以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図1〜図9は本発明の一実施形態に係る車両用の制御装置を説明する図であり、図1はその制御装置を搭載する車両の一例を示す図である。
図1において、車両100は、動力源として、内燃機関型のエンジン101と、モータジェネレータ(MG)として機能する回転電機103、105とを備えている。この車両100は、これらエンジン101や回転電機103、105の出力する回転動力を駆動輪109に動力伝達機構110を介して伝達して転動させることにより走行する。なお、この車両100は、ドライバが不図示のフットブレーキを踏み込むことで機能する摩擦式ブレーキ(制動機構)140が駆動輪109の回転を摩擦制動することにより減速停止するようになっている。
動力伝達機構110は、エンジン101の出力する回転動力を入力される入力軸111と、デファレンシャルギヤ(差動歯車装置)150に連結されて左右の駆動輪109のそれぞれに伝達する回転動力を出力する出力軸112と、入力軸111および出力軸112との間に介在して回転動力を中継するように伝達する伝達軸113と、入力軸111と伝達軸113の間に配置されてエンジン101の回転動力を回転電機103、105に分配して出力させる動力分配機構115と、出力軸112と伝達軸113との間に配置されて動力分配機構115から伝達される回転動力を備える変速段で自動変速して出力する自動変速機構117と、を備えて構築されている。
この動力伝達機構110は、軸心が共通の軸線となるように、入力軸111、出力軸112および伝達軸113がトランスミッションケース119内に直列に収容されて、それぞれ回転自在に軸受などを介して支持されている。ここで、出力軸112の回転速度(回転数)は車速センサ132が検出し、回転電機103のロータの回転速度は回転速度センサ133が検出し、回転電機105のロータと一体の伝達軸113の回転速度は回転速度センサ135が検出するようにそれぞれ設置されている。これら車速センサ132および回転速度センサ133、135は、後述のECU11にセンサ信号を送信可能に接続されている。なお、図1は、動力伝達機構110が入力軸111などの軸心を中心にして回転対称に構成されているため、図中下側を省略する骨子図(スケルトン図)である。
動力分配機構115は、第1の回転電機(MG1)103と第2の回転電機(MG2)105とが切換クラッチC0および切換ブレーキB0を備えるシングルピニオン型の遊星歯車機構121に連結されて、エンジン101の回転動力を分配出力するようになっている。遊星歯車機構121は、サンギヤS0、プラネタリギヤP0、キャリヤCA0、およびリングギヤR0を回転要素として備えている。第1の回転電機103は、遊星歯車機構121のサンギヤS0にロータが一体回転するように連結されている。第2の回転電機(MG2)105は、遊星歯車機構121のリングギヤR0および伝達軸113と一体的にロータが回転するように連結されている。また、遊星歯車機構121のキャリヤCA0は入力軸111、すなわちエンジン101の出力軸に連結されている。切換ブレーキB0はトランスミッションケース119に設置されて、サンギヤS0を締結または解放する。切換クラッチC0はそのサンギヤS0とキャリヤCA0との間を締結または解放する。なお、切換クラッチC0および切換ブレーキB0は、油圧により駆動して圧接する対象部材との係合圧力を調整することにより締結状態や解放状態や摩擦接触(所謂、摺動)状態を維持する摩擦係合要素により構築されている。
この動力分配機構115は、例えば、切換クラッチC0および切換ブレーキB0が解放状態にされると、サンギヤS0、キャリヤCA0、リングギヤR0がそれぞれ相対回転可能な差動状態にされる。このとき、エンジン101の出力(回転動力)が第1の回転電機103と第2の回転電機105(伝達軸113)とに分配されて、例えば、そのエンジン101の分配出力で第1の回転電機103が発電機として駆動され、また、第2の回転電機105が電動機として駆動される。これにより、動力分配機構115は、回転電機103、105による所謂、無段変速状態(電気的CVT:Continuously Variable Transmission)になり、エンジン101の所定回転数に拘わらずに、伝達軸113の回転数を連続的に変化させる差動状態にすることができ、入力軸111の回転速度/伝達軸113の回転速度の変速比を連続的に変化させる電気的な無段変速機として機能可能な無段変速状態とすることができる。なお、回転電機103、105の発電電力はインバータ107を介してバッテリ108に蓄電される。
また、動力分配機構115は、切換クラッチC0または切換ブレーキB0の一方が締結状態にされると、差動回転不能な非差動状態にされる。例えば、動力分配機構115は、サンギヤS0とキャリヤCA0とが切換クラッチC0により締結されると、リングギヤR0も含めて一体回転されるロック状態にされて差動回転不能な非差動状態とされる。このとき、エンジン101の回転数と伝達軸113の回転数とが一致する変速比「1」に固定される。これにより、動力分配機構115が非無段変速状態の定変速状態になって、自動変速機構117による有段変速可能な状態にされる。
また、この動力分配機構115は、サンギヤS0が切換ブレーキB0によりトランスミッションケース119側に連結されてロック状態にされても、差動回転不能な非差動状態にされる。このとき、リングギヤR0はキャリヤCA0よりも増速回転される。これにより、動力分配機構115が非無段変速状態の定増速(変速)状態になって、自動変速機構117による有段変速可能な状態にされる。
自動変速機構117は、シングルピニオン型の第1遊星歯車機構125、第2遊星歯車機構126、および第3遊星歯車機構127と共に、切換クラッチC1、C2および切換ブレーキB1、B2、B3を備えて、4速の有段式自動変速機として機能する。第1遊星歯車機構125は、サンギヤS1、プラネタリギヤP1、キャリヤCA1、およびリングギヤR1を回転要素として備えている。第2遊星歯車機構126は、サンギヤS2、プラネタリギヤP2、キャリヤCA2、およびリングギヤR2を回転要素として備えている。第3遊星歯車機構127は、サンギヤS3、プラネタリギヤP3、キャリヤCA3、およびリングギヤR3を回転要素として備えている。なお、切換クラッチC1、C2および切換ブレーキB1、B2、B3は、切換クラッチC0および切換ブレーキB0と同様の摩擦係合要素により構築されている。
この自動変速機構117では、サンギヤS1およびサンギヤS2が一体回転するように連結されて、切換クラッチC2を介して伝達軸113に締結または解放可能に連結されている。また、リングギヤR2およびサンギヤS3は一体回転するように連結されて、切換クラッチC1を介して伝達軸113に締結または解放可能に連結されている。さらに、リングギヤR1、キャリヤCA2およびキャリヤCA3は出力軸112に一体回転するように連結されている。そして、切換ブレーキB1、B2、B3はトランスミッションケース119に設置されており、切換ブレーキB1は一体回転するサンギヤS1およびサンギヤS2を締結または解放し、切換ブレーキB2はキャリヤCA1を締結または解放し、切換ブレーキB3はリングギヤR3を締結または解放する。
このように構成された動力伝達機構110は、後述するECU11の駆動制御によって、動力分配機構115の切換クラッチC0と切換ブレーキB0のいずれかが駆動されて締結状態にされ、自動変速機構117の切換クラッチC1、C2および切換ブレーキB1、B2、B3が選択的に駆動されて締結状態にされる。これにより、動力分配機構115から伝達軸113を介して伝達されるエンジン101や回転電機103、105の回転動力は、車速等の各種運転状況に応じて後述の変速段に切り換えられることにより、変速されつつ出力軸112から駆動輪109側へと出力される。すなわち、動力伝達機構110が変速機を構成している。
また、動力伝達機構110は、後述するECU11の駆動制御によって、動力分配機構115の切換クラッチC0と切換ブレーキB0が解放状態にされることで無段変速状態とされ、自動変速機構117を含めて電気的な無段変速機として機能可能な状態にされる。
なお、動力伝達機構110は、自動変速機構117の切換クラッチC1、C2の一方が締結状態にされることにより回転動力を出力可能に伝達経路が形成されるが、その双方共に解放状態にされることにより回転動力の伝達経路が遮断状態にされる。
詳細には、この動力伝達機構110は、図2の締結作動表に示すように、動力分配機構115の切換クラッチC0および切換ブレーキB0と、自動変速機構117の切換クラッチC1、C2および切換ブレーキB1、B2、B3とが選択的に締結されることにより、無段変速段、あるいは、1速(1st)、2速(2nd)、3速(3rd)、4速(4th)、5速(5th)、R(Reverse)、N(Neutral)のいずれかの有段変速段が選択されて伝達経路が形成される。なお、図2に図示する「○」は選択駆動時に締結状態にされることを示し、また「◎」は上述の有段変速時の選択駆動時には締結状態にされるが無段変速時の選択駆動時には解放状態にされることを示している。また、車両100は、不図示のシフトレバーの選択操作により、例えば、駐車「P(パーキング)」、後進走行「R(リバース)」、動力伝達経路遮断の中立「N(ニュートラル)」、前進走行「D(ドライブ)」、前進走行「M(マニュアル)」のいずれかを選択可能に備えており、「D」ポジションの選択時に無段変速制御を実行し、また、「M」ポジションの選択時に有段変速制御を実行するようになっている。
そして、図3に示すように、ECU(Electronic Control Unit)11は、予めメモリ12内に格納されている制御プログラムに従って車両100全体を統括制御するようになっている。ECU11は、図中左側に示す各種センサ情報等の信号入力を受けて、図中右側に示す各種装置機器に制御情報等の信号出力をすることにより、例えば、エンジン101や回転電機103、105の駆動を制御し、また、動力伝達機構110の切換クラッチC0、C1、C2と切換ブレーキB0、B1、B2、B3の駆動を制御して動力分配機構115や自動変速機構117を制御するようになっている。
ここで、ECU11は、図3中の左側に信号入力用インタフェイスが準備されている。このECU11は、詳細な図示は省略するが、例えば、エンジン水温のセンサ信号、シフトレバーの選択ポジションのセンサ信号、回転電機103の回転数の回転速度センサ133のセンサ信号、回転電機105の回転数の回転速度センサ135のセンサ信号、エンジン101の回転数NEのセンサ信号、吸気温度のセンサ信号、Mモード(手動変速操作)スイッチの切換信号、エアコン(エアーコンディショナ)の操作信号、車速(出力軸112)の車速センサ132のセンサ信号、動力伝達機構110におけるAT(Automatic Transmission)の油温のセンサ信号、ECT(Electronic Controlled Transmission)のスイッチの操作信号、サイドブレーキの操作信号、フットブレーキ(ブレーキペダルの踏込量)のセンサ信号、触媒温度のセンサ信号、アクセル開度(アクセルペダルの踏込量)のセンサ信号、カム角のセンサ信号、スノーモードの設定信号、車両前後方向の加速度のセンサ信号、オートクルーズの各種信号、過給器のタービンの回転数NTのセンサ信号、車両の重量(車重)のセンサ信号などの各種信号が入力可能になっている。
また、ECU11は、図3中の右側に信号出力用インタフェイスが準備されている。このECU11は、詳細な図示は省略するが、例えば、インジェクタ(燃料噴射装置)の駆動制御信号、吸気管の電子スロットル弁の駆動制御信号、過給圧の調整制御信号、電動エアコンへの制御信号、エンジン101の燃焼室のプラグの点火信号、回転電機103(MG1)の駆動制御信号、回転電機105(MG2)の駆動制御信号、並列処理する別個の駆動制御処理を実行するコントローラA、Bへの制御信号、ギヤ比インジケータへの表示信号、スノーモードインジケータへの表示信号、ATライン圧コントロールソレノイドへの駆動制御信号、ABS(Anti-lock Brake System)アクチュエータへの駆動制御信号、Mモード(手動変速操作)インジケータへの表示信号、ATソレノイドへの駆動制御信号、AT電動オイルポンプへの駆動制御信号、ポンプへの駆動制御信号、電動ヒータへの駆動制御信号、ギヤ比インジケータへの表示信号などの各種信号、並列処理するオートクルーズ走行のコントロール制御処理を実行するコントローラCへの制御信号が出力可能になっている。
また、ECU11は、装置各部に設置されているセンサなどからの各種入力信号に基づいて対応する各種出力信号を生成し、例えば、不図示のソレノイドなどに駆動制御信号を出力する。このECU11は、動力伝達機構110を構成する動力分配機構115や自動変速機構117の切換クラッチC0、C1、C2および切換ブレーキB0、B1、B2、B3の締結・解放を切り換える締結油圧あるいは解放油圧を適宜に供給して変速制御処理を実行させる。
この動力伝達機構110の動力分配機構115や自動変速機構117は、切換クラッチC0、C1、C2および切換ブレーキB0、B1、B2、B3が適宜締結されることにより、それぞれの回転要素(サンギヤS、キャリヤCA、リングギヤR)が図4の共線図に示す回転速度の関係を維持する状態で回転する。なお、図4の共線図では、連結されて一体回転する回転要素(サンギヤS、キャリヤCA、リングギヤR)が一つの縦線にまとめられて、図中に数字で示す回転速度比(変速比)になるように各縦線の離隔間隔が設定されており、その縦線を横断する直線状の交差線とその縦線との交点がその回転要素毎の回転速度になるように作図されている。この図4には、1速の変速比(1st:3.357)などの変速段毎の変速比が図示されており、動力分配機構115や自動変速機構117において、後述するように一体回転する各回転要素毎の縦線間距離に応じた各変速比も図示されている。
例えば、図4に示すように、動力分配機構115は、図2に示す切換クラッチC0または切換ブレーキB0が締結状態の有段変速時には、サンギヤS0、キャリヤCA0およびリングギヤR0の噛み合い位置が固定されて直結状態で回転される。このとき、動力分配機構115は、回転動力が伝達される経路が形成され、回転要素毎の縦線に対して直交する交差線とその縦線との交点が横一線となって等速回転になる。すなわち、動力分配機構115の締結状態時には、サンギヤS0とロータが一体回転する回転電機103と、キャリヤCA0と一体回転する入力軸111に出力軸が連結されるエンジン101と、リングギヤR0とロータが一体回転する回転電機105とが等速回転されて、入力軸111から伝達軸113を介して出力軸112の前段の自動変速機構117に回転動力が伝達出力される。
要するに、動力分配機構115の締結状態の有段変速時において、入力軸111から出力軸112に伝達出力される回転動力の変速比は、自動変速機構117の切換クラッチC1、C2および切換ブレーキB1、B2、B3の締結状態や解放状態に応じた有段変速切換により決定される。
また、動力分配機構115は、図2に示す切換クラッチC0および切換ブレーキB0の解放状態の無段変速時には、歯数に応じた変速比で噛み合い位置が変化されるサンギヤS0、キャリヤCA0およびリングギヤR0の回転要素毎の縦線に対して傾斜する交差線とその縦線との交点が上下に異なって差動回転になる。すなわち、動力分配機構115の解放状態(無段変速)時には、回転電機103に連結されているサンギヤS0と、エンジン101に連結されているキャリヤCA0(入力軸111)と、回転電機105に連結されているリングギヤR0との差動回転が許容されて、入力軸111から出力される回転動力が出力軸112の前段の自動変速機構117側の伝達軸113に伝達される。
要するに、動力分配機構115の解放状態の無段変速時における、入力軸111から出力軸112に伝達出力される回転動力の変速比は、動力分配機構115の切換クラッチC0および切換ブレーキB0の締結状態や解放状態に応じた回転電機103、105の差動回転に基づく無段変速比に加えて、自動変速機構117の切換クラッチC1、C2および切換ブレーキB1、B2、B3の締結状態や解放状態に応じた有段変速切換により決定される。
このとき、自動変速機構117は、切換クラッチC1、C2が締結状態の場合、それぞれの縦線に対して直交する交差線とその縦線との交点が横一線となって等速回転される。すなわち、自動変速機構117は、伝達軸113や動力分配機構115を介して等速の変速比で入力軸111から伝達される回転動力をそのまま等速伝達して出力軸112を等速回転させる。
また、自動変速機構117は、切換クラッチC1、C2および切換ブレーキB1、B2、B3の締結状態や解放状態に応じてサンギヤS1〜S3、キャリヤCA1〜CA3、およびリングギヤR1〜R3がそれぞれの歯数に応じた変速比で回転される変速機構を構成することにより、その回転要素の縦線に対して傾斜する交差線とその縦線との交点が上下に異なる回転速度で差動回転される。すなわち、自動変速機構117は、サンギヤSなどの回転要素のそれぞれが適宜に差動回転することにより、動力分配機構115や伝達軸113を介して入力軸111から伝達される回転動力を伝達経路の回転要素間の変速比で変速して出力軸112に出力し回転させる。
そして、ECU11は、取得するセンサ信号などの各種情報に基づいてメモリ12内の制御プログラムを実行することにより、例えば、メモリ12内に格納されている図5に示す変速線図などのマップに従って動力伝達機構110の切換クラッチC0、C1、C2と切換ブレーキB0、B1、B2、B3の駆動を制御するようになっている。
具体的に、ECU11は、例えば、効率のよい走行を実現するために、図5の変速線図に示すように、出力軸112から出力することを要求されるトルクと車速とをパラメータとして、動力伝達機構110の切換クラッチC0、C1、C2と切換ブレーキB0、B1、B2、B3とを締結状態または解放状態にする駆動制御信号を出力して変速制御処理を実行するようになっている。ここで、図5は、車速と出力(要求)トルクとをパラメータとして変速切換制御を実行する際に用いる変速線SHd、SHuを示す変速線図の一例を示している。この図5には、有段変速と無段変速とを切り換えるための有段変速領域と無段変速制御領域との変速境界線GCc、GCtを示す変速切換線図の一例も図示されている。さらに、図5には、エンジン101の回転動力を走行トルクにするエンジン走行と、回転電機103、105の回転動力を走行トルクにするモータ走行とを切り換えるために、エンジン走行領域とモータ走行領域との動力境界線PTを示す動力源切換線図の一例も図示されている。
詳細には、ECU11は、図5中の変速線SHd、SHuを横切るタイミングに変速段切換制御処理を実行するようになっている。このとき、ECU11は、加速中に、低速側から高速側に向かってアップシフト変速線SHuを横切るタイミングに、例えば、2速から3速にアップシフトさせる変速段切換制御処理を実行する。また、ECU11は、減速中に、高速側から低速側に向かってダウンシフト変速線SHdを横切るタイミングに、例えば、4速から3速にダウンシフトさせる変速段切換制御処理を実行する。
このECU11は、図5中の変速境界線GCc、GCtを横切るタイミングに有段変速と無段変速とを切り換える制御処理を実行するようになっている。このとき、ECU11は、高トルク側から低トルク側に向かって無段変速境界線GCcを横切るタイミングに、自動変速機構117の変速段はそのままで、動力分配機構115の切換クラッチC0と切換ブレーキB0とを解放状態にして無段変速制御領域に移行する変速種切換制御処理を実行する。また、ECU11は、低トルク側から高トルク側に向かって有段変速境界線GCtを横切るタイミングに、自動変速機構117の変速段はそのままで、動力分配機構115の切換クラッチC0または切換ブレーキB0の一方を締結状態にして有段変速制御領域に移行する変速種切換制御処理を実行する。
ここで、本実施形態の動力伝達機構110は、図2に示すように、動力分配機構115の切換ブレーキB0と、自動変速機構117の切換クラッチC2とを締結状態にして5速に変速する機構に構成されている。このため、ECU11は、有段変速制御により5速が選択されて低トルクで高速走行している状態のまま減速されて無段変速境界線GCcを横切るタイミングには、自動変速機構117の変速段はそのままで、動力分配機構115の切換ブレーキB0を解放状態にして実質4速での無段変速制御領域に移行する変速切換制御処理を実行するようになっている。また、ECU11は、有段変速制御により4速が選択されて低トルクで走行している状態のまま加速されて有段変速境界線GCtを横切るタイミングには、自動変速機構117の変速段はそのままで、動力分配機構115の切換ブレーキB0を締結状態にして実質5速での有段変速制御領域に移行する変速切換制御処理を実行するようになっている。
また、ECU11は、走行開始時などの図5中の動力境界線PT内のモータ走行領域では、エンジン101を動力伝達経路から切り離し、あるいは、空転状態にするとともに、動力分配機構115の切換クラッチC0と切換ブレーキB0とを解放状態(無段変速制御領域)にして、回転電機105を適宜に駆動させて回転動力を伝達することにより車両100を加速走行させるようになっている。なお、ECU11は、車両100の走行を開始して図5のモータ走行領域外に移行した後には、エンジン101の回転動力を伝達して車両100を走行させるエンジン走行領域とする。このときに、ECU11は、例えば、バッテリ108の蓄電電力を回転電機105に供給して回転駆動させることにより、走行トルクを出力軸112に伝達出力させる、所謂、トルクアシストを適宜実行するようにしてもよい。なお、このトルクアシストは、駆動輪109の転動するトルクを回転電機103に伝達して負荷することにより、その回転電機103を発電機として駆動させて、その発電電力を回転電機105に供給して実行するようにしてもよい。
さらに、車両100には、例えば、高速道路上でのアクセル操作等を簡略化してドライバの運転操作を支援することにより自動走行を実現する、所謂、オートクルーズ走行モード(自動走行モード)が不図示のスイッチ操作等により選択指示可能に備えており、ECU11は、そのオートクルーズ走行モードの選択指示をオートクルーズ信号から取得した場合、メモリ12内の制御プログラムを実行して、車速などの各種取得情報をオートクルーズ制御コントローラCに送るようになっている。オートクルーズ制御コントローラCは、ECU11から受け渡される車速などの各種取得情報に基づいてオートクルーズ制御信号を生成してECU11に返送する。ECU11は、受け取った制御信号に基づく車両100の走行制御を実行することにより、オートクルーズ走行を実現するようになっている。
オートクルーズ制御コントローラCは、このオートクルーズ走行では、車速を一定に保ちつつ走行する定速制御モードと、先行車両に一定の車間距離を保ちつつ追随するように走行する車間制御モードとを、ECU11と連携して実行するようになっている。このECU11およびオートクルーズ制御コントローラCは、ドライバによるオートクルーズ走行の選択指示や各種走行条件の指定などの操作信号を取得して定速制御モードや車間制御モードを実行する。また、車両100においては、この定速制御モードや車間制御モードのオートクルーズ走行モードを実行可能にする各種機器が搭載されており、例えば、車速や加速度を検出するセンサ類に加えて、放射するミリ波の反射波を受け取って車間距離を検出する所謂、ミリ波レーダセンサや、先行車両との間で所謂、車車間通信を行ってブレーキ信号などの各種情報を受け取る通信機能を備えている。なお、本実施形態では、ミリ波レーダセンサで車間距離を検知する場合を一例にして説明するが、これに限るものでなく、例えば、カメラを搭載して撮影画像の画像処理により先行車両との間の車間距離を検出するようにしてもよい。
このオートクルーズ走行の定速制御モードでは、設定されている走行速度を維持するように、エンジン101や回転電機103、105の駆動や動力伝達機構110の切換と共に、摩擦式ブレーキ140の作動を自動制御するようになっている。例えば、高速道路の下り坂の走行中には、エンジン101のエンジンブレーキや回転電機103、105の回生制動を動力伝達機構110の変速比の切換により効果的に利用するとともに、摩擦式ブレーキ140による摩擦制動を効かせて走行速度を設定速度に維持する。ここで、回転電機103、105の回生制動は、駆動輪109の転動するトルクを伝達負荷して発電させる、所謂、回生制御処理の実行により機能し、その回転電機103、105が発電機として駆動する際に発生する制動力を利用するものである。なお、回転電機103、105を発電機として駆動させるために負荷されるトルクは、回生トルクと称され、また、その発電電力は回生電力と称される。また、本実施形態での説明において、回生制動は、便宜上、回転電機103、105で機能させると説明するが、回転電機103、105の一方または双方のいずれで機能させてもよく、エンジン101との連携などに応じて、適宜、選択して機能させればよい。
また、オートクルーズ走行の車間制御モードでは、先行車両に一定の車間距離を保ちつつ追随するように、先行車両からの離隔距離をミリ波レーダセンサにより検知しつつ、先行車両との間の車車間通信でフットブレーキの踏込などの制動情報等を取得することにより、エンジン101や回転電機103、105の駆動や動力伝達機構110の切換と共に、摩擦式ブレーキ140の作動を自動制御するようになっている。例えば、高速道路の先行車両の減速走行中の車間制御モードでは、エンジン101のエンジンブレーキや回転電機103、105の回生制動を動力伝達機構110の変速比の切換により効果的に利用するとともに、摩擦式ブレーキ140を適宜に自動的に作動させて先行車両との車間距離を一定に保ちつつ追随する。
ところで、ECU11は、メモリ12内の制御プログラムを実行することにより、手動走行モードと、オートクルーズ走行モードと、を実行するようになっている。手動走行モードでは、ドライバの手動操作に応じたセンサ信号等の取得情報などに基づいてエンジン101や回転電機103、105の駆動や動力伝達機構110の切換を実行して車両100の走行を実現する。オートクルーズ走行モードでは、定速制御モードまたは車間制御モードの選択指示スイッチや走行条件の指定スイッチなどの操作信号に従って車速などの走行条件を取得すると共にミリ波レーダセンサや車車間通信機能を稼動させて自動走行に必要な各種情報を取得することにより、エンジン101や回転電機103、105の駆動や動力伝達機構110の切換と共に、摩擦式ブレーキ140の作動を自動制御して車両100の走行を実現する。
このECU11は、車両100が手動走行モードでの走行中に、ドライバの変速操作により動力伝達機構110の変速段が低速側に切り換えられる、所謂、ダウン変速が行われて減速走行する際、車両100の燃費を向上させるように、回転電機103、105の回生制動を制御する。すなわち、ECU11は、駆動輪109側からの回生トルクで回転電機103、105を制動回転させて発電機として機能させることにより、発電する回生電力をバッテリ108に充電させて車両100の燃費向上を実現する。
このとき、ECU11は、ドライバによるフットブレーキの踏込の有無に応じた回生制御処理を実行するようになっている。詳細には、ECU11は、ドライバによりフットブレーキが踏み込まれる摩擦式ブレーキ140の作動をセンサ信号から検知しないとき、その摩擦式ブレーキ140の併用のない単独の回生制動のみとなる回生トルク(以下では、手動走行時単独回生トルクともいう)を回転電機103、105に負荷する回生制御処理を実行する。また、ECU11は、ドライバがフットブレーキを踏み込むことによる摩擦式ブレーキ140の作動をセンサ信号から検知したとき、併用のない手動走行時単独回生トルクよりも小さくするように抑制(調整)した回生トルク(以下では、手動走行時併用回生トルクともいう)を回転電機103、105に負荷する回生制御処理を実行する。
また、ECU11は、車両100がオートクルーズ走行モードで走行中にも、回転電機103、105の回生制動による発電を利用してバッテリ108への回生電力の充電によって車両100の燃費向上を実現するようになっている。例えば、ECU11は、ドライバによるアクセルペダルの踏み込みのないアクセルオフ状態で惰性走行する、所謂、コースト走行の際、下り坂であるために自動的にダウン変速して回転電機103、105の回生制動(回生発電)を利用することにより車両100の燃費向上を実現する。また、ECU11は、先行車両の減速に合わせて自動的にダウン変速する場合にも、回転電機103、105の回生制動を利用することにより車両100の燃費向上を実現する。すなわち、ECU11が本実施形態(本件発明)における車両用の制御装置を構成している。
このとき、ECU11は、手動走行モードでの手動走行時併用回生トルクと同様に、オートクルーズ走行モードでのコースト走行中に、回転電機103、105に負荷するオートクルーズコースト走行時回生トルクを、手動走行時単独回生トルクよりも小さく抑制して、その回転電機103、105の回生駆動を調整する回生制御処理を実行するようになっている。
ここで、手動走行時併用回生トルクやオートクルーズコースト走行時回生トルクの抑制処理は、例えば、定常時に効率よく回生電力を回収するように設定される手動走行時単独回生トルクの最大値を基準にして決定するなどすればよい。具体的には、回転電機103、105に負荷する手動走行時単独回生トルクの上限値を、選択される変速段に応じた低減割合(低減幅でもよい)で調整してもよく、また、その手動走行時単独回生トルクの変動値を、選択される変速段に応じた低減割合などで調整して、回転電機103、105に負荷するようにしてもよい。また、この抑制処理としては、低減割合で回生トルクの大きさを小さく抑制するだけでなく、ダウン変速で変速段を低速側に切り換える際の回生トルクの増加率や増加幅を抑える調整を行うようにしてもよい。
なお、本実施形態では、手動走行時併用回生トルクと略同等の抑制処理によりオートクルーズコースト走行時回生トルクも小さく抑制するようにしているが、これに限るものではない。例えば、オートクルーズ走行がドライバの運転負担を軽減する自動運転モードであることから、ドライバの運転負担の大きさに応じて回生トルクの抑制幅や抑制量を調整してもよく、後述する完全自動運転モードでの回生トルクを最も抑制するようにしてもよい。また、制御開始時には回生トルクを負荷しないで摩擦式ブレーキ140のみで制動するようにして、経過時間に応じての回生トルクを大きくしつつ摩擦式ブレーキ140の制動を抑制するようにしてもよい。
さらに、この抑制処理の実行時には、動力伝達機構110における切換クラッチC0、C1、C2や切換ブレーキB0、B1、B2、B3に供給する油圧の掛け方を最適化することにより、回生制動に伴う変速ショックが車室側に伝播してドライバなどの乗員のドライバビリティの悪化になることをより信頼性高く防止するのが好適である。例えば、ダウン変速が必要と判断された制動要求タイミングに、切換クラッチC0、C1、C2や切換ブレーキB0、B1、B2、B3への締結(係合)油圧の供給を開始してからその締結完了までに掛ける時間を十分に確保して、回転電機103、105に負荷する回生トルクを緩やかに上昇させるようにしてもよい。
また、この抑制処理において、回生トルクの大きさを抑制したために制動力が足りなくなる場合には、摩擦式ブレーキ140を適宜に作動させればよい。この摩擦式ブレーキ140の作動後には、その摩擦式ブレーキ140による制動力を徐々に回生トルクによる制動力に切り換えればよく、また、抑制した回生トルクを変速段に応じた大きさに徐々に復帰させるようにしてもよい。
また、車両100がオートクルーズ走行モードでのコースト走行中にダウン変速する必要がある状況としては、上述する下り坂での定速走行や先行車両の減速に限るものではない。
例えば、車両100がマップデータを備えるナビゲーションシステムを搭載する場合には、オートクルーズ制御コントローラCがそのナビゲーションシステムと連携して、進行方向前方に減速走行の必要な程度の勾配の下り坂などの存在を把握したときに、前もってダウン変速するようにしてもよい。また、車両100が車車間通信だけでなく、道路側に設置されている赤信号等の信号機情報や渋滞情報などの各種情報提供を受けることのできる、所謂、路車間通信機能を備える場合や、個々人が所持して移動する携帯端末との間で各種情報のやり取りをする通信機能を備える場合には、その通信機能を利用するようにしてもよい。要するに、オートクルーズ制御コントローラCがその通信機能と連携して、進行方向前方での信号機情報や渋滞情報や歩行者・自転車等の移動情報に基づいて、赤信号の点灯や渋滞発生や歩行者等の飛び出しが把握され、あるいは、それらの発生が予想されて減速走行や停車が必要と判断されるときに、前もってダウン変速するようにしてもよい。なお、この場合の渋滞情報や飛び出し情報は、例えば、渋滞発生の実績や飛び出し事故などの過去の履歴の統計処理により発生の可能性が予め設定されている閾値よりも高い場合に発生するものと予想するようにすればよい。
具体的に、ECU11は、メモリ12内の制御プログラムを実行することにより、図6のフローチャートに示す回生制御処理を実行するようになっている。
まず、ECU11は、走行制御処理中に、回転電機103、105に回生トルクを負荷して回生発電させるダウン変速が行われているか否か確認して(ステップS11)、ダウン変速かつ回生発電中を確認できない場合には、このまま回生制御処理を一旦終了して、予め設定されている繰り返し間隔の経過後に再度ステップS11から実行する。
ステップS11において、ダウン変速かつ回生発電中であることを確認したECU11は、オートクルーズ走行モードでのコースト走行中のダウン変速であるか否か確認して(ステップS12)、確認できた場合には、定常時に回転電機103、105に負荷する手動走行時単独回生トルクを抑制する変速段に応じた所定の低減割合をメモリ12内に設定して(ステップS13)、ステップS17に進む。
ステップS12において、オートクルーズ走行モードでのコースト走行中のダウン変速であることを確認できなかったECU11は、フットブレーキの踏込の有無を確認して(ステップS14)、フットブレーキの踏み込みなくコースト走行する手動走行モードであることを確認した場合には、回転電機103、105に負荷する回生トルクとして手動走行時単独回生トルクをそのまま利用するように低減割合ナシをメモリ12内に設定して(ステップS15)、ステップS17に進む。
ステップS14において、ダウン変速しつつフットブレーキが踏み込まれて減速走行する手動走行モードであることを確認した場合には、回転電機103、105に負荷する回生トルクを抑制する所定の低減割合をメモリ12内に設定して(ステップS16)、ステップS17に進む。
次いで、ECU11は、ステップS13、S15、S16でメモリ12内に設定した回生トルクの低減割合を読み出して、手動走行時単独回生トルクを調整し(ステップS17)、その所定の低減割合で抑制したオートクルーズコースト走行時回生トルクまたは手動走行時併用回生トルクを、あるいは、低減割合なしで抑制することのない手動走行時単独回生トルクを回転電機103、105に負荷することにより(ステップS18)、それぞれのダウン変速制御により発電した回生電力をバッテリ108に充電する制御処理を実行し、予め設定されている間隔でステップS11から繰り返す。
これにより、ECU11は、車両100のオートクルーズコースト走行する際のダウン変速時に、摩擦式ブレーキ140による摩擦制動を効かせることなく手動操作でダウン変速する際の手動走行時単独回生トルクよりも小さく抑制したオートクルーズコースト走行時回生トルクを回転電機103、105に負荷することができる。なお、本実施形態では、回生トルクを抑制する手段として、回生電機103、105に負荷する回生トルクを低減する割合をメモリ12内に設定する場合を一例として説明するが、これに限るものではない。例えば、変速段の切換を促す回生トルク制限値をメモリ12内に設定する構成として、回転電機103、105に負荷する回生トルクの抑制量に応じた割合で低減した制限値を変速段毎にメモリ12内に設定して、変速制御を実行するようにしてもよい。
詳細には、車両100の走行中に、例えば、図7〜図9に示すように、入力軸111(回転電機105でもよい)の回転数が3速から2速へのダウン変速制御を開始する閾値より低くなったときに、変速切換処理が開始される。
この変速切換処理では、動力伝達機構110の切換クラッチC0、C1、C2や切換ブレーキB0、B1、B2、B3の摩擦係合要素のうちの該当箇所が解放油圧の供給状態から締結油圧の供給状態に切換られる。この場合、エンジン101側の入力軸111と駆動輪109側の出力軸112との間では、その該当箇所の摩擦係合要素への供給油圧による締結状態に応じて慣性で回転することを許容されるイナーシャ相が開始され、この後に、制動・回生要求に基づいて回転電機103、105の回生駆動(回生信号オン)による制動が開始される。このとき、この入力軸111と出力軸112との間では、該当の変速段に切り換える変速処理が終了したと判定された後に、上記の慣性回転を制限される締結状態に供給油圧が調整されることによりイナーシャ相が終了されて、動力伝達経路が確立される。
このように車両100がダウン変速される場合には、図7〜図9に示すように、駆動輪109側の出力軸112から回生トルクが入力されて回転電機103、105が回生駆動されるのに伴って、伝達軸113などに制動トルクとして入力される。
このため、本実施形態の適用なく、手動走行モードで回転電機103、105による回生制動と共に摩擦式ブレーキ140による摩擦制動が併用される車両100の場合には、図7に示すように、抑制されることのない手動走行時単独回生トルクが出力軸112から入力されて負荷されるのに加えて、摩擦式ブレーキ140による制動トルクも加わる。これにより、この場合には、ドライバなどの乗員が感じる程度に変動する変速ショックが車両100の車室内に伝播してしまう。
これに対して、手動走行モードで回転電機103、105による回生制動と共に摩擦式ブレーキ140による摩擦制動が併用される際に、その回転電機103、105に抑制した手動走行時併用回生トルクを負荷する車両100の場合には、図8に示すように、破線で図示する図7での抑制なしパターンよりも、出力軸112から入力される回生トルクを抑えて制動トルク全体をスムーズに変化させることができる。これにより、この場合には、車両100の車室内に伝播する変速ショックをドライバビリティの悪化と感じない程度に軽減することができる。
また、オートクルーズ走行モードでコースト走行する際に回転電機103、105に抑制したオートクルーズコースト走行時回生トルクを負荷してダウン変速する車両100の場合にも、図9に示すように、破線で図示する図7での抑制なしパターンよりも、出力軸112から入力される回生トルクをスムーズに上昇させてドライバビリティの悪化と感じない程度に変速ショックを軽減することができる。
このとき、ECU11は、動力伝達機構110の摩擦係合要素に供給する締結油圧を、図8および図9に示すように、破線で図示する図7での抑制なしパターンと異なって、イナーシャ相終了後に昇圧して定常圧力に復帰させることにより、回転電機103、105に負荷する回生トルクを抑制しつつスムーズに定常圧に復帰するように調整している。
なお、本実施形態では、図9に手動走行時併用回生トルクの場合を一点鎖線で図示しているように、手動走行時併用回生トルクよりもオートクルーズコースト走行時回生トルクの方が小さくなるように多少大きく抑制することにより、オートクルーズコースト走行時回生トルクを手動走行時併用回生トルクよりも小さく抑制するように設定している。この手動走行時併用回生トルクとオートクルーズコースト走行時回生トルクとの抑制の大きさは、適宜、乗員の感じ方に応じて設定するなどすればよい。
したがって、オートクルーズ走行モードを選択して変速操作をしていないドライバには、車室内に伝播する制動トルクの変動が抑えられることにより、変速ショックが与えられてしまうことを回避することができ、コースト走行時のドライバビリティを向上させることができる。また、この後には、回転電機103、105を効果的に回生駆動させて効率よく回生電力を発生させることができ、燃費を向上させることができる。
このように、本実施形態のECU11においては、ドライバの運転操作によらずに自動走行するオートクルーズ走行モードのコースト走行時にダウン変速する際には、手動操作をする場合よりも、回転電機103、105に負荷する回生トルクを抑制することができる。したがって、自動走行モードを選択指示したドライバが、回生トルクの負荷に伴って発生する変速ショック(制動トルクの変動)に敏感に反応してしまうことを回避することができ、ドライバビリティが低いと感じてしまうことを未然に防止することができる。
また、本実施形態の第1の他の態様としては、図10に示すように、オートクルーズ走行モードよりも運転負担を軽減した、所謂、完全自動運転モードを備える車両に適用する場合にも、オートクルーズコースト走行時回生トルクと概略同等の自動運転モードコースト走行時回生トルクを準備してもよい。
なお、この場合には、図10にオートクルーズコースト走行時回生トルクの場合を二点鎖線で図示しているように、オートクルーズコースト走行時回生トルクよりも自動運転モードコースト走行時回生トルクの方が小さくなるように多少大きく抑制することにより、オートクルーズコースト走行時回生トルクを手動走行時併用回生トルクよりも小さく抑制するように設定している。これら手動走行時併用回生トルク、オートクルーズコースト走行時回生トルク、および、自動運転モードコースト走行時回生トルクの抑制の大きさは、適宜、乗員の変速ショックの感じ方に応じて設定するなどすればよい。
また、本実施形態の第2の他の態様としては、例えば、図11および図12に示すように、エンジン101と連携させる1つの回転電機207を動力源として搭載する車両200に適用してもよい。この車両200は、簡単に説明すると、エンジン101や回転電機207の回転動力を入力軸211に連結されているトルクコンバータ205と伝達軸213とを介して動力伝達機構210に伝達し、その回転動力を動力伝達機構210から出力軸212に出力して駆動輪109を転動させることにより走行するようになっている。
ここで、動力伝達機構210は、エンジン101と回転電機207の間に連結クラッチK0を有すると共に、切換クラッチC1、C2、C3、C4および切換ブレーキB1、B2を配置して、2組のダブルピニオン型の遊星歯車機構221、222を備えている。遊星歯車機構221は、サンギヤS1、プラネタリギヤP11、P12、キャリヤCA11、21、およびリングギヤR1を回転要素として備え、遊星歯車機構222は、サンギヤS21、S22、プラネタリギヤP21、P22、キャリヤCA12、22、およびリングギヤR2を回転要素として備えている。なお、図11は、動力伝達機構210が入力軸211などの軸心を中心にして回転対称に構成されているため、図中下側を省略する骨子図である。
この動力伝達機構110は、図12の締結作動表に示すように、切換クラッチC1、C2、C3、C4および切換ブレーキB1、B2が選択的に締結されることにより、1速(1st)、2速(2nd)、3速(3rd)、4速(4th)、5速(5th)、6速(6th)、7速(7th)、8速(8th)、R1(Reverse1)、R2(Reverse1)のいずれかの有段変速段が選択されて伝達経路が形成される。なお、図12に図示する「○」は選択駆動時に締結状態にされることを示している。
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。