JP2005016559A - ハイブリッド車のモード遷移制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発進または走行状態での適切な定常モードを判別しながら、無段変速比モードと固定変速比モードとの間の頻繁なモード遷移を回避することで、駆動力ショックの発生頻度を抑制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。
【解決手段】係合要素が解放状態の無段変速比モードと係合要素が締結状態の固定変速比モードのモード遷移を行うハイブリッド車のモード遷移制御装置において、車速と目標駆動力により無段変速比モード領域と固定変速比モード領域とをオーバーラップ領域を含んで定常モード領域マップを設定したモード領域マップ設定手段を設け、モード選択手段は、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で両モードを選択可能なオーバーラップ領域に存在する場合、他方の変速比モードへの変更を禁止する手段とした。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発進または走行状態で選択される定常モードとして、無段変速比モードに加えて係合要素の締結による固定変速比モードを有するハイブリッド車のモード遷移制御装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
４個以上の要素を有する２自由度の例えば遊星歯車機構により構成する差動装置に、駆動系統への出力を割り当てた要素以外の要素にブレーキを設けたパワートレーンシステムを適用したハイブリッド車両においては、例えば、ある速度で走行している状態において、２つのモータのみで無段変速比を得る電気自動車モード（＝ＥＶモード）と、ローブレーキを締結した固定変速比にて２つのモータで駆動する電気自動車−ローブレーキモード（＝ＥＶ−ＬＢモード）との間でモード遷移を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−３４１５３号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のハイブリッド車のモード遷移制御装置において、ＥＶモードからＥＶ−ＬＢモードに遷移する場合、締結するローブレーキの速度がゼロでない状態でローブレーキを締結すると、各要素の回転速度が強制的に変更された結果としてローブレーキの速度がゼロになるわけであるから、この各要素の速度の変化、すなわち加速度により慣性トルクが発生し、これらに応じて駆動力ショックが発生するという問題点があった。あるいは、ＥＶ−ＬＢモードからＥＶモードに遷移する場合も同様に、ブレーキ解放時の各要素に働く慣性力に対する反力バランスで駆動力ショックが発生するという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、発進または走行状態での適切な定常モードを判別しながら、無段変速比モードと固定変速比モードとの間の頻繁なモード遷移を回避することで、駆動力ショックの発生頻度を抑制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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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つのモータによる動力源と、
前記各動力源がそれぞれ回転要素に連結される遊星歯車列と、解放により無段変速機能を有する状態から締結することで固定変速比を得る係合要素と、を有する差動歯車変速機と、
前記係合要素が解放状態の無段変速比モードと前記係合要素が締結状態の固定変速比モードのうち、いずれかの定常モードを選択するモード選択手段と、
前記無段変速比モードと固定変速比モードとの間のモード遷移時、前記係合要素の締結・解放を制御する係合要素制御手段と、を備えたハイブリッド車のモード遷移制御装置において、
車速を検出する車速検出手段と、
目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、
車速と目標駆動力により無段変速比モード領域と固定変速比モード領域とをオーバーラップ領域を含んで定常モード領域マップを設定したモード領域マップ設定手段と、を設け、
前記モード選択手段は、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で両モードを選択可能なオーバーラップ領域に存在する場合、他方のモードへの変更を禁止する手段とした。
【０００７】
【発明の効果】
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、モード選択手段において、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で両モードを選択可能なオーバーラップ領域に存在する場合、他方のモードへの変更が禁止されるため、発進または走行状態での適切な定常モードを判別しながら、無段変速比モードと固定変速比モードとの間の頻繁なモード遷移を回避することで、駆動力ショックの発生頻度を抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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実施の形態を、図面に示す第１実施例に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
【００１０】
［ハイブリッドシステム構成］
図１は第１実施例のハイブリッド車のモード遷移制御装置が適用されたハイブリッドシステムを示す全体図である。第１実施例装置の駆動系は、図１に示すように、動力源として、エンジン１と同軸多層モータ２（２つのモータ）を有し、変速機として、差動歯車変速機３を有し、出力機構として、出力ギヤ４と、カウンターギヤ５と、ドライブギヤ６と、ディファレンシャル７と、ドライブシャフト８，８と、を有して構成されている。
【００１１】
前記エンジン１は、エンジン出力軸１０とエンジンクラッチＥＣを介して、前記差動歯車変速機３の第２リングギヤＲ２に連結されている。このエンジンクラッチＥＣは、油圧多板クラッチにより構成されている。
【００１２】
前記同軸多層モータ２は、図１に示すように、モータ室１３内に配置され、モータ＆ギヤケース９に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの外側に配置し、図外の永久磁石を埋設したアウターロータＯＲと、前記ステータＳの内側に配置し、図外の永久磁石を埋設したインナーロータＩＲと、を同軸上に配置することで構成されている。
前記同軸多層モータ２を構成するインナーロータＩＲに、第１モータジェネレータ出力軸１１が連結され、前記同軸多層モータ２を構成するアウターロータＯＲに、第２モータジェネレータ出力軸１２が連結されている。以下、「ステータＳ＋インナーロータＩＲ」を第１モータジェネレータＭＧ１といい、「ステータＳ＋アウターロータＯＲ」を第２モータジェネレータＭＧ２という。
【００１３】
前記差動歯車変速機３は、ギヤ室１４内に配置されたラビニョウ型遊星歯車列と、ローブレーキＬＢ（係合要素）と、ハイブレーキＨＢ（係合要素）と、を有して構成されている。
前記ラビニョウ型遊星歯車列は、互いに噛み合う第１ピニオンＰ１と第２ピニオンＰ２を支持する共通キャリヤＣと、第１ピニオンＰ１に噛み合う第１サンギヤＳ１と、第２ピニオンＰ２に噛み合う第２サンギヤＳ２と、第１ピニオンＰ１に噛み合う第１リングギヤＲ１と、第２ピニオンＰ２に噛み合う第２リングギヤＲ２と、の５つの回転要素を有する。
前記ローブレーキＬＢは、油圧多板クラッチにより構成され、締結により前記第１リングギヤＲ１をモータ＆ギヤケース９に固定する。
前記ハイブレーキＨＢは、油圧多板クラッチにより構成され、締結により第１サンギヤＳ１をモータ＆ギヤケース９に固定する。
【００１４】
前記差動歯車変速機３の４つの回転要素と動力源および出力部材との連結関係は、前記第２リングギヤＲ２とエンジン出力軸１０とをエンジンクラッチＥＣを介して連結し、前記第１サンギヤＳ１と第１モータジェネレータ出力軸１１とを連結し、前記第２サンギヤＳ２と第２モータジェネレータ出力軸１２とを連結し、前記共通キャリヤＣに出力ギヤ４を連結している。
これにより、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（Ｓ１）、エンジンＥＮＧ（Ｒ２）、出力ギヤ４Ｏｕｔ（Ｃ）、第２モータジェネレータＭＧ２（Ｓ２）の回転速度順にてあらわされ、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を導入することができる。
【００１５】
よって、出力軸回転数Ｎｏが既知であるとすると、エンジン１と２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のあわせて３つの回転数Ｎｏ，Ｎ１，Ｎ２のうち１つを決定することによりすべての回転数関係（速度関係）が決まり、すなわち変速比も決まることになる。この意味で、エンジン１と２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のうち１つを速度制御をすることは変速比を制御することと等価である。一方、速度線図上での４つのトルクＴ１，Ｔｅ，Ｔｏ，Ｔ２の関係については、２つのトルクを決めることにより、速度関係によらず残る２つのトルクの値が決まることが知られている。例えば、図１に示す差動歯車変速機３では、図３に示すように、
Ｔ１＋Ｔｅ＋Ｔ２＝Ｔｏ
（α＋１）Ｔ１＋Ｔｅ＝βＴ２
２つのトルクバランス式が常に成立する。
【００１６】
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、キャリヤ、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なるように配置したものである。
【００１７】
そして、前記ハイブレーキＨＢは、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、締結により変速比をオーバードライブ側のハイ変速比に固定する。前記ローブレーキＬＢは、図２の共線図上において、出力ギヤ４の回転速度軸と第２モータジェネレータＭＧ２の回転速度軸との間の位置に配置され、締結により変速比をアンダードライブ側のロー変速比に固定する。
【００１８】
前記出力ギヤ４からの出力回転及び出力トルクは、カウンターギヤ５→ドライブギヤ６→ディファレンシャル７を経過し、ドライブシャフト８，８から図外の駆動輪へ伝達される。
【００１９】
第１実施例装置の制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ２１と、スロットルバルブアクチュエータ２２と、モーターコントローラ２３と、インバータ２４と、バッテリ２５と、ハイブリッドコントローラ２６と、アクセル開度センサ２７と、車速センサ２８（車速検出手段）と、モード選択スイッチ２９と、エンジン回転数センサ３０と、第１モータジェネレータ回転数センサ３１と、第２モータジェネレータ回転数センサ３２と、油圧コントロールユニット３３と、を有して構成されている。
【００２０】
前記エンジンコントローラ２１は、アクセル開度センサ２７からのアクセル開度情報とエンジン回転数センサ３０からのエンジン回転数情報を入力し、ハイブリッドコントローラ２６からの指令に応じてエンジン回転数とエンジントルクを制御する指令をスロットルバルブアクチュエータ２２へ出力する。
【００２１】
前記モータコントローラ２３は、レゾルバによる両モータジェネレータ回転数センサ３１，３２からの回転数情報を入力し、第１モータジェネレータＭＧ１の回転数及びトルクと、第２モータジェネレータＭＧ２の回転数及びトルクと、をそれぞれ独立に制御する指令をインバータ２４へ出力する。
【００２２】
前記インバータ２４は、前記同軸多層モータ３のステータＳのコイルに接続され、モータコントローラ２３からの指令により、インナーロータＩＲへの駆動電流とアウターロータＯＲへの駆動電流とを複合させた複合電流を作り出す。このインバータ２４にはバッテリ２５が接続されている。
【００２３】
前記油圧コントロールユニット３３は、ハイブリッドコントローラ２６からの指令を受け、エンジンクラッチＥＣとハイブレーキＨＢとローブレーキＬＢの締結制御及び解放制御を行う。
【００２４】
前記ハイブリッドコントローラ２６は、車速センサ２８からの車速情報やエンジンコントローラ２１からのアクセル開度情報及びエンジン回転数情報を入力して所定の演算処理を行う。そして、エンジンコントローラ２１、モータコントローラ２３、油圧コントロールユニット３３に対し演算処理結果にしたがって制御指令を出力する。
【００２５】
なお、ハイブリッドコントローラ２６とエンジンコントローラ２１、および、ハイブリッドコントローラ２６とモータコントローラ２３とは、それぞれ双方向通信線により接続されている。
【００２６】
［ハイブリッドコントローラ２６について］
図４は第１実施例装置のハイブリッドコントローラ２６を示す制御ブロック図であり、目標駆動力生成部２６ａ（目標駆動力算出手段）、バッテリ状態判定部２６ｂ、最適燃費モード選択手段２６ｃ（モード選択手段）、各モード目標値生成部２６ｄ、モード遷移条件部２６ｅ、レバー目標値生成部２６ｆ、レバー制御部２６ｇ、オブザーバ２６ｈ、最終指令値決定部２６ｉ、油圧制御部２６ｊ（係合要素制御手段）、を有している。
【００２７】
前記目標駆動力生成部２６ａは、車速信号・アクセル開度・レンジ信号から、目標駆動力を生成し、最適燃費モード選択手段２６ｃと各モード目標値生成部２６ｄへ出力する。
【００２８】
前記バッテリ状態判定部２６ｂは、バッテリ２５の著しい劣化を招くことなく、エネルギ授受を行うため、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）関連の付帯演算と瞬時パワーの各種制限とを演算し、現在の充電状態（ＳＯＣ）とバッテリ２５の入出力電力可能範囲を、最適燃費モード選択手段２６ｃと各モード目標値生成部２６ｄへ出力する。
【００２９】
前記最適燃費モード選択手段２６ｃは、バッテリ充電状態・目標駆動力・車速に応じ、各モード毎の最適燃費が得られる領域を互いにオーバーラップする領域を含みながら設定した定常モード領域マップを用いる（モード領域マップ設定手段）。この定常モード領域マップ上での運転点（バッテリ充電状態・目標駆動力・車速）が属するモードがただ１つの場合はその定常モードを選択し、また、定常モード領域マップ上での運転点が属するモードが複数の場合は現在選択されている定常モードを優先選択し、選択した定常モードを「推奨モード」として各モード目標値生成部２６ｄとモード遷移条件部２６ｅへ出力する。
【００３０】
前記各モード目標値生成部２６ｄは、最適燃費モード選択手段２６ｃから「推奨モード」を受け取り、各「推奨モード」毎に目標値を生成し、生成した目標値をレバー目標値生成部２６ｆへ出力する。速度動作点としては、４要素のうち、任意の二つで足りる。トルク指令については、三つのトルクアクチュエータ（エンジン１，モータージェネレータＭＧ１，ＭＧ２）それぞれのトルク指令を出力する。
【００３１】
前記モード遷移条件部２６ｅは、最適燃費モード選択手段２６ｃから「推奨モード」、センサからの速度状態、オブザーバ２６ｈからのエンジントルク推定値などを受け取る。また、車両の各システムからの準備完了信号を受け取り、全体および各モード遷移の許可・禁止を決定する。モード遷移が許可されたときには、遷移シーケンスに応じて順次制御を切り替えてゆく（遷移ステップ）。また、必要なシーケンス遷移ステップにおいて、エンジン始動・停止の判定やブレーキの締結・解放の制御を行う。
【００３２】
前記レバー目標値生成部２６ｆは、モード遷移条件部２６ｅからのシーケンス遷移ステップに応じて、各モード目標値生成部２６ｄから出力される始点モードの速度指令・トルク指令と、終点モードの速度指令・トルク指令とから、滑らかなレバー目標値である瞬時速度指令値・トルク指令値を生成し、レバー制御部２８ｇへ出力する。
【００３３】
前記レバー制御部２６ｇは、無段変速比モードと固定変速比モードでの変速比制御部と駆動力制御部を有し、レバー目標値生成部２６ｆからの瞬時速度指令値（車速に対するエンジン１とモータージェネレータＭＧ１，ＭＧ２のどの速度でもよい）とトルク指令値をフィードバック制御により達成し、最終指令値決定部２６ｉに出力する。
【００３４】
前記オブザーバ２６ｈは、エンジントルク推定値や走行抵抗トルク推定値などを生成し、モード遷移条件部２６ｅやレバー制御部２６ｇへ出力する。
【００３５】
前記最終指令値決定部２６ｉは、モード遷移条件部２６ｅからのシーケンス遷移ステップ、レバー制御部２６ｇからの速度指令値およびトルク指令値を取り込み、バッテリ状態を勘案しながらモータトルク指令値をモータコントローラ２３に出力し、エンジントルク指令値をエンジンコントローラ２１に出力する。
【００３６】
前記油圧制御部２６ｊは、モード遷移条件部２６ｅからのシーケンス遷移ステップを受け取り、それに基づき、エンジンクラッチＥＣ、ローブレーキＬＢ、ハイブレーキＨＢを締結・解放する指令を油圧コントロールユニット３３へ出力する。
【００３７】
［定常モードについて］
第１実施例装置の場合、このハイブリッドシステムによる定常モードとして、両ブレーキＬＢ，ＨＢを解放して無段変速比を得る『無段変速比モード』と、両ブレーキＬＢ，ＨＢのうち、一方のブレーキを締結して固定変速比を得る『固定変速比モード』と、を有する。
【００３８】
前記『無段変速比モード』としては、エンジン１と両モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を動力源として使用する「Ｅ−ｉＶＴモード」と、両モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のみを動力源として使用する「ＥＶモード」と、を有する。
【００３９】
前記『固定変速比モード』としては、ローブレーキＬＢを締結したままでエンジン１と一方のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で走行する「ＬＢモード」と、ハイブレーキＨＢを締結したままでエンジン１と第２モータジェネレータＭＧ２で走行する「ＨＢモード」と、ローブレーキＬＢを締結したままで２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のみで走行する「ＥＶ−ＬＢモード」と、ハイブレーキＨＢを締結したままで第２モータジェネレータＭＧ２のみで走行する「ＥＶ−ＨＢモード」と、を有する。
【００４０】
そして、車両状態（例えば、車速）と、目標駆動力（例えば、アクセル開度と車速から演算）と、バッテリ充電状態と、から燃費最適な「推奨モード」を自動的に選択し、現在選択されているモードから「推奨モード」へモード遷移を行うとき、または、モード選択スイッチ２９への操作によりモードを選択し、現時点のモードから選択モードへのモード遷移を行うとき、モード受け渡しのためにモード遷移シーケンス制御を行う。
【００４１】
このモード遷移シーケンス制御では、エンジン１及び両モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作点を受け渡すエンジン始動やエンジン停止やエンジンクラッチＥＣの締結・解放制御を必要とするだけではなく、『無段変速比モード』と『固定変速比モード』との間においてモード遷移を行う場合には、ローブレーキＬＢやハイブレーキＨＢの締結制御や解放制御を行わなければならない。
【００４２】
前記「Ｅ−ｉＶＴモード」は、エンジン１とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を用いて走行する変速比が可変のモードであり、「Ｅ−ｉＶＴモード」においては、バッテリ状態判定部２６ｂからのＳＯＣと充放電可能電力範囲とからバッテリ出力電力を決定する。バッテリ出力電力を決めると、車力と駆動力とからエンジン出力が決定されるので、エンジン動作平面（横軸エンジン回転速度・縦軸エンジントルク）上で、等エンジン出力線をトレースし、｛（車速）×（駆動力）＋（バッテリ充電電力）−（モータ損失合計）｝／（エンジン使用燃料流量）が最大となる点を選べば、システム効率最大のエンジン運転点（Ｎｅ，Ｔｅ）を選ぶことができる。
モータ動作点（Ｎ１，Ｔ１，Ｎ２，Ｔ２）は、エンジン回転数Ｎｅ、出力軸回転数Ｎｏ、エンジントルクＴｅを入力し、
Ｎ１＝Ｎｅ＋α（Ｎｅ−Ｎｏ） …（１）
Ｎ２＝Ｎｏ−β（Ｎｅ−Ｎｏ） …（２）
Ｔｏ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔｅ …（３）
Ｎ１・Ｔ１＋Ｎ２・Ｔ２＝Ｐｂ …（４）
αＴ１＋Ｔｏ＝（１＋β）Ｔ２ …（５）
但し、Ｎ１，Ｔ１：第１モータジェネレータＭＧ１の回転数とトルク
Ｎ２，Ｔ２：第２モータジェネレータＭＧ２の回転数とトルク
α，β：遊星歯車の歯数比
であらわされる（１）〜（５）の式（Ｅ−ｉＶＴバランス式）において、（４）式のバッテリパワーＰｂを、Ｐｂ＝０として、連立運動方程式を解くことにより算出する（図２参照）。
【００４３】
前記「ＥＶモード」は、２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を用いて走行する変速比が可変のモードであり、「ＥＶモード」においては、
Ｎ２＝｛１／１＋α｝｛−βＮ１＋（１＋α＋β）Ｎｏ｝ …（６）
Ｔ１＝｛β／（１＋α＋β）｝Ｔｏ Ｔ２＝｛（１＋α）／（１＋α＋β）｝Ｔｏ …（７）
の両式が成り立つように制御され、式（７）のとおり、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルクＴ１，Ｔ２は、駆動力目標Ｔｏに応じて一意に決まっている。このとき、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の速度の組み合わせ（＝変速比。車速が与えられているときに一方を決めると他方も決まる）に応じて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびそれらの制御装置において発生するパワー損失も一意に決まるので、これが最小となるように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の速度の組み合わせ（Ｎ１，Ｎ２）を決めれば、モータ動作点（Ｎ１，Ｔ１，Ｎ２，Ｔ２）が決定される（図５参照）。
【００４４】
前記「ＥＶ−ＬＢモード」は、ローブレーキＬＢを締結した状態で、２つのモータージェネレータＭＧ１，ＭＧ２のみで走行するモードであり、「ＥＶ−ＬＢモード」においては、変速比はロー側で一定であることで、車速が決まればモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の速度の組み合わせ（Ｎ１，Ｎ２）が決まる。そして、ローブレーキＬＢの締結が駆動力目標Ｔｏ（出力トルク）の反力受けとなるので、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルクＴ１，Ｔ２は、剛体レバーをバランスさせて車速変化（＝出力軸回転数Ｎｏの変化）を抑えるようにＴ１＝−Ｔ２で与える（図６参照）。
【００４５】
次に、作用を説明する。
【００４６】
［モード選択処理］
図７は第１実施例装置のハイブリッドコントローラ２６の最適燃費モード選択手段２６ｃにて一定周期にて繰り返し実行されるモード選択処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、このフローチャートにおいては、図８に示すように、ａを「ＥＶ−ＬＢモード」の最大駆動力線、ｂを「ＥＶモード」の最大駆動力線、ａ１を「ＥＶ−ＬＢモード」の最良燃費域、ｂ１を「ＥＶモード」の最良燃費域、ｃ１をハイブリッドモード域とする定常モード領域マップが設定された場合を例にとる。
【００４７】
ステップＳ１では、現在の運転点が定常モード領域マップ上において、「ＥＶ−ＬＢモード」の最大駆動力線ａ、または、「ＥＶモード」の最大駆動力線ｂの領域内（＝ＥＶ走行域）に存在するか否かが判断され、ＹＥＳの場合はステップＳ３へ移行し、ＮＯの場合はステップＳ２へ移行する。
【００４８】
ステップＳ２では、ステップＳ１でのＥＶ走行域に存在するとの判断に基づいて、ＦＬＧ ＥＶ−ＬＢ＝１（「ＥＶ−ＬＢモード」による走行中）か否かが判断され、ＹＥＳの場合はステップＳ３へ移行し、ＮＯの場合はステップＳ４へ移行する。
【００４９】
ステップＳ３では、ステップＳ２での「ＥＶ−ＬＢモード」による走行中であるとの判断に基づいて、現在の運転点が定常モード領域マップ上において「ＥＶ−ＬＢモード」の最大駆動力線ａの領域内に存在するか否かが判断され、ＹＥＳの場合はステップＳ５へ移行し、ＮＯの場合はステップＳ４へ移行する。
【００５０】
ステップＳ４では、ステップＳ３での「ＥＶ−ＬＢモード」の最大駆動力線ａの領域内に存在しないとの判断に基づき、現在の運転点が定常モード領域マップ上において「ＥＶモード」の最大駆動力線ｂの領域内に存在するか否かが判断され、ＹＥＳの場合はステップＳ９へ移行し、ＮＯの場合はステップＳ５へ移行する。
【００５１】
ステップＳ５では、ステップＳ４での現在の運転点が定常モード領域マップ上において「ＥＶモード」の最大駆動力線ｂの領域内に存在するとの判断に基づいて、前回「ＥＶ−ＬＢモード」が選択されていたか否かが判断され、ＹＥＳの場合はステップＳ７へ移行し、ＮＯの場合はステップＳ６へ移行する。
【００５２】
ステップＳ６では、ステップＳ５での前回「ＥＶ−ＬＢモード」が選択されていなかったとの判断に基づいて、ローブレーキＬＢが締結され、ステップＳ７へ移行する。
【００５３】
ステップＳ７では、ステップＳ５での前回「ＥＶ−ＬＢモード」が選択されていたとの判断、あるいは、ステップＳ６でのローブレーキＬＢの締結により、「ＥＶ−ＬＢモード」によるローブレーキＬＢを締結した固定変速比による電気自動車走行とし、ステップＳ８へ移行する。
【００５４】
ステップＳ８では、「ＥＶ−ＬＢモード」による走行中であるか「ＥＶモード」による走行中であるかを示すフラグＦＬＧ ＥＶ−ＬＢを、ＦＬＧ ＥＶ−ＬＢ＝１（「ＥＶ−ＬＢモード」による走行中）に設定し、終了へ移行する。
【００５５】
ステップＳ９では、ステップＳ４での現在の運転点が定常モード領域マップ上において「ＥＶモード」の最大駆動力線ｂの領域内に存在するとの判断に基づいて、前回「ＥＶモード」が選択されていたか否かが判断され、ＹＥＳの場合はステップＳ１１へ移行し、ＮＯの場合はステップＳ１０へ移行する。
【００５６】
ステップＳ１０では、ステップＳ９での前回「ＥＶモード」が選択されていなかったとの判断に基づいて、ローブレーキＬＢが解放され、ステップＳ１１へ移行する。
【００５７】
ステップＳ１１では、ステップＳ９での前回「ＥＶモード」が選択されていたとの判断、あるいは、ステップＳ１０でのローブレーキＬＢの解放により、「ＥＶモード」による電気自動車走行とし、ステップＳ１２へ移行する。
【００５８】
ステップＳ１２では、「ＥＶ−ＬＢモード」による走行中であるか「ＥＶモード」による走行中であるかを示すフラグＦＬＧ ＥＶ−ＬＢを、ＦＬＧ ＥＶ−ＬＢ＝０（「ＥＶモード」による走行中）に設定し、終了へ移行する。
【００５９】
ステップＳ１３では、ステップＳ１でのＥＶ走行域に存在しない、すなわち、現在の運転点が定常モード領域マップ上においてハイブリッドモード域ｃ１に存在するとの判断に基づいて、「Ｅ−ｉＶＴモード」等によるハイブリッド走行とし、終了へ移行する。
【００６０】
［モード選択作用］
例えば、車速０ｋｍ／ｈでの発進時であって、運転点が定常モード領域マップ上において「ＥＶ−ＬＢモード」のみの領域内に存在する時には、図７の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Ｓ４→ステップＳ５→ステップＳ６へと進み、ステップＳ６では、ローブレーキＬＢが締結され、ステップＳ７へと進んで、「ＥＶ−ＬＢモード」によるローブレーキＬＢを締結した固定変速比による電気自動車走行により車両が発進し、さらに、ステップＳ８へと進んで、フラグＦＬＧ ＥＶ−ＬＢが、ＦＬＧ ＥＶ−ＬＢ＝１に設定される。
【００６１】
発進後はＦＬＧ ＥＶ−ＬＢ＝１に設定されていることで、図７の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へと進み、ステップＳ３において、「ＥＶ−ＬＢモード」の最大駆動力線ａで囲まれる領域内に存在する限り、ステップＳ３からはステップＳ５→ステップＳ７へと進み、「ＥＶ−ＬＢモード」によるローブレーキＬＢを締結した固定変速比による電気自動車走行が維持される。
【００６２】
そして、運転点が定常モード領域マップ上においてＥＶモードの最大駆動力線ｂで囲まれる領域に入ると、図７の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Ｓ９→ステップＳ１０へと進み、ステップＳ１０では、ローブレーキＬＢが解放され、ステップＳ１１へと進んで、「ＥＶモード」による無段変速比による電気自動車走行が開始され、さらに、ステップＳ１２へと進んで、フラグＦＬＧ ＥＶ−ＬＢが、ＦＬＧ ＥＶ−ＬＢ＝０に設定される。
【００６３】
その後、運転点が定常モード領域マップ上においてＥＶモードの最大駆動力線ｂで囲まれる領域内にある限りは、図７の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Ｓ４→ステップＳ９→ステップＳ１１へと進み、「ＥＶモード」による無段変速比による電気自動車走行が維持される。
【００６４】
さらに、運転点が定常モード領域マップ上において、ＥＶモードの最大駆動力線ｂで囲まれる領域内からハイブリッドモード域ｃ１に入ると、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ１３へと進み、「Ｅ−ｉＶＴモード」等によるハイブリッド走行に移行する。
【００６５】
［モード遷移時の課題］
差動装置を用いた駆動装置としては、例えば、遊星歯車機構を構成するサンギヤ、プラネットキャリヤ、リングギヤの３要素に、発電機、エンジン、駆動系のモータをそれぞれ連結した構成のハイブリッド車用駆動装置が知られている（特開昭２０００−１４２１４６号公報参照）。
【００６６】
この駆動装置によれば、歯車の差動機能を利用してエンジン出力の一部を発電機の駆動に配分し、その発生電力をモータに供給することで、無段変速および出力トルクの増減を行うことができる。しかしながら、このような従来の駆動装置では、機構上の制約から遊星歯車を通過する機械的エネルギを大きくしにくいため発電機およびモータとそれらの駆動装置をそれだけ大型のものにする必要がある。特に、差動装置を通過する動力に対して発電機およびモータを通過する動力の割合が低速側では１に近づいてそれ以上には大きくできないため、発進時の駆動力を十分に確保するためには発電機およびモータ側にエンジンと同程度の高出力のものが必要になり、それだけ駆動装置としての寸法や重量が大きくなり、効率も低いものとなる。
【００６７】
これに対し、例えば、特開２００３−３４１５３号公報、特開２００３−３４１５４号公報、あるいは、特開２００３−３４１５５号公報では、モータ／ジェネレータの容量を大きくすることなく発進性を向上させている。すなわち、４個以上の要素を有する２自由度の例えば遊星歯車機構により構成する差動装置において、駆動系統への出力を割り当てた要素以外の要素にブレーキを設けて該要素を制動することにより、動力源と駆動系統との間に大きな減速比を設定することを可能としている。これにより，より大きな駆動力発生が可能になると同時に、ブレーキが締結されていなくとも発生できる駆動力の範囲内であっても、ブレーキを締結したほうが電気的・機械的なエネルギーロスが小さくできる領域が存在するようになった。
【００６８】
このような差動装置においては、何れか２個の要素の速度を決定すれば他の要素の速度が決まる。この駆動装置は，前述のブレーキが締結されていない場合には「自由度２のシステム」として作用する。これは通常のサンギヤ・キャリヤ・リングギヤの三要素の遊星歯車二組を、二要素を共通に、例えば、第一の遊星のキャリヤと第二の遊星のキャリヤを共通とし、さらに、第一の遊星のピニオンギヤと第二の遊星のピニオンギヤとを噛み合わせるなどで実現している。これを速度線図と呼ばれる速度の関係を表す図表で表すと図２のようになる。
【００６９】
このとき、出力軸の速度は既知であるとすると、エンジン・２つのモータのあわせて３つの速度のうち１つを決定することによりすべての速度関係が決まり、すなわち変速比も決まることになる。この意味で、エンジン・２つのモータのうち１つを速度制御をすることは変速比を制御することと等価である。一方、速度線図上での４つのトルクの関係については、２つのトルクを決めることにより、速度関係によらず残る２つのトルクの値が決まることが知られている。例えば、図１の差動歯車機構では、図３に示すトルクバランスが常に成立する。
【００７０】
このようなシステムに、特開２００３−３４１５３号公報の通り駆動系統への出力を割り当てた要素以外の要素にブレーキを設けた場合、ＥＶモードにおいては図５に示す速度線図になり、ＥＶ−ＬＢモードにおいては図６に示す速度線図になる。
【００７１】
しかしながら、特開２００３−３４１５３号公報のような４個以上の要素を有する２自由度の例えば遊星歯車機構により構成する差動装置に、駆動系統への出力を割り当てた要素以外の要素にブレーキを設けたパワートレーンシステムを適用したハイブリッド車両においては、ある速度で走行している状態において、図５に示すＥＶモードから図６に示すＥＶ−ＬＢモードに遷移する場合、締結するブレーキの速度がゼロでない状態でブレーキを締結すると、各要素の回転速度が強制的に変更された結果としてブレーキの速度がゼロになるわけであるから、この各要素の速度の変化、すなわち加速度により慣性トルクが発生し、これらに応じて駆動力ショックが発生するという問題点があった。
【００７２】
あるいは、図６に示すＥＶ−ＬＢモードから図５に示すＥＶモードに遷移する場合も同様に、ブレーキ解放時の各要素に働く慣性力に対する反力バランスで駆動力ショックが発生するという問題点があった。
【００７３】
［モード遷移作用］
第１実施例装置でのモード遷移作用を説明する。図８はＥＶモードおよびＥＶ−ＬＢモードの最大駆動力線と最良燃費域マップの関係を示す定常モード領域マップ図である。図８中のａが「ＥＶ−ＬＢモード」の最大駆動力線、ｂが「ＥＶモード」の最大駆動力線、ａ１が「ＥＶ−ＬＢモード」の最良燃費域、ｂ１が「ＥＶモード」の最良燃費域、ｃ１が「Ｅ−ｉＶＴモード」等によるハイブリッドモード域である。ａ１およびｂ１の差異は電気系損失による。
【００７４】
すなわち、駆動力負荷を第１モータジェネレータＭＧ１、第２モータジェネレータＭＧ２に分担するＥＶモードの方が電気系損失が小さく燃費が良い。一方、車速０ｋｍ／ｈからの発進時においては駆動力の観点からローブレーキＬＢを締結した「ＥＶ−ＬＢモード」が多く選ばれる。
【００７５】
したがって、上記モード選択作用にて説明したように、発進時はローブレーキＬＢを締結し、その後、車速が高くなるにしたがい「ＥＶモード」の燃費域に入る事になり、燃費の観点から判断するとローブレーキＬＢを解放し、「ＥＶモード」に遷移する。なお、発進時はローブレーキＬＢの締結・解放による駆動力トルクショックが発生するものの、低速時の「ＥＶ−ＬＢモード」と「ＥＶモード」との効率差は小さく、かつ短時間であるので、そのまま「ＥＶ−ＬＢモード」で走行しても燃費的に大きく悪化しない。
【００７６】
よって、「ＥＶ−ＬＢモード」から「ＥＶモード」へのモード遷移を抑制し、図８中の「ＥＶ−ＬＢモード」の最大駆動力域ａ内は全て「ＥＶ−ＬＢモード」で走行することで、燃費的にほとんど変わらず駆動力ショックのない発進が可能となる。
【００７７】
逆に、下り坂等駆動力をあまり必要としない場合で、「ＥＶモード」で発進できた場合は、図７の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Ｓ４→ステップＳ９→ステップＳ１１へと進み、運転点が定常モード領域マップ上においてＥＶモードの最大駆動力線ｂで囲まれる領域内にある限りは、「ＥＶモード」による無段変速比による電気自動車走行が維持されることになる。
【００７８】
よって、駆動力的に「ＥＶ−ＬＢモード」に行く必要がなければ、「ＥＶモード」から「ＥＶ−ＬＢモード」へのモード遷移を抑制し、図８中の「ＥＶモード」の最大駆動力域ｂ内は全て「ＥＶモード」で走行することで、駆動力ショックを無くすことができる。
【００７９】
次に、効果を説明する。
第１実施例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。
【００８０】
（１） エンジン１と２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による動力源と、前記各動力源がそれぞれ回転要素に連結される遊星歯車列と、解放により無段変速機能を有する状態から締結することで固定変速比を得る係合要素と、を有する差動歯車変速機３と、前記係合要素が解放状態の無段変速比モードと前記係合要素が締結状態の固定変速比モードのうち、いずれかの運転モードを選択するモード選択手段と、前記無段変速比モードと固定変速比モードとの間のモード遷移時、前記係合要素の締結・解放を制御する係合要素制御手段と、を備えたハイブリッド車のモード遷移制御装置において、車速を検出する車速センサ２８と、目標駆動力を生成する目標駆動力生成部２６ａと、車速と目標駆動力により無段変速比モード領域と固定変速比モード領域とをオーバーラップ領域を含んで定常モード領域マップを設定したモード領域マップ設定手段と、を設け、前記モード選択手段は、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で両モードを選択可能なオーバーラップ領域に存在する場合、他方の変速比モードへの変更を禁止するため、発進または走行状態での適切な定常モードを判別しながら、無段変速比モードと固定変速比モードとの間の頻繁なモード遷移を回避することで、駆動力ショックの発生頻度を抑制することができる。
【００８１】
（２） 前記モード選択手段は、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で一方のモード選択可能領域を超えた場合にのみ、他方の変速比モードに移行するため、燃費等から求まる最適間モードに従って、「無段変速比モード」と「固定変速比モード」との間で頻繁にモード遷移する状態を回避することが可能になり、該モード遷移時の駆動力ショックの発生頻度を抑制することができる。
【００８２】
（３） 前記差動歯車変速機３は、共線図上で第１モータジェネレータＭＧ１、エンジン１、出力ギヤ４、第２モータジェネレータＭＧ２の回転速度順になるように連結される２自由度の遊星歯車列と、締結により共線図上で出力ギヤ４と第２モータジェネレータＭＧ２との間の位置に配置され、締結により変速比をロー変速比に固定するローブレーキＬＢと、を有し、前記無段変速比モードは、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のみで無段変速比を得ながら発進または走行する「ＥＶモード」であり、前記固定変速比モードは、ローブレーキＬＢを締結した固定変速比で、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で駆動しながら発進または走行する「ＥＶ−ＬＢモード」であるため、下記の効果が得られる。
「ＥＶ−ＬＢモード」で発進または走行している状態において、燃費等から「ＥＶモード」が選定されたとしても、そのまま「ＥＶ−ＬＢモード」で走行する事とが可能となる。また、「ＥＶモード」および「ＥＶ−ＬＢモード」はバッテリ２５のパワー容量程度のパワーフローであるため、燃費的に有意に悪化せず駆動力ショックのない走行ができる。
「ＥＶモード」で発進または走行している状態において、燃費等から「ＥＶ−ＬＢモード」が選定されたとしても、そのまま「ＥＶモード」で走行する事が可能となる。また、低速時においては一般的に駆動力負荷を両モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に分担する「ＥＶモード」の方が電気系損失が小さく燃費が良い。したがって、燃費の向上と駆動力ショックのない走行ができる。
【００８３】
（４） 前記モード選択手段は、ＥＶモードを選択し、ＥＶモードにより発進または走行している状態においては、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上でＥＶモード選択可能領域を超えない限り、ＥＶモード以外のモードに移行しないため、「ＥＶモード」で発進または走行している状態において、燃費等から「ＥＶモード」以外のモードが選定されたとしても、該「ＥＶモード」の走行可能範囲を超えない限り「ＥＶモード」で走行することができ、低速時の各モードの効率差は小さく、燃費的に悪化せず駆動力ショックのない走行ができる。
【００８４】
以上、本発明のハイブリッド車のモード遷移制御装置を第１実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第１実施例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。
【００８５】
例えば、第１実施例では、遊星歯車列としてラビニョウ型遊星歯車列による例を示したが、無段変速機能を有する状態から係合要素（クラッチやブレーキ）の締結により固定変速比モードに移行できる他の遊星歯車列も適用できる。
【００８６】
第１実施例及び第２実施例では、動力源として１エンジン・２モータを搭載した例を示したが、少なくとも１エンジン・１モータを搭載したハイブリッド車に適用することができる。
【００８７】
第１実施例では、第１モータジェネレータと第２モータジェネレータとして、共通ステータと２つのロータにより外観上は１つのモータジェネレータであるが、機能上は２つのモータジェネレータを達成する同軸多層モータ２の適用例を示したが、２つの独立したモータジェネレータを用いたものであっても良い。
【００８８】
第１実施例では、「ＥＶモード」と「ＥＶ−ＬＢモード」との間でのモード遷移の例を示したが、他の「ＥＶモード」と「ＥＶ−ＨＢモード」との間でのモード遷移等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のハイブリッド車のモード遷移制御装置が適用されたハイブリッドシステムを示す全体図である。
【図２】第１実施例装置における差動歯車変速機の共線図である。
【図３】第１実施例装置における差動歯車変速機の共線図上でのトルクバランス図である。
【図４】第１実施例装置のハイブリッド制御系を示すブロック図である。
【図５】第１実施例装置における「ＥＶモード」での共線図である。
【図６】第１実施例装置における「ＥＶ−ＬＢモード」での共線図である。
【図７】第１実施例装置のハイブリッドコントローラの最適燃費モード選択手段にて一定周期にて繰り返し実行されるモード選択処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】第１実施例装置におけるＥＶモードおよびＥＶ−ＬＢモードの最大駆動力線と最良燃費域マップの関係を示した定常モード領域マップ図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 同軸多層モータ
ＭＧ１ 第１モータジェネレータ
ＭＧ２ 第２モータジェネレータ
３ 差動歯車変速機
４ 出力ギヤ（出力部材）
５ カウンターギヤ
６ ドライブギヤ
７ ディファレンシャル
８，８ ドライブシャフト
９ モータ＆ギヤケース
１０ エンジン出力軸
１１ 第１モータジェネレータ出力軸
１２ 第２モータジェネレータ出力軸
１３ モータ室
１４ ギヤ室
ＥＣ エンジンクラッチ
ＨＢ ハイブレーキ（係合要素）
ＬＢ ローブレーキ（係合要素）
２１ エンジンコントローラ
２２ スロットルバルブアクチュエータ
２３ モーターコントローラ
２４ インバータ
２５ バッテリ
２６ ハイブリッドコントローラ
２６ａ 目標駆動力生成部（目標駆動力算出手段）
２６ｂ バッテリ状態判定部
２６ｃ 最適燃費モード選択手段（モード選択手段）
２６ｄ 各モード目標値生成部
２６ｅ モード遷移条件部
２６ｆ レバー目標値生成部
２６ｇ レバー制御部
２６ｈ オブザーバ
２６ｉ 最終指令値決定部
２６ｊ 油圧制御部（係合要素制御手段）
２７ アクセル開度センサ
２８ 車速センサ（車速検出手段）
２９ モード選択スイッチ
３０ エンジン回転数センサ
３１ 第１モータジェネレータ回転数センサ
３２ 第２モータジェネレータ回転数センサ
３３ 油圧コントロールユニット

Claims (4)

1. エンジンと少なくとも１つのモータによる動力源と、
   前記各動力源がそれぞれ回転要素に連結される遊星歯車列と、解放により無段変速機能を有する状態から締結することで固定変速比を得る係合要素と、を有する差動歯車変速機と、
   前記係合要素が解放状態の無段変速比モードと前記係合要素が締結状態の固定変速比モードのうち、いずれかの定常モードを選択するモード選択手段と、
   前記無段変速比モードと固定変速比モードとの間のモード遷移時、前記係合要素の締結・解放を制御する係合要素制御手段と、を備えたハイブリッド車のモード遷移制御装置において、
   車速を検出する車速検出手段と、
   目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、
   車速と目標駆動力により無段変速比モード領域と固定変速比モード領域とをオーバーラップ領域を含んで定常モード領域マップを設定したモード領域マップ設定手段と、を設け、
   前記モード選択手段は、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で両モードを選択可能なオーバーラップ領域に存在する場合、他方の変速比モードへの変更を禁止する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、
   前記モード選択手段は、無段変速比モードと固定変速比モードのうち、一方のモードにより発進または走行している状態で、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で一方のモード選択可能領域を超えた場合にのみ、他方の変速比モードに移行する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. 請求項１または請求項２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、
   前記差動歯車変速機は、共線図上で第１モータジェネレータ、エンジン、出力部材、第２モータジェネレータの回転速度順になるように連結される２自由度の遊星歯車列と、締結により共線図上で出力部材と第２モータジェネレータとの間の位置に配置され、締結により変速比をロー変速比に固定するローブレーキと、を有し、
   前記無段変速比モードは、第１モータジェネレータと第２モータジェネレータのみで無段変速比を得ながら発進または走行する電気自動車モードであり、
   前記固定変速比モードは、ローブレーキを締結した固定変速比で、第１モータジェネレータと第２モータジェネレータで駆動しながら発進または走行する電気自動車−ローブレーキモードである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. 請求項３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、
   前記モード選択手段は、電気自動車モードを選択し、電気自動車モードにより発進または走行している状態においては、車速検出値と目標駆動力算出値により決まる車両の運転点が、定常モード領域マップ上で電気自動車モード選択可能領域を超えない限り、電気自動車モード以外のモードに移行しない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。

Images