JP2015020484A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 走行モードの切替時に、駆動トルクが要求駆動力よりも不足することを防止するとともに応答性を向上させる。
【解決手段】 エンジンに連結されたキャリヤと、第１モータ・ジェネレータに連結されたサンギヤと、第２モータ・ジェネレータに連結されたリングギヤとを有する動力分割機構と、キャリヤを固定するブレーキとを備え、ブレーキを開放させてエンジンで走行する第１走行モードと、ブレーキを係合させて両モータ・ジェネレータ２，３で走行する第２走行モードと、第２モータ・ジェネレータのみで走行する第３走行モードとに設定できるハイブリッド車両の制御装置において、第１走行モードから第２走行モードへの切り替えを禁止する（ステップＳ５）とともに、ブレーキを係合完了させた後に第３走行モードから第２走行モードへ切り替える（ステップＳ６）ように構成されている。
【選択図】図７

Description

この発明は、動力源としてエンジンおよびモータを搭載したハイブリッド車両の制御装置に関する。

従来、エンジンおよびモータを搭載したハイブリッド車両のうち、動力源として機能する二つのモータを備え、そのモータが発電機能を有するように構成された車両が知られている。その車両の動力伝達装置には、複数の回転要素からなる差動機構により構成された動力分割機構が含まれ、その動力分割機構は、三つの回転要素による差動作用を生じ、いずれか一つの回転要素がエンジンと連結され、他の一つの回転要素が第１モータと連結され、更に他の一つの回転要素が駆動輪および第２モータと連結されることも知られている。そして、エンジンが出力した動力を、動力分割機構によって発電機能を有する第１モータ側と、駆動輪に接続された出力部材側とに分割して伝達し、かつ第１モータが反力を生じることによりそのモータの回転数に応じてエンジンの回転数を適宜に制御することができる。このようにエンジンが出力する動力により走行する走行モードの他に、エンジンを停止させてモータが出力する動力のみにより走行する走行モードを設定することができるように構成されている。

その種のツーモータ式ハイブリッド車両として、エンジンのクランクシャフトを固定するためのクラッチを備え、設定される走行モードに応じてクラッチの作動を制御する構成が、特許文献１および特許文献２に開示されている。それらの文献に記載された構成では、エンジンからの出力によって走行するトルク変換運転モードおよび充放電運転モードの場合にはクラッチを開放させ、他方、エンジンを停止して二つのモータからの出力によって走行するモータ運転モードの場合にはクラッチを係合させるように構成されている。また、特許文献１には、駆動軸に出力すべき要求トルクに基づいて二つのモータを駆動制御し、かつクラッチを制御することが記載されている。特許文献２には、エネルギ効率を考慮して二つのモータにおけるトルク配分を制御することが記載されている。

特開２００８−２６５５９８号公報 特開２００８−２６５６００号公報

しかしながら、各特許文献に記載された構成では、クラッチを開放させてエンジンから動力を出力して走行している状態から、クラッチを係合させるとともにエンジンを停止させ、かつ両方のモータから動力を出力して走行する状態に切り替わる際、駆動トルクが抜ける可能性がある。具体的には、各文献に記載された充放電運転モードで走行中、要求トルクが各モータの最大トルクの合算値以内となった場合にモータ運転モードへの切替を実施すると、その切替動作中は、エンジンの回転を停止させるために第１モータを制御し、かつクラッチが開放しているので、過渡的に第２モータからの出力のみで走行することになり、その要求トルクが、第２モータから出力可能な最大トルクよりも大きい場合や、第２モータの出力可能な最大トルクから所定の始動に必要なトルクを差し引いたトルクよりも大きい場合には、その要求トルクを満たすことができず駆動トルクが不足してしまう。このような一時的な駆動トルクの不足が、いわゆるトルク抜けと称される状態である。

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って、複数の走行モードに設定できるハイブリッド車両の制御装置において、走行モードの切替時に駆動トルクが抜けることを低減できる制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、エンジンに連結された第１回転要素と、発電機能を有する第１モータに連結された第２回転要素と、第２モータおよび出力部材に連結された第３回転要素とを有し、各回転要素が差動作用を生じる差動機構と、前記第１回転要素を選択的に固定する固定手段とを備え、前記固定手段を開放させて少なくとも前記エンジンが出力する動力により走行する第１走行モードと、前記固定手段を係合させて前記第１モータおよび第２モータが出力する動力により走行する第２走行モードと、前記第２モータが出力する動力のみにより走行する第３走行モードとを切り替えるように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、前記第１走行モードから前記第２走行モードへの切り替えを禁止するとともに、前記固定手段を係合完了させた後に前記第３走行モードから前記第２走行モードへ切り替えるように構成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、駆動特性が異なる複数の走行モードを設定することができ、その走行モードの切り替え時に駆動トルクが要求駆動力よりも不足することを低減できるとともに、その切り替え応答性を向上させることができる。

この発明で対象とすることができるパワートレーンの一例を示したスケルトン図である。 ハイブリッド車両の制御装置に含まれる電子制御装置の一例を示したブロック図である。 図１に示すパワートレーンにおいて、エンジン走行モードに設定された場合を示した共線図である。 図１に示すパワートレーンにおいて、ツーモータ走行モードに設定された場合を示した共線図である。 駆動特性が異なる複数の走行モードにおける走行領域を示した切り替えマップ図である。 固定手段の状態および油温に応じたしきい時間を示した説明図である。 ツーモータ走行領域の設定の有無を判定するための制御フローの一例を示したフローチャート図である。 走行モード切替時における車両の運転状態の一例を示したタイムチャート図である。 この発明で対象とすることができるパワートレーンの変形例を示したスケルトン図である。 図９に示すパワートレーンにおいて、各走行モードおよび後進状態での固定手段の係合状態および開放状態と、各モータ・ジェネレータの動作の状態とを示した表図である。 走行モード切替時における車両の運転状態の一例を示したタイムチャート図である。 図９に示すパワートレーンにおいて、エンジン走行モードに設定された場合を示した共線図である。 図９に示すパワートレーンにおいて、ツーモータ走行モードに設定された場合を示した共線図である。

以下、この発明を具体的に説明する。この発明で対象とする車両は、いわゆるツーモータ式ハイブリッド車両であって、種類の異なる動力源としてエンジンおよび二つのモータが搭載されている。この発明の一例におけるハイブリッド車両の制御装置は、駆動特性が異なる複数の走行モードを設定できるとともに、その走行モードを切り替える制御を実行するように構成されている。図１は、この発明で対象とすることができるパワートレーンの一例を示している。図１に示すように、車両Ｖｅは、動力源として、燃料を燃焼させて動力を出力するエンジン（ＥＮＧ）１と、電力が供給されて動力を出力する機能と機械的な外力によって強制的に回転させられて発電する機能とを有する第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２および第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３とを備えている。エンジン１は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンやガスエンジンなど、燃料を使用する内燃機関である。モータ・ジェネレータ２，３は、図示しない蓄電装置から電力を供給されて駆動し、あるいは発電した電力を蓄電装置へ供給するように構成されている。

エンジン１から車軸１１に到る動力伝達経路中には、エンジン１が出力した動力を、第１モータ・ジェネレータ２側と車軸１１と一体回転するように連結された図示しない駆動輪側とに分割する動力分割機構５が設けられている。動力分割機構５は、複数の回転要素を有し差動作用を生じる差動機構によって構成され、図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。その動力分割機構５は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）４と同一の軸線上に配置され、三つの回転要素として、外歯歯車であるサンギヤ５ｓと、サンギヤ５ｓに対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ５ｒと、サンギヤ５ｓおよびリングギヤ５ｒと噛み合った状態で配置されているピニオンギヤを自転可能かつ公転可能に保持しているキャリヤ５ｃと備えている。サンギヤ５ｓに第１モータ・ジェネレータ２のロータ２ａが一体回転するように連結されている。その第１モータ・ジェネレータ２は、動力分割機構５に隣接して配置され、かつ軸線方向で動力分割機構５に対してエンジン１とは反対側に配置されている。キャリヤ５ｃにエンジン１の出力軸４が一体回転するように連結されている。リングギヤ５ｒにドライブギヤ６が一体回転するように連結されている。そのドライブギヤ６は、軸線方向でエンジン１と動力分割機構５との間に配置されている。

また、キャリヤ５ｒの回転を選択的に止めるように構成されたブレーキＢが、エンジン１から動力分割機構５に到る動力伝達経路中に設けられている。すなわち、キャリヤ５ｒとエンジン１の出力軸４とは一体回転するように連結されているから、ブレーキＢは、エンジン１の出力軸４の回転を止める固定手段として機能する。ブレーキＢは、例えば油圧によって係合する摩擦ブレーキによって構成されている。なお、軸線方向ではエンジン１と動力分割機構５との間にブレーキＢが配置されている。また、出力軸４の延長軸線上にオイルポンプ（ＯＰ）１２が配置されている。オイルポンプ１２は、潤滑や制御のための油圧を発生するためのものであり、出力軸４がオイルポンプ１２に連結されており、エンジン１によってオイルポンプ１２を駆動し、油圧を発生させるように構成されている。

また、リングギヤ５ｒと一体回転するドライブギヤ６は、カウンタギヤ機構７を介して終減速機であるデファレンシャル１０に連結されている。カウンタギヤ機構７は、動力分割機構５や第１モータ・ジェネレータ２などの回転中心軸線と平行に配置されたカウンタシャフト７ｂと、そのカウンタシャフト７ｂに一体回転するように取り付けられたカウンタドリブンギヤ７ａおよびカウンタドライブギヤ７ｃとから構成されている。すなわち、ドライブギヤ６はカウンタドリブンギヤ７ａに噛み合っている。カウンタドリブンギヤ７ａは、ドライブギヤ６より小径のギヤであり、動力分割機構５からカウンタシャフト７ｂに向けてトルクを伝達する場合に減速作用（トルクの増幅作用）が生じる。カウンタドライブギヤ７ｃは、カウンタドリブンギヤ７ａよりも小径のギヤであり、デファレンシャル１０のリングギヤ９に噛み合っている。リングギヤ９は、カウンタドライブギヤ７ｃよりも大径のギヤである。そして、デファレンシャル１０から左右の車軸１１を介して左右の駆動輪に動力を伝達するように構成されている。なお、図１では作図の都合上、デファレンシャル１０の位置を図１における右側にずらして記載してある。

さらに、第２モータ・ジェネレータ３は、回転中心軸線がカウンタシャフト７ｂと平行になるように配置されている。第２モータ・ジェネレータ３のロータ３ａと一体回転するように連結されたリダクションギヤ８が、カウンタドリブンギヤ７ａに噛み合っている。リダクションギヤ８は、カウンタドリブンギヤ７ａより小径であり、第２モータ・ジェネレータ３のトルク（ＭＧ２トルク）を増幅してカウンタドリブンギヤ７ａもしくはカウンタシャフト７ｂに伝達するように構成されている。すなわち、例えばエンジン１からの動力で走行している場合など、動力伝達機構５から駆動輪側に伝達されるトルクに、ＭＧ２トルクを付加できるように構成されている。

なお、図１に示すパワートレーンを備えた車両において、各モータ・ジェネレータ２，３は、図示しないインバータなどのコントローラを介して蓄電池などの蓄電装置に接続されている。そして、各モータ・ジェネレータ２，３はモータとして機能し、また発電機として機能するように、電子制御装置によって電流が制御される。また、エンジン１は、電子制御装置によってスロットル開度や点火時期が制御され、さらには自動停止ならびに始動再始動の制御が行われる。

ここで、図２を参照して、車両Ｖｅにおける各種制御を実施するコントローラとしての電子制御装置について説明する。図２に示すように、車両Ｖｅに搭載された電子制御装置として、走行のための全体的な制御を行うハイブリッド制御装置（以下「ＨＶ−ＥＣＵ」という）２１と、各モータ・ジェネレータ２，３を制御するためのモータ・ジェネレータ制御装置（以下「ＭＧ−ＥＣＵ」という）２２と、エンジン１を制御するためのエンジン制御装置（以下「ＥＮＧ−ＥＣＵ」という）２３とが設けられている。これらの各ＥＣＵ２１，２２，２３は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータおよび予め記憶させられているデータを使用して演算を行い、その演算結果を制御指令信号として出力するように構成されている。なお、以下の説明では、各ＥＣＵ２１，２２，２３を区別する必要がない場合には単にＥＣＵと記載して説明する場合がある。

その入力データの例を挙げると、ＨＶ−ＥＣＵ２１には、車速、アクセル開度、第１モータ・ジェネレータ２の回転数（ＭＧ１回転数）、第２モータ・ジェネレータ３の回転数（ＭＧ２回転数）、リングギヤ５ｒの回転数（出力軸回転数）、エンジン１の回転数、蓄電装置の充電容量（ＳＯＣ）などがＨＶ−ＥＣＵ２１に入力されている。また、ＨＶ−ＥＣＵ２１から出力される指令信号の例を挙げると、第１モータ・ジェネレータ２のトルク指令値、第２モータ・ジェネレータ３のトルク指令値、エンジン１のトルク指令値、ブレーキＢの油圧指令値ＰＢなどがある。

その第１モータ・ジェネレータ２のトルク指令値および第２モータ・ジェネレータ３のトルク指令値は、ＭＧ−ＥＣＵ２２に制御データとして入力される。ＭＧ−ＥＣＵ２２は、それらのトルク指令値に基づいて演算を行って第１モータ・ジェネレータ２や第２モータ・ジェネレータ３の電流指令信号を出力するように構成されている。また、エンジントルク指令信号は、ＥＮＧ−ＥＣＵ２３に制御データとして入力される。ＥＮＧ−ＥＣＵ２３は、エンジントルク指令信号に基づいて演算を行って電子スロットルバルブ（図示せず）に対してスロットル開度信号を出力し、また点火時期を制御する点火信号を出力するように構成されている。

図１に示すパワートレーンを搭載した車両Ｖｅでは、各ＥＣＵ２１，２２，２３による制御によって、駆動特性の異なる複数の走行モードを設定することができる。すなわち、この発明で対象とする制御装置は、エンジン１が出力する動力により走行するエンジン走行モード（第１走行モード）と、両モータ・ジェネレータ２，３が出力する動力により走行するツーモータ走行モード（第２走行モード）と、第２モータ・ジェネレータ３が出力する動力のみで走行するワンモータ走行モード（第３走行モード）とを選択できるように構成されている。

エンジン走行モードでは、要求駆動力を満たすパワーをエンジン１が出力するように制御され、燃費が良好になるようにエンジン１の回転数が制御される。具体的には、エンジン走行モードでは、ブレーキＢを開放させ、エンジン１が出力した動力が動力分割機構５において第１モータ・ジェネレータ２側にドライブギヤ６側とに分割され、ドライブギヤ６側に分割された動力はカウンタシャフト７ｂを介してデファレンシャル１０に伝達される。さらに、動力分割機構５を介して第１モータ・ジェネレータ２側に伝達された動力は、第１モータ・ジェネレータ２により一旦電力に変換された後に第２モータ・ジェネレータ３で機械的な動力（ＭＧ２トルク）に変換され、そのＭＧ２トルクがカウンタドリブンギヤ７ａやカウンタシャフト７ｂ等を介してデファレンシャルギヤ１０に伝達される。

また、エンジン走行モードを周知の共線図を用いて示すと、図３に示す通りである。図３に示すように、エンジン走行モードでは、入力要素であるキャリヤ５ｃにエンジン１のトルクが作用し、出力要素であるリングギヤ５ｒに走行抵抗に相当するトルクが作用している。この状態で、反力要素であるサンギヤ５ｓに第１モータ・ジェネレータ２のトルクを負方向（エンジントルクの作用方向とは反対の方向）を作用させると、リングギヤ５ｒに正方向のトルクが生じる。第１モータ・ジェネレータ２による負方向のトルクは、第１モータ・ジェネレータ２が正回転（エンジン１と同じ方向の回転）している状態では、第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させることにより生じる。したがって、第１モータ・ジェネレータ２で電力が生じ、その電力が第２モータ・ジェネレータ３に供給されて第２モータ・ジェネレータ３がモータとして動作し、そのＭＧ２トルクがエンジン１からのトルクに合算されて車軸１１に伝達される。すなわち、いわゆるハイブリッド走行では、図３に示すリングギヤ５ｒに作用する正方向のトルクには、エンジントルクにＭＧ２トルクが付加されている。

なお、共線図は、差動機構が有する複数の回転要素を縦線で示し、縦線同士の間隔をその縦線で示される回転要素同士の変速比（ギヤ比）に対応した間隔として、それらの回転要素の回転数を縦線方向の長さによって表した周知の図である。この具体例の動力分割機構５は、シングルピニオン型遊星歯車機構により構成されているので、共線図においては、左側に第１モータ・ジェネレータ２が連結されたサンギヤ５ｓを表す縦線、右側に第２モータ・ジェネレータ３が連結されたリングギヤ５ｒを表す縦線が位置し、これら縦線の間にエンジン１に連結されたキャリヤ５ｃを表す縦線が位置している。

ツーモータ走行モードでは、要求駆動力を満たすパワーを二つのモータ・ジェネレータ２，３が出力するように制御され、エンジン１は駆動トルクを出力していない。具体的には、ツーモータ走行モードでは、ブレーキＢを係合させ、エンジン１の出力軸４を固定させた状態で、蓄電装置の電力を使用して両モータ・ジェネレータ２，３から動力を出力する。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２は負回転方向に駆動され、かつ第２モータ・ジェネレータ３が正回転方向に駆動され、ＭＧ１トルクおよびＭＧ２トルクがカウンタシャフト７ｂを介して車軸１１に伝達され、車両が前進走行する。したがって、エンジン１を連れ回すことによる動力損失を回避するために、ツーモータ走行モードでは、ブレーキＢを係合させてエンジン１の回転を止めている。このツーモータ走行モードを示す共線図を図４に示してある。図４に示すように、ツーモータ走行モードでは、入力要素であるサンギヤ５ｓに負方向のＭＧ１トルクが作用し、反力要素であるキャリヤ５ｃがブレーキＢにより固定され、出力要素であるリングギヤ５ｒに正方向のＭＧ２トルクが作用している。すなわち、ＭＧ１トルクは、リングギヤ５ｒに正方向のトルクとして作用する。したがって、両モータ・ジェネレータ２，３はモータとして機能し、ギヤ比に応じたＭＧ１トルクおよびＭＧ２トルクが車軸１１に伝達される。

ワンモータ走行モードでは、要求駆動力を満たすパワーを第２モータ・ジェネレータ３のみで出力するように制御される。すなわち、蓄電装置の電力で第２モータ・ジェネレータ３が正回転方向に駆動され、駆動トルクとしてＭＧ２トルクのみがカウンタシャフト７ｂを介して車軸１１に伝達され、車両が前進走行する。また、ワンモータ走行モードでは、エンジン１はトルクを出力しない停止状態に制御されている。したがって、ワンモータ走行モードでは、ブレーキＢを係合あるいは開放させることができる。例えば、ワンモータ走行モード中にブレーキＢを開放させている場合には、サンギヤ５ｓに連結されている第１モータ・ジェネレータ２を制御して、キャリヤ５ｃに連結されているエンジン１の回転を制御することができる。一方、ブレーキＢを係合させてエンジン１を回転不能に固定している場合、サンギヤ５ｓに連結されている第１モータ・ジェネレータ２が逆回転するから、減速時に第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させれば、エネルギを回生しつつ制動力を発生させることができる。さらに、そのワンモータ走行モードのうちブレーキＢが係合状態であれば、その状態で第１モータ・ジェネレータ２に蓄電装置から給電して負方向のトルク（ＭＧ１トルク）を生じさせて、ＭＧ１トルクがリングギヤ５ｒに正回転方向のトルクとして作用し、ＭＧ２トルクに合算されて車軸１１に伝達される。すなわち、車両Ｖｅの走行モードは、ワンモータ走行モードからツーモータ走行モードに切り替わる。

ここで、走行モードの切替制御について説明する。図５は、車速を横軸、要求駆動力を縦軸として、走行モードが設定される運転領域を示す図である。図５に示すように、ワンモータ走行モードを実行する領域（ワンモータ走行領域）Iと、ツーモータ走行モードを実行する走行領域（ツーモータ走行領域）IIと、エンジン走行モードを実行する領域（エンジン走行領域）IIIとが、車速と要求駆動力とにより決定される。要求駆動力は、アクセル開度と車速とに応じて予め定められている。また、要求駆動力は、車両の動力性能もしくは動力特性を決める要因になるものであり、車種ごと、もしくは車格ごとに設計上、定めることができる。

例えば、アクセル開度がある程度以上に大きい場合、あるいは車速がある程度以上の高車速の場合、要求駆動力および車速により決定される動作点（運転領域）が、エンジン走行領域III内に含まれるので、エンジン走行モードに設定される。これに対して、アクセル開度が小さいことにより要求駆動力が小さい場合、上記の動作点はワンモータ走行領域I内となるから、ワンモータ走行モードに設定されてエンジン１が停止される。また、要求駆動力がこれらエンジン走行領域IIIとワンモータ走行領域Iとの間にある場合には、上記の動作点はツーモータ走行領域IIになり、ツーモータ走行モードに設定することが可能になる。このツーモータ走行領域IIで、第１および第２のモータ・ジェネレータ２，３に蓄電装置から給電してこれらのモータ・ジェネレータ２，３がモータとして機能するように制御される。したがって、ワンモータ走行モードもしくはツーモータ走行モードは、蓄電装置に充電量（State of Charge：ＳＯＣ）が十分にあること、第２モータ・ジェネレータ３がトルクを出力できる状態になっていること、エンジン１を停止してもよい状態になっていることなどの条件が成立している場合に実行される。

そして、車両Ｖｅが走行している場合、登降坂路などの道路状況や交通量あるいは規制速度の変化などの走行環境に応じてアクセル操作が行われ、また車速が変化するから、車両の運転領域（動作点）が変化し、それに伴って走行モードが切り替えられる。すなわち、図５は、走行モード切替用のマップとして機能し、車両Ｖｅの運転領域が図５に示す走行領域の境界を跨ぐことにより、走行モードを切り替えられることができる。例えばアクセル開度が減じられた場合には、図５に矢印ａで示すように、車両Ｖｅの運転領域はエンジン走行領域IIIからツーモータ走行領域IIに変化する。あるいは、アクセル開度が一定の状態で走行負荷により減速している場合には、図５に矢印ｂで示すように、その運転領域がエンジン走行領域IIIからツーモータ走行領域IIに変化する。反対に、ワンモータ走行領域Iの状態でアクセル開度が増大させられた場合には、車両の運転領域はワンモータ走行領域Iからツーモータ走行領域IIに変化する。これらの運転領域の変化に伴う走行モードの切り替えのための制御は、前述したＥＣＵ２１，２２，２３によって実行される。

それらＥＣＵ２１，２２，２３によって実行される走行モードの切り替え制御の一例について、図７を参照して説明する。図７に示すように、制御装置は、エンジン１の暖機が終了したか否かを判別する（ステップＳ１）。このステップＳ１の判別処理は、モータ作動よりもエンジン作動を優先する必要がなくなったか否かを判別している。また、ステップＳ１において、蓄電装置のＳＯＣが所定値以上であるか否かを判別する処理を実行するように構成されてもよい。すなわち、ステップＳ１では、車両Ｖｅがワンモータ走行モードあるいはツーモータ走行モードに設定可能であるか否かを判別している。そして、エンジン１の暖機が終了していないことによりステップＳ１で否定的に判断された場合、エンジン走行モードを継続し（ステップＳ７）、このルーチンを終了する。

エンジン１の暖機が終了したことによりステップＳ１で肯定的に判断された場合、現在のブレーキＢの状態を検出して（ステップＳ２）、アクセル開度が低開度側へ戻されたか否かを判別する（ステップＳ３）。ブレーキＢの状態とは、係合状態もしくは開放状態（スタンバイ状態を含む）である。ステップ２の処理では、油圧指令値ＰＢを検出し、あるいは図示しない油圧センサなどにより現在のブレーキＢの状態を検出してもよい。ステップＳ３の判別処理では、アクセルペダルの踏み込み量が減少すること（アクセル戻り）を検出したか否かを判別する。すなわち、加速要求を検出したか否かを判別するように構成されている。アクセル開度が低開度側に戻されたことによりステップＳ３で肯定的に判断された場合、ツーモータ走行領域を設定する（ステップＳ６）。ツーモータ走行領域を設定するとは、走行モードの切替制御時に、図５に示すツーモータ走行領域IIが設定された切替マップが用いられることである。

一方、アクセル開度が低開度側に戻されなかったことによりステップＳ３で否定的に判断された場合、前述したステップＳ２で検出したブレーキＢの状態が、係合状態またはスタンバイ状態であるか否かを判断する（ステップＳ４）。スタンバイ状態とは、ブレーキＢの油圧が供給されて係合部材同士の間隔が詰められている状態である。すなわち、ブレーキＢの油圧を低圧待機させて、ブレーキＢでトルク容量を生じていない状態のことをスタンバイ状態という。一方、係合状態では、ブレーキＢでトルク容量が生じている。例えば、ステップＳ４の処理は、出力した油圧指令値ＰＢとブレーキＢを係合完了させる所定油圧との偏差が所定値以内であるか否かにより判断するように構成されている。あるいは、係合完了させるための目標油圧と実際の油圧との偏差を比較して判断するように構成されてもよい。

ブレーキＢが係合状態あるいはスタンバイ状態であることによりステップＳ４で肯定的に判断された場合、前述したステップＳ６に進む。この場合、エンジン走行モードからツーモータ走行モードに切り替わる制御を実行することが許可される。また、前述したステップＳ４の判断処理は、後述するスタンバイ制御開始からの経過時間がしきい時間を超えたか否かを判断するように構成され、その経過時間がしきい時間を超えた場合に、ブレーキＢがスタンバイ状態であると判断するように構成されてもよい。この場合、ステップＳ４の処理で用いられるしきい時間は、図６に実線Ｌ１で示すように設定することができる。なお、ブレーキＢに供給される作動油は、油温が低いと流動性が低下し、他方、油温が高いと流動性が増すため、図６に実線Ｌ１で示すように、油温が低い場合にはしきい時間が長くなり、油温が低い場合にはしきい時間が短くなるように設定されている。また、図６に破線Ｌ０でスタンバイ状態から係合完了状態に移行したか否かを判断する処理で用いることができるしきい時間を示してある。例えば、ステップＳ４の判断処理は、スタンバイ状態から係合完了制御を開始する場合、その係合完了制御開始からの経過時間が、その破線Ｌ０で設定されたしきい時間を超えたか否かを判断するように構成され、その経過時間がしきい時間を超えた場合に、ブレーキＢが係合完了状態であると判断するように構成されてもよい。

一方、ブレーキＢが係合状態あるいはスタンバイ状態でないことによりステップＳ４で否定的に判断された場合、ツーモータ走行領域の設定を禁止する（ステップＳ５）。例えば、図５に示す切替マップ上からツーモータ走行領域IIを削除した状態の切替マップを用いて走行モードの切替制御を実施するように構成されている。あるいは、その切替制御時に、図５に示すツーモータ走行領域IIが存在する切替マップを用いて、エンジン走行モードからツーモータ走行モードへの切替を禁止する指示信号を出力するように構成されてもよい。そして、ステップＳ５においてツーモータ走行領域IIの設定を禁止して、このルーチンを終了する。

ここで、走行モードの切替制御が実行された車両Ｖｅの運転状態、特に、上述したツーモータ走行領域IIの設定が禁止された場合について説明する。図８には、アクセル開度が一定で、車両Ｖｅが走行負荷により徐々に減速している状態からの走行モード切替を実施した場合のタイムチャートが示されている。まず、車両Ｖｅは、エンジン走行モードに設定されており、ブレーキＢが開放された状態に制御されている。この制御状態から、アクセル開度が一定のまま走行負荷で減速することにより、車速Ｖが所定車速Ｖ２に低下する（時刻ｔ１）。例えば、所定車速Ｖ２は、時刻ｔ１のアクセル開度におけるエンジン走行領域IIIとツーモータ走行領域IIとの境界値となる車速である。例えば、時刻ｔ１では、図５に矢印ｂで示すように、運転領域が、エンジン走行領域III内からツーモータ走行領域II内へと移る切替マップ上の境界にあることを示している。また、時刻ｔ１において、前述したステップＳ５の制御を実行することにより、エンジン走行モードからツーモータ走行モードに切り替えることを禁止する。すなわち、時刻ｔ１においてツーモータ走行モードへの切替は実施されず、時刻ｔ１以前と同様にエンジン走行モードに設定された状態を維持させる。なお、図８に示す例では、エンジン水温が、所定水温ｔｅｍｐ１よりも高温であって、図７を参照して前述したステップＳ１の判断処理でモータ走行が可能であると判定された状態の制御例を示している。

そして、時刻ｔ１後に車両Ｖｅが走行負荷によりさらに減速すると、車速Ｖは所定車速Ｖ１に低下する（時刻ｔ２）。所定車速Ｖ１は、所定車速Ｖ２よりも低速に設定され、時刻ｔ２のアクセル開度におけるワンモータ走行モードの境界値となる車速である。したがって、時刻ｔ２において、車両Ｖｅの走行領域が、図５に示すワンモータ走行領域I内へ移ったと判断される。したがって、走行モードをワンモータ走行モードへ切り替えると判断され、その切替制御が実施されることにより、エンジン１は停止される。すなわち、時刻ｔ１からｔ２間では、ツーモータ走行モードへの切り替え実施を禁止するように制御されている。

そのワンモータ走行モードへの切り替え制御として、エンジン１の出力を停止させて、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を正方向の回転から負方向の回転へ増大させ、エンジン１の回転を停止させる制御が開始される（時刻ｔ３）。そして、エンジン１の回転を停止させて、第１モータ・ジェネレータ２でトルクが生じないように制御し、かつ第２モータ・ジェネレータ３からの出力させるトルクを増大させる（時刻ｔ４）。つまり、時刻ｔ４において、ワンモータ走行モードへの切替が完了する。なお、時刻ｔ３からｔ４間では、第１モータ・ジェネレータ２は、負方向のトルクを生じているので、第１モータ・ジェネレータ２が正方向に回転している場合には回生し、反対に負方向に回転している場合には力行する。

さらに、ワンモータ走行モードへの切替が完了すると、ブレーキＢのスタンバイ制御が実施され、ブレーキＢの油圧を増圧させる（時刻ｔ５）。このスタンバイ制御では、ブレーキＢの油圧を、ブレーキＢがトルク容量を発生しない程度の油圧（スタンバイ油圧）に増圧させる。すなわち、ブレーキＢにおける係合部材同士の間隔が詰まる範囲内で油圧が増大される。なお、図８に示す油圧は、目標油圧であってもよい。そして、アクセルペダルが踏み込まれアクセル開度が高開度側に変化したことを検出すると、ツーモータ走行モードへの切替動作を実施する（時刻ｔ６）。具体的には、ブレーキＢは、トルク容量を発生する油圧もしくは係合完了する係合圧に増圧され、係合完了する。すなわち、時刻ｔ６以降は、ツーモータ走行モードに設定された状態で、第１モータ・ジェネレータ２で負方向のトルクを生じ、両モータ・ジェネレータ２，３がモータとして機能するため、第２モータ・ジェネレータ３のみのトルクを駆動トルクに用いる場合に比べ大きな駆動トルクを出力でき、車速Ｖが上昇する。このように、エンジン走行モードからツーモータ走行モードへのモード切替を禁止することにより、ツーモータ走行モードへの切り替えタイミングが、上述した時刻ｔ１から時刻ｔ６に変更されるように構成されている。具体的には、ブレーキＢが係合完了した後にワンモータ走行モードからツーモータ走行モードへ切り替えられるように構成されている。

次に、この発明で対象とすることができるパワートレーンの変形例について説明する。図９には、変形例におけるパワートレーンの例を示す。図９に示すように、エンジン１と動力分割機構５との間に変速部１３を追加したパワートレーンである。変速部１３は、直結段と増速段（オーバードライブ（Ｏ／Ｄ）段）とに切り替えられるように構成されている。具体的には、変速部１３は、シングルピニオン型の遊星歯車機構により構成され、キャリヤ１３ｃにエンジン１の出力軸４が連結され、リングギヤ１３ｒが動力分割機構５におけるキャリヤ５ｃに一体となって回転するように連結されている。そして、サンギヤ１３ｓとキャリヤ１３ｃとの間に、これらを連結し、またその連結を解除するクラッチＣ１が設けられている。また、サンギヤ１３ｓを固定し、またその固定を解除するブレーキＢ１が設けられている。これらのクラッチＣ１およびブレーキＢ１は、例えば油圧によって係合する摩擦係合機構によって構成することができる。

また、変速部１３は、クラッチＣ１が係合することにより二つの回転要素であるサンギヤ１３ｓとキャリヤ１３ｃとが連結されている遊星歯車機構の全体が一体となって回転し、増速作用および減速作用の生じない状態、いわゆる直結状態となる。したがって、クラッチＣ１に加えてブレーキＢ１を係合させることにより、変速部１３の全体が一体となって固定され、動力分割機構５におけるキャリヤ５ｃおよびエンジン１の回転が止められる。これに対して、ブレーキＢ１のみを係合させれば、変速部１３におけるサンギヤ１３ｓが固定要素、キャリヤ１３ｃが入力要素となるので、出力要素であるリングギヤ１３ｒがキャリヤ１３ｃより高回転数でキャリヤ１３と同方向に回転する。すなわち、変速部１３が増速機構として機能する。言い換えれば、変速部１３においてＯ／Ｄ段が設定される。また、図９に示す構成では、エンジン１から駆動輪に到る動力伝達経路において、動力分割機構５の上流側に変速部１３が設けられているものの、動力分割機構５より下流側の構成は、図１に示す構成と同様であるから、ツーモータ走行モードもしくはワンモータ走行モードなどのモータ走行モードを設定することができる。

これらの各走行モードおよび後進状態でのクラッチＣ１およびブレーキＢ１の係合および開放の状態、ならびに各モータ・ジェネレータ２，３の動作の状態を図１０にまとめて示してある。各動作状態について簡単に説明すると、図１０で「ＥＶ」はモータ走行モードを示し、上述したワンモータ走行モードでは、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が開放させられるとともに、第２モータ・ジェネレータ３がモータとして動作させられ、かつ第１モータ・ジェネレータ２が発電機として機能させられる。なお、第１モータ・ジェネレータ２は空転させてもよい。このワンモータ走行モードで動力源ブレーキ作用（エンブレ作用）を生じさせる場合には、クラッチＣ１およびブレーキＢ１の両方が係合させられて、変速部１３におけるサンギヤ１３ｓおよびキャリヤ１３ｃが固定、すなわち動力分割機構５のキャリヤ５ｃが固定される。

また、モータ走行モードのうち上述したツーモータ走行モードでは、第１モータ・ジェネレータ２のトルクがドライブギヤ６からカウンタドリブンギヤ７ａに出力されるようにするために、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が共に係合させられて動力分割機構５のキャリヤ５ｃが固定される。そのため、動力分割機構５が減速機として機能し、第１モータ・ジェネレータ２のトルクが増幅されてドライブギヤ６からカウンタドリブンギヤ７ａに出力される。その状態を図１２に共線図で示してある。

一方、図１０に示す「ＨＶ」は、エンジン１を駆動しているハイブリッド駆動状態を示している。このハイブリッド駆動状態は、上述したエンジン走行モードに含まれ、車両Ｖｅが軽負荷かつ中高車速で走行している状態では、変速部１３がＯ／Ｄ段（ハイ）に設定される。すなわち、クラッチＣ１が開放させられ、ブレーキＢ１が係合させられる。この状態を図１１に共線図として示してある。この状態では、前述したように、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン回転数を燃費の良好な回転数に制御し、その場合に第１モータ・ジェネレータ２が発電機として機能して生じ電力が第２モータ・ジェネレータ３に給電されて第２モータ・ジェネレータ３がモータとして動作し、駆動トルクを出力する。また、低車速でアクセル開度が大きくなるなど、大きい駆動力が要求されている場合には、変速部１３は直結（ロー）状態に制御される。すなわち、クラッチＣ１が係合させられ、かつブレーキＢ１が開放させられて変速部１３の全体が一体となって回転する状態になる。なお、その状態であっても、第１モータ・ジェネレータ２が発電機として動作させられ、かつ第２モータ・ジェネレータ３がモータとして動作させられることに変わりはない。さらに、エンジン１を駆動して後進走行する場合、変速部１３は直結（ロー）状態に制御され、また第１モータ・ジェネレータ２が発電機として動作させられ、かつ第２モータ・ジェネレータ３がモータとして動作させられる。この場合の車軸１１の回転方向は、各モータ・ジェネレータ２，３の回転方向や回転数を制御することにより、後進走行方向に制御される。

その図９に示すパワートレーンを備えた車両Ｖｅにおける各種制御を実施する電子制御装置は、図２を参照して前述したＥＣＵ２１，２２，２３により構成されている。この変形例では、ＨＶ−ＥＣＵ２１から出力される指令信号が、前述したブレーキＢの油圧指令値ＰＢに替えて、変速部１３におけるクラッチＣ１の油圧指令信号ＰＣ１やブレーキＢ１の油圧指令信号ＰＢ１が出力されるように構成されている。さらに、この変形例で実行される走行モードの切り替え制御例は、図７を参照して前述した制御フローと同様に実行される。この場合、前述したステップＳ２において、クラッチＣ１およびブレーキＢ１の状態が検出され、前述したステップＳ４において、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が、いずれも係合状態であるか、あるいは少なくともいずれか一方がスタンバイ状態であるかを判断するように構成されている。そのステップＳ４の判断処理において、図６に示すしきい時間を用いて、制御開始からの経過時間によってブレーキＢ１およびクラッチＣ１の状態を判断するように構成されてもよい。例えば、この変形例では、図６に示す実線Ｌ１は、ブレーキＢ１およびクラッチＣ１のうちのいずれか一方がスタンバイ状態かつ他方が係合状態であるか否かを判別する際のしきい時間を示し、破線Ｌ２は、ブレーキＢ１およびクラッチＣ１がスタンバイ状態であるか否かを判別する際のしきい時間を示し、破線Ｌ０は、ブレーキＢ１およびクラッチＣ１が係合完了状態であるか否かを判別する際のしきい時間を示す。つまり、スタンバイ制御開始からの経過時間が、破線Ｌ２で設定されるしきい時間を超えた場合に、ブレーキＢ１およびクラッチＣ１がスタンバイ状態であると判断し、その経過時間が、実線Ｌ１で設定されるしきい時間を超えた場合には、ブレーキＢ１およびクラッチＣ１のうちの一方がスタンバイ状態で他方が係合完了状態であると判断するように構成することができる。この一方がスタンバイ状態で他方が係合完了状態である場合に、係合完了制御開始からの経過時間が破線Ｌ０で設定されたしきい時間を超えた場合に、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が係合完了状態であると判断することができる。また、クラッチＣ１のトルク容量は、ブレーキＢ１のトルク容量よりも大きい。すなわち、クラッチＣ１とブレーキＢ１とでは、トルクの分担比が異なり、要求されるトルク容量が異なるため、十分なトルク容量となるタイミングが異なる。そのため、トルク容量が十分になるタイムラグを短縮するために、ツーモータ走行モードへの切り替えタイミングを変更するように制御して、応答性を向上させるように構成されている。

また、図１３を参照して、この変形例のパワートレーンにおいて、上述したツーモータ走行領域IIの設定が禁止された場合の走行モードの切替制御が実行された車両Ｖｅの運転状態について説明する。図１３に示す例は、図８を参照して上述した運転状態と同様に、アクセル開度が一定で、車両Ｖｅが走行負荷により徐々に減速している状態からの走行モード切替を実施した一例である。すなわち、図８に示す例では、エンジン走行モードでは開放されているブレーキＢの油圧を増圧させる制御を実行したのに対して、図１３に示す例では、エンジン走行モードで開放されているクラッチＣ１の油圧を増圧させる制御を実行する。また、この変形例では、ブレーキＢ１の油圧は係合圧に維持されている。なお、図１３に示す時刻Ｔ１からＴ４までの制御は、図８を参照して説明した時刻ｔ１からｔ４までの制御と同様に実行されてもよいため、ここでの説明を省略する。図１３に示す時刻Ｔ５において、ツーモータ走行モードへ移行する準備制御として、クラッチＣ１のスタンバイ制御が実行される。そして、クラッチＣ１の油圧を所定のスタンバイ油圧に増大させて、アクセル開度が高開度側に変化したことを検出すると（時刻Ｔ６）、このクラッチＣ１の油圧をスタンバイ油圧よりも増大させて係合圧にさせ、クラッチＣ１の係合を完了させる。そのクラッチＣ１を係合完了させると、ツーモータ走行モードの運転状態に切り替わる（時刻Ｔ７）。時刻Ｔ７以降は、ツーモータ走行モードに設定された状態で、第１モータ・ジェネレータ２で負方向のトルクを生じ、両モータ・ジェネレータ２，３がモータとして機能するため、第２モータ・ジェネレータ３のみのトルクを駆動トルクに用いる場合に比べ大きな駆動トルクを出力でき、車速Ｖが上昇する。このように、エンジン走行モードからツーモータ走行モードへのモード切替を禁止することにより、ツーモータ走行モードへの切り替えタイミングが、上述した時刻Ｔ１から時刻Ｔ７に変更されるように構成されている。具体的には、ブレーキＢおよびクラッチＣ１が係合完了した後にワンモータ走行モードからツーモータ走行モードへ切り替えられるように構成されている。すなわち、ワンモータ走行モードでは開放していた固定手段を係合完了させた後にツーモータ走行モードへ切り替えられるように構成されている。

以上、具体的に説明したように、この発明におけるハイブリッド車両の制御装置によれば、駆動特性が異なる複数の走行モードを設定することができ、その走行モードの切替時に駆動トルクが要求駆動力よりも不足することを防止できるとともに、その切り替え応答性を向上させることができる。

なお、動力源を構成しているエンジンと、第１モータ・ジェネレータと、第２モータ・ジェネレータとの動力性能もしくは駆動特性は互いに異なっている。例えば、エンジンは、低トルクかつ低回転数の領域から高トルクかつ高回転数の領域までの広い運転領域で運転でき、またエネルギ効率はトルクおよび回転数がある程度高い領域で良好になる。これに対してエンジンの回転数やエンジンの回転を停止させる際のクランク角度などの制御および駆動トルクとして作用する動力を出力する第１モータ・ジェネレータは、低回転数で大きいトルクを出力する特性を有する。また、駆動輪へトルクを出力する第２モータ・ジェネレータは、第１モータ・ジェネレータよりも高回転数で運転でき、かつ最大トルクが第１モータ・ジェネレータよりも小さい特性を有する。そのため、この発明で対象とする車両は、動力源を構成しているエンジンや各モータ・ジェネレータを有効に利用して、エネルギ効率あるいは燃費が良好になるように制御される。

１…エンジン（ＥＮＧ）、 ２…第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）、 ３…第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）、 ４…出力軸（クランクシャフト）、 ５…動力分割機構、 ５ｓ…サンギヤ、 ５ｃ…キャリヤ、 ５ｒ…リングギヤ、 ６…ドライブギヤ、 ７…カウンタギヤ機構、 ８…リダクションギヤ、 １１…車軸、 Ｂ，Ｂ１…ブレーキ、 Ｃ１…クラッチ。

Claims (1)

1. エンジンに連結された第１回転要素と、発電機能を有する第１モータに連結された第２回転要素と、第２モータおよび出力部材に連結された第３回転要素とを有し、各回転要素が差動作用を生じる差動機構と、
   前記第１回転要素を選択的に固定する固定手段とを備え、
   前記固定手段を開放させて少なくとも前記エンジンが出力する動力により走行する第１走行モードと、
   前記固定手段を係合させて前記第１モータおよび第２モータが出力する動力により走行する第２走行モードと、
   前記第２モータが出力する動力のみにより走行する第３走行モードとを切り替えるように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記第１走行モードから前記第２走行モードへの切り替えを禁止するとともに、前記固定手段を係合完了させた後に前記第３走行モードから前記第２走行モードへ切り替えるように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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