(57)【要約】      （修正有）【課題】変速段を変更することによってシステム効率を改善しつつ内燃機関に由来する振動を許容範囲内に保持できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両１に適用される制御装置は、駆動軸２３の出力パワーに対して内燃機関２から駆動軸２３に機械的に伝達されるエンジン直達パワーが占める割合を直達率と定義したとき、駆動軸２３の現在の出力パワーで自動変速機１０の変速段を変更することによって第１モータ・ジェネレータ３のモータ回転数が現在よりも０に近づき、かつ直達率が内燃機関２に由来する振動の許容範囲内となる変速段の候補が存在する場合、変速段がその候補に変更されるように自動変速機１０を制御する。【選択図】図１
2016052822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、第１モータ・ジェネレータと、伝達軸と、駆動輪を駆動するための駆動軸と、互いに差動回転可能な３つの回転要素を有し、前記３つの回転要素のいずれか一つの第１回転要素に前記内燃機関が、他の一つの第２回転要素に前記第１モータ・ジェネレータが、残りの一つの第３回転要素に前記伝達軸が、それぞれ連結された動力分割機構と、前記伝達軸に連結された第２モータ・ジェネレータと、前記伝達軸から前記駆動軸に至る動力伝達経路に設けられて複数の変速段を選択可能な変速機構とを備えたハイブリッド車両に適用される制御装置において、
前記駆動軸の出力パワーに対して前記内燃機関から前記駆動軸に機械的に伝達されるエンジン直達パワーが占める割合を直達率と定義したとき、
前記駆動軸の現在の出力パワーで前記変速機構の前記変速段を変更することによって前記第１モータ・ジェネレータのモータ回転数が現在よりも０に近づき、かつ前記直達率が前記内燃機関に由来する振動の許容範囲内となる前記変速段の候補が存在する場合、前記変速段が前記候補に変更されるように前記変速機構を制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の変速段を選択可能な変速機構が設けられたハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
変速機構が設けられたハイブリッド車両に適用される制御装置として、エンジン出力増大、モータ出力増大、ギア比増大方向へのギア段変更の順に設定された優先順位に従って駆動力制御を行うものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４１８４８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１８９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の制御装置のように、内燃機関の動作点や変速段を選択する際に内燃機関の燃費や振動を考慮することは知られているが、特に動力循環等の電気的損失を考慮したハイブリッド車両全体のシステム効率を考慮して変速段を選択することは従来行われていなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、変速段を変更することによってシステム効率を改善しつつ内燃機関に由来する振動を許容範囲内に保持できるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の制御装置は、内燃機関と、第１モータ・ジェネレータと、伝達軸と、駆動輪を駆動するための駆動軸と、互いに差動回転可能な３つの回転要素を有し、前記３つの回転要素のいずれか一つの第１回転要素に前記内燃機関が、他の一つの第２回転要素に前記第１モータ・ジェネレータが、残りの一つの第３回転要素に前記伝達軸が、それぞれ連結された動力分割機構と、前記伝達軸に連結された第２モータ・ジェネレータと、前記伝達軸から前記駆動軸に至る動力伝達経路に設けられて複数の変速段を選択可能な変速機構とを備えたハイブリッド車両に適用される制御装置において、前記駆動軸の出力パワーに対して前記内燃機関から前記駆動軸に機械的に伝達されるエンジン直達パワーが占める割合を直達率と定義したとき、前記駆動軸の現在の出力パワーで前記変速機構の前記変速段を変更することによって前記第１モータ・ジェネレータのモータ回転数が現在よりも０に近づき、かつ前記直達率が前記内燃機関に由来する振動の許容範囲内となる前記変速段の候補が存在する場合、前記変速段が前記候補に変更されるように前記変速機構を制御するものである。
【発明の効果】
【０００７】
動力分割機構に連結された第１モータ・ジェネレータのモータ回転数が０に近いほど、すなわちメカニカルポイントに近いほどエンジンパワーの第１モータ・ジェネレータへの配分量が減るので伝達軸及び変速機構を経て機械的に伝達されるエンジン直達パワーが大きくなる。そのため、駆動軸の出力パワーに対してエンジン直達パワーの占める割合として定義される直達率が大きくなる。直達率が大きくなると第１モータ・ジェネレータで発生する電気的損失が少なくなるので、直達率が大きい場合は直達率が小さい場合よりも同じ動作点で内燃機関が運転された時の車両全体のシステム効率は向上する。変速機構は複数の変速段を選択可能であるので変速段毎にメカニカルポイントが存在し、駆動軸の動作点及び内燃機関の動作点が同じであっても第１モータ・ジェネレータのモータ回転数は変速段毎に相違する。そのため、現在の駆動軸及び内燃機関の動作点を維持しながら変速機構の変速段を変更することによって第１モータ・ジェネレータのモータ回転数が現在よりも０に近づいてシステム効率が改善する可能性がある。しかしながら、直達率が大きくなるほど、駆動軸に伝達されるトルクのうち変動の大きな内燃機関のエンジントルクの成分が増える一方で変動の小さな第２モータ・ジェネレータのモータトルクの成分が減るので、内燃機関に由来する振動が悪化する。そのため、システム効率の改善だけを考慮して変速段を変更すると、こうした振動が許容範囲を超える可能性がある。
【０００８】
本発明の制御装置によれば、駆動軸の現在の出力パワーで変速段を変更することによって第１モータ・ジェネレータのモータ回転数が現在よりも０に近づき、かつ直達率が内燃機関に由来する振動の許容範囲内となる変速段の候補が存在する場合に当該候補に変速段が変更される。そのため、変速段の変更によってシステム効率を改善しつつ内燃機関に由来する振動を許容範囲内に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一形態に係る制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体構成を示した図。
【図２】自動変速機の作動係合表を示した図。
【図３】図１の車両の各要素の共線図（速度線図）を示した図。
【図４】内燃機関の動作点を説明する説明図。
【図５】本発明の一形態に係る制御装置が実施する制御内容を説明するための図。
【図６】制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図７】図６の制御ルーチンで使用する振動判定マップのデータ構造を視覚的に示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示すように、車両１は内燃機関２及び２つのモータ・ジェネレータ３、４が走行用動力源として設けられたいわゆるハイブリッド車両として構成されている。内燃機関２、第１モータ・ジェネレータ３及び第２モータ・ジェネレータ４は動力分割機構５に連結されている。内燃機関２は複数の気筒（不図示）を備えた火花点火型のガソリンエンジンとして構成されている。各モータ・ジェネレータ３、４はモータ用制御装置６を介してバッテリ７に接続される。モータ用制御装置６は不図示のインバータを含む制御回路として構成されていて各モータ・ジェネレータ３、４が発電した電力を直流変換してバッテリ７に蓄電するとともにバッテリ７の電力を交流変換して各モータ・ジェネレータ３、４に供給する。モータ用制御装置６を適宜操作することによって各モータ・ジェネレータ３、４の動作が制御される。
【００１１】
動力分割機構５はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されており、外歯歯車のサンギアＳｎと、内歯歯車のリングギアＲｉと、これらのギアＳｎ、Ｒｉに噛みあうピニオンＰを自転かつ公転自在に支持するキャリアＣｒとを備えており、これらの回転要素Ｓｎ、Ｒｉ、Ｃｒは互いに差動回転可能である。サンギアＳｎには第１モータ・ジェネレータ３が、リングギアＲｉには伝達軸８を介して第２モータ・ジェネレータ４が、キャリアＣｒには内燃機関２の出力軸２ａがそれぞれ連結されている。キャリアＣｒは第１回転要素に、サンギアＳｎは第２回転要素に、リングギアＲｉは第３回転要素にそれぞれ相当する。
【００１２】
第２モータ・ジェネレータ４よりも駆動輪側の動力伝達経路には変速機構としての自動変速機１０が設けられている。自動変速機１０は２つの入力軸１１、１２を有する。これらの入力軸１１、１２と、リングギアＲｉと一体回転するように連結された伝達軸８との間には２つのクラッチＣ１、Ｃ２が設けられている。これらのクラッチＣ１、Ｃ２を適宜操作することにより、２つの入力軸１１、１２のなかから一の入力軸を伝達軸８と選択的に連結させることができる。自動変速機１０は、二組の遊星歯車機構２１、２２が組み合わされるとともに、２つのブレーキＢ１、Ｂ２と一方向クラッチＦ１とが設けられることにより構成されている。二組の遊星歯車機構２１、２２は、一方のキャリアＣｒ１と他方のリングギアＲｉ２とが連結されるとともに、一方のリングギアＲｉ１と他方のキャリアＣｒ２とが連結されることによって互いに組み合わされている。第１入力軸１１はサンギアＳｎ２に、第２入力軸１２はキャリアＣｒ１にそれぞれ連結されている。キャリアＣｒ２は不図示の駆動輪を駆動するための駆動軸２３に連結される。互いに連結されたキャリアＣｒ１及びリングギアＲｉ２には一方向の回転のみ許容するワンウエイクラッチＦ１が設けられている。
【００１３】
車両１は、クラッチＣ１、Ｃ２及びブレーキＢ１、Ｂ２の操作状態を不図示の油圧装置によって適宜変化させることにより、図２の作動係合表に示したように前進４速及び後退１速からなる複数の変速段のなかから一の変速段を選択できる。なお、図２の「Ｎ」はニュートラルを意味し、「○」はクラッチ又はブレーキの係合状態を意味する。第１速（１ｓｔ）、第２速（２ｎｄ）、第３速（３ｒｄ）、第４速（４ｔｈ）、及び後退（Ｒｅｖ）のそれぞれには互いに異なる変速比（ギア比）が設定されている。図２の第１速〜第４速の各変速段が選択された場合の車両１の各要素の共線図（速度線図）は図３に示した通りである。なお、図３の「Ｅｎｇ」は内燃機関２を、「ＭＧ１」は第１モータ・ジェネレータ３を、「ＭＧ２」は第２モータ・ジェネレータ４を、「Ｉｎ１」は第１入力軸１１を、「Ｉｎ２」は第２入力軸１２をそれぞれ意味する。
【００１４】
図１に示すように、車両１の各部の制御はコンピュータとして構成された本発明の制御装置としての電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０には各種のセンサからの信号が入力される。例えば、ＥＣＵ３０には、内燃機関２のエンジン回転数に応じた信号を出力するクランク角センサ３１、アクセルペダル２５の踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ３２、第１モータ・ジェネレータ３の回転速度に応じた信号を出力する第１レゾルバ３３、第２モータ・ジェネレータ４の回転速度に応じた信号を出力する第２レゾルバ３４、及び駆動軸２３の回転速度に基づいて車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ３５等の出力信号が入力される。
【００１５】
ＥＣＵ３０は、上記の各種センサからの情報及び所定のプログラムに基づいて第１モータ・ジェネレータ３及び第２モータ・ジェネレータ４のそれぞれの動作を制御するとともに、内燃機関２の運転条件を決定し、その運転条件に従って内燃機関２の動作制御を行う。さらに、ＥＣＵ３０は、所定のシフトスケジュール又は運転者によるシフトチェンジ要求等に応じた変速段が実現できるように自動変速機１０のクラッチＣ１、Ｃ２及びブレーキＢ１、Ｂ２を制御する。
【００１６】
ＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ３２の出力信号と車速センサ３５の出力信号とを参照して運転者が車両１に対して要求する要求パワーを計算し、その要求パワーに対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながら車両１を制御する。例えば、内燃機関２の熱効率が低下する低負荷領域では内燃機関２の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ４を駆動するＥＶ走行モードが選択される。また、内燃機関２だけではトルクが不足する場合は、内燃機関２とともに第２モータ・ジェネレータ４を走行用駆動源とするハイブリッド走行モードが選択される。ハイブリッド走行モードが選択された場合、図４に示すように、エンジン回転数とエンジントルクとで定義される内燃機関２の動作点Ｘは、原則として、熱効率が最適となるようにあらかじめ設定された最適燃費線Ｌａに沿って移動するように第１モータ・ジェネレータ３のモータトルク等が制御される。最適燃費線Ｌａ上の動作点Ｘは、最適燃費線Ｌａと、車両１に対して要求される要求パワーから算出される要求エンジンパワーに対応する等パワーラインＬｐとの交点として求められる。車両１に対する要求パワーは内燃機関２のエンジン直達パワーと第２モータ・ジェネレータ４のパワーとに動力分割機構５により分割される。
【００１７】
本形態は、ハイブリッド走行モードの実施中における自動変速機１０の変速段の変更制御に特徴がある。図５に示すように、駆動軸２３の出力パワー（動作点）と内燃機関２の動作点とが決定していると、自動変速機１０の変速段に応じて第１モータ・ジェネレータ３のモータ回転数が互いに異なる状態となる。例えば、図５に示した内燃機関２及び駆動軸２３の動作点で車両１が第１速で運転されている場合には、第１速から第２速または第３速に変速段を変更することにより、第１モータ・ジェネレータ３のモータ回転数が０に近づく、つまりメカニカルポイントに近づくのでシステム効率が改善する。特に、図５に示した第１速の場合は第１モータ・ジェネレータ３が放電して第２モータ・ジェネレータ４が力行される動力循環モードになっているので、第１速から第２速又は第３速へ変速段を変更することによってシステム効率の改善効果が高い。
【００１８】
駆動軸２３の出力パワーに対してエンジン直達パワーの占める割合として定義される直達率は第１モータ・ジェネレータ３のモータ回転数が０に近いほど大きくなる。すなわち、直達率が大きいほどシステム効率が高くなる。しかし、直達率が大きくなるほど、駆動軸２３に伝達されるトルクのうち変動の大きな内燃機関２のエンジントルクの成分が増える一方で変動の小さな第２モータ・ジェネレータ４のモータトルクの成分が減るので、内燃機関２に由来する振動が悪化する。したがって、図５で例示した場合に、システム効率だけを優先して最も直達率の高い第２速を選択すると内燃機関２に由来する振動が許容範囲を超えるおそれがある。
【００１９】
そこで、本形態のＥＣＵ３０は、システム効率が現在よりも改善し、かつ直達率が内燃機関２に由来する振動の許容範囲内となる変速段の候補を特定し、その候補が存在する場合に変速段が当該候補に変更されるように自動変速機１０を制御する。具体的には、ＥＣＵ３０が図６に示した制御ルーチンを実行することにより当該制御を実現する。
【００２０】
図６の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は自動変速機１０の現在の変速段を記憶する。この変速段の記憶は、ＥＣＵ３０の記憶領域に割り当てられた変数Ｓｐに第１速を意味する「１」、第２速を意味する「２」、第３速を意味する「３」、又は第４速を意味する「４」のいずれかを代入することにより実施される。なお、後退段は本形態では対象外としている。
【００２１】
ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は自動変速機１０の変速段毎に、メカニカルポイントへの近接度、すなわち第１モータ・ジェネレータ３のモータ回転数が０にどれだけ近いかを評価するパラメータを第１レゾルバ３１の信号に基づいて算出する。この近接度は第１モータ・ジェネレータ３のモータ回転数が０に近いほど高い値となる。
【００２２】
ステップＳ３において、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２で変速段毎に算出した近接度のうち、近接度の最も高い変速段を記憶する。この変速段の記憶は、上述の変数Ｓｐの場合と同様に、ＥＣＵ３０の記憶領域に割り当てられた変数Ｓｐｎに１〜４のいずれかを代入することにより実施される。
【００２３】
ステップＳ４において、ＥＣＵ３０は現在の変速段とステップＳ３で記憶した変速段とが不一致か否かを変数Ｓｐと変数Ｓｐｎとを比較することにより判定する。不一致の場合はステップＳ５に進む。これらが一致する場合は現時点で最もメカニカルポイントに近い変速段が選択されていて変速段の変更によってシステム効率を改善する余地がないので、以後の処理をスキップして変速段を変更することなく今回のルーチンを終了する。
【００２４】
ステップＳ５において、ＥＣＵ３０は現在の変速段における近接度と変速段の候補となり得る変速段における近接度とを比較し、これらの近接度の差が所定値ｄ以上か否かを判定する。この処理はヒステリシスである所定値ｄを設定することにより、変速操作が頻繁に行われるいわゆるビジーシフトを防止する。そのため、所定値ｄはビジーシフトを回避可能な値に適宜設定される。近接度の差が所定値ｄ以上の場合は変速操作を行ってもビジーシフトにならないのでステップＳ６に進む。近接度の差が所定値未満の場合はビジーシフトを回避するため、以後の処理をスキップして変速段を変更することなく今回のルーチンを終了する。
【００２５】
ステップＳ６において、ＥＣＵ３０は変数Ｓｐｎの変速段における直達率を算出する。直達率は現在の駆動軸２３の出力パワー及び内燃機関２の動作点、並びに変数Ｓｐｎの変速段に対応する第１モータ・ジェネレータ３のモータ回転数に基づいて算出される。
【００２６】
ステップＳ７において、ＥＣＵ３０は図７に示した振動判定マップＭに基づいて内燃機関２に由来する振動の程度を判定する。図７の振動判定マップＭには、駆動軸２３の駆動軸回転数と駆動軸トルクとで定義され直達率毎に設定された複数のＮＶラインＬｎｖ…が設けられている。ＮＶはノイズバイブレーションの略称である。ＮＶラインＬｎｖ…は実機試験やシミュレーション等を用いた適合によって設定される。なお、図示の便宜上、図７の振動判定マップＭには直達率が４０％の場合に対応するＮＶラインＬｎｖａと、直達率が６０％の場合に対応するＮＶラインＬｎｖｂとが示されており、他の直達率に対応するＮＶラインＬｎｖの図示を省略している。ＮＶラインＬｎｖは直達率毎に内燃機関２に由来する振動の許容範囲を定めており、ＮＶラインＬｎｖ上及びＮＶラインＬｎｖよりも高回転側が振動の許容範囲内（ＯＫ）を、ＮＶラインＬｎｖよりも低回転側が振動の許容範囲外（ＮＧ）をそれぞれ規定する。例えば、ステップＳ６で算出した直達率が４０％の場合はＮＶラインＬｎｖａが参照される。そして、現在の駆動軸２３の動作点がＡ点である場合、Ａ点はＮＶラインＬｎｖａ上に位置しているので、現在の変速段を直達率が４０％となる変速段に変更した場合には上記振動が許容範囲内に収まることとなる。
【００２７】
図６に戻り、ステップＳ８において、ＥＣＵ３０は、現在の駆動軸２３の動作点を特定するとともに、ステップＳ６で算出した直達率に対応するＮＶラインＬｎｖを参照し、その直達率が内燃機関２に由来する振動の許容範囲内か否かを判定する。ステップＳ６で算出した直達率が振動の許容範囲内にあると判定された場合、変数Ｓｐｎの変速段はシステム効率が現在よりも改善し、かつ直達率が上記振動の許容範囲内に収まる候補として特定される。したがって、ステップＳ９において、ＥＣＵ３０は変数Ｓｐｎに対応する変速段に変更されるように自動変速機１０を制御する。一方、ステップＳ６で算出した直達率が上記振動の許容範囲外にあると判定された場合、変数Ｓｐｎの変速段はシステム効率が現在よりも改善するが、上記振動が許容範囲外となり悪化する。したがって、この場合には変数Ｓｐｎの変速段は当該候補とはなり得ない。そこで、ステップＳ８で否定判定された場合は他の変速段が当該候補となり得るかを見極めるため、ＥＣＵ３０はステップＳ１０及びステップＳ１１の処理を実施する。
【００２８】
ステップＳ１０において、ＥＣＵ３０は変数Ｓｐｎを１インクリメントする。これにより、変数Ｓｐｎの変速段が一段上の変速段に更新される。例えば、変数Ｓｐｎの処理前の変速段が第２速の場合、この処理によって変数Ｓｐｎの変速段は第３速に更新される。
【００２９】
ステップＳ１１において、ＥＣＵ３０は、変数Ｓｐと、ステップＳ１０で更新された変数Ｓｐｎとが不一致で、かつ、更新された変数Ｓｐｎの変速段が現在よりもメカニカルポイントへの近接度が向上するか否かを判定する。変数Ｓｐと変数Ｓｐｎとが一致する場合は変速段を変更する必要がない。また、現在の変速段を更新された変数Ｓｐｎの変速段に変更してもメカニカルポイントへの近接度が向上しなければ、変速段を変更しても現在よりもシステム効率は改善しない。したがって、ステップＳ１１で否定判定された場合はステップＳ９をスキップして変速段の変更を実施せずに今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ１１で肯定判定された場合、更新された変数Ｓｐｎの変速段はその変速段に変更することによってシステム効率が現在よりも改善するので、変速段の変更の候補になり得る。したがって、ＥＣＵ３０はステップＳ１１で肯定判定した場合はステップＳ５に処理を戻してステップＳ５〜ステップＳ８を実行することによって、更新された変数Ｓｐｎの変速段における直達率が上記振動の許容範囲内となるか否かを再度判定し、更新された変数Ｓｐｎの変速段が変更の候補になるか否かを判断する。そして、当該候補になる場合はステップＳ９に進み、ＥＣＵ３０は更新された変数Ｓｐｎに対応する変速段に変更されるように自動変速機１０を制御する。
【００３０】
図６の制御ルーチンによれば、駆動軸２３の現在の出力パワーで自動変速機１０の変速段を変更することによって第１モータ・ジェネレータ４のモータ回転数が現在よりも０に近づき、かつ直達率が内燃機関２に由来する振動の許容範囲内となる変速段の候補が存在する場合に変速段が当該候補に変更される。そのため、変速段の変更によってシステム効率を改善しつつ内燃機関２に由来する振動を許容範囲内に保持することができる。特に、図６の制御ルーチンの場合は、メカニカルポイントに最も近接度が高い変速段が上記振動の観点から変更候補から外れた場合でも、システム効率が現在よりも改善し、かつ直達率が上記振動の許容範囲に収まる次善の変速段を、変速段の変更候補として特定する。したがって、図６の制御ルーチンに従って変速段を変更することによって、内燃機関２に由来する振動を許容範囲内に保持しつつシステム効率を可能な限り改善できる。
【００３１】
本発明は上記形態に限定されずに種々の形態にて実施できる。上記形態の自動変速機１０は前進４段の変速機構であるが、変速段の数に制限はなく、例えば前進５段以上の変速段を持つ変速機構や前進３段以下の変速段を持つ変速機構を本発明の変速機構として採用することもできる。また、変速機構は、遊星歯車機構にて構成されたものに限定されず、オートメーテッドマニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）等の自動変速機１０とは別形式の自動変速機を本発明の変速機構として採用することもできる。なお、内燃機関の構成も特に制限はなく例えばディーゼルエンジンでもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  ハイブリッド車両
２  内燃機関
３  第１モータ・ジェネレータ
４  第２モータ・ジェネレータ
５  動力分割機構
８  伝達軸
１０  自動変速機（変速機構）
２３  駆動軸
３０  ＥＣＵ（制御装置）
【図１】
2016052822.tif 000003
【図２】
2016052822.tif 000004
【図３】
2016052822.tif 000005
【図４】
2016052822.tif 000006
【図５】
2016052822.tif 000007
【図６】
2016052822.tif 000008
【図７】
2016052822.tif 000009