JPWO2012157061A1 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
機械式変速機構における同一種類の変速において、変速ショックを抑制して適切な変速を実現する。自動変速機18における同一種類の変速において、エンジン回転速度NEの変化が小さい変速時は、エンジン回転速度NEの変化が大きい変速時と比較して、同軸上における、エンジントルクTEと自動変速機18の変速に関与する係合装置の係合トルクとの差分トルク(変速時慣性トルクTina)が小さくされるので、エンジン12を含む動力伝達系全体のうちで最もイナーシャの大きいエンジン12のイナーシャ変化量に基づいて、自動変速機18の変速に関与する係合装置の係合トルクを設定することができる。つまり、エンジントルクTEに応じたトルク伝達分及びイナーシャ変化分に応じた変速時慣性トルクTinaを考慮した適切な係合トルクを設定可能となる。
Description
本発明は、差動機構を有する電気式変速機構と機械式変速機構とを直列に備えるハイブリッド車両の制御装置に係り、特に、機械式変速機構を変速制御する際の技術に関するものである。
摩擦係合装置を係合・解放させることにより所定の変速段が形成される車両用の有段式自動変速機が良く知られている。例えば、特許文献1に記載された自動変速機がそれである。一般的に、このような有段式自動変速機では、例えば変速が行われる回転条件(例えば車速、変速機入力回転速度、エンジン回転速度等の何れか)と、トルク条件(例えば変速機入力トルク、エンジントルク、エンジントルクを制御するスロットル弁開度やアクセル開度や吸入空気量等の何れか)が決まれば、有段式自動変速機における同一種類の変速(すなわち有段式自動変速機の変速の種類(例えば1→2アップシフト等)が同じ変速)に伴う変速機入力回転速度の変化やエンジン回転速度の変化、すなわち同一種類の変速時にエンジンの回転変化や有段式自動変速機を構成する回転部材の回転変化によって発生するイナーシャ変化量が一意に決められる。従って、特許文献1にも示されるように、上記有段式自動変速機では、変速時にエンジントルクと変速に伴うイナーシャ変化とを受け持つことになる係合装置のクラッチ圧(或いはクラッチ圧の元圧となる油圧回路のライン圧)を、エンジントルクに基づいて設定し、変速機入力トルクに対してそのクラッチ圧に過不足が生じないように制御されている。
ところで、エンジンが動力伝達可能に連結された第1回転要素と差動用電動機が動力伝達可能に連結された第2回転要素と走行用電動機が動力伝達可能に連結された出力回転部材である第3回転要素との3つの回転要素を有する差動機構を備えてその差動用電動機の運転状態が制御されることによりその差動機構の差動状態が制御される電気式変速機構と、その電気式変速機構の出力回転部材と駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成すると共に係合装置の係合により変速段が形成される機械式変速機構(すなわち有段式自動変速機)とを備えるハイブリッド車両も良く知られている。このようなハイブリッド車両では、例えば機械式変速機構の入力回転部材(以下、AT入力軸という)の状態に拘束されることなくエンジン回転速度や差動用電動機の回転速度を任意に(自由に)制御することが可能である。従って、機械式変速機構の変速に伴うAT入力軸回転速度の変化に拘わらず、エンジン回転速度を自在に変化させられる。例えば、機械式変速機構における同一種類の変速において、変速前後でエンジンの動作点(例えばエンジン回転速度とエンジントルクとで定められるエンジンの運転点)を固定したままでエンジンパワーを変化させることなく機械式変速機構を変速させる等パワー変速を実行したり、変速前後でエンジンの動作点を移動させてエンジンパワーを変化させながら機械式変速機構を変速させる非等パワー変速を実行したりすることが可能である。
その為、機械式変速機構の変速中に発生する動力伝達装置全体(電気式変速機構+機械式変速機構)のイナーシャ変化量が一意に決められず、エンジントルクに基づいて変速過渡中の係合装置のクラッチ圧を設定しても、係合装置が受け持つべきトルクに対してそのクラッチ圧に過不足が生じる可能性がある。そうすると、機械式変速機構の変速が適切に進行せず、変速ショックが発生する可能性がある。尚、このような課題は未公知であり、機械式変速機構の同一種類の変速における動力伝達装置全体(電気式変速機構+機械式変速機構)のイナーシャ変化の違いに着目して係合装置のクラッチ圧を設定することについて未だ提案されていない。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、機械式変速機構における同一種類の変速において、変速ショックを抑制して適切な変速を実現することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。
前記目的を達成する為の第1の発明の要旨とするところは、(a) エンジンが動力伝達可能に連結された第1回転要素と差動用電動機が動力伝達可能に連結された第2回転要素と走行用電動機が動力伝達可能に連結された出力回転部材である第3回転要素との3つの回転要素を有する差動機構を備えてその差動用電動機の運転状態が制御されることによりその差動機構の差動状態が制御される電気式変速機構と、その電気式変速機構の出力回転部材と駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成すると共に係合装置の係合により変速段が形成される機械式変速機構とを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、(b) 前記機械式変速機構における同一種類の変速において、前記エンジンの回転速度変化が小さい変速時は、そのエンジンの回転速度変化が大きい変速時と比較して、同軸上における、前記エンジンの出力トルクと前記機械式変速機構の変速に関与する係合装置の係合トルクとの差分トルクを小さくすることにある。
このようにすれば、前記機械式変速機構における同一種類の変速において、前記エンジンの回転速度変化が小さい変速時は、そのエンジンの回転速度変化が大きい変速時と比較して、同軸上における、前記エンジンの出力トルクと前記機械式変速機構の変速に関与する係合装置の係合トルクとの差分トルクが小さくされるので、エンジンを含む動力伝達系全体のうちで最もイナーシャの大きいエンジンのイナーシャ変化量に基づいて、機械式変速機構の変速に関与する係合装置の係合トルクを設定することができる。つまり、エンジンの出力トルクに応じたトルク伝達分及びイナーシャ変化分に応じた差分トルクを考慮した適切な係合トルクを設定可能となる。よって、機械式変速機構における同一種類の変速において、変速ショックを抑制して適切な変速を実現することができる。
ここで、第2の発明は、前記第1の発明に記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記差分トルクは、前記エンジンの回転速度変化が小さい変速時と、そのエンジンの回転速度変化が大きい変速時とで、各々予め設定されている値である。このようにすれば、機械式変速機構の変速に関与する係合装置の係合トルクを差分トルクに基づいて適切に設定することができる。
また、第3の発明は、前記第1の発明又は第2の発明に記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記エンジンの回転速度変化が小さい変速は、変速前後で前記エンジンの出力パワーを変化させることなく前記機械式変速機構を変速させる等パワー変速であり、前記エンジンの回転速度変化が大きい変速は、変速前後で前記エンジンの出力パワーを変化させながら前記機械式変速機構を変速させる非等パワー変速である。このようにすれば、機械式変速機構における同一種類の変速において、等パワー変速時と非等パワー変速時とで、それぞれ適切な係合トルクを設定可能となる。
また、第4の発明は、前記第3の発明に記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記非等パワー変速時は、変速前後における前記エンジンの出力パワーの変化量が大きい程、前記差分トルクが大きくされるものである。このようにすれば、機械式変速機構における同一種類の変速において、一層適切な変速を実現することができる。
また、第5の発明は、前記第3の発明又は第4の発明に記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記等パワー変速と前記非等パワー変速とは、ユーザ操作により選択されるものである。このようにすれば、ユーザ操作により等パワー変速時と非等パワー変速時との何れが選択されたときでも、機械式変速機構における同一種類の変速において、適切な係合トルクを設定可能となる。
本発明において、好適には、前記機械式変速機構は、例えば1組或いは複数組の遊星歯車装置の回転部材が係合装置によって選択的に連結されることにより複数のギヤ段(変速段)が択一的に達成される例えば前進2段、前進3段、更にはそれ以上の変速段を有する等の種々の遊星歯車式多段変速機(すなわち有段式自動変速機)により構成される。この係合装置としては、油圧アクチュエータによって係合させられる多板式、単板式のクラッチやブレーキ、或いはベルト式のブレーキ等の油圧式摩擦係合装置が広く用いられる。この油圧式摩擦係合装置を係合作動させる為の作動油を供給するオイルポンプは、例えば走行用駆動力源であるエンジンにより回転駆動されて作動油を吐出するものでも良いが、エンジンとは別に配設された専用の電動モータなどで回転駆動されるものでも良い。
また、好適には、上記油圧式摩擦係合装置を含む油圧制御回路は、例えばソレノイドバルブの出力油圧を直接的に油圧式摩擦係合装置の油圧アクチュエータ(油圧シリンダ)にそれぞれ供給することが応答性の点で望ましいが、そのソレノイドバルブの出力油圧をパイロット油圧として用いることによりシフトコントロールバルブを制御して、そのシフトコントロールバルブから油圧アクチュエータに作動油を供給するように構成することもできる。
また、好適には、前記車両用動力伝達装置の車両に対する搭載姿勢は、駆動装置の軸線が車両の幅方向となるFF(フロントエンジン・フロントドライブ)車両などの横置き型でも、駆動装置の軸線が車両の前後方向となるFR(フロントエンジン・リヤドライブ)車両などの縦置き型でも良い。
また、好適には、前記エンジンと前記差動機構とは作動的に連結されれば良く、例えばエンジンと差動機構との間には、脈動吸収ダンパー(振動減衰装置)、直結クラッチ、ダンパー付直結クラッチ、或いは流体伝動装置などが介在させられるものであっても良いが、エンジンと差動機構とが常時連結されたものであっても良い。また、流体伝動装置としては、ロックアップクラッチ付トルクコンバータやフルードカップリングなどが用いられる。
尚、本明細書で「油圧を供給する」という場合は、「油圧を作用させ」或いは「その油圧に制御された作動油を供給する」ことを意味する。また、本明細書では、「回転数」とは、「単位時間当たりの回転数」すなわち「回転速度(rpm)」を意味している。例えば、エンジンの回転数はエンジンの回転速度を、回転数時間変化率は回転速度時間変化率をそれぞれ意味している。
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明が好適に適用されるハイブリッド車両(以下、車両)10を説明する図である。この図1に示す車両10は、エンジン12から出力される動力を差動用電動機としての第1電動機MG1と出力回転部材としての伝達部材14とに分配する動力分配機構16と、伝達部材14に作動的に(動力伝達可能に)連結された走行用電動機としての第2電動機MG2と、動力分配機構16(伝達部材14)と駆動輪22との間の動力伝達経路の一部を構成する機械式変速機構としての自動変速機18とを有する車両用動力伝達装置(以下、動力伝達装置)11を備えて構成されている。この動力伝達装置11は、FR(フロントエンジン・リアドライブ)車両等に好適に用いられるものであって、エンジン12や第2電動機MG2から出力されるトルクが伝達部材14に伝達され、その伝達部材14から自動変速機18や差動歯車装置20を介して左右一対の後輪(駆動輪)22にトルクが伝達されるようになっている。尚、動力伝達装置11は、その中心線に対して対称的に構成されているため、図1ではそれらの半分を省略して示している。
また、車両10には、例えば動力伝達装置11の各種制御を実行する制御装置を含む電子制御装置50が備えられている。この電子制御装置50は、例えばCPU、RAM、ROM、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、CPUはRAMの一時記憶機能を利用しつつ予めROMに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより車両10の各種制御を実行する。例えば、電子制御装置50は、エンジン12の出力制御、第1電動機MG1及び第2電動機MG2の回生制御を含む各出力制御、自動変速機18の変速制御等を実行するようになっており、必要に応じてエンジン制御用電子制御装置(E−ECU)、モータジェネレータ制御用電子制御装置(MG−ECU)、変速制御用電子制御装置(T−ECU)等に分けて構成される。
エンジン12は、車両10の主動力源であり、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等、所定の燃料を燃焼させて動力を出力させる公知の内燃機関である。このエンジン12は、例えば前記エンジン制御用電子制御装置(E−ECU)によってスロットル開度或いは吸入空気量、燃料供給量、点火時期等の運転状態が電気的に制御されることにより、エンジン12の出力トルク(エンジントルク)TEが制御されるようになっている。
第1電動機MG1及び第2電動機MG2は、駆動トルクを発生させる電動機(モータ)としての機能及び発電機(ジェネレータ)としての機能のうち少なくとも一方を備えた例えば同期電動機であって、例えば発動機又は発電機として選択的に作動させられるモータジェネレータである。これら第1電動機MG1及び第2電動機MG2は、例えばインバータ24を介してバッテリやコンデンサ等の蓄電装置26に接続されており、前記モータジェネレータ制御用電子制御装置(MG−ECU)によってそのインバータ24が制御されることにより、第1電動機MG1及び第2電動機MG2の各々の出力トルク或いは回生トルク(MG1トルクTMG1、MG2トルクTMG2)が制御されるようになっている。
動力分配機構16は、サンギヤS0と、そのサンギヤS0に対して同心円上に配置されたリングギヤR0と、それらサンギヤS0及びリングギヤR0に噛み合うピニオンギヤP0を自転且つ公転自在に支持するキャリアCA0とを三つの回転要素(回転部材)として備える公知のシングルピニオン型の遊星歯車装置から構成されており、差動作用を生じる差動機構として機能する。この遊星歯車装置は、エンジン12及び自動変速機18と同心に設けられている。また、動力伝達装置11において、エンジン12のクランク軸28は、ダンパ30を介して動力分配機構16のキャリアCA0に連結されている。これに対してサンギヤS0には第1電動機MG1が連結され、リングギヤR0には伝達部材14が連結されている。動力分配機構16において、キャリアCA0は入力要素として機能し、サンギヤS0は反力要素として機能し、リングギヤR0は出力要素として機能している。
動力分配機構16における各回転要素の回転速度の相対的関係は、図2の共線図により示される。この共線図において、縦軸S(g軸)、縦軸CA(e軸)、及び縦軸R(m軸)は、サンギヤS0の回転速度、キャリアCA0の回転速度、及びリングギヤR0の回転速度をそれぞれ表す軸であり、縦軸S、縦軸CA、及び縦軸Rの相互の間隔は、縦軸Sと縦軸CAとの間隔を1としたとき、縦軸CAと縦軸Rとの間隔がρ(すなわち動力分配機構16の歯車比ρ=サンギヤS0の歯数Zs/リングギヤR0の歯数Zr)となるように設定されたものである。斯かる動力分配機構16において、キャリアCA0に入力されるエンジントルクTEに対して、第1電動機MG1による負トルクである反力トルクが正回転にてサンギヤS0に入力されると、出力要素となっているリングギヤR0には正回転にて正トルクとなる出力トルクが現れる。このとき、正回転にて負トルクを発生する第1電動機MG1は発電機として機能する。すなわち、エンジン12が動力伝達可能に連結された第1回転要素RE1としてのキャリアCA0と第1電動機MG1が動力伝達可能に連結された第2回転要素RE2としてのサンギヤS0と第2電動機MG2が動力伝達可能に連結された出力回転部材である第3回転要素RE3としてのリングギヤR0との3つの回転要素を有する動力分配機構16を備えてその第1電動機MG1の運転状態が制御されることにより動力分配機構16の差動状態が制御される電気式変速機構(電気式差動機構)としての電気式無段変速機17(図1参照)が構成される。つまり、エンジン12が動力伝達可能に連結された差動機構としての動力分配機構16と動力分配機構16に動力伝達可能に連結された差動用電動機としての第1電動機MG1とを有して、第1電動機MG1の運転状態が制御されることにより動力分配機構16の差動状態が制御される電気式無段変速機17が構成される。従って、電気式無段変速機17は、その変速比γ0(=エンジン12の回転速度NE/伝達部材14の回転速度N14)を連続的に変化させて電気的な無段変速機として作動させられる。そして、エンジン12の動力は、この電気式無段変速機17を介して伝達部材14に伝達される。
また、この電気式無段変速機17では、動力分配機構16の差動状態が制御されることにより、リングギヤR0の回転速度に拘わらず、第1電動機MG1の回転速度である第1電動機回転速度NMG1を上昇或いは下降させることで、エンジン12の回転速度であるエンジン回転速度NEを連続的に(無段階に)変化させることができる。図2の破線は、リングギヤR0の回転速度が一定であるときに、第1電動機回転速度NMG1を実線に示す値から低下させたことによりエンジン回転速度NEが低下する状態を示している。また、第1電動機MG1を制御することで動力分配機構16が無段変速機として機能させられることにより、例えば燃費が最もよいエンジン12の動作点(例えばエンジン回転速度NEとエンジントルクTEとで定められるエンジン12の運転点;以下、エンジン動作点という)に沿ってエンジン12を作動させることができる。この種のハイブリッド形式は、機械分配式或いはスプリットタイプと称される。
図1に戻って、自動変速機18は、電気式無段変速機17(電気式無段変速機17の出力回転部材である伝達部材14)と駆動輪22との間の動力伝達経路に直列に設けられたものであり、例えば回転要素が相互に連結された2つの遊星歯車装置31,32を主体として構成されている。すなわち、サンギヤS1、リングギヤR1、及びピニオンギヤP1を自転且つ公転自在に支持するキャリアCA1を三つの回転要素として備える公知の差動作用を生じるシングルピニオン型の遊星歯車装置31と、サンギヤS2、リングギヤR2、及びピニオンギヤP2を自転且つ公転自在に支持するキャリアCA2を三つの回転要素として備えて公知の差動作用を生じるシングルピニオン型の遊星歯車装置32とを備え、キャリアCA1とリングギヤR2とが相互に連結されると共に、リングギヤR1とキャリアCA2とが相互に連結されている。また、サンギヤS2が伝達部材14に連結されると共に、リングギヤR1及びキャリアCA2が自動変速機18の出力回転部材である変速機出力軸(AT出力軸)19に連結されている。また、伝達部材14は自動変速機18の入力回転部材である変速機入力軸(AT入力軸)として機能する。
また、自動変速機18には、自動変速機18においてそれぞれ変速比の異なる複数の変速段を選択的に成立させる為の複数の係合装置(係合要素)が設けられている。すなわち、自動変速機18には、サンギヤS1を選択的に固定する為にそのサンギヤS1と非回転部材であるハウジング33との間に設けられた第1ブレーキB1と、相互に連結されたキャリアCA1及びリングギヤR2を選択的に固定する為にそれらキャリアCA1及びリングギヤR2とハウジング33との間に設けられた第2ブレーキB2とが設けられている。これら第1ブレーキB1及び第2ブレーキB2は摩擦力によって制動力を生じる所謂摩擦係合装置であって、例えば互いに重ねられた複数枚の摩擦板が油圧アクチュエータにより押圧される湿式多板型の油圧式摩擦係合装置などにより構成され、それが介挿されている両側の部材を選択的に連結する為のものである。そして、これら第1ブレーキB1及び第2ブレーキB2を作動させる為の油圧制御回路40から供給される作動油の油圧(係合圧、クラッチ圧)に応じて第1ブレーキB1及び第2ブレーキB2の各トルク容量すなわちクラッチトルク(係合トルク)Tb1及びTb2が連続的に変化するように構成されている。
以上のように構成された自動変速機18では、第1ブレーキB1が係合させられると、自動変速機18の変速比γAT(=AT入力軸の回転速度NAT/AT出力軸19の回転速度NOUT)が「1」より大きい変速比γAThの高速段Hが達成される。また、第1ブレーキB1に替えて第2ブレーキB2が係合させられると、自動変速機18の変速比γATがその高速段Hの変速比γAThより大きい変速比γATlの低速段Lが達成される。このように、自動変速機18は、油圧式摩擦係合装置への作動油の給排を制御することにより変速段が成立させられる、すなわち油圧式摩擦係合装置の係合と解放とにより変速段が切り替えられる機械式変速機構である。上記変速段H及びLの間での変速は、車速や要求駆動力関連値(目標駆動力関連値)等の走行状態に基づいて実行される。より具体的には、前記変速制御用電子制御装置(T−ECU)によって、変速段を選択する為の変速線を有する予め求められて記憶された公知の関係(変速線図、変速マップ)から実際の走行状態に基づいて何れかの変速段を成立させられるようになっている。尚、前記要求駆動力関連値における駆動力関連値とは、車両の駆動力に1対1に対応するものであって、駆動輪22での駆動トルク或いは駆動力のみならず、例えば自動変速機18の出力トルクすなわちAT出力軸19上のトルクであるAT出力軸トルクTOUT、エンジントルクTE、車両加速度であってもよい。また、要求駆動力関連値は、例えばアクセル開度(或いはスロットル弁開度、吸入空気量、空燃比、燃料噴射量)に基づいて決定される駆動力関連値の要求値(目標値)であるが、アクセル開度等がそのまま用いられても良い。
図3は、自動変速機18を構成している遊星歯車装置31,32についての各回転要素の相互関係を表す為に4本の縦軸S2、縦軸R1,CA2、縦軸CA1,R2、及び縦軸S1を有する共線図を示している。これら縦軸S2、縦軸R1,CA2、縦軸CA1,R2、及び縦軸S1は、サンギヤS2の回転速度、相互に連結されたリングギヤR1及びキャリアCA2の回転速度、相互に連結されたキャリアCA1及びリングギヤR2の回転速度、及びサンギヤS1の回転速度をそれぞれ示すものである。この共線図に示すように、自動変速機18では、第2ブレーキB2によってキャリアCA1及びリングギヤR2が固定されると、低速段Lが形成され、伝達部材14におけるトルクすなわちAT入力軸上のトルクであるAT入力軸トルクTATがそのときの変速比γATlに応じて増大されてAT出力軸19に伝達される。これに替えて、第1ブレーキB1によって第1サンギヤS1が固定されると、低速段Lの変速比γATlよりも小さい変速比γAThを有する高速段Hが形成される。この高速段Hにおける変速比も「1」より大きいので、AT入力軸トルクTATがその変速比γATlに応じて増大させられてAT出力軸19に伝達される。尚、各変速段L、Hが定常的に形成されている状態では、AT出力軸19に伝達されるトルク(すなわちAT出力軸トルクTOUT)は、AT入力軸トルクTATを各変速比に応じて増大させたトルクとなるが、自動変速機18の変速過渡状態では各ブレーキB1,B2でのトルク容量や回転速度変化に伴う慣性トルク等の影響を受けたトルクとなる。
図1に戻り、電子制御装置50には、例えばアクセルペダル34の操作量であるアクセル操作量(アクセル開度)Accを検出する為のアクセル開度センサAS、ブレーキペダル36の操作を検出する為のブレーキセンサBS、シフトレバー38の操作位置(シフトポジション)PSHを検出する為の操作位置センサSS、作動油の温度(作動油温)THOILを検出する為の油温センサTS、車速Vに対応するAT出力軸19の回転速度であるAT出力軸回転速度NOUTを検出する為の出力回転速度センサNOS、エンジン回転速度NEを検出する為のエンジン回転速度センサNES、第1電動機回転速度NMG1を検出する為の第1電動機回転速度センサNM1S、第2電動機MG2の回転速度である第2電動機回転速度NMG2(すなわち伝達部材14の回転速度N14としてのAT入力軸の回転速度NATであるAT入力軸回転速度NAT)を検出する為の第2電動機回転速度センサNM2S、蓄電装置26の温度(蓄電装置温度)THbatや充電電流又は放電電流(充放電電流或いは入出力電流)Icdや電圧(蓄電装置電圧)Vbatを検出する為のバッテリ状態検出センサBATS等からの検出信号が供給されるようになっている。尚、上記蓄電装置温度THbat、充放電電流Icd、及び蓄電装置電圧Vbatに基づいて蓄電装置26の充電容量(充電状態、充電レベル)SOCが算出される。
図4は、電子制御装置50による制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図4において、有段変速制御部すなわち有段変速制御手段52は、自動変速機18の変速制御を実行する。有段変速制御手段52は、例えば予め定められた公知の関係(変速線図、変速マップ)から車両10の走行状態例えば車速V及びアクセル操作量Acc(或いはAT出力軸トルクTOUT等)に基づいて変速判断を行い、自動変速機18において高速段H又は低速段Lを選択的に成立させる為の指令(変速出力指令、油圧指令)を油圧制御回路40へ出力する。油圧制御回路40は、その指令に従って変速段が達成されるように、自動変速機18の変速に関与する係合装置を係合及び/又は解放する。例えば、油圧制御回路40は、前記指令が低速段Lから高速段Hへのアップシフト指令である場合には、解放側係合装置となる第2ブレーキB2を解放すると共に係合側係合装置となる第1ブレーキB1を係合するように、それらブレーキB1,B2の油圧アクチュエータを作動させる。
ハイブリッド制御部すなわちハイブリッド制御手段54は、例えばエンジン12を停止し専ら第2電動機MG2を駆動源とするモータ走行モード、エンジン12の動力に対する反力を第1電動機MG1の発電により受け持つことで伝達部材14にエンジン直達トルクを伝達すると共に第1電動機MG1の発電電力により第2電動機MG2を駆動することで伝達部材14にトルクを伝達して走行するエンジン走行モード(定常走行モード)、このエンジン走行モードにおいて蓄電装置26からの電力を用いた第2電動機MG2の駆動力を更に付加して走行するアシスト走行モード(加速走行モード)等を、走行状態に応じて選択的に成立させる。
上記エンジン走行モードにおける制御を一例として具体的に説明する。ハイブリッド制御手段54は、動力性能や燃費向上などの為に自動変速機18の変速段を考慮してエンジン12及び各電動機MGの制御を実行する。このようなハイブリッド制御では、エンジン12を効率のよい作動域で作動させる為に定まるエンジン回転速度NEと車速V及び自動変速機18の変速段で定まるAT入力軸回転速度NATとを整合させる為に、電気式無段変速機17が電気的な無段変速機として機能させられる。例えば、ハイブリッド制御手段54は、アクセル開度Accや車速Vから車両10の要求パワーを算出し、その要求パワーと充電要求値とから必要なトータル目標パワーを算出する。更に、ハイブリッド制御手段54は、そのトータル目標パワーが得られるように、伝達損失、補機負荷、第2電動機MG2のアシストトルク等を考慮してエンジン12の出力パワー(エンジンパワー)PEの目標値である目標エンジンパワーPE *を算出する。そして、ハイブリッド制御手段54は、例えば運転性と燃費性とを両立するように予め記憶された公知のエンジン燃費最適線(図5参照)に沿ってエンジン12を作動させつつ目標エンジンパワーPE *が得られるエンジン動作点となるように、エンジン12を制御すると共に第1電動機MG1の発電量を制御する。尚、本実施例では、燃費とは例えば単位燃料消費量当たりの走行距離であったり、車両全体としての燃料消費率(=燃料消費量/駆動輪出力)等である。
このハイブリッド制御では、エンジン12の動力の主要部は機械的に伝達部材14へ伝達されるが、エンジン12の動力の一部は第1電動機MG1の発電によって電気エネルギに変換され、その電気エネルギがインバータ24を通して第2電動機MG2や蓄電装置26へ供給される。そして、第1電動機MG1や蓄電装置26からの電力によって第2電動機MG2が駆動されることにより、第2電動機MG2からの動力が伝達部材14へ付与される。この発電に係る第1電動機MG1による電気エネルギの発生から駆動に係る第2電動機MG2による電気エネルギの消費までに関連する機器により、エンジン12の動力の一部が電気エネルギに変換され、その電気エネルギが機械的エネルギに変換されるまでの電気パスが構成される。
ここで、本実施例の車両用動力伝達装置11においては、電気式無段変速機17と自動変速機18とがそれぞれ変速を実行することが可能である。その為、電気式無段変速機17の変速制御と自動変速機18の変速制御とが同時に(併行して)実行されるような同時変速においては、電気式無段変速機17及び自動変速機18から成る変速機構全体(車両用動力伝達装置11全体)でのエネルギ収支等を予め見込んで、全体でのバランスを考えた変速制御を行うことが望ましい。具体的には、車両用動力伝達装置11全体での変速時のエネルギー収支に関わる主な要素は、例えばエンジン12の発生動力(エンジンパワーPE)、AT出力軸19から駆動力として出力される動力(ブレーキB1,B2による駆動伝達パワー)、回転部材の回転変化に伴う慣性エネルギ、及び蓄電装置26との電力収支(蓄電装置26の充放電収支すなわち充放電量)の4つの要素である。従って、エンジンパワーPE、ブレーキB1,B2による駆動伝達パワー、及び慣性エネルギによって、蓄電装置26の充放電収支を目標値に制御することができる。
尚、蓄電装置26の充放電収支の目標値は、例えば車両10の走行状態及び蓄電装置26の充電容量SOC等に基づいて算出される。例えば、この充放電収支の目標値は、蓄電装置26に対する充放電要求がない場合には零(±0[kw])であるが、充電要求があった場合には5[kw]程度、放電要求があった場合には−5[kw]程度といったように、システムの充放電状況に応じて適宜定められる。また、ブレーキB1,B2による駆動伝達パワーは、ブレーキB1,B2のクラッチトルクTb1,Tb2(例えばm軸上に換算した変速過渡中の第1ブレーキB1と第2ブレーキB2との合算トルク)により自動変速機18において駆動輪22側へ伝達されるクラッチパワーであって、自動変速機18を介して駆動輪22側へ伝達されるパワーに相当する自動変速機18における駆動伝達パワーである。また、車両用動力伝達装置11全体でのエネルギー収支という点では、第1電動機MG1及び第2電動機MG2に係るパワー収支は、蓄電装置26との電力収支という形に表れるので、ここでは考慮しなくとも良い。
ところで、電気式無段変速機17と自動変速機18との同時変速の態様としては、例えばエンジン動作点の移動を抑制した状態で(例えばエンジン動作点を固定したままで)変速前後でエンジンパワーPEを変化させることなく自動変速機18を変速させる等パワー変速を実行することができる。また、同時変速の別の態様としては、エンジン動作点を移動させて変速前後でエンジンパワーPEを変化させながら自動変速機18を変速させる非等パワー変速を実行することができる。上記等パワー変速は、例えばアクセル開度Accが略一定状態での車速Vの上昇に伴う自動変速機18のアップシフト時、アクセルオフの減速走行中での車速Vの低下に伴う自動変速機18のダウンシフトが想定される。また、上記非等パワー変速は、例えばアクセルペダル34の戻し操作に伴う自動変速機18のアップシフト時、アクセルペダル34の踏み増し操作に伴う自動変速機18のダウンシフトが想定される。また、例えば前記等パワー変速と前記非等パワー変速とをユーザ操作により選択することが可能な変速態様選択スイッチ70を備え(図1参照)、ユーザ操作によりその変速態様選択スイッチ70を介して等パワー変速と非等パワー変速との何れかが選択されているときの自動変速機18の変速時が想定される。
図5は、自動変速機18のアップシフトを例にして、等パワー変速と非等パワー変速とを共線図を用いて説明する図である。図5において、等パワー変速では、実線で示すように、自動変速機18のアップシフトとエンジン動作点を移動させない為の電気式無段変速機17の変速とが実行される。また、非等パワー変速では、破線で示すように、自動変速機18のアップシフトとエンジン動作点を燃費最適線に沿って移動させつつエンジンパワーPEを変化させる為の電気式無段変速機17の変速とが実行される。
このように、本実施例の車両用動力伝達装置11では、自動変速機18における同一種類の変速において、等パワー変速のように変速前後でエンジン回転速度NEの変化が比較的小さい変速と、非等パワー変速のように変速前後でエンジン回転速度NEの変化が比較的大きい変速とを実行することが可能である。その為、エンジン12の慣性が電動機MG1,MG2や自動変速機18の慣性と比較して格段に大きいことを勘案すると、エンジン回転速度NEの変化が可及的に抑制される等パワー変速は、非等パワー変速と比較して、車両用動力伝達装置11全体で吸収すべき慣性動力がかなり小さくなる。従って、自動変速機18における同一種類の変速において、自動変速機18の変速中に発生する車両用動力伝達装置11全体のイナーシャ変化量が一意に決められず、単にエンジントルクTEに基づいて変速過渡中の係合装置のクラッチ圧を設定するだけでは、各係合装置が受け持つべき分担トルクに対してそのクラッチ圧に過不足が生じる可能性がある。そうすると、自動変速機18の変速が適切に進行せず、変速ショックが発生する可能性がある。尚、自動変速機18における同一種類の変速とは、自動変速機18の変速の種類が同一となる変速である。また、この変速の種類とは、変速方向及び変速段で特定される種類のことであり、例えば1→2アップシフトや2→1ダウンシフト等である。
そこで、本実施例では、自動変速機18における同一種類の変速において、エンジン回転速度NEの変化が小さい変速時は、エンジン回転速度NEの変化が大きい変速時と比較して、同軸上における、エンジントルクTEと自動変速機18の変速に関与する係合装置の係合トルクとの差分トルクTinaを小さくする。例えば、第1ブレーキB1及び第2ブレーキB2の各クラッチトルクTb1,Tb2の合算値としてm軸上(AT入力軸)に換算した係合装置のクラッチトルク値Tbは、AT入力軸トルクTATにAT入力軸上における差分トルクTinaとしての変速時慣性トルクTinaを加えた合計トルクである。つまり、この合計トルクは、その合計トルクに対して、係合側係合装置及び解放側係合装置がそれぞれ受け持つべきAT入力軸に換算した各分担トルクTb1,Tb2の合算トルクである。そして、自動変速機18における同一種類の変速において、等パワー変速時は、非等パワー変速時と比較して、この変速時慣性トルクTinaを小さくするのである。
より具体的には、各種情報取得部すなわち各種情報取得手段56は、例えば有段変速制御手段52により実行される自動変速機18の変速の種類を取得する。また、各種情報取得手段56は、例えば車速Vを取得する。また、各種情報取得手段56は、例えばAT入力軸トルクTATを取得する。このAT入力軸トルクTATは、機械的に伝達されるエンジン直達トルクTD(=TE/(1+ρ))分と電気パスを介して伝達される電力により駆動されるMG2トルクTMG2分との合算トルクである。尚、蓄電装置26の充放電収支が零である場合には、実質的に第1電動機MG1の発電電力が全て第2電動機MG2へ伝達されてその発電電力のみにより第2電動機MG2が駆動されるので、AT入力軸トルクTATは、AT入力軸に伝達されたエンジントルクTE分、すなわちエンジン直達トルクTDとなって機械的に伝達される分配トルクと電気パスを介して第1電動機MG1から第2電動機MG2へ電気的に伝達される分配トルクとの合算トルク分に相当する。また、各種情報取得手段56は、例えば変速態様選択スイッチ70からの信号に基づいて、ユーザによる等パワー変速の指示或いは非等パワー変速の指示を取得する。
変速態様判定部すなわち変速態様判定手段58は、有段変速制御手段52による自動変速機18の変速時における車両用動力伝達装置11全体の変速態様すなわち前記同時変速の態様が、等パワー変速であるか、或いは非等パワー変速であるかを判定する。例えば、変速態様判定手段58は、アクセル開度Accの変化や変速態様選択スイッチ70におけるユーザ操作に基づいて、等パワー変速であるか、或いは非等パワー変速であるかを判定する。
クラッチ圧設定部すなわちクラッチ圧設定手段60は、変速態様判定手段58により等パワー変速であると判定された場合には、等パワー変速時に用いる変速時慣性トルクTinaの値が予め実験的に求められて記憶された関係(等パワー変速時慣性トルクマップ)を選択する。また、クラッチ圧設定手段60は、変速態様判定手段58により非等パワー変速であると判定された場合には、非等パワー変速時に用いる変速時慣性トルクTinaの値が予め実験的に求められて記憶された関係(非等パワー変速時慣性トルクマップ)を選択する。この等パワー変速時慣性トルクマップや非等パワー変速時慣性トルクマップは、例えば自動変速機18の変速の種類毎に各々設定されている。
図6は、1→2アップシフト時の等パワー変速時慣性トルクマップの一例であって、車速Vが高い程、AT入力軸上における変速時慣性トルクTinaが大きくされている。また、図7は、1→2アップシフト時の非等パワー変速時慣性トルクマップの一例であって、AT入力軸上における変速時慣性トルクTinaが同一車速Vにおいて等パワー変速時慣性トルクマップにおける変速時慣性トルクTinaよりも大きな値とされていると共に、車速Vが高い程大きくされる変速時慣性トルクTinaの変化勾配が等パワー変速時慣性トルクマップにおける変速時慣性トルクTinaの変化勾配よりも大きな値とされている。このように変速時慣性トルクTinaは、等パワー変速時と非等パワー変速時とで、各々予め設定されている値である。特に、非等パワー変速時では、変速前後におけるエンジンパワーPEの変化量が大きい程(例えばアクセル開度Accの変化量が大きい程)、エンジン動作点の移動量が大きくなる。また、非等パワー変速時のエンジン動作点の移動がエンジン回転速度NEの変化を伴う場合には、変速前後におけるエンジンパワーPEの変化量が大きい程、変速前後におけるエンジン回転速度NEの変化も大きくなる。また、変速前後におけるエンジン回転速度NEの変化が大きい程、変速時慣性トルクTinaは大きくなる。そこで、エンジン回転速度NEの変化を伴う非等パワー変速時は、図7に示すように、変速前後におけるエンジンパワーPEの変化量が大きい程、変速時慣性トルクTinaが大きくされている。
また、クラッチ圧設定手段60は、選択した等パワー変速時慣性トルクマップ或いは非等パワー変速時慣性トルクマップから自動変速機18の変速の種類や車速V等に基づいてAT入力軸上における変速時慣性トルクTinaを算出する。そして、クラッチ圧設定手段60は、AT入力軸に換算した係合装置のクラッチトルク値Tbとして、各種情報取得手段56により取得されたAT入力軸トルクTATに上記算出した変速時慣性トルクTinaを加えた合計トルクを算出する。更に、クラッチ圧設定手段60は、その合計トルクに対して、係合側係合装置及び解放側係合装置がそれぞれ受け持つべき各分担トルクTb1,Tb2を算出し、第1ブレーキB1及び第2ブレーキB2の各油圧指令値を設定する。
図8は、電子制御装置50の制御作動の要部すなわち自動変速機18における同一種類の変速において変速ショックを抑制して適切な変速を実現する為の制御作動を説明するフローチャートであり、例えば数msec乃至数十msec程度の極めて短いサイクルタイムで繰り返し実行される。また、図9−図11は、それぞれ図8のフローチャートに示す制御作動を実行した場合のタイムチャートである。図9は自動変速機18のアップシフトにおける等パワー変速時の実施例であり、図10,図11はそれぞれ自動変速機18のアップシフトにおける非等パワー変速時の実施例である。尚、この図8のフローチャートにおけるスタート時点は、例えば自動変速機18の変速制御の開始が前提とされる。
図8において、先ず、各種情報取得手段56に対応するステップ(以下、ステップを省略する)S10−S40において、例えば自動変速機18の変速の種類や車速Vが取得される。また、例えば予め定められた公知の関係(エンジントルクマップ)から実際のエンジン回転速度NE及びスロットル弁開度θTH等に基づいてエンジントルクTEが算出される。また、インバータ24から供給される第2電動機MG2への通電量に基づいてMG2トルクTMG2が算出される。そして、エンジン直達トルクTD(=TE/(1+ρ))とMG2トルクTMG2とに基づいてAT入力軸トルクTAT(=TD+TMG2)が取得される。また、例えば変速態様選択スイッチ70からの信号に基づいてユーザによる等パワー変速の指示或いは非等パワー変速の指示が取得される。次いで、変速態様判定手段58に対応するS50において、アクセル開度Accの変化や変速態様選択スイッチ70におけるユーザ操作による指示に基づいて等パワー変速であるか否かが判定される。このS50の判断が肯定される場合はクラッチ圧設定手段60に対応するS60において、等パワー変速時慣性トルクマップが選択される。一方で、上記S50の判断が否定される場合はクラッチ圧設定手段60に対応するS70において、非等パワー変速時慣性トルクマップが選択される。上記S60或いは上記S70に次いで、クラッチ圧設定手段60に対応するS80において、上記選択された等パワー変速時慣性トルクマップ或いは非等パワー変速時慣性トルクマップから自動変速機18の変速の種類や車速V等に基づいてAT入力軸上における変速時慣性トルクTinaが算出される。そして、AT入力軸に換算した係合装置のクラッチトルク値Tbとして、上記S30にて取得されたAT入力軸トルクTATに上記算出された変速時慣性トルクTinaを加えた合計トルクが算出される。更に、その算出された合計トルクに対して、係合側係合装置及び解放側係合装置がそれぞれ受け持つべき各分担トルクTb1,Tb2が算出され、第1ブレーキB1及び第2ブレーキB2の各油圧指令値が設定される。
図9と図10との比較において、図9の等パワー変速時におけるAT出力軸トルクTOUTは、図10の非等パワー変速時におけるAT出力軸トルクTOUTよりも慣性変化分(実線と破線との囲み部分)による影響が小さくされる。その為、係合側クラッチ圧の設定では、図9の方が慣性変化分に対応するAT入力軸上における変速時慣性トルクTinaが小さくされている。また、図10と図11との比較において、図11では点火遅角等でエンジントルクTEの低減制御を実行している点が主に相違する。このようなエンジントルクTEの低減制御を実行する場合であっても、図11に示すように、AT入力軸トルクTATに変速時慣性トルクTinaを加えた合計トルクに基づいて各油圧指令値が設定するという考え方は、すなわち等パワー変速か或いは非等パワー変速かに基づいて変速時慣性トルクTinaを設定するという考え方は、エンジントルクTEの低減制御を実行しない場合と同様である。
上述のように、本実施例によれば、自動変速機18における同一種類の変速において、エンジン回転速度NEの変化が小さい変速時は、エンジン回転速度NEの変化が大きい変速時と比較して、同軸上における、エンジントルクTEと自動変速機18の変速に関与する係合装置の係合トルクとの差分トルク(変速時慣性トルクTina)が小さくされるので、エンジン12を含む動力伝達系全体のうちで最もイナーシャの大きいエンジン12のイナーシャ変化量に基づいて、自動変速機18の変速に関与する係合装置の係合トルクを設定することができる。つまり、エンジントルクTEに応じたトルク伝達分及びイナーシャ変化分に応じた変速時慣性トルクTinaを考慮した適切な係合トルクを設定可能となる。よって、自動変速機18における同一種類の変速において、変速ショックを抑制して適切な変速を実現することができる。例えば、パワー収支を所望の値に制御しつつ、変速ショック等の発生を抑制することができる。
また、本実施例によれば、変速時慣性トルクTinaは、エンジン回転速度NEの変化が小さい変速時と、エンジン回転速度NEの変化が大きい変速時とで、各々予め設定されている値であるので、自動変速機18の変速に関与する係合装置の係合トルクを変速時慣性トルクTinaに基づいて適切に設定することができる。
また、本実施例によれば、エンジン回転速度NEの変化が小さい変速は、変速前後でエンジンパワーPEを変化させることなく自動変速機18を変速させる等パワー変速であり、エンジン回転速度NEの変化が大きい変速は、変速前後でエンジンパワーPEを変化させながら自動変速機18を変速させる非等パワー変速であるので、自動変速機18における同一種類の変速において、等パワー変速時と非等パワー変速時とで、それぞれ適切な係合トルクを設定可能となる。
また、本実施例によれば、前記非等パワー変速時は、変速前後におけるエンジンパワーPEの変化量が大きい程、変速時慣性トルクTinaが大きくされるので、自動変速機18における同一種類の変速において、一層適切な変速を実現することができる。
また、本実施例によれば、前記等パワー変速と前記非等パワー変速とは、ユーザ操作により選択されるものであるので、ユーザ操作により等パワー変速時と非等パワー変速時との何れが選択されたときでも、自動変速機18における同一種類の変速において、適切な係合トルクを設定可能となる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
例えば、前述の実施例では、アップシフトを例示して本発明を説明したが、ダウンシフトに対しても本発明は適用され得る。
また、前述の実施例では、自動変速機18は低速段Lと高速段Hとを有する2段の自動変速機(減速機)であったが、この自動変速機18に限らず、伝達部材14上のトルクが駆動輪22に伝達されるように伝達部材14と駆動輪22との間に備えられた機械式変速機構であれば本発明は適用され得る。例えば、3段以上の変速段を有する遊星歯車式多段変速機、一部或いは全部の変速段において変速機入力トルクが増大させられて駆動輪22側へ伝達される有段式自動変速機などであっても良い。
また、前述の実施例において、動力分配機構16はシングルプラネタリであるが、ダブルプラネタリであっても良い。また、動力分配機構16は、例えばエンジン12によって回転駆動されるピニオンと、そのピニオンに噛み合う一対のかさ歯車が第1電動機M1及び伝達部材14に作動的に連結された差動歯車装置であっても良い。
尚、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
10:ハイブリッド車両
12:エンジン
14:伝達部材(出力回転部材)
16:動力分配機構(差動機構)
17:電気式無段変速機(電気式変速機構)
18:自動変速機(機械式変速機構)
22:駆動輪
50:電子制御装置(制御装置)
B1,B2:第1ブレーキ,第2ブレーキ(係合装置)
MG1:第1電動機(差動用電動機)
MG2:第2電動機(走行用電動機)
RE1−RE3:第1回転要素−第3回転要素
12:エンジン
14:伝達部材(出力回転部材)
16:動力分配機構(差動機構)
17:電気式無段変速機(電気式変速機構)
18:自動変速機(機械式変速機構)
22:駆動輪
50:電子制御装置(制御装置)
B1,B2:第1ブレーキ,第2ブレーキ(係合装置)
MG1:第1電動機(差動用電動機)
MG2:第2電動機(走行用電動機)
RE1−RE3:第1回転要素−第3回転要素
Claims (5)
- エンジンが動力伝達可能に連結された第1回転要素と差動用電動機が動力伝達可能に連結された第2回転要素と走行用電動機が動力伝達可能に連結された出力回転部材である第3回転要素との3つの回転要素を有する差動機構を備えて該差動用電動機の運転状態が制御されることにより該差動機構の差動状態が制御される電気式変速機構と、該電気式変速機構の出力回転部材と駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成すると共に係合装置の係合により変速段が形成される機械式変速機構とを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
前記機械式変速機構における同一種類の変速において、前記エンジンの回転速度変化が小さい変速時は、該エンジンの回転速度変化が大きい変速時と比較して、同軸上における、前記エンジンの出力トルクと前記機械式変速機構の変速に関与する係合装置の係合トルクとの差分トルクを小さくすることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 前記差分トルクは、前記エンジンの回転速度変化が小さい変速時と、該エンジンの回転速度変化が大きい変速時とで、各々予め設定されている値であることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記エンジンの回転速度変化が小さい変速は、変速前後で前記エンジンの出力パワーを変化させることなく前記機械式変速機構を変速させる等パワー変速であり、
前記エンジンの回転速度変化が大きい変速は、変速前後で前記エンジンの出力パワーを変化させながら前記機械式変速機構を変速させる非等パワー変速であることを特徴とする請求項1又は2に記載のハイブリッド車両の制御装置。 - 前記非等パワー変速時は、変速前後における前記エンジンの出力パワーの変化量が大きい程、前記差分トルクが大きくされるものであることを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記等パワー変速と前記非等パワー変速とは、ユーザ操作により選択されるものであることを特徴とする請求項3又は4に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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