ハイブリッド車両の駆動制御装置
【課題】固定ギアモードを経由して変速が行われるマルチモードのハイブリッド車両において、燃費優先の変速制御とドライバビリティ優先の変速制御とを状況に応じて適切に切り替える。
【解決手段】ハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンとモータジェネレータとが動力分配機構を介して出力軸に連結され、動力分配機構と出力軸との間には変速機構が設けられる。変速制御手段は、動力伝達効率を優先して変速を行う燃費優先変速制御と、ギア比が所定の許容変動幅内となったときに変速を行うドライバビリティ優先変速制御とを、要求パワーに応じて選択的に実行する。変速機構の構造上、変速時には一時的に複数の出力段が同時に出力軸に接続される固定段モードが発生し、燃費優先変速制御では、固定段モードにおいてエンジンの回転数が変動する。そこで、要求パワーに応じて２つの変速制御を選択的に実行することにより、ドライバビリティの低下を防止しつつ燃費を向上させる。
【解決手段】ハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンとモータジェネレータとが動力分配機構を介して出力軸に連結され、動力分配機構と出力軸との間には変速機構が設けられる。変速制御手段は、動力伝達効率を優先して変速を行う燃費優先変速制御と、ギア比が所定の許容変動幅内となったときに変速を行うドライバビリティ優先変速制御とを、要求パワーに応じて選択的に実行する。変速機構の構造上、変速時には一時的に複数の出力段が同時に出力軸に接続される固定段モードが発生し、燃費優先変速制御では、固定段モードにおいてエンジンの回転数が変動する。そこで、要求パワーに応じて２つの変速制御を選択的に実行することにより、ドライバビリティの低下を防止しつつ燃費を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速機を備えるハイブリッド車両の駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に加えて、電動機やモータジェネレータなどの動力源を備えるハイブリッド車両が既知である。ハイブリッド車両では、内燃機関を可及的に高効率状態で運転する一方、駆動力やエンジンブレーキ力の過不足を電動機又はモータジェネレータで補う。このようなハイブリッド車両においては、差動作用のある動力分配機構を介して内燃機関（エンジン）とモータジェネレータとを出力軸に連結し、モータジェネレータの回転数を連続的に変化させることにより、エンジンの回転数を連続的に変化させ、いわゆる無段変速モードでの運転が可能となる。
【０００３】
また、上記のようなハイブリッド車両に同期変速機を組み合わせることにより、広範囲なギアレンジで高い伝達効率を維持できるシステムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５５８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなハイブリッド車両においては、同時固定段を含むシーケンシャルな変速のみが可能である。例えば、１速から２速への変速時には、出力軸を１速及び２速のギアに固定した固定段モードを経る必要がある。従って、変速を燃費優先で実施すると、固定段モードを経由する変速の前後で変速比が変化するため、エンジン回転数が瞬間的に変動する。
【０００６】
これにより、ドライバビリティが低下することが考えられる。また、内燃機関の冷間始動時など、触媒が十分に暖気されていない状態では、エンジン回転数の変動が大きいと空燃比が変動し、エミッションの悪化や失火の恐れなどが懸念される。さらに、変速時にはモータジェネレータによりエンジン回転数が制御されるため、上記のようなエンジン回転数の変動はモータジェネレータにより制御する必要がある。よって、バッテリの温度や充電状態によっては、モータジェネレータによる対応が遅れたり不十分となり、変速の遅れが生じたり変速が不能となったりする可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、固定段モードを経由して変速が行われるマルチモードのハイブリッド車両において、燃費優先の変速制御とドライバビリティ優先の変速制御とを状況に応じて適切に切り替えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点では、エンジンとモータジェネレータとを動力分配機構を介して出力軸に連結してなるハイブリッド車両の駆動制御装置は、前記動力分配機構と前記出力軸との間に設けられ、複数の無段変速段にわたって変速を行う変速機構と、複数の前記無段変速段の変速用ギアを出力軸に接続することにより変速比が固定された固定段モードを介して変速を行う変速制御手段と、を備え、前記変速制御手段は、動力伝達効率を優先して変速を行う第１の変速制御と、ギア比が所定の許容ギア比変動幅内となったときに変速を行う第２の変速制御とを、要求パワーに応じて選択的に実行する。
【０００９】
上記のハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンとモータジェネレータとが動力分配機構を介して出力軸に連結されている。これにより、エンジンを最も効率の良い運転状態で運転するとともに、エンジンの出力トルクをモータジェネレータで電気エネルギーとして保存したり、その電気エネルギーを駆動トルクに変換して出力軸に供給してアシストしたりして、全体として効率の良い運転を行う。動力分配機構と出力軸との間には変速機構が設けられ、例えば第１速〜第４速などの複数の変速段にわたり変速が行われる。変速機構による変速動作は変速制御手段により行われる。ここで、変速制御手段は、要求パワーに応じて、動力伝達効率を優先して変速を行う第１の変速制御と、ギア比が所定の許容変動幅内となったときに変速を行う第２の変速制御とを選択的に実行する。変速機構の構造上、変速時には一時的に複数の出力段が同時に出力軸に接続される固定段モードが発生する。動力伝達効率を優先する第１の変速制御では、固定段モードにおいてエンジンの回転数が変動することになり、これがドライバビリティ悪化の要因となる。一方、ギア比が所定の許容変動幅内となったときに変速を行う第２の変速制御では、エンジン回転数の変動は非常に少ないが、動力伝達効率の低い点で変速されるため、燃費改善代は小さくなる。そこで、要求パワーに応じて、第１の変速制御と第２の変速制御とを選択的に実行することにより、ドライバビリティの低下を防止しつつ、できる限り燃費を確保した運転を行うことが可能となる。
【００１０】
上記のハイブリッド車両の駆動制御装置の一態様では、前記変速制御手段は、第１の変速制御の実行中において、変速時におけるエンジン回転数の変動幅が所定のエンジン回転数許容変動幅以上となる場合には、前記第２の変速制御を行う。第１の変速制御では基本的に燃費優先で変速が行われるが、変速時のエンジン回転数の変動が許容変動幅以上となる場合には、ドライバビリティの低下を防止する観点で、第２の変速制御に切り替える。これにより、ある程度の許容範囲内で燃費とドライバビリティを両立することができる。
【００１１】
上記のハイブリッド車両の駆動制御装置の他の一態様では、前記変速制御手段は、前記要求パワーに応じて前記ギア比許容変動幅を変化させる。第２の変速制御において、ギア比の許容変動幅を広くするとエンジン回転数の変動が大きくなるが、燃費は改善される。一方、ギア比の許容変動幅を狭くするとエンジン回転数の変動は小さくなるが、燃費の改善は望めない。よって、この態様では、ユーザによる要求パワーに応じて、ギア比の許容変動幅を変化させることにより、エンジン回転数変動に対するユーザの許容度の範囲内で燃費を向上させる。
【００１２】
上記のハイブリッド車両の駆動制御装置の他の一態様では、前記エンジンの排気通路に設けられた触媒の活性を判定する触媒活性判定手段を備え、前記変速制御手段は、前記触媒が不活性状態である場合には、前記第２の変速制御を選択する。エンジンの排気通路に設けられた触媒は、暖気が完了した活性状態にないと通常の排気浄化性能を発揮できない。触媒が不活性状態にある場合には、変速の際にエンジン回転数の変動が大きいと、空燃比の乱れにより排気エミッションの悪化などの問題が生じうる。そこで、触媒が不活性状態にあるときには、エンジン回転数の変動が少ない第２の変速制御を実行することにより、エミッションの悪化を防止する。好適な例では、前記変速制御手段は、前記触媒が不活性状態である場合には、前記変速機構を所定の変速段に固定する。これにより、触媒の不活性状態では変速が行われないので、エンジン回転数の変動に起因するエミッションの悪化を確実に防止することができる。
【００１３】
上記のハイブリッド車両の駆動制御装置の他の一態様では、前記モータジェネレータに接続されたバッテリの充放電制限量を検出する充放電制限量検出手段を備え、前記変速制御手段は、前記充放電制限量が第１の所定制限量以上である場合には、前記第２の変速制御を選択する。燃費を優先する第１の変速制御においては、エンジン回転数の変動が発生すると、その変動分はモータジェネレータの動作により制御されるが、モータジェネレータの動作はバッテリの充放電を伴う。よって、バッテリの充放電が制限された状態では、エンジン回転数の変動を生じさせないことが好ましい。よって、バッテリの充放電制限量が所定制限量以上である場合には、エンジン回転数の変動が少ない第２の変速制御を実行する。
【００１４】
この場合の好適な例では、前記変速制御手段は、前記充放電制限量が第２の所定制限量以上である場合には、前記変速機構を所定の変速段に固定する。このように、変速を禁止することによりエンジン回転数の変動が防止され、バッテリへの負担を無くすことができる。また、他の好適な例では、前記変速制御手段は、前記充放電制限量に基づいて、前記ギア比許容変動幅を変化させる。これにより、バッテリの充放電制限が大きいときにはエンジン回転数の変動が小さくなるように第２の変速制御におけるギア比の許容変動幅を設定し、バッテリの充放電制限が小さいときにはある程度のエンジン回転数の変動を許容して、燃費の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１６】
図１に、本発明に係るハイブリッド車両の駆動制御装置の一例を示す。図１の例では、ハイブリッド車両は、内燃機関（エンジン）１と、第１のモータジェネレータ（ＭＧ１）２及び第２のモータジェネレータ（ＭＧ２）３とを動力装置として備える。エンジン１の出力トルクは動力分配機構４により第１のモータジェネレータ２と出力軸とに分配され、第２のモータジェネレータ３により駆動トルク及びブレーキ力のアシスト（補助）が行われる。この構成は、機械分配式２モータハイブリッド装置と呼ばれる。
【００１７】
エンジン１は燃料を燃焼して動力を発生する熱機関であり、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどが挙げられる。第１のモータジェネレータ２はエンジン１からトルクを受けて回転することにより主として発電を行うものであり、発電に伴う反力トルクが作用する。
【００１８】
第２のモータジェネレータ３は、駆動トルク又はブレーキ力を補助（アシスト）する。駆動トルクをアシストする場合、第２のモータジェネレータ３は電力の供給を受けて電動機として機能する。一方、ブレーキ力をアシストする場合には、第２のモータジェネレータ３は、図示しない駆動輪から伝達されるトルクにより回転させられて電力を発生する発電機として機能する。
【００１９】
動力分配機構４は、実質的に２組の遊星歯車機構を組み合わせて構成されており、図１に示す例では、シングルピニオン型遊星歯車機構とダブルピニオン型遊星歯車機構とを組み合わせたラビニョ型遊星歯車機構が使用されている。具体的には、外歯歯車である第１サンギア５と、第１サンギア５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ア６との間に、第１サンギア５とリングギア６とに噛み合っているロングピニオン７が配置されている。第１サンギア５とリングギア６とロングピニオン７との三者でシングルピニオン型遊星歯車機構が構成されている。また、第１サンギア５に隣接して第２サンギア８が同一軸線上に配置され、第２サンギア８に噛み合っているショートピニオン９がロングピニオン７に噛み合っている。したがって、第２サンギア８と各ピニオン９、７とリングギア６との四者でダブルピニオン型遊星歯車機構が構成されている。そして、互いに噛み合っているロングピニオン７とショートピニオン９とは複数対設けられており、これらのピニオン７、９がキャリヤ１０によって自転かつ公転するように保持されている。
【００２０】
動力分配機構４におけるリングギア６にエンジン１からトルクが入力される。したがって、リングギア６がこの発明の入力要素となっている。なお、図１では、エンジン１がリングギア６に直接連結された構成が示されているが、エンジン１とリングギア６との間にトルクコンバータや発進用のクラッチ（それぞれ図示せず）を設けてもよい。
【００２１】
動力分配機構４における第１サンギア５には、第１のモータジェネレータ２からトルクが伝達される。したがって、第１サンギア５が反力要素となっている。具体的には、エンジン１と同一軸線上に反力軸１１が配置されており、反力軸１１のエンジン１側とは反対側の端部が、ギア対１２を介して第１のモータジェネレータ２のロータに連結されている。なお、第１のモータジェネレータ２のステータは、ケーシング１３などの固定部に連結されて固定されている。
【００２２】
上述した動力分配機構４は、入力要素となっているリングギア６と、反力要素となっている第１サンギア５と、第２サンギア８と、キャリヤ１０との四つの要素を回転要素とするものであり、第２サンギア８とキャリヤ１０とが選択的に出力要素とされる。そして、リングギア６と、第１サンギア５あるいは第２サンギア８と、キャリヤ１０との三者で差動作用を生じるように構成されている。
【００２３】
これらの出力要素と出力部材との間に、両者の間で選択的にトルクを伝達させる同期連結機構が設けられている。具体的には、反力軸１１の外周側に、それぞれ中空軸である第１および第２の中間軸１４，１５が回転自在に嵌合されている。外周側の第２中間軸１５はキャリヤ１０に連結されており、内周側の第１中間軸１４は第２サンギア８に連結されるとともに第２中間軸１５の先端側（エンジン１とは反対側）に突出している。
【００２４】
中間軸１４，１５から所定距離離れ、かつ中間軸１４，１５に対して平行に出力軸１６が回転自在に配置されている。第１中間軸１４と出力軸１６との間に、第１速用ギア対１７及び第３速用ギア対１８が配置されている。ギア対１７，１８は、軸線方向において互いに隣接して配置されている。また、第２中間軸１５と出力軸１６との間に第２速用ギア対１９及び第４速用ギア対２０が配置されている。ギア対１９，２０は、軸線方向において互いに隣接して配置されている。
【００２５】
ギア対１７〜２０のそれぞれは、各中間軸１４，１５側の駆動ギアと、これに常時噛み合っている出力軸１６側の従動ギアとから構成されている。各ギア対１７、１８の出力軸１６側の従動ギアは、クラッチ機構２１に連結されている。また、各ギア対１９、２０の出力軸１６側の従動ギアは、クラッチ機構２２に連結されている。クラッチ機構２１、２２は、相互に対向配置されたドグ歯を係合させるドグクラッチとして構成され、本発明における変速機構を構成する。具体的には、クラッチ機構２１において、アクチュエータ３１を図中左方向に移動させることにより出力軸１６は第１速用ギア対１７の従動ギアと係合し、アクチュエータ３１を図中右方向に移動させることにより出力軸１６は第３速用ギア対１８の従動ギアと係合する。同様に、クラッチ機構２２において、アクチュエータ３２を図中左方向に移動させることにより出力軸１６は第２速用ギア対１９の従動ギアと係合し、アクチュエータ３２を図中右方向に移動させることにより出力軸１６は第４速用ギア対２０の従動ギアと係合する。このように、アクチュエータ３１、３２を駆動することにより、第１速〜第４速のいずれかの変速段を選択することができる。なお、このようなアクチュエータ３１、３２の駆動制御は、図示しないＥＣＵにより実行される。
【００２６】
上記の構成において、変速機構により、第１速から第４速のいずれかの変速段が選択されている場合、本駆動制御装置は無段変速モードで動作する。即ち、動力分配機構４により、第１のモータジェネレータ２の回転数を連続的に変化させるとエンジン１の回転数が連続的に変化し、無段変速モードでの運転が実行される。これに対して、第１速から第２速、第２速から第３速などの変速時には必ず一時的に複数のギアが出力軸に接続された状態（以下、「固定段モード」と呼ぶ。）を経る必要がある。例えば、図１において、第１速での運転時にはクラッチ機構２１は第１速用ギア対１７側に係合している。第１速から第２速への変速時には、まず、クラッチ機構２１はそのままで、アクチュエータ３２が図中左方向へ駆動され、クラッチ機構２２は第２速用ギア対１９側に係合する。このとき、一時的に、第１速用ギア対１７と第２速用ギア対１９とが同時に出力軸１６に連結された状態、即ち固定段モードとなる。その後、アクチュエータ３１が図中右方向へ移動してクラッチ２１が解放され、出力軸１６は第２速用ギア対１９のみに連結した状態となる。こうして、第１速から第２速への変速が行われる。
【００２７】
このように、本実施形態の駆動制御装置では、変速時に必ず固定段モードが発生する。図２は、第１速〜第４速のいずれかの変速段で運転している状態である無段変速モードと、上記の固定段モードとにおけるエンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す。図２において、グラフ２０１は無段変速モードの動作線を示し、グラフ２０２は固定段モードの動作線を示す。なお、グラフ２０５は熱効率を示す。
【００２８】
いま、ある変速段（例えば第２速）の無段変速モードで運転しているときの動作点を２０４とし、そこから変速を行うために固定段モードへ移行したときの動作点を２０３とすると、図示のように、変速時にエンジン回転数及びエンジントルクは図中矢印に従って変動することとなる。このように、本実施形態のようなマルチモードのハイブリッドシステムでは、変速時に必ず固定段モードを経由するため、燃費優先で変速を実施するとエンジン回転数が変動する。
【００２９】
これについて詳しく説明する。図３（ａ）は、燃費優先変速制御における変速比（ギア比）と理論伝達効率（動力伝達効率）との関係を示す。図示のように、第１速〜第４速のそれぞれについて、変速比と理論伝達効率との関係を示すグラフが存在する。ここで、燃費優先変速制御では、常に理論伝達効率が高い変速段を使用するので、図中太線で示すグラフに従って変速が行われる。しかしながら、前述のように変速時には必ず固定段モードを経由するので、固定段モード中のみ動作点が移動する。例えば第１速から第２速への変速時には、動作点はまず１速のグラフに従って移動し、点２１５に至った後、矢印２１１に示すように一度１−２速固定状態の点２１６に移動した後、再び点２１５に戻り、その後は第２速のグラフに従って推移する。同様に、第２速から第３速への変速時には動作点は矢印２１２で示すように移動し、第３速から第４速への変速時には動作点は矢印２１３に示すように移動する。よって、いずれの場合も、変速時に一時的に固定段モードを経由するため、変速比（ギア比）が変動する。車速（出力）が一定の条件下では、ギア比の変動はエンジン回転数の変動と等価となる。よって、図３（ａ）に例示するような燃費優先変速制御では、変速時に必ずエンジン回転数の変動を生じることとなる。なお、燃費優先変速制御は本発明の第１の変速制御に相当する。
【００３０】
次に、図３（ｂ）にドライバビリティ優先変速制御における変速比と理論伝達効率との関係を示す。ドライバビリティ優先の変速制御では、ギア比が固定段モードの同期回転数近傍になった時点で変速を実施する。図３（ｂ）の例では、第１速での運転において、１−２速固定状態に対応するギア比になった時点で矢印２２１、２２２に示すように、一時的に固定段モードを経由した後、第２速での運転に移行する。第２速から第３速への変速時には矢印２２３、２２４に従って、第３速から第４速への変速時には矢印２２５、２２６に従って、動作点が移動する。このように、ドライバビリティ優先変速制御では、変速時において理論伝達効率は低下するものの、ギア比の変動が無いのでエンジン回転数の変動が生じない。なお、ドライバビリティ優先変速制御は本発明の第２の変速制御に相当する。
【００３１】
以上のように、本実施形態の如きマルチモードのハイブリッド車両の駆動制御装置では、燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御のいずれかを選択して行うことができる。そこで、本発明では、状況に応じてこれら２つの変速制御を選択して変速を実行する。
【００３２】
［第１実施例］
以下、本発明の第１実施例について説明する。第１実施例では、ドライバビリティの観点から、ユーザの要求に応じて燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御とを使い分けるものである。例えば加速時などの高負荷加速要求時には、もともとエンジン回転数は高くなるため、上述のように変速時にエンジン回転数が変動してもユーザはそれほど気にはならないことが多い。よって、車速やアクセル開度などのユーザ要求が高負荷加速要求である場合には、燃費優先変速制御を行う。一方、車速などの変化が少ない定常走行時などの軽負荷定常要求時は一般的にエンジン回転数は低く、ユーザはエンジン回転数の変動によるドライバビリティの低下を感じ易い。よって、ユーザ要求が低負荷定常要求時には、ドライバビリティ優先変速制御を実行する。ドライバビリティ優先変速制御は、前述のように、ギア比が同期回転数近傍となったときのみ変速を実施する制御方法であり、変速前後のエンジン回転数変化を低減することができる。このように、ユーザ要求に応じて燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御とを切り替えることにより、ドライバビリティと燃費とを両立することができる。
【００３３】
また、ユーザ要求により燃費優先の運転モードなどが選択されている場合には、燃費優先変速制御を優先することとしてもよい。これは、ユーザが自ら燃費優先の運転モードを選択しているときには、ユーザのドライバビリティに対する許容度は大きいと考えられるからである。これにより、軽負荷時でも積極的に燃費優先変速制御を実施し、燃費をさらに向上させることができる。
【００３４】
これに加えて、ドライバビリティ優先変速制御においては、ギア比が同期回転数近傍となったか否かの判定基準を、ユーザ要求パワーに応じて可変としてもよい。これについて図４を参照して詳しく説明する。図４は図３（ｂ）と同様にドライバビリティ優先変速制御時の変速比と理論伝達効率との関係を示す。ここで、図３（ｂ）の例では、ギア比が同期回転数となったときに変速を行っている。例えば、第１速から第２速への変速は、１−２速固定時のギア比において行われている。これに対して、本例では、図４に示すように、変速を行う際のギア比に幅を持たせる。この幅を「ギア比許容変動幅」と呼ぶ。図４においては、１−２速固定時のギア比を基準として決定されたギア比許容変動幅の範囲内のギア比になったときに第１速から第２速への変速を行う。第２速から第３速、第３速から第４速の場合も同様に、それぞれのグラフの太線部分が上下方向に重なる範囲がギア比許容変動幅に相当する。なお、ギア比許容変動幅は、エンジン回転数許容変動幅から以下の式で得ることができる。
【００３５】
（ギア比許容変動幅）
＝（目標エンジン回転数＋エンジン回転数許容変動幅）／（ドライブシャフト回転数）
次に、ユーザ要求パワーに応じてギア比許容変動幅を変える方法について説明する。ギア比許容変動幅は、車速一定の条件下ではエンジン回転数の許容変動幅と等価となる。図５は、ユーザ要求パワーとエンジン回転数許容変動幅との関係を示す。実線のグラフ２３０に示すように、ユーザ要求パワーが小さいときは、ユーザはエンジン回転数変動に対して敏感であるため、エンジン回転数許容変動幅、即ちギア比許容変動幅を小さくする。一方、ユーザ要求パワーが大きいときは、元々エンジン回転数は高く、ユーザはエンジン回転数変動にそれほど敏感ではないので、エンジン回転数許容変動幅、即ちギア比許容変動幅を大きく設定する。エンジン回転数許容変動幅を大きく設定すると、その範囲内で理論伝達効率の高い変速段（ギア）を使用することができるので、その分燃費を改善することができる。
【００３６】
具体的には、ユーザ要求パワーが低負荷であるときにはドライバビリティ優先変速制御を行うが、その後、ユーザ要求パワーが増加するにつれてエンジン回転数許容変動幅、つまりギア比許容変動幅を増加させる。そして、ユーザ要求パワーが所定の高負荷になったときに、ドライバビリティ優先変速制御を燃費優先変速制御に切り替える。このように、ユーザ要求パワーに応じてギア比許容変動幅を変化させることにより、燃費優先変速制御からドライバビリティ優先変速制御への移行をスムーズに行うことが可能となる。また、優先変速制御からドライバビリティ優先変速制御に移行する場合も、ユーザ要求パワーに応じてドライバビリティ優先変速制御への切り替え後のエンジン回転数許容変動幅を制御することにより、スムーズな移行が可能となる。
【００３７】
さらには、ユーザ要求により燃費優先の運転モードなどが選択されている場合には、そうでない場合と比較してエンジン回転数許容変動幅を大きく設定することとしてもよい。例えば、図５において、燃費優先の運転モードが選択されている場合にはグラフ２３０に従ってエンジン回転数許容変動幅を設定し、燃費優先の運転モードが選択されていない場合にはグラフ２３１に従ってエンジン回転数許容変動幅を設定する。このように、ユーザが自ら燃費優先の運転モードを選択しているときは、その分ドライバビリティの悪化に対する許容度は大きいと考えられるので、エンジン回転許容変動幅を大きく設定して、その分燃費を改善することが好ましい。
【００３８】
図６に、第１実施例による変速制御例に対応するフローチャートを示す。この処理は、図示しないＥＣＵなどがユーザ要求に基づいて図１に示すアクチュエータ３１、３２などを制御することにより実行される。
【００３９】
まず、ＥＣＵは、車速、アクセル開度などのユーザ要求パワー、並びに、燃費優先の運転モードを選択するスイッチ（以下、「燃費優先スイッチ」と呼ぶ。）の状態などのユーザ要求を取得する（ステップＳ１０１）。次に、ＥＣＵは、ユーザ要求パワーに基づいて、エンジン要求パワー、エンジン目標回転数、目標ギア比、エンジン回転数許容変動幅などを決定する（ステップＳ１０２）。この時、エンジン回転数許容変動幅は、ユーザ要求パワーに応じた基準値に設定される。また、この際、基本的には、ユーザ要求パワーが高負荷である場合に燃費優先変速制御が選択され、ユーザ要求パワーが低負荷である場合はドライバビリティ優先変速制御が選択される。
【００４０】
次に、ＥＣＵは燃費優先スイッチがオンであるか否かを判定し（ステップＳ１０３）、オンである場合には、エンジン回転数許容変動幅を燃費優先スイッチオン時の値に設定する（ステップＳ１０４）。これは、例えば図５のグラフ２３１に従って決定される。一方、オフである場合には、ＥＣＵはエンジン回転数許容変動幅を燃費優先スイッチオフ時の値に設定する（ステップＳ１０５）。これは、例えば図５のグラフ２３０に従って決定される。そして、ＥＣＵは、目標ギア比で最大伝達効率を得るギア段を目標ギア段とし、変速を行う（ステップＳ１０６）。
【００４１】
［第２実施例］
第２実施例は、排気のエミッションの観点から燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御とを使い分けるものである。エンジンの冷間始動時など、排気浄化のための触媒が正規の浄化率を発揮するのに十分な程度に暖機されていない状態では、エンジン回転数の変化が大きいと、空燃比が乱れてエンジンからの排出ガスのエミッションが悪化する可能性がある。そこで、触媒が正規の浄化性能を発揮できる活性状態にない場合には、ドライバビリティ優先変速制御を選択することにより、変速時のエンジン回転数変化を極力小さくしてエミッションの悪化を防止する。
【００４２】
具体的には、例えば温度センサなどにより排気浄化触媒の温度を検出し、所定の触媒活性温度に達しているか否かを判定する。触媒が活性状態にあるときには、エミッション悪化の恐れが少ないので燃費優先変速制御を行う。一方、触媒が不活性状態である場合には、エミッション悪化を防止するため、ドライバビリティ優先変速制御を行う。
【００４３】
また、上記の制御に加えて、触媒が不活性状態にある場合には、変速自体を禁止してもよい。本実施形態の駆動制御装置では、図３（ａ）及び３（ｂ）に示すように、第１速〜第４速のマルチモード変速が可能であるが、例えば図１に示す変速機構（クラッチ機構２１、２２及び変速用ギア対１７〜２０）を設けない場合の変速比と理論伝達効率との関係は、図３（ａ）及び３（ｂ）の破線２１９で示す「変速機構なし」の場合に相当し、これは本例における第２速の特性とほぼ同等である。よって、触媒が不活性状態である場合には、変速動作を禁止し、変速段を第２速に固定することによりエンジン回転数の変動を回避し、エミッションの悪化を防止することができる。
【００４４】
さらには、エミッション向上の観点から、エアフローメータや空燃比センサなど、エンジンの排気制御デバイスに故障がある場合には、同様に変速を禁止してエミッションの悪化を防止することもできる。
【００４５】
図７に、第２実施例による変速制御例のフローチャートを示す。この処理は、エンジンの排気制御デバイスなどに接続されたＥＣＵが実行する。まず、ＥＣＵは、エアフローメータ、空燃比センサ、酸素センサ、触媒などの排気制御デバイスが正常であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。いずれかの排気制御デバイスが正常でない場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０５へ進み、ＥＣＵはドライバビリティ優先変速制御を実行する。
【００４６】
一方、全ての排気制御デバイスが正常である場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵは、排気温度センサの出力又はエンジンの運転履歴などから触媒の暖機状態、即ち触媒が活性状態にあるか否かを確認する（ステップＳ２０２）。触媒の暖機が完了している場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵは燃費優先変速制御を実行する（ステップＳ２０４）。一方、触媒の暖機が完了しておらず、不活性状態にある場合（ステップＳ２０３；Ｎｏ）、ＥＣＵはドライバビリティ優先変速制御を実行する（ステップＳ２０５）。
【００４７】
なお、第２実施例においても、触媒の暖機状態に応じて、エンジン回転数許容変動幅を変化させることとしてもよい。即ち、触媒の暖機状態が不十分なときにはドライバビリティ優先変速制御を行い、触媒の暖機が進むにつれてドライバビリティ優先変速制御におけるエンジン回転数許容変動幅を広くしていく。そして、触媒の暖機が完了したときには燃費優先変速制御に切り替える。これにより、エミッションの悪化を防止しつつ、徐々に燃費優先制御に移行することができる。
【００４８】
［第３実施例］
第３実施例は、モータジェネレータやバッテリへの負担軽減の観点から、燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御とを使い分けるものである。変速時にエンジン回転数が変動すると、その変動分はモータジェネレータの作動により制御されるため、バッテリの充放電が発生する。よって、バッテリの極冷間時や高温時、バッテリ充電量（ＳＯＣ）低下時など、バッテリの充放電が制限されている状況では、エンジン回転数の変動を抑制するため、ドライバビリティ優先変速制御を実行する。これにより、変速時のバッテリ消費電力を軽減することができる。また、バッテリを保護して、劣化の促進や寿命の短縮を図ることができる。
【００４９】
上記の制御に加えて、バッテリの充放電が制限される状況では、第２実施例で述べたように変速を禁止してもよい。これにより、変速に伴うバッテリからのエネルギー消費を抑えることができる。例えば、バッテリの充放電制限量が第１の制限量に達したときにドライバビリティ優先変速制御を実行し、さらに第１の制限量より大きい第２の制限量に達したときに変速段を第２速に固定して変速を禁止する。
【００５０】
さらに、バッテリの充放電制限量に応じて、ドライバビリティ優先変速制御におけるエンジン回転数許容変動幅を変化させることとしてもよい。具体的には、図９に示すように、バッテリの充放電制御量が大きい場合（即ち、バッテリの充放電を極力行わないことが望ましい場合）にはエンジン回転数許容変動幅を小さくし、エンジン回転数の変動を抑制する。一方、バッテリの充放電制御量が小さい場合にはエンジン回転数許容変動幅を大きくし、可能な範囲で燃費を向上させる。
【００５１】
図８は、第３実施例による変速制御例のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵがバッテリの充放電制限量を監視しつつ実行する。まず、ＥＣＵは、バッテリの温度及び充電量などから、バッテリの充放電制限量を算出し（ステップＳ３０１）、算出した充放電制限量に基づいて、図９に示す特性などを参照して、エンジン回転数許容変動幅を算出する（ステップＳ３０２）。そして、ＥＣＵは、目標ギア比で最大伝達効率を得るギア段を目標ギア段とし、変速を行う（ステップＳ３０３）。
【００５２】
以上のように、第３実施例では、モータジェネレータやバッテリへの負担軽減の観点から、燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御とを使い分けることにより、変速時のバッテリ消費電力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態によるハイブリッド装置の概略構成を示す。
【図２】無段変速モードと固定段モードの動作特性を示す。
【図３】燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御の例を示す。
【図４】ギア比許容変動幅を可変としたドライバビリティ優先変速制御の例を示す。
【図５】ユーザ要求パワーによるエンジン回転数許容変動幅の変化例を示す。
【図６】第１実施例による変速制御のフローチャートである。
【図７】第２実施例による変速制御のフローチャートである。
【図８】第３実施例による変速制御のフローチャートである。
【図９】バッテリの充放電制限量とエンジン回転数許容変動量の関係を示す。
【符号の説明】
【００５４】
１ エンジン
２、３ モータジェネレータ
４ 動力分配機構
１６ 出力軸
２１、２２ クラッチ機構
１７、１８、１９、２０ 変速用ギア対
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速機を備えるハイブリッド車両の駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に加えて、電動機やモータジェネレータなどの動力源を備えるハイブリッド車両が既知である。ハイブリッド車両では、内燃機関を可及的に高効率状態で運転する一方、駆動力やエンジンブレーキ力の過不足を電動機又はモータジェネレータで補う。このようなハイブリッド車両においては、差動作用のある動力分配機構を介して内燃機関（エンジン）とモータジェネレータとを出力軸に連結し、モータジェネレータの回転数を連続的に変化させることにより、エンジンの回転数を連続的に変化させ、いわゆる無段変速モードでの運転が可能となる。
【０００３】
また、上記のようなハイブリッド車両に同期変速機を組み合わせることにより、広範囲なギアレンジで高い伝達効率を維持できるシステムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５５８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなハイブリッド車両においては、同時固定段を含むシーケンシャルな変速のみが可能である。例えば、１速から２速への変速時には、出力軸を１速及び２速のギアに固定した固定段モードを経る必要がある。従って、変速を燃費優先で実施すると、固定段モードを経由する変速の前後で変速比が変化するため、エンジン回転数が瞬間的に変動する。
【０００６】
これにより、ドライバビリティが低下することが考えられる。また、内燃機関の冷間始動時など、触媒が十分に暖気されていない状態では、エンジン回転数の変動が大きいと空燃比が変動し、エミッションの悪化や失火の恐れなどが懸念される。さらに、変速時にはモータジェネレータによりエンジン回転数が制御されるため、上記のようなエンジン回転数の変動はモータジェネレータにより制御する必要がある。よって、バッテリの温度や充電状態によっては、モータジェネレータによる対応が遅れたり不十分となり、変速の遅れが生じたり変速が不能となったりする可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、固定段モードを経由して変速が行われるマルチモードのハイブリッド車両において、燃費優先の変速制御とドライバビリティ優先の変速制御とを状況に応じて適切に切り替えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点では、エンジンとモータジェネレータとを動力分配機構を介して出力軸に連結してなるハイブリッド車両の駆動制御装置は、前記動力分配機構と前記出力軸との間に設けられ、複数の無段変速段にわたって変速を行う変速機構と、複数の前記無段変速段の変速用ギアを出力軸に接続することにより変速比が固定された固定段モードを介して変速を行う変速制御手段と、を備え、前記変速制御手段は、動力伝達効率を優先して変速を行う第１の変速制御と、ギア比が所定の許容ギア比変動幅内となったときに変速を行う第２の変速制御とを、要求パワーに応じて選択的に実行する。
【０００９】
上記のハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンとモータジェネレータとが動力分配機構を介して出力軸に連結されている。これにより、エンジンを最も効率の良い運転状態で運転するとともに、エンジンの出力トルクをモータジェネレータで電気エネルギーとして保存したり、その電気エネルギーを駆動トルクに変換して出力軸に供給してアシストしたりして、全体として効率の良い運転を行う。動力分配機構と出力軸との間には変速機構が設けられ、例えば第１速〜第４速などの複数の変速段にわたり変速が行われる。変速機構による変速動作は変速制御手段により行われる。ここで、変速制御手段は、要求パワーに応じて、動力伝達効率を優先して変速を行う第１の変速制御と、ギア比が所定の許容変動幅内となったときに変速を行う第２の変速制御とを選択的に実行する。変速機構の構造上、変速時には一時的に複数の出力段が同時に出力軸に接続される固定段モードが発生する。動力伝達効率を優先する第１の変速制御では、固定段モードにおいてエンジンの回転数が変動することになり、これがドライバビリティ悪化の要因となる。一方、ギア比が所定の許容変動幅内となったときに変速を行う第２の変速制御では、エンジン回転数の変動は非常に少ないが、動力伝達効率の低い点で変速されるため、燃費改善代は小さくなる。そこで、要求パワーに応じて、第１の変速制御と第２の変速制御とを選択的に実行することにより、ドライバビリティの低下を防止しつつ、できる限り燃費を確保した運転を行うことが可能となる。
【００１０】
上記のハイブリッド車両の駆動制御装置の一態様では、前記変速制御手段は、第１の変速制御の実行中において、変速時におけるエンジン回転数の変動幅が所定のエンジン回転数許容変動幅以上となる場合には、前記第２の変速制御を行う。第１の変速制御では基本的に燃費優先で変速が行われるが、変速時のエンジン回転数の変動が許容変動幅以上となる場合には、ドライバビリティの低下を防止する観点で、第２の変速制御に切り替える。これにより、ある程度の許容範囲内で燃費とドライバビリティを両立することができる。
【００１１】
上記のハイブリッド車両の駆動制御装置の他の一態様では、前記変速制御手段は、前記要求パワーに応じて前記ギア比許容変動幅を変化させる。第２の変速制御において、ギア比の許容変動幅を広くするとエンジン回転数の変動が大きくなるが、燃費は改善される。一方、ギア比の許容変動幅を狭くするとエンジン回転数の変動は小さくなるが、燃費の改善は望めない。よって、この態様では、ユーザによる要求パワーに応じて、ギア比の許容変動幅を変化させることにより、エンジン回転数変動に対するユーザの許容度の範囲内で燃費を向上させる。
【００１２】
上記のハイブリッド車両の駆動制御装置の他の一態様では、前記エンジンの排気通路に設けられた触媒の活性を判定する触媒活性判定手段を備え、前記変速制御手段は、前記触媒が不活性状態である場合には、前記第２の変速制御を選択する。エンジンの排気通路に設けられた触媒は、暖気が完了した活性状態にないと通常の排気浄化性能を発揮できない。触媒が不活性状態にある場合には、変速の際にエンジン回転数の変動が大きいと、空燃比の乱れにより排気エミッションの悪化などの問題が生じうる。そこで、触媒が不活性状態にあるときには、エンジン回転数の変動が少ない第２の変速制御を実行することにより、エミッションの悪化を防止する。好適な例では、前記変速制御手段は、前記触媒が不活性状態である場合には、前記変速機構を所定の変速段に固定する。これにより、触媒の不活性状態では変速が行われないので、エンジン回転数の変動に起因するエミッションの悪化を確実に防止することができる。
【００１３】
上記のハイブリッド車両の駆動制御装置の他の一態様では、前記モータジェネレータに接続されたバッテリの充放電制限量を検出する充放電制限量検出手段を備え、前記変速制御手段は、前記充放電制限量が第１の所定制限量以上である場合には、前記第２の変速制御を選択する。燃費を優先する第１の変速制御においては、エンジン回転数の変動が発生すると、その変動分はモータジェネレータの動作により制御されるが、モータジェネレータの動作はバッテリの充放電を伴う。よって、バッテリの充放電が制限された状態では、エンジン回転数の変動を生じさせないことが好ましい。よって、バッテリの充放電制限量が所定制限量以上である場合には、エンジン回転数の変動が少ない第２の変速制御を実行する。
【００１４】
この場合の好適な例では、前記変速制御手段は、前記充放電制限量が第２の所定制限量以上である場合には、前記変速機構を所定の変速段に固定する。このように、変速を禁止することによりエンジン回転数の変動が防止され、バッテリへの負担を無くすことができる。また、他の好適な例では、前記変速制御手段は、前記充放電制限量に基づいて、前記ギア比許容変動幅を変化させる。これにより、バッテリの充放電制限が大きいときにはエンジン回転数の変動が小さくなるように第２の変速制御におけるギア比の許容変動幅を設定し、バッテリの充放電制限が小さいときにはある程度のエンジン回転数の変動を許容して、燃費の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１６】
図１に、本発明に係るハイブリッド車両の駆動制御装置の一例を示す。図１の例では、ハイブリッド車両は、内燃機関（エンジン）１と、第１のモータジェネレータ（ＭＧ１）２及び第２のモータジェネレータ（ＭＧ２）３とを動力装置として備える。エンジン１の出力トルクは動力分配機構４により第１のモータジェネレータ２と出力軸とに分配され、第２のモータジェネレータ３により駆動トルク及びブレーキ力のアシスト（補助）が行われる。この構成は、機械分配式２モータハイブリッド装置と呼ばれる。
【００１７】
エンジン１は燃料を燃焼して動力を発生する熱機関であり、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどが挙げられる。第１のモータジェネレータ２はエンジン１からトルクを受けて回転することにより主として発電を行うものであり、発電に伴う反力トルクが作用する。
【００１８】
第２のモータジェネレータ３は、駆動トルク又はブレーキ力を補助（アシスト）する。駆動トルクをアシストする場合、第２のモータジェネレータ３は電力の供給を受けて電動機として機能する。一方、ブレーキ力をアシストする場合には、第２のモータジェネレータ３は、図示しない駆動輪から伝達されるトルクにより回転させられて電力を発生する発電機として機能する。
【００１９】
動力分配機構４は、実質的に２組の遊星歯車機構を組み合わせて構成されており、図１に示す例では、シングルピニオン型遊星歯車機構とダブルピニオン型遊星歯車機構とを組み合わせたラビニョ型遊星歯車機構が使用されている。具体的には、外歯歯車である第１サンギア５と、第１サンギア５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ア６との間に、第１サンギア５とリングギア６とに噛み合っているロングピニオン７が配置されている。第１サンギア５とリングギア６とロングピニオン７との三者でシングルピニオン型遊星歯車機構が構成されている。また、第１サンギア５に隣接して第２サンギア８が同一軸線上に配置され、第２サンギア８に噛み合っているショートピニオン９がロングピニオン７に噛み合っている。したがって、第２サンギア８と各ピニオン９、７とリングギア６との四者でダブルピニオン型遊星歯車機構が構成されている。そして、互いに噛み合っているロングピニオン７とショートピニオン９とは複数対設けられており、これらのピニオン７、９がキャリヤ１０によって自転かつ公転するように保持されている。
【００２０】
動力分配機構４におけるリングギア６にエンジン１からトルクが入力される。したがって、リングギア６がこの発明の入力要素となっている。なお、図１では、エンジン１がリングギア６に直接連結された構成が示されているが、エンジン１とリングギア６との間にトルクコンバータや発進用のクラッチ（それぞれ図示せず）を設けてもよい。
【００２１】
動力分配機構４における第１サンギア５には、第１のモータジェネレータ２からトルクが伝達される。したがって、第１サンギア５が反力要素となっている。具体的には、エンジン１と同一軸線上に反力軸１１が配置されており、反力軸１１のエンジン１側とは反対側の端部が、ギア対１２を介して第１のモータジェネレータ２のロータに連結されている。なお、第１のモータジェネレータ２のステータは、ケーシング１３などの固定部に連結されて固定されている。
【００２２】
上述した動力分配機構４は、入力要素となっているリングギア６と、反力要素となっている第１サンギア５と、第２サンギア８と、キャリヤ１０との四つの要素を回転要素とするものであり、第２サンギア８とキャリヤ１０とが選択的に出力要素とされる。そして、リングギア６と、第１サンギア５あるいは第２サンギア８と、キャリヤ１０との三者で差動作用を生じるように構成されている。
【００２３】
これらの出力要素と出力部材との間に、両者の間で選択的にトルクを伝達させる同期連結機構が設けられている。具体的には、反力軸１１の外周側に、それぞれ中空軸である第１および第２の中間軸１４，１５が回転自在に嵌合されている。外周側の第２中間軸１５はキャリヤ１０に連結されており、内周側の第１中間軸１４は第２サンギア８に連結されるとともに第２中間軸１５の先端側（エンジン１とは反対側）に突出している。
【００２４】
中間軸１４，１５から所定距離離れ、かつ中間軸１４，１５に対して平行に出力軸１６が回転自在に配置されている。第１中間軸１４と出力軸１６との間に、第１速用ギア対１７及び第３速用ギア対１８が配置されている。ギア対１７，１８は、軸線方向において互いに隣接して配置されている。また、第２中間軸１５と出力軸１６との間に第２速用ギア対１９及び第４速用ギア対２０が配置されている。ギア対１９，２０は、軸線方向において互いに隣接して配置されている。
【００２５】
ギア対１７〜２０のそれぞれは、各中間軸１４，１５側の駆動ギアと、これに常時噛み合っている出力軸１６側の従動ギアとから構成されている。各ギア対１７、１８の出力軸１６側の従動ギアは、クラッチ機構２１に連結されている。また、各ギア対１９、２０の出力軸１６側の従動ギアは、クラッチ機構２２に連結されている。クラッチ機構２１、２２は、相互に対向配置されたドグ歯を係合させるドグクラッチとして構成され、本発明における変速機構を構成する。具体的には、クラッチ機構２１において、アクチュエータ３１を図中左方向に移動させることにより出力軸１６は第１速用ギア対１７の従動ギアと係合し、アクチュエータ３１を図中右方向に移動させることにより出力軸１６は第３速用ギア対１８の従動ギアと係合する。同様に、クラッチ機構２２において、アクチュエータ３２を図中左方向に移動させることにより出力軸１６は第２速用ギア対１９の従動ギアと係合し、アクチュエータ３２を図中右方向に移動させることにより出力軸１６は第４速用ギア対２０の従動ギアと係合する。このように、アクチュエータ３１、３２を駆動することにより、第１速〜第４速のいずれかの変速段を選択することができる。なお、このようなアクチュエータ３１、３２の駆動制御は、図示しないＥＣＵにより実行される。
【００２６】
上記の構成において、変速機構により、第１速から第４速のいずれかの変速段が選択されている場合、本駆動制御装置は無段変速モードで動作する。即ち、動力分配機構４により、第１のモータジェネレータ２の回転数を連続的に変化させるとエンジン１の回転数が連続的に変化し、無段変速モードでの運転が実行される。これに対して、第１速から第２速、第２速から第３速などの変速時には必ず一時的に複数のギアが出力軸に接続された状態（以下、「固定段モード」と呼ぶ。）を経る必要がある。例えば、図１において、第１速での運転時にはクラッチ機構２１は第１速用ギア対１７側に係合している。第１速から第２速への変速時には、まず、クラッチ機構２１はそのままで、アクチュエータ３２が図中左方向へ駆動され、クラッチ機構２２は第２速用ギア対１９側に係合する。このとき、一時的に、第１速用ギア対１７と第２速用ギア対１９とが同時に出力軸１６に連結された状態、即ち固定段モードとなる。その後、アクチュエータ３１が図中右方向へ移動してクラッチ２１が解放され、出力軸１６は第２速用ギア対１９のみに連結した状態となる。こうして、第１速から第２速への変速が行われる。
【００２７】
このように、本実施形態の駆動制御装置では、変速時に必ず固定段モードが発生する。図２は、第１速〜第４速のいずれかの変速段で運転している状態である無段変速モードと、上記の固定段モードとにおけるエンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す。図２において、グラフ２０１は無段変速モードの動作線を示し、グラフ２０２は固定段モードの動作線を示す。なお、グラフ２０５は熱効率を示す。
【００２８】
いま、ある変速段（例えば第２速）の無段変速モードで運転しているときの動作点を２０４とし、そこから変速を行うために固定段モードへ移行したときの動作点を２０３とすると、図示のように、変速時にエンジン回転数及びエンジントルクは図中矢印に従って変動することとなる。このように、本実施形態のようなマルチモードのハイブリッドシステムでは、変速時に必ず固定段モードを経由するため、燃費優先で変速を実施するとエンジン回転数が変動する。
【００２９】
これについて詳しく説明する。図３（ａ）は、燃費優先変速制御における変速比（ギア比）と理論伝達効率（動力伝達効率）との関係を示す。図示のように、第１速〜第４速のそれぞれについて、変速比と理論伝達効率との関係を示すグラフが存在する。ここで、燃費優先変速制御では、常に理論伝達効率が高い変速段を使用するので、図中太線で示すグラフに従って変速が行われる。しかしながら、前述のように変速時には必ず固定段モードを経由するので、固定段モード中のみ動作点が移動する。例えば第１速から第２速への変速時には、動作点はまず１速のグラフに従って移動し、点２１５に至った後、矢印２１１に示すように一度１−２速固定状態の点２１６に移動した後、再び点２１５に戻り、その後は第２速のグラフに従って推移する。同様に、第２速から第３速への変速時には動作点は矢印２１２で示すように移動し、第３速から第４速への変速時には動作点は矢印２１３に示すように移動する。よって、いずれの場合も、変速時に一時的に固定段モードを経由するため、変速比（ギア比）が変動する。車速（出力）が一定の条件下では、ギア比の変動はエンジン回転数の変動と等価となる。よって、図３（ａ）に例示するような燃費優先変速制御では、変速時に必ずエンジン回転数の変動を生じることとなる。なお、燃費優先変速制御は本発明の第１の変速制御に相当する。
【００３０】
次に、図３（ｂ）にドライバビリティ優先変速制御における変速比と理論伝達効率との関係を示す。ドライバビリティ優先の変速制御では、ギア比が固定段モードの同期回転数近傍になった時点で変速を実施する。図３（ｂ）の例では、第１速での運転において、１−２速固定状態に対応するギア比になった時点で矢印２２１、２２２に示すように、一時的に固定段モードを経由した後、第２速での運転に移行する。第２速から第３速への変速時には矢印２２３、２２４に従って、第３速から第４速への変速時には矢印２２５、２２６に従って、動作点が移動する。このように、ドライバビリティ優先変速制御では、変速時において理論伝達効率は低下するものの、ギア比の変動が無いのでエンジン回転数の変動が生じない。なお、ドライバビリティ優先変速制御は本発明の第２の変速制御に相当する。
【００３１】
以上のように、本実施形態の如きマルチモードのハイブリッド車両の駆動制御装置では、燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御のいずれかを選択して行うことができる。そこで、本発明では、状況に応じてこれら２つの変速制御を選択して変速を実行する。
【００３２】
［第１実施例］
以下、本発明の第１実施例について説明する。第１実施例では、ドライバビリティの観点から、ユーザの要求に応じて燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御とを使い分けるものである。例えば加速時などの高負荷加速要求時には、もともとエンジン回転数は高くなるため、上述のように変速時にエンジン回転数が変動してもユーザはそれほど気にはならないことが多い。よって、車速やアクセル開度などのユーザ要求が高負荷加速要求である場合には、燃費優先変速制御を行う。一方、車速などの変化が少ない定常走行時などの軽負荷定常要求時は一般的にエンジン回転数は低く、ユーザはエンジン回転数の変動によるドライバビリティの低下を感じ易い。よって、ユーザ要求が低負荷定常要求時には、ドライバビリティ優先変速制御を実行する。ドライバビリティ優先変速制御は、前述のように、ギア比が同期回転数近傍となったときのみ変速を実施する制御方法であり、変速前後のエンジン回転数変化を低減することができる。このように、ユーザ要求に応じて燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御とを切り替えることにより、ドライバビリティと燃費とを両立することができる。
【００３３】
また、ユーザ要求により燃費優先の運転モードなどが選択されている場合には、燃費優先変速制御を優先することとしてもよい。これは、ユーザが自ら燃費優先の運転モードを選択しているときには、ユーザのドライバビリティに対する許容度は大きいと考えられるからである。これにより、軽負荷時でも積極的に燃費優先変速制御を実施し、燃費をさらに向上させることができる。
【００３４】
これに加えて、ドライバビリティ優先変速制御においては、ギア比が同期回転数近傍となったか否かの判定基準を、ユーザ要求パワーに応じて可変としてもよい。これについて図４を参照して詳しく説明する。図４は図３（ｂ）と同様にドライバビリティ優先変速制御時の変速比と理論伝達効率との関係を示す。ここで、図３（ｂ）の例では、ギア比が同期回転数となったときに変速を行っている。例えば、第１速から第２速への変速は、１−２速固定時のギア比において行われている。これに対して、本例では、図４に示すように、変速を行う際のギア比に幅を持たせる。この幅を「ギア比許容変動幅」と呼ぶ。図４においては、１−２速固定時のギア比を基準として決定されたギア比許容変動幅の範囲内のギア比になったときに第１速から第２速への変速を行う。第２速から第３速、第３速から第４速の場合も同様に、それぞれのグラフの太線部分が上下方向に重なる範囲がギア比許容変動幅に相当する。なお、ギア比許容変動幅は、エンジン回転数許容変動幅から以下の式で得ることができる。
【００３５】
（ギア比許容変動幅）
＝（目標エンジン回転数＋エンジン回転数許容変動幅）／（ドライブシャフト回転数）
次に、ユーザ要求パワーに応じてギア比許容変動幅を変える方法について説明する。ギア比許容変動幅は、車速一定の条件下ではエンジン回転数の許容変動幅と等価となる。図５は、ユーザ要求パワーとエンジン回転数許容変動幅との関係を示す。実線のグラフ２３０に示すように、ユーザ要求パワーが小さいときは、ユーザはエンジン回転数変動に対して敏感であるため、エンジン回転数許容変動幅、即ちギア比許容変動幅を小さくする。一方、ユーザ要求パワーが大きいときは、元々エンジン回転数は高く、ユーザはエンジン回転数変動にそれほど敏感ではないので、エンジン回転数許容変動幅、即ちギア比許容変動幅を大きく設定する。エンジン回転数許容変動幅を大きく設定すると、その範囲内で理論伝達効率の高い変速段（ギア）を使用することができるので、その分燃費を改善することができる。
【００３６】
具体的には、ユーザ要求パワーが低負荷であるときにはドライバビリティ優先変速制御を行うが、その後、ユーザ要求パワーが増加するにつれてエンジン回転数許容変動幅、つまりギア比許容変動幅を増加させる。そして、ユーザ要求パワーが所定の高負荷になったときに、ドライバビリティ優先変速制御を燃費優先変速制御に切り替える。このように、ユーザ要求パワーに応じてギア比許容変動幅を変化させることにより、燃費優先変速制御からドライバビリティ優先変速制御への移行をスムーズに行うことが可能となる。また、優先変速制御からドライバビリティ優先変速制御に移行する場合も、ユーザ要求パワーに応じてドライバビリティ優先変速制御への切り替え後のエンジン回転数許容変動幅を制御することにより、スムーズな移行が可能となる。
【００３７】
さらには、ユーザ要求により燃費優先の運転モードなどが選択されている場合には、そうでない場合と比較してエンジン回転数許容変動幅を大きく設定することとしてもよい。例えば、図５において、燃費優先の運転モードが選択されている場合にはグラフ２３０に従ってエンジン回転数許容変動幅を設定し、燃費優先の運転モードが選択されていない場合にはグラフ２３１に従ってエンジン回転数許容変動幅を設定する。このように、ユーザが自ら燃費優先の運転モードを選択しているときは、その分ドライバビリティの悪化に対する許容度は大きいと考えられるので、エンジン回転許容変動幅を大きく設定して、その分燃費を改善することが好ましい。
【００３８】
図６に、第１実施例による変速制御例に対応するフローチャートを示す。この処理は、図示しないＥＣＵなどがユーザ要求に基づいて図１に示すアクチュエータ３１、３２などを制御することにより実行される。
【００３９】
まず、ＥＣＵは、車速、アクセル開度などのユーザ要求パワー、並びに、燃費優先の運転モードを選択するスイッチ（以下、「燃費優先スイッチ」と呼ぶ。）の状態などのユーザ要求を取得する（ステップＳ１０１）。次に、ＥＣＵは、ユーザ要求パワーに基づいて、エンジン要求パワー、エンジン目標回転数、目標ギア比、エンジン回転数許容変動幅などを決定する（ステップＳ１０２）。この時、エンジン回転数許容変動幅は、ユーザ要求パワーに応じた基準値に設定される。また、この際、基本的には、ユーザ要求パワーが高負荷である場合に燃費優先変速制御が選択され、ユーザ要求パワーが低負荷である場合はドライバビリティ優先変速制御が選択される。
【００４０】
次に、ＥＣＵは燃費優先スイッチがオンであるか否かを判定し（ステップＳ１０３）、オンである場合には、エンジン回転数許容変動幅を燃費優先スイッチオン時の値に設定する（ステップＳ１０４）。これは、例えば図５のグラフ２３１に従って決定される。一方、オフである場合には、ＥＣＵはエンジン回転数許容変動幅を燃費優先スイッチオフ時の値に設定する（ステップＳ１０５）。これは、例えば図５のグラフ２３０に従って決定される。そして、ＥＣＵは、目標ギア比で最大伝達効率を得るギア段を目標ギア段とし、変速を行う（ステップＳ１０６）。
【００４１】
［第２実施例］
第２実施例は、排気のエミッションの観点から燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御とを使い分けるものである。エンジンの冷間始動時など、排気浄化のための触媒が正規の浄化率を発揮するのに十分な程度に暖機されていない状態では、エンジン回転数の変化が大きいと、空燃比が乱れてエンジンからの排出ガスのエミッションが悪化する可能性がある。そこで、触媒が正規の浄化性能を発揮できる活性状態にない場合には、ドライバビリティ優先変速制御を選択することにより、変速時のエンジン回転数変化を極力小さくしてエミッションの悪化を防止する。
【００４２】
具体的には、例えば温度センサなどにより排気浄化触媒の温度を検出し、所定の触媒活性温度に達しているか否かを判定する。触媒が活性状態にあるときには、エミッション悪化の恐れが少ないので燃費優先変速制御を行う。一方、触媒が不活性状態である場合には、エミッション悪化を防止するため、ドライバビリティ優先変速制御を行う。
【００４３】
また、上記の制御に加えて、触媒が不活性状態にある場合には、変速自体を禁止してもよい。本実施形態の駆動制御装置では、図３（ａ）及び３（ｂ）に示すように、第１速〜第４速のマルチモード変速が可能であるが、例えば図１に示す変速機構（クラッチ機構２１、２２及び変速用ギア対１７〜２０）を設けない場合の変速比と理論伝達効率との関係は、図３（ａ）及び３（ｂ）の破線２１９で示す「変速機構なし」の場合に相当し、これは本例における第２速の特性とほぼ同等である。よって、触媒が不活性状態である場合には、変速動作を禁止し、変速段を第２速に固定することによりエンジン回転数の変動を回避し、エミッションの悪化を防止することができる。
【００４４】
さらには、エミッション向上の観点から、エアフローメータや空燃比センサなど、エンジンの排気制御デバイスに故障がある場合には、同様に変速を禁止してエミッションの悪化を防止することもできる。
【００４５】
図７に、第２実施例による変速制御例のフローチャートを示す。この処理は、エンジンの排気制御デバイスなどに接続されたＥＣＵが実行する。まず、ＥＣＵは、エアフローメータ、空燃比センサ、酸素センサ、触媒などの排気制御デバイスが正常であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。いずれかの排気制御デバイスが正常でない場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０５へ進み、ＥＣＵはドライバビリティ優先変速制御を実行する。
【００４６】
一方、全ての排気制御デバイスが正常である場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵは、排気温度センサの出力又はエンジンの運転履歴などから触媒の暖機状態、即ち触媒が活性状態にあるか否かを確認する（ステップＳ２０２）。触媒の暖機が完了している場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵは燃費優先変速制御を実行する（ステップＳ２０４）。一方、触媒の暖機が完了しておらず、不活性状態にある場合（ステップＳ２０３；Ｎｏ）、ＥＣＵはドライバビリティ優先変速制御を実行する（ステップＳ２０５）。
【００４７】
なお、第２実施例においても、触媒の暖機状態に応じて、エンジン回転数許容変動幅を変化させることとしてもよい。即ち、触媒の暖機状態が不十分なときにはドライバビリティ優先変速制御を行い、触媒の暖機が進むにつれてドライバビリティ優先変速制御におけるエンジン回転数許容変動幅を広くしていく。そして、触媒の暖機が完了したときには燃費優先変速制御に切り替える。これにより、エミッションの悪化を防止しつつ、徐々に燃費優先制御に移行することができる。
【００４８】
［第３実施例］
第３実施例は、モータジェネレータやバッテリへの負担軽減の観点から、燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御とを使い分けるものである。変速時にエンジン回転数が変動すると、その変動分はモータジェネレータの作動により制御されるため、バッテリの充放電が発生する。よって、バッテリの極冷間時や高温時、バッテリ充電量（ＳＯＣ）低下時など、バッテリの充放電が制限されている状況では、エンジン回転数の変動を抑制するため、ドライバビリティ優先変速制御を実行する。これにより、変速時のバッテリ消費電力を軽減することができる。また、バッテリを保護して、劣化の促進や寿命の短縮を図ることができる。
【００４９】
上記の制御に加えて、バッテリの充放電が制限される状況では、第２実施例で述べたように変速を禁止してもよい。これにより、変速に伴うバッテリからのエネルギー消費を抑えることができる。例えば、バッテリの充放電制限量が第１の制限量に達したときにドライバビリティ優先変速制御を実行し、さらに第１の制限量より大きい第２の制限量に達したときに変速段を第２速に固定して変速を禁止する。
【００５０】
さらに、バッテリの充放電制限量に応じて、ドライバビリティ優先変速制御におけるエンジン回転数許容変動幅を変化させることとしてもよい。具体的には、図９に示すように、バッテリの充放電制御量が大きい場合（即ち、バッテリの充放電を極力行わないことが望ましい場合）にはエンジン回転数許容変動幅を小さくし、エンジン回転数の変動を抑制する。一方、バッテリの充放電制御量が小さい場合にはエンジン回転数許容変動幅を大きくし、可能な範囲で燃費を向上させる。
【００５１】
図８は、第３実施例による変速制御例のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵがバッテリの充放電制限量を監視しつつ実行する。まず、ＥＣＵは、バッテリの温度及び充電量などから、バッテリの充放電制限量を算出し（ステップＳ３０１）、算出した充放電制限量に基づいて、図９に示す特性などを参照して、エンジン回転数許容変動幅を算出する（ステップＳ３０２）。そして、ＥＣＵは、目標ギア比で最大伝達効率を得るギア段を目標ギア段とし、変速を行う（ステップＳ３０３）。
【００５２】
以上のように、第３実施例では、モータジェネレータやバッテリへの負担軽減の観点から、燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御とを使い分けることにより、変速時のバッテリ消費電力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態によるハイブリッド装置の概略構成を示す。
【図２】無段変速モードと固定段モードの動作特性を示す。
【図３】燃費優先変速制御とドライバビリティ優先変速制御の例を示す。
【図４】ギア比許容変動幅を可変としたドライバビリティ優先変速制御の例を示す。
【図５】ユーザ要求パワーによるエンジン回転数許容変動幅の変化例を示す。
【図６】第１実施例による変速制御のフローチャートである。
【図７】第２実施例による変速制御のフローチャートである。
【図８】第３実施例による変速制御のフローチャートである。
【図９】バッテリの充放電制限量とエンジン回転数許容変動量の関係を示す。
【符号の説明】
【００５４】
１ エンジン
２、３ モータジェネレータ
４ 動力分配機構
１６ 出力軸
２１、２２ クラッチ機構
１７、１８、１９、２０ 変速用ギア対
【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を動力分配機構を介して出力軸に連結してなるハイブリッド車両の駆動制御装置であって、
前記動力分配機構と前記出力軸との間に設けられ、複数の無段変速段にわたって変速を行う変速機構と、
複数の前記無段変速段の変速用ギアを出力軸に接続することにより変速比が固定された固定段モードを介して変速を行う変速制御手段と、を備え、
前記変速制御手段は、動力伝達効率を優先して変速を行う第１の変速制御と、ギア比が所定のギア比許容変動幅内となったときに変速を行う第２の変速制御とを、要求パワーに応じて選択的に実行することを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
【請求項２】
前記変速制御手段は、第１の変速制御の実行中において、変速時におけるエンジン回転数の変動幅が所定のエンジン回転数許容変動幅以上となる場合には、前記第２の変速制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
【請求項３】
前記変速制御手段は、前記要求パワーに応じて前記ギア比許容変動幅を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
【請求項４】
前記エンジンの排気通路に設けられた触媒の活性を判定する触媒活性判定手段を備え、
前記変速制御手段は、前記触媒が不活性状態である場合には、前記第２の変速制御を選択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の駆動制御装置。
【請求項５】
前記変速制御手段は、前記触媒が不活性状態である場合には、前記変速機構を所定の変速段に固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の駆動制御装置。
【請求項６】
前記モータジェネレータに接続されたバッテリの充放電制限量を検出する充放電制限量検出手段を備え、
前記変速制御手段は、前記充放電制限量が第１の所定制限量以上である場合には、前記第２の変速制御を選択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の駆動制御装置。
【請求項７】
前記変速制御手段は、前記充放電制限量が第２の所定制限量以上である場合には、前記変速機構を所定の変速段に固定することを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
【請求項８】
前記変速制御手段は、前記充放電制限量に基づいて、前記ギア比許容変動幅を変化させることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
【請求項１】
エンジンとモータジェネレータとを動力分配機構を介して出力軸に連結してなるハイブリッド車両の駆動制御装置であって、
前記動力分配機構と前記出力軸との間に設けられ、複数の無段変速段にわたって変速を行う変速機構と、
複数の前記無段変速段の変速用ギアを出力軸に接続することにより変速比が固定された固定段モードを介して変速を行う変速制御手段と、を備え、
前記変速制御手段は、動力伝達効率を優先して変速を行う第１の変速制御と、ギア比が所定のギア比許容変動幅内となったときに変速を行う第２の変速制御とを、要求パワーに応じて選択的に実行することを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
【請求項２】
前記変速制御手段は、第１の変速制御の実行中において、変速時におけるエンジン回転数の変動幅が所定のエンジン回転数許容変動幅以上となる場合には、前記第２の変速制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
【請求項３】
前記変速制御手段は、前記要求パワーに応じて前記ギア比許容変動幅を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
【請求項４】
前記エンジンの排気通路に設けられた触媒の活性を判定する触媒活性判定手段を備え、
前記変速制御手段は、前記触媒が不活性状態である場合には、前記第２の変速制御を選択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の駆動制御装置。
【請求項５】
前記変速制御手段は、前記触媒が不活性状態である場合には、前記変速機構を所定の変速段に固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の駆動制御装置。
【請求項６】
前記モータジェネレータに接続されたバッテリの充放電制限量を検出する充放電制限量検出手段を備え、
前記変速制御手段は、前記充放電制限量が第１の所定制限量以上である場合には、前記第２の変速制御を選択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の駆動制御装置。
【請求項７】
前記変速制御手段は、前記充放電制限量が第２の所定制限量以上である場合には、前記変速機構を所定の変速段に固定することを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
【請求項８】
前記変速制御手段は、前記充放電制限量に基づいて、前記ギア比許容変動幅を変化させることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１１３６７０（Ｐ２００９−１１３６７０Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８９７６０（Ｐ２００７−２８９７６０）
【出願日】平成１９年１１月７日（２００７．１１．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月７日（２００７．１１．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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