JP4845780B2 - パワートレーンの制御装置、制御方法、その方法を実現させるプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、パワートレーンの制御装置、制御方法、その方法を実現させるプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体に関し、特に、複数の回転要素を有する差動機構を備えたパワートレーンにおいて、回転要素の回転数が過剰にならないようにパワートレーンを制御する技術に関する。

従来より、エンジンおよび回転電機を駆動源に有するハイブリッド車が知られている。このようなハイブリッド車においては、車両の走行状態に応じてエンジンおよび回転電機が使い分けられる。たとえば、高速走行時などにおいては主にエンジンを用いて走行し、中低速走行時などにおいては主に回転電機を用いて走行する。このようなハイブリッド車の一つに、回転電機を用いて無段変速機として機能する差動機構に加えて、多段自動変速機を備えたものがある。

特開２００５−３３７４９１号公報（特許文献１）は、エンジンに連結された第１要素、第１電動機（回転電機）に連結された第２要素、および第２電動機に連結された第３要素から構成される差動機構を有し電気的な無段変速機として機能する無段変速部と、無段変速部と車輪との間に設けられた変速部とを備えた車両用駆動装置の制御装置を開示する。特許文献１に記載の制御装置は、変速部の変速の際には、無段変速部と変速部とで形成される変速比を連続させるように、変速に同期して無段変速部の変速を実行する無段変速制御部を含む。

この公報に記載の制御装置によれば、無段変速部と変速部とで形成される変速比すなわち無段変速部の変速比と変速部の変速比とに基づいて形成される変速比である総合変速比が連続的に変化される。これにより、変速部の変速前後でエンジン回転速度（回転数）を連続的に変化させて変速ショックが低減される。
特開２００５−３３７４９１号公報

ところで、差動機構に多段自動変速機が連結される場合、多段自動変速機がニュートラル状態からギヤ段を形成する状態に切換わると、多段自動変速機の入力軸に連結された回転要素の回転数がステップ的に変化する。差動機構の特性から、３つの回転要素のうちの少なくともいずれか一つの回転数が変化すると、他の回転要素の回転数が変化する。したがって、多段自動変速機の入力軸に連結された回転要素の回転数がステップ的に変化すると、共線図においてエンジン回転数を支点として、エンジンに連結された回転要素とは異なる回転要素の回転数が大きく変化する。このとき、エンジン回転数次第では、回転要素の回転数が過剰に高くなり得る。たとえば、多段自動変速機の入力軸に連結された回転要素の回転数がステップ的に大きくなった場合において、エンジン回転数が「０」であると、エンジンに連結された回転要素とは異なる回転要素の回転数は、多段自動変速機の入力軸に連結された回転要素とは逆方向に大きくなる。しかしながら、特開２００５−３３７４９１号公報においては、このような課題に関する記載は何等ない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転要素の回転数が過剰に高くならないようにすることができるパワートレーンの制御装置、制御方法、その方法を実現させるプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を提供することである。

第１の発明に係るパワートレーンの制御装置は、複数の回転要素を有し、複数の回転要素のうちの少なくともいずれか一つの回転要素の回転数に応じて他の回転要素の回転数が変化する差動機構と、複数の回転要素のうちの第１の回転要素に連結される回転電機と、複数の回転要素のうちの第２の回転要素に連結され、トルクを車輪に伝達する状態におけるギヤ比を複数選択可能な変速機と、複数の回転要素のうちの第３の回転要素に連結されるエンジンとを備えたパワートレーンの制御装置である。この制御装置は、ニュートラル状態からトルクを車輪に伝達する状態への切換時にエンジンを始動する必要があるか否かを、ギヤ比毎に判断するための判断手段と、第１のギヤ比においてエンジンを始動する必要があると判断され、かつ第２のギヤ比においてエンジンを始動する必要がないと判断された場合、ニュートラル状態から、第２のギヤ比でトルクを車輪に伝達する状態へ切換わるように変速機を制御するための手段と、ニュートラル状態から第２のギヤ比でトルクを車輪に伝達する状態への切換後、エンジンを始動するように制御するための手段と、エンジンの始動後、第２のギヤ比から第１のギヤ比に変速するように変速機を制御するための手段とを含む。第５の発明に係るパワートレーンの制御方法は、第１の発明に係るパワートレーンの制御装置と同様の要件を備える。

第１もしくは第５の発明によると、差動機構は、複数の回転要素を有する。複数の回転要素のうちの少なくともいずれか一つの回転要素の回転数に応じて他の回転要素の回転数が変化する。複数の回転要素のうちの第１の回転要素に回転電機が連結される。複数の回転要素のうちの第２の回転要素に変速機が連結される。変速機は、トルクを車輪に伝達する状態におけるギヤ比を複数選択可能である。複数の回転要素のうちの第３の回転要素にエンジンが連結される。このエンジンを、ニュートラル状態からトルクを車輪に伝達する状態への切換時に始動する必要があるか否かが、ギヤ比毎に判断される。第１のギヤ比においてエンジンを始動する必要があると判断され、かつ第２のエンジンを始動する必要がないと判断された場合、ニュートラル状態から、第２のギヤ比でトルクを車輪に伝達する状態へ切換わるように変速機が制御される。これにより、エンジンを始動しなくても第１の回転要素の回転数（回転数の絶対値）が過剰に高くならないといえるギヤ比でトルクを車輪に伝達する状態に切換わることができる。そのため、エンジンを停止したままニュートラル状態からトルクを車輪に伝達する状態へ切換わる際に、第１の回転要素の回転数が過剰に高くならないようにすることができる。ニュートラル状態から第２のギヤ比でトルクを車輪に伝達する状態への切換後、エンジンが始動される。エンジンの始動後、第２のギヤ比から第１のギヤ比に変速される。これにより、エンジンを始動する必要がある第１のギヤ比への変速時に、前もってエンジンを始動することができる。そのため、第１の回転要素の回転数が過剰に高くならないように第３の回転要素の回転数をエンジンにより調整した状態で、第１のギヤ比へ変速することができる。その結果、回転要素の回転数が過剰に高くならないようにすることができるパワートレーンの制御装置または制御方法を提供することができる。

第２の発明に係るパワートレーンの制御装置においては、第１の発明の構成に加え、判断手段は、ニュートラル状態からトルクを車輪に伝達する状態への切換えをエンジンを停止したまま行なうことにより複数の回転要素のうちの少なくともいずれか一つの回転数の絶対値がしきい値より大きくなる場合、エンジンを始動する必要があると判断するための手段を含む。第６の発明に係るパワートレーンの制御方法は、第２の発明に係るパワートレーンの制御装置と同様の要件を備える。

第２もしくは第６の発明によると、ニュートラル状態からトルクを車輪に伝達する状態への切換えをエンジンを停止したまま行なうことにより複数の回転要素のうちの少なくともいずれか一つの回転数の絶対値がしきい値より大きくなる場合、エンジンを始動する必要があると判断される。これにより、最終的にはエンジンを始動することができる。そのため、第１の回転要素の回転数の絶対値が過剰に高くならないように第３の回転要素の回転数をエンジンにより調整することができる。

第３の発明に係るパワートレーンの制御装置においては、第１の発明の構成に加え、判断手段は、エンジンの回転数および車速が予め定められた領域外にある場合、エンジンを始動する必要があると判断するための手段を含む。第７の発明に係るパワートレーンの制御方法は、第３の発明に係るパワートレーンの制御装置と同様の要件を備える。

第３もしくは第７の発明によると、エンジンの回転数および車速が、予め定められた領域外にある場合、エンジンを始動する必要があると判断される。これにより、最終的にはエンジンを始動することができる。そのため、第１の回転要素の回転数（回転数の絶対値）が過剰に高くならないように第３の回転要素の回転数をエンジンにより調整することができる。

第４の発明に係るパワートレーンの制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加え、第１の回転要素はサンギヤである。第２の回転要素はリングギヤである。第３の回転要素は、サンギヤおよびリングギヤと噛合うピニオンギヤを回転自在に支持するキャリアである。第８の発明に係るパワートレーンの制御方法は、第４の発明に係るパワートレーンの制御装置と同様の要件を備える。

第４もしくは第８の発明によると、回転電機に連結されるサンギヤ、切換機構に連結されるリングギヤおよびエンジンに連結されるキャリアを有する差動機構において、サンギヤの回転数が過剰にならないようにすることができる。

第９の発明に係るプログラムは、第５〜８いずれかの発明に係る制御方法をコンピュータに実現させるプログラムであって、第１０の発明に係る記録媒体は、第５〜８のいずれかの発明に係る制御方法をコンピュータに実現させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

第９または第１０の発明によると、コンピュータ（汎用でも専用でもよい）を用いて、第５〜８のいずれかの発明に係るパワートレーンの制御方法を実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載したハイブリッド車について説明する。このハイブリッド車は、ＦＲ（Front engine Rear drive）車両である。なお、ＦＲ以外の車両であってもよい。

ハイブリッド車は、駆動源としてのハイブリッドシステム１００と、オートマチックトランスミッション４００と、プロペラシャフト５００と、デファレンシャルギヤ６００と、後輪７００と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８００とを含む。本実施の形態に係る制御装置は、たとえばＥＣＵ８００のＲＯＭ（Read Only Memory）８０２に記録されたプログラムを実行することにより実現される。なお、ＥＣＵ８００により実行されるプログラムをＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体に記録して市場に流通させてもよい。また、ＥＣＵ８００は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

このハイブリッド車のパワートレーンは、ハイブリッドシステム１００とオートマチックトランスミッション４００とを含む。ハイブリッドシステム１００のエンジン２００は、インジェクタ２０２から噴射された燃料と空気との混合気を、シリンダの燃焼室内で燃焼させる内燃機関である。燃焼によりシリンダ内のピストンが押し下げられて、クランクシャフトが回転させられる。

オートマチックトランスミッション４００は、ハイブリッドシステム１００の出力軸に連結される。オートマチックトランスミッション４００から出力された駆動力は、プロペラシャフト５００およびデファレンシャルギヤ６００を介して、左右の後輪７００に伝達される。

ＥＣＵ８００には、シフトレバー８０４のポジションスイッチ８０６と、アクセルペダル８０８のアクセル開度センサ８１０と、ブレーキペダル８１２の踏力センサ８１４と、電子スロットルバルブ８１６のスロットル開度センサ８１８と、エンジン回転数センサ８２０と、入力軸回転数センサ８２２と、出力軸回転数センサ８２４と、油温センサ８２６とがハーネスなどを介して接続されている。

シフトレバー８０４の位置（ポジション）は、ポジションスイッチ８０６により検出され、検出結果を表す信号がＥＣＵ８００に送信される。シフトレバー８０４の位置に対応して、オートマチックトランスミッション４００における変速が自動で行なわれる。シフトレバー８０４を操作することにより、運転者が所望のギヤ段（変速比）を選択可能であるようにしてもよい。

アクセル開度センサ８１０は、アクセルペダル８０８の開度を検出し、検出結果を表す信号をＥＣＵ８００に送信する。踏力センサ８１４は、ブレーキペダル８１２の踏力（運転者がブレーキペダル８１２を踏む力）を検出し、検出結果を表す信号をＥＣＵ８００に送信する。

スロットル開度センサ８１８は、アクチュエータにより開度が調整される電子スロットルバルブ８１６の開度を検出し、検出結果を表す信号をＥＣＵ８００に送信する。電子スロットルバルブ８１６により、エンジン２００に吸入される空気量（エンジン２００の出力）が調整される。

なお、電子スロットルバルブ８１６の代わりにもしくは加えて、吸気バルブ（図示せず）や排気バルブ（図示せず）のリフト量や開閉する位相を変更することにより、エンジン２００に吸入される空気量を調整するようにしてもよい。

エンジン回転数センサ８２０は、エンジン２００の出力軸（クランクシャフト）の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を検出し、検出結果を表す信号をＥＣＵ８００に送信する。入力軸回転数センサ８２２は、オートマチックトランスミッション４００の入力軸回転数ＮＩを検出し、検出結果を表す信号をＥＣＵ８００に送信する。出力軸回転数センサ８２４は、オートマチックトランスミッション４００の出力軸回転数ＮＯを検出し、検出結果を表す信号をＥＣＵ８００に送信する。

オートマチックトランスミッション４００の出力軸回転数ＮＯからハイブリッド車の車速が算出される。なお、車速を算出する方法については、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰返さない。

油温センサ８２６は、オートマチックトランスミッション４００の作動や潤滑に用いられるオイル（ＡＴＦ：Automatic Transmission Fluid）の温度（油温）を検出し、検出結果を表す信号をＥＣＵ８００に送信する。

ＥＣＵ８００は、ポジションスイッチ８０６、アクセル開度センサ８１０、踏力センサ８１４、スロットル開度センサ８１８、エンジン回転数センサ８２０、入力軸回転数センサ８２２、出力軸回転数センサ８２４、油温センサ８２６などから送られてきた信号、ＲＯＭ８０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両が所望の走行状態となるように、機器類を制御する。

図２を参照して、ハイブリッドシステム１００およびオートマチックトランスミッション４００についてさらに説明する。

ハイブリッドシステム１００は、エンジン２００と、動力分割機構３１０と、第１ＭＧ（Motor Generator）３１１と、第２ＭＧ３１２とを含む。動力分割機構３１０は、入力軸３０２に入力されたエンジン２００の出力を第１ＭＧ３１１および出力軸３０４に分割する。動力分割機構３１０は、プラネタリギヤ３２０から構成される。

プラネタリギヤ３２０は、サンギヤ３２２、ピニオンギヤ３２４、ピニオンギヤ３２４を自転および公転可能に支持するキャリア３２６、ピニオンギヤ３２４を介してサンギヤ３２２と噛み合うリングギヤ３２８を含む。

動力分割機構３１０において、キャリア３２６は入力軸３０２すなわちエンジン２００に連結される。サンギヤ３２２は第１ＭＧ３１１に連結される。リングギヤ３２８は出力軸３０４に連結される。

動力分割機構３１０は、サンギヤ３２２、キャリア３２６、リングギヤ３２８が相対的に回転することにより差動装置として機能する。動力分割機構３１０の差動機能により、エンジン２００の出力が第１ＭＧ３１１と出力軸３０４とに分配される。

分配されたエンジン２００の出力の一部を用いて第１ＭＧ３１１が発電したり、第１ＭＧ３１１が発電した電力を用いて第２ＭＧ３１２が回転駆動したりすることにより、動力分割機構３１０は、無段変速機として機能する。

第１ＭＧ３１１および第２ＭＧ３１２は、三相交流回転電機である。第１ＭＧ３１１は、動力分割機構３１０のサンギヤ３２２に連結される。第２ＭＧ３１２は、ロータが出力軸３０４と一体的に回転するように設けられる。

第１ＭＧ３１１および第２ＭＧ３１２は、たとえばアクセル開度および車速などから算出されるオートマチックトランスミッション４００の目標出力トルクを満足し、かつエンジン２００において最適な燃費を実現するように制御される。第２ＭＧ３１２の出力トルクは、目標出力トルクに対して、エンジン２００の出力トルクと第２ＭＧ３１２の出力トルクとの割合を定めたマップにしたがって定められる。

第１ＭＧ３１１の回転数、第２ＭＧ３１２の回転数およびエンジン回転数ＮＥは、図３に示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。したがって、図３において一点鎖線で示すように、第２ＭＧ３１２の回転数が変化する際に、第１ＭＧ３１１の回転数が変化する。また、図３において２点鎖線で示すように、第１ＭＧ３１１の回転数は、エンジン回転数ＮＥに応じて変化する。

なお、本実施の形態においては、オートマチックトランスミッション４００において前進ギヤ段が形成されている状態においてハイブリッド車が前進している場合、もしくは後進ギヤ段が形成されている状態において後進している場合のリングギヤ回転数ＮＲを正値として表わす。すなわち、オートマチックトランスミッション４００において前進ギヤ段が形成されている状態においてハイブリッド車が前進している場合および後進ギヤ段が形成されている状態において後進している場合のリングギヤ３２８の回転方向は同じである。

オートマチックトランスミッション４００において前進ギヤ段が形成されている状態においてハイブリッド車が後進している場合、もしくは後進ギヤ段が形成されている状態において前進している場合、リングギヤ回転数ＮＲは負値になる。

また、図４に示すように、本実施の形態において、エンジン２００の運転中における回転方向（エンジン２００の運転中におけるキャリア３２６の回転方向）と、リングギヤ回転数ＮＲが正値である場合のリングギヤ３２８の回転方向とは同じである。

本実施の形態において、第１ＭＧ３１１、第２ＭＧ３１２およびエンジン２００は、パワートレーンの保護のため、動力分割機構３１０のリングギヤ３２８の回転数ＮＲ（オートマチックトランスミッション４００の入力軸回転数ＮＩ）およびエンジン回転数ＮＥ（キャリア３２６の回転数）が、図５において斜線で示す許容領域内にあるように制御される。

許容領域は、第１ＭＧ３１１の回転数（サンギヤ３２２の回転数）の下限値ＮＳＬ、上限値ＮＳＨ、ピニオンギヤ３２４の回転数の下限値ＰＩＮＬ、上限値ＰＩＮＨを考慮して定められる。すなわち、第１ＭＧ３１１の回転数が下限値ＮＳＬ以上、上限値ＮＳＨ以下になるように、かつ、ピニオンギヤ３２４の回転数が下限値ＰＩＮＬ以上、上限値ＰＩＮＨ以下になるように、第１ＭＧ３１１、第２ＭＧ３１２およびエンジン２００が制御される。

したがって、許容領域は、第１ＭＧ３１１の回転数（サンギヤ３２２の回転数）およびピニオンギヤ３２４の回転数の絶対値がしきい値より小さくなるように定められた領域であるといえる。なお、ピニオンギヤ３２４の回転数は、リングギヤ３２８の回転数ＮＲとキャリア３２６の回転数との相対回転数である。

図５に示すリングギヤ回転数ＮＲを、パワートレーンにおいて選択し得る各ギヤ比を用いて車速（オートマチックトランスミッション４００の出力軸回転数ＮＯ）に置き換えると、パワートレーンのギヤ段（ギヤ比）毎の許容領域を表わすことができる。図６に前進１速ギヤ段における許容領域を示す。図７に前進２速ギヤ段における許容領域を示す。

図２に戻って、オートマチックトランスミッション４００は、車体に取り付けられる非回転部材としてのケース４０２内において共通の軸心上に配設された入力回転部材としての入力軸４０４と、出力回転部材としての出力軸４０６とを含む。

入力軸４０４は、動力分割機構３１０の出力軸３０４に連結される。したがって、オートマチックトランスミッション４００の入力軸回転数ＮＩと動力分割機構３１０の出力軸回転数、すなわちリングギヤ３２８の回転数（第２ＭＧ３１２の回転数）ＮＲとは同じである。

オートマチックトランスミッション４００は、シングルピニオン型の３つのプラネタリギヤ４１１〜４１３と、Ｃ１クラッチ４２１、Ｃ２クラッチ４２２、Ｂ１ブレーキ４３１、Ｂ２ブレーキ４３２およびＢ３ブレーキ４３３の５つの摩擦係合要素を含む。

オートマチックトランスミッション４００の摩擦係合要素を図８に示す作動表に示す組み合わせで係合することにより、パワートレーンにおいて、変速比が異なる１速ギヤ段〜５速ギヤ段の５つの前進ギヤ段および後進ギヤ段が形成される。

オートマチックトランスミッション４００においてギヤ段が形成された状態では、動力分割機構３１０のリングギヤ３２８からオートマチックトランスミッション４００に入力されるトルク（ハイブリッドシステム１００の出力トルク）が駆動輪である後輪７００に伝達される。

シフトレバー８０４がＤ（ドライブ）ポジションもしくはＲ（リバース）ポジションなどの走行ポジションにあり、走行レンジが選択されている場合、パワートレーンにおいて、ギヤ段が形成される。

一方、シフトレバー８０４がＮ（ニュートラル）ポジションなどの非走行ポジションにあり、非走行レンジが選択されている場合、オートマチックトランスミッション４００がニュートラル状態にされる。

オートマチックトランスミッション４００のニュートラル状態においては、全ての摩擦係合要素が解放状態にされる。ニュートラル状態では、動力分割機構３１０のリングギヤ３２８から後輪７００へのトルクの伝達が遮断される。

図８に示すように、４速ギヤ段を形成する際に係合される摩擦係合要素と５速ギヤ段を形成する際に係合される摩擦係合要素とは同じである。すなわち、４速ギヤ段および５速ギヤ段では、オートマチックトランスミッション４００における変速比は同じである。しかしながら、動力分割機構３１０における変速比が異なる。

４速ギヤ段を形成する際には、動力分割機構３１０において第１ＭＧ３１１の回転が許容されて、エンジン回転数と出力軸３０４の回転数が同じにされ、変速比が「１」になる。一方、５速ギヤ段を形成する際には、第１ＭＧ３１１の回転数を「０」にすることにより、出力軸３０４の回転数がエンジン回転数よりも高くされて、変速比が「１」よりも小さくされる。

パワートレーンにおける変速は、たとえば図９に示す変速線図に基づいて制御される。本実施の形態における変速線図は、アクセル開度および車速などから算出される目標出力トルクと、車速とをパラメータとして定められる。なお、変速線図のパラメータはこれらに限らない。

図９における実線がアップシフト線であって、破線がダウンシフト線である。図９において一点鎖線で囲まれる領域は、エンジン２００の駆動力を用いずに、第２ＭＧ３１２の駆動力のみを用いて走行する領域を示す。

オートマチックトランスミッション４００のＣ１クラッチ４２１、Ｃ２クラッチ４２２、Ｂ１ブレーキ４３１、Ｂ２ブレーキ４３２およびＢ３ブレーキ４３３は、油圧により作動する。本実施の形態において、ハイブリッド車には、図１０に示すように、各摩擦係合要素に対して油圧を給排してその係合・解放の制御を行なう油圧制御装置９００が設けられる。

この油圧制御装置９００は、機械式オイルポンプ９１０と電動オイルポンプ９２０と、これらのオイルポンプ９１０，９２０で発生させた油圧をライン圧に調圧するとともに、そのライン圧を元圧として調圧した油圧を各摩擦係合要素に対して給排し、かつ適宜の箇所に潤滑のためのオイルを供給する油圧回路９３０とを含む。

機械式オイルポンプ９１０は、エンジン２００によって駆動されて油圧を発生するポンプである。機械式オイルポンプ９１０は、キャリア３２６と同軸上に配置され、エンジン２００からトルクを受けて動作するようになっている。すなわち、キャリア３２６が回転することにより機械式オイルポンプ９１０が駆動せしめられて、油圧が発生する。

これに対して電動オイルポンプ９２０は、モータ（図示せず）によって駆動されるポンプである。電動オイルポンプ９２０は、トランスミッションケースの外部などの適宜の箇所に取り付けられる。電動オイルポンプ９２０は、所望の油圧を発生するように、ＥＣＵ８００により制御される。たとえば、電動オイルポンプ９２０の回転数等がフィードバック制御される。

電動オイルポンプ９２０の回転数は、回転数センサ８３０により検出され、検出結果を表す信号がＥＣＵ８００に送信される。また、電動オイルポンプ９２０からの吐出圧は、油圧センサ８３２により検出され、検出結果を表す信号がＥＣＵ８００に送信される。

電動オイルポンプ９２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９４０を介してバッテリ９４２から供給される電力により作動する。バッテリ９４２の電力は、電動オイルポンプ９２０の他、電動パワーステアリング９５０、第１ＭＧ３１２、第２ＭＧ３１２など、電力で作動する補機類に供給される。

バッテリ９４２からの充放電電流値は、電流センサ８３４により検出され、検出結果を表わす信号がＥＣＵ８００に送信される。本実施の形態においては、バッテリ９４２からの充放電電流値に基づいてバッテリ９４２のＳＯＣ（State Of Charge）が算出される。なお、ＳＯＣを算出する方法については、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰返さない。バッテリ９４２の温度は、温度センサ８３６により検出され、検出結果を表わす信号がＥＣＵ８００に送信される。

油圧回路９３０は、複数のソレノイドバルブや切換バルブあるいは調圧バルブ（それぞれ図示せず）を備え、調圧や油圧の給排を電気的に制御できるように構成されている。その制御は、ＥＣＵ８００により行なわれる。

なお、各オイルポンプ９１０，９２０の吐出側には、それぞれのオイルポンプ９１０，９２０の吐出圧で開き、これとは反対方向には閉じる逆止弁９１２，９２２が設けられ、かつ油圧回路９３０に対してこれらのオイルポンプ９１０，９２０は互いに並列に接続されている。また、ライン圧を調圧するバルブ（図示せず）は、吐出量を増大させてライン圧を高くし、これとは反対に吐出量を減じてライン圧を低くする二つの状態にライン圧を制御するように構成されている。

図１１を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ８００の機能について説明する。なお、以下に説明するＥＣＵ８００の機能はハードウェアにより実現するようにしてもよく、ソフトウェアにより実現するようにしてもよい。

ＥＣＵ８００は、シフト操作判断部８４０と、ギヤ段判断部８４２と、始動判断部８４４と、係合部８４６と、始動部８４８と、変速部８５０とを含む。

シフト操作判断部８４０は、ＮポジションからＤポジションへのシフト操作（シフトレバー８０４の操作）がなされたか否かを判断する。ＮポジションからＤポジションへのシフト操作がなされたか否かは、ポジションスイッチ８０６から送信された信号に基づいて判断される。なお、シフト操作がなされたか否かを判断する方法はこれに限らない。ギヤ段判断部８４２は、前述した変速線図に従って定められるギヤ段である目標ギヤ段を判断する。

始動判断部８４４は、ＮポジションからＤポジションへのシフト操作がなされた場合、ニュートラル状態からギヤ段を形成する状態への切換時にパワートレーンの保護のためにエンジン２００を始動する必要があるか否かを判断する。

エンジン２００を始動する必要があるか否かは、エンジン回転数ＮＥ（キャリア３２６の回転数）と車速（オートマチックトランスミッション４００の出力軸回転数ＮＯ）とに基づいて、ギヤ段毎に判断される。図１２において黒点で示すように、エンジン回転数ＮＥおよび車速が、許容領域外にあって、かつ許容領域よりも車速が大きいと、エンジン回転数ＮＥを上昇させるために、エンジン２００を始動する必要があると判断される。

エンジン回転数ＮＥおよび車速が、許容領域外にある場合、エンジン２００を停止したままギヤ段を形成してリングギヤ回転数ＮＲが車速に同期すると、第１ＭＧ３１１の回転数（サンギヤ３２２の回転数）もしくはピニオンギヤ３２４の回転数の絶対値がしきい値より大きくなり得るからである。

係合部８４６は、変速線図に従って定められる目標ギヤ段においてエンジン２００を始動する必要があると判断された場合、エンジン２００を始動する必要がないと判断されたギヤ段を形成するように、オートマチックトランスミッション４００を制御する。したがって、ニュートラル状態から、エンジン２００を始動する必要がないと判断されたギヤ段でトルクを後輪７００へ伝達する状態に切換えられる。

始動部８４８は、エンジン２００を始動する必要がないと判断されたギヤ段の形成後、始動するようにエンジン２００を制御する。変速部８５０は、エンジン２００の始動後、目標ギヤ段へ変速するようにオートマチックトランスミッション４００を制御する。

図１３を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ８００が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に説明するプログラムは予め定められた周期で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ８００は、ポジションスイッチ８０６から送信された信号に基づいて、ＮポジションからＤポジションへのシフト操作がなされた否かを判断する。ＮポジションからＤポジションへのシフト操作がなされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ８００は、前述した変速線図に従って定められる目標ギヤ段を判断する。Ｓ１０４にて、ＥＣＵ８００は、ニュートラル状態からギヤ段を形成する状態への切換時にエンジン２００を始動する必要があるか否をギヤ段毎に判断する。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ８００は、目標ギヤ段においてエンジン２００を始動する必要があるか否かを判断する。目標ギヤ段においてエンジン２００を始動する必要があると判断された場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８に移される。もしそうでないと（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１１４に移される。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ８００は、エンジン２００を始動する必要がないと判断されたギヤ段を形成する。Ｓ１１０にて、ＥＣＵ８００は、エンジン２００を始動する。Ｓ１１２にて、ＥＣＵ８００は、目標ギヤ段に変速する。

Ｓ１１４にて、ＥＣＵ８００は、目標ギヤ段を形成する。すなわち、ニュートラル状態から、目標ギヤ段でトルクを車輪に伝達する状態へ切換えられる。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ８００の動作について説明する。

ここで、現時点では、Ｎポジションへのシフト操作がなされ、かつエンジン２００が停止していると想定する。この状態で、たとえば前進中にＮポジションからＤポジションへのシフト操作がなされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、変速線図に従って定まる目標ギヤ段が判断される（Ｓ１０２）。ここでは、前進１速ギヤ段が目標ギヤ段として判断されたと想定する。

さらに、ニュートラル状態からギヤ段を形成する状態（トルクを車輪に伝達する状態）への切換時にエンジン２００を始動する必要があるか否がギヤ段毎に判断される（Ｓ１０４）。ここでは、図１４において黒点で示すように、エンジン回転数ＮＥおよび車速が前進１速ギヤ段の許容領域外にあり、かつ前進２速ギヤ段の許容領域内にあると想定する。この場合、目標ギヤ段である前進１速ギヤ段においてエンジン２００を始動する必要があると判断される（Ｓ１０６にてＹＥＳ）。一方、前進２速ギヤ段においてエンジン２００を始動する必要がないと判断される。

仮に、ニュートラル状態から前進１速ギヤ段を形成する状態への切換えを、エンジン２００を停止したまま行なうと、図１５において実線で示すように、動力分割機構３１０のリングギヤ回転数ＮＲが上昇することにより、第１ＭＧ３１１の回転数、すなわち動力分割機構３１０のサンギヤ３２２の回転数の絶対値が過剰に高くなり得る。また、リングギヤ回転数ＮＲのみが上昇することにより、リングギヤ回転数ＮＲとキャリア３２６の回転数との相対回転数であるピニオンギヤ３２４の回転数の絶対値が過剰に高くなり得る。

したがって、前進１速ギヤ段の代わりに、エンジン２００を始動する必要がないと判断された前進２速ギヤ段が形成される（Ｓ１０８）。これにより、図１５において破線で示すように、サンギヤ３２２およびピニオンギヤ３２４の回転数の絶対値が過剰に高くならないようにすることができる。

前進２速ギヤ段が形成された後、エンジン２００が始動される（Ｓ１１０）。これにより、図１６において黒点で示すように、エンジン回転数ＮＥおよび車速を、前進１速ギヤ段の許容領域内に移動することができる。

その後、前進２速ギヤ段から、目標ギヤ段である前進１速ギヤ段へ変速される（Ｓ１１２）。これにより、図１７に示すように、エンジン２００を駆動した状態で、前進１速ギヤ段へ変速することができる。そのため、第１ＭＧ３１１（サンギヤ３２２）の回転数およびピニオンギヤ３２４の回転数の絶対値が過剰にならないようにエンジン２００を用いてキャリア３２６の回転数を調整することができる。その結果、第１ＭＧ３１１およびピニオンギヤ３２４の回転数の絶対値が過剰に高くならないようにすることができる。

ところで、図１８において黒点で示すように、エンジン回転数ＮＥおよび車速が前進１速ギヤ段の許容領域内にあると、前進１速ギヤ段においてエンジン２００を始動する必要がないと判断される（Ｓ１０６にてＮＯ）。

この場合、ニュートラル状態から前進１速ギヤ段を形成する状態への切換えを、エンジン２００を停止したまま行なった場合であっても、第１ＭＧ３１１（サンギヤ３２２）およびピニオンギヤ３２４の回転数の絶対値が高くならないといえる。したがって、前進２速ギヤ段を形成することなく、変速線図を用いて判断された前進１速ギヤ段が形成される（Ｓ１１４）。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵによれば、ニュートラル状態から、トルクを車輪に伝達する状態への切換え時にエンジンを始動する必要があるか否が判断される。変速線図に従って定められる目標ギヤ段においてエンジンを始動する必要があると判断された場合、ニュートラル状態から、エンジンを始動する必要がないと判断されたギヤ段においてトルクを車輪に伝達する状態に切換えられる。これにより、エンジンを停止したままトルクを車輪に伝達する状態へ切換わっても、サンギヤおよびピニオンギヤの回転数の絶対値が過剰に高くならないようにすることができる。エンジンを始動する必要がないと判断されたギヤ段が形成された後、エンジンが始動される。エンジンの始動後、目標ギヤ段への変速が行なわれる。これにより、エンジンを駆動した状態で、目標ギヤ段へ変速することができる。そのため、動力分割機構のサンギヤおよびピニオンギヤの回転数の絶対値が過剰にならないように、エンジンを用いてキャリアの回転数を調整することができる。

なお、パワートレーンにおいて５つの前進ギヤ段を形成可能にする代わりに、１速ギヤ段〜４速ギヤ段の４つの前進ギヤ段を形成可能であるようにしてもよい。４つの前進ギヤ段を形成可能であるようにパワートレーンを構成する場合、図１９に示すように、オートマチックトランスミッション４００は、シングルピニオン型の２つのプラネタリギヤ４４１，４４２と、Ｃ１クラッチ４５１、Ｃ２クラッチ４５２、Ｂ１ブレーキ４６１およびＢ２ブレーキ４６２の４つの摩擦係合要素とを含む。

図２０に示す作動表に示す組み合わせで摩擦係合要素を係合することにより、１速ギヤ段〜４速ギヤ段の４つの前進ギヤ段が形成される。

３速ギヤ段を形成する際に係合される摩擦係合要素と４速ギヤ段を形成する際に係合される摩擦係合要素とは同じである。すなわち、３速ギヤ段および４速ギヤ段では、オートマチックトランスミッション４００における変速比は同じである。しかしながら、動力分割機構３１０における変速比が異なる。

３速ギヤ段を形成する際には、動力分割機構３１０において第１ＭＧ３１１の回転が許容されて、エンジン回転数と出力軸３０４の回転数が同じにされ、変速比が「１」になる。一方、４速ギヤ段を形成する際には、第１ＭＧ３１１の回転数を「０」にすることにより、出力軸３０４の回転数がエンジン回転数よりも高くされて、変速比が「１」よりも小さくされる。パワートレーンにおける変速は、たとえば図２１に示す変速線図に基づいて制御される。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載したハイブリッド車を示す概略構成図である。 ハイブリッドシステムおよびオートマチックトランスミッションを示す図（その１）である。 動力分割機構の共線図を示す図（その１）である。 動力分割機構の共線図を示す図（その２）である。 第１ＭＧの回転数の下限値および上限値などから規定される許容範囲を示す図である。 前進１速ギヤ段における許容範囲を示す図である。 前進２速ギヤ段における許容範囲を示す図である。 作動表を示す図（その１）である。 変速線図を示す図（その１）である。 油圧制御装置を示す図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 エンジン回転数ＮＥおよび車速が許容領域外にある状態を示す図である。 ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 前進１速ギヤ段および前進２速ギヤ段における許容範囲を示す図（その１）である。 動力分割機構の共線図を示す図（その３）である。 前進１速ギヤ段および前進２速ギヤ段における許容範囲を示す図（その２）である。 動力分割機構の共線図を示す図（その４）である。 前進１速ギヤ段および前進２速ギヤ段における許容範囲を示す図（その３）である。 ハイブリッドシステムおよびオートマチックトランスミッションを示す図（その２）である。 作動表を示す図（その２）である。 変速線図を示す図（その２）である。

符号の説明

１００ ハイブリッドシステム、２００ エンジン、３１０ 動力分割機構、３１１ 第１ＭＧ、３１２ 第２ＭＧ、３２０ プラネタリギヤ、３２２ サンギヤ、３２４ ピニオンギヤ、３２６ キャリア、３２８ リングギヤ、４００ オートマチックトランスミッション、５００ プロペラシャフト、６００ デファレンシャルギヤ、７００ 後輪、８００ ＥＣＵ、８０２ ＲＯＭ、８０４ シフトレバー、８０６ ポジションスイッチ、８０８ アクセルペダル、８１０ アクセル開度センサ、８１２ ブレーキペダル、８１４ 踏力センサ、８１６ 電子スロットルバルブ、８１８ スロットル開度センサ、８２０ エンジン回転数センサ、８２２ 入力軸回転数センサ、８２４ 出力軸回転数センサ、８４０ シフト操作判断部、８４２ ギヤ段判断部、８４４ 始動判断部、８４６ 係合部、８４８ 始動部、８５０ 変速部。

Claims (8)

1. 複数の回転要素を有し、前記複数の回転要素のうちの少なくともいずれか一つの回転要素の回転数に応じて他の回転要素の回転数が変化する差動機構と、前記複数の回転要素のうちの第１の回転要素に連結される回転電機と、前記複数の回転要素のうちの第２の回転要素に連結され、トルクを車輪に伝達する状態におけるギヤ比を複数選択可能な変速機と、前記複数の回転要素のうちの第３の回転要素に連結されるエンジンとを備えたパワートレーンの制御装置であって、
   ニュートラル状態からトルクを車輪に伝達する状態への切換時に前記エンジンを始動する必要があるか否かを、ギヤ比毎に判断するための判断手段と、
   第１のギヤ比において前記エンジンを始動する必要があると判断され、かつ第２のギヤ比において前記エンジンを始動する必要がないと判断された場合、ニュートラル状態から、前記第２のギヤ比でトルクを車輪に伝達する状態へ切換わるように前記変速機を制御するための手段と、
   ニュートラル状態から前記第２のギヤ比でトルクを車輪に伝達する状態への切換後、前記エンジンを始動するように制御するための手段と、
   前記エンジンの始動後、前記第２のギヤ比から前記第１のギヤ比に変速するように前記変速機を制御するための手段とを含み、
   前記判断手段は、ニュートラル状態からトルクを車輪に伝達する状態への切換えを前記エンジンを停止したまま行なうことにより前記複数の回転要素のうちの少なくともいずれか一つの回転数の絶対値がしきい値より大きくなる場合、前記エンジンを始動する必要があると判断するための手段を含む、パワートレーンの制御装置。
2. 前記判断手段は、前記エンジンの回転数および車速が予め定められた領域外にある場合、前記エンジンを始動する必要があると判断するための手段を含む、請求項１に記載のパワートレーンの制御装置。
3. 前記第１の回転要素はサンギヤであって、
   前記第２の回転要素はリングギヤであって、
   前記第３の回転要素は、前記サンギヤおよび前記リングギヤと噛合うピニオンギヤを回転自在に支持するキャリアである、請求項１または２に記載のパワートレーンの制御装置。
4. 複数の回転要素を有し、前記複数の回転要素のうちの少なくともいずれか一つの回転要素の回転数に応じて他の回転要素の回転数が変化する差動機構と、前記複数の回転要素のうちの第１の回転要素に連結される回転電機と、前記複数の回転要素のうちの第２の回転要素に連結され、トルクを車輪に伝達する状態におけるギヤ比を複数選択可能な変速機と、前記複数の回転要素のうちの第３の回転要素に連結されるエンジンとを備えたパワートレーンの制御方法であって、
   ニュートラル状態からトルクを車輪に伝達する状態への切換時に前記エンジンを始動する必要があるか否かを、ギヤ比毎に判断するステップと、
   第１のギヤ比において前記エンジンを始動する必要があると判断され、かつ第２のギヤ比において前記エンジンを始動する必要がないと判断された場合、ニュートラル状態から、前記第２のギヤ比でトルクを車輪に伝達する状態へ切換わるように前記変速機を制御するステップと、
   ニュートラル状態から前記第２のギヤ比でトルクを車輪に伝達する状態への切換後、前記エンジンを始動するように制御するステップと、
   前記エンジンの始動後、前記第２のギヤ比から前記第１のギヤ比に変速するように前記変速機を制御するステップとを含み、
   前記エンジンを始動する必要があるか否かを判断するステップは、ニュートラル状態からトルクを車輪に伝達する状態への切換えを前記エンジンを停止したまま行なうことにより前記複数の回転要素のうちの少なくともいずれか一つの回転数の絶対値がしきい値より大きくなる場合、前記エンジンを始動する必要があると判断するステップを含む、パワートレーンの制御方法。
5. 前記エンジンを始動するか否かを判断するステップは、前記エンジンの回転数および車速が予め定められた領域外にある場合、前記エンジンを始動する必要があると判断するステップを含む、請求項４に記載のパワートレーンの制御方法。
6. 前記第１の回転要素はサンギヤであって、
   前記第２の回転要素はリングギヤであって、
   前記第３の回転要素は、前記サンギヤおよび前記リングギヤと噛合うピニオンギヤを回転自在に支持するキャリアである、請求項４または５に記載のパワートレーンの制御方法。
7. 請求項４〜６のいずれかに記載の制御方法をコンピュータに実現させるプログラム。
8. 請求項４〜６のいずれかに記載の制御方法をコンピュータに実現させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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