JP2011201376A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機を大型化せずに済むハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、発電機と、エンジン及び発電機が連結された動力分配機構と、動力分配機構からの出力が伝達される駆動軸と、駆動軸にトルクを出力する電動機と、動力分配機構のいずれかの回転要素を固定可能なブレーキ部と、を有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は、制御手段を備える。制御手段は、発電機の回転数を低下させる際に、電動機より出力されるトルクを増加させるとともに、エンジンより出力されるエンジントルクを減少させる。
【選択図】図３

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。

内燃機関（エンジン）に加えて、電動機や発電機として機能するモータジェネレータを備えるハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両では、内燃機関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の過不足をモータジェネレータで補う。

このようなハイブリッド車両の一例として、以下の特許文献１及び２に示すように、無段変速モードと固定変速比モードとを切り替えて運転することが可能なように構成されたハイブリッド車両がある。このハイブリッド車両では、エンジンと発電機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、発電機のロータにはブレーキが接続され、駆動軸には電動機が接続されている。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モータジェネレータに出力させ、発電機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、発電機の回転が固定され、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、固定変速比モードでの運転が実行される。

ここで、特許文献１には、アクセル開度が小さい場合には、ブレーキを係合状態として、発電機を固定し（即ち、固定変速比モードとし）、アクセル開度が大きい場合には、ブレーキを解放状態として（即ち無段変速モードとして）、アクセル開度に比例して発電機の回転数を上げ、発電量を増加させる技術が記載されている。特許文献２には、固定変速比モードと無段変速モードとを切り替え可能なハイブリッド車両において、固定変速比モードに切り替える場合に、エンジントルクの大きさを発電機の出力可能な反力トルクの大きさに保持しつつ、ブレーキの摩擦によって発電機の回転数を下げる技術が記載されている。

特開平９−１５６３８７号公報 特開２００９−２３４５１２号公報

ところで、上述の特許文献１及び２に記載のハイブリッド車両では、ブレーキを係合するため、発電機は、無段変速モード時での反力トルクに加え、発電機の回転数を低下させるトルクも出力する必要がある。発電機の回転数を低下させるためのトルクを当該発電機により出力させるとした場合には、当該発電機が大型化してしまう恐れがある。この点について、特許文献１及び２には何ら記載されていない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、発電機を大型化せずに済むハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、エンジンと、発電機と、前記エンジン及び前記発電機が連結された動力分配機構と、前記動力分配機構からの出力が伝達される駆動軸と、前記駆動軸にトルクを出力する電動機と、前記動力分配機構のいずれかの回転要素を固定可能なブレーキ部と、を有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、前記発電機の回転数を低下させてから前記ブレーキ部を制御して前記回転要素を固定することにより、無段変速モードから固定変速比モードへと変速モードを切り替える制御手段を有し、前記制御手段は、前記発電機の回転数を低下させる際に、前記電動機より出力されるトルクを増加させるとともに、前記エンジンより出力されるエンジントルクを減少させる。

上記のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、発電機と、エンジン及び発電機が連結された動力分配機構と、動力分配機構からの出力が伝達される駆動軸と、駆動軸にトルクを出力する電動機と、動力分配機構のいずれかの回転要素を固定可能なブレーキ部と、を有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は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などの制御手段を備える。制御手段は、発電機の回転数を低下させる際に、電動機より出力されるトルクを増加させるとともに、エンジンより出力されるエンジントルクを減少させる。このようにすることで、駆動力を維持しつつ、発電機が受け持つ反力トルクを減少させることができ、その減少分の発電機のトルクを当該発電機の回転数の低下に用いることができる。これにより、発電機の回転数を低下させるためのトルクを当該発電機により出力させる場合であっても、当該発電機が大型化するのを防ぐことができる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記電動機より出力されるトルクを出力可能な最大トルクとする。このようにすることで、発電機が受け持つ反力トルクを最小にすることができ、発電機の回転数を低下させるトルクを増加させることができるので、当該発電機の回転数を低下させるのにかかる回転変化時間を短縮することができる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記発電機の回転数を低下させるのにかかる回転変化時間を算出するとともに、前記回転変化時間の目標値である目標回転変化時間を算出し、前記回転変化時間が前記目標回転変化時間となるように前記電動機より出力されるトルクを調整する。これにより、ドライバビリティを向上させることができる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の好適な実施例では、前記ブレーキ部は、前記モータジェネレータのロータを固定可能なロック機構であり、前記制御手段は、無段変速モードから固定変速比モードに切り換える場合には、前記発電機の回転数を低下させてから、前記ロック機構を用いて前記発電機のロータを固定する。

エンジンと、発電機と、前記エンジン及び前記発電機が連結された動力分配機構と、前記動力分配機構からの出力が伝達される駆動軸と、前記駆動軸にトルクを出力する電動機と、前記動力分配機構のいずれかの回転要素を固定可能なブレーキ部と、を有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、前記発電機の回転数を低下させてから前記ブレーキ部を制御して前記回転要素を固定することにより、無段変速モードから固定変速比モードへと変速モードを切り替える制御手段を有し、前記制御手段は、前記発電機の回転数を低下させる際に、前記電動機より出力されるトルクを増加させるとともに、前記エンジンより出力されるエンジントルクを減少させる。これにより、発電機の回転数を低下させるためのトルクを当該発電機により出力させる場合であっても、当該発電機が大型化するのを防ぐことができる。

第１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比モードにおける共線図の一例を示す図である。 第１実施形態に係るトルク変化制御を説明するための共線図の一例を示す図である。 第１実施形態に係る変速モード切替処理を示すタイムチャート及びエンジン動作点を示す図である。 エンジントルクを減少させない変速モード切替処理を行う場合のタイムチャート及びエンジン動作点を示す図である。 無段変速モード時動作線に沿って変速モード切替処理を行う場合のタイムチャート及びエンジン動作点を示す図である。 第１実施形態に係るトルク変化制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る変速モード切替処理を示すタイムチャート及びエンジン動作点を示す図である。 第２実施形態に係る持ち出し電力決定処理を示すフローチャートである。 変形例に係るハイブリッド車両の概略構成を示す図である。

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。

［第１実施形態］
最初に、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法について説明する。

図１に第１実施形態に係る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とは動力分配機構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。

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、リングギヤＲ１、キャリアＣ１、サンギヤＳ１、を備える。キャリアＣ１は、リングギヤＲ１とサンギヤＳ１との両方に噛み合っているピニオンギヤ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ヤＳ１に連結されている。リングギヤ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、クラッチ７ａ、アクチュエータ７ｂ、を有する。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。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のサンギヤＳ１を固定する。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のサンギヤＳ１を解放する。ロック機構７は、ＥＣＵ５から送信された制御信号Ｓｉｇ５に基づいて、クラッチ７ａの係合及び解放を制御する。

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、固定変速比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、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はバッテリ３３に接続されている。さらに、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、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、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。

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、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は制御信号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、バッテリ３３のバッテリ残存容量を示すＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）及びバッテリの入出力制限値などは制御信号Ｓｉｇ４としてＥＣＵ４に供給される。

ＥＣＵ４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、それらを制御し、ロック機構７に制御信号Ｓｉｇ５を送信することにより、ロック機構７を制御する。例えば、ＥＣＵ４は、図示しないアクセルペダルからの制御信号に基づいて、アクセル開度を検出して要求駆動力を求め、駆動力が当該要求駆動力となるように、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を制御する。また、ＥＣＵ４は、例えば、要求駆動力と車速とに基づいて、ロック機構７を制御する。従って、ＥＣＵ４は、本発明における制御手段として機能する。

次に、図２を参照して、無段変速モード及び固定変速比モードにおけるハイブリッド車両の動作状態について説明する。図２は、無段変速モード及び固定変速比モードにおける共線図の一例を示している。図２（ａ）、（ｂ）において、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し、下方向が負回転に対応する。また、上方向が正トルクに対応し、下方向が負トルクに対応する。

図２（ａ）における直線Ａ１ａ、Ａ１ｂ、Ａ１ｃは無段変速モードにおける共線図の一例を示している。無段変速モードの場合には、エンジン１のエンジントルクＴＫＥに対応する反力トルクが、第１のモータジェネレータＭＧ１よりトルクＴＫ１として出力される。なお、トルクＴＫ２は、第２のモータジェネレータＭＧ２より出力されるトルクを示している。無段変速モードでは、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数を増減変化させることにより、エンジン１のエンジン回転数を連続的に制御することが可能である。駆動軸３の回転数がＮ１であるとした場合において、例えば、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数を白丸ｍ１、ｍ２、ｍ３と順次変化させた場合には、エンジン１のエンジン回転数は、白丸Ｎｅ１（＞Ｎ１）、Ｎｅ２（＝Ｎ１）、Ｎｅ３（＜Ｎ１）と順次変化する。つまり、エンジン１のエンジン回転数は、駆動軸３の回転数よりも高い値、等しい値及び低い値に順次変化する。このとき、第１のモータジェネレータＭＧ１は発電し、インバータ３１を介して、駆動軸３のアシストを行う第２のモータジェネレータＭＧ２に電力を供給する。つまり、無段変速モードでは、エンジン１からの出力は、動力分配機構２０を介して駆動軸３に直接伝達されるルートと、第１のモータジェネレータＭＧ１から駆動軸３のアシストを行う第２のモータジェネレータＭＧ２へ電気的に伝達されるルートと、の２つのルートで駆動軸３へ伝達される。

図２（ｂ）における直線Ａ２は固定変速比モードにおける共線図の一例を示している。固定変速比モードの場合には、ロック機構７が第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１を固定するとともにサンギヤＳ１を固定している状態となるため、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Ｎｅ４が駆動軸３の回転数Ｎ１より小さくなる状態）に固定される。このとき、ロック機構７が第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１を固定することにより、第１のモータジェネレータＭＧ１は発電機及び電動機のいずれとしても機能しないため、第１のモータジェネレータＭＧ１から第２のモータジェネレータＭＧ２に電力が供給されない。従って、固定変速比モードでは、エンジン１からの出力は、動力分配機構２０を介して駆動軸３に直接伝達されるルートでのみ、駆動軸３へ伝達される。

上述したことから分かるように、第１のモータジェネレータＭＧ１は、主に発電機として機能し、第２のモータジェネレータは、主に電動機として機能する。従って、以下では、特に断りのない限り、発電機といった場合には、第１のモータジェネレータＭＧ１のことを示すものとし、電動機（モータ）といった場合には、第２のモータジェネレータＭＧ２のことを示すものとする。

また、以下では、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数及びトルクをそれぞれ、ＭＧ１回転数及びＭＧ１トルクと称することとし、第２のモータジェネレータＭＧ２の回転数及びトルクをそれぞれ、ＭＧ２回転数及びＭＧ２トルクと称することとする。図２（ａ）より分かるように、無段変速モードでは、ＭＧ１トルクは負トルクとなっている。従って、ＭＧ１トルクが増加又は減少といった場合には、特に断りの無い限り、負方向のトルクの大きさが増加又は減少することを示すものとする。一方、エンジントルク又はＭＧ２トルクが増加又は減少といった場合には、正方向のトルクの大きさが増加又は減少することを示すものとする。

図２（ｂ）で述べたことから分かるように、固定変速比モードでは、第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１がロック機構７により固定される。そのため、ＥＣＵ４は、無段変速モードから固定変速比モードへと変速モードを切り替える変速モード切替制御を行う際に、ＭＧ１回転数を目標回転数になるまで低下させる回転変化制御を行ってから、ロック機構７によりロータ１１を固定する係合制御を行う。ここで、第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１がロック機構７により固定されるハイブリッド車両では、目標回転数は０ｒｐｍとされる。

回転変化制御が行われる場合には、ＭＧ１回転数を低下させるトルクを出力する必要がある。そこで、第１のモータジェネレータＭＧ１が、反力トルクに加え、ＭＧ１回転数を低下させるトルクを出力するとした場合には、即ち、ＭＧ１トルクを増大させるとした場合には、第１のモータジェネレータＭＧ１は大型化する恐れがある。一方、ロック機構７におけるクラッチ７ａの摩擦により、ＭＧ１回転数を低下させるとした場合には、エンジン１及び第１のモータジェネレータＭＧ１の回転エネルギーを摩擦による熱で捨てることになる。この場合、ＭＧ１回転数の変化が大きくなるほど、捨てられる回転エネルギーが大きくなるため、燃費が低下する恐れがある。また、比較的短時間で大量の熱をロック機構７に発生させることになるので、耐熱性を向上させることによるロック機構７の大型化の恐れがある。さらに、ここで、単位時間当たりの発熱量を減少させるために、ＭＧ１回転数を低下させる時間を長くすると、適切なドライバビリティを得ることができなくなる。

そこで、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法では、回転変化制御を行う際に、ＭＧ２トルクを増加させるとともにエンジントルクを減少させるトルク変化制御を行うことで、ＭＧ１回転数を低下させるトルクを確保することとする。以下、図３を用いて具体的に説明する。

図３は、トルク変化制御前とトルク変化制御後の共線図の一例を示している。図３において、ＴＫＥｐ、ＴＫ１ｐ、ＴＫ２ｐ、ＴＫｄｐは、トルク変化制御前のエンジントルク、ＭＧ１トルク、ＭＧ２トルク、直達トルクを示している。ここで、直達トルクは、動力分配機構２０より駆動軸３に伝達されるトルクである。また、ＴＫＥａ、ＴＫ１ａ、ＴＫ２ａ、ＴＫｄａは、トルク変化制御後のエンジントルク、ＭＧ１トルク、ＭＧ２トルク、直達トルクを示している。以下、トルク変化制御の具体的な方法について説明する。

まず、ＥＣＵ４は、第１のモータジェネレータＭＧ１の状態や発電可能な電力に応じて、ＭＧ１トルクをトルクＴＫ１ｐからトルクＴＫ１ａとなるまで増加させる。トルクＴＫ１ａは、第１のモータジェネレータＭＧ１の状態や発電可能な電力に応じて決定されるトルクである。第１のモータジェネレータＭＧ１の状態に応じて決定する方法の例としては、トルクＴＫ１ａは、例えば、第１のモータジェネレータＭＧ１の温度に応じて、マップなどを用いて決定される。また、第１のモータジェネレータＭＧ１の発電可能な電力に応じて決定する方法の例としては、トルクＴＫ１ａは、例えば、第２のモータジェネレータＭＧ２の消費可能電力とバッテリ３３の充電可能電力とに応じて、マップなどを用いて決定される。以下では、トルクＴＫ１ａのうち、出力可能な最大トルクを「発電機限界トルク」と称する。また、以下では、一例として、トルクＴＫ１ａを発電機限界トルクに設定するものとする。

また、ＥＣＵ４は、第２のモータジェネレータＭＧ２の状態や使用可能な電力に応じて、ＭＧ２トルクをトルクＴＫ２ｐからトルクＴＫ２ａとなるまで増加させる。トルクＴＫ２ａは、第２のモータジェネレータＭＧ２の状態や使用可能な電力に応じて決定される出力可能な最大トルクである。第２のモータジェネレータＭＧ２の状態に応じて決定する方法の例としては、トルクＴＫ２ａは、例えば、第２のモータジェネレータＭＧ２の温度に応じて、マップなどを用いて決定される。また、第２のモータジェネレータＭＧ２の使用可能な電力に応じて決定する方法の例としては、トルクＴＫ２ａは、例えば、第１のモータジェネレータＭＧ１の発電可能電力とバッテリ３３から持ち出し可能な電力とに応じて、マップなどを用いて決定される。以下では、この出力可能な最大トルクＴＫ２ａを「モータ限界トルク」と称することとする。

そして、ＥＣＵ４は、直達トルクとＭＧ２トルクとの和がドライバからの要求駆動力を満足するように、エンジントルクを減少させる。図３に示す例では、トルク変化制御前後では要求駆動力が変化しないとしている。トルク変化制御が行われる前では、ＭＧ２トルクがトルクＴＫ２ｐで、かつ、直達トルクがトルクＴＫｄｐとなるときに要求駆動力を満足している。それに対し、トルク変化制御が行われた後では、ＭＧ２トルクがトルクＴＫ２ａに変化するので、直達トルクがトルクＴＫｄａとなるときに要求駆動力を満足する。従って、ＥＣＵ４は、要求駆動力を満足させるため、この直達トルクがトルクＴＫｄａとなるようにエンジントルクを減少させる。つまり、直達トルクがトルクＴＫｄａとなるときのエンジントルクをトルクＴＫＥａとすると、ＥＣＵ４は、エンジントルクをトルクＴＫＥｐからトルクＴＫＥａとなるまで減少させる。ここで、直達トルクは、エンジントルク、ＭＧ１トルク、エンジン１及び第１のモータジェネレータＭＧ１の慣性質量、動力分配機構２０のギヤ比によって求められる。具体的には、以下の差動機構の運動方程式（１）〜（６）を用いて計算することにより、直達トルクが求められる。従って、直達トルクがトルクＴＫｄａとなるときのエンジントルクＴＫＥａを求める場合には、この計算の逆算を行えばよい。即ち、エンジントルクＴＫＥａは、ＭＧ１トルク、エンジン１及び第１のモータジェネレータＭＧ１の慣性質量、動力分配機構２０のギヤ比、直達トルクＴＫｄａに基づいて、差動機構の運動方程式（１）〜（６）を用いて計算することにより求められる。

なお、このようにする代わりに、直達トルクとＭＧ１トルクとエンジントルクとの関係を示したマップを用いて、直達トルクがトルクＴＫｄａとなるときのエンジントルクＴＫＥａを求めるとしても良い。

なお、トルク変化制御が行われた後では、ＭＧ１回転数およびエンジン回転数の低下による慣性トルクが発生するので、直達トルクは、エンジントルクのうち、動力分配機構２０を介して駆動軸３に伝達されるトルク（以下、「エンジン直達トルク」と称する）に、駆動軸３に伝達される当該慣性トルクを加えたものとなる。

このように、ＭＧ２トルクを増加させるとともにエンジントルクを減少させるトルク変化制御を行うことで、駆動力を維持しつつ、第１のモータジェネレータＭＧ１が受け持つ反力トルクを減少させることができ、その減少分のＭＧ１トルクをＭＧ１回転数の低下に用いることができる。

次に、第１実施形態に係る変速モード切替制御処理について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、第１実施形態に係る変速モード切替制御処理を示すタイムチャートであり、図４（ｂ）は、第１実施形態に係る変速モード切替制御処理におけるエンジン動作点の動きを示す図である。図４（ａ）におけるエンジン、発電機、モータについて、トルクは実線で示され、回転数は破線で示されている（図５（ａ）、図６（ａ）、図８（ａ）にて同じ）。

図４（ａ）に示すように、時刻ｔ１において、ＥＣＵ４は、例えば要求駆動力と車速とに基づいて、無段変速モードから固定変速比モードへと変速モードを切り替える旨の判定（以下、「係合判定」と称する）を行う。このとき、ＭＧ１回転数は目標回転数（ここでは、０ｒｐｍ）となっていないので、ＥＣＵ４は、ＭＧ１回転数を低下させる回転変化制御のためトルク変化制御を行う。

具体的には、時刻ｔ１において、ＥＣＵ４は、第１のモータジェネレータＭＧ１の状態や発電可能な電力に応じて、ＭＧ１トルクを発電機限界トルクとなるまで増加させる。また、ＥＣＵ４は、第２のモータジェネレータＭＧ２の状態や使用可能な電力に応じて、ＭＧ２トルクをモータ限界トルクまで増加させるとともに、要求駆動力を満足するように、エンジントルクを減少させる。このようにすることで、反力トルクは減少し、当該減少分のＭＧ１トルクによりＭＧ１回転数は低下する。このとき、図４（ｂ）に示すグラフでは、エンジン動作点が点Ｐｅ１（無段変速モード時動作点）から点Ｐｅ２へと移動する。

このとき、駆動パワーは、バッテリ３３より持ち出される電力であるバッテリパワーと、エンジン１および第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数変化による慣性トルクによる回転変化パワーと、エンジンパワーとで構成される。図４（ｂ）に示すように、トルク変化制御前後において、駆動パワーは、ドライバ要求パワーに保持されている。

時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、ＭＧ１回転数が低下するため、第１のモータジェネレータＭＧ１による発電量も低下する。従って、ＥＣＵ４は、バッテリパワーを一定に保持するため、ＭＧ２トルクを減少させ、それに応じて、エンジントルクを増加させる。このとき、図４（ｂ）に示すグラフでは、エンジン動作点が点Ｐｅ２から点Ｐｅ３へと移動する。

時刻ｔ２において、ＭＧ１回転数は目標回転数たる０ｒｐｍとなり、エンジントルクは、発電機限界トルクが反力トルクとなるときのエンジントルクであるエンジントルク限界となる。このとき、ＥＣＵ４は、ロック機構７の係合制御を行い、無段変速モードから固定変速比モードへと切り替える。図４（ｂ）に示すグラフでは、このときのエンジン動作点が点Ｐｅ４（ロック時動作点）となる。

このようにすることで、無段変速モードから固定変速比モードへと変速モードが切り替えられる。上述の変速モード切替制御によれば、バッテリパワーは一定に保持される。

ここで、比較のため、エンジントルクを減少させないトルク変化制御を行う場合の変速モード切替制御処理の例と、無段変速モード時動作線に沿ってトルク変化制御を行う場合の変速モード切替制御処理の例について図５、６を用いて説明する。

図５（ａ）は、エンジントルクを減少させないトルク変化制御を行う場合の変速モード切替制御処理のタイムチャートを示し、図５（ｂ）は、そのときのエンジン動作点の動きを示す図である。

図５（ａ）を見ると分かるように、エンジントルクを減少させないトルク変化制御を行う場合には、ＥＣＵ４は、係合判定時において、ＭＧ１トルクを発電機限界トルクまで増加させているものの、エンジントルクについては減少させていない。この場合、図４に示したトルク変化制御を行う場合と比較して、反力トルクを減少させることができないため、ＭＧ１回転数の低下が緩やかになる。そのため、図４（ａ）に示したタイムチャートと比較して、ＭＧ１回転数を目標回転数（ここでは０ｒｐｍ）まで低下させるのにかかる時間（以下、「回転変化時間」と称する）が長くなる。従って、図５に示すエンジントルクを減少させないトルク変化制御と比較して、図４に示したトルク変化制御の方が、反力トルクを減少させることができるので、その減少分のＭＧ１トルクをＭＧ１回転数の低下に用いることができ、ＭＧ１回転数を低下させるのにかかる回転変化時間を短縮することができる。

図６（ａ）は、無段変速モード時動作線に沿ってトルク変化制御を行う場合の変速モード切替制御処理のタイムチャートを示し、図６（ｂ）は、そのときのエンジン動作点の動きを示すグラフである。

図６（ｂ）を見ると分かるように、このトルク変化制御では、ＭＧ１回転数が目標回転数になるまで、無段変速モード時動作線に沿ってエンジン動作点が移動するように制御が行われる。

この場合、図６（ａ）に示すように、時間の経過に従い、ＭＧ２トルクを増加させるとともに、エンジントルクを減少させている。そのため、ＭＧ２トルクの増加に従い、要求駆動パワーを満足させるために必要なバッテリパワーが瞬間的に増加してしまう。従って、図６に示す無段変速モード時動作線に沿ったトルク変化制御と比較して、図４に示したトルク変化制御の方が、バッテリ３３から持ち出されるバッテリパワーを一定に保持することができ好適である。

次に、第１実施形態に係るトルク変化制御処理について図７のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ４は、第１のモータジェネレータＭＧ１の出力するトルクを算出する。具体的には、ＥＣＵ４は、第１のモータジェネレータＭＧ１の状態や発電可能な電力に応じて、発電機限界トルクを算出する。この後、ＥＣＵ４は、ステップＳ１０２の処理へ進む。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ４は、第２のモータジェネレータＭＧ２の出力するトルクを算出する。具体的には、ＥＣＵ４は、第２のモータジェネレータＭＧ２の状態や使用可能な電力に応じて、モータ限界トルクを算出する。この後、ＥＣＵ４は、ステップＳ１０３の処理へ進む。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ４は、要求駆動力とモータ限界トルクとに基づいて、要求駆動力を満足することが可能な直達トルクを算出する。続くステップＳ１０５において、ＥＣＵ４は、ステップＳ１０４にて求められた直達トルク、モータ限界トルクを基に、例えば差動機構の運動方程式を用いて、エンジントルクを算出する。この後、ＥＣＵ４は、ステップＳ１０６の処理へ進む。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ４は、ＭＧ１トルク、ＭＧ２トルク、エンジントルクの変更を行う。具体的には、ＥＣＵ４は、ＭＧ１トルクを発電機限界トルクとなるまで増加させ、ＭＧ２トルクをモータ限界トルクとなるまで増加させ、ステップＳ１０５で求められたエンジントルクとなるまでエンジントルクを減少させる。この後、ＥＣＵ４は、本制御処理を終了する。

以上に述べたことから分かるように、第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法では、ＥＣＵ４は、回転数変化制御を行う際において、ＭＧ２トルクを増加させるとともにエンジントルクを減少させるトルク変化制御を行うこととする。このようにすることで、駆動力を維持しつつ、第１のモータジェネレータＭＧ１が受け持つ反力トルクを減少させることができ、その減少分のＭＧ１トルクをＭＧ１回転数の低下に用いることができる。これにより、ＭＧ１回転数を低下させるためのトルクを出力させる場合であっても、第１のモータジェネレータＭＧ１が大型化するのを防ぐことができる。

なお、上述の第１実施形態では、ＥＣＵ４は、ＭＧ２トルクをモータ限界トルクまで増加させるとしているがこれに限られるものではない。このようにする代わりに、ＥＣＵ４は、ＭＧ２トルクをモータ限界トルクよりも低いトルクまで増加させるとしても上述したのと同様の効果を得ることができる。しかしながら、このようにするよりも、ＭＧ２トルクをモータ限界トルクまで増加させるとする方が、第１のモータジェネレータＭＧ１が受け持つ反力トルクを最小にすることができ、ＭＧ１回転数を低下させるトルクをより増加させることができる。つまり、ＭＧ２トルクをモータ限界トルクまで増加させるとする方が、回転変化制御にかかる時間を短縮することができ、好適である。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法について説明する。第２実施形態に係るハイブリッド車両は、図１に示した第１実施形態に係るハイブリッド車両と同様の構成を有するものとする。

第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法では、無段変速モードから固定変速比モードへと変速モードを切り替える際に、ＭＧ１回転数を低下させて目標回転数にする回転変化制御を行うとしていた。ここで、ＭＧ１回転数を低下させる際において、エンジン回転数の変化幅が大きいほど、回転変化時間は長くなる。また、エンジントルクが増大するほど、反力トルクの増大により、ＭＧ１回転数の引き下げに用いることができるトルクが減少して、回転変化時間は長くなる。

そこで、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法では、上述の第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法に加えて、目標回転時間を算出し、回転変化時間が当該目標回転変化時間となるように、バッテリ３３からの持ち出し電力を決定することとする。以下、具体的に説明する。

まず、回転変化時間の算出方法について説明する。回転変化時間は、回転変化制御を開始してから終了するまでの時間であるので、予定されるトルク変化制御後のトルクおよび回転数に基づいて算出される。例えば、上述した第１実施形態に係るトルク変化制御を行う予定の場合には、回転変化時間は、ＭＧ１回転数、発電機限界トルク、モータ限界トルク、要求駆動力に基づいて算出される。

次に、目標回転変化時間の算出方法について説明する。目標回転変化時間は、例えば、ドライバビリティなどを考慮して決められる。具体的には、目標回転変化時間は、車速やエンジンパワーに応じて、マップなどを用いて決められる。例えば、車速が低くなるほど、ロードノイズや風切り音などの影響が小さくなるので、エンジン回転数変化に伴う音の変化の影響が相対的に大きくなる。そこで、このような場合には、エンジン回転数変化に伴う音の急激な変化を抑制するため、車速が低くなるほど、目標回転変化時間は長く設定される。

ＥＣＵ４は、目標回転変化時間と回転変化時間とを比較し、回転変化時間が目標回転変化時間よりも短ければ、回転変化時間が目標回転変化時間となるように、バッテリ３３からの持ち出し電力を小さくする。具体的には、ＥＣＵ４は、目標回転変化時間から回転変化時間を引いた値とバッテリ３３からの持ち出し電力との関係を示したマップを用いて、バッテリ３３からの持ち出し電力を算出する。

ＥＣＵ４は、目標回転変化時間から回転変化時間を引いた値が大きくなるほど、バッテリ３３からの持ち出し電力を小さくして、ＭＧ２トルクを減少させ、回転変化時間を長くする。一方、ＥＣＵ４は、目標回転変化時間から回転変化時間を引いた値が小さくなるほど、バッテリ３３からの持ち出し電力を大きくして、ＭＧ２トルクを増加させ、回転変化時間を短くする。

上述の第２実施形態に係る変速モード切替制御処理について図８を用いて説明する。図８（ａ）は、第２実施形態に係る変速モード切替制御処理を示すタイムチャートであり、図８（ｂ）は、第２実施形態に係る変速モード切替制御処理におけるエンジン動作点の動きを示すグラフである。

時刻ｔａ１において、図４で述べたのと同様に、ＥＣＵ４は、例えば要求駆動力と車速とに基づいて、無段変速モードから固定変速比モードへと変速モードを切り替える旨の係合判定を行う。このとき、ＭＧ１回転数は目標回転数（ここでは、０ｒｐｍ）となっていないので、ＥＣＵ４は、ＭＧ１回転数を低下させる回転変化制御のためトルク変化制御を行う。ここで、第２実施形態では、さらに、ＥＣＵ４は、車速などに基づいて、目標回転変化時間を求めるとともに、予定されるトルク変化制御後の回転数およびトルクに基づいて、例えば、ＭＧ１回転数、発電機限界トルク、モータ限界トルク、要求駆動力に基づいて、回転変化時間を求める。

図８のタイムチャートの例では、ＥＣＵ４は、目標回転変化時間よりも回転変化時間の方が短いと判定しているので、目標回転変化時間から回転変化時間を引いた値に応じて、バッテリ３３からの持ち出し電力を算出する。ＭＧ２トルクがモータ限界トルクとなるときのバッテリ３３からの持ち出し電力と比較して、このときのバッテリ３３からの持ち出し電力は小さく算出される。そして、ＥＣＵ４は、実際のトルク変化制御として、ＭＧ２トルクを目標トルクまで増加させる際に、求められたバッテリ３３からの持ち出し電力に応じて、モータ限界トルクよりも小さなトルクに当該目標トルクを設定する。また、ＥＣＵ４は、これに応じて、予定されたトルク変化制御と比較して、実際のトルク変化制御におけるエンジントルクの減少量を小さくする。これにより、図４の場合と比較して、回転変化時間は長くなり、目標回転変化時間に近づく。

時刻ｔａ２において、ＥＣＵ４は、ＭＧ１回転数は目標回転数となり、エンジントルクは、発電機限界トルクが反力トルクとなるときのエンジントルクであるエンジントルク限界となる。このとき、ＥＣＵ４は、ロック機構７の係合制御を行い、無段変速モードから固定変速比モードへと切り替える。

このように、目標回転変化時間から回転変化時間を引いた値に応じて、バッテリ３３からの持ち出し電力を小さくする制御を行う、即ち、トルク変化制御後のＭＧ２トルクを調整することで、係合判定時における回転数やトルクといった条件に依らず、回転変化時間を目標回転変化時間にすることができる。

次に、バッテリ３３からの持ち出し電力を決定する制御処理について図９のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ２０１において、ＥＣＵ４は、回転変化時間を算出する。具体的には、ＥＣＵ４は、予定されるトルク変化制御後における、ＭＧ１回転数、ＭＧ１トルク（例えば発電機限界トルク）、ＭＧ２トルク（例えばモータ限界トルク）、要求駆動力に基づいて、回転変化時間を求める。続くステップＳ２０２において、ＥＣＵ４は、車速やエンジンパワーに基づいて、目標回転変化時間を算出する。この後、ＥＣＵ４は、ステップＳ２０３の処理へ進む。

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ４は、目標回転変化時間と回転変化時間とを比較し、回転変化時間が目標回転変化時間よりも短いか否かについて判定する。ＥＣＵ４は、目標回転変化時間よりも回転変化時間が短いと判定した場合には（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０４の処理へ進む。一方、ＥＣＵ４は、目標回転変化時間よりも回転変化時間が短くない、即ち、回転変化時間が目標回転変化時間以上になっていると判定した場合には（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、本制御処理を終了する。

ステップＳ２０４において、ＥＣＵ４は、目標回転変化時間から回転変化時間を引いた値に応じて、例えばマップなどを用いて、バッテリ３３からの持ち出し電力を算出し、算出された持ち出し電力に応じて、実際のトルク変化制御後のＭＧ２トルクを決定して、本制御処理を終了する。

以上に述べたことから分かるように、第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法では、目標回転変化時間と回転変化時間とを比較し、回転変化時間が目標回転変化時間よりも短い場合には、回転変化時間が目標回転変化時間となるように、目標回転変化時間から回転変化時間を引いた値に応じて、バッテリ３３からの持ち出し電力を小さくする制御を行う、即ち、ＭＧ２トルクを調整する制御を行う。これにより、係合判定時における回転数やトルクといった条件に依らず、回転変化時間を目標回転変化時間にすることができ、ドライバビリティを向上させることができる。

［変形例］
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。

例えば、上述の実施形態では、動力分配機構２０は、シングルピニオン型の遊星歯車機構であるとしているがこれに限られない。代わりに、ダブルピニオン型の遊星歯車機構であるとしてもよい。即ち、キャリアＣ１は、リングギヤＲ１とサンギヤＳ１との両方に噛み合っているピニオンギヤＣＰ１を保持する代わりに、サンギヤＳ１と噛み合うように構成されたインナーピニオンギヤと、当該インナーピニオンギヤ及びリングギヤＲ１と噛み合うように構成されたアウターピニオンギヤと、を保持するとしても良い。また、ピニオンギヤＣＰ１としては、段差付きのピニオンギヤであるとしても良い。

また、本発明を適用することが可能なハイブリッド車両の機構としては、第１のモータジェネレータＭＧ１のロータをロックすることにより固定変速比モードを実現するものには限られない。代わりに、例えば、以下の図１０で示すように、動力分配機構２０の回転要素のうち、いずれか一つをブレーキにより固定することで固定変速比モードを実現する機構であっても、本発明を適用することが可能である。

図１０は、変形例に係るハイブリッド車両の概略構成を示すスケルトン図である。図１０において、図１に示すハイブリッド車両と同様の機能を有する構成要素については、図１と同じ符号を付して示している。

変形例に係るハイブリッド車両において、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には、第２のモータジェネレータＭＧ２が変速部６を介して駆動軸３に接続されている。

動力分配機構２０は、エンジン１のエンジントルクを第１のモータジェネレータＭＧ１と駆動軸３とに分配する機構であり、差動作用を生じるように構成されている。具体的には複数組の差動機構を備え、互いに差動作用を生じる４つの回転要素のうち、第１の回転要素にエンジン１が連結され、第２の回転要素に第１のモータジェネレータＭＧ１が連結され、第３の回転要素に駆動軸３が連結される。第４の回転要素はブレーキ部７ｂｋにより固定可能となっている。

動力分配機構２０は、２つの遊星歯車機構を組み合わせて構成される。第１の遊星歯車機構はリングギヤＲ１、キャリアＣ１、サンギヤＳ１を備える。第２の遊星歯車機構はダブルピニオン式であり、リングギヤＲ２、キャリアＣ２、サンギヤＳ２を備える。

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、そのキャリアＣ１は第２の遊星歯車機構のリングギヤＲ２に連結されている。これらが第１の回転要素を構成する。第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１は第１の遊星歯車機構のサンギヤＳ１に連結され、これらが第２の回転要素を構成している。

第１の遊星歯車機構のリングギヤＲ１と第２の遊星歯車機構のキャリアＣ２は相互に連結されているとともに駆動軸３に連結されている。これらが第３の回転要素を構成している。また、第２の遊星歯車機構のサンギヤＳ２は回転軸２９に連結されており、回転軸２９とともに第４の回転要素を構成している。回転軸２９はブレーキ部７ｂｋにより固定可能となっている。ブレーキ部７ｂｋはＥＣＵ４により制御される。

ブレーキ部７ｂｋが第４の回転要素を固定していない状態では、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、ブレーキ部７ｂｋが第４の回転要素を固定している状態では、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より出力される回転数が駆動軸３の回転数より小さくなる状態）に固定され、固定変速比モードが実現される。

変形例に係るハイブリッド車両においても、本発明を適用することが可能である。即ち、無段変速モードから固定変速比モードへと変速モードを切り替える際において、ＭＧ２トルクを増加させるとともにエンジントルクを減少させることにより、第１のモータジェネレータＭＧ１が受け持つ反力トルクを減少させることができ、その減少分のＭＧ１トルクをＭＧ１回転数の低下に用いることができる。なお、このとき、ＥＣＵ４は、第４の回転要素の回転数が「０」になるときのＭＧ１回転数を目標回転数として、ＭＧ１回転数を低下させる。また、さらに、このとき、目標回転変化時間と回転変化時間とを比較し、回転変化時間が目標回転変化時間よりも短い場合には、回転変化時間が目標回転変化時間となるように、目標回転変化時間から回転変化時間を引いた値に応じて、バッテリからの持ち出し電力を小さくする制御を行うとしても良い。これにより、回転変化時間を目標回転変化時間にすることができ、ドライバビリティを向上させることができる。

以上に述べたことから分かるように、要は、モータジェネレータより反力トルクを出力させ、エンジンの回転数と駆動軸の回転数との回転数比が連続的に変化する無段変速モードと、動力分配機構におけるいずれかの回転要素を固定することにより、当該回転数比が固定となる固定変速比モードと、を有するハイブリッド車両であれば、本発明のハイブリッド車両の制御方法を適用することが可能である。

ＭＧ１、ＭＧ２ モータジェネレータ
１ エンジン
７ ロック機構
２０ 動力分配機構
４ ＥＣＵ

Claims (4)

1. エンジンと、発電機と、前記エンジン及び前記発電機が連結された動力分配機構と、前記動力分配機構からの出力が伝達される駆動軸と、前記駆動軸にトルクを出力する電動機と、前記動力分配機構のいずれかの回転要素を固定可能なブレーキ部と、を有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、
   前記発電機の回転数を低下させてから前記ブレーキ部を制御して前記回転要素を固定することにより、無段変速モードから固定変速比モードへと変速モードを切り替える制御手段を有し、
   前記制御手段は、前記発電機の回転数を低下させる際に、前記電動機より出力されるトルクを増加させるとともに、前記エンジンより出力されるエンジントルクを減少させ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、前記電動機より出力されるトルクを出力可能な最大トルクとする請求項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、前記発電機の回転数を低下させるのにかかる回転変化時間を算出するとともに、前記回転変化時間の目標値である目標回転変化時間を算出し、前記回転変化時間が前記目標回転変化時間となるように前記電動機より出力されるトルクを調整する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記ブレーキ部は、前記モータジェネレータのロータを固定可能なロック機構であり、
   前記制御手段は、無段変速モードから固定変速比モードに切り換える場合には、前記発電機の回転数を低下させてから、前記ロック機構を用いて前記発電機のロータを固定する請求項１乃至３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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