JP6544345B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、差動機構と有段変速機とを直列に備えるハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
エンジンと、前記エンジンと第1回転機と中間伝達部材とが各々連結された3つの回転要素を有する差動機構と、前記中間伝達部材に動力伝達可能に連結された第2回転機と、前記中間伝達部材と駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成すると共に複数の係合装置のうちの所定の係合装置の係合によって複数のギヤ段のうちの何れかのギヤ段が形成される有段変速機と、前記第1回転機及び前記第2回転機の各々に対して電力を授受する蓄電装置とを備えたハイブリッド車両の制御装置が良く知られている。例えば、特許文献1に記載されたハイブリッド車両がそれである。この特許文献1には、有段変速機の変速時、第2回転機の回転速度の変化速度とエンジンの回転速度の変化速度とが各々の目標値となるように、エンジンのトルクと有段変速機のトルク容量とに基づいて、第1回転機のトルクと第2回転機のトルクとを制御することが開示されている。
特開2014−223888号公報
ところで、有段変速機の変速時に蓄電装置のパワーが小さいと、蓄電装置のパワーの制限に因って第1回転機の出力トルクや第2回転機の出力トルクが制限される。そうすると、有段変速機の変速時に所望する第1回転機の出力トルクや第2回転機の出力トルクが得られず、エンジンの回転速度の変化速度を目標値とするように適切に制御することができないおそれがある。エンジンの回転速度の変化速度は差動機構と有段変速機とを合わせた変速機全体の変速の進行具合を表しているので、エンジンの回転速度の変化速度を目標値に適切に制御することができないと言うことは、変速機全体の変速を適切に実行できないということである。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、蓄電装置のパワーの制限に拘わらず、差動機構と有段変速機とを合わせた変速機全体の変速を適切に実行することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。
第1の発明の要旨とするところは、(a) エンジンと、前記エンジンが動力伝達可能に連結された第1回転要素と第1回転機が動力伝達可能に連結された第2回転要素と中間伝達部材が連結された第3回転要素とを有する差動機構と、前記中間伝達部材に動力伝達可能に連結された第2回転機と、前記中間伝達部材と駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成すると共に複数の係合装置のうちの所定の係合装置の係合によって複数のギヤ段のうちの何れかのギヤ段が形成される有段変速機と、前記第1回転機及び前記第2回転機の各々に対して電力を授受する蓄電装置とを備えたハイブリッド車両の、制御装置であって、(b) 変速前の前記ギヤ段を形成する前記所定の係合装置のうちの解放側係合装置の解放と変速後の前記ギヤ段を形成する前記所定の係合装置のうちの係合側係合装置の係合とを制御することで前記有段変速機にて形成される前記ギヤ段を切り替える変速制御部と、(c) 前記有段変速機の変速時、前記第2回転機の回転速度の変化速度と前記エンジンの回転速度の変化速度とが各々の目標値となるように、前記エンジンの出力トルクと、前記解放側係合装置及び前記係合側係合装置のうちの変速を進行させる側の変速進行側係合装置の伝達トルクとに基づいて、前記第1回転機の出力トルクと前記第2回転機の出力トルクとを制御するハイブリッド制御部と、(d) 前記有段変速機の変速時に前記蓄電装置の充放電可能電力の制限に因って前記第1回転機の出力トルクと前記第2回転機の出力トルクとが制限されることが抑制されるように、前記エンジンのパワー、前記差動機構及び前記有段変速機における変速の進行に必要なパワー、及び前記蓄電装置の充放電可能電力に基づいて、前記変速進行側係合装置の伝達トルクを設定する伝達トルク設定部とを、含むことにある。
また、第2の発明は、前記第1の発明に記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記エンジンのパワーと前記変速の進行に必要なパワーと前記蓄電装置の充放電可能電力と前記変速進行側係合装置の伝達パワーとの収支バランスにおいて、前記各パワーの収支バランスが取れるか否かを判定する状態判定部を更に備えており、前記ハイブリッド制御部は、前記各パワーの収支バランスが取れないときには、前記各パワーの収支バランスが取れるように前記エンジンのパワーを変更するものであり、前記伝達トルク設定部は、前記変速進行側係合装置の伝達トルクを設定する際の基になる前記エンジンのパワーとして、前記変更されたエンジンのパワーを用いることにある。
また、第3の発明は、前記第1の発明又は第2の発明に記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記伝達トルク設定部は、前記エンジンのパワー、前記変速の進行に必要なパワー、及び前記蓄電装置の充放電可能電力のそれぞれの大きさに応じた複数の段階を引き数とし、前記引き数に応じた前記変速進行側係合装置の伝達トルクを読み取り値として予め定められた関係を有し、前記関係を用いて前記変速進行側係合装置の伝達トルクを設定することにある。
また、第4の発明は、前記第3の発明に記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記有段変速機のアップシフト時は、前記差動機構と前記有段変速機とが直列に配置された変速機全体のアップシフトが行われる一方で、前記有段変速機のダウンシフト時は、前記変速機全体のダウンシフトが行われるものであり、前記有段変速機のパワーオンダウンシフトにおける前記段階の数は、前記有段変速機のパワーオンアップシフトにおける前記段階の数と比較して多くされていることにある。
また、第5の発明は、前記第1の発明から第4の発明の何れか1つに記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記有段変速機の変速時とは、前記有段変速機のアップシフト時には前記第2回転機の回転速度を変速後の同期回転速度へ向けて低下させ、前記有段変速機のダウンシフト時には前記第2回転機の回転速度を変速後の同期回転速度へ向けて上昇させる変速過渡中である、前記有段変速機の変速過渡におけるイナーシャ相中である。
前記第1の発明によれば、有段変速機の変速時に蓄電装置の充放電可能電力の制限に因って第1回転機の出力トルクと第2回転機の出力トルクとが制限されることが抑制されるように、エンジンのパワー、差動機構及び有段変速機における変速の進行に必要なパワー、及び蓄電装置の充放電可能電力に基づいて、変速進行側係合装置の伝達トルクが設定されるので、各パワーの収支バランスが考慮された変速進行側係合装置の伝達トルクにて有段変速機の変速が実行される。これにより、有段変速機の変速時に蓄電装置の充放電可能電力が制限されたとしても所望する第1回転機の出力トルクや第2回転機の出力トルクが得られ易く、エンジンの回転速度の変化速度を目標値とするように適切に制御することができる。よって、蓄電装置の充放電可能電力の制限に拘わらず、差動機構と有段変速機とを合わせた変速機全体の変速を適切に実行することができる。
また、前記第2の発明によれば、各パワーの収支バランスにおいて、各パワーの収支バランスが取れないときには、各パワーの収支バランスが取れるようにエンジンのパワーが変更され、変速進行側係合装置の伝達トルクを設定する際の基になるエンジンのパワーとして、その変更されたエンジンのパワーが用いられるので、各パワーの収支バランスが一層考慮された有段変速機の変速が実行される。これにより、変速機全体の変速を一層適切に実行することができる。
また、前記第3の発明によれば、エンジンのパワー、変速の進行に必要なパワー、及び蓄電装置の充放電可能電力のそれぞれの大きさに応じた複数の段階を引き数とし、その引き数に応じた変速進行側係合装置の伝達トルクを読み取り値として予め定められた関係を用いて変速進行側係合装置の伝達トルクが設定されるので、各パワーの数値そのものに基づいて変速進行側係合装置の伝達トルクを設定する場合は予め定められた関係(マップ)が高次元化してしまい適合が複雑なものとなることに対して、各パワーの大きさに応じた複数の段階を用いた区分によって変速進行側係合装置の伝達トルクを設定することで(つまり、引き数を低減することで)、予め定められた関係を低次元化して適合を簡素化することができる。
また、前記第4の発明によれば、変速機全体のダウンシフトが行われる、有段変速機のパワーオンダウンシフトにおける段階の数は、変速機全体のアップシフトが行われる、有段変速機のパワーオンアップシフトにおける段階の数と比較して多くされているので、有段変速機のパワーオンアップシフトと比較して変速制御が難しい有段変速機のパワーオンダウンシフトを適切に実行することができる。このように、変速の種類によって(例えば変速制御の難易度に合わせて)引き数を変更することができるので、変速制御が容易な程、より適合を簡素化することができる。
本発明が適用される車両に備えられた車両用駆動装置の概略構成を説明する図であると共に、車両における各種制御の為の制御機能及び制御系統の要部を説明する図である。 図1で例示した機械式有段変速部の変速作動とそれに用いられる係合装置の作動の組み合わせとの関係を説明する作動図表である。 電気式無段変速部と機械式有段変速部とにおける各回転要素の回転速度の相対的関係を表す共線図である。 複数のATギヤ段に複数の模擬ギヤ段を割り当てたギヤ段割当テーブルの一例を説明する図である。 図3と同じ共線図上に有段変速部のATギヤ段と変速機の模擬ギヤ段とを例示した図である。 複数の模擬ギヤ段の変速制御に用いる模擬ギヤ段変速マップの一例を説明する図である。 有段変速部の変速を伴うときの変速機の模擬有段変速制御におけるパワーの収支の概念図である。 電子制御装置の制御作動の要部すなわちバッテリパワーの制限に拘わらず変速機全体の変速を適切に実行する為の制御作動を説明するフローチャートである。
好適には、回転部材(例えば前述の、エンジン、第1回転機、第2回転機、差動機構の各回転要素、中間伝達部材、有段変速機の各回転要素など)の回転速度ωは回転部材の角速度に対応するものであり、又、回転速度ωの変化速度は回転速度ωの時間変化率すなわち時間微分であって回転部材の角加速度dω/dtであり、数式中においては角加速度dω/dtをωのドットで表すこともある。
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明が適用される車両10に備えられた車両用駆動装置12の概略構成を説明する図であると共に、車両10における各種制御の為の制御系統の要部を説明する図である。図1において、車両用駆動装置12は、エンジン14と、車体に取り付けられる非回転部材としてのトランスミッションケース16(以下、ケース16という)内において共通の軸心上に配設された、エンジン14に直接或いは図示しないダンパーなどを介して間接的に連結された電気式無段変速部18(以下、無段変速部18という)と、無段変速部18の出力側に連結された機械式有段変速部20(以下、有段変速部20という)とを直列に備えている。又、車両用駆動装置12は、有段変速部20の出力回転部材である出力軸22に連結された差動歯車装置24、差動歯車装置24に連結された一対の車軸26等を備えている。車両用駆動装置12において、エンジン14や後述する第2回転機MG2から出力される動力(特に区別しない場合にはトルクや力も同義)は、有段変速部20へ伝達され、その有段変速部20から差動歯車装置24等を介して車両10が備える駆動輪28へ伝達される。車両用駆動装置12は、例えば車両10において縦置きされるFR(フロントエンジン・リヤドライブ)型車両に好適に用いられるものである。尚、無段変速部18や有段変速部20等はエンジン14などの回転軸心(上記共通の軸心)に対して略対称的に構成されており、図1ではその回転軸心の下半分が省略されている。
エンジン14は、車両10の走行用の動力源であり、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の公知の内燃機関である。このエンジン14は、後述する電子制御装置80によってスロットル弁開度或いは吸入空気量、燃料供給量、点火時期等の運転状態が制御されることによりエンジン14の出力トルクであるエンジントルクTeが制御される。本実施例では、エンジン14は、トルクコンバータやフルードカップリング等の流体式伝動装置を介することなく無段変速部18に連結されている。
無段変速部18は、第1回転機MG1と、エンジン14の動力を第1回転機MG1及び無段変速部18の出力回転部材である中間伝達部材30に機械的に分割する動力分割機構としての差動機構32と、中間伝達部材30に動力伝達可能に連結された第2回転機MG2とを備えている。無段変速部18は、第1回転機MG1の運転状態が制御されることにより差動機構32の差動状態が制御される電気式無段変速機である。第1回転機MG1は、差動用回転機(差動用電動機)に相当し、又、第2回転機MG2は、動力源として機能する電動機であって、走行駆動用回転機(走行駆動用電動機)に相当する。車両10は、走行用の動力源として、エンジン14及び第2回転機MG2を備えたハイブリッド車両である。
第1回転機MG1及び第2回転機MG2は、電動機(モータ)としての機能及び発電機(ジェネレータ)としての機能を有する回転電気機械であって、所謂モータジェネレータである。第1回転機MG1及び第2回転機MG2は、各々、車両10に備えられたインバータ50を介して、車両10に備えられた蓄電装置としてのバッテリ52に接続されており、後述する電子制御装置80によってインバータ50が制御されることにより、第1回転機MG1及び第2回転機MG2の各々の出力トルク(力行トルク又は回生トルク)であるMG1トルクTg及びMG2トルクTmが制御される。バッテリ52は、第1回転機MG1及び第2回転機MG2の各々に対して電力を授受する蓄電装置である。
差動機構32は、シングルピニオン型の遊星歯車装置にて構成されており、サンギヤS0、キャリアCA0、及びリングギヤR0を備えている。キャリアCA0には連結軸34を介してエンジン14が動力伝達可能に連結され、サンギヤS0には第1回転機MG1が動力伝達可能に連結され、リングギヤR0には第2回転機MG2が動力伝達可能に連結されている。差動機構32において、キャリアCA0は入力要素として機能し、サンギヤS0は反力要素として機能し、リングギヤR0は出力要素として機能する。
有段変速部20は、中間伝達部材30と駆動輪28との間の動力伝達経路の一部を構成する有段変速機である。中間伝達部材30は、有段変速部20の入力回転部材としても機能する。中間伝達部材30には第2回転機MG2が一体回転するように連結されているので、有段変速部20は、第2回転機MG2と駆動輪28との間の動力伝達経路の一部を構成する有段変速機である。有段変速部20は、例えば第1遊星歯車装置36及び第2遊星歯車装置38の複数組の遊星歯車装置と、クラッチC1、クラッチC2、ブレーキB1、ブレーキB2の複数の係合装置(以下、特に区別しない場合は単に係合装置CBという)とを備えている、公知の遊星歯車式の自動変速機である。
係合装置CBは、油圧アクチュエータにより押圧される多板式或いは単板式ののクラッチやブレーキ、油圧アクチュエータによって引き締められるバンドブレーキなどにより構成される、油圧式の摩擦係合装置である。係合装置CBは、車両10に備えられた油圧制御回路54内のソレノイドバルブSL1−SL4等から各々出力される調圧された各係合油圧PRcbによりそれぞれのトルク容量(係合トルク、クラッチトルクともいう)Tcbが変化させられることで、それぞれ作動状態(係合や解放などの状態)が切り替えられる。係合装置CBを滑らすことなく(すなわち係合装置CBに差回転速度を生じさせることなく)中間伝達部材30と出力軸22との間でトルク(例えば有段変速部20に入力される入力トルクであるAT入力トルクTi)を伝達する為には、そのトルクに対して係合装置CBの各々にて受け持つ必要がある伝達トルク(係合伝達トルク、クラッチ伝達トルクともいう)分(すなわち係合装置CBの分担トルク)が得られる係合トルクTcbが必要になる。但し、伝達トルク分が得られる係合トルクTcbにおいては、係合トルクTcbを増加させても伝達トルクは増加しない。つまり、係合トルクTcbは、係合装置CBが伝達できる最大のトルクに相当し、伝達トルクは、係合装置CBが実際に伝達するトルクに相当する。従って、係合装置CBに差回転速度が生じている状態では、係合トルクTcbと伝達トルクとは同意である。本実施例では、有段変速部20の変速過渡中において差回転速度が生じている状態(例えばイナーシャ相中)の係合装置CBの伝達トルクを係合トルクTcbで表す(すなわち伝達トルクTcbで表す)。尚、係合トルクTcb(或いは伝達トルク)と係合油圧PRcbとは、例えば係合装置CBのパック詰めに必要な係合油圧PRcbを供給する領域を除けば、略比例関係にある。
有段変速部20は、第1遊星歯車装置36及び第2遊星歯車装置38の各回転要素(サンギヤS1,S2、キャリアCA1,CA2、リングギヤR1,R2)が、直接的に或いは係合装置CBやワンウェイクラッチF1を介して間接的(或いは選択的)に、一部が互いに連結されたり、中間伝達部材30、ケース16、或いは出力軸22に連結されている。
有段変速部20は、係合装置CBのうちの所定の係合装置の係合によって、変速比(ギヤ比)γat(=AT入力回転速度ωi/出力回転速度ωo)が異なる複数の変速段(ギヤ段)のうちの何れかのギヤ段が形成される。本実施例では、有段変速部20にて形成されるギヤ段をATギヤ段と称す。AT入力回転速度ωiは、有段変速部20の入力回転部材の回転速度(角速度)である有段変速部20の入力回転速度であって、中間伝達部材30の回転速度と同値であり、又、第2回転機MG2の回転速度であるMG2回転速度ωmと同値である。AT入力回転速度ωiは、MG2回転速度ωmで表すことができる。出力回転速度ωoは、有段変速部20の出力回転速度である出力軸22の回転速度であって、無段変速部18と有段変速部20とを合わせた全体の変速機40の出力回転速度でもある。
有段変速部20は、例えば図2の係合作動表に示すように、複数のATギヤ段として、AT1速ギヤ段(図中の「1st」)−AT4速ギヤ段(図中の「4th」)の4段の前進用のATギヤ段が形成される。AT1速ギヤ段の変速比γatが最も大きく、高車速側(ハイ側のAT4速ギヤ段側)程、変速比γatが小さくなる。図2の係合作動表は、各ATギヤ段と係合装置CBの各作動状態(各ATギヤ段において各々係合される係合装置である所定の係合装置)との関係をまとめたものであり、「○」は係合、「△」はエンジンブレーキ時や有段変速部20のコーストダウンシフト時に係合、空欄は解放をそれぞれ表している。AT1速ギヤ段を成立させるブレーキB2には並列にワンウェイクラッチF1が設けられているので、発進時(加速時)にはブレーキB2を係合させる必要は無い。有段変速部20のコーストダウンシフトは、駆動要求量(例えばアクセル開度θacc)の減少やアクセルオフ(アクセル開度θaccがゼロ又は略ゼロ)による減速走行中の車速関連値(例えば車速V)の低下によってダウンシフトが判断(要求)されたパワーオフダウンシフトのうちで、アクセルオフの減速走行状態のままで要求されたダウンシフトである。尚、係合装置CBが何れも解放されることにより、有段変速部20は、何れのギヤ段も形成されないニュートラル状態(すなわち動力伝達を遮断するニュートラル状態)とされる。
有段変速部20は、後述する電子制御装置80(特には有段変速部20の変速制御を実行する後述するAT変速制御部82)によって、運転者のアクセル操作や車速V等に応じて係合装置CBのうちの(つまり変速前のATギヤ段を形成する所定の係合装置のうちの)解放側係合装置の解放と係合装置CBのうちの(つまり変速後のATギヤ段を形成する所定の係合装置のうちの)係合側係合装置の係合とが制御されることで、形成されるATギヤ段が切り替えられる(すなわち複数のATギヤ段が選択的に形成される)。つまり、有段変速部20の変速制御においては、例えば係合装置CBの何れかの掴み替えにより(すなわち係合装置CBの係合と解放との切替えにより)変速が実行される、所謂クラッチツゥクラッチ変速が実行される。例えば、AT2速ギヤ段からAT1速ギヤ段へのダウンシフト(2→1ダウンシフトと表す)では、図2の係合作動表に示すように、解放側係合装置となるブレーキB1が解放されると共に、係合側係合装置となるブレーキB2が係合させられる。この際、ブレーキB1の解放過渡油圧やブレーキB2の係合過渡油圧が調圧制御される。
図3は、無段変速部18と有段変速部20とにおける各回転要素の回転速度の相対的関係を表す共線図である。図3において、無段変速部18を構成する差動機構32の3つの回転要素に対応する3本の縦線Y1、Y2、Y3は、左側から順に第2回転要素RE2に対応するサンギヤS0の回転速度を表すg軸であり、第1回転要素RE1に対応するキャリアCA0の回転速度を表すe軸であり、第3回転要素RE3に対応するリングギヤR0の回転速度(すなわち有段変速部20の入力回転速度)を表すm軸である。又、有段変速部20の4本の縦線Y4、Y5、Y6、Y7は、左から順に、第4回転要素RE4に対応するサンギヤS2の回転速度、第5回転要素RE5に対応する相互に連結されたリングギヤR1及びキャリアCA2の回転速度(すなわち出力軸22の回転速度)、第6回転要素RE6に対応する相互に連結されたキャリアCA1及びリングギヤR2の回転速度、第7回転要素RE7に対応するサンギヤS1の回転速度をそれぞれ表す軸である。縦線Y1、Y2、Y3の相互の間隔は、差動機構32のギヤ比(歯車比)ρ0に応じて定められている。又、縦線Y4、Y5、Y6、Y7の相互の間隔は、第1、第2遊星歯車装置36,38の各歯車比ρ1,ρ2に応じて定められている。共線図の縦軸間の関係においてサンギヤとキャリアとの間が「1」に対応する間隔とされるとキャリアとリングギヤとの間が遊星歯車装置の歯車比ρ(=サンギヤの歯数Zs/リングギヤの歯数Zr)に対応する間隔とされる。
図3の共線図を用いて表現すれば、無段変速部18の差動機構32において、第1回転要素RE1にエンジン14(図中の「ENG」参照)が連結され、第2回転要素RE2に第1回転機MG1(図中の「MG1」参照)が連結され、中間伝達部材30と一体回転する第3回転要素RE3に第2回転機MG2(図中の「MG2」参照)が連結されて、エンジン14の回転を中間伝達部材30を介して有段変速部20へ伝達するように構成されている。無段変速部18では、縦線Y2を横切る各直線L0により、サンギヤS0の回転速度とリングギヤR0の回転速度との関係が示される。
又、有段変速部20において、第4回転要素RE4はクラッチC1を介して中間伝達部材30に選択的に連結され、第5回転要素RE5は出力軸22に連結され、第6回転要素RE6はクラッチC2を介して中間伝達部材30に選択的に連結されると共にブレーキB2を介してケース16に選択的に連結され、第7回転要素RE7はブレーキB1を介してケース16に選択的に連結されている。有段変速部20では、係合装置CBの係合解放制御によって縦線Y5を横切る各直線L1,L2,L3,L4により、出力軸22における「1st」,「2nd」,「3rd」,「4th」の各回転速度が示される。
図3中の実線で示す、直線L0及び直線L1,L2,L3,L4は、少なくともエンジン14を動力源として走行するエンジン走行が可能なハイブリッド走行モードでの前進走行における各回転要素の相対速度を示している。このハイブリッド走行モードでは、差動機構32において、キャリアCA0に入力されるエンジントルクTeに対して、第1回転機MG1による負トルクである反力トルクが正回転にてサンギヤS0に入力されると、リングギヤR0には正回転にて正トルクとなるエンジン直達トルクTd(=Te/(1+ρ)=−(1/ρ)×Tg)が現れる。そして、要求駆動力に応じて、エンジン直達トルクTdとMG2トルクTmとの合算トルクが車両10の前進方向の駆動トルクとして、AT1速ギヤ段−AT4速ギヤ段のうちの何れかのATギヤ段が形成された有段変速部20を介して駆動輪28へ伝達される。このとき、第1回転機MG1は正回転にて負トルクを発生する発電機として機能する。第1回転機MG1の発電電力Wgは、バッテリ52に充電されたり、第2回転機MG2にて消費される。第2回転機MG2は、発電電力Wgの全部又は一部を用いて、或いは発電電力Wgに加えてバッテリ52からの電力を用いて、MG2トルクTmを出力する。
図3に図示はしていないが、エンジン14を停止させると共に第2回転機MG2を動力源として走行するモータ走行が可能なモータ走行モードでの共線図では、差動機構32において、キャリアCA0はゼロ回転とされ、リングギヤR0には正回転にて正トルクとなるMG2トルクTmが入力される。このとき、サンギヤS0に連結された第1回転機MG1は、無負荷状態とされて負回転にて空転させられる。つまり、モータ走行モードでは、エンジン14は駆動されず、エンジン14の回転速度であるエンジン回転速度ωeはゼロとされ、MG2トルクTm(ここでは正回転の力行トルク)が車両10の前進方向の駆動トルクとして、AT1速ギヤ段−AT4速ギヤ段のうちの何れかのATギヤ段が形成された有段変速部20を介して駆動輪28へ伝達される。又、車両10の後進走行では、例えばモータ走行モードにおいて、リングギヤR0には負回転にて負トルクとなるMG2トルクTmが入力され、そのMG2トルクTmが車両10の後進方向の駆動トルクとして、前進用のAT1速ギヤ段が形成された有段変速部20を介して駆動輪28へ伝達される。
車両用駆動装置12では、エンジン14が動力伝達可能に連結された第1回転要素RE1としてのキャリアCA0と第1回転機MG1が動力伝達可能に連結された第2回転要素RE2としてのサンギヤS0と中間伝達部材30が連結された(見方を換えれば第2回転機MG2が動力伝達可能に連結された)第3回転要素RE3としてのリングギヤR0との3つの回転要素を有する差動機構32を備えて、第1回転機MG1の運転状態が制御されることにより差動機構32の差動状態が制御される電気式変速機構(電気式差動機構)としての無段変速部18が構成される。つまり、エンジン14が動力伝達可能に連結された差動機構32と差動機構32に動力伝達可能に連結された第1回転機MG1とを有して、第1回転機MG1の運転状態が制御されることにより差動機構32の差動状態が制御される無段変速部18が構成される。無段変速部18は、中間伝達部材30の回転速度であるMG2回転速度ωmに対する連結軸34の回転速度(すなわちエンジン回転速度ωe)の変速比γ0(=ωe/ωm)が変化させられる電気的な無段変速機として作動させられる。
例えば、ハイブリッド走行モードにおいては、有段変速部20にてATギヤ段が形成されたことで駆動輪28の回転に拘束されるリングギヤR0の回転速度に対して、第1回転機MG1の回転速度を制御することによってサンギヤS0の回転速度が上昇或いは下降させられると、キャリアCA0の回転速度(すなわちエンジン回転速度ωe)が上昇或いは下降させられる。従って、エンジン走行では、エンジン14を効率の良い運転点にて作動させることが可能である。つまり、ATギヤ段が形成された有段変速部20と無段変速機として作動させられる無段変速部18とで、無段変速部18(差動機構32も同意)と有段変速部20とが直列に配置された変速機40全体として無段変速機を構成することができる。
又は、無段変速部18を有段変速機のように変速させることも可能であるので、ATギヤ段が形成される有段変速部20と有段変速機のように変速させる無段変速部18とで、変速機40全体として有段変速機のように変速させることができる。つまり、変速機40において、出力回転速度ωoに対するエンジン回転速度ωeの変速比γt(=ωe/ωo)が異なる複数のギヤ段(模擬ギヤ段と称する)を選択的に成立させるように、有段変速部20と無段変速部18とを制御することが可能である。変速比γtは、直列に配置された、無段変速部18と有段変速部20とで形成されるトータル変速比であって、無段変速部18の変速比γ0と有段変速部20の変速比γatとを乗算した値(γt=γ0×γat)となる。
模擬ギヤ段は、例えば有段変速部20の各ATギヤ段と1又は複数種類の無段変速部18の変速比γ0との組合せによって、有段変速部20の各ATギヤ段に対してそれぞれ1又は複数種類を成立させるように割り当てられる。例えば、図4は、ギヤ段割当(ギヤ段割付)テーブルの一例であり、AT1速ギヤ段に対して模擬1速ギヤ段−模擬3速ギヤ段が成立させられ、AT2速ギヤ段に対して模擬4速ギヤ段−模擬6速ギヤ段が成立させられ、AT3速ギヤ段に対して模擬7速ギヤ段−模擬9速ギヤ段が成立させられ、AT4速ギヤ段に対して模擬10速ギヤ段が成立させられるように予め定められている。
図5は、図3と同じ共線図上に有段変速部20のATギヤ段と変速機40の模擬ギヤ段とを例示した図である。図5において、実線は、有段変速部20がAT2速ギヤ段のときに、模擬4速ギヤ段−模擬6速ギヤが成立させられる場合を例示したものである。変速機40では、出力回転速度ωoに対して所定の変速比γtを実現するエンジン回転速度ωeとなるように無段変速部18が制御されることによって、あるATギヤ段において異なる模擬ギヤ段が成立させられる。又、破線は、有段変速部20がAT3速ギヤ段のときに、模擬7速ギヤ段が成立させられる場合を例示したものである。変速機40では、ATギヤ段の切替えに合わせて無段変速部18が制御されることによって、模擬ギヤ段が切り替えられる。
図1に戻り、車両10は、更に、エンジン14、無段変速部18、及び有段変速部20などの制御に関連する車両10の制御装置を含むコントローラとしての電子制御装置80を備えている。よって、図1は、電子制御装置80の入出力系統を示す図であり、又、電子制御装置80による制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。電子制御装置80は、例えばCPU、RAM、ROM、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、CPUはRAMの一時記憶機能を利用しつつ予めROMに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより車両10の各種制御を実行する。電子制御装置80は、必要に応じてエンジン制御用、変速制御用等に分けて構成される。
電子制御装置80には、車両10に備えられた各種センサ等(例えばエンジン回転速度センサ60、MG1回転速度センサ62、MG2回転速度センサ64、出力回転速度センサ66、アクセル開度センサ68、スロットル弁開度センサ70、Gセンサ72、シフトポジションセンサ74、バッテリセンサ76など)による検出値に基づく各種信号等(例えばエンジン回転速度ωe、第1回転機MG1の回転速度であるMG1回転速度ωg、AT入力回転速度ωiであるMG2回転速度ωm、車速Vに対応する出力回転速度ωo、運転者の加速操作の大きさを表す運転者の加速操作量(すなわちアクセルペダルの操作量)であるアクセル開度θacc、電子スロットル弁の開度であるスロットル弁開度θth、車両10の前後加速度G、車両10に備えられたシフト操作部材としてのシフトレバー56の操作位置(操作ポジション)POSsh、バッテリ52のバッテリ温度THbatやバッテリ充放電電流Ibatやバッテリ電圧Vbatなど)が、それぞれ供給される。又、電子制御装置80からは、車両10に備えられた各装置(例えばスロットルアクチュエータや燃料噴射装置や点火装置等のエンジン制御装置58、インバータ50、油圧制御回路54など)に各種指令信号(例えばエンジン14を制御する為のエンジン制御指令信号Se、第1回転機MG1及び第2回転機MG2を制御する為の回転機制御指令信号Smg、係合装置CBの作動状態を制御する為の(すなわち有段変速部20の変速を制御する為の)油圧制御指令信号Satなど)が、それぞれ出力される。この油圧制御指令信号Satは、例えば係合装置CBの各々の油圧アクチュエータへ供給される各係合油圧PRcbを調圧する各ソレノイドバルブSL1−SL4等を駆動する為の指令信号(駆動電流)であり、油圧制御回路54へ出力される。尚、電子制御装置80は、係合装置CBの狙いの係合トルクTcbを得る為の、各油圧アクチュエータへ供給される各係合油圧PRcbの値に対応する油圧指令値(指示圧ともいう)を設定し、その油圧指令値に応じた駆動電流を出力する。又、電子制御装置80は、例えばバッテリ充放電電流Ibat及びバッテリ電圧Vbatなどに基づいてバッテリ52の充電状態(充電容量)SOCを算出する。
電子制御装置80は、車両10における各種制御を実現する為に、変速制御手段としてのAT変速制御手段すなわち変速制御部としてのAT変速制御部82、及びハイブリッド制御手段すなわちハイブリッド制御部84を備えている。
AT変速制御部82は、予め実験的に或いは設計的に求められて記憶された(すなわち予め定められた)関係(例えばATギヤ段変速マップ)を用いて有段変速部20の変速判断を行い、必要に応じて有段変速部20の変速制御を実行して有段変速部20のATギヤ段を自動的に切り替えるように、ソレノイドバルブSL1−SL4により係合装置CBの係合解放状態を切り替える為の油圧制御指令信号Satを油圧制御回路54へ出力する。上記ATギヤ段変速マップは、例えば出力回転速度ωo(ここでは車速Vなども同意)及びアクセル開度θacc(ここでは要求駆動トルクTdemやスロットル弁開度θthなども同意)を変数とする二次元座標上に、有段変速部20の変速が判断される為の変速線(アップシフト線及びダウンシフト線)を有する所定の関係である。
ハイブリッド制御部84は、エンジン14の作動を制御するエンジン制御手段すなわちエンジン制御部としての機能と、インバータ50を介して第1回転機MG1及び第2回転機MG2の作動を制御する回転機制御手段すなわち回転機制御部としての機能を含んでおり、それら制御機能によりエンジン14、第1回転機MG1、及び第2回転機MG2によるハイブリッド駆動制御等を実行する。ハイブリッド制御部84は、予め定められた関係(例えば駆動力マップ)にアクセル開度θacc及び車速Vを適用することで要求駆動パワーPdem(見方を換えれば、そのときの車速Vにおける要求駆動トルクTdem)を算出する。ハイブリッド制御部84は、要求駆動パワーPdemを実現するように、エンジン14、第1回転機MG1、及び第2回転機MG2を制御する指令信号(エンジン制御指令信号Se及び回転機制御指令信号Smg)を出力する。エンジン制御指令信号Seは、例えばそのときのエンジン回転速度ωeにおけるエンジントルクTeを出力するエンジン14のパワーであるエンジンパワーPeの指令値である。回転機制御指令信号Smgは、例えばエンジントルクTeの反力トルク(そのときのMG1回転速度ωgにおけるMG1トルクTg)を出力する第1回転機MG1の発電電力Wgの指令値であり、又、そのときのMG2回転速度ωmにおけるMG2トルクTmを出力する第2回転機MG2の消費電力Wmの指令値である。
ハイブリッド制御部84は、例えば無段変速部18を無段変速機として作動させて変速機40全体として無段変速機として作動させる場合、エンジン最適燃費点等を考慮して、要求駆動パワーPdemを実現するエンジンパワーPeが得られるエンジン回転速度ωeとエンジントルクTeとなるように、エンジン14を制御すると共に第1回転機MG1の発電電力Wgを制御することで、無段変速部18の無段変速制御を実行して無段変速部18の変速比γ0を変化させる。この制御の結果として、無段変速機として作動させる場合の変速機40の変速比γtが制御される。
ハイブリッド制御部84は、例えば無段変速部18を有段変速機のように変速させて変速機40全体として有段変速機のように変速させる場合、予め定められた関係(例えば模擬ギヤ段変速マップ)を用いて変速機40の変速判断を行い、AT変速制御部82による有段変速部20のATギヤ段の変速制御と協調して、複数の模擬ギヤ段を選択的に成立させるように無段変速部18の変速制御を実行する。複数の模擬ギヤ段は、それぞれの変速比γtを維持できるように出力回転速度ωoに応じて第1回転機MG1によりエンジン回転速度ωeを制御することによって成立させることができる。各模擬ギヤ段の変速比γtは、出力回転速度ωoの全域に亘って必ずしも一定値である必要はなく、所定範囲で変化させても良いし、各部の回転速度の上限や下限等によって制限が加えられても良い。
上記模擬ギヤ段変速マップは、ATギヤ段変速マップと同様に出力回転速度ωo及びアクセル開度θaccをパラメータとして予め定められている。図6は、模擬ギヤ段変速マップの一例であって、実線はアップシフト線であり、破線はダウンシフト線である。模擬ギヤ段変速マップに従って模擬ギヤ段が切り替えられることにより、無段変速部18と有段変速部20とが直列に配置された変速機40全体として有段変速機と同様の変速フィーリングが得られる。変速機40全体として有段変速機のように変速させる模擬有段変速制御は、例えば運転者によってスポーツ走行モード等の走行性能重視の走行モードが選択された場合や要求駆動トルクTdemが比較的大きい場合に、変速機40全体として無段変速機として作動させる無段変速制御に優先して実行するだけでも良いが、所定の実行制限時を除いて基本的に模擬有段変速制御が実行されても良い。
ハイブリッド制御部84による模擬有段変速制御と、AT変速制御部82による有段変速部20の変速制御とは、協調して実行される。本実施例では、AT1速ギヤ段−AT4速ギヤ段の4種類のATギヤ段に対して、模擬1速ギヤ段−模擬10速ギヤ段の10種類の模擬ギヤ段が割り当てられている。このようなことから、模擬3速ギヤ段と模擬4速ギヤ段との間での変速(模擬3⇔4変速と表す)が行われるときにAT1速ギヤ段とAT2速ギヤ段との間での変速(AT1⇔2変速と表す)が行なわれ、又、模擬6⇔7変速が行われるときにAT2⇔3変速が行なわれ、又、模擬9⇔10変速が行われるときにAT3⇔4変速が行なわれる(図4参照)。その為、模擬ギヤ段の変速タイミングと同じタイミングでATギヤ段の変速が行なわれるように、ATギヤ段変速マップが定められている。具体的には、図6における模擬ギヤ段の「3→4」、「6→7」、「9→10」の各アップシフト線は、ATギヤ段変速マップの「1→2」、「2→3」、「3→4」の各アップシフト線と一致している(図6中に記載した「AT1→2」等参照)。又、図6における模擬ギヤ段の「3←4」、「6←7」、「9←10」の各ダウンシフト線は、ATギヤ段変速マップの「1←2」、「2←3」、「3←4」の各ダウンシフト線と一致している(図6中に記載した「AT1←2」等参照)。又は、図6の模擬ギヤ段変速マップによる模擬ギヤ段の変速判断に基づいて、ATギヤ段の変速指令をAT変速制御部82に対して出力するようにしても良い。このように、有段変速部20のアップシフト時は、変速機40全体のアップシフトが行われる一方で、有段変速部20のダウンシフト時は、変速機40全体のダウンシフトが行われる。AT変速制御部82は、有段変速部20のATギヤ段の切替えを、模擬ギヤ段が切り替えられるときに行う。模擬ギヤ段の変速タイミングと同じタイミングでATギヤ段の変速が行なわれる為、エンジン回転速度ωeの変化を伴って有段変速部20の変速が行なわれるようになり、その有段変速部20の変速に伴うショックがあっても運転者に違和感を与え難くされる。
ハイブリッド制御部84は、走行モードとして、モータ走行モード或いはハイブリッド走行モードを走行状態に応じて選択的に成立させる。例えば、ハイブリッド制御部84は、要求駆動パワーPdemが予め定められた閾値よりも小さなモータ走行領域にある場合には、モータ走行モードを成立させる一方で、要求駆動パワーPdemが予め定められた閾値以上となるエンジン走行領域にある場合には、ハイブリッド走行モードを成立させる。又、ハイブリッド制御部84は、要求駆動パワーPdemがモータ走行領域にあるときであっても、バッテリ52の充電容量SOCが予め定められた閾値未満となる場合には、ハイブリッド走行モードを成立させる。
ここで、有段変速部20の変速を伴うときの変速機40の模擬有段変速制御について詳述する。ハイブリッド制御部84は、AT変速制御部82による有段変速部20の変速時(特には変速過渡におけるイナーシャ相中において)、MG2回転速度ωmの変化速度であるMG2角加速度dωm/dtとエンジン回転速度ωeの変化速度であるエンジン角加速度dωe/dtとが各々の目標値となるように、エンジントルクTeと、有段変速部20における解放側係合装置及び係合側係合装置のうちの変速を進行させる側の変速進行側係合装置の伝達トルクTcbとに基づいて、MG1トルクTgとMG2トルクTmとを制御する。
有段変速部20の変速制御においては、パワーオンアップシフト、パワーオフアップシフト、パワーオンダウンシフト、及びパワーオフダウンシフトといった様々な変速パターン(変速様式)がある。パワーオンでの変速は、例えばアクセル開度θaccの増大やアクセルオンが維持された状態での車速Vの上昇によって判断された変速であり、パワーオフでの変速は、例えばアクセル開度θaccの減少やアクセルオフが維持された状態での車速Vの低下によって判断された変速である。仮に変速中に解放側係合装置及び係合側係合装置の何れにも伝達トルクTcbを発生させない状態とすると、パワーオンではAT入力回転速度ωiは成り行きで上昇させられる一方で、パワーオフではAT入力回転速度ωiは成り行きで低下させられる。その為、成り行きではAT入力回転速度ωiを変速後の同期回転速度ωisyca(=ωo×変速後の変速比γata)へ向けて変化させられない、パワーオンアップシフトやパワーオフダウンシフトでは、変速後のATギヤ段を形成する係合側係合装置に伝達トルクTcbを発生させることで変速を進行させることが好ましい。一方で、成り行きでAT入力回転速度ωiを変速後の同期回転速度ωisycaへ向けて変化させられる、パワーオフアップシフトやパワーオンダウンシフトでは、変速前のATギヤ段を形成する解放側係合装置の伝達トルクTcbを低下させることで変速を進行させることが好ましい。従って、パワーオンアップシフトやパワーオフダウンシフトにおける変速進行側係合装置は係合側係合装置である一方で、パワーオフアップシフトやパワーオンダウンシフトにおける変速進行側係合装置は解放側係合装置である。
具体的には、ハイブリッド制御部84は、予め定められた次式(1)を用いて、MG2角加速度dωm/dtとエンジン角加速度dωe/dtとの各々の目標値、エンジントルクTe、及びAT伝達トルクTatに基づいて、MG1トルクTgとMG2トルクTmとを算出する。ハイブリッド制御部84は、算出したMG1トルクTgとMG2トルクTmとが各々得られる為の各回転機制御指令信号Smgをインバータ50へ出力する。次式(1)は、例えば無段変速部18におけるg軸、e軸、及びm軸(図3参照)の各軸毎において成立する、慣性(イナーシャ)、角加速度、及び軸上のトルクで示される運動方程式と、無段変速部18が2自由度(すなわち各軸のうちの2つの軸の各回転速度が決まると残りの1つの軸の回転速度が決まるという2自由度)であることで規定される相互間の関係式とに基づいて、導き出された式である。従って、次式(1)中の2×2の各行列における各値a11、・・・、b11、・・・、c22は、各々、無段変速部18を構成する各回転部材の慣性や差動機構32の歯車比ρ0等の組み合わせで構成された値となっている。
Figure 0006544345
前記式(1)中のMG2角加速度dωm/dtとエンジン角加速度dωe/dtとの各々の目標値は、例えば有段変速部20の変速が様々な変速パターンのうちのどの変速パターンであるか、どのATギヤ段間での変速であるか、及びどの模擬ギヤ段間での変速であるかなどによって予め定められている。又、前記式(1)中のエンジントルクTeは、例えば要求駆動パワーPdemを実現するエンジンパワーPeが得られる、そのときのエンジン回転速度ωeにおけるエンジントルクTeである。
又、前記式(1)中のAT伝達トルクTatは、有段変速部20の変速時に係合装置CBの各々にて受け持つ必要がある各伝達トルクを中間伝達部材30(すなわちm軸上)に換算した各換算値の合算値(すなわち有段変速部20が伝達する伝達トルクを中間伝達部材30上に換算した値)である。前記式(1)は有段変速部20の変速を進行させるときのモデル式であるので、本実施例では、前記式(1)中のAT伝達トルクTatを便宜上、変速を進行させる主体となる変速進行側係合装置の伝達トルクTcbとする。前記式(1)において、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbの値としてはフィードフォワード値が与えられる。その為、電子制御装置80は、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する、伝達トルク設定手段すなわち伝達トルク設定部86を更に備えている。
伝達トルク設定部86による変速進行側係合装置の伝達トルクTcbの設定では、有段変速部20の変速ショックや変速時間等のバランスを取るように、有段変速部20の変速パターンやどのATギヤ段間での変速であるかなどの異なる変速の種類毎に予め定められた関係を用いて、要求駆動パワーPdemを実現するエンジンパワーPeに基づくAT入力トルクTiに応じた変速進行側係合装置の伝達トルクTcbの値を設定することが考えられる。しかしながら、変速時にバッテリ52のパワーであるバッテリパワーPbatが小さいと、そのバッテリパワーPbatの制限に因って、MG1トルクTgとMG2トルクTmとを、バッテリパワーPbatが考慮されていない変速進行側係合装置の伝達トルクTcbに基づいて前記式(1)を用いて算出した値の通りに出力することが難しくなって、MG2角加速度dωm/dtとエンジン角加速度dωe/dtとを各々の目標値とするように適切に制御できない可能性がある。特に、変速機40では、有段変速部20の変速制御とは独立してエンジン回転速度ωeの制御を行うことができるので(つまり有段変速部20の変速制御だけではエンジン回転速度ωeを制御することができないので)、エンジン角加速度dωe/dtを目標値とするように適切に制御できない可能性がある。
そこで、伝達トルク設定部86は、バッテリパワーPbatを考慮して、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する。バッテリ52はパワー(電力)の次元で制御されるので、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbをパワーの観点で設定する。
具体的には、伝達トルク設定部86は、有段変速部20の変速時にバッテリパワーPbatの制限に因ってMG1トルクTgとMG2トルクTmとが制限されることが抑制されるように、エンジンパワーPe、無段変速部18(差動機構32)及び有段変速部20における変速の進行に必要なパワーPina(以下、変速進行パワーPinaという)、及びバッテリパワーPbatに基づいて、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する。変速進行パワーPinaは、中間伝達部材30やエンジン14等が変速時に回転変化する際に必要なパワーであって、無段変速部18及び有段変速部20における回転エネルギー変化率に応じた回転変化パワーである。
図7は、有段変速部20の変速を伴うときの変速機40の模擬有段変速制御におけるパワーの収支の概念図である。図7において、車両駆動パワーPvと内部ロスパワーPlossとを合わせたパワーは、変速進行側係合装置の伝達パワーPcbである。バッテリパワーPbatは、バッテリ52の使用可能なバッテリパワーPbatであって、バッテリ52の入力電力の制限を規定する充電可能電力(入力可能電力)Win、及びバッテリ52の出力電力の制限を規定する放電可能電力(出力可能電力)Woutである、充放電可能電力Win,Woutである。変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する際の基本的な考え方としては、図7に示すようなパワーの収支バランスが取れるようにすることである。伝達トルク設定部86は、次式(2)に示すような変速機40の模擬有段変速制御時のパワーの関係が成立するように(すなわちパワーの収支バランスが取れるように)、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatに基づいて、変速進行側係合装置の伝達パワーPcbが得られる変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する。変速進行側係合装置の伝達パワーPcbは車速Vに比例する。変速中には車速Vが略変化しない為、変速進行側係合装置の伝達パワーPcbの大きさと変速進行側係合装置の伝達トルクTcbの大きさとは略比例する。従って、車速Vをパラメータとして予め定められた変速進行側係合装置の伝達パワーPcbと変速進行側係合装置の伝達トルクTcbとの関係(マップ)を用いて、車速V及びその伝達パワーPcbに基づいてその伝達トルクTcbが設定されても良い。尚、次式(2)中のバッテリパワーPbatは、バッテリ52の放電側(電力供給側)を正値としている。
Pe+Pbat = Pcb+Pina …(2)
前述したように、前記式(2)を用いて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定しても良いが、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatと、変速進行側係合装置の伝達パワーPcb(又は伝達トルクTcb)との予め定められた関係(マップ)を用いて、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatの各パワーの数値そのものに基づいて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定しても良い。但し、各パワーの数値そのものに基づいて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する場合、各パワーの取り得る状態数が多く、マップが高次元化してしまい適合が複雑なものとなる。
これに対して、本実施例では、予め定められた関係(マップ)を用いて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する場合に、マップを低次元化して適合を簡素化する手法を提案する。この手法では、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatをそれぞれの大きさに応じた複数の段階(レベルともいう)に分類する。複数のレベルは、例えば予め定められた閾値によって区分した、大、中、小の3つのレベル、又は、大、小の2つのレベルなどである。各パワーのレベルの組合せと、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbとを対応付けた関係(マップ)を予め定め、そのマップを用いて、実際の各パワーを分類したレベルの組合せに基づいて、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する。すなわち、伝達トルク設定部86は、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatのそれぞれの大きさに応じた複数のレベルを引き数とし、その引き数に応じた変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを読み取り値として予め定められた関係(マップ、低次元化マップともいう)を有し、その低次元化マップを用いて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する。前記引き数は、例えば大、中、小などの各レベルをそのまま用いても良いし、大、中、小などの各レベルに各々割り当てた数値(例えば3、2、1など)を用いても良い。
具体的には、伝達トルク設定部86は、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する際の基になるエンジンパワーPeとしてのエンジン14の発生パワーの推定値を算出する。例えば、伝達トルク設定部86は、ハイブリッド制御部84により出力されたエンジン制御指令信号Se(エンジンパワーPeの指令値)に基づいて、エンジン14の発生パワーの推定値を算出する。従って、このエンジン14の発生パワーの推定値は、要求駆動パワーPdemを実現するエンジンパワーPeの要求値である。
伝達トルク設定部86は、変速進行パワーPinaの推定値を算出する。例えば、伝達トルク設定部86は、次式(3)に示すように、有段変速部20の変速前後の、無段変速部18及び有段変速部20における消費イナーシャエネルギーである回転エネルギー差ΔE(=Eaft−Ebfr)を、有段変速部20の変速の種類(例えば2→3アップシフト、3→2ダウンシフト等)毎に予め定められた目標イナーシャ相時間である有段変速部20の目標変速時間Tinaで除算することで、消費イナーシャパワーである変速進行パワーPinaの推定値を算出する。次式(3)において、Eaftは変速後回転エネルギーであり、Ebfrは変速前回転エネルギーである。伝達トルク設定部86は、次式(4)に示すように、回転エネルギーEを算出する。つまり、伝達トルク設定部86は、次式(4)を用いて、変速前のMG2回転速度ωm、変速前のエンジン回転速度ωe、及び変速前のMG1回転速度ωgに基づいて変速前回転エネルギーEbfrを算出し、又、変速後のMG2回転速度ωm、変速後のエンジン回転速度ωe、及び変速後のMG1回転速度ωgに基づいて変速後回転エネルギーEaftを算出する。変速前後のMG2回転速度ωmは、出力回転速度ωo×変速前後の有段変速部20のATギヤ段における変速比γatで算出される。変速前後のエンジン回転速度ωeは、出力回転速度ωo×変速前後の変速機40の模擬ギヤ段における変速比γtで算出される。変速前後のMG1回転速度ωgは、差動機構32における3つの回転要素の回転速度の相対的関係に基づいて予め定められた次式(5)を用いて算出される。次式(4)において、Imは、有段変速部20のATギヤ段毎に決まる(つまり有段変速部20内の係合装置CBの係合状態に依る)、中間伝達部材30(つまり第2回転機MG2+有段変速部20)におけるイナーシャである。Ieは、エンジン14のイナーシャである。Igは、第1回転機MG1のイナーシャである。次式(5)において、ρ0は、前述した差動機構32の歯車比である。
Pina = (Eaft−Ebfr)/Tina …(3)
E = (Im×ωm+Ie×ωe+Ig×ωg)/2 …(4)
ωg = (1+ρ0)/ρ0×ωe−(1/ρ0)×ωm …(5)
伝達トルク設定部86は、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する際の基になるバッテリパワーPbatとしての使用可能なバッテリパワーPbat(すなわち充放電可能電力Win,Wout)の推定値を算出する。例えば、伝達トルク設定部86は、バッテリ温度THbat及びバッテリ52の充電容量SOCに基づいて、バッテリ52の充放電可能電力Win,Woutの推定値を算出する。充放電可能電力Win,Woutは、例えばバッテリ温度THbatが常用域より低い低温域ではバッテリ温度THbatが低い程小さくされ、又、バッテリ温度THbatが常用域より高い高温域ではバッテリ温度THbatが高い程小さくされる。又、充電可能電力Winは、例えば充電容量SOCが大きな領域では充電容量SOCが大きい程小さくされる。又、放電可能電力Woutは、例えば充電容量SOCが小さな領域では充電容量SOCが小さい程小さくされる。
伝達トルク設定部86は、算出した、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatをそれぞれの大きさに応じた複数のレベル(引き数)に分類する。伝達トルク設定部86は、前記低次元化マップを用いて、その引き数に基づいて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する。尚、車両10としては、専ら、バッテリ52をパワーを取る側として制御することでパワーの収支バランスを取る場面が想定される。例えば、高車速走行中で高車速側(ハイギヤ側)のATギヤ段の切替えが為される場合のように、エンジンパワーPeが大きく、パワーを取る側の変速進行パワーPinaが小さい場面がそれである。その為、バッテリパワーPbatとしては、バッテリ52の充電可能電力Winの推定値を用いることが好適である。但し、エンジンパワーPeが小さく、変速進行パワーPinaが大きい場面が発生するような車両では、適宜、バッテリ52の充電可能電力Winに替えて放電可能電力Woutの推定値が用いられる。
ここで、バッテリパワーPbatに頼らない安定した変速を実施するには、エンジンパワーPeと変速進行パワーPinaと変速進行側係合装置の伝達パワーPcbとのバランスを取る必要がある。しかしながら、例えばバッテリパワーPbat(充電可能電力Win)が小、且つ、変速進行パワーPinaが小の領域で実行されるパワーオンダウンシフトにおいては、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbがエンジントルクTeよりも大きくなる関係の時、MG2回転速度ωmが変化し難くなり、変速が進行し難くなる。変速が進行し易くなるように変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを制限して変速進行側係合装置の伝達トルクTcbがエンジントルクTeよりも十分に小さくなる関係の時、余剰なエンジンパワーPeがエンジン回転速度ωeの上昇に使用されて、エンジン回転速度ωeが急上昇する可能性がある。これに対して、ハイブリッド制御部84は、バッテリパワーPbat(充電可能電力Win)が小、且つ、変速進行パワーPinaが小の状態のときには、エンジンパワーPeを要求値よりも低減する。又、例えばバッテリパワーPbat(放電可能電力Wout)が小、且つ、変速進行パワーPinaが大の領域で実行されるパワーオフダウンシフトにおいては、エンジンパワーPeが不足する可能性がある。これに対して、ハイブリッド制御部84は、エンジンパワーPeを要求値よりも増大する。その為、電子制御装置80は、エンジンパワーPeと変速進行パワーPinaとバッテリパワーPbatと変速進行側係合装置の伝達パワーPcbとの各パワーの収支バランスにおいて、各パワーの収支バランスが取れるか否かを判定する、状態判定手段すなわち状態判定部88を更に備えている。
状態判定部88は、例えば伝達トルク設定部86により算出された、変速進行パワーPina及びバッテリパワーPbat(充放電可能電力Win,Wout)に基づいて、エンジンパワーPeと変速進行パワーPinaとバッテリパワーPbatと変速進行側係合装置の伝達パワーPcbとの各パワーの収支バランスが取れるか否かを判定する。状態判定部88は、例えば伝達トルク設定部86により分類されたエンジンパワーPeのレベルが大であり、且つ、伝達トルク設定部86により分類された変速進行パワーPinaのレベルが小であり、且つ、伝達トルク設定部86により分類されたバッテリパワーPbat(充電可能電力Win)のレベルが小である場合には、各パワーの収支バランスが取れない(すなわちエンジンパワーPeが余剰になる)と判定する。
ハイブリッド制御部84は、状態判定部88により各パワーの収支バランスが取れないと判定された場合には、各パワーの収支バランスが取れるようにエンジンパワーPeを要求値よりも所定パワーだけ変更する。エンジンパワーPeが余剰になる場合には、この所定パワーは、例えば伝達トルク設定部86により分類されるエンジンパワーPeのレベルが大から中又は小とされる為の予め定められた低減量である。
伝達トルク設定部86は、状態判定部88により各パワーの収支バランスが取れないと判定された場合には、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する際の基になるエンジンパワーPeとして、ハイブリッド制御部84により変更されたエンジンパワーPeを用いる。
ところで、有段変速部20のパワーオンアップシフトを伴うときの変速機40のアップシフトでは、係合側係合装置を係合に向けて制御することでAT入力回転速度ωiが変速後の同期回転速度ωisycaへ向けて低下させられる。その為、係合側係合装置の係合力は、AT入力回転速度ωiを引き下げる方向へ作用させて、エンジン回転速度ωeを引き下げる方向へ作用させるものである。つまり、係合側係合装置が仕事をする方向と、変速機40のアップシフトにおけるエンジン回転速度ωeの変化方向とは同じ方向である。従って、設定した変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを用いた変速時に各パワーの収支バランスが崩れてもエンジン角加速度dωe/dtの目標値からのずれが目立ち難い。このようなことから、有段変速部20のパワーオンアップシフトにおいては、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatをそれぞれ分類する複数のレベルが少なくても問題が生じ難い。
一方で、有段変速部20のパワーオンダウンシフトを伴うときの変速機40のダウンシフトでは、解放側係合装置を解放に向けて制御することでAT入力回転速度ωiが変速後の同期回転速度ωisycaへ向けて上昇させられる。その為、解放側係合装置の係合力は、AT入力回転速度ωiを引き下げる方向へ作用させて、エンジン回転速度ωeを引き下げる方向へ作用させるものである。つまり、解放側係合装置が仕事をする方向と、変速機40のダウンシフトにおけるエンジン回転速度ωeの変化方向とは反対方向である。従って、設定した変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを用いた変速時に各パワーの収支バランスが崩れるとエンジン角加速度dωe/dtの目標値からのずれが目立ち易い。このようなことから、有段変速部20のパワーオンダウンシフトにおいては、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatをそれぞれ分類する複数のレベルを多くしてより精度の良い変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する必要がある。
以上のことから、有段変速部20のパワーオンダウンシフトにおける前記レベルの数は、有段変速部20のパワーオンアップシフトにおける前記レベルの数と比較して多くされている。
図8は、電子制御装置80の制御作動の要部すなわちバッテリパワーPbatの制限に拘わらず変速機40全体の変速を適切に実行する為の制御作動を説明するフローチャートであり、例えば有段変速部20の変速を伴うときの変速機40の模擬有段変速制御時に繰り返し実行される。
図8において、先ず、伝達トルク設定部86の機能に対応するステップ(以下、ステップを省略する)S10において、エンジン14の発生パワーの推定値が算出される。次いで、伝達トルク設定部86の機能に対応するS20において、消費イナーシャパワーである変速進行パワーPinaの推定値が算出される。次いで、伝達トルク設定部86の機能に対応するS30において、使用可能なバッテリパワーPbat(すなわち充放電可能電力Win,Wout)の推定値が算出される。次いで、状態判定部88の機能に対応するS40において、エンジンパワーPeと変速進行パワーPinaとバッテリパワーPbatと変速進行側係合装置の伝達パワーPcbとの各パワーの収支バランスが取れるか否かが判定される。このS40の判断が否定される場合はハイブリッド制御部84の機能に対応するS50において、各パワーの収支バランスが取れるようにエンジンパワーPeが要求値から変更(増減)される。上記S40の判断が肯定される場合は、又は、上記S50に次いで、伝達トルク設定部86の機能に対応するS60において、上記S10(又は上記S50)、上記S20、上記S30の各状態(パワー観点)に従い、有段変速部20の変速における油圧制御に用いる変速進行側係合装置の伝達トルクTcbが設定される。すなわち、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatがそれぞれの大きさに応じた複数のレベル(引き数)に分類され、前記低次元化マップを用いて、その引き数に基づいて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbが設定される。
上述のように、本実施例によれば、有段変速部20の変速時にバッテリパワーPbatの制限に因ってMG1トルクTgとMG2トルクTmとが制限されることが抑制されるように、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatに基づいて、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbが設定されるので、各パワーの収支バランスが考慮された変速進行側係合装置の伝達トルクTcbにて有段変速部20の変速が実行される。これにより、有段変速部20の変速時にバッテリパワーPbatが制限されたとしても所望するMG1トルクTgやMG2トルクTmが得られ易く、エンジン角加速度dωe/dtを目標値とするように適切に制御することができる。よって、バッテリパワーPbatの制限に拘わらず、変速機40全体の変速を適切に実行することができる。
また、本実施例によれば、各パワーの収支バランスにおいて、各パワーの収支バランスが取れないときには、各パワーの収支バランスが取れるようにエンジンパワーPeが変更され、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する際の基になるエンジンパワーPeとして、その変更されたエンジンパワーPeが用いられるので、各パワーの収支バランスが一層考慮された有段変速部20の変速が実行される。これにより、変速機40全体の変速を一層適切に実行することができる。
また、本実施例によれば、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatのそれぞれの大きさに応じた複数のレベルを引き数とし、その引き数に応じた変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを読み取り値として予め定められた関係(マップ)を用いて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbが設定されるので、各パワーの大きさに応じた複数のレベルを用いた区分によって変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定することで(つまり、引き数を低減することで)、予め定められた関係を低次元化して適合を簡素化することができる。
また、本実施例によれば、変速機40全体のダウンシフトが行われる、有段変速部20のパワーオンダウンシフトにおけるレベルの数は、変速機40全体のアップシフトが行われる、有段変速部20のパワーオンアップシフトにおけるレベルの数と比較して多くされているので、有段変速部20のパワーオンアップシフトと比較して変速制御が難しい有段変速部20のパワーオンダウンシフトを適切に実行することができる。このように、変速の種類によって(例えば変速制御の難易度に合わせて)引き数を変更することができるので、変速制御が容易な程、より適合を簡素化することができる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
例えば、前述の実施例における図8のフローチャートでは、低次元化マップを用いて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する場合を例示したが、この態様に限らない。例えば、図8のフローチャートにおけるS60では、前記式(2)を用いて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定しても良いし、又は、予め定められた関係(例えば高次元マップ)を用いて、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatの各パワーの数値そのものに基づいて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定しても良い。又、何れの場合も、図8のフローチャートにおけるS50に示すように、各パワーの収支バランスが取れない場合には、エンジンパワーPeを要求値から変更(増減)しても良い。
また、前述の実施例では、低次元化マップを用いて変速進行側係合装置の伝達トルクTcbを設定する場合は、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatをそれぞれの大きさに応じた複数のレベル(引き数)に分類し、その引き数に基づいて伝達トルクTcbを設定するので、エンジンパワーPe、変速進行パワーPina、及びバッテリパワーPbatの各推定値を精緻に算出する必要はない。つまり、分類ができれば良いので、例えば変速進行パワーPinaの分類では、変速進行パワーPinaを用いず、回転エネルギー差ΔE(=Eaft−Ebfr)を用いて分類したレベルを変速進行パワーPinaのレベルとしても良い。
また、前述の実施例における前記式(1)を用いた変速制御、及び、各パワーの収支バランスを考慮した、変速進行側係合装置の伝達トルクTcbの設定は、有段変速部20の変速を伴うときの変速機40の模擬有段変速制御時の他に、変速機40全体として無段変速機として作動させているときの有段変速部20の変速制御時にも適用することができる。
また、前述の実施例では、有段変速部20は、前進4段の各ATギヤ段が形成される遊星歯車式の自動変速機であったが、この態様に限らない。例えば、有段変速部20は、複数の係合装置のうちの所定の係合装置の係合によって複数のギヤ段のうちの何れかのギヤ段が形成される有段変速機であれば良い。このような有段変速機としては、有段変速部20のような遊星歯車式の自動変速機でも良いし、又は、同期噛合型平行2軸式自動変速機であって入力軸を2系統備えて各系統の入力軸に係合装置(クラッチ)がそれぞれつながり更にそれぞれ偶数段と奇数段へと繋がっている型式の変速機である公知のDCT(Dual Clutch Transmission)などの自動変速機であっても良い。DCTの場合には、所定の係合装置は、2系統の各入力軸にそれぞれつながる係合装置が相当する。
また、前述の実施例では、変速機40全体として有段変速機のように変速させる場合、模擬ギヤ段変速マップを用いて模擬ギヤ段を切り替えたが、この態様に限らない。例えば、シフトレバー56やアップダウンスイッチ等による運転者の変速指示に従って変速機40の模擬ギヤ段を切り替えるものでも良い。
また、前述の実施例では、4種類のATギヤ段に対して10種類の模擬ギヤ段を割り当てる実施態様を例示したが、この態様に限らない。好適には、模擬ギヤ段の段数はATギヤ段の段数以上であれば良く、ATギヤ段の段数と同じであっても良いが、ATギヤ段の段数よりも多いことが望ましく、例えば2倍以上が適当である。ATギヤ段の変速は、中間伝達部材30やその中間伝達部材30に連結される第2回転機MG2の回転速度が所定の回転速度範囲内に保持されるように行なうものであり、又、模擬ギヤ段の変速は、エンジン回転速度ωeが所定の回転速度範囲内に保持されるように行なうものであり、それら各々の段数は適宜定められる。
また、前述の実施例では、差動機構32は、3つの回転要素を有するシングルピニオン型の遊星歯車装置の構成であったが、この態様に限らない。例えば、差動機構32は、複数の遊星歯車装置が相互に連結されることで4つ以上の回転要素を有する差動機構であっても良い。又、差動機構32は、ダブルプラネタリの遊星歯車装置であっても良い。又、差動機構32は、エンジン14によって回転駆動されるピニオンと、そのピニオンに噛み合う一対のかさ歯車に第1回転機MG1及び中間伝達部材30が各々連結された差動歯車装置であっても良い。
尚、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
10:車両(ハイブリッド車両)
14:エンジン
20:機械式有段変速部(有段変速機)
28:駆動輪
30:中間伝達部材
32:差動機構
CA0:キャリア(第1回転要素)
S0:サンギヤ(第2回転要素)
R0:リングギヤ(第3回転要素)
40:変速機
52:バッテリ(蓄電装置)
80:電子制御装置(制御装置)
82:AT変速制御部(変速制御部)
84:ハイブリッド制御部
86:伝達トルク設定部
88:状態判定部
CB:係合装置
MG1:第1回転機
MG2:第2回転機

Claims (5)

  1. エンジンと、前記エンジンが動力伝達可能に連結された第1回転要素と第1回転機が動力伝達可能に連結された第2回転要素と中間伝達部材が連結された第3回転要素とを有する差動機構と、前記中間伝達部材に動力伝達可能に連結された第2回転機と、前記中間伝達部材と駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成すると共に複数の係合装置のうちの所定の係合装置の係合によって複数のギヤ段のうちの何れかのギヤ段が形成される有段変速機と、前記第1回転機及び前記第2回転機の各々に対して電力を授受する蓄電装置とを備えたハイブリッド車両の、制御装置であって、
    変速前の前記ギヤ段を形成する前記所定の係合装置のうちの解放側係合装置の解放と変速後の前記ギヤ段を形成する前記所定の係合装置のうちの係合側係合装置の係合とを制御することで前記有段変速機にて形成される前記ギヤ段を切り替える変速制御部と、
    前記有段変速機の変速時、前記第2回転機の回転速度の変化速度と前記エンジンの回転速度の変化速度とが各々の目標値となるように、前記エンジンの出力トルクと、前記解放側係合装置及び前記係合側係合装置のうちの変速を進行させる側の変速進行側係合装置の伝達トルクとに基づいて、前記第1回転機の出力トルクと前記第2回転機の出力トルクとを制御するハイブリッド制御部と、
    前記有段変速機の変速時に前記蓄電装置の充放電可能電力の制限に因って前記第1回転機の出力トルクと前記第2回転機の出力トルクとが制限されることが抑制されるように、前記エンジンのパワー、前記差動機構及び前記有段変速機における変速の進行に必要なパワー、及び前記蓄電装置の充放電可能電力に基づいて、前記変速進行側係合装置の伝達トルクを設定する伝達トルク設定部と
    を、含むことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記エンジンのパワーと前記変速の進行に必要なパワーと前記蓄電装置の充放電可能電力と前記変速進行側係合装置の伝達パワーとの収支バランスにおいて、前記各パワーの収支バランスが取れるか否かを判定する状態判定部を更に備えており、
    前記ハイブリッド制御部は、前記各パワーの収支バランスが取れないときには、前記各パワーの収支バランスが取れるように前記エンジンのパワーを変更するものであり、
    前記伝達トルク設定部は、前記変速進行側係合装置の伝達トルクを設定する際の基になる前記エンジンのパワーとして、前記変更されたエンジンのパワーを用い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制御装置。
  3. 前記伝達トルク設定部は、前記エンジンのパワー、前記変速の進行に必要なパワー、及び前記蓄電装置の充放電可能電力のそれぞれの大きさに応じた複数の段階を引き数とし、前記引き数に応じた前記変速進行側係合装置の伝達トルクを読み取り値として予め定められた関係を有し、前記関係を用いて前記変速進行側係合装置の伝達トルクを設定することを特徴とする請求項1又は2に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  4. 前記有段変速機のアップシフト時は、前記差動機構と前記有段変速機とが直列に配置された変速機全体のアップシフトが行われる一方で、前記有段変速機のダウンシフト時は、前記変速機全体のダウンシフトが行われるものであり、
    前記有段変速機のパワーオンダウンシフトにおける前記段階の数は、前記有段変速機のパワーオンアップシフトにおける前記段階の数と比較して多くされていることを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  5. 前記有段変速機の変速時とは、前記有段変速機のアップシフト時には前記第2回転機の回転速度を変速後の同期回転速度へ向けて低下させ、前記有段変速機のダウンシフト時には前記第2回転機の回転速度を変速後の同期回転速度へ向けて上昇させる変速過渡中である、前記有段変速機の変速過渡におけるイナーシャ相中であることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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