JP2000002327A - ハイブリッド車の変速制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリッド車における変速ショックを防止
するとともに、回生効率を向上させる。 【解決手段】 三つの回転要素によって差動作用をおこ
なうトルク合成分配機構に内燃機関と電動機と発電機と
がそれぞれ個別の回転要素に連結されるとともに、電動
機が連結された回転要素に変速機が連結されたハイブリ
ッド車の変速制御装置であって、アップシフトおよびダ
ウンシフトを検出する変速検出手段（ステップ５）と、
アップシフトが検出された場合、変速機が連結された回
転要素の回転数が低下するように電動機の回生制御をお
こなうアップシフト回生手段（ステップ６）と、ダウン
シフトが検出された場合、変速機が連結された回転要素
の回転数が増大するように発電機の回生制御をおこなう
ダウンシフト回生手段（ステップ７）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガソリンエンジ
ンやディーゼルエンジンなどの内燃機関とモータやモー
タ・ジェネレータなどの電力によって動作してトルクを
出力する電動機および発電機とを動力源として備え、さ
らにその駆動源の出力側に変速機を備えたハイブリッド
車における変速を制御する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のハイブリッド車は、走行のため
の動力手段として電動機を備えているので、低車速でも
大きいトルクを出力することができ、また出力トルクを
反転させることもでき、そのために基本的には、変速機
が不要である。しかしながら電動機を含む動力源の小型
化を図るとすれば、その出力トルクが小さくなるので、
発進時や登坂時などにおいては、動力源で得られるトル
クが不足することになる。したがって電動機を含む動力
源の小型化などを考慮すれば、変速比を変更して駆動ト
ルクを増大させることのできる変速機をハイブリッド車
に搭載することになる。

【０００３】動力源の出力トルクの不足を補うことを主
目的として採用される変速機は、変速比幅が特に大きく
なくてもよく、また小型軽量であることが要求されるか
ら、常時噛み合い式の有段式変速機が好ましいと言え
る。その反面、有段式変速機で変速を実行する場合、回
転部材の回転数の変化に起因する慣性トルクによって変
速ショックが生じることがある。すなわち変速比を低下
させるアップシフトの場合には、入力回転数を変速後の
変速比における同期回転数にまで低下させる必要があ
り、また変速比を増大させるダウンシフトの場合には、
入力回転数を変速後の変速比における同期回転数にまで
増大させる必要があり、このような入力回転数の変化に
伴う慣性トルクが出力トルクに現れるので、これが変速
ショックとなることがある。

【０００４】有段式の変速機を備えたハイブリッド車に
おける変速ショックを防止するための装置が、例えば特
開平２−１５７４３７号公報や特開平４−３２８０２４
号公報に記載されている。これらの公報に記載された装
置は、電気的な動力手段としてモータ・ジェネレータを
用いたハイブリッド車を対象とする装置であって、変速
比を大きくするダウンシフト時にはモータ・ジェネレー
タを電動機として機能させて変速機の入力回転数を強制
的に上昇させる一方、変速比を小さくするアップシフト
時にはモータ・ジェネレータを発電機として機能させて
制動力を発生させるとともに、入力回転数を強制的に低
下させるように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の装置
は、エンジンと電動機とを直列に連結した構成であり、
電動機を外力によって強制的に回転させることにより動
力の回生をおこなうことができるので、アップシフトの
際には、その機能を利用して変速機の入力回転数を低下
させ、同時に発電をおこなっている。しかしながらダウ
ンシフトの場合には、入力回転数を増大させなければな
らないが、上記従来の装置では、電動機の回転数を増大
させることにより入力回転数を増大させている。したが
ってその場合は、蓄電装置から電力を出力して電動機を
駆動状態とすることになる。しかしながらこれは単に変
速のための電力の消費であり、そのためにハイブリッド
車の全体としての燃費の悪化要因になる可能性があっ
た。

【０００６】この発明は上記の事情を背景にしてなされ
たものであり、変速ショックを改善でき、しかも燃費の
向上を図ることのできるハイブリッド車の変速制御装置
を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の課
題を解決するために、請求項１に記載した発明は、内燃
機関が、三つの回転要素によって差動作用をおこなうト
ルク合成分配機構のいずれかの回転要素に連結されると
ともに、発電機が他の回転要素に連結され、また電動機
が更に他の回転要素に連結され、前記発電機が連結され
た回転要素もしくは電動機が連結された回転要素に変速
機が連結されたハイブリッド車の変速制御装置におい
て、前記変速機によるアップシフトおよびダウンシフト
を検出する変速検出手段と、その変速検出手段でアップ
シフトが検出された場合、前記変速機が連結された回転
要素の回転数が低下するように前記電動機もしくは発電
機の回生制御をおこなうアップシフト回生手段と、前記
変速検出手段でダウンシフトが検出された場合、前記変
速機が連結された回転要素の回転数が増大するように前
記発電機もしくは電動機の回生制御をおこなうダウンシ
フト回生手段とを備えていることを特徴とするものであ
る。

【０００８】したがって請求項１の発明においては、ア
ップシフトの場合、電動機もしくは発電機による回生動
作によって変速機の入力回転数が低下させられ、またダ
ウンシフトの場合も、同様に、発電機もしくは電動機の
回生動作によって変速機の入力回転数が増大させられ
る。そのため、請求項１の発明によれば、アップシフト
およびダウンシフトのいずれの場合であっても、入力回
転数が変速後の変速比での同期回転数に近似することに
なるので、変速ショックが防止もしくは抑制される。ま
た、これらいずれの変速の場合であっても、発電機と電
動機とのいずれかが回生動作するので、それに伴うエネ
ルギの回収により燃費を向上させることができる。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１の構成
に加えて、前記アップシフト回生手段もしくはダウンシ
フト回生手段が前記発電機もしくは電動機の回生制御を
おこなう際に前記内燃機関の運転状態を、燃費と排ガス
の浄化度との少なくともいずれか一方が悪化しない運転
状態に制御する運転状態制御手段を更に備えていること
を特徴とするハイブリッド車の変速制御装置である。

【００１０】したがって請求項２の発明によれば、トル
ク合成分配機構での三つの回転要素の回転数が相互に関
連するものの、変速の際の回生制御に伴う回転変化は、
内燃機関を連結してある回転要素の回転数に特には関係
しないので、内燃機関が燃費もしくは排ガスの浄化度の
良好になる運転状態に制御される。その結果、変速に伴
う燃費の悪化や排ガスの悪化を防止することができる。
このような運転状態の制御内容が、内燃機関の回転数を
一定に保つ制御あるいは回転数が急激に変化することを
防止する制御であれば、騒音の防止を図ることもでき
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明を図面を参照し
てより具体的に説明する。図２はこの発明で対象とする
ハイブリッド車の駆動系統を模式的に示しており、エン
ジン（内燃機関）１とモータ（電動機）２とジェネレー
タ（発電機）３との三者が、トルク合成分配機構４を介
して相互に連結されている。このトルク合成分配機構４
は、三つの回転要素を有し、それらの回転要素の間で差
動作用をなすものであり、それらの回転要素のうちモー
タ２を連結してある回転要素に変速機５が連結されてい
る。したがってエンジン１のトルクとモータ２のトルク
とをトルク合成分配機構４で合成して変速機５に出力
し、またモータ２のトルクを単独で変速機５に伝達し、
さらにエンジン１のトルクをジェネレータ３と変速機５
とに分割して伝達するように構成されている。

【００１２】前記モータ２とジェネレータ３とは、イン
バータ６に電気的に接続され、またそのインバータ６に
バッテリー（蓄電器）７が接続されている。このインバ
ータ６にはモータ２およびジェネレータ３を制御するた
めの電子制御装置（モータＥＣＵ）８が接続されてい
る。このモータＥＣＵ８は、いわゆるマイクロコンピュ
ータを主体として構成されたものであり、モータ２の駆
動および回生動作ならびにジェネレータ３の回生動作を
制御するようになっている。また、前記エンジン１を制
御する電子制御装置（エンジンＥＣＵ）９が設けられて
いる。このエンジンＥＣＵ９は、図示しないアクセルペ
ダルの踏み込み角度などの出力要求に基づいてスロット
ル開度を制御することによりエンジン出力を制御し、ま
たその他の入力信号に基づいてエンジン１の回転数など
の駆動状態を制御するようになっている。

【００１３】さらに、変速機５は、変速比を電気的制御
によって変更することのできるいわゆる自動変速機であ
って、その変速制御のための電子制御装置（Ｔ−ＥＣ
Ｕ）１０が設けられている。このＴ−ＥＣＵ１０は、マ
イクロコンピュータを主体として構成されたものであ
り、車速やアクセル開度などの入力信号およびその他の
入力信号に基づいて変速機５で設定する変速比を制御す
るように構成されている。そして、前記バッテリー７の
充電状態を制御するために、マイクロコンピュータを主
体とする電子制御装置（バッテリーＥＣＵ）１１が設け
られている。

【００１４】上記の各ＥＣＵ８，９，１０，１１は相互
にデータ通信可能に接続されており、モータＥＣＵ８と
エンジンＥＣＵ９との間では、モータ要求トルクやジェ
ネレータ要求トルク、エンジンパワー要求、エンジン回
転数などのデータが相互に伝達されている。また、モー
タＥＣＵ８とＴ−ＥＣＵ１０との間では、変速要求や車
速、アクセル開度、変速段などのデータが相互に伝達さ
れている。さらにモータＥＣＵ８とバッテリーＥＣＵ１
１との間では、バッテリー７の充電状態（ＳＯＣ）や電
流についてのデータが相互に伝達されている。

【００１５】図３は、上記のハイブリッド車における駆
動系統を示しており、シングルピニオン型遊星歯車機構
によってトルク合成分配機構４が構成されている。すな
わちこのトルク合成分配機構４は、サンギヤ２０と、そ
のサンギヤ２０に対して同心円上に配置されたリングギ
ヤ２１と、これらサンギヤ２０とリングギヤ２１とに噛
合したピニオンギヤを保持しているキャリヤ２２とを回
転要素としたものであり、そのサンギヤ２０にジェネレ
ータ３のロータ２３が一体に回転するように連結され、
またリングギヤ２１にモータ２のロータ２４が一体に回
転するように連結されている。なお、これらジェネレー
タ３およびモータ２は、トルク合成分配機構４を挟んだ
両側に、同一軸線上に並んで配置されている。またジェ
ネレータ３を挟んでトルク合成分配機構４とは反対側に
エンジン１が配置されている。そのエンジン１の出力軸
が前記キャリヤ２２に一体的に連結されている。そし
て、上記のリングギヤ２２にドライブスプロケット２５
が一体的に取り付けられている。

【００１６】上述したトルク合成分配機構４と平行に変
速機５が配置されている。図３に示す例では、この変速
機５は、ハイ・ローの二段に切り替えることができるよ
うに構成された常時噛み合い式の変速機である。すなわ
ち入力軸２６と出力軸２７とが互いに平行に配置され、
その入力軸２６には、前記ドライブスプロケット２５に
巻き掛けたチェーン２８が巻き掛けられたドリブンスプ
ロケット２９が取り付けられている。またこの入力軸２
６には、低速段ドライブギヤ３０と高速段ドライブギヤ
３１とが回転自在に取り付けられている。これらのドラ
イブギヤ３０，３１の間に同期連結機構（シンクロナイ
ザー）３２が配置されており、そのシンクロナイザー３
２におけるハブスリーブ３３を軸線方向に移動させるこ
とにより、入力軸２６といずれか一方のドライブギヤ３
０，３１とが連結されるようになっている。なお、この
ハブスリーブ３３は、前記Ｔ−ＥＣＵ１０が出力する変
速信号によって図示しないアクチュエータが動作するこ
とにより図３の左右方向に移動させられるようになって
いる。

【００１７】これに対して、出力軸２７には、前記低速
段ドライブギヤ３０に噛合した低速段ドリブンギヤ３４
と、高速段ドライブギヤ３１に噛合した高速段ドリブン
ギヤ３５とが一体的に回転するように取り付けられてい
る。さらにこの出力軸２７には、出力ギヤ３６とパーキ
ングギヤ３７とが一体的に取り付けられており、その出
力ギヤ３６にはデファレンシャル３８のリングギヤ３９
が噛合している。またパーキングギヤ３７には、図示し
ないパーキングロックポールを選択的に係合させて車両
を停止状態に維持するように構成されている。

【００１８】上記の駆動系統を備えたハイブリッド車で
は、エンジン１の出力するトルクとモータ２の出力する
トルクとを、トルク合成分配機構４で合成してリングギ
ヤ２１からチェーン２８を介して変速機５に出力するこ
とができる。その場合、エンジン１を一定の運転状態に
維持しておき、これに対してモータ２のトルクを増減す
ることにより、変速機５に対する入力トルクを増減する
ことができる。またエンジン１の出力するトルクをリン
グギヤ２１から変速機５に出力すると同時にジェネレー
タ３を駆動することにより、走行中に発電をおこなうこ
ともできる。さらにモータ２とジェネレータ３とは実質
的に同一の構成であり、したがってエンジン１によって
モータ２を駆動するとともにモータ２に負荷を接続する
ことにより、モータ２に回生動作をおこなわせ、電力を
回収することができる。

【００１９】一方、変速機５は、基本的には、アクセル
開度などによって代表される駆動要求量と車速とによっ
て変速が判断され、その結果、Ｔ−ＥＣＵ１０から出力
される変速信号によってシンクロナイザー３２が切り替
わることにより、低速段もしくは高速段に切り替えられ
る。この変速機５での変速の際にその入力側の回転部材
の回転数を、変速後の変速段での同期回転数にまで変化
させる必要があり、この変化に伴う慣性トルクが駆動ト
ルクに現れると、変速ショックが発生することがある。
そこでこの発明に係る上述した制御装置は、変速の際に
以下の制御を実行する。

【００２０】図１はその制御例を説明するためのフロー
チャートであって、変速指示があった場合（ステップ
１）、現在のモータ回転数Ｎm を検出する（ステップ
２）。これは前記モータＥＣＵ８によっておこなうこと
ができる。また現在の車速Ｖを検出する（ステップ
３）。これは例えばエンジンＥＣＵ９に入力されている
信号に基づいておこなうことができる。さらにこの車速
Ｖと変速後の変速比とに基づいて変速後のモータ回転数
Ｎm'を算出する（ステップ４）。この変速前後のモータ
回転数Ｎm ，Ｎm'を比較する（ステップ５）。

【００２１】変速後のモータ回転数Ｎm'が変速前より低
下するのであれば、アップシフトが指示されたことにな
り、この場合は、モータ回転数Ｎm がステップ４で算出
された回転数Ｎm'となるようにモータ２を回生制御する
（ステップ６）。具体的には、モータ２を発電機として
機能させるとともに、モータ２に電気的な負荷を接続
し、モータ２およびこれにチェーン２８を介して連結さ
れている変速機５の入力軸２６などの変速機５の入力側
の部材の有する運動エネルギを電力として回収し、同時
にその入力軸２６の回転数を低下させる。

【００２２】一方、変速後のモータ回転数Ｎm'が変速前
より増大するのであれば、ダウンシフトが指示されたこ
とになり、この場合は、モータ回転数Ｎm がステップ４
で算出された回転数Ｎm'となるように、ジェネレータ３
を回生制御する（ステップ７）。図４は、シングルピニ
オン型遊星歯車機構からなる前記トルク合成分配機構４
の共線特性を示す線図であり、キャリヤ２２に連結され
ているエンジン１の回転数を一定に維持したまま、サン
ギヤ２０に連結されているジェネレータ３の回転数を下
げると、リングギヤ２１およびこれに連結されているモ
ータ２およびドライブスプロケット２９の回転数が増大
する。したがってジェネレータ３に電気的な負荷を与え
て発電をおこなわせることにより、エンジン１の出力に
よってモータ２およびこれにチェーン２８を介して連結
されている変速機５の入力軸２６などの変速機５の入力
側の部材の回転数を増大させるだけでなく、同時に電力
を回収する。したがって上記のステップ５の機能が請求
項１の変速検出手段に相当し、またステップ６り機能が
請求項１のアップシフト回生手段に相当し、さらにステ
ップ７の機能が請求項１におけるダウンシフト回生手段
に相当する。

【００２３】上述したエネルギの回生を伴うモータ回転
数Ｎm の制御を、変速後の回転数Ｎm'に達するまで、す
なわちステップ８で肯定判断されるまで継続する。そし
てモータ回転数Ｎm が変速後の回転数Ｎm'に達した時
点、すなわちステップ８で肯定判断された場合に、変速
を実施する（ステップ９）。

【００２４】アップシフトおよびダウンシフトの際にエ
ネルギの回生を伴うモータ回転数Ｎm の制御を上記のよ
うにして実行した場合、モータ２がリングギヤ２１およ
びチェーン２８を介して変速機５の入力軸２６に連結さ
れているので、モータ回転数Ｎm の変化と同時に変速機
５の入力回転数が変化する。そのため、変速時の過渡的
な制御である上記のモータ回転数Ｎm の制御に伴って出
力回転数あるいは車速が変化しないようにするために、
上記のモータ回転数Ｎm の制御は、シンクロナイザー３
２が中立状態にある場合に実行することが好ましい。す
なわちハブスリーブ３３がいずれのドライブギヤ３０，
３１にも係合していない状態でモータ２もしくはジェネ
レータ３による回生制御を実施してモータ回転数Ｎm あ
るいは変速機５の入力軸２６の回転数を変化させる。し
たがってステップ９での変速の実施は、中立状態にある
シンクロナイザー３２のハブスリーブ３３を高速段ドラ
イブギヤ３１もしくは低速段ドライブギヤ３０に係合さ
せることを意味している。また、変速機が多板クラッチ
や多板ブレーキなどの摩擦係合装置の係合・解放によっ
て変速を実行する自動変速機であれば、モータ回転数Ｎ
m の変更を、変速過渡期のイナーシャ相で実行すること
が好ましい。

【００２５】このようにして変速が実施されることによ
り、シンクロナイザー３３が切り替わる時点では、互い
に連結される回転部材の回転数がほぼ一致している。そ
のため変速の実行に伴う急激な回転変化やそれに起因す
る慣性トルクが殆ど生じないので、変速ショックが効果
的に防止される。また、アップシフトおよびダウンシフ
トのいずれであってもエネルギの回生をおこなうことが
できるので、燃費を向上させることができる。

【００２６】ところで、変速機５における入力回転数
（モータ回転数Ｎm ）を変速後の回転数Ｎm'に変化させ
る場合、モータ２あるいはジェネレータ３の回生制御に
伴ってエンジン１に対する負荷変動が生じる。その場
合、エンジン回転数を一定に維持し、もしくはエンジン
回転数が急激に変化しないように制御する。このように
すれば、エンジン１での燃費の悪化や、エンジン１から
の排ガスの浄化度の低下を防止することができる。ま
た、エンジン１およびモータ２ならびにジェネレータ３
は、上記のようにトルク合成分配機構４によって相互に
連結され、それぞれのトルクが関連し合っているので、
それぞれのトルクを勘案してエンジン制御をおこなう。
このようにすれば、変速中にエンジン負荷が変動して
も、燃費や排ガスの悪化を防止することができる。変速
中におけるエンジン１のこのような制御をおこなう手段
が請求項２における運転状態制御手段に相当する。

【００２７】なお、この発明は上記の具体例に限定され
ないのであり、変速機は有段式変速機以外に無段変速機
であってもよい。また、トルク合成分配機構は、上述し
たシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成された
ものに限定されないのであり、要は、差動作用をなす３
つの回転要素を備えた機構であればよい。さらに上記の
具体例では、モータに変速機を連結した構成としたが、
これとは異なり、ジェネレータに変速機を連結した構成
としてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、アップシフトの場合、発電機もしくは電動機に
よる回生動作によって変速機の入力回転数が低下させら
れ、またダウンシフトの場合も、同様に、発電機もしく
は電動機の回生動作によって変速機の入力回転数が増大
させられるため、アップシフトおよびダウンシフトのい
ずれの場合であっても、変速機の入力回転数が変速後の
変速比での同期回転数に近似することになるので、変速
ショックを有効に防止もしくは抑制することができ、同
時に、これらいずれの変速の場合であっても、発電機と
電動機のとのいずれかが回生動作するので、それに伴う
エネルギの回収により燃費を向上させることができる。

【００２９】また、請求項２の発明によれば、変速時に
電動機もしくは発電機によって変速機の入力回転数を制
御すると同時に、内燃機関の回転数を制御するので、燃
費や排ガスの悪化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１の発明による制御例を説明するため
のフローチャートである。

【図２】 この発明で対象とするハイブリッド駆動装置
の一例を模式的に示すブロック図である。

【図３】 その変速機を含む動力伝達系統を示すスケル
トン図である。

【図４】 そのトルク合成分配機構の共線図である。

【符号の説明】

１…エンジン、 ２…モータ、 ３…ジェネレータ、
４…トルク合成分配機構、 ５…変速機、 ７…バッテ
リー、 ８…モータＥＣＵ、 ９…エンジンＥＣＵ、
１０…Ｔ−ＥＣＵ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関が、三つの回転要素によって差
   動作用をおこなうトルク合成分配機構のいずれかの回転
   要素に連結されるとともに、発電機が他の回転要素に連
   結され、また電動機が更に他の回転要素に連結され、前
   記発電機が連結された回転要素もしくは電動機が連結さ
   れた回転要素に変速機が連結されたハイブリッド車の変
   速制御装置において、 前記変速機によるアップシフトおよびダウンシフトを検
   出する変速検出手段と、 その変速検出手段でアップシフトが検出された場合、前
   記変速機が連結された回転要素の回転数が低下するよう
   に前記電動機もしくは発電機の回生制御をおこなうアッ
   プシフト回生手段と、 前記変速検出手段でダウンシフトが検出された場合、前
   記変速機が連結された回転要素の回転数が増大するよう
   に前記発電機もしくは電動機の回生制御をおこなうダウ
   ンシフト回生手段とを備えていることを特徴とするハイ
   ブリッド車の変速制御装置。
2. 【請求項２】 前記アップシフト回生手段もしくはダウ
   ンシフト回生手段が前記発電機もしくは電動機の回生制
   御をおこなう際に前記内燃機関の運転状態を、燃費と排
   ガスの浄化度との少なくともいずれか一方が悪化しない
   運転状態に制御する運転状態制御手段を更に備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の変
   速制御装置。