KR20180066849A - 차량의 제어 장치 및 차량의 제어 방법 - Google Patents

차량의 제어 장치 및 차량의 제어 방법 Download PDF

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고키 미나미카와
마사유키 바바
도루 마츠바라
무네히로 가츠마타
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

무단 변속 기구(18), 기계식 유단 변속 기구(20), 구동륜(28)을 포함하는 차량(10)의 제어 장치. 상기 제어 장치는 전자 제어 유닛(80)을 포함한다. 상기 전자 제어 유닛은, 복수의 모의 기어 단 중에서 어느 하나의 모의 기어 단을 성립시키도록 상기 기계식 유단 변속 기구를 변속 제어함과 함께 상기 무단 변속 기구를 유단 변속시키도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 기계식 유단 변속 기구에 고장이 발생하였다고 판정한 경우에, 상기 기계식 유단 변속 기구를 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단에 고정함과 함께, 상기 무단 변속 기구의 유단 변속을 금지하여, 상기 무단 변속 기구를 차량 상태에 기초하여 무단 변속시키도록 구성된다.

Description

차량의 제어 장치 및 차량의 제어 방법{CONTROLLER FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 제어 장치 및 차량의 제어 방법에 관한 것이다. 특히, 무단 변속 기구에 직렬로 설치된 기계식 유단 변속 기구가 고장난 경우의 페일세이프 기술에 관한 것이다.
일본 공개특허 특개2006-321392호에는, 구동원 회전 속도를 무단계로 변속하여 중간 전달 부재에 전달할 수 있는 무단 변속 기구와, 상기 중간 전달 부재와 구동륜 사이에 배치되고, 출력 회전 속도에 대한 중간 전달 부재의 회전 속도의 변속비가 다른 복수의 메카니즘 기어 단을 기계적으로 성립시킬 수 있는 기계식 유단 변속 기구를 갖는 차량을 개시하고 있다. 일본 공개특허 특개2006-321392호에서는, 무단 변속 기구(차동부)의 변속비를 단계적으로 변화시킴으로써, 기계식 유단 변속 기구를 포함하는 변속기 전체로서 유단 변속기와 같이 변속 동작시키는 기술이 제안되어 있다.
그런데, 유단 변속 기구에 고장이 발생한 경우에, 그 유단 변속 기구를 상기 복수의 메카니즘 기어 단 중 어느 메카니즘 기어 단에 고정함으로써, 퇴피 주행을 가능하게 하는 페일세이프 기술이 알려져 있다. 이와 같은 기술을, 상기와 같은 변속기 전체로서 유단 변속기와 같이 변속 동작시키는 기술에 적용하면, 메카니즘 기어 단의 고정에 의해 차속에 따라서 중간 전달 부재의 회전 속도가 제약받고, 또한 무단 변속 기구의 유단화에 의해서 구동원 회전 속도도 제약받는다. 이 때문에, 동력 성능의 확보가 곤란해지거나 연비가 악화되거나 하는 경우가 있다.
본 발명은, 무단 변속 기구와 기계식 유단 변속 기구를 포함하는 변속기 전체로서 유단 변속기와 같이 변속 동작시키는 경우에, 기계식 유단 변속 기구에 고장이 발생하였을 때의 동력 성능이나 연비의 악화를 억제하는 차량의 제어 장치 및 차량의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 태양은 차량의 제어 장치를 제공한다. 상기 차량은 무단변속 기구, 기계식 유단 변속 기구, 구동륜을 포함한다. 상기 무단 변속 기구는 구동원의 회전 속도를 무단계로 변속하여 중간 전달 부재에 전달하도록 구성된다. 상기 기계식 유단 변속 기구는, 상기 중간 전달 부재와 상기 구동륜 사이에 배치된다. 상기 기계식 유단 변속 기구는, 출력 회전 속도에 대한 상기 중간 전달 부재의 회전 속도의 제 1 변속비가 다른 복수의 메카니즘 기어 단을 기계적으로 성립시키도록 구성된다. 상기 제어 장치는 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 전자 제어 유닛은, 복수의 모의 기어 단 중에서 어느 하나의 모의 기어 단을 성립시키도록 상기 기계식 유단 변속 기구를 변속 제어함과 함께, 상기 무단 변속 기구를 유단 변속시키도록 구성된다. 상기 복수의 모의 기어 단은, 상기 기계식 유단 변속 기구의 상기 출력 회전 속도에 대한 상기 구동원의 회전 속도의 제 2 변속비가 다른 기어 단이다. 상기 복수의 메카니즘 기어 단의 각각에 대하여 상기 복수의 모의 기어 단 중 하나 이상의 모의 기어 단이 성립되도록 할당된다. 상기 하나 이상의 모의 기어 단의 수는 상기 복수의 메카니즘 기어 단의 수 이상이다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 기계식 유단 변속 기구에 고장이 발생하였다고 판정한 경우에, 상기 기계식 유단 변속 기구를 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단에 고정함과 함께, 상기 무단 변속 기구의 유단 변속을 금지하여, 상기 무단 변속 기구를 차량 상태에 기초하여 무단 변속시키도록 구성된다. 상기 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단은 상기 복수의 메카니즘 기어 단 중 어느 메카니즘 기어 단이다.
상기 구성에 의하면, 전자 제어 유닛에 의해 변속기 전체의 변속비(제 2 변속비)가 다른 복수의 모의 기어 단이 형성된다. 이 때문에, 수동 변속 또는 자동 변속에 의한 모의 기어 단의 변화에 의해 구동원 회전 속도가 증감 변화시켜지고, 우수한 운전감이 얻어진다. 한편, 기계식 유단 변속 기구에 고장이 발생하였다고 판정된 경우의 고장시 제어(페일세이프 제어)에서는, 소정의 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단을 성립시킴으로써 퇴피 주행을 가능하게 함과 함께, 무단 변속 기구의 유단 변속을 금지하고, 그 무단 변속 기구를 차량 상태에 기초하여 무단 변속시킨다. 이 때문에, 차속에 따라서 중간 전달 부재의 회전 속도가 제약받기는 하지만, 구동원 회전 속도에 대해서는 차속에 의한 제약이 완화되고, 예를 들면, 구동원의 최대 파워까지 사용할 수 있도록 무단 변속 기구를 무단 변속함으로써 퇴피 주행시의 동력 성능을 확보할 수 있음과 함께, 최적 연비 선 상에서 구동원을 작동시키도록 무단 변속 기구를 무단 변속함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.
상기 제어 장치에 있어서, 상기 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단은, 상기 복수의 메카니즘 기어 단 중 상기 제 1 변속비가 가장 큰 최저속 메카니즘 기어 단이어도 된다.
상기 구성에 의하면, 기계식 유단 변속 기구의 최저속 메카니즘 기어 단이 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단으로 되기 때문에, 큰 제 1 변속비에서 큰 토오크를 출력하는 것이 가능하고, 퇴피 주행시의 동력 성능을 최대한으로 확보할 수 있다.
상기 제어 장치에 있어서, 상기 기계식 유단 변속 기구는, 복수의 유압 계합(係合)(engage) 장치의 계합 해방 상태에 따라서 상기 복수의 메카니즘 기어 단을 성립시키는 것이어도 된다. 상기 기계식 유단 변속 기구에는, 솔레노이드 밸브를 포함하는 유압 제어 회로가 설치되어도 된다. 상기 솔레노이드 밸브는, 각각 상기 유압 계합 장치의 계합 해방 상태를 전기적으로 전환하도록 구성되어도 된다. 상기 유압 제어 회로는, 유압 제어에 관여하는 전체 전원이 차단되는 전체 전원 OFF 시에 상기 복수의 메카니즘 기어 단 중에서 미리 정해진 상기 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단을 기계적으로 성립시키는 제 1 회로를 구비하고 있어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 기계식 유단 변속 기구의 고장 판정을 한 경우에 상기 전체 전원 OFF로 하여 상기 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단을 성립시키도록 구성되어도 된다.
상기 구성에 의하면, 솔레노이드 밸브에 의해서 유압 계합 장치의 계합 해방 상태가 전환됨으로써 복수의 메카니즘 기어 단이 성립시켜지는 기계식 유단 변속 기구를 갖는 경우에서, 전체 전원 OFF 시에 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단을 기계적으로 성립시키는 제 1 회로(전체 OFF 시 기어 단 형성 회로)를 구비하고 있고, 기계식 유단 변속 기구의 고장 판정이 이루어진 경우에는 전체 전원 OFF로 하여 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단을 성립시킨다. 이 때문에, 솔레노이드 밸브 등의 고장 부품을 특정하지 않고, 전체 전원 OFF로 하여 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단을 성립시키고, 차량의 퇴피 주행을 행할 수 있다.
상기 차량은 고장 표시 장치를 더 포함하고 있어도 된다. 상기 제어 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 기계식 유단 변속 기구의 고장 판정을 한 경우에 상기 기계식 유단 변속 기구가 고장이라는 취지의 경고를 상기 고장 표시 장치에 표시시키도록 구성되어도 된다.
상기 구성에 의하면, 기계식 유단 변속 기구의 고장 판정이 이루어진 경우에, 그 기계식 유단 변속 기구가 고장이라는 취지의 경고를 고장 표시 장치에 표시시키기 때문에, 고장시 제어부에 의한 페일세이프 제어에 의해 퇴피 주행할 때에, 예를 들면, 액셀러레이터 개방도에 따른 변속 제어가 행해지지 않거나, 원하는 구동력 성능이 얻어지지 않거나 한 경우이더라도, 경고에 의해서 운전자가 수긍할 수 있음과 함께, 차량 상태 등에 의해 필요에 따라서 신속하게 차량을 퇴피시킬 수 있다.
상기 제어 장치에 있어서, 상기 중간 전달 부재는, 상기 무단 변속 기구의 출력 회전 부재여도 된다.
본 발명의 제 2 태양은 차량의 제어 방법이다. 상기 차량은 무단 변속 기구, 기계식 유단 변속 기구, 구동륜, 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 무단 변속 기구는 구동원의 회전 속도를 무단계로 변속하여 중간 전달 부재에 전달하도록 구성되어 있다. 상기 기계식 유단 변속 기구는 상기 중간 전달 부재와 상기 구동륜 사이에 배치된다. 상기 기계식 유단 변속 기구는 출력 회전 속도에 대한 상기 중간 전달 부재의 회전 속도의 제 1 변속비가 다른 복수의 메카니즘 기어 단을 기계적으로 성립시키도록 구성된다. 상기 제어 방법은: 복수의 모의 기어 단 중에서 어느 하나의 모의 기어 단을 성립시키도록, 상기 기계식 유단 변속 기구를 변속 제어함과 함께 상기 무단 변속 기구를, 상기 전자 제어 유닛에 의해, 유단 변속시키는 것과; 상기 기계식 유단 변속 기구에 고장이 발생하였다고 상기 전자 제어 유닛에 의해 판정한 경우에, 상기 기계식 유단 변속 기구를 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단에 고정함과 함께, 상기 무단 변속 기구의 유단 변속을 금지하여, 상기 무단 변속 기구를 차량 상태에 기초하여 무단 변속시키는 것을 포함한다. 상기 복수의 모의 기어 단은 상기 기계식 유단 변속 기구의 상기 출력 회전 속도에 대한 상기 구동원의 회전 속도의 제 2 변속비가 다른 기어 단이다. 상기 복수의 메카니즘 기어 단의 각각에 대하여 상기 복수의 모의 기어 단 중 하나 이상의 모의 기어 단이 성립되도록 할당되어 있다. 상기 하나 이상의 모의 기어 단의 수는 상기 복수의 메카니즘 기어 단의 수 이상이다. 상기 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단은 상기 복수의 메카니즘 기어 단 중 어느 메카니즘 기어 단이다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 특징, 이점, 및 기술적 그리고 산업적 중요성이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기술될 것이고, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 차량에 구비된 차량용 구동 장치의 개략 구성을 설명하는 도면임과 함께, 차량에 있어서의 각종 제어를 위한 제어 기능 및 제어 계통의 주요부를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 기계식 유단 변속 기구의 복수의 AT 기어 단과 그것을 성립시키는 계합 장치를 설명하는 계합 작동표이다.
도 3은 전기식 무단 변속 기구와 기계식 유단 변속 기구에 있어서의 각 회전 요소의 회전 속도의 상대적 관계를 나타내는 공선도이다.
도 4는 기계식 유단 변속 기구의 클러치(C1, C2) 및 브레이크(B1, B2)에 관한 유압 제어 회로를 설명하는 회로도이다.
도 5는 도 1의 전기식 무단 변속 기구를 유단 변속시킬 때의 복수의 모의 기어 단의 일례를 설명하는 도면이다.
도 6은 복수의 AT 기어 단에 복수의 모의 기어 단을 할당한 기어 단 할당 테이블의 일례이다.
도 7은 AT 2속 기어 단일 때에 성립시켜지는 모의 4속 기어 단∼모의 6속 기어 단을 예시한 공선도이다.
도 8은 복수의 모의 기어 단의 변속 제어에 이용되는 모의 기어 단 변속 맵의 일례이다.
도 9는 전자 제어 유닛에 의한 작동을 구체적으로 설명하는 플로우차트이다.
본 발명은, 구동원으로서 내연 기관 등의 엔진을 구비하는 엔진 구동 차량이나, 구동원으로서 회전기를 구비하는 전기 자동차 등에 적용된다. 구동원으로서 엔진 및 회전기를 구비하는 하이브리드 차량에도 적용될 수 있다. 무단 변속 기구로서는, 예를 들면, 차동용 회전기의 토오크 제어에 의해 구동원의 회전 속도를 무단계로 변속하여 중간 전달 부재에 전달할 수 있는 전기식 무단 변속 기구가 적합하게 이용되지만, 벨트식이나 트로이달식 등의 기계식 무단 변속 기구를 채용할 수도 있다. 전기식 무단 변속 기구는, 예를 들면, 유성 기어 장치 등의 차동 기구를 갖고 구성되지만, 이너 로터 및 아우터 로터를 갖는 쌍 로터 전동기를 이용하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 그들 로터 중 어느 일방(一方)에 구동원이 연결되고, 타방(他方)에 중간 전달 부재가 연결된다. 쌍 로터 전동기는, 모터 제네레이터와 마찬가지로 역행(力行) 토오크 및 회생(回生) 토오크를 선택적으로 출력할 수 있는 것으로, 차동용 회전기로서 기능한다. 구동원이나 중간 전달 부재는, 필요에 따라서 클러치나 변속 기어 등을 개재하여 상기 차동 기구 등에 연결된다. 중간 전달 부재에는, 필요에 따라서 주행 구동용 회전기가 직접 또는 변속 기어 등을 개재하여 연결된다. 회전기는 회전 전기 기계이며, 구체적으로는 전동 모터, 발전기, 또는 그 양방(兩方)의 기능을 택일적으로 이용할 수 있는 모터 제네레이터이다. 차동용 회전기로서 발전기를 채용하고, 주행 구동용 회전기로서 전동 모터를 채용할 수도 있다.
전기식 무단 변속 기구의 차동 기구로서는, 싱글 피니언형 또는 더블 피니언형의 단일 유성 기어 장치가 적합하게 이용된다. 이 유성 기어 장치는 선 기어, 캐리어 및 링 기어의 3개의 회전 요소를 구비하고 있지만, 그들의 회전 속도를 1개의 직선으로 연결할 수 있는 공선도에 있어서, 예를 들면, 중간에 위치하는 회전 속도가 중간의 회전 요소(싱글 피니언형 유성 기어 장치의 캐리어, 더블 피니언형 유성 기어 장치의 링 기어)에 구동원이 연결되고, 양단(兩端)의 회전 요소에 차동용 회전기 및 중간 전달 부재가 연결되지만, 중간의 회전 요소에 중간 전달 부재를 연결하도록 해도 된다. 이 3개의 회전 요소는, 항상 차동 회전 가능해도 되지만, 임의의 2개를 클러치에 의해 일체적으로 연결할 수 있게 하여, 운전 상태에 따라서 일체 회전시키도록 하거나, 차동용 회전기가 연결되는 회전 요소를 브레이크에 의해 회전 정지할 수 있도록 하거나 하여, 차동 회전을 제한하는 것도 가능하다.
기계식 유단 변속 기구로서는, 유성 기어식이나 평행축식의 변속기가 널리 이용되고 있고, 예를 들면, 복수의 유압 계합 장치가 계합, 해방됨으로써 복수의 기어 단(메카니즘 기어 단)이 성립시켜지도록 구성된다.
복수의 모의 기어 단은, 각각의 변속비(제 2 변속비)를 유지할 수 있도록 출력 회전 속도에 따라서 구동원 회전 속도를 제어함으로써 성립시켜지지만, 각 변속비는 반드시 기계식 유단 변속 기구의 메카니즘 기어 단과 같이 일정 값일 필요는 없고, 소정 범위에서 변화시켜도 되고, 각 부분의 회전 속도의 상한이나 하한 등에 의해서 제한이 가해져도 된다. 모의 기어 단 변속 조건은, 예를 들면, 출력 회전 속도 및 액셀러레이터 조작량 등의 차량의 운전 상태를 파라미터로 하여 미리 정해진 업시프트 선이나 다운시프트 선 등의 변속 맵이 적당하지만, 그 외의 자동 변속 조건을 정할 수도 있고, 시프트 레버나 업다운 스위치 등에 의한 운전자의 변속 지시에 따라서 변속하는 것이어도 된다.
모의 기어 단의 단 수는 메카니즘 기어 단의 단 수 이상이면 된다. 모의 기어 단의 단 수는 메카니즘 기어 단의 단 수와 동일해도 되지만, 메카니즘 기어 단의 단 수보다 많은 것이 바람직하고, 2배 이상이 적당하다. 메카니즘 기어 단의 변속은, 중간 전달 부재나 그 중간 전달 부재에 연결되는 주행 구동용 회전기의 회전 속도가 소정의 회전 속도 범위 내로 보지(保持)되도록 행하는 것이다. 모의 기어 단의 변속은, 구동원 회전 속도가 소정의 회전 속도 범위 내에 보지되도록 행하는 것이다. 이들 메카니즘 기어 단, 모의 기어 단의 단 수는 적당히 정해지지만, 메카니즘 기어 단의 단 수는 예를 들면 2속∼6속 정도의 범위 내가 적당하고, 모의 기어 단의 단 수는 예를 들면 5속∼12속 정도의 범위 내가 적당하다. 이들 단 수를 초과하여 설정할 수도 있다. 복수의 메카니즘 기어 단의 각 변속 조건을, 각각 모의 기어 단 중 어느 것의 변속 타이밍과 동일한 타이밍에 변속이 행해지도록 정하면, 구동원의 회전 속도 변화를 동반하여 기계식 유단 변속 기구의 메카니즘 기어 단의 변속이 행해진다. 이 때문에, 기계식 유단 변속 기구의 변속시에 변속 쇼크가 있더라도 운전자에게 위화감을 주기 어려워진다. 단, 본 발명의 실시에 있어서는, 반드시 복수의 메카니즘 기어 단의 변속 타이밍이 모의 기어 단의 변속 타이밍과 동일한 타이밍일 필요는 없고, 메카니즘 기어 단의 변속시에 구동원 회전 속도가 변화하지 않도록 무단 변속 기구의 변속 제어가 행해져도 된다.
기계식 유단 변속 기구의 고장은, 예를 들면, 복수의 메카니즘 기어 단을 성립시키기 위한 유압 계합 장치의 계합, 해방을 제어하는 솔레노이드 밸브의 고장 등에 의해, 현상적으로는 유압 계합 장치의 계합 불량에 의해 입력 회전 속도의 레이스(raced)가 발생하거나, 현재 메카니즘 기어 단의 이론 변속비로부터 실제의 변속비가 어긋나거나 한다. 유압 계합 장치의 계합 불량은, 해방 상태뿐만 아니라 슬립 상태여도 된다. 또, 출력 회전 속도를 검출하는 센서가 고장난 경우에도, 출력 회전 속도가 0인 상태로 입력 회전 속도의 상승만이 검출됨으로써, 상기 유압 계합 장치의 계합 불량과 마찬가지로 고장 판정이 이루어질 가능성이 있다. 유압 스위치 등의 유압 센서를 이용하여 솔레노이드 밸브 등의 고장 판정을 행할 수도 있다. 유압 센서나 회전 속도 센서 등이 고장난 경우에도, 변속 제어를 적절하게 행할 수 없게 될 가능성이 있기 때문에, 그들 센서의 고장을 포함하여 기계식 유단 변속 기구의 고장 판정을 행하는 것이 바람직하다. 이 고장 판정은, 상기 솔레노이드 밸브 등의 고장을 확정할 수 있는 경우뿐만 아니라, 고장의 가능성이 있는 것뿐이어도 된다. 예를 들면, 회전기를 구동원으로서 주행하는 모터 주행시에 전동식 오일 펌프로부터 작동유가 공급되는 경우, 그 전동식 오일 펌프가 단선 등에 의해 고장난 경우에도 유압 계합 장치의 계합 불량에 의해 입력 회전 속도의 레이스가 발생하지만, 입력 회전 속도의 레이스를 검출한 것만으로는 그 원인까지는 알 수 없기 때문에, 그 경우에도 솔레노이드 밸브에 고장의 가능성이 있다는 취지의 고장 판정이 이루어지고, 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단에 고정하는 등의 고장시 제어(페일세이프 제어)가 행해져도 된다.
이하에서, 본 발명의 실시예를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명이 적용된 차량(10)에 구비된 차량용 구동 장치(12)의 개략 구성을 설명하는 도면임과 함께, 차량(10)에 있어서의 각종 제어를 위한 제어 계통의 주요부를 설명하는 도면이다. 도 1에 있어서, 차량용 구동 장치(12)는, 엔진(14)과, 차체에 장착되는 비회전 부재로서의 트랜스미션 케이스(16)(이하, 케이스(16)라고 함) 내에 있어서 공통의 축심 상에 배치된, 엔진(14)에 직접 또는 도시하지 않은 댐퍼 등을 개재하여 간접적으로 연결된 전기식 무단 변속 기구(18)(이하, 무단 변속 기구(18)라고 함)와, 무단 변속 기구(18)의 출력측에 연결된 기계식 유단 변속 기구(20)(이하, 유단 변속 기구(20)라고 함)를 직렬로 구비하고 있다. 또, 차량용 구동 장치(12)는, 유단 변속 기구(20)의 출력 회전 부재인 출력축(22)에 연결된 차동 기어 장치(24), 차동 기어 장치(24)에 연결된 한 쌍의 차축(26) 등을 구비하고 있다. 차량용 구동 장치(12)에 있어서, 엔진(14)이나 후술하는 제 2 회전기(MG2)로부터 출력되는 동력(특별히 구별하지 않는 경우에는 토오크나 힘도 동일한 의미)은, 유단 변속 기구(20)에 전달되고, 그 유단 변속 기구(20)로부터 차동 기어 장치(24) 등을 거쳐 차량(10)이 구비하는 구동륜(28)에 전달된다. 차량용 구동 장치(12)는, 예를 들면, 차량(10)에 있어서 세로놓기 되는 프런트 엔진 리어 드라이브(FR)형 차량에 적합하게 이용되는 것이다. 또한, 무단 변속 기구(18)나 유단 변속 기구(20) 등은 엔진(14) 등의 회전 축심(상기 공통의 축심)에 대하여 대략 대칭적으로 구성되어 있고, 도 1에서는 그 회전 축심의 아래쪽 절반이 생략되어 있다.
엔진(14)은, 차량(10)의 주행용의 동력원이며, 가솔린 엔진이나 디젤 엔진 등의 내연 기관이다. 이 엔진(14)은, 후술하는 전자 제어 유닛(80)에 의해서 스로틀 밸브 개방도 또는 흡입 공기량, 연료 공급량, 점화 시기 등의 운전 상태가 제어됨으로써 엔진 토오크(Te)가 제어된다. 본 실시예에서는, 엔진(14)은 토오크 컨버터나 플루이드 커플링 등의 유체식 전동 장치를 개재하지 않고 무단 변속 기구(18)에 연결되어 있다.
무단 변속 기구(18)는, 제 1 회전기(MG1)와, 엔진(14)의 동력을 제 1 회전기(MG1) 및 무단 변속 기구(18)의 출력 회전 부재인 중간 전달 부재(30)에 기계적으로 분할하는 동력 분할 기구로서의 차동 기구(32)와, 중간 전달 부재(30)에 동력 전달 가능하게 연결된 제 2 회전기(MG2)를 구비하고 있다. 무단 변속 기구(18)는, 제 1 회전기(MG1)의 운전 상태가 제어됨으로써 차동 기구(32)의 차동 상태가 제어되는 전기식 차동부이며, 전기식 무단 변속기이다. 제 1 회전기(MG1)는 차동용 회전기에 상당하고, 또한, 제 2 회전기(MG2)는 주행용의 동력원으로서 기능하는 전동기로서, 주행 구동용 회전기에 상당한다. 차량(10)은, 주행용의 동력원, 즉 구동원으로서, 엔진(14) 및 제 2 회전기(MG2)를 구비하고 있는 하이브리드 차량이다.
제 1 회전기(MG1) 및 제 2 회전기(MG2)는, 전동기(모터)로서의 기능 및 발전기(제네레이터)로서의 기능을 갖는 회전 전기 기계로서, 소위 모터 제네레이터이다. 제 1 회전기(MG1) 및 제 2 회전기(MG2)는, 각각, 차량(10)에 구비된 인버터(50)를 개재하여, 차량(10)에 구비된 배터리(52)에 접속되어 있고, 후술하는 전자 제어 유닛(80)에 의해서 인버터(50)가 제어됨으로써, 제 1 회전기(MG1) 및 제 2 회전기(MG2)의 각각의 출력 토오크(역행 토오크 또는 회생 토오크)인 MG1 토오크(Tg) 및 MG2 토오크(Tm)가 제어된다. 배터리(52)는, 제 1 회전기(MG1) 및 제 2 회전기(MG2)의 각각에 대하여 전력을 주고받는 축전 장치이다.
차동 기구(32)는, 싱글 피니언형의 유성 기어 장치로 구성되어 있고, 선 기어(S0), 캐리어(CA0) 및 링 기어(R0)의 3개의 회전 요소를 차동 회전 가능하게 구비하고 있다. 캐리어(CA0)에는 연결축(34)을 개재하여 엔진(14)이 동력 전달 가능하게 연결되고, 선 기어(S0)에는 제 1 회전기(MG1)가 동력 전달 가능하게 연결되며, 링 기어(R0)에는 제 2 회전기(MG2)가 동력 전달 가능하게 연결되어 있다. 차동 기구(32)에 있어서, 캐리어(CA0)는 입력 요소로서 기능하고, 선 기어(S0)는 반력 요소로서 기능하고, 링 기어(R0)는 출력 요소로서 기능한다.
유단 변속 기구(20)는, 중간 전달 부재(30)와 구동륜(28) 사이의 동력 전달 경로의 일부를 구성하는 유단 변속기이다. 중간 전달 부재(30)는, 유단 변속 기구(20)의 입력 회전 부재(AT 입력 회전 부재)로서도 기능한다. 중간 전달 부재(30)에는 제 2 회전기(MG2)가 일체 회전하도록 연결되어 있으므로, 유단 변속 기구(20)는, 제 2 회전기(MG2)와 구동륜(28) 사이의 동력 전달 경로의 일부를 구성하는 유단 변속기이다. 유단 변속 기구(20)는, 예를 들면, 제 1 유성 기어 장치(36) 및 제 2 유성 기어 장치(38)의 복수 세트의 유성 기어 장치와, 클러치(C1), 클러치(C2), 브레이크(B1), 브레이크(B2)의 복수의 계합 장치(이하, 특별히 구별하지 않는 경우에는 간단하게 계합 장치(CB)라고 함)를 구비한, 유성 기어식의 자동 변속기이다.
계합 장치(CB)는, 유압 액추에이터에 의해 가압되는 다판식 또는 단판식의 클러치나 브레이크, 유압 액추에이터에 의해서 조여지는 밴드 브레이크 등에 의해 구성되는, 유압식의 마찰 계합 장치이다. 계합 장치(CB)는, 차량(10)에 구비된 유압 제어 회로(54) 내의 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4)(도 4 참조)로부터 각각 출력되는 압력조절된 각 계합 유압(Pcb)에 의해 각각의 토오크 용량(계합 토오크)(Tcb)이 변화시켜짐으로써, 각각 작동 상태(계합이나 해방 등의 상태)가 전환된다.
유단 변속 기구(20)는, 제 1 유성 기어 장치(36) 및 제 2 유성 기어 장치(38)의 각 회전 요소(선 기어(S1, S2), 캐리어(CA1, CA2), 링 기어(R1, R2))가, 직접적으로 또는 계합 장치(CB)나 원웨이 클러치(F1)를 개재하여 간접적(또는 선택적)으로 일부가 서로 연결되거나, 중간 전달 부재(30), 케이스(16) 또는 출력축(22)에 연결되어 있다.
유단 변속 기구(20)는, 계합 장치(CB) 중 소정의 계합 장치의 계합에 의해서, 변속비(γat)(= AT 입력 회전 속도(ωi) / 출력 회전 속도(ωo))가 다른 복수의 기어 단 중 어느 기어 단이 형성된다. 본 실시예에서는, 유단 변속 기구(20)에 의해 형성되는 기어 단을 AT 기어 단이라고 칭한다. AT 기어 단은 메카니즘 기어 단이고, 변속비(γat)는 제 1 변속비이다. AT 입력 회전 속도(ωi)는, 유단 변속 기구(20)의 입력 회전 부재의 회전 속도(각속도)로서, 중간 전달 부재(30)의 회전 속도와 동일한 값이며, 또한, 제 2 회전기(MG2)의 회전 속도인 MG2 회전 속도(ωm)와 동일한 값이다. AT 입력 회전 속도(ωi)는, MG2 회전 속도(ωm)로 나타낼 수 있다. 출력 회전 속도(ωo)는, 유단 변속 기구(20)의 출력 회전 속도인 출력축(22)의 회전 속도이며, 무단 변속 기구(18)와 유단 변속 기구(20)를 합한 전체의 변속기(40)의 출력 회전 속도이기도 하다.
유단 변속 기구(20)는, 예를 들면 도 2의 계합 작동표에 나타낸 바와 같이, 복수의 AT 기어 단으로서, AT 1속 기어 단 「1st」∼AT 4속 기어 단 「4th」의 4속의 전진용의 AT 기어 단이 형성된다. AT 1속 기어 단의 변속비(γat)가 가장 크고, 고차속측(하이측의 AT 4속 기어 단측)일수록 변속비(γat)가 작아진다. 도 2의 계합 작동표는, 각 AT 기어 단과 계합 장치(CB)의 각 작동 상태(각 AT 기어 단에 있어서 계합시켜지는 계합 장치)와의 관계를 정리한 것이며, 「○」는 계합, 「△」는 엔진 브레이크 시나 유단 변속 기구(20)의 코스트 다운시프트 시에 계합, 공란은 해방을 각각 나타내고 있다. AT 1속 기어 단 「1st」를 형성하는 브레이크(B2)에는 병렬로 원웨이 클러치(F1)가 설치되어 있으므로, 차량(10)의 발진시(가속시)에는 브레이크(B2)를 계합시킬 필요는 없다. 또한, 계합 장치(CB)가 모두 해방됨으로써, 유단 변속 기구(20)는, 어느 AT 기어 단도 형성되지 않는 뉴트럴 상태(즉, 동력 전달을 차단하는 뉴트럴 상태)로 된다.
유단 변속 기구(20)는, 후술하는 전자 제어 유닛(80)에 의해서, 운전자의 액셀러레이터 조작이나 차속(V) 등에 따라서 계합 장치(CB) 중 해방측 계합 장치의 해방과 계합 장치(CB) 중 계합측 계합 장치의 계합이 제어됨으로써, 형성되는 AT 기어 단이 전환된다(즉, 복수의 AT 기어 단 중 어느 것이 선택적으로 형성된다). 즉, 유단 변속 기구(20)의 변속 제어에 있어서는, 예를 들면, 계합 장치(CB) 중 어느 계합의 전환에 의해(즉, 계합 장치(CB)의 계합과 해방의 전환에 의해) 변속이 실행되는, 소위 클러치 투 클러치 변속이 실행된다. 예를 들면, AT 2속 기어 단 「2nd」로부터 AT 1속 기어 단 「1st」로의 다운시프트(2 → 1 다운시프트)에서는, 도 2의 계합 작동표에 나타낸 바와 같이, 해방측 계합 장치가 되는 브레이크(B1)가 해방됨과 함께, AT 1속 기어 단 「1st」에 의해 계합시켜지는 계합 장치(클러치(C1) 및 브레이크(B2)) 중에서 2 → 1 다운시프트 전에는 해방되어 있던 계합측 계합 장치가 되는 브레이크(B2)가 계합시켜진다. 이 때, 브레이크(B1)의 해방 과도(過渡) 유압이나 브레이크(B2)의 계합 과도 유압이 미리 정해진 변화 패턴 등에 따라서 압력조절 제어된다.
도 4는 상기 계합 장치(CB)를 계합 해방 제어하는 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4)를 포함하는 유압 제어 회로(54)의 주요부를 나타내는 회로도이다. 유압 제어 회로(54)는, 엔진(14)에 의해서 회전 구동되는 기계식 오일 펌프(100), 및 엔진 비작동시에 펌프용 전동기(102)에 의해서 회전 구동되는 전동식 오일 펌프(EOP)(104)를, 계합 장치(CB)의 유압원으로서 구비하고 있다. 이들 오일 펌프(100, 104)로부터 출력된 작동유는, 각각 체크 밸브(106, 108)를 거쳐 라인압 유로(110)에 공급되고, 프라이머리 레귤레이터 밸브 등의 라인압 컨트롤 밸브(112)에 의해 소정의 라인압(PL)으로 압력조절된다. 라인압 컨트롤 밸브(112)에는 리니어 솔레노이드 밸브(SLT)가 접속되어 있고, 리니어 솔레노이드 밸브(SLT)는, 전자 제어 유닛(80)에 의해서 전기적으로 제어됨으로써, 대략 일정압인 모듈레이터 유압(Pmo)을 원압(元壓)으로 하여 신호압(Pslt)을 출력한다. 그리고, 그 신호압(Pslt)이 라인압 컨트롤 밸브(112)에 공급되면, 라인압 컨트롤 밸브(112)의 스풀(114)이 신호압(Pslt)에 의해서 가압되고, 배출용 유로(116)의 개구 면적을 변화시키면서 스풀(114)이 축 방향으로 이동시켜짐으로써, 그 신호압(Pslt)에 따라서 라인압(PL)이 압력조절된다. 이 라인압(PL)은, 예를 들면, 출력 요구량인 액셀러레이터 개방도(θacc) 등에 따라서 압력조절된다. 상기 리니어 솔레노이드 밸브(SLT)는 라인압 조정용의 전자 압력조절 밸브이고, 라인압 컨트롤 밸브(112)는, 리니어 솔레노이드 밸브(SLT)로부터 공급되는 신호압(Pslt)에 따라서 라인압(PL)을 압력조절하는 유압 제어 밸브이다. 이들 라인압 컨트롤 밸브(112) 및 리니어 솔레노이드 밸브(SLT)를 포함하여 라인압 조정 장치(118)가 구성되어 있다. 리니어 솔레노이드 밸브(SLT)는 노멀리 오픈(N/O)형이고, 단선 등에 의한 비통전시에는, 신호압(Pslt)으로서 모듈레이터 유압(Pmo)이 대략 그대로 출력되고, 라인압 컨트롤 밸브(112)에 의해서 고압의 라인압(PL)으로 압력조절된다.
라인압 조정 장치(118)에 의해서 압력조절된 라인압(PL)의 작동유는, 라인압 유로(110)를 거쳐 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4) 등에 공급된다. 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4)는, 상기 클러치(C1, C2), 브레이크(B1, B2)의 각 유압 액추에이터(유압 실린더)(120, 122, 124, 126)에 대응하여 배치되어 있고, 전자 제어 유닛(80)으로부터 공급되는 유압 제어 지령 신호(Sat)의 계합 해방 지령(솔레노이드의 여자(勵磁) 전류)에 따라서 각각 출력 유압(계합 유압(Pcb))이 제어된다. 이에 의해, 클러치(C1, C2), 브레이크(B1, B2)가 개별적으로 계합 해방 제어되고, 상기 AT 1속 기어 단 「1st」∼AT 4속 기어 단 「4th」 중 어느 AT 기어 단이 형성된다. 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4)는 모두 노멀리 클로즈(N/C)형이고, 단선 등에 의한 비통전시에는, 유압 액추에이터(120, 122, 124, 126)에 대한 유압의 공급이 차단되고, 클러치(C1, C2), 브레이크(B1, B2)가 계합 불능이 된다. 이들 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4)는, 전자 제어 유닛(80)으로부터 공급되는 유압 제어 지령 신호(Sat)에 따라서 클러치(C1, C2), 브레이크(B1, B2)를 선택적으로 계합시키는 솔레노이드 밸브이다.
유압 제어 회로(54)에는 또한, 유압 제어에 관한 전체 전원이 차단되는 전체 전원 OFF 시에 상기 AT 1속 기어 단 「1st」를 기계적으로 형성하는 전체 OFF 시 기어 단 형성 회로(제 1 회로의 일례)(130)가 설치되어 있다. AT 1속 기어 단 「1st」는 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단의 일례이며, 유단 변속 기구(20)의 복수의 AT 기어 단 중에서 변속비(γat)가 가장 큰 최저속 메카니즘 기어 단이다. 전체 OFF 시 기어 단 형성 회로(130)는, 상기 리니어 솔레노이드 밸브(SL1, SL4)와 병렬로 설치된 바이패스 유로(132, 134)와, 그들 바이패스 유로(132, 134)를 각각 라인압 유로(110)에 대하여 접속, 차단하는 전환 밸브(136)를 구비하고 있다. 바이패스 유로(132)는, 리니어 솔레노이드 밸브(SL1)를 경유하지 않고 클러치(C1)의 유압 액추에이터(120)와 라인압 유로(110)를 접속하는 유로이고, 바이패스 유로(134)는, 리니어 솔레노이드 밸브(SL4)를 경유하지 않고 브레이크(B2)의 유압 액추에이터(126)와 라인압 유로(110)를 접속하는 유로이며, 이들 바이패스 유로(132, 134)로부터 유압 액추에이터(120, 126)에 라인압(PL)이 공급됨으로써 AT 1속 기어 단 「1st」가 형성된다.
전환 밸브(136)는, 온/오프 솔레노이드 밸브(SC)로부터 파일럿압(Psc)이 공급됨으로써, 도면에 나타난 바와 같이 바이패스 유로(132, 134)를 함께 차단하는 차단 위치로 전환된다. 전환 밸브(136)는, 파일럿압(Psc)의 공급이 정지하면, 스프링의 가압력에 따라서 바이패스 유로(132, 134)를 함께 접속하는 접속 위치로 전환된다. 온/오프 솔레노이드 밸브(SC)는 노멀리 클로즈(N/C)형이고, 통전시에는 파일럿압(Psc)이 출력되어 전환 밸브(136)가 차단 위치로 되고, 비통전시에는 파일럿압(Psc)의 출력이 정지하여 전환 밸브(136)가 접속 위치로 되지만, 통상은 항상 통전 상태로 되어 파일럿압(Psc)을 출력한다. 따라서, 온/오프 솔레노이드 밸브(SC)의 통전 가능한 정상시에는 바이패스 유로(132, 134)가 함께 차단되고, 클러치(C1) 및 브레이크(B2)는 리니어 솔레노이드 밸브(SL1, SL4)로부터 공급되는 계합 유압(Pc1, Pb2)에 따라서 계합 해방 제어되는 한편, 전체 전원 OFF 시에는 바이패스 유로(132, 134)가 함께 접속됨으로써, 클러치(C1) 및 브레이크(B2)가 함께 계합시켜져서 AT 1속 기어 단 「1st」가 형성되고, 그 AT 1속 기어 단 「1st」에 의해 차량(10)의 퇴피 주행이 가능하게 된다. 상기 라인압 조정 장치(118)의 리니어 솔레노이드 밸브(SLT)는 노멀리 오픈형이기 때문에, 전체 전원 OFF 시에 있어서도 라인압 컨트롤 밸브(112)에 의해서 소정의 라인압(PL)이 확보된다. 또한, 바이패스 유로(134)를 생략하고, 바이패스 유로(132)를 개재하여 클러치(C1)를 계합시키는 것만으로, 전체 전원 OFF 시의 AT 1속 기어 단 「1st」를 형성해도 된다. 또, 차량(10)의 주행시에 있어서의 고장 발생을 고려하여, AT 3속 기어 단 「3rd」 등의 그 외의 AT 기어 단을 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단으로서 성립시키도록 해도 된다.
도 3은 무단 변속 기구(18) 및 유단 변속 기구(20)에 있어서의 각 회전 요소의 회전 속도의 상대적 관계를 나타내는 공선도이다. 도 3에 있어서, 무단 변속 기구(18)를 구성하는 차동 기구(32)의 3개의 회전 요소에 대응하는 3개의 세로선 Y1, Y2, Y3은, 좌측부터 순서대로, 제 2 회전 요소(RE2)에 대응하는 선 기어(S0)의 회전 속도를 나타내는 g축이고, 제 1 회전 요소(RE1)에 대응하는 캐리어(CA0)의 회전 속도를 나타내는 e축이고, 제 3 회전 요소(RE3)에 대응하는 링 기어(R0)의 회전 속도(즉, 유단 변속 기구(20)의 입력 회전 속도)를 나타내는 m축이다. 또, 유단 변속 기구(20)의 4개의 세로선 Y4, Y5, Y6, Y7은, 좌측부터 순서대로, 제 4 회전 요소(RE4)에 대응하는 선 기어(S2)의 회전 속도, 제 5 회전 요소(RE5)에 대응하는 상호 연결된 링 기어(R1) 및 캐리어(CA2)의 회전 속도(즉, 출력축(22)의 회전 속도), 제 6 회전 요소(RE6)에 대응하는 상호 연결된 캐리어(CA1) 및 링 기어(R2)의 회전 속도, 제 7 회전 요소(RE7)에 대응하는 선 기어(S1)의 회전 속도를 각각 나타내는 축이다. 세로선 Y1, Y2, Y3의 상호의 간격은 차동 기구(32)의 기어비(이빨 수 비)(ρ0)에 따라서 정해져 있다. 또, 세로선 Y4, Y5, Y6, Y7의 상호의 간격은 제 1, 제 2 유성 기어 장치(36, 38)의 각 기어비(ρ1, ρ2)에 따라서 정해져 있다. 싱글 피니언형의 유성 기어 장치의 경우, 공선도의 세로축 간의 관계에 있어서 선 기어와 캐리어 사이의 간격을 「1」이라고 하면, 캐리어와 링 기어 사이의 간격이 기어비(ρ)(= 선 기어의 이빨 수(Zs) / 링 기어의 이빨 수(Zr))가 된다.
도 3의 공선도를 이용하여 표현하면, 무단 변속 기구(18)의 차동 기구(32)에 있어서, 제 1 회전 요소(RE1)에 엔진(14)(도면 내의 「ENG」 참조)이 연결되고, 제 2 회전 요소(RE2)에 제 1 회전기(MG1)(도면 내의 「MG1」 참조)가 연결되고, 중간 전달 부재(30)와 일체 회전하는 제 3 회전 요소(RE3)에 제 2 회전기(MG2)(도면 내의 「MG2」 참조)가 연결되어, 엔진(14)의 회전이 중간 전달 부재(30)를 거쳐 유단 변속 기구(20)에 전달되도록 구성되어 있다. 무단 변속 기구(18)에서는, 세로선 Y2를 가로지르는 각 직선 L0, L0R에 의해, 선 기어(S0), 캐리어(CA0) 및 링 기어(R0)의 상호의 회전 속도의 관계가 나타내어진다.
또, 유단 변속 기구(20)에 있어서, 제 4 회전 요소(RE4)는 클러치(C1)를 개재하여 중간 전달 부재(30)에 선택적으로 연결되고, 제 5 회전 요소(RE5)는 출력축(22)에 연결되고, 제 6 회전 요소(RE6)는 클러치(C2)를 개재하여 중간 전달 부재(30)에 선택적으로 연결됨과 함께 브레이크(B2)를 개재하여 케이스(16)에 선택적으로 연결되고, 제 7 회전 요소(RE7)는 브레이크(B1)를 개재하여 케이스(16)에 선택적으로 연결되도록 되어 있다. 유단 변속 기구(20)에서는, 계합 장치(CB)의 계합 해방 제어에 의해서 세로선 Y5를 가로 지르는 각 직선 L1, L2, L3, L4, LR에 의해, 각 AT 기어 단 「1st」, 「2nd」, 「3rd」, 「4th」, 「Rev」에 있어서의 각 회전 요소(RE4∼RE7)의 상호의 회전 속도의 관계가 나타내어진다.
도 3 내에 실선으로 나타낸, 직선 L0 및 직선 L1, L2, L3, L4는, 적어도 엔진(14)을 동력원으로 하여 차량(10)이 주행하는 엔진 주행이 가능한 하이브리드 주행 모드에서의 전진 주행에 있어서의 각 회전 요소의 상대 회전 속도를 나타내고 있다. 이 하이브리드 주행 모드에서는, 차동 기구(32)에 있어서, 캐리어(CA0)에 입력되는 엔진 토오크(Te)에 대하여, 제 1 회전기(MG1)에 의한 부(負) 토오크인 반력 토오크가 정(正) 회전에 의해 선 기어(S0)에 입력되면, 링 기어(R0)에는 정 회전에 의해 정 토오크가 되는 엔진 직달(直達) 토오크(Td)〔= Te / (1 + ρ) = - (1 / ρ) × Tg〕가 나타난다. 그리고, 액셀러레이터 개방도(θacc) 등의 요구 구동력에 따라서, 엔진 직달 토오크(Td)와 MG2 토오크(Tm)의 합산 토오크가 차량(10)의 전진 방향의 구동 토오크로서, AT 1속 기어 단 「1st」∼AT 4속 기어 단 「4th」 중 어느 AT 기어 단이 형성된 유단 변속 기구(20)를 거쳐 구동륜(28)에 전달된다. 이 때, 제 1 회전기(MG1)는 정 회전에 의해 부 토오크를 발생하는 발전기로서 기능한다. 제 1 회전기(MG1)의 발전 전력(Wg)은 배터리(52)에 충전되거나 제 2 회전기(MG2)에서 소비된다. 제 2 회전기(MG2)는, 발전 전력(Wg)의 전부 또는 일부를 이용하여, 또는 발전 전력(Wg)에 추가하여 배터리(52)로부터의 전력을 이용하여, MG2 토오크(Tm)를 출력한다.
도 3에 도시하지는 않았지만, 엔진(14)을 정지시킴과 함께 제 2 회전기(MG2)를 동력원으로 하여 차량(10)이 주행하는 모터 주행이 가능한 모터 주행 모드에서의 공선도에서는, 차동 기구(32)에 있어서, 캐리어(CA0)는 제로 회전으로 되고, 링 기어(R0)에는 정 회전에 의해 정 토오크가 되는 MG2 토오크(Tm)가 입력된다. 이 때, 선 기어(S0)에 연결된 제 1 회전기(MG1)는, 무부하 상태로 되어 부 회전에 의해 공회전시켜진다. 즉, 모터 주행 모드에서는, 엔진(14)은 구동되지 않고, 엔진(14)의 회전 속도인 엔진 회전 속도(ωe)는 제로로 되고, MG2 토오크(Tm)(여기서는 정 회전의 역행 토오크)가 차량(10)의 전진 방향의 구동 토오크로서, AT 1속 기어 단 「1st」∼AT 4속 기어 단 「4th」 중 어느 AT 기어 단이 형성된 유단 변속 기구(20)를 거쳐 구동륜(28)에 전달된다.
도 3 내에 파선으로 나타낸, 직선 L0R 및 직선 LR은, 모터 주행 모드에서의 후진 주행에 있어서의 각 회전 요소의 상대 회전 속도를 나타내고 있다. 이 모터 주행 모드에서의 후진 주행에서는, 링 기어(R0)에는 부 회전에 의해 부 토오크가 되는 MG2 토오크(Tm)가 입력되고, 그 MG2 토오크(Tm)가 차량(10)의 후진 방향의 구동 토오크로서, AT 1속 기어 단 「1st」가 형성된 유단 변속 기구(20)를 거쳐 구동륜(28)에 전달된다. 후술하는 전자 제어 유닛(80)은, AT 1속 기어 단 「1st」∼AT 4속 기어 단 「4th」 중 전진용의 저차속측(로우측) 기어 단으로서의 AT 1속 기어 단 「1st」를 형성한 상태로, 전진용의 전동기 토오크인 전진용의 MG2 토오크(Tm)(여기서는 정 회전의 정 토오크가 되는 역행 토오크; 특히 MG2 토오크(TmF)라고 나타냄)와는 정/부가 반대가 되는 후진용의 전동기 토오크인 후진용의 MG2 토오크(Tm)(여기서는 부 회전의 부 토오크가 되는 역행 토오크; 특히 MG2 토오크(TmR)라고 나타냄)를 제 2 회전기(MG2)로부터 출력시킴으로써 후진 주행을 행할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예의 차량(10)에서는, 전진용의 AT 기어 단(즉, 전진 주행을 행할 때와 동일한 AT 기어 단)을 이용하여, MG2 토오크(Tm)의 정/부를 반전시킴으로써 후진 주행을 행한다. 유단 변속 기구(20)에서는, 유단 변속 기구(20) 내에서 입력 회전을 반전하여 출력하는, 후진 주행 전용의 AT 기어 단은 형성되지 않는다. 또한, 하이브리드 주행 모드에 있어서도, 엔진(14)을 정 회전 방향으로 회전시킨 채, 직선 L0R과 같이 제 2 회전기(MG2)를 부 회전으로 하는 것이 가능하므로, 모터 주행 모드와 마찬가지로 후진 주행을 행하는 것이 가능하다.
차량용 구동 장치(12)에서는, 엔진(14)이 동력 전달 가능하게 연결된 제 1 회전 요소(RE1)로서의 캐리어(CA0)와, 차동용 전동기(차동용 회전기)로서의 제 1 회전기(MG1)가 동력 전달 가능하게 연결된 제 2 회전 요소(RE2)로서의 선 기어(S0)와, 주행 구동용 전동기(주행 구동용 회전기)로서의 제 2 회전기(MG2)가 동력 전달 가능하게 연결된 제 3 회전 요소(RE3)로서의 링 기어(R0)의 3개의 회전 요소를 갖는 차동 기구(32)를 구비하여, 제 1 회전기(MG1)의 운전 상태가 제어됨으로써 차동 기구(32)의 차동 상태가 제어되는 전기식 변속 기구(전기식 차동 기구)로서의 무단 변속 기구(18)가 구성된다. 즉, 엔진(14)이 동력 전달 가능하게 연결된 차동 기구(32)와, 그 차동 기구(32)에 동력 전달 가능하게 연결된 제 1 회전기(MG1)를 갖고, 제 1 회전기(MG1)의 운전 상태가 제어됨으로써, 차동 기구(32)의 차동 상태가 제어되는 무단 변속 기구(18)가 구성된다. 무단 변속 기구(18)는, 중간 전달 부재(30)의 회전 속도인 MG2 회전 속도(ωm)에 대한 연결축(34)의 회전 속도(즉, 엔진 회전 속도(ωe))의 변속비(γ0)(= ωe / ωm)가 무단계(연속적)로 변화시켜지는 전기적인 무단 변속기로서 작동시켜진다. 엔진 회전 속도(ωe)는 구동원 회전 속도에 상당한다.
예를 들면, 하이브리드 주행 모드에 있어서는, 유단 변속 기구(20)에 의해 소정의 AT 기어 단이 형성됨으로써 구동륜(28)의 회전에 구속되는 링 기어(R0)의 회전 속도에 대하여, 제 1 회전기(MG1)의 회전 속도를 제어함으로써 선 기어(S0)의 회전 속도가 상승 또는 하강시켜지면, 캐리어(CA0)의 회전 속도(즉, 엔진 회전 속도(ωe))가 상승 또는 하강시켜진다. 따라서, 엔진(14)을 동력원으로 하여 차량(10)이 주행하는 엔진 주행에서는, 엔진(14)을 효율이 좋은 운전점에서 작동시키는 것이 가능하다. 즉, 소정의 AT 기어 단이 형성된 유단 변속 기구(20)와 무단 변속기로서 작동시켜지는 무단 변속 기구(18)에 의해, 변속기(40)가 전체로서 무단 변속기를 구성할 수 있다.
또, 무단 변속 기구(18)를 유단 변속기와 같이 변속시키는 것도 가능하므로, AT 기어 단이 형성되는 유단 변속 기구(20)와 유단 변속기와 같이 변속시키는 무단 변속 기구(18)에 의해, 변속기(40) 전체로서 유단 변속기와 같이 변속시킬 수 있다. 즉, 변속기(40)에 있어서, 출력 회전 속도(ωo)에 대한 엔진 회전 속도(ωe)의 변속비(γt)(= ωe / ωo)가 다른 복수의 기어 단(모의 기어 단이라고 칭함) 중 어느 것을 선택적으로 성립시키도록, 유단 변속 기구(20)와 무단 변속 기구(18)를 협조 제어하는 것이 가능하다. 변속비(γt)는, 직렬로 배치된, 무단 변속 기구(18)와 유단 변속 기구(20)에 의해 형성되는 토털 변속비로서, 무단 변속 기구(18)의 변속비(γ0)와 유단 변속 기구(20)의 변속비(γat)를 승산한 값(γt = γ0 × γat)으로 된다. 이 변속비(γt)는 제 2 변속비이다.
복수의 모의 기어 단은, 예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각의 변속비(γt)를 유지할 수 있도록 출력 회전 속도(ωo)에 따라서 제 1 회전기(MG1)에 의해 엔진 회전 속도(ωe)를 제어함으로써 성립시킬 수 있다. 각 모의 기어 단의 변속비(γt)는 반드시 일정 값(도 5에 있어서 원점 0을 지나는 직선)일 필요는 없고, 소정 범위에서 변화시켜도 되고, 각 부분의 회전 속도의 상한이나 하한 등에 의해서 제한이 가해져도 된다. 도 5는 복수의 모의 기어 단으로서 모의 1속 기어 단∼모의 10속 기어 단을 갖는 10단 변속이 가능한 경우이다. 이 도 5로부터 명백한 바와 같이, 복수의 모의 기어 단 중 어느 것을 성립시키기 위해서는, 출력 회전 속도(ωo)에 따라서 엔진 회전 속도(ωe)를 제어하는 것만으로도 되고, 기계식 유단 변속 기구(20)의 AT 기어 단의 종류와는 관계 없이 소정의 모의 기어 단을 성립시킬 수 있다.
모의 기어 단은, 예를 들면, 유단 변속 기구(20)의 각 AT 기어 단과 하나 또는 복수 종류의 무단 변속 기구(18)의 변속비(γ0)와의 조합에 의해서, 유단 변속 기구(20)의 각 AT 기어 단에 대하여 각각 하나 또는 복수 종류를 성립시키도록 할당된다. 예를 들면, 도 6은 기어 단 할당(기어 단 배정) 테이블 중 일례이며, AT 1속 기어 단에 대하여 모의 1속 기어 단∼모의 3속 기어 단이 성립시켜지고, AT 2속 기어 단에 대하여 모의 4속 기어 단∼모의 6속 기어 단이 성립시켜지고, AT 3속 기어 단에 대하여 모의 7속 기어 단∼모의 9속 기어 단이 성립시켜지고, AT 4속 기어 단에 대하여 모의 10속 기어 단이 성립시켜지도록 미리 정해져 있다. 도 7은 도 3과 동일한 공선도 상에 있어서 유단 변속 기구(20)의 AT 기어 단이 AT 2속 기어 단일 때에, 모의 4속 기어 단∼모의 6속 기어 단이 성립시켜지는 경우를 예시한 것이며, 출력 회전 속도(ωo)에 대하여 소정의 변속비(γt)를 실현하는 엔진 회전 속도(ωe)가 되도록 무단 변속 기구(18)가 제어됨으로써, 각 모의 기어 단이 성립시켜진다.
도 1로 되돌아가서, 차량(10)은, 엔진(14), 무단 변속 기구(18) 및 유단 변속 기구(20) 등의 제어를 행하는 컨트롤러로서 기능하는 전자 제어 유닛(80)을 구비하고 있다. 도 1은 전자 제어 유닛(80)의 입출력 계통을 나타내는 도면이며, 또한, 전자 제어 유닛(80)에 의한 제어 기능의 주요부를 설명하는 기능 블록 선도이다. 전자 제어 유닛(80)은, 예를 들면 CPU, RAM, ROM, 입출력 인터페이스 등을 구비한 소위 마이크로 컴퓨터를 포함하여 구성되어 있고, CPU는 RAM의 일시 기억 기능을 이용하면서 미리 ROM에 기억된 프로그램에 따라서 신호 처리를 행함으로써 차량(10)의 각종 제어를 실행한다. 전자 제어 유닛(80)은, 필요에 따라서 엔진 제어용, 변속 제어용 등으로 나누어 구성된다.
전자 제어 유닛(80)에는, 차량(10)에 구비된 각종 센서 등(예를 들면, 엔진 회전 속도 센서(60), MG1 회전 속도 센서(62), MG2 회전 속도 센서(64), 출력 회전 속도 센서(66), 액셀러레이터 개방도 센서(68), 스로틀 밸브 개방도 센서(70), G 센서(72), 시프트 포지션 센서(74), 배터리 센서(76) 등)에 의한 검출값에 기초하는 각종 신호 등(예를 들면, 엔진 회전 속도(ωe), 제 1 회전기(MG1)의 회전 속도인 MG1 회전 속도(ωg), AT 입력 회전 속도(ωi)인 MG2 회전 속도(ωm), 차속(V)에 대응하는 출력 회전 속도(ωo), 운전자의 가속 조작의 크기를 나타내는 운전자의 가속 조작량(즉, 액셀러레이터 페달의 조작량)인 액셀러레이터 개방도(θacc), 전자 스로틀 밸브의 개방도인 스로틀 밸브 개방도(θth), 차량(10)의 전후 가속도(G), 차량(10)에 구비된 시프트 조작 부재로서의 시프트 레버(56)의 조작 위치(POSsh), 배터리(52)의 배터리 온도(THbat)나 배터리 충방전 전류(Ibat), 배터리 전압(Vbat) 등)이 각각 공급된다. 또한, 전자 제어 유닛(80)으로부터는, 차량(10)에 구비된 각 장치(예를 들면, 스로틀 액추에이터나 연료 분사 장치, 점화 장치 등의 엔진 제어 장치(58), 인버터(50), 유압 제어 회로(54), 고장 표시 장치(48) 등)에 각종 지령 신호(예를 들면, 엔진(14)을 제어하기 위한 엔진 제어 지령 신호(Se), 제 1 회전기(MG1) 및 제 2 회전기(MG2)를 제어하기 위한 회전기 제어 지령 신호(Smg), 펌프용 전동기(102) 및 계합 장치(CB)의 작동 상태를 제어하기 위한(즉, 유단 변속 기구(20)의 변속을 제어하기 위한) 유압 제어 지령 신호(Sat), 고장 표시 지령 신호(Sds) 등)가 각각 출력된다. 유압 제어 지령 신호(Sat)는, 예를 들면, 계합 장치(CB)의 각각의 유압 액추에이터(120∼126)에 공급되는 각 계합 유압(Pcb)을 압력조절하는 각 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4)를 구동하기 위한 지령 신호(구동 전류)이다. 전자 제어 유닛(80)은, 각 유압 액추에이터(120∼126)에 공급되는 각 계합 유압(Pcb)의 값에 대응하는 유압 지령값(지시압)을 설정하고, 그 유압 지령값에 따른 구동 전류를 출력한다. 고장 표시 장치(48)는, 유단 변속 기구(20)의 고장을 알리기 위하여 경고 램프를 점등하거나 경고음을 발하거나 하는 장치이고, 운전석 근방의 인스트루먼트 패널 등에 설치된다.
시프트 레버(56)의 조작 포지션(POSsh)는, 예를 들면 P, R, N, D 조작 포지션이다. P 조작 포지션은, 변속기(40)가 뉴트럴 상태로 되고(예를 들면, 계합 장치(CB)의 모두의 해방에 의해서 유단 변속 기구(20)가 동력 전달 불능인 뉴트럴 상태로 되고) 또한 기계적으로 출력축(22)의 회전이 저지(록)된, 변속기(40)의 파킹 포지션(P 포지션)을 선택하는 파킹 조작 포지션이다. R 조작 포지션은, 유단 변속 기구(20)의 AT 1속 기어 단 「1st」가 형성된 상태로 후진용의 MG2 토오크(TmR)에 의해 차량(10)의 후진 주행을 가능하게 하는, 변속기(40)의 후진 주행 포지션(R 포지션)을 선택하는 후진 주행 조작 포지션이다. N 조작 포지션은, 변속기(40)가 뉴트럴 상태로 된, 변속기(40)의 뉴트럴 포지션(N 포지션)을 선택하는 뉴트럴 조작 포지션이다. D 조작 포지션은, 유단 변속 기구(20)의 AT 1속 기어 단 「1st」∼AT 4속 기어 단 「4th」 중 전부의 AT 기어 단을 이용하여(예를 들면, 모의 1속 기어 단∼모의 10속 기어 단 중 전부의 모의 기어 단을 이용하여) 자동 변속 제어를 실행하여 전진 주행을 가능하게 하는, 변속기(40)의 전진 주행 포지션(D 포지션)을 선택하는 전진 주행 조작 포지션이다. 시프트 레버(56)는, 인위적으로 조작됨으로써 변속기(40)의 시프트 포지션의 전환 요구를 접수하는 전환 조작 부재로서 기능한다.
전자 제어 유닛(80)은, 예를 들면, 배터리 충방전 전류(Ibat) 및 배터리 전압(Vbat) 등에 기초하여 배터리(52)의 충전 상태(축전 잔량)(SOC)를 산출한다. 또, 전자 제어 유닛(80)은, 예를 들면, 배터리 온도(THbat) 및 배터리(52)의 충전 상태(SOC)에 기초하여, 배터리(52)의 입력 전력의 제한을 규정하는 충전 가능 전력(입력 가능 전력)(Win), 및 배터리(52)의 출력 전력의 제한을 규정하는 방전 가능 전력(출력 가능 전력)(Wout)을 산출한다. 충방전 가능 전력(Win, Wout)은, 예를 들면, 배터리 온도(THbat)가 상용 영역보다 낮은 저온 영역에서는 배터리 온도(THbat)가 낮을수록 낮게 되고, 또한, 배터리 온도(THbat)가 상용 영역보다 높은 고온 영역에서는 배터리 온도(THbat)가 높을수록 낮게 된다. 또, 충전 가능 전력(Win)은, 예를 들면, 충전 상태(SOC)가 큰 영역에서는 충전 상태(SOC)가 클수록 작게 된다. 방전 가능 전력(Wout)은, 예를 들면, 충전 상태(SOC)가 작은 영역에서는 충전 상태(SOC)가 작을수록 작게 된다.
전자 제어 유닛(80)은 차량(10)에 있어서의 각종 제어를 실행한다. 도 1에 나타낸, AT 변속 제어부(82), 하이브리드 제어부(84) 및 고장시 제어부(90)는, 전자 제어 유닛(80)에 의해서 실행되는 각종 제어 기능의 주요부를 제어부로서 나타낸 것이다.
AT 변속 제어부(82)는, 미리 실험적으로 또는 설계적으로 요구되어 기억된(즉, 미리 정해진) 관계(예를 들면, AT 기어 단 변속 맵)를 이용하여 유단 변속 기구(20)의 변속 판단을 행하고, 필요에 따라서 유단 변속 기구(20)의 변속 제어를 실행하여 유단 변속 기구(20)의 AT 기어 단을 자동적으로 전환하도록, 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4)에 의해 계합 장치(CB)의 계합 해방 상태를 전환하기 위한 유압 제어 지령 신호(Sat)를 유압 제어 회로(54)에 출력한다. 상기 AT 기어 단 변속 맵은 변속 조건에 의해, 예를 들면, 도 8에 「AT」를 붙여 나타낸 변속선에 의해 정해져 있고, 실선은 업시프트 선이고 파선은 다운시프트 선이며, 소정의 히스테리시스가 설치되어 있다. 이 변속 맵은, 예를 들면, 출력 회전 속도(ωo)(여기서는 차속(V) 등도 동일한 의미) 및 액셀러레이터 개방도(θacc)(여기서는 요구 구동 토오크(Tdem)나 스로틀 밸브 개방도(θth) 등도 동일한 의미)를 변수로 하는 이차원 좌표 상에 정해져 있고, 출력 회전 속도(ωo)가 높아짐에 따라서 변속비(γat)가 작은 고차속측(하이측)의 AT 기어 단으로 전환되고, 액셀러레이터 개방도(θacc)가 커짐에 따라서 변속비(γat)가 큰 저차속측(로우측)의 AT 기어 단으로 전환되도록 정해져 있다.
하이브리드 제어부(84)는, 엔진(14)의 작동을 제어하는 엔진 제어 수단, 즉, 엔진 제어부로서의 기능과, 인버터(50)를 개재하여 제 1 회전기(MG1) 및 제 2 회전기(MG2)의 작동을 제어하는 회전기 제어 수단, 즉, 회전기 제어부로서의 기능을 포함하고 있고, 그들 제어 기능에 의해 엔진(14), 제 1 회전기(MG1) 및 제 2 회전기(MG2)에 의한 하이브리드 구동 제어 등을 실행한다. 예를 들면, 액셀러레이터 개방도(θacc) 및 차속(V) 등에 기초하여 요구 구동 파워(Pdem)(관점을 바꾸면, 그 때의 차속(V)에 있어서의 요구 구동 토오크(Tdem))를 산출하고, 배터리(52)의 충방전 가능 전력(Win, Wout) 등을 고려하여, 요구 구동 파워(Pdem)를 실현하도록, 엔진(14), 제 1 회전기(MG1) 및 제 2 회전기(MG2)를 제어하는 지령 신호(엔진 제어 지령 신호(Se) 및 회전기 제어 지령 신호(Smg))를 출력한다. 엔진 제어 지령 신호(Se)는, 예를 들면, 그 때의 엔진 회전 속도(ωe)에 있어서의 엔진 토오크(Te)를 출력하는 엔진 파워(Pe)의 지령값이다. 회전기 제어 지령 신호(Smg)는, 예를 들면, 엔진 토오크(Te)의 반력 토오크(그 때의 MG1 회전 속도(ωg)에 있어서의 MG1 토오크(Tg))를 출력하는 제 1 회전기(MG1)의 발전 전력(Wg)의 지령값이고, 또한, 그 때의 MG2 회전 속도(ωm)에 있어서의 MG2 토오크(Tm)를 출력하는 제 2 회전기(MG2)의 소비 전력(Wm)의 지령값이다.
하이브리드 제어부(84)는, 주행 모드로서, 모터 주행 모드 또는 하이브리드 주행 모드를 차량 상태에 따라서 선택적으로 성립시킨다. 예를 들면, 요구 구동 파워(Pdem)가 미리 정해진 역치보다 작은 모터 주행 영역(예를 들면, 저차속이고 또한 저구동 토오크인 영역)에 있는 경우에는, 엔진(14)을 정지하여 제 2 회전기(MG2)만으로 차량(10)이 주행하는 모터 주행 모드를 성립시키는 한편으로, 요구 구동 파워(Pdem)가 미리 정해진 역치 이상이 되는 하이브리드 주행 영역에 있는 경우에는, 엔진(14)을 작동시켜 차량(10)이 주행하는 하이브리드 주행 모드를 성립시킨다. 하이브리드 주행 모드에서는, 회생 제어되는 제 1 회전기(MG1)로부터의 전기 에너지 및/또는 배터리(52)로부터의 전기 에너지를 제 2 회전기(MG2)에 공급하고, 그 제 2 회전기(MG2)를 구동(역행 제어)하여 구동륜(28)에 토오크를 부여함으로써, 엔진(14)의 동력을 보조하기 위한 토오크 어시스트를 필요에 따라서 실행한다. 또, 모터 주행 영역이더라도, 배터리(52)의 충전 상태(SOC)나 방전 가능 전력(Wout)이 미리 정해진 역치 미만인 경우에는, 하이브리드 주행 모드를 성립시킨다. 모터 주행 모드로부터 하이브리드 주행 모드로 이행할 때의 엔진(14)의 시동은, 차량(10)이 주행중인지 정차중인지에 관계없이, 예를 들면, 제 1 회전기(MG1)에 의해 엔진 회전 속도(ωe)를 끌어올려 크랭킹함으로써 행할 수 있다.
하이브리드 제어부(84)는 또한, 무단 변속 제어 수단으로서 기능하는 무단 변속 제어부(86), 및 모의 유단 변속 제어 수단으로서 기능하는 모의 유단 변속 제어부(88)를 구비하고 있다. 무단 변속 제어부(86)는, 무단 변속 기구(18)를 무단 변속기로서 작동시켜 변속기(40) 전체로서 무단 변속기로서 작동시키는 것이며, 예를 들면, 엔진 최적 연비 선 등을 고려하여, 요구 구동 파워(Pdem)를 실현하는 엔진 파워(Pe)가 얻어지는 엔진 회전 속도(ωe)와 엔진 토오크(Te)가 되도록, 엔진(14)을 제어함과 함께 제 1 회전기(MG1)의 발전 전력(Wg)을 제어함으로써, 무단 변속 기구(18)의 무단 변속 제어를 실행하여 무단 변속 기구(18)의 변속비(γ0)를 변화시킨다. 이 제어의 결과로서, 변속기(40)를 무단 변속기로서 작동시킨 경우의 전체의 변속비(γt)가 제어된다. 무단 변속 제어부(86)는 또한, 유단 변속 기구(20)의 고장시 등에는, 액셀러레이터 개방도(θacc)가 큰 경우 등, 필요에 따라서 엔진(14)이 최대 파워까지 낼 수 있도록, 상기 엔진 최적 연비 선으로부터 떨어져서 엔진(14)의 작동 상태(엔진 회전 속도(ωe) 및 엔진 토오크(Te))를 제어함과 함께, 제 1 회전기(MG1)의 발전 전력(Wg)을 제어함으로써, 무단 변속 기구(18)의 변속비(γ0)를 무단계로 변화시킨다.
모의 유단 변속 제어부(88)는, 무단 변속 기구(18)를 유단 변속기와 같이 변속시켜 변속기(40) 전체로서 유단 변속기와 같이 변속시키는 것이다. 모의 유단 변속 제어부(88)는, 미리 정해진 관계(예를 들면, 모의 기어 단 변속 맵)를 이용하여 변속기(40)의 변속 판단을 행하고, AT 변속 제어부(82)에 의한 유단 변속 기구(20)의 AT 기어 단의 변속 제어와 협조하여, 상기 복수의 모의 기어 단 중 어느 것을 선택적으로 성립시키도록 무단 변속 기구(18)의 변속 제어(유단 변속)를 실행한다. 모의 기어 단 변속 맵은, AT 기어 단 변속 맵과 마찬가지로 출력 회전 속도(ωo) 및 액셀러레이터 개방도(θacc)를 파라미터로 하여 미리 정해져 있다. 도 8은 모의 기어 단 변속 맵의 일례이며, 실선은 업시프트 선이고 파선은 다운시프트 선이다. 모의 기어 단 변속 맵에 따라서 모의 기어 단이 전환됨으로써, 무단 변속 기구(18)와 유단 변속 기구(20)가 직렬로 배치된 변속기(40) 전체로서 유단 변속기와 동일한 변속감이 얻어진다. 변속기(40) 전체로서 유단 변속기와 같이 변속시키는 모의 유단 변속 제어는, 예를 들면, 운전자에 의해서 스포츠 주행 모드 등의 주행 성능 중시의 주행 모드가 선택된 경우나 요구 구동 토오크(Tdem)가 비교적 큰 경우에, 변속기(40) 전체로서 무단 변속기로서 작동시키는 무단 변속 제어에 우선하여 실행하는 것만이어도 되지만, 소정의 실행 제한시를 제외하고 기본적으로 모의 유단 변속 제어가 실행되어도 된다. 또한, 시프트 레버(56)나 업다운 스위치 등에 의한 운전자의 변속 지시에 따라서 모의 기어 단을 전환하는 메뉴얼 변속 모드를 구비하고 있어도 된다.
모의 유단 변속 제어부(88)에 의한 모의 유단 변속 제어와, AT 변속 제어부(82)에 의한 유단 변속 기구(20)의 변속 제어는, 협조하여 실행된다. 본 실시예에서는, AT 1속 기어 단∼AT 4속 기어 단의 4종류의 AT 기어 단에 대하여, 모의 1속 기어 단∼모의 10속 기어 단의 10종류의 모의 기어 단이 할당되어 있다. 이와 같은 것으로부터, 모의 3속 기어 단과 모의 4속 기어 단 사이에서의 변속(모의 3 ⇔ 4 변속이라고 나타냄)이 행해질 때에 AT 1속 기어 단과 AT 2속 기어 단 사이에서의 변속(AT 1 ⇔ 2 변속이라고 나타냄)이 행해지고, 또한, 모의 6 ⇔ 7 변속이 행해질 때에 AT 2 ⇔ 3 변속이 행해지고, 또한, 모의 9 ⇔ 10 변속이 행해질 때에 AT 3 ⇔ 4 변속이 행해진다(도 6 참조). 그 때문에, 모의 기어 단의 변속 타이밍과 동일한 타이밍에 AT 기어 단의 변속이 행해지도록, AT 기어 단 변속 맵이 정해져 있다. 구체적으로는, 도 8에 있어서의 모의 기어 단의 「3 → 4」, 「6 → 7」, 「9 → 10」의 각 업시프트 선은, AT 기어 단 변속 맵의 「1 → 2」, 「2 → 3」, 「3 → 4」의 각 업시프트 선과 일치하고 있다(도 8 내에 기재한 「AT 1 → 2」 등 참조). 또, 도 8에 있어서의 모의 기어 단의 「3 ← 4」, 「6 ← 7」, 「9 ← 10」의 각 다운시프트 선은, AT 기어 단 변속 맵의 「1 ← 2」, 「2 ← 3」, 「3 ← 4」의 각 다운시프트 선과 일치하고 있다(도 8 내에 기재한 「AT 1 ← 2」 등 참조). 또는, 도 8의 모의 기어 단 변속 맵에 의한 모의 기어 단의 변속 판단에 기초하여, AT 기어 단의 변속 지령을 AT 변속 제어부(82)에 대하여 출력하도록 해도 된다. 이와 같이, AT 변속 제어부(82)는, 유단 변속 기구(20)의 AT 기어 단의 전환을, 모의 기어 단이 전환될 때에 행한다. 모의 기어 단의 변속 타이밍과 동일한 타이밍에 AT 기어 단의 변속이 행해지기 때문에, 엔진 회전 속도(ωe)의 변화를 동반하여 유단 변속 기구(20)의 변속이 행해지게 되고, 그 유단 변속 기구(20)의 변속에 따른 쇼크가 있더라도 운전자에게 위화감을 주기 어렵게 된다.
고장시 제어부(90)는, 유단 변속 기구(20)의 변속 제어에 관여하는 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4) 등의 고장에 의해 계합 장치(CB)의 계합 불량이 발생한 경우에, 퇴피 주행을 가능하게 하는 고장시 제어(페일세이프 제어)를 실행하는 것이다. 고장시 제어부(90)는, 고장 검출 수단으로서 기능하는 고장 검출부(92), 및 고장시 전체 OFF 제어 수단으로서 기능하는 고장시 전체 OFF 제어부(94)를 구비하고 있고, 도 9의 플로우차트의 단계 S1∼S5(이하, 간단하게 S1∼S5라고 함)에 따라서 신호 처리를 행한다. 도 9의 S1은 고장 검출부(92)에 상당하고, S3은 고장시 전체 OFF 제어부(94)에 상당한다.
도 9의 S1에서는, 유단 변속 기구(20)(AT부)에 고장이 발생하였는지 여부를 판단한다. 유단 변속 기구(20)의 고장은, 유단 변속 기구(20)의 변속 제어를 적절하게 행할 수 없는 것과 같은 고장이고, 고장의 예로서는 계합 장치(CB)를 계합 해방 제어하는 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4)나 출력 회전 속도 센서(66) 등의 단선이나 커넥터 빠짐 등이며, 본 실시예에서는 차량 발진시나 주행중에 AT 입력 회전 속도(ωi), 즉, MG2 회전 속도(ωm)가 이상(異常)적으로 상승하는 레이스가 발생하였는지 여부를 판단한다. 이 레이스의 발생은, 계합 장치(CB)를 거쳐 동력 전달이 정상적으로 행해지고 있지 않은 동력 전달 상태의 이상이고, 동력 전달 상태의 이상의 예로서는, 계합 장치(CB)가 계합 불량인 경우나, 출력 회전 속도 센서(66)의 고장에 의해 출력 회전 속도(ωo)의 검출값이 0이 된 것과 같은 경우이다. 소정의 AT 기어 단이 정상적으로 성립하고 있는 경우에는, 출력 회전 속도(ωo)에 현재의 AT 기어 단의 이론 변속비(γatR)를 곱한 값(ωo × γatR)과, 실제의 AT 입력 회전 속도(ωi)가 대략 일치하기 때문에, 예를 들면, 다음 식 (1)을 만족시키는지 여부에 의해서 레이스의 유무를 판단할 수 있다. 즉, AT 입력 회전 속도(ωi)가, 출력 회전 속도(ωo)에 이론 변속비(γatR)를 곱한 값에 여유값(X)을 더한 값(ωo × γatR + X) 이상인 경우에는, 계합 장치(CB)가 계합 불량에 의해 레이스가 발생했다고 생각되고, 유단 변속 기구(20)에 고장의 가능성이 있다는 취지의 고장 판정이 이루어진다.
Figure pat00001
S1의 판단이 NO(부정)인 경우, 즉, 레이스의 발생을 검출할 수 없는 경우에는, S5에서 모의 유단 변속 제어부(88)에 의한 모의 유단 변속 제어의 실행을 허가하여 일련의 제어를 종료한다. S1의 판단이 YES(긍정)인 경우, 즉, 레이스가 검출되어 고장 판정이 이루어진 경우에는, S2∼S4의 페일세이프 제어를 실행한다. S2에서는, 고장 표시 지령 신호(Sds)를 고장 표시 장치(48)에 출력함으로써, 경고 램프를 점등하거나 경고음을 발하거나 하여 운전자에게 고장이 발생하였음을 알린다. 이에 의해, 유단 변속 기구(20)의 고장에 의해, 예를 들면, 액셀러레이터 개방도(θacc)에 따른 변속 제어가 행해지지 않거나, 원하는 구동력 성능이 얻어지지 않거나 한 경우이더라도, 운전자가 납득할 수 있음과 함께, 차량 상태 등에 의해 필요에 따라서 신속하게 차량(10)을 퇴피시킬 수 있다.
S3에서는, 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4)의 고장에도 불구하고 차량(10)의 퇴피 주행을 행할 수 있도록 전체 OFF 제어를 실행한다. 전체 OFF 제어는, 유압 제어에 관여하는 전체 전원을 OFF로 함으로써, 전체 OFF 시 기어 단 형성 회로(130)의 전환 밸브(136)를 접속 위치로 전환하여 바이패스 유로(132, 134)로부터 클러치(C1) 및 브레이크(B2)에 라인압(PL)이 공급되도록 하고, 기계적으로 AT 1속 기어 단 「1st」를 형성하는 제어이다. 이에 의해, 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4)의 전부 또는 일부가 고장인 경우이더라도, AT 1속 기어 단 「1st」가 형성된 유단 변속 기구(20)를 거쳐 동력 전달이 행해지게 되고, 퇴피 주행이 가능하게 된다. 또한, 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4) 중 어느 하나만이 고장인 경우에는, 반드시 이와 같은 전체 OFF 제어를 행할 필요는 없고, 고장난 리니어 솔레노이드 밸브를 필요로 하지 않는 어느 AT 기어 단을 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단으로서 성립시키도록 해도 된다.
또, S4에서는, 모의 유단 변속 제어부(88)에 의한 모의 유단 변속 제어의 실행을 금지하고, 무단 변속 기구(18)가 무단 변속 제어부(86)에 의해서 무단 변속되도록 한다. 무단 변속 제어부(86)는, 예를 들면, 엔진(14)이 최적 연비 선 상에서 작동시켜지도록, 차속(V)이나 액셀러레이터 개방도(θacc) 등의 차량 상태에 따라서 엔진(14)의 작동 상태(엔진 회전 속도(ωe) 및 엔진 토오크(Te)) 및 제 1 회전기(MG1)의 발전 전력(Wg)을 제어하여, 무단 변속 기구(18)의 변속비(γ0)를 무단계로 변화시킨다. 또, 유단 변속 기구(20)의 고장에 의한 전체 OFF 제어에 의해 유단 변속 기구(20)가 AT 1속 기어 단 「1st」에 고정되어 있는 경우에는, 무단 변속 기구(18)의 출력 부재인 중간 전달 부재(30)의 회전 속도(ωi)가 차속(V)에 따라서 제약받기 때문에, 상기 최적 연비 선으로부터 떨어져서 엔진(14)을 작동시키는 것이 허용된다. 예를 들면, 액셀러레이터 개방도(θacc)가 큰 경우 등, 필요에 따라서 엔진(14)이 최대 파워까지 낼 수 있도록, 엔진(14)의 작동 상태 및 제 1 회전기(MG1)의 발전 전력(Wg)을 제어함으로써, 무단 변속 기구(18)의 변속비(γ0)를 무단계로 변화시키고, 구동력 성능을 대폭 향상시킬 수 있다. 즉, 유단 변속 기구(20)가 AT 1속 기어 단 「1st」에 고정되면, 도 6의 할당 테이블로부터 모의 기어 단은 모의 3속 기어 단 이하로 제한되기 때문에, 모의 유단 변속 제어부(88)에 의한 모의 유단 변속 제어가 그대로 유지되면, 도 5로부터 명백한 바와 같이 최고 차속이 제한되지만, 모의 유단 변속 제어가 무단 변속 제어로 전환됨으로써, 유단 변속 기구(20)가 AT 1속 기어 단이더라도 무단 변속 기구(18)의 변속비(γ0)를 작게 함으로써 최고 차속를 대폭 끌어올릴 수 있다.
여기서, S3 및 S4의 페일세이프 제어를 개시시키는 것에 있어서, 개시 허가 조건을 마련해도 된다. 차량(10)이 고차속 상태일 때에 AT 1속 기어 단 「1st」가 형성되면, 중간 전달 부재(30)의 회전 속도(ωi)가 과도하게 높아진다. 이 때문에, 개시 허가 조건으로서, 예를 들면, 차량(10)이 저차속 상태라는 조건이나 차량(10)의 정차 후에 이루어지는 조작(예를 들면, 전자 제어 유닛(80)의 전원을 켜는 조작(Ready-ON 조작))이 검출됨 이라는 조건을 마련하고, 개시 허가 조건을 만족시킨 경우에, S3 및 S4의 페일세이프 제어를 개시시켜도 된다.
이와 같이 본 실시예의 차량(10)의 전자 제어 유닛(80)에 의하면, 모의 유단 변속 제어부(88)에 의해 변속기(40) 전체의 변속비(γt)가 다른 복수의 모의 기어 단이 형성되기 때문에, 수동 변속 또는 자동 변속에 의한 모의 기어 단의 변화에 의해 엔진 회전 속도(ωe)가 증감 변화시켜져 우수한 운전감이 얻어진다. 예를 들면, 가속시에 차속(V)의 증가에 따라서 모의 기어 단이 연속적으로 업시프트 되면, 그 모의 기어 단의 변화에 따라서 엔진 회전 속도(ωe)가 리드미컬하게 증감 변화시켜지기 때문에, 우수한 가속감이 얻어진다.
한편, 유단 변속 기구(20)에 고장이 발생하였다고 판정된 경우의 고장시 제어(페일세이프 제어)에서는, 전체 OFF 제어에 의해 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단으로서 AT 1속 기어 단 「1st」를 기계적으로 성립시킴으로써 차량(10)의 퇴피 주행을 가능하게 함과 함께, 상기 모의 유단 변속 제어를 금지하여, 액셀러레이터 개방도(θacc)나 차속(V) 등의 차량 상태에 기초하여 무단 변속 기구(18)를 무단 변속시킨다. 이 때문에, 유단 변속 기구(20)가 AT 1속 기어 단 「1st」에 고정됨으로써 차속(V)에 따라서 중간 전달 부재(30)의 회전 속도(ωi)가 제약되기는 하지만, 엔진 회전 속도(ωe)에 대해서는 차속(V)에 의한 제약이 완화되고, 최적 연비 선 상에서 엔진(14)을 작동시키도록 무단 변속 기구(18)를 무단 변속함으로써 연비를 향상시킬 수 있음과 함께, 필요에 따라서 엔진(14)의 최대 파워까지 사용할 수 있도록 무단 변속 기구(18)를 무단 변속함으로써, 퇴피 주행시의 동력 성능을 확보할 수 있다.
또, 유단 변속 기구(20)의 고장 판정이 이루어진 경우에는, 최저속 메카니즘 기어 단인 AT 1속 기어 단 「1st」가 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단으로서 기계적으로 성립시켜지기 때문에, 큰 변속비(γt)에서 큰 토오크를 출력하는 것이 가능하고, 퇴피 주행시의 동력 성능을 최대한으로 확보할 수 있다.
또, 차량(10)은, 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4)에 의해서 유압 계합 장치(CB)의 계합 해방 상태가 전환됨으로써 복수의 AT 기어 단 「1st」∼「4th」가 성립시켜지는 유단 변속 기구(20)를 갖고, 그 유단 변속 기구(20)의 유압 제어 회로(54)는 전체 전원 OFF 시에 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단으로서 AT 1속 기어 단 「1st」를 성립시키는 전체 OFF 시 기어 단 형성 회로(130)를 구비하고 있고, 유단 변속 기구(20)의 고장 판정이 이루어진 경우에는 전체 전원 OFF로 하여 AT 1속 기어 단 「1st」를 성립시킨다. 이 때문에, 리니어 솔레노이드 밸브(SL1∼SL4) 등의 고장 부품을 특정하지 않고, 전체 전원 OFF로 하여 AT 1속 기어 단 「1st」를 성립시키고, 차량(10)의 퇴피 주행을 행할 수 있다.
또, 유단 변속 기구(20)의 고장 판정이 이루어진 경우에, 유단 변속 기구(20)가 고장이라는 취지의 경고를 고장 표시 장치(48)에 표시시키기 때문에, 고장시 제어부(90)에 의한 페일세이프 제어에 의해 퇴피 주행할 때에, 예를 들면, 액셀러레이터 개방도(θacc)에 따른 변속 제어가 행해지지 않거나, 원하는 구동력 성능이 얻어지지 않거나 한 경우이더라도, 경고에 의해서 운전자가 수긍할 수 있음과 함께, 차량 상태 등에 의해 필요에 따라서 신속하게 차량(10)을 퇴피시킬 수 있다.
이상으로, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 그 외의 태양에 있어서도 적용될 수 있다.
예를 들면, 전술의 실시예에서는, 유단 변속 기구(20)는, 전진 4속의 AT 기어 단이 형성되는 유성 기어식의 자동 변속기였지만, 이 태양에 한정하지 않는다. 예를 들면, 동기 치합형 평행축식 자동 변속기로서 입력축을 2계통 구비하고, 각 계통의 입력축에 유압식 마찰 계합 장치(클러치)가 설치되고, 각각 짝수 단, 홀수 단의 기어 단을 성립시키는 형식의 변속기인 Dual Clutch Transmission(DCT) 등의 자동 변속기여도 된다. 또, 회전 방향을 역전하는 후진 기어 단이 가능한 기계식 유단 변속 기구를 채용할 수도 있다.
또, 전술의 실시예에서는, 차동 기구(32)는, 3개의 회전 요소를 갖는 싱글 피니언형의 유성 기어 장치의 구성이었지만, 이 태양에 한정하지 않는다. 예를 들면, 차동 기구(32)는, 복수의 유성 기어 장치가 상호 연결됨으로써 4개 이상의 회전 요소를 갖는 차동 기구여도 된다. 또, 차동 기구(32)는, 더블 피니언형의 유성 기어 장치여도 된다. 또, 상기 실시예의 차동 기구(32)는 도 3의 공선도에 있어서 중간에 위치하는 회전 요소(RE1)(캐리어(CA0))에 엔진(14)이 연결되어 있었지만, 예를 들면, 공선도의 중간에 위치하는 회전 요소에 AT 입력 회전 부재(중간 전달 부재(30))를 연결해도 되는 등, 여러 가지 태양이 가능하다.
이상으로, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명하였지만, 이들은 어디까지나 일 실시예이며, 본 발명은 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지 변경, 개량을 가한 태양에 의해 실시할 수 있다.

Claims (6)

  1. 차량(10)의 제어 장치로서,
    상기 차량(10)은 무단 변속 기구(18), 기계식 유단 변속 기구(20), 구동륜(28)을 포함하며, 상기 무단 변속 기구(18)는 구동원의 회전 속도를 무단계로 변속하여 중간 전달 부재(30)에 전달하도록 구성되어 있고, 상기 기계식 유단 변속 기구(20)는 상기 중간 전달 부재(30)와 상기 구동륜(28) 사이에 배치되고, 상기 기계식 유단 변속 기구(20)는 출력 회전 속도에 대한 상기 중간 전달 부재(30)의 회전 속도의 제 1 변속비가 다른 복수의 메카니즘 기어 단을 기계적으로 성립시키도록 구성되고,
    상기 제어 장치는
    복수의 모의 기어 단 중에서 어느 하나의 모의 기어 단을 성립시키도록 상기 기계식 유단 변속 기구(20)를 변속 제어함과 함께, 상기 무단 변속 기구(18)를 유단 변속시키도록 구성된 전자 제어 유닛(80) ― 상기 복수의 모의 기어 단은 상기 기계식 유단 변속 기구(20)의 상기 출력 회전 속도에 대한 상기 구동원의 회전 속도의 제 2 변속비가 다른 기어 단이며, 상기 복수의 메카니즘 기어 단의 각각에 대하여 상기 복수의 모의 기어 단 중 하나 이상의 모의 기어 단이 성립되도록 할당되어 있고, 상기 하나 이상의 모의 기어 단의 수는 상기 복수의 메카니즘 기어 단의 수 이상임 ― 을 포함하며,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 기계식 유단 변속 기구(20)에 고장이 발생하였다고 판정한 경우에, 상기 기계식 유단 변속 기구(20)를 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단에 고정함과 함께, 상기 무단 변속 기구(18)의 유단 변속을 금지하여, 상기 무단 변속 기구(18)를 차량 상태에 기초하여 무단 변속시키도록 구성되고, 상기 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단은 상기 복수의 메카니즘 기어 단 중 어느 메카니즘 기어 단인 차량(10)의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단은, 상기 복수의 메카니즘 기어 단 중에서 상기 제 1 변속비가 가장 큰 최저속 메카니즘 기어 단인 차량(10)의 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기계식 유단 변속 기구(20)는, 복수의 유압 계합 장치의 계합 해방 상태에 따라서 상기 복수의 메카니즘 기어 단을 성립시키도록 구성되어 있고,
    상기 기계식 유단 변속 기구(20)에는, 솔레노이드 밸브(SL1, SL2, SL3, SL4)를 포함하는 유압 제어 회로(54)가 설치되어 있고,
    상기 솔레노이드 밸브(SL1, SL2, SL3, SL4)는, 각각 상기 유압 계합 장치의 계합 해방 상태를 전기적으로 전환하도록 구성되어 있고,
    상기 유압 제어 회로(54)는, 유압 제어에 관여하는 전체 전원이 차단될 때에 상기 복수의 메카니즘 기어 단 중에서 미리 정해진 상기 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단을 기계적으로 성립시키는 제 1 회로(130)를 구비하고 있고,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 기계식 유단 변속 기구(20)의 고장 판정을 한 경우에 상기 전체 전원 OFF로 하여 상기 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단을 성립시키도록 구성되는 차량(10)의 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량은 고장 표시 장치(48)를 더 포함하고,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 기계식 유단 변속 기구(20)의 고장 판정을 한 경우에 상기 기계식 유단 변속 기구(20)가 고장이라는 취지의 경고를 상기 고장 표시 장치(48)에 표시시키도록 구성되는 차량(10)의 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 전달 부재(30)는, 상기 무단 변속 기구(18)의 출력 회전 부재인 차량(10)의 제어 장치.
  6. 차량(10)의 제어 방법으로서,
    상기 차량(10)은 무단 변속 기구(18), 기계식 유단 변속 기구(20), 구동륜(28)을 포함하며,
    상기 무단 변속 기구(18)는 구동원의 회전 속도를 무단계로 변속하여 중간 전달 부재(30)에 전달하도록 구성되어 있고, 상기 기계식 유단 변속 기구(20)는 상기 중간 전달 부재(30)와 상기 구동륜(28) 사이에 배치되고, 상기 기계식 유단 변속 기구(20)는 출력 회전 속도에 대한 상기 중간 전달 부재(30)의 회전 속도의 제 1 변속비가 다른 복수의 메카니즘 기어 단을 기계적으로 성립시키도록 구성되며,
    상기 제어 방법은,
    복수의 모의 기어 단 중에서 어느 하나의 모의 기어 단을 성립시키도록, 상기 기계식 유단 변속 기구(20)를 변속 제어함과 함께 상기 무단 변속 기구(18)를 유단 변속시키는 것 ― 상기 복수의 모의 기어 단은 상기 기계식 유단 변속 기구(20)의 상기 출력 회전 속도에 대한 상기 구동원의 회전 속도의 제 2 변속비가 다른 기어 단이고, 상기 복수의 메카니즘 기어 단의 각각에 대하여 상기 복수의 모의 기어 단 중 하나 이상의 모의 기어 단이 성립되도록 할당되어 있고, 상기 하나 이상의 모의 기어 단의 수는 상기 복수의 메카니즘 기어 단의 수 이상임 ― 과,
    상기 기계식 유단 변속 기구(20)에 고장이 발생한 경우에, 상기 기계식 유단 변속 기구(20)를 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단에 고정함과 함께, 상기 무단 변속 기구(18)의 유단 변속을 금지하여, 상기 무단 변속 기구(18)를 차량 상태에 기초하여 무단 변속시키는 것 ― 상기 퇴피 주행용 메카니즘 기어 단은 상기 복수의 메카니즘 기어 단 중 어느 메카니즘 기어 단임 ― 을 포함하는 차량(10)의 제어 방법.
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