JP6593352B2 - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、少なくとも二種類の駆動装置を駆動力源として備えたハイブリッド車を対象とする制御装置に関するものである。
ハイブリッド車の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された駆動装置は、エンジンのトルクが入力される第１回転要素と、第１モータ・ジェネレータが連結された第２回転要素と、出力部である第３回転要素とを備えた動力分割機構を備え、第３回転要素から出力されるトルクに第２モータ・ジェネレータのトルクを必要に応じて付加して駆動輪に出力するように構成されている。第１回転要素とエンジンとの間に少なくとも二段に変速することのできる動力伝達機構が配置されている。所定の車速でのエンジン回転数を、この動力伝達機構によって高低の二つの回転数に切り替えることができる。
特許文献１に記載された駆動装置によれば、エンジン回転数を第１モータ・ジェネレータによって適宜の回転数に制御できるうえに、高車速時に動力伝達機構での変速比を小さくすることによりエンジン回転数を下げることができるので、エンジンでの燃料の消費を抑制して低燃費化を図ることができる。
国際公開第２０１３／１１４５９４号
上記の特許文献１に記載されているハイブリッド駆動装置における動力分割機構や動力伝達機構は、前述した第１ないし第３の回転要素やその他の複数の回転部材を有し、それらの回転要素や回転部材の相対回転によって動力分割や所定の変速比でのトルクの伝達を行う。すなわち、エンジンの回転数もしくは運転点の制御を動力分割機構と変速部である動力伝達機構との両方で行う構成であるから、駆動装置の全体としての構成が大型化する可能性がある。また、動力分割機構および動力伝達機構のそれぞれでの相対回転によって不可避的な動力損失が生じ、相対回転数が大きいほど、また伝達するトルクが大きいほど、損失が大きくなる。すなわちエネルギ効率が低下する。そして、特許文献１に記載されている駆動装置では、車両が所定の車速で走行している状態における動力分割機構や動力伝達機構における回転要素や回転部材の相対回転数（もしくは差回転数）が、機構上定まる所定の回転数になってしまうので、その状態での動力損失を低減する制御を実行する余地がなく、エネルギ効率を向上する点で改善の余地があった。
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り、動力分割機構の動作状態もしくは動作点を変更でき、ひいてはエネルギ効率の向上を図ることのできるハイブリッド車の制御装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、第１回転要素と第２回転要素と第３回転要素との３つの回転要素によって差動作用を行う動力分割機構と、前記第１回転要素に連結されたエンジンと、前記第２回転要素に連結された第１モータと、前記第３回転要素に連結された第２モータと、前記第３回転要素からトルクが伝達される駆動輪とを備えたハイブリッド車の制御装置において、前記第３回転要素のトルクが伝達される駆動側部材と前記駆動輪にトルクを出力する従動側部材とを有し、かつ前記駆動側部材と前記従動側部材との差回転数を制御可能な継手と、前記第１モータと前記第２モータと前記継手とを制御するコントローラとを更に備え、前記コントローラは、前記継手における前記差回転数を変更し、前記差回転数の変更に伴って、前記第１モータと前記第２モータとのうち少なくとも前記第１モータの回転数もしくはトルクを変更し、前記継手における前記差回転数の変更による前記継手の動力伝達効率と、前記継手における前記差回転数の変更に伴う前記動力分割機構における動作状態の変化による前記動力分割機構の動力伝達効率とで決まる総効率が、前記差回転数の変更および前記差回転数の変更に伴う前記動力分割機構の動作状態の変化の以前での総効率より良くなるように前記差回転数の変更および前記第１モータと前記第２モータとのうち少なくとも前記第１モータの回転数もしくはトルクを変更することを特徴とするものである。
また、この発明において、前記継手は、前記駆動側部材と前記従動側部材とを連結する摩擦式のロックアップクラッチを有する流体継手であり、前記コントローラは、前記ロックアップクラッチをスリップ状態とすることにより前記差回転数を制御するように構成されていてよい。
また、この発明において、第１回転要素と第２回転要素と第３回転要素との３つの回転要素によって差動作用を行う動力分割機構と、前記第１回転要素に連結されたエンジンと、前記第２回転要素に連結された第１モータと、前記第３回転要素に連結された第２モータと、前記第３回転要素からトルクが伝達される駆動輪とを備えたハイブリッド車の制御装置において、前記第３回転要素のトルクが伝達される駆動側部材と前記駆動輪にトルクを出力する従動側部材とを有し、かつ前記駆動側部材と前記従動側部材との差回転数を制御可能な継手と、前記第１モータと前記第２モータと前記継手とを制御するコントローラとを更に備え、前記継手は、前記駆動側部材と前記従動側部材とを連結する摩擦式のロックアップクラッチを有する流体継手であり、前記コントローラは、前記継手における前記差回転数を変更し、前記差回転数の変更に伴って、前記第１モータと前記第２モータとのうち少なくとも前記第１モータの回転数もしくはトルクを変更し、前記ロックアップクラッチをスリップ状態とすることにより前記差回転数を制御するように構成されていてよい。
また、この発明において、前記エンジンは、燃焼効率が最適な運転状態を示す最適燃費線に沿って運転が可能なエンジンを含み、前記コントローラは、前記エンジンを前記最適燃費線上の運転状態に維持した状態で前記第１モータの回転数もしくはトルクを変更するように構成されていてよい。
この発明においては、前記ハイブリッド車は、前記第３回転要素からトルクが伝達されるカウンタ軸と、左右の前記駆動輪にトルクを伝達する終減速機とを備え、前記継手は、前記カウンタ軸と同一軸線上でかつ前記カウンタ軸と前記終減速機との間に設けられていてよい。
この発明においては、エンジンが出力したトルクは、動力分割機構および継手を介して駆動輪に伝達されるので、動力分割機構および継手における動力の損失がエネルギ効率に影響する。しかしながら、継手での差回転数を変更することにより継手での動力の損失が増大しても、継手での差回転数の変更に伴って第１モータもしくは第２モータの回転数あるいはトルクを変更して動力分割機構の動作状態を変更することにより動力分割機構での動力の損失が低減される。したがって、この発明によれば、継手での差回転数の変更と第１モータもしくは第２モータによる動力分割機構の動作状態の変更とによって、総効率を向上させることが可能になる。
この発明に係る制御装置の制御対象であるハイブリッド車におけるギヤトレーンの一例を示す模式図である。 ロックアップクラッチについての油圧制御回路の一例を模式的に示す図である。 そのハイブリッド車の制御系統を説明するためのブロック図である。 そのハイブリッド車の各走行モードでのブレーキの係合および解放の状態、ならびに各モータ・ジェネレータの機能をまとめて示す図表である。 ハイブリッドモードでの前進時の動作状態を説明するための共線図である。 継手における差回転数と損失量との関係の一例を示す線図である。 差回転数と動力分割機構の動作点変更量との関係の一例を示す線図である。 差回転数と動力分割機構の損失との関係の一例を示す線図である。 継手に差回転が生じていない状態と、継手に差回転を生じさせて動力分割機構をメカニカルポイントまで変化させた状態とを示す共線図である。 この発明の制御装置によって実行される制御例を説明するためのフローチャートである。 図１０に示す制御を行った場合のエンジン回転数、エンジントルク、第１モータのトルク、第１モータの回転数、ロックアップクラッチの係合油圧、第２モータのトルク、第２モータの回転数、継手におけるフルードの温度の変化の一例を示すタイムチャートである。
図１はこの発明の実施形態としての制御装置によって制御するハイブリッド車におけるギヤトレーンの一例を示しており、エンジン（ＥＮＧ）１と同一の軸線上に、エンジン１側から順に、ブレーキ２、動力分割機構３、第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１。以下、第１モータと記すことがある）４が配置されている。エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関である。ブレーキ２は、エンジン１の出力軸およびこれに連結されている部材の回転を選択的に止めるためのブレーキであり、油圧や電磁気力などで動作する摩擦式もしくは噛み合い式のブレーキによって構成することができる。
動力分割機構３は図１に示す例では、三つの回転要素によって差動作用を行うシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。したがって動力分割機構３は、サンギヤＳと、サンギヤＳに対して同心円上に配置されたリングギヤＲと、サンギヤＳおよびリングギヤＲに噛み合っているピニオンギヤを自転可能および公転可能に保持しているキャリヤＣとの３つの回転要素を備えている。そのキャリヤＣにエンジン１が連結されている。動力分割機構３における出力要素はリングギヤＲであって、リングギヤＲに出力ギヤ５が連結されている。サンギヤＳは、中空軸であるサンギヤ軸６の外周部に一体化して設けられており、そのサンギヤ軸６に第１モータ４（より具体的には第１モータ４のロータ）が連結されている。したがって、サンギヤＳが反力要素となっている。なお、図１に示す例では、サンギヤＳがこの発明の実施形態における第２回転要素に相当し、キャリヤＣが第１回転要素に相当し、リングギヤＲが第３回転要素に相当する。
サンギヤ軸６の内部を貫通して中間軸７が配置されている。中間軸７の一方の端部は、前記キャリヤＣもしくはエンジン１の出力軸に連結され、また他方の端部は、オイルポンプ８に連結されている。オイルポンプ８はエンジン１が出力するトルクで駆動されるいわゆる機械式オイルポンプである。
中間軸７と平行にカウンタ軸９が配置され、このカウンタ軸９に設けられているドリブンギヤ１０に動力分割機構３における出力ギヤ５が噛み合っている。したがって、リングギヤＲからカウンタ軸９にトルクが伝達される。上記の中間軸７およびカウンタ軸９と平行に第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２。以下、第２モータと記すことがある）１１が配置されており、その第２モータ１１におけるロータ軸１２に取り付けられたドライブギヤ１３が、前述したドリブンギヤ１０に噛み合っている。したがって、出力ギヤ５から出力されたトルクに第２モータ１１のトルクを加えるように構成されている。
カウンタ軸９と同一軸線上に差回転数を制御（変更）可能な継手１４が配置されている。継手１４は駆動側部材と従動側部材との間で、適宜の媒体を介してトルクを伝達する継手であり、さらにそれらの部材の相対回転（差回転）を伴ってトルクを伝達できるように構成された継手である。トルクの増幅作用のあるトルクコンバータや流体継手あるいはパウダークラッチがその例である。図１には流体継手の例を示してあり、駆動側部材であるポンプインペラ１５と、従動側部材であるタービンランナ１６とが対向して配置され、ポンプインペラ１５によって生起させたフルード（あるいはオイル）の螺旋流をタービンランナ１６に供給することにより、ポンプインペラ１５とタービンランナ１６との間でトルクを伝達するように構成されている。ポンプインペラ１５とタービンランナ１６との差回転数を制御し、またポンプインペラ１５とタービンランナ１６との相対回転を規制するロックアップクラッチ１７がポンプインペラ１５とタービンランナ１６との間に設けられ、またそのロックアップクラッチ１７と直列にダンパ１８が設けられている。ロックアップクラッチ１７は、滑りのない完全係合状態と、トルクを伝達しない解放状態と、滑りを伴ってトルクを伝達するとともにその滑り回転数（差回転数）を変更可能な摩擦式のクラッチであってよい。
図２にロックアップクラッチ１７の係合・解放の状態を制御するための油圧回路の一例を模式的に示してある。ロックアップクラッチ１７および継手１４に供給される油圧は、前述したオイルポンプ８で発生した油圧をライン圧に調圧するプライマリーレギュレータバルブ（図示せず）のドレイン圧をセカンダリーレギュレータバルブ（図示せず）で調圧したモジュレータ圧ＰＳＭである。このモジュレータ圧ＰＳＭをロックアップクラッチ１７に供給する油路にロックアップコントロールバルブＶＬＵが設けられている。そのロックアップコントロールバルブＶＬＵは、リニアーソレノイドバルブによって構成され、制御指令信号に応じて調圧レベルを適宜に変更することにより、ロックアップクラッチ１７に供給するロックアップ油圧を高低に制御し、あるいはロックアップ油圧の供給・排出を制御するように構成されている。したがって、ロックアップクラッチ１７のスリップ量すなわち継手１４における差回転数は、ロックアップコントロールバルブＶＬＵによって制御することができる。
上記のカウンタ軸９がポンプインペラ１５に連結され、これに対してタービンランナ１６にはドライブギヤ１９が連結されており、そのドライブギヤ１９は終減速機であるデファレンシャルギヤ２０におけるリングギヤ２１に噛み合っている。駆動力はデファレンシャルギヤ２０から左右の駆動輪２２に伝達される。したがって、図１に示す例では、出力ギヤ５から駆動輪２２に駆動トルクを出力し、その駆動トルクを伝達する経路の途中に継手１４が配置されている。なお、図１には、作図の都合上、継手１４およびデファレンシャルギヤ２０を図１での右側に位置を入れ替えて記載してある。
第１モータ４で発生した電力は第２モータ１１に供給されて第２モータ１１がモータとして機能し、その出力トルクが前記ドリブンギヤ１０において、出力ギヤ５から出力されたトルクに加えられる。したがって各モータ４，１１は、インバータ２３や蓄電装置２４を含む電源部２５を介して電気的に接続されている。なお、これらのモータ４，１１は一例として三相同期電動機によって構成されている。
上記のハイブリッド車についての制御系統を図３にブロック図で示してある。各モータ４，１１を制御するモータ・ジェネレータ用電子制御装置（ＭＧ−ＥＣＵ）２６と、エンジン１を制御するエンジン用電子制御装置（ＥＮＧ−ＥＣＵ）２７とが設けられている。これらの電子制御装置２６，２７は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力された各種の信号あるいはデータに基づいて演算を行い、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。ＭＧ−ＥＣＵ２６は、主として、第１モータ４および第２モータ１１のそれぞれの電流（ＭＧ１電流、ＭＧ２電流）を制御するように構成されている。また、ＥＮＧ−ＥＣＵ２７は、主として、エンジン１に対してその電子スロットルバルブ（図示せず）の開度を指令する電子スロットル開度信号や点火およびその時期を指令する点火信号を出力するように構成されている。
これらの電子制御装置２６，２７に対して指令信号を出力し、併せて前述したロックアップクラッチ１７やブレーキ２のトルク容量あるいは係合および解放の制御を行うハイブリッド用電子制御装置（ＨＶ−ＥＣＵ）２８が設けられている。このＨＶ−ＥＣＵ２８は、前述した各電子制御装置２６，２７と同様に、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力された各種の信号あるいはデータに基づいて演算を行い、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。その入力されるデータを例示すると、車速、アクセル開度、第１モータ（ＭＧ１）４の回転数、第２モータ（ＭＧ２）１１の回転数、出力軸（例えば前記カウンタ軸９）の回転数、充電残量（ＳＯＣ）、エコノミースイッチからの信号、前述した継手１４における差回転数などである。また、出力する指令信号を例示すれば、第１モータ（ＭＧ１）４のトルク指令および第２モータ（ＭＧ２）１１のトルク指令が前記ＭＧ−ＥＣＵ２６に出力され、エンジントルク指令が前記ＥＮＧ−ＥＣＵ２７に出力される。さらに、ロックアップクラッチ１７のトルク容量（継手１４の差回転数）を制御するためのロックアップコントロールバルブＶＬＵに対する指令信号、ブレーキ２を係合もしくは解放する指令信号がＨＶ−ＥＣＵ２８から出力される。なお、上記の各ＥＣＵ２６，２７，２８がこの発明の実施形態におけるコントローラに相当している。
上記の各モータ４，１１をモータあるいは発電機として機能させ、またブレーキ２を係合あるいは解放の状態に制御することにより、各種の走行モードが設定される。図４に走行モードをまとめて示してある。電気走行（ＥＶ）モードは、エンジン１の駆動力を使用せずに前進走行および後進走行するモードであり、第２モータ１１のみをモータとして駆動する単独駆動と、第１モータ４および第２モータ１１の両方をモータとして駆動する両駆動とが可能である。なお、両駆動の場合はブレーキ２を係合させてエンジン１の出力軸あるいはこれに連結されているキャリヤＣの回転を止める。ハイブリッド（ＨＶ）モードは、エンジン１と各モータ４，１１とによって駆動力を発生させて前進走行および後進走行するモードであり、第１モータ４を発電機として機能させてエンジン１の回転数を第１モータ４によって制御し、その第１モータ４で発電した電力を第２モータ１１に供給して第２モータ１１をモータとして機能させるモードである。
ここで、ハイブリッドモードで走行している状態における動力分割機構３および継手１４の動作状態を、動力分割機構３を構成している遊星歯車機構についての共線図で説明する。図５は、前進時の動作状態を示しており、エンジン１が正方向のトルクを出力しており、これに対して第１モータ４は正回転しつつ発電していることにより負方向のトルクを出力している。第２モータ１１は第１モータ４で発電された電力によってモータとして機能し正方向のトルクを出力している。これらのトルクの方向を図５に太い矢印で示してある。この状態でエンジン回転数は第１モータ４の回転数に応じて変化し、定常的な走行状態では、エンジン回転数は燃焼効率もしくはエネルギ効率が最も良い運転状態を示す最適燃費線上の回転数となるように第１モータ４によって制御される。一方、継手１４ではロックアップクラッチ１７が完全係合していれば、差回転のない直結状態となり、したがって入力側のカウンタ軸９の回転数とドライブギヤ１９の回転数とは同一回転数となる。これに対してロックアップクラッチ１７がスリップ状態に制御され、あるいは解放状態に制御されていると、ポンプインペラ１５とタービンランナ１６とに差回転が生じ、カウンタ軸９の回転数がドライブギヤ１９の回転数に対して高回転数となる。そして、継手１４において動力の損失が生じる。
上述した図５に示すハイブリッドモードでの前進走行の場合、すなわち第１モータ４が発電を行ってエンジン回転数を制御するように回転している場合には、動力分割機構３を構成している各回転要素（サンギヤＳ、リングギヤＲ、ピニオンギヤを保持しているキャリヤＣ）が回転しているので、摩擦による不可避的な動力損失が生じる。また、第１モータ４で発電した電力が第２モータ１１に供給され、あるいは蓄電されるので、電力に変換することに伴うエネルギの損失が生じる。このような動力分割機構３におけるエネルギ（動力）の損失は、サンギヤＳと共に第１モータ４が回転し、その回転数が大きいほど大きくなり、サンギヤＳと共に第１モータ４が停止している状態では動力分割機構３の全体としての損失が少なくなる。図１に示すように遊星歯車機構によって動力分割機構を構成しているギヤトレーンにおいては、サンギヤＳと共に第１モータ４が停止している動作点をメカニカルポイントと称することがあり、一般的には、メカニカルポイント側で動作している状態における動力分割機構３の全体としてのエネルギ効率が、メカニカルポイントから離れた動作状態における動力分割機構３の全体としてのエネルギ効率よりも良くなる。なお、実際に使用するモータの特性や遊星歯車機構を含むギヤ列の構成などによって損失が最小となる動作状態は異なり、メカニカルポイントを外れた動作状態で損失が最小になる場合もある。
一方、動力分割機構３によって分割されたエンジントルクのうち出力ギヤ５を介して出力されるトルクを直達トルクと称することがあり、直達トルクに第２モータ１１のトルクを加えたトルクが、カウンタ軸９や継手１４ならびにデファレンシャルギヤ２０を介して駆動輪２２に伝達される。継手１４は前述したように、ロックアップクラッチ１７が完全係合していれば、滑りを生じることなくトルクを伝達するので、継手１４における損失が最も少なくなり、これに対してロックアップクラッチ１７を滑り状態に制御して継手１４で差回転（ポンプインペラ１５とタービンランナ１６の相対回転）を生じさせれば、その滑りが要因となって損失が増大し、エネルギ効率が低下する。また、継手１４で差回転が生じれば、動力分割機構３における出力ギヤ５の回転数を変化させ、動力分割機構３の動作状態（動作点）を変更することができる。その動作状態の変化は、リングギヤＲおよびこれと一体の出力ギヤ５の回転数の増大ならびにこれに伴うサンギヤＳおよびこれに連結されている第１モータ４の回転数の低下である。すなわち、動力分割機構３としては前述したメカニカルポイントに近づく方向あるいは損失が最小となる動作点（以下、損失最小動作点と記すことがある）に向かう動作状態の変化である。したがって、継手１４に滑りが生じていない状態における動力分割機構３の動作状態を基準にして、継手１４に差回転が生じた場合の動力分割機構３の動作状態の変化量（第１モータ４を例にすれば、その回転数の変化量）が大きいほど、動力分割機構３の動作状態はメカニカルポイントあるいは損失最小動作点に近付いて損失が低減することになる。なお、このような動力分割機構３の動作状態の変化量を動作点変更量と記すことがある。
ここで動作点とは、トルクと回転数とによって決まる動作状態であり、したがって動力分割機構３の動作点は、動力分割機構３に掛かるトルクもしくは動力分割機構３で伝達するトルクと動力分割機構３を構成している遊星歯車機構の差回転数とによって決まる動作状態である。また、エンジン１やモータ４，１１の動作点は、それぞれのトルクと回転数とによって決まる動作状態であり、したがってエンジン１については動作点を運転点と称することがある。図１に示す構成では、エンジン１の回転数を一定に維持している状態で継手１４にスリップを生じさせてその差回転数を変化させると、すなわち継手１４の動作状態を変化させると、動力分割機構３の差回転数やモータ４，１１の回転数すなわち動作点が変化し、それに伴って損失も変化する。
より具体的に説明すると、継手１４における差回転数と損失量との関係は、一例として図６に示すようになる。すなわち、差回転数が大きいほど、また伝達するトルクが大きいほど、動力の損失が増大する。ここで、継手１４における損失とは、ポンプインペラ１５に入力された動力と、ポンプインペラ１５からタービンランナ１６に伝達された動力との差であり、それらの動力の割合が動力を伝達する効率である。したがって、図６で表される損失は、継手１４を用いた実験あるいはシミュレーションによって予め求めておくことができる。
これに対して動力分割機構３では、継手１４での差回転数が大きくなることにより、リングギヤＲおよび出力ギヤ５の回転数が、前記差回転数がない場合の回転数に対して増大する。すなわち、動作点変更量が大きくなる。その一例を図７に示してあり、差回転数が大きいほど、また車速が高車速であるほど、動作点変更量が大きくなる。前述したように動作点が変化すると、動力分割機構３の動作状態がメカニカルポイントに近付くから、動作点変更量が大きいほど、動力分割機構３での動力の損失が低下する。その一例を図８に示してある。ここで、動力分割機構３における動力の損失は、キャリヤＣに入力されるエンジン１の動力と、カウンタ軸９に伝達された動力との差である。その損失には、動力分割機構３を構成する遊星歯車機構での摩擦による損失や第１モータ４が発電機として機能することにより消費もしくは電力変換されることに伴う損失、第２モータ１１での損失が含まれる。そして、キャリヤＣに入力されるエンジン１の動力と、出力ギヤ５から出力される動力との比率が動力の伝達の効率である。したがって、図８で表される損失は、動力分割機構３および各モータ４，１１を用いた実験あるいはシミュレーションによって予め求めておくことができる。
図９は、前進走行時に継手１４で差回転を生じさせている場合と、差回転を生じさせていない場合とを示す共線図であり、継手１４に差回転が生じていない状態を符号「Ａ」を付した実線で示し、継手１４に差回転を生じさせて動力分割機構３をメカニカルポイントまで変化させた状態を符号「Ｂ」を付した破線で示してある。なお、回転数およびトルクで決まるエンジン１の動作点は、符号「Ａ」で示す状態および符号「Ｂ」で示す状態のいずれにおいても、最適燃費線上の動作点に維持され、エンジン回転数は一定になっている。
この発明の実施形態で対象とする駆動装置では、動力分割機構３の出力ギヤ５と駆動輪２２との間に設けられている継手１４の差回転を制御することにより動力分割機構３での動作状態およびそれに伴う損失を制御することができる。この発明の実施形態における制御装置は、このような損失の増減の特性を生かして、エネルギ効率（言い換えれば車両の燃費）を向上させる制御を実行する。その一例を図１０のフローチャートを参照して説明する。なお、図１０に示すルーチンは、前述した各ＥＣＵ２６，２７，２８によって実行される。
図１０に示すルーチンは、ハイブリッド車が走行している場合に実行される。まず、燃費を優先する状態か否かが判断される（ステップＳ１）。燃費を優先する状態とは、例えば、アクセル開度がある程度大きくなって駆動要求量が増大している場合に、加速度の増大を抑制して燃費を良好な状態に維持する制御と、燃費が悪化するとしても加速度が増大する制御とを選択可能な場合に、前者の加速度の増大を抑制して燃費の良好な制御を選択する条件が成立していることである。その一例は、前述したエコノミースイッチがオン操作されている状態であり、あるいはアクセル開度が所定の低開度でかつ車速の変化が少ない定速走行状態が継続していることにより低燃費要求の判断が成立している状態などである。このような条件が成立している場合にはステップＳ１で肯定的に判断される。なお、前述した継手１４のオイル（フルード）の温度あるいはロックアップクラッチ１７やブレーキ２を制御するオイル（フルード）の温度が設計上定めた所定の温度範囲を外れて低温である場合、あるいは反対に高温である場合には、燃費優先の条件が成立していないとして、ステップＳ１で否定的に判断することとしてもよい。
ステップＳ１で否定的に判断された場合には、図１０に示すルーチンを一旦終了する。その場合は、動力性能を優先したハイブリッドモードでの制御や電気走行モードでの制御など、その時点の駆動要求量や車速などの走行状態に応じた制御が実行される。これに対してステップＳ１で肯定的に判断された場合には、ロックアップクラッチ１７のスリップ量（スリップ回転数）が決定される（ステップＳ２）。ロックアップクラッチ１７は、継手１４における駆動側部材であるポンプインペラ１５と従動側部材であるタービンランナ１６とを連結するように設けられているから、そのスリップ量は継手１４の差回転数に相当する。
前述したように、継手１４の差回転数が変化すると、上記の図９を参照して説明したように、動力分割機構３におけるリングギヤＲおよび出力ギヤ５の回転数が変化し、結局、動力分割機構３の動作状態（差動状態）が変化する。併せて動力分割機構３で生じる損失が変化（低下）する。すなわち、継手１４において差回転を生じさせると、継手１４における損失が増大し、動力分割機構３において損失が低下する。これらの損失と差回転数との関係は図６、図７、図８を参照して説明したとおりである。ステップＳ２では、継手１４における差回転数と、継手１４および動力分割機構３における損失との関係に基づいて、継手１４の損失と動力分割機構３の損失とを合計した総損失が最小となるように、言い換えれば、エンジン１からドライブギヤ１９に到る動力伝達経路での総効率が直前の状態での総効率よりも良くなり、好ましくは、最も良くなるように、継手１４の差回転数が求められる。
前記総損失が最小となる差回転数とは、差回転数に応じて継手１４で増大する損失と差回転数に応じて動力分割機構３で低下する損失との差分が最小となる回転数であり、その差分がゼロに可及的に近くなり、あるいは負となる回転数である。なお、差分が「負」となれば、総損失が低下するので、総エネルギ効率が増大する。このような総損失が最小となり、総エネルギ効率が最大となる差回転数は、逐次、演算して求めてもよく、また各損失が図６ないし図８に示すように予め判るので、その関係を利用して予めマップとして用意し、そのマップから求めてもよい。
つづくステップＳ３では、ステップＳ２で求められた差回転数を継手１４で実現するために、ロックアップクラッチ１７のスリップ回転数をフィードバック制御する。継手１４における差回転数は、カウンタ軸９の回転数とドライブギヤ１９との回転数の差として求められるから、カウンタ軸９の回転数とドライブギヤ１９との回転数とを適宜のセンサで求めるとともに、その差を算出することにより得られる。なお、カウンタ軸９の回転数とドライブギヤ１９との回転数とは、カウンタ軸９やドライブギヤ１９に連結されている適宜の回転部材の回転数から求めてもよい。ステップＳ３では、ステップＳ２で求められた差回転数を目標回転数とし、実際の差回転数がその目標回転数に一致するようにロックアップクラッチ１７のスリップ回転数が制御される。具体的には、前述したロックアップコントロールバルブＶＬＵによってロックアップクラッチ１７の係合圧が制御される。なお、ロックアップクラッチ１７のスリップ量すなわち継手１４の差回転数は、入力されるトルクによっても変化するから、ロックアップクラッチ１７のフィードバック制御は、ロックアップクラッチ１７の係合圧と併せて第２モータ１１のトルクあるいは回転数を制御することにより行ってもよい。例えば、ロックアップクラッチ１７を完全に解放させても継手１４の差回転数が目標値にならない場合、第２モータ１１によってポンプインペラ１５の回転数を変化させて継手１４の差回転数を目標値に一致させる制御を行う。その制御が蓄電装置２４から第２モータ１１に電力を供給する制御となる場合、すなわち蓄電装置２４の電力を消費することになる場合は、消費する燃料の削減量と電力の消費量との多寡を勘案し、消費燃料の削減量が電力消費量より多い場合、すなわちエネルギ効率が向上する場合に、第２モータ１１をモータとして駆動させて継手１４の差回転数を目標値に向けて制御する。
図９を参照して説明したように、継手１４の差回転数を変更すると、動力分割機構３の作動状態が変化する。より具体的には、エンジン１をその時点の車速などの走行状態の下での最適燃費運転点に維持することにより、サンギヤＳおよびこれに連結されている第１モータ４の回転数、およびリングギヤＲに連結されている第２モータ１１の回転数が変化する。それらのモータ４，１１の回転数は、継手１４の差回転数に基づいて定まるから、ステップＳ４で第１モータ４および第２モータ１１の回転数を継手１４の差回転数に基づいて定まる回転数に制御する。その後、図１０のルーチンを一旦終了する。なお、動力分割機構３の動作状態の変更もしくは動作点変更量は、第１モータ４の回転数の変化によって生じるので、ステップＳ４では少なくとも第１モータ４の回転数（動作点）を変更する制御を行う。
上記の図１０に示す制御を行った場合のエンジン回転数、エンジントルク、第１モータのトルク、第１モータの回転数、ロックアップクラッチの係合油圧、第２モータのトルク、第２モータの回転数、継手におけるフルードの温度の変化の一例を図１１に示してある。図１１において、エンジン１を最適燃費線上の運転点で運転して走行している状態で、継手１４のフルード（ＡＴＦ）の温度が設計上定めた上限温度Ｔｍａｘを超えていると、たとえエコノミースイッチがオンになっていても燃費優先の制御は実行されない。その状態からフルードの温度が低下し、上限温度Ｔｍａｘ以下になると（ｔ１時点）、燃費優先モードの判断が成立する。これは図１０に示すフローチャートのステップＳ１で肯定的に判断される状態である。
燃費優先状態では、まず、継手１４で差回転を生じさせるためにロックアップクラッチ１７の係合圧が低下させられる。その低下勾配は、ショックなどの異常が生じないように予め定めておくことができる。タービンランナ１６にはハイブリッド車が走行するための負荷が掛かっており、これに対してポンプインペラ１５にはエンジン１から伝達されるトルクが掛かっているから、ロックアップクラッチ１７でスリップが生じると、ポンプインペラ１５の回転数が増大する。それに伴ってポンプインペラ１５に連結されている第２モータ１１の回転数が増大する。また、第２モータ１１のトルクは低下させられる。
継手１４に差回転が生じると、動力分割機構３のリングギヤＲの回転数が増大する。その場合、エンジン１は回転数およびトルクを従前の回転数およびトルクに維持するので、サンギヤＳおよびこれに連結されている第１モータ４の回転数が低下する。また、第１モータ４の負のトルクが増大する。すなわち、第１モータ４および第２モータ１１の動作点が図１０に示すステップＳ４の制御によって変更させられる。
ロックアップクラッチ１７をスリップ状態に制御することによる継手１４の差回転数の制御、および第１モータ４および第２モータ１１の回転数およびトルク（すなわち動作点）の変更制御は、動力分割機構３での損失を低減してその低減量が継手１４の損失の増大を上回るように各動作点を変更する制御である。したがって、継手１４の差回転数が目標とする回転数に達すると（ｔ２時点）、第２モータ１１のトルクがゼロになる。ここで説明している例では、動力分割機構３におけるサンギヤＳの回転数をゼロにして第１モータ４による発電を止めるように継手１４の差回転数を制御する例である。言い換えれば、動力分割機構３をメカニカルポイントで動作させるように継手１４の差回転数を制御する例である。したがって、第１モータ４が発電しないので、電力収支を成立させるうえで、第２モータ１１には電力を供給せず、そのトルクはゼロになる。
この状態では、継手１４においてフルードを介したトルクの伝達が行われ、フルードには撹拌力や剪断力が作用し、発熱が生じる。そのため、フルードの温度は発熱量と放熱量とがバランスする温度にとどまる（ｔ３時点）。このような損失の低減制御あるいは動力伝達効率の向上制御の過程において、エンジン１の運転点は最適燃費線上に維持され、その回転数およびトルクは制御の前後でほぼ一定に保たれる。
上述した図１０に示すフローチャートによる継手１４の差回転数（ロックアップクラッチ１７のスリップ量）および動力分割機構３（第１モータ４もしくは第２モータ１１）の動作点の制御は、継手１４で差回転が生じて損失が生じるものの、その損失を補うように動力分割機構３での損失を低減し、結局は、総損失を低減する制御になる。したがって、この発明の実施形態である制御装置によれば、ハイブリッド車における動力の伝達効率を向上させて燃費あるいは電力消費率を向上させることができる。
なお、この発明で対象とするハイブリッド車は、要は、エンジンと、発電機能のある第１モータと、これらエンジンと第１モータとが連結された動力分割機構と、第２モータと、動力分割機構と駆動輪との間に設けられた継手とを備えているハイブリッド車であり、図１に示す構成のギヤトレーンを備えたハイブリッド車に限られない。したがってこの発明における動力分割機構は、シングルピニオン型の遊星歯車機構に限らず、ダブルピニオン型の遊星歯車機構や複数組の遊星歯車機構を組み合わせた複合遊星歯車機構によって構成されていてもよい。
１…エンジン、 ２…ブレーキ、 ３…動力分割機構、 ４…第１モータ、 ５…出力ギヤ、 ６…サンギヤ軸、 ７…中間軸、 ８…オイルポンプ、 ９…カウンタ軸、 １０…ドリブンギヤ、 １１…第２モータ、 １２…ロータ軸、 １３…ドライブギヤ、 １４…継手、 １５…ポンプインペラ、 １６…タービンランナ、 １７…ロックアップクラッチ、 １８…ダンパ、 １９…ドライブギヤ、 ２０…デファレンシャルギヤ、 ２１…リングギヤ、 ２２…駆動輪、 ２３…インバータ、 ２４…蓄電装置、 …２５…電源部、 ２６…モータ・ジェネレータ用電子制御装置（ＭＧ−ＥＣＵ）、 ２７…エンジン用電子制御装置（ＥＮＧ−ＥＣＵ）、 ２８…ハイブリッド用電子制御装置（ＨＶ−ＥＣＵ）、 Ｃ…キャリヤ、 Ｒ…リングギヤ、 Ｓ…サンギヤ、 ＶＬＵ…ロックアップコントロールバルブ。

Claims (5)

  1. 第１回転要素と第２回転要素と第３回転要素との３つの回転要素によって差動作用を行う動力分割機構と、前記第１回転要素に連結されたエンジンと、前記第２回転要素に連結された第１モータと、前記第３回転要素に連結された第２モータと、前記第３回転要素からトルクが伝達される駆動輪とを備えたハイブリッド車の制御装置において、
    前記第３回転要素のトルクが伝達される駆動側部材と前記駆動輪にトルクを出力する従動側部材とを有し、かつ前記駆動側部材と前記従動側部材との差回転数を制御可能な継手と、
    前記第１モータと前記第２モータと前記継手とを制御するコントローラとを更に備え、
    前記コントローラは、
    前記継手における前記差回転数を変更し、
    前記差回転数の変更に伴って、前記第１モータと前記第２モータとのうち少なくとも前記第１モータの回転数もしくはトルクを変更し、
    前記継手における前記差回転数の変更による前記継手の動力伝達効率と、前記継手における前記差回転数の変更に伴う前記動力分割機構における動作状態の変化による前記動力分割機構の動力伝達効率とで決まる総効率が、前記差回転数の変更および前記差回転数の変更に伴う前記動力分割機構の動作状態の変化の以前での総効率より良くなるように前記差回転数の変更および前記第１モータと前記第２モータとのうち少なくとも前記第１モータの回転数もしくはトルクを変更する
    ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
  2. 請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置において、
    前記継手は、前記駆動側部材と前記従動側部材とを連結する摩擦式のロックアップクラッチを有する流体継手であり、
    前記コントローラは、前記ロックアップクラッチをスリップ状態とすることにより前記差回転数を制御する
    ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
  3. 第１回転要素と第２回転要素と第３回転要素との３つの回転要素によって差動作用を行う動力分割機構と、前記第１回転要素に連結されたエンジンと、前記第２回転要素に連結された第１モータと、前記第３回転要素に連結された第２モータと、前記第３回転要素からトルクが伝達される駆動輪とを備えたハイブリッド車の制御装置において、
    前記第３回転要素のトルクが伝達される駆動側部材と前記駆動輪にトルクを出力する従動側部材とを有し、かつ前記駆動側部材と前記従動側部材との差回転数を制御可能な継手と、
    前記第１モータと前記第２モータと前記継手とを制御するコントローラとを更に備え、
    前記継手は、前記駆動側部材と前記従動側部材とを連結する摩擦式のロックアップクラッチを有する流体継手であり、
    前記コントローラは、
    前記継手における前記差回転数を変更し、
    前記差回転数の変更に伴って、前記第１モータと前記第２モータとのうち少なくとも前記第１モータの回転数もしくはトルクを変更し、
    前記ロックアップクラッチをスリップ状態とすることにより前記差回転数を制御する
    ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のハイブリッド車の制御装置において、
    前記エンジンは、燃焼効率が最適な運転状態を示す最適燃費線に沿って運転が可能なエンジンを含み、
    前記コントローラは、前記エンジンを前記最適燃費線上の運転状態に維持した状態で前記第１モータの回転数もしくはトルクを変更する
    ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載のハイブリッド車の制御装置において、
    前記ハイブリッド車は、前記第３回転要素からトルクが伝達されるカウンタ軸と、左右の前記駆動輪にトルクを伝達する終減速機とを備え、
    前記継手は、前記カウンタ軸と同一軸線上でかつ前記カウンタ軸と前記終減速機との間に設けられている
    ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
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