JP5992537B2

JP5992537B2 - ハイブリッド車両のモード切り替え制御装置

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Publication number: JP5992537B2
Application number: JP2014551034A
Authority: JP
Inventors: 智之小池; 久保　賢吾; 賢吾久保; 加藤　芳章; 芳章加藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; JATCO Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; JATCO Ltd
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2033-11-25
Also published as: CN104837699A; US9346463B2; EP2930076B1; EP2930076A1; US20150314777A1; EP2930076A4; CN104837699B; JPWO2014087856A1; WO2014087856A1

Description

本発明は、エンジンおよび電動モータを動力源として搭載され、電動モータのみにより走行する電気走行モード（EVモード）と、電動モータおよびエンジンにより走行するハイブリッド走行モード（HEVモード）とを選択可能なハイブリッド車両のモード切り替え制御装置に関するものである。

このようなハイブリッド車両としては従来、例えば特許文献1に記載のようなものが知られている。
このハイブリッド車両は、一方の動力源であるエンジンが無段変速機およびクラッチを順次介して車輪に切り離し可能に駆動結合され、他方の動力源である電動モータが当該車輪に常時結合された型式のものである。

かかるハイブリッド車両は、エンジンを停止すると共に上記のクラッチを解放することで電動モータのみによるEVモードでの電気走行（EV走行）が可能であり、エンジンを始動させると共に当該クラッチを締結することにより電動モータおよびエンジンによるHEVモードでのハイブリッド走行（HEV走行）が可能である。

なお、EV走行中にクラッチを上記のごとく解放することで、停止状態のエンジンが（変速機が存在している場合は変速機も）車輪から切り離されていることとなり、当該エンジン（変速機）をEV走行中に連れ回す（引き摺る）ことがなく、その分のエネルギー損失を回避し得てエネルギー効率を高めることができる。

上記ハイブリッド車両にあっては、エンジンを停止すると共にクラッチを解放したEV走行中にアクセルペダルを踏み込むなど運転状態が変化した場合、エンジンを再始動すると共にクラッチを締結してEV走行モードからHEV走行モードに切り替わる。

ところで当該EV→HEVモード切り替えに際して行うクラッチの締結時、その入力側（エンジン側）回転数がエンジン回転に依存することから当初は低い。これに対しクラッチの出力側（車輪側）回転数は、車速で決まることから当初より高い。
よってEV→HEVモード切り替えに際して行うクラッチの締結は、クラッチの入出力回転段差が大きい状態で開始され、大きなクラッチ締結ショック（EV→HEVモード切り替えショック）を発生する傾向にある。

クラッチ締結ショックを軽減する技術としては従来、例えば特許文献2に記載のごとく、変速機を、クラッチの入出力回転段差が小さくなるよう変速させる技術があり、このクラッチ締結ショック軽減技術を上記ハイブリッド車両のEV→HEVモード切り替えショック対策に用いることが考えられる。

特開２０００−１９９４４２号公報特開２０００−２８９４７１号公報

しかし特許文献1,2所載の技術を組み合わせても、クラッチの入出力回転段差を小さくすることができるだけで、クラッチの入出力トルク間におけるトルク段差は以下の理由によって大きい。
クラッチの入出力回転段差を小さくするために行う変速制御に際しては、変速機がエンジン駆動されるオイルポンプからのオイルが不可欠であることから、エンジンが運転されている必要があり、エンジン始動後のエンジン運転状態になってからクラッチを締結することとなる。
かように始動後のエンジン運転状態では、クラッチの入力側にエンジンの大きなトルクが入力され、EV走行中は小さな電動モータトルク程度の値であるクラッチの出力側トルクとの間に大きなトルク段差が発生するのを避けられない。

よって、特許文献1,2所載の技術を組み合わせてクラッチの入出力回転段差を小さくしただけでは、クラッチの大きな入出力トルク段差による締結ショック（EV→HEVモード切り替えショック）の発生を免れ得ない。
かといって当該ショック対策のためにクラッチの締結速度を遅くすると、クラッチの締結完了までに長時間を要し、EV→HEVモード切り替え応答が悪くなって、この悪くなった大きな応答遅れの間HEVモードで要求される駆動力が得らないという問題を生ずる。

本発明は、上記の問題が、EV→HEVモード切り替えに際し、エンジンを先ず始動により運転状態となし、その後にクラッチの締結を行うことに起因するとの事実認識に基づき、そしてエンジンが運転状態となる前の始動中にクラッチを締結すれば、未だエンジントルクが殆ど発生していなくて、クラッチ入出力トルク段差がショック上問題になるほど大きくなることはなく、またエンジンの始動中にクラッチの入出力回転段差もショック上問題にならない程度まで小さくされ、この時にクラッチをショック軽減下に締結させ得るとの事実認識に基づき、この着想を具体化して上記の問題を解消可能にしたハイブリッド車両のモード切り替え制御装置を提案することを目的とする。

この目的のため、本発明によるハイブリッド車両のモード切り替え制御装置は、これを以下のごとくに構成する。

先ず本発明の前提となるハイブリッド車両を説明するに、これは、
動力源としてエンジンのほかに電動モータを具え、前記エンジンが、該エンジンにより駆動されるポンプからのオイルを作動媒体とする変速機を介し車輪に駆動結合されており、これら変速機および車輪間が変速機内のクラッチにより切り離し可能であって、該クラッチを解放すると共に前記エンジンを停止させることにより前記電動モータのみにより走行される電気走行モードを選択可能であるほか、前記エンジンを始動させると共に前記クラッチを締結することにより前記電動モータおよびエンジンにより走行されるハイブリッド走行モードを選択可能なハイブリッド車両であって、該ハイブリッド車両が、前記エンジンのクランクシャフトに駆動結合して実装されるオルタネータを、力行も可能なモータ/ジェネレータに置き換えられ、該モータ/ジェネレータまたは既存のスタータモータにより前記エンジンを始動し得るよう構成したものである。

本発明のモード切り替え制御装置は、かかるハイブリッド車両の前記電気走行モードからハイブリッド走行モードへのモード切り替え時に行うべき前記エンジンの始動および前記クラッチの締結に際し、該エンジンが自立運転を開始するよりも前のエンジン始動中であって、該エンジン始動に伴って低下する前記クラッチの入出力回転段差が0となる前から前記クラッチの締結を行うよう構成し、
設定車速未満の低車速域では前記既存のスタータモータにより前記エンジン始動を行い、前記設定車速以上の高車速域では前記モータ/ジェネレータにより前記エンジン始動を行うよう構成した点に特徴づけられる。

本発明によるハイブリッド車両のモード切り替え制御装置にあっては、
エンジンの始動およびクラッチの締結により行う電気走行モードからハイブリッド走行モードへのモード切り替えに際し、エンジンが自立運転を開始するよりも前のエンジン始動中であって、該エンジン始動に伴って低下する上記クラッチの入出力回転段差が0となる前から当該クラッチの締結を行うため、
当該クラッチの締結時はエンジンが自立運転前の始動中で、大きなエンジントルクがクラッチに入力されることがなくてクラッチ入力トルクが小さく、電気走行モードでの走行中は小さな電動モータトルク程度の値であるクラッチの出力側トルクとの間に大きなトルク段差を生ずることがない。

そのため、上記エンジン始動中にクラッチの入出力回転段差がショック上問題にならない程度まで小さくされ、この時にクラッチを、始動中のエンジン回転に応じたポンプからのオイルで締結させることができる。
よって、上記のモード切り替えに際して行うべきクラッチの締結を、ショック上問題にならない程度の小さなクラッチ入出力トルク段差および入出力回転段差のもとで行い得ることとなり、クラッチの締結ショック（EV→HEVモード切り替えショック）を確実に軽減させることができる。
従って当該ショック対策のために特にクラッチの締結速度を遅くする必要がなく、クラッチの締結完了までの時間を短縮し得て、EV→HEVモード切り替え（HEV走行への移行）が速やかに完遂され、ハイブリッド走行モードでの要求駆動力を高応答に実現することができる。

本発明によるハイブリッド車両のモード切り替え制御装置にあっては更に、上記ハイブリッド車両が、エンジンのクランクシャフトに駆動結合して実装されるオルタネータを、力行も可能なモータ/ジェネレータに置き換えられ、該モータ/ジェネレータまたは既存のスタータモータによりエンジン始動を行い得るものであることを前提とし、設定車速未満の低車速域では上記既存のスタータモータによりエンジン始動を行い、設定車速以上の高車速域では上記モータ/ジェネレータによりエンジン始動を行うよう構成したため、前記の効果に加えて以下の効果をも奏し得る。
つまり、スタータモータによるエンジン始動だと低いクランキング回転数故に、高車速域でエンジン駆動されるポンプからのオイルが不足して上記クラッチがこれよりもエンジン側の回転数を車速対応値まで上昇させ得る程に締結されず、クラッチがスリップにより耐久性を損なわれる。
しかし本発明は、設定車速以上の高車速域である場合、スタータモータの代わりに高回転を旨とする上記モータ/ジェネレータによりエンジン始動を行うよう構成したため、高車速域でも確実にクラッチが、これよりもエンジン側の回転数を車速対応値まで上昇させ得る程に締結されるのを保証することができ、上記クラッチの耐久性に関する問題を解消可能である。

本発明の一実施例になるモード切り替え制御装置を具えたハイブリッド車両の駆動系およびその全体制御システムを示す概略系統図である。本発明のモード切り替え制御装置を適用可能な他の型式のハイブリッド車両を示し、 (a)は、当該ハイブリッド車両の駆動系およびその全体制御システムを示す概略系統図であり、 (b)は、当該ハイブリッド車両の駆動系におけるＶベルト式無段変速機に内蔵された副変速機内における変速摩擦要素の締結論理図である。図1におけるハイブリッドコントローラが実行するEV→HEVモード切り替え制御プログラムを示すフローチャートである。図3のモード切り替え制御によるEV→HEVモード切り替えの動作タイムチャートである。

1 エンジン（動力源）
1a モータ/ジェネレータ
1b エアコンディショナ用コンプレッサ
2 電動モータ（動力源）
3 スタータモータ
4 Ｖベルト式無段変速機
5 駆動車輪
6 プライマリプーリ
7 セカンダリプーリ
8 Ｖベルト
CVT 無段変速機構
T/C トルクコンバータ
CL 変速機クラッチ（クラッチ）
9,11 ファイナルギヤ組
12 バッテリ
13 インバータ
14 ブレーキディスク
15 キャリパ
16 ブレーキペダル
17 負圧式ブレーキブースタ
18 マスターシリンダ
19 アクセルペダル
21 ハイブリッドコントローラ
22 エンジンコントローラ
23 モータコントローラ
24 変速機コントローラ
25 バッテリコントローラ
26 ブレーキスイッチ
27 アクセル開度センサ
28 プライマリプーリ回転センサ
29 セカンダリプーリ回転センサ
O/P オイルポンプ
30 バッテリ蓄電状態センサ
31 副変速機
H/C ハイクラッチ
R/B リバースブレーキ
L/B ローブレーキ
32 車速センサ
33 車両加速度センサ
35 ライン圧ソレノイド
36 ロックアップソレノイド
37 プライマリプーリ圧ソレノイド
38 ローブレーキ圧ソレノイド
39 ハイクラッチ圧＆リバースブレーキ圧ソレノイド
41 スイッチバルブ

以下、この発明の実施例を添付の図面に基づいて説明する。

＜構成＞
図1は、本発明の一実施例になるモード切り替え制御装置を具えたハイブリッド車両の駆動系およびその全体制御システムを示す概略系統図である。

図1のハイブリッド車両は、エンジン1および電動モータ2を動力源として搭載され、エンジン1は、モータ/ジェネレータ1aおよびエアコンディショナ用コンプレッサ１ｂをクランクシャフトにＶベルト1cで駆動結合され、通常スタータモータ3により始動するが、必要に応じてモータ/ジェネレータ1aにより始動するものとする。
モータ/ジェネレータ1aは、エンジンクランクシャフトに駆動結合して実装される通常のオルタネータ（発電機）を、力行も可能となるよう置き換えたもので、アイドルストップ後にエンジン1を再始動するときや、エンジン運転中に必要に応じて該エンジン1のトルクアシストを行うときに用いる。
上記エンジン1は、Ｖベルト式無段変速機4を介して駆動車輪5に適宜切り離し可能に駆動結合し、Ｖベルト式無段変速機4は、概略を以下に説明するようなものとする。

Ｖベルト式無段変速機4は、プライマリプーリ6と、セカンダリプーリ7と、これらプーリ6,7間に掛け渡したＶベルト8とからなる無段変速機構CVTを主たる構成要素とする。
プライマリプーリ6はロックアップ式トルクコンバータT/Cを介してエンジン1のクランクシャフトに結合し、セカンダリプーリ7は変速機クラッチCL（本発明におけるクラッチに相当）およびファイナルギヤ組9を順次介して駆動車輪5に結合する。

かくして変速機クラッチCLの締結状態で、エンジン1からの動力はトルクコンバータT/Cを経てプライマリプーリ6へ入力され、その後Ｖベルト8、セカンダリプーリ7、変速機クラッチCLおよびファイナルギヤ組9を順次経て駆動車輪5に達し、ハイブリッド車両の走行に供される。

かかるエンジン動力伝達中、プライマリプーリ6のプーリＶ溝幅を小さくしつつ、セカンダリプーリ7のプーリＶ溝幅を大きくすることで、Ｖベルト8がプライマリプーリ6との巻き掛け円弧径を大きくされると同時にセカンダリプーリ7との巻き掛け円弧径を小さくされ、Ｖベルト式無段変速機4はハイ側プーリ比（ハイ側変速比）へのアップシフトを行うことができる。
逆にプライマリプーリ6のプーリＶ溝幅を大きくしつつ、セカンダリプーリ7のプーリＶ溝幅を小さくすることで、Ｖベルト8がプライマリプーリ6との巻き掛け円弧径を小さくされると同時にセカンダリプーリ7との巻き掛け円弧径を大きくされ、Ｖベルト式無段変速機4はロー側プーリ比（ロー側変速比）へのダウンシフトを行うことができる。

電動モータ2はファイナルギヤ組11を介して駆動車輪5に常時駆動結合し、この電動モータ2は、バッテリ12の電力によりインバータ13を介して駆動する。
インバータ13は、バッテリ12の直流電力を交流電力に変換して電動モータ2へ供給すると共に、電動モータ2への供給電力を加減することにより、電動モータ2を駆動力制御および回転方向制御する。

なお電動モータ2は、上記のモータ駆動のほかに発電機としても機能し、後で詳述する回生制動の用にも供する。
この回生制動時はインバータ13が、電動モータ2に回生制動力分の発電負荷をかけることにより、電動モータ2を発電機として作用させ、電動モータ2の発電電力をバッテリ12に蓄電する。

図1につき上記した駆動系を具えるハイブリッド車両は、変速機クラッチCLを解放すると共にエンジン1を停止させた状態で、電動モータ2を駆動すると、電動モータ2の動力のみがファイナルギヤ組11を経て駆動車輪5に達し、ハイブリッド車両は電動モータ2のみによる電気走行モード（EVモード）で走行を行うことができる。
この間、変速機クラッチCLを解放していることで、停止状態のエンジン1を連れ回すことがなく、EV走行中の無駄な電力消費を抑制することができる。

上記のEV走行状態においてエンジン1をモータ/ジェネレータ1aまたはスタータモータ3により始動させると共に変速機クラッチCLを締結させると、エンジン1からの動力がトルクコンバータT/C、プライマリプーリ6、Ｖベルト8、セカンダリプーリ7、変速機クラッチCLおよびファイナルギヤ組9を順次経て駆動車輪5に達するようになり、ハイブリッド車両はエンジン1および電動モータ2によるハイブリッド走行モード（HEVモード）で走行を行うことができる。

ハイブリッド車両を上記の走行状態から停車させたり、この停車状態に保つに際しては、駆動車輪5と共に回転するブレーキディスク14をキャリパ15により挟圧して制動することで目的を達する。
キャリパ15は、運転者が踏み込むブレーキペダル16の踏力に応動して負圧式ブレーキブースタ17による倍力下でブレーキペダル踏力対応のブレーキ液圧を出力するマスターシリンダ18に接続し、このブレーキ液圧でキャリパ15を作動させてブレーキディスク14の制動を行う。

ハイブリッド車両はEVモードおよびHEVモードのいずれにおいても、運転者がアクセルペダル19を踏み込んで指令する駆動力指令に応じたトルクで車輪5を駆動され、運転者の要求に応じた駆動力をもって走行される。

ハイブリッド車両の走行モード選択と、エンジン1の出力制御と、電動モータ2の回転方向制御および出力制御と、無段変速機4の変速制御および変速機クラッチCLの締結、解放制御と、バッテリ12の充放電制御はそれぞれ、ハイブリッドコントローラ21が、対応するエンジンコントローラ22、モータコントローラ23、変速機コントローラ24、およびバッテリコントローラ25を介してこれら制御を行うものとする。

そのためハイブリッドコントローラ21には、ブレーキペダル16を踏み込む制動時にOFFからONに切り替わる常開スイッチであるブレーキスイッチ26からの信号と、アクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）APOを検出するアクセル開度センサ27からの信号と、プライマリプーリ6の回転数Npriを検出するプライマリプーリ回転センサ28からの信号と、セカンダリプーリ7の回転数Nsecを検出するセカンダリプーリ回転センサ29からの信号と、バッテリ12の蓄電状態SOC（持ち出し可能電力）を検出するバッテリ蓄電状態センサ30からの信号を入力する。
ハイブリッドコントローラ21は更に、エンジンコントローラ22、モータコントローラ23、変速機コントローラ24、およびバッテリコントローラ25との間で、内部情報のやり取りを行う。

エンジンコントローラ22は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答して、エンジン1を出力制御し、
モータコントローラ23は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答してインバータ13を介し電動モータ2の回転方向制御および出力制御を行う。

変速機コントローラ24は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答し、エンジン駆動されるオイルポンプO/Pからのオイルを媒体として、無段変速機4（Ｖベルト式無段変速機構CVT）の変速制御、トルクコンバータT/Cのロックアップ制御、および変速機クラッチCLの締結、解放制御を行う。
バッテリコントローラ25は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答し、バッテリ12の充放電制御を行う。

なお図1では、Ｖベルト式無段変速機構CVT（セカンダリプーリ7）と駆動車輪5との間を切り離し可能に結合するため、無段変速機4に専用の変速機クラッチCLを設けたが、
図2(a)に例示するごとく無段変速機4が、Ｖベルト式無段変速機構CVT（セカンダリプーリ7）と駆動車輪5との間に副変速機31を内蔵している場合は、副変速機31の変速を司る摩擦要素（クラッチや、ブレーキなど）を流用して、Ｖベルト式無段変速機構CVT（セカンダリプーリ7）と駆動車輪5との間を切り離し可能に結合することができる。
この場合、Ｖベルト式無段変速機構CVT（セカンダリプーリ7）と駆動車輪5との間を切り離し可能に結合する専用のクラッチCLを追設する必要がなくてコスト上有利である。

図2(a)の副変速機31は、複合サンギヤ31s-1および31s-2と、インナピニオン31pinと、アウタピニオン31poutと、リングギヤ31rと、ピニオン31pin, 31poutを回転自在に支持したキャリア31cとからなるラビニョオ型プラネタリギヤセットで構成する。
複合サンギヤ31s-1および31s-2のうち、サンギヤ31s-1は入力回転メンバとして作用するようセカンダリプーリ7に結合し、サンギヤ31s-2はセカンダリプーリ7に対し同軸に配置するが自由に回転し得るようにする。

サンギヤ31s-1にインナピニオン31pinを噛合させ、このインナピニオン31pinおよびサンギヤ31s-2をそれぞれアウタピニオン31poutに噛合させる。
アウタピニオン31poutはリングギヤ31rの内周に噛合させ、キャリア31cを出力回転メンバとして作用するようファイナルギヤ組9に結合する。

キャリア31cとリングギヤ31rとをハイクラッチH/Cにより適宜結合可能となし、リングギヤ31rをリバースブレーキR/Bにより適宜固定可能となし、サンギヤ31s-2をローブレーキL/Bにより適宜固定可能となす。

副変速機31は、変速摩擦要素であるハイクラッチH/C、リバースブレーキR/BおよびローブレーキL/Bを、図2(b)に○印により示す組み合わせで締結させ、それ以外を図2(b)に×印で示すように解放させることにより前進第1速、第2速、後退の変速段を選択することができる。

ハイクラッチH/C、リバースブレーキR/BおよびローブレーキL/Bを全て解放すると、副変速機31は動力伝達を行わない中立状態であり、
この状態でローブレーキL/Bを締結すると、副変速機31は前進第1速選択（減速）状態となり、
ハイクラッチH/Cを締結すると、副変速機31は前進第2速選択（直結）状態となり、
リバースブレーキR/Bを締結すると、副変速機31は後退選択（逆転）状態となる。

図2(a)の無段変速機4は、全ての変速摩擦要素H/C, R/B, L/Bを解放して副変速機31を中立状態にすることで、Ｖベルト式無段変速機構CVT（セカンダリプーリ7）と駆動車輪5との間を切り離すことができる。
従って図2(a)の無段変速機4は、副変速機31の変速摩擦要素H/C, R/B, L/Bが図1における変速機クラッチCLの用をなし、図1におけるように変速機クラッチCLを追設することなく、Ｖベルト式無段変速機構CVT（セカンダリプーリ7）と駆動車輪5との間を切り離し可能に結合することができる。

図2(a)の無段変速機4は、エンジン駆動されるオイルポンプO/Pからのオイルを作動媒体として制御されるもので、
変速機コントローラ24がライン圧ソレノイド35、ロックアップソレノイド36、プライマリプーリ圧ソレノイド37、ローブレーキ圧ソレノイド38、ハイクラッチ圧＆リバースブレーキ圧ソレノイド39およびスイッチバルブ41を介し、無段変速機4の当該制御を以下のように行う。

なお変速機コントローラ24には、図1につき前述した信号に加えて、車速VSPを検出する車速センサ32からの信号、および車両加減速度Gを検出する加速度センサ33からの信号を入力する。

ライン圧ソレノイド35は、変速機コントローラ24からの指令に応動し、オイルポンプO/Pからのオイルを車両要求駆動力対応のライン圧P_Lに調圧し、このライン圧P_Lを常時セカンダリプーリ7へセカンダリプーリ圧として供給することにより、セカンダリプーリ7がライン圧P_Lに応じた推力でＶベルト8をスリップしないよう挟圧する。

ロックアップソレノイド36は、変速機コントローラ24からのロックアップ指令に応動し、ライン圧P_Lを適宜トルクコンバータT/Cに向かわせて図示せざるロックアップクラッチ（ロックアップ機構）を締結またはスリップ結合させることで、トルクコンバータT/Cを必要時に入出力要素間が相対回転（スリップ）することのないよう直結されたロックアップ状態、または入出力要素間が所定回転差で相対回転するようスリップ結合されたスリップロックアップ状態にする。

プライマリプーリ圧ソレノイド37は、変速機コントローラ24からのCVT変速比指令に応動してライン圧P_Lをプライマリプーリ圧に調圧し、これをプライマリプーリ6へ供給することにより、プライマリプーリ6のV溝幅と、ライン圧P_Lを供給されているセカンダリプーリ7のV溝幅とを、CVT変速比が変速機コントローラ24からの指令に一致するよう制御して変速機コントローラ24からのCVT変速比指令を実現する。

ローブレーキ圧ソレノイド38は、変速機コントローラ24が副変速機31の第1速選択指令を発しているとき、ライン圧P_Lをローブレーキ圧としてローブレーキL/Bに供給することによりこれを締結させ、第1速選択指令を実現する。

ハイクラッチ圧＆リバースブレーキ圧ソレノイド39は、変速機コントローラ24が副変速機31の第2速選択指令または後退選択指令を発しているとき、ライン圧P_Lをハイクラッチ圧＆リバースブレーキ圧としてスイッチバルブ41に供給する。
第2速選択指令時はスイッチバルブ41が、ソレノイド39からのライン圧P_Lをハイクラッチ圧としてハイクラッチH/Cに向かわせ、これを締結することで副変速機31の第2速選択指令を実現する。
後退選択指令時はスイッチバルブ41が、ソレノイド39からのライン圧P_Lをリバースブレーキ圧としてリバースブレーキR/Bに向かわせ、これを締結することで副変速機31の後退選択指令を実現する。

＜モード切り替え制御＞
上記ハイブリッド車両のモード切り替え動制御を、車両の駆動系が図1に示すようなものである場合につき以下に説明する。
HEV走行中にアクセルペダル19を釈放してコースティング（惰性）走行へ移行した場合や、その後ブレーキペダル16を踏み込んで車両を制動する場合、電動モータ2による回生制動によって車両の運動エネルギーを電力に変換し、これをバッテリ12に蓄電しておくことでエネルギー効率の向上を図る。

ところでHEV走行のままの回生制動（HEV回生）は、変速機クラッチCLが締結状態であるため、エンジン1の逆駆動力（エンジンブレーキ）分および無段変速機4のフリクション分だけ回生制動エネルギーの低下を招くこととなり、エネルギー回生効率が悪い。
そのため、HEV走行中に回生制動が開始されたら、変速機クラッチCLの解放によりエンジン1および無段変速機4を駆動車輪5から切り離してEV走行へと移行することでEV回生状態となし、これによりエンジン1および無段変速機4の連れ回しをなくすことで、その分だけエネルギー回生量を稼げるようにする。

一方、上記のように変速機クラッチCLを解放している時は燃費の観点からエンジン1を無用な運転が行われないよう停止させておくため、上記のコースティング走行中に実行されていたエンジン1への燃料噴射の中止（フューエルカット）が変速機クラッチCLの上記解放時も継続されるよう、エンジン1への燃料噴射の再開（フューエルリカバー）を禁止することで、変速機クラッチCLの解放時にエンジン1を停止させる。
以上により、HEVモードからEVモードへの切り替えが完了する。

EV走行中にアクセルペダル19を踏み込むなど運転状態が変化し、EVモードからHEVモードへのモード切り替え要求が発生した場合、エンジン1を再始動すると共に変速機クラッチCLを締結してEV走行モードからHEV走行モードへの切り替えを行う。

ところで当該EV→HEVモード切り替えに際して行う変速機クラッチCLの締結時、その入力側回転数（セカンダリプーリ回転数Nsec）がエンジン回転数Neに依存することから当初は低い。
これに対し変速機クラッチCLの出力側（車輪側）回転数は、車速VSPで決まることから当初から高い。
よってEV→HEVモード切り替えに際して行う変速機クラッチCLの締結は、変速機クラッチCLの入出力回転段差が大きい状態で開始され、大きなクラッチ締結ショック（EV→HEVモード切り替えショック）を発生する傾向にある。

かかるクラッチ締結ショックを軽減するに際し、無段変速機4を、変速機クラッチCLの入出力回転段差が小さくなるよう変速させようとすると、無段変速機4がエンジン駆動されるオイルポンプO/Pからのオイルが不可欠であることから、エンジン1が運転されている必要があり、エンジン1が始動後の運転状態になってから変速機クラッチCLを締結することとなる。
かように始動後のエンジン運転状態では、変速機クラッチCLの入力側にエンジン1の大きなトルクが入力され、EV走行中は小さな電動モータトルク程度の小さな値である変速機クラッチCLの出力側トルクとの間に大きなトルク段差が発生するのを避けられない。

よって、変速機クラッチCLの入出力回転段差が小さくなるよう無段変速機4を変速させただけでは、変速機クラッチCLの上記大きな入出力トルク段差による締結ショック（EV→HEVモード切り替えショック）の発生を免れ得ない。
かといって当該ショック対策のために変速機クラッチCLの締結速度を遅くすると、変速機クラッチCLの締結完了までに長時間を要し、EV→HEVモード切り替え応答が悪くなって、応答遅れ中HEVモードで要求される駆動力が得らないという問題を生ずる。

本実施例は、上記無段変速機4の変速を介した変速機クラッチCLの入出力回転同期制御によるショック対策に代え、変速機クラッチCLの入出力回転段差は勿論のこと、入出力トルク段差も小さな状態で変速機クラッチCLがショック軽減下に締結されるのを保証可能なEV→HEVモード切り替え制御を提案して、上記の問題解決を実現するものである。

具体的には、EV→HEVモード切り替えに際し、エンジン1が運転状態になる前の始動中であって、つまりエンジントルクが殆ど発生してなく、変速機クラッチCLの入出力トルク段差がショック上問題になるほど大きくならない間であって、且つ、エンジン1の始動中における回転上昇で変速機クラッチCLの入出力回転段差がショック上問題にならない程度まで小さくされた時に、変速機クラッチCLの締結を行うことによって、この締結が、小さな入出力トルク段差および入出力回転段差のもとでショック軽減下に行われるよう構成する。

これを実現するため図1のハイブリッドコントローラ21は図3の制御プログラムを実行して、エンジンコントローラ22および変速機コントローラ24を介し、図4のタイムチャートに示すごとくにEV→HEVモード切り替え制御を遂行するものとする。

図3のステップＳ11においては、エンジン始動要求（EV→HEVモード切り替え要求）が発生したか否かをチェックする。
このチェックに当たっては、バッテリ蓄電状態SOCが図4に示す許容下限値SOCs（充電要求判定値）未満で、バッテリ12への充電が必要になったか否かにより、またはアクセル開度APOが設定値APOs以上で、電動モータ2のみでは要求駆動力を発生し得なくなったか否かにより、或いは車速VSPが設定値VSPs以上で、電動モータ2のみでは駆動力不足となるモータ高回転域になったか否かにより、エンジン始動（EV→HEVモード切り替え）が要求されているか否かを判定する。
なお図4は、アクセル開度APOを同じに保って車速VSP一定（10km/h未満）のもとでEV走行している間の瞬時t1にSOC<SOCsとなったことによりエンジン始動要求（EV→HEVモード切り替え要求）が発生した場合の動作タイムチャートである。

ステップＳ11でエンジン始動要求（EV→HEVモード切り替え要求）が発生していないと判定する間は、現在のEV走行を継続させるべきで、図3のEV→HEVモード切り替え制御が不要であるから、ステップＳ12においてEV走行を継続させ、制御を終了する。
ステップＳ11でエンジン再始動要求（EV→HEVモード切り替え要求）が発生した（図4の瞬時t1に至った）と判定する場合、制御をステップＳ13以降に進めて、要求通りに現在のEV走行からHEV走行へのモード切り替えを以下のごとくに行う。

ステップＳ13においては、図4の瞬時t1〜t2におけるごとくエンジン始動フラグをONにして、エンジン1の始動を指令する。
次のステップＳ14においては、変速機クラッチCLの出力側回転数Nfin（車速VSPおよびファイナルギヤ組9の終減速比から求まり、その車軸換算値を図4に破線で示す）を演算し、この変速機クラッチ出力側回転数Nfinが設定回転数（例えば300rpm）未満か否かにより、車速VSPが設定車速（例えば10km/h）未満の低車速域か否かをチェックする。

変速機クラッチ出力側回転数Nfinに係わる設定回転数（300rpm）および車速VSPに係わる設定車速（例えば10km/h）は、変速機クラッチCLのEV→HEVモード切り替え時における締結によって車輪5で回転上昇される変速機側回転系（変速機クラッチCLとエンジン1との間における回転系）の回転イナーシャ（車速VSPが高いほど大きくなる）が、上記エンジン始動指令に呼応して開始される始動用スタータモータ3によって得られるエンジンクランキング回転数に応じたオイルポンプO/Pからのオイル量で決まる変速機クラッチCLの締結力未満となる低車速域の上限車速に対応させる。

故に、ステップＳ14でNfin<300rpm（VSP<10km/h）の低車速域と判定した場合は、低回転を旨とするスタータモータ3によってエンジン1の始動（クランキング）を行っても、つまりスタータモータ3による低いエンジンクランキング回転数のもとでも、エンジン駆動されるオイルポンプO/Pからのオイルで行われる変速機クラッチCLの締結がスリップを生ずることなく、変速機クラッチCLとエンジン1との間における変速機側回転系を車速対応の速度まで回転上昇させ得ることを意味する。

しかし、ステップＳ14でNfin≧300rpm（VSP≧10km/h）の高車速域と判定した場合は、低回転を旨とするスタータモータ3によってエンジン1の始動（クランキング）を行うと、つまりスタータモータ3による低いエンジンクランキング回転数のもとでは、エンジン駆動されるオイルポンプO/Pからのオイルで行われる変速機クラッチCLの締結が、変速機クラッチCLとエンジン1との間における変速機側回転系を確実に車速対応の速度まで回転上昇させ得ず、変速機クラッチCLがスリップして過熱により耐久性を低下されることを意味する。

この場合は、既存のスタータモータ3に代えて、高回転を旨とするモータ/ジェネレータ1aの力行によりエンジン1を高回転でクランキングさせ、エンジン駆動されるオイルポンプO/Pからのオイル量を増大させて変速機クラッチCLの締結力が、変速機クラッチCLとエンジン1との間における変速機側回転系を確実に車速対応の速度まで回転上昇させ得る大きな締結力となるようにする。
これにより変速機クラッチCLはスリップすることがなくなり、過熱によって耐久性が低下するのを防止する。

以上のことから、ステップＳ14でNfin<300rpm（VSP<10km/h）の低車速域と判定する場合は、図4のタイムチャートがそれに相当するが、制御をステップＳ15に進めて、既存のスタータモータ3によりエンジン1を、瞬時t2以降のエンジン回転数Neの立ち上がりから明らかなようにクランキングして、エンジン1の始動制御を開始する。

かかるエンジン1の始動制御（クランキング）によりエンジン回転数Neは図4の瞬時t2より図示のごとくに立ち上がり、このとき、変速機クラッチCLの入力側回転数であるセカンダリプーリ回転数Nsecは、トルクコンバータT/Cのスリップ分および無段変速機構CVTの変速比i＝Npri/Nsec分だけエンジン回転数Neから乖離下に上昇する。
変速機クラッチCLの入力側回転数であるセカンダリプーリ回転数Nsecの上昇により、変速機クラッチCLの出力側回転数Nfinと、セカンダリプーリ回転数Nsec（変速機クラッチCLの入力側回転数）との間における変速機クラッチCLの入出力回転段差ΔN＝Nfin−Nsecは、図4の瞬時t2以降に示すごとくに漸減する。

次のステップＳ16においては、変速機クラッチCLの入出力回転段差ΔNが上記の漸減により同期判定用の微小設定値ΔNs未満になったか否かをチェックする。
ΔN≧ΔNs（変速機クラッチCLの入出力回転同期が未完）である間は、制御を元に戻してステップＳ15でのスタータモータ3によるエンジン1のクランキングによって、変速機クラッチCLの入出力回転段差ΔNを更に漸減させる。
これにより図4の瞬時t3におけるごとくΔN<ΔNsになった（変速機クラッチCLの入出力回転同期が完了した）とき、ステップＳ16がこのことを判定して制御をステップＳ17に進める。

このステップＳ17においては、図4の瞬時t3〜t5における変速機クラッチフラグ＝ONにより変速機クラッチCLをオイルポンプO/Pからのオイルで、図4の瞬時t3〜t4に示すように締結進行させ、瞬時t4に変速機クラッチCLは締結を完了する。
瞬時t3〜t4における変速機クラッチCLの締結進行により、変速機クラッチCLは入出力回転段差ΔNを同期判定用の微小設定値ΔNsから0にされる。

以上により、EV→HEVモード切り替えに際して行うべき変速機クラッチCLの締結が完了した瞬時t4以降の瞬時t6に、エンジントルクTeの立ち上がりから明らかなごとくエンジン1は、瞬時t2〜t6でのスタータモータ3によるクランキングと、説明を省略したが当該期間中任意タイミングの燃料噴射および点火とで完爆され、自立運転状態となる。
以上により瞬時t6に、EV→HEVモード切り替えに際して行うべきエンジン1の始動と変速機クラッチCLの締結との双方が完了し、EV→HEVモード切り替えが完了する。

ステップＳ14でNfin≧300rpm（VSP≧10km/h）の高車速域と判定する場合は前記したごとく、上記のような既存のスタータモータ3によるエンジン始動（クランキング）だと、エンジンクランキング回転数が低くて、エンジン駆動されるオイルポンプO/Pからのオイル量が十分でなくて変速機クラッチCLの締結力が不足し、変速機クラッチCLとエンジン1との間における変速機側回転系を車速対応の速度まで回転上昇させ得ず、変速機クラッチCLがスリップして過熱により耐久性を低下される。

そのため、ステップＳ14でNfin≧300rpm（VSP≧10km/h）の高車速域と判定する場合は、制御をステップＳ18へ進めて、その後ステップＳ16およびステップＳ17へ向かうループを選択する。
ステップＳ18においては、既存のスタータモータ3に代えて、高回転を旨とするモータ/ジェネレータ1aの力行によりエンジン1を高回転でクランキングさせ、エンジン駆動されるオイルポンプO/Pからのオイル量が、スタータモータ3によるエンジン始動よりも多くなるようにする。

これにより変速機クラッチCLの締結力が、変速機クラッチCLとエンジン1との間における変速機側回転系を確実に車速対応の速度まで回転上昇させ得る大きな締結力となり、高車速時における変速機クラッチCLのスリップ（過熱）を回避しつつ、前記したと同様なEV→HEVモード切り替え制御を完遂させることができる。

＜効果＞
上記した本実施例のEV→HEVモード切り替え制御によれば、図4に基づき以下に説明するような効果を奏することができる。
瞬時t1にEV→HEVモード切り替え要求が発生した場合、エンジン1を再始動すると共に変速機クラッチCLを締結して当該モード切り替えを行うが、変速機クラッチCLの締結時は、その入力側回転数（セカンダリプーリ回転数Nsec）がエンジン回転数Neに依存して低いのに対し、出力側回転数Nfinは車速VSPに対応して高い。
よってEV→HEVモード切り替えに際して行う変速機クラッチCLの締結は、入出力回転段差ΔNが大きい状態で開始され、大きなクラッチ締結ショック（EV→HEVモード切り替えショック）を発生する。

このショック対策のため無段変速機4を、変速機クラッチCLの入出力回転段差ΔNが小さくなるよう（変速機クラッチCLの入出力回転が同期するよう）変速させようとすると、無段変速機4がエンジン駆動されるオイルポンプO/Pからのオイルが不可欠であることから、エンジン1が運転されている必要があり、エンジン1が始動後の運転状態になってから変速機クラッチCLを締結することとなる。
かように始動後のエンジン運転状態では、変速機クラッチCLの入力側にエンジン1の大きなトルクが入力され、EV走行中は小さな電動モータトルク程度の小さな値である変速機クラッチCLの出力側トルクとの間に大きなトルク段差が発生する。

よって、変速機クラッチCLの入出力回転段差ΔNが小さくなるよう無段変速機4を変速させただけでは、変速機クラッチCLの上記大きな入出力トルク段差による締結ショック（EV→HEVモード切り替えショック）の発生を免れ得ない。
かといって当該ショック対策のために変速機クラッチCLの締結速度を遅くすると、変速機クラッチCLの締結完了までに長時間を要し、EV→HEVモード切り替え応答が悪くなって、応答遅れ中HEVモードで要求される駆動力が得らないという問題を生ずる。

しかし本実施例においては、エンジン1の始動および変速機クラッチCLの締結により行うEV→HEVモード切り替えに際し、エンジン1が自立運転を開始する瞬時t6よりも前におけるエンジン始動中の瞬時t3〜t4に変速機クラッチCLを締結させるため、
当該クラッチCLの締結時t3〜t4はエンジン1が自立運転前の始動中t2〜t6で、瞬時t3〜t4におけるエンジントルクTeの波形から明らかなように大きなエンジントルクが変速機クラッチCLに入力されることがなく、EV走行中は電動モータ2からの小さなモータトルク程度の値である変速機クラッチCLの出力側トルクとの間に大きなトルク段差を生ずることがない。

また、上記エンジン始動中t2〜t6におけるクランキングで変速機クラッチCLの入出力回転段差ΔNも瞬時t3にはショック上問題にならない程度まで小さくされ、この瞬時t3に変速機クラッチCLを、クランキング中のエンジン回転に応じたオイルポンプO/Pからのオイルで締結させることとしたため、
EV→HEVモード切り替えに際して行うべき変速機クラッチCLの締結を、ショック上問題にならない程度の小さなクラッチ入出力トルク段差および入出力回転段差のもとで行い得ることとなり、変速機クラッチCLの締結ショック（EV→HEVモード切り替えショック）を確実に軽減させることができる。

そのため当該ショック対策のために特に変速機クラッチCLの締結速度を遅くする必要がなく、変速機クラッチCLの締結完了までの時間を短縮し得て、EV→HEVモード切り替え（HEV走行への移行）が速やかに完遂され、HEV走行で要求される駆動力を高応答に発生させ得て、EV→HEVモード切り替え時の運転性を向上させることができる。

更に本実施例では、ステップＳ14でNfin<300rpm（VSP<10km/h）の低車速域と判定する場合、つまり低回転を旨とする既存のスタータモータ3によりエンジン1をクランキングしても、オイルポンプO/Pからのオイル量が変速機クラッチCLの締結力を、変速機クラッチCLとエンジン1との間における変速機側回転系を車速対応の速度まで回転上昇させ得る締結力にし得る低車速域である場合、既存のスタータモータ3によってエンジン1を始動させ（ステップＳ15）、
ステップＳ14でNfin≧300rpm（VSP≧10km/h）の高車速域と判定する場合、つまり低回転を旨とする既存のスタータモータ3によるエンジン始動（クランキング）だと、オイルポンプO/Pからのオイル量が十分でなくて変速機クラッチCLの締結力が不足し、変速機クラッチCLとエンジン1との間における変速機側回転系を車速対応の速度まで回転上昇させ得ず、変速機クラッチCLがスリップして過熱により耐久性を低下される高車速域である場合、既存のスタータモータ3に代えて、高回転を旨とするモータ/ジェネレータ1aによってエンジン1を始動させるため（ステップＳ18）、
全車速域に亘って上記の効果を達成することができる。

その他の実施例

なお図示例では、ハイブリッド車両が図1に示す駆動系を具えたものである場合のEV→HEVモード切り替え制御について説明を展開したが、本発明のモード切り替え制御は、ハイブリッド車両が図2に示す駆動系を具えたものである場合も同様に適用することができる。

この場合、図2の駆動系を具えたハイブリッド車両の副変速機31が、ハイクラッチH/C（高速段選択用摩擦要素）の締結で第2速選択状態となり、ローブレーキL/B（低速段選択用摩擦要素）の締結で第1速選択状態となり、これら双方の解放で動力伝達を行わない中立状態になるため、
副変速機31の第2速選択状態が要求される運転状況では、ハイクラッチH/C（高速段選択用摩擦要素）を図1における変速機クラッチCLとして用い、
副変速機31の第1速選択状態が要求される運転状況では、ローブレーキL/B（低速段選択用摩擦要素）を図1における変速機クラッチCLとして用いることを基本とする。

しかしEV→HEVモード切り替えに際しては、上記の運転状況に関係なくハイクラッチH/C（高速段選択用摩擦要素）を図1における変速機クラッチCLとして用い、このハイクラッチH/C（高速段選択用摩擦要素）をステップＳ17において締結させることでEV→HEVモード切り替えを遂行するのが有利である。

その理由は、ハイクラッチH/C（高速段選択用摩擦要素）の入力側回転数がローブレーキL/B（低速段選択用摩擦要素）の入力側回転数よりも高速であるため、ステップＳ15またはステップＳ18でのエンジン始動（クランキング）によって得られるハイクラッチH/C（高速段選択用摩擦要素）の入力側回転数の上昇がローブレーキL/B（低速段選択用摩擦要素）の入力側回転数の上昇よりも高く、エンジン1のクランキングによるクラッチ入出力回転の同期（ステップＳ16で「Yes」と判定するようになるタイミング）を早めることができ、EV→HEVモード切り替え応答を高め得るためである。

Claims

動力源としてエンジンのほかに電動モータを具え、前記エンジンが、該エンジンにより駆動されるポンプからのオイルを作動媒体とする変速機を介し車輪に駆動結合されており、これら変速機および車輪間が変速機内のクラッチにより切り離し可能であって、該クラッチを解放すると共に前記エンジンを停止させることにより前記電動モータのみにより走行される電気走行モードを選択可能であるほか、前記エンジンを始動させると共に前記クラッチを締結することにより前記電動モータおよびエンジンにより走行されるハイブリッド走行モードを選択可能なハイブリッド車両であって、該ハイブリッド車両が、前記エンジンのクランクシャフトに駆動結合して実装されるオルタネータを、力行も可能なモータ/ジェネレータに置き換えられ、該モータ/ジェネレータまたは既存のスタータモータにより前記エンジンを始動し得るよう構成したものである、ハイブリッド車両のモード切り替え制御装置において、
前記電気走行モードからハイブリッド走行モードへのモード切り替え時に行うべき前記エンジンの始動および前記クラッチの締結に際し、該エンジンが自立運転を開始するよりも前のエンジン始動中であって、該エンジン始動に伴って低下する前記クラッチの入出力回転段差が0となる前から前記クラッチの締結を行うよう構成し、
設定車速未満の低車速域では前記既存のスタータモータにより前記エンジン始動を行い、前記設定車速以上の高車速域では前記モータ/ジェネレータにより前記エンジン始動を行うよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のモード切り替え制御装置。
請求項1に記載されたハイブリッド車両のモード切り替え制御装置において、
前記設定車速は、前記クラッチの前記モード切り替え時における締結によって回転上昇される変速機側回転系の車速対応回転イナーシャが、前記始動中スタータモータによって得られるエンジンクランキング回転数に応じた前記ポンプからのオイル量で決まる前記クラッチの締結力未満となる低車速域の上限車速であることを特徴とするハイブリッド車両のモード切り替え制御装置。