JP6102753B2

JP6102753B2 - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: JP6102753B2
Application number: JP2014001604A
Authority: JP
Inventors: 憲治板垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2017-03-29
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Description

本発明は、内燃機関、電動機、及び出力部が接続された動力分割機構と、電動機の出力軸を回転不能とする係合状態及びその出力軸の回転を許容する解放状態とに切り替え可能な係合機構と、を備えたハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。

内燃機関、モータ・ジェネレータ、及び出力部が接続された動力分割機構を備え、動力分割機構にて内燃機関の動力を出力部とモータ・ジェネレータとに分配可能なハイブリッド車両が知られている。このような車両において、モータ・ジェネレータの出力軸を回転不能にロックする係合状態とそのロックを解除する解放状態とに切替可能な係合機構が設けられ、係合機構の状態を切り替えることにより無段変速モード及び固定変速モードを実現する車両が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。

特開２０１０−２８４９９８号公報特開２０１０−２１５００７号公報特開２０１０−１１１１９１号公報特開２０１０−０１１５４６号公報特開２０１２−０４０９２８号公報

一般にモータ・ジェネレータ及びモータ・ジェネレータのインバータには、上限温度が設定されている。そして、これらの温度が上限温度以上になった場合には、モータ・ジェネレータの出力が制限される。特許文献１の車両では、内燃機関の運転中に係合機構を解放状態から係合状態に切り替える際に、モータ・ジェネレータの回転数がゼロになるようにモータ・ジェネレータを制御する。この場合、内燃機関の反力トルクを受けつつ回転数がゼロになるようにモータ・ジェネレータを制御するので、モータ・ジェネレータ及びインバータの温度が上昇し易い。そのため、係合機構を係合状態に切り替える前にモータ・ジェネレータの温度又はインバータの温度が高いと、回転数がゼロになるようにモータ・ジェネレータを制御しているときにこれらの温度が上限温度以上になるおそれがある。この場合、モータ・ジェネレータの温度又はインバータの温度が低下してから再度モータ・ジェネレータの回転数制御を行うので、制御がハンチングするおそれがある。

そこで、本発明は、係合機構の状態を切り替える際に電動機の制御のハンチングが発生することを抑制可能な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。

本発明の制御装置は、内燃機関と、インバータを介してバッテリと電気的に接続された電動機と、駆動輪にトルクを伝達するための出力部と、互いに差動回転可能な第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を有し、前記第１回転要素が前記内燃機関の出力軸と接続され、前記第２回転要素が前記電動機の出力軸と接続され、前記第３回転要素が前記出力部の伝達部材と連結された動力分割機構と、前記電動機の出力軸を回転不能とする係合状態と、前記電動機の出力軸の回転を許容する解放状態とに切り替え可能な係合機構と、を備えたハイブリッド車両に適用され、前記電動機からトルクを出力しているときに、前記電動機の制御時に監視すべき前記電動機の温度又は前記インバータの温度である監視対象温度が所定の上限温度以上になった場合には、前記電動機からのトルクの出力を制限する制御装置において、前記内燃機関の運転中に前記係合機構を前記解放状態から前記係合状態に切り替えるべき所定の係合条件が成立した場合、まず前記電動機の回転数がゼロになるように前記内燃機関の出力トルクに応じたトルクを前記電動機から出力させる回転数制御を実行し、前記回転数制御の実行中に所定の係合切替条件が成立した場合に前記係合機構を前記係合状態に切り替える係合制御を実行する制御手段と、前記回転数制御の実行中に、前記監視対象温度が前記上限温度より低い所定の係合禁止温度以上になった場合には、前記係合制御の実行を禁止する切替禁止手段と、を備え、前記切替禁止手段は、前記回転数制御の実行中において前記電動機を等パワーで制御可能な期間に、前記監視対象温度が前記係合禁止温度以上になったか否か判定する（請求項１）。

本発明の制御装置によれば、回転数制御の実行中に監視対象温度が係合禁止温度以上になった場合には係合制御の実行を禁止するので、係合機構を係合状態に切り替える際に電動機の制御のハンチングが発生することを抑制できる。また、係合禁止温度は、上限温度より低いので、監視対象温度が高くなる前に係合制御が禁止される。これにより監視対象温度が上限温度付近になることを抑制できるので、この監視対象温度にて電動機の動作が制限されることを抑制できる。

また、本発明の制御装置は、電動機を等パワーで制御可能な期間に監視対象温度が係合禁止温度以上になったか否か判定する。電動機を等パワーで制御可能な期間は、電動機の温度及び電動機のインバータの温度等の電動機の制御時に監視すべき監視対象温度が殆ど変化しない。そのため、係合制御を禁止するか否かの判定精度を向上させることができる。また、このような期間は、内燃機関が等パワーで運転される期間でもある。そのため、内燃機関の回転数の不要な変動を抑制できる。したがって、車両の振動を抑制できる。

本発明の制御装置の一形態において、前記切替禁止手段は、前回前記係合機構を前記解放状態から前記係合状態に切り替えたときの前記監視対象温度の変化に基づいて前記係合禁止温度を補正してもよい（請求項２）。このように係合禁止温度を補正することにより、係合機構の係合制御を無駄に禁止することを抑制できる。

本発明の制御装置の一形態において、前記制御手段は、前記内燃機関の運転中に前記係合機構を前記係合状態から前記解放状態に切り替えるべき所定の解放条件が成立した場合に、まず前記内燃機関の出力トルクに応じたトルクを前記電動機から出力させるトルク制御を実行し、前記トルク制御の実行中に所定の解放切替条件が成立した場合に前記係合機構を前記解放状態に切り替える解放制御を実行し、前記切替禁止手段は、前記トルク制御の実行中に、前記監視対象温度が前記上限温度より低い所定の解放禁止温度以上になった場合には、前記解放制御の実行を禁止してもよい（請求項３）。この形態によれば、トルク制御の実行中に監視対象温度が解放禁止温度以上になった場合には解放制御の実行を禁止するので、係合機構を解放状態に切り替える際に電動機の制御のハンチングが発生することを抑制できる。また、解放禁止温度は上限温度より低いので、監視対象温度が上限温度付近になることを抑制できる。そのため、監視対象温度にて電動機の動作が制限されることを抑制できる。

この形態において、前記切替禁止手段は、前回前記係合機構を前記係合状態から前記解放状態に切り替えたときの前記監視対象温度の変化に基づいて前記解放禁止温度を補正してもよい（請求項４）。このように解放禁止温度を補正することにより、係合機構の解放制御を無駄に禁止することを抑制できる。

以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、係合機構を係合状態に切り替える際に電動機の制御のハンチングが発生することを抑制できる。

本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両を概略的に示す図。車両の制御系を示したブロック図。無段変速モードのときの動力分割機構の共線図の一例を示す図。固定変速モードのときの動力分割機構の共線図の一例を示す図。車速及び要求駆動力と各変速モードとの関係の一例を示す図。ロック機構を解放状態から係合状態に切り替え、その後係合状態から解放状態に切り替えたときの、ロック機構に対する指示、第１ＭＧの回転数、第１ＭＧのトルク、ロック機構の状態、及び第１インバータの温度の時間変化の一例を示す図。内燃機関の回転数、トルク、及び熱効率の関係を示す図。ＨＶＥＣＵが実行する係合制御ルーチンを示すフローチャート。ＨＶＥＣＵが実行する係合禁止判定ルーチンを示すフローチャート。ＨＶＥＣＵが実行する解放制御ルーチンを示すフローチャート。ＨＶＥＣＵが実行する解放禁止判定ルーチンを示すフローチャート。

図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両を概略的に示している。車両１は複数の動力源を組み合わせたハイブリッド車両として構成されている。車両１は、内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１０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。）１１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。）１２とを備えている。

エンジン１０は、複数の気筒を有する周知の火花点火式内燃機関である。第１ＭＧ１１及び第２ＭＧ１２は、ハイブリッド車両に搭載されて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１ＭＧ１１は、出力軸１１ａと一体回転するロータ１１ｂと、ロータ１１ｂの外周に同軸に配置されてケース２に固定されたステータ１１ｃとを備えている。第２ＭＧ１２も同様に、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２に固定されたステータ１２ｃとを備えている。第１ＭＧ１１の出力軸１１ａには、係合機構としてのロック機構１３が設けられている。ロック機構１３は、出力軸１１ａを回転不能にロックする係合状態と、そのロックを解除して出力軸１１ａの回転を許容する解放状態とに切り替え可能に構成されている。ロック機構１３は、噛み合い式ブレーキとして構成されている。もっとも、ロック機構１３を摩擦式ブレーキに変更することも可能である。

エンジン１０の出力軸１０ａ及び第１ＭＧ１１の出力軸１１ａ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１の駆動輪３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出力軸１７に固定されたカウンタギヤ１８と、出力軸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３に分配する周知の機構である。なお、この図では左右の駆動輪３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、サンギヤＳと、リングギヤＲと、ピニオンギヤＰと、キャリアＣとを備えている。サンギヤＳは、外歯歯車である。リングギヤＲは、サンギヤＳに対して同軸的に配置された内歯歯車である。ピニオンギヤＰは、サンギヤＳ及びリングギヤＲのそれぞれと噛み合っている。キャリアＣは、ピニオンギヤＰを自転可能かつサンギヤＳの周囲を公転可能に保持している。サンギヤＳは、第１ＭＧ１１の出力軸１１ａと連結されている。キャリアＣは、エンジン１０の出力軸１０ａと連結されている。リングギヤＲは、第１ドライブギヤ１６と連結されている。

第２ＭＧ１２の出力軸１２ａ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１ＭＧ１１は、第１インバータ２３を含む電気回路を介してバッテリ２４と電気的に接続されている。同様に、第２ＭＧ１２も、第２インバータ２５を含む電気回路を介してバッテリ２４と電気的に接続されている。車両１には、第１ＭＧ１１及び第１インバータ２３を冷却するための冷却システム２６が設けられている。冷却システム２６は、ポンプ２７にて冷却水を循環させる冷却水経路２８を備えている。この図に示すように、冷却水経路２８には第１ＭＧ１１及び第１インバータ２３を通過するように形成されている。なお、冷却水経路２８は、この他にも不図示のラジエータ及びリザーバータンクを通過するように形成されている。この冷却システム２６では、ポンプ２７にて冷却水を循環させることにより第１ＭＧ１１及び第１インバータ２３を冷却する。

図２は、車両１の各部を制御するための制御装置３０を示している。制御装置３０は、各種の電子制御装置（ＥＣＵ）を備えている。各ＥＣＵ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。ＨＶＥＣＵ３１には各種のセンサからの信号が入力される。例えば、ＨＶＥＣＵ３１には、車両１の速度（車速）に応じた信号を出力する車速センサ３２、不図示のアクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ３３、第１ＭＧ１１の出力軸１１ａの回転数に応じた信号を出力するＭＧ１回転数センサ３４、第２ＭＧ１２の出力軸１２ａの回転数に応じた信号を出力するＭＧ２回転数センサ３５、出力軸１７の回転数に応じた信号を出力する出力軸回転数センサ３６、外気温に応じた信号を出力する外気温センサ３７、第１ＭＧ１１の温度に応じた信号を出力するＭＧ１温度センサ３８、第２ＭＧ１２の温度に応じた信号を出力するＭＧ２温度センサ３９、第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１に応じた信号を出力するＩＮＶ１温度センサ４０、第２インバータ２５の温度に応じた信号を出力するＩＮＶ２温度センサ４１、冷却システム２６の冷却水の温度に応じた信号を出力するＭＧ冷却水温センサ４２、及びエンジン１０の出力軸１０ａの回転数に対応した信号を出力するエンジン回転数センサ４３等の出力信号が入力される。ＨＶＥＣＵ３１には、これらの他にも種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。なお、以降では、第１ＭＧ１１の出力軸１１ａの回転数を単に第１ＭＧ１１の回転数と称することがある。また、同様に第２ＭＧ１２の出力軸１２ａの回転数を単に第１ＭＧ１２の回転数と称し、エンジン１０の出力軸１０ａの回転数をエンジン１０の回転数と称することがある。

ＨＶＥＣＵ３１は、第１ＭＧ１１及び第２ＭＧ１２に発生させるトルクを算出し、発生させるトルクについてＭＧＥＣＵ５０に指令を出力する。また、ＨＶＥＣＵ３１は、エンジン１０の運転条件を決定し、エンジン１０の運転条件についてエンジンＥＣＵ５１に指令を出力する。さらに、ＨＶＥＣＵ３１は、ロック機構１３の制御も行う。なお、ＨＶＥＣＵ３１は、この他にも車両１に設けられている他の制御対象を制御しているが、それらの図示は省略した。

ＭＧＥＣＵ５０は、ＨＶＥＣＵ３１から入力された指令に基づき、第１ＭＧ１１及び第２ＭＧ１２に発生させるトルクに対応した電流を算出し、それぞれのモータ・ジェネレータ１１、１２に電流を出力する。エンジンＥＣＵ５１は、ＨＶＥＣＵ３１から入力された指令に基づき、スロットルバルブ、点火プラグ、及び燃料噴射弁等のエンジン１０の各部に対して各種の制御を行う。

この車両１では、変速モードとして無段変速モード及び固定変速モードが設けられている。無段変速モードでは、ロック機構１３を解放状態に切り替える。一方、固定変速モードでは、ロック機構１３を係合状態に切り替える。図３は、無段変速モードにおける動力分割機構１４の共線図の一例を示している。図４は、固定変速モードにおける動力分割機構１４の共線図の一例を示している。なお、図４には、無段変速モードのときの関係を比較例として破線で示した。これらの図において「ＭＧ１」は第１ＭＧ１１を、「ＥＮＧ」はエンジン１０を、「ＭＧ２」は第２ＭＧ１２を、「ＯＵＴ」は出力軸１７をそれぞれ示している。また、「Ｓ」はサンギヤＳを、「Ｃ」はキャリアＣを、「Ｒ」はリングギヤＲをそれぞれ示している。

無段変速モードでは、ロック機構１３が解放状態であるため、第１ＭＧ１１の出力軸１１ａ及びサンギヤＳの回転が許容される。そのため、図３に示すようにエンジン１０の回転数が一定であっても第１ＭＧ１１の回転数及び回転方向を変更することにより、出力軸１７の回転数を無段階で変速できる。一方、固定変速モードではロック機構１３を係合状態に切り替えるので、第１ＭＧ１１の出力軸１１ａ及びサンギヤＳが回転不能にロックされる。そのため、図４に示すように出力軸１７の回転数は、エンジン１０の回転数に応じて変化する。この図から明らかなように、この固定変速モードではサンギヤＳの回転数がゼロに固定される。そのため、出力軸１７の回転数はエンジン１０の回転数より大きくなる。

これらの変速モードは、車速及び車両１に要求されている駆動力（要求駆動力）に応じて切り替えられる。図５は、車速及び要求駆動力と各変速モードとの関係の一例を示している。この図の領域Ａは、変速モードを固定変速モードにする運転領域である。そのため、車速及び要求駆動力にて特定される車両１の動作点が領域Ａ内にある場合には、変速モードが固定変速モードに切り替えられる。一方、車両１の動作点が領域Ａ外にある場合には、変速モードが無段変速モードに切り替えられる。

ＨＶＥＣＵ３１は、車両１の動作点に応じてロック機構１３の状態を切り替え、これにより変速モードを切り替える。図６を参照して、ＨＶＥＣＵ３１が変速モードを切り替える際に実行する制御について説明する。図６は、ロック機構１３を解放状態から係合状態に切り替え、その後係合状態から解放状態に切り替えたときの、ロック機構１３に対する指示、第１ＭＧ１１の回転数、第１ＭＧ１１のトルク、ロック機構１３の状態、及び第１インバータ２３の温度の時間変化の一例を示している。

まず、変速モードを無段変速モードから固定変速モードに切り替える場合、すなわちロック機構１３を解放状態から係合状態に切り替える場合について説明する。ＨＶＥＣＵ３１は、車両１の動作点が領域Ａ外から領域Ａ内に移行した場合に所定の係合条件が成立したと判定し、まず第１ＭＧ１１の回転数がゼロになるように第１ＭＧ１１を制御する。以下、この制御を回転数制御と称することがある。そして、この回転数制御の実行中に所定の係合切替条件が成立した場合に、ＨＶＥＣＵ３１はロック機構１３を係合状態に切り替える。なお、係合切替条件は、例えば第１ＭＧ１１の回転数がゼロ近傍に設定された回転数範囲内に所定期間の間留まっていた場合に成立したと判定される。なお、回転数範囲としては、例えば図６に示した回転数＋Ｎｇから回転数−Ｎｇの範囲が設定される。なお、この回転数範囲は、予め実験や数値計算等により求めてＨＶＥＣＵ３１のＲＯＭに記憶させておけばよい。

以下、図６を参照して詳しく説明する。この図に示した例では時刻ｔ１に係合条件が成立したと判定され、係合指示が出されている。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２に掛けて第１ＭＧ１１の回転数がゼロになるように第１ＭＧ１１の出力トルクを変化させている。なお、無段変速モードでは、エンジン１０の出力トルクに対する反力トルクを第１ＭＧ１１から出力し、これによりエンジン１０のトルクを出力軸１７に伝達している。そのため、この回転数制御の実行時に第１ＭＧ１１から出力すべきトルクは、エンジン１０の出力トルクに応じて定まる。図４から明らかなように第１ＭＧ１１の回転数を変更する際に出力軸１７の回転数を一定にするためには、エンジン１０の回転数も変更する必要がある。そこで、ＨＶＥＣＵ３１は、第１ＭＧ１１の回転数とともにエンジン１０の回転数も変更する。この際、エンジン１０は、出力パワーが一定になるように制御される。

図７は、エンジン１０の回転数、トルク、及び熱効率の関係を示している。変速モードが無段変速モードの場合、エンジン１０はエンジン回転数及びエンジントルクにて定義される動作点がこの図の動作ラインＬ上を移動するように制御される。この動作ラインＬは、エンジン１０の燃費が最適になるように実験や数値計算等により設定されている。動作ラインＬと交差する曲線Ｌｐはエンジン１０の出力パワーが同じになる等パワー線を示している。第１ＭＧ１１の回転数とともにエンジン１０の回転数を変更する場合、エンジン１０は動作点がこの等パワー線Ｌｐ上を移動するように制御される。具体的には、例えば係合条件の成立時にエンジン１０の動作点が点Ｐｅ１であった場合、エンジン１０は動作点がこの図の矢印Ｅ方向に移動するように制御される。なお、この図の点Ｐｅ２は、時刻ｔ２におけるエンジン１０の動作点を示している。エンジン１０をこのように制御するため、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は第１ＭＧ１１も等パワーで制御可能となる。

その後、第１ＭＧ１１は出力トルクが一定になるように制御される。一方、図６に示すように第１ＭＧ１１の回転数は、時刻ｔ３において一旦ゼロになった後、回転数範囲内を変動する。そして、時刻ｔ４において係合切替条件が成立したと判定されてロック機構１３が係合状態に切り替えられている。

次に、変速モードを固定変速モードから無段変速モードに切り替える場合、すなわちロック機構１３を係合状態から解放状態に切り替える場合について説明する。ＨＶＥＣＵ３１は、車両１の動作点が領域Ａ内から領域Ａ外に移行した場合に所定の解放条件が成立したと判定し、第１ＭＧ１１からトルクを出力する。以下、この制御をトルク制御と称することがある。第１ＭＧ１１の出力トルクがゼロのままロック機構１３を解放状態に切り替えた場合、第１ＭＧ１１でエンジン１０のトルクを受けることができないため、出力軸１７の回転数が変動するおそれがある。そこで、ロック機構１３を解放状態に切り替える前に予め第１ＭＧ１１からトルクを出力する。なお、このトルクの大きさは、解放条件の成立時におけるエンジン１０の出力トルクに応じて設定される。図６に示した例では、時刻ｔ５において解放条件が成立したと判定され、解放指示が出されている。そして、第１ＭＧ１１からトルクが出力されている。

そして、このトルク制御の実行中に所定の解放切替条件が成立した場合に、ロック機構１３が解放状態に切り替えられる。なお、解放切替条件は、例えば第１ＭＧ１１の出力トルクが、ロック機構１３を解放状態に切り替えても出力軸１７の回転数の変動を適切に抑制することが可能なトルクになった場合に成立したと判定される。図６に示した例では、時刻ｔ６において解放切替条件が成立したと判定され、ロック機構１３を解放状態に切り替えている。

図６に示すように、ロック機構１３の状態を切り替える場合には、第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が上昇する。この第１インバータ２３には、回路を保護するために所定の使用上限温度Ｔｕｌが設定されている。そして、第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１がこの使用上限温度Ｔｕｌに達した場合には、第１インバータ２３の出力パワーが制限される。そのため、ロック機構１３の状態を切り替えているときに第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が使用上限温度Ｔｕｌに達すると第１ＭＧ１１の回転数制御又はトルク制御を中止することになる。

そこで、本発明では、係合条件の成立後から所定の禁止判定期間の間に第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が所定の係合禁止温度Ｔａ以上になった場合には、ロック機構１３の係合状態への切り替えを禁止する。そして、エンジン１０の運転状態及び第１ＭＧ１１の運転状態を係合条件の成立時の状態に戻す。係合禁止温度Ｔａには、使用上限温度Ｔｕｌよりも低い温度が設定される。例えば、回転数制御の実行中に第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が温度ΔＴ１（図６参照）上昇する場合には、使用上限温度Ｔｕｌから温度ΔＴ１を引いた値が係合禁止温度Ｔａに設定される。なお、温度ΔＴ１は、実験や数値計算等により求めればよい。具体的には、例えば一定の温度条件において第１ＭＧ１１の回転数を０ｒｐｍ付近に滞留させるとともに第１ＭＧ１１のトルクを一定にし、この状態でロック機構１３を解放状態から係合状態に切り替えるまでに要する平均時間が経過したとの第１インバータ２３の温度変化を温度ΔＴ１として取得すればよい。そして、係合禁止温度Ｔａは、この温度ΔＴ１に基づいて設定してＨＶＥＣＵ３１のＲＯＭに記憶させておけばよい。禁止判定期間としては、例えば第１ＭＧ１１を等パワーで制御可能な期間、すなわちエンジン１０が等パワーで制御される図６の時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間が設定される。

また、本発明では、解放条件が成立してトルク制御を実行しているときに第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が所定の解放禁止温度Ｔｂ以上になった場合には、ロック機構１３の解放状態への切り替えを中止する。そして、第１ＭＧ１１からのトルクの出力を中止する。解放禁止温度Ｔｂには、使用上限温度Ｔｕｌよりも低い温度が設定される。例えば、トルク制御の実行中に第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が温度ΔＴ２（図６参照）上昇する場合には、使用上限温度Ｔｕｌから温度ΔＴ２を引いた値が解放禁止温度Ｔｂに設定される。なお、この温度ΔＴ２も上述した温度ΔＴ１と同様に、予め実験や数値計算等により求めればよい。そして、解放禁止温度Ｔｂは、この温度ΔＴ２に基づいて設定してＨＶＥＣＵ３１のＲＯＭに記憶させておけばよい。図６に示した例では、温度ΔＴ１と温度ΔＴ２とが同じであるため、係合禁止温度Ｔａと解放禁止温度Ｔｂとは同じになっている。

図８〜図１１は、ＨＶＥＣＵ３１がこのようにロック機構１３、エンジン１０、及び第１ＭＧ１１を制御するために実行するルーチンを示している。図８は、ＨＶＥＣＵ３１がロック機構１３を解放状態から係合状態に切り替えるために実行する係合制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、車両１の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。また、この制御ルーチンは、ＨＶＥＣＵ３１が実行する他のルーチンと並行に実行される。

この制御ルーチンにおいてＨＶＥＣＵ３１は、まずステップＳ１１で車両１の走行状態を取得する。車両１の走行状態としては、例えば車速、アクセル開度、第１ＭＧ１１の回転速度、第２ＭＧ１２の回転速度、出力軸１７の回転速度、外気温、第１ＭＧ１１の温度、第２ＭＧ１２の温度、第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１、第２インバータ２５の温度、冷却システム２６の冷却水の温度、及びエンジン１０の回転数が取得される。また、この処理では、アクセル開度に基づいて要求駆動力も取得される。次のステップＳ１２においてＨＶＥＣＵ３１は、所定の係合条件が成立したか否か判定する。上述したように係合条件は、車両１の動作点が領域Ａ外から領域Ａ内に移行した場合に成立したと判定される。係合条件が不成立と判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、係合条件が成立したと判定した場合はステップＳ１３に進み、ＨＶＥＣＵ３１は回転数制御を実行する。続くステップＳ１４においてＨＶＥＣＵ３１は、係合禁止フラグがオンの状態か否か判定する。この係合禁止フラグは、ロック機構１３の係合状態への切り替えが禁止されているか否か示すフラグである。なお、係合禁止フラグは図９の係合禁止判定ルーチンにて設定される。

係合禁止フラグがオンの状態であると判定した場合はステップＳ１５に進み、ＨＶＥＣＵ３１は係合禁止制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。この係合禁止制御では、上述したようにエンジン１０の運転状態及び第１ＭＧ１１の運転状態を係合条件の成立時の状態に戻す。

一方、係合禁止フラグがオフの状態であると判定した場合はステップＳ１６に進み、ＨＶＥＣＵ３１は係合切替条件が成立したか否か判定する。上述したように係合切替条件は、例えば第１ＭＧ１１の回転数が回転数＋Ｎｇから回転数−Ｎｇの範囲内に所定期間の間留まっていた場合に成立したと判定される。係合切替条件が不成立と判定した場合はステップＳ１３に戻り、ＨＶＥＣＵ３１は係合切替条件が成立するまでステップＳ１３、Ｓ１４、及びＳ１６の処理を繰り返し実行する。

一方、係合切替条件が成立したと判定した場合はステップＳ１７に進み、ＨＶＥＣＵ３１はロック機構１３を係合状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

上述したように係合禁止フラグは、図９の係合禁止判定ルーチンにて設定される。このルーチンは、車両１の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図９において図８と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。

このルーチンにおいてＨＶＥＣＵ３１は、まずステップＳ１１で車両１の走行状態を取得する。次にステップＳ１２においてＨＶＥＣＵ３１は、係合条件が成立したか否か判定する。係合条件が不成立と判定した場合はステップＳ２１に進み、ＨＶＥＣＵ３１は係合禁止フラグをオフの状態に切り替える。その後、今回のルーチンを終了する。

一方、係合条件が成立していると判定した場合はステップＳ２２に進み、ＨＶＥＣＵ３１は係合禁止温度Ｔａを設定する。この処理では、前回ロック機構１３を係合状態に切り替えたときの第１インバータ２３の温度変化に応じて係合禁止温度Ｔａを補正する。具体的には、前回ロック機構１３を解放状態から係合状態に切り替えたときに第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が示した変化、すなわち図６の温度ΔＴ１を取得しておく。なお、この温度ΔＴ１は、ＨＶＥＣＵ３１のＲＡＭに記憶させておけばよい。そして、この前回の温度ΔＴ１に基づいて係合禁止温度Ｔａを補正する。例えば、使用上限温度Ｔｕｌから前回の温度ΔＴ１を引いた値が、現在の係合禁止温度Ｔａより高い場合には、係合禁止温度Ｔａを高くする。一方、使用上限温度Ｔｕｌから前回の温度ΔＴ１を引いた値が、現在の係合禁止温度Ｔａより低い場合には、係合禁止温度Ｔａを低くする。また、この処理では、係合条件が成立したときの外気温、冷却システム２６の冷却水の温度、及びその冷却水の流量の少なくともいずれか一つに応じて係合禁止温度Ｔａを補正してもよい。一般的に外気温が高いほど各ＭＧ１１、１２及び各インバータ２３、２５の温度が高くなりやすい。同様に、冷却システム２６の冷却水の温度が高いほど第１ＭＧ１１及び第１インバータ２３の温度が高くなりやすい。そして、冷却システム２６の冷却水の流量が少ないほど第１ＭＧ１１及び第１インバータ２３の温度が高くなりやすい。そこで、外気温が高いほど係合禁止温度Ｔａを低くする。冷却水の温度が高いほど係合禁止温度Ｔａを低くする。冷却水の流量が少ないほど係合禁止温度Ｔａを低くする。

次のステップＳ２３においてＨＶＥＣＵ３１は、回転数制御が実行中か否か判定する。回転数制御が実行中ではないと判定した場合は、今回のルーチンを終了する。一方、回転数制御が実行中であると判定した場合はステップＳ２４に進み、ＨＶＥＣＵ３１は禁止判定期間内か否か判定する。上述したように禁止判定期間には、第１ＭＧ１１を等パワーで制御可能な期間が設定される。禁止判定期間内と判定した場合はステップＳ２５に進み、ＨＶＥＣＵ３１は第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が係合禁止温度Ｔａ以上か否か判定する。第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が係合禁止温度Ｔａ未満と判定した場合は、今回のルーチンを終了する。

一方、第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が係合禁止温度Ｔａ以上と判定した場合はステップＳ２６に進み、ＨＶＥＣＵ３１は係合禁止フラグをオンの状態に切り替える。その後、今回のルーチンを終了する。

なお、ステップＳ２４において禁止判定期間外と判定した場合はステップＳ２７に進み、ＨＶＥＣＵ３１は第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が使用上限温度Ｔｕｌ以上か否か判定する。第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が使用上限温度Ｔｕｌ以上と判定した場合はステップＳ２６に進み、ＨＶＥＣＵ３１は係合禁止フラグをオンの状態に切り替える。その後、今回のルーチンを終了する。一方、第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が使用上限温度Ｔｕｌ未満と判定した場合は、今回のルーチンを終了する。

図１０は、ＨＶＥＣＵ３１がロック機構１３を係合状態から解放状態に切り替えるために実行する解放制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、車両１の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。また、この制御ルーチンは、ＨＶＥＣＵ３１が実行する他のルーチンと並行に実行される。なお、図１０において図８と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。

この制御ルーチンにおいてＨＶＥＣＵ３１は、まずステップＳ１１で車両１の走行状態を取得する。次のステップＳ３１においてＨＶＥＣＵ３１は、所定の解放条件が成立したか否か判定する。上述したように解放条件は、車両１の動作点が領域Ａ内から領域Ａ外に移行した場合に成立したと判定される。解放条件が不成立と判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、解放条件が成立したと判定した場合はステップＳ３２に進み、ＨＶＥＣＵ３１はトルク制御を実行する。続くステップＳ３３においてＨＶＥＣＵ３１は、解放禁止フラグがオンの状態か否か判定する。この解放禁止フラグは、ロック機構１３の解放状態への切り替えが禁止されているか否か示すフラグである。なお、解放禁止フラグは図１１の解放禁止判定ルーチンにて設定される。

解放禁止フラグがオンの状態であると判定した場合はステップＳ３４に進み、ＨＶＥＣＵ３１は解放禁止制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。この解放禁止制御では、上述したように第１ＭＧ１１からのトルクの出力を中止する。

一方、解放禁止フラグがオフの状態であると判定した場合はステップＳ３５に進み、ＨＶＥＣＵ３１は解放切替条件が成立したか否か判定する。上述したように解放切替条件は、例えば第１ＭＧ１１の出力トルクが、ロック機構１３を解放状態に切り替えても出力軸１７の回転数の変動を適切に抑制することが可能なトルクになった場合に成立したと判定される。解放切替条件が不成立と判定した場合はステップＳ３２に戻り、ＨＶＥＣＵ３１は解放切替条件が成立するまでステップＳ３２、Ｓ３３、及びＳ３５の処理を繰り返し実行する。

一方、解放切替条件が成立したと判定した場合はステップＳ３６に進み、ＨＶＥＣＵ３１はロック機構１３を解放状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

上述したように解放禁止フラグは、図１１の解放禁止判定ルーチンにて設定される。このルーチンは、車両１の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図１１において図８又は図１０と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。

このルーチンにおいてＨＶＥＣＵ３１は、まずステップＳ１１で車両１の走行状態を取得する。次のステップＳ３１においてＨＶＥＣＵ３１は、解放条件が成立したか否か判定する。解放条件が不成立と判定した場合はステップＳ４１に進み、ＨＶＥＣＵ３１は解放禁止フラグをオフの状態に切り替える。その後、今回のルーチンを終了する。

一方、解放条件が成立していると判定した場合はステップＳ４２に進み、ＨＶＥＣＵ３１は解放禁止温度Ｔｂを設定する。この処理では、前回ロック機構１３を解放状態に切り替えたときの第１インバータ２３の温度変化に応じて解放禁止温度Ｔｂを補正する。具体的には、前回ロック機構１３を係合状態から解放状態に切り替えたときに第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が示した変化、すなわち図６の温度ΔＴ２を取得しておく。なお、この温度ΔＴ２は、ＨＶＥＣＵ３１のＲＡＭに記憶させておけばよい。そして、この前回の温度ΔＴ２に基づいて解放禁止温度Ｔｂを補正する。例えば、使用上限温度Ｔｕｌから前回の温度ΔＴ２を引いた値が、現在の解放禁止温度Ｔｂより高い場合には、解放禁止温度Ｔｂを高くする。一方、使用上限温度Ｔｕｌから前回の温度ΔＴ２を引いた値が、現在の解放禁止温度Ｔｂより低い場合には、解放禁止温度Ｔｂを低くする。また、この処理では、解放条件が成立したときの外気温、冷却システム２６の冷却水の温度、及び冷却水の流量の少なくともいずれか一つに応じて解放禁止温度Ｔｂを補正してもよい。具体的には、外気温が高いほど解放禁止温度Ｔｂを低くする。冷却水の温度が高いほど解放禁止温度Ｔｂを低くする。冷却水の流量が少ないほど解放禁止温度Ｔｂを低くする。

次のステップＳ４３においてＨＶＥＣＵ３１は、トルク制御が実行中か否か判定する。トルク制御が実行中ではないと判定した場合は、今回のルーチンを終了する。一方、トルク制御が実行中であると判定した場合はステップＳ４４に進み、ＨＶＥＣＵ３１は第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が解放禁止温度Ｔｂ以上か否か判定する。第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が解放禁止温度Ｔｂ未満と判定した場合は、今回のルーチンを終了する。一方、第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が解放禁止温度Ｔｂ以上と判定した場合はステップＳ４５に進み、ＨＶＥＣＵ３１は解放禁止フラグをオンの状態に切り替える。その後、今回のルーチンを終了する。

以上に説明したように、本発明の制御装置では、回転数制御の実行中に第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が係合禁止温度Ｔａ以上になった場合にはロック機構１３の係合を禁止する。そのため、ロック機構１３を係合状態に切り替える際に、第１ＭＧ１１の制御のハンチングが発生することを抑制できる。また、係合禁止温度Ｔａは使用上限温度Ｔｕｌより低いため、第１インバータ２３の温度が使用上限温度Ｔｕｌ付近に達する前にロック機構１３の係合を禁止できる。そのため、第１インバータ２３の温度及び第１ＭＧ１１の温度が高くなることを抑制できる。したがって、第１インバータ２３の温度又は第１ＭＧ１１の温度にて第１ＭＧ１１の動作が制限されることを抑制できる。

ロック機構１３の係合を禁止するか否かの判定は、第１ＭＧ１１を等パワーで制御可能な期間に行われる。図６に示すように、この期間では第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が殆ど変化しない。そのため、ロック機構１３の係合を禁止するか否かを判定する際の精度を向上させることができる。また、図７に示したように、この期間はエンジン１０が等パワーで運転される。そのため、エンジン１０の回転数の不要な変動を抑制できる。したがって、車両１の振動を抑制できる

係合禁止温度Ｔａは、前回ロック機構１３を係合状態に切り替えたときの第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１の変化に基づいて補正される。また、係合禁止温度Ｔａは、係合条件が成立したときの外気温、冷却システム２６の冷却水の温度、及びその冷却水の流量の少なくともいずれか一つに応じても補正される。このように係合禁止温度Ｔａを補正することにより、ロック機構１３の係合制御を無駄に禁止することを抑制できる。

また、本発明の制御装置では、トルク制御の実行中に第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１が解放禁止温度Ｔｂ以上になった場合にはロック機構１３の解放を禁止する。そのため、ロック機構１３を解放状態に切り替える際に、第１ＭＧ１１の制御のハンチングが発生することを抑制できる。また、解放禁止温度Ｔｂは使用上限温度Ｔｕｌより低いため、第１インバータ２３の温度及び第１ＭＧ１１の温度が高くなることを抑制できる。したがって、第１インバータ２３の温度又は第１ＭＧ１１の温度にて第１ＭＧ１１の動作が制限されることを抑制できる。

解放禁止温度Ｔｂは、前回ロック機構１３を解放状態に切り替えたときの第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１の変化に基づいて補正される。また、解放禁止温度Ｔｂは、係合条件が成立したときの外気温、冷却システム２６の冷却水の温度、及びその冷却水の流量の少なくともいずれか一つに応じても補正される。そのため、ロック機構１３の解放制御を無駄に禁止することを抑制できる。

なお、禁止判定期間は、第１ＭＧ１１を等パワーで制御可能な期間に限定されない。例えば、回転数制御を開始してから第１ＭＧ１１の回転数が回転数＋Ｎｇから回転数−Ｎｇの回転数範囲内に入るまでの期間を禁止判定期間に設定してもよい。図６に示すように、第１ＭＧ１１の回転数がこのような回転数範囲内に入るまでは、エンジン１０の動作点が図７の等パワー線Ｌｐ上を移動する。そのため、第１ＭＧ１１を等パワーで制御できる。そのため、禁止判定期間としてこのような期間を設定しても、エンジン１０の回転数の不要な変動を抑制できる。また、このような禁止判定期間を設けず、回転数制御を実行している期間はロック機構１３の係合制御を禁止するか否か判定してもよい。

本発明では、ロック機構１３を係合状態から解放状態に切り替える場合、及びロック機構１３を解放状態から係合状態の切り替える場合の両方において制御を禁止するか否か判定しなくてもよい。これらの場合のうちのいずれか一方の場合にのみ、制御を禁止するか否か判定してもよい。この場合においても、ロック機構１３を係合状態に切り替える制御又はロック機構１３を解放状態に切り替える制御のいずれか一方の制御のハンチングが発生することを抑制できる。

上述した形態では、第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１に基づいてロック機構１３の切替制御を禁止するか否か判定したが、この判定に使用する温度は、第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１に限定されない。例えば、第１ＭＧ１１の温度を用いて切替制御を禁止するか否か判定してもよい。また、冷却システム２６の冷却水の温度は、第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１及び第１ＭＧ１１の温度に応じて変化する。そのため、この冷却水の温度を用いて切替制御を禁止するか判定してもよい。すなわち、第１ＭＧ１１の制御時に監視すべき種々の温度を用いて切替制御を禁止するか否か判定してよい。そのため、第１インバータ２３の温度Ｔｉｎｖ１、第１ＭＧ１１の温度、及び冷却システム２６の冷却水の温度が本発明の監視対象温度に対応する。

上述した形態では、第１ＭＧ１１が本発明の電動機に対応する。キャリアＣが本発明の第１回転要素に対応する。サンギヤＳが本発明の第２回転要素に対応する。リングギヤＲが本発明の第３回転要素に対応する。第１ドライブギヤ１６が本発明の伝達部材に対応する。ロック機構１３が本発明の係合機構に対応する。図８又は図１０の制御ルーチンを実行することにより、ＨＶＥＣＵ３１が本発明の制御手段として機能する。図９のルーチン及び図８のステップＳ１５、又は図１１ルーチン及び図１０のステップＳ３４を実行することにより、ＨＶＥＣＵが本発明の切替禁止手段として機能する。

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、本発明の制御装置が適用される車両のエンジンは、火花点火型のエンジンに限らず燃料自着火式のディーゼルエンジンであってもよい。また、上述した形態では、シングルピニオン型の動力分割機構を示したが、本発明が適用される車両の動力分割機構はこれに限定されない。動力分割機構は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構を用いたダブルピニオンの動力分割機構であってもよいし、複数の遊星歯車機構を用いた複合プラネタリの動力分割機構であってもよい。この場合、動力分割機構の各回転要素の連結対象は適宜に変更される。

１車両
３駆動輪
１０内燃機関
１０ａ出力軸
１１第１モータ・ジェネレータ（電動機）
１１ａ出力軸
１３ロック機構（係合機構）
１４動力分割機構
１５出力部
１６第１ドライブギヤ（伝達部材）
３０制御装置
３１ＨＶＥＣＵ（制御手段、切替禁止手段）
Ｃキャリア（第１回転要素）
Ｓサンギヤ（第２回転要素）
Ｒリングギヤ（第３回転要素）
Ｔｕｌ使用上限温度
Ｔａ係合禁止温度
Ｔｂ解放禁止温度

Claims

内燃機関と、
インバータを介してバッテリと電気的に接続された電動機と、
駆動輪にトルクを伝達するための出力部と、
互いに差動回転可能な第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を有し、前記第１回転要素が前記内燃機関の出力軸と接続され、前記第２回転要素が前記電動機の出力軸と接続され、前記第３回転要素が前記出力部の伝達部材と連結された動力分割機構と、
前記電動機の出力軸を回転不能とする係合状態と、前記電動機の出力軸の回転を許容する解放状態とに切り替え可能な係合機構と、を備えたハイブリッド車両に適用され、
前記電動機からトルクを出力しているときに、前記電動機の制御時に監視すべき前記電動機の温度又は前記インバータの温度である監視対象温度が所定の上限温度以上になった場合には、前記電動機からのトルクの出力を制限する制御装置において、
前記内燃機関の運転中に前記係合機構を前記解放状態から前記係合状態に切り替えるべき所定の係合条件が成立した場合、まず前記電動機の回転数がゼロになるように前記内燃機関の出力トルクに応じたトルクを前記電動機から出力させる回転数制御を実行し、前記回転数制御の実行中に所定の係合切替条件が成立した場合に前記係合機構を前記係合状態に切り替える係合制御を実行する制御手段と、
前記回転数制御の実行中に、前記監視対象温度が前記上限温度より低い所定の係合禁止温度以上になった場合には、前記係合制御の実行を禁止する切替禁止手段と、を備え、
前記切替禁止手段は、前記回転数制御の実行中において前記電動機を等パワーで制御可能な期間に、前記監視対象温度が前記係合禁止温度以上になったか否か判定する制御装置。
前記切替禁止手段は、前回前記係合機構を前記解放状態から前記係合状態に切り替えたときの前記監視対象温度の変化に基づいて前記係合禁止温度を補正する請求項１に記載の制御装置。
前記制御手段は、前記内燃機関の運転中に前記係合機構を前記係合状態から前記解放状態に切り替えるべき所定の解放条件が成立した場合に、まず前記内燃機関の出力トルクに応じたトルクを前記電動機から出力させるトルク制御を実行し、前記トルク制御の実行中に所定の解放切替条件が成立した場合に前記係合機構を前記解放状態に切り替える解放制御を実行し、
前記切替禁止手段は、前記トルク制御の実行中に、前記監視対象温度が前記上限温度より低い所定の解放禁止温度以上になった場合には、前記解放制御の実行を禁止する請求項１又は２に記載の制御装置。
前記切替禁止手段は、前回前記係合機構を前記係合状態から前記解放状態に切り替えたときの前記監視対象温度の変化に基づいて前記解放禁止温度を補正する請求項３に記載の制御装置。