(57)【要約】【課題】解放状態からロック状態への切り替えによってＰＮが悪化することを抑制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】本発明の制御装置は、ロック条件の成立を判定した場合に（Ｓ１）、現在のエンジン回転数ωｅ及び回転同期制御の終了時のエンジン回転数ωｅｔをそれぞれ算出し（Ｓ２、Ｓ３）、これらのエンジン回転数と回転同期制御に要する目標制御時間とに基づいて、単位時間あたりのエンジン回転数の変化量を一定にして回転同期制御を実施する場合に必要となる必要エンジントルクＴｅを算出し（Ｓ４）、必要エンジントルクＴｅが上限値Ｔｍａｘ以上の場合は解放状態からロック状態への切り替えを不許可と判定する（Ｓ８）。【選択図】図４
2017109669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
モータ・ジェネレータと、
駆動輪にトルクを出力するための出力部と、
互いに差動回転可能な複数の回転要素を有し、前記複数の回転要素のいずれか一つに前記エンジンが、前記複数の回転要素の残りのいずれか一つに前記モータ・ジェネレータが、前記複数の回転要素の残りの他の一つに前記出力部がそれぞれ連結された差動機構と、
前記複数の回転要素のうち、前記エンジンのエンジントルクの反力トルクを受ける所定の回転要素をロックするロック状態と前記所定の回転要素を解放する解放状態とを切り替えるロック手段と、
を備えたハイブリッド車両に適用され、
ロック条件が成立した場合に前記解放状態から前記ロック状態への切り替えの許可及び不許可を判定し、前記ロック状態への切り替えを許可した場合に、前記エンジンを制御して前記所定の回転要素の回転速度を０に近づける回転同期制御を実施してから前記ロック手段を制御して前記解放状態から前記ロック状態へ切り替えるハイブリッド車両の制御装置において、
前記ロック条件が成立した場合に、前記エンジンの現在のエンジン回転数と、前記回転同期制御の終了時のエンジン回転数と、前記回転同期制御の開始時から終了時までに要する目標制御時間とに基づいて、単位時間あたりのエンジン回転数の変化量を一定にして前記回転同期制御を実施する場合に必要となる前記回転同期制御の開始時における必要エンジントルクを算出し、算出した前記必要エンジントルクが所定値以上の場合は前記解放状態から前記ロック状態への切り替えを不許可と判定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、エンジンとモータ・ジェネレータとが駆動源として設けられたハイブリッド車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両のエネルギー効率を向上させるため、例えばモータ・ジェネレータが連結された差動機構の一回転要素を解放状態からロック状態へ切り替える制御装置が広く知られている。このような制御装置として、エンジン要求出力の変化量が基準変化量よりも小さい場合に限定してロック状態への切り替えを許可することにより、その切り替えを実施するブレーキの頻繁な操作を回避して消費電力の増大や寿命の低下を抑制するものが知られている（特許文献１）。その他に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２００６−２０７６８６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１４７４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ブレーキ等のロック手段を操作して解放状態からロック状態へ切り替える場合には、エンジンを制御することによってロック対象となる差動機構の一回転要素の回転速度を０に近づける回転同期制御が実施される。このような回転同期制御はエンジン回転数の上昇を伴うため、エンジントルクはエンジン回転数の上昇に必要なイナーシャトルク分増加する。回転同期制御の実施時のエンジントルクが大きくなると、燃料噴射量の増加によって筒内壁に付着する未気化燃料の発生量が増加し、内燃機関の排ガス規制の対象となる粒子状物質の個数（ＰＮ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｎｕｍｂｅｒ）が悪化するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、解放状態からロック状態への切り替えによってＰＮが悪化することを抑制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】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、モータ・ジェネレータと、駆動輪にトルクを出力するための出力部と、互いに差動回転可能な複数の回転要素を有し、前記複数の回転要素のいずれか一つに前記エンジンが、前記複数の回転要素の残りのいずれか一つに前記モータ・ジェネレータが、前記複数の回転要素の残りの他の一つに前記出力部がそれぞれ連結された差動機構と、前記複数の回転要素のうち、前記エンジンのエンジントルクの反力トルクを受ける所定の回転要素をロックするロック状態と前記所定の回転要素を解放する解放状態とを切り替えるロック手段と、を備えたハイブリッド車両に適用され、ロック条件が成立した場合に前記解放状態から前記ロック状態への切り替えの許可及び不許可を判定し、前記ロック状態への切り替えを許可した場合に、前記エンジンを制御して前記所定の回転要素の回転速度を０に近づける回転同期制御を実施してから前記ロック手段を制御して前記解放状態から前記ロック状態へ切り替えるハイブリッド車両の制御装置において、前記ロック条件が成立した場合に、前記エンジンの現在のエンジン回転数と、前記回転同期制御の終了時のエンジン回転数と、前記回転同期制御の開始時から終了時までに要する目標制御時間とに基づいて、単位時間あたりのエンジン回転数の変化量を一定にして前記回転同期制御を実施する場合に必要となる前記回転同期制御の開始時における必要エンジントルクを算出し、算出した前記必要エンジントルクが所定値以上の場合は前記解放状態から前記ロック状態への切り替えを不許可と判定するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の制御装置によれば、解放状態からロック状態への切り替えのために実施される回転同期制御の開始時における必要エンジントルクが所定値以上の場合にその切り替えが不許可と判定される。この所定値を適宜設定することにより、回転同期制御の際に燃料噴射量が多くなることを回避できるので、解放状態からロック状態への切り替えによってＰＮが悪化することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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構成を模式的に示した図。
【図２】動力分割機構の速度線図を示した図。
【図３】回転同期制御の制御内容を示した図。
【図４】本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図５】エンジントルクの上限値と筒内温度との関係を規定したマップの構造を示した図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に示すように、車両１は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として構成されている。車両１は、火花点火型の内燃機関として構成されたエンジン２と、差動機構としての動力分割機構５と、２つのモータ・ジェネレータ７、８とを備えている。動力分割機構５、各モータ・ジェネレータ７、８及び各種の動力伝達要素は固定要素であるケース１０に収容されている。
【００１０】
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Ｓと、内歯歯車のリングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰを自転かつ公転可能に保持するキャリアＣとを有している。サンギアＳ、リングギアＲ、及びキャリアＣは互いに差動回転可能な３つの回転要素として機能する。エンジン２のクランク軸２ａはキャリアＣに連結される。第１モータ・ジェネレータ７はサンギアＳに連結され、第２モータ・ジェネレータ８はリングギアＲに連結される。リングギアＲには駆動輪Ｄｗにトルクを出力するための不図示のギア列等を含む出力部１１が連結されている。図２の速度線図から明らかなように、これら３つの回転要素を速度線図上に配置すると、サンギアＳ、キャリアＣ、及びリングギアＲの順番に並ぶ。
【００１１】
図１に示したように、車両１には、動力分割機構５のサンギアＳとケース１０との間に介在するロック手段としてのブレーキ１２が設けられている。ブレーキ１２は例えば湿式多板型のブレーキとして構成され、ケース１０とサンギアＳとを結合してサンギアＳをロックするロック状態と、サンギアＳを解放する解放状態とを切り替えることができる。
【００１２】
車両１はブレーキ１２をロック状態と解放状態との間で切り替えることによって無段変速比モードと固定変速比モードとの間で駆動モードを切り替える。図２に示したように、無段変速比モード時にはブレーキ１２が解放状態に制御され、かつエンジン２が高効率の動作点で運転されるように第１モータ・ジェネレータ７のモータトルク及びモータ回転数が制御される。無段変速比モード時にはサンギアＳが解放されているので、第１モータ・ジェネレータ７のモータトルク及びモータ回転数を制御することによりエンジン回転数に対する出力部１１の変速比を無段階に変更できる。一方、固定変速比モード時にはブレーキ１２がロック状態に制御され、かつ第１モータ・ジェネレータ７が連結されたサンギアＳが機械的にロックされて回転速度が０となる。そのため、図２から明らかなように、エンジン２のエンジン回転数に対する出力部１１の変速比は動力分割機構５のギア比にて一意に決定されてその変速比は固定状態となる。
【００１３】
図１に示すように、車両１の駆動モードの切り替えは車両１の各部を制御するコンピュータとして構成された電子制御装置（ＥＣＵ）２０がブレーキ１２を制御することにより実施される。ＥＣＵ２０には車両１の制御に利用する各種センサの出力信号が入力される。例えば、ＥＣＵ２０には、エンジン２のクランク角に応じた信号を出力するクランク角センサ２１、車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ２２、及び不図示のアクセルペダル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２３等の出力信号が入力される。
【００１４】
ＥＣＵ２０は車速センサ２２及びアクセル開度センサ２３の各出力信号を参照して車両１に対する現在の要求パワーを計算し、現在の要求パワーに適した運転モードに切り替えながら車両１を制御する。例えば、ＥＣＵ２０はエンジン２の熱効率が悪化する低速域ではエンジン２の運転を停止して第２モータ・ジェネレータ８を駆動源とする電気自動車モードに切り替える。また、ＥＣＵ２０は要求パワーをエンジンパワーだけで賄うと熱効率が低下する条件などにはエンジン２及び第２モータ・ジェネレータ８を駆動源とするハイブリッドモードに切り替える。
【００１５】
ハイブリッドモード時に固定変速比モード又は無段変速比モードのいずれを選択するかは車両１の走行状態、エンジン２の運転状態、第１モータ・ジェネレータ７の温度、不図示のバッテリの蓄電率等の諸条件に応じて予め設定されている。例えば、ＥＣＵ２０は無段変速比モードの実施中に無段変速比モードを継続するよりも固定変速比モードに切り替えたほうが、車両１のシステム効率の改善が見込まれる等の条件が含まれる所定のロック条件が成立した場合にブレーキ１２を解放状態からロック状態へ切り替える。これにより、車両１の駆動モードは固定変速モードから無段変速モードに切り替えられる。
【００１６】
無段変速比モードの実施中にロック条件が成立して無段変速比モードから固定変速比モードへ切り替える場合、ブレーキ１２の操作に伴うショックを緩和するためＥＣＵ２０はエンジン２を制御して第１モータ・ジェネレータ７が連結されたサンギアＳの回転速度を０に近づける回転同期制御を実施し、その回転同期制御の終了後にブレーキ１２を操作してサンギアＳをロックする。
【００１７】
図２に示すように、回転同期制御は実線で示した状態から破線で示した状態へ変化する際にエンジン回転数の上昇を伴う。エンジン回転数を上昇させるには、定常状態で必要なエンジントルクＴｅｃからエンジン２や第１モータ・ジェネレータ７等のイナーシャに対応するイナーシャトルクτ分だけエンジントルクを回転同期制御の開始時に増加させる必要がある。
【００１８】
すなわち、回転同期制御の開始時に必要となる必要エンジントルクＴｅは、定常状態で必要なエンジントルクＴｅｃにイナーシャトルクτを加算したものとなり、下記式１及び式２で示される。なお、エンジントルクＴｅｃは要求パワーに基づいて定まる等パワーラインＬｐ（図３参照）と現在のエンジン回転数との交点から特定される。
【００１９】
Ｔｅ＝Ｔｅｃ＋τ    ……１
τ＝Ｉｅ＊（ｄωｅ／ｄｔ）＋（１＋ρ）／ρ＊Ｉｇ＊（ｄωｅ／ｄｔ）  ……２
【００２０】
ここで、Ｉｅはエンジン２のイナーシャ、ρは動力分割機構５のプラネタリギア比、Ｉｇは第１モータ・ジェネレータ７のイナーシャ、（ｄωｅ／ｄｔ）は単位時間あたりのエンジン回転数の変化量を示す。
【００２１】
本形態の制御では回転同期制御の開始から終了までは（ｄωｅ／ｄｔ）を一定とする。（ｄωｅ／ｄｔ）の値によって回転同期制御に要する時間が変わるので、ＥＣＵ２０は回転同期制御の開始時から終了時までの目標制御時間を車両１のドライバビリティ等を考慮して設定し、設定した目標制御時間で回転同期制御を終了させるための（ｄωｅ／ｄｔ）の値を算出する。
【００２２】
図３に示すように、ＥＣＵ２０は回転同期制御の開始時に必要エンジントルクＴｅを上記式１及び式２に基づいて算出し、算出した必要エンジントルクＴｅまでエンジントルクを増加させてエンジン２の動作点を点Ａから点Ｂに変化させる。そして、ＥＣＵ２０は点Ｂを通る等パワーラインＬｐに沿って点Ｃまで変化させ、その後エンジントルクを低下させて目標の動作点となる点Ｄに変化させることにより回転同期制御を終了する。
【００２３】
エンジントルクは燃料噴射量と相関するのでエンジントルクが大きいほど燃料噴射量は多くなる。燃料噴射量が多くなると、それだけ筒内で気化しない未気化燃料の発生量が増加して上述したＰＮが増加することになる。ここで、図３には、ある筒内温度でＰＮを基準内に収めることができるエンジントルクの限界が上限値Ｔｍａｘとして示されている。例えば、二点鎖線で示すように回転同期制御の開始時に必要となる必要エンジントルクＴｅ′が上限値Ｔｍａｘを超えてしまう場合に回転同期制御を実施すると、ＰＮが基準を超える可能性がある。そこで、ＥＣＵ２０は必要エンジントルクＴｅが所定値である上限値Ｔｍａｘ以上の場合はロック条件が成立しても解放状態からロック状態への切り替えを不許可として解放状態を継続し無段変速比モードを維持する。これによって解放状態からロック状態への切り替えに伴うＰＮの増加を抑制する。
【００２４】
ＥＣＵ２０は、例えば図４の制御ルーチンを実行することにより上記制御を実現する。図４の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。これにより、ＥＣＵ２０は本発明に係る制御装置として機能する。
【００２５】
ステップＳ１において、ＥＣＵ２０はロック条件の成否を判定する。ロック条件はブレーキ１２を解放状態からロック状態に切り替えて無段変速比モードから固定変速比モードに切り替えるべきか否かを判断するために設定された条件であるが、ロック条件は固定変速比モードへの切り替えによってシステム効率の改善が見込まれるかという上記の条件に留まらない。例えば、このような条件の他に、ブレーキ１２をロック状態に切り替えても動力分割機構５の各回転要素が許容回転速度範囲内に収まりかつエンジン回転数がアイドリング回転数以上で最高回転数以下であるか、固定変速比モードへの切り替え後に十分な余裕駆動力があるか等の諸条件が成立した場合にロック条件が成立したと判定される。
【００２６】
ロック条件が成立した場合はステップＳ２に進み、ＥＣＵ２０はクランク角センサ２１の出力信号を参照して現在のエンジン回転数ωｅを取得する。一方、ロック条件が成立していない場合はステップＳ８に進み、無段変速比モードから固定変速比モードへの駆動モード切り替え、つまり解放状態からロック状態への切り替えを不許可として今回のルーチンを終了する。
【００２７】
ステップＳ３において、ＥＣＵ２０は駆動モードの切り替えのために回転同期制御を行ったと仮定した場合にその終了時におけるエンジン回転数ωｅｔを算出する。そのエンジン回転数ωｅｔは、例えば下記の式３に基づいて算出される。なお、式３において、Ｖは車速［ｋｍ／ｈ］、Ｒはタイヤ半径［ｍ］、ｎは出力部１１からタイヤまでのギア比、ρは動力分割機構５のプラネタリギア比である。
【００２８】
ωｅｔ［ｒｐｍ］＝Ｖ＊１０００／６０／１２π／Ｒ＊ｎ／（１＋ρ）    …３
【００２９】
ステップＳ４において、ＥＣＵ２０は回転同期制御の開始時に必要となる必要エンジントルクＴｅを上記の式１及び式２に基づいて算出する。必要エンジントルクＴｅの算出にあたり、ＥＣＵ２０は回転同期制御の開始時から終了時までに要する目標制御時間ΔＴを決定し、目標制御時間ΔＴ、ステップＳ２で得たエンジン回転数ωｅ、及びステップＳ３で得たエンジン回転数ωｅｔを下記の式４にそれぞれ代入して、単位時間あたりのエンジン回転数の変化量（ｄωｅ／ｄｔ）を算出する。目標制御時間ΔＴは車両１の状態やドライバビリティ等を考慮して設定された一定値でもよいし変動値でもよい。上述したように、（ｄωｅ／ｄｔ）の値は回転同期制御の実施中は一定であるので、（ｄωｅ／ｄｔ）の値を用いて算出した必要エンジントルクＴｅは、「単位時間あたりのエンジン回転数の変化量を一定にして回転同期制御を実施する場合に必要となる回転同期制御の開始時における必要エンジントルク」に相当する。
【００３０】
ωｅｔ＝ωｅ＊（ｄωｅ／ｄｔ）＊ΔＴ      ……４
【００３１】
ステップＳ５において、ＥＣＵ２０はエンジン２の筒内温度を推定によって取得する。筒内温度の推定は公知の方法、例えば冷却水温、エンジン停止時間、燃料噴射量等の筒内温度に相関するパラメータに基づいて推定する。なお、筒内温度の推定に代えて、例えばシリンダライナー等に埋め込んだ温度センサを使用し筒内温度を測定して取得することもできる。
【００３２】
ステップＳ６において、ＥＣＵ２０はステップＳ４で算出した必要エンジントルクＴｅがＰＮの排出量が基準内に収まるエンジントルクの上限値Ｔｍａｘ未満か否かを判定する。この上限値Ｔｍａｘは筒内温度が高くなるほど大きくなる。そのため、上限値Ｔｍａｘの決定は、例えば筒内温度とエンジントルクの上限値Ｔｍａｘとの関係が規定された図５のような構造を持つマップを利用すればよい。すなわち、ＥＣＵ２０は図５のようなマップを予め準備しておき、ステップＳ５で推定した筒内温度に対応する上限値Ｔｍａｘを当該マップの検索により特定すればよい。なお、図５のマップにおいて、筒内温度とエンジントルクとで領域を定義すると、上限値Ｔｍａｘ未満の領域がロック状態への切り替え許可領域となり、上限値Ｔｍａｘ以上の領域がロック状態への切り替え不許可領域となる。
【００３３】
必要エンジントルクＴｅが上限値Ｔｍａｘ未満の場合は回転同期制御を実施してもＰＮの悪化を回避できるのでステップＳ７に進み、ＥＣＵ２０は解放状態からロック状態への切り替えを許可する。一方、必要エンジントルクＴｅが上限値Ｔｍａｘ以上の場合は回転同期制御を実施するとＰＮが悪化するのでステップＳ８に進み、ＥＣＵ２０は解放状態からロック状態への切り替えを不許可とする。
【００３４】
ステップＳ９において、ＥＣＵ２０は図３を用いて説明した上述の手順で回転同期制御を実施し、続くステップＳ１０において、ＥＣＵ２０は回転同期制御の終了後にブレーキ１２を解放状態からロック状態に切り替えて無段変速比モードから固定変速比モードへの切り替えを完了する。なお、回転同期制御はサンギアＳの回転速度が０を含む所定の終了判定域に入った場合に終了する。
【００３５】
本形態によれば、解放状態からロック状態への切り替えのために実施される回転同期制御の開始時における必要エンジントルクＴｅが上限値Ｔｍａｘ以上の場合にその切り替えが不許可と判定される。この上限値ＴｍａｘはＰＮが基準内に収まるエンジントルクの限界として設定されているので、回転同期制御の際に燃料噴射量が多くなることを回避できる。したがって、解放状態からロック状態への切り替えによってＰＮが悪化することを抑制できる。
【００３６】
本発明は上記形態に限定されず本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態のハイブリッド車両は差動機構として３つの回転要素を有する動力分割機構５が設けられているが、本発明が適用可能なハイブリッド車両に設けられる差動機構は回転要素が３つとは限らない。例えば、シングルピニオン型の２つの遊星歯車機構の適当な２つの回転要素同士を一体回転可能に連結することによって、４つの回転要素を有する差動機構を構成し、その差動機構の４つの回転要素のうち、エンジントルクの反力トルクを受ける所定の回転要素をロック対象とする形態で本発明を実施してもよい。この所定の回転要素をロックすることにより、無段変速比モードから固定変速比モードいわゆるハイギアロックへ駆動モードを変更できる。また、上記形態のエンジン２は火花点火型であるが、点火プラグがないディーゼルエンジンが設けられた形態のハイブリッド車両に本発明の制御装置を適用することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１  車両
２  エンジン
５  動力分割機構（差動機構）
７  第１モータ・ジェネレータ（モータ・ジェネレータ）
１１  出力部
１２  ブレーキ（ロック手段）
２０  ＥＣＵ（制御装置）
【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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