点より高回転数低トルク側の運転点とし、かつ車速の低下に伴い原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を低下させる原動機制御手段とを更に備え、前記原動機制御手段は、原動機の動作点を最適燃費点に変化させた場合の前記電動機による動力損失が小さい場合には、前記電動機によって原動機の回転数を連続的に変化させる無段的変速を実行する手段を含むことを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項４または５の発明において、前記変速態様選択手段は、前記温度判定手段で検出もしくは予測された温度が判断基準値より高い場合に多段的変速を選択する手段を含むことを特徴とする駆動装置の制御装置である。

請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの発明において、前記変速態様選択手段は、前記変速機による変速段を切り替えることによる切替前後での前記原動機の回転数の比が、前記温度判定手段で検出もしくは予測された温度が高いほど大きくなるように多段的変速を選択する手段を含むことを特徴とする駆動装置の制御装置である。

請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの発明において、前記多段的変速は、前記電動機によって前記原動機の回転数を所定回転数に維持している状態で車速が上昇することによって原動機の回転数と出力軸回転数との比が所定値に達した後、該比を一定値に維持するように原動機の回転数を上昇させ、かつ前記原動機の回転数が所定値に上昇した時点に前記変速機の変速比をステップ的に変化させる変速であることを特徴とする駆動装置の制御装置である。

請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれかの発明において、前記多段的変速は、前記電動機によって前記原動機の回転数を所定回転数に維持している状態で車速が低下することによって原動機の回転数と出力軸回転数との比が所定値に達した後、該比を一定値に維持するように原動機の回転数を低下させ、かつ前記原動機の回転数が所定値に低下した時点に前記変速機の変速比をステップ的に変化させる変速であることを特徴とする駆動装置の制御装置である。

請求項１０の発明は、請求項１ないし９のいずれかの発明において、前記多段的変速は、アップシフト前における前記電動機による動力損失とダウンシフト前における前記電動機による動力損失とが等しくなるように設けられた変速点で実行される変速であることを特徴とする駆動装置の制御装置である。

請求項１１の発明は、請求項１ないし１０のいずれかの発明において、前記原動機は、燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関を含むことを特徴とする駆動装置の制御装置である。

請求項１２の発明は、請求項１ないし１１のいずれかの発明において、前記電動機は、発電機能のある電動機を含むことを特徴とする駆動装置の制御装置である。

請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、前記駆動装置は、前記電動機で発電された電力が供給されて動作することにより、出力トルクにトルクを付加する他の電動機を備えたハイブリッド駆動装置を含むことを特徴とする駆動装置の制御装置である。

請求項１の発明によれば、電動機の検出された温度もしくは予測された温度に応じて無段的変速と多段的変速とのいずれかの変速態様が選択され、前記温度が判断基準値より高い場合には、多段的変速が選択される。そのため、電動機を使用する動力の伝達状態、すなわちいわゆる電気パスによる動力の伝達量が抑制され、電動機の温度上昇を防止もしくは抑制することができる。
請求項２の発明によれば、車速の上昇に伴う変速の際に、原動機の回転数を最適燃費点に維持せずに、一時的に低回転数高トルク側に変化させ、車速の上昇に伴って原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を上昇させるので、電動機の回転数を低下させ、それに伴って電動機の出力や損失を低減することができる。
請求項３の発明によれば、車速の低下に伴う変速の際に、原動機の回転数を最適燃費点に維持せずに、一時的に高回転数低トルク側に変化させ、車速の低下に伴って原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を低下させるので、電動機の回転数を低下させ、それに伴って電動機の出力や損失を低減することができる。
また、請求項４の発明によれば、電動機の検出された温度もしくは予測された温度に応じて無段的変速と多段的変速とのいずれかの変速態様が選択されるとともに、車速の上昇に伴う変速の際に、原動機の回転数を最適燃費点に維持せずに、一時的に低回転数高トルク側に変化させ、車速の上昇に伴って原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を上昇させ、さらに原動機の動作点が最適燃費点になった場合、電動機による損失が少ない場合には、電動機によって原動機の回転数を連続的に変化させる無段的変速が実行されるので、燃費を向上させることができるとともに、電動機による動力損失を低減することができる。
さらに、請求項５の発明によれば、電動機の検出された温度もしくは予測された温度に応じて無段的変速と多段的変速とのいずれかの変速態様が選択されるとともに、車速の低下に伴う変速の際に、原動機の回転数を最適燃費点に維持せずに、一時的に高回転数低トルク側に変化させ、車速の低下に伴って原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を低下させ、さらに原動機の動作点が最適燃費点になった場合、電動機による損失が少ない場合には、電動機によって原動機の回転数を連続的に変化させる無段的変速が実行されるので、燃費を向上させることができるとともに、電動機による動力損失を低減することができる。

請求項６の発明によれば、前記温度が判断基準値より高い場合には、多段的変速が選択される。そのため、電動機を使用する動力の伝達状態、すなわちいわゆる電気パスによる動力の伝達量が抑制され、電動機の温度上昇を防止もしくは抑制することができる。

請求項７の発明によれば、前記温度が高い場合には、低い場合に比べて、変速前後での原動機の回転数の比が大きくなるように多段的変速が実行される。そのため、変速の過渡状態での電気パスによる動力の伝達が相対的に少なくなり、その結果、電動機の温度上昇を防止もしくは抑制することができる。

請求項８の発明によれば、車速の上昇に伴う変速（例えばアップシフト）の際に、電動機で維持していた原動機の回転数に対して出力軸回転数が増大することによりこれらの回転数の比が変化し、その比が所定値に達した時点にその値を維持するように原動機の回転数が変化させられ、その後、原動機の回転数が所定値に達したことにより変速機での変速比がステップ的に変化させられて多段的変速が実行される。その結果、電動機を動作させる割合が相対的に低下して効率の良い運転を行うことができる。

請求項９の発明によれば、車速の低下に伴う変速（例えばダウンシフト）の際に、電動機で維持していた原動機の回転数に対して出力軸回転数が低下することによりこれらの回転数の比が変化し、その比が所定値に達した時点にその値を維持するように原動機の回転数が変化させられ、その後、原動機の回転数が所定値に達したことにより変速機での変速比がステップ的に変化させられて多段的変速が実行される。その結果、電動機を動作させる割合が相対的に低下して効率の良い運転を行うことができる。

請求項１０の発明によれば、多段的変速によるダウンシフトおよびアップシフトの場合、それらの変速を実行する変速点で電動機による損失が等しくなるように変速点が設定されるので、アップシフトおよびダウンシフトのいずれの場合であっても電動機による損失を小さくできる。

請求項１１の発明によれば、上述した各請求項の発明による効果と同様の効果が得られることに加えて、内燃機関を動力源とした駆動装置の燃費を向上させることができる。

請求項１２の発明によれば、上述した各請求項の発明による効果と同様の効果が得られることに加えて、原動機が出力した動力を有効利用してエネルギ効率を向上させることができる。

請求項１３の発明によれば、上述した各請求項の発明による効果と同様の効果が得られることに加えて、原動機が出力した動力を電力に変化して出力側に伝達できるので、駆動装置の動力性能を向上させることができる。

つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。先ず、この発明の制御装置で対象とすることのできるハイブリッド車用駆動装置の一例を説明する。図９に示す例は、Ｆ・Ｒ（フロントエンジン・リヤドライブ；エンジン前置き後輪駆動）形式のハイブリッド車（以下、「車両」と略記する）Ｖｅに搭載した例である。図９に示された駆動装置は、２種類の動力源を有している。２種類の動力源は、動力の発生原理が異なり、この実施例では、エンジン１およびモータ・ジェネレータ（ＭＧ２）２が動力源として搭載されているとともに、エンジン１およびモータ・ジェネレータ２から出力された動力が、共に同じ車輪（後輪）３に伝達されるように、パワートレーンおよび動力伝達経路が構成されている。車両Ｖｅの原動機であるエンジン１は、燃料を燃焼させて、その熱エネルギを運動エネルギに変換する動力装置である。このエンジン１としては、内燃機関または外燃機関を用いることが可能であるが、この実施例では、エンジン１として内燃機関、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどを用いる場合について説明する。このエンジン１は、電子スロットルバルブ（図示せず）、燃料噴射装置（図示せず）、点火時期制御装置（図示せず）などの出力制御装置を有しており、少なくとも１つの装置を制御することにより、エンジン出力を制御することが可能である。

一方、他の動力源であるモータ・ジェネレータ２はケーシング４の内部に収納されており、モータ・ジェネレータ２は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備している。このモータ・ジェネレータ２は、ロータ５およびステータ６を有しており、ステータ６はケーシング４に固定されている。また、エンジン１およびモータ・ジェネレータ２から車輪３に至る動力伝達経路には変速機（ＡＴ部）７が設けられているとともに、エンジン１から変速機７に至る動力伝達経路には、動力分配装置８が設けられている。図９に示された動力分配装置８は、シングルピニオン形式の遊星歯車機構を主体として構成されている。すなわち、動力分配装置８は、エンジン１の出力軸９と同軸上に配置されたサンギヤ１０と、サンギヤ１０と同軸上に配置されたリングギヤ１１と、サンギヤ１０およびリングギヤ１１に噛合する複数のピニオンギヤ１２を、自転かつ公転自在に保持したキャリヤ１３とを有している。

これらのサンギヤ１０およびリングギヤ１１およびキャリヤ１３は、相互に差動回転可能に構成されている。そして、キャリヤ１３と出力軸９とが動力伝達可能に連結され、具体的には一体回転するように連結されている。また、出力軸９の軸線方向において、エンジン１と動力分配装置８との間には、発電機能のある電動機としてモータ・ジェネレータ（ＭＧ１）１４が配置されている。モータ・ジェネレータ１４は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備している。このモータ・ジェネレータ１４は、ロータ１５およびステータ１６を有しており、ステータ１６はケーシング４に固定されている。そして、ロータ１５とサンギヤ１０とが動力伝達可能に連結され、具体的には一体回転するように連結されている。

一方、前記変速機７は、入力回転数を出力回転数で除した値である変速比を変更（制御）可能に構成されている。この実施例では、変速機７として有段変速機を用いた場合、より具体的には、遊星歯車機構を有する有段変速機を用いた場合について説明する。変速機７は、遊星歯車機構を構成する回転要素同士の動力伝達経路を切り替えたり、回転要素の回転・停止を制御するために、摩擦係合装置、具体的にはクラッチおよびブレーキを有している。ここで、摩擦係合装置としては、油圧制御式または電磁制御式のいずれを用いてもよいが、この実施例では、油圧制御式の摩擦係合装置を用いる場合について説明する。そして、これらの摩擦係合装置の係合・解放を制御することにより、例えば、ドライブポジションでは第１速ないし第６速を選択し、リバースポジションでは固定された変速比を選択可能に構成されている。そして、ドライブポジションが選択された場合は、第１速ないし第６速の変速段を、選択的に、かつ段階的に変更可能である。また、変速段を示す数字が大きくなるほど、変速機７の変速比が小さくなるように構成されている。

そして、変速機７の入力側には回転部材２９が連結され、変速機７の出力側には出力回転部材（出力軸）３０が連結されている。さらに、入力回転部材２９と、動力分配装置８のリングギヤ１１とが一体回転するように連結され、モータ・ジェネレータ２のロータ５が入力回転部材２９に連結されている。前記出力回転部材３０は、いわゆるプロペラシャフトであり、この出力回転部材３０がデファレンシャル３１のドライブピニオンシャフト（図示せず）に連結されている。また、デファレンシャル３１のサイドギヤ（図示せず）にはドライブシャフト３２が連結されており、ドライブシャフト３２に車輪３が連結されている。

さらに、モータ・ジェネレータ２との間で電力の授受をおこなうことの可能な蓄電装置３３が設けられているとともに、モータ・ジェネレータ２と蓄電装置３３との間の回路にはインバータ３４が設けられている。また、モータ・ジェネレータ１４との間で電力の授受をおこなうことの可能な蓄電装置３５が設けられているとともに、モータ・ジェネレータ１４と蓄電装置３５との間の回路にはインバータ３６が設けられている。これらの蓄電装置３３，３５としては、二次電池、具体的にはバッテリ、キャパシタなどを用いることが可能である。また、インバータ３４とインバータ３６とを接続する電気回路３９が設けられており、蓄電装置３３と蓄電装置３５との間で電力の授受をおこなうことが可能に構成されているとともに、モータ・ジェネレータ２とモータ・ジェネレータ１４との間で、蓄電装置３３，３５を経由することなく、電力の授受をおこなうことが可能に構成されている。

一方、変速機７の制御、例えば、ドライブポジション、リバースポジション、ニュートラルポジション、マニュアルポジションなどのシフトポジションを切り換える制御、ドライブポジションが選択された場合における変速段の自動変速制御などを実行するために、油圧制御装置３７が設けられている。この油圧制御装置３７は、油圧回路、マニュアルバルブ、ソレノイドバルブ、圧力制御弁などにより構成された公知の構成を有しており、油圧制御装置３７により、各シフトポジションの切り換え、前述した摩擦係合装置の係合・解放が制御されるように構成されている。

つぎに、制御系統について説明する。まず、電子制御装置３８が設けられており、電子制御装置３８には、シフトポジションセンサの信号、車速センサの信号、加速要求検知センサの信号、制動要求検知センサの信号、エンジン回転数センサの信号、蓄電装置３３，３５の充電量を検知するセンサの信号、モータ・ジェネレータ２，１４の回転数を検知するセンサの信号、モータ・ジェネレータ２，１４の温度を検知するセンサの信号、入力回転部材２９および出力回転部材３０の回転数を検知するセンサの信号、車両Ｖｅが走行する道路の勾配を検知するセンサの信号、車両Ｖｅの加速度を検知するセンサの信号などが入力される。これに対して、電子制御装置３８からは、エンジン１を制御する信号、モータ・ジェネレータ２，１４（インバータ３４，３６）を制御する信号、油圧制御装置３７を制御する信号などが出力される。

図９に示す車両Ｖｅにおいて、エンジン１が運転されて、エンジントルクが動力分配装置８のキャリヤ１３に伝達されると、モータ・ジェネレータ１４により反力トルクが受け持たれて、エンジントルクがリングギヤ１１に伝達される。そのリングギヤ１１に伝達されたトルクが、入力回転部材２９および変速機７および出力回転部材３０およびデファレンシャル３１を経由して車輪３に伝達されて、駆動力が発生する。前記動力分配装置８においては、サンギヤ１０とキャリヤ１３とリングギヤ１１との差動作用により、入力要素であるキャリヤ１３と、出力要素であるリングギヤ１１との変速比を制御することが可能である。具体的には、反力トルクを受け持つモータ・ジェネレータ１４の出力を制御することにより、エンジン回転数を無段階に（連続的に）制御することが可能である。つまり、動力分配装置８は無段変速機（電気ＣＶＴ部）としての機能を有している。

このように、モータ・ジェネレータ１４で反力トルクを受け持つ場合、各種の条件に基づいて、モータ・ジェネレータ１４の回転方向が、正回転、停止、逆回転などに選択的に切り換えられる。例えば、モータ・ジェネレータ１４が正回転して反力トルクを受け持つ場合、モータ・ジェネレータ１４は回生制御され、モータ・ジェネレータ１４で発生した電力を、蓄電装置３５に充電したり、インバータ３６，３４を経由させてモータ・ジェネレータ２に供給し、モータ・ジェネレータ２を力行制御することが可能である。すなわち、モータ・ジェネレータ２が電動機として駆動され、そのトルクが入力回転部材２９、変速機７、デファレンシャル３１を経由して車輪３に伝達される。これに対して、モータ・ジェネレータ１４が逆回転して反力トルクを受け持つ場合、モータ・ジェネレータ１４は力行制御される。モータ・ジェネレータ１４に供給する電力は、蓄電装置３５またはモータ・ジェネレータ２から供給することが可能である。すなわち、モータ・ジェネレータ２を回生制御させて、その電力を、インバータ３４，３６を経由させてモータ・ジェネレータ１４に供給することも可能である。

ここで、動力分配装置８の変速比を制御する概念について説明すると、エンジン１の燃費を向上させることを目的として、エンジン１の運転状態と、動力分配装置８の変速比とを協調制御するものである。例えば、加速要求（アクセル開度）および車速に基づいて、車両Ｖｅにおける要求駆動力が求められる。これは、例えば予め用意したマップから求められる。その要求駆動力と車速とからエンジン１の要求出力が算出され、その要求出力を最小の燃費で出力する目標エンジン回転数が、マップを使用して求められる。そして、実エンジン回転数を燃費の良好な目標エンジン回転数に近づけるように、モータ・ジェネレータ１４の出力（トルク×回転数）が制御される。この制御と並行して、実エンジン出力を目標エンジン出力に近づけるように、エンジン１の電子スロットルバルブの開度などが制御される。このように、動力分配装置８の変速比を制御することにより、エンジン１の運転状態を最適燃費線に沿って制御することが可能である。

また、前述したように、モータ・ジェネレータ２を電動機として駆動させ、モータ・ジェネレータ２のトルクを、変速機７を経由させて車輪３に伝達する制御を実行可能である。つまり、車輪３にトルクを伝達して駆動力を発生させる場合、エンジン１またはモータ・ジェネレータ２の少なくとも一方のトルクを車輪３に伝達可能であり、いずれの動力源のトルクまたは両方の動力源のトルクを伝達するかが、電子制御装置３８に入力される信号およびデータに基づいて判断される。

これに対して、車両Ｖｅが惰力走行する場合は、車両Ｖｅの運動エネルギが変速機７および動力分配装置８を経由してエンジン１に伝達され、エンジンブレーキ力が発生する。また、車両Ｖｅの惰力走行時に入力回転部材２９に伝達された運動エネルギの一部をモータ・ジェネレータ２に伝達し、このモータ・ジェネレータ２で回生制動力を発生させ、発生した電力を蓄電装置３３に充電することも可能である。このエンジンブレーキ（動力源ブレーキ状態）は、前述したマニュアルモードで変速比（総合変速比）を増大させて設定することも可能である。

上述したように変速機７での各変速段は、車両Ｖｅの車速や要求出力（アクセル開度）などで決まる走行状態に基づいて設定され、それらの各変速段で走行している際に、無段変速部に相当する動力分配装置８では、エンジン１の回転数が最適燃費回転数となる制御が実行される。これは具体的に第一のモータ・ジェネレータ１４を発電機として機能させ、あるいはモータとして機能させてその回転数を制御することにより行われる。したがって、車速の変化などに基づいて変速機７の入力側の回転部材２９の回転数が連続的に変化すると、エンジン回転数を一定に維持するように第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数が制御されるから、その回転数や負荷が大きい場合には、次第に温度が高くなる。この発明の制御装置はこのような事態を防止もしくは抑制するために、以下の制御を実行するように構成されている。

図１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、エンジン１の出力が一定の等パワー走行している際に車速が上昇してアップシフトを行う場合の制御例である。先ず、必要なデータの読み込みなどの入力信号の処理が行われる（ステップＳ１）。ついで、モータ・ジェネレータ１４，２などの電動機（ＭＧ）の温度が検出され、また予測される（ステップＳ２）。例えば現在の電動機温度が求められ、その温度と電動機の出力とその時点のエンジン出力で達する将来の予測車速とから、電動機の到達温度が予測される。そして、現在の温度もしくは予測された温度が、判断基準として予め定めた所定値より高いか否かが判断される（ステップＳ３）。なお、この所定値は、電動機ごとに設計上、定められている熱定格温度でもよいが、耐久性や効率を考慮して定めた温度であってもよい。

このステップＳ３で否定的に判断された場合には、無段的変速が実行される（ステップＳ４）。ここで、無段的変速とは、エンジン回転数と出力軸回転数（前記出力回転部材３０の回転数）との比（総合変速比）を変化させる変速の前後のエンジン回転数をほぼ一定に維持する変速の態様であり、通常の変速制御の態様である。したがって動力分配装置８においては、第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数を連続的に変化させることになる。その結果、動力分配装置８の出力要素であるリングギヤ１１の回転数が変化するのに対して入力要素であるキャリヤ１３に連結されているエンジン１の回転数が変化しないので、動力分配装置８の変速比が連続的に（すなわち無段階に）変化する。

これを図によって説明すると、図２は、前記動力分配装置８についての共線図と変速機７についての共線図とを示している。なお、ここに示す例では、変速機７が四つの回転要素を備えた遊星歯車機構もしくは複合遊星歯車機構によって構成され、かつブレーキＢ１を係合させることにより第１速が設定され、ブレーキＢ２を係合させることにより第２速が設定される。また、図２には、動力分配装置８を電気ＣＶＴ部と記し、変速機７をＡＴ部と記してある。

ブレーキＢ１を係合させることにより変速機７で第１速を設定している場合には、変速機７の入力回転数が大きくなっており、これに対してブレーキＢ２を係合させて第２速が設定されると、変速機７の入力側の部材の回転数が低下する。動力分配装置８では、エンジン回転数を変えることなく、出力回転数を変速機７の入力側の部材の回転数に合わせて変化させるために、第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数が負の回転数から正の回転数に変化させられる。すなわち、第一のモータ・ジェネレータ１４をモータとして機能させて逆回転させている状態でその回転数を次第に低下させ、さらに正回転させて発電機として機能させる。なお、この場合、発電に伴う発熱があるが、第一のモータ・ジェネレータ１４の温度が相対的に低いので、特に支障が生じることはない。

一方、電動機の温度が所定値より高いことによりステップＳ３で肯定的に判断された場合には、変速制御の態様が通常の無段的変速から多段的変速に変更される（ステップＳ５）。ここで多段的変速とは、変速の前後でエンジン回転数が変化する変速であって、前記変速機７での変速に伴う前記回転部材２９およびこれに連結されているリングギヤ１１の回転数の変化に対してサンギヤ１０およびこれと一体の第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数の変化量を少なくし、もしくは回転数を変化させないことにより、エンジン回転数を変化させる制御である。また、このような変速の態様の変更は、具体的には、変速制御プログラムの変更や変速線図を変更して実行される。

多段的変速を図によって説明すると、図３のとおりである。図３は上述した図２と同様の共線図であって、変速機７においてブレーキＢ１を係合させて第１速を設定している状態から、ブレーキＢ２を係合させて第２速にアップシフトする例を示している。前述したように、変速機７でのこのような変速によってその入力側の部材の回転数が低下する。これに合わせて動力分配装置８の出力部材であるリングギヤ１１の回転数を低下させる場合、第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数を大きく変化させずに、そのトルクを大きくすることによりエンジン１の回転数を低下させる。言い換えれば、出力要素の回転数の変化に合わせた第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数の変化量を、エンジン１の回転数を変化させることにより小さくする。

さらに、電動機の検出された温度もしくは予測された温度に基づいて、変速ステップ（変速比をステップ的に変化させる際の変化幅）が設定される（ステップＳ６）。例えば、電動機についての前記温度が高いほど、変速ステップが大きく設定される。すなわち、第一のモータ・ジェネレータ１４を停止させて設定される変速比では、電気パスによる動力の伝達が生じないので、動力伝達効率が最も高くなり、この状態は変速機７での各変速段ごとに生じる。これに対して動力伝達効率が最も良い変速比の間の変速比は、第一のモータ・ジェネレータ１４を動作させて設定するから、電気パスに伴う損失が生じ、動力伝達効率が低下し、また第一のモータ・ジェネレータ１４などの電動機が発熱する。このような状態は、変速機７で変速が生じる状態で最も顕著になる。そこで、電動機の温度が高い場合には、動力の伝達効率が大きく悪化して発熱量が増大する前に変速機７での変速を生じさせるべく、変速ステップを大きくしたのである。

図１に示す例は、アップシフトの例であり、したがって上記のステップＳ６に続けて、変速比が予め定めた第一所定値α以下になったか否かが判断される（ステップＳ７）。この変速比は、前述した総合変速比であって、エンジン回転数と出力軸回転数との比である。また、第一所定値αは、変速機７の各変速段ごとに定めた判断基準値であって、動力伝達効率が最高の変速比から第一のモータ・ジェネレータ１４を動作させて無段的変速により変速比を変化させ、それに伴って動力伝達効率が許容できる範囲の限界になる変速比である。したがって、このステップＳ７で否定的に判断された場合には、動力伝達効率が許容範囲を超えるほどにまで変速比が変化していないことになるので、前述したステップＳ４に進んで、無段的変速が継続される。

これとは反対にステップＳ７で肯定的に判断された場合には、変速比がほぼ一定となるように車速の上昇に応じてエンジン回転数が上昇させられる（ステップＳ８）。すなわち、それまでの無段的変速は、エンジン回転数が変化しないように第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数を変化させる制御であるから、車速の上昇に応じて出力軸回転数が増大しているのに対してエンジン回転数が変化しないことにより連続的な変速が生じているが、ステップＳ８では、これとは反対にエンジン回転数が車速に応じて上昇するように第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数が制御され、それに伴って変速比がほぼ一定に維持される。なお、その場合の第一のモータ・ジェネレータ１４の制御量は、無段的変速の場合より少なくなる。

このステップＳ８での制御は、変速比固定的変速と称することのできる制御であって、その例を図４に共線図で示してある。図４は変速機７で第１速を設定している状態で車速が上昇する例を示してあり、変速機７では、ブレーキＢ１が係合している状態で出力軸回転数が上昇するので、その入力側の部材の回転数が次第に上昇する。変速比をほぼ一定に維持する変速制御では、変速機７の入力側の部材の回転数の上昇に合わせて動力分配装置８の出力要素であるリングギヤ１１の回転数を上昇させる場合、第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数を僅かに変化させるとともに、エンジン１の回転数を上昇させる。その結果、第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数や出力は小さくなる。

また、エンジン１の出力をほぼ一定に維持するために（等パワー運転とするために）、上述したエンジン回転数の上昇に合わせて出力トルクが低減される（ステップＳ９）。その結果、エンジン１の運転点は、最適燃費線上の点から高回転数低トルク側にずれることになる。こうして上昇させられたエンジン回転数が第一基準回転数に達したか否か、すなわちその第一基準回転数以上か否かが判断される（ステップＳ１０）。この第一基準回転数は、変速機７で変速を実行した後における変速比が予め定めた第二所定値βとなる値である。この第二所定値βは、変速後の変速比で動力の伝達効率が変速前より低下しない変速比として予め定めることができる。したがってステップＳ１０での第一基準回転数は、車速（出力軸回転数）とその第二所定値βとから算出することができる。

このステップＳ１０で否定的に判断された場合には、エンジン回転数の上昇を待つために、ステップＳ８に戻る。これとは反対に肯定的に判断された場合には、変速後のエンジントルクがＷＯＴトルクとなる運転点（もしくは最適燃費線より低回転数高トルク側の運転点）で、変速比が上記の第二所定値βとなるように変速が実行される（ステップＳ１１）。なおここで、変速比についての上記の第一所定値αと第二所定値βとは、車速などでヒステリシスを設けた場合、変速の前後での電動機による損失がほぼ等しくなる値に設定する。

そして、変速比がほぼ一定になるように車速の上昇に応じてエンジン回転数が上昇させられる（ステップＳ１２）。ついで、エンジン回転数が第二基準回転数に達したか否か、すなわち第二基準回転数以上か否かが判断される（ステップＳ１３）。この第二基準回転数は、その時点のエンジン出力で最適燃費となる回転数であり、図式的にエンジン動作点が最適燃費線上となる値である。このステップＳ１３で否定的に判断された場合には、エンジン回転数の上昇を待つために、ステップＳ１２に戻り、これとは反対にステップＳ１３で肯定的に判断された場合には、第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数や出力を大きくする必要が無くなるので、ステップＳ４に進んで無段的変速が実行される。すなわち、多段的変速から無段的変速に復帰させられる。

図５は、エンジン回転数と出力軸回転数との比である変速比ｉと動力の伝達効率との関係を、変速機７での変速比をパラメータとして示す線図であり、太い実線は各変速段で無段的変速を行う通常の場合を示し、細い矢印の付いた実線は、この発明に係る制御装置による制御の例を示している。変速機７では車速の上昇に伴って順次アップシフトされ、また各変速段では動力分配装置８で無段的変速が実行され、その結果、各変速段では車速の上昇に伴って伝達効率が上昇し、電気パスがゼロの最高効率点を超えると伝達効率が次第に低下し、その後、つぎの変速段にアップシフトされる。この発明に係る制御装置では、電動機の温度に応じて上述した多段的変速を実行するので、伝達効率の変化が通常の変速の場合より向上し、それに伴って電動機の温度上昇が防止され、あるいは温度上昇が抑制される。

これを第１速から第２速へのアップシフトの場合を例にとって説明する。変速機７の変速段が第１速の状態で走行し、かつエンジン回転数を最適燃費点に維持するように無段的変速が実施されており、車速が電気パスゼロの最高効率点を超えて上昇し、その過程で第一のモータ・ジェネレータ１４などの電動機の検出温度もしくは予測温度が所定値を超えることが判断されると、無段的変速から多段的変速に変速の態様が変更される。併せて変速ステップが温度に応じて設定される。ここまでが上述した図１のステップＳ６までの制御である。

そして、車速の上昇に伴って変速比ｉが前述した第一所定値αに達すると、変速比ｉがほぼ一定となるようにエンジン回転数が上昇させられる。この多段的変速におけるエンジン回転数とエンジントルクとの変化を図６および図７に示してある。エンジン１は等パワー運転されているので、多段的変速により変速比がほぼ一定となるように回転数が上昇させられると（ｔ1時点）、エンジントルクは図７に示すように低下する。また、このようなエンジン１の動作点の変化を示せば、図８のとおりであり、無段的変速で最適燃費線上にあった動作点が、高回転数低トルク側に変化させられる。図８にはこれを「ｔ1〜ｔ2」の矢印の付いた曲線で示してある。

こうしてエンジン回転数が第一基準回転数に達すると（ｔ2時点）、変速機７の変速比が第１速から第２速にステップ的に切り替えられる。すなわち、変速比ｉが第二所定値βとなるように変速させられる。またエンジン１の動作点が、ＷＯＴ線上の動作点もしくは低回転数高トルク側の動作点に等パワー線上で変更される（ｔ3時点）。図８には、これを「ｔ2〜ｔ3」の矢印の付いた曲線で示してある。また、この過程での変速比ｉの変化を、図５に左向きの矢印の付いた線で示してある。

その後、図６および図７にｔ3時点からｔ4時点までの変化として示してあるように、変速比ｉがほぼ一定となるように車速の上昇に応じてエンジン回転数を上昇させる。この過程においてもエンジン１は等パワー運転しているので、回転数の上昇に伴ってトルクが次第に低下する。したがってエンジン１の動作点は、図８に破線で示す等パワー線上を、ＷＯＴ線上の動作点から最適燃費線上の動作点に向けて移動し、図８には「ｔ3〜ｔ4」の矢印の付いた曲線で示してある。そして、エンジン回転数が最適燃費線上の動作点の回転数すなわち図１のステップＳ１３に示す第二基準回転数に達すると、変速の態様が無段的変速に切り替えられ、エンジン回転数を最適燃費線上の動作点となる回転数に維持するように第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数が制御される。

すなわち、この発明に係る制御装置では、変速機７での変速前の変速比と変速後の変速比とが一致する前に、変速機７での変速を実行することになり、これは、図５に示す第一所定値αから第二所定値βへのステップ的な変速である。したがって、第一のモータ・ジェネレータ１４を動作させる無段的変速を中断して変速機７の変速比をステップ的に変化させるので、第一のモータ・ジェネレータ１４の回転数や出力が増大して伝達効率が低下する前に変速が完了するので、動力の伝達効率の悪化を防止もしくは抑制することができる。換言すれば、第一のモータ・ジェネレータ１４などの電動機の出力の低減量Ｄｐが大きく改善されるので、各モータ・ジェネレータ１４，２での発熱を防止もしくは抑制でき、ひいてはその耐久性の悪化を抑制することができる。また、この発明に係る上記の制御装置によれば、変速比がステップ的に変化するように変速機７での変速を実行するとしても、その変速の過程でエンジン回転数およびトルクを等出力状態で変化させるので、変速ショックや駆動力の変化などを抑制してドライバビリティの悪化を防止もしくは抑制することができる。

上述した多段的変速はアップシフトの場合に限らず、ダウンシフトの場合にも同様に実行することができる。そして、アップシフトの場合に多段的変速を実行する動作点とダウンシフトの場合に多段的変速を実行する動作点とは、共に動力損失がほぼ等しい動作点とすることが好ましい。図５には変速機７の変速比を第２速から第１速に切り替える場合に多段的変速を実行する点をα’で示してある。こうすることにより、電動機の温度もしくは予測された温度が高い場合、アップシフトおよびダウンシフトのいずれであっても、いわゆる電気パスによる動力伝達の増大やそれに伴う動力損失を低減し、同時に電動機の温度上昇を防止もしくは抑制することができる。

アップシフトおよびダウンシフトの際に多段的変速を実行する動作点を動力損失の等しい点とすることに伴って、多段的変速から無段的変速に移行する動作点（変速比ｉ）を、多段的変速を開始する動作点（変速比ｉ）に対して、動力伝達効率の高い方にずらして設定する。これを図５にβ’で示してある。このようにすることにより、前記温度が高い状態でのアップシフトの場合とダウンシフトの場合との変速点にヒステリシスＨｓを設定していわゆるビジーシフトを防止することができる。なお、このような動作点の設定は、例えば図１に示す第二所定値βを、第一所定値αより動力伝達効率の高い値にすることにより行うことができる。

また、多段的変速を伴うダウンシフトの際のエンジン回転数およびエンジントルクの変化を、図６および図７に破線で模式的に示してある。したがって、ダウンシフトの場合は、図１におけるステップＳ７の判断を、変速比が第一所定値α’以上か否かの判断とし、ステップＳ８の制御内容をエンジン回転数の低下に置き換え、ステップＳ９トルクの低減をトルクの増大に変更する。さらに、ステップＳ１０の判断を、エンジン回転数がダウンシフトでの第一基準回転数以下か否かの判断とし、ステップＳ１１の制御内容を、高回転低トルク側の運転点への変更および変速比を第二所定値β’にする変速に置き換え、さらにステップＳ１２では車速の低下に応じてエンジン回転数を低下させることとし、そしてステップＳ１３の判断内容を、エンジン回転数がダウンシフトについての第二基準回転数以下になったか否かの判断に置き換える。

ここで上述した具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、図１のステップＳ２の機能的手段が、この発明の温度判定手段に相当し、またステップＳ３ないしステップＳ６の機能的手段が、この発明の変速態様選択手段に相当する。さらに、ステップＳ４およびステップＳ８の機能的手段が、この発明の原動機制御手段および他の原動機制御手段に相当する。

なお、この発明は上述した具体例に限定されないのであって、原動機の動力を分配する機構は、差動作用によって動力の分配を行うものであればよく、シングルピニオン型遊星歯車機構以外の機構によって構成されていてもよい。また、変速機は、遊星歯車機構を主体に構成したものに限らず、複数の歯車対とトルク伝達する歯車対を選択する切換機構とを備えた構成など、要は変速比をステップ的に変化させ得る構成であればよい。さらに、この発明は、ハイブリッド駆動装置以外の駆動装置を対象とする制御装置にも適用することができる。

この発明の制御装置で実行される変速制御の一例を説明するためのフローチャートである。 無段的変速の際の挙動を説明するための共線図である。 多段的変速の際の挙動を説明するための共線図である。 車速が上昇したことに伴う無段的変速から多段的変速に切り替わる際の挙動を説明するための共線図である。 無段的変速と多段的変速を伴う変速との場合の変速比と動力伝達効率との関係を示す線図である。 多段的変速を伴うアップシフトの際のエンジン回転数の変化を主として示す線図である。 多段的変速を伴うアップシフトの際のエンジントルクの変化を主として示す線図である。 多段的変速を伴うアップシフトの際のエンジンの動作点の変化を模式的に示す線図である。 この発明で対象とすることのできるハイブリッド車用駆動装置の一例を示すスケルトン図である。

符号の説明

１…エンジン、 ２，１４…モータ・ジェネレータ、 ７…変速機（有段変速部、ＡＴ部）、 ８…動力分配機構（無段変速部、電気ＣＶＴ部）、 ３３…蓄電装置、 ３８…電子制御装置（制御装置）。

Claims (13)

1. 原動機が出力した動力を電動機と出力部材とに分配する動力分配機構と、前記出力部材から動力が伝達され変速比がステップ的に異なる複数の変速段を設定する変速機とを備え、前記電動機の回転数を制御して前記原動機の回転数をほぼ一定に維持する無段的変速と前記電動機の回転数の変化量を前記無段的変速の場合よりも少なくして前記原動機の回転数を変化させる前記変速機による多段的変速とが可能な駆動装置の制御装置において、
   前記電動機の温度を検出もしくは予測する温度判定手段と、
   その温度判定手段で検出もしくは予測された温度が判断基準値より高い場合に多段的変速を選択する変速態様選択手段と
   を備えていることを特徴とする駆動装置の制御装置。
2. 前記多段的変速の後の前記原動機の動作点を、その出力における最適燃費点より低回転数高トルク側の運転点とし、かつ車速の上昇に伴い原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を上昇させる原動機制御手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置の制御装置。
3. 前記多段的変速の後の前記原動機の動作点を、その出力における最適燃費点より高回転数低トルク側の運転点とし、かつ車速の低下に伴い原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を低下させる他の原動機制御手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置の制御装置。
4. 原動機が出力した動力を電動機と出力部材とに分配する動力分配機構と、前記出力部材から動力が伝達される変速機とを備え、前記原動機の回転数をほぼ一定に維持する無段的変速と前記原動機の回転数を変化させる多段的変速とが可能な駆動装置の制御装置において、
   前記電動機の温度を検出もしくは予測する温度判定手段と、
   その温度判定手段で検出もしくは予測された温度に基づいて、実行するべき変速の態様として前記無段的変速と多段的変速とのいずれかを選択する変速態様選択手段と、
   前記多段的変速の後の前記原動機の動作点を、その出力における最適燃費点より低回転数高トルク側の運転点とし、かつ車速の上昇に伴い原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を上昇させる原動機制御手段と
   を更に備え、
   前記原動機制御手段は、原動機の動作点を最適燃費点に変化させた場合の前記電動機による動力損失が小さい場合には、前記電動機によって原動機の回転数を連続的に変化させる無段的変速を実行する手段を含むことを特徴とする駆動装置の制御装置。
5. 原動機が出力した動力を電動機と出力部材とに分配する動力分配機構と、前記出力部材から動力が伝達される変速機とを備え、前記原動機の回転数をほぼ一定に維持する無段的変速と前記原動機の回転数を変化させる多段的変速とが可能な駆動装置の制御装置において、
   前記電動機の温度を検出もしくは予測する温度判定手段と、
   その温度判定手段で検出もしくは予測された温度に基づいて、実行するべき変速の態様として前記無段的変速と多段的変速とのいずれかを選択する変速態様選択手段と、
   前記多段的変速の後の前記原動機の動作点を、その出力における最適燃費点より高回転数低トルク側の運転点とし、かつ車速の低下に伴い原動機の回転数と出力軸回転数との比が一定となるように原動機の回転数を低下させる原動機制御手段と
   を更に備え、
   前記原動機制御手段は、原動機の動作点を最適燃費点に変化させた場合の前記電動機による動力損失が小さい場合には、前記電動機によって原動機の回転数を連続的に変化させる無段的変速を実行する手段を含むことを特徴とする駆動装置の制御装置。
6. 前記変速態様選択手段は、前記温度判定手段で検出もしくは予測された温度が判断基準値より高い場合に多段的変速を選択する手段を含むことを特徴とする請求項４または５に記載の駆動装置の制御装置。
7. 前記変速態様選択手段は、前記変速機による変速段を切り替えることによる切替前後での前記原動機の回転数の比が、前記温度判定手段で検出もしくは予測された温度が高いほど大きくなるように多段的変速を選択する手段を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の駆動装置の制御装置。
8. 前記多段的変速は、前記電動機によって前記原動機の回転数を所定回転数に維持している状態で車速が上昇することによって原動機の回転数と出力軸回転数との比が所定値に達した後、該比を一定値に維持するように原動機の回転数を上昇させ、かつ前記原動機の回転数が所定値に上昇した時点に前記変速機の変速比をステップ的に変化させる変速であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の駆動装置の制御装置。
9. 前記多段的変速は、前記電動機によって前記原動機の回転数を所定回転数に維持している状態で車速が低下することによって原動機の回転数と出力軸回転数との比が所定値に達した後、該比を一定値に維持するように原動機の回転数を低下させ、かつ前記原動機の回転数が所定値に低下した時点に前記変速機の変速比をステップ的に変化させる変速であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の駆動装置の制御装置。
10. 前記多段的変速は、アップシフト前における前記電動機による動力損失とダウンシフト前における前記電動機による動力損失とが等しくなるように設けられた変速点で実行される変速であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の駆動装置の制御装置。
11. 前記原動機は、燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関を含むことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の駆動装置の制御装置。
12. 前記電動機は、発電機能のある電動機を含むことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の駆動装置の制御装置。
13. 前記駆動装置は、前記電動機で発電された電力が供給されて動作することにより、出力トルクにトルクを付加する他の電動機を備えたハイブリッド駆動装置を含むことを特徴とする請求項１２に記載の駆動装置の制御装置。

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