JP2020163885A - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンを駆動して走行している状態でエンジンを停止する事態が生じた場合に回転部材の過剰な回転や振動などを防止もしくは抑制できるハイブリッド車の制御装置を提供する。【解決手段】エンジンのトルクを駆動輪に伝達して走行している状態でエンジンの回転を停止させる異常を検出し(ステップS1)、異常が検出された場合、エンジンの回転を停止することが許容されない条件が成立していることを判断し(ステップS2)、条件が成立していることが判断された場合には、伝動機構で設定される走行モードを、条件が成立しない走行モードに設定するモード設定制御を開始し(ステップS3)、モード設定制御の開始後にエンジンの回転を停止させる(ステップS4)。【選択図】図7
Description
この発明は、エンジンとモータとを駆動力源とし、エンジン回転数や駆動形態が異なる複数の走行モードを設定可能なハイブリッド車の制御装置に関するものである。
この種のハイブリッド車の一例が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載されたハイブリッド車は、いわゆるツーモータ・タイプのハイブリッド車であり、エンジンが出力したトルクを発電機能のある第1モータと出力側(駆動輪側)とに分割する動力分割機構を備えている。エンジンを駆動するハイブリッド走行(HV走行)モードでは、第1モータによってエンジン回転数を制御し、その第1モータで発電した電力を第2モータに供給し、第2モータが出力するトルクを、動力分割機構から出力されるトルクに加えるように構成されている。
特許文献1に記載されている動力分割機構は、二組の遊星歯車機構および複数の係合機構によって、多様な走行モードを設定できるように構成されている。それらの走行モードには、エンジンが出力したトルクに対して、第1モータの反力トルクが小さくなるようなギヤ比に設定されたロー(Lo)モードと、第1モータによる反力トルクが大きくなるようなギヤ比に設定されたハイ(Hi)モードと、動力分割機構の全体が一体となって回転する直結(固定段)モードと、エンジンの回転を止めてモータによって走行できるように、エンジンを駆動輪から切り離す切離しモードとが含まれている。その直結モードは、Hiモードを設定するために係合させるいわゆるハイ(Hi)クラッチと、Loモードを設定するために係合させるいわゆるロー(Lo)クラッチとを係合させて設定される。したがって、走行モードをHi−Loに切り替える場合、過渡状態として直結モードを設定することにより、駆動トルクを維持しつつ円滑に走行モードを切り替えることができる。また、直結モードでは、エンジンが出力したトルクの全量を、電力への変換およびその逆変換を介することなく駆動輪に伝達できるので、動力伝達効率が良好になる。
特許文献1に記載されているように複数の走行モードを設定できるハイブリッド車では、モータによってエンジンの回転数を制御してエンジンの運転点を燃費が良好な運転点に設定できるだけでなく、車速や要求駆動力に応じてHiモードあるいはLoモードを設定することができる。そのため、運転者の駆動要求を充足しつつ、エネルギ効率(燃費)の良好な走行を行うことができる。その半面、エンジンを駆動して走行している際にエンジン回転数が何らかの異常より低下した場合に、動力分割機構などの伝動機構を構成している回転部材あるいは伝動機構に連結されているモータなどの回転数が過度に増大してその耐久性が低下するなどの可能性がある。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、エンジンの回転を下げる何らかの異常が生じた場合に回転数の過度な上昇や振動の増大を回避もしくは抑制できる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ものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンと、駆動輪と、前記エンジンの回転数と前記駆動輪の回転数との関係が異なる複数の走行モードを選択的に設定できる伝動機構と、前記伝動機構に連結されるとともに前記伝動機構を介して前記エンジンの回転数を制御できるモータとを備えているハイブリッド車の制御装置において、前記伝動機構を制御するコントローラを有し、前記コントローラは、前記エンジンを駆動して走行している状態で前記エンジンの回転を停止させる異常を検出し、前記異常が検出された場合、前記エンジンの回転を停止することが許容されない予め定めた条件が成立していることを判断し、前記予め定めた条件が成立していることが判断された場合には、前記伝動機構で設定される走行モードを、前記予め定めた条件が成立しない走行モードに設定するモード設定制御を開始し、前記モード設定制御の開始後に前記エンジンの回転を停止させることを特徴としている。
この発明における走行モードは、前記エンジンの回転数と前記駆動輪の回転数との関係が異なる複数の走行モードであって、前記エンジンが出力したトルクに対して、前記駆動輪に分配されるトルクが異なる複数の走行モードであってよい。
この発明では、前記伝動機構は、前記エンジンが連結されている第1回転要素と前記モータが連結されている第2回転要素と前記駆動輪が連結されている第3回転要素とを含む複数の回転要素によって差動作用を行う動力分割機構を備えていてよい。
また、この発明における前記伝動機構は、上記の動力分割機構に加えて、係合することにより、前記第2回転要素の回転を止めた状態における前記第1回転要素と前記第3回転要素との回転数比を所定の第1変速比に設定する第1係合機構と、係合することにより、前記第2回転要素の回転を止めた状態における前記第1回転要素と前記第3回転要素との回転数比を所定の第2変速比に設定する第2係合機構とを更に備えることができ、前記走行モードは、前記第1係合機構と前記第2係合機構とを係合させて前記第1回転要素と前記第3回転要素との回転数比が「1」になる直結モードと、前記第1係合機構のみを係合させて前記回転数比を前記第1変速比に設定する第1変速モードと、前記第2係合機構のみを係合させて前記回転数比を前記第2変速比に設定する第2変速モードと、前記第1係合機構と前記第2係合機構との両方を解放して前記エンジンを前記第3回転要素に対してトルクを伝達しないように切り離す切離しモードとを含んでいてもよい。
この発明では、前記伝動機構は、前記第1回転要素ならびに前記第2回転要素および前記第3回転要素を含む複数の回転部材を有し、前記エンジンの停止が許容されない前記予め定めた条件は、前記エンジンが停止することによって前記複数の回転部材の少なくとも一つの回転部材の回転数が予め定めた許容回転数を超えることであり、前記予め定めた条件が成立しない前記走行モードは、前記エンジンが停止しても前記複数の回転部材のいずれもが予め定めた許容回転数を超えない走行モードであってよい。
この発明では、前記エンジンの停止が許容されない前記予め定めた条件は、前記直結モードが設定されていることであってよい。
この発明では、前記予め定めた条件が成立しない前記走行モードは、前記切離しモードであってよい。
この発明では、前記伝動機構は、前記走行モードを切り替えるシフト部を有し、前記シフト部は、前記直結モードを設定する直結ポジションと、前記第1変速モードを設定する第1変速ポジションと、前記第2変速モードを設定する第2変速ポジションと、前記切離しモードを設定する切離しポジションとを有し、かつ前記直結ポジションと前記切離しポジションとの間に前記第1変速ポジションと前記第2変速ポジションとが介在し、前記直結ポジションと前記切離しポジションとの間で走行モードを切り替える場合には前記第1変速ポジションと前記第2変速ポジションとのいずれか一方を経由するように構成され、前記コントローラは、前記異常が検出されたことによって前記直結モードから前記切離しモードに走行モードを切り替える場合に、前記第1変速ポジションと前記第2変速ポジションとのうち前記予め定めた条件が成立しない変速ポジションを経由して走行モードを切り替えるように前記シフト部を切替制御してよい。
この発明では、前記エンジンの停止が許容されない前記予め定めた条件は、前記直結モード以外のいずれかの走行モードから他の走行モードに切り替える途中の状態であり、かつ前記予め定めた条件が成立しない走行モードは、前記直結モード以外のいずれかの走行モードであってよい。
この発明によれば、エンジンと駆動輪とをトルク伝達可能に連結して走行している状態で、エンジンの回転を停止させる異常が検出されると、エンジンの回転を止めることが許容されない予め定めた条件が成立しているか否かが判断される。エンジンの回転を止めることが許容されない予め定めた条件が成立していることが判断されると、伝動機構で設定される走行モードを、エンジンの回転を止めることのできる走行モードに設定する制御が開始され、その状態でエンジンを停止させる。そのエンジンの停止を許容できない条件は、例えばいずれかの回転部材の回転数の過度な上昇であり、したがってエンジンを停止させる時点では、エンジンの停止を許容できる状態が成立しているので、当該回転部材の回転数が過度に上昇したり、それに伴って耐久性が低下したりすることを回避もしくは抑制することができる。
この発明の実施形態における制御装置は、駆動力源としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車を対象としており、その一例を図1に模式的に示してある。図1は、ハイブリッド車1における駆動装置2を示しており、エンジン(Eng)3と二つのモータ4,5を駆動力源として備えている。エンジン3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であって、スロットル開度や燃料噴射量、点火時期などの動作状態を電気的に制御できるように構成されている。また、第1のモータ(MG1。以下、第1モータと記す)4は主としてエンジン3の回転数を制御するためのものであって、発電機能のあるモータすなわちモータ・ジェネレータによって構成されている。この第1モータ4がこの発明の実施形態における「モータ」に相当している。第2のモータ(MG2。以下、第2モータと記す)5は、主として、第1モータ4で発電した電力が供給されて、走行のための駆動力を出力するモータであり、減速時にはエネルギ回生を行うので、第1モータ4と同様に、モータ・ジェネレータによって構成されている。
エンジン3の回転数を第1モータ4によって制御し、併せてエンジン3が出力した動力の一部を電力に変換するための機構である動力分割機構6が設けられている。この動力分割機構6がこの発明の実施形態における伝動機構に相当している。図1に示す動力分割機構6は二組の遊星歯車機構7,8を組み合わせた複合遊星歯車機構から構成されており、入力要素と、出力要素と、反力要素とを含む複数(少なくとも三つ)の回転要素を有している。
具体的に説明すると、図1に示す例では、各遊星歯車機構7,8はシングルピニオン型の遊星歯車機構であり、一方の遊星歯車機構(以下、第1遊星歯車機構と記す)7は、サンギヤ7Sと、サンギヤ7Sに対して同心円上に配置されている内歯歯車であるリングギヤ7Rと、これらサンギヤ7Sおよびリングギヤ7Rとの間に配置されてサンギヤ7Sおよびリングギヤ7Rに噛み合っているピニオンギヤ7Pを保持しているキャリヤ7Cとを有し、これらのサンギヤ7Sならびにリングギヤ7Rおよびキャリヤ7Cによって差動作用を行うように構成されている。同様に、他方の遊星歯車機構(以下、第2遊星歯車機構と記す)8は、サンギヤ8Sと、サンギヤ8Sに対して同心円上に配置されている内歯歯車であるリングギヤ8Rと、これらサンギヤ8Sおよびリングギヤ8Rとの間に配置されてサンギヤ8Sおよびリングギヤ8Rに噛み合っているピニオンギヤ8Pを保持しているキャリヤ8Cとを有し、これらのサンギヤ8Sならびにリングギヤ8Rおよびキャリヤ8Cによって差動作用を行うように構成されている。
そして、第1遊星歯車機構7におけるキャリヤ7Cにエンジン3が連結されており、したがってこのキャリヤ7Cが入力要素(この発明の実施形態における第1回転要素に相当する)となっている。また、第1遊星歯車機構7のサンギヤ7Sに第1モータ4が連結されており、したがってこのサンギヤ7Sが反力要素(この発明の実施形態における第2回転要素に相当する)となっている。各遊星歯車機構7,8はエンジン3と同一の軸線上に配置されており、第1遊星歯車機構7におけるリングギヤ7Rと第2遊星歯車機構8におけるサンギヤ8Sとが一体となって回転するように連結されている。この第2遊星歯車機構8におけるリングギヤ8Rに出力ギヤ9が設けられており、したがってこのリングギヤ8Rが出力要素(この発明の実施形態における第3回転要素に相当する)となっている。
第1遊星歯車機構7と第2遊星歯車機構8とはそれぞれの所定の回転要素同士が連結される複合遊星歯車機構を構成しており、その連結関係を変更するための係合機構として、上記のキャリヤ7C,8C同士を選択的に連結する第1クラッチ(第1係合機構)CL1と、第2遊星歯車機構8における所定の二つの回転要素同士(図1に示す例では、リングギヤ8Rとキャリヤ8C)を選択的に連結する第2クラッチ(第2係合機構)CL2とが設けられている。したがって、第2クラッチCL2は第2遊星歯車機構8の全体を一体化させるクラッチとなっている。
各クラッチCL1,CL2は噛み合い式のクラッチ(ドグクラッチ)によって構成されており、このような構成とすることにより伝動機構あるいは駆動装置2の全体としての構成が小型化されている。さらに、エンジン3の出力軸の回転を選択的に止めるブレーキB1が設けられている。このブレーキB1は、エンジン3の逆回転を阻止するブレーキであり、したがって一方向クラッチによって構成することができる。なお、この発明の実施形態においてはブレーキB1は設けられていなくてもよい。
上記のエンジン3や動力分割機構6の回転中心軸線と平行にカウンタシャフト10が配置されている。このカウンタシャフト10には、上述した出力ギヤ9に噛み合っているドリブンギヤ11と、このドリブンギヤ11より小径のドライブギヤ12とが取り付けられている。このドライブギヤ12が終減速機であるデファレンシャルギヤユニット13におけるリングギヤ14に噛み合っている。
さらに、前記ドリブンギヤ11には、第2モータ5におけるロータシャフト15に取り付けられたドライブギヤ16が噛み合っている。したがって、前記出力ギヤ9から出力されたトルクに、第2モータ5が出力したトルクを加えるように構成されている。このようにして合成されたトルクをデファレンシャルギヤユニット13から左右のドライブシャフト17を介して駆動輪18に伝達するように構成されている。
上記の第1モータ4および第2モータ5は、インバータやコンバータならびに蓄電器などを備えた電源装置19に接続されている。したがって、第1モータ4で発電した電力で第2モータ5を駆動するハイブリッド走行や、各モータ4,5を蓄電器の電力で駆動して走行する電気走行(EV走行)、第1モータ4によってエンジン3をクランキングするエンジン始動などが可能である。
上記のエンジン3ならびに電源装置19、および各クラッチCL1,CL2やブレーキB1を制御する電子制御装置(ECU)20が設けられている。このECU20は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや予め記憶しているデータなどを使用して演算を行い、その演算の結果を制御指令信号として出力するように構成されている。したがって、このECU20がこの発明の実施形態におけるコントローラに相当している。ECU20は、エンジン3や電源装置19などを一括して制御するように構成されていてもよく、あるいはエンジン3や電源装置19あるいは各係合機構ごとに設けられた電子制御装置であってもよく、さらにはそれらの個別の電子制御装置を統合した制御装置であってもよい。図2にその一例をブロック図で示してある。
図2に示す例は、統合ECU21、各モータ4,5を制御対象としたMG_ECU22、エンジンECU23、および各クラッチCL1,CL2を制御対象としたクラッチECU24によりECU20が構成されている例である。車両に搭載された種々のセンサ(図示せず)から統合ECU21に入力されるデータの例を挙げると、車速、アクセルペダル(図示せず)の踏み込み角度(踏み込み量)であるアクセル開度、第1モータ(MG1)4の回転数、第2モータ(MG2)5の回転数、エンジン回転数、出力回転数、各クラッチCL1,CL2の係合方向へのストローク量、蓄電器の温度、インバータやコンバータなどの電源装置の温度、第1モータ4の温度、第2モータ5の温度、潤滑油(ATF)の温度、蓄電器の充電残量(SOC)などが統合ECU21に入力されている。
また、統合ECU21から出力される指令信号の例を挙げると、第1モータ4の指令信号、第2モータ5の指令信号がMG_ECU22に出力され、エンジン指令信号がエンジンECU23に出力され、各クラッチCL1,CL2の係合および解放を指示するCL1指令信号、CL2指令信号がクラッチECU24に出力されている。そして、MG_ECU22は、入力された指令信号に基づいて各モータ(MG1,MG2)4,5をモータもしくは発電機として機能させ、またそのトルクや回転方向を指示する制御を行う。またエンジンECU23は電子スロットルバルブ(図示せず)の開度や点火時期、排ガス循環量を制御をするEGRバルブの開度、吸気バルブまたは排気バルブ(それぞれ図示せず)のバルブタイミングを制御する。さらに、クラッチECU24は、入力された指令信号に基づいて、第1クラッチCL1のアクチュエータ、第2クラッチCL2のアクチュエータを制御する。
上記の動力分割機構6は、各クラッチCL1,CL2およびブレーキB1の係合および解放の状態に応じてトルクの伝達経路が変化し、それらのトルク伝達経路に応じた駆動トルクを得ることができ、またエンジン回転数を設定できる。各クラッチCL1,CL2およびブレーキB1の係合および解放の状態に応じて設定される走行モードを図3にまとめて示してある。図3において、「●」印は係合していることを示し、「−」印は解放していることを示している。図3に示すHV(ハイブリッド)走行モードは、エンジン3を駆動して走行するモードであり、またEV(電気)走行モードは、電源装置19の電力で走行するモードである。
能動的に制御できる各クラッチCL1,CL2の係合および解放の状態に応じて設定される走行モードは、第2クラッチCL2のみを係合させて設定される変速モードであるハイモード、第1クラッチCL1のみを係合させて設定される他の変速モードであるローモード、第1および第2のクラッチCL1,CL2の両方を係合させて設定される直結(固定段)モード、第1および第2のクラッチCL1,CL2の両方を解放して設定される切離し(シングル)モードの四つの走行モードである。これらの各走行モードの動作状態を図4に共線図で示してある。図4の(a)は、ハイモードを示し、図4の(b)は、直結モードを示し、図4の(c)は、ローモードを示し、図4の(d)は、切離しモードを示している。なお、図4で実線は、エンジン3と駆動輪18とをトルク伝達可能に連結した状態でエンジン3を駆動するHV走行モードでの動作状態を示し、破線はエンジン3を停止していずれかのモータ4,5によって走行するEV走行モードでの動作状態を示している。
HV走行モードにおけるハイモード(HVHiモード)やローモード(HVLoモード)は、動力分割機構6を第1モータ4と併せて電気式無段変速機構として機能させて、第1モータ4によってエンジン回転数を制御する走行モードである。ハイ(Hi)およびロー(Lo)の相違は、第1モータ4によって発生する反力トルクの大小の相違であり、ハイモードではエンジン3が出力したトルクに対して第1モータ4の反力トルクが大きくなり、ローモードではエンジン3が出力したトルクに対して第1モータ4の反力トルクが小さくなる。これに対して第1モータ4の回転数は、エンジン回転数を燃費の良い回転数に設定し、あるいは駆動要求を充足する回転数に設定するなどのために、車速や要求駆動力などに応じて、エンジン回転数より高回転数になり、あるいは低回転数になる。したがって、共線図においてハイモードでの第1遊星歯車機構7の動作状態を示す線は、共線図において回転数が「0」を示す基線に対して傾斜した線となり、第2遊星歯車機構8の動作状態を示す線は、基線と平行な線となる。すなわち、第1遊星歯車機構7のリングギヤ7Rの回転数と出力回転数(出力ギヤ9の回転数)とは常に同一になる。また、第2遊星歯車機構8におけるピニオンギヤ8Pの回転数は出力回転数と同一であるものの、第1遊星歯車機構7におけるピニオンギヤ7Pの回転数は、リングギヤ7R(あるいは出力ギヤ9)の回転数より高回転数になる。
他方、ローモードでの各遊星歯車機構7,8の動作状態は一本の直線で表され、基線に対して右上がり、あるいは左上がりの傾斜した線となる。そのため、第1遊星歯車機構7のピニオンギヤ7Pの回転数(絶対回転数)が第1遊星歯車機構7のリングギヤ7Rや第2遊星歯車機構8のサンギヤ8Sの回転数(絶対回転数)より高回転数になり、また第2遊星歯車機構8におけるピニオンギヤ8Pの回転数(絶対回転数)が第1遊星歯車機構7のサンギヤ7Sの回転数(絶対回転数)より高回転数になる。すなわち、出力回転数と第1遊星歯車機構7のリングギヤ7Rの回転数が異なることが可能である。なお、ハイモードおよびローモードのいずれであっても、キャリヤ7Cとリングギヤ8Rとの回転数比に相当する変速比が「1」より大きなり、あるいは小さくなる。
これらハイモードおよびローモードに対して直結モードでは、二つのクラッチCL1,CL2が共に係合して動力分割機構6の全体が一体化されるので、エンジン3(第1遊星歯車機構7のキャリヤ7C)の回転数と出力ギヤ9(第2遊星歯車機構8のリングギヤ8R)の回転数とが同一回転数となる。併せて、各ピニオンギヤ7P,8Pの回転数も他の回転要素と同一回転数になる。すなわち、キャリヤ7Cとリングギヤ8Rとの回転数比に相当する変速比が「1」になる。あるいはエンジン3と駆動輪18との回転数が1対1の関係になる。
ここで説明している実施形態では、上記の各走行モードは、予め定められた順序で切り替えられる。具体的には、直結モードと切離しモードとの間で切り替える場合、ハイモードとローモードとのいずれかを経由するようになっている。これは、一例として、シフト機構(シフト部)の構成によるのであり、その一例は、各クラッチCL1,CL2を切替え動作させるアクチュエータが単一のモータで駆動されるカム機構によって構成されている例である。図5はその一例を説明するための図であり、モータ25によって回転させられる円筒体26を平面に展開して示してある。その円筒体26の外周面には、円周方向に沿って二本のカム溝27a,28aが形成され、それぞれカム溝27a,28aにカムフォロアー27b,28bが係合している。一方のカム溝27aおよびカムフォロアー27bは例えば第1クラッチCL1に対応しており、カムフォロアー27bが第1クラッチCL1に連結されている。
第1クラッチCL1は前述したようにドグクラッチであり、固定歯に対して可動歯が前後動することにより、それらの歯が互いに噛み合って係合し、また固定歯から可動歯が離隔して解放する。カムフォロアー27bはその可動歯に連結されている。同様に、他方のカム溝28aおよびカムフォロアー28bは例えば第2クラッチCL2に対応しており、カムフォロアー28bが第2クラッチCL2に連結されている。第2クラッチCL2は前述したようにドグクラッチであり、固定歯に対して可動歯が前後動することにより、それらの歯が互いに噛み合って係合し、また固定歯から可動歯が離隔して解放する。カムフォロアー28bはその可動歯に連結されている。
各カム溝27a,28aは、カムフォロアー27b,28bを円筒体26の軸線方向に前後動させるために、円筒体26の外周面で円筒体26の軸線方向に蛇行した状態に形成されている。具体的には、一方のカム溝27aは、180°ごとに図5の右側と左側とに位置が変化するように蛇行しており、これに対して他方のカム溝28aは、前記一方のカム溝27aに対して90°位相がずれて、図5の右側と左側とに位置が変化するように蛇行している。各カム溝27a,28aが共に図5の左側に変位している箇所(円筒体26の回転角度位置)が直結モードを設定する直結ポジションであり、その直結ポジションを挟んで90°位相が異なる両側のうち一方がハイモードを設定する所定の変速ポジション(ハイポジション)であって、一方のカム溝27aは図5の右側に変位し、かつ他方のカム溝28aは図5の左側に変位している。したがって、第1クラッチCL1が解放し、第2クラッチCL2が係合して、ハイモードが設定される。
直結ポジションから90°、他方に位相が異なる位置が、ローモードを設定する他の変速ポジション(ローポジション)であって、一方のカム溝27aは図5の左側に変位し、かつ他方のカム溝28aは図5の右側に変位している。したがって、第1クラッチCL1が係合し、第2クラッチCL2が解放して、ローモードが設定される。さらに、直結モードを設定する直結ポジションから180°、位相が変化した位置が切離しモード(シングルモード)を設定する切離しポジションであり、各カム溝27a,28aが共に、図5の右側に変位している。したがって、各クラッチCL1,CL2が共に解放して切離しモードが設定される。
したがって、図5に示すように構成されたシフト機構では、直結ポジションと切離しポジションとの間にハイモードを設定する変速ポジションあるいはローモードを設定する変速ポジションが介在し、直結モードと切離しモードとの間で走行モードを切り替える場合、ハイモードとローモードとのいずれかを経由することになる。すなわち、シーケンシャルなシフトを行うことになる。言い換えれば、直結モードと切離しモードとの間で走行モードを切り替える場合、切替え経路に選択の余地がある。このような状況を模式的に記載すれば、図6のとおりである。なお、図6において、太い左右両方向の矢印および上下両方向の矢印は、異常のない通常時に実行されるモード移行の方向を示し、細い片方向の矢印は、エンジン3を停止させる異常時に実行されるモードの移行方向を示し、特に×印を付してある矢印は、モード移行が実行されない(禁止される)モード移行を示している。図6に示すように、直結モードと切離しモードとは、いわゆる対角線上にあって、それらの一方の走行モードから他方の走行モードに切り替える場合、図6の矩形を左回りもしくは右回りに辿る必要があり、一時的であるとしてもローモードもしくはハイモードを設定する制御を行うことになる。
ところで、前述した直結モードでは、車速とエンジン回転数とが1対1の関係になっていることにより、エンジン回転数が低下すると車速が低下することになる。したがって、エンジン3を駆動している走行を継続する状態で、何らかの理由でエンジン3の回転を止める事態が生じると、直結モードを解消して他の走行モードに移行する必要がある。その場合、切り替えて設定するべき走行モードには選択の余地があるので、この発明の実施形態における制御装置は、走行モードの切替え制御を以下のように実行する。
図7はその制御の一例を説明するためのフローチャートであり、前述したECU20によって実行される。図7に示す制御は、エンジン3と駆動輪18とがトルク伝達可能に連結されて走行している状態、すなわちHV走行モードで走行している状態で実行される。先ず、フェールを検知したか否かが判断される(ステップS1)。ここで、フェールとは、エンジン3を停止する事態、あるいはエンジン3の停止要求のことであり、エンジン3の運転を継続することが正常もしくは通常の状態であるから、フェールの検知は、要は、異常の状態もしくは非常状態の検知と言い得る。
ステップS1で否定的に判断された場合には、エンジン3を停止することはないので、特に制御を行うことなく図7のルーチンを一旦終了する。これとは反対にステップS1で肯定的に判断された場合には、前述した直結モードが設定されているか否かが判断される(ステップS2)。直結モードは、エンジン3と駆動輪18とが、それらの回転数が1対1の関係になっている状態で、トルク伝達可能に連結される走行モードであり、したがってエンジン3で停止するとハイブリッド車1が停止してしまう。すなわち、直結モードを設定してエンジン3で走行している状態では、エンジン3を停止することは許容されないのであり、したがってステップS2ではエンジン3を停止することが許容されない条件が成立しているか否かを判断している。ステップS2で否定的に判断されれば、そのような条件が成立していないことになるので、その場合は、特に制御を行うことなく図7のルーチンを一旦終了する。
これとは反対にステップS2で肯定的に判断された場合には、エンジン3を停止することが許容されない条件が成立していることになるので、そのような条件が成立しない走行モードに切り替えるモード移行が実行される(ステップS3)。図4の共線図を参照して説明したように、直結モード以外の走行モードであれば、エンジン3(第1遊星歯車機構7におけるキャリヤ7C)の回転が止まっても出力ギヤ9(第2遊星歯車機構8のリングギヤ8R)を回転させて走行を継続することができる。ステップS3では、このようなエンジン3を停止しても走行を継続できるように、直結モード以外の走行モードに切り替える制御が開始される。その後、エンジン3を停止し、図7のルーチンを終了する。したがって、ステップS3の制御がこの発明の実施形態におけるモード設定制御に相当する。
エンジン3を停止させる制御は、燃料の停止や点火の停止などが含まれるが、図1に示すパワートレーンを有するハイブリッド車1では、第1モータ4によってエンジン3の回転数を制御できるので、前述した異常が発生した場合、直ちにエンジン3の回転を止めずに、僅かな時間の間、例えば第1モータ4によって、エンジン3の回転を維持し、その後、エンジン3の回転を止めることができる。したがって、図7に示す制御では、走行モードを切り替えるモード移行の制御を開始する時点では、エンジン3を回転させておき、その制御の開始の後、エンジン3を停止させる。このような制御することによりエンジン3が停止する時点では、走行モードは直結モード以外の走行モードに切り替わっており、あるいは切り替わる過渡状態になっている。少なくとも、直結モードが解消されて、エンジン3が停止しても走行できる状態になっている。そのため、動力分割機構6などのパワートレーンにおける回転部材の回転数がエンジン3によって過度に引き下げられたり、それに伴って振動が大きくなったりすることが回避もしくは抑制される。言い換えれば、このような事態が生じるまえに、モード移行を開始することが好ましい。
ところで、図1に示すパワートレーンを備えたハイブリッド車1では、直結モードから移行できる走行モードが複数あり、それら複数の走行モードのうち実際に設定する走行モードによっては動力分割機構6やモータ4などの回転部材の回転数が大小に異なる。また、直結モードから切離しモードに移行するとしても、ローモードを経由する切り替えとハイモードを経由する切り替えとの選択の余地がある。したがって、上述したステップS3でのモード移行制御は、所定の回転部材の回転数が過度に増大しないように行うことが好ましく、具体的には図8に示すように制御することが好ましい。
図8は、図7に示すステップS3の制御の内容をより具体化した制御例を説明するためのフローチャートであり、したがって図7に示すフローチャートにおけるステップと同じにステップには図7に付した参照符号と同様の参照符号を付してその説明を省略する。フェールが検知された時点の走行モードが直結モードであることによりステップS2で肯定的に判断された場合には、ハイモードでエンジン3を停止できるか否かが判断される(ステップS31)。このステップS31の判断を行う理由は、以下のとおりである。
動力分割機構6を構成している複合遊星歯車機構についての共線図は前述した図4に示すとおりであり、これに第1遊星歯車機構7におけるピニオンギヤ7Pおよび第2遊星歯車機構8におけるピニオンギヤ8Pを書き加えるとすれば、第1遊星歯車機構7におけるピニオンギヤ7Pは、第1遊星歯車機構7のリングギヤ7Rおよび第2遊星歯車機構8におけるサンギヤ8Sを示す線より図4での右側(キャリヤ7C,8Cを示す線とは反対側)に位置する線で示される。また、第2遊星歯車機構8におけるピニオンギヤ8Pは、第1遊星歯車機構7のサンギヤ7Sを示す線より図4での左側(第2遊星歯車機構8におけるリングギヤ8Rを示す線とは反対側)に位置する線で示される。
したがって、所定の車速で走行している状態でエンジン3の回転を止めるとした場合、各ピニオンギヤ7P,8Pの回転数が増大するものの、その増大の程度は、ハイモードよりローモードで大きくなる。そのため、ハイモードの方がローモードより回転部材の過回転が生じにくいので、言い換えれば、エンジン3を停止することが許容される可能性が高いので、先ずは、ハイモードでエンジン3を停止させることが可能か否かを判断することとしてある。したがって、このステップS31は、この発明の実施形態において、エンジン3を停止することが許容されない条件が成立しているか否かを判断していることに相当している。
このステップS31で肯定的に判断された場合には、ハイモードに移行する制御が開始される(ステップS32)。具体的には、直結モードで係合している二つのクラッチCL1,CL2のうち第1クラッチCL1を解放させる制御が実行される。この制御は、図5に示す例では、各カム溝27a,28aが図5の上側に移動するように円筒体26を、直結ポジションから90°回転させる。その後、エンジン3を停止させる。したがって、この場合には、ハイモードがこの発明の実施形態における「エンジンを停止することが許容されない条件」が成立しない走行モードに相当する。
一方、ステップS31で否定的に判断された場合には、ハイモードを経由して切離しモードに移行する(ステップS33)。この切離しモードがこの発明の実施形態における「エンジンを停止することが許容されない条件」が成立しない走行モードに相当する。図5に示す例では、各カム溝27a,28aが図5の上側に移動するように円筒体26を、直結ポジションから180°回転させる。したがって、各クラッチCL1,CL2は、第1クラッチCL1が先ず解放し、次いで第2クラッチCL2が解放させられる。その後、エンジン3を停止させる。ここで、「ハイモードを経由する」とは、各クラッチCL1,CL2の係合および解放の状態がハイモードを設定する場合の係合および解放の状態となるように制御指令信号を出力するものの、動力分割機構6におけるトルクの伝達状態が完全にハイモードでの伝達状態になる前に切離しモードが設定されることを含む。したがって、図8に示す制御例では、ステップS32やステップS33で実行される制御がこの発明の実施形態におけるモード設定制御に相当する。
このように制御することにより、エンジン3が駆動輪18から切り離されるので、走行を継続できるとともにいずれかのピニオンギヤ7P,8Pの回転数が過度に高回転数になるなどの事態を未然に回避もしくは抑制することができる。また、経由する走行モードがハイモードであるから、過渡的な状態として一時的にハイモードが成立していずれかのピニオンギヤ7P,8Pの回転数が増大するとしても、ローモードが設定されるよりも回転数を抑制でき、回転数の増大が一時的であることと相まって、高回転数になることに起因する耐久性の低下を抑制できる。
エンジン3と駆動輪18とをトルク伝達可能に連結して走行している状態からエンジン3が停止することによる不都合は、動力分割機構6などの回転部材が停止したり、走行できなくなったり、さらには振動が悪化するだけではなく、ピニオンギヤ7P,8Pやモータ4などの回転部材の回転数が増大する不都合もある。例えばローモードあるいはハイモードを設定して走行している場合、図4に示す共線図から知られるように、それらの走行モードでの動作状態を示す線の傾斜角度が大きくなるので、いずれかのピニオンギヤ7P,8Pや第1モータ4などの回転数が増大する。そのようにして増大する最大回転数は、車速に応じた出力要素(すなわち第2遊星歯車機構8のリングギヤ8R)の回転数が高回転数であるほど高い回転数になる。
したがって、ローモードあるいはハイモードを設定して走行している状態からエンジン3が停止したとすると、ピニオンギヤ7P,8Pなどの回転数が予め定めた回転数を超えるなどの許容できない事態が生じる場合には、エンジン3を停止することが許容されない条件が成立していることになる。この発明の実施形態では、このような場合にも走行モードを切り替える制御が実行される。その制御例を図9にフローチャートで示してある。
図9に示す制御例では、先ず、フェールを検知したか否かが判断される(ステップS11)。このステップS11の制御は、前述した図7に示すステップS1と同じ制御であってよい。ステップS11で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなく図9に示すルーチンを一旦終了する。これとは反対にステップS11で肯定的に判断された場合には、その時点に設定されている走行モードがローモードあるいはハイモードか否かが判断される(ステップS12)。ローモードあるいはハイモードが設定されていることによってこのステップS12で肯定的に判断された場合には、切離しモード以外の走行モードへの移行制御中か否かが判断される(ステップS13)。ここで説明している実施形態においては、ローモードあるいはハイモードから移行できる走行モードは切離しモードと直結モードとであるから、結局、ステップS13では直結モードへの移行制御中か否かが判断されることになる。なお、このステップS13で判断される移行制御中が、この発明の実施形態における「エンジンの停止が許容されない予め定めた条件」に相当する。
ステップS13で肯定的に判断された場合には、モード移行を中止する(ステップS14)。前述したように、直結モードでは、エンジン3の回転数の低下と共に車速が低下し、パワートレーンの共振が生じたり、ハイブリッド車1が停止してしまうので、このような事態を回避するために、直結モードには移行しないこととしてある。したがって、ステップS13で肯定的に判断された場合には、走行モードはローモードあるいはハイモードになるので、エンジン3と駆動輪18とがトルク伝達可能に連結された状態が維持される。そのため、高車速であれば、エンジン3の回転数が停止するのに伴ってピニオンギヤ7P,8Pなどの回転部材の回転数が過度に増大する場合があり、また低車速であればパワートレーンの共振が生じる場合がある。
このような回避するべき事態が生じるか否か、すなわちエンジン3を停止することが可能か否かが判断される(ステップS15)。このステップS15の判断は、例えば車速が予め定めたしきい値の範囲に入っているか否かを判断し、あるいはその時点の車速とその時点の走行モードによる変速比とから所定の回転部材の回転数を算出し、その算出された回転数が予め定めたしきい値の範囲内(許容回転数内)に入っているか否かを判断するなどことによって行うことができる。
エンジン3を停止させてもいずれかの回転部材の回転数が過度に高回転数にならず、あるいはパワートレーンの共振が生じないなどのことによりステップS15で肯定的に判断された場合には、エンジン3を停止させる(ステップS16)。その後、図9に示すルーチンを一旦終了する。このステップS16での制御は前述した図7に示すステップS4での制御と同様であってよい。エンジン3を停止させると、ハイブリッド車1はEV走行モードに切り替わり、第2モータ5を駆動力源として、あるいは第1モータ4と第2モータ5とを駆動力源として走行することになる。その動作状態は、図4の共線図に破線で示すとおりである。
これに対してステップS15で否定的判断された場合には、切離しモードに移行する制御が実行される(ステップS17)。このステップS17で実行される制御が、この発明の実施形態におけるモード設定制御に相当する。切離しモードでの動作状態は図4に破線で示すとおりであり、エンジン3を停止すれば第1遊星歯車機構7の回転を停止させることができ、あるいは動力分割機構6における回転部材の回転数は第1モータ4によって制御することも可能であり、したがってエンジン3を停止しても走行を継続できるだけでなく、いずれかの回転部材の過度な高回転やパワートレーンの共振などを回避もしくは抑制することができる。
なお、ステップS13で否定的に判断された場合には、走行モードを切離しモードに移行している状態であるから、その移行制御を継続し、かつステップS15に進んでエンジン3を停止可能か否かが判断される。走行モードの切替過渡状態ではエンジン回転数の低下によっていずれかの回転部材の回転数が過度に上昇したり、共振が生じたりする可能性があるので、ステップS15ではそのような事態が生じるか否かを判断することとしてよい。したがって、切離しモードへの移行制御が進行していてステップS15で肯定的に判断された場合には、ステップS16に進んでエンジン3を停止させる。これとは反対に切離しモードへの移行が進行していないことによりステップS15で否定的に判断された場合には、ステップS17に進んで切離しモードへの移行制御を継続し、その後にステップS16に進んでエンジン3を停止させる。
さらに、前述したステップS12で否定的に判断された場合には、ステップS18に進んで、前述した図8に示すステップS31ないしステップS33と同様の制御を実行する。その後、ステップS16に進んでエンジン3を停止する制御を実行する。エンジン3と駆動輪18とをトルク伝達可能に連結した状態でエンジン3の回転数を低下させることに伴う不都合、すなわちいずれかの回転部材の回転数の過度な増大や共振などを回避もしくは抑制するためである。
なお、図9に示す制御例では、ステップS15で判断される条件が、この発明の実施形態における「エンジンの回転を停止することが許容されない条件」に相当し、ステップS15で否定的に判断されることによりその条件が成立していることになり、反対にステップS15で肯定的に判断されることによりその条件が成立していないことになる。
ここで説明している実施形態におけるハイブリッド車1は、前述した直結モードならびにローモードおよびハイモード以外に切離しモードを設定できるから、切離しモードでエンジン3を停止する異常が生じたり、あるいは切離しモードから他の走行モードに切り替えている状態でエンジン3を停止する異常が生じる場合も想定される。図10は、そのような場合に実行される制御例を示している。
図10に示す制御例では、図7ないし図9に示す制御例と同様に、先ず、エンジン3を駆動して走行している状態でフェールを検知したか否かが判断され(ステップS21)、フェールが検知されないことによりステップS21で否定的に判断された場合には特に制御を行うことなく図10のルーチンを一旦終了する。これとは反対にステップS21で肯定的に判断された場合には、切離しモードが設定されているか否かが判断される(ステップS22)。このステップS22で否定的に判断され場合には、特に制御を行うことなく図10のルーチンを一旦終了する。その場合、前述した図7ないし図9に示す制御を実行することとしてよい。
切離しモードが検出されてステップS22で肯定的に判断された場合には、モード移行制御中か否かが判断される(ステップS23)。前述したように、ここで説明しているハイブリッド車1は、モード移行制御はシーケンシャル制御であって切離しモードからのモード移行制御は、ローモードへの切替制御とハイモードへの切替制御とのいずれか一方である。すなわち、エンジン3と駆動輪18とをトルク伝達できる状態に連結する走行モードに切り替える制御である。ステップS23で肯定的に判断された場合には、エンジン3の回転数を低下させることに伴って所定の回転部材の回転数を過度に増大させたり、あるいは車速を低下させたりする事態が生じてしまう。したがって、ステップS23が、この発明の実施形態においてエンジン3の回転を止めることが許容されない条件の成立を判断するステップに相当する。ステップS23で肯定的に判断された場合には、そのような不都合な事態を避けるために切離しモードに戻す制御が実行される(ステップS24)。このステップS24で実行される制御が、この発明の実施形態におけるモード設定制御に相当する。その後、エンジン3を停止させ(ステップS25)、図10に示すルーチンを一旦終了する。なお、切離しモードを維持していることによりステップS23で否定的に判断された場合には、直ちにステップS25に進んでエンジン3を停止し、その後に図10に示すルーチンを一旦終了する。
したがって、図10に示す制御例では、エンジン3を駆動し、かつ切離しモードで走行している状態で、エンジン3を停止させる異常が検知された場合には、エンジン3を停止させるのに先立って、切離しモードを設定し、あるいは維持する制御が開始される。そのため、エンジン3を停止させる時点では、走行モードが切離しモードになっていて、エンジン3と駆動輪18とのトルク伝達が遮断されているので、いずれかの回転部材の回転数が過度に増大したり、あるいは回転数の低下に伴って共振が生じたりすることを未然に回避もしくは抑制することができる。また、ハイブリッド車1の走行を維持することができる。
なお、この発明は上述した実施形態に限定されないのであり、複数の走行モードに切り替えることのできる伝動機構は図1に示す動力分割機構に限定されず、例えば前述した特許文献1に記載されている構成の伝動機構であってもよい。また、設定できる走行モードは上述した四つのモードに限られないのであって、それ以上の走行モードであってもよい。さらに、この発明においてエンジンを停止させる異常は、エンジン自体の機械的な異常、エンジンを制御する制御系の異常、モータ(モータ・ジェネレータ)によるエネルギ回生を所期の狙いどおりに実行できない異常、蓄電装置による蓄電量が設計上想定している量より多いことによりモータ・ジェネレータによるエネルギ回生を所期の狙いどおりに実行できない電子制御装置の異常、蓄電装置自体の異常など、機械的あるいは電気的な異常もしくは故障であり、要は、エンジンの運転を継続することが好ましくない状態である。また、この発明の実施形態におけるシフト部は、機械的な構成でシーケンシャルなモード移行を行うシフト部に限られず、制御上、シーケンシャルなモード移行を行うように構成されていてもよい。さらに、この発明では、何らかの異常によってエンジンを止めた場合に走行を継続できる利点があるが、走行を継続することが必須の要件ではないのであり、何らかの異常によってエンジンを止めた場合に車両の走行を禁止してもよいことは勿論である。
1…ハイブリッド車、 2…駆動装置、 3…エンジン、 4,5…モータ、 6…動力分割機構、 7,8…遊星歯車機構、 18…駆動輪、 19…電源装置、 20…電子制御装置(ECU)、 25…モータ、 26…円筒体、 27a,28a…カム溝、 27b,28b…カムフォロアー、 B1…ブレーキ、 CL1,CL2…クラッチ。
Claims (8)
- エンジンと、駆動輪と、前記エンジンの回転数と前記駆動輪の回転数との関係が異なる複数の走行モードを選択的に設定できる伝動機構と、前記伝動機構に連結されるとともに前記伝動機構を介して前記エンジンの回転数を制御できるモータとを備えているハイブリッド車の制御装置において、
前記伝動機構を制御するコントローラを有し、
前記コントローラは、
前記エンジンを駆動して走行している状態で前記エンジンの回転を停止させる異常を検出し、
前記異常が検出された場合、前記エンジンの回転を停止することが許容されない予め定めた条件が成立していることを判断し、
前記予め定めた条件が成立していることが判断された場合には、前記伝動機構で設定される走行モードを、前記予め定めた条件が成立しない走行モードに設定するモード設定制御を開始し、
前記モード設定制御の開始後に前記エンジンの回転を停止させる
ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
- 請求項1に記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記伝動機構は、前記エンジンが連結されている第1回転要素と前記モータが連結されている第2回転要素と前記駆動輪が連結されている第3回転要素とを含む複数の回転要素によって差動作用を行う動力分割機構を備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
- 請求項2に記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記伝動機構は、
係合することにより、前記第2回転要素の回転を止めた状態における前記第1回転要素と前記第3回転要素との回転数比を所定の第1変速比に設定する第1係合機構と、
係合することにより、前記第2回転要素の回転を止めた状態における前記第1回転要素と前記第3回転要素との回転数比を所定の第2変速比に設定する第2係合機構と
を更に備え、
前記走行モードは、前記第1係合機構と前記第2係合機構とを係合させて前記第1回転要素と前記第3回転要素との回転数比が「1」になる直結モードと、前記第1係合機構のみを係合させて前記回転数比を前記第1変速比に設定する第1変速モードと、前記第2係合機構のみを係合させて前記回転数比を前記第2変速比に設定する第2変速モードと、前記第1係合機構と前記第2係合機構との両方を解放して前記エンジンを前記第3回転要素に対してトルクを伝達しないように切り離す切離しモードとを含む
ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
- 請求項2または3に記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記伝動機構は、前記第1回転要素ならびに前記第2回転要素および前記第3回転要素を含む複数の回転部材を有し、
前記エンジンの停止が許容されない前記予め定めた条件は、前記エンジンが停止することによって前記複数の回転部材の少なくとも一つの回転部材の回転数が予め定めた許容回転数を超えることであり、
前記予め定めた条件が成立しない前記走行モードは、前記エンジンが停止しても前記複数の回転部材のいずれもが予め定めた許容回転数を超えない走行モードである
ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
- 請求項3に記載され、または請求項3を引用する請求項4に記載されたハイブリッド車の制御装置において、
前記エンジンの停止が許容されない前記予め定めた条件は、前記直結モードが設定されていることであることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
- 請求項3、請求項3を引用する請求項4、請求項5のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記予め定めた条件が成立しない前記走行モードは、前記切離しモードであることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
- 請求項3、請求項3を引用する請求項4、請求項5、請求項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において、
前記伝動機構は、前記走行モードを切り替えるシフト部を有し、
前記シフト部は、前記直結モードを設定する直結ポジションと、前記第1変速モードを設定する第1変速ポジションと、前記第2変速モードを設定する第2変速ポジションと、前記切離しモードを設定する切離しポジションとを有し、かつ前記直結ポジションと前記切離しポジションとの間に前記第1変速ポジションと前記第2変速ポジションとが介在し、前記直結ポジションと前記切離しポジションとの間で走行モードを切り替える場合には前記第1変速ポジションと前記第2変速ポジションとのいずれか一方を経由するように構成され、
前記コントローラは、前記異常が検出されたことによって前記直結モードから前記切離しモードに走行モードを切り替える場合に、前記第1変速ポジションと前記第2変速ポジションとのうち前記予め定めた条件が成立しない変速ポジションを経由して走行モードを切り替えるように前記シフト部を切替制御する
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
- 請求項3、請求項3を引用する請求項4、請求項3または4を引用する請求項7のいずれか一項に記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記エンジンの停止が許容されない前記予め定めた条件は、前記直結モード以外のいずれかの走行モードから他の走行モードに切り替える途中の状態であり、かつ
前記予め定めた条件が成立しない走行モードは、前記直結モード以外のいずれかの走行モードである
ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
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