JP4192897B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、駆動力源としてエンジンとモータを備えたハイブリッド車両に関する。

特許文献１は、２自由度の差動機構の５つの回転要素に、エンジン、第１及び第２のモータジェネレータ、駆動輪に駆動力を出力する出力ギヤ、ブレーキを接続して無段変速を行う機構（以下、「Ｅ−ｉＶＴ」という）を開示している。

ブレーキを解放した状態で走行する走行モードでは、エンジン、第１及び第２のモータジェネレータの回転速度を制御することで無段変速を実現することができ、ブレーキを締結した状態で走行する走行モードでは、エンジンの回転速度と出力ギヤの回転速度が一定になる固定変速比を実現している。

また、エンジンと差動機構の間にクラッチが介装されており、このクラッチの締結状態を切り換えることで、エンジンの動力に頼らず第１及び第２のモータの動力のみで走行する走行モード、第１及び第２のモータの動力に加えエンジンの動力も利用して走行することができる走行モードを切り換えることができる。
特開平２００３−３２８０８公報

上記Ｅ−ｉＶＴを備えた車両においては、変速制御は従来のベルト式ＣＶＴの変速制御にならって行われることが多く、変速速度（変速比の変化速度）はモータ、エンジンの追従性、バッテリの入出力可能電力等を考慮して設定される。特に、走行モード切換え時は駆動力変動を抑えるように変速速度が設定される。

しかしながら、走行モード切換え時の駆動力変動を抑えるように変速速度を設定すると、モード切換えが緩慢になり、特に、大駆動力を発生させる走行モードに切換えが行われる状況ではモード切換えの遅れが駆動力の発生遅れにつながり、要求した駆動力が得られず、運転者に違和感を与える可能性がある。

本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、Ｅ−ｉＶＴを備えた車両において、走行モード切換え時の変速速度を適切に設定し、運転者に与える違和感を軽減することを目的とする。

本発明に係るハイブリッド車両では、エンジンクラッチを解放した状態で走行する走行モードからエンジンクラッチを締結した状態で走行する走行モードに走行モードを切り換える場合、エンジンクラッチにおける回転速度差を縮小するよう準備変速を行い、エンジンクラッチにおける回転速度差を縮小したところでエンジンクラッチを締結し、その後、切換え後の走行モードで要求される変速比まで完了変速を行うが、準備変速における変速速度の上限値を同一走行モード内で変速を行うときの変速速度の上限値よりも高く設定する。

本発明によれば、走行モード切換え時の変速速度をより適切に設定することが可能になり、走行モードの切換えが緩慢になることによる運転者に与える違和感を軽減することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係るハイブリッド車両の概略構成を示したものである。ハイブリッド車両は差動機構１を備え、エンジン２、第１モータジェネレータ３、第２モータジェネレータ４の動力が差動機構１を介して、図示しない駆動輪に伝達される構成となっている。第１モータジェネレータ３は第２モータジェネレータ４の内側に配置されており、第１モータジェネレータ３と第２モータジェネレータ４はステータを共有する同軸多層モータである。

差動機構１は、第１遊星歯車列６と第２遊星歯車列７と組み合せたラビニョウ型の遊星歯車機構である。第１遊星歯車列６のピニオンＰ１と第２遊星歯車列７のピニオンＰ２は互いに噛み合っており、かつ、共通のキャリヤＣ（第２の回転要素）によって支持されている。

エンジン２は、油圧多板クラッチで構成されるエンジンクラッチＥＣを介して第１遊星歯車列６のリングギヤＲ１（第１の回転要素）に接続されている。第１モータジェネレータ３（正確には第１モータジェネレータ３のロータ）は第２遊星歯車列７のサンギヤＳ２（第３の回転要素）に接続されている。第２モータジェネレータ４（正確には第２モータジェネレータ４のロータ）は第１遊星歯車列６のサンギヤＳ１（第４の回転要素）に接続されている。

共通のキャリヤＣには出力ギヤ１２が接続されており、出力ギヤ１２に伝達される動力は、ギヤ１３、１４、デファレンシャルギヤ１５、ドライブシャフト１６を介して図示しない駆動輪に伝達される。

第２遊星歯車列７のリングギヤＲ２（第５の回転要素）にはローブレーキＬＢが設けられている。ローブレーキＬＢは油圧多板クラッチで構成され、締結されるとリングギヤＲ２の回転を阻止して差動機構１の変速比（エンジン２の回転速度と出力ギヤ１２の回転速度の比）を所定のロー変速比に固定する。

エンジンクラッチＥＣ、ローブレーキＬＢへの油圧の供給は油圧回路１７によって制御され、エンジンクラッチＥＣ、ローブレーキＬＢの締結状態は油圧回路１７を介してコントローラ２０により制御される。

エンジン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の回転速度とトルクは、コントローラ２０によって制御される。これらの動力源の回転速度を制御することにより、ローブレーキＬＢを解放した状態では、差動機構１の変速比を無段階に制御することができる。なお、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の回転速度とトルクの制御はインバータ２１を介して行われ、インバータ２１にはバッテリ２２が接続されている。

図２は差動機構１の共線図である。共線図は各回転要素の回転速度を縦軸に表し、各回転要素間のギヤ比の関係を横軸に表したものであり、エンジン２が接続されるリングギヤＲ１、第１モータジェネレータ３が接続されるサンギヤＳ２、第２モータジェネレータ４が接続されるサンギヤＳ１、出力ギヤ１２が接続されるキャリヤＣ、ローブレーキＬＢが設けられるリングギヤＲ２を共線図上に表すと、これらの回転要素は一直線上に並ぶ。

ローブレーキＬＢを解放した状態では、いずれか２つの回転要素の回転速度が決まれば残りの回転要素の回転速度が決まるため、差動機構１の自由度は２であり、差動機構１の変速比を無段階に設定することができる。一方、ローブレーキＬＢを締結した状態での共線図は図３に示すようになり、この状態では差動機構１の変速比はロー側に固定される。

コントローラ２０には、図示しないセンサから、エンジン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の回転速度、アクセルペダルの操作量、バッテリ２２の充電状態、車速等の車両の運転状態を示す信号が入力され、コントローラ２０は車両の運転状態に応じて走行モードを切り換え、アクセルペダルの操作量、車速等に応じて設定される目標駆動力が実現されるよう、エンジン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のトルク、回転速度を制御する。

走行モードは、車速と目標駆動力に基づき、図４に示すような走行モード切換えマップを参照して決定される。

各走行モードについて説明すると、ＥＶ−ＬＢモードは、ローブレーキＬＢを締結して差動機構１の変速比をロー側に固定すると共にエンジンクラッチＥＣを解放し、第１モータジェネレータ３と第２モータジェネレータ４の動力のみで走行するモードであり、主に発進加速時に用いられる。ＬＢモードは、ローブレーキＬＢを締結して差動機構１の変速比をロー側に固定すると共にエンジンクラッチＥＣを締結し、エンジン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の動力で走行するモードであり、主に、低車速で大駆動力が要求されるときに用いられる。

また、ＥＶモードは、ローブレーキＬＢ、エンジンクラッチＥＣ共に解放し、第１モータジェネレータ３と第２モータジェネレータ４の動力のみで走行するモードであり、後進時や低負荷中速走行時のほか、第１モータジェネレータ３、第２モータジェネレータ４を回生動作させるときにも用いられる。Ｅ−ｉＶＴモードは、ローブレーキＬＢを解放してエンジンクラッチＥＣを締結し、エンジン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の動力で走行するモードであり、主に、高速走行時に用いられる。

ローブレーキＬＢを締結しない状態で走行する走行モード（Ｅ−ｉＶＴモード、ＥＶモード）からローブレーキＬＢを締結した状態で走行する走行モード（ＬＢモード、ＥＶ−ＬＢモード）に走行モードを切り換える場合は、まず、ローブレーキＬＢが設けられているリングギヤＲ２の回転速度がゼロに近づくようにエンジン１、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の回転速度を制御する準備変速を行い、リングギヤＲ２の回転速度がゼロに近づいたところでローブレーキＬＢを締結する。そして、その後、切換え後の走行モードで要求される変速比になるまで完了変速を行う。

逆に、ローブレーキＬＢを締結した状態で走行する走行モードからローブレーキＬＢを締結しないで走行する走行モードに走行モードを切り換える場合には、ローブレーキＬＢを解放し、切換え後の走行モードで要求される変速比になるまで完了変速を行う。

エンジンクラッチＥＣを締結しない状態で走行する走行モード（ＥＶモード、ＥＶ−ＬＢモード）からエンジンクラッチＥＣを締結した状態で走行する走行モード（ＬＢモード、Ｅ−ｉＶＴモード）に切り換える場合やその逆の切換えの場合も同様の変速制御が行われる。

ここで走行モード切換え時の変速速度（変速比の変化速度、以下同じ）を、同一走行モード内で変速を行うときの変速速度と同じように設定すると次のような問題が生じる。すなわち、同一走行モード内で変速を行うときの変速速度は、運転フィーリングを重視して駆動力が変動しないように、エンジン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の応答性を考慮して変速速度上限が設定されるのであるが、走行モード切換え時にも同じ設定方法を採用すると、駆動力の変動は抑えられるものの、走行モード切換えが緩慢になり、所望の駆動力がなかなか得られず却って運転者に違和感を与えたり、充放電電力の制御に遅れが生じる可能性がある。

そこで、本発明に係るハイブリッド車両では、以下に説明するような変速速度制御を行う。

図５はコントローラ２が行う変速速度制御の内容を示したフローチャートである。

これを参照しながら変速速度制御について説明すると、まず、ステップＳ１では、走行モード切換え中かどうかによって設定される変速速度の上限値ＤＬＩＭを設定する。変速速度上限ＤＬＩＭは図６に示すフローチャートに従って設定され、これについては後述する。

ステップＳ２では、車両の運転状態、走行モードに応じて設定される目標変速比と現在の変速比との差に応じて設定される差動機構１の変速速度を、変速速度上限ＤＬＩＭによって制限する。

ステップＳ３では、制限後の変速速度で変速が行われるよう、エンジン１、第１モータジェネレータ３、第２モータジェネレータ４の回転速度を制御する。

図６は変速速度上限ＤＬＩＭを設定するためのフローチャートである。

これによると、まず、ステップＳ１１では走行モード切換え中かどうかを判断し、切換え中と判断された場合はステップＳ１２に進む。切換え中と判断されなかった場合はステップＳ１８に進み、変速速度上限ＤＬＩＭを標準変速速度上限Ｄｓに設定する。標準変速速度上限Ｄｓは、同一の走行モード内で駆動力一定の条件で変速を行う場合に、エンジン１、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の応答性を考慮して設定される値である。

ステップＳ１２では、エンジンクラッチＥＣを解放した状態で走行する走行モードからエンジンクラッチＥＣを締結した状態で走行する走行モードへの切換え、あるいは、ローブレーキＬＢを解放した状態で走行する走行モードからローブレーキＬＢを締結した状態で走行する走行モードへの切換えのいずれかに該当するかどうかを判断する。いずれかに該当する場合はステップＳ１３に進み、いずれにも該当しない場合はステップＳ１６に進む。

ステップＳ１３では、エンジンクラッチＥＣあるいはローブレーキＬＢを締結する前にこれらの要素における回転速度差をゼロに近づける準備変速中かどうかを判断し、準備変速中であると判断されたときはステップＳ１４に進み、そうでない場合はステップＳ１５に進む。

ステップＳ１４では、変速速度上限ＤＬＩＭを所定値Ｄ１に設定する。所定値Ｄ１は標準変速速度上限Ｄｓよりも大きな値である。

ステップＳ１５では、変速速度上限ＤＬＩＭを所定値Ｄ２に設定する。所定値Ｄ２は標準変速速度上限Ｄｓよりも小さい値である。

一方、ステップＳ１２からステップＳ１６に進んだ場合は、エンジンクラッチＥＣを締結した状態で走行する走行モードからエンジンクラッチＥＣを解放した状態で走行する走行モードへの切換え、あるいは、ローブレーキＬＢを締結した状態で走行する走行モードからローブレーキＬＢを解放した状態で走行する走行モードへの切換えのいずれかに該当するかどうかを判断する。いずれかに該当する場合はステップＳ１７に進み、そうでない場合はステップＳ１８に進んで変速速度上限ＤＬＩＭを標準変速速度上限Ｄｓに設定する。

ステップＳ１７では、変速速度上限ＤＬＩＭを所定値Ｄ３に設定する。所定値Ｄ３は標準変速速度上限Ｄｓよりも小さな値である。

次に、上記変速速度制御を行うことによる作用について説明する。

本発明に係るハイブリッド車両では、エンジンクラッチＥＣを解放した状態で走行する走行モード（ＥＶモード、ＥＶ−ＬＢモード）からエンジンクラッチＥＣを締結した状態で走行する走行モード（ＬＢモード、Ｅ−ｉＶＴモード）に走行モードを切り換えるとき、まず、エンジンクラッチＥＣにおける回転速度差、すなわち、エンジン２とリングギヤＲ１との回転速度差を縮小するように第１モータジェネレータ３、第２モータジェネレータ４の回転速度を制御する準備変速を行う。そして、エンジン２とリングギヤＲ１の回転速度差がゼロに近づくとエンジンクラッチＥＣを締結し、切換え後の走行モードで要求される変速比になるまで完了変速を行う。

準備変速においては変速速度の上限が標準変速速度上限Ｄｓよりも大きな所定値Ｄ１に設定されるので、変速速度が大きくなり、逆に、完了変速においては変速速度の上限が標準変速速度上限Ｄｓよりも小さな所定値Ｄ２に設定されるので、変速速度が小さくなる。標準変速速度上限Ｄｓは、同一走行モードで駆動力一定の条件で変速するときの変速速度の上限値であり、エンジン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の応答性を考慮して設定される。

変速速度をこのように設定したことにより、エンジンクラッチＥＣが締結されるまでの準備変速の間、駆動力が変動する可能性があるが、エンジンクラッチＥＣが締結されるまでの時間を短縮することができる。エンジンクラッチＥＣを締結するのは、エンジン２の動力を利用して大きな駆動力を発生させる場合や、エンジン２の動力で第１モータジェネレータ３あるいは第２モータジェネレータ４を駆動して発電を行う場合であるので、エンジンクラッチＥＣが締結されるまでの時間を短縮することで、駆動力の発生遅れによる違和感や、充放電電力の制御遅れを防止することができる。

また、エンジンクラッチＥＣ締結後の完了変速においては、変速速度が抑えられて緩やかに変速が行われるようになる。これにより、差動機構１の各回転要素の回転速度、すなわち変速比が急激に変化することによる違和感を低減することができる。完了変速においては駆動力を変化させないように変速が行われるもののイナーシャの誤差に起因する駆動力変化が生じる可能性があるが、完了変速における変速速度を抑え、緩やかな変速を行うようにすることで、このような駆動力変化が運転者に与える違和感をも低減することができる。

ローブレーキＬＢを解放した状態で走行する走行モード（ＥＶモード、Ｅ−ｉＶＴモード）かローブレーキＬＢを締結した状態で走行する走行モード（ＬＢモード、ＥＶ−ＬＢモード）に走行モードを切り換えるときも同様の変速速度制御が行われ、走行モード切換えに遅れに起因する、駆動力の発生遅れによる違和感や、充放電電力の制御遅れを防止することができる。

さらに、本発明に係るハイブリッド車両では、エンジンクラッチＥＣ（あるいはローブレーキＬＢ）を締結した状態で走行する走行モードからエンジンクラッチＥＣ（あるいはローブレーキＬＢ）を解放した状態で走行する走行モードに走行モードを切り換えるとき、変速速度上限を通常変速速度制限Ｄｓよりも小さな値に設定して完了変速が行われる。完了変速においては走行モード切換え後に要求される変速比まで変速が行われるため、各回転要素の回転速度が変化するが、完了変速における変速速度を抑えることで運転者に与える違和感を低減することができる。

本発明に係るハイブリッド車両の概略構成図である。 差動機構の共線図であり、ローブレーキを解放した状態を示す。 差動機構の共線図であり、ローブレーキを締結した状態を示す。 走行モード切換えマップである。 変速速度制御の内容を示したフローチャートである。 変速速度上限ＤＬＩＭを設定するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 差動機構
２ エンジン
３ 第１モータジェネレータ（第１のモータ）
４ 第２モータジェネレータ（第２のモータ）
６ 第１遊星歯車列
７ 第２遊星歯車列
１２ 出力ギヤ
２０ コントローラ
ＥＣ エンジンクラッチ
ＬＢ ローブレーキ
Ｃ キャリヤ
Ｓ１、Ｓ２ サンギヤ
Ｐ１、Ｐ２ プラネタリギヤ
Ｒ１、Ｒ２ リングギヤ

Claims (7)

1. 共線図上に配置された少なくとも第１から第４の回転要素を有する２自由度の差動機構と、前記第１から第４の回転要素にそれぞれ接続されたエンジン、駆動輪に駆動力を出力する出力ギヤ、第１のモータ及び第２のモータと、前記第１の回転要素と前記エンジンの間に介装されたエンジンクラッチと備え、前記第１のモータ、前記第２のモータ、前記エンジンの少なくともひとつの回転速度を制御することで前記エンジンの回転速度と前記出力ギヤの回転速度の比である変速比を無段階に変更することができるハイブリッド車両において、
   前記エンジンクラッチを解放した状態で走行する走行モードから前記エンジンクラッチを締結した状態で走行する走行モードに走行モードを切り換える場合、前記エンジンクラッチにおける回転速度差を縮小するよう準備変速を行い、前記エンジンクラッチにおける回転速度差を縮小したところで前記エンジンクラッチを締結し、その後、切換え後の走行モードで要求される変速比まで完了変速を行う変速制御手段を備え、
   前記準備変速における変速速度の上限値を、同一走行モード内で変速を行うときの変速速度の上限値よりも高く設定することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記完了変速における変速速度の上限値を、同一走行モード内で変速を行うときの変速速度の上限値よりも低く設定することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記変速制御手段は、前記エンジンクラッチを締結した状態で走行する走行モードから前記エンジンクラッチを解放した状態で走行する走行モードに走行モードを切り換える場合、前記エンジンクラッチを解放するとともに、変速速度の上限値を同一走行モード内で変速を行うときの変速速度の上限値よりも低く設定し、切換え後の走行モードで要求される変速比まで変速を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
4. 共線図上に配置された少なくとも第１から第５の回転要素を有する２自由度の差動機構と、前記第１から第５の回転要素にそれぞれ接続されたエンジン、駆動輪に駆動力を出力する出力ギヤと、第１のモータ、第２のモータ及び固定変速比用ブレーキとを備え、前記固定変速比用ブレーキが解放されているときは、前記第１のモータ、前記第２のモータ、前記エンジンの少なくともひとつの回転速度を制御することで前記エンジンの回転速度と前記出力ギヤの回転速度の比である変速比を無段階に変更することができ、前記固定変速比用ブレーキが締結されているときは前記変速比が一定になるハイブリッド車両において、
   前記固定変速比用ブレーキを解放した状態で走行する走行モードから前記固定変速比用ブレーキを締結した状態で走行する走行モードに走行モードを切り換える場合、前記固定変速比用ブレーキにおける回転速度差を縮小するよう準備変速を行い、前記固定変速比用ブレーキにおける回転速度差を縮小したところで前記固定変速比用ブレーキを締結し、その後、切換え後の走行モードで要求される変速比まで完了変速を行う変速制御手段を備え、
   前記準備変速における変速速度の上限値を同一走行モード内で変速を行うときの変速速度の上限値よりも高く設定することを特徴とするハイブリッド車両。
5. 前記完了変速における変速速度の上限値を同一走行モード内で変速を行うときの変速速度の上限値よりも低く設定することを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両。
6. 前記変速制御手段は、前記固定変速比用ブレーキを締結した状態で走行する走行モードから前記固定変速比用ブレーキを解放した状態で走行する走行モードに走行モードを切り換える場合、前記固定変速比用ブレーキを解放するとともに、変速速度の上限値を同一走行モード内で変速を行うときの変速速度よりも低く設定し、切換え後の走行モードで要求される変速比まで変速を行うことを特徴とする請求項４または５に記載のハイブリッド車両。
7. 同一走行モード内で変速を行うときの変速速度の上限値とは、同一走行モードで駆動力一定の条件で変速を行うときの変速速度の上限値であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。

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