JP4135693B2 - ハイブリッド車のモード遷移制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンと少なくとも１つのモータとを動力源とし、回転要素をケースに固定するブレーキが設けられた差動装置を有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド車のモード遷移制御装置に関する。

従来、共線図上に４つの入出力要素が配列される４要素２自由度の遊星歯車機構を構成し、前記入出力要素のうちの内側に配列される２つの要素の一方にエンジンからの入力を、他方に駆動系統への出力をそれぞれ割り当てると共に、前記内側の要素の両外側に配列される２つの要素にそれぞれ第１モータジェネレータと第２モータジェネレータとを連結したハイブリッド駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３２８０８号公報

しかしながら、上記従来の駆動装置を搭載したハイブリッド車にあっては、出力と第２モータジェネレータとの間に配列される要素を固定するローブレーキを締結して固定変速比を得るロー側固定モードからローブレーキを解放して無段変速比を得る無段変速モードにモード遷移する場合、ローブレーキの解放と第２モータジェネレータのトルク制御を同時に開始すると、第２モータジェネレータの出力トルクが目標トルクになるまでに応答遅れが発生するため、ローブレーキの解放タイミングにおいて、ローブレーキ締結により受けていた反力トルクが先に解除され、第２モータジェネレータの出力トルクが目標トルクになるまでの間、駆動力の抜けが発生してしまう、という問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、ブレーキを締結する第１走行モードからブレーキを解放する第２走行モードへのモード遷移時、駆動力の抜けを防止した円滑なモード遷移を達成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。

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つのモータとを動力源とし、回転要素にモータとブレーキが接続された差動装置を有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド車において、
前記駆動力合成変速機は、２自由度３要素の第１差動装置と第２差動装置と第３差動装置により構成され、
前記第２差動装置の共線図上で内側に配列される要素と前記第３差動装置の共線図上で一端に配列される要素とを連結してエンジンを割り当て、
前記第２差動装置の共線図上で一端に配列される要素に第１モータジェネレータを割り当て、
前記第１差動装置の共線図上で一端に配列される要素と前記第２差動装置の共線図上で一端に配列される要素とを連結して第２モータジェネレータを割り当て、
前記第３差動装置の共線図上で内側に配列される要素に出力部材を割り当て、
前記第１差動装置の共線図上で他端に配列される要素と前記第３差動装置の共線図上で他端に配列される要素とを直結要素により連結し、
前記第１差動装置の共線図上で内側に配列される要素と変速機ケースとの間に第１ブレーキを設け、
第２モータジェネレータが割り当てられる要素と前記第１差動装置の共線図上で内側に配列される要素との間に第１クラッチを設け、
前記第２差動装置の共線図上で一端に配列される要素と変速機ケースとの間に第２ブレーキを設け、
走行モードとして、第１ブレーキを締結し、第１クラッチを解放し、第２ブレーキを締結することで得られるロー側固定モードと、第１ブレーキを締結し、第１クラッチを解放し、第２ブレーキを解放することで得られるロー側無段変速モードと、を有し
前記第２ブレーキを締結するロー側固定モードから前記第２ブレーキを解放するロー側無段変速モードへのモード遷移時、前記第１モータジェネレータの出力トルクが目標トルクになるのを待って前記第２ブレーキを解放するモード遷移制御手段を設けた。

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、ブレーキを締結する第１走行モードからブレーキを解放する第２走行モードへのモード遷移時、モード遷移制御手段において、モータの出力トルクが目標トルクになるのを待ってブレーキが解放される。すなわち、応答遅れが発生するモータの出力トルクが目標トルクになるのを待ってブレーキが解放されることで、ブレーキ締結によりケースにて受けている反力トルクがモータトルクが目標トルクになるまで維持されることになる。この結果、ブレーキを締結する第１走行モードからブレーキを解放する第２走行モードへのモード遷移時、駆動力の抜けを防止した円滑なモード遷移を達成することができる。

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最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、ハイブリッド車の駆動系構成を説明する。
図１は実施例１のモード遷移制御装置が適用されたハイブリッド車の駆動系を示す全体システム図である。実施例１におけるハイブリッド車の駆動系は、図１に示すように、エンジンＥと、第１モータジェネレータMG1（モータ）と、第２モータジェネレータMG2（モータ）と、出力軸OUT（出力部材）と、駆動力合成変速機TMと、を備えている。前記駆動力合成変速機TMは、第１遊星歯車PG1（第１差動装置）と、第２遊星歯車PG2（第２差動装置）と、第３遊星歯車PG3（第３差動装置）と、エンジンクラッチECと、ローブレーキLB（第１ブレーキ）と、ハイクラッチHC（第１クラッチ）と、ハイローブレーキHLB（第２ブレーキ）と、を有する。

前記エンジンＥは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、後述するエンジンコントローラ１からの制御指令に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度などが制御される。

前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2は、永久磁石を埋設したロータと、ステータコイルが巻き付けられたステータと、を有する同期型モータジェネレータであり、後述するモータコントローラ２からの制御指令に基づいて、インバータ３により作り出された三相交流をそれぞれのステータコイルに印加することにより独立に制御される。

前記駆動力合成変速機TMの第１遊星歯車PG1と第２遊星歯車PG2と第３遊星歯車PG3とは、何れも２自由度３要素のシングルピニオン型遊星歯車である。前記第１遊星歯車PG1は、第１サンギヤS1と、第１ピニオンP1を支持する第１ピニオンキャリアPC1と、第１ピニオンP1に噛み合う第１リングギヤR1と、によって構成されている。前記第２遊星歯車PG2は、第２サンギヤS2と、第２ピニオンP2を支持する第２ピニオンキャリアPC2と、第２ピニオンP2に噛み合う第２リングギヤR2と、によって構成されている。前記第３遊星歯車PG3は、第３サンギヤS3と、第３ピニオンP3を支持する第３ピニオンキャリアPC3と、第３ピニオンP3に噛み合う第３リングギヤR3と、によって構成されている。

前記第１サンギヤS1と前記第２サンギヤS2とは第１回転メンバM1により直結され、前記第１リングギヤR1と第３サンギヤS3とは第２回転メンバM2により直結され、前記第２ピニオンキャリアPC2と前記第３リングギヤR3とは第３回転メンバM3により直結される。したがって、３組の遊星歯車PG1,PG2,PG3は、第１回転メンバM1と第２回転メンバM2と第３回転メンバM3と第１ピニオンキャリアPC1と第２リングギヤR2と第３ピニオンキャリアPC3との６つの回転要素を有する。

前記差動装置の６つの回転要素に対する動力源Ｅ,MG1,MG2と出力軸OUTと各係合要素EC,LB,HC,HLBの連結関係について説明する。
前記第１回転メンバM1（S1,S2）には、第２モータジェネレータMG2が連結されている。
前記第２回転メンバM2（R1,R3）には、入出力要素の何れにも連結されていない。
前記第３回転メンバM3（PC2,R3）には、エンジンクラッチECを介してエンジンＥが連結されている。
前記第１ピニオンキャリアPC1には、ハイクラッチHCを介して第２モータジェネレータMG2が連結されている。また、ローブレーキLBを介して変速機ケースTCに連結されている。
前記第２リングギヤR2には、第１モータジェネレータMG1が連結されている。また、ハイローブレーキHLBを介して変速機ケースTCに連結されている。
前記第３ピニオンキャリアPC3には、出力軸OUTが連結されている。なお、出力軸OUTからは、図外のプロペラシャフトやディファレンシャルやドライブシャフトを介して左右の駆動輪に駆動力が伝達される。

上記連結関係により、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(R2)、エンジンＥ(PC2,R3)、出力軸OUT(PC3)、第２モータジェネレータMG2(S1,S2)の順に配列され、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（第１遊星歯車PG1のレバー(1)、第２遊星歯車PG2のレバー(2)、第３遊星歯車PG3のレバー(3)）を導入することができる。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、キャリア、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基づく共線図レバー比（α、β、δ）になるように配置したものである。

前記エンジンクラッチECは、油圧により締結される多板摩擦クラッチであり、図２の共線図上において、エンジンＥとの回転速度軸と一致する位置に配置され、締結によりエンジンＥの回転とトルクを、エンジン入力回転要素である第３回転メンバM3（PC2,R3）に入力する。

前記ローブレーキLBは、油圧により締結される多板摩擦ブレーキであり、図２の共線図上において、第２モータジェネレータMG2の回転速度軸より外側位置に配置され、図２に示すように、締結によりロー側変速比を分担する「ローギヤ固定モード」と「ロー側無段変速モード」を実現する。

前記ハイクラッチHCは、油圧により締結される多板摩擦クラッチであり、図２の共線図上において、第２モータジェネレータMG2の回転速度軸と一致する位置に配置され、締結によりハイ側変速比を分担する「２速固定モード」と「ハイ側無段変速モード」と「ハイギヤ固定モード」を実現する。

前記ハイローブレーキHLBは、油圧により締結される多板摩擦ブレーキであり、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、ローブレーキLBと共に締結することにより変速比をアンダードライブ側の「ローギヤ固定モード」とし、ハイクラッチHCと共に締結することにより変速比をオーバードライブ側の「ハイギヤ固定モード」とする。

次に、ハイブリッド車の制御系を説明する。
実施例１におけるハイブリッド車の制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、インバータ３と、バッテリ４と、油圧制御装置５と、統合コントローラ６と、アクセル開度センサ７と、車速センサ８と、エンジン回転数センサ９と、第１モータジェネレータ回転数センサ１０と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１と、第３リングギヤ回転数センサ１２と、を有して構成されている。

前記エンジンコントローラ１は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APとエンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neを入力する統合コントローラ６からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（Ne,Te）を制御する指令を、例えば、図外のスロットルバルブアクチュエータへ出力する。

前記モータコントローラ２は、レゾルバによる両モータジェネレータ回転数センサ１０、１１からのモータジェネレータ回転数N1,N2を入力する統合コントローラ６からの目標モータジェネレータトルク指令等に応じ、第１モータジェネレータMG1のモータ動作点（N1,T1）と、第２モータジェネレータMG2のモータ動作点（N2,T2）と、をそれぞれ独立に制御する指令をインバータ３へ出力する。なお、このモータコントローラ２からは、バッテリ４の充電状態をあらわすバッテリS.O.Cの情報が統合コントローラ６に対して出力される。

前記インバータ３は、前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2の各ステータコイルに接続され、モータコントローラ２からの指令により独立した３相交流を作り出す。このインバータ３には、力行時に放電し回生時に充電するバッテリ４が接続されている。

前記油圧制御装置５は、統合コントローラ６からの油圧指令を受け、エンジンクラッチECと、ローブレーキLBと、ハイクラッチHCと、ハイローブレーキHLBと、の締結油圧制御及び解放油圧制御を行う。この締結油圧制御及び解放油圧制御には、滑り締結制御や滑り解放制御による半クラッチ制御も含む。

前記統合コントローラ６は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APと、車速センサ８からの車速VSPと、エンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neと、第１モータジェネレータ回転数センサ１０からの第１モータジェネレータ回転数N1と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１からの第２モータジェネレータ回転数N2と、第３リングギヤ回転数センサ１２からのエンジン入力回転速度ωin等の情報を入力し、所定の演算処理を行う。そして、エンジンコントローラ１、モータコントローラ２、油圧制御装置５に対し演算処理結果にしたがって制御指令を出力する。

なお、統合コントローラ６とエンジンコントローラ１、および、統合コントローラ６とモータコントローラ２とは、情報交換のためにそれぞれ双方向通信線１４、１５により接続されている。

次に、ハイブリッド車の走行モードについて説明する。

走行モードとしては、ローギヤ固定モード（以下、「Lowモード」という。）と、ロー側無段変速モード（以下、「Low-iVTモード」という。）と、２速固定モード（以下、「2ndモード」という。）と、ハイ側無段変速モード（以下、「High-iVTモード」という。）と、ハイギヤ固定モード（以下、「Highモード」という。）と、の５つの走行モードを有する。

前記５つの走行モードについては、エンジンＥを用いないで両モータージェネレータMG1,MG2のみで走行する電気自動車モード（以下、「EVモード」という。）と、エンジンＥと両モータージェネレータMG1,MG2を用いて走行するハイブリッド車モード（以下、「HEVモード」という。）とに分けられる。

よって、図２（EVモード関連の５つの走行モード）及び図３（HEVモード関連の５つの走行モード）に示すように、「EVモード」と「HEVモード」とを合わせると「１０の走行モード」が実現されることになる。ここで、図２(a)は「EV-Lowモード」の共線図、図２(b)は「EV-Low-iVTモード」の共線図、図２(c)は「EV-2ndモード」の共線図、図２(d)は「EV-High-iVTモード」の共線図、図２(e)は「EV-Highモード」の共線図である。また、図３(a)は「HEV-Lowモード」の共線図、図３(b)は「HEV-Low-iVTモード」の共線図、図３(c)は「HEV-2ndモード」の共線図、図３(d)は「HEV-High-iVTモード」の共線図、図３(e)は「HEV-Highモード」の共線図である。

前記「Lowモード」は、図２(a)及び図３(a)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを解放し、ハイローブレーキHLBを締結することで得られるローギヤ固定モードである。
前記「Low-iVTモード」は、図２(b)及び図３(b)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを解放し、ハイローブレーキHLBを解放することで得られるロー側無段変速モードである。
前記「2ndモード」は、図２(c)及び図３(c)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを締結し、ハイローブレーキHLBを解放することで得られる２速固定モードである。
前記「High-iVTモード」は、図２(d)及び図３(d)の共線図に示すように、ローブレーキLBを解放し、ハイクラッチHCを締結し、ハイローブレーキHLBを解放することで得られるハイ側無段変速モードである。
前記「Highモード」は、図２(e)及び図３(e)の共線図に示すように、ローブレーキLBを解放し、ハイクラッチHCを締結し、ハイローブレーキHLBを締結することで得られるハイギヤ固定モードである。

そして、前記「１０の走行モード」のモード遷移制御は、統合コントローラ６により行われる。すなわち、統合コントローラ６には、要求駆動力Fdrv（アクセル開度APにより求められる。）と車速VSPとバッテリS.O.Cによる三次元空間に、例えば、図４に示すような前記「１０の走行モード」を割り振った走行モードマップが予め設定されていて、車両走行時等においては、要求駆動力Fdrvと車速VSPとバッテリS.O.Cの各検出値により走行モードマップが検索され、要求駆動力Fdrvと車速VSPにより決まる車両動作点やバッテリ充電量に応じた最適な走行モードが選択される。なお、図４は三次元走行モードマップをバッテリS.O.Cが充分な容量域のある値で切り取ることにより、要求駆動力Fdrvと車速VSPとの二次元によりあらわした走行モードマップの一例である。

前記走行モードマップの選択により、「EVモード」と「HEVモード」との間においてモード遷移を行う場合には、図５に示すように、エンジンＥの始動・停止と、エンジンクラッチECを締結・解放する制御が実行される。

また、「EVモード」の５つのモード間でのモード遷移や「HEVモード」の５つのモード間でのモード遷移を行う場合には、図５に示すON/OFF作動表にしたがって行われる。また、走行モードを遷移する制御のうち、例えば、エンジンＥの始動・停止とクラッチやブレーキの締結・解放が同時に必要な場合や、複数のクラッチやブレーキの締結・解放が必要な場合や、エンジンＥの始動・停止またはクラッチやブレーキの締結・解放に先行してモータジェネレータ回転数制御が必要な場合等においては、予め決められた手順にしたがったシーケンス制御により行われる。

次に、作用を説明する。

［モード遷移制御処理］
図６は実施例１の統合コントローラ６において実行されるモード遷移制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する（モード遷移制御手段）。尚、このフローチャートは、「Low-iVTモード」から「Lowモード」へのモード遷移時と、「Lowモード」から「Low-iVTモード」へのモード遷移時と、「Low-iVTモード」から「High-iVTモード」へのモード遷移時を示し、他のモード遷移パターンは省略する。

ステップＳ１では、アクセル開度APにより車両要求駆動力を演算し、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ２では、ステップＳ１での車両要求駆動力の演算に引き続き、エンジンＥと第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2との各要求トルクを演算し、ステップＳ３へ移行する。
ここで、各要求トルクの演算は、例えば、燃費優先による場合、最適燃費特性に基づき先にエンジンＥの要求トルクを演算し、車両要求駆動力からエンジントルクを差し引いたトルクを分担するように、第１モータジェネレータMG1の要求トルクと第２モータジェネレータMG2の要求トルクを演算する。

ステップＳ３では、ステップＳ２でのエンジンＥ・第１モータジェネレータMG1・第２モータジェネレータMG2の各要求トルク演算に引き続き、エンジンコントローラ１に対し目標エンジントルク指令を出力し、モータコントローラ２に対し目標モータジェネレータトルク指令を出力し、ステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４では、ステップＳ３での各コントローラ１，２へのトルク指令出力に引き続き、走行モードを現在選択されている走行モードから他の走行モードへ変更する変速指令（モード遷移指令）が有るか否かを判断し、Yesの場合はステップＳ５へ移行し、Noの場合はリターンへ移行する。

ステップＳ５では、ステップＳ４での変速指令有りとの判断に引き続き、変速指令が「Low-iVTモード」（無段変速モード(Low)）から「Lowモード」（Low固定モード）へのモード遷移時か否かが判断され、Yesの場合はステップＳ６へ移行し、Noの場合はステップＳ９へ移行する。

ステップＳ６では、ステップＳ５での変速指令が「Low-iVTモード」から「Lowモード」へのモード遷移時であるとの判断に基づき、ハイローブレーキHLBがONか否かを判断し、Yesの場合はステップＳ８へ移行し、Noの場合はステップＳ７へ移行する。

ステップＳ７では、ステップＳ６でのハイローブレーキHLBがOFF（解放）との判断に基づき、ハイローブレーキHLBをON（締結）する指令を出力し、リターンへ移行する。

ステップＳ８では、ステップＳ６でのハイローブレーキHLBがON（締結）との判断に基づき、「Low-iVTモード」から「Lowモード」へモード遷移を行う変速指令を解除し、リターンへ移行する。

ステップＳ９では、ステップＳ５での「Lowモード」へモード遷移する変速指令時ではないとの判断に引き続き、変速指令が「Lowモード」（Low固定モード）から「Low-iVTモード」（無段変速モード(Low)）へのモード遷移時か否かが判断され、Yesの場合はステップＳ１０へ移行し、Noの場合はステップＳ１４へ移行する。

ステップＳ１０では、ステップＳ９での変速指令が「Lowモード」から「Low-iVTモード」へのモード遷移時であるとの判断に基づき、ハイローブレーキHLBがOFF（解放）か否かを判断し、Yesの場合はステップＳ１３へ移行し、Noの場合はステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ１１では、ステップＳ１０でのハイローブレーキHLBが解放との判断に引き続き、第１モータジェネレータトルクT1が規定値（＝目標トルク）以上であるか否かを判断し、Yesの場合はステップＳ１２へ移行し、Noの場合はリターンへ移行する。
ここで、第１モータジェネレータトルクT1の監視は、トルクセンサを用いた直接的な監視でも良いし、第１モータジェネレータMG1の駆動電流を検知するような間接的な監視でも良い。
また、第１モータジェネレータトルクT1を目標トルクにする際にバッテリ４の出力が最大出力以上である場合、第２モータジェネレータトルクT2を、第１モータジェネレータMG1への出力と損失を加味した分だけ低下させる（図８参照）。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１での第１モータジェネレータトルクT1が規定値以上であるとの判断に基づき、ハイローブレーキHLBをOFF（解放）にする指令を出力し、リターンへ移行する。

ステップＳ１３では、ステップＳ１０でのハイローブレーキHLBがOFF（解放）との判断に基づき、「Lowモード」から「Low-iVTモード」へモード遷移を行う変速指令を解除し、リターンへ移行する。

ステップＳ１４では、ステップＳ９での「Low-iVTモード」へモード遷移する変速指令時ではないとの判断に引き続き、変速指令が「Low-iVTモード」から「High-iVTモード」（無段変速モード(High)）へのモード遷移時か否かが判断され、Yesの場合はステップＳ１５へ移行し、Noの場合はステップＳ２１へ移行する。

ステップＳ１５では、ステップＳ１４での変速指令が「Low-iVTモード」から「High-iVTモード」へのモード遷移時であるとの判断に基づき、ハイクラッチHCがON（締結）か否かを判断し、Yesの場合はステップＳ１７へ移行し、Noの場合はステップＳ１６へ移行する。

ステップＳ１６では、ステップＳ１５でのハイクラッチHCがOFF（解放）であるとの判断に基づき、ハイクラッチHCをON（締結）にする指令を出力し、ステップＳ１７へ移行する。

ステップＳ１７では、ステップＳ１５またはステップＳ１６でのハイクラッチHCがONであるとの判断に引き続き、ローブレーキLBがOFF（解放）か否かを判断し、Yesの場合はステップＳ２０へ移行し、Noの場合はステップＳ１８へ移行する。

ステップＳ１８では、ステップＳ１７でのローブレーキLBが解放との判断に引き続き、第２モータジェネレータトルクT2が規定値（＝目標トルク）以上であるか否かを判断し、Yesの場合はステップＳ１９へ移行し、Noの場合はリターンへ移行する。
ここで、第２モータジェネレータトルクT2の監視は、トルクセンサを用いた直接的な監視でも良いし、第２モータジェネレータMG2の駆動電流を検知するような間接的な監視でも良い。
また、第２モータジェネレータトルクT2を目標トルクにする際にバッテリ４の出力が最大出力以上である場合、第１モータジェネレータトルクT1を、第２モータジェネレータMG2への出力と損失を加味した分だけ低下させる（図９参照）。

ステップＳ１９では、ステップＳ１８での第２モータジェネレータトルクT2が規定値以上であるとの判断に基づき、ローブレーキLBをOFF（解放）にする指令を出力し、リターンへ移行する。

ステップＳ２０では、ステップＳ１７でのローブレーキLBがOFF（解放）との判断に基づき、「Low-iVTモード」から「High-iVTモード」へモード遷移を行う変速指令を解除し、リターンへ移行する。

ステップＳ２１では、上記した以外の走行モード間で行われる他のモード遷移制御を実行し、リターンへ移行する。

［「Low-iVTモード」から「Lowモード」へのモード遷移制御作用］
「Low-iVTモード」から「Lowモード」へモード遷移を行う変速指令時には、図６に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Ｓ５→ステップＳ６→ステップＳ７へと進む流れとなり、ステップＳ７において、ハイローブレーキHLBが締結される。そして、次の制御周期にて、ステップＳ６からステップＳ８へ進み、「Low-iVTモード」から「Lowモード」へモード遷移を行う変速指令が解除される。

すなわち、「HEV-Low-iVTモード」から「HEV-Lowモード」へモード遷移時には、図７(b)の共線図から図７(a)の共線図へと切り換わるもので、解放されていたハイローブレーキHLBを締結する動作と、第１モータジェネレータMG1を停止する動作と、エンジンＥと第２モータジェネレータMG2の出力トルクを目標トルクに制御する動作が実行される。

この場合、「Low-iVTモード」から「Lowモード」へモード遷移を行う変速指令が出されると、直ちにハイローブレーキHLBを締結するようにしている。その理由は、ブレーキの解放動作が含まれるモード遷移の場合とは逆に、先にハイローブレーキHLBを締結し、反力をケースにて受ける体制を整えた上で、エンジンＥや両モータジェネレータMG1,MG2のトルクを制御する方が、駆動力の変動を抑えた円滑なモード遷移動作を達成できることによる。

［「Lowモード」から「Low-iVTモード」へのモード遷移制御作用］
「Lowモード」から「Low-iVTモード」へモード遷移を行う変速指令時には、図６に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Ｓ５→ステップＳ９→ステップＳ１０→ステップＳ１１へと進む流れとなり、ステップＳ１１において、第１モータジェネレータトルクT1が規定値以上になるまでこの流れが繰り返される。そして、ステップＳ１１において、第１モータジェネレータトルクT1が規定値以上になると、ステップＳ１２へ進み、ハイローブレーキHLBが解放される。そして、次の制御周期にて、ステップＳ１０からステップＳ１３へ進み、「Lowモード」から「Low-iVTモード」へモード遷移を行う変速指令が解除される。

すなわち、「HEV-Lowモード」から「HEV-Low-iVTモード」へモード遷移する場合、図７(a)の共線図に示すように、第１モータジェネレータ回転数N1が０で切り換えることになる。その時、第１モータジェネレータMG1はマイナス回転とならないように正トルクを出すことになる。また正トルクを出すことで、図７(b)に示す共線図に移行し、所望の駆動力を車輪軸に出力することができる。

しかしながら、第１モータジェネレータトルクT1が所望のトルク（＝目標トルク）となるまでに応答遅れが発生することで、例えば、図８の点線特性に示すように、変速指令と同時にハイローブレーキHLBの解放指令を出力すると、ハイローブレーキHLBの解放タイミングにおいて、ハイローブレーキHLBの締結により受けていた反力トルクが先に解除され、第１モータジェネレータMG1の出力トルクが目標トルクになるまでの間、図１０の従来特性に示すように、駆動力の抜けが発生してしまう。

これに対し、実施例１では、ハイローブレーキHLBを締結する「Lowモード」からハイローブレーキHLBを解放する「Low-iVTモード」へのモード遷移時、第１モータジェネレータMG1の出力トルクが目標トルクになるのを待ってハイローブレーキHLBを解放するようにしている。

つまり、応答遅れが発生する第１モータジェネレータMG1の出力トルクが目標トルクになるのを待ってハイローブレーキHLBが解放されることで、ハイローブレーキHLBの締結によりケースにて受けている反力トルクが第１モータジェネレータトルクT1が目標トルクになるまで維持されることになり、図１０の本発明特性に示すように、駆動力の抜けを防止した円滑なモード遷移を達成することができる。

［「Low-iVTモード」から「High-iVTモード」へのモード遷移制御作用］
「Low-iVTモード」から「High-iVTモード」へモード遷移を行う変速指令時には、図６に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Ｓ５→ステップＳ９→ステップＳ１４→ステップＳ１５→ステップＳ１６へと進む流れとなり、ステップＳ１６において、「Low-iVTモード」にて解放されているハイクラッチHCが締結される。そして、ハイクラッチHCを締結すると、ステップＳ１５またはステップＳ１６からステップＳ１７→ステップＳ１８へ進み、ステップＳ１８において、第２モータジェネレータトルクT2が規定値以上になるまでこの流れが繰り返される。そして、ステップＳ１８において、第２モータジェネレータトルクT2が規定値以上になると、ステップＳ１９へ進み、ローブレーキLBが解放される。そして、次の制御周期にて、ステップＳ１７からステップＳ２０へ進み、「Low-iVTモード」から「High-iVTモード」へモード遷移を行う変速指令が解除される。

すなわち、「HEV-Low-iVTモード」から「HEV-High-iVTモード」へモード遷移する場合、図７(b)の共線図に示すように、第２モータジェネレータ回転数N2が所定回転数で切り換えることになる。その時、第２モータジェネレータMG2は「HEV-Low-iVTモード」での回転数からマイナス回転とならないように正トルクを出すことになる。また正トルクを出すことで、図７(c)に示す共線図に移行し、所望の駆動力を車輪軸に出力することができる。

しかしながら、第２モータジェネレータトルクT2が所望のトルク（＝目標トルク）となるまでに応答遅れが発生することで、例えば、図９の点線特性に示すように、ハイクラッチHCの完全締結のタイミングでローブレーキLBの解放指令を出力すると、ローブレーキLBの解放タイミングにおいて、ローブレーキLBの締結により受けていた反力トルクが先に解除され、第２モータジェネレータMG2の出力トルクが目標トルクになるまでの間、図１０の従来特性に示すように、駆動力の抜けが発生してしまう。

これに対し、実施例１では、「Low-iVTモード」からハイクラッチHCを締結すると共にローブレーキLBを解放する「High-iVTモード」へのモード遷移時、まず、ハイクラッチHCを締結し、ハイクラッチHCが完全締結となっても第２モータジェネレータMG2の出力トルクが目標トルクになるのを待ってローブレーキLBを解放するようにしている。

つまり、応答遅れが発生する第２モータジェネレータMG2の出力トルクが目標トルクになるのを待ってローブレーキLBが解放されることで、ローブレーキLBの締結によりケースにて受けている反力トルクが第２モータジェネレータトルクT2が目標トルクになるまで維持されることになり、図１０の本発明特性に示すように、駆動力の抜けを防止した円滑なモード遷移を達成することができる。

次に、効果を説明する。
実施例１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。

(1) エンジンと少なくとも１つのモータとを動力源とし、回転要素にモータとブレーキが接続された差動装置を有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド車において、前記ブレーキを締結する第１走行モードから前記ブレーキを解放する第２走行モードへのモード遷移時、前記モータの出力トルクが目標トルクになるのを待って前記ブレーキを解放するモード遷移制御手段を設けたため、ブレーキを締結する第１走行モードからブレーキを解放する第２走行モードへのモード遷移時、駆動力の抜けを防止した円滑なモード遷移を達成することができる。

(2) 前記駆動力合成変速機TMは、共線図上に４つ以上の入出力要素が配列される差動装置を有し、前記入出力要素のうちの内側に配列される２つの要素の一方にエンジンＥからの入力を、他方に駆動系統への出力軸OUTをそれぞれ割り当てると共に、前記内側の要素の両外側に配列される２つの要素にそれぞれ第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2とを連結し、前記第１走行モードは、前記第１モータジェネレータMG1をケースに固定するブレーキを締結することにより固定変速比を得る固定モードであり、前記第２走行モードは、前記ブレーキを解放することにより無段変速比を得る無段変速モードであり、前記モード遷移制御手段は、固定モードから無段変速モードへのモード遷移時、第１モータジェネレータMG1の出力トルクが目標トルクになるのを待って前記ブレーキを解放するため、第１モータジェネレータMG1をケースに固定するブレーキを有するハイブリッドシステムにおいて、ブレーキを締結する固定モードからブレーキを解放する無段変速モードへのモード遷移時、駆動力の抜けを防止した円滑なモード遷移を達成することができる。

(3) 前記駆動力合成変速機TMは、２自由度３要素の第１遊星歯車PG1と第２遊星歯車PG2と第３遊星歯車PG3により構成され、前記第２遊星歯車PG2の共線図上で内側に配列される要素と前記第３遊星歯車PG3の共線図上で一端に配列される要素とを連結してエンジンＥを割り当て、前記第２遊星歯車PG2の共線図上で一端に配列される要素に第１モータジェネレータMG1を割り当て、前記第１遊星歯車PG1の共線図上で一端に配列される要素と前記第２遊星歯車PG2の共線図上で一端に配列される要素とを連結して第２モータジェネレータMG2を割り当て、前記第３遊星歯車PG3の共線図上で内側に配列される要素に出力軸OUTを割り当て、前記第１遊星歯車PG1の共線図上で他端に配列される要素と前記第３遊星歯車PG3の共線図上で他端に配列される要素とを第２回転メンバM2により連結し、前記第１遊星歯車PG1の共線図上で内側に配列される要素と変速機ケースTCとの間にローブレーキLBを設け、前記第２モータジェネレータMG2が割り当てられる要素と前記第１遊星歯車PG1の共線図上で内側に配列される要素との間にハイクラッチHCを設け、前記第２遊星歯車PG2の共線図上で一端に配列される要素と変速機ケースTCとの間にハイローブレーキHLBを設け、前記第１走行モードは、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを解放し、ハイローブレーキHLBを締結することで得られる「Lowモード」であり、前記第２走行モードは、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを解放し、ハイローブレーキHLBを解放することで得られる「Low-iVTモード」であり、前記モード遷移制御手段は、「Lowモード」から「Low-iVTモード」へのモード遷移時、第１モータジェネレータMG1の出力トルクが目標トルクになるのを待って前記ハイローブレーキHLBを解放するため、ハイローブレーキHLBを締結する「Lowモード」からハイローブレーキHLBを解放する「Low-iVTモード」へのモード遷移時、駆動力の抜けを防止した円滑なモード遷移を達成することができる。

(4) 前記モード遷移制御手段は、固定モードから無段変速モードへのモード遷移時、第１モータジェネレータMG1の出力トルクを目標トルクにする際にバッテリ４の出力が最大出力以上である場合、第２モータジェネレータMG2のトルクを、第１モータジェネレータMG1への出力と損失を加味した分だけ低下させたため、モード遷移前の第２モータジェネレータMG2はバッテリ電力の全てを使用していることがあり、第２モータジェネレータトルクT2を低下させることで、バッテリ電力を抑えることができる。また、第２モータジェネレータトルクT2を低下させることで、駆動力は低下するが、モード遷移間の駆動力段差を小さくできるため、滑らかに遷移させることができる。

(5) 前記駆動力合成変速機TMは、２自由度３要素の第１遊星歯車PG1と第２遊星歯車PG2と第３遊星歯車PG3により構成され、前記第２遊星歯車PG2の共線図上で内側に配列される要素と前記第３遊星歯車PG3の共線図上で一端に配列される要素とを連結してエンジンＥを割り当て、前記第２遊星歯車PG2の共線図上で一端に配列される要素に第１モータジェネレータMG1を割り当て、前記第１遊星歯車PG1の共線図上で一端に配列される要素と前記第２遊星歯車PG2の共線図上で一端に配列される要素とを連結して第２モータジェネレータMG2を割り当て、前記第３遊星歯車PG3の共線図上で内側に配列される要素に出力軸OUTを割り当て、前記第１遊星歯車PG1の共線図上で他端に配列される要素と前記第３遊星歯車PG3の共線図上で他端に配列される要素とを第２回転メンバM2により連結し、前記第１遊星歯車PG1の共線図上で内側に配列される要素と変速機ケースTCとの間にローブレーキLBを設け、前記第２モータジェネレータMG2が割り当てられる要素と前記第１遊星歯車PG1の共線図上で内側に配列される要素との間にハイクラッチHCを設け、前記第２遊星歯車PG2の共線図上で一端に配列される要素と変速機ケースTCとの間にハイローブレーキHLBを設け、前記第１走行モードは、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを解放し、ハイローブレーキHLBを解放することで得られる「Low-iVTモード」であり、前記第２走行モードは、ローブレーキLBを解放し、ハイクラッチHCを締結し、ハイローブレーキHLBを解放することで得られる「High-iVTモード」であり、前記モード遷移制御手段は、「Low-iVTモード」から「High-iVTモード」へのモード遷移時、前記ハイクラッチHCの締結を完了した後、第２モータジェネレータMG2の出力トルクが目標トルクになるのを待って前記ローブレーキLBを解放するため、「Low-iVTモード」からハイクラッチHCを締結しローブレーキLBを解放する「High-iVTモード」へのモード遷移時、駆動力の抜けを防止した円滑なモード遷移を達成することができる。

(6) 前記モード遷移制御手段は、ロー側無段変速モードからハイ側無段変速モードへのモード遷移時、第２モータジェネレータMG2の出力トルクを目標トルクにする際にバッテリ４の出力が最大出力以上である場合、第１モータジェネレータMG1のトルクを、第２モータジェネレータMG2への出力と損失を加味した分だけ低下させたため、モード遷移前の第１モータジェネレータMG1はバッテリ電力の全てを使用していることがあり、第１モータジェネレータトルクT1を低下させることで、バッテリ電力を抑えることができる。また、第１モータジェネレータトルクT1を低下させることで、駆動力は低下するが、モード遷移間の駆動力段差を小さくできるため、滑らかに遷移させることができる。

以上、本発明のハイブリッド車のモード遷移制御装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１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。

実施例１では、「Lowモード」から「High-iVTモード」へのモード遷移と、「Low-iVTモード」から「High-iVTモード」へのモード遷移という２つのモード遷移パターンの例を示したが、要するに、反力受けとしてのブレーキを解放する動作が存在するモード遷移パターンであれば、ローブレーキLBを解放する「2ndモード」から「High-iVTモード」へのモード遷移やハイローブレーキHLBを解放する「Highモード」から「High-iVTモード」へのモード遷移等の他のモード遷移パターンについても適用することができる。

実施例１のモード遷移制御装置は、３つのシングルピニオン型遊星歯車により構成した差動装置を有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド車への適用例を示したが、例えば、特開２００３−３２８０８号公報等に記載されているようにラビニョウ型遊星歯車により構成した差動装置を有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド車にも適用することができるし、それ以外であっても、エンジンと少なくとも１つのモータを動力源とし、回転要素にモータとブレーキが接続された差動装置を有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド車であれば適用することができる。

実施例１のモード遷移制御装置が適用されたハイブリッド車の駆動系及び制御系を示す全体システム図である。 実施例１のハイブリッド車において電気自動車モードでの５つの走行モードをあらわす共線図である。 実施例１のハイブリッド車においてハイブリッド車モードでの５つの走行モードをあらわす共線図である。 実施例１のハイブリッド車において走行モードの選択に用いられる走行モードマップの一例を示す図である。 実施例１のハイブリッド車において「１０の走行モード」でのエンジン・エンジンクラッチ・モータジェネレータ・ローブレーキ・ハイクラッチ・ハイローブレーキの作動表である。 実施例１の統合コントローラにおいて実行されるモード遷移制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１でのLow固定モードと無段変速モード(Low)と無段変速モード(High)の各共線図である。 実施例１においてLow固定モードから無段変速モード(Low)へのモード遷移時におけるモータジェネレータトルク・変速指令・ハイローブレーキ指令の各特性を示すタイムチャートである。 実施例１において無段変速モード(Low)から無段変速モード(High)へのモード遷移時におけるモータジェネレータトルク・変速指令・ハイローブレーキ指令の各特性を示すタイムチャートである。 ブレーキの解放を伴うモード遷移時の本発明の駆動力特性と従来の駆動力特性との対比図である。

符号の説明

Ｅ エンジン
MG1 第１モータジェネレータ（モータ）
MG2 第２モータジェネレータ（モータ）
OUT 出力軸（出力部材）
TM 駆動力合成変速機
PG1 第１遊星歯車（第１差動装置）
PG2 第２遊星歯車（第２差動装置）
PG3 第３遊星歯車（第３差動装置）
EC エンジンクラッチ
LB ローブレーキ（第１ブレーキ）
HC ハイクラッチ（第１クラッチ）
HLB ハイローブレーキ（第２ブレーキ）
１ エンジンコントローラ
２ モータコントローラ
３ インバータ
４ バッテリ
５ 油圧制御装置
６ 統合コントローラ
７ アクセル開度センサ
８ 車速センサ
９ エンジン回転数センサ
１０ 第１モータジェネレータ回転数センサ
１１ 第２モータジェネレータ回転数センサ
１２ 第３リングギヤ回転数センサ

Claims (5)

1. エンジンと少なくとも１つのモータとを動力源とし、回転要素にモータとブレーキが接続された差動装置を有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド車において、
   前記駆動力合成変速機は、２自由度３要素の第１差動装置と第２差動装置と第３差動装置により構成され、
   前記第２差動装置の共線図上で内側に配列される要素と前記第３差動装置の共線図上で一端に配列される要素とを連結してエンジンを割り当て、
   前記第２差動装置の共線図上で一端に配列される要素に第１モータジェネレータを割り当て、
   前記第１差動装置の共線図上で一端に配列される要素と前記第２差動装置の共線図上で一端に配列される要素とを連結して第２モータジェネレータを割り当て、
   前記第３差動装置の共線図上で内側に配列される要素に出力部材を割り当て、
   前記第１差動装置の共線図上で他端に配列される要素と前記第３差動装置の共線図上で他端に配列される要素とを直結要素により連結し、
   前記第１差動装置の共線図上で内側に配列される要素と変速機ケースとの間に第１ブレーキを設け、
   第２モータジェネレータが割り当てられる要素と前記第１差動装置の共線図上で内側に配列される要素との間に第１クラッチを設け、
   前記第２差動装置の共線図上で一端に配列される要素と変速機ケースとの間に第２ブレーキを設け、
   走行モードとして、第１ブレーキを締結し、第１クラッチを解放し、第２ブレーキを締結することで得られるロー側固定モードと、第１ブレーキを締結し、第１クラッチを解放し、第２ブレーキを解放することで得られるロー側無段変速モードと、を有し
   前記第２ブレーキを締結するロー側固定モードから前記第２ブレーキを解放するロー側無段変速モードへのモード遷移時、前記第１モータジェネレータの出力トルクが目標トルクになるのを待って前記第２ブレーキを解放するモード遷移制御手段を設けた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。
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、
   前記モード遷移制御手段は、固定モードから無段変速モードへのモード遷移時、第１モータジェネレータの出力トルクを目標トルクにする際にバッテリの出力が最大出力以上である場合、第２モータジェネレータのトルクを、第１モータジェネレータへの出力と損失を加味した分だけ低下させた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。
3. エンジンと少なくとも１つのモータとを動力源とし、回転要素にモータとブレーキが接続された差動装置を有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド車において、
   前記駆動力合成変速機は、共線図上に４つ以上の入出力要素が配列される差動装置を有し、前記入出力要素のうちの内側に配列される２つの要素の一方にエンジンからの入力を、他方に駆動系統への出力部材をそれぞれ割り当てると共に、前記内側の要素の両外側に配列される２つの要素にそれぞれ第１モータジェネレータと第２モータジェネレータとを連結し、
   走行モードとして、前記第１モータジェネレータをケースに固定するブレーキを締結することにより固定変速比を得る固定モードと、前記ブレーキを解放することにより無段変速比を得る無段変速モードと、を有し、
   前記ブレーキを締結する固定モードから前記ブレーキを解放する無段変速比モードへのモード遷移時、第１モータジェネレータの出力トルクが目標トルクになるのを待って前記ブレーキを解放するとともに、第１モータジェネレータの出力トルクを目標トルクにする際にバッテリの出力が最大出力以上である場合、第２モータジェネレータのトルクを、第１モータジェネレータへの出力と損失を加味した分だけ低下させるモード遷移制御手段を設けた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。
4. エンジンと少なくとも１つのモータとを動力源とし、回転要素にモータとブレーキが接続された差動装置を有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド車において、
   前記駆動力合成変速機は、２自由度３要素の第１差動装置と第２差動装置と第３差動装置により構成され、
   前記第２差動装置の共線図上で内側に配列される要素と前記第３差動装置の共線図上で一端に配列される要素とを連結してエンジンを割り当て、
   前記第２差動装置の共線図上で一端に配列される要素に第１モータジェネレータを割り当て、
   前記第１差動装置の共線図上で一端に配列される要素と前記第２差動装置の共線図上で一端に配列される要素とを連結して第２モータジェネレータを割り当て、
   前記第３差動装置の共線図上で内側に配列される要素に出力部材を割り当て、
   前記第１差動装置の共線図上で他端に配列される要素と前記第３差動装置の共線図上で他端に配列される要素とを直結要素により連結し、
   前記第１差動装置の共線図上で内側に配列される要素と変速機ケースとの間に第１ブレーキを設け、
   第２モータジェネレータが割り当てられる要素と前記第１差動装置の共線図上で内側に配列される要素との間に第１クラッチを設け、
   前記第２差動装置の共線図上で一端に配列される要素と変速機ケースとの間に第２ブレーキを設け、
   走行モードとして、第１ブレーキを締結し、第１クラッチを解放し、第２ブレーキを解放することで得られるロー側無段変速モードと、第１ブレーキを解放し、第１クラッチを締結し、第２ブレーキを解放することで得られるハイ側無段変速モードとを有し、
   前記第１ブレーキを締結するロー側無段変速モードから前記第１ブレーキを解放するハイ側無段変速モードへのモード遷移時、前記第１クラッチの締結を完了した後、第２モータジェネレータの出力トルクが目標トルクになるのを待って前記第１ブレーキを解放するモード遷移制御手段を設けた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。
5. 請求項４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、
   前記モード遷移制御手段は、ロー側無段変速モードからハイ側無段変速モードへのモード遷移時、第２モータジェネレータのトルクを目標トルクにする際にバッテリの出力が最大出力以上である場合、第１モータジェネレータのトルクを、第２モータジェネレータへの出力と損失を加味した分だけ低下させた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。

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