JP6540679B2

JP6540679B2 - ハイブリッド車両の変速制御装置

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Publication number: JP6540679B2
Application number: JP2016251167A
Authority: JP
Inventors: 桑原　清二; 清二桑原; 鈴木　裕介; 裕介鈴木; 直器仲西; 公二彦臼井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: US10513253B2; CN108238038A; US20180178776A1; CN108238038B; JP2018103729A

Description

本発明は、多段自動変速機を搭載したハイブリッド車両の変速制御装置に関する。

走行中の車両の減速時に熱エネルギーとして捨てていた運動エネルギーの一部を圧力エネルギーとして回収し、これを車両の加速時に利用する減速エネルギー回生システムが特許文献１にて提案されている。この特許文献１においては、運動エネルギーの回生時に停止状態にあるエンジンをその回生処理の終了に伴って始動させる場合、所定期間の間、変速操作を禁止している。これにより、エンジンの始動に伴って発生するショックと変速操作に伴って発生するショックとが重ならないようにすることができる。

複数の遊星歯車列と、これに応じた多数の摩擦係合要素とを組み合わせて８〜１０の前進変速段を達成し得る多段自動変速機と、原動機としての内燃機関および回転電機とを組み合わせたハイブリッド車両が提案されている。このような多段自動変速機を併用することにより、エンジンおよび回転電機を最も効率の良い回転領域にて作動させることができる車両の運転領域を従来のものよりもさらに拡げることが可能となる。

ハイブリッド車両においては、車速およびアクセル開度が同じであっても、内燃機関からの出力を駆動輪へと伝えるＨＶ走行モードと、回転電機からの出力を駆動輪へと伝えるＥＶ走行モードとで、最適な変速段が相違する。通常、内燃機関よりも回転電機の方の最適効率回転速度が高いため、車速やアクセル開度が同じであっても、ＨＶ走行モードにて選択される変速比をＥＶ走行モードにて選択される変速比よりも小さくすることで、燃費を向上させることができる。また、ＥＶ走行モードにおいては、内燃機関を始動させるための余力を常に回転電機に持たせておく必要があり、回転電機の高回転領域および低回転領域では、駆動輪への最大出力が制限される結果、ＥＶ走行領域が狭くなる。さらに、ＨＶ走行モードとＥＶ走行モードとの間で走行モードが切り替わり、これに伴って選択される変速比が乖離しすぎていると、変速ショックが過大となってしまう。このため、ＥＶ走行モードでの変速比を回生走行モードにて選択される変速比よりも小さくすることで、ドライバビリティの悪化を抑制することが考えられている。

特開平１０−１０３１１１号公報

ＥＶ走行領域と回生走行領域との境界領域において、回生走行モードにて選択される変速比をＥＶ走行モードにて選択される変速比よりも大きくすることで回生効率を向上させた多段自動変速機を搭載したハイブリッド車両においては、回生走行モード中にアクセルペダルが踏み込まれ、ＥＶ走行モードへと切り替わる場合、車速が同じであってもアップシフト操作が行われる。しかしながら、ＥＶ走行モードと回生走行モードとでは回転電機の最適効率回転速度が変わらないため、アップシフト操作を行うことで燃費が低下する可能性がある。

また、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量がさらに増大した場合には、ダウンシフトやＨＶ走行モードへの切り替わりに伴って内燃機関の始動が発生し、ドライバビリティが悪化することも懸念される。

さらに、ＥＶ走行領域と回生走行領域との境界領域において、これらの走行モードにて選択される変速比を同じに設定した場合、ＥＶ走行モードとＨＶ走行モードとの境界領域にて選択される両者の変速比の乖離が大きくなってしまう。そして、走行領域の切り替わりと同時にエンジンの始動／停止が必要となったりした場合、変速比の急激な変化と相俟ってドライバビリティがさらに悪化してしまう。

本発明の目的は、回生走行モードからＥＶ走行モード，ＨＶ走行モードへと切り替わった際に生ずるシフトショックに起因するドライバビリティの悪化を抑制しつつ、より好ましい変速比が各走行モードにて設定されたハイブリッド車両の変速制御装置を提供することにある。

本発明によるハイブリッド車両の変速制御装置の第１の形態は、駆動輪を駆動する内燃機関と、モーターとして前記駆動輪を駆動し、発電機として電力を車載の二次電池に供給し得る回転電機と、前記内燃機関および前記回転電機と前記駆動輪との間に配され、複数の変速段のうちの１つの変速段を達成し得る多段自動変速機とが搭載され、
車両の駆動力が０よりも大きな低駆動力領域にて選択され、前記内燃機関に燃料を供給することなく、前記回転電機からの出力を前記駆動輪に伝達するＥＶ走行モードと、車両の駆動力が前記低駆動力領域よりも大きな高駆動力領域にて選択され、前記内燃機関および前記回転電機のうちの少なくとも前記内燃機関からの出力を前記駆動輪に伝達するＨＶ走行モードと、車両の駆動力が０よりも小さい領域にて選択され、車両の走行中のアクセルオフに伴う前記駆動輪からの回転エネルギーによって前記回転電機を駆動して得られる電力を前記二次電池に蓄える回生走行モードとが設定されたハイブリッド車両において、
車速と車両の駆動力に関連するパラメーターとに基づいて前記多段自動変速機の変速段の切り替えを制御する変速制御装置を具え、この変速制御装置は、
所定の車速において、ＥＶ走行モード時の変速比よりも、回生走行モード時の変速比が大きくなるように、前記多段自動変速機の変速段の切り替えを制御し、かつ
前記回生走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合と、前記ＨＶ走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合とにおいて、前記車速と前記パラメーターとが同じであっても、前記回生走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合に選択される変速段の変速比が、前記ＨＶ走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合に選択される変速段の変速比よりも大きくなるように、前記多段自動変速機の変速段の切り替えを制御することを特徴とするものである。

本発明においては、所定の車速において、ＥＶ走行モード時の変速比よりも、回生走行モード時の変速比が大きくなるように、変速段が切り替えられる。

また、車速および車両の駆動力に関連するパラメーターが同じ状況にて、回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった場合に選択される変速段は、ＨＶ走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった場合に選択される変速段よりも低速段側の変速段が選択される。つまり、同じＥＶ走行モードであっても、回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった場合には、ＨＶ走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった場合よりも、回転電気の回転速度が高めの状態に変更される。

本発明によるハイブリッド車両の変速制御装置において、変速制御装置は、所定の車速でのＥＶ走行モード時の変速比よりも、ＥＶ走行モードとの境界領域での回生走行モード時の変速比が大きくなるように、多段自動変速機の変速段の切り替えを制御するものであってよい。この場合、所定の車速でのＥＶ走行モードと回生走行モードとの境界領域におけるＥＶ走行モード時のＮ段目の変速段における車速の上限値が回生走行モード時のＮ段目の変速段における車速の上限値以下となるように、多段自動変速機の変速段の切替を制御するものであってよい。
また、回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった場合、変速段を所定時間維持した後に、ＨＶ走行モードからＥＶ走行モードに切り替えられた場合の変速段以下の変速段へアップシフトするものであってよい。ただし、回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わり、かつ回転電機の回転速度が所定の回転速度を越えている場合に限り、変速段を所定時間維持することなく、ＨＶ走行モードからＥＶ走行モードに切り替えられた場合の変速段以下の変速段へと直ちにアップシフトすることが好ましい。

要するに、回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった場合に選択される変速段は、上述した所定時間維持される変速段および所定時間維持された後に選択される変速段の両方を包含する。

さらに、車速およびパラメーターが同一の状況において、ＥＶ走行モードにて選択される変速段の変速比がＨＶ走行モードにて選択される変速段の変速比と同じか、それよりも大きくなるように、多段自動変速機の変速段の切り替えを制御するようにしても良い。
本発明によるハイブリッド車両の変速制御装置の第２の形態は、駆動輪を駆動する内燃機関と、モーターとして前記駆動輪を駆動し、発電機として電力を車載の二次電池に供給し得る回転電機と、前記内燃機関および前記回転電機と前記駆動輪との間に配され、複数の変速段のうちの１つの変速段を達成し得る多段自動変速機とが搭載され、
車両の駆動力が０よりも大きな低駆動力領域にて選択され、前記内燃機関に燃料を供給することなく、前記回転電機からの出力を前記駆動輪に伝達するＥＶ走行モードと、車両の駆動力が前記低駆動力領域よりも大きな高駆動力領域にて選択され、前記内燃機関および前記回転電機のうちの少なくとも前記内燃機関からの出力を前記駆動輪に伝達するＨＶ走行モードと、車両の駆動力が０よりも小さい場合に選択され、車両の走行中のアクセルオフに伴う前記駆動輪からの回転エネルギーによって前記回転電機を駆動して得られる電力を前記二次電池に蓄える回生走行モードとが設定されたハイブリッド車両において、
車速と車両の駆動力に関連するパラメーターとに基づいて前記多段自動変速機の変速段の切り替えを制御する変速制御装置を具え、この変速制御装置は、
所定の車速において前記ＨＶ走行モードとの境界領域となる前記ＥＶ走行モードにて選択される変速比よりも、前記所定の車速において前記ＥＶ走行モードとの境界領域となる前記回生走行モードにて選択される変速比が大きくなるように、前記多段自動変速機の変速段の切り替えを制御し、かつ
前記回生走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合と、前記ＨＶ走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合とにおいて、前記車速と前記パラメーターとが同じであっても、前記回生走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合に選択される変速段の変速比が、前記ＨＶ走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合に選択される変速段の変速比よりも大きくなるように、前記多段自動変速機の変速段の切り替えを制御することを特徴とするものである。

本発明のハイブリッド車両の変速制御装置によると、車速が同じ状況にて回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった場合には、ＨＶ走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった場合よりも、回転電気の回転速度が高めの状態に変更される。このため、回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった直後にさらにＨＶ走行モードへと切り替わるような場合であっても、ドライバビリティの悪化を回避することができる。

回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった場合、回生走行モードにて選択されていた変速段を所定時間維持することにより、回転電機２０の回転速度を効率の良い高回転領域に保ち、燃費を向上させることができる。しかしながら、回転電機の回転速度が所定の回転速度を越えている場合に限り、ＥＶ走行モードにて選択される変速段へと直ちに切り替えることにより、さらにＨＶ走行モードへと切り替わるような状況でもドライバビリティの悪化を回避することができる。

車速およびパラメーターが同一であっても、ＨＶ走行モードにて選択される変速段に対し、ＥＶ走行モードでの変速段を変速比がより大きな変速段、つまり低速段側の変速段を選択することにより、回転電機および内燃機関を効率の良い回転速度にて作動させることができる。

本発明の適用対象となるハイブリッド車両の一実施形態における駆動系の概略構成を模式的に表す概念図である。図１に示した実施形態における主要部の制御ブロック図である。図１に示す実施形態における回生走行モードにおける回転電気の回転速度と、この回転電機および自動変速機およびインバーターの各エネルギー損失との関係を表すグラフである。図１に示した実施形態において、ＨＶ走行モード，ＥＶ走行モード，回生走行モードにて選択される変速マップである。図１に示した実施形態において、回生走行モードからＥＶ走行モードへ切り替わった直後にのみ選択されるＥＶ走行モード用の変速マップであり、図４に示した回生走行モード用の変速マップと共に示してある。図１に示した実施形態における変速制御手順を表すフローチャートである。

本発明によるハイブリッド車両の変速制御装置の一実施形態について、図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、その特許請求の範囲の少なくとも請求項１に記載の構成を含むあらゆるハイブリッド車両の変速制御装置に対して応用することが可能である。

本実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成を模式的に図１に示し、その主要部の制御ブロックを図２に示す。本実施形態におけるハイブリッド車両には、原動機としてエンジン１０と回転電機２０とが１つずつ搭載され、エンジン１０は、燃料を燃料噴射弁１１から図示しない燃焼室へと直接噴射する直噴形の火花点火方式の内燃機関であるが、これに限定されない。燃料噴射弁１１から燃焼室に供給される燃料の量および噴射タイミングは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０の運転状態判定部３１からの情報に基づき、ＥＣＵ３０のエンジン制御部３２にて制御される。運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの踏み込み量は、アクセル開度センサーＳ１により検出され、その検出情報がＥＣＵ３０に出力される。ＥＣＵ３０の運転状態判定部３１は、上述したアクセル開度を含む車両の運転状態を判定し、この判定結果に基づいてエンジン１０の図示しない吸気通路内に配された図示しないスロットル弁の開度、すなわちスロットル開度を制御する。また、点火プラグ１２の点火時期も同様に、ＥＣＵ３０の運転状態判定部３１からの情報に基づき、ＥＣＵ３０のエンジン制御部３２にて設定される。ＥＣＵ３０のエンジン制御部３２は、ここで設定された点火時期に点火プラグ１２が火花放電を起こすように、イグニッションコイル１３を駆動する。

エンジン１０と左右の駆動輪４０Ｌ，４０Ｒとの間には、先の回転電機２０と、トルクコンバーター５０と、多段自動変速機６０と、差動歯車装置７０とが順に配されている。

末端側がトルクコンバーター５０の図示しない入力軸に連結される回転電機２０の回転子軸２１の基端側と、エンジン１０の出力軸１４との間には、摩擦クラッチＣ１が配されている。この摩擦クラッチＣ１は、車両の運転状態に基づき、周知の油圧制御装置８０を用いて係合状態と係合解除状態との何れかに切り替えることができるようになっており、これらは一般的な湿式多板クラッチであってよい。しかしながら、噛み合いクラッチや電磁クラッチなども必要に応じて使用することが可能であり、本実施形態の如き摩擦クラッチＣ１に限定されない。本実施形態では、エンジン１０の始動時およびエンジン１０の出力を回転電機２０の回転子軸２１側に伝達させる時に接続状態となり、それ以外は基本的に非接続状態となっている。

本実施形態におけるトルクコンバーター５０は、車両の運転状態に基づき、油圧制御装置８０を用いてその入力軸側とエンジン１０の出力軸１４側とを機械的に直結状態に切り替え得る周知のロックアップクラッチ５１（図２参照）付きのものである。このロックアップクラッチ５１は、エンジン１０の出力トルクの増大を意図した低負荷運転領域において非接続状態となるが、それ以外の運転領域では、基本的に接続状態に保たれる。

トルクコンバーター５０の図示しない出力軸には、複数の摩擦係合要素６１と図示しない複数組の遊星歯車列とを組み合わせた多段自動変速機６０の図示しない入力軸が接続している。この多段自動変速機６０の出力軸６２に設けられた出力歯車６３には、左右の駆動輪４０Ｌ，４０Ｒの駆動軸４１Ｌ，４１Ｒに接続する差動歯車装置７０の最終減速歯車７１が噛み合っている。本実施形態における多段自動変速機６０は、後進１段，前進８段の変速比を自動的に選択して切り替え得るものであるが、これに限定されない。この多段自動変速機６０は、車両の走行速度、すなわち車速と、スロットル開度またはアクセル開度とに応じて油圧制御装置８０により、複数の摩擦係合要素６１が選択的に係合または係合解除状態へと切り替えられる。

なお、車速は車速センサーＳ２によって検出され、スロットル開度はスロットル開度センサーＳ３により検出され、これらの情報がＥＣＵ３０にそれぞれ出力される。また、回転電機２０の回転子軸２１またはトルクコンバーター５０の入力軸には、油圧制御装置８０を介して自動変速機油をトルクコンバーター５０や多段自動変速機６０の摩擦係合要素６１に供給するための図示しない機械式油ポンプが組み込まれている。

回転子軸２１が一体的に連結された回転電機２０の回転子２２には、図示しない永久磁石が埋設されており、この回転子２２を取り囲む回転電機２０の固定子２３には、インバーターＩＶを介して車載の高圧二次電池９０に接続するコイル２４が配されている。ＥＣＵ３０の回転電機制御部３３は、高圧二次電池９０のＳＯＣ（State of Charge）を含む車両の運転状態に基づき、インバーターＩＶを介して回転電機２０の動作を制御する。これにより、回転電機２０は駆動輪４０Ｌ，４０Ｒに駆動力を与えるためのモーターとして、あるいは高圧二次電池９０に電力を供給するためのオルタネーターとして機能するようになっている。

本実施形態では、車両を前進走行または後進走行させる場合、回転電機２０のみを作動させるＥＶ走行モードと、少なくともエンジン１０を作動させるＨＶ走行モードとが駆動輪４０Ｌ，４０Ｒに対する出力、すなわち車両の駆動力に応じて選択的に切り替えられる。また、車両の走行中にブレーキスイッチＳ４がオン状態となった場合には、回生走行モードが選択され、この他、車両が走行中や停止中であっても車載の高圧二次電池９０のＳＯＣが所定値以下を切った場合に充電モードが選択されるようになっている。

高圧二次電池９０のＳＯＣは、ＥＣＵ３０の運転状態判定部３１にて算出され、図示しないブレーキペダルの踏み込みはブレーキスイッチＳ４により検出され、これらの情報がＥＣＵ３０に出力される。また、車両の駆動力は、運転者によって操作されるアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度と、車速とから算出され、エンジン１０および回転電機２０の出力は、車両の駆動力と車速とを乗算することにより、算出される。

ＥＶ走行モードは、回転電機２０をモーターとして機能させ、その出力を駆動輪４０Ｌ，４０Ｒへと伝達するモードである。このＥＶ走行モードは、回転電機２０の最大出力から停止状態にあるエンジン１０を始動させるために必要な出力分を除いた出力値以下にて車両を走行させることができる低負荷の場合に選択される。ＥＶ走行モードにおいては、摩擦クラッチＣ１が非接続状態となってエンジン１０も停止状態に維持される。

ＨＶ走行モードは、エンジン１０を駆動すると共に摩擦クラッチＣ１を接続状態に切り替え、少なくともエンジン１０の出力を駆動輪４０Ｌ，４０Ｒへと伝達するモードである。このＨＶ走行モードは、先の低負荷以外の場合、すなわち回転電機２０の最大出力から停止状態にあるエンジン１０を始動させるために必要な出力分を除いた出力値以下では車両を走行させることができないような場合に選択される。ＨＶ走行モードでのエンジン１０からの出力は、このエンジン１０単独か、または回転電機２０と共に駆動輪４０Ｌ，４０Ｒを駆動するための動力源として与えられる。

駆動輪４０Ｌ，４０Ｒの出力は、エンジン１０の回転速度と、回転電機２０の定格およびその回転速度とに基づいて算出することができる。これは、クランク角センサーＳ５や変速機入力軸回転速度センサーＳ６などによって検出された情報に基づき、ＥＣＵ３０の運転状態判定部３１にて算出されるが、これに限定されない。アクセル開度や、スロットル開度，車速，多段自動変速機６０の出力軸６２の回転速度などを用いたりすることも可能である。

回生走行モードは、車両の走行中にアクセルペダルが運転者によって踏み込まれなかったり、ブレーキペダルが踏み込まれたりした場合、高圧二次電池９０のＳＯＣが前記所定値未満の場合に限り、回転電機２０をオルタネーターとして機能させるモードである。この回生走行モードにおいては、駆動輪４０Ｌ，４０Ｒからの回転エネルギーが回転電機２０によって高圧二次電池９０に蓄えられ、回転電機２０は、いわゆる回生ブレーキとして作用する。本実施形態では、例えば徐行速度を越えた車速にて車両が走行している状態で、ブレーキスイッチＳ４がオンになった場合、回生走行モードに切り替えられるが、これに限定されない。この回生走行モードにおいては、摩擦クラッチＣ１が非接続状態となり、エンジン１０に対する燃料の供給を停止して無駄なエネルギーの消費が抑えられる。

この回生走行モードにおいては、車両の減速度に応じて回生トルクがＥＣＵ３０にて算出され、算出された回生トルクが得られるように、回転電機２０の作動が制御される。ブレーキ操作を行った場合の車両の要求減速度は、ブレーキペダルの踏み込み量と車速とから算出することができる。本実施形態にて回生走行モードが選択された場合、その時点の車速に応じて予め設定された変速段が選択されるけれども、要求減速度または回生トルクの大きさに応じて変速段を選択することも可能である。

充電モードは、高圧二次電池９０のＳＯＣが下限値を下回った場合、回転電機２０をオルタネーターとして機能させ、高圧二次電池９０のＳＯＣが下限値よりも大きな所定値に達するまでエンジン１０の出力によって回転電機２０を駆動するモードであるが、これに限定されない。なお、高圧二次電池９０のＳＯＣが例えば前記所定値から、この所定値よりも大きな上限値の範囲にある場合、ＥＣＵ３０は、高圧二次電池９０に対して充電を行う必要がないと判断し、車両が走行中の場合にはエンジン１０および／または回転電機２０からの出力がすべて駆動輪４０Ｌ，４０Ｒへと伝えられる。ＨＶ走行モードにて車両の走行中に充電モードが選択された場合、回転電機２０はオルタネーターとして機能し、駆動輪４０Ｌ，４０Ｒへの出力はすべてエンジン１０にてまかなわれることとなる。つまり、この充電モードは、ＨＶ走行モードと同時に実行することが可能であり、この場合、エンジン１０は、車両を走行させるために必要となる出力に加え、回転電機２０をオルタネーターとして駆動するための出力を加算した状態の出力となるように作動する。また、ＥＶ走行モードにて車両の走行中に充電モードが選択された場合、駆動輪４０Ｌ，４０Ｒの出力が低負荷であってもＨＶ走行モードに切り替えられ、回転電機２０の機能がモーターからオルタネーターへと切り替えられる。

停止または休止状態にあるエンジン１０の始動は、このエンジン１０の冷却水温を含む車両の運転状態に応じ、摩擦クラッチＣ１を接続状態に切り替えると共に回転電機２０をスターターモーターとして使用することによって行われる。これは車両の走行中であっても随時行われる。エンジン１０の冷却水温は水温センサーＳ７によって検出され、その情報がＥＣＵ３０に出力される。

ところで、駆動輪４０Ｌ，４０Ｒに対して用いることができる回転電機２０の最大出力は、回転電機２０の定格出力から停止状態にあるエンジン１０を始動するために必要な出力を減算した値に対応する。

図４に示す変速マップは、ＥＣＵ３０に記憶され、車速と車両の駆動力とに基づいて各走行モードに対応した変速段を選択するようにしているが、車両の駆動力に代え、これと関連するパラメーター、例えばアクセル開度や要求駆動力を用いることも可能である。この他、ＥＶ走行モードにおいては回転電機の駆動トルクを、また回生走行モードにおいては要求減速度や回生トルクを上述した車両の駆動力に関連するパラメーターとして用いることができる。この図４の変速マップは、車両の駆動力が０となる横軸を境として、上半分がＨＶ走行モードおよびＥＶ走行モードの場合に選択され、下半分が回生走行モードの場合に選択される。しかしながら、回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった場合、本実施形態では図４の変速マップではなく、後述する図５に示した変速マップが一時的に採用される。

また、同一車速かつ車両の駆動力に関連するパラメーター、例えばアクセル開度が同一であっても、ＥＶ走行モードにて選択される変速段の変速比がＨＶ走行モードにて選択される変速段の変速比よりも大きな傾向を持つように、図４の変速マップとは異なる変速マップを採用することも有効である。その理由は、ＥＶ走行モードにおいて作動する回転電機２０の最適効率回転速度がエンジン１０の最適効率回転速度よりも一般的に高いためである。

一方、回転電機２０をオルタネーターとして機能させる場合、この回転電機２０の回転速度と、そのエネルギー損失および多段自動変速機６０のエネルギー損失およびインバーターＩＶのエネルギー損失との関係を模式的に図３に示す。この図３から明らかなように、回転電機２０をオルタネーターとして機能させた場合、回転電機２０の回転速度が高くなるに連れて多段自動変速機６０のエネルギー損失は大きくなるのに対し、インバーターＩＶのエネルギー損失は小さくなる傾向を持つ。また、本実施形態で用いた回転電機２０自体のエネルギー損失は、ある回転速度にて最も小さくなる傾向を持つことが理解されよう。これらのエネルギー損失の合計が最も少なくなる回転電機２０の回転速度は、選択された多段自動変速機６０の変速段によっても相違するが、上述した回転電機２０自体のエネルギー損失が最小となる回転速度よりも低い回転領域となり、低速段側ほど高回転速度となる。つまり、回生走行モードの場合、車速やスロットル開度にかかわらず、回転電機２０の回転速度が上述した回転電機２０自体のエネルギー損失が最小となる回転速度よりも低い回転領域に収まるように、図４，図５中の駆動力が０よりも小さい領域、つまりアクセル開度が０％の領域となる変速マップが選択される。図４，図５中の駆動力が０よりも小さい領域にて選択される回生走行モード用の変速マップは、所定の車速および車両の駆動力が０よりも大きく、かつ少なくとも０近傍となるような状況でのＨＶ走行モードおよびＥＶ走行モードよりも、同じ所定の車速および車両の駆動力が０よりも小さくなるような状況での回生走行モードの方が回転電機２０の回転速度が高速となるような傾向を持つ。その理由は、エンジン１０と回転電機２０とで最適効率回転速度が異なることに加え、ＥＶ走行モードにて高回転領域を使用すると、出力が低下してＥＶ走行領域が狭まって車両効率が低下してしまうためである。

なお、回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わってから所定時間、例えば６秒間は図４に示す変速マップではなく、図５中の駆動力が０以上の領域にて選択されるＥＶ走行モード用の変速マップが採用される。この変速マップは、図４に示したＥＶ走行モードおよびＨＶ走行モードに対し、同一車速かつ同一アクセル開度であっても、特に低アクセル開度の領域で変速段の変速比がより大きくなる傾向を持つように設定されている。その理由は、可能な限り、回転電機２０の回転速度を効率の良い高回転領域に保ち、燃費を向上させるためである。

このように、図５に示す変速マップは、車両の駆動力が０となる横軸を境として、下半分が回生走行モードの場合に選択され、上半分が回生モードからＥＶ走行モードに切り替わった場合にのみ所定期間だけ選択されるＥＶ走行モード用の変速マップである。従って、回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わってから所定時間後は、図４に示したＥＶ走行モードおよびＨＶ走行モードに対応する変速マップに従った変速操作が実行される。

このような本実施形態における変速制御手順について、図７のフローチャートを参照しながら次に説明すると、まずＳ１１のステップにてブレーキスイッチＳ４がＯＮとなっているか否かを判定する。ここでブレーキスイッチＳ４がＯＮとなっている、すなわち回生走行モードか選択されていると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行してフラグをセットした後、Ｓ１３のステップに移行し、図４，図５に示す回生走行モード用の変速マップに基づく変速操作が行われる。

一方、先のＳ１１のステップにてブレーキスイッチＳ４がＯＮではない、すなわち回生走行モードか選択されていないと判断した場合には、Ｓ１４のステップに移行してＥＶ走行モードが選択されているか否かを判定する。ここでＥＶ走行モードが選択されていると判断した場合には、先のＳ１２のステップにて設定されるフラグがセットされているか否かをＳ１５のステップにて判定する。ここでフラグがセットされている、すなわち現在のＥＶ走行モードに切り替わる直前のモードが回生走行モードであったと判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行してタイマーのカウントアップを行う。しかる後、Ｓ１７のステップにて図５に示すＥＶ走行モード用の変速マップに基づくアップシフト指令があったか否かを判定する。ここで、アップシフト指令があったと判断した場合、Ｓ１８のステップに移行してタイマーのカウント値Ｃ_nが閾値Ｃ_R以下であるか否かを判定する。ここで、タイマーのカウント値Ｃ_nが閾値Ｃ_R以下である、すなわち回生走行モードからＥＶ走行モードに切り替わってからの期間が短い、例えば３秒未満であると判断した場合には、Ｓ１９のステップに移行する。そして、回転電機２０の回転子軸２１の回転速度Ｎ_Mが閾値Ｎ_R以下か否かを判定する。ここで、回転電機２０の回転子軸２１の回転速度Ｎ_Mが閾値Ｎ_R以下である、すなわちアップシフトを行わなくてもエンジン１０の始動を行うことができると判断した場合には、Ｓ２０のステップに移行する。そして、先のＳ１７のステップでのアップシフト指令に対し、アップシフト操作を禁止して再びＳ１１のステップに戻る。

このように、Ｓ２０のステップではアップシフト操作を完全に禁止しているが、例えば現状の変速段に対してアップシフト操作が２段以上異なる変速段へのアップシフト操作となるような場合、例えば１段だけアップシフト操作を行うことも可能である。

先のＳ１８のステップにてタイマーのカウント値Ｃ_nが閾値Ｃ_Rを越えている、すなわちＥＶ走行モードに切り替わってから、車両の運転状態に急激な変化が起こっていないと判断した場合には、Ｓ２１のステップに移行し、図５に示すＥＶ走行モード用の変速マップに基づいてアップシフトを実行する。しかる後、Ｓ２２のステップにてフラグをリセットすると共にタイマーのカウント値Ｃ_nを０にリセットして再びＳ１１のステップに戻る。また、先のＳ１９のステップにて回転電機２０の回転子軸２１の回転速度Ｎ_Mが閾値Ｎ_Rを越えていると判断した場合も同様に、Ｓ２１のステップに移行し、図５に示すＥＶ走行モード用の変速マップに基づくアップシフトを実行する。その理由は、ここでアップシフトを実行しない場合には、回転電機２０の回転子軸２１の回転速度Ｎ_Mが高くなりすぎてしまい、車両の運転状態の変化があった場合にビジーシフトを招くおそれが生ずるためである。

このように、ブレーキスイッチＳ４がオン状態からオフ状態へと切り替わってＥＶ走行モードへと移行し、所定期間内に最初の変速指令がアップシフトの場合、回転電機２０の回転速度が所定速度未満に限りアップシフト操作を禁止するようにしている。これにより、それ以降に起こり得ると予測される車両の運転状態の変化に対し、ビジーシフトを起こりにくくすることができ、ドライバビリティの悪化を阻止することが可能となる。

一方、先のＳ１７のステップにてアップシフト指令がないと判断した場合には、Ｓ２３のステップに移行して図５に示すＥＶ走行モード用の変速マップに基づくダウンシフト指令があったか否かを判定する。ここで、ダウンシフト指令があったと判断した場合、Ｓ２４のステップに移行してダウンシフトを実行した後、Ｓ２５のステップに移行してフラグをリセットすると共にタイマーのカウント値Ｃ_nを０にリセットして再びＳ１１のステップに戻る。

なお、ＳＳ２３のステップに移行してダウンシフト指令もなかったと判断した場合には、そのままＳ１１のステップに戻る。

また、先のＳ１５のステップにてフラグがセットされていない、すなわち現在のＥＶ走行モードに切り替わる直前のモードが回生走行モードではなかったと判断した場合には、Ｓ１３のステップに移行する。そして、図４に示すＥＶ走行モード用の変速マップに基づいた変速操作を実行する。

さらに、Ｓ１４のステップにてＥＶ走行モードが選択されていない、すなわちＨＶ走行モードが選択されていると判断した場合には、Ｓ２６のステップに移行してフラグがセットされているか否かを再度判定する。ここで、フラグがセットされている、すなわち現在のＨＶ走行モードに切り替わる直前のモードが回生走行モードであったと判断した場合には、Ｓ２７のステップに移行してフラグをリセットすると共にタイマーのカウント値Ｃ_nを０にリセットする。しかる後、Ｓ２８のステップに移行し、図４に示すＨＶ走行モード用の変速マップに基づいて変速操作を行った後、再びＳ１１のステップに戻る。

Ｓ２６のステップにてフラグがセットされていない、すなわち現在のＨＶ走行モードに切り替わる直前のモードが回生走行モードではなかったと判断した場合には、Ｓ２８のステップに移行する。そして、ＨＶ走行モード用の変速マップに基づいて変速操作を行った後、Ｓ１１のステップに戻る。

上述した実施形態では、ブレーキスイッチＳ４のオン信号に基づいてフラグをセットする、すなわち回生走行モードを選択するようにしたが、アクセルスイッチのオフ信号に基づいてフラグをセットすることも可能である。つまり、車両の走行中に運転者がブレーキペダルを踏み込んでいなくても、アクセルペダルが踏み込まれていないアクセルオフの場合、運転者は車両の加速を希望していないと判断することが可能である。従って、ブレーキスイッチＳ４のオン信号のみならず、アクセルスイッチのオフ信号に基づいて回生走行モードに移行させる、すなわちフラグをセットすることも可能である。

また、Ｓ１２のステップにてフラグがセットされた状態からＥＶ走行に切り替わり、アップシフト指令があった場合、Ｓ２１のステップにて選択される図５に示したＥＶ走行モード用の変速マップに代えて図４に示した通常のＥＶ走行モード用の変速マップに基づいて変速段の切り替えを行うようにしてもよい。

このように、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。例えば、車両の要求駆動力を自動で算出する自動運転システムにも本発明を適用させることができる。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のない構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

１０エンジン
２０回転電機
３０ＥＣＵ
４０Ｌ，４０Ｒ駆動輪
６０多段自動変速機
８０油圧制御装置
９０高圧二次電池
Ｓ１アクセル開度センサー
Ｓ２車速センサー
Ｓ４ブレーキスイッチ

Claims

駆動輪を駆動する内燃機関と、
モーターとして前記駆動輪を駆動し、発電機として電力を車載の二次電池に供給し得る回転電機と、
前記内燃機関および前記回転電機と前記駆動輪との間に配され、複数の変速段のうちの１つの変速段を達成し得る多段自動変速機と
が搭載され、
車両の駆動力が０よりも大きな低駆動力領域にて選択され、前記内燃機関に燃料を供給することなく、前記回転電機からの出力を前記駆動輪に伝達するＥＶ走行モードと、
車両の駆動力が前記低駆動力領域よりも大きな高駆動力領域にて選択され、前記内燃機関および前記回転電機のうちの少なくとも前記内燃機関からの出力を前記駆動輪に伝達するＨＶ走行モードと、
車両の駆動力が０よりも小さい領域にて選択され、車両の走行中のアクセルオフに伴う前記駆動輪からの回転エネルギーによって前記回転電機を駆動して得られる電力を前記二次電池に蓄える回生走行モードと
が設定されたハイブリッド車両において、
車速と車両の駆動力に関連するパラメーターとに基づいて前記多段自動変速機の変速段の切り替えを制御する変速制御装置を具え、この変速制御装置は、
所定の車速であって、車両の駆動力が少なくとも０近傍となる状況において、ＥＶ走行モード時の変速比よりも、回生走行モード時の変速比が大きくなるように、前記多段自動変速機の変速段の切り替えを制御し、かつ
前記回生走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合と、前記ＨＶ走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合とにおいて、前記車速と前記パラメーターとが同じであっても、前記回生走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合に選択される変速段の変速比が、前記ＨＶ走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合に選択される変速段の変速比よりも大きくなるように、前記多段自動変速機の変速段の切り替えを制御することを特徴とするハイブリッド車両の変速制御装置。
前記変速制御装置は、所定の車速でのＥＶ走行モード時の変速比よりも、ＥＶ走行モードとの境界領域での回生走行モード時の変速比が大きくなるように、前記多段自動変速機の変速段の切り替えを制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の変速制御装置。
前記変速制御装置は、ＥＶ走行モードと回生走行モードとの境界領域におけるＥＶ走行モード時のＮ段目の変速段における車速の上限値が回生走行モード時のＮ段目の変速段における車速の上限値以下となるように、前記多段自動変速機の変速段の切替を制御することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両の変速制御装置。
前記変速制御装置は、前記回生走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わった場合、変速段を所定時間維持した後に、前記ＨＶ走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替えられた場合の変速段以下の変速段へアップシフトすることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のハイブリッド車両の変速制御装置。
前記変速制御装置は、前記回生走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替わり、かつ前記回転電機の回転速度が所定の回転速度を越えている場合に限り、変速段を所定時間維持することなく、前記ＨＶ走行モードから前記ＥＶ走行モードに切り替えられた場合の変速段以下の変速段へアップシフトすることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両の変速制御装置。
前記変速制御装置は、前記所定の車速および前記パラメーターが同一の状況において、前記ＨＶ走行モードと前記ＥＶ走行モードとの境界領域において前記ＥＶ走行モードにて選択される変速段の変速比が前記ＨＶ走行モードにて選択される変速段の変速比と同じか、あるいはそれよりも大きくなるように、前記多段自動変速機の変速段の切り替えを制御することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のハイブリッド車両の変速制御装置。