説明

ハイブリッド駆動装置の制御装置

【課題】固定変速モードから無段変速モードへの切り替えに際し、各種駆動系への負担増を回避しつつ燃費の悪化を回避する。
【解決手段】クラッチ機構400により変速モードとしてO/Dモード及び電気CVTモードを採り得ると共に、これら変速モードの切り替えが、各モードにおけるエンジン200の燃料消費量に基づいて行われるハイブリッド駆動装置15を有するハイブリッド車両10において、ECU100は、切り替え抑制制御を実行する。当該制御において、ECU100は、O/Dモードの燃料消費量Fodと電気CVTモードの燃料消費量Fcvtとを比較する。係る比較の結果、燃料消費量Fcvtの方が小さい場合、切り替え回避処理を実行し、O/Dモードを維持し、燃料噴射量を減少させ、燃料消費量を低下させると共に、不足するトルクをモータジェネレータMG2からのモータトルクTmによって補償する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無段変速モードと固定変速モードとの間で変速モードの切り替えが可能なハイブリッド駆動装置の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の装置として、この種の変速モードの切り替えに際し燃料消費量を考慮するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示された車両の制御装置(以下、「従来の技術」と称する)によれば、固定変速モードと無段変速モードとで区別して燃料消費量を判断し、この判断結果に基づいて変速モードを切り替えることにより、変速モードの切り替えに伴う燃料消費量の増加を抑制することができるとされている。
【0003】
【特許文献1】特開2005−24071号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
無段変速モードから固定変速モードへの切り替えがその時点の燃料消費量に基づいて適切になされたとしても、元々固定変速モードでは内燃機関の熱効率が低くなるため、固定変速モードで走行中に要求出力が変化した場合等には、適宜無段変速モードを選択すべき旨の判断がなされ得る。ところが、固定変速モードと無段変速モードとの間の変速モードの切り替えが頻繁になされると、ハイブリッド駆動装置は、所謂切り替えビジーな状態となり、制御系を含む、物理的、機械的又は電気的な各種駆動系の負担が増大する。
【0005】
一方で、このような各種駆動系への負担増を嫌って、固定変速モードから無段変速モードへの切り替えに際し、時間的な不感帯を設け、固定変速モードを、この種の切り替えビジーによる不具合が生じない程度の長きにわたって継続させた場合、係る不感帯に相当する時間領域において燃料消費量が増大する可能性がある。このような燃料消費量の増大は、車両における、所謂燃費(単位燃料消費量当たりの走行距離)の悪化に直結する。即ち、従来の技術には、固定変速モードから無段変速モードへの変速モードの切り替えに際して、切り替えビジーによる各種駆動系への負担増加又は燃費の悪化が免れ難いという技術的な問題点がある。
【0006】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、固定変速モードから無段変速モードへの切り替えに際し、各種駆動系への負担増を回避しつつ燃費の悪化を回避し得るハイブリッド駆動装置の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述した課題を解決するため、本発明に係るハイブリッド駆動装置の制御装置は、燃料を噴射可能な燃料噴射手段を有する内燃機関と、第1電動機と、第2電動機と、前記内燃機関の出力軸に連結される第1回転要素、前記第1電動機の出力軸に連結される第2回転要素、及び車軸に連結された駆動軸と前記第2電動機とに連結される第3回転要素を含む、相互に差動回転可能に構成された複数の回転要素を備えてなる動力伝達手段と、前記複数の回転要素のうち一の回転要素を固定及び解放可能な係合手段とを備え、前記内燃機関の機関出力軸と前記駆動軸との回転速度比たる変速比を規定する変速モードを、前記一の回転要素が固定された場合に対応し該変速比が固定される固定変速モードと、前記一の回転要素転が解放された場合に対応し該変速比が連続的に可変となる無段変速モードとの間で切り替え可能なハイブリッド駆動装置の制御装置であって、前記固定変速モードが選択されている状態において、前記固定変速モードと前記無段変速モードとの間で前記内燃機関の燃料消費量を比較する比較手段と、前記燃料消費量が比較された結果、前記無段変速モードにおける前記燃料消費量が前記固定変速モードにおける前記燃料消費量よりも少ないとされた場合に、前記固定変速モードが維持されるように前記係合手段を制御する第1制御手段と、前記固定変速モードが維持された状態で前記燃料の噴射量が減少するように前記燃料噴射手段を制御する第2制御手段と、前記燃料の噴射量が減少するのに応じて、前記駆動軸に供給される動力が増加するように前記第2電動機を制御する第3制御手段とを具備することを特徴とする。
【0008】
本発明に係るハイブリッド駆動装置は、好適な一形態として例えば駆動輪に直接的に若しくは間接的に連結されてなる、例えばドライブシャフト若しくはアクスルシャフト等の形態を採り得る車軸に直接、又は例えばデファレンシャルギア装置或いは各種減速装置等を適宜介して連結され、当該車軸に連動して回転可能な回転軸等の形態を採り得る本発明に係る車両の駆動軸に対し、内燃機関、例えばモータ若しくはモータジェネレータ等の第1電動機及び例えばモータ若しくはモータジェネレータ等の第2電動機から供給される、例えばトルク等の形態を有する動力を伝達することが可能に構成された装置である。即ち、本発明に係るハイブリッド駆動装置により駆動される車両は、所謂ハイブリッド車両である。
【0009】
本発明に係るハイブリッド駆動装置において、これら複数の動力源相互間の動力配分は、第1乃至第3回転要素を含む相互に差動回転可能な複数の回転要素(尚、当該複数の回転要素における一の回転要素は、複数の回転要素が連結された動作上一体とみなし得るものであってもよい)を備え、例えば好適な一形態として複合型プラネタリギア装置等の形態を採り得る動力分割手段の構成、例えば物理的、機械的、機構的又は電気的な構成に応じて決定される。尚、ここで述べる「複合型プラネタリギア装置」とは、回転要素として例えばサンギア、キャリア及びリングギア等を備えた遊星歯車機構を複数含み、各遊星歯車機構における任意の且つ一部の回転要素同士が直接的に又は間接的に連結される等して一体の(或いは一体として扱うことが可能な)回転要素をなすプラネタリギア装置を包括する概念である。
【0010】
本発明に係るハイブリッド駆動装置には、例えば複数の係合要素相互間で規定される係合状態等に応じて、この複数の回転要素のうち一の回転要素を物理的、機械的又は電気的に固定(即ち、端的には、その回転を阻止することを指す)及び解放(即ち、端的には、その回転を阻止しないこと指す)することが可能な係合手段を備える。係合手段の構成は、係る一回転要素の固定及び解放を可能とする限りにおいて何ら限定されない趣旨であり、係合要素を係合させるに際して係合要素相互間の回転同期或いは更に位相同期を必要とする、ドグクラッチ又はドグブレーキ等の回転同期式噛合式係合装置であってもよいし、例えば湿式多板型のクラッチ又はブレーキ機構であってもよい。
【0011】
このような係合手段を備える本発明に係るハイブリッド駆動装置によれば、内燃機関の機関出力軸と先に述べた駆動軸との回転速度比たる変速比を規定する変速モードを、少なくとも無段変速モードと固定変速モードとの間で切り替えることが可能となる。この際、係合手段により一回転要素が解放されている状態(以下、このような状態を適宜「解放状態」と称する)では、変速比が理論的に、実質的に或いは予め物理的、機械的、機構的、電気的又は磁気的な構成等に起因する制約の範囲内で、連続的に(即ち、無段階であることを意味するが、実践的に見て無段階であるとみなし得る程度に段階的であることを含む)変化させることが可能な無段変速モードが実現される。尚、動力伝達手段或いはハイブリッド駆動装置は、この種の変速モードの切り替えを可能とする、一義に規定されない各種の物理的、機械的、電気的又は磁気的な構成を採り得る。
【0012】
無段変速モードでは、例えば、内燃機関の反力を負担する反力要素としての第1電動機の回転速度を増減させることにより、先に述べた回転要素相互間の差動作用により内燃機関の回転速度を増減させることが可能であり、また燃料の噴射量を制御することにより内燃機関の出力トルクを増減させることも可能であるため、内燃機関の動作点(好適には、機関回転速度とトルクとにより規定される内燃機関の一動作条件)は比較的自由に制御され得る。このため、無段変速モードにおいて、内燃機関の動作点は、好適には燃料消費率(好適には、単位電力量(kwh)当たりの消費燃料量(g)である)を、理論的に又は何らかの制約の範囲で現実的に、最小とし得る最適動作点に制御される。
【0013】
一方、この種のハイブリッド駆動装置においては、車両が高速軽負荷走行中である場合等に、内燃機関の機関回転速度が低回転領域で制御され得る(高回転領域ではトルク過剰となり第2電動機による電力回生に限界がある)が、これに伴い、第1電動機が負回転側での動作を余儀なくされることがある。この状態では、第1電動機は負回転負トルクの力行状態となって、駆動軸にはその動力が伝達される。その結果、第2電動機において余剰な電力を回生する必要が生じ、結局、第2電動機で回生した電力を消費して第1電動機を力行駆動するといった、所謂動力循環と称される極めて非効率な電気パスが発生し、ハイブリッド駆動装置の動力伝達効率が低下する。
【0014】
固定変速モードは、好適には、この種の動力循環による動力伝達効率の低下を回避すべく選択される。即ち、固定変速モードにおいては、一の回転要素が固定されているため、この固定された回転要素を反力要素として使用して、内燃機関の反力を負担させることが可能となり、第1電動機を空転させる又はロックする(所謂MG1ロックにより固定変速モードを得る場合)ことが可能となる。このため、固定変速モードでは、上記動力循環を回避することが可能となって、ハイブリッド駆動装置における動力伝達効率の低下を防ぐことが可能となるのである。
【0015】
ここで、内燃機関における燃料消費量は、主として内燃機関の熱効率ηe(即ち、先の燃料消費率と相関する)とハイブリッド駆動装置の動力伝達効率ηtとにより規定される、ハイブリッド駆動装置のシステム効率ηsys(端的には、ηsys=ηe×ηtである)に左右される。例えば、システム効率ηsysが低い場合、高い場合と較べて、車軸に供給すべき駆動力に対応するハイブリッド駆動装置の一要求出力に対し、内燃機関の要求出力が相対的に高くなるから、内燃機関の燃料消費量が増大して燃費が悪化してしまうのである。変速モードは、通常、このシステム効率ηsysに基づいて、システム効率ηsysがより高い方の変速モード、即ち、燃料消費量が少ない方の変速モードが選択される。固定変速モードは、無段変速モードと比較して、熱効率ηeが低く且つ動力伝達効率ηtが高くなる変速モードである。従って、動力伝達効率ηtの増加分が、熱効率ηtの低下分を補償して尚余るのであれば、無段変速モードから固定変速モードへの変速モードの切り替えがなされ、内燃機関の燃料消費量低減が図られる。
【0016】
一方、固定変速モードは、動力伝達効率ηtについては無段変速モードよりも高くなるものの、熱効率ηeについて無段変速モードよりも低いから、固定変速モードにおいて要求出力の変化に伴って内燃機関の動作点が変化した結果、熱効率ηeが過度に低下する、或いは無段変速モードにおける動力伝達効率ηtが上昇すると、システム効率ηsysについて、無段変速モードの方が高くなるといった事態、即ち、無段変速モードへの変速モードの切り替え要求が生じることとなる。
【0017】
ところが、この種の境界条件近傍の運転条件が継続する場合、固定変速モード→無段変速モード→固定変速モード・・・なる頻繁な変速モードの切り替えが生じ得、例えば、内燃機関、第1及び第2電動機、並びに係合手段の動作状態を変化させるのに要する各種物理的、機械的、機構的又は電気的な負担が過度に増加して、所謂切り替えビジーによる各種の不具合が生じ得る。
【0018】
そこで、本発明に係るハイブリッド駆動装置の制御装置によれば、例えばECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る比較手段により、固定変速モードが選択された状態において、固定変速モードと無段変速モードとの間で内燃機関の燃料消費量が比較される。係る比較は、例えば、熱効率ηeと動力伝達効率ηtとを、その時点の内燃機関の動作点、車両の運転条件或いは環境条件等に基づいて特定する(例えば、相関する各種制御マップより取得する、或いは予め設定されたアルゴリズムや算出式に従った数値演算や論理演算の結果として推定する)こと等によりなされ得る。尚、燃料消費量に基づいてこの種の変速モードの切り替えを行うに当たって、燃料消費量(一義的に、システム効率ηsys)の比較がなされる場合には、比較手段は、この変速モードの切り替えに供される燃料消費量の比較結果を参照してもよい。
【0019】
この比較の結果、無段変速モードの方が内燃機関の燃料消費量を少なくし得る(即ち、システム効率ηsysが高くなる)とされた場合、例えばECU(等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第1制御手段により、変速モードが固定変速モードに維持される。また、このように変速モードが維持された状態で、例えばECU等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第2制御手段により燃料噴射手段が制御され、内燃機関における燃料噴射量が低減される。
【0020】
このため、本発明に係るハイブリッド駆動装置の制御装置によれば、燃料消費量に基づいた変速モードの切り替え要求が頻繁に生じたとしても、固定変速モードから無段変速モードへの切り替えが制限され、上述の切り替えビジーの発生が抑制される。ここで特に、切り替えビジーの抑制の代償として本来生じ得るはずの燃料消費量の悪化については、燃料噴射量の減少制御により補償される。燃料噴射量は、即ち燃料消費量の一部であるから、第2制御手段による燃料噴射手段の駆動制御によって、確実に燃料消費量の悪化を防止することが可能となる。
【0021】
ここで、燃料噴射量の減少は、内燃機関から生成される動力(例えば、トルク)の低下に直結する。従って、このままでは、切り替えビジーの発生及び燃料消費量の悪化を共に抑制した代償として、要求出力未達による動力性能の低下が顕在化してしまう。そこで、本発明に係るハイブリッド駆動装置の制御装置によれば、その動作時には、例えばECU等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第3制御手段により、燃料噴射量の減少に応じて駆動軸に供給される動力が増加するように第2電動機が制御される。その結果、燃料噴射量の減少により不足する動力の少なくとも一部が第2電動機の動力によって補償される形となり、車両の走行性能に与える影響が低減、理想的には解消される。即ち、切り替えビジーの発生及び燃料消費量の増大を共に抑制する旨の利益のみを好適に享受することが可能となるのである。
【0022】
本発明に係るハイブリッド駆動装置の制御装置の一の態様では、前記第1制御手段は、前記無段変速モードから前記固定変速モードへ前記変速モードが切り替えられてから所定の維持時間が経過していない場合において前記固定モードを維持する。
【0023】
固定変速モードへ切り替えられてから十分に時間が経過している状態においては、上記切り替えビジーの発生に伴う各種不具合は発生しないため、然るべき電力資源を消費する形で第2電動機を通常の範囲外で使用して固定変速モードを維持する必要はない。即ち、この態様によれば、例えば予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、切り替えビジーの発生による各種不具合が実践上看過し難い程度に発生し得る時間領域について発生した無段変速モードへの切り替え要求についてのみ回避されるよう定められる等した所定の維持時間を判断基準とすることにより、本発明に係る実践上の利益を、より効率的に享受することが可能となる。
【0024】
本発明に係るハイブリッド駆動装置の制御装置の他の態様では、前記第3制御手段は、前記駆動軸に供給される動力が、前記駆動軸に供給されるべき動力に一致するように前記第2電動機の動力を増加させる。
【0025】
この態様によれば、内燃機関における燃料噴射量の減少により低下する、駆動軸に供給される動力が、車両の要求出力に対応する、駆動軸に供給されるべき動力に一致するように、即ち、言い換えれば、内燃機関における動力低下が第2電動機の動力上昇によって相殺されるように、第2電動機が制御される。このため、切り替えビジーの発生及び燃料消費量の悪化を共に防止しつつ、車両の要求出力を満たすことが可能となり、動力性能の低下に伴うドライバビリティの低下を招来しない点において極めて有益である。
【0026】
尚、この態様では、前記第2制御手段は、前記第2電動機の動力を増加させることにより補償可能な範囲で前記燃料の噴射量を減少させてもよい。
【0027】
一方、第2電動機により補償可能な動力は、その時点の蓄電手段のSOC(State Of Charge:充電状態)に応じて変化する。また、第2電動機自体の物理的、機械的又は電気的構成に応じてその物理的な又は制御上の上限値が定まり得る。従って、内燃機関における動力低下を、第2電動機による補償可能な範囲を超えて生じさせた場合には、ドライバビリティの低下が免れ難い。その点、この場合、第2電動機による補償が可能となる範囲で燃料の噴射量が低減されるため、切り替えビジーの発生及び燃費の悪化を回避しつつ(即ち、係る利益は、燃料噴射量を幾らかなり低下させる限りにおいて得られる利益である)、ドライバビリティの低下をより確実に防止することが可能となる。
【0028】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
<発明の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
【0030】
<実施形態の構成>
始めに、図1を参照し、本発明の第1実施形態に係るハイブリッド車両10の構成について説明する。ここに、図1は、ハイブリッド車両10の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【0031】
図1において、ハイブリッド車両10は、ECU100、PCU(Power Control Unit)11、バッテリ12、車速センサ13及びアクセル開度センサ14並びにハイブリッド駆動装置15を備えた、ハイブリッド車両である。
【0032】
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM等を備え、ハイブリッド車両10の各部の動作を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「ハイブリッド駆動装置の制御装置」の一例である。ECU100は、ROMに格納された制御プログラムに従って、後述する切り替え抑制制御を実行可能に構成されている。尚、ECU100は、本発明に係る「比較手段」、「第1制御手段」、「第2制御手段」及び「第3制御手段」の夫々一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てECU100によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のECU、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【0033】
PCU11は、バッテリ12から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータMG1及びモータジェネレータMG2に供給すると共に、モータジェネレータMG1及びモータジェネレータMG2によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ12に供給することが可能に構成された不図示のインバータを含み、バッテリ12と各モータジェネレータとの間の電力の入出力を、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力(即ち、この場合、バッテリ12を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる)を制御することが可能に構成された制御ユニットである。PCU11は、ECU100と電気的に接続されており、ECU100によってその動作が制御される構成となっている。
【0034】
バッテリ12は、モータジェネレータMG1及びモータジェネレータMG2を力行するための電力に係る電力供給源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電手段である。
【0035】
車速センサ13は、ハイブリッド車両10の車速Vを検出することが可能に構成されたセンサである。車速センサ13は、ECU100と電気的に接続されており、検出された車速Vは、ECU100によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【0036】
アクセル開度センサ14は、ハイブリッド車両10の図示せぬアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Taを検出することが可能に構成されたセンサである。アクセル開度センサ14は、ECU100と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度Taは、ECU100によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【0037】
ハイブリッド駆動装置15は、ハイブリッド車両10のパワートレインとして機能する動力ユニットである。ここで、図2を参照し、ハイブリッド駆動装置15の詳細な構成について説明する。ここに、図2は、ハイブリッド駆動装置15の構成を概念的に表してなる概略構成図である。尚、同図において、図1と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【0038】
図2において、ハイブリッド駆動装置15は、エンジン200、動力分割機構300、モータジェネレータMG1(以下、適宜「MG1」と略称する)、モータジェネレータMG2(以下、適宜「MG2」と略称する)、クラッチ機構400及び減速機構500を備える。
【0039】
エンジン200は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両10の主たる動力源として機能するように構成されている。ここで、図3を参照し、エンジン200の詳細な構成について説明する。ここに、図3は、エンジン200の一断面構成を例示する模式図である。尚、同図において、図1及び図2と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。尚、本発明における「内燃機関」とは、例えば2サイクル又は4サイクルレシプロエンジン等を含み、少なくとも一の気筒を有し、当該気筒内部の燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いはアルコール等の各種燃料を含む混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的又は機械的な伝達手段を適宜介して駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念である。係る概念を満たす限りにおいて、本発明に係る内燃機関の構成は、エンジン200のものに限定されず各種の態様を有してよい。
【0040】
図3において、エンジン200は、気筒201内において燃焼室に点火プラグ(符号省略)の一部が露出してなる点火装置202による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン203の往復運動を、コネクティングロッド204を介して、機関出力軸たるクランクシャフト205の回転運動に変換可能に構成されている。
【0041】
クランクシャフト205近傍には、クランクシャフト205の回転位置(即ち、クランク角)を検出するクランクポジションセンサ206が設置されている。このクランクポジションセンサ206は、ECU100(不図示)と電気的に接続されており、ECU100では、このクランクポジションセンサ206から出力されるクランク角信号に基づいて、エンジン200の機関回転速度NEが算出される構成となっている。
【0042】
尚、エンジン200は、紙面と垂直な方向に4本の気筒201が直列に配されてなる直列4気筒エンジンであるが、個々の気筒201の構成は相互に等しいため、図2においては一の気筒201についてのみ説明を行うこととする。また、本発明に係る内燃機関における気筒数及び各気筒の配列形態は、上述した概念を満たす範囲でエンジン200のものに限定されず多様な態様を採り得、例えば、6気筒、8気筒或いは12気筒エンジンであってもよいし、V型、水平対向型等であってもよい。
【0043】
エンジン200において、外部から吸入された空気は吸気管207を通過し、吸気ポート210を介して吸気バルブ211の開弁時に気筒201内部へ導かれる。一方、吸気ポート210には、インジェクタ212の燃料噴射弁が露出しており、吸気ポート210に対し燃料を噴射することが可能な構成となっている。インジェクタ212から噴射された燃料は、吸気バルブ211の開弁時期に前後して吸入空気と混合され、上述した混合気となる。
【0044】
燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介してインジェクタ212に供給される構成となっている。気筒201内部で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ211の開閉に連動して開閉する排気バルブ213の開弁時に排気ポート214を介して排気管215に導かれる。
【0045】
一方、吸気管207における、吸気ポート210の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節するスロットルバルブ208が配設されている。このスロットルバルブ208は、ECU100と電気的に接続されたスロットルバルブモータ209によってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、ECU100は、基本的には不図示のアクセルペダルの開度(即ち、上述したアクセル開度Ta)に応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータ209を制御するが、スロットルバルブモータ209の動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ208は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【0046】
排気管215には、三元触媒216が設置されている。三元触媒216は、エンジン200から排出されるCO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)、及びNOx(窒素酸化物)を夫々浄化することが可能に構成されている。尚、本発明に係る触媒装置の採り得る形態は、このような三元触媒に限定されず、例えば三元触媒に代えて或いは加えて、NSR触媒(NOx吸蔵還元触媒)或いは酸化触媒の各種触媒が設置されていてもよい。
【0047】
排気管215には、エンジン200の排気空燃比を検出することが可能に構成された空燃比センサ217が設置されている。更に、気筒201を収容するシリンダブロックに設置されたウォータージャケットには、エンジン200を冷却するために循環供給される冷却水(LLC)に係る冷却水温を検出するための水温センサ218が配設されている。これら空燃比センサ217及び水温センサ218は、夫々ECU100と電気的に接続されており、検出された空燃比及び冷却水温は、夫々ECU100により一定又は不定の検出周期で把握される構成となっている。
【0048】
図2に戻り、モータジェネレータMG1は、本発明に係る「第1電動機」の一例たる電動発電機であり、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた構成となっている。モータジェネレータMG2は、本発明に係る「第2電動機」の一例たる電動発電機であり、モータジェネレータMG1と同様に、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた構成となっている。尚、モータジェネレータMG1及びMG2は、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有していてもよいし、他の構成を有していてもよい。
【0049】
動力分割機構300は、エンジン200、モータジェネレータMG1及びモータジェネレータMG2と、駆動軸17との間の動力の入出力状態を物理的に制御可能に構成された、本発明に係る「動力伝達手段」の一例たる複合型プラネタリギアユニットである。
【0050】
動力分割機構300は、エンジン200から上記クランクシャフト205を介して入力軸16に伝達されるエンジントルクTeを、モータジェネレータMG1と駆動軸17とに分配可能に構成された機構であり、相互に差動作用を生じる複数の回転要素を備えている。より具体的には、動力分割機構300は、複数組の差動機構を備え、互いに差動作用を生じる一の回転要素に入力軸16が連結され、他の回転要素にモータジェネレータMG1の回転軸が連結され、更に他の第3回転要素に駆動軸17が連結されている。動力分割機構300は、当該差動機構として、シングルピニオンギア型の第1遊星歯車機構310及びダブルピニオン型の第2遊星歯車機構320を備えた、所謂ラビニヨ型遊星歯車機構の形態を採る。
【0051】
第1遊星歯車機構310は、サンギア311、キャリア312及びリングギア313並びに軸線方向に自転し且つキャリア312の自転により公転するようにキャリア312に保持された、サンギア311及びリングギア313に噛合するピニオンギア314を備え、サンギア311にモータジェネレータMG1が、キャリア312に入力軸16が、またリングギア313に駆動軸17が夫々連結された構成を有している。尚、駆動軸17は、減速機構500を介してモータジェネレータMG2の不図示のロータに連結されており、駆動軸17の回転速度はモータジェネレータMG2の回転速度(以下、適宜「MG2回転速度Nmg2」と称する)と等価である。また、入力軸16の回転速度はエンジン200の機関回転速度NEと等価である。
【0052】
第2遊星歯車機構320は、サンギア321、キャリア322及びリングギア323並びに軸線方向に自転し且つキャリア322の自転により公転するように夫々キャリア322に保持された、サンギア321に噛合するピニオンギア325及びリングギア323に噛合するピニオンギア324を備え、サンギア321に後述するクラッチ機構400のクラッチ板410が、キャリア322に第1遊星歯車機構310におけるリングギア313が、またリングギア323に第1遊星歯車機構310におけるキャリア312が夫々連結された構成を有している。
【0053】
このように、動力分割機構300は、全体として第1遊星歯車機構310のサンギア311(本発明に係る「第2回転要素」の一例)、第2遊星歯車機構320のサンギア321、相互に連結された第1遊星歯車機構310のキャリア312及び第2遊星歯車機構320のリングギア323(本発明に係る「第1回転要素」の一例)並びに相互に連結された第1遊星歯車機構310のリングギア313及び第2遊星歯車機構320のキャリア322(本発明に係る「第3回転要素」の一例)からなる合計4個の回転要素を備えている。
【0054】
クラッチ機構400は、本発明に係る「係合手段」の一例たる回転同期噛合式の係合装置である。クラッチ機構400は、所謂ドグクラッチ機構をなしており、夫々係合面に噛合用のドグ歯が形成されてなるクラッチ板410及びクラッチ板420を有する。クラッチ機構400は、これら各クラッチ板に形成されたドグ歯が相互に噛合することにより係合する構成となっている。
【0055】
クラッチ板410は、第2遊星歯車機構320のサンギア321に固定されており、当該サンギア321と一体に回転可能に構成される。クラッチ板410においてクラッチ板420に対向する係合面には、物理的な凹凸部をなす複数のドグ歯が形成されている。
【0056】
一方、クラッチ板420は、動力分割機構300の筐体部に物理的に固定されおり、回転不能な状態となっている。クラッチ板420においてクラッチ板410に対向する係合面には、クラッチ板410のドグ歯と相互に噛合可能な、クラッチ板410のドグ歯と同様の複数のドグ歯が形成されている。クラッチ機構400の係合時には、この各クラッチ板に形成されたドグ歯が相互に噛合する構成となっており、この際、クラッチ板420が物理的に固定された状態にあるために、クラッチ板410及びクラッチ板410と連結されたサンギア321の回転は阻止され、これらもまた物理的に固定された状態となる。即ち、サンギア321は、クラッチ機構400により「固定及び解放」される、本発明に係る「一の回転要素」の一例である。
【0057】
尚、図面の煩雑化を防ぐ目的から図示を省略するが、クラッチ機構400は、図示するクラッチ板410及び420の他に、クラッチ板410を駆動する駆動装置及びクラッチ板410の回転角度を検出するレゾルバを備えている。この駆動装置は、クラッチ板410を、その回転方向及びクラッチ板420の方向にストロークさせるための駆動力を付与可能に構成された駆動力付与手段である。駆動装置は、ECU100と電気的に接続され、その動作がECU100により上位に制御される構成となっている。また、レゾルバは、クラッチ板410の回転位相を検出可能に構成された角度センサである。レゾルバは、ECU100と電気的に接続され、検出されたクラッチ板410の回転位相(角度)は、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【0058】
尚、本発明に係る「係合手段」の採り得る構成としては、ドグクラッチ機構としてのクラッチ機構400に限定されず、例えば湿式多板ブレーキ装置等、他の係合装置であってもよい。
【0059】
駆動軸17は、ハイブリッド車両10の駆動輪たる右前輪FR及び左前輪FLを夫々駆動するドライブシャフトSFR及びSFL(即ち、これらドライブシャフトは、本発明に係る「車軸」の一例である)と、デファレンシャル等各種減速ギアを含む減速装置としての減速機構500を介して連結されている。従って、モータジェネレータMG2から駆動軸17に供給されるモータトルクTmは、減速機構500を介して各ドライブシャフトへと伝達され、同様に各ドライブシャフトを介して伝達される各駆動輪からの駆動力は、減速機構500及び駆動軸17を介してモータジェネレータMG2に入力される。即ち、モータジェネレータMG2の回転速度は、ハイブリッド車両10の車速Vと一義的な関係にある。
【0060】
動力分割機構300は、係る構成の下で、エンジントルクTeを、プラネタリキャリア312とピニオンギア314とによってサンギア311及びリングギア312に所定の比率(各ギア相互間のギア比に応じた比率)で分配し、エンジン200の動力を2系統に分割することが可能となっている。
【0061】
尚、本発明に係る「動力伝達手段」に係る実施形態上の構成は、動力分割機構300のものに限定されない。例えば、複数の遊星歯車機構を有するにせよ、その回転要素相互間の連結態様は、無段変速モードと固定変速モードの実現が可能である限りにおいて、如何様に設定されていてもよい。或いは、複数の遊星歯車機構に替えて、例えば第1遊星歯車機構310に相当する単一な遊星歯車機構を備えていてもよい。この場合、サンギア311に相当する回転要素が然るべき係合手段により適宜固定又は解放され、所謂MG1ロックが実現可能であってもよい。また、本実施形態に係る減速機構500は、予め設定された減速比に従って駆動軸17の回転速度を減速するに過ぎないが、ハイブリッド車両10は、この種の減速装置とは別に、例えば、複数のクラッチ機構やブレーキ機構を構成要素とする複数の変速段を備えた有段変速装置を備えていてもよい。
【0062】
<実施形態の動作>
<変速モードの詳細>
動力分割機構300は、ハイブリッド車両10の変速装置として機能する。この際、動力分割機構300では、電気CVT(Continuously Variable Transmission)モードとオーバードライブモード(以下、適宜「O/Dモード」と称する)の二種類の変速モードが実現される。
【0063】
動力分割機構300が、クラッチ機構400による、対応する回転要素(ここでは、第2遊星歯車機構320のサンギア321)の固定がなされていない状態(即ち、サンギア321が解放されている状態)でエンジン200を稼動させると、エンジントルクTeが動力分割機構300によってモータジェネレータMG1と駆動軸17とに分配されて伝達される。これは、動力分割機構300の差動作用によるものであり、モータジェネレータMG1の回転速度たるMG1回転速度Nmg1を増減制御することにより、エンジン200の機関回転速度NEが無段階(連続的)に制御される。これが無段変速状態であり、この無段変速状態に対応する変速モードが電気CVTモード(即ち、本発明に係る「無段変速モード」の一例)である。電気CVTモードでは、実質的に第1遊星歯車機構310のみが駆動軸17へのエンジントルクTeの伝達に寄与する。このような電気CVTモードにおけるエンジン200の機関回転速度NEは、基本的には、エンジン200の動作点(機関回転速度と負荷(即ち、一義的にエンジントルク)との組み合わせとして規定される一動作条件)が、エンジン200の燃料消費率が最小となる最適動作点となるように、該最適動作点に対応する値を目標回転速度として制御される。
【0064】
これに対して、クラッチ機構400によって動力分割機構300の一回転要素たるサンギア321を物理的に固定すると、ハイブリッド駆動装置15の変速比(即ち、エンジン200の機関回転速度NEと駆動軸17の回転速度との比)は、オーバードライブ変速比に固定され、O/Dモード(即ち、本発明に係る「固定変速モード」の一例)が実現される。より具体的に言えば、遊星歯車機構では、サンギア、キャリア及びリングギアの三要素のうち、二要素の回転速度が決まれば残余の一要素の回転速度が必然的に決定される。第2遊星歯車機構320におけるキャリア322の回転速度と一対一の関係にある駆動軸17の回転速度は、ハイブリッド車両10の車速Vにより一義的に定まる性質のものであり、サンギア321が固定されれば、必然的に残余の一要素たるリングギア323の回転速度が決定される。ここで、リングギア323は、上述したように第1遊星歯車機構310のキャリア312と連結されており、またキャリア312はエンジン200のクランクシャフト205に連結された入力軸16に連結されている。従って、必然的にエンジン200の機関回転速度NEも、リングギア313の回転速度と一対一の関係となる。即ち、O/Dモードにおいて、エンジン200の機関回転速度NEは、車速Vに応じて一義的にその変化特性が決定されるのである。
【0065】
クラッチ機構400によってサンギア321が固定された状態では、動力分割機構300においてエンジントルクTeの反力トルクを受け持つ反力要素が、サンギア311(即ち、一義的にモータジェネレータMG1)からサンギア321(即ち、一義的にクラッチ機構400)に移行し、駆動軸17へのエンジントルクTeの伝達には実質的に第2遊星歯車機構320のみが寄与することになる。従って、モータジェネレータMG1を発電機及び電動機として機能させる必要がなく、モータジェネレータMG2で電力回生を行い、モータジェネレータMG1に給電してモータジェネレータMG1を力行駆動する、或いはバッテリ500からモータジェネレータMG1に給電する等の必要が生じない。言い換えれば、電力消費が生じない。即ち、O/Dモードにおいては、機械的エネルギと電気的エネルギとのエネルギ変換を繰り返すことによる動力損失、所謂動力循環が生じることはなく、ハイブリッド駆動装置15の動力伝達効率ηtが、この種の運転領域で電気CVTモードを実行した場合と較べて増加する。
【0066】
ここで、図4を参照し、電気CVTモード及びO/Dモードについて更に説明する。ここに、図4は、各々の変速モードに対応する動力分割機構300の共線図である。尚、同図において、図2と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【0067】
図4において、左から順にMG1(即ち、一義的にサンギア311)、クラッチ機構400のクラッチ板410(即ち、一義的にサンギア321)、エンジン200(即ち、一義的にキャリア312及びリングギア323)及び駆動軸17(即ち、一義的にキャリア313及びリングギア322)が表され、夫々における回転速度が縦軸に表されている。
【0068】
電気CVTモードに対応する各々の回転速度を例示する特性線が、図示PRF_CVTn(n=1,2,3)(鎖線参照)として表される。電気CVTモードでは、MG1回転速度Nmg1を増減変化させることにより、エンジン200の機関回転速度NEを連続的に制御することが可能である。例えば、駆動軸17の回転速度(即ち、ドライブシャフトの回転速度と一義的であり、即ち、車速と一義的である)が、図示白丸m1である場合に、例えばMG1回転速度Nmg1を図示白丸m2、m3及びm4と順次変化させた場合には、機関回転速度NEは、夫々図示白丸m5、m6及びm7と順次変化し、夫々駆動軸17の回転速度よりも高い値、等しい値及び低い値に順次変化する。
【0069】
ここで、図示PRFCVT3に例示する特性は、機関回転速度NEが駆動軸17の回転速度よりも低い、所謂オーバードライブ状態に相当するが、この場合、モータジェネレータMG1は、負回転領域においてエンジントルクTeの反力トルク(負トルク)を出力するため力行状態となる。一方、モータジェネレータMG2では、この力行状態にあるMG1に電力を供給すべく(或いは、MG1が力行されることによって駆動軸17に出力される余剰な駆動力を吸収すべく)正回転領域で負側のトルクが出力されるため発電が行われる。このように、電力の入出力を伴う結果として、高速軽負荷領域等においては動力循環によるエネルギ損失が生じ易い。
【0070】
一方、クラッチ機構400のクラッチ板410及び420が相互に係合した状態では、クラッチ板410の回転速度はゼロとなり(図示白丸m8参照)、動力分割機構300における回転速度の特性は、図示PRF_OD(実線参照)により例示される状態となる。即ち、エンジン200の機関回転速度NEは、駆動軸17の回転速度よりも低い値に固定される(図示白丸m9参照)。即ち、オーバードライブ状態が実現される。この状態では、サンギア321に対してクラッチ機構400から反力トルクを与えることになり、サンギア321が反力要素として機能するため、モータジェネレータMG1を発電機及び電動機のいずれとしても機能させる必要がなく、モータジェネレータMG1は実質的に空転状態となる。そのため、モータジェネレータMG2からモータジェネレータMG1に電力を供給する必要もなくなり、動力循環を回避することができるのである。
【0071】
ハイブリッド車両10の変速モードは、通常、これら二種類の変速モードのうち、その時点のハイブリッド車両10に要求される動作条件或いはハイブリッド車両10の実際の動作条件等に応じて、エンジン200の燃料消費量が少ない、即ちハイブリッド駆動装置15のシステム効率ηsys(ηsys=エンジン200の熱効率ηe×ハイブリッド駆動装置15の動力伝達効率ηtである)がより高い方の変速モードに制御される。また、電気CVTモードにおけるエンジン200の動作点は、ハイブリッド車両10の要求出力Pnに対し、係るシステム効率ηsys、及びその時点のバッテリ12のSOCや電装補機類の要求電力等が勘案されて決定されるエンジン要求出力Pneに対応する最適動作点に制御される。その際、要求出力Pnに対し生じるトルクの過不足は、モータジェネレータMG2におけるトルクの吸収或いはアシストにより補償される。
【0072】
次に、図5を参照し、ECU100により実行される切り替え抑制制御の詳細について説明する。ここに、図5は、切り替え抑制制御のフローチャートである。
【0073】
図5において、ECU100は、その時点のハイブリッド車両の要求出力Pn(車速Vとアクセル開度Taとに基づいて要求駆動力マップから取得される要求駆動力から算出される)に対応する、O/Dモードにおけるエンジン200の燃料消費量Fodを取得する(ステップS101)。
【0074】
ここで、図6を参照し、エンジン200の動作点について説明する。ここに、図6は、エンジン200の動作点を規定する動作点平面の模式図である。
【0075】
図6において、動作点平面は、縦軸にエンジントルクTeを、また横軸に機関回転速度NEを表してなる二次元座標平面であり、動作点平面内の一座標点が、エンジン200の一動作点を表している。係る動作点平面内において、変速モードとしてO/Dモードが選択された場合のエンジン200の動作点は、図示PRF_1(鎖線参照)として表された固定段動作線によって規定される。
【0076】
ここで、エンジン出力Peが等しくなる点を繋げて得られる等出力線EPを規定すると、エンジン要求出力Pneに相当する等出力線EPと、この固定段動作線との交点に相当する動作点が、O/Dモードにおける動作点となる。例えば、現時点のエンジン要求出力PneがPe2であるとすると、エンジン200の動作点は、固定段動作線と、Pe=Pe2に対応する等出力線EP2との交点となり、図示動作点mv1(NE=NE1且つTe=Te2)となる。尚、動作点平面において、エンジン200の熱効率ηeを表すと、動作点平面の右上方に一部例示される等熱効率線のようになる。即ち、エンジン200の熱効率ηeは、基本的に高回転高負荷側程高くなる。尚、ECU100は、予めROM内に、図6に示す動作点平面を数値的に規定するデータを動作点マップとして保持している。
【0077】
ここで、図6において、変速モードとして電気CVTモードが選択された場合のエンジン200の動作点は、図示PRF_2(実線参照)に相当するCVT動作線によって規定される。電気CVTモードが選択される場合、一のエンジン要求出力Pneに対しては、エンジン要求出力Pneに対応する等出力線EPと、このCVT動作線との交点に相当する動作点が、エンジン200の動作点となる。ここで特に、既に述べたように、O/Dモードは、電気CVTモードよりも高いシステム効率ηsysが得られる場合に選択される。従って、O/Dモードが選択された直後のエンジン200の動作点を図示mv1とした場合に、変速モードを電気CVTモードに変更すると、ハイブリッド車両10の要求出力が変化しなくとも、エンジン要求出力Pneは、悪化するシステム効率ηsysの影響により上昇し、動作点は、例えば図示mv2(Pne>Pe2)となる。エンジン要求出力Pneの上昇は、即ち燃料消費量の増加を意味する。
【0078】
図5に戻り、ECU100は、ステップS101において、エンジン要求出力Pne(尚、O/Dモードは、機械的な動力伝達が支配的であり、プラネタリギアの機械的損失を無視すれば、概ねエンジン要求出力Pneがハイブリッド車両10の要求出力Pnと一致する)を動作点マップから取得して、予め設定された燃料消費率マップから、係る動作点の燃料消費率(例えば、単位はkwh/g)を取得することにより、燃料消費量Fodを算出する。尚、燃料消費量の取得態様に関しては、公知の各種手法を採用することができるため、ここではその詳細については触れないこととする。
【0079】
一方、燃料消費量Fodを取得すると、ECU100は、変速モードを電気CVTモードに切り替えた場合の燃料消費量Fcvtを取得する(ステップS102)。ステップS102において、ECU100は、変速モードを電気CVTモードに切り替えた場合のエンジン要求出力Pneに対応する動作点に対し、先に述べたように燃料消費率マップから燃料消費率を取得して、燃料消費量Fcvtを算出する。燃料消費量Fod及び燃料消費量Fcvtを取得すると、ECU100は、両者を比較し、FcvtがFod未満であるか否かを判別する(ステップS103)。
【0080】
ここで、再度図6を参照すると、O/Dモードにおいて、ハイブリッド車両10の運転条件の変化により、エンジン200の要求出力Pneが、Pe3まで上昇したとする。この場合、予想される動作点は、図示mv3(NE=NE2(NE2>NE1)且つTe=Te3(Te3>Te2))である(即ち、この場合、ステップS101において取得される燃料消費量Fodは、この動作点mv3に相当する燃料消費量である)。ところが、上述した等熱効率線からも明らかなように、O/Dモードは、電気CVTモードに対して、低回転軽負荷領域を除けば顕著に熱効率ηeが低い。そのため、ある運転条件を境に、システム効率ηsysの大小関係が反転し、電気CVTモードを選択した方が高いシステム効率ηsysを得られるようになる。動作点mv3をこの種の反転後の動作点であるとすれば、この状態で変速モードを電気CVTモードに切り替えた場合のエンジン200の動作点は、より低出力側のmv4(Pne<Pe3)となる。即ち、この場合、燃料消費量Fcvt(即ち、この例で言えば、動作点mv4に相当する燃料消費量)は、燃料消費量Fod(即ち、この例で言えば、動作点mv3に相当する燃料消費量)に対して小さくなり、変速モードの切り替えが要求される。
【0081】
図2に戻り、FcvtがFod未満である場合(ステップS103:YES)、即ち、変速モードを電気CVTモードに切り替えるべき旨に相当する運転条件の変化が生じている場合、ECU100は、ステップS104乃至ステップS107により規定される切り替え回避処理を実行する。
【0082】
切り替え回避処理では、先ず、EV走行が可能であるか否かが判別される(ステップS104)。EV走行とは、即ち、駆動軸17にモータジェネレータMG2からのモータトルクTmを供給し、係るモータトルクTmのみでハイブリッド車両10を走行させることを指す。即ち、この場合、エンジン200における燃料噴射量はゼロとされ、エンジン200は機関停止状態に制御される。即ち、ステップS104においては、ハイブリッド車両10の要求出力Pnを100%モータジェネレータMG2で賄うことが可能であるか否かが、バッテリ12のSOCを勘案したその時点のモータジェネレータMG2の許容最大出力に基づいて判別されるのである。尚、出力側の制限のみでなく、例えば、モータジェネレータMG2の回転速度が上限回転速度を超えるか否かの判別がなされてもよい。
【0083】
EV走行が可能である場合(ステップS104:YES)、ECU100は、インジェクタ212を介した燃料噴射を停止させ、エンジントルクTeをゼロとする(ステップS105)。尚、エンジントルクTeがゼロであるとは、即ち、燃料消費量がゼロであることを意味し、エンジン200が単にモータリングされている状態となることを意味する。一方、EV走行が不可能である場合(ステップS104:NO)、ECU100は、モータジェネレータMG2で賄い得る範囲で、即ち、ハイブリッド車両10の要求出力Pnを満たし得る範囲で、エンジントルクを最大限低下させ、エンジントルクTeが下限値Tellとなるようにインジェクタ212を介した燃料噴射量を制御する(ステップS107)。
【0084】
ステップS105又はステップS107により燃料噴射量が減量されると、ECU100は、モータジェネレータMG2の出力トルクであるモータトルクTmが、エンジントルクTeの減少分を補償する補償トルクΔTmとなるように(O/Dモードでは、基本的にモータトルクTm=0である)PCU11を駆動制御する(ステップS106)。ステップS106が実行されると、切り替え回避処理は終了し、処理はステップS101に戻され、一連の処理が繰り返される。
【0085】
一方、ステップS103において、燃料消費量Fodが燃料消費量Fcvtよりも小さい場合(ステップS103:NO)、ECU100は、上述した切り替え回避処理の実行中であるか否かを判別する(ステップS108)。切り替え回避処理の実行中である場合(ステップS108:YES)、ECU100は、切り替え回避処理を終了して、エンジン200を始動させ、通常のO/Dモードを継続する(ステップS109)。また、切り替え回避処理の実行中でない場合(ステップS108:NO)、O/Dモードを問題なく継続し得る旨の判断の下に、処理をステップS101に戻して一連の処理を繰り返す。切り替え抑制制御は以上のようにして実行される。
【0086】
ここで、再度図6を参照すると、動作点mv1で動作中に動作点mv3への動作点の変化要求(車両の運転条件変化)が生じた場合、ECU100は、本来であれば、変速モードを電気CVTモードに変更して動作点をmv4に変更して燃料消費量の低減を図るのであるが、システム効率ηsysの大小のみで変速モードを切り替えた場合、O/Dモードと電気CVTモードとの間でシステム効率ηsysが拮抗し得る運転条件等においては、O/Dモードと電気CVTモードとの間で頻繁に変速モードの切り替えが生じ、ECU100の負荷増大及びPCU11或いは各モータジェネレータにおける発熱量の増大等、所謂切り替えビジーな状態が生じる。
【0087】
そこで、本実施形態では、動作点が、例えば図示mv1から、燃料噴射量の低減により、例えばエンジン出力Pe=Pe1に相当する図示黒丸(NE=NE1且つTe=Te1(Te1<Te2))に変化せしめられ、不足するエンジン出力(即ち、この場合、Pe3−Pe1に相当する電力)をモータジェネレータMG2から出力させることによって、車速V(即ち、O/Dモードにおいては機関回転速度NE)の低下を生じることなくエンジン200の燃料消費量を減少させる。この際、変速モードはO/Dモードのままであるから、変速モードの切り替えに起因する切り替えビジーが発生することはなく、本実施形態によれば、固定変速モード(O/Dモード)から無段変速モード(電気CVTモード)への切り替えに際し、切り替えビジーに伴うECU100、PCU11、各モータジェネレータ及びクラッチ機構400等各種駆動系への負担増を回避しつつ、燃費の悪化を回避するといった、顕著な利益が享受されるのである。また、切り替え回避処理の実行中は、モータトルクTmを主たる動力としてハイブリッド車両10を走行させることになるため、動力伝達機構300におけるギア損失が低減されるため、よりシステム効率ηsysを向上させることも可能となる。
【0088】
尚、本実施形態では、O/Dモードから電気CVTモードへの切り替えが必要とされる際には、絶えず切り替え回避処理が実行される構成となっているが、ハイブリッド車両10の運転条件によっては、切り替え後、恒常的に電気CVTモードによる走行が促される場合も勿論十分に考えられる。その点を考慮すれば、図6におけるステップS103とステップS104の間に、変速モードがO/Dモードに切り替えられてからの経過時間(例えば、ECU100が内蔵タイマ等により計測してもよい)が、切り替え回避処理を実行すべき旨を規定する判断基準値(即ち、本発明に係る「維持時間」の一例)を超えたか否かの判別プロセスが設定されてもよい。この場合、当該経過時間が当該判断基準値を超えている場合には、通常通り電気CVTモードへの切り替えが許可されてもよい。この場合、切り替えビジーの発生を抑制しつつ、バッテリ12からの電力の持ち出しも可及的に抑制し得るため好適である。
【0089】
また、このような切り替え回避処理を継続した場合、バッテリ12のSOCが低下する可能性がある。従って、ECU100は、O/Dモードにおいて、燃料噴射量を、本来必要とされる燃料噴射量よりも増量して、余剰なトルクによりモータジェネレータMG2による電力回生を行ってもよい。或いは、バッテリ12の充電が要求された場合には、変速モードを電気CVTモードに切り替え、高回転高負荷領域でエンジン200を駆動して、モータジェネレータMG1による発電を行ってもよい。
【0090】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド駆動装置の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【0091】
【図1】本発明の第1実施形態に係るハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図2】図1のハイブリッド車両におけるハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図3】図2のハイブリッド駆動装置におけるエンジンの一断面構成を例示する模式図である。
【図4】図2のハイブリッド駆動装置における各変速モードに対応する動力分割機構の共線図である。
【図5】ECUにより実行される切り替え抑制制御のフローチャートである。
【図6】図2のハイブリッド駆動装置におけるエンジンの動作点を規定する動作点平面の模式図である。
【符号の説明】
【0092】
10…ハイブリッド車両、15…ハイブリッド駆動装置、100…ECU、200…エンジン、201…気筒、203…ピストン、205…クランクシャフト、300…動力分割機構、MG1…モータジェネレータ、MG2…モータジェネレータ、310…第1遊星歯車機構、320…第2遊星歯車機構、400…クラッチ機構、500…減速機構。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料を噴射可能な燃料噴射手段を有する内燃機関と、
第1電動機と、
第2電動機と、
前記内燃機関の出力軸に連結される第1回転要素、前記第1電動機の出力軸に連結される第2回転要素、及び車軸に連結された駆動軸と前記第2電動機とに連結される第3回転要素を含む、相互に差動回転可能に構成された複数の回転要素を備えてなる動力伝達手段と、
前記複数の回転要素のうち一の回転要素を固定及び解放可能な係合手段と
を備え、
前記内燃機関の機関出力軸と前記駆動軸との回転速度比たる変速比を規定する変速モードを、前記一の回転要素が固定された場合に対応し該変速比が固定される固定変速モードと、前記一の回転要素転が解放された場合に対応し該変速比が連続的に可変となる無段変速モードとの間で切り替え可能なハイブリッド駆動装置の制御装置であって、
前記固定変速モードが選択されている状態において、前記固定変速モードと前記無段変速モードとの間で前記内燃機関の燃料消費量を比較する比較手段と、
前記燃料消費量が比較された結果、前記無段変速モードにおける前記燃料消費量が前記固定変速モードにおける前記燃料消費量よりも少ないとされた場合に、前記固定変速モードが維持されるように前記係合手段を制御する第1制御手段と、
前記固定変速モードが維持された状態で前記燃料の噴射量が減少するように前記燃料噴射手段を制御する第2制御手段と、
前記燃料の噴射量が減少するのに応じて、前記駆動軸に供給される動力が増加するように前記第2電動機を制御する第3制御手段と
を具備することを特徴とするハイブリッド駆動装置の制御装置。
【請求項2】
前記第1制御手段は、前記無段変速モードから前記固定変速モードへ前記変速モードが切り替えられてから所定の維持時間が経過していない場合において前記固定モードを維持する
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド駆動装置の制御装置。
【請求項3】
前記第3制御手段は、前記駆動軸に供給される動力が、前記駆動軸に供給されるべき動力に一致するように前記第2電動機の動力を増加させる
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駆動装置の制御装置。
【請求項4】
前記第2制御手段は、前記第2電動機の動力を増加させることにより補償可能な範囲で前記燃料の噴射量を減少させる
ことを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド駆動装置の制御装置。

【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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【図6】
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【公開番号】特開2010−143281(P2010−143281A)
【公開日】平成22年7月1日(2010.7.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−319951(P2008−319951)
【出願日】平成20年12月16日(2008.12.16)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】