(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
複数の変速段を有し変速比を不連続に変更する自動変速機と、
前記エンジンに接続され、必要に応じて前記エンジンの駆動力をアシストするモータと、
前記モータに電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの蓄電量から前記モータによりアシスト可能な最大トルクを演算する手段と、
運転状態に応じて要求駆動力を演算する手段と、
要求駆動力増大時、前記モータで最大限アシストした場合に、アシストを行わない場合に比べて前記変速機のより高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能か判断する判断手段と、
より高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能と判断した場合は、この変速段を選択するとともに前記モータで前記エンジンをアシストすることによって要求駆動力を実現し、より高い変速段では前記要求駆動力を実現不可能と判断した場合は、前記モータによるアシストは行わず前記変速機をより低い変速段にシフトダウンさせて要求駆動力を実現する制御手段と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】
前記判断手段が、前記モータで最大限アシストした場合に前記変速機をシフトダウンさせることなく前記要求駆動力を実現できる場合に、アシストを行わない場合に比べて前記変速機のより高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能と判断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。
【請求項３】
前記制御手段が、前記モータで前記エンジンをアシストする場合に、前記モータのアシストトルクをアシスト可能な最大トルクよりも小さなトルクとすることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
【請求項４】
前記制御手段が、前記モータで前記エンジンをアシストする場合に、前記エンジンを最適燃費線上のトルクに制御するとともに、要求駆動力に対応するトルクから前記最適燃費線上のトルクを減じた分を前記モータでアシストすることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
有段自動変速機を備えたハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−１１０６０３号に示されるように、エンジン及び電気モータで車両を駆動するパラレル式のハイブリッド車両の中には、変速機として有段の自動変速機を備えたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかし、上記ハイブリッド車両において、加速時の要求駆動力の増大分を賄う動力源（以下、加速動力源）としてモータのみを用いた場合、そのときのバッテリの充電状態によって得られる加速トルクが変化するため、アクセル操作に対して一定の駆動力が得られないという問題がある。一方、加速動力源としてエンジンにのみ依存する場合、ダウンシフトすることにより加速トルクが得られるが、効率の悪い運転点でエンジンを動かすためハイブリッド車両のメリットである燃費の優位性が損なわれてしまう。
【０００４】
本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたもので、加速動力源としてエンジン、モータを効果的に使い分けることで加速性能の安定と燃料消費量の低減とを両立させることを目的とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、ハイブリッド車両において、エンジンと、複数の変速段を有し変速比を不連続に変更する自動変速機と、前記エンジンに接続され、必要に応じて前記エンジンの駆動力をアシストするモータと、前記モータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリの蓄電量から前記モータによりアシスト可能な最大トルクを演算する手段と、運転状態に応じて要求駆動力を演算する手段と、要求駆動力増大時、前記モータで最大限アシストした場合に、アシストを行わない場合に比べて前記変速機のより高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能か判断する判断手段と、より高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能と判断した場合は、この変速段を選択するとともに前記モータで前記エンジンをアシストすることによって要求駆動力を実現し、より高い変速段では前記要求駆動力を実現不可能と判断した場合は、前記モータによるアシストは行わず前記変速機をより低い変速段にシフトダウンさせて要求駆動力を実現する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明における判断手段が、前記モータで最大限アシストした場合に前記変速機をシフトダウンさせることなく前記要求駆動力を実現できる場合に、アシストを行わない場合に比べて前記変速機のより高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能と判断するものである。
【０００７】
第３の発明は、第１または第２の発明における制御手段が、前記モータで前記エンジンをアシストする場合に、前記モータのアシストトルクをアシスト可能な最大トルクよりも小さなトルクとするものである。
【０００８】
第４の発明は、第１または第２の発明における制御手段が、前記モータで前記エンジンをアシストする場合に、前記エンジンを最適燃費線上のトルクに制御するとともに、要求駆動力に対応するトルクから前記最適燃費線上のトルクを減じた分を前記モータでアシストするものである。
【０００９】
【作用及び効果】
したがって、本発明に係るハイブリッド車両においては、高負荷運転時、モータで最大限アシストした場合に、アシストを行わない場合に比べて変速機のより高い変速段を選択しても要求駆動力を実現可能か判断され、より高い変速段では要求駆動力を実現できない場合、例えば、アシストを行っても結局シフトダウンしなければ要求駆動力を実現できない場合にはアシストが行われず、シフトダウンによって要求駆動力が実現される。これにより、モータの電力消費を節減できるとともに、エンジンがより効率のよい高負荷の運転点にて運転されることとなり、燃費効率も高くなる（図９参照）。一方、アシスト行うことによりより高いギア位置を選択可能な場合にはモータによりアシストが行われるので、高速ギアでの走行となって燃費が向上する（図８参照）。
【００１０】
また、モータによるトルクアシストを行う場合、最大アシスト可能トルクでアシストを行うとエンジンのトルクが最適燃費線上のトルクよりも小さくなり、エンジンの効率が落ちてしまうが、最大アシスト可能トルクよりも小さなトルクでアシストを行うことにより、エンジンを最適燃費線上近傍で運転させることが可能となる。このとき、エンジンの運転点を最適燃費線上の点に移行させた上で、要求駆動力に対応するトルクから最適燃費線上のトルクを減じた分をモータでアシストするようにすれば、エンジンをより効率の良い運転点で運転させることができ、燃費をさらに向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は本発明に係るハイブリッド車両の概略構成を示す。エンジン１にはアシスト用モータ２が機械的に連結されており、さらに、エンジン１及びモータ２は、変速機３、プロペラシャフト４、差動装置５、駆動軸６を介して駆動輪７に連結されている。
【００１３】
エンジン１には燃料噴射装置、点火装置の他、電子制御式のスロットル弁が設けられ、このスロットル弁の開度を制御してエンジン１の吸入空気量を調節することでエンジン１のトルクを制御することができる。また、エンジン１にはエンジン１の回転速度を検出するセンサ（クランク角センサ）１１が取り付けられている。
【００１４】
モータ２は、エンジン始動時にエンジン１をクランキングする際や加速時、登坂走行時等にエンジン出力をアシストする際に用いられる他、減速時に制動エネルギーを回生する際にも用いられる。また、バッテリ残量が低いとき等にはエンジン１の余剰トルクを用いて発電を行い、バッテリ１６を充電する。
【００１５】
モータ２はインバータ８を介してバッテリ９に接続されており、力行時に必要な電力をバッテリ９から供給されるとともに、回生動作時には回生した電力でもってバッテリ９を充電する。バッテリ９にはその端子間電圧を検出するセンサ１２が取り付けられており、検出された端子間電圧からバッテリ９の残存容量（充電状態）を求めることができる。
【００１６】
変速機３は、遊星歯車機構、クラッチ、油圧回路等で構成されたロックアップ機構つきの有段自動変速機であり、図５に示す変速マップを用いて変速が行われる。変速機３はここでは１速ギアから５速ギアまでの変速比が不連続に変化する５つの変速段をもつ有段変速機である。変速機３の出力軸には車速を検出するセンサ１３が取り付けられている。
【００１７】
また、車両には上記センサ１１〜１３のほか、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するセンサ１４等、車両の運転状態を検出するための各種センサが取り付けられており、これらセンサによって検出された信号は制御装置２０に入力される。
【００１８】
エンジン１、モータ２、変速機３等の制御はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等で構成される制御装置２０において行われる。制御装置２０は、通常走行時においては、アクセル操作量と車速から運転者が要求する駆動力を求め、この要求駆動力が得られるようにエンジン１及びモータ２のトルク、速度、変速機３の変速段をそれぞれ制御する。
【００１９】
ところで、加速時は要求駆動力が増大するため、これに対応させてエンジン１あるいはモータ２から駆動輪７に伝達されるトルクを増大させる必要があるが、要求駆動力の増大分（加速駆動力）を常にモータトルクだけで負担するとなると、モータ２のアシスト可能なトルクがバッテリ１６の残存容量に応じて変化するため、安定した加速性能を実現することができなくなる。また、常にエンジントルクだけで負担するとなるとエンジン１を効率の悪い運転点で運転することが多くなり、燃費性能が悪化する。
【００２０】
そこで、制御装置２０は、バッテリ残存容量からモータ２がアシスト可能なトルクを求め、モータアシストトルクが十分に確保できるときはモータアシストにより要求駆動力を実現し、モータアシストトルクが十分に確保できないときはモータアシストはせずに変速機３のシフトダウンによって要求駆動力を実現する。
【００２１】
図２は制御装置２０が行う加速時の駆動力制御の内容を示したフローチャートである。
【００２２】
これについて説明すると、まず、ステップＳ１では運転パラメータとして車速ＶＳＰ、エンジン回転速度Ｎｅ、バッテリ充電状態ＳＯＣ、アクセル操作量ＡＰＯが読み込まれる。そしてステップＳ２では、車速ＶＳＰとアクセル操作量ＡＰＯとに基づき図３に示すマップを参照して目標総駆動力ｔＦｄが演算される。
【００２３】
ステップＳ３では、モータ２の定格とバッテリ充電状態ＳＯＣとに基づきモータ２がアシスト可能な駆動力の最大値Ｆｍｍａｘが演算される。アシスト可能駆動力Ｆｍｍａｘはモータ２の定格が大きい程、バッテリ９の充電状態ＳＯＣが高いほど大きな値に演算される。
【００２４】
ステップＳ４では目標総駆動力ｔＦｄからモータアシスト駆動力Ｆｍｍａｘを減じた値を図４に示すようなマップを用いてアクセル操作量相当値に換算し、さらにこのアクセル操作量相当値と車速ＶＳＰとに基づき図５に示すような変速マップを参照して、モータ２で最大限のアシストをした場合に予想される変速機３のギア位置ＧＰ１が演算される。
【００２５】
ステップＳ５では目標総駆動力ｔＦｄを図４に示すようなマップを用いてアクセル操作量相当値に換算し、さらにこのアクセル操作量相当値と車速ＶＳＰとに基づき図５に示すような変速マップを参照して、モータ２でアシストをせずエンジン１のみで加速する場合に予想される変速機３のギア位置ＧＰ２が演算される。
【００２６】
ステップＳ６ではステップＳ４で演算したギア位置ＧＰ１がステップＳ５で演算したギア位置ＧＰ２よりも大きいか、すなわち、モータアシストすることによってシフトダウンする必要がなくなり高速ギアでの走行が可能になるか否かが判断される。
【００２７】
ギア位置ＧＰ１がギア位置ＧＰ２よりも大きいとき、すなわちアシストを行うことによりアシストを行わない場合より高いギア位置で走行できるとき（シフトダウンすることなく高いギア位置で走行することができるとき等）は、この高いギア位置ＧＰ１を選択してモータ２によるアシストを行うべくステップＳ７以降に進む。これに対し、ギア位置ＧＰ１がギア位置ＧＰ２と等しいとき、すなわちアシストを行ってもアシストを行わない場合より高いギア位置で走行することができないときは、モータアシストは行わず、より低いギア位置ＧＰ２へのシフトダウンにより要求駆動力の増大に対応すべくステップＳ１０以降に進む。
【００２８】
モータアシストをするとして進んだステップＳ７では、エンジン回転速度Ｎｅに基づき図６に示すマップを参照して最適燃費線上のエンジントルクが演算され、それがエンジン１の目標トルクに設定される。ステップＳ８ではギア位置ＧＰ１と目標総駆動力ｔＦｄとに基づき、ギア位置ＧＰ１で目標総駆動力ｔＦｄを実現するのに必要なトルク（目標総トルク）が演算され、この目標総トルクから目標エンジントルクを減じてモータ２の目標アシストトルクが演算される。
【００２９】
そしてステップＳ９では、ギア位置ＧＰ１を選択した上で、エンジン１のトルクが目標エンジントルクが実現されるようにエンジン１のスロットル開度が制御されるとともに、モータ２のトルクが目標アシストトルクとなるようにモータ２への供給電力が制御される。
【００３０】
なお、この時点までの変速ギア位置がＧＰ１であればステップＳ９での指令はギア位置ＧＰ１を維持ということになり、この時点までの変速ギア位置がＧＰ１よりも高いものであった場合にはステップＳ９での指令はギア位置ＧＰ１にシフトダウンということになる。
【００３１】
一方、モータアシストしないとして進んだステップＳ１０では、エンジン回転速度Ｎｅとギア位置ＧＰ２とに基づき図６に示すマップを参照して目標エンジントルクが演算され、ステップＳ１１では変速機３の変速段がギア位置ＧＰ２に変更（シフトダウン）されるとともに、目標エンジントルクが実現されるようエンジン１のスロットル開度が制御される。
【００３２】
したがって、上記駆動力制御によれば、加速時等の高負荷時は、まず、モータアシストによってシフトダウンを行うことなく高速側のギアで目標総駆動力を実現できるかが判断され、高速側のギアで目標総駆動力が実現できるときにのみモータアシストが行われ、そうでないときはモータアシストは行われずにシフトダウンが行われる。
【００３３】
図７は加速時にエンジン１の運転点が変化する様子を示したものである。運転点▲１▼で運転中にアクセルペダルが踏み込まれ要求駆動力が増大すると、エンジン１に要求されるトルクも図中矢印で示すように増大する。この場合のように、エンジン１に要求されるトルクがエンジン１の最大トルクを超えてしまうと、要求駆動力を実現するには変速機３の変速段を５速ギアから４速ギアにシフトダウンさせて運転点を▲２▼と等出力線上にある運転点▲３▼に移行するか、モータ２を力行させてアシストしエンジン１が負担するトルクを下げる必要がある。
【００３４】
このとき、バッテリ９の残量が多くてモータ２のアシスト可能なトルクが多く、シフトダウンしなくてもモータアシストのみで要求駆動力を実現できるときは、図８に示すようにモータアシストしてエンジン１に要求されるトルクを最大トルクより下げ、現在の高速側のギアで引き続き走行できるようにし、これによってエンジン回転速度を抑えて燃料消費量を抑える。
【００３５】
また、このときアシスト可能な最大トルクでモータ２によるアシストを行うと、図中破線矢印で示すようにエンジン１の運転点が▲２▼から▲５▼に移動して最適燃費線から離れ、エンジン１の運転効率が低下してしまうことから、エンジン１の運転点を最適燃費線上の▲４▼に設定し、要求トルクと最適燃費線上のトルクとの差をモータ２によってアシストするようにする。
【００３６】
一方、バッテリ残量が少なく、シフトダウンしなければモータアシストによっても要求駆動力を実現できないときは、図９に示すようにシフトダウンすることで運転点を▲２▼から等出力線上の▲６▼へと変更し、要求駆動力を実現する。そして、このシフトダウンした状態でさらにモータアシストを行うと図中矢印で示すようにエンジン１の運転点が最良燃費線から離れて効率が悪くなるので、モータ２によるモータアシストは行わない（モータアシスト禁止）。
【００３７】
また、例えば、５速ギアでの走行中にアクセルペダルが大きく踏み込まれて要求駆動力が大幅に増大し、モータアシスト無しでは３速ギアにシフトダウンしなければ要求駆動力を実現することができない、という場合にも、アシスト可能な最大トルクでモータアシストすることによって４速ギア（３速ギアよりも高いギア位置）での走行が可能な場合には、この４速ギアへシフトダウンすることを選択し、この条件の下で、エンジン１の運転点を最適燃費線上に設定し、要求トルクと最適燃費線上のトルクとの差をモータ２によってアシストする。
【００３８】
このように、本発明に係るハイブリッド車両では、高負荷時において、シフトダウンしなければモータアシストによっても要求駆動力が実現できない状況でのみシフトダウンを行うようにし、それ以外はモータでアシストするようにしたことにより、高速ギアで走行する頻度が多くなり、エンジン１の回転を低く抑えて燃料消費量を低く抑えることができる。
【００３９】
なお、上記実施形態は遊星歯車式の有段自動変速機を備えたハイブリッド車両であるが、本発明は変速機をステップ的に変化させるモードを有する無段変速機に対しても同様に適用することができる。
【００４０】
また、上記実施形態においては、モータ２をエンジン１と変速機３の間に配置する構成としているが、これに限られるものではなく、例えば、モータ２をエンジン１の任意の場所に取り付けて、ベルト又はチェーンによって、所定の変速比をもってエンジン１と同期回転するように接続する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】加速時の駆動力制御の内容を示したフローチャートである。
【図３】車速及びアクセル操作量から駆動力を演算するためのマップである。
【図４】駆動力をアクセル操作量相当値に換算するためのマップである。
【図５】変速機の変速マップである。
【図６】エンジンの燃費性能マップである。
【図７】加速時にエンジンに要求されるトルクが変化する様子を示した図である。
【図８】加速時にモータアシストを行うときの様子を示した図である。
【図９】加速時にモータアシストを行わずにシフトダウンをする様子を示した図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  モータ
３  変速機
９  バッテリ
１１  エンジン回転速度センサ
１２  バッテリ端子間電圧センサ
１３  車速センサ
１４  アクセル操作量センサ
２０  制御装置
【図１】
0003601508.tif 000002
【図２】
0003601508.tif 000003
【図３】
0003601508.tif 000004
【図４】
0003601508.tif 000005
【図５】
0003601508.tif 000006
【図６】
0003601508.tif 000007
【図７】
0003601508.tif 000008
【図８】
0003601508.tif 000009
【図９】
0003601508.tif 000010