JP4691982B2 - ハイブリッド変速機のモード切り替え制御装置 - Google Patents
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Description
2要素の回転状態を決定すると他の要素の回転状態が決まる差動装置を具え、
この差動装置を表す共線図上の回転速度順方向中程に位置した差動装置の2要素にそれぞれ主動力源および駆動系への出力を結合し、これら主動力源および出力よりも共線図上の回転速度順方向外側に位置する差動装置の2要素にそれぞれ主動力源側モータ/ジェネレータおよび出力側モータ/ジェネレータを結合し、
主動力源側モータ/ジェネレータおよび出力側モータ/ジェネレータが結合された差動装置の2要素にそれぞれ関連して、これら要素を個々に固定可能なブレーキを設け、
これらブレーキの選択的な締結により2種類の変速比固定モードでの動力伝達が可能であり、これらブレーキを共に解放することにより無段変速モードでの動力伝達が可能な型式のものが知られている。
先ず前提となるハイブリッド変速機は、
2要素の回転状態を決定すると他の要素の回転状態が決まる差動装置を具え、
この差動装置を表す共線図上の回転速度順方向中程に位置した差動装置の2要素にそれぞれ主動力源および駆動系への出力を結合し、これら主動力源および出力よりも共線図上の回転速度順方向外側に位置する差動装置の2要素にそれぞれ主動力源側モータ/ジェネレータおよび出力側モータ/ジェネレータを結合し、
主動力源側モータ/ジェネレータおよび出力側モータ/ジェネレータが結合された差動装置の2要素のうち少なくとも一方の要素に関連して該要素を固定可能なブレーキを設け、
該ブレーキの締結により変速比固定モードでの動力伝達が可能であり、該ブレーキの解放により無段変速モードでの動力伝達が可能であるものとする。
前記ブレーキを締結した変速比固定モードから、該ブレーキを解放した無段変速モードへのモード切り替え中、該ブレーキに係わる差動装置の要素が主動力源と逆方向に回転される変速状態となるようハイブリッド変速機を変速制御する構成にしたことを特徴とする。
ブレーキが、当該モード切り替え中におけるモータ/ジェネレータの前記正トルクによる回転上昇を助成する力として作用することとなり、モータ/ジェネレータの上記正トルクを減少させることがなくて、このトルク減少による車両の駆動力低下、つまり、減速ショックが上記のモード切り替え中に生ずるという懸念を払拭することができる。
図1は、本発明の一実施例になるモード切り替え制御装置を具えたハイブリッド変速機1の制御システムを例示し、ハイブリッド変速機1を、本実施例においては後輪駆動車(FR車)用のトランスミッションとして用いるのに有用な、図2に示すごとき以下の構成となす。
変速機構20は、その軸線方向(図の左右方向)中程に第1の単純遊星歯車組G1を設け、図の右側(エンジンENGから遠い後端)に第2の単純遊星歯車組G2を設け、図の左側(エンジンENGに近い前端)に第3の遊星歯車組G3を設け、
第1の単純遊星歯車組G1および第2の単純遊星歯車組G2により、本発明における差動装置を構成する。
なお遊星歯車組G1,G2,G3はそれぞれ、回転メンバとしてサンギヤS1,S2,S3、およびリングギヤR1,R2,R3、並びにキャリアC1,C2,C3の3要素を具え、これら回転メンバ間を以下のごとくに相関させることにより、変速機構20を構成する。
キャリアC2には、入力軸21に同軸に配置した出力軸22(図3の共線図では出力Outとして示す)を結合する。
この出力軸22からの回転は、図1に示すようにディファレンシャルギヤ装置23を経て左右駆動輪24に向かわせ、車両の走行に供する。
またサンギヤS1,S3を相互に結合し、これらの結合体を第2のモータ/ジェネレータMG2に結合する。
そして、キャリアC3をローブレーキL/Bにより固定可能にすると共に、ハイクラッチH/CによりサンギヤS3に結合可能とする。
第1遊星歯車組G1のキャリアC1と、第2遊星歯車組G2のリングギヤR2とを相互に結合し、第2遊星歯車組G2のサンギヤS2と、第1遊星歯車組G1のサンギヤS1とにそれぞれ、第3遊星歯車組G3のリングギヤR3およびサンギヤS3を結合する。
第1遊星歯車組G1のリングギヤR1を第1のモータ/ジェネレータMG1に結合すると共に、ハイ&ローブレーキHL/Bにより固定可能とする。
第2遊星歯車組G2のキャリアC2に車輪駆動系への出力Outを結合し、第1遊星歯車組G1のサンギヤS1および第3遊星歯車組G3のサンギヤS3に第2のモータ/ジェネレータMG2を結合する。
なお図3の横軸は遊星歯車組G1,G2,G3のギヤ比により決まる回転メンバ間の距離比を表し、縦軸は回転メンバの回転速度(0を基準に、上方が前進回転速度、下方が後進回転速度)を表す。
図4(a)のように、キャリアC3をローブレーキL/Bの締結により固定して回転速度=0となし、更に、リングギヤR1をハイ&ローブレーキHL/Bの締結により固定して回転速度=0となした状態では、
図4(a)のレバーG3により示すごとく、サンギヤS1,S3に対してサンギヤS2の回転が、リングギヤR3およびサンギヤS3間の歯数比で決まる逆回転となる。
従って、レバーG2で示すごとくキャリアC2に結合させた出力Outが、レバーG1上のキャリアC1およびリングギヤR2における入力(In)回転速度よりも低回転となり、ロー変速比で動力伝達を行うことができる。
なおこのロー変速比固定モードでは、モータ/ジェネレータMG2が正トルクを出力する時エンジンENGをアシストすることができ、モータ/ジェネレータMG2が負トルクを出力する時エンジンENGの一部の出力を用いて発電を行うことができる。
図4(b)のレバーG3により示すごとく、サンギヤS1,S3に対してサンギヤS2の回転が、リングギヤR3およびサンギヤS3間の歯数比で決まる逆回転となるため、
レバーG2で示すごとくキャリアC2に結合させた出力Outが、レバーG1上のキャリアC1およびリングギヤR2における入力(In)回転速度よりも低回転となり、ロー変速比で動力伝達を行うことができる。
なおこのロー側無段変速モードでは、モータ/ジェネレータMG1が正トルクを出力し、モータ/ジェネレータMG2が負トルクを出力することで、エンジンENGの出力を車輪駆動系Outに向かわせることができる。
サンギヤS1(S2)およびサンギヤS2回転速度が0であることから、レバーG2がレバーG1上に乗り、遊星歯車組G1,G2により構成される差動装置が4要素2自由度の一直線で表される変速状態を提供し、回転メンバの回転速度順にモータ/ジェネレータMG1、エンジンENGからの入力In、車輪駆動系への出力Out、モータ/ジェネレータMG2の配列となる。
従って出力Out(キャリアC2)の回転が、図4(a)、同図(b)の変速状態の時よりも高くなり、第2速相当の変速比で動力伝達を行うことができる。
またこの2速固定モードでは、モータ/ジェネレータMG1が正トルクを出力する時エンジンENGをアシストすることができ、モータ/ジェネレータMG1が負トルクを出力する時エンジンENGの一部の出力を用いて発電を行うことができる。
レバーG2が図4(c)につき前述したと同じくレバーG1上に乗り、遊星歯車組G1,G2により構成される差動装置が4要素2自由度の一直線で表される変速状態を提供し、出力Out(キャリアC2)の回転が、図4(a)、同図(b)の変速状態の時よりも高くなり、ハイ側変速比での動力伝達を行うことができる。
なおこのハイ側無段変速モードでは、モータ/ジェネレータMG1が負トルクを出力し、モータ/ジェネレータMG2が正トルクを出力することで、エンジンENGの出力を車輪駆動系Outに向かわせることができる。
なお図5において、ONはブレーキやクラッチの締結を意味し、OFFはブレーキやクラッチの解放を意味する。
当該モード切り替え時は変速比固定モードでブレーキにより締結されていた要素に係わるモータ/ジェネレータが回転速度=0にされており、一方でこのモータ/ジェネレータは、無段変速モードで所定の駆動力が得られるように前もって正トルクを発生する状態にされており、この状態でブレーキをモード切り替えのために解放すると、解放開始から完全解放までの間にブレーキがモータ/ジェネレータの上記正トルクによる回転上昇を妨げる負の力(引きずり力)として作用し、モータ/ジェネレータの上記正トルクを見かけ上減少させて駆動力低下による減速ショックを発生させる懸念がある。
この目的を達成するために、エンジンENGおよびハイブリッド変速機1の制御システムは、図1に示す以下のごときものとする。
2は、エンジンENGおよびハイブリッド変速機1(モータ/ジェネレータMG1,MG2、ハイ&ローブレーキHL/B、ローブレーキL/BおよびハイクラッチH/C)の統合制御を司るハイブリッドコントローラである。
このハイブリッドコントローラ2はエンジンENGの目標エンジントルクtTeに関する指令をエンジンコントローラ3に供給し、エンジンコントローラ3はエンジンENGを当該トルク指令値tTeが達成されるよう運転させる。
またハイブリッドコントローラ2は、ハイブリッド変速機1内におけるハイ&ローブレーキHL/B、ローブレーキL/BおよびハイクラッチH/Cを締結、解放制御するための油圧指令を油圧制御装置7に供給し、油圧制御装置7はこれら油圧指令に応じた油圧をハイ&ローブレーキHL/B、ローブレーキL/BおよびハイクラッチH/Cに供給してこれらを締結、解放制御する。
バッテリ6のバッテリ蓄電状態SOC(持ち出し可能電力)を検出するバッテリ状態検出部8からの信号と、
アクセルペダル踏み込み量(アクセル開度)APOを検出するアクセル開度センサ9からの信号と、
車速VSP(駆動系への出力回転数に比例)を検出する車速センサ10からの信号と、
ハイブリッド変速機の作動油温TMPを検出する油温センサ11からの信号とを入力する。
図7のメインルーチンにおいては、先ずステップS1で、アクセル開度APOおよび車速VSPから車両の要求駆動力を求めると共に、図6のモードマップを基にアクセル開度APOおよび車速VSPから現在の運転状態にマッチした好適なモードを求めてこれを現在選択中のモードと対比することによりモード切り替え要求の有無を判定する。
本実施例ではこのモード切り替え要求が有る場合、当該モード切り替え要求を対応するモード切り替えが完全に終了するまで保持しておくものとする
しかし、2速固定モードについてもその領域を図6のマップ上に設定し、当該領域において2速固定モードでの動力伝達を継続することも可能であることは言うまでもない。
ロー変速比固定モードからロー側無段変速モードへの切り替え中であることを示すように後述のフラグOnschgLowが1である場合、目標エンジン回転速度tNeを、ハイ&ローブレーキHL/B(モータ/ジェネレータMG1)に係わるリングギヤR1がエンジンENGと逆方向(後進方向)へ所定の速度で回転されるような変速状態を提供するエンジン回転速度とし、
2速固定モードからハイ側無段変速モードへの切り替え中であることを示すように後述のフラグOnschgHighが1である場合、目標エンジン回転速度tNeを、ローブレーキL/B(モータ/ジェネレータMG2)に係わるキャリアC3(サンギヤS1)がエンジンENGと逆方向(後進方向)へ所定の速度で回転されるような変速状態を提供するエンジン回転速度とする。
つまり変速比固定モードでは、目標エンジン回転速度tNeを当該モードにおける固定変速比と車速VSP(変速機出力回転速度)とにより決まる回転速度とし、
無段変速モードでは、運転状態に応じた好適な変速比となるよう目標エンジン回転速度tNeを決定する。
ちなみにモータ/ジェネレータMG1(MG2)は、回転方向に関係なく回転速度が所定値未満であると内部コイル温度が急上昇する傾向にあり、モータ/ジェネレータMG1(MG2)の回転速度は上記所定値以上である必要がある。
ステップS4においては、目標エンジントルクtTeをエンジンコントローラ3に指令し、目標モータトルクtTm1,tTm2をモータコントローラ4に指令し、選択モードに応じて締結・解放すべきブレーキやクラッチの油圧指令を油圧制御装置7に供給する。
モード切り替え要求がなければ制御をそのまま終了するが、モード切り替え要求がある場合は、ステップS6、ステップS7およびステップS8において、ロー変速比固定モードへのモード切り替え要求か、ロー側無段変速モードへのモード切り替え要求か、ハイ側無段変速モードへのモード切り替え要求かを判定する。
ロー変速比固定モードへのモード切り替え要求であれば、ステップS9において、図8に明示するロー変速比固定モードを実行し、
ロー側無段変速モードへのモード切り替え要求であれば、ステップS10において、図9に明示するロー側無段変速モードを実行し、
ハイ側無段変速モードへのモード切り替え要求であれば、ステップS11において、図10に明示するハイ側無段変速モードを実行する。
ハイ&ローブレーキHL/Bが締結を完了していなければ、制御をそのまま終了してハイ&ローブレーキHL/Bの締結を継続的に進行させ、ハイ&ローブレーキHL/Bが締結を完了していれば、ステップS23においてロー変速比固定モードへの切り替えが完了したことを示す信号を出力する。
前回ロー変速比固定モードであったと判定する時は、このロー変速比固定モードからロー側無段変速モードへの切り替え時であるから、ステップS32において当該モード切り替えのためにハイ&ローブレーキHL/Bの解放を指令する。
そしてステップS33で、このハイ&ローブレーキHL/Bが解放を完了したか否かをチェックし、未だ完了していなければロー変速比固定モードからロー側無段変速モードへの切り替え中であるから、ステップS34でこのことを示すようにフラグOnschgLowを1にセットする。
ステップS33でハイ&ローブレーキHL/Bが解放を完了したと判定する時は、ステップS35において、ロー変速比固定モードからロー側無段変速モードへの切り替えが完了したことを示す信号を出力し、ステップS36でこのことを示すようにフラグOnschgLowを0にリセットする。
そしてステップS38で、このローブレーキL/Bが締結を完了したか否かをチェックし、未だ完了していなければ制御をそのまま終了してローブレーキL/Bの締結を継続的に進行させる。
ステップS38でローブレーキL/Bの締結完了を判定した時は、ロー側無段変速モード選択のためにステップS39でハイクラッチH/Cの解放を指令し、ステップS40でこのハイクラッチH/Cが解放を完了したか否かをチェックする。
ステップS52では、ハイクラッチH/Cが締結を完了したか否かを判定し、ハイクラッチH/Cの締結が未だ完了していなければ、制御をそのまま終了させてハイクラッチH/Cの締結を継続的に進行させる。
そしてステップS54で、このローブレーキL/Bが解放を完了したか否かをチェックし、未だ完了していなければ2速固定モードからハイ側無段変速モードへの切り替え中であるから、ステップS55でこのことを示すようにフラグOnschgHighを1にセットする。
ステップS54でローブレーキL/Bが解放を完了したと判定する時は、ステップS56において、2速固定モードからハイ側無段変速モードへの切り替えが完了したことを示す信号を出力し、ステップS57でこのことを示すようにフラグOnschgHighを0にリセットする。
図4(a)のロー変速比固定モードから同図(b)に示すロー側無段変速モードへのモード切り替え中(ステップS34でフラグOnschgLowが1にされている間)、目標エンジン回転速度tNeを、ハイ&ローブレーキHL/B(モータ/ジェネレータMG1)に係わるリングギヤR1がエンジンENGと逆方向(後進方向)へ所定の速度で回転されるような変速状態を提供するエンジン回転速度としたから、以下の作用効果が得られる。
この場合、図4(a)のロー変速比固定モードにおけるハイ&ローブレーキHL/Bの制動トルクを、図4(b)におけるロー側無段変速モードにおけるモータ/ジェネレータMG1のトルクTm1に受け渡す必要があり、また、ロー側無段変速モードへの移行時における要求トルクに達するまでに応答遅れがあることからモータ/ジェネレータMG1のトルクTm1を図11の瞬時t2より図示のごとく前もって立ち上げる必要がある。
かかるモータ/ジェネレータトルクTm1の立ち上げが完了する瞬時t3にハイ&ローブレーキHL/Bの解放指令が発せられ、これに応答してハイ&ローブレーキHL/Bの締結油圧Phlbが図示のごとく低下されることで、ハイ&ローブレーキHL/Bは油圧低下の応答遅れ後における瞬時t4に解放される。
一方、ハイ&ローブレーキHL/Bの制動トルクがモード切り替えによりモータ/ジェネレータMG1のトルクTm1に受け渡されるため、モータ/ジェネレータMG1の回転速度Nm1は瞬時t3から波線で示すように上昇を開始し、モータ/ジェネレータMG2の回転速度Nm2は逆に瞬時t3から波線で示すように低下し始める。
かかるハイ&ローブレーキHL/Bの引きずり力は、正回転している要素に対してはこれを0回転にしようとする負トルクを作用させ、逆回転している要素に対してはこれを0回転にしようとする正トルクを作用させる。
従ってハイ&ローブレーキHL/Bは、瞬時t3〜t4間において、モータ/ジェネレータMG1が正トルクTm1により回転数Nm1を正方向に上昇させようとするのを妨げる負トルクとして作用し、モータ/ジェネレータMG1の正トルクTm1を瞬時t3〜t4間において目減りさせることから、車両駆動力が瞬時t3〜t4間において波線で示すように低下されて減速ショックを生ずる。
ハイ&ローブレーキHL/Bの引きずりが、当該モード切り替え中のモータ/ジェネレータトルクTm1による対応要素の回転上昇を助成する力を発生することとなり、車両駆動力を瞬時t3〜t4間において実線で示すごとく経時変化させることができる。
従って、車両駆動力が瞬時t3〜t4間に波線で示すように低下されて減速ショックを生ずるという前記の懸念を払拭することができる。
図4(b)のロー側無段変速モードから同図(c)の2速固定モードを経て同図(b)のハイ側無段変速モードへ切り替える場合においても、図7のステップS2につき前述したごとく、2速固定モードからハイ側無段変速モードへのモード切り替え中(ステップS55でフラグOnschgHighが1にされている間)、目標エンジン回転速度tNeを、ローブレーキL/B(モータ/ジェネレータMG2)に係わるキャリアC3(サンギヤS1)がエンジンENGと逆方向(後進方向)へ所定の速度で回転されるような変速状態を提供するエンジン回転速度としたから、図11につき上述したと同様の作用効果を得ることができる。
前記のごとく変速比固定モードから無段変速モードへの切り替え時にエンジンENGと逆方向(後進方向)へ回転させるリングギヤR1およびキャリアC3(サンギヤS1)の所定の回転速度を、これらリングギヤR1およびキャリアC3(サンギヤS1)に係わるモータ/ジェネレータMG1,MG2のコイル温度上昇率が問題となるほど高くならない回転速度範囲内の回転速度としたから、
上記のモード切り替え時にモータ/ジェネレータMG1(MG2)の内部コイル温度が急上昇するのを防止して、ハイブリッド変速機の耐久性を向上させることができる。
上記の変速状態を必要最小限にすることができ、モータ/ジェネレータMG1,MG2に係わるリングギヤR1およびキャリアC3(サンギヤS1)が不必要に長時間に亘ってエンジンENGと逆方向(後進方向)へ回転されることがなく、モード切り替え時間を短縮し得ると共に駆動力の低下を最小限にしつつ前記の作用効果を達成することができる。
この場合、変速作動油温TMPが高いほどハイ&ローブレーキHL/BやローブレーキL/Bの締結油圧排除時間が短くなるのに良く符合し、また、変速作動油温TMPが低いほどハイ&ローブレーキHL/BやローブレーキL/Bの締結油圧排除時間が長くなるのに良く符合して、前記の作用効果を如何なる変速作動油温TMPのもとでも確実に達成することができる。
エンジンと逆方向に回転される要素に係わるモータ/ジェネレータの目標モータトルクと、ハイ&ローブレーキHL/BまたはローブレーキL/Bの残存油圧による引きずりトルクとの合計トルクが、モータ/ジェネレータの問題となる大型化を招くようなモータトルク範囲よりも小さなトルク値である場合、モータ/ジェネレータで上記引きずりトルク分を補正するようモータ/ジェネレータのモータトルクを修正し、上記合計トルクが上記モータトルク範囲を越えるトルク値である場合、モータ/ジェネレータの回転速度を負値にするよう構成するのが良い。
この場合、モータ/ジェネレータMG1,MG2のトルクを抑制し得て、そのコストおよびレイアウト性の向上を実現することができるし、モータ/ジェネレータMG1,MG2の回転速度を高めて電気損失の増大を回避することができる。
1 ハイブリッド変速機
2 ハイブリッドコントローラ
3 エンジンコントローラ
4 モータコントローラ
5 インバータ
6 バッテリ
7 油圧制御装置
8 バッテリ状態検出部
9 アクセル開度センサ
10 車速センサ
11 油温センサ
MG1 第1モータ/ジェネレータ
MG2 第2モータ/ジェネレータ
20 変速機構(差動装置)
G1 単純遊星歯車組
G2 単純遊星歯車組
G3 単純遊星歯車組
HL/B ハイ&ローブレーキ
L/B ローブレーキ
H/C ハイクラッチ
21 変速機入力軸
22 変速機出力軸
23 ディファレンシャルギヤ装置
24 左右駆動輪
Claims (4)
- 2要素の回転状態を決定すると他の要素の回転状態が決まる差動装置を具え、
この差動装置を表す共線図上の回転速度順方向中程に位置した差動装置の2要素にそれぞれ主動力源および駆動系への出力を結合し、これら主動力源および出力よりも共線図上の回転速度順方向外側に位置する差動装置の2要素にそれぞれ主動力源側モータ/ジェネレータおよび出力側モータ/ジェネレータを結合し、
主動力源側モータ/ジェネレータおよび出力側モータ/ジェネレータが結合された差動装置の2要素のうち少なくとも一方の要素に関連して該要素を固定可能なブレーキを設け、
該ブレーキの締結により変速比固定モードでの動力伝達が可能であり、該ブレーキの解放により無段変速モードでの動力伝達が可能なハイブリッド変速機において、
前記ブレーキを締結した変速比固定モードから、該ブレーキを解放した無段変速モードへのモード切り替え中、該ブレーキに係わる差動装置の要素が主動力源と逆方向に回転される変速状態となるようハイブリッド変速機を変速制御する構成にしたことを特徴とするハイブリッド変速機のモード切り替え制御装置。 - 請求項1に記載のモード切り替え制御装置において、
前記ブレーキに係わる差動装置の要素が主動力源と逆方向に回転される変速状態となるようハイブリッド変速機を変速制御している時間は、前記変速比固定モードを選択するため締結されていた前記ブレーキが完全に解放されるまでの時間である、ハイブリッド変速機のモード切り替え制御装置。 - 請求項1または2に記載のモード切り替え制御装置において、
前記ブレーキに係わる差動装置の要素が主動力源と逆方向に回転される変速状態となるようハイブリッド変速機を変速制御している時間を、変速機作動油温が高いほど短くしたことを特徴とする、ハイブリッド変速機のモード切り替え制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のモード切り替え制御装置において、
前記ブレーキに係わる差動装置の要素が主動力源と逆方向に回転される変速状態となるようハイブリッド変速機を変速制御するに際し、主動力源と逆方向に回転される要素の回転速度を、該要素に係わるモータ/ジェネレータのコイル温度上昇率が問題となるほど高くならない回転速度範囲内の値としたことを特徴とする、ハイブリッド変速機のモード切り替え制御装置。
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