JP5239418B2

JP5239418B2 - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP5239418B2
Application number: JP2008065735A
Authority: JP
Inventors: 正記光安; 弘章江渕
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: JP2009222102A

Description

本発明は、車両の動力伝達装置などに用いられる車両の制御装置に関する。

内燃機関に加えて、原動機やモータジェネレータなどの動力源を備えるハイブリッド車両が既知である。ハイブリッド車両では、内燃機関を可及的に高効率状態で運転する一方、駆動力やエンジンブレーキ力の過不足を原動機又はモータジェネレータで補う。

このようなハイブリッド車両の一例として、無段変速モードと固定変速比モードとを切り替えて運転することが可能なように構成されたハイブリッド車両がある。この無段変速モードと固定変速比モードとを切り替える変速機構は、ドグ歯を有する噛み合いクラッチ（ドグクラッチ）を利用した回転位相同期変速制御によるものが知られている。

このようなドグクラッチの係合方法として、例えば特許文献１には、従動側のクラッチ回転速度に、駆動側のクラッチを同期回転させる変速装置が記載されている。その他、関連ある技術が特許文献２に記載されている。

特開平９−１９６１２８号公報特開２００３−１６１３６７号公報

ところで、従動側のクラッチ回転速度に、駆動側のクラッチを同期回転させて係合を行う場合であっても、係合中において再び回転同期に乱れが生じることにより係合が完了できないことがある。また、係合中においてドグクラッチが噛み合わず、ドグ歯の先端部分等で接触したまま係合が停滞してしまう場合もある。この場合、迅速に係合に異常があったことを判定し、再び係合制御を行うことで係合を完了する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載のクラッチ制御方法には、クラッチが確実に係合したかを確認することについて何ら記載されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、噛み合いクラッチの係合を確実に実行することが可能な車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、各々が円周方向に複数の歯及び溝を交互に形成してなり、同軸上に配置されて相互に係合する第１及び第２の係合部材と、前記第１の係合部材との間に介在する回転要素を回転させることにより、前記第１の係合部材を回転させる原動機と、前記第１の係合部材または前記第２の係合部材の少なくとも一方を軸線方向に移動させることにより、前記第１の係合部材の歯と前記第２の係合部材の歯とを係合及び解放させるアクチュエータと、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材との回転数差が第１の回転数差以下である場合に、アクチュエータに対して係合開始指令を与える係合開始指令手段と、前記係合開始指令に応じた前記アクチュエータの作動後に、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材との角度偏差の絶対値が第１の閾値以上となった場合、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とが係合していないと判定する係合判定手段と前記係合判定手段による前記第１の係合部材と前記第２の係合部材との角度偏差の絶対値が前記第１の閾値以上となるか否かの判定と同時に、前記第１の係合部材の回転変化を抑制する方向に前記第１の係合部材にトルクを付与するトルク付与手段と、を備え、前記係合開始指令手段は、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とが係合していないと前記係合判定手段が判定した場合に、前記アクチュエータに対して再度係合開始指令を与える。

上記の車両の制御装置は、第１の係合部材と、第２の係合部材と、原動機と、アクチュエータと、を有するハイブリッド車両に好適に適用される。第１の係合部材は、例えばドグクラッチにおける同期部であり、第２の係合部材は、例えばドグクラッチにおける被同期部であり、原動機は、例えば第１のモータジェネレータである。アクチュエータは、第１の係合部材または第２の係合部材のいずれか一方を軸線方向に移動させることにより、第１の係合部材の歯と第２の係合部材の歯とを係合・解放させる。車両の制御装置は、係合開始指令手段と、トルク付与手段とを有する。係合開始指令手段及びトルク付与手段は、例えば、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）によって実現される。係合開始指令手段は、第１の係合部材と第２の係合部材との回転数差が第１の回転数差以下である場合にアクチュエータを作動させ、係合を開始する。トルク付与手段は、係合開始指令手段によるアクチュエータの作動後に、第１の係合部材の回転変化を抑制する方向に第１の係合部材にトルクを付与する。このようにすることで、係合が途中の状態で停滞した場合でも確実に係合させることができる。
また、車両の制御装置は、前記係合開始指令手段による前記アクチュエータの作動後に、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材との角度偏差の絶対値が第１の閾値以上の場合は係合していないと判定する係合判定手段をさらに備える。この態様では、係合判定手段をさらに備える。そして、トルク付与手段により第１の係合部材にトルクを付与するとともに、係合判定手段が第１の係合部材と第２の係合部材との角度偏差も同時に監視し、角度偏差が第１の閾値以上になった場合には係合が正常に行われなかった、即ち噛み合わさっていないと判断する。これにより、係合を促進させる処理と同時に係合の異常判定をすることができ、係合の異常判定を確実かつ迅速に行うことが可能となる。
さらに、車両の制御装置は、前記係合判定手段により係合していないと判定した場合に、再度係合制御を行う。これにより、車両の制御装置は、係合に異常があった場合でも再度係合制御を行うことで確実に係合をすることが可能となる。

上記の車両の制御装置の一態様は、前記係合開始指令手段による前記アクチュエータの作動後に、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材との角度偏差の絶対値が第１の閾値以上の場合は係合していないと判定する係合判定手段をさらに備える。この態様では、係合判定手段をさらに備える。そして、トルク付与手段により第１の係合部材にトルクを付与するとともに、係合判定手段が第１の係合部材と第２の係合部材との角度偏差も同時に監視し、角度偏差が第１の閾値以上になった場合には係合が正常に行われなかった、即ち噛み合わさっていないと判断する。これにより、係合を促進させる処理と同時に係合の異常判定をすることができ、係合の異常判定を確実かつ迅速に行うことが可能となる。

上記の車両の制御装置の他の一態様は、前記係合判定手段により係合していないと判定した場合に、再度係合制御を行う。これにより、車両の制御装置は、係合に異常があった場合でも再度係合制御を行うことで確実に係合をすることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

[装置構成]
図１に本発明を適用したハイブリッド車両の制御装置の概略構成を示す。図１の例は、機械分配式２モータ型と称されるハイブリッド車両であり、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１、第２のモータジェネレータＭＧ２、動力分配機構２０、を備える。動力源に相当するエンジン１と、回転数制御機構に相当する第１のモータジェネレータＭＧ１とが動力分配機構２０に連結されている。動力分配機構２０の出力軸３には、駆動トルク又はブレーキ力のアシストを行うための副動力源である第２のモータジェネレータＭＧ２が、ＭＧ２変速部６を介して連結されている。さらに、出力軸３は最終減速機８を介して左右の駆動輪９に連結されている。第１のモータジェネレータＭＧ１と第２のモータジェネレータＭＧ２とは、バッテリー、インバータ、又は適宜のコントローラ（図示せず）を介して、もしくは直接的に電気的に接続され、第１のモータジェネレータＭＧ１で生じた電力で第２のモータジェネレータＭＧ２を駆動するように構成されている。

エンジン１は燃料を燃焼して動力を発生する熱機関であり、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどが挙げられる。第１のモータジェネレータＭＧ１はエンジン１からトルクを受けて回転することにより主として発電を行うものであり、発電に伴う反力トルクが作用する。第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数を制御することにより、エンジン１の回転数が連続的に変化する。このような変速モードを無段変速モードという。無段変速モードは、後述する動力分配機構２０の差動作用により実現される。

第２のモータジェネレータＭＧ２は、駆動トルク又はブレーキ力を補助（アシスト）する装置である。駆動トルクをアシストする場合、第２のモータジェネレータＭＧ２は電力の供給を受けて電動機として機能する。一方、ブレーキ力をアシストする場合には、第２のモータジェネレータＭＧ２は、駆動輪９から伝達されるトルクにより回転させられて電力を発生する発電機として機能する。

図２は、図１に示す第１及び第２のモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２、並びに動力分配機構２０の構成を示す。図２において、実線は連結されていることを示し、波線矢印は信号の流れを示している。

動力分配機構２０は、エンジン１の出力トルクを第１のモータジェネレータＭＧ１と出力軸３とに分配する機構であり、差動作用を生じるように構成されている。具体的には複数組の差動機構を備え、互いに差動作用を生じる４つの回転要素のうち、第１の回転要素にエンジン１が連結され、第２の回転要素に第１のモータジェネレータＭＧ１が連結され、第３の回転要素に出力軸３が連結され、第４の回転要素にドグクラッチ５が接続される。ドグクラッチ５を解放した状態では、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数を連続的に変化させることによりエンジン１の回転数が連続的に変化し、無段変速モードが実現される。一方、ドグクラッチ５を係合して第４の回転要素を固定すると、動力分配機構２０により決定される変速比がオーバードライブ状態（即ち、エンジン回転数が出力回転数より小さくなる状態）に固定され、固定変速比モードが実現される。以後、固定変速比モードによる走行を、「固定ギヤ段走行」と呼ぶ。

本実施形態では、図２に示すように、動力分配機構２０は、２つの遊星歯車機構を組み合わせて構成される。第１の遊星歯車機構はリングギヤ２１、キャリア２２、サンギヤ２３を備え、第２の遊星歯車機構はリングギヤ２５、キャリア２６、サンギヤ２７を備える。

エンジン１の出力軸２は第１の遊星歯車機構のキャリア２２に連結され、そのキャリア２２は第２の遊星歯車機構のリングギヤ２５に連結されている。これらが第１の回転要素を構成する。第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１は第１の遊星歯車機構のサンギヤ２３に連結され、これらが第２の回転要素を構成している。

第１の遊星歯車機構のリングギヤ２１と第２の遊星歯車機構のキャリア２６は相互に連結されているとともに出力軸３に連結されている。これらが第３の回転要素を構成している。また、第２の遊星歯車機構のサンギヤ２７は第４の回転要素に対応し、ドグクラッチ５を介してブレーキ部７に連結している。

図３にドグクラッチ５の構成例を模式的に示す。この例では、ドグクラッチ５は被同期部５３ａと、同期部５３ｂとを備えて構成される。同期部５３ｂは、アクチュエータ６０に連結されている。被同期部５３ａ及び同期部５３ｂは、それぞれ複数のドグ歯５５を備えている。同期部５３ｂは図２に示す第２の遊星歯車機構のサンギヤ２７に連結されており、第４の回転要素であるサンギヤ２７の回転に従って回転する。被同期部５３ａはブレーキ部７に固定されている。図中の矢印１２２のように、同期部５３ｂは軸方向に移動（ストローク）可能に構成されており、同期部５３ｂを、アクチュエータ６０を用いて矢印１２２方向に移動させることにより、被同期部５３ａに係合し、クラッチをオン状態とする。また、アクチュエータ６０を矢印１２２と逆方向に移動させることにより、同期部５３ｂと被同期部５３ａの係合を解放し、クラッチをオフ状態とする。

図２に戻り、第１のモータジェネレータＭＧ１には、ロータ１１の回転数（正確には「角速度」であるが、以下では単に「回転数」と称す。）を検出するレゾルバ１２が設けられている。第２のモータジェネレータＭＧ２のロータ４１はＭＧ２辺側部６を介して出力軸と連結されており、ロータ４１の回転数を検出するレゾルバ４２が設けられている。また、図３に示すように、ドグクラッチ５には、同期部５３ｂ側の軸の回転数及び位相を検出するレゾルバ３２が設けられている。

ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイスなどを有し、各種センサからの検出信号に基づいて、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１、第２のモータジェネレータＭＧ２、及びアクチュエータ６０の駆動制御を行う。本実施形態では、例えば、ＥＣＵ５０は、レゾルバ１２が検出した第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数検出信号を受信し、レゾルバ４２が検出した第２のモータジェネレータＭＧ２の回転数検出信号を受信する。さらに、ＥＣＵ５０は、レゾルバ３２が検出した同期部５３ｂの回転数及び位相に関する信号を受信する。そして、ＥＣＵ５０は、これらの検出信号に基づき、第１のモータジェネレータＭＧ１、第２のモータジェネレータＭＧ２の駆動制御を行うとともに、アクチュエータの駆動制御を行うことでドグクラッチ５のオン／オフを制御する。したがってＥＣＵ５０は、係合開始指令手段として機能する。また、ＥＣＵ５０は、後述する係合処理において、トルク付与手段及び係合判定手段として機能する。

[ドグクラッチの係合方法]
次に、ドグクラッチ５の同期部５３ｂと被同期部５３ａとの係合方法について述べる。以下の説明において、「位相」とは、被同期部５３ａに対する同期部５３ｂの相対的な位相（角度）を適宜表すものとする。ドグクラッチ５の係合において、ＥＣＵ５０は、係合を実行する前に、同期部５３ｂと被同期部５３ａとの回転数及び位相が係合可能な状態であるとみなせる数値条件（以後、「係合条件」と呼ぶ。）を満たすように制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０はまず同期部５３ｂと被同期部５３ａとの回転数が一致するように、即ち相対的な回転数（以後、「相対回転数」と呼ぶ。）が０になるように同期部５３ｂのトルクを制御する。以後、被同期部５３ａの回転数を「目標回転数」とも呼ぶ。そして、回転数が一致または所定以内の差になった場合、ＥＣＵ５０は同期部５３ｂと被同期部５３ａとが所定の噛み合わせ位置（以後、「目標位相」と呼ぶ。）になるように同期部５３ｂの位相を調整する。これらの回転数及び位相の制御は、同期部５３ｂと接続する第１のモータジェネレータＭＧ１のトルク（以後、「ＭＧ１トルク」と呼ぶ。）をフィードバック制御することにより行う。そして、上述の回転数及び位相の条件を満たしたときは、満たした時のフィードバックのトルク値（以後、「前回ＦＢトルク値」と呼ぶ。）を保持し、その後、ＥＣＵ５０はアクチュエータ６０を作動させ、係合を実行する。以後、所定の係合条件を満たし、ＥＣＵ５０がアクチュエータ６０を作動させて係合を実行することを、「係合を開始する。」または「係合開始指令を行う。」と表現する。

しかし、前回ＦＢトルク値を保持した場合でも、前回ＦＢトルク値は、同期部５３ｂと被同期部５３ａとの回転数が一致する理論上のトルク値（以後、「理論平衡トルク」と呼ぶ。）とは異なる場合が多い。したがって、所定時間経過後は、また回転数及び位相が係合条件から外れてしまう場合がある。これにより、同期部５３ｂと被同期部５３ａとのドグ歯５５同士が衝突した場合にはショックが発生する。そして、係合が実行できない場合は、再び一連の係合処理を行うことになる。一方、係合開始直後から理論平衡トルクに合わせるように制御する方法も考えられるが、上述のフィードバック制御に比べ時間を要してしまう。

これに対し、本実施形態においては、前回ＦＢトルク値を一定時間保持しトルクの出力の状態等が安定したとき、第１のモータジェネレータＭＧ１のトルクを前回ＦＢトルク値の代わりに理論平衡トルクの値に合わせる。これにより、同期部５３ｂと被同期部５３ａとの回転数をより厳密に一致させることができ、確実に係合を実行することができる。さらに、ＥＣＵ５０は、アクチュエータ６０の作動を開始から所定時間後に、アクチュエータ６０の駆動電流を上昇させてもよい。係合時においては、目標位相と微差がある場合であっても、係合を実行する。この場合、図４（ａ）に示すように、同期部５３ｂと被同期部５３ａとのドグ歯５５が重なるように係合されることがある。しかし、図４（ｂ）に示すように、上述の誤差があってもチャンファ５５ｘの形状を利用し、図中の矢印のように滑らせるようにより押し込むことにより、ドグ歯５５の係合を実行することができる。したがって、図４（ａ）から図４（ｂ）への変位の際に、アクチュエータ６０の駆動電流を高くすることで、ドグ歯５５同士を滑らせて噛み合わせる力を上げることができ、係合を助長することができる。特にアクチュエータ６０の駆動電流を上げる機会としては、同期部５３ｂと被同期部５３ａとのドグ歯５５が接触した後行うことが好ましい。これにより、ドグ歯５５同士の衝突によるショックの発生を防ぐことができる。なお、ドグ歯５５の接触の有無の判断は、例えばアクチュエータの駆動電流と作動時間等により推定してもよく、予め接触までの時間を計測してＥＣＵ５０が保持しておいてもよい。

上述の方法によって、より確実に同期部５３ｂと被同期部５３ａとの回転数を合わせ、係合をより確実に実行することができる。しかし、位相制御に誤差が生じドグ歯５５同士が重なるように係合される場合、ドグ歯５５が先端部分で接触したまま、例えば図４（ａ）に示す状態で係合が停滞してしまう場合がある。特に、同期部５３ｂに慣性力や外乱により被同期部５３ａに対し回転数差が生じた場合、図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態へ遷移させるように、ドグ歯５５を滑らせてハードウェア的に係合しようとする力と、回転数差によりドグ歯５５同士が押し合う力とが平衡し、係合が停滞してしまう、即ち、アクチュエータ６０によるストロークができなくなる。

そこで、本実施形態においては、第１のモータジェネレータＭＧ１を理論平衡トルクにした後、正転方向へのトルク及び逆転方向へのトルクを交互に印加する三角波トルクを重畳し、意図的に非平衡状態を作る。即ち、同期部５３ｂのドグ歯５５を、被同期部５３ａのドグ歯５５に対し揺さぶるように位置を変動させる。これにより、図４（ａ）のような状態で係合が停止した場合であっても、係合を促進し、係合を適切に完了することができる。

さらに、三角波トルクを印加し、目標位相に対する同期部５３ｂの現在の相対的な位相角の偏差（以後、「角度偏差」と呼ぶ。）を監視することにより、係合が完了したかの判定を行うことができる。被同期部５３ａと同期部５３ｂとが正しく係合していれば、同期部５３ｂに三角波トルクを印加して同期部５３ｂを回転させようとしても、同期部５３ｂはほとんど回転できないはずである。よって、三角波トルクの印加により、予め定めた閾値（以後、「第１の閾値」と呼ぶ。）以上の角度偏差の変動があった場合には、ドグクラッチ５が噛み合わされておらず、係合が遂行できていないと判定することができる。第１の閾値は、例えば実験結果の統計により定める。これにより、確実に係合確認を行うことができる。なお、角度偏差の代わりに、同期部５３ｂと被同期部５３ａとの回転数差を監視してもよい。この場合、三角波トルクを印加することにより、所定値以上の回転数差が生じたと判定したときに、係合が遂行できていないと判定される。これによっても確実に係合確認を行うことができる。なお、角度偏差や回転数差は例えばレゾルバ３２などのセンサにより検出する。

また、図４（ａ）の状態で係合が停止してしまう場合は、上述したように同期部５３ｂと被同期部５３ａとの外乱や慣性等により生じた回転数差に起因することが多い。そこで、上述の三角波のトルクの印加においては、まず回転数差を小さくする方向に同期部５３ｂが回転するようトルクの印加を行う。具体的には、上述の三角波のトルクの印加は、現在目標回転数に対し同期部５３ｂに生じている余分な回転を抑制する方向、即ち目標回転数に対して生じている回転変化を抑制する方向、言い換えると相対回転数を０にする方向から行う。このようにすることで、図４（ｂ）に示すように滑り込ませるように係合を実行することができる。

次に、図５に示すグラフを用いて実施形態における処理の一例について説明する。図５は、係合指令後のアクチュエータ６０の駆動電流、角度偏差、ＭＧ１トルク、アクチュエータ６０の状態、係合異常判定の時間経過に伴う変化を表すグラフの一例である。図５中のグラフ７０ｘ、７１ｘ、７２ｘ、７３ｘ及び７４ｘが係合処理に異常がなかった場合を表し、グラフ７１ｙ及び７４ｙがそれぞれ係合処理に異常があった場合の角度偏差及び係合異常判定の挙動を表す。

まず、期間Ａにおいて、ＥＣＵ５０は、係合を開始するため、回転数及び位相が係合条件を満たすようにＭＧ１トルクを制御する。なお、図５において、角度偏差とＭＧ１トルクは線形に変動しているが実際には上下の揺れを含み変動することになる。

次に、時刻ｔ１において、角度偏差が０となり係合条件を満たしたため、ＥＣＵ５０は、このときのＭＧ１トルク、即ち前回ＦＢトルク値Ｔｂを期間Ｂにおいて保持する。そして、ＥＣＵ５０は、期間Ｂにおいてアクチュエータ６０の駆動電流を上げてアクチュエータ６０を駆動させる。

次に、時刻ｔ１から所定時間経過後、時刻ｔ２において、ＥＣＵ５０は、ＭＧ１トルクを前回ＦＢトルク値Ｔｂから理論平衡トルクＴｋへ切り替え、時刻ｔ３までの所定時間、即ち期間Ｃでこれを保持する。これにより、係合開始後の角度偏差に変動が生じるのを防ぐことができる。また、ＥＣＵ５０は、期間Ｂまたは期間Ｃにおいて、アクチュエータ６０の駆動電流を上げている。これにより、係合を促進することができる。なお、駆動電流の上げるタイミングとしては、上述のようにドグ歯５５同士の接触後が好ましい。これにより、ショックの発生を防ぐこともできる。

そして、期間Ｄにおいて、ＥＣＵ５０は、理論平衡トルクＴｋに三角波のトルクを印加する。これにより、ドグ歯５５同士の接触により係合が途中で止まっていた場合に、係合を促進することができる。さらに、最初に印加するトルクの方向を、同期部５３ｂの回転変化を抑制する方向、即ち被同期部５３ａに対する同期部５３ｂの相対回転数とは逆方向にする。これにより、係合途中でアクチュエータ６０の作動が停止した状態から係合を完了する、即ち図４（ａ）の状態から図４（ｂ）のように滑りこませるように係合を完了することができる。また、期間Ｄにおいて、ＥＣＵ５０は、角度偏差の挙動を監視し、係合に異常がないか判定を行う。そして、角度偏差の絶対値が第１の閾値Ｋ以上になった場合、係合に異常があった、即ち係合が失敗したとみなし、再び係合条件を満たすように制御し、係合を開始する。このように、再度一連の係合処理を実行することを「再度係合制御を行う。」と表現する。この場合においても、理論平衡トルクＴｋ付近から回転数及び位相の制御を行うため、早期に係合条件を満たすことが可能であり、速やかに係合処理を再開することができる。図５において、グラフ７１ｘの場合は、三角波のトルクを印加しても角度偏差が変わっていないため、ＥＣＵ５０は係合異常がないと判断する。一方、グラフ７１ｙにおいては、三角波のトルクとともに角度偏差が変動し、時刻ｔ４付近において第１の閾値Ｋ以上になっている。したがってこの場合、ＥＣＵ５０は、グラフ７４ｙが示すように係合異常があったと判定する。

その後、時刻ｔ５において、ＥＣＵ５０は、グラフ７１ｘが示すように一定期間（期間Ｄ）三角波を印加しても角度偏差に第１の閾値Ｋ以上の変動がないことを確認すると、係合が完了したと判定し、期間ＥでＭＧ１トルクを０にスイープ（変位）させるように制御する。

なお、図５のグラフにおいて、ＭＧ１トルクの前回ＦＢトルク値Ｔｂから理論平衡トルクＴｋへ切り替えは、時刻ｔ２で実行していたが、時刻ｔ１のタイミング、即ち係合条件を満たした後すぐに実行してもよい。

[処理フロー]
次に、フローチャートを用いて実施形態に係る処理の手順について説明する。図６及び図７は、係合指令後から係合完了までにＥＣＵ５０が行う処理手順を表すフローチャートである。この処理はＥＣＵ５０により繰り返し実行される。なお、フローチャートの説明において、「ω」は同期部５３ｂの現在の回転数を表し、自動アップカウンタ「ｃｔａ」、「ｃｔｂ」、「ｃｔｃ」はそれぞれ所定時間（例えば１ｍｓ）ごとに値が１増えるカウンタである。また、係合開始フラグは係合開始の可否を判定するためのフラグ、スイープ指令フラグはＭＧ１トルクを０へスイープさせるか否かを判定するためのフラグ、固定ギヤ段走行指令フラグは固定ギヤ段走行への指令の可否を表すためのフラグである。また、方向フラグは、回転変化を抑制する方向をＵＰ（正転方向）、ＤＯＷＮ（逆転方向）で表したフラグである。係合異常フラグは、係合が失敗したと判定した場合にＯＮに設定されるフラグである。また、ステップＳ５乃至ステップＳ１３における処理が、係合開始指令手段が行う処理に該当し、ステップＳ１４乃至ステップＳ２２における処理が、トルク付与手段が行う処理に該当し、ステップＳ２３、ステップＳ２４における処理が、係合判定手段が行う処理に該当する。

まず、ＥＣＵ５０は、係合要求の有無について監視を行う（ステップＳ１）。そして、係合要求がない場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、係合開始フラグ、スイープ指令フラグ、及び固定ギヤ段走行指令フラグをそれぞれＯＦＦに設定する（ステップＳ２）。その後、処理はステップＳ９へ進む。

一方、係合要求があった場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、次に固定ギヤ段走行への指令がないか確認する（ステップＳ３）。そして、固定ギヤ段走行への指令がＯＦＦでない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、係合は完了しているとみなし、ＥＣＵ５０はフローチャートの処理を終了する。一方、固定ギヤ段走行への指令がＯＦＦのとき（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は次に係合開始フラグがＯＦＦであるか確認する（ステップＳ４）。そして、係合開始フラグがＯＮのとき（ステップＳ４；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０はステップＳ９の処理へ移る。一方、係合開始フラグがＯＦＦのとき（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は現在の回転数ωと目標回転数との回転数差Δω、及び現在の位相と目標位相との角度偏差ΔΘを計算する（ステップＳ５）。ここで目標回転数は、被同期部５３ａの回転数を指し、回転数差Δωは被同期部５３ａに対する同期部５３ｂの回転数差を表す。

そして、ＥＣＵ５０は、ＭＧ１トルクを算出し、算出したＭＧ１トルクを出力する（ステップＳ６）。ＭＧ１トルクの算出は、ステップＳ５で求めた回転数差Δω、角度偏差ΔΘに基づき行う。

次に、ＥＣＵ５０は、回転数差Δωの絶対値が十分小さく係合可能とみなせる所定値Ｋ１（以後、「第１の回転数差」と呼ぶ。）よりも小さく、かつ角度偏差ΔΘの絶対値が十分小さく係合可能とみなせる所定値Ｋ２よりも小さいか確認する、即ち係合条件を満たすか判定を行う（ステップＳ７）。そして、上述の係合条件を満たすと判断した場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、係合開始フラグをＯＮにし、自動ＵＰカウンタｃｔａを初期化、即ち０にするとともに、アクチュエータの駆動電流を設定（ここでは２０（Ａ））する（ステップＳ８）。そして、ＥＣＵ５０は、ステップＳ８で係合フラグがＯＮになったことを確認し（ステップＳ９）、ステップＳ８で初期化した自動ＵＰカウンタｃｔａが所定値Ｔａ１以下であるか確認を行う（ステップＳ１０）。所定値Ｔａ１は図５中のグラフにおける期間Ｂに相当する値に設定する。そして、自動ＵＰカウンタｃｔａが所定値Ｔａ１以下の場合（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ＭＧ１トルクが前回ＦＢトルク値を保持するように制御する（ステップＳ１１）。

一方、自動ＵＰカウンタｃｔａが所定値Ｔａ１以上になった場合（ステップＳ１０；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は次に自動ＵＰカウンタｃｔａが所定値Ｔａ２以下であるか判定を行う（ステップＳ１２）。このとき、所定値Ｔａ２は図５における期間Ｂ及び期間Ｃに相当する値に設定し、よって所定値Ｔａ１よりも大きい値に設定される。

そして、自動ＵＰカウンタｃｔａが所定値Ｔａ２以下である場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ＭＧ１トルクを理論平衡トルクに設定するとともに、駆動電流を引き上げる（ステップＳ１３）。ここでは、駆動電流を２０（Ａ）から４０（Ａ）に変更している。また、理論平衡トルクの計算は、ギヤ比をρとすると、
Ｔｇ＝−（ρ／（１＋ρ））×Ｔｅ
と求めることができる。ここで、「Ｔｇ」は理論平衡トルクを表し、「Ｔｅ」はエンジントルクを表す。ステップＳ１３により、係合条件が再び乱れるのを防止し、かつ係合する力を上げることで係合を促進することが可能となる。なお、上述のように、ＭＧ１トルクの理論平衡トルクへの設定と駆動電流の引上げとは必ずしも同時に実行する必要はなく、駆動電流の引上げは被同期部５３ａと同期部５３ｂとのドグ歯５５が接触したことを確認後実行してもよい。これにより係合時のショックの発生を防ぐことができる。

そして、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１３の後、回転数ωが０以下であるならば方向フラグをＵＰに設定し、回転数ωが０より大きいならば方向フラグをＤＯＷＮに設定し、自動ＵＰカウンタｃｔｂ、ｃｔｃを初期化する（ステップＳ１４）。被同期部５３ａの回転数は０であるため、同期部５３ｂの回転方向により目標回転数に対する回転変化の方向を把握することができるため、ＥＣＵ５０は、回転変化を抑制する方向を把握することができ、三角波トルクを最初に印加する方向を表す方向フラグを適切に設定することができる。

一方、自動ＵＰカウンタｃｔａが所定値Ｔａ２より大きい場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は図７に示すステップＳ１５へ進む。

ＥＣＵ５０は、スイープ指令フラグがＯＦＦであるか確認する（ステップＳ１５）。スイープ指令フラグは、一定時間三角波トルクの印加により係合が完了したことを確認後、ステップＳ２６にて設定されることになる。

次に、スイープ指令フラグがＯＦＦである場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ＭＧ１トルクに三角波トルクを印加することにより、係合の促進及び係合の異常検出を行う（ステップＳ１６乃至ステップＳ２２）。まず、方向フラグがＵＰである場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０はＭＧ１トルクに対し正のトルクを印加する（ステップＳ１７）。これにより、ＥＣＵ５０は、ドグクラッチ５の係合が図４（ａ）に示すような状態で留まっている場合にも、係合完了を促進することができる。

そして、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１４で初期化した自動ＵＰカウンタｃｔｂが所定値Ｋｕｐより大きいか判定を行う（ステップＳ１８）。そして、自動ＵＰカウンタｃｔｂがＫｕｐより大きい場合（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は自動ＵＰカウンタｃｔｂを初期化し、方向フラグをＯＦＦに設定する（ステップＳ１９）。

そして、方向フラグがステップＳ１４またステップＳ１９によりＯＦＦに設定された場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０はＭＧ１トルクに負のトルクを印加する（ステップＳ２０）。そして、ステップＳ１８、ステップＳ１９と同様、自動ＵＰカウンタｃｔｂが所定値Ｋｄｗｎより大きくなるまで継続して負のトルクの印加を行った場合には、ＥＣＵ５０は自動ＵＰカウンタｃｔｂを初期化し、方向フラグをＵＰに変更する（ステップＳ２１、ステップＳ２２）。このように、ＥＣＵ５０は一定時間（ここではＫｕｐ、Ｋｄｗｎに相当する時間）ごとに方向フラグを変更し、正のトルク及び負のトルクを印加させることで、三角波トルクを出力する。結果としてＥＣＵ５０は、同期部５３ｂのドグ歯を揺さぶることにより係合を促進することができる。

そして、ステップＳ１６乃至ステップＳ２２の三角波トルクの印加中において、ＥＣＵ５０は、係合異常の検出、即ち角度偏差ΔΘの絶対値が第１の閾値Ｋ_Θよりも大きいか監視を行う（ステップＳ２３）。これにより、三角波トルクの印加により係合を促進するとともに、係合異常判定も同時に実行することができる。そして、角度偏差ΔΘの絶対値が第１の閾値Ｋ_Θよりも大きい場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は係合が正常に行われていないと判断し、係合異常フラグをＯＮに設定する（ステップＳ２４）。これにより、ＥＣＵ５０は再度係合制御を行う、即ち、各フラグの値を初期化しフローチャートの処理を再び実行することになる。しかし、この場合においても、ＭＧ１トルクが理論平衡トルクの周辺値であるので、早期に係合を実行することが可能である。

一方、係合異常が検出されなかった場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は自動ＵＰカウンタｃｔｃが所定値Ｋｃよりも大きいか判定する（ステップＳ２５）。所定値Ｋｃは、係合の異常判定を行う時間、即ち図５における期間Ｄに相当する時間に設定する。そして、自動ＵＰカウンタｃｔｃが所定値Ｋｃ以下である場合（ステップＳ２５；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１６乃至ステップＳ２２の三角波トルクの印加及びステップＳ２３の係合異常検出の処理を継続することになる。一方、自動ＵＰカウンタｃｔｃが所定値Ｋｃよりも大きい場合（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、スイープ指令フラグをＯＮにし（ステップＳ２６）、スイープ処理へと処理を移行することになる。

そして、スイープ指令フラグがＯＮになった場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、スイープ処理を実行する（ステップＳ２７）。具体的には、ＥＣＵ５０は、ＭＧ１トルクを０にするようにトルクをスイープさせる。そして、ＭＧ１トルクが０になるまでスイープ処理を継続する（ステップＳ２８；Ｎｏ、ステップＳ２７）。そして、ＭＧ１トルクが０になった場合（ステップＳ２８；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、固定ギヤ段走行指令フラグをＯＮに設定する（ステップＳ２９）。これにより、固定ギヤ段走行が開始されることになる。

[変形例]
上述の実施形態においては、ＭＧ１トルクを理論平衡トルクに設定した後、三角波トルクを印加することにより係合の促進及び係合異常判定を実行していた。しかしながら、上述の三角波トルクの印加に係る処理は、正のトルク印加と負のトルク印加とを交互に行うため所定の時間を要する。したがって、変形例においては、三角波トルク印加の処理を省きスイープ処理を実行することで、一連の係合処理に要する時間を短縮化しつつ、係合の促進及び係合異常判定を実行することを可能にする。

変形例に係る処理について図８のグラフを用いて説明する。図８は、図５と同様に、係合指令後のアクチュエータ６０の駆動電流、相対位相、ＭＧ１トルク、アクチュエータ６０の状態、係合異常判定の時間経過伴う変化を表すグラフの一例である。

時刻ｔ３まで、即ちＭＧ１トルクを一定時間理論平衡トルクＴｋに設定するまでの各要素の値の変動は図５と同様である。そして、期間Ｄにおいて、変形例においては三角波トルクを印加する代わりにＭＧ１トルクを０へスイープさせる。しかし、この場合においても、係合が途中で留まっている場合を考慮し、回転方向を抑制する方向、即ち回転数差を減少させる方向にトルクを一度印加させた後、スイープ処理を行う（グラフ８２ｙの破線部９０を参照）。このようにすることで、係合が途中で停止していた場合にも係合を完了させることができ、かつ迅速に固定ギヤ段走行へ移行することが可能となる。そして、ＥＣＵ５０は、スイープ処理中において、角度偏差を監視する。そして、グラフ８１ｘの場合は、スリープ処理用のトルクを印加しても相対位相が変わっていないため、ＥＣＵ５０は係合異常がないと判断する。一方、グラフ８１ｙのように角度偏差が第１の閾値Ｋ以上になった場合は、ＥＣＵ５０は係合が失敗したと判定し、グラフ８４ｙに示すように係合に異常があると判定する。これによっても適切に係合異常の判定が可能となる。なお、スイープ処理中のトルクは、グラフ８２ｘのように均一に、即ち一定勾配に行う代わりに、グラフ８２ｙに示すように、後半に比べ最初の変化量を大きくすることにより、より早期に係合異常判定を可能にすることができる。

次に、フローチャートを用いて変形例に係る処理の手順について説明する。図９は、変形例におけるＥＣＵ５０が行う処理手順を表すフローチャートである。なお、ステップＳ１００以前の処理は図６に示すフローチャートの処理と同一であるため省略する。

まず、ＥＣＵ５０は、スイープ指令フラグがＯＦＦであるか確認する（ステップＳ１００）。なお、ステップＳ１００に最初に処理が移行した場合は、スイープ指令フラグは図６のステップＳ２においてＯＦＦにされている。そして、スイープ指令フラグがＯＦＦの場合（ステップＳ１００；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０はスイープ指令フラグをＯＮに設定する（ステップＳ１０１）。そして、次に、ＥＣＵ５０は図６のステップＳ１４で設定した方向フラグがＵＰであるか確認する（ステップＳ１０２）。そして、方向フラグがＵＰである場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０はＭＧ１に正のトルクを付加し（ステップＳ１０３）、方向フラグがＤＯＷＮである場合はＭＧ１に負のトルクを付加する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０３、ステップＳ１０４をＥＣＵ５０が実行することで、同期部５３ｂを回転変化を抑制する方向、即ち回転数差を減少させる方向に回転させるため、ドグクラッチ５の係合が図４（ａ）に示すような状態で留まっている場合でもドグクラッチ５が適切に噛み合うことができ、係合を完了することができる。

一方、ステップＳ１０１でスイープ指令フラグをＯＮにしたことにより、スイープ指令フラグがＯＦＦでない、即ちＯＮであると判定した場合（ステップＳ１００；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、ＭＧ１トルクのスイープ処理を実行する（ステップＳ１０５）。そして、ＥＣＵ５０は、スイープ処理の実行中において、係合異常検出を行う（ステップＳ１０６）。具体的には、ＥＣＵ５０は、角度偏差ΔΘの絶対値が第１の閾値Ｋ_Θよりも大きいか監視を行うことで係合の異常を検出する。これにより、早期にスイープ処理を開始しつつ、係合異常検出も実行することができる。そして、角度偏差ΔΘの絶対値が第１の閾値Ｋ_Θよりも大きい場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、係合異常フラグをＯＮに設定する（ステップＳ１０７）。その後ＥＣＵ５０は、再度係合制御を実行することになる。

一方、角度偏差ΔΘの絶対値が第１の閾値Ｋ_Θ以下である場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０はＭＧ１トルクが０になったか否かを判定する（ステップＳ１０８）。そして、ＭＧ１トルクが０になった場合（ステップＳ１０８；Ｙｅｓ）、スイープ処理は完了したので、ＥＣＵ５０は、固定ギヤ段走行指令フラグをＯＮに設定し（ステップＳ１０９）、その後固定ギヤ段走行を開始することになる。

実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示す図である。モータジェネレータ及び動力分割機構の構成を示す図である。ドグクラッチの構造を示す図である。ドグクラッチの係合時の一例について示した図である。係合指令後の各状態の時間経過伴う変化を表すグラフの一例を示した図である。実施形態に係る処理手順を表すフローチャートである。実施形態に係る処理手順を表すフローチャートである。変形例に係る係合指令後の各状態の時間経過伴う変化を表すグラフの一例を示した図である。変形例に係る処理手順を表すフローチャートである。

符号の説明

ＭＧ１、ＭＧ２モータジェネレータ
１エンジン
３出力軸
５ドグクラッチ
７ブレーキ部
２０動力分配機構
５３ａ被同期部
５３ｂ同期部
５５ドグ歯
６０アクチュエータ
１２、３２、４２レゾルバ

Claims

各々が円周方向に複数の歯及び溝を交互に形成してなり、同軸上に配置されて相互に係合する第１及び第２の係合部材と、
前記第１の係合部材との間に介在する回転要素を回転させることにより、前記第１の係合部材を回転させる原動機と、
前記第１の係合部材または前記第２の係合部材の少なくとも一方を軸線方向に移動させることにより、前記第１の係合部材の歯と前記第２の係合部材の歯とを係合及び解放させるアクチュエータと、
前記第１の係合部材と前記第２の係合部材との回転数差が第１の回転数差以下である場合に、アクチュエータに対して係合開始指令を与える係合開始指令手段と、
前記係合開始指令に応じた前記アクチュエータの作動後に、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材との角度偏差の絶対値が第１の閾値以上となった場合、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とが係合していないと判定する係合判定手段と、
前記係合判定手段による前記第１の係合部材と前記第２の係合部材との角度偏差の絶対値が前記第１の閾値以上となるか否かの判定と同時に、前記第１の係合部材の回転変化を抑制する方向に前記第１の係合部材にトルクを付与するトルク付与手段と、
を備え、
前記係合開始指令手段は、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とが係合していないと前記係合判定手段が判定した場合に、前記アクチュエータに対して再度係合開始指令を与えることを特徴とする車両の制御装置。