JP6090434B2 - ハイブリッド車両の走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、差動機構にて内燃機関の動力を第１モータ・ジェネレータと駆動輪とに分配可能であり、かつ駆動輪に第２モータ・ジェネレータの動力を出力可能なハイブリッド車両に適用され、加速走行と惰性走行とを所定の車速域内で交互に繰り返し行う加減速走行で車両を走行させることが可能な走行制御装置に関する。

内燃機関の動力を遊星歯車機構等の差動機構にて第１モータ・ジェネレータと駆動輪とに分配可能であり、かつ駆動輪に第２モータ・ジェネレータの動力を出力可能なハイブリッド車両が知られている。このような車両の制御装置として、内燃機関の動力にて駆動輪を駆動して車両を加速させる加速走行と、内燃機関を停止させて惰性で車両を走行させる惰性走行とを所定の車速域内において繰り返し行う加速惰性走行で車両を走行させることが可能な制御装置が知られている。例えば、内燃機関の熱効率を考慮すると、低負荷で連続運転するよりも加速惰性走行で車両を走行させ、加速走行時に内燃機関を高負荷で運転した方が燃費が向上する場合には、加速惰性走行で車両を走行させる制御装置が知られている（特許文献１参照）。この特許文献１の装置では、内燃機関を運転したり停止させたりする際に生じる出力変動を第２モータ・ジェネレータで補償している。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２０１０−００６３０９号公報 特許第４９９１５５５号公報

特許文献１に示されているようなハイブリッド車両では、第１モータ・ジェネレータで発電しつつその電力を第２モータ・ジェネレータで消費する動力循環走行や高速走行などの種々の走行状態が走行中に発生する。これら種々の走行状態を考慮すると、内燃機関の熱効率だけではなく各モータ・ジェネレータでの損失なども考慮して内燃機関及び各モータ・ジェネレータを制御しないと車両のエネルギ効率が改善しないおそれがある。

そこで、本発明は、車両全体のエネルギ効率を改善することが可能なハイブリッド車両の走行制御装置を提供することを目的とする。

本発明の走行制御装置は、内燃機関と、第１モータ・ジェネレータと、駆動輪に動力を伝達するための出力部と、相互に差動回転可能な３つの回転要素を有し、前記３つの回転要素のうちの第１回転要素が前記内燃機関と接続され、第２回転要素が前記第１モータ・ジェネレータと接続され、第３回転要素が前記出力部と接続された差動機構と、前記出力部に動力を出力可能な第２モータ・ジェネレータと、を備えたハイブリッド車両に適用される走行制御装置において、前記内燃機関に対する要求出力がゼロのときに、前記車両の速度が所定の制御判定速度以上の場合には前記内燃機関の回転数がゼロより高くなるように前記第１モータ・ジェネレータを制御する回転数制御が実行され、前記車両の速度が前記制御判定速度未満の場合には前記回転数制御の実行が禁止されるように前記第１モータ・ジェネレータを制御する制御手段を備え、前記制御判定速度には、前記回転数制御を実行しないときの前記車両におけるエネルギ損失が、前記回転数制御を実行したときの前記車両におけるエネルギ損失よりも大きくなる速度が設定されている。

この車両では、高速走行時に内燃機関の回転数をゼロに維持するためには、第１モータ・ジェネレータの回転数を高くする必要がある。周知のようにモータ・ジェネレータでは、ロータが回転するとロータで磁力が発生する。ロータはこの磁力によって制動されるので、モータ・ジェネレータでエネルギ損失が発生する。そして、この磁力はロータの回転数が高くなるほど大きくなる。この他、モータ・ジェネレータでは、軸受等の機械部分で生じる摩擦損失による機械損失、及び冷却用のオイルを攪拌する際に生じる攪拌損失が発生する。そして、これら機関損失及び攪拌損失もロータの回転数が高くなるほど大きくなる。また、周知のように差動機構では、各回転要素間の回転数差が大きくなると摩擦損失が大きくなる。そのため、高速走行時に内燃機関の回転数をゼロに維持すると、モータ・ジェネレータのエネルギ損失及び差動機構のエネルギ損失が大きくなる。これに対して回転数制御を実行して内燃機関の回転数をゼロより高くすると、内燃機関でフリクション損失が発生するが、モータ・ジェネレータのエネルギ損失、機械損失、及び攪拌損失及び差動機構のエネルギ損失が小さくなる。そのため、車速が高くなると、回転数制御を実行した場合の車両のエネルギ損失が、回転数制御を実行しなかった場合の車両のエネルギ損失より小さくなる場合がある。本発明の走行制御装置では、車両の速度が制御判定速度以上の場合に回転数制御を実行するので、高速走行時の車両のエネルギ損失を低減できる。そのため、車両全体のエネルギ効率を改善できる。

そして、本発明の速度を制御判定速度に設定することにより、車両全体のエネルギ効率を適切に改善できる。

本発明の走行制御装置の一形態においては、前記車両の走行中に所定の加減速走行条件が成立した場合、前記内燃機関を運転状態にして前記第１モータ・ジェネレータの回転数がゼロになるように前記内燃機関から出力された動力で前記車両を加速させる加速走行と、前記内燃機関を停止状態にして前記車両を惰性で走行させる惰性走行と、を所定の目標車速域内において交互に繰り返し行う加減速走行モードで前記車両が走行するように前記内燃機関、前記第１モータ・ジェネレータ、及び前記第２モータ・ジェネレータを制御する加減速走行手段をさらに備え、前記制御手段は、前記惰性走行中における前記車両の速度が前記制御判定速度以上の場合には前記回転数制御が実行され、前記惰性走行中における前記車両の速度が前記制御判定速度未満の場合には前記回転数制御の実行が禁止されるように前記第１モータ・ジェネレータを制御してもよい。この場合、惰性走行中のエネルギ損失を低減できる。そのため、惰性走行で走行できる距離を長くすることができる。従って、燃費を向上させることができる。

この形態において、前記車両には、前記内燃機関の回転数を表示するための回転数表示手段が設けられ、前記制御手段は、前記惰性走行中は前記回転数表示手段の表示をゼロにしてもよい。惰性走行中、車両は一定車速で走行してから緩やかに減速する。この際に内燃機関の回転数が回転数表示手段にそのまま表示されると、回転数制御の実行及びその実行の禁止に伴って表示される回転数が変動する。そのため、ドライバが違和感を覚える可能性がある。この形態では、惰性走行中は回転数表示手段の表示をゼロにするので、惰性走行中に回転数表示手段に表示される回転数が変動することを防止できる。そのため、ドライバが違和感を覚えることを抑制できる。

本発明の走行制御装置の一形態において、前記車両には、前記差動機構として設けられたシングルピニオン型の遊星歯車機構、シングルピニオン型の変速用第１遊星歯車機構、及びシングルピニオン型の変速用第２遊星歯車機構を含む変速機が設けられ、前記遊星歯車機構のリングギヤが前記内燃機関の出力軸と接続され、前記遊星歯車機構のサンギヤ及び前記変速用第１遊星歯車機構のリングギヤが前記第１モータ・ジェネレータのロータと接続され、前記遊星歯車機構のキャリアと前記変速用第１遊星歯車機構のキャリアとが回転部材を介して接続され、前記変速用第１遊星歯車機構のサンギヤ、前記変速用第２遊星歯車機構のサンギヤ、及び前記第２モータ・ジェネレータのロータが連結部材を介して接続され、前記変速用第２遊星歯車機構のキャリアが前記駆動輪に動力を出力する出力部材と接続され、前記変速用第２遊星歯車機構のリングギヤには、そのリングギヤを制動可能な第１ブレーキ手段が設けられ、前記連結部材には、前記連結部材を制動可能な第２ブレーキ手段が設けられ、前記変速用第１遊星歯車機構のキャリアと前記連結部材とは、そのキャリアと前記連結部材とが一体回転するようにこれらを連結する係合状態と、その連結を解除する解放状態とに切り替え可能な第１クラッチ手段を介して接続されており、前記回転部材と前記出力部材とは、前記回転部材と前記出力部材とが一体回転するようにこれらを連結する係合状態と、その連結を解除する解放状態とに切り替え可能な第２クラッチ手段を介して接続されており、前記変速機は、前記第１ブレーキ手段にて前記変速用第２遊星歯車機構のリングギヤを制動するとともに前記第２クラッチ手段を前記解放状態に切り替える低速モードと、前記第１ブレーキ手段による前記変速用第２遊星歯車機構のリングギヤの制動を解除するとともに前記第２クラッチ手段を前記係合状態に切り替える高速モードと、にモードを切り替え可能であってもよい。本発明は、このように変速機のモードを切替可能な車両に適用してもよい。

この形態において、前記制御判定速度には、前記第１モータ・ジェネレータの回転数がゼロになる速度が設定されていてもよい。周知のようにモータ・ジェネレータの回転数がゼロの場合には、そのモータ・ジェネレータのエネルギ損失が最小になる。そのため、このような速度を制御判定速度に設定しても、車両全体のエネルギ効率を適切に改善できる。

本発明の第１の形態に係る走行制御装置が組み込まれた車両を概略的に示す図。 惰性走行中かつ車速が低いときの車両の共線図の一例を示す図。 惰性走行中かつ車速が高いときの車両の共線図の一例を示す図。 車速と回転数制御を実行した場合のエネルギ損失との関係、及び車速と回転数制御を実行しない場合のエネルギ損失との関係の一例を示す図。 車両制御装置が実行するエンジン回転数制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の第２の形態に係る走行制御装置が組み込まれた車両を概略的に示す図。 第１クラッチ、第２クラッチ、第１ブレーキ、及び第２ブレーキの状態と変速段との対応関係を示す図。 各変速段における変速機の共線図の一例を示す図。 変速機が低速モードであり、惰性走行中であり、かつ低速時の車両の共線図の一例を示す図。 変速機が低速モードであり、惰性走行中であり、かつ中速時の車両の共線図の一例を示す図。 変速機が低速モードであり、惰性走行中であり、かつ高速時の車両の共線図の一例を示す図。 変速機が高速モードであり、惰性走行中であり、かつ低速時の車両の共線図の一例を示す図。 変速機が高速モードであり、惰性走行中であり、かつ中速時の車両の共線図の一例を示す図。 変速機が高速モードであり、惰性走行中であり、かつ高速時の車両の共線図の一例を示す図。

（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る走行制御装置が組み込まれた車両を概略的に示している。この車両１Ａはいわゆるハイブリッド車両として構成されている。車両１Ａは、内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１１と、第１モータ・ジェネレータ（以下、第１ＭＧと略称することがある。）１２と、第２モータ・ジェネレータ（以下、第２ＭＧと略称することがある。）１３とを備えている。エンジン１１は、ハイブリッド車両に搭載される周知のものであるため、詳細な説明を省略する。第１ＭＧ１２及び第２ＭＧ１３は、電動機及び発電機として機能する周知のモータ・ジェネレータである。第１ＭＧ１２は、出力軸１２ａと一体回転するロータ１２ｂと、ロータ１２ｂの外周に同軸に配置されてケース（不図示）に固定されたステータ１２ｃとを備えている。第２ＭＧ１３も同様に、出力軸１３ａと一体回転するロータ１３ｂと、ロータ１３ｂの外周に同軸に配置されてケースに固定されたステータ１３ｃとを備えている。

エンジン１１の出力軸１１ａ及び第１ＭＧ１２の出力軸１２ａは、動力分割機構１４と接続されている。動力分割機構１４には、車両１Ａの駆動輪２に動力を伝達するための出力部１５も接続されている。出力部１５は、第１ドライブギヤ１６と、第１ドライブギヤ１６と噛み合うとともにカウンタ軸１７に固定されたカウンタギヤ１８と、カウンタ軸１７に固定された出力ギヤ１９とを備えている。出力ギヤ１９は、デファレンシャル機構２０のケースに設けられたリングギヤ２０ａと噛み合っている。デファレンシャル機構２０は、リングギヤ２０ａに伝達された動力を左右の駆動輪２に分配する周知の機構である。なお、図１では左右の駆動輪２のうちの一方のみを示す。

動力分割機構１４は、差動機構としての遊星歯車機構２１を備えている。遊星歯車機構２１は、シングルピニオン型の遊星歯車機構であり、外歯歯車であるサンギヤＳｕと、そのサンギヤＳｕに対して同軸的に配置された内歯歯車としてのリングギヤＲｉと、これらのギヤＳｕ、Ｒｉに噛み合うピニオンギヤＰｉを自転可能かつサンギヤＳｕの周囲を公転可能に保持するキャリアＣａとを備えている。サンギヤＳｕは、第１ＭＧ１２の出力軸１２ａと連結されている。キャリアＣａは、エンジン１１の出力軸１１ａと連結されている。リングギヤＲｉは、第１ドライブギヤ１６と連結されている。そのため、サンギヤＳｕが本発明の第２回転要素に、キャリアＣａが本発明の第１回転要素に、リングギヤＲｉが本発明の第３回転要素にそれぞれ相当する。

この図に示すように第２ＭＧ１３の出力軸１３ａには、第２ドライブギヤ２２が設けられている。第２ドライブギヤ２２は、カウンタギヤ１８と噛み合っている。第１ＭＧ１２及び第２ＭＧ１３は、不図示のインバータ及び昇圧コンバータを介してバッテリ２３と電気的に接続されている。

エンジン１１、第１ＭＧ１２、及び第２ＭＧ１３の動作は、車両制御装置３０にて制御される。車両制御装置３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。車両制御装置３０は、車両１Ａを適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。車両制御装置３０は、これらのプログラムを実行することによりエンジン１１及び各ＭＧ１２、１３等の制御対象に対する制御を行っている。車両制御装置３０には、車両１Ａに係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。車両制御装置３０には、例えばアクセル開度センサ３１、車速センサ３２、及びクランク角センサ３３が接続されている。アクセル開度センサ３１は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度に対応した信号を出力する。車速センサ３２は、車両１Ａの速度（車速）に対応した信号を出力する。クランク角センサ３３は、エンジン１１の出力軸１１ａの回転速度（回転数）に対応した信号を出力する。

また、車両制御装置３０には、回転数表示手段としての回転数表示部３４が接続されている。回転数表示部３４は、車両制御装置３０から出力された回転数を表示する。この回転数表示部３４には、例えばエンジン１１の回転数が表示される。この他にも車両制御装置３０には種々のセンサやスイッチ等が接続されているが、それらの図示は省略した。

車両１Ａには、複数の走行モードが設けられている。複数の走行モードとしては、例えば定常走行モード及び加減速走行モードが設定されている。定常走行モードでは、車両１Ａが一定の速度で走行するようにエンジン１１、第１ＭＧ１２、及び第２ＭＧ１３が制御される。加減速走行モードでは、加速走行と惰性走行とが交互に繰り返し行われるようにエンジン１１、第１ＭＧ１２、及び第２ＭＧ１３が制御される。加減速走行モードの加速走行では、エンジン１１を運転状態にし、エンジン１１の動力で駆動輪２を駆動して車両１Ａを加速させる。また、この加速走行では、エンジン１１から一定の動力が出力され、かつ第１ＭＧ１２の回転数がゼロになるように車両１Ａの加速度が設定される。一方、加減速走行モードの惰性走行では、エンジン１１を停止させる。そして、車両１Ａを惰性走行させる。この場合、車両１Ａは走行抵抗で減速する。この加減速走行モードでは、車両１Ａに対して要求されている速度（要求速度）に基づいて目標車速域が設定される。そして、加速走行及び惰性走行すなわち車両１Ａの加速及び減速は、この目標車速域内で交互に繰り返し行われる。

車両制御装置３０は、車両１Ａの走行状態に基づいてこれらの走行モードを切り替える。車両制御装置３０は、例えば所定の加減速走行条件が成立した場合に、走行モードを加減速走行モードに切り替える。なお、加減速走行条件が成立したか否かは、例えば車速及び加減速度に基づいて判定される。具体的には、車速が所定の高速判定速度以上であるとともに所定期間ほぼ一定であり、かつこの所定期間に車両１Ａの加減速も殆ど無い場合に、加減速走行条件が成立したと判定される。このように走行モードを切り替えることにより、車両制御装置３０が本発明の加減速走行手段として機能する。

また、車両制御装置３０は、惰性走行時に車速が所定の制御判定速度以上の場合に、エンジン１１の回転数が所定のモータ駆動回転数になるように第１ＭＧ１２を制御する。以下、この制御を回転数制御と称する。なお、モータ駆動回転数は、ゼロより高い回転数が設定される。具体的には、１００〜５００ｒ．ｐ．ｍ．の回転数が設定される。一方、惰性走行時に車速が制御判定速度未満の場合には、回転数制御の実行が禁止される。この場合、第１ＭＧ１２、第２ＭＧ１３、及び昇圧コンバータをシャットダウンする。そのため、エンジン１１の回転数及び出力トルクがゼロになる。

図２及び図３は、惰性走行中の車両１Ａの共線図の一例を示している。なお。図２は車速が低いときの共線図を示し、図３は車速が高いときの共線図を示している。これらの図において「ＭＧ１」は第１ＭＧ１２を、「ＥＮＧ」はエンジン１１を、「ＭＧ２」は第２ＭＧ１３をそれぞれ示している。また、「Ｓｕ」、「Ｃａ」、「Ｒｉ」は、それぞれ遊星歯車機構２１のサンギヤＳｕ、キャリアＣａ、リングギヤＲｉを示している。これらの図における正転方向は、エンジン１１が運転時に回転する方向である。逆転方向は、その正転方向と反対の方向である。そして、破線Ｌ１が回転数制御を実行しなかったときの各回転要素の関係を示している。実線Ｌ２が回転数制御を実行したときの各回転要素の関係を示している。

図１から明らかなように惰性走行中は駆動輪２から入力された動力により、リングギヤＲｉ及び第２ＭＧ１３が回転する。そのため、エンジン１１の回転数がゼロの場合には、第１ＭＧ１２が逆転方向に回転する。そして、この場合に車速が高いとリングギヤＲｉの回転数が高くなるので、サンギヤＳｕ及び第１ＭＧ１２が高速で回転する。周知のようにモータ・ジェネレータでは、ロータが回転するとロータで磁力が発生する。ロータはこの磁力によって制動されるので、モータ・ジェネレータでエネルギ損失が発生する。そして、この磁力は、ロータの回転数が高くなるほど大きくなる。そのため、エンジン１１の回転数がゼロの場合には、車速が高いほど第１ＭＧ１２及び第２ＭＧ１３のエネルギ損失が大きくなる。また、各ＭＧ１２、１３に設けられているロータの軸受等の機械部分では摩擦損失による機械損失が発生する。そして、この機械損失もロータの回転数が高くなるほど大きくなる。さらに、各ＭＧ１２、１３では、冷却用のオイルを攪拌する際に生じる攪拌損失（引きずり損失とも呼ばれる。）が発生する。この攪拌損失も、ロータの回転数が高くなるほど大きくなる。周知のように遊星歯車機構では、各回転要素間の回転数差が大きくなると摩擦損失が大きくなる。そのため、エンジン１１の回転数をゼロに維持する場合には、車速が高いほど遊星歯車機構２１でのエネルギ損失が大きくなる。

このようにエンジン１１の回転数がゼロの場合には、車速が高くなるほど第１ＭＧ１２、第２ＭＧ１３、及び遊星歯車機構２１のエネルギ損失が大きくなる。これに対して回転数制御を実行した場合には、図２及び図３に示したように第１ＭＧ１２の回転数及びサンギヤＳｕの回転数が低下する。特に車速が高い場合は車速が低い場合と比較して第１ＭＧ１２の回転数及びサンギヤＳｕの回転数が大きく低下する。そのため、第１ＭＧ１２のエネルギ損失及び遊星歯車機構２１のエネルギ損失を低減できる。ただし、この場合には、エンジン１１を回転させるので、エンジン１１でフリクション損失が発生する。

図４は、車速と、回転数制御を実行した場合の車両１Ａのエネルギ損失及び回転数制御を実行しない場合の車両１Ａのエネルギ損失との関係の一例を示している。なお、この図の「ＥＮＧ」はエンジン１１のフリクション損失を示している。「ＭＧ１」は第１ＭＧ１２におけるエネルギ損失を示している。「ＭＧ２」は第２ＭＧ１３におけるエネルギ損失を示している。「ＰＧ」は遊星歯車機構２１におけるエネルギ損失を示している。なお、車両１Ａではこれらの他の部分でもエネルギ損失が発生するが、そのエネルギ損失はエンジン１１、第１ＭＧ１２、第２ＭＧ１３、及び遊星歯車機構２１のエネルギ損失と比較して小さいので図示を省略した。この図の各車速はＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４の関係を有している。

この図に示すように車速が車速Ｖ１〜Ｖ３の場合には、回転数制御を実行しない方が車両１Ａのエネルギ損失が小さくなる。一方、車速が車速Ｖ４の場合には、回転数制御を実行した方が車両１Ａのエネルギ損失が小さくなる。このように車両１Ａでは、車速が図４に示した車速Ｖ３と車速Ｖ４との間の所定の車速Ｖ以上になると、回転数制御を実行しなかった場合のエネルギ損失が回転数制御を実行した場合のエネルギ損失よりも大きくなる。そこで、回転数制御を実行するか否か判定する制御判定速度には、この車速Ｖを設定すればよい。なお、制御判定速度はこの車速Ｖに限定されない。制御判定速度には、例えばこの車速Ｖより高い車速を設定してもよい。この他、制御判定速度には、回転数制御を実行しない場合のエネルギ損失が回転数制御を実行した場合のエネルギ損失より大きくなる適宜の車速を設定してよい。例えば、制御判定速度には、第１ＭＧ１２が負回転になるような高速域の速度が設定される。

図５は、車両制御装置３０がこのように惰性走行時にエンジン１１の回転数を制御するために実行するエンジン回転数制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、車両１Ａの走行中に所定の周期で繰り返し実行される。この制御ルーチンを実行することにより、車両制御装置３０が本発明の制御手段として機能する。

この制御ルーチンにおいて車両制御装置３０は、まずステップＳ１１で車両１Ａの走行状態を取得する。車両１Ａの状態としては、例えばアクセル開度、車速、及びエンジン１１の回転数が取得される。この処理では、この他にも車両１Ａの走行状態に関する種々の情報が取得されるが、それらについては説明を省略する。

次のステップＳ１２において車両制御装置３０は、走行モードが加減速走行モードか否か判定する。走行モードが加減速走行モードではないと判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、走行モードが加減速走行モードであると判定した場合はステップＳ１３に進み、車両制御装置３０は現在惰性走行中か否か判定する。現在加速走行中であると判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、現在惰性走行中であると判定した場合はステップＳ１４に進み、車両制御装置３０は車速が制御判定速度以上か否か判定する。車速が制御判定速度以上と判定した場合はステップＳ１５に進み、車両制御装置３０は回転数制御を実行する。また、この処理では、回転数表示部３４にゼロを表示する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、車速が制御判定速度未満と判定した場合はステップＳ１６に進み、車両制御装置３０は回転数制御の実行を禁止する。また、この処理でも回転数表示部３４にゼロを表示する。すなわち、惰性走行中は回転数表示部３４にゼロを表示する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

以上に説明したように、第１の形態によれば、惰性走行時に車速が制御判定速度以上になると回転数制御を実行するので、惰性走行時の車両１Ａのエネルギ損失を低減できる。これにより惰性走行時の車両１Ａの全体のエネルギ効率を改善できるので、車両１Ａが惰性走行で走行できる距離を長くできる。そのため、燃費を向上させることができる。

また、惰性走行中は回転数表示部３４にゼロが表示される。惰性走行中、車両は一定車速で走行してから緩やかに減速する。この際にエンジン１１の回転数を回転数表示部３４にそのまま表示すると、回転数制御の実行及びその実行の禁止に伴って表示される回転数が変動する。そのため、ドライバが違和感を覚える可能性がある。本発明では、惰性走行中は回転数表示部３４にゼロを表示するので、惰性走行中に回転数表示部３４に表示される回転数が変動することを防止できる。そのため、ドライバが違和感を覚えることを抑制できる。

（第２の形態）
次に図６〜図１４を参照して本発明の第２の形態に係る走行制御装置について説明する。図６は、第２の形態に係る走行制御装置が組み込まれた車両１Ｂを概略的に示している。なお、この図において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

この図に示すように車両１Ｂには、変速機４０が設けられている。エンジン１１、第１ＭＧ１２、及び第２ＭＧ１３は、この変速機４０と接続されている。変速機４０は、第１遊星歯車機構４１、第２遊星歯車機構４２、及び第３遊星歯車機構４３を備えている。これらの遊星歯車機構４１、４２、４３は、いずれもシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。第１遊星歯車機構４１は、外歯歯車であるサンギヤＳｕ１と、そのサンギヤＳｕ１に対して同軸的に配置された内歯歯車としてのリングギヤＲｉ１と、これらのギヤＳｕ１、Ｒｉ１に噛み合うピニオンギヤＰｉ１を自転可能かつサンギヤＳｕ１の周囲を公転可能に保持するキャリアＣａ１とを備えている。以降、この第１遊星歯車機構４１のサンギヤＳｕ１、リングギヤＲｉ１、キャリアＣａ１を、第１サンギヤＳｕ１、第１リングギヤＲｉ１、第１キャリアＣａ１と称することがある。

第２遊星歯車機構４２は、外歯歯車であるサンギヤＳｕ２と、そのサンギヤＳｕ２に対して同軸的に配置された内歯歯車としてのリングギヤＲｉ２と、これらのギヤＳｕ２、Ｒｉ２に噛み合うピニオンギヤＰｉ２を自転可能かつサンギヤＳｕ２の周囲を公転可能に保持するキャリアＣａ２とを備えている。以降、この第２遊星歯車機構４２のサンギヤＳｕ２、リングギヤＲｉ２、キャリアＣａ２を、第２サンギヤＳｕ２、第２リングギヤＲｉ２、第２キャリアＣａ２と称することがある。第３遊星歯車機構４３は、外歯歯車であるサンギヤＳｕ３と、そのサンギヤＳｕ３に対して同軸的に配置された内歯歯車としてのリングギヤＲｉ３と、これらのギヤＳｕ３、Ｒｉ３に噛み合うピニオンギヤＰｉ３を自転可能かつサンギヤＳｕ３の周囲を公転可能に保持するキャリアＣａ３とを備えている。以降、この第３遊星歯車機構４３のサンギヤＳｕ３、リングギヤＲｉ３、キャリアＣａ３を、第３サンギヤＳｕ３、第３リングギヤＲｉ３、第３キャリアＣａ３と称することがある。

この図に示すように第１リングギヤＲｉ１は、エンジン１１の出力軸１１ａと連結されている。第１サンギヤＳｕ１及び第２リングギヤＲｉ２は、第１ＭＧ１２のロータ１２ｂと連結されている。第１キャリアＣａ１及び第２キャリアＣａ２は、回転部材としての回転軸４４と連結されている。第２サンギヤＳｕ２及び第３サンギヤＳｕ３は、第２ＭＧ１３のロータ１３ｂと連結部材としての連結軸４５を介して連結されている。この連結軸４５は、第１クラッチＣ１を介して第２キャリアＣａ２と連結されている。第１クラッチＣ１は、第２キャリアＣａ２と連結軸４５とが一体回転する係合状態と、第２キャリアＣａ２が連結軸４５から切り離される解放状態とに切り替え可能に構成されている。第３キャリアＣａ３は、出力部材としての出力軸４６と連結されている。図示は省略したが、出力軸４６はデファレンシャル機構２０を介して駆動輪２と連結されている。出力軸４６は、第２クラッチＣ２を介して回転軸４４と連結されている。第２クラッチＣ２は、出力軸４６と回転軸４４とが一体回転する係合状態と、回転軸４４が出力軸４６から切り離される解放状態とに切り替え可能に構成されている。第３リングギヤＲｉ３には、第３リングギヤＲｉ３を制動する制動状態と、その制動を解除する解除状態とに切り替え可能な第１ブレーキＢ１が設けられている。連結軸４５には、連結軸４５を制動する制動状態と、その制動を解除する解除状態とに切り替え可能な第２ブレーキＢ２が設けられている。

この変速機４０では、第１クラッチＣ１、第２クラッチＣ２、第１ブレーキＢ１、及び第２ブレーキＢ２の状態を適宜に切り替えることにより、変速段を切り替える。図７は、第１クラッチ４５、第２クラッチ４９、第１ブレーキ４６、及び第２ブレーキ４７の状態と各変速段との対応関係を示している。この図の「Ｃ１」は第１クラッチＣ１を示し、「Ｃ２」は第２クラッチＣ２を示している。また、各クラッチＣ１、Ｃ２の「○」はクラッチＣ１、Ｃ２を係合状態にすることを示している。一方、「×」はクラッチＣ１、Ｃ２を解放状態にすることを示している。この図の「Ｂ１」は第１ブレーキＢ１を示し、「Ｂ２」は第２ブレーキＢ２を示している。また、各ブレーキＢ１、Ｂ２の「○」はブレーキＢ１、Ｂ２を制動状態にすることを示している。一方、「×」はブレーキＢ１、Ｂ２を解除状態にすることを示している。この図に示したように変速機４０は、１速〜４速の間で変速段を切り替えることができる。

図８は、各変速段における変速機４０の共線図の一例を示している。なお、この図の「ＭＧ１」は第１ＭＧ１２を、「ＥＮＧ」はエンジン１１を、「ＭＧ２」は第２ＭＧ１３を、「ＯＵＴ」は出力軸４６をそれぞれ示している。「Ｓｕ１」、「Ｃａ１」、「Ｒｉ１」は、それぞれ第１サンギヤＳｕ１、第１キャリアＣａ１、第１リングギヤＲｉ１を示している。「Ｓｕ２」、「Ｃａ２」、「Ｒｉ２」は、それぞれ第２サンギヤＳｕ２、第２キャリアＣａ２、第２リングギヤＲｉ２を示している。「Ｓｕ３」、「Ｃａ３」、「Ｒｉ３」は、それぞれ第３サンギヤＳｕ３、第３キャリアＣａ３、第３リングギヤＲｉ３を示している。「Ｂ１」は第１ブレーキＢ１を示し、「Ｃ２」は第２クラッチＣ２を示している。

この図に示すように１速及び２速では、第１ブレーキＢ１を制動状態にし、第２クラッチＣ２を解放状態にする。この場合、第１キャリアＣａ１及び第２キャリアＣａ２が出力軸４６と切り離される。そのため、共線図上には、各回転要素の回転数の関係を示す線が２本生じる。そして、この場合、エンジン１１の動力が各遊星歯車機構４１〜４３を介して出力軸４６に伝達されるので、変速比が大きくなる。以降、１速及び２速を低速モードと称することがある。一方、３速及び４速では、第１ブレーキＢ１を解除状態にし、第２クラッチＣ２を係合状態にする。この場合、第１キャリアＣａ１、第２キャリアＣａ２、及び出力軸４６が一体に回転する。そのため、各回転要素の回転数の関係を示す線が１本になる。この場合、エンジン１１の動力が第１遊星歯車機構４１を介して出力軸４６に伝達されるので、変速比が小さくなる。以降、３速及び４速を高速モードと称することがある。

なお、２速から３速への切り替えは、各回転要素の回転数の関係を示す２本の線が重なるようにエンジン１１、第１ＭＧ１２、及び第２ＭＧ１３を制御し、これら２本の線が重なったときに第１ブレーキＢ１を解除状態にするとともに第２クラッチＣ２を係合状態にする。一方、３速から２速への切り替えは、第３リングギヤＲｉ３の回転数がゼロになるようにエンジン１１、第１ＭＧ１２、及び第２ＭＧ１３を制御し、第３リングギヤＲｉ３の回転数がゼロになったときに第１ブレーキＢ１を制動状態にするとともに第２クラッチＣ２を解放状態にする。

第１クラッチＣ１、第２クラッチＣ２、第１ブレーキＢ１、及び第２ブレーキＢ２の動作は、車両制御装置３０に制御される。車両制御装置３０は、アクセル開度及び車速に基づいてこれらクラッチＣ１、Ｃ２及びブレーキＢ１、Ｂ２を制御し、これにより変速段を適宜に切り替える。

この車両１Ｂでも、定常走行モード及び加減速走行モードが走行モードとして設けられている。そして、第１の形態と同様に、車両制御装置３０は加減速走行条件が成立した場合に加減速走行モードを実行する。また、この形態でも、車両制御装置３０は図５に示した制御ルーチンを実行する。そのため、惰性走行時に車速が予め設定した所定の制御判定速度以上になると回転数制御が実行される。

図９〜図１１は、変速機４０が低速モードであり、かつ車両１Ｂが惰性走行中の共線図を示している。図９は低速時の共線図を示している。図１０は中速時の共線図を示している。図１１は高速時の共線図を示している。なお、上述したように変速機４０が低速モードのときは共線図上に各回転要素の回転数の関係を示す線が２本生じる。そのため、各図の破線Ｌ１１、Ｌ１２が回転数制御を実行しなかったときの各回転要素の関係を示している。実線Ｌ１３、１４が回転数制御を実行したときの各回転要素の関係を示している。

図１２〜図１４は、変速機４０が高速モードであり、かつ車両１Ｂが惰性走行中の共線図を示している。図１２は低速時の共線図を示している。図１３は中速時の共線図を示している。図１４は高速時の共線図を示している。各図の破線Ｌ２１が回転数制御を実行しなかったときの各回転要素の関係を示している。実線Ｌ２２が回転数制御を実行したときの各回転要素の関係を示している。

これらの図に示すように第２の形態の車両１Ｂでは、回転数制御を実行しないと高速時に各遊星歯車機構４１、４２、４３の各回転要素の回転数の差が大きくなる。また、各ＭＧ１２、１３の回転数も高くなる。そのため、このような場合には各ＭＧ１２、１３のエネルギ損失及び各遊星歯車機構４１、４２、４３のエネルギ損失がそれぞれ大きくなる。そこで、このような場合には回転数制御を実行する。これにより各遊星歯車機構４１、４２、４３の各回転要素の回転数の差を小さくできる。また、各ＭＧ１２、１３の回転数を低減できる。

なお、制御判定速度には、回転数制御を実行しない場合のエネルギ損失が回転数制御を実行した場合のエネルギ損失より大きくなる車速が設定される。また、図１０に示したように変速機４０が低速モードの場合には、回転数制御を実行すると第１ＭＧ１２の回転数がゼロになる車速がある。このように第１ＭＧ１２の回転数がゼロになる運転点、いわゆるメカニカルポイントでは、第１ＭＧ１２のエネルギ損失が最も小さくなる。そこで、このように第１ＭＧ１２の回転数がゼロになる車速を、変速機４０が低速モードのときの制御判定速度に設定してもよい。また、図１３に示したように変速機４０が高速モードの場合にも、回転数制御を実行すると第１ＭＧ１２の回転数がゼロになる車速がある。そこで、この車速を変速機４０が高速モードのときの制御判定速度に設定してもよい。

以上に説明したように、第２の形態でも、惰性走行時に車速が制御判定速度以上になると回転数制御を実行するので、惰性走行時の車両１Ｂのエネルギ損失を低減できる。これにより惰性走行時の車両１Ｂの全体のエネルギ効率を改善できるので、車両１Ｂが惰性走行で走行できる距離を長くできる。そのため、燃費を向上させることができる。

なお、第１遊星歯車機構４１が本発明の遊星歯車機構に相当する。第２遊星歯車機構４２が本発明の変速用第１遊星歯車機構に相当する。第３遊星歯車機構４３が本発明の変速用第２遊星歯車機構に相当する。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、回転数制御を実行する条件は、惰性走行中に車速が制御判定速度以上になった場合に限定されない。車両が高速で走行し、かつ内燃機関に対する要求出力がゼロのときに、車速が制御判定速度以上になった場合に回転数制御を実行してもよい。

Claims (5)

1. 内燃機関と、
   第１モータ・ジェネレータと、
   駆動輪に動力を伝達するための出力部と、
   相互に差動回転可能な３つの回転要素を有し、前記３つの回転要素のうちの第１回転要素が前記内燃機関と接続され、第２回転要素が前記第１モータ・ジェネレータと接続され、第３回転要素が前記出力部と接続された差動機構と、
   前記出力部に動力を出力可能な第２モータ・ジェネレータと、を備えたハイブリッド車両に適用される走行制御装置において、
   前記内燃機関に対する要求出力がゼロのときに、前記車両の速度が所定の制御判定速度以上の場合には前記内燃機関の回転数がゼロより高くなるように前記第１モータ・ジェネレータを制御する回転数制御が実行され、前記車両の速度が前記制御判定速度未満の場合には前記回転数制御の実行が禁止されるように前記第１モータ・ジェネレータを制御する制御手段を備え、
   前記制御判定速度には、前記回転数制御を実行しないときの前記車両におけるエネルギ損失が、前記回転数制御を実行したときの前記車両におけるエネルギ損失よりも大きくなる速度が設定されている走行制御装置。
2. 前記車両の走行中に所定の加減速走行条件が成立した場合、前記内燃機関を運転状態にして前記第１モータ・ジェネレータの回転数がゼロになるように前記内燃機関から出力された動力で前記車両を加速させる加速走行と、前記内燃機関を停止状態にして前記車両を惰性で走行させる惰性走行と、を所定の目標車速域内において交互に繰り返し行う加減速走行モードで前記車両が走行するように前記内燃機関、前記第１モータ・ジェネレータ、及び前記第２モータ・ジェネレータを制御する加減速走行手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記惰性走行中における前記車両の速度が前記制御判定速度以上の場合には前記回転数制御が実行され、前記惰性走行中における前記車両の速度が前記制御判定速度未満の場合には前記回転数制御の実行が禁止されるように前記第１モータ・ジェネレータを制御する請求項１に記載の走行制御装置。
3. 前記車両には、前記内燃機関の回転数を表示するための回転数表示手段が設けられ、
   前記制御手段は、前記惰性走行中は前記回転数表示手段の表示をゼロにする請求項２に記載の走行制御装置。
4. 前記車両には、前記差動機構として設けられたシングルピニオン型の遊星歯車機構、シングルピニオン型の変速用第１遊星歯車機構、及びシングルピニオン型の変速用第２遊星歯車機構を含む変速機が設けられ、
   前記遊星歯車機構のリングギヤが前記内燃機関の出力軸と接続され、
   前記遊星歯車機構のサンギヤ及び前記変速用第１遊星歯車機構のリングギヤが前記第１モータ・ジェネレータのロータと接続され、
   前記遊星歯車機構のキャリアと前記変速用第１遊星歯車機構のキャリアとが回転部材を介して接続され、
   前記変速用第１遊星歯車機構のサンギヤ、前記変速用第２遊星歯車機構のサンギヤ、及び前記第２モータ・ジェネレータのロータが連結部材を介して接続され、
   前記変速用第２遊星歯車機構のキャリアが前記駆動輪に動力を出力する出力部材と接続され、
   前記変速用第２遊星歯車機構のリングギヤには、そのリングギヤを制動可能な第１ブレーキ手段が設けられ、
   前記連結部材には、前記連結部材を制動可能な第２ブレーキ手段が設けられ、
   前記変速用第１遊星歯車機構のキャリアと前記連結部材とは、そのキャリアと前記連結部材とが一体回転するようにこれらを連結する係合状態と、その連結を解除する解放状態とに切り替え可能な第１クラッチ手段を介して接続されており、
   前記回転部材と前記出力部材とは、前記回転部材と前記出力部材とが一体回転するようにこれらを連結する係合状態と、その連結を解除する解放状態とに切り替え可能な第２クラッチ手段を介して接続されており、
   前記変速機は、前記第１ブレーキ手段にて前記変速用第２遊星歯車機構のリングギヤを制動するとともに前記第２クラッチ手段を前記解放状態に切り替える低速モードと、前記第１ブレーキ手段による前記変速用第２遊星歯車機構のリングギヤの制動を解除するとともに前記第２クラッチ手段を前記係合状態に切り替える高速モードと、にモードを切り替え可能である請求項１に記載の走行制御装置。
5. 前記制御判定速度には、前記第１モータ・ジェネレータの回転数がゼロになる速度が設定されている請求項４に記載の走行制御装置。

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