JP6098405B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、動力源としてエンジンおよびモータを搭載したハイブリッド車両の制御装置に関する。

従来、エンジンおよびモータを搭載したハイブリッド車両のうち、動力源として機能する二つのモータを備え、そのモータが発電機能を有するように構成された車両が知られている。その車両の動力伝達装置には、複数の回転要素からなる差動機構により構成された動力分割機構が含まれ、その動力分割機構は、三つの回転要素による差動作用を生じ、いずれか一つの回転要素がエンジンと連結され、他の一つの回転要素が第１モータと連結され、更に他の一つの回転要素が駆動輪および第２モータと連結されることも知られている。そして、エンジンが出力した動力を、動力分割機構によって発電機能を有する第１モータ側と、駆動輪に接続された出力部材側とに分割して伝達し、かつ第１モータが反力を生じることによりそのモータの回転数に応じてエンジンの回転数を適宜に制御することができる。このようにエンジンが出力する動力により走行する走行モードの他に、エンジンを停止させてモータが出力する動力のみにより走行する走行モードを設定することができるように構成されている。

その種のツーモータ式ハイブリッド車両として、エンジンのクランクシャフトを固定するためのクラッチを備え、設定される走行モードに応じてクラッチの作動を制御する構成が、特許文献１と特許文献２と特許文献３とにそれぞれ開示されている。それらの文献に記載された構成では、エンジンからの出力によって走行するトルク変換運転モードおよび充放電運転モードの場合にはクラッチを開放させ、他方、エンジンを停止して二つのモータからの出力によって走行するモータ運転モードの場合にはクラッチを係合させるように構成されている。

特許第５１４１８０２号 特開２００８−２６５６００号公報 特開２００８−２６５５９８号公報

ところで、各特許文献に記載された構成では、クラッチを係合状態と開放状態とのいずれかの状態にさせることにより異なる駆動特性となる運転モードに設定されるため、各種の駆動制御を行う際にクラッチの状態を正確に判断する必要がある。その状態判別を正確にするためには種々の構成を検討でき、例えば油圧スイッチ等のセンサ装置を追加する構成とすることができる。しかしながら、そのようなセンサ装置を各クラッチに設けることは、製造コストを増大させる要因となる。

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って、走行モードを切り替えるための係合装置の状態を精度良く判断できるように構成されたハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、エンジンに連結された第１回転要素と、発電機能を有する第１モータに連結された第２回転要素と、第２モータおよび出力部材に連結された第３回転要素とを有し、各回転要素が差動作用を生じる動力分割機構と、動力伝達経路における前記エンジンと前記動力分割機構との間に設けられた変速部と、少なくとも前記変速部をニュートラル状態に設定する開放状態、あるいは前記変速部を変速状態に設定する係合状態に切り替えられるように構成された係合装置とを備えたハイブリッド車両の制御装置において、前記変速部をニュートラル状態から変速状態に切り替える際、前記第１モータの回転数を制御することによって前記係合装置の差回転数が、同期回転数からの差として予め定めた所定回転数以内となった場合に、前記第１モータのトルクを一定に制御した状態で前記係合装置の係合を開始し、前記第１モータの回転数が、前記同期回転数に対応する予め定めた目標回転数になったことにより、前記係合装置が係合したことを判断することを特徴とするものである。

この発明によれば、係合装置の状態が係合状態であることを検出するためのセンサ装置を設けずに、第１モータの回転数により係合装置の係合状態を判断することができるようになり、そのセンサ装置を追加する分の製造コストを抑制することができる。

この発明で対象とすることができるパワートレーンの一例を示したスケルトン図である。 ハイブリッド車両の制御装置に含まれる電子制御装置の一例を示したブロック図である。 各走行モードおよび後進状態での係合装置の係合状態および開放状態と、各モータ・ジェネレータの動作の状態とを示した表図である。 エンジン走行モードに設定された場合を示した共線図である。 ワンモータ走行モードに設定された場合を示した共線図である。 ツーモータ走行モードに設定された場合を示した共線図である。 係合装置の係合状態を判断するための制御例を示したフローチャート図である。 走行モード切替時における車両の運転状態の一例を示したタイムチャート図である。 係合装置を開放状態から係合状態に切り替えた場合を示した共線図である。 変速部の変速比に応じて設定されるブレーキの差回転数差を示した説明図である。 変速部の変速比に応じて設定される第１モータ・ジェネレータのトルク操作量を示した説明図である。

以下、この発明を具体的に説明する。この発明で対象とする車両は、いわゆるツーモータ式ハイブリッド車両であって、種類の異なる動力源としてエンジンおよび二つのモータが搭載されている。この発明の一例におけるハイブリッド車両の制御装置は、駆動特性が異なる複数の走行モードを設定できるとともに、その走行モードを切り替える制御を実行するように構成されている。図１は、この発明で対象とすることができるパワートレーンの一例を示している。図１に示すように、車両Ｖｅは、動力源として、燃料を燃焼させて動力を出力するエンジン（ＥＮＧ）１と、電力が供給されて動力を出力する機能と機械的な外力によって強制的に回転させられて発電する機能とを有する第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２および第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３とを備えている。エンジン１は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンやガスエンジンなど、燃料を使用する内燃機関である。モータ・ジェネレータ２，３は、図示しない蓄電池などの蓄電装置から電力を供給されて駆動し、あるいは発電した電力を蓄電装置へ供給するように構成されている。

エンジン１から車軸１１に到る動力伝達経路中には、エンジン１が出力した動力を、第１モータ・ジェネレータ２側と車軸１１に一体回転するように連結された図示しない駆動輪側とに分割する動力分割機構５が設けられている。その動力伝達経路中のエンジン１と動力分割機構５との間には、直結段と増速段（オーバードライブ（Ｏ／Ｄ）段）とに切り替えられるように構成されている変速部４が設けられている。変速部４および動力分割機構５は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）６と同一の軸線上に設けられており、その動力伝達経路において変速部４が動力分割機構５の上流側に配置されている。

変速部４は、複数の回転要素を有し差動作用を生じる差動機構によって構成され、図１に示す例ではシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。その変速部４は、三つの回転要素として、外歯歯車であるサンギヤ４ｓと、サンギヤ４ｓに対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ４ｒと、サンギヤ４ｓおよびリングギヤ４ｒと噛み合った状態で配置されているピニオンギヤを自転可能かつ公転可能に保持しているキャリヤ４ｃと備えている。具体的には、キャリヤ４ｃにエンジン１の出力軸６が連結され、リングギヤ４ｒが動力分割機構５のキャリヤ５ｃに一体回転するように連結されている。すなわち、変速部４の入力軸（キャリヤ４ｃと一体回転する軸部）がエンジン１と連結され、変速部４の出力軸（リングギヤ４ｒと一体回転する軸部）が動力分割機構５と連結されている。

また、変速部４のサンギヤ４ｓとキャリヤ４ｃとの間に、これらを連結し、またその連結を解除するクラッチＣ１が設けられている。さらに、そのサンギヤ４ｓを固定し、またその固定を解除するブレーキＢ１が設けられている。クラッチＣ１およびブレーキＢ１は、複数の走行モードを切り替えるための係合装置であるとともに、エンジン１の出力軸６の回転を止める固定手段として機能し、例えば油圧によって係合する摩擦係合機構によって構成することができる。なお、軸線方向ではエンジン１と動力分割機構５との間にブレーキＢ１およびクラッチＣ１が配置されている。

例えば、クラッチＣ１が係合することにより、変速部４は二つの回転要素であるサンギヤ４ｓとキャリヤ４ｃとが連結されている遊星歯車機構の全体が一体となって回転し、増速作用および減速作用の生じない状態、いわゆる直結状態となる。つまり、クラッチＣ１に加えてブレーキＢ１を係合させることにより、変速部４の全体が一体となって固定され、動力分割機構５のキャリヤ５ｃおよびエンジン１の出力軸６の回転が止められる。これに対して、ブレーキＢ１のみを係合させれば、変速部４におけるサンギヤ４ｓが固定要素、キャリヤ４ｃが入力要素となるので、出力要素であるリングギヤ４ｒがキャリヤ４ｃより高回転数でキャリヤ４ｃと同方向に回転する。すなわち、変速部４が増速機構として機能するため、変速部４においてＯ／Ｄ段が設定される。

動力分割機構５は、変速部４と同様にシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されており、三つの回転要素として、サンギヤ５ｓとリングギヤ５ｒとキャリヤ５ｃと備えている。サンギヤ５ｓに第１モータ・ジェネレータ２のロータ２ａが一体回転するように連結されている。その第１モータ・ジェネレータ２は、動力分割機構５に隣接して配置され、かつ軸線方向で動力分割機構５に対してエンジン１および変速部４とは反対側に配置されている。また、キャリヤ５ｃに変速部４のリングギヤ４ｒが一体回転するように連結されている。さらに、リングギヤ５ｒにドライブギヤ７が一体回転するように連結されている。そのドライブギヤ７は、軸線方向で変速部４と動力分割機構５との間に配置されている。

また、ドライブギヤ７は、カウンタギヤ機構８を介して終減速機であるデファレンシャル１０に連結されている。カウンタギヤ機構８は、動力分割機構５や第１モータ・ジェネレータ２などの回転中心軸線と平行に配置されたカウンタシャフト８ｂと、そのカウンタシャフト８ｂに一体回転するように取り付けられたカウンタドリブンギヤ８ａおよびカウンタドライブギヤ８ｃとから構成されている。すなわち、ドライブギヤ７は、カウンタドリブンギヤ８ａに噛み合っている。カウンタドリブンギヤ８ａは、ドライブギヤ７より小径のギヤであり、動力分割機構５からカウンタシャフト８ｂに向けてトルクを伝達する場合に減速作用（トルクの増幅作用）が生じる。また、カウンタドリブンギヤ８ａよりも小径のギヤであるカウンタドライブギヤ８ｃは、デファレンシャル１０のリングギヤ９に噛み合っている。リングギヤ９は、カウンタドライブギヤ８ｃよりも大径のギヤである。そして、デファレンシャル１０から左右の車軸１１を介して左右の駆動輪（図示せず）に動力を伝達するように構成されている。なお、図１では作図の都合上、デファレンシャル１０の位置を図１における右側にずらして記載してある。

さらに、第２モータ・ジェネレータ３は、回転中心軸線がカウンタシャフト８ｂと平行になるように配置されている。その第２モータ・ジェネレータ３のロータ３ａと一体回転するように連結されたリダクションギヤ１２が、カウンタギヤ機構８のカウンタドリブンギヤ８ａに噛み合っている。リダクションギヤ１２は、カウンタドリブンギヤ８ａより小径であり、第２モータ・ジェネレータ３のトルク（ＭＧ２トルク）を増幅してカウンタドリブンギヤ８ａもしくはカウンタシャフト８ｂに伝達するように構成されている。すなわち、例えばエンジン１からの動力で走行している場合など、動力伝達機構５から駆動輪側に伝達されるエンジントルクにＭＧ２トルクを付加できるように構成されている。

また、各モータ・ジェネレータ２，３は、図示しないインバータなどのコントローラを介して蓄電装置に接続されている。そして、各モータ・ジェネレータ２，３はモータとして機能し、また発電機として機能するように、電子制御装置によって電流が制御される。また、エンジン１は、電子制御装置によってスロットル開度や点火時期が制御され、さらには自動停止ならびに始動再始動の制御が行われる。

ここで、図２を参照して、車両Ｖｅにおける各種制御を実施するコントローラとしての電子制御装置について説明する。図２に示すように、車両Ｖｅに搭載された電子制御装置（ＥＣＵ）として、走行のための全体的な制御を行うハイブリッド制御装置（以下「ＨＶ−ＥＣＵ」という）２１と、各モータ・ジェネレータ２，３を制御するためのモータ・ジェネレータ制御装置（以下「ＭＧ−ＥＣＵ」という）２２と、エンジン１を制御するためのエンジン制御装置（以下「ＥＮＧ−ＥＣＵ」という）２３とが設けられている。これらの各ＥＣＵ２１，２２，２３は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータおよび予め記憶させられているデータを使用して演算を行い、その演算結果を制御指令信号として出力するように構成されている。なお、以下の説明では、各ＥＣＵ２１，２２，２３を区別せずに単にＥＣＵと記載して説明する場合がある。

そのＥＣＵへの入力データの例を挙げると、ＨＶ−ＥＣＵ２１には、車速、アクセル開度、第１モータ・ジェネレータ２の回転数（ＭＧ１回転数）、第２モータ・ジェネレータ３の回転数、リングギヤ５ｒの回転数（出力軸回転数）、エンジン１の回転数（エンジン回転数）、蓄電装置の充電容量（ＳＯＣ）などが入力される。また、ＨＶ−ＥＣＵ２１から出力される指令信号の例を挙げると、第１モータ・ジェネレータ２のトルク指令値（ＭＧ１トルク指令値）、第２モータ・ジェネレータ３のトルク指令値（ＭＧ２トルク指令値）、エンジン１のトルク指令値（エンジントルク指令値）、ブレーキＢ１の油圧指令信号ＰＢ１、クラッチＣ１の油圧指令信号ＰＣ１などが出力されるように構成されている。

その第１モータ・ジェネレータ２のトルク指令値および第２モータ・ジェネレータ３のトルク指令値は、ＭＧ−ＥＣＵ２２に制御データとして入力される。ＭＧ−ＥＣＵ２２は、それらのトルク指令値に基づいて演算を行って第１モータ・ジェネレータ２や第２モータ・ジェネレータ３の電流指令信号を出力するように構成されている。また、エンジントルク指令信号は、ＥＮＧ−ＥＣＵ２３に制御データとして入力される。ＥＮＧ−ＥＣＵ２３は、エンジントルク指令信号に基づいて演算を行って電子スロットルバルブ（図示せず）に対してスロットル開度信号を出力し、また点火時期を制御する点火信号を出力するように構成されている。

図１に示すパワートレーンを搭載した車両Ｖｅでは、各ＥＣＵ２１，２２，２３による制御によって、駆動特性の異なる複数の走行モードを設定することができる。この発明で対象とする制御装置は、エンジン１が出力する動力により走行するエンジン走行モードと、両モータ・ジェネレータ２，３が出力する動力により走行するツーモータ走行モードと、第２モータ・ジェネレータ３が出力する動力のみで走行するワンモータ走行モードとを選択できるように構成されている。エンジン走行モードでは、要求駆動力を満たすパワーをエンジン１が出力するように制御され、燃費が良好になるようにエンジン１の回転数が制御される。ワンモータ走行モードでは、第２モータ・ジェネレータ３のみで出力するように制御される。ツーモータ走行モードでは、要求駆動力を満たすパワーを二つのモータ・ジェネレータ２，３が出力するように制御される。また、それらのモータ走行モードでは、エンジン１は駆動トルクを出力していない。これらの各走行モードおよび後進状態でのクラッチＣ１およびブレーキＢ１の係合および開放の状態、ならびに各モータ・ジェネレータ２，３の動作の状態を図３にまとめて示してある。なお、以下の説明では、エンジン１の駆動あるいは停止の状態と、クラッチＣ１およびブレーキＢ１の係合あるいは開放の状態と、各モータ・ジェネレータ２，３の動作の状態とに応じて、変速部４が変速状態あるいはニュートラル状態と記載して説明する場合がある。変速部４のニュートラル状態とは、クラッチＣ１およびブレーキＢ１を開放させた状態のことである。

ここで各動作状態について説明すると、図３に示す「ＨＶ」は、エンジン１を駆動しているハイブリッド駆動状態を示している。このハイブリッド駆動状態は、前述したエンジン走行モードに含まれ、車両Ｖｅが軽負荷かつ中高車速で走行している状態では、変速部４がＯ／Ｄ段（ハイ）に設定される。すなわち、クラッチＣ１が開放させられ、ブレーキＢ１が係合させられる。この状態を周知の共線図を用いて示すと、図４に示す通りである。図４に示すように、エンジン走行モードでは、入力要素である変速部４のキャリヤ４ｃにエンジン１のトルクが作用し、出力要素である動力分割機構５のリングギヤ５ｒに走行抵抗に相当するトルクが作用している。この状態で、動力分割機構５の反力要素であるサンギヤ５ｓに第１モータ・ジェネレータ２のトルクを負方向（エンジントルクの作用方向とは反対の方向）を作用させると、出力要素のリングギヤ５ｒに正方向のトルクが生じる。第１モータ・ジェネレータ２による負方向のトルクは、第１モータ・ジェネレータ２が正回転（エンジン１と同じ方向の回転）している状態では、第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させることにより生じる。したがって、図４に示す状態では、第１モータ・ジェネレータ２で電力が生じ、その電力が第２モータ・ジェネレータ３に供給されて第２モータ・ジェネレータ３がモータとして動作してトルク（ＭＧ２トルク）を出力する。つまり、そのＭＧ２トルクがエンジン１からのトルクに合算された駆動トルクが車軸１１に伝達される。すなわち、図４に示す状態では、リングギヤ５ｒに作用する正方向のトルクには、エンジントルクにＭＧ２トルクが付加されている。さらに、この状態では、要求駆動力を満たすパワーをエンジン１および第２モータ・ジェネレータ３が出力するように制御され、第１モータ・ジェネレータ２を駆動制御することによってエンジン１の回転数を燃費の良好な回転数に制御している。

さらに、低車速でアクセル開度が大きくなるなど、大きい駆動力が要求されている場合には、変速部４は直結（ロー）状態に制御される。すなわち、クラッチＣ１が係合させられ、かつブレーキＢ１が開放させられて変速部４の全体が一体となって回転する状態になる。なお、このロー状態であっても、前述したハイ状態と同様に、第１モータ・ジェネレータ２が発電機として動作させられ、かつ第２モータ・ジェネレータ３がモータとして動作させられる。したがって、ハイおよびロー状態からなるハイブリッド駆動状態では、エンジン１が出力した動力が、動力分割機構５において第１モータ・ジェネレータ２側にドライブギヤ７側とに分割され、ドライブギヤ７側に分割された動力はカウンタシャフト８ｂを介してデファレンシャル１０に伝達される。さらに、動力分割機構５を介して第１モータ・ジェネレータ２側に伝達された動力は、第１モータ・ジェネレータ２により一旦電力に変換された後に第２モータ・ジェネレータ３で機械的な動力に変換され、その第２モータ・ジェネレータ３が出力した動力がカウンタドリブンギヤ８ａやカウンタシャフト８ｂ等を介してデファレンシャルギヤ１０に伝達される。さらに、エンジン１を駆動して後進走行する場合、変速部４は直結（ロー）状態に制御され、また第１モータ・ジェネレータ２が発電機として動作させられ、かつ第２モータ・ジェネレータ３がモータとして動作させられる。この場合の車軸１１の回転方向は、各モータ・ジェネレータ２，３の回転方向や回転数を制御することにより、後進走行方向に制御される。このように、ハイブリッド駆動状態を含むエンジン走行モードでは、変速部４が変速状態に設定されている。すなわち、変速部４の変速状態とは、少なくともエンジン１が駆動している状態を含み、そのエンジン駆動状態における前述したようなブレーキＢ１およびクラッチの係合あるいは開放の状態を表現したものと言い得る。

また、図３に示す「ＥＶ」はモータ走行モードを示す。そのモータ走行モードのうち前述したワンモータ走行モードでは、前進走行時、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が開放させられるとともに、第２モータ・ジェネレータ３がモータとして動作させられ、かつ第１モータ・ジェネレータ２が発電機として機能させられる。したがって、蓄電装置の電力で第２モータ・ジェネレータ３が正回転方向に駆動され、駆動トルクとしてＭＧ２トルクのみがカウンタシャフト８ｂを介して車軸１１に伝達される。このワンモータ走行モードの状態を図５に共線図で示してある。なお、第１モータ・ジェネレータ２は空転させてもよい。また、このワンモータ走行モードで動力源ブレーキ作用（エンブレ作用）を生じさせる場合には、クラッチＣ１およびブレーキＢ１のうちのどちらか一方が係合させられる。例えば、ブレーキＢ１のみを係合させた場合、変速部４のサンギヤ４ｓが固定され、正方向に回転する変速部４のリングギヤ４ｒによってエンジン１が回転させられてエンジン１がイナーシャトルク（負方向のトルク）を出力し、そのイナーシャトルクが制動トルクとして作用する。すなわち、フットブレーキ動作に併せてエンジンブレーキ動作を実施させることができる。また、その減速時に第２モータ・ジェネレータ３を発電機として機能させれば、回生ブレーキ動作を実施させることができる。加えて、このエンジンブレーキ動作では、例えば第１モータ・ジェネレータ２が負方向に回転しかつ正方向のトルクを出力している場合など、第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させることができる。したがって、ブレーキＢ１およびクラッチＣ１のうちの少なくともいずれか一方を開放させた状態、かつエンジン１の駆動を停止させた状態(燃料を燃焼させない状態)が、ワンモータ走行モードに含まれる。

モータ走行モードのうちのツーモータ走行モードでは、第１モータ・ジェネレータ２のトルク（ＭＧ１トルク）がドライブギヤ７からカウンタドリブンギヤ８ａに出力されるように動力伝達するために、ブレーキＢ１およびクラッチＣ１が係合させられて変速部４の回転が固定されているため、動力分割機構５が減速機として機能し、ＭＧ１トルクが増幅されてドライブギヤ７からカウンタドリブンギヤ８ａに出力される。したがって、第１モータ・ジェネレータ２は負回転方向に駆動され、かつ第２モータ・ジェネレータ３が正回転方向に駆動され、ＭＧ１トルクおよびＭＧ２トルクがカウンタシャフト８ｂを介して車軸１１に伝達されて車両が前進走行する。したがって、ツーモータ走行モードでは、停止されているエンジン１を連れ回すことによる動力損失を回避するためにブレーキＢ１およびクラッチＣ１を係合させてエンジン１の回転を止めている。その状態を図６に共線図で示してある。図６に示すように、減速機となる動力分割機構５において、入力要素であるサンギヤ５ｓに負方向のＭＧ１トルクが作用し、反力要素であるキャリヤ５ｃが係合状態のブレーキＢ１およびクラッチＣ１により固定され、出力要素であるリングギヤ５ｒに正方向のＭＧ２トルクが作用している。すなわち、サンギヤ５ｓに作用する負方向のＭＧ１トルクは、動力分割機構５のギヤ比により増幅されて出力要素のリングギヤ５ｒに正方向のトルクとして作用する。このように、モータ走行モードではエンジン１が停止されているので、変速部４をニュートラル状態に設定することができる。

前述した各走行モードの切替制御は、車速と要求駆動力とにより定まる所定の切替マップを用いて実施するように構成されてよい。その切替マップでは、ワンモータ走行モードを実行する領域と、ツーモータ走行モードを実行する領域と、エンジン走行モードを実行する領域とが、車速と要求駆動力とにより決定される。要求駆動力は、アクセル開度と車速とに応じて予め定められている。また、要求駆動力は、車両の動力性能もしくは動力特性を決める要因になるものであり、車種ごと、もしくは車格ごとに設計上、定めることができる。

例えば、アクセル開度がある程度以上に大きい場合、あるいは車速がある程度以上の高車速の場合、要求駆動力および車速により決定される運転領域が、エンジン走行領域内に含まれるので、エンジン走行モードに設定される。これに対して、アクセル開度が小さいことにより要求駆動力が小さい場合、車両Ｖｅの運転領域はワンモータ走行領域内となるから、ワンモータ走行モードに設定されてエンジン１が停止される。また、要求駆動力がこれらエンジン走行領域とワンモータ走行領域との間にある場合には、車両Ｖｅの運転領域は、ツーモータ走行領域になり、ツーモータ走行モードに設定することが可能になる。このツーモータ走行領域で、各モータ・ジェネレータ２，３に蓄電装置から給電して各モータ・ジェネレータ２，３がモータとして機能するように制御される。したがって、モータ走行モードは、蓄電装置に充電量（ＳＯＣ）が十分にあること、第２モータ・ジェネレータ３がトルクを出力できる状態になっていること、エンジン１を停止してもよい状態になっていることなどの条件が成立している場合に実行される。そして、車両Ｖｅが走行している場合、登降坂路などの道路状況や交通量あるいは規制速度の変化などの走行環境に応じてアクセル操作が行われ、また車速が変化するから、車両の運転領域が変化し、それに伴って走行モードが切り替えられる。

つぎに、ブレーキＢ１の状態を判断するための制御例について、図７を参照して説明する。図７に示すように、ＥＣＵは、ブレーキＢ１の状態が係合完了状態であるか否かを判断する（ステップＳ１）。例えば、ステップＳ１の処理は、ＥＣＵの記憶装置に、ブレーキＢ１が係合状態であることを識別できるフラグ（係合完了フラグ）が記憶されているか否かにより判断するように構成されてもよい。ブレーキＢ１が係合完了状態あることによりステップＳ１で肯定的に判断された場合、このルーチンを終了する。一方、ステップＳ１で否定的に判断された場合には、第１モータ・ジェネレータ２の回転数制御が完了しているか否かを判断する（ステップＳ２）。例えば、ステップＳ２の判別処理では、ＭＧ１回転数が第１目標回転数Ｎｍ１となっているか否かを判断するように構成されている。この場合、第１目標回転数Ｎｍ１は、ブレーキＢ１の差回転数が所定の回転数Ｎｂ１以内となるＭＧ１回転数に設定される。ブレーキＢ１の差回転数は、この具体例では、変速部４のサンギヤ４ｓの回転数のことと言える。したがって、この第１モータ・ジェネレータ２の回転数制御とは、ＭＧ１トルクの出力方向およびトルク量を制御することによりＭＧ１回転数を第１目標回転数Ｎｍ１にさせる制御である。その第１モータ・ジェネレータ２の回転数制御が完了していないことによりステップＳ２で否定的に判断された場合、その第１モータ・ジェネレータ２の回転数制御を実施し（ステップＳ３）、このルーチンを終了する。例えば、このステップＳ３における回転数制御では、負方向のＭＧ１トルクを出力させることによりＭＧ１回転数を負回転方向に増大させるように構成されている。すなわち、第１目標回転数Ｎｍ１は、正回転方向もしくは負回転方向で所定回転数に設定されている。

そのステップＳ２で肯定的に判断された場合、ＭＧ１トルクが一定となるように第１モータ・ジェネレータ２を制御する（ステップＳ４）。この場合、動力分割機構５の各回転要素によるトルクの増減作用が生じなければ、ステップＳ４におけるＭＧ１トルクの一定制御によりＭＧ１回転数が一定に制御される。すなわち、動力分割機構５の状態が共線図において梃子作用を生じなければ、ステップＳ４の制御によりＭＧ１回転数を維持させることができる。さらに、ブレーキＢ１の油圧を増大させてブレーキトルクを生じさせる係合制御を実施する（ステップＳ５）。例えば、ステップＳ５の制御により、ブレーキＢ１の油圧を係合完了油圧に向けて上昇させる油圧指令信号ＰＢ１を出力するように構成されている。したがって、このステップＳ６におけるブレーキ係合制御を実施することにより生じるブレーキトルクが変速部４のサンギヤ４Ｓに作用するので、そのブレーキトルクによりサンギヤ４Ｓの回転数がブレーキＢ１の同期回転数へ向けて変化する。すなわち、図９に実線Ｌ２で示すように、サンギヤ４Ｓに作用するブレーキトルクが、梃子作用により変速部４のリングギヤ４ｒに作用し、かつそのリングギヤ４ｒを介して動力分割機構５のキャリヤ５ｃに作用することにより、サンギヤ５Ｓの回転数すなわちサンギヤ５ｓに連結された第１モータ・ジェネレータ２の回転数（ＭＧ１回転数）が、実線Ｌ２の状態から破線Ｌ３へ向けて変化する。

そして、ＭＧ１回転数が、ブレーキＢ１の同期回転数Ｎｂ２に対応する所定の回転数となったか否かを判断する（ステップＳ６）。例えば、その同期回転数Ｎｂ２は、前述した所定回転数Ｎｂ１以下の回転数に設定することができる。要は、ステップＳ６の処理では、ブレーキＢ１の差回転数がゼロ回転あるいはゼロ回転付近である同期回転数Ｎｂ２になっているか否かを、ＭＧ１回転数を用いて判断するように構成されている。例えば、ステップＳ６の処理は、ＭＧ１回転数が第２目標回転数Ｎｍ２となったか否かを判断するように構成されている。この場合、第２目標回転数Ｎｍ２の絶対値は、前述した第１目標回転数Ｎｍ１の絶対値よりも大きい値に設定される場合と、その第１目標回転数Ｎｍ１の絶対値よりも小さい値に設定される場合とがある。つまり、図９に示すように、出力要素である動力分割機構５のリングギヤ５ｒの回転数（出力軸回転数）が正回転方向で一定の場合、エンジン１の回転を停止させたままＭＧ１回転数を負回転方向に増大すると、つまり一点鎖線Ｌ１の状態から実線Ｌ２，破線Ｌ３の順に状態が遷移すると、変速部４のサンギヤ４ｓの回転数すなわちブレーキＢ１およびクラッチＣ１における各差回転数は減少する。言い換えれば、その破線Ｌ３の状態を係合完了状態とし、一点鎖線Ｌ１および実線Ｌ２の状態を係合完了前の状態として説明すると、破線Ｌ３の状態のＭＧ１回転数が第２目標回転数Ｎｍ２となり、その第２目標回転数Ｎｍ２の絶対値が、係合完了前の第１目標回転数Ｎｍ１となる実線Ｌ２の状態のＭＧ１回転数の絶対値よりも大きい値になる場合を図９には示している。すなわち、図９に示す状態とは異なり、係合完了前のＭＧ１回転数が第２目標回転数Ｎｍ２よりも大きい場合もあり、この場合には、第２目標回転数Ｎｍ２の絶対値は、第１目標回転数Ｎｍ１の絶対値よりも小さい値に設定されるように構成される。

そのＭＧ１回転数がブレーキＢ１の同期回転数Ｎｂ２に対応する回転数（第２目標回転数Ｎｍ２）となっていないことによりステップＳ６で否定的に判断された場合、前述したステップＳ５における制御にリターンする。一方、ＭＧ１回転数が、ブレーキＢ１の同期回転数Ｎｂ２に対応する回転数となっていることによりステップＳ６で肯定的に判断された場合、ブレーキＢ１が係合完了していると判断して（ステップＳ７）、このルーチンを終了する。なお、ステップＳ７の処理により、ＥＣＵの記憶装置にブレーキＢ１が係合完了状態であることを識別できる係合完了フラグを記憶するように構成されてもよい。

ここで、図８を参照して、減速中の車両ＶｅにおいてブレーキＢ１を開放状態から係合状態に移行させる制御を実施した場合について説明する。図８には、車両Ｖｅが減速中、第２モータ・ジェネレータ３による回生ブレーキ動作からエンジンブレーキ動作に移行する状態変化を示してある。図８に示すように、時刻ｔ１前の車両Ｖｅは、ブレーキＢ１およびクラッチＣ１を開放させ、かつエンジン１および第１モータ・ジェネレータ２の駆動を停止させて、減速中に第２モータ・ジェネレータ２を回生制御している。すなわち、この回生ブレーキ動作を実施している状態は、前述したワンモータ走行モードに設定された状態である。この時刻ｔ１前の状態を共線図を用いて示すと、図９に一点鎖線Ｌ１で示す状態となる。

そして、ブレーキＢ１を開放状態から係合状態へ移行させる制御を開始すると判断する（時刻ｔ１）。例えば、時刻ｔ１において、ＥＣＵは、所定の条件が成立したと判断すると図７を参照して前述した制御を開始するように構成されている。その移行制御が開始し、第１モータ・ジェネレータ２で負方向のトルクを出力させてＭＧ１回転数を制御する（時刻ｔ２）。この時刻ｔ２において、前述したステップＳ３における制御(スタンバイ制御)が開始され、ＭＧ１回転数がゼロ回転から第１目標回転数Ｎｍ１となるように制御される、すなわちＭＧ１回転数が負回転方向に増大させられるので、ブレーキＢ１の差回転数が減少し始める。加えて、時刻ｔ２では、ブレーキＢ１がトルク容量を生じない程度のブレーキ油圧となるように油圧制御が開始されて油圧が上昇し始める。したがって、時刻ｔ２において、ブレーキＢ１の移行制御、特にスタンバイ制御が開始される。なお、図８に示す例では、移行制御の開始を判断したタイミング（時刻ｔ１）と開始タイミング（時刻ｔ２）とがずれているが、その開始を判断した直後に移行制御を開始するように構成されてもよい。

そして、ＭＧ１回転数が第１目標回転数Ｎｍ１となるとスタンバイ制御が完了する（時刻ｔ３）。すなわち、時刻ｔ３において、ＭＧ１回転数が第１目標回転数Ｎｍ１となっているので、ブレーキＢ１の差回転数が所定の目標回転数Ｎｂ１になっている。この状態を共線図を用いて表すと、図９に実線Ｌ２で示す状態となる。さらに、時刻ｔ３では、前述したステップＳ４における制御が開始され、ＭＧ１トルクを負方向で一定に制御される。また、一定に制御されるＭＧ１トルクの絶対値は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までのＭＧ１トルクの絶対値よりも小さい。つまり、その時刻ｔ３後、ＭＧ１トルクが一定に制御されていることにより、ＭＧ１回転数が一定に制御されるので、ブレーキＢ１の差回転数が一定になる。そして、ブレーキＢ１の係合完了制御が開始される（時刻ｔ４）。この時刻ｔ４で係合完了制御が開始されることにより、ブレーキＢ１の油圧が係合完了油圧に向けて上昇され始めると、ブレーキＢ１でトルク容量が生じ始めもしくは増大し始め、かつエンジン１が停止されていることにより、ブレーキＢ１で生じたトルク容量によりＭＧ１回転数は負回転方向に増大する。そのため、ＭＧ１回転数が前述した第２目標回転数Ｎｍ２になると、ブレーキＢ１の係合が完了したものと判断する（時刻ｔ５）。したがって、時刻ｔ５において、ブレーキＢ１の差回転数が、所定の閾値以内、例えばゼロ回転あるいはゼロ回転付近となる同期回転数Ｎｂ２になったことが判断されている。すなわち、時刻ｔ５において、前述したステップＳ６の判断処理において肯定的に判断されてステップＳ７の処理が実施されている。この状態を共線図を用いて表すと、図９に破線Ｌ３で示す状態となる。なお、図９などに共線図で示すように、変速部４をニュートラル状態から係合状態に切り替える際に、図７および図８を参照して説明した通りＭＧ１回転数をパラメータにしてブレーキＢ１の係合状態を判断することができるように構成されている。

そして、ブレーキＢ１が係合完了しているので、時刻ｔ５後に、エンジンブレーキ動作が開始される（時刻ｔ６）。エンジンブレーキ動作を開始させることにより、第１モータ・ジェネレータ２で正方向のトルクを生じさせてエンジン回転数を上昇させる。このように、駆動を停止されたエンジン１の回転数をゼロ回転から増大させることによりエンジン１からイナーシャトルクが出力され、そのイナーシャトルク分の制動力を駆動輪に作用させることができる。

以上説明したように、この具体例におけるハイブリッド車両の制御装置によれば、差動機構の異なる回転要素に連結された第１モータ・ジェネレータと走行モードを切り替えるための係合装置とを備えているので、係合装置の差回転数が第１モータ・ジェネレータの回転数に対応するように変化するように構成されている。そのため、その差回転数に対応する第１モータ・ジェネレータの回転数を用いて係合装置が同期回転数であること、すなわち係合状態であることを精度良く判断することができる。また、油圧センサなどのセンサ装置を設けて係合装置の係合状態をセンシングしなくても、第１モータ・ジェネレータの回転数により係合装置の状態を判断できるので、そのセンサ装置を追加することによるコスト増大を防止できる。

前述した具体例では、第１モータ・ジェネレータの回転数により係合装置の係合状態を判断するように構成されている例について説明したが、この発明におけるハイブリッド車両の制御装置は、これに限定されず、以下に記載する具体例のように構成することにより、係合装置の係合状態を判断することができる。例えば、エンジン１の回転数により係合装置の係合状態を判断するように構成してもよい。この場合、ブレーキＢ１を開放状態から係合状態へ移行する制御を開始する際のＭＧ１回転数に維持する制御を実施する。このＭＧ１回転数制御中では、エンジン１の駆動が停止されているとともに、前述した共線図に示すように動力分割機構５に各回転要素の回転数は変化せず、かつブレーキＢ１およびエンジン１は変速部４に連結されているので、ブレーキＢ１の油圧上昇に伴う係合トルクが生じてブレーキＢ１の差回転数が減少することによりエンジン１の回転数が増大する。すなわち、ブレーキＢ１で生じた係合トルクによりエンジン回転数が変化する。したがって、このエンジン１の回転数変化により、例えばエンジン回転数がブレーキＢ１の同期回転数に対応する場合などに、係合装置が係合状態であると判断できる。

また、前述したＭＧ１回転数制御に併せてＭＧ１トルクの操作量に上限を設けてもよい。例えば、ＭＧ１トルクの操作量の上限値に対応した以上の係合トルクがブレーキＢ１で生じるとＭＧ１回転数が変化するので、ブレーキＢ１の係合完了を判定できるとともにブレーキＢ１の伝達トルク容量を検知することもできる。あるいは、ＭＧ１トルクの操作量によりブレーキＢ１の係合完了を判定するように構成してもよい。例えば、前述したＭＧ１回転数制御中にブレーキＢ１で係合トルクが生じることに伴い、ＭＧ１回転数を維持させるためにはＭＧ１トルク量を変化させる必要がある。そのため、ＭＧ１トルクの変化量が予め定められた所定値を超えた場合には、ブレーキＢ１が係合状態に移行したと判断することができる。

さらに、変速部４における変速比に応じてブレーキＢ１の所定回転数差を変更するように構成してもよい。例えば、その変速比がＬｏ側である程エンジン１の回転数変化は大きくなる。そのため、図１０に示すように、その変速比がＬｏ側である程、設定される所定回転数差を小さくする。これにより、エンジン１の回転数変化を一定にして、ブレーキＢ１の係合完了判定の正確性を向上させ、かつエンジン回転数の変動によるショックを軽減させることができる。

また、変速部４における変速比に応じてＭＧ１トルクの操作量を変更するように構成してもよい。この場合、その変速比がＬｏ側である程エンジン１へのトルク分担比が小さくなる。そのため、図１１に示すように、その変速比がＬｏ側である程ＭＧ１トルクの操作量が大きくなるように制限値を設定する。これにより、エンジントルクを一定に制御して、ブレーキＢ１の係合完了を判断する正確性が向上し、かつエンジン回転数の変動によるショックを軽減させることができる。

また、動力分割機構５の出力軸回転数の変化、すなわちリングギヤ５ｒおよびドライブギヤ７の回転数変化に応じて、イナーシャトルクを低減するためのトルク（慣性キャンセルトルク）を駆動トルクに付加させるように構成してもよい。例えば、ブレーキＢ１が係合過渡状態の場合、そのリングギヤ５ｒの回転数が低下することに伴い、ブレーキＢ１の差回転数が同期回転数になる。そのため、リングギヤ５ｒの回転数が変化することによる影響を受けないように、第１モータ・ジェネレータ２で慣性キャンセルトルクを生じるように制御する。これにより、ブレーキＢ１が係合状態であると誤判断することを防止できる。さらに、そのリングギヤ５ｒおよびドライブギヤ７の回転数変化に応じて、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を変化させるように構成してもよい。例えば、リングギヤ５ｒおよびドライブギヤ７の回転数が変化した場合でも、その差回転数を一定に保つようにＭＧ１回転数を制御するように構成されている。これにより、ブレーキＢ１が係合状態であること誤判断することを防止できる。

なお、動力源を構成しているエンジンと、第１モータ・ジェネレータと、第２モータ・ジェネレータとの動力性能もしくは駆動特性は互いに異なっている。例えば、エンジンは、低トルクかつ低回転数の領域から高トルクかつ高回転数の領域までの広い運転領域で運転でき、またエネルギ効率はトルクおよび回転数がある程度高い領域で良好になる。これに対してエンジンの回転数やエンジンの回転を停止させる際のクランク角度などの制御および駆動トルクとして作用する動力を出力する第１モータ・ジェネレータは、低回転数で大きいトルクを出力する特性を有する。また、駆動輪へトルクを出力する第２モータ・ジェネレータは、第１モータ・ジェネレータよりも高回転数で運転でき、かつ最大トルクが第１モータ・ジェネレータよりも小さい特性を有する。そのため、この発明で対象とする車両は、動力源を構成しているエンジンや各モータ・ジェネレータを有効に利用して、エネルギ効率あるいは燃費が良好になるように制御される。

また、共線図は、差動機構が有する複数の回転要素を縦線で示し、縦線同士の間隔をその縦線で示される回転要素同士の変速比（ギヤ比）に対応した間隔として、それらの回転要素の回転数を縦線方向の長さによって表した周知の図である。

１…エンジン（ＥＮＧ）、 ２…第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）、 ３…第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）、 ４…変速部、 ５…動力分割機構、 ５ｓ…サンギヤ、 ５ｃ…キャリヤ、 ５ｒ…リングギヤ、 ６…出力軸（クランクシャフト）、 ７…ドライブギヤ、 ８…カウンタギヤ機構、 １１…車軸、 １２…リダクションギヤ、 Ｂ１…ブレーキ、 Ｃ１…クラッチ。

Claims (1)

1. エンジンに連結された第１回転要素と、発電機能を有する第１モータに連結された第２回転要素と、第２モータおよび出力部材に連結された第３回転要素とを有し、各回転要素が差動作用を生じる動力分割機構と、
   動力伝達経路における前記エンジンと前記動力分割機構との間に設けられた変速部と、
   少なくとも前記変速部をニュートラル状態に設定する開放状態、あるいは前記変速部を変速状態に設定する係合状態に切り替えられるように構成された係合装置とを備えたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記変速部をニュートラル状態から変速状態に切り替える際、前記第１モータの回転数を制御することによって前記係合装置の差回転数が、同期回転数からの差として予め定めた所定回転数以内となった場合に、前記第１モータのトルクを一定に制御した状態で前記係合装置の係合を開始し、前記第１モータの回転数が、前記同期回転数に対応する予め定めた目標回転数になったことにより、前記係合装置が係合したことを判断することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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