(57)【要約】【課題】ハイブリッド車で変速比をステップ的に変化させるアップシフトの際のショックを抑制する。【解決手段】駆動力源としてエンジンと発電機とを備えるとともに、その発電機によって前記エンジンの回転数を制御して変速比をステップ的に変化させることのできるハイブリッド車の変速制御装置において、変速比を低下させるアップシフトを行うために前記エンジンに対する燃料の供給が停止された場合に、エンジンで生じるフリクショントルクが大きいほど、前記アップシフトの変速速度を速くする変速速度設定手段（ステップＳ１０７）を備えている。回転数の低下に伴う慣性トルクでフリクショントルクを減殺し、駆動トルクの変化を滑らかにすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力源としてエンジンと発電機とを備えるとともに、その発電機によって前記エンジンの回転数を制御して変速比をステップ的に変化させることのできるハイブリッド車の変速制御装置において、
変速比を低下させるアップシフトを行うために前記エンジンに対する燃料の供給が停止された場合に、エンジンで生じるフリクショントルクが大きいほど、前記アップシフトの変速速度を速くする変速速度設定手段を備えていることを特徴とするハイブリッド車の変速制御装置。
【請求項２】
前記発電機は、前記エンジンが出力する動力が伝達されて発電を行う発電機を含み、
前記変速速度設定手段は、前記発電機で発電に要するトルクを増大させて前記変速速度を速くする手段を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の変速制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンと発電機もしくはモータとを動力源として備えたハイブリッド車に関し、特に車速に対するエンジン回転数を変化させる変速制御を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両におけるハイブリッドの形式は種々知られており、その一例としてエンジンが出力した動力を、車輪側と発電機（もしくはモータ・ジェネレータ）とに分割するように構成されたハイブリッド駆動装置が知られている。この種のハイブリッド駆動装置では、エネルギ回生を行うことができるだけでなく、エンジンが出力した駆動力の一部を電力に変換することに伴って発電機によってエンジン回転数を制御できるので、エンジン回転数を最適燃費回転数に制御することにより車両の全体としての燃費を向上させることができる。
【０００３】
この種のハイブリッド駆動装置における発電機によるエンジン回転数の制御は、装置の構成の点では任意に行うことが可能であり、したがって車速に対するエンジン回転数の比率すなわち変速比を所定値に維持することも可能である。その例が特許文献１に記載されており、車速もしくは出力軸回転数に対するエンジン回転数の比率である変速比を６種類用意し、車両の走行状態もしくは手動操作に基づいてそれらの変速比を選択して設定するように構成された装置が特許文献１に記載されている。また、この特許文献１に記載された装置では、変速比を小さくするアップシフトの際にエンジンパワーを低下させることとしており、その場合、エンジン回転数の低下に伴ってイナーシャパワーが発生するので、そのイナーシャパワーを減じたパワーを上限としてエンジンを制御している。
【０００４】
また、従来、変速時に駆動トルクが急激に変化するとショックが発生するので、変速の前後でのトルクの変化を滑らかにすることが行われている。これは無段変速機についても同様であって、例えば特許文献２には、手動操作によって変速比を選択可能であって、変速の前後でのトルク差、あるいは変速比の差が大きい場合には、小さい場合に比較して、変速速度を遅くするように構成された無段変速機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７９２９１号公報
【特許文献２】特開２００６−０７１００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているように変速に伴うイナーシャパワーをも考慮してエンジンパワーを低下させれば、アップシフトが速やかに進行し、変速感が良好になる。しかしながら、アップシフト時のエンジン出力や車速などのいわゆる走行の状況によってはエンジンパワーを大きく低下させる必要があり、その目標パワーが、エンジンで出力し得る下限値を下回る場合がある。このような場合、特許文献１に記載された装置では、エンジンパワーを目標値にまで低下させることができないので、アップシフトが進行せずに変速の遅れやそれに起因する違和感が生じる可能性がある。なお、特許文献２に記載された装置は、変速速度を低下させてトルクの変化量あるいはショックを抑制するように構成されているので、手動操作によって変速を実行するのに対して実際の変速が遅くなるので、ドライバビリティが悪化し、あるいは違和感が生じる可能性がある。
【０００７】
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、エンジン回転数を発電機によって低下させてアップシフトを進行させるように構成されたハイブリッド車において、エンジンの出力を停止させてアップシフトを進行させる際のショックを改善することのできる変速制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために請求項１の発明は、駆動力源としてエンジンと発電機とを備えるとともに、その発電機によって前記エンジンの回転数を制御して変速比をステップ的に変化させることのできるハイブリッド車の変速制御装置において、変速比を低下させるアップシフトを行うために前記エンジンに対する燃料の供給が停止された場合に、エンジンで生じるフリクショントルクが大きいほど、前記アップシフトの変速速度を速くする変速速度設定手段を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記発電機は、前記エンジンが出力する動力が伝達されて発電を行う発電機を含み、前記変速速度設定手段は、前記発電機で発電に要するトルクを増大させて前記変速速度を速くする手段を含むことを特徴とするハイブリッド車の変速制御装置である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、エンジン回転数を発電機によって低下させることにより変速比を小さくするアップシフトの際に、エンジンに対する燃料の供給が停止された場合、ハイブリッド車あるいはエンジンの回転数から決まるフリクショントルクに応じて変速速度が定められる。すなわち、フリクショントルクが大きいほど、変速速度が速くされる。その結果、エンジンの回転数の低下に伴う慣性トルクの増加により、フリクショントルクによる発電機トルクやエンジントルクの低下を抑制できるため、駆動トルクの低下が緩和されるので、フューエルカットを伴うアップシフトの際のショックを防止もしくは抑制することができる。
【００１１】
また、請求項２の発明によれば、発電機によってエンジン回転数を、前記変速速度設定手段で設定された変速速度に合わせて低下させる場合、発電電力や消費電力が過度に増大することが抑制もしくは防止され、発電機を接続してあるバッテリなどの蓄電装置におけるエネルギ収支が良好になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係る変速制御装置によって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２】目標変速時間を定めたマップの一例である。
【図３】図１に示す制御を実行した場合の駆動トルクやエンジン回転数、第１のモータ・ジェネレータの回転数などの変化を示すタイムチャートである。
【図４】フューエルカットを伴うアップシフトの際に図１に示す制御を実行しなかった場合の駆動トルクやエンジン回転数、第１のモータ・ジェネレータの回転数などの変化を示すタイムチャートである。
【図５】この発明で対象とすることのできるハイブリッド車の駆動系統および制御系統を簡略化して示す模式図である。
【図６】その動力分割機構を構成している遊星歯車機構についての共線図である。
【図７】エンジン回転数と、車速と、変速段との関係を定めた変速段マップの一例を示す図である。
【図８】エンジンパワーとエンジン回転数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明に係る変速制御装置が対象とするハイブリッド車は、エンジンと発電機（もしくはモータ・ジェネレータ）とを備え、その発電機でエンジンの回転数を制御して、駆動輪や出力軸の回転数とエンジンの回転数との比率である変速比を所定の値に設定し、またその変速比を変化させる変速を実行するように構成されたハイブリッド車である。この種の車両におけるハイブリッド駆動装置の一例は、エンジンを動力分割機構に連結し、エンジンが出力した動力をその動力分割機構によって、出力側と発電機側とに分割するように構成された装置である。これを模式的に示すと図５のとおりであり、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（以下、エンジンと記す）１が動力分割機構２に連結されている。この動力分割機構２は、差動作用のある機構であって、一例として遊星歯車機構によって構成されており、サンギヤ３と、このサンギヤ３と同心円上に配置されたリングギヤ４と、これらサンギヤ３およびリングギヤ４に噛み合っているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持するキャリヤ５とを備えている。エンジン（Ｅ／Ｇ）１はそのキャリヤ５に連結されており、またサンギヤ３にはこの発明における発電機に相当する第１のモータ・ジェネレータ（ＭＧ１）６が連結されている。そして、リングギヤ４が出力要素となっていて駆動輪（図示せず）に駆動力を出力するようになっている。また、そのリングギヤ４には、電力を駆動力として出力し、あるいは車両の有する走行慣性エネルギを電力として回生する第２のモータ・ジェネレータ（ＭＧ２）７が連結されている。
【００１４】
これらの各モータ・ジェネレータ６，７は、バッテリなどの蓄電装置やインバータを含むコントローラ８に電気的に接続されている。さらに、各モータ・ジェネレータ６，７による発電やモータとしての駆動、そのトルクや回転数を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）９がコントローラ８に電気的に接続されている。この電子制御装置９は、マイクロプロセッサを主体にして構成され、図示しない各種のセンサから入力されたデータや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信号としてコントローラ８に出力するように構成されている。
【００１５】
上記の動力分割機構２を構成している遊星歯車機構についての共線図を図６に示してあり、「Ｓ」はサンギヤ３、「Ｃ」はキャリヤ５、「Ｒ」はリングギヤ４をそれぞれ示しており、また矢印はそれらの各回転要素に掛かっているトルクの方向を示している。出力要素であるリングギヤ４には、走行に伴う負荷（抵抗力）が作用しており、これに対してキャリヤ５には、エンジン１から出力された駆動トルクが作用している。そして、第１のモータ・ジェネレータ６を発電機として機能させることにより、サンギヤ３に対してその回転数を減じる方向のトルクが作用している。したがって、このような駆動状態で第１のモータ・ジェネレータ６の回転数の増減に応じてエンジン１の回転数が増減するので、第１のモータ・ジェネレータ６によって、車速もしくは駆動輪の回転数に対するエンジン１の回転数である変速比を適宜に制御することができる。例えば、燃費を重視する制御においては、要求されている出力における燃費が最小となる回転数を求め、エンジン回転数がその回転数となるように第１のモータ・ジェネレータ６の回転数が制御される。また、動力性能やいわゆるスポーティ感などを良好にするためには、手動操作に基づいて選択された変速比に対応するエンジン回転数となるように第１のモータ・ジェネレータ６の回転数が制御される。このような手動操作に基づいて変速比を設定する制御の一例を簡単に説明すると、図７に例示する車速Ｖとエンジン回転数Ｎｅと各変速段との関係をマップとして予め用意しておき、車速Ｖとその時点で選択されている変速段とに基づいてマップから目標エンジン回転数Ｎｅを算出する。そして、その目標エンジン回転数Ｎｅによって目標パワーを除算することによりエンジン１の目標トルクを算出し、その目標トルクを出力するようにエンジン１を制御する。ガソリンエンジンにあってはスロットル開度を制御する。
【００１６】
上記のハイブリッド車において、駆動輪もしくは出力軸の回転数とエンジン回転数との比率である変速比を小さくするアップシフトを行う場合、変速後の変速比と車速もしくは出力軸回転数とで求まるエンジン回転数を目標回転数として、第１のモータ・ジェネレータ６によってエンジン回転数を低下させる。その制御は、先ずは、エンジン１が出力するするパワーを低下させることにより、その回転数を低下させて行う。そのパワーの目標低下量は、目標変速速度、動力分割機構２を構成している遊星歯車機構のギヤ比、第１のモータ・ジェネレータ６の回転数、第１のモータ・ジェネレータ６およびエンジン１の慣性モーメントなどによって決まる。したがって、エンジンパワーの低下量が大きい場合には、エンジン１の要求出力パワーが下限出力パワーを下回ることがあり、そのような場合には、エンジン１に対する燃料の供給を停止することになる。
【００１７】
図８はその状況を説明するための図であって、縦軸にエンジンパワーを採り、横軸にエンジン回転数を採ってあり、エンジン回転数が高回転数であるほど、エンジン１が出力できる最大パワーが増大する。また、エンジン１に対する燃料の供給量やその燃焼効率（出力効率）はエンジン１の構造によってほぼ決まっており、したがって燃料を供給している状態でのエンジン１の下限出力パワーもほぼ決まっており、図８にはこれを「所定値」として記載してある。この最大パワーラインと「所定値」として記載してある下限パワーラインとの間がエンジン１の出力パワーを低減（ダウン）可能な領域である。さらに、燃料の供給を停止した場合にエンジン１で生じる負の出力パワーは、その多くが摩擦および空気の圧縮によるものであるから、エンジン回転数の増大に伴ってその絶対値が大きくなる。これを図８には「フューエルカットライン」として記載してある。このフューエルカットラインと上記の「所定値」のラインとの間がフューエルカット（ＦＣ）によるエンジンパワーの低下領域である。
【００１８】
そして、図８に符号「Ｐ１」で示してあるエンジン動作点においてアップシフト要求が生じ、それに伴うエンジンパワーの低下要求量が大きいことにより、符号「Ｐ２」で示すエンジンパワーが要求されることがある。その場合、エンジン１の動作点は、上記の下限ラインを下回っているので、エンジン１に対する燃料の供給を停止することになる。その場合、エンジン１によって生じる出力パワー（負の出力パワー）は、積極的には制御できないので、車両の駆動トルクが過度に低下していわゆるトルク抜けやそれに伴うショックが生じる可能性があり、これを防止もしくは抑制するため、この発明に係る制御装置は、以下に説明する制御を行うように構成されている。
【００１９】
図１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、アップシフトの要求があった場合に所定の短時間ごとに繰り返し実行される。まず、目標エンジン回転数と実エンジン回転数との偏差から目標変速時間を設定し、目標変速速度を算出する（ステップＳ１０１）。ここで目標エンジン回転数は、その時点の車速もしくは出力軸回転数とアップシフト後の変速比とに基づいて求めることができる。また、実エンジン回転数は、エンジン１に一般的に搭載されているセンサによって得ることができる。さらに、目標変速時間は、実験やシミュレーションなどによって好ましい値を予め用意しておくことができる。すなわち、有段変速の場合、変速に伴う回転数の変化量もしくは変化の幅は、車速によって異なり、例えば第３速から第４速へのアップシフトなどでは、高車速ほど、回転数変化が大きくなる。一方、いわゆる変速フィーリングなどの運転者に与える感触の点では、変速に要する時間はある程度の時間内に納めることが望ましい。そこで、変速時間を実験的もしくは経験的に定め、その時間内に変速が完了するように変速速度を定める。図２はその一例を示している。この図２で「モード」とは、運転者が選択でき、あるいは車両に予め設定される駆動力の大小、もしくはその変化の態様であって、「通常」は駆動力が特には大きくなく、またその変化も特には迅速ではない、いわゆるマイルドな走行を行うように設定されたモードであり、また「スポーツ」は、駆動力が比較的大きく、またその変化が比較的機敏なモードである。
【００２０】
上記のハイブリッド車では、エンジン回転数を第１のモータ・ジェネレータ６によって制御するように構成されているので、アップシフトを行うにあたって、第１のモータ・ジェネレータ６についての目標値（目標ＭＧ１回転数）と実際値（実ＭＧ１回転数）との偏差が求められる（ステップＳ１０２）。前述した図６に示す共線図から知られるように、車速もしくは出力軸回転数とエンジン回転数ならびに第１の回転数とは、動力分割機構２を構成している遊星歯車機構のギヤ比をパラメータとして相互に関連しているので、上記の目標エンジン回転数から第１のモータ・ジェネレータ６の目標回転数を求めることができる。
【００２１】
ついで、第１のモータ・ジェネレータ６が連結されている軸（図５に示す例ではサンギヤ軸）の目標変速速度と実際の第１のモータ・ジェネレータ６の回転数とから要求ダウン量を算出し、アップシフト時の要求エンジンパワーを算出する（ステップＳ１０３）。第１のモータ・ジェネレータ６の回転数とエンジン回転数と車速とは図６の共線図に示す関係にあり、したがってエンジン回転数が同一であっても車速が異なれば、第１のモータ・ジェネレータ６の回転数は異なるので、前述したステップＳ１０１で求められたエンジン回転数の偏差を第１のモータ・ジェネレータ６が連結されている軸の回転数偏差に換算し、それに基づいて要求エンジンパワーダウン量（低下量）ΔＰe を算出する。その演算は、下記の式によって行うことができる。
ΔＮetgt×［（１＋ｒh0）/ｒh0］×Ｎg×｛Ｉg＋Ｉe×［（１＋ｒh0）/ｒh0］２｝
ここで、ΔＮetgtはステップＳ１０１で求められた目標変速速度、ｒh0は前述した動力分割機構２を構成している遊星歯車機構のギヤ比（サンギヤ３の歯数とリングギヤ４の歯数との比）、Ｎg は第１のモータ・ジェネレータ６の実回転数、Ｉg は第１のモータ・ジェネレータ６の慣性モーメント、Ｉe はエンジン１の慣性モーメントである。このようにして求められた要求エンジンパワーダウン量が前述した図８に示す符号「Ｐ１」で示す動作点と符号「Ｐ２」で示す動作点との間のパワーの差に相当するから、現在のパワーからその要求エンジンパワーダウン量を減じることによりアップシフト時の要求エンジンパワーを算出することができる。
【００２２】
これに続くステップＳ１０４では、上記のアップシフト時の要求エンジンパワーが図８に示す所定値すなわち燃料を供給している状態での下限パワー以上か否かが判断される。要は、燃料の供給量の削減によって、エンジン出力パワーの目標値を達成できるか否かが判断される。このステップＳ１０４で肯定的に判断された場合には、要求エンジンパワーダウン量に基づいてエンジン１の出力パワーを低下させる制御が実行され（ステップＳ１０５）、その後、図１に示すルーチンが一旦終了される。具体的には、前記要求エンジンパワーとなるように吸入空気量あるいは燃料供給量（燃料噴射量）が制御される。
【００２３】
これに対してステップＳ１０４で否定的に判断された場合には、フューエルカット（ＦＣ）が実施される（ステップＳ１０６）。すなわち、エンジン１に対して最小限であっても燃料を供給していると、上記の要求エンジンパワーより大きいパワーが出力されてしまうので、エンジン１に対する燃料の供給が停止される。エンジン１は燃料の供給が停止されることにより負のトルクを生じるようになるが、その回転数が低下する過程では、慣性トルクを生じるので、これを駆動トルクとして利用し、駆動トルクの変化を滑らかにするために、フューエルカットに伴う目標変速速度が算出され（ステップＳ１０７）、その後に図１のルーチンが一旦終了される。
【００２４】
その目標変速速度は、下記の式で与えられる。
（−Ｐm＋Ｗin＋Ｐefc）／Ｓnesin／｛Ｉg＋Ｉe×［（１＋ｒh0）／ｒh0］２｝
ここで、Ｐm はモータ出力であり、これは、バッテリ出力Ｐbattに置き換えてもよい。Ｗinはバッテリの充電上限値、Ｐefc はフューエルカットを実行している状態でのエンジンパワーすなわちフリクショントルクであり、エンジン回転数を引数としたマップなどの形で予め求めておくことができる。さらに、Ｓnesin は現在時点でのエンジン回転数である。したがって、フューエルカットしているアップシフト時の目標変速速度は、エンジン１のフリクショントルクが大きいほど速くなる。言い換えれば、この状態では、エンジン１の回転数を相対的に速く低下させることになり、それに伴って慣性トルクが大きくなるので、駆動トルクの落ち込みが抑制される。
【００２５】
上記の制御を、車速の増大に伴って第３速から第４速に変速比をステップ的に変化させる際に実行した場合の駆動トルクやエンジン回転数などの変化を図３にタイムチャートで示してある。図３において、エンジンパワーや駆動トルクを示す実線は実値を示し、破線は指令値を示している。第３速で走行し、かつ車速が次第に増大しているｔ1 時点に第３速から第４速へのアップシフトの要求が生じると、先ず、第１のモータ・ジェネレータ６の回転数偏差が発生し、またエンジンパワーを低下させる制御が実行される。エンジンパワーがほぼゼロにまで低下したｔ2 時点に第４速への変速が開始され、またエンジン１に対する燃料の供給が停止（フューエルカット）される。第４速へのアップシフトはエンジン回転数を低下させることにより実行されるから、ｔ2 時点から第１のモータ・ジェネレータ６の回転数を低下させることによりエンジン１の回転数を低下させる。
【００２６】
第１のモータ・ジェネレータ６のトルク（具体的には発電トルク）が大きいほど、エンジン回転数の低下が速くなり、変速速度が速くなるので、その変速速度が上記の目標変速速度になるように第１のモータ・ジェネレータ６のトルクが制御され、したがって第１のモータ・ジェネレータ６のトルクは、変速が進行するのに伴って負の方向に次第に大きくなる。それに伴ってエンジン回転数の変化レート（変化率）は、第１のモータ・ジェネレータ６のトルクの変化に近似したものとなる。その過程で、エンジン１の回転数が低下することに伴う慣性トルクが駆動トルクとして現れるので、フューエルカットを実行してエンジン１が負のトルクを出力している状態であっても、駆動トルクは滑らかに低下し、いわゆるショックが防止もしくは抑制される。また、エンジン１の慣性トルクを駆動トルクとして出力させつつ、その慣性トルクの一部を使用して第１のモータ・ジェネレータ６で発電を継続するから、バッテリパワーはその充電と放電との上限の範囲内で小さく変化する。そのため、過度な充電や過度な放電が生じないので、バッテリのパワー収支が良好になる。
【００２７】
そして、エンジン回転数や第１のモータ・ジェネレータ６の回転数が変速後の変速比と車速とに基づいて決まる回転数（いわゆる変速後の同期回転数）に近づき、その偏差が予め定めた値以下になったｔ3 時点にフューエルカットが終了させられ、エンジン１に対する燃料の供給が再開される。
【００２８】
なお、比較のために、第３速から第４速へのアップシフトの際にフューエルカットを実行し、かつフューエルカットによるエンジン回転数で変速を進行させる場合における駆動トルクやエンジン回転数などの変化を図４に示してある。この場合、変速要求が発生した後、エンジン１がパワーを出力している間は、第１のモータ・ジェネレータ６のトルクを負の方向に大きくして発電量を増大させ、その後、フューエルカットによってエンジン１が負のトルクを出力する状態になると、第１のモータ・ジェネレータ６をモータとして機能させて放電量を増大させることになる。このような制御の過程で駆動トルクは、フューエルカットに合わせて低下し、これがいわゆるトルク抜けとなってショックが悪化する。また、バッテリは充電上限を超えて充電されたり、また放電限界での放電を行ったりする事態が生じ、その結果、バッテリのパワー収支が悪化する。
【００２９】
ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、図１に示すステップＳ１０７の制御を実行する機能的手段が、この発明における変速速度設定手段に相当する。
【００３０】
なお、上記の例は、第３速から第４速へのアップシフトの例であるが、この発明は他の変速段の間でのアップシフトの際にも同様に制御することができる。また、この発明で対象とするハイブリッド車は、要は、発電機もしくはモータ・ジェネレータによってエンジンの回転数を制御できる車両であればよく、したがってそのハイブリッド装置は、上記の図５に示す構成のものに限られない。
【符号の説明】
【００３１】
１…内燃機関（エンジン）、  ２…動力分割機構、  ３…サンギヤ、  ４…リングギヤ、  ５…キャリヤ、  ６…第１のモータ・ジェネレータ（ＭＧ１）、  ７…第２のモータ・ジェネレータ（ＭＧ２）、  ８…コントローラ、  ９…電子制御装置（ＥＣＵ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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