JP2010111191A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１のモータジェネレータの回転を固定可能に構成された係合機構の係合／解放を適切に制御することで、バッテリの性能低下を抑制する。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、モータジェネレータと、係合することで第１のモータジェネレータの回転を固定可能に構成された係合機構と、を具備するハイブリッド車両に好適に適用される。具体的には、制御手段は、第１及び第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリの状態（ＳＯＣや温度など）に基づいて、係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う。これにより、バッテリの入出力制限を適切に遵守させることができ、バッテリの性能低下を抑制することが可能となる。
【選択図】図９

Description

本発明は、ハイブリッド車両に好適な制御装置に関する。

エンジンに加えて、発電機（第１のモータジェネレータ）や電動機（第２のモータジェネレータ）などの動力源を備えるハイブリッド車両が既知である。ハイブリッド車両では、エンジンを可及的に高効率状態で運転する一方、駆動力やエンジンブレーキ力の過不足を第１のモータジェネレータ又は第２のモータジェネレータで補う。

例えば、特許文献１には、無段変速モード（無段変速状態）と固定変速モード（有段変速状態）とを切り替えて運転することが可能に構成されたハイブリッド車両が提案されている。このハイブリッド車両では、エンジンと第１のモータジェネレータと駆動軸とが遊星歯車機構の各回転要素に連結されるとともに、第１のモータジェネレータのロータにはブレーキが接続され、駆動軸には第２のモータジェネレータが接続されている。ブレーキが解放された状態では、エンジントルクに対応する反力トルクを第１のモータジェネレータに出力させ、第１のモータジェネレータの回転数を連続的に変化させる。これにより、エンジンの回転数が連続的に変化し、無段変速モードでの運転が実行される。一方、ブレーキが係合された状態では、第１のモータジェネレータの回転が固定され、遊星歯車機構における１つの回転要素の回転が阻止される。これにより、変速比が固定となり、固定変速モードでの運転が実行される。

その他にも、本発明に関する技術が、特許文献２及び３に提案されている。

特開２００５−２７８３８７号公報 特開２００５−１６５５９号公報 特開２００５−１６５８６号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、ブレーキを解放から係合へ切り替える際に、ブレーキによって第１のモータジェネレータを固定する際に電力に大幅な変動などが生じて、バッテリの性能が低下してしまう場合があった。なお、上記した特許文献２及び３には、このような問題やこれを解決する方法などについては記載されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、第１のモータジェネレータの回転を固定可能に構成された係合機構の係合／解放を適切に制御することで、バッテリの性能低下を抑制することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、エンジンと、第１及び第２のモータジェネレータと、係合することで前記第１のモータジェネレータの回転を固定可能に構成された係合機構と、を具備するハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の制御装置であって、前記第１及び第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリの状態に基づいて、前記係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う制御手段を備える。

上記のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、モータジェネレータと、係合することで第１のモータジェネレータの回転を固定可能に構成された係合機構と、を具備するハイブリッド車両に好適に適用される。具体的には、制御手段は、第１及び第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリの状態に基づいて、係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う。これにより、バッテリの入出力制限を適切に遵守させることができ、バッテリの性能低下を抑制することが可能となる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記バッテリの温度に基づいて、前記係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う。制御手段は、例えばバッテリの温度が所定温度よりも高い場合などに、係合機構の係合を禁止する。

上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記バッテリの入力制限若しくは出力制限に基づいて、前記係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う。これにより、バッテリの入出力制限を適切に遵守させることが可能となる。

本発明の他の観点では、エンジンと、第１及び第２のモータジェネレータと、係合することで前記第１のモータジェネレータの回転を固定可能に構成された係合機構と、を具備するハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の制御装置であって、前記係合要素は、前記ハイブリッド車両における無段変速モードと固定変速モードとの２つの変速モードを切り替えるために用いられ、前記変速モードの切り替えに要する変速時間を求め、前記変速時間に基づいて、前記係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う制御手段を備える。

上記のハイブリッド車両の制御装置においては、制御手段は、変速モード（無段変速モード及び固定変速モード）の切り替えに要する変速時間を求め、当該変速時間に基づいて係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う。これにより、変速時間が長すぎることで、ドライバビリティが悪化してしまうことを適切に回避することができる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記変速時間が所定時間以上である場合には、前記変速モードの切り替えを禁止することができる。

好適には、前記所定時間は、アクセルの踏み込み速度及び踏み込み量の少なくともいずれかに基づいて設定される。これにより、所定時間を定数に設定する場合に比して、ドライバビリティの悪化を抑制しつつ、燃費を向上させることが可能となる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記第１及び第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリの入力制限若しくは出力制限に基づいて、前記変速時間を求める。この態様では、制御手段は、入力制限若しくは出力制限に従った変速可能な時間を、適切に求めることができる。

好適には、前記制御手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数変化、前記エンジンのトルク、及び駆動軸のトルクに基づいて、前記変速時間を求める。これにより、バッテリの入出力制限に応じて、変速時間を適切に求めることができる。

また、好適には、前記制御手段は、前記エンジンのトルクを変化させる制御を行うと共に、前記第１のモータジェネレータの回転数変化、前記エンジンのトルクの変化、及び駆動軸のトルクに基づいて、前記変速時間を求める。これにより、変速時にエンジントルクを変化させるため、バッテリの入出力制限範囲内に適切に収めることができると共に、エンジントルクを利用することで変速時間を短縮することができる。

また、好適には、前記制御手段は、前記エンジンのトルク及び駆動軸のトルクを変化させる制御を行うと共に、前記第１のモータジェネレータの回転数変化、前記エンジンのトルクの変化、及び前記駆動軸のトルクの変化に基づいて、前記変速時間を求める。これにより、変速中に駆動軸のトルクを変化させるため、加速感を得ながら変速を行うことができる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様では、前記係合機構の係合時において、前記第１及び第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリの出力制限によって規定された閾値に基づいて、前記係合機構を係合から解放へ切り替えるか否かを判定する手段を更に備える。これにより、固定変速モードから無段変速モードへ切り替える場合に、第２のモータジェネレータから十分なトルクを出力できないことで発生し得る変速ショックを抑制することが可能となる。

好ましくは、前記閾値は、アクセルの踏み込み速度及び勾配変化の少なくともいずれかに基づいて設定される。これにより、変速ショックの発生を、より効果的に抑制することが可能となる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様では、駆動力が所定値以下である領域において、前記係合機構を解放状態に設定する手段を更に備える。これにより、変速モードの切り替えを燃費最適に行うことが可能となる。

好ましくは、前記所定値は、前記第１及び第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリの充電状態及び入力制限に基づいて設定することができる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様では、前記第１のモータジェネレータの発電によりバッテリの入力制限を越えると予想される場合に、前記第１のモータジェネレータの発電により前記バッテリの入力制限を越えないような場合に比して、前記第２のモータジェネレータから大きなトルクを出力させる制御を行うと共に、ブレーキによる制動トルクを大きくする制御を行う手段を更に備える。これにより、第１のモータジェネレータの発電量が多い場合においても、バッテリの入力制限を適切に遵守させることが可能となる。

本発明におけるハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、モータジェネレータと、係合することで第１のモータジェネレータの回転を固定可能に構成された係合機構と、を具備するハイブリッド車両に好適に適用される。具体的には、制御手段は、第１及び第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリの状態に基づいて、係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う。これにより、バッテリの入出力制限を適切に遵守させることができ、バッテリの性能低下を抑制することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［装置構成］
図１に本発明の車両の制御装置を適用したハイブリッド車両の概略構成を示す。図１の例は、機械分配式２モータ型と称されるハイブリッド車両であり、エンジン（内燃機関）１、第１のモータジェネレータＭＧ１、第２のモータジェネレータＭＧ２、動力分配機構２０、を備える。動力源に相当するエンジン１と、第１のモータジェネレータＭＧ１とが動力分配機構２０に連結されている。動力分配機構２０の駆動軸３（所謂、ペラ軸）には、駆動軸３のトルク（駆動力）又はブレーキ力のアシストを行うための動力源である第２のモータジェネレータＭＧ２が連結されている。さらに、駆動軸３は最終減速機８を介して左右の駆動輪９に連結されている。第１のモータジェネレータＭＧ１と第２のモータジェネレータＭＧ２とは、バッテリ、インバータ、又は適宜のコントローラ（図１参照）を介して、もしくは直接的に電気的に接続され、第１のモータジェネレータＭＧ１で生じた電力で第２のモータジェネレータＭＧ２を駆動するように構成されている。

エンジン１は燃料を燃焼して動力を発生する熱機関であり、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンなどが挙げられる。第１のモータジェネレータＭＧ１はエンジン１からトルクを受けて回転することにより主として発電を行うものであり、発電に伴うトルクの反力が作用する。第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数を制御することにより、エンジン１のエンジン回転数が連続的に変化する。このような変速モードを無段変速モードという。 第２のモータジェネレータＭＧ２は、駆動力又はブレーキ力を補助（アシスト）する装置である。駆動力をアシストする場合、第２のモータジェネレータＭＧ２は電力の供給を受けて電動機として機能する。一方、ブレーキ力をアシストする場合には、第２のモータジェネレータＭＧ２は、駆動輪９から伝達されるトルクにより回転させられて電力を発生する発電機として機能する。

動力分配機構２０は、いわゆるシングルピニオン型の遊星歯車機構であり、リングギアＲ１、キャリアＣ１、サンギアＳ１、を備える。キャリアＣ１は、リングギアＲ１とサンギアＳ１との両方に噛み合っているピニオンギアＣＰ１を保持している。

エンジン１の出力軸２は第１の遊星歯車機構のキャリアＣ１に連結されている。第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１の一端は第１の遊星歯車機構のサンギアＳ１に連結されている。リングギアＲ１は駆動軸３に連結されている。

第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１の他端はロック機構７に連結されている。ロック機構７は、主に、クラッチ７ａ及びアクチュエータ７ｂを有する。例えば、ロック機構７は、湿式多板クラッチなどで構成され、摩擦力を利用して第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１を固定可能に構成されている。なお、ロック機構７は本発明における係合機構として機能する。

具体的には、ロック機構７のクラッチ７ａにおいて、一方のクラッチ板はケースなどに固定され、他方のクラッチ板は第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１に連結されている。また、ロック機構７は、アクチュエータ７ｂを用いてクラッチ７ａを係合及び解放することが可能に構成されている。ロック機構７は、クラッチ７ａを係合することにより、第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１を固定し、動力分配機構２０のサンギアＳ１を固定する。この場合、ロック機構７は、例えば摩擦締結要素として機能して、第１のモータジェネレータＭＧ１におけるロータ１１の回転数を「０（ｒｐｍ）」にする。また、ロック機構７は、クラッチ７ａの係合を解放することにより、第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１を解放し、動力分配機構２０のサンギアＳ１を解放する。ロック機構７は、ＥＣＵ４から送信された制御信号Ｓｉｇ５に基づいて、クラッチ７ａの係合／解放を制御する。

ロック機構７がクラッチ７ａを解放している状態では、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数を連続的に変化させることによりエンジン１のエンジン回転数が連続的に変化し、無段変速モードが実現される。一方、ロック機構７がクラッチ７ａを係合している状態では、動力分配機構２０により決定される変速比がオーバードライブ状態（即ち、エンジン１のエンジン回転数が駆動軸３の回転数より小さくなる状態）に固定され、固定変速モードが実現される。

電源ユニット３０は、インバータ３１、コンバータ３２、ＨＶバッテリ３３及びコンバータ３４を備える。第１のモータジェネレータＭＧ１は電源線３７によりインバータ３１に接続されており、第２のモータジェネレータＭＧ２は電源線３８によりインバータ３１に接続されている。また、インバータ３１はコンバータ３２に接続され、コンバータ３２はＨＶバッテリ３３に接続されている。さらに、ＨＶバッテリ３３はコンバータ３４を介して補機バッテリ３５に接続されている。

インバータ３１は、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２との間で電力の授受を行う。モータジェネレータの回生時には、インバータ３１はモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２が回生により発電した電力を直流に変換し、コンバータ３２へ供給する。コンバータ３２は、インバータ３１から供給される電力を電圧変換し、ＨＶバッテリ３３を充電する。一方、モータジェネレータの力行時には、ＨＶバッテリ３３から出力される直流電力はコンバータ３２により昇圧されてインバータ３１へ供給され、電源線３７又は３８を介してモータジェネレータＭＧ１又はＭＧ２へ供給される。

ＨＶバッテリ３３の電力はコンバータ３４により電圧変換されて補機バッテリ３５に供給され、各種の補機の駆動に使用される。

インバータ３１、コンバータ３２、ＨＶバッテリ３３及びコンバータ３４の動作はＥＣＵ４により制御されている。ＥＣＵ４は信号Ｓｉｇ４を送信することにより、電源ユニット３０内の各要素の動作を制御する。また、電源ユニット３０内の各要素の状態などを示す必要な信号は制御信号Ｓｉｇ４としてＥＣＵ４に供給される。具体的には、ＨＶバッテリ３３のバッテリ残存容量を示すＳＯＣ（State Of Charge）や、ＨＶバッテリ３３の入力制限／出力制限などは信号Ｓｉｇ４としてＥＣＵ４に供給される。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４は、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１及び第２のモータジェネレータＭＧ２との間で制御信号Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３を送受信することにより、それらを制御する。また、ＥＣＵ４は、ロック機構７に対して制御信号Ｓｉｇ５を送信することにより、ロック機構７の係合／解放を切り替える制御を行う。このように、ＥＣＵ４は、本発明における制御手段として機能する。

ここで、図２を参照して、無段変速モード及び固定変速モードにおける共線図の一例を示す。図２は、左から順に、第１のモータジェネレータＭＧ１、エンジン１、第２のモータジェネレータＭＧ２（一義的に駆動軸３）の動作状態を表した共線図の一例を示している。具体的には、上下方向は回転数に対応しており、上方向が正回転に対応する。

実線７１は、ＥＶ走行時の共線図の一例を示している。この場合、エンジン回転数は０になっている。実線７２は、固定変速モードにおける共線図の一例を示している。この場合、ロック機構７が係合されて、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数が０となっている。実線７３は、無段変速モードにおける共線図の一例を示している。この場合、ロック機構７が解放されて、第１のモータジェネレータＭＧ１が回転している。

［制御方法］
次に、本実施形態においてＥＣＵ４が行う制御方法について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の状態に基づいて、ロック機構７の係合／解放を切り替える制御を行う（言い換えると、無段変速モードと固定変速モードとの間で変速モードを切り替える制御を行う）。具体的には、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の温度や、入力制限／出力制限などに基づいて、ロック機構７の係合／解放を切り替える制御を行う。例えば、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の温度が高い場合、若しくは当該温度が低く、ＨＶバッテリ３３に入力制限／出力制限がかかっている場合に、ロック機構７を解放状態から係合しない、つまりロック機構７の係合を禁止する。

このような制御を行う理由は、以下の通りである。無段変速モードと固定変速モードとの間の遷移においては、イナーシャを有する構成要素における回転数を短時間に変化させることとなる。そのため、第１のモータジェネレータＭＧ１の発電（回生）若しくは力行における電力（以下、これらを「Ｐｇ」と表記する。）と、第２のモータジェネレータＭＧ２の発電（回生）若しくは力行における電力（以下、これらを「Ｐｍ」と表記する。）との和が、ＨＶバッテリ３３の入力制限及び出力制限（以下、それぞれ「Ｗｉｎ」及び「Ｗｏｕｔ」と表記する。）を遵守できなくなる場合がある。つまり、「Ｗｉｎ≦Ｐｇ＋Ｐｍ≦Ｗｏｕｔ」といった関係を満たすことができなくなる場合がある。特に、ＨＶバッテリ３３に入力制限／出力制限がかかっている状態で回転過渡を発生させると、当該式を満たすことが困難になると考えられる。

したがって、本実施形態では、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の温度や、入出力制限などに基づいて、ロック機構７の係合／解放を切り替える制御を行う。これにより、ロック機構７の係合／解放の切り替えにおける過渡時において、ＨＶバッテリ３３への発電量やＨＶバッテリ３３からの放電量が、ＨＶバッテリ３３における制限を越えてしまうことを適切に防止することができる。よって、ＨＶバッテリ３３の性能低下を抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ４は、変速モードの切り替えに要する変速時間（つまりロック機構７の係合／解放の切り替えに要する時間であり、変速スピードに相当する。）に基づいて、ロック機構７の係合／解放を切り替える制御を行う。具体的には、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の入力制限／出力制限などを考慮して変速時間を求めて、当該変速時間に基づいて、ロック機構７の係合／解放を切り替える制御を行う。より詳しくは、ＥＣＵ４は、求められた変速時間が所定時間以上である場合には、ロック機構７における係合／解放の切り替えを行わない、つまり変速モードの切り替えを禁止する。こうすることにより、変速時間が長すぎることで、ドライバビリティが悪化してしまうことを適切に回避することができる。

ここで、上記した変速時間の判定に用いる所定時間は、定数を用いても良いし、変数を用いても良い。所定時間に定数を用いる場合には、例えば、ドライバなどが変速時間が長いと感じるような時間に所定時間が設定される。所定時間に変数を用いる場合には、走行パターンに基づいて所定時間が設定される。こうするのは、求められる変速時間は、走行パターンにより異なるからである。具体的には、ＥＣＵ４は、アクセルの踏み込み速度及び踏み込み量の少なくともいずれかに基づいて、所定時間を設定する。例えば、ＥＣＵ４は、アクセルの踏み込み速度が速くなるほど、若しくはアクセルの踏み込み量が大きくなるほど、判定に用いる所定時間を短くする。このように走行パターンに応じて所定時間を設定することにより、所定時間を定数に設定する場合に比して、ドライバビリティの悪化を抑制しつつ、燃費を向上させることが可能となる。

次に、図３乃至図５を参照して、上記した変速時間の求め方について具体的に説明する。ここでは、３つの方法（第１の方法〜第３の方法）について説明する。

第１の方法では、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の入力制限／出力制限を考慮して、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数変化（以下、「Δωｇ」と表記する。）、エンジントルク（以下、「Ｔｅ」と表記する。）、及び駆動軸３のトルク（以下、「Ｔｐ」と表記する。）に基づいて、変速時間を求める。なお、第１の方法では、変速時における、駆動軸３のトルク及びエンジントルクを一定とする。

具体的には、第１の方法では、図３に示すような、Δωｇ、Ｔｅ、及びＴｐで規定されたマップに基づいて、変速時間を求める。当該マップは、Δωｇ、Ｔｅ、及びＴｐに応じて、第１のモータジェネレータＭＧ１を任意の回転数から「０（ｒｐｍ）」にする（つまりロック機構７を係合する）ために必要な電力がマップ化されている。また、当該マップは、変速時間を関数として用意される。第１の方法では、ＥＣＵ４は、このようなマップを参照すると共に、ＨＶバッテリ３３の入出力制限をモニタすることで、当該入出力制限により変速可能な時間を、変速時間として求める。

以上の第１の方法によれば、ＨＶバッテリ３３の入出力制限に応じて、変速時間を適切に求めることができる。

なお、「Ｔｅｐ」をエンジン直行トルクと定義し、「Ｔｍ」を第２のモータジェネレータＭＧ２のトルクと定義すると、上記した「Ｔｐ」と「Ｔｅｐ」と「Ｔｍ」との間には、「Ｔｐ＝Ｔｅｐ＋Ｔｍ」といった関係が成立する。この場合、「Ｔｅｐ」は分かっているので、「Ｔｐ」が分かれば、必要な「Ｔｍ」は計算することができる。

次に、第２の方法では、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の入力制限／出力制限を考慮して、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数変化（Δωｇ）、エンジントルクの変化（以下、「ΔＴｅ」と表記する。）、及び駆動軸３のトルク（Ｔｐ）に基づいて、変速時間を求める。上記した第１の方法では変速時におけるエンジントルクを一定としていたが、第２の方法では変速時におけるエンジントルクを変化させる。こうするのは、ＨＶバッテリ３３の入出力制限を遵守しつつ、変速スピードを向上させるためには、変速中にもエンジントルクを変化させたほうが効果的であると考えられるからである。なお、第２の方法では、変速時における駆動軸３のトルクを一定とする。

具体的には、第２の方法では、図４に示すような、Δωｇ、ΔＴｅ、及びＴｐで規定されたマップに基づいて、変速時間を求める。当該マップは、Δωｇ、ΔＴｅ、及びＴｐに応じて、第１のモータジェネレータＭＧ１を任意の回転数から「０（ｒｐｍ）」にする（つまりロック機構７を係合する）ために必要な電力がマップ化されている。また、当該マップは、変速時間を関数として用意されると共に、エンジントルクごとに用意される。第２の方法では、ＥＣＵ４は、このようなマップを参照すると共に、ＨＶバッテリ３３の入出力制限をモニタすることで、当該入出力制限により変速可能な時間を、変速時間として求める。また、ＥＣＵ４は、変速時にエンジントルクを変化させる場合、エンジン１の応答遅れ（吸気や過給などの遅れ）を抑制すべく、変速前にエンジン１に対して制御信号Ｓｉｇ１を予め送信することで制御を行う。

以上の第２の方法によれば、ＨＶバッテリ３３の入力制限／出力制限に応じて、変速時間を適切に求めることができる。また、第２の方法によれば、変速時にエンジントルクを変化させるため、ＨＶバッテリ３３の入出力制限範囲内に適切に収めることができると共に、エンジントルクを利用することで変速スピードを向上させることができる。つまり、変速時間を短縮することができる。

次に、第３の方法では、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の入出力制限を考慮して、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数変化（Δωｇ）、エンジントルクの変化（ΔＴｅ）、及び駆動軸３のトルクの変化（ΔＴｐ）に基づいて、変速時間を求める。上記した第２の方法では、変速時に、駆動軸３のトルクを一定とし、エンジントルクを変化させていたが、第３の方法では、変速時に、エンジントルクだけでなく、駆動軸３のトルクも変化させる。こうするのは、変速過渡中にも加速時には加速する（つまり駆動軸３のトルクが上昇する）からである。

具体的には、第３の方法では、図５に示すような、Δωｇ、ΔＴｅ、及びΔＴｐで規定されたマップに基づいて、変速時間を求める。当該マップは、Δωｇ、ΔＴｅ、及びΔＴｐに応じて、第１のモータジェネレータＭＧ１を任意の回転数から「０（ｒｐｍ）」にする（つまりロック機構７を係合する）ために必要な電力がマップ化されている。また、当該マップは、変速時間を関数として用意されると共に、エンジントルクごと及び駆動軸３のトルクごとに用意される。第３の方法では、ＥＣＵ４は、このようなマップを参照すると共に、ＨＶバッテリ３３の入出力制限をモニタすることで、当該入出力制限により変速可能な時間を、変速時間として求める。また、ＥＣＵ４は、変速中にエンジントルクを変化させる場合、エンジン１の応答遅れ（吸気や過給などの遅れ）を抑制すべく、変速前にエンジン１に対して制御信号Ｓｉｇ１を予め送信することで制御を行う。

以上の第３の方法によれば、ＨＶバッテリ３３の入出力制限に応じて、変速時間を適切に求めることができる。また、第３の方法によれば、変速中にエンジントルクを変化させるため、ＨＶバッテリ３３の入出力制限範囲内に適切に収めることができると共に、エンジントルクを利用することで変速スピードを向上させることができる。更に、第３の方法によれば、変速中に駆動軸３のトルクを変化させるため、加速感を得ながら変速を行うことができる。

なお、上記した第１〜第３の方法ではマップを用いて変速時間を求めていたが、このようなマップを用いずに、演算処理によって変速時間を算出しても良い。例えば、演算処理が速いＣＰＵによってＥＣＵを構成しており、演算しても負荷が増加しない場合には、所定の演算式を用いて、モニタしている入出力制限に基づいて、変速可能な時間を演算することができる。この場合には、マップを用意する手間が省け、正確な値を得ることができる。

次に、図６乃至図８を参照して、変速モードの切り替えに利用するマップについて説明する。

図６は、本実施形態に係る、変速モードの切り替えに利用するマップの一例を示している。図６は、横軸に車速を示し、縦軸に駆動力（アクセル開度に相当する）を示している。具体的には、領域Ａ１は、ＥＶ走行を行うべき領域であり、領域Ａ２１〜Ａ２３は、ロック機構７を解放して無段変速モードに設定すべき領域であり、領域Ａ３は、ロック機構７を係合して固定変速モードに設定すべき領域である。また、破線領域Ｂは、ロック機構７を係合することが可能な領域である。ＥＣＵ４は、このようなマップを参照することで、車速及び駆動力などに応じて、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を行う。つまり、ロック機構７の係合／解放を切り替える制御を行う。

図６に示すように、本実施形態では、固定変速モードに設定すべき領域Ａ３の下方に、無段変速モードに設定すべき領域Ａ２３を設けている。この領域Ａ２３は、車速が所定速度Ｄ３以上で、且つ駆動力が所定値Ｄ１以下である領域として定義されている。

このように領域Ａ２３を設けている理由について、図７を参照して説明する。図７は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸にエンジントルクを示し、エンジン熱効率の一例（１０％、２０％、３０％、３５％、４０％）を等高線で示している。図示しているように、一般的に、エンジン熱効率は低トルク側で低くなる。よって、ロック機構７の係合時にはエンジン回転数は車速に比例するため、低駆動力である領域（アクセル開度が低い領域）でロック機構７を係合すると、燃費が悪化する傾向にあると考えられる。したがって、本実施形態では、このような燃費の悪化を防止すべく、低駆動力である領域（アクセル開度が低い領域）を、固定変速モードに設定すべき領域とせずに、無段変速モードに設定すべき領域としている。このように領域Ａ２３を設けることで、変速モードの切り替えを燃費最適に行うことが可能となる。

次に、固定変速モードに設定すべき領域Ａ３と無段変速モードに設定すべき領域Ａ２３との境界Ｄ１を設定する方法について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３のＳＯＣ（充電状態）及び入力制限に基づいて、境界Ｄ１の位置を変化させる。具体的には、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３のＳＯＣが所定値よりも低い場合、ＳＯＣが所定値以上である場合に比して、境界Ｄ１の位置を下げる。つまり、ＥＣＵ４は、ＳＯＣが所定値よりも低い場合、ＳＯＣが所定値以上である場合に比して、無段変速モードに設定すべき領域Ａ２３を、駆動力によって規定された方向に狭める。こうするのは、ＳＯＣが低下している場合には、ロック機構７を係合したままで、エンジントルクを高くすることができ（つまりエンジン１から余分に出力させたパワーを充電させることができ）、エンジン熱効率が高くなる傾向にあるからである。そのため、固定変速モードに設定したほうが、無段変速モードに設定するよりも燃費が良くなる傾向にあるからである。

一方、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３に入力制限がかかっている場合には、少なくとも、上記の場合（ＳＯＣが所定値よりも低い場合）に設定した位置よりも高い位置に境界Ｄ１を設定する。つまり、駆動力によって規定された方向において、高い位置に境界Ｄ１を設定する。こうするのは、ＨＶバッテリ３３に入力制限がかかっている場合には、ＨＶバッテリ３３に充電できないため、エンジン１から余分にパワーを出力させることが困難となるからである。

次に、固定変速モードに設定すべき領域Ａ３と無段変速モードに設定すべき領域Ａ２２との境界Ｄ２を設定する方法について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の出力制限によって規定された閾値（以下、「変速閾値」と呼ぶ。）に基づいて、境界Ｄ２を設定する。言い換えると、ＥＣＵ４は、変速閾値に基づいて、固定変速モードから無段変速モードへ変速モードを切り替えるか否かを判定する。

図８は、ＨＶバッテリ３３の出力制限による変速閾値の一例を示す図である。図８は、横軸にＨＶバッテリ３３の出力制限を示し、縦軸にエンジントルクを示しており、実線Ｅは変速閾値の一例を示している。図示のように、変速閾値Ｅによって、固定変速モードに設定すべき領域（固定変速モード領域）と、無段変速モードに設定すべき領域（無段変速モード領域）とが分けられている。また、変速閾値Ｅは、出力制限が高くなるほど、エンジントルクが高くなるように規定されている。ＥＣＵ４は、このような変速閾値Ｅに基づいて、ＨＶバッテリ３３の出力制限に対応するエンジントルクを求めて、当該エンジントルクから図６に示したマップの境界Ｄ２を設定する。

上記のような変速閾値Ｅに基づいて境界Ｄ２を設定する理由について説明する。通常、固定変速モードから無段変速モードへ変速モードを切り替える場合（具体的には、領域Ａ３から領域Ａ２２へ遷移する場合）、駆動力が必要になるため、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数が上昇される。このように第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数が上昇された場合、駆動軸３に対してエンジントルクが減少する傾向にある。この場合、減少した駆動軸３におけるトルクを第２のモータジェネレータＭＧ２から出力させる必要があるが、ＨＶバッテリ３３に出力制限がある場合には、第２のモータジェネレータＭＧ２から十分なトルクを出力させることが困難となる。そのため、変速時にトルク抜けが生じ、ショック（変速ショック）が発生してしまう場合がある。

したがって、本実施形態では、このような変速ショックの発生を抑制するために、ＨＶバッテリ３３の出力制限に応じて変速閾値Ｅを規定し、当該変速閾値Ｅに基づいて境界Ｄ２を設定する、つまり変速閾値Ｅに基づいて固定変速モードから無段変速モードへ変速モードを切り替えるか否かを判定する。これにより、固定変速モードから無段変速モードへ切り替える場合（具体的には、領域Ａ３から領域Ａ２２へ遷移する場合）に、変速ショックの発生を抑制することが可能となる。

ここで、上記した変速閾値Ｅは、アクセルの踏み込み速度及び勾配変化の少なくともいずれかに基づいて変化させても良い。具体的には、図８に示す実線の傾きを、固定せずに、アクセルの踏み込み速度及び勾配変化の少なくともいずれかに基づいて変化させても良い。こうするのは、アクセルの踏み込み速度や勾配変化によって、固定変速モードから無段変速モードへ切り替える際に要求される変速スピードが異なるからである。例えば、加速している状態における変速では、加速時でない場合と比較して、より大きなトルクを第２のモータジェネレータＭＧ２から出力させる必要があるからである。このように変速閾値Ｅを変化させることにより、変速ショックの発生を効果的に抑制することが可能となる。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ４は、第１のモータジェネレータＭＧ１の発電によりＨＶバッテリ３３の入力制限を越えると予想される場合に、第１のモータジェネレータＭＧ１の発電によりＨＶバッテリ３３の入力制限を越えないような場合に比して、第２のモータジェネレータＭＧ２から大きなトルクを出力させる制御を行うと共に、ブレーキによる制動トルクを大きくする制御を行う。具体的には、ＥＣＵ４は、第２のモータジェネレータＭＧ２からトルクを過剰に出力させて、ブレーキを協調させることで、駆動軸３のトルクを維持する。こうする理由は以下の通りである。

第１のモータジェネレータＭＧ１の発電量が多い場合には、ＨＶバッテリ３３の入力制限を越える可能性があるため、第２のモータジェネレータＭＧ２にて電力を消費させる必要がある。第２のモータジェネレータＭＧ２の回転数は車速が決まっていると固定されるため、第２のモータジェネレータＭＧ２にて電力を消費させるにはトルクを大きくさせる必要がある。この場合、第２のモータジェネレータＭＧ２のトルクを大きくする制御のみを行うとオーバーランになる可能性があるため、本実施形態では、このような第２のモータジェネレータＭＧ２に対する制御を行うと共に、ブレーキによる制動トルクを大きくする制御を行う。以上のような制御を行うことにより、ＨＶバッテリ３３の入力制限を適切に遵守させることが可能となる。

［制御処理］
次に、図９を参照して、本実施形態における制御処理について説明する。図９は、本実施形態における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ４によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ４は、現在設定されている変速モードを取得する。つまり、現在、無段変速モード及び固定変速モードのいずれの変速モードに設定されているかを判定する。例えば、ＥＣＵ４は、現在の車両の運転状態（走行状態）に基づいて、このような判定を行う。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ４は、変速モードを切り替えるべきか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ４は、図６に示したようなマップを参照することで、無段変速モード及び固定変速モードのいずれに設定したほうがよいかを判定する。このような判定により得られた変速モードが現在設定されている変速モード（ステップＳ１０１で取得された変速モード）と異なる場合には、ＥＣＵ４は、変速モードを切り替えるべきと判定する。この場合には（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進み、ＥＣＵ４は変速モードの切り替えを許可する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。これに対して、判定により得られた変速モードが現在設定されている変速モードに一致する場合には、ＥＣＵ４は、変速モードを切り替えるべきではないと判定する。この場合には（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の入力制限Ｗｉｎ及び出力制限Ｗｏｕｔや、エンジントルクＴｅや、第１のモータジェネレータＭＧ１の目標の回転数（Ｎｇ）や、駆動軸３の目標のトルクＴｐなどを取得する。ＥＣＵ４は、これらの値を、センサによって直接取得したり、或いは、センサ値などに基づいて演算することで得たりする。そして、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ４は、ステップＳ１０４で取得された値に基づいて、変速モードの切り替えに要する変速時間を求める。具体的には、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の入力制限／出力制限を考慮して、変速可能な時間を求める。１つの例では、ＥＣＵ４は、前述した第１の方法〜第３の方法のいずれかに従って、マップ（図３乃至図５を参照）を参照して変速時間を求める。他の例では、ＥＣＵ４は、演算処理によって変速時間を演算する。このような処理が終了すると、処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ４は、変速モードの切り替えを行っても良いか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ４は、ステップＳ１０５で求められた変速時間や、図６に示したようなマップなどに基づいて、当該判定を行う。１つの例では、ＥＣＵ４は、求められた変速時間が所定時間未満である場合には変速モードの切り替えを許可し、求められた変速時間が所定時間以上である場合には変速モードの切り替えを禁止する。この場合、ＥＣＵ４は、走行パターン（アクセルの踏み込み速度や踏み込み量）に基づいて、所定時間を設定することができる。

他の例では、ＥＣＵ４は、図６に示したようなマップを参照して、車速やエンジントルクなどに基づいて、変速モードの切り替えを行っても良いか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ４は、ＨＶバッテリ３３の状態などに基づいて、固定変速モードに設定すべき領域と無段変速モードに設定すべき領域との境界Ｄ１、Ｄ２を設定して、当該判定を行う。具体的には、ＨＶバッテリ３３のＳＯＣ（充電状態）及び入力制限に基づいて境界Ｄ１の位置を設定すると共に、ＨＶバッテリ３３の出力制限によって規定された変速閾値に基づいて境界Ｄ２を設定する。更に他の例では、ＥＣＵ４は、ステップＳ１０５で求められた変速時間及び図６に示したようなマップの両方に基づいて、変速モードの切り替えを行っても良いか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ４は、求められた変速時間が所定時間未満であっても、マップからは変速モードの切り替えを行うべきでないと判断される場合には、変速モードの切り替えを禁止する。

変速モードの切り替えを行っても良いと判定された場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、ＥＣＵ４は、変速モードの切り替えを開始する、つまり変速するための制御を開始する。そして、処理は当該フローを抜ける。これに対して、変速モードの切り替えを行っても良いと判定されなかった場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。

以上説明した本実施形態における制御処理によれば、変速モードの切り替え時に、ＨＶバッテリ３３の入出力制限を適切に遵守させることができると共に、ドライバビリティが悪化してしまうことを適切に回避することができる。また、変速ショックの発生を抑制することが可能となる。

本実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示す図である。 無段変速モード及び固定変速モードにおける共線図の一例を示す。 第１の方法で使用するマップを示す。 第２の方法で使用するマップを示す。 第３の方法で使用するマップを示す。 変速モードの切り替えに利用するマップの一例を示す図である。 エンジン熱効率の一例を示す図である。 ＨＶバッテリの出力制限による変速閾値の一例を示す図である。 本実施形態における制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
３ 駆動軸
４ ＥＣＵ
７ ロック機構
７ａ クラッチ
２０ 動力分配機構
３３ ＨＶバッテリ
ＭＧ１ 第１のモータジェネレータ
ＭＧ２ 第２のモータジェネレータ

Claims (15)

1. エンジンと、第１及び第２のモータジェネレータと、係合することで前記第１のモータジェネレータの回転を固定可能に構成された係合機構と、を具備するハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記第１及び第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリの状態に基づいて、前記係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う制御手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記バッテリの温度に基づいて、前記係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記バッテリの入力制限若しくは出力制限に基づいて、前記係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. エンジンと、第１及び第２のモータジェネレータと、係合することで前記第１のモータジェネレータの回転を固定可能に構成された係合機構と、を具備するハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記係合要素は、前記ハイブリッド車両における無段変速モードと固定変速モードとの２つの変速モードを切り替えるために用いられ、
   前記変速モードの切り替えに要する変速時間を求め、前記変速時間に基づいて、前記係合機構の係合／解放を切り替える制御を行う制御手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記変速時間が所定時間以上である場合には、前記変速モードの切り替えを禁止する請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置。
6. 前記所定時間は、アクセルの踏み込み速度及び踏み込み量の少なくともいずれかに基づいて設定される請求項５に記載のハイブリッド車両の制御装置。
7. 前記制御手段は、前記第１及び第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリの入力制限若しくは出力制限に基づいて、前記変速時間を求める請求項４乃至６のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
8. 前記制御手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数変化、前記エンジンのトルク、及び駆動軸のトルクに基づいて、前記変速時間を求める請求項７に記載のハイブリッド車両の制御装置。
9. 前記制御手段は、前記エンジンのトルクを変化させる制御を行うと共に、前記第１のモータジェネレータの回転数変化、前記エンジンのトルクの変化、及び駆動軸のトルクに基づいて、前記変速時間を求める請求項７に記載のハイブリッド車両の制御装置。
10. 前記制御手段は、前記エンジンのトルク及び駆動軸のトルクを変化させる制御を行うと共に、前記第１のモータジェネレータの回転数変化、前記エンジンのトルクの変化、及び前記駆動軸のトルクの変化に基づいて、前記変速時間を求める請求項７に記載のハイブリッド車両の制御装置。
11. 前記係合機構の係合時において、前記第１及び第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリの出力制限によって規定された閾値に基づいて、前記係合機構を係合から解放へ切り替えるか否かを判定する手段を更に備える請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
12. 前記閾値は、アクセルの踏み込み速度及び勾配変化の少なくともいずれかに基づいて設定される請求項１１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
13. 駆動力が所定値以下である領域において、前記係合機構を解放状態に設定する手段を更に備える請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
14. 前記所定値は、前記第１及び第２のモータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリの充電状態及び入力制限に基づいて設定される請求項１３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
15. 前記第１のモータジェネレータの発電によりバッテリの入力制限を越えると予想される場合に、前記第１のモータジェネレータの発電により前記バッテリの入力制限を越えないような場合に比して、前記第２のモータジェネレータから大きなトルクを出力させる制御を行うと共に、ブレーキによる制動トルクを大きくする制御を行う手段を更に備える請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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