JP6885368B2

JP6885368B2 - 車両の制御装置

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Publication number: JP6885368B2
Application number: JP2018071157A
Authority: JP
Inventors: 典史高田; 桑原　清二; 清二桑原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-04-02
Filing date: 2018-04-02
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2038-04-02
Also published as: CN110356388A; CN110356388B; US20190299766A1; US10787072B2; JP2019181998A

Description

本発明は、二つの駆動力源と変速機とを備えた車両を対象とする制御装置に関し、変速機で設定する変速段を制御する装置に関するものである。

エンジン（内燃機関）とモータ・ジェネレータとを駆動力源として備えたハイブリッド車が、特許文献１に記載されている。そのハイブリッド車においては、エンジンの出力側にクラッチを介してモータ・ジェネレータが連結され、そのモータ・ジェネレータの出力側に、クラッチの係合および解放の状態に応じて複数の変速段が設定される自動変速機が連結され、その自動変速機からデファレンシャルギヤを介して駆動輪に駆動トルクを出力するように構成されている。エンジンの出力は、エンジンやエンジンに関連する機器の状態に応じて制限されることがある。その場合、上記のモータ・ジェネレータを備えている場合には、そのモータ・ジェネレータによって駆動力のアシストを行うことが可能である。特許文献１に記載された装置では、排ガス浄化触媒の暖機を行っている状態では、自動変速機での変速比を高車速側の変速比に設定するとともに、エンジン出力を最小出力に維持している。そして、エンジン出力を最小に維持することに伴う駆動力（走行のために要求されるトルク）の不足をモータ・ジェネレータによって補っている。

特開２００９−２６９４２９号公報

特許文献１に記載された装置による制御は、長期間に亘ってハイブリッド車が停止していた状態から発進する際の制御であり、一時的もしくは過渡的な状態における制御である。したがって、エンジンを始動してから時間が経過し、暖機が完了したり、車速が増大したり、あるいは要求駆動力が増大したりした場合、自動変速機で設定される変速比を変更する必要が生じる。特許文献１に記載されている自動変速機は、一般的な自動変速機と同様に複数の摩擦係合機構の係合および解放の状態に応じて変速段を設定する変速機と考えられ、したがって変速比を変更する場合、一時的なトルクの低下などの変化が生じるとしても、ハイブリッド車の走行のための駆動力が遮断されることはない。

一方、変速機やパワーユニットなどの小型化のために、噛み合い式の係合機構（ドグクラッチ）を用いることが考えられている。噛み合い式係合機構は、摩擦式係合機構とは異なり、トルクを伝達する係合状態と、トルクを遮断する解放状態との二つの動作状態を採り得るのみであって、いわゆる半クラッチと称されるトルク容量が数十％の状態を採り得ない。そのため、この種の噛み合い式係合機構を採用した変速機を上述した特許文献１に記載されている自動変速機に替えて搭載した場合には、車両の運転状態あるいは走行状態の変化に伴って変速を実行した場合に、その変速の過程で駆動トルクが一時的に遮断され、その結果、加速時には加速性が損なわれたり、減速時には制動力が一時的に低下してしまったり、さらには駆動力が一時的に急減に変化するショックが生じたりする可能性がある。

本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、第１駆動力源による駆動力の増大が制限されている状態で第２駆動力源側の変速機での変速に起因する駆動力の変化を防止もしくは抑制することのできる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。

本発明は、上記の目的を達成するために、第１変速段と第２変速段との少なくとも二つの変速段を設定可能な変速機と、前記変速機を介して駆動輪にトルクを出力する第１駆動力源と、前記駆動輪もしくは他の駆動輪にトルクを出力する第２駆動力源とを備えた車両の制御装置において、前記変速機は、前記第１変速段を設定する場合と前記第２変速段を設定する場合とでトルク伝達可能な係合状態となり、かつ前記第１変速段を設定する係合状態と前記第２変速段を設定する係合状態との間で切り替わる際にトルクを遮断する解放状態となるドグクラッチを有し、前記変速機を制御するコントローラが設けられ、前記コントローラは、前記第２駆動力源が出力するトルクにより前記駆動輪もしくは前記他の駆動輪の駆動力を増大させることが制限されていることを判断し、前記車両の発進時に前記駆動力を増大させることが制限されていることの判断が成立していない場合には前記車両が発進する際には前記変速機を前記第１変速段に設定するとともに、前記車両が走行中でかつ前記駆動力を前記発進時の駆動力より増大させた状態で予め定めた所定の条件が成立した際に前記第２変速段を設定し、前記車両の発進時に前記駆動力を増大させることが制限されていることの判断が成立している場合には前記車両が発進する際に前記第２変速段を設定することを特徴としている。

本発明においては、前記第１駆動力源は、電動モータであり、前記第２駆動力源は、内燃機関であり、前記車両は、前記電動モータのトルクで走行する第１走行モードと、前記内燃機関のトルクで走行する第２走行モードとが可能なハイブリッド車両であってよい。

本発明においては、前記第２駆動力源と前記駆動輪もしくは前記他の駆動輪との間にトルクを遮断するクラッチ機構が設けられ、前記コントローラは、前記クラッチ機構をトルクを伝達しない解放状態に設定して走行する条件が成立している場合に、前記第２駆動力源が出力するトルクにより前記駆動輪もしくは前記他の駆動輪の駆動力を増大させることが制限されていることの判断を成立させるように構成されていてよい。

本発明においては、前記クラッチ機構を解放して走行する条件は、前記第１走行モードを設定する条件であってよい。

本発明においては、前記内燃機関は、排ガス浄化触媒を有し、前記コントローラは、前記排ガス浄化触媒を暖機する条件が成立している場合に、前記第２駆動力源が出力するトルクにより前記駆動輪もしくは前記他の駆動輪の駆動力を増大させることが制限されていることの判断を成立させるように構成されていてよい。

本発明においては、前記所定の条件は、前記車両の車速と前記車両の要求駆動力との少なくともいずれか一方が、予め定めた基準値以上になることであってよい。

本発明においては、前記駆動輪は、前輪であり、前記他の駆動輪は、後輪であり、前記第２駆動力源は、前記後輪にトルクを出力するように構成され、前記第１変速段の変速比は、前記第２変速段の変速比より小さくなっており、前記所定の条件は、前記前輪および前記後輪を駆動輪として動作させる四輪駆動状態を設定する条件であってよい。

本発明においては、前記コントローラは、前記内燃機関を始動する条件と前記変速機での変速段を変更する条件とが成立した場合に、前記内燃機関の始動と前記変速段の変更とを同時に実行するように構成されていてよい。

本発明に係る車両は、第１駆動力源と第２駆動力源との少なくともいずれか一方が出力するトルク、あるいは両方の駆動力源が出力するトルクによって走行することができる。第２駆動力源による駆動力の増大が制限されていない状態では、発進時に変速機を第１変速段に設定し、かつ第１駆動力源のトルクを駆動輪に伝達して走行し、その後に所定の条件が成立することにより、変速機では第２変速段への切り替えが行われる。その変速は、ドグクラッチを第１変速段を設定している係合状態から一旦解放し、かつ第２変速段を設定する状態に係合させることにより行われ、その過程で第１駆動力源のトルクが遮断される。そのトルクの遮断による駆動力の不足は、第２駆動力源によって補えるので、駆動力の急激な変化やそれに伴うショックなどは回避もしくは抑制される。これに対して、第２駆動力源による駆動力の増大が制限されている場合には、発進の際に既に第２変速段が設定されている。したがって、発進後に前記所定の条件が成立しても変速機における変速が生じない。すなわち、ドグクラッチが切り替わったり、その仮定でトルクが一旦遮断されたりする事態が生じないので、駆動力の一時的な低下や駆動力の一時的な変化によるショックなどが回避もしくは抑制される。

本発明で対象とすることのできる車両のパワートレーンを模式的に示す図である。その変速機における変速部を示すスケルトン図である。本発明で実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。図３に示す制御を実行した場合におけるＩＧ−ＯＮ信号、走行モード、変速機での変速段の変化の一例を模式的に示すタイムチャートである。制御フラグのＯＮ・ＯＦＦを制御するルーチンの一例を説明するためのフローチャートである。要求駆動力に応じて変速段を設定し、また発進クラッチを係合させる制御の一例を説明するためのフローチャートである。図６の制御を実行した場合の要求駆動力、モータによる駆動力の過不足、変速段、発進クラッチの係合・解放の各状態の変化の一例を示す模式的なタイムチャートである。走行中に要求駆動力が低下した場合の制御の一例を説明するためのフローチャートである。図８に示す制御を行った場合の要求駆動力、触媒暖機フラグ、変速機での変速段の変化の一例を示す模式的なタイムチャートである。エンジンの始動と同時に変速機での変速を実行す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各制御フラグの状態や変速の実行の一例を示す模式的なタイムチャートである。

本発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。

図１に本発明の実施形態における車両Ｖｅを模式的に示しており、ここに示す車両Ｖｅは、エンジン（ＥＮＧ）１とモータ（ＭＧ２）２とを駆動力源として備えているハイブリッド式の四輪駆動車（４ＷＤ車もしくはＡＷＤ車と称することがある）である。エンジン１は燃料と空気との混合気を燃焼させて機械的な動力を発生する内燃機関であって本発明の実施形態における第２駆動力源に相当し、車両Ｖｅの前側に車両Ｖｅの後方に向けて搭載されている。エンジン１の排気系統に排ガス浄化触媒（触媒コンバータ）３が設けられている。触媒コンバータ３は、エンジン１から排出される燃焼排ガス中のＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）などを酸化させてその濃度を低下させ、また窒素酸化物を還元してその濃度を低下させる排ガス浄化装置であり、所定の活性化温度まで昇温することが要求される装置である。また、過熱による損傷を避けるために上限温度が定められている。

エンジン１の出力軸に発電機（ＭＧ１）４が連結されている。この発電機４は、例えば永久磁石式の同期電動機によって構成することができ、したがって発電機４は、エンジン１によって駆動されて発電し、また車両Ｖｅの走行慣性力によって駆動されて発電（エネルギ回生）し、さらにはモータとして機能してエンジン１をクランキングし、あるいは走行のためのトルクを出力するように構成されている。なお、エンジン１と発電機４との間に適宜のダンパー装置（図示せず）を設けてもよい。

さらに、エンジン１の出力側には上記の発電機４に続けて、発進クラッチ５を介して自動変速機（ＡＴ）６が連結されている。自動変速機６は、従来の車両に搭載されている自動変速機と同様の構成であってよく、複数の摩擦式係合機構を適宜に係合および解放させることにより、歯車列からなる動力伝達経路を変更して複数の変速段を設定するように構成されている。自動変速機６はリヤプロペラシャフト７を介してリヤデファレンシャルギヤ８に連結されている。さらに、リヤデファレンシャルギヤ８には左右の後輪９にトルクを伝達するドライブシャフト１０が連結されている。この後輪９が本発明の実施形態における他の駆動輪に相当している。

上記の発進クラッチ５は、エンジン１を後輪９に対して連結し、また遮断するための機構であり、乾式あるいは湿式の摩擦クラッチによって構成することができる。なお、自動変速機６における所定の変速段を設定するための摩擦係合機構を解放すれば、自動変速機６はトルクを伝達しないニュートラル状態となるので、発進クラッチ５を設けずに、自動変速機６の摩擦係合機構を解放してエンジン１と後輪９とを遮断するように構成することができる。したがって、発進クラッチ５あるいは自動変速機６における摩擦係合機構が、本発明におけるクラッチ機構に相当する。

図１に示す構成の車両Ｖｅでは、モータ２は前輪１１を駆動するように構成されている。モータ２は本発明の実施形態における第１駆動力源に相当し、例えば前述した発電機４と同様に、永久磁石式の同期電動機（電動モータ）によって構成することができ、電力が供給されることによりモータとして機能して前輪１１を駆動し、また前輪１１から伝達されるトルクによって回転させられて発電を行う。

モータ２は、変速機１２に連結されている。変速機１２は、変速部１３と減速部１４とを備えており、図１に示す例では、これら変速部１３および減速部１４は、共に、遊星歯車機構を主体にして構成されている。具体的に説明すると、変速部１３はシングルピニオン型の遊星歯車機構１５を主体にして構成されている。その遊星歯車機構１５はサンギヤ１５Ｓと、サンギヤ１５Ｓに対して同心円上に配置されたリングギヤ１５Ｒと、サンギヤ１５Ｓとリングギヤ１５Ｒとに噛み合っているピニオンギヤを保持しているキャリヤ１５Ｃとを回転要素として差動作用を行う歯車機構である。また、減速部１４は、変速部１３と同様に、シングルピニオン型の遊星歯車機構１６を主体にして構成されている。その遊星歯車機構１６はサンギヤ１６Ｓと、サンギヤ１６Ｓに対して同心円上に配置されたリングギヤ１６Ｒと、サンギヤ１６Ｓとリングギヤ１６Ｒとに噛み合っているピニオンギヤを保持しているキャリヤ１６Ｃとを回転要素として差動作用を行う歯車機構である。

変速部１３においてはサンギヤ１５Ｓが入力要素であって、モータ２に連結されている。また、キャリヤ１５Ｃが出力要素であって、減速部１４におけるサンギヤ１６Ｓに連結されている。したがって、そのサンギヤ１６Ｓが減速部１４における入力要素となっている。そして、リングギヤ１５Ｒが反力要素となっていて、選択的に固定され、またキャリヤ１５Ｃに連結されるようになっている。その固定および連結の切り替えを行うためのドグクラッチ１７が設けられている。

ドグクラッチ１７の一例を図２に模式的に示してあり、リングギヤ１５Ｒの外周部にスプライン嵌合したシフトスリーブ１７ａが設けられており、したがってシフトスリーブ１７ａはリングギヤ１５Ｒと共に回転し、またリングギヤ１５Ｒに対してその中心軸線方向に前後動するようになっている。そのような軸線方向への移動すなわち切り替えを行うためのアクチュエータ１８が設けられている。このアクチュエータ１８は、例えば従来の手動変速機におけるシフトホークに類似した機構によってシフトスリーブ１７ａに連結されている。リングギヤ１５Ｒをその中心軸線方向で挟んだ両側に、固定スリーブ１７ｂと可動スリーブ１７ｃとが配置されている。これらのスリーブ１７ｂ，１７ｃの外周面には、リングギヤ１５Ｒにおけるスプラインと同一径のスプラインが形成されている。その固定スリーブ１７ｂは、ケーシングなどの固定部１９に取り付けられて回転できないように構成されている。また、可動スリーブ１７ｃはキャリヤ１５Ｃに連結されてキャリヤ１５Ｃと一体となって回転するように構成されている。言い換えれば、可動スリーブ１７ｃはキャリヤ１５Ｃの一部となっている。

したがって変速部１３は、シフトスリーブ１７ａによってリングギヤ１５Ｒを固定スリーブ１７ｂと、可動スリーブ１７ｃとに選択的に連結することにより所定の変速段を設定するように構成されている。具体的には、シフトスリーブ１７ａを図２の右方向にシフトさせて固定スリーブ１７ｂに噛み合わせることによりリングギヤ１５Ｒが固定部１９に連結される。その状態では、リングギヤ１５Ｒを固定した状態でサンギヤ１５Ｓがモータ２によって回転させられるので、キャリヤ１５Ｃはサンギヤ１５Ｓに対して減速されて回転する。すなわち、低速段（Ｌｏ）となる。これとは反対にシフトスリーブ１７ａを図２の左方向にシフトさせて可動スリーブ１７ｃに噛み合わせることによりリングギヤ１５Ｒがキャリヤ１５Ｃに連結される。その状態では、遊星歯車機構１５の全体が一体となって回転するので、キャリヤ１５Ｃはサンギヤ１５Ｓと同速度で同方向に回転する。すなわち、高速段（Ｈｉ）となる。これら低速段と高速段とのいずれか一方が本発明の実施形態における第１変速段に相当し、他方が本発明の実施形態における第２変速段に相当する。

減速部１４を構成している遊星歯車機構１６においては、リングギヤ１６Ｒが固定部１９に連結されていて、回転しない反力要素となっている。またキャリヤ１６Ｃが出力要素となっている。したがって、減速部１４では、リングギヤ１６Ｒを固定した状態で入力要素であるサンギヤ１６Ｓを回転させるので、キャリヤ１６Ｃがサンギヤ１６Ｓに対して減速されて回転する。

そして、出力要素である上記のキャリヤ１６Ｃにフロントプロペラシャフト２０が連結され、そのフロントプロペラシャフト２０がフロントデファレンシャルギヤ２１に連結され、そのフロントデファレンシャルギヤ２１から左右のドライブシャフト２２を介して左右の前輪１１にトルクを伝達するようになっている。したがって、前輪１１が本発明の実施形態における駆動輪に相当している。

上記のモータ２と発電機４とがモータコントローラ２３に接続されている。モータコントローラ２３は、二次電池などの蓄電装置２４とインバータ２５とを備え、モータ２や発電機４で発電された電力を蓄電装置２４に充電し、また蓄電装置２４からモータ２や発電機４に電力を供給するように構成されている。

上述したエンジン１の始動・停止や出力トルク、発電機４およびモータ２の駆動・停止や発電、自動変速機６の変速段、変速機１２の変速段、発進クラッチ５の係合・解放などを制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）２６が設けられている。ＥＣＵ２６は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力される各種のデータおよび予め記憶しているデータを使用して演算を行い、その演算の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。その入力データの例を挙げると、図示しないアクセルペダルの踏み込み量であって駆動要求量に相当するアクセル開度Ａcc、車速Ｖ、エンジン水温Ｔwe、触媒コンバータ３の温度Ｔccなどである。

上記の車両Ｖｅは、駆動力源としてエンジン１とモータ２とを備えているので、エンジン１が出力するトルクで走行するモード（エンジン走行モード）、モータ２が出力するトルクで走行するモード（モータ走行モード）、エンジン１が出力するトルクおよびモータ２が出力するトルクとで走行するモード（４ＷＤモード）とが可能である。また、モータ走行モードとしては、発電機４で発電した電力をモータ２に供給して走行するシリーズＨＶモードと、蓄電装置２４の電力でモータ２を駆動して走行するＥＶ走行モードとが可能である。これらのモードは、車速Ｖやアクセル開度Ａcc、蓄電装置２４での充電残量（ＳＯＣ）などに基づいて選択される。モータ２による走行のための駆動力は、エンジン１による駆動力よりは小さいので、アクセル開度Ａccが小さい場合あるいは車速Ｖが低車速の場合に選択される。また、エンジン１の運転は、燃焼効率や排ガスの浄化などの要因で制限されることがあり、そのような制限の下ではエンジン１による駆動トルクの増大が要求通りには行うことができず、制限される。そのような制限が行われているとエンジン１のトルクを後輪９に伝達して走行するモードを選択できないので、エンジン１に替えてモータ２を駆動力源として走行することになる。このような一時的もしくは臨時的なＥＶ走行モードはＥＶ拡大走行モードと称されることがある。なお、エンジン１のトルクを後輪９に伝達して走行するモードが本発明の実施形態における第２走行モードに相当し、モータ２のトルクで走行するモードが本発明の実施形態における第１走行モードに相当する。したがって、車両Ｖｅの一例はハイブリッド車両である。

本発明の実施形態における制御装置は、上述した各走行モードで変速機１２での変速段を適宜に設定する。その変速制御の例を以下に説明する。なお、以下に説明する制御は、前述したＥＣＵ２６によって実行され、したがってＥＣＵ２６が本発明の実施形態におけるコントローラに相当する。

図３はその制御の一例を説明するためのフローチャートであって、ここに示すルーチンは車両Ｖｅが停止している状態で実行される。先ず、運転者（図示せず）がメインスイッチなどの車両Ｖｅを起動状態にするスイッチをＯＮ操作することにより、起動信号（ＩＧ−ＯＮ）を出力する（ステップＳ１）。これにより車両Ｖｅに搭載されている各種のコンピュータがＯＮ状態になる。ついで、シリーズＨＶ走行モードもしくはＥＶ拡大走行モードが選択されているか否かが判断される（ステップＳ２）。シリーズＨＶ走行モードは、エンジン１によって発電機４を駆動して発電し、その電力でモータ２を駆動し、モータ２が出力するトルクを前輪１１に伝達してその前輪１１の駆動力で走行するモードである。したがって、エンジン１が出力したトルクは後輪９に伝達されないから、シリーズＨＶ走行モードは、本発明の実施形態における「第２駆動力源が出力するトルクにより駆動輪もしくは他の駆動輪の駆動力を増大させることが制限されている」状態に相当する。また、ＥＶ拡大走行モードは、エンジン１の出力トルクが制限されていることにより、エンジン１に替わってモータ２が駆動力を出力するモードである。そのエンジン１の出力トルクが制限されている例は、例えば触媒コンバータ３の温度を活性温度まで昇温するためにエンジン出力を予め定めた一定出力に維持する制御が実行されている場合、あるいはエンジン１の暖機のためにエンジン出力を予め定めた一定出力に維持する制御が実行されている場合である。したがってこのＥＶ拡大走行モードも上記のシリーズＨＶ走行モードと同様に、本発明の実施形態における「第２駆動力源が出力するトルクにより駆動輪もしくは他の駆動輪の駆動力を増大させることが制限されている」状態に相当する。
すなわち、ステップＳ２では、本発明の実施形態における「第２駆動力源が出力するトルクにより駆動輪もしくは他の駆動輪の駆動力を増大させることが制限されていることの判断」を行っている。なお、シリーズＨＶ走行モードやＥＶ拡大走行モードでは、エンジン１を後輪９から切り離すために発進クラッチ５を解放する。したがって、ステップＳ２は、発進クラッチ５をトルクを伝達しない解放状態にして走行する条件が成立していることをもって、エンジン１によって駆動力を増大させることが制限されることの判断を成立させる判断ステップと言うことができる。

ステップＳ２で否定的に判断された場合、すなわちエンジン１による駆動力を必要に応じて増大させることができる場合には、発進時における変速機１２での変速段として第１変速段が設定される（ステップＳ３）。この第１変速段は、前述した低速段であってよいが、低速段と高速段とのそれぞれの変速比やモータ２の最大出力トルクなどによっては、第１変速段が高速段であってもよい。

変速機１２で第１変速段を設定している状態で所定の条件が成立したか否かが判断される（ステップＳ４）。この所定の条件の一例は、車速Ｖや要求駆動力に相当するアクセル開度Ａccが予め定められた判断基準値に達することである。車速Ｖが増大すると、モータ２の回転数が増大して許容出力トルクが低下し、またエネルギ効率が低下するので、このような不都合な状態を回避するために、モータ２の出力側の変速機１２による変速比を小さくすることが望ましい。したがって、このような場合には、車速Ｖがしきい値に達することによりステップＳ４で肯定的に判断される。

また、所定の条件の他の例は、悪路や泥濘路などを走行するために後輪９と前輪１１とを駆動すること、すなわち四輪駆動状態を設定することの判断が成立している場合である。この場合、前述した第１変速段として高速段が設定され、高速段が通常の走行時に設定される常用の変速段とされている。悪路や泥濘路などを走行する際には、四輪駆動（もしくは全輪駆動）の状態でかつ前輪１１の駆動力が大きいことが求められる。したがって、このような場合には、第１変速段より大きい変速比の変速段が好ましいので、ステップＳ４で肯定的に判断される。

ステップＳ４で肯定的に判断された場合には、変速機１２の変速段として第２変速段が設定され（ステップＳ５）、リターンする。ステップＳ３で設定される第１変速段が前述した低速段であれば、ステップＳ５で設定される第２変速段は前述した高速段となる。また、これとは反対に、ステップＳ３で設定される第１変速段が前述した高速段であれば、ステップＳ５で設定される第２変速段は前述した低速段となる。第２変速段が高速段であれば、車速Ｖが増大した場合に、変速機１２で設定される変速比が低速段が設定されている場合より小さくなるので、モータ２の回転数を抑えることができる。また、第２変速段が低速段であれば、前輪１１の駆動力を増大させて悪路走破性を向上させることができる。

なお、ステップＳ４で否定的に判断された場合には特に制御を行うことなくリターンする。すなわち、発進時の変速段である第１変速段が維持される。

一方、ステップＳ２で肯定的に判断された場合、すなわちエンジン１が出力するトルクを後輪９に伝達すること、およびそれによって駆動力を増大することが制限（もしくは禁止）されている場合には、上記のステップＳ５に進んで、変速機１２の変速段を第２変速段に設定する。この第２変速段は、エンジン１によって後輪９を駆動して走行している場合に車速Ｖが増大するなど、その時点における通常の走行状態もしくは予測される走行状態になるなどの所定の条件が成立した場合に設定される変速段である。すなわち、通常の走行状態もしくは予測される走行状態においては、車両Ｖｅの発進後に所定の条件が成立することにより変速機１２で変速が生じて設定される変速段である。

図３に示す制御が実行された場合の変速機１２における変速段の変化を図４にタイムチャートで示してある。図４は、車両Ｖｅが停止している状態で発進のための操作が行われ、同時にシリーズＨＶ走行モードの判断が成立した場合の例を示しており、車両Ｖｅが停止しているｔ1時点に前述したＩＧ−ＯＮ信号が出力されると、これとほぼ同時にシリーズＨＶ走行モードを設定する判断が成立する。すなわち、エンジン１による駆動力の増大が制限されている状態になっていることの判断が成立する。エンジン１の出力が制限されていない通常の発進時に、あるいはその直後に変速機１２で設定される変速段は第１変速段（１ｓｔ）であるから、ｔ1時点では第１変速段が選択されているが、シリーズＨＶ走行モードを設定する判断が成立（もしくはフラグがＯＮ）になっていることによりｔ1時点の直後のｔ2時点に第２変速段（２ｎｄ）が選択される。以降、第２変速段が維持され、変速機１２での変速が生じない。

図３に示す制御例では、エンジン１が後輪９を駆動せずにモータ２の駆動力で走行する場合、発進時の当初から第２変速段が設定される。そのため、モータ２を駆動力源として走行している状態では、車速Ｖが増大したり、あるいは悪路走行が検出もしくは判定されたりして所定の条件が成立しても、変速機１２での変速が生じることはない。変速機１２での変速は、ドグクラッチ１７を、いずれかの変速段を設定する係合状態から、トルクを遮断する解放状態を経て、他の変速段を設定する係合状態に切り替えることにより実行される。すなわち、変速機１２での変速はトルクの遮断を伴う。しかしながら、モータ２で走行している場合に図３に示すように制御することにより、変速機１２での変速が回避されるので、駆動力が一時的に遮断されたり、それに伴って加速感が損なわれたり、さらにはショックが生じたりすることを回避もしくは抑制することができる。

上述したステップＳ２における判断は、制御フラグのＯＮおよびＯＦＦの状態に基づいて行うことができる。その制御フラグのＯＮ・ＯＦＦを制御するルーチンの一例を図５に示してある。ここに示す例は、エンジン水温Ｔweに基づいて触媒暖機フラグＦccとシリーズＨＶフラグＦhvとをＯＮ・ＯＦＦ制御する例であり、先ず、運転者による起動操作に基づいてＩＧ−ＯＮ（ステップＳ２１）とした後に、エンジン水温Ｔweが予め定めた判断基準温度αより低いか否かが判断される（ステップＳ２２）。この判断基準温度αは、エンジン１での混合気の燃焼が安定して、また効率良く生じる下限温度であり、実験やシミュレーションなどによって求めておくことができる。その一例は、４０℃程度である。なお、ステップＳ２２では、エンジン水温Ｔweに替えて、あるいはエンジン水温Ｔweと共に触媒コンバータ３の温度を予め定めた基準温度と比較する判断を行うこととしてもよい。

エンジン１や触媒コンバータ３の暖機が完了していない状態でエンジン１の運転点を高トルク・高回転数側に設定すると、混合気の燃焼が不安定になるなどエネルギ効率が悪化し、また排ガスが悪化する可能性が高くなる。したがってステップＳ２２で肯定的に判断された場合には、エンジン１の運転点（出力。以下、出力と記す）を予め定めた所定の出力に維持する。この状態がエンジン１の出力トルクによる駆動力の増大が制限されている状態である。このようないわゆる出力制限状態を指示するために、ステップＳ２２で肯定的に判断された場合には、触媒暖機フラグＦccおよびシリーズＨＶフラグＦhvが「ＯＮ」に設定される（ステップＳ２３）。

触媒暖機フラグＦccは、エンジン１の出力を触媒コンバータ３の暖機に適した出力に維持することを支持するためにＯＮとされる制御フラグである。したがって、この触媒暖機フラグＦccがＯＮとなっていれば、通常はエンジン１によって後輪９を駆動して走行する走行状態（車速Ｖやアクセル開度Ａccに基づいて決まる状態）であっても、エンジン１に替えてモータ２を駆動力源として走行することになる。このようにモータ２をエンジン１に替えて駆動して走行するモードがＥＶ拡大走行モードである。したがって、触媒暖機フラグＦccがＯＮとなっていれば、前述した図３に示すステップＳ２で肯定的に判断される。

同様に、エンジン水温Ｔweが判断基準温度αより低温であれば、エンジン出力を所定の出力以上には増大させることができず、その場合には一定出力で運転されるエンジン１によって発電機４を駆動して発電し、その電力をモータ２に供給して、モータ２を駆動力源とするシリーズ走行モードを選択することになる。したがって、ステップＳ２２で肯定的に判断された場合にはシリーズＨＶフラグＦhvが「ＯＮ」に設定される。このシリーズＨＶフラグＦhvが「ＯＮ」に設定されることにより車両Ｖｅのモードがシリーズ走行モードとなるので、図３に示すステップＳ２では肯定的に判断される。なお、ステップＳ２２ではいずれか一方のフラグのみをＯＮとすることとしてもよい。その場合、図３に示すステップＳ２では当該一方のフラグに基づいて判断を行うことになる。また、ステップＳ２２で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。その場合、各フラグＦcc，Ｆhvは「ＯＦＦ」に維持される。

ところで、前述した「所定の条件」の成立を、車速Ｖが判断基準車速に達することとした場合、変速機１２での第１変速段は低速段となり、第２変速段は高速段となる。このように構成されている場合、エンジン１の出力が制限されていることにより発進時から第２変速段を設定すると、第２変速段では要求駆動力を充足し得ない事態が生じることが考えられる。このような事態が生じる場合、あるいはその予測がなされている場合には、以下に説明するように制御する。

図６はその制御の一例を説明するためのフローチャートであり、車両Ｖｅが起動状態になっている場合に実行される。先ず、変速機１２で第２変速段（高速段、２ｎｄ）が設定されているか否かが判断される（ステップＳ３１）。このステップＳ３１で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。これとは反対にステップＳ３１で肯定的に判断された場合には、要求駆動力Ｐdがモータ２を駆動力源としかつ変速機１２で第２変速段を設定している状態での上限駆動力Ｐ2ndより小さいか否かが判断される（ステップＳ３１）。要求駆動力Ｐdはアクセル開度Ａccおよび予め用意してある駆動力マップに基づいて求めることができる。また、上限駆動力Ｐ2ndは、モータ２の最大出力トルク、第２変速段の変速比、前輪１１の車輪径などに基づいて求めることができる。

ステップＳ３２で肯定的に判断されれば、モータ２を駆動力源とし、かつ変速機１２で第２変速段を設定している状態で、要求駆動力Ｐdを充足する駆動力を出力できることになる。したがって、この場合は、変速機１２の変速段を第２変速段に固定して維持し、かつ発進クラッチ５を解放してエンジン１と自動変速機６あるいは後輪９との間のトルクの伝達を遮断する（ステップＳ３３）。そしてリターンする。

一方、ステップＳ３２で否定的に判断された場合には、変速機１２で第１変速段（低速段、１ｓｔ）を設定することによりモータ２によって要求駆動力Ｐdを充足できるか否かが判断される（ステップＳ３４）。すなわち、要求駆動力Ｐdがモータ２を駆動力源としかつ変速機１２で第１変速段を設定している状態での上限駆動力Ｐ1stより小さいか否かが判断される。このステップＳ３４で肯定的に判断された場合には、変速機１２での変速段を第２変速段から第１変速段に切り替え、また発進クラッチ５を解放状態に維持する（ステップＳ３５）。その後、リターンする。したがって、変速機１２での変速比が大きくなることにより前輪１１での駆動力が増大し、要求駆動力Ｐdを充足した走行を行うことができる。なお、変速機１２での変速は、ドグクラッチ１７を第２変速段を設定する係合状態から第１変速段を設定する係合状態に切り替えることにより実行され、その過程でドグクラッチ１７が一時的に解放状態になる。そのため、モータ２から前輪１１へのトルクが一時的に遮断され、その際に駆動力の低下などが生じる可能性がある。

また一方、ステップＳ３４で否定的に判断された場合には、要求駆動力Ｐdがモータ２を駆動力源としかつ変速機１２で第１変速段を設定している状態での上限駆動力Ｐ1st以上か否かが判断される（ステップＳ３６）。このステップＳ３６で肯定的に判断された場合には、発進クラッチ５を係合させてエンジン１と後輪９とをトルク伝達可能に連結する（ステップＳ３７）。したがって、エンジン１の出力が暖機などのために制限されているとしても、その出力トルクの少なくとも一部を後輪９に伝達できるので、車両Ｖｅの駆動力は、前輪１１と後輪９とで発生する駆動力を加算した駆動力になるので、要求駆動力Ｐdを充足し、あるいは駆動力の不足が少ない走行を行うことができる。なお、エンジン１が停止している場合には、エンジン１を始動することになる。また、ステップＳ３６で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。

図６に示す制御を行った場合の要求駆動力Ｐd、モータ２による駆動力の過不足、変速段、発進クラッチ５の係合・解放の各状態の変化を図７にタイムチャートで示してある。例えばエンジン水温Ｔweが判断基準温度αより低い場合、変速機１２では第２変速段を設定してモータ２を駆動力源として走行する。その状態では発進クラッチ５が解放していてエンジン１は後輪９に対して遮断されている。その状態でアクセルペダル（図示せず）が踏み込まれて要求駆動力Ｐdが増大し、その要求駆動力Ｐdが第２変速段の下でモータ２によって出力できる駆動力の上限駆動力Ｐ2nd以上になると（ｔ11時点）、第２変速段では要求駆動力Ｐdを充足することができないことの判断が成立する。それに伴って変速機１２では第２変速段から第１変速段に切り替える変速が実行される。その場合、発進クラッチ５は解放状態に維持される。また、エンジン１は暖機のために運転していてもよく、あるいは停止させておいてもよい、

要求駆動力Ｐdが更に増大して、第１変速段の下でモータ２によって出力できる駆動力の上限駆動力Ｐ1st以上になると（ｔ12時点）、最早、モータ２のみでは要求駆動力Ｐdを充足できないことになり、エンジン１による駆動力を必要とすることの判断が成立し、それに伴って発進クラッチ５が係合させられる。その状態でエンジン１を起動していれば、エンジン１のトルクが後輪９に伝達されて後輪９で駆動力が発生するので、要求駆動力Ｐdを充足することが可能になる。

本発明の実施形態においては、エンジン出力を一定値に維持するなど、モータ２のトルクで走行することが好ましい状態であっても、駆動力要求を充足することを優先する場合には、エンジン１を後輪９に連結するとともにエンジン１の出力を増大させる場合がある。エンジン１の出力を増大させて走行している状態で未だエンジン１や触媒コンバータ３の暖機が完了していないなどの場合には、要求駆動力Ｐdの低下に伴ってモータ２を駆動力源とする走行に切り替えることが望まれる。それに併せて変速機１２の変速段を第１変速段から第２変速段に切り替える。変速機１２での変速の際には一時的なトルクの遮断が生じるので、要求駆動力Ｐdが低下したことに伴う変速は、以下のように実行することが好ましい。

図８はその制御の一例を説明するためのフローチャートであり、このルーチンは、例えば暖機が完了していないなど、モータ２を駆動力源として走行することが好ましい走行状態で実行される。先ず、走行中の変速機１２で変速段が第１変速段（１ｓｔ）か否かが判断される（ステップＳ４１）。このステップＳ４１で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。したがって変速機１２の変速段は第２変速段（２ｎｄ）に維持される。

これに対してステップＳ４１で肯定的に判断された場合には、触媒暖機フラグＦccが未だＯＮであるか否かが判断される（ステップＳ４２）。なお、このステップＳ４２ではエンジン水温Ｔweが判断基準温度αより低いか否かを判断し、あるいはシリーズＨＶフラグＦhvがＯＮか否かを判断することとしてもよい。このステップＳ４２で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。変速機１２での変速時にエンジン１によってトルクアシストすることができるからである。

これとは反対にステップＳ４２で肯定的に判断された場合には、要求駆動力Ｐdが判断基準値Ｐ0以下か否かが判断される（ステップＳ４３）。この駆動力についての判断基準値Ｐ0は、アクセルペダルが踏み戻されているなどの「０」もしくはそれに近い値であり、実験などによって予め定めておくことができる。このステップＳ４３で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。すなわち、変速機１２での変速が禁止される。これに対してステップＳ４３で肯定的に判断された場合には、変速機１２における変速段が第２変速段に切り替えられ（ステップＳ４４）、リターンする。すなわち、変速が実行される。

この図８に示す制御を実行した場合の要求駆動力Ｐd、触媒暖機フラグＦcc、変速機１２での変速段の変化を図９にタイムチャートで示してある。暖機が完了していない状態であっても要求駆動力Ｐdが所定値以上（例えば前述した第１変速段でのモータ２による上限駆動力Ｐ1st以上）の場合には、変速機１２の変速段が第１変速段に設定され、かつエンジン１が後輪９に連結されて、要求駆動力Ｐdを充足するようにトルクを出力している。その走行状態でアクセルペダルが踏み戻されると、要求駆動力Ｐdが上記の上限駆動力Ｐ1stを下回る（ｔ21時点）。要求駆動力Ｐdは変速機１２の変速段を第２変速段に設定しても充足することができるが、この時点では要求駆動力Ｐdが上記の判断基準値Ｐ0より大きいから、第２変速段に切り替える変速は実行されない。

要求駆動力Ｐdが更に低下して上記の判断基準値Ｐ0以下になると（ｔ22時点）、変速機１２での変速が実行されて第２変速段に切り替えられる。その場合、ドグクラッチ１７が一時的に解放状態になるので、モータ２のトルクが前輪１１に対して一時的に遮断される。しかしながら、このｔ22時点では、アクセルペダルが踏み戻されて要求駆動力Ｐdがほぼゼロに低下しており、しかも車両Ｖｅはわずかな駆動力もしくは慣性力で走行している。したがって、前輪１１の駆動力が一時的にゼロになっても駆動力の変化が車体の挙動もしくは加速度に影響することが殆どなく、ショックなどの違和感を生じさせることがない。特に、判断基準値Ｐ0をその時点の車速Ｖに応じた正の値としておけば、エンジンブレーキ力がゼロに近い状態で変速を実行することになるので、エンジンブレーキ力が一時的に失われるなどの事態が生じることを回避もしくは抑制することができる。

本発明の実施形態における車両Ｖｅでは、エンジン１の運転を止めた停車中に、モータ２のトルクを前輪１１に伝達して停車状態を維持することができる。その状態で変速機１２で変速を実行すると、ドグクラッチ１７が一時的に解放状態になることにより車両Ｖｅの駆動力が変化し、それに伴ってショックが発生することがある。このようなショックを減殺するために本発明の実施形態における制御装置は、以下の制御を実行する。

図１０はその制御の一例をフローチャートで示してあり、ここに示すルーチンは車両Ｖｅが停止している状態で実行される。先ず、運転者による起動操作が行われることにより、ＩＧ−ＯＮ（ステップＳ５１）とした後に、変速機１２で第２変速段を設定することを指示するフラグＦ2ndがＯＮになっているか否かが判断される（ステップＳ５２）。前述したように暖機などのためにエンジン１の出力を一定値に維持する場合には、モータ２を駆動力源として走行している状態での変速機１２での変速を避けるために発進時から第２変速段を設定する。したがって、ステップＳ５２ではそのようなモータ２による走行を行う状態になっていることの判断が行われる。このステップＳ５２で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。したがって第１変速段が設定され、維持される。

これに対してステップＳ５２で肯定的に判断された場合には、エンジン１を始動する準備が整っているか否かが判断される（ステップＳ５３）。この判断は、例えばエンジン１や触媒コンバータ３の暖機の要求があるか否かの判断であってよい。このステップＳ５３で肯定的に判断された場合には、エンジン１の始動と第２変速段（２ｎｄ）への変速とを同時に実行する（ステップＳ５４）。

上記の制御を行った場合の各制御フラグの状態や変速の実行を図１１にタイムチャートで示してある。エンジン１の運転を止めた停車中のｔ31時点にＩＧ−ＯＮとなると、暖機が完了していないなどのことにより、フラグＦ2ndがＯＮとされる（ｔ32時点）。エンジン１あるいは触媒コンバータ３の暖機が完了していないことにより、その後のｔ33時点にエンジン１を始動するための指令信号が出力される。これと併せて変速機１２での変速段を第１変速段から第２変速段に切り替える変速が実行される。

エンジン１の始動は、発進クラッチ５を解放し、あるいは自動変速機６をニュートラルとした状態で発電機４をモータとして機能させて発電機４によってエンジン１をクランキングし、あるいは図示しないスタータモータによってエンジン１をクランキングして行う。したがってエンジン１が回転することに伴って、またエンジン１で燃焼が生じることに伴って振動が発生する。これとほぼ同時に変速機１２で変速が実行されて前輪１１の駆動力が変化する。そのため、変速機１２においてドグクラッチ１７が一時的な解放状態を伴って切り替え動作することによる駆動力の変化が、エンジン１を始動することに伴う振動と混然一体となり、変速段を第１変速段から第２変速段に切り替えることがショックなどの違和感の要因となることを回避もしくは抑制することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されないのであって、車両は四輪駆動車以外に二輪駆動車であってもよい。したがって、エンジンによって駆動する車輪とモータによって駆動する車輪とが同じ車輪であってもよい。また、前述した発電機４を備えていない車両であってもよい。さらに、本発明では、エンジンに替えて走行用のモータを第２駆動力源として備えた車両であってもよい。そしてまた、本発明における車両は、上述した自動変速機を備えていない車両であってもよい。なお、有段式の自動変速機を備えている場合には、自動変速機をニュートラル状態とすることによりエンジンと駆動輪とをトルクを伝達しないように切り離すことができ、その場合には前述したクラッチ機構を設けていなくてもよい。

また、図１０に示す制御例では、エンジンの始動と変速機での変速とを同時に実行するように構成したが、エンジンの始動に替えて、始動の完了しているエンジンをクラッチ機構によって駆動輪に連結する際に、変速機での変速を同時に実行することとしてもよい。

１…エンジン、２…モータ、３…排ガス浄化触媒（触媒コンバータ）、４…発電機、５…発進クラッチ、９…後輪、１１…前輪、１２…変速機、１７…ドグクラッチ、１７ａ…シフトスリーブ、１７ｂ…固定スリーブ、１７ｃ…可動スリーブ、１８…アクチュエータ、１９…固定部、２３…モータコントローラ、２６…電子制御装置（ＥＣＵ）、Ｖｅ…車両。

Claims

第１変速段と第２変速段との少なくとも二つの変速段を設定可能な変速機と、前記変速機を介して駆動輪にトルクを出力する第１駆動力源と、前記駆動輪もしくは他の駆動輪にトルクを出力する第２駆動力源とを備えた車両の制御装置において、
前記変速機は、前記第１変速段を設定する場合と前記第２変速段を設定する場合とでトルク伝達可能な係合状態となり、かつ前記第１変速段を設定する係合状態と前記第２変速段を設定する係合状態との間で切り替わる際にトルクを遮断する解放状態となるドグクラッチを有し、
前記変速機を制御するコントローラが設けられ、
前記コントローラは、
前記第２駆動力源が出力するトルクにより前記駆動輪もしくは前記他の駆動輪の駆動力を増大させることが制限されていることを判断し、
前記車両の発進時に前記駆動力を増大させることが制限されていることの判断が成立していない場合には前記車両が発進する際には前記変速機を前記第１変速段に設定するとともに、前記車両が走行中でかつ前記駆動力を前記発進時の駆動力より増大させた状態で予め定めた所定の条件が成立した際に前記第２変速段を設定し、
前記車両の発進時に前記駆動力を増大させることが制限されていることの判断が成立している場合には前記車両が発進する際に前記第２変速段を設定する
ことを特徴とする車両の制御装置。
請求項１に記載の車両の制御装置において、
前記第１駆動力源は、電動モータであり、
前記第２駆動力源は、内燃機関であり、
前記車両は、前記電動モータのトルクで走行する第１走行モードと、前記内燃機関のトルクで走行する第２走行モードとが可能なハイブリッド車両である
ことを特徴とする車両の制御装置。
請求項１または２に記載の車両の制御装置において、
前記第２駆動力源と前記駆動輪もしくは前記他の駆動輪との間にトルクを遮断するクラッチ機構が設けられ、
前記コントローラは、前記クラッチ機構をトルクを伝達しない解放状態に設定して走行する条件が成立している場合に、前記第２駆動力源が出力するトルクにより前記駆動輪もしくは前記他の駆動輪の駆動力を増大させることが制限されていることの判断を成立させるように構成されている
ことを特徴とする車両の制御装置。
請求項２を引用する請求項３に記載の車両の制御装置において、
前記クラッチ機構を解放して走行する条件は、前記第１走行モードを設定する条件である車両の制御装置。
請求項２と、請求項２を引用する請求項３または４とのいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
前記内燃機関は、排ガス浄化触媒を有し、
前記コントローラは、前記排ガス浄化触媒を暖機する条件が成立している場合に、前記第２駆動力源が出力するトルクにより前記駆動輪もしくは前記他の駆動輪の駆動力を増大させることが制限されていることの判断を成立させるように構成されている
ことを特徴とする車両の制御装置。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
前記所定の条件は、前記車両の車速と前記車両の要求駆動力との少なくともいずれか一方が、予め定めた基準値以上になることである車両の制御装置。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
前記駆動輪は、前輪であり、
前記他の駆動輪は、後輪であり、
前記第２駆動力源は、前記後輪にトルクを出力するように構成され、
前記第１変速段の変速比は、前記第２変速段の変速比より小さくなっており、
前記所定の条件は、前記前輪および前記後輪を駆動輪として動作させる四輪駆動状態を設定する条件である
ことを特徴とする車両の制御装置。
請求項２と、請求項２を引用する請求項３ないし７のいずれか一項とのうちのいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
前記コントローラは、前記内燃機関を始動する条件と前記変速機での変速段を変更する条件とが成立した場合に、前記内燃機関の始動と前記変速段の変更とを同時に実行することを特徴とする車両の制御装置。