(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと少なくとも１つのモータによる動力源と、
前記各動力源がそれぞれ回転要素に連結される遊星歯車列と、解放により無段変速機能を有する状態から締結することで固定変速比を得る係合要素と、を有する差動歯車変速機と、
前記係合要素が解放状態の無段変速比モードと前記係合要素が締結状態の固定変速比モードのうち、いずれかの定常モードを選択するモード選択手段と、
前記無段変速比モードと固定変速比モードとの間のモード遷移時、前記係合要素の締結・解放を制御する係合要素制御手段と、
を備えたハイブリッド車のモード遷移制御装置において、
車速を検出する車速検出手段と、
目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、
車速と目標駆動力による領域上で、前記無段変速比モードの最大駆動力線により囲まれる無段変速比モード領域と、前記固定変速比モードの最大駆動力線により囲まれる固定変速比モード領域と、による定常モード領域マップをオーバーラップ領域を含んで設定したモード領域マップ設定手段と、を設け、
前記モード選択手段は、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で両モードを選択可能なオーバーラップ領域に存在する場合、選択されている一方の変速比モードから他方の変速比モードへの変更を禁止することを特徴とするハイブリッド車のモード遷移制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたハイブリッド車のモード遷移制御装置において、
前記モード選択手段は、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で選択されている一方の変速比モードの最大駆動力線で囲まれる領域を超えた場合にのみ、他方の変速比モードに移行することを特徴とするハイブリッド車のモード遷移制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されたハイブリッド車のモード遷移制御装置において、
前記差動歯車変速機は、共線図上で第１モータジェネレータ、エンジン、出力部材、第２モータジェネレータの回転速度順になるように連結される２自由度の遊星歯車列と、締結により共線図上で出力部材と第２モータジェネレータとの間の位置に配置され、締結により変速比をロー変速比に固定するローブレーキと、を有し、
前記無段変速比モードは、第１モータジェネレータと第２モータジェネレータのみで無段変速比を得ながら発進または走行する電気自動車モードであり、
前記固定変速比モードは、ローブレーキを締結した固定変速比で、第１モータジェネレータと第２モータジェネレータで駆動しながら発進または走行する電気自動車−ローブレーキモードであることを特徴とするハイブリッド車のモード遷移制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載されたハイブリッド車のモード遷移制御装置において、
前記モード選択手段は、電気自動車モードを選択し、電気自動車モードにより発進または走行している状態においては、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で電気自動車モードが選択可能な最大駆動力線で囲まれる領域を超えない限り、電気自動車モード以外のモードに移行しないことを特徴とするハイブリッド車のモード遷移制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発進または走行状態で選択される定常モードとして、無段変速比モードに加えて係合要素の締結による固定変速比モードを有するハイブリッド車のモード遷移制御装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
４個以上の要素を有する２自由度の例えば遊星歯車機構により構成する差動装置に、駆動系統への出力を割り当てた要素以外の要素にブレーキを設けたパワートレーンシステムを適用したハイブリッド車両においては、例えば、ある速度で走行している状態において、２つのモータのみで無段変速比を得る電気自動車モード（＝EVモード）と、ローブレーキを締結した固定変速比にて２つのモータで駆動する電気自動車-ローブレーキモード（＝EV-LBモード）との間でモード遷移を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３-３４１５３号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のハイブリッド車のモード遷移制御装置において、EVモードからEV-LBモードに遷移する場合、締結するローブレーキの速度がゼロでない状態でローブレーキを締結すると、各要素の回転速度が強制的に変更された結果としてローブレーキの速度がゼロになるわけであるから、この各要素の速度の変化、すなわち加速度により慣性トルクが発生し、これらに応じて駆動力ショックが発生するという問題点があった。あるいは、EV-LBモードからEVモードに遷移する場合も同様に、ブレーキ解放時の各要素に働く慣性力に対する反力バランスで駆動力ショックが発生するという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、発進または走行状態での適切な定常モードを判別しながら、駆動力的に必要が無ければ無段変速比モードと固定変速比モードとの間のモード遷移を抑制することで、モード遷移に伴う駆動力ショックの発生頻度を抑制することができるハイブリッド車のモード遷移制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、
エンジンと少なくとも１つのモータによる動力源と、
前記各動力源がそれぞれ回転要素に連結される遊星歯車列と、解放により無段変速機能を有する状態から締結することで固定変速比を得る係合要素と、を有する差動歯車変速機と、
前記係合要素が解放状態の無段変速比モードと前記係合要素が締結状態の固定変速比モードのうち、いずれかの定常モードを選択するモード選択手段と、
前記無段変速比モードと固定変速比モードとの間のモード遷移時、前記係合要素の締結・解放を制御する係合要素制御手段と、
を備えたハイブリッド車のモード遷移制御装置において、
車速を検出する車速検出手段と、
目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、
車速と目標駆動力による領域上で、前記無段変速比モードの最大駆動力線により囲まれる無段変速比モード領域と、前記固定変速比モードの最大駆動力線により囲まれる固定変速比モード領域と、による定常モード領域マップをオーバーラップ領域を含んで設定したモード領域マップ設定手段と、を設け、
前記モード選択手段は、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で両モードを選択可能なオーバーラップ領域に存在する場合、選択されている一方の変速比モードから他方の変速比モードへの変更を禁止する手段とした。
【０００７】
【発明の効果】
よって、本発明のハイブリッド車のモード遷移制御装置にあっては、モード領域マップ設定手段において、車速と目標駆動力による領域上で、前記無段変速比モードの最大駆動力線により囲まれる無段変速比モード領域と、前記固定変速比モードの最大駆動力線により囲まれる固定変速比モード領域と、による定常モード領域マップがオーバーラップ領域を含んで設定される。
そして、モード選択手段において、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で両モードを選択可能なオーバーラップ領域に存在する場合、選択されている一方の変速比モードから他方のモードへの変更が禁止される。
このため、発進または走行状態での適切な定常モードを判別しながら、駆動力的に必要が無ければ無段変速比モードと固定変速比モードとの間のモード遷移を抑制することで、モード遷移に伴う駆動力ショックの発生頻度を抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のハイブリッド車のモード遷移制御装置を実現する実施の形態を、図面に示す第１実施例に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
【００１０】
［ハイブリッドシステム構成］
図１は第１実施例のハイブリッド車のモード遷移制御装置が適用されたハイブリッドシステムを示す全体図である。第１実施例装置の駆動系は、図１に示すように、動力源として、エンジン１と同軸多層モータ２（２つのモータ）を有し、変速機として、差動歯車変速機３を有し、出力機構として、出力ギヤ４と、カウンターギヤ５と、ドライブギヤ６と、ディファレンシャル７と、ドライブシャフト８，８と、を有して構成されている。
【００１１】
前記エンジン１は、エンジン出力軸１０とエンジンクラッチECを介して、前記差動歯車変速機３の第２リングギヤR2に連結されている。このエンジンクラッチECは、油圧多板クラッチにより構成されている。
【００１２】
前記同軸多層モータ２は、図１に示すように、モータ室１３内に配置され、モータ＆ギヤケース９に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの外側に配置し、図外の永久磁石を埋設したアウターロータORと、前記ステータＳの内側に配置し、図外の永久磁石を埋設したインナーロータIRと、を同軸上に配置することで構成されている。
前記同軸多層モータ２を構成するインナーロータIRに、第１モータジェネレータ出力軸１１が連結され、前記同軸多層モータ２を構成するアウターロータORに、第２モータジェネレータ出力軸１２が連結されている。以下、「ステータＳ＋インナーロータIR」を第１モータジェネレータMG1といい、「ステータＳ＋アウターロータOR」を第２モータジェネレータMG2という。
【００１３】
前記差動歯車変速機３は、ギヤ室１４内に配置されたラビニョウ型遊星歯車列と、ローブレーキLB（係合要素）と、ハイブレーキHB（係合要素）と、を有して構成されている。
前記ラビニョウ型遊星歯車列は、互いに噛み合う第１ピニオンP1と第２ピニオンP2を支持する共通キャリヤＣと、第１ピニオンP1に噛み合う第１サンギヤS1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２サンギヤS2と、第１ピニオンP1に噛み合う第１リングギヤR1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２リングギヤR2と、の５つの回転要素を有する。
前記ローブレーキLBは、油圧多板クラッチにより構成され、締結により前記第１リングギヤR1をモータ＆ギヤケース９に固定する。
前記ハイブレーキHBは、油圧多板クラッチにより構成され、締結により第１サンギヤS1をモータ＆ギヤケース９に固定する。
【００１４】
前記差動歯車変速機３の４つの回転要素と動力源および出力部材との連結関係は、前記第２リングギヤR2とエンジン出力軸１０とをエンジンクラッチECを介して連結し、前記第１サンギヤS1と第１モータジェネレータ出力軸１１とを連結し、前記第２サンギヤS2と第２モータジェネレータ出力軸１２とを連結し、前記共通キャリヤＣに出力ギヤ４を連結している。
これにより、図２に示す共線図上において、第１モータジェネレータMG1(S1)、エンジンENG(R2)、出力ギヤ４Out(C)、第２モータジェネレータMG2(S2)の回転速度順にてあらわされ、遊星歯車列の動的な動作を簡易的に表せる剛体レバーモデルを導入することができる。
【００１５】
よって、出力軸回転数Noが既知であるとすると、エンジン１と２つのモータジェネレータMG1,MG2のあわせて３つの回転数No,N1,N2のうち１つを決定することによりすべての回転数関係（速度関係）が決まり、すなわち変速比も決まることになる。この意味で、エンジン１と２つのモータジェネレータMG1,MG2のうち１つを速度制御をすることは変速比を制御することと等価である。一方、速度線図上での４つのトルクT1,Te,To,T2の関係については、２つのトルクを決めることにより、速度関係によらず残る２つのトルクの値が決まることが知られている。例えば、図１に示す差動歯車変速機３では、図３に示すように、
T1＋Te＋T2＝To
(α＋１)T1＋Te＝βT2
２つのトルクバランス式が常に成立する。
【００１６】
ここで、「共線図」とは、差動歯車のギヤ比を考える場合、式により求める方法に代え、より簡単で分かりやすい作図により求める方法で用いられる速度線図であり、縦軸に各回転要素の回転数（回転速度）をとり、横軸にリングギヤ、キャリヤ、サンギヤ等の各回転要素をとり、各回転要素の間隔をサンギヤとリングギヤの歯数比になるように配置したものである。
【００１７】
そして、前記ハイブレーキHBは、図２の共線図上において、第１モータジェネレータMG1の回転速度軸と一致する位置に配置され、締結により変速比をオーバードライブ側のハイ変速比に固定する。前記ローブレーキLBは、図２の共線図上において、出力ギヤ４の回転速度軸と第２モータジェネレータMG2の回転速度軸との間の位置に配置され、締結により変速比をアンダードライブ側のロー変速比に固定する。
【００１８】
前記出力ギヤ４からの出力回転及び出力トルクは、カウンターギヤ５→ドライブギヤ６→ディファレンシャル７を経過し、ドライブシャフト８，８から図外の駆動輪へ伝達される。
【００１９】
第１実施例装置の制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ２１と、スロットルバルブアクチュエータ２２と、モーターコントローラ２３と、インバータ２４と、バッテリ２５と、ハイブリッドコントローラ２６と、アクセル開度センサ２７と、車速センサ２８（車速検出手段）と、モード選択スイッチ２９と、エンジン回転数センサ３０と、第１モータジェネレータ回転数センサ３１と、第２モータジェネレータ回転数センサ３２と、油圧コントロールユニット３３と、を有して構成されている。
【００２０】
前記エンジンコントローラ２１は、アクセル開度センサ２７からのアクセル開度情報とエンジン回転数センサ３０からのエンジン回転数情報を入力し、ハイブリッドコントローラ２６からの指令に応じてエンジン回転数とエンジントルクを制御する指令をスロットルバルブアクチュエータ２２へ出力する。
【００２１】
前記モータコントローラ２３は、レゾルバによる両モータジェネレータ回転数センサ３１，３２からの回転数情報を入力し、第１モータジェネレータMG1の回転数及びトルクと、第２モータジェネレータMG2の回転数及びトルクと、をそれぞれ独立に制御する指令をインバータ２４へ出力する。
【００２２】
前記インバータ２４は、前記同軸多層モータ３のステータＳのコイルに接続され、モータコントローラ２３からの指令により、インナーロータIRへの駆動電流とアウターロータORへの駆動電流とを複合させた複合電流を作り出す。このインバータ２４にはバッテリ２５が接続されている。
【００２３】
前記油圧コントロールユニット３３は、ハイブリッドコントローラ２６からの指令を受け、エンジンクラッチECとハイブレーキHBとローブレーキLBの締結制御及び解放制御を行う。
【００２４】
前記ハイブリッドコントローラ２６は、車速センサ２８からの車速情報やエンジンコントローラ２１からのアクセル開度情報及びエンジン回転数情報を入力して所定の演算処理を行う。そして、エンジンコントローラ２１、モータコントローラ２３、油圧コントロールユニット３３に対し演算処理結果にしたがって制御指令を出力する。
【００２５】
なお、ハイブリッドコントローラ２６とエンジンコントローラ２１、および、ハイブリッドコントローラ２６とモータコントローラ２３とは、それぞれ双方向通信線により接続されている。
【００２６】
［ハイブリッドコントローラ２６について］
図４は第１実施例装置のハイブリッドコントローラ２６を示す制御ブロック図であり、目標駆動力生成部２６ａ（目標駆動力算出手段）、バッテリ状態判定部２６ｂ、最適燃費モード選択手段２６ｃ（モード選択手段）、各モード目標値生成部２６ｄ、モード遷移条件部２６ｅ、レバー目標値生成部２６ｆ、レバー制御部２６ｇ、オブザーバ２６ｈ、最終指令値決定部２６ｉ、油圧制御部２６ｊ（係合要素制御手段）、を有している。
【００２７】
前記目標駆動力生成部２６ａは、車速信号・アクセル開度・レンジ信号から、目標駆動力を生成し、最適燃費モード選択手段２６ｃと各モード目標値生成部２６ｄへ出力する。
【００２８】
前記バッテリ状態判定部２６ｂは、バッテリ２５の著しい劣化を招くことなく、エネルギ授受を行うため、ＳＯＣ（State of Charge）関連の付帯演算と瞬時パワーの各種制限とを演算し、現在の充電状態（ＳＯＣ）とバッテリ２５の入出力電力可能範囲を、最適燃費モード選択手段２６ｃと各モード目標値生成部２６ｄへ出力する。
【００２９】
前記最適燃費モード選択手段２６ｃは、バッテリ充電状態・目標駆動力・車速に応じ、各モード毎の最適燃費が得られる領域を互いにオーバーラップする領域を含みながら設定した定常モード領域マップを用いる（モード領域マップ設定手段）。この定常モード領域マップ上での運転点（バッテリ充電状態・目標駆動力・車速）が属するモードがただ１つの場合はその定常モードを選択し、また、定常モード領域マップ上での運転点が属するモードが複数の場合は現在選択されている定常モードを優先選択し、選択した定常モードを「推奨モード」として各モード目標値生成部２６ｄとモード遷移条件部２６ｅへ出力する。
【００３０】
前記各モード目標値生成部２６ｄは、最適燃費モード選択手段２６ｃから「推奨モード」を受け取り、各「推奨モード」毎に目標値を生成し、生成した目標値をレバー目標値生成部２６ｆへ出力する。速度動作点としては、４要素のうち、任意の二つで足りる。トルク指令については、三つのトルクアクチュエータ（エンジン１，モータージェネレータMG1,MG2）それぞれのトルク指令を出力する。
【００３１】
前記モード遷移条件部２６ｅは、最適燃費モード選択手段２６ｃから「推奨モード」、センサからの速度状態、オブザーバ２６ｈからのエンジントルク推定値などを受け取る。また、車両の各システムからの準備完了信号を受け取り、全体および各モード遷移の許可・禁止を決定する。モード遷移が許可されたときには、遷移シーケンスに応じて順次制御を切り替えてゆく（遷移ステップ）。また、必要なシーケンス遷移ステップにおいて、エンジン始動・停止の判定やブレーキの締結・解放の制御を行う。
【００３２】
前記レバー目標値生成部２６ｆは、モード遷移条件部２６ｅからのシーケンス遷移ステップに応じて、各モード目標値生成部２６ｄから出力される始点モードの速度指令・トルク指令と、終点モードの速度指令・トルク指令とから、滑らかなレバー目標値である瞬時速度指令値・トルク指令値を生成し、レバー制御部２８ｇへ出力する。
【００３３】
前記レバー制御部２６ｇは、無段変速比モードと固定変速比モードでの変速比制御部と駆動力制御部を有し、レバー目標値生成部２６ｆからの瞬時速度指令値（車速に対するエンジン１とモータージェネレータMG1,MG2のどの速度でもよい）とトルク指令値をフィードバック制御により達成し、最終指令値決定部２６ｉに出力する。
【００３４】
前記オブザーバ２６ｈは、エンジントルク推定値や走行抵抗トルク推定値などを生成し、モード遷移条件部２６ｅやレバー制御部２６ｇへ出力する。
【００３５】
前記最終指令値決定部２６ｉは、モード遷移条件部２６ｅからのシーケンス遷移ステップ、レバー制御部２６ｇからの速度指令値およびトルク指令値を取り込み、バッテリ状態を勘案しながらモータトルク指令値をモータコントローラ２３に出力し、エンジントルク指令値をエンジンコントローラ２１に出力する。
【００３６】
前記油圧制御部２６ｊは、モード遷移条件部２６ｅからのシーケンス遷移ステップを受け取り、それに基づき、エンジンクラッチEC、ローブレーキLB、ハイブレーキHBを締結・解放する指令を油圧コントロールユニット３３へ出力する。
【００３７】
［定常モードについて］
第１実施例装置の場合、このハイブリッドシステムによる定常モードとして、両ブレーキLB，HBを解放して無段変速比を得る『無段変速比モード』と、両ブレーキLB，HBのうち、一方のブレーキを締結して固定変速比を得る『固定変速比モード』と、を有する。
【００３８】
前記『無段変速比モード』としては、エンジン１と両モータジェネレータMG1,MG2を動力源として使用する「E-iVTモード」と、両モータジェネレータMG1,MG2のみを動力源として使用する「EVモード」と、を有する。
【００３９】
前記『固定変速比モード』としては、ローブレーキLBを締結したままでエンジン１と一方のモータジェネレータMG1,MG2で走行する「LBモード」と、ハイブレーキHBを締結したままでエンジン１と第２モータジェネレータMG2で走行する「HBモード」と、ローブレーキLBを締結したままで２つのモータジェネレータMG1,MG2のみで走行する「EV-LBモード」と、ハイブレーキHBを締結したままで第２モータジェネレータMG2のみで走行する「EV-HBモード」と、を有する。
【００４０】
そして、車両状態（例えば、車速）と、目標駆動力（例えば、アクセル開度と車速から演算）と、バッテリ充電状態と、から燃費最適な「推奨モード」を自動的に選択し、現在選択されているモードから「推奨モード」へモード遷移を行うとき、または、モード選択スイッチ２９への操作によりモードを選択し、現時点のモードから選択モードへのモード遷移を行うとき、モード受け渡しのためにモード遷移シーケンス制御を行う。
【００４１】
このモード遷移シーケンス制御では、エンジン１及び両モータジェネレータMG1,MG2の動作点を受け渡すエンジン始動やエンジン停止やエンジンクラッチECの締結・解放制御を必要とするだけではなく、『無段変速比モード』と『固定変速比モード』との間においてモード遷移を行う場合には、ローブレーキLBやハイブレーキHBの締結制御や解放制御を行わなければならない。
【００４２】
前記「E-iVTモード」は、エンジン１とモータジェネレータMG1,MG2を用いて走行する変速比が可変のモードであり、「E-iVTモード」においては、バッテリ状態判定部２６ｂからのＳＯＣと充放電可能電力範囲とからバッテリ出力電力を決定する。バッテリ出力電力を決めると、車力と駆動力とからエンジン出力が決定されるので、エンジン動作平面（横軸エンジン回転速度・縦軸エンジントルク）上で、等エンジン出力線をトレースし、{(車速)×(駆動力)＋(バッテリ充電電力)-(モータ損失合計)}／(エンジン使用燃料流量)が最大となる点を選べば、システム効率最大のエンジン運転点(Ne,Te)を選ぶことができる。
モータ動作点(N1,T1,N2,T2)は、エンジン回転数Ne、出力軸回転数No、エンジントルクTeを入力し、
N1＝Ne＋α（Ne-No）                      …(1)
N2＝No-β（Ne-No）                      …(2)
To＝T1＋T2＋Te                            …(3)
N1・T1＋N2・T2＝Pb                        …(4)
αT1＋To＝（１＋β）T2                    …(5)
但し、N1，T1:第１モータジェネレータMG1の回転数とトルク
N2，T2:第２モータジェネレータMG2の回転数とトルク
α，β：遊星歯車の歯数比
であらわされる(1)〜(5)の式（E-iVTバランス式）において、(4)式のバッテリパワーPbを、Pb＝０として、連立運動方程式を解くことにより算出する（図２参照）。
【００４３】
前記「EVモード」は、２つのモータジェネレータMG1,MG2を用いて走行する変速比が可変のモードであり、「EVモード」においては、
N2＝{1/1+α}{-βN1+(1+α+β)No}                           …(6)
T1＝｛β/(1+α+β)｝To      T2＝｛(1+α)/(1+α+β)｝To    …(7)
の両式が成り立つように制御され、式(7)のとおり、各モータジェネレータMG1,MG2のトルクT1,T2は、駆動力目標Toに応じて一意に決まっている。このとき、モータジェネレータMG1,MG2の速度の組み合わせ（＝変速比。車速が与えられているときに一方を決めると他方も決まる）に応じて、モータジェネレータMG1,MG2およびそれらの制御装置において発生するパワー損失も一意に決まるので、これが最小となるように、モータジェネレータMG1,MG2の速度の組み合わせ(N1,N2)を決めれば、モータ動作点(N1,T1,N2,T2)が決定される（図５参照）。
【００４４】
前記「EV-LBモード」は、ローブレーキLBを締結した状態で、２つのモータージェネレータMG1,MG2のみで走行するモードであり、「EV-LBモード」においては、変速比はロー側で一定であることで、車速が決まればモータジェネレータMG1,MG2の速度の組み合わせ(N1,N2)が決まる。そして、ローブレーキLBの締結が駆動力目標To（出力トルク）の反力受けとなるので、各モータジェネレータMG1,MG2のトルクT1,T2は、剛体レバーをバランスさせて車速変化（＝出力軸回転数Noの変化）を抑えるようにT1＝-T2で与える（図６参照）。
【００４５】
次に、作用を説明する。
【００４６】
［モード選択処理］
図７は第１実施例装置のハイブリッドコントローラ２６の最適燃費モード選択手段２６ｃにて一定周期にて繰り返し実行されるモード選択処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、このフローチャートにおいては、図８に示すように、aを「EV-LBモード」の最大駆動力線、bを「EVモード」の最大駆動力線、a1を「EV-LBモード」の最良燃費域、b1を「EVモード」の最良燃費域、c1をハイブリッドモード域とする定常モード領域マップが設定された場合を例にとる。
【００４７】
ステップＳ１では、現在の運転点が定常モード領域マップ上において、「EV-LBモード」の最大駆動力線ａ、または、「EVモード」の最大駆動力線ｂの領域内（＝EV走行域）に存在するか否かが判断され、YESの場合はステップＳ３へ移行し、NOの場合はステップＳ２へ移行する。
【００４８】
ステップＳ２では、ステップＳ１でのEV走行域に存在するとの判断に基づいて、FLG EV-LB＝１（「EV-LBモード」による走行中）か否かが判断され、YESの場合はステップＳ３へ移行し、NOの場合はステップＳ４へ移行する。
【００４９】
ステップＳ３では、ステップＳ２での「EV-LBモード」による走行中であるとの判断に基づいて、現在の運転点が定常モード領域マップ上において「EV-LBモード」の最大駆動力線ａの領域内に存在するか否かが判断され、YESの場合はステップＳ５へ移行し、NOの場合はステップＳ４へ移行する。
【００５０】
ステップＳ４では、ステップＳ３での「EV-LBモード」の最大駆動力線ａの領域内に存在しないとの判断に基づき、現在の運転点が定常モード領域マップ上において「EVモード」の最大駆動力線ｂの領域内に存在するか否かが判断され、YESの場合はステップＳ９へ移行し、NOの場合はステップＳ５へ移行する。
【００５１】
ステップＳ５では、ステップＳ４での現在の運転点が定常モード領域マップ上において「EVモード」の最大駆動力線ｂの領域内に存在するとの判断に基づいて、前回「EV-LBモード」が選択されていたか否かが判断され、YESの場合はステップＳ７へ移行し、NOの場合はステップＳ６へ移行する。
【００５２】
ステップＳ６では、ステップＳ５での前回「EV-LBモード」が選択されていなかったとの判断に基づいて、ローブレーキLBが締結され、ステップＳ７へ移行する。
【００５３】
ステップＳ７では、ステップＳ５での前回「EV-LBモード」が選択されていたとの判断、あるいは、ステップＳ６でのローブレーキLBの締結により、「EV-LBモード」によるローブレーキLBを締結した固定変速比による電気自動車走行とし、ステップＳ８へ移行する。
【００５４】
ステップＳ８では、「EV-LBモード」による走行中であるか「EVモード」による走行中であるかを示すフラグFLG EV-LBを、FLG EV-LB＝１（「EV-LBモード」による走行中）に設定し、終了へ移行する。
【００５５】
ステップＳ９では、ステップＳ４での現在の運転点が定常モード領域マップ上において「EVモード」の最大駆動力線ｂの領域内に存在するとの判断に基づいて、前回「EVモード」が選択されていたか否かが判断され、YESの場合はステップＳ１１へ移行し、NOの場合はステップＳ１０へ移行する。
【００５６】
ステップＳ１０では、ステップＳ９での前回「EVモード」が選択されていなかったとの判断に基づいて、ローブレーキLBが解放され、ステップＳ１１へ移行する。
【００５７】
ステップＳ１１では、ステップＳ９での前回「EVモード」が選択されていたとの判断、あるいは、ステップＳ１０でのローブレーキLBの解放により、「EVモード」による電気自動車走行とし、ステップＳ１２へ移行する。
【００５８】
ステップＳ１２では、「EV-LBモード」による走行中であるか「EVモード」による走行中であるかを示すフラグFLG EV-LBを、FLG EV-LB＝０（「EVモード」による走行中）に設定し、終了へ移行する。
【００５９】
ステップＳ１３では、ステップＳ１でのEV走行域に存在しない、すなわち、現在の運転点が定常モード領域マップ上においてハイブリッドモード域c1に存在するとの判断に基づいて、「E-iVTモード」等によるハイブリッド走行とし、終了へ移行する。
【００６０】
［モード選択作用］
例えば、車速0km/hでの発進時であって、運転点が定常モード領域マップ上において「EV-LBモード」のみの領域内に存在する時には、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６へと進み、ステップＳ６では、ローブレーキLBが締結され、ステップＳ７へと進んで、「EV-LBモード」によるローブレーキLBを締結した固定変速比による電気自動車走行により車両が発進し、さらに、ステップＳ８へと進んで、フラグFLG EV-LBが、FLG EV-LB＝１に設定される。
【００６１】
発進後はFLG EV-LB＝１に設定されていることで、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３へと進み、ステップＳ３において、「EV-LBモード」の最大駆動力線ａで囲まれる領域内に存在する限り、ステップＳ３からはステップＳ５→ステップＳ７へと進み、「EV-LBモード」によるローブレーキLBを締結した固定変速比による電気自動車走行が維持される。
【００６２】
そして、運転点が定常モード領域マップ上においてEVモードの最大駆動力線ｂで囲まれる領域に入ると、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ９→ステップＳ１０へと進み、ステップＳ１０では、ローブレーキLBが解放され、ステップＳ１１へと進んで、「EVモード」による無段変速比による電気自動車走行が開始され、さらに、ステップＳ１２へと進んで、フラグFLG EV-LBが、FLG EV-LB＝０に設定される。
【００６３】
その後、運転点が定常モード領域マップ上においてEVモードの最大駆動力線ｂで囲まれる領域内にある限りは、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ４→ステップＳ９→ステップＳ１１へと進み、「EVモード」による無段変速比による電気自動車走行が維持される。
【００６４】
さらに、運転点が定常モード領域マップ上において、EVモードの最大駆動力線ｂで囲まれる領域内からハイブリッドモード域c1に入ると、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ１３へと進み、「E-iVTモード」等によるハイブリッド走行に移行する。
【００６５】
［モード遷移時の課題］
差動装置を用いた駆動装置としては、例えば、遊星歯車機構を構成するサンギヤ、プラネットキャリヤ、リングギヤの３要素に、発電機、エンジン、駆動系のモータをそれぞれ連結した構成のハイブリッド車用駆動装置が知られている（特開昭2000-142146号公報参照）。
【００６６】
この駆動装置によれば、歯車の差動機能を利用してエンジン出力の一部を発電機の駆動に配分し、その発生電力をモータに供給することで、無段変速および出力トルクの増減を行うことができる。しかしながら、このような従来の駆動装置では、機構上の制約から遊星歯車を通過する機械的エネルギを大きくしにくいため発電機およびモータとそれらの駆動装置をそれだけ大型のものにする必要がある。特に、差動装置を通過する動力に対して発電機およびモータを通過する動力の割合が低速側では１に近づいてそれ以上には大きくできないため、発進時の駆動力を十分に確保するためには発電機およびモータ側にエンジンと同程度の高出力のものが必要になり、それだけ駆動装置としての寸法や重量が大きくなり、効率も低いものとなる。
【００６７】
これに対し、例えば、特開２００３-３４１５３号公報、特開２００３-３４１５４号公報、あるいは、特開２００３-３４１５５号公報では、モータ／ジェネレータの容量を大きくすることなく発進性を向上させている。すなわち、４個以上の要素を有する２自由度の例えば遊星歯車機構により構成する差動装置において、駆動系統への出力を割り当てた要素以外の要素にブレーキを設けて該要素を制動することにより、動力源と駆動系統との間に大きな減速比を設定することを可能としている。これにより，より大きな駆動力発生が可能になると同時に、ブレーキが締結されていなくとも発生できる駆動力の範囲内であっても、ブレーキを締結したほうが電気的・機械的なエネルギーロスが小さくできる領域が存在するようになった。
【００６８】
このような差動装置においては、何れか２個の要素の速度を決定すれば他の要素の速度が決まる。この駆動装置は，前述のブレーキが締結されていない場合には「自由度２のシステム」として作用する。これは通常のサンギヤ・キャリヤ・リングギヤの三要素の遊星歯車二組を、二要素を共通に、例えば、第一の遊星のキャリヤと第二の遊星のキャリヤを共通とし、さらに、第一の遊星のピニオンギヤと第二の遊星のピニオンギヤとを噛み合わせるなどで実現している。これを速度線図と呼ばれる速度の関係を表す図表で表すと図２のようになる。
【００６９】
このとき、出力軸の速度は既知であるとすると、エンジン・２つのモータのあわせて３つの速度のうち１つを決定することによりすべての速度関係が決まり、すなわち変速比も決まることになる。この意味で、エンジン・２つのモータのうち１つを速度制御をすることは変速比を制御することと等価である。一方、速度線図上での４つのトルクの関係については、２つのトルクを決めることにより、速度関係によらず残る２つのトルクの値が決まることが知られている。例えば、図１の差動歯車機構では、図３に示すトルクバランスが常に成立する。
【００７０】
このようなシステムに、特開２００３-３４１５３号公報の通り駆動系統への出力を割り当てた要素以外の要素にブレーキを設けた場合、EVモードにおいては図５に示す速度線図になり、EV-LBモードにおいては図６に示す速度線図になる。
【００７１】
しかしながら、特開２００３-３４１５３号公報のような４個以上の要素を有する２自由度の例えば遊星歯車機構により構成する差動装置に、駆動系統への出力を割り当てた要素以外の要素にブレーキを設けたパワートレーンシステムを適用したハイブリッド車両においては、ある速度で走行している状態において、図５に示すEVモードから図６に示すEV-LBモードに遷移する場合、締結するブレーキの速度がゼロでない状態でブレーキを締結すると、各要素の回転速度が強制的に変更された結果としてブレーキの速度がゼロになるわけであるから、この各要素の速度の変化、すなわち加速度により慣性トルクが発生し、これらに応じて駆動力ショックが発生するという問題点があった。
【００７２】
あるいは、図６に示すEV-LBモードから図５に示すEVモードに遷移する場合も同様に、ブレーキ解放時の各要素に働く慣性力に対する反力バランスで駆動力ショックが発生するという問題点があった。
【００７３】
［モード遷移作用］
第１実施例装置でのモード遷移作用を説明する。図８はEVモードおよびEV-LBモードの最大駆動力線と最良燃費域マップの関係を示す定常モード領域マップ図である。図８中のaが「EV-LBモード」の最大駆動力線、bが「EVモード」の最大駆動力線、a1が「EV-LBモード」の最良燃費域、b1が「EVモード」の最良燃費域、c1が「E-iVTモード」等によるハイブリッドモード域である。a1およびb1の差異は電気系損失による。
【００７４】
すなわち、駆動力負荷を第１モータジェネレータMG1、第２モータジェネレータMG2に分担するEVモードの方が電気系損失が小さく燃費が良い。一方、車速0km/hからの発進時においては駆動力の観点からローブレーキLBを締結した「EV-LBモード」が多く選ばれる。
【００７５】
したがって、上記モード選択作用にて説明したように、発進時はローブレーキLBを締結し、その後、車速が高くなるにしたがい「EVモード」の燃費域に入る事になり、燃費の観点から判断するとローブレーキLBを解放し、「EVモード」に遷移する。なお、発進時はローブレーキLBの締結・解放による駆動力トルクショックが発生するものの、低速時の「EV-LBモード」と「EVモード」との効率差は小さく、かつ短時間であるので、そのまま「EV-LBモード」で走行しても燃費的に大きく悪化しない。
【００７６】
よって、「EV-LBモード」から「EVモード」へのモード遷移を抑制し、図８中の「EV-LBモード」の最大駆動力域ａ内は全て「EV-LBモード」で走行することで、燃費的にほとんど変わらず駆動力ショックのない発進が可能となる。
【００７７】
逆に、下り坂等駆動力をあまり必要としない場合で、「EVモード」で発進できた場合は、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ４→ステップＳ９→ステップＳ１１へと進み、運転点が定常モード領域マップ上においてEVモードの最大駆動力線ｂで囲まれる領域内にある限りは、「EVモード」による無段変速比による電気自動車走行が維持されることになる。
【００７８】
よって、駆動力的に「EV-LBモード」に行く必要がなければ、「EVモード」から「EV-LBモード」へのモード遷移を抑制し、図８中の「EVモード」の最大駆動力域ｂ内は全て「EVモード」で走行することで、駆動力ショックを無くすことができる。
【００７９】
次に、効果を説明する。
第１実施例のハイブリッド車のモード遷移制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００８０】
(1) エンジン１と２つのモータジェネレータMG1,MG2による動力源と、前記各動力源がそれぞれ回転要素に連結される遊星歯車列と、解放により無段変速機能を有する状態から締結することで固定変速比を得る係合要素と、を有する差動歯車変速機３と、前記係合要素が解放状態の無段変速比モードと前記係合要素が締結状態の固定変速比モードのうち、いずれかの運転モードを選択するモード選択手段と、前記無段変速比モードと固定変速比モードとの間のモード遷移時、前記係合要素の締結・解放を制御する係合要素制御手段と、を備えたハイブリッド車のモード遷移制御装置において、車速を検出する車速センサ２８と、目標駆動力を生成する目標駆動力生成部２６ａと、車速と目標駆動力により無段変速比モード領域と固定変速比モード領域とをオーバーラップ領域を含んで定常モード領域マップを設定したモード領域マップ設定手段と、を設け、前記モード選択手段は、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で両モードを選択可能なオーバーラップ領域に存在する場合、他方の変速比モードへの変更を禁止するため、発進または走行状態での適切な定常モードを判別しながら、無段変速比モードと固定変速比モードとの間の頻繁なモード遷移を回避することで、駆動力ショックの発生頻度を抑制することができる。
【００８１】
(2) 前記モード選択手段は、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で一方のモード選択可能領域を超えた場合にのみ、他方の変速比モードに移行するため、燃費等から求まる最適間モードに従って、「無段変速比モード」と「固定変速比モード」との間で頻繁にモード遷移する状態を回避することが可能になり、該モード遷移時の駆動力ショックの発生頻度を抑制することができる。
【００８２】
(3) 前記差動歯車変速機３は、共線図上で第１モータジェネレータMG1、エンジン１、出力ギヤ４、第２モータジェネレータMG2の回転速度順になるように連結される２自由度の遊星歯車列と、締結により共線図上で出力ギヤ４と第２モータジェネレータMG2との間の位置に配置され、締結により変速比をロー変速比に固定するローブレーキLBと、を有し、前記無段変速比モードは、第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2のみで無段変速比を得ながら発進または走行する「EVモード」であり、前記固定変速比モードは、ローブレーキLBを締結した固定変速比で、第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2で駆動しながら発進または走行する「EV-LBモード」であるため、下記の効果が得られる。
「EV-LBモード」で発進または走行している状態において、燃費等から「EVモード」が選定されたとしても、そのまま「EV-LBモード」で走行する事とが可能となる。また、「EVモード」および「EV-LBモード」はバッテリ２５のパワー容量程度のパワーフローであるため、燃費的に有意に悪化せず駆動力ショックのない走行ができる。
「EVモード」で発進または走行している状態において、燃費等から「EV-LBモード」が選定されたとしても、そのまま「EVモード」で走行する事が可能となる。また、低速時においては一般的に駆動力負荷を両モータジェネレータMG1,MG2に分担する「EVモード」の方が電気系損失が小さく燃費が良い。したがって、燃費の向上と駆動力ショックのない走行ができる。
【００８３】
(4) 前記モード選択手段は、EVモードを選択し、EVモードにより発進または走行している状態においては、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上でEVモード選択可能領域を超えない限り、EVモード以外のモードに移行しないため、「EVモード」で発進または走行している状態において、燃費等から「EVモード」以外のモードが選定されたとしても、該「EVモード」の走行可能範囲を超えない限り「EVモード」で走行することができ、低速時の各モードの効率差は小さく、燃費的に悪化せず駆動力ショックのない走行ができる。
【００８４】
以上、本発明のハイブリッド車のモード遷移制御装置を第１実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第１実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００８５】
例えば、第１実施例では、遊星歯車列としてラビニョウ型遊星歯車列による例を示したが、無段変速機能を有する状態から係合要素（クラッチやブレーキ）の締結により固定変速比モードに移行できる他の遊星歯車列も適用できる。
【００８６】
第１実施例及び第２実施例では、動力源として１エンジン・２モータを搭載した例を示したが、少なくとも１エンジン・１モータを搭載したハイブリッド車に適用することができる。
【００８７】
第１実施例では、第１モータジェネレータと第２モータジェネレータとして、共通ステータと２つのロータにより外観上は１つのモータジェネレータであるが、機能上は２つのモータジェネレータを達成する同軸多層モータ２の適用例を示したが、２つの独立したモータジェネレータを用いたものであっても良い。
【００８８】
第１実施例では、「EVモード」と「EV-LBモード」との間でのモード遷移の例を示したが、他の「EVモード」と「EV-HBモード」との間でのモード遷移等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のハイブリッド車のモード遷移制御装置が適用されたハイブリッドシステムを示す全体図である。
【図２】第１実施例装置における差動歯車変速機の共線図である。
【図３】第１実施例装置における差動歯車変速機の共線図上でのトルクバランス図である。
【図４】第１実施例装置のハイブリッド制御系を示すブロック図である。
【図５】第１実施例装置における「EVモード」での共線図である。
【図６】第１実施例装置における「EV-LBモード」での共線図である。
【図７】第１実施例装置のハイブリッドコントローラの最適燃費モード選択手段にて一定周期にて繰り返し実行されるモード選択処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】第１実施例装置におけるEVモードおよびEV-LBモードの最大駆動力線と最良燃費域マップの関係を示した定常モード領域マップ図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  同軸多層モータ
MG1  第１モータジェネレータ
MG2  第２モータジェネレータ
３  差動歯車変速機
４  出力ギヤ（出力部材）
５  カウンターギヤ
６  ドライブギヤ
７  ディファレンシャル
８，８  ドライブシャフト
９  モータ＆ギヤケース
１０  エンジン出力軸
１１  第１モータジェネレータ出力軸
１２  第２モータジェネレータ出力軸
１３  モータ室
１４  ギヤ室
EC  エンジンクラッチ
HB  ハイブレーキ（係合要素）
LB  ローブレーキ（係合要素）
２１  エンジンコントローラ
２２  スロットルバルブアクチュエータ
２３  モーターコントローラ
２４  インバータ
２５  バッテリ
２６  ハイブリッドコントローラ
２６ａ  目標駆動力生成部（目標駆動力算出手段）
２６ｂ  バッテリ状態判定部
２６ｃ  最適燃費モード選択手段（モード選択手段）
２６ｄ  各モード目標値生成部
２６ｅ  モード遷移条件部
２６ｆ  レバー目標値生成部
２６ｇ  レバー制御部
２６ｈ  オブザーバ
２６ｉ  最終指令値決定部
２６ｊ  油圧制御部（係合要素制御手段）
２７  アクセル開度センサ
２８  車速センサ（車速検出手段）
２９  モード選択スイッチ
３０  エンジン回転数センサ
３１  第１モータジェネレータ回転数センサ
３２  第２モータジェネレータ回転数センサ
３３  油圧コントロールユニット
【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】
0003823949.tif 000008
【図８】
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