JP4501814B2 - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車輪にトルクを伝達する原動機を有するとともに、車両の運動エネルギを蓄積することの可能な回生機構を有するハイブリッド車の制御装置に関するものである。

従来、複数の動力源としてエンジンおよびモータ・ジェネレータを搭載したハイブリッド車が知られており、このようなハイブリッド車においては、エンジンおよびモータ・ジェネレータの持つ特性を生かしつつ、燃費を向上し、かつ、排気ガスの低減を図ることが可能である。このように、動力源としてエンジンおよびモータ・ジェネレータを有するハイブリッド車の一例が、特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載されているハイブリッド車は、動力源としてエンジンおよびアシストモータを有しており、このアシストモータの他にモータが設けられている。まず、エンジンの動力が駆動軸および車軸を経由して駆動輪に伝達されるように構成されている。そして、エンジンから駆動軸に至る経路にプラネタリギヤが設けられている。プラネタリギヤは、サンギヤおよびリングギヤと、サンギヤおよびリングギヤに噛合されたピニオンギヤを保持するキャリヤとを３つの回転要素として有しており、キャリヤがエンジン側に連結され、サンギヤがモータのロータに連結されている。プラネタリギヤのリングギヤにはリングギヤ軸が連結されているとともに、リングギヤ軸には、アシストモータのロータが連結されている。さらに、リングギヤ軸から駆動軸に至る経路には変速機構が設けられている。この変速機構は、サンギヤおよびリングギヤと、サンギヤおよびリングギヤに噛合されたピニオンギヤを保持するキャリヤとを３つの回転要素としており、変速機構のキャリヤが前記リングギヤ軸に連結され、変速機構のリングギヤが前記駆動軸に連結されている。また、変速機構のキャリヤと変速機構のリングギヤとを選択的に係合・解放させるクラッチと、変速機構のサンギヤの回転を防止するブレーキとが設けられている。

そして、エンジントルクをプラネタリギヤのキャリヤに入力するとともに、モータを反力要素として機能させることで、リングギヤから出力されたトルクがリングギヤ軸に伝達される。ここで、反力要素となるモータにより回生制御（発電制御）がおこなわれ、発生した電力がバッテリに充電されるとともに、そのモータの回転速度を制御することにより、プラネタリギヤの回転速度と、プラネタリギヤのリングギヤの回転速度との比である変速比を、無段階に制御することが可能である。また、車両における要求駆動力に応じて、エンジン出力を制御し、目標エンジントルクに対する実エンジントルクの不足分のトルクを補うように、アシストモータを駆動することが可能である。

ここで、車両の走行状態に応じて、プラネタリギヤの入出力回転数の差が小さくなるように変速比が制御される。この結果、エンジントルクの反力を受け持つために、モータで動力を電力に変換して生じる回生電力を抑制することができ、動力と電力の変換に伴う損失を低減することができるとされている。このように、特許文献１に記載されたハイブリッド車においては、エンジンの動力が、プラネタリギヤに伝達されるとともに、モータおよび車輪に分配される。また、変速機構の変速比を制御することが可能であるとともに、車両の惰力走行時には車両の運動エネルギをアシストモータに伝達し、回生制御を実行することも可能である。一方、プラネタリギヤの各ギヤには機械的に許容される回転数の上限がある。なお、駆動輪にモータが接続された電動車両において、駆動輪を回生制動することにより、モータが発生する電力でバッテリを充電することが、特許文献２に記載されている。
特開２０００−３４６１８７号公報 特開平５−１６１２１６号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載されているハイブリッド車においては、車両が惰力走行し、かつ、アシストモータで回生制御を実行する場合に、駆動軸とリングギヤ軸との間に設けられている変速機構の変速比をどのように制御するべきか記載されておらず、効率よく回生できない恐れがあった。

この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、車両の減速時における回生機構の回生効率を向上させることの可能なハイブリッド車の制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、差動回転可能な複数の回転要素を有する遊星歯車機構が設けられ、この遊星歯車機構の回転要素が入力要素および反力要素および出力要素を有しており、前記入力要素に原動機が連結され、前記出力要素に回生機構が連結されているとともに、前記出力要素から車輪に至る経路に変速比を変更可能な変速機が設けられており、車両における減速要求が発生した場合に、前記車両の運動エネルギを前記変速機を経由させて前記回生機構に伝達し、かつ、そのエネルギを蓄積させる回生制御を実行可能なハイブリッド車の制御装置において、前記回生制御を実行するにあたり、前記変速機でのダウンシフトの実行前後における前記原動機の回転数が同じとなるダウンシフトを実行することを想定し、前記遊星歯車機構を構成する複数の回転要素のうち前記反力要素のダウンシフト実行後の回転数が、その反力要素の回転数制限の範囲内にあると推定された場合に、前記変速機でダウンシフト制御を実行するダウンシフト手段を備えていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記減速要求が発生してダウンシフト制御を実行した後、前記減速要求が解除された場合に、前記減速要求が解除されてから所定期間内は、前記ダウンシフト制御により選択された変速比を維持する一方、前記減速要求が解除されてから所定期間を過ぎた場合は、前記ダウンシフト制御から、このダウンシフト制御の実行時に選択される変速比よりも小さな変速比の選択を許容する通常制御に変更する変速制御手段を、更に有していることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記原動機の運転状態を最適状態に近づけるように、前記遊星歯車機構の入力要素と出力要素との間における変速比を制御する無段変速手段を、更に有していることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１の構成に加えて、前記反力要素に連結され、かつ、前記原動機のトルクに対する反力トルクを発生させる反力発生装置が設けられており、前記ダウンシフト手段は、前記変速機でのダウンシフト実行後における前記反力発生装置の回転数および前記回生機構の回転数が、各々の回転数制限の範囲内にあると推定された場合に、前記変速機でダウンシフト制御を実行する手段を、更に含むことを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項４の構成に加えて、前記複数の回転要素にはサンギヤと、このサンギヤと同軸上に配置されたリングギヤと、前記サンギヤおよびリングギヤに噛合するピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持したキャリヤとが含まれており、前記キャリヤが前記入力要素であり、前記リングギヤが前記出力要素であり、前記サンギヤが前記反力要素であり、前記ダウンシフト手段は、前記変速機でのダウンシフト実行後における前記ピニオンギヤの自転回転数が、回転数制限の範囲内にあると推定された場合に、前記変速機でダウンシフト制御を実行する手段を、更に含むことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、原動機のトルクが遊星歯車機構の入力要素に入力されるとともに、反力要素で反力を受け持ち、出力要素から出力されたトルクが、変速機を経由して車輪に伝達される。また、車両における減速要求が発生した場合は、車両の運動エネルギが変速機を経由して回生機構に伝達され、エネルギが蓄積される。そして、回生機構で回生制御を実行する場合は、変速機の変速比を大きくするダウンシフト制御が実行される。ここで、回転数が高くなることにともない、エネルギの回生効率が高くなるような運転領域もしくは特性を、回生機構が備えていると、変速機のダウンシフト制御により回生効率が向上する。また、遊星歯車機構の反力要素の耐久性の低下を抑制できる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、減速要求が発生してダウンシフト制御を実行した後、減速要求が解除された場合に、減速要求が解除されてから所定期間内は、ダウンシフト制御により選択された変速比が維持されるため、加速要求が生じた場合の加速応答性を確保できる。一方、減速要求が解除されてから所定期間を過ぎた場合は、ダウンシフト制御から、このダウンシフト制御の実行時に選択される変速比よりも小さな変速比の選択が許容される。

請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得られる他に、原動機の運転状態を最適状態に近づけるように、遊星歯車機構の入力要素と出力要素との間における変速比が制御される。したがって、原動機の運転状態を最適状態に維持でき、かつ、原動機の回転数が上昇して運転手が違和感を持つことを回避できる。
請求項４の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、反力発生装置および回生機構の回転数が各々の回転数制限の範囲内にあると推定された場合に、変速機でダウンシフト制御が実行される。したがって、反力発生装置および回生機構の耐久性の低下を抑制できる。
請求項５の発明によれば、請求項４の発明と同様の効果を得られる他に、ピニオンギヤの耐久性を確保できる。

つぎに、この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図２は、この発明を用いることの可能な車両のパワートレーンの構成例を示す。図２に示された車両Ｖｅは、Ｆ・Ｒ（フロントエンジン・リヤドライブ；エンジン前置き後輪駆動）形式のハイブリッド車（以下、「車両」と略記する）である。図２に示された車両Ｖｅは、２種類の動力源を有している。２種類の動力源は、動力の発生原理が異なり、この実施例では、エンジン１およびモータ・ジェネレータ２が動力源として搭載されているとともに、エンジン１およびモータ・ジェネレータ２から出力された動力が、共に同じ車輪（後輪）３に伝達されるように動力伝達経路が構成されている。車両Ｖｅの動力源であるエンジン１は、燃料を燃焼させて、その熱エネルギを運動エネルギに変換する動力装置である。このエンジン１としては、内燃機関または外燃機関を用いることが可能であるが、この実施例では、エンジン１として内燃機関、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどを用いる場合について説明する。このエンジン１は、電子スロットルバルブ（図示せず）などの制御により、出力トルクを電気的に制御することが可能に構成されている。

一方、他の動力源であるモータ・ジェネレータ２はケーシング４の内部に収納されており、モータ・ジェネレータ２は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備している。このモータ・ジェネレータ２は、ロータ５およびステータ６を有しており、ステータ６はケーシング４に固定されている。また、エンジン１およびモータ・ジェネレータ２から車輪３に至る動力伝達経路には変速機７が設けられているとともに、エンジン１から変速機７に至る動力伝達経路には、動力分配装置８が設けられている。図２に示された動力分配装置８は、シングルピニオン形式の遊星歯車機構を主体として構成されている。すなわち、動力分配装置８は、エンジン１の出力軸９と同軸上に配置されたサンギヤ１０と、サンギヤ１０と同軸上に配置されたリングギヤ１１と、サンギヤ１０およびリングギヤ１１に噛合する複数のピニオンギヤ１２を、自転かつ公転自在に保持したキャリヤ１３とを有している。そして、キャリヤ１３と出力軸９とが動力伝達可能に連結、具体的には一体回転するように連結されている。また、出力軸９の軸線方向において、エンジン１と動力分配装置８との間には、モータ・ジェネレータ１４が配置されている。モータ・ジェネレータ１４は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備している。このモータ・ジェネレータ１４は、ロータ１５およびステータ１６を有しており、ステータ１６はケーシング４に固定されている。そして、ロータ１５とサンギヤ１０とが動力伝達可能に連結、具体的には一体回転するように連結されている。

一方、前記変速機７は、入力回転数を出力回転数で除した値である変速比を変更可能に構成されており、変速機７は有段変速機または無段変速機のいずれであってもよい。この実施例では、変速機７として有段変速機を用いた場合、より具体的には、遊星歯車機構を有する有段変速機を用いた場合について説明する。変速機７は、例えば、前進４段、後進１段を設定可能に構成されている。つまり、前進段では第１速ないし第４速の変速段を選択的に切替可能である。また、変速段を示す数字が大きくなるほど、変速機７の変速比が小さくなるように構成されている。図３には変速機７の構成の一部として、第１速および第２速に関連する回転要素が示されている。この変速機７は、同軸上に配置された回転部材１７，１８を有しているとともに、２組の遊星歯車機構１９，２０を有している。まず、遊星歯車機構１９はシングルピニオン形式の遊星歯車機構であり、遊星歯車機構１９は、サンギヤ２１と、サンギヤ２１と同軸上に配置されたリングギヤ２２と、サンギヤ２１およびリングギヤ２２に噛合する複数のピニオンギヤ２３を、自転かつ公転自在に保持したキャリヤ２４とを有している。そして、キャリヤ２４と回転部材１８とが一体回転するように連結されているとともに、サンギヤ２１が回転部材１７と一体回転するように連結されている。

また、遊星歯車機構２０はシングルピニオン形式の遊星歯車機構であり、遊星歯車機構２０は、サンギヤ２５と、サンギヤ２５と同軸上に配置されたリングギヤ２６と、サンギヤ２５およびリングギヤ２６に噛合する複数のピニオンギヤ２７を、自転かつ公転自在に保持したキャリヤ２８とを有している。そして、キャリヤ２８と、遊星歯車機構１９のリングギヤ２２とが一体回転するように連結されているとともに、サンギヤ２５が回転部材１７と一体回転するように連結されている。さらに、遊星歯車機構１９のリングギヤ２２、および遊星歯車機構２０のキャリヤ２８の回転・停止を制御するブレーキＢ１が設けられている。さらに、遊星歯車機構２０のリングギヤ２６の回転・停止を制御するブレーキＢ２が設けられている。これらのブレーキＢ１，Ｂ２としては、摩擦式ブレーキまたは電磁式ブレーキのいずれを用いてもよい。そして、回転部材１７が入力回転部材２９に連結され、回転部材１８が出力回転部材３０に連結されている。さらに、入力回転部材２９と、動力分配装置８のリングギヤ１１とが一体回転するように連結され、モータ・ジェネレータ２のロータ５が入力回転部材２９に連結されている。前記出力回転部材３０は、いわゆるプロペラシャフトであり、この出力回転部材３０がデファレンシャル３１のドライブピニオンシャフト（図示せず）に連結されている。また、デファレンシャル３１のサイドギヤ（図示せず）にはドライブシャフト３２が連結されており、ドライブシャフト３２に車輪３が連結されている。

さらに、モータ・ジェネレータ２との間で電力の授受をおこなうことの可能な蓄電装置３３が設けられているとともに、モータ・ジェネレータ２と蓄電装置３３との間の回路にはインバータ３４が設けられている。また、モータ・ジェネレータ１４との間で電力の授受をおこなうことの可能な蓄電装置３５が設けられているとともに、モータ・ジェネレータ１４と蓄電装置３５との間の回路にはインバータ３６が設けられている。これらの蓄電装置３３，３５としては、二次電池、具体的にはバッテリ、キャパシタなどを用いることが可能である。さらにまた、前記ブレーキＢ１，Ｂ２を制御するアクチュエータ３７が設けられている。さらに、ブレーキペダル（図示せず）の操作状態に基づいて、車輪３に制動力を与えることの可能な制動装置３９が設けられているとともに、制動装置３９から車輪３に与えられる制動力を、ブレーキペダルの操作状態、またはその他の条件に基づいて制御することの可能なアクチュエータ４０が設けられている。制動装置３９としては、油圧式または空気圧式の制動装置を用いることが可能である。

つぎに、車両Ｖｅの制御系統について説明する。まず、電子制御装置３８が設けられており、電子制御装置３８には、シフトポジションセンサの信号、車速センサの信号、加速要求検知センサの信号、制動要求検知センサの信号、エンジン回転数センサの信号、蓄電装置３３，３５の充電量を検知するセンサの信号、モータ・ジェネレータ２，１４の回転数を検知するセンサの信号、入力回転部材２９および出力回転部材３０の回転数を検知するセンサの信号などが入力される。これに対して、電子制御装置３８からは、エンジン１を制御する信号、モータ・ジェネレータ２，１４を制御する信号、アクチュエータ３７，４０を制御する信号などが出力される。

図２に示す車両Ｖｅにおいて、エンジン１が運転されて、エンジントルクが動力分配装置１０のキャリヤ１３に伝達されると、モータ・ジェネレータ１４により反力トルクが受け持たれて、エンジントルクがリングギヤ１１に伝達される。そのリングギヤ１１に伝達されたトルクが、変速機７およびデファレンシャル３１を経由して車輪３に伝達されて、駆動力が発生する。前記動力分配装置８においては、サンギヤ１０とキャリヤ１３とリングギヤ１１との差動機能により、入力要素であるキャリヤ１３と、出力要素であるリングギヤ１１との間における変速比を制御することが可能である。具体的には、反力トルクを受け持つモータ・ジェネレータ１４の出力を制御することにより、エンジン回転数を無段階に（連続的に）制御することが可能である。つまり、動力分配装置８は無段変速機としての機能を有している。ここで、モータ・ジェネレータ１４の回転方向は正逆を切り換え可能であり、モータ・ジェネレータ１４の力行または回生も切換可能である。

ここで、動力分配装置８の変速比を制御する概念について説明すると、エンジン１の燃費を向上させることを目的として、エンジン１の運転状態と、動力分配装置８の変速比とを協調制御するものである。例えば、加速要求（アクセル開度）および車速に基づいて、車両Ｖｅにおける要求駆動力が求められる。これは、例えば予め用意したマップから求められる。その要求駆動力と車速とからエンジン１の要求出力が算出され、その要求出力を最小の燃費で出力する目標エンジン回転数が、マップを使用して求められる。そして、実エンジン回転数を目標エンジン回転数に近づけるように、モータ・ジェネレータ１４の出力（トルク×回転数）が制御される。この制御と並行して、実エンジン出力を目標エンジン出力に近づけるように、エンジン１の電子スロットルバルブの開度などが制御される。このように、動力分配装置８の変速比を制御することにより、エンジン回転数を最適燃費線に沿った値に制御することを「最適燃費線トレース制御」と呼ぶ。

また、蓄電装置３３の電力をモータ・ジェネレータ２に供給してモータ・ジェネレータ２を電動機として駆動させ、モータ・ジェネレータ２のトルクを、変速機７を経由させて車輪３に伝達する制御を実行可能である。つまり、車輪３にトルクを伝達して駆動力を発生させる場合、エンジン１またはモータ・ジェネレータ２の少なくとも一方のトルクを車輪３に伝達可能であり、いずれの動力源のトルクまたは両方の動力源のトルクを伝達するかが、電子制御装置３８に入力される信号およびデータに基づいて判断される。そして、エンジン１およびモータ・ジェネレータ２から出力されたトルクは、共に変速機７の入力回転部材２９および出力回転部材３０を経由して車輪３に伝達されるように、車輪３に至る動力伝達経路が構成されている。

これに対して、車両Ｖｅが惰力走行する場合は、車両Ｖｅの運動エネルギが変速機７および動力分配装置８を経由してエンジン１に伝達され、エンジンブレーキ力が発生する。また、車両Ｖｅの惰力走行時に入力回転部材２９に伝達された運動エネルギの一部をモータ・ジェネレータ２に伝達し、このモータ・ジェネレータ２で回生制動力を発生させ、発生した電力を蓄電装置３３に充電することも可能である。さらに、電子制御装置３８には変速機７の変速段を制御する通常用変速制御マップが記憶されており、車速およびアクセル開度に基づいて、変速機７の変速段を制御するように構成されている。この通常用変速制御マップにより、変速機７の変速比を大きくする変速、つまりダウンシフト、および、変速機７の変速比を小さくする変速、つまりアップシフトを、共に制御することが可能である。この通常用変速制御マップは、高車速であるほど大きい変速段（小さい変速比）が選択されるような特性を有している。電子制御装置３８には通常用変速制御マップ以外のマップが記憶されているが、これについては後述する。

つぎに、車両Ｖｅが惰力走行し、かつ、モータ・ジェネレータ２を発電機として起動させ、その電力を蓄電装置３３に充電する場合に、モータ・ジェネレータ２の回生効率を向上させることを考慮する。モータ・ジェネレータ２は回転数が上昇することにともないトルクが低下するという特性を有している。また、モータ・ジェネレータ２で回生制御を実行する場合の回生効率を図４の特性図に基づいて説明する。この図４では、回生効率の一例として５０％ないし８０％が示されている。そして、回生トルク（負のトルク）が同じである場合に、回転数が高くなるほど回生効率が向上する運転領域が存在する。そこで、モータ・ジェネレータ２で回生制御を実行する場合は、変速機７の変速比を大きくする制御、すなわちダウンシフト制御を実行すると、モータ・ジェネレータ２の回生効率が向上させることが可能である。以下、車両Ｖｅが惰力走行し、かつ、モータ・ジェネレータ２で回生制御を実行する場合における具体的な制御例を説明する。
（制御例１）

モータ・ジェネレータ２の回生制御の制御例１を、図１のフローチャートに基づいて説明する。まず、アクセル開度が全閉となり、車両Ｖｅが惰力走行する場合に、要求減速トルクＴｐが求められ、その要求減速トルクＴｐが所定値未満であるか否かが判断される（ステップＳ１）。すなわち、ブレーキペダルの踏力および車速に基づいて要求制動力が求められ、その要求制動力を、モータ・ジェネレータ２による回生制動力と、制動装置３９で発生する制動力とで分担する場合に、モータ・ジェネレータ２で発生する回生制動力に基づいて、出力回転部材３０に与える制動トルクが、要求減速トルクＴｐである。

このステップＳ１で肯定的に判断された場合は、
Ｔｐ＜Ｔｍ_ｍｉｎ（Ｎｍ）＊ｉ（ｓｈｉｆｔ） ・・・（１）
であるか否かが判断される（ステップＳ２）。
式（１）において、「Ｔｍ_ｍｉｎ」は、モータ・ジェネレータ２における回生トルクの最小値であり、「Ｎｍ」はモータ・ジェネレータ２の回転数であり、
「ｉ（ｓｈｉｆｔ）」は、今回の制御ルーチン実行時点で選択されている変速段に対応する変速比である。つまり、「Ｔｍ_ｍｉｎ（Ｎｍ）＊ｉ（ｓｈｉｆｔ）」は、モータ・ジェネレータ２で発生可能な回生トルク（許容回生トルク）を、モータ・ジェネレータ２の回転数および変速機７の変速比に基づいて求めることを意味しており、ステップＳ２では、要求減速トルクＴｐが、モータ・ジェネレータ２で発生可能な回生トルクよりも小さい（低い）か否かを判断しているのである。

このステップＳ２で肯定的に判断された場合は、
Ｎｉｎ（ｓｈｉｆｔ−１）＜Ｎｍ_ＭＡＸ ・・・（２）
−Ｎｉｎ（ｓｈｉｆｔ−１）／ρ＞Ｎｇ_ＭＩＮ ・・・（３）
γ＊Ｎｍ（ｓｈｉｆｔ−１）＜ΔＮｐｉｎｉ_ＭＡＸ ・・・（４）
の全ての式の条件を満たしているか否かが判断される（ステップＳ３）。ここで、「Ｎｉｎ（ｓｈｉｆｔ−１）」は、ダウンシフトを実行した後の変速機７の入力回転数であり、「Ｎｍ_ＭＡＸ」は、モータ・ジェネレータ２で許容される最大回転数であり、「ρ」は、動力分配装置８のサンギヤ１０の歯数をリングギヤ１１の歯数で除した値であり、「Ｎｇ_ＭＩＮ」は、モータ・ジェネレータ１４が逆回転する場合の許容最大回転数であり、「γ」は、動力分配装置８のピニオンギヤ１２の歯数をリングギヤ１１の歯数で除した値であり、「Ｎｐｉｎｉ_ＭＡＸ」は、動力分配装置８のピニオンギヤ１２で許容される最大回転数（自転回転数）である。なお、モータ・ジェネレータ２，１４で許容される最大回転数は、その定格および耐久性などに基づいて決定される。また、ピニオンギヤ１２で許容される最大回転数は、動力分配装置８を構成する各ギヤの耐久性に基づいて決定される。

上記式（２）の条件を満たしている場合は、変速機７でダウンシフトを実行したとしても、モータ・ジェネレータ２の回転数が、許容される最大回転数以上になる可能性が少ないことになる。また、上記式（３）の条件を満たしている場合は、変速機７でダウンシフトを実行したとしても、モータ・ジェネレータ１４の回転数が、許容される最大回転数以上になる可能性が少ないことになる。さらに、式（４）の条件を満たしている場合は、変速機７でダウンシフトを実行したとしても、動力分配装置８を構成する各ギヤの耐久性が損なわれる可能性が低いことになる。

ついで、ステップＳ３で肯定的に判断された場合は、変速機７の変速段を１段低速側に切り替える、つまり、ダウンシフト制御を実行する（ステップＳ４）。そして、ダウンシフト後の変速段が最低速側の変速段、つまり、第１速であるか否かが判断され（ステップＳ５）、このステップＳ５で否定的に判断された場合は、ステップＳ２に戻る。これに対して、ステップＳ５で肯定的に判断された場合は、この制御ルーチンを終了する。

一方、前記ステップＳ３で否定的に判断された場合は、モータ・ジェネレータ２，１４の耐久性が低下し、かつ、動力分配装置８を構成する各ギヤの耐久性が低下する可能性があるため、変速機７でダウンシフト制御を実行することなく、この制御ルーチンを終了する。また、ステップＳ２で否定的に判断された場合は、要求減速トルクに対応した回生トルクをモータ・ジェネレータ２が発生していないため、ダウンシフト制御を実行することなく、この制御ルーチンを終了する。さらに、ステップＳ１で否定的に判断された場合も、ダウンシフト制御を実行することなく、この制御ルーチンを終了する。

ここで、動力分配装置８を構成する回転要素の状態、および変速機７を構成する回転要素の状態を、図５の共線図に基づいて説明する。まず、動力分配装置８を構成する回転要素同士の位置関係を説明すると、モータ・ジェネレータ２とモータ・ジェネレータ１４との間にエンジン１が配置されている。一方、変速機７を構成する回転要素においては、一体回転するように連結されたサンギヤ２１，２５が同じ位置に示され、サンギヤ２１，２５とリングギヤ２６との間に、キャリヤ２４が位置している。また、キャリヤ２４とリングギヤ２６との間に、リングギヤ２２およびキャリヤ２８が位置している。このように、変速機７の第１速および第２速に関与する回転要素は４つの回転要素を有している。図５の共線図において、「正」は正回転を示し、「逆」は逆回転を示す。正回転とは、エンジン１の回転方向と同じ回転方向である。なお、変速機７および動力分配装置８について、第１速に相当する回転要素の回転状態が破線で示され、第２速に相当する回転要素の回転状態が実線で示されている。

まず、車両Ｖｅの惰力走行中に変速機７で第２速を設定する場合は、ブレーキＢ２が係合され、かつ、ブレーキＢ１が解放される。すると、変速機７においては、実線で示すようにブレーキＢ２によりリングギヤ２６が固定される。また、キャリヤ２４が正回転し、かつ、サンギヤ２１，２５も正回転する。ここで、キャリヤ２４の回転数は、サンギヤ２１，２５の回転数よりも低い。すなわち、変速機７の入力回転部材２９の回転数に対して、出力回転部材３０の回転数が減速されている。また、変速機７の入力回転数と、動力分配装置８のリングギヤ１１とが、常時、正側で一体回転するとともに、エンジン回転数が零となるように、モータ・ジェネレータ１４が逆回転され、かつ、回生される。

つぎに、第２速から第１速にダウンシフトする場合は、ブレーキＢ１が係合され、かつ、ブレーキＢ２が解放される。すると、破線で示すように、変速機７のリングギヤ２２およびキャリヤ２８が停止され、リングギヤ２６が逆回転する。そして、出力回転部材３０の回転数は第２速の場合と同じであるが、入力回転部材２９の回転数は、第２速の場合よりも高くなる。このため、第２速の場合よりも第１速の場合の方がモータ・ジェネレータ２の回転数が高くなり、図４に示す回生効率が向上する。なお、第１速にダウンシフトした場合も、モータ・ジェネレータ２の回転数は、許容される最大回転数未満になっている。また、第１速にダウンシフトした場合も、逆回転しているモータ・ジェネレータ１４の回転数は、許容される最大回転数未満になっている。さらに、第１速にダウンシフトした場合も、ピニオンギヤ１２の回転数は、許容される最大回転数未満になっている。なお、この図５の共線図においては、エンジン回転数が零である場合が示されているが、これは車両Ｖｅの惰力走行による運動エネルギを、エンジン１によって消費することを防止して、モータ・ジェネレータ２の回生効率を向上させるためである。したがって、エンジン１が正方向に回転するように、モータ・ジェネレータ１４の回転数および回転方向を制御することも可能である。

つぎに、図１の制御例に対応するタイムチャートの一例を図６に基づいて説明する。まず、時刻ｔ１以前においては、アクセルペダルが踏まれており、かつ、ブレーキスイッチがオフされており、車速がほぼ一定であり、車両の駆動力が正側でほぼ一定となっている。また、変速段として第３速が選択され、変速機７の変速比が第３速に対応する値になっており、モータ・ジェネレータ２がほぼ一定の回転数で正回転し、モータ・ジェネレータ１４がほぼ一定の回転数で逆回転し、ピニオンギヤ１２の回転数がほぼ一定となっている。

時刻ｔ１でアクセルペダルが戻されて惰力走行状態となり、かつ、ブレーキスイッチがオンされると、実線で示すように要求駆動力が負側に変化している。つまり、減速要求（制動要求）が増加している。また、時刻ｔ１以降、モータ・ジェネレータ２の回生制動に応じた制動力が発生し、かつ、制動装置３９の制動力が発生している。また、時刻ｔ１で変速段が第３速から第２速にダウンシフトされ、かつ、変速機７の変速比が第３速の場合よりも大きくなる。さらに、第２速へのダウンシフトにともない、モータ・ジェネレータ２の回転数が正方向で上昇し、モータ・ジェネレータ１４の回転数が逆方向で上昇し、かつ、ピニオンギヤ１２の回転数が上昇する。そして、車速の低下にともない、モータ・ジェネレータ２の回転数が正方向で低下し、モータ・ジェネレータ１４の回転数が逆方向で低下し、かつ、ピニオンギヤ１２の回転数が低下する。

その後、ブレーキスイッチがオンされたまま、時刻ｔ２になると、実線で示す要求駆動力はほぼ一定であるが、モータ・ジェネレータ２の回生制動に応じた制動力が増加し、かつ、制動装置３９の制動力が低下する。また、時刻ｔ２で変速段が第２速から第１速にダウンシフトされ、かつ、変速機７の変速比が第２速の場合よりも大きくなる。さらに、第１速へのダウンシフトにともない、モータ・ジェネレータ２の回転数が正方向で再度上昇し、モータ・ジェネレータ１４の回転数が逆方向で再度上昇し、かつ、ピニオンギヤ１２の回転数が再度上昇する。そして、時刻ｔ２以降は、車速の低下にともない、モータ・ジェネレータ２の回転数が正方向で低下し、モータ・ジェネレータ１４の回転数が逆方向で低下し、かつ、ピニオンギヤ１２の回転数が低下する。

以上のように、制御例１においては、車両Ｖｅが惰力走行し、かつ、モータ・ジェネレータ２で回生制御を実行する場合は、変速機７の変速比を大きくするダウンシフト制御を実行することにより、回生効率が向上する。また、モータ・ジェネレータ２の回転数および変速機７の変速前の変速比に基づいて、モータ・ジェネレータ２の回生可能トルクが求められる。そして、要求減速トルクの方が回生可能トルクよりも小さい場合に、変速機７でダウンシフト制御が実行される。すなわち、モータ・ジェネレータ２の回生制御により発生する制動トルクにより、変速機７の出力回転部材３０に与える要求減速トルクを負担することが可能である場合に、ダウンシフト制御が実行される。したがって、モータ・ジェネレータ２の回生効率を、一層確実に向上させることができる。さらに、制御例１によれば、ステップＳ３で肯定的に判断された場合に、ダウンシフト制御が実行されるため、動力分配装置８を構成する各ギヤの耐久性、モータ・ジェネレータ２，１４の耐久性を確保しながら、モータ・ジェネレータ２の回生効率を向上することができる。

この実施例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、サンギヤ１０およびリングギヤ１１およびキャリヤ１３が、この発明の複数の回転要素に相当し、動力分配装置８が、この発明の遊星歯車機構に相当し、キャリヤ１３が、この発明の入力要素に相当し、サンギヤ１０が、この発明の反力要素に相当し、リングギヤ１１が、この発明の出力要素に相当し、エンジン１が、この発明の原動機に相当し、モータ・ジェネレータ２およびインバータ３４および蓄電装置３３が、この発明の回生機構に相当し、変速機７が、この発明の変速機に相当し、モータ・ジェネレータ１４が反力発生装置に相当し、モータ・ジェネレータ２，１４で許容される最大回転数、ピニオンギヤ１２で許容される最大回転数が、この発明における回転要素の回転数制限に相当する。また、図１のフローチャートに示された機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１が、この発明の要求減速トルク算出手段に相当し、ステップＳ２が、この発明の回生可能トルク算出手段および判断手段に相当し、ステップＳ３ないしステップＳ５が、この発明のダウンシフト手段に相当する。
（制御例２）

つぎに、車両Ｖｅが惰力走行し、かつ、運動エネルギをモータ・ジェネレータ２で回生する場合に、変速機７の変速比を制御する他の制御例を、図７のフローチャートに基づいて説明する。図７のフローチャートにおいて、図１のフローチャートと同じステップ番号では、図１と同じ処理が実行される。図１のフローチャートと図７のフローチャートとの相違点を説明すると、図７のフローチャートにおいては、ステップＳ１で肯定的に判断された場合は、ダウンシフトマップに基づいて、変速機７でダウンシフト制御を実行するか否かが判断される（ステップＳ１０）。このステップＳ１０の処理で用いるダウンシフトマップの一例を図８に基づいて説明する。

図８に示すマップでは、ブレーキペダルの踏力と車速とに基づいて、変速機７で設定される変速段が区分されている。具体的には、同じ車速であっても、ブレーキペダルの踏力が増加することにともない、変速段が小さくなるような特性を有している。この図８に示すダウンシフトマップは、図１のステップＳ２およびステップＳ３と同じ判断をおこなうためのものである。なお、図８に示すダウンシフトマップは、車速およびアクセル開度に基づいて変速機７の変速比を制御する通常用変速制御マップとは別のマップである。図８のダウンシフト用変速制御マップと通常変速用制御用マップとを比較すると、車速が同じであれば、ダウンシフトマップの方が、低速側の変速段が設定されやすい、つまり、ダウンシフトされやすい特性を有している。

そして、上記のステップＳ１０で肯定的に判断された場合はステップＳ４に進み、ステップＳ１０で否定的に判断された場合は、この制御ルーチンを終了する。また、ステップＳ５で否定的に判断された場合は、ステップＳ１０に戻る。この制御例２を実行した場合も、制御例１を実行した場合と同様の効果を得られる。
（制御例３）

この制御例３は、ブレーキペダルの踏み込み中、または、ブレーキペダルが戻された後に実行される制御である。まず、図９の示すステップＳ１１においては、ブレーキスイッチがオフされているか否かが判断される。このステップＳ１１で否定的に判断された場合は、モータ・ジェネレータ２による回生制御を継続する（ステップＳ１２）とともに、ステップＳ１３を経由して、この制御ルーチンを終了する。前述したように、モータ・ジェネレータ２による回生制御中、エンジン回転数は基本的には零に制御されるが、燃料を噴射して正方向に回転させることも可能である。このようにエンジン１が自律回転している場合は、ステップＳ１３において、前述した「最適燃費線トレース制御」が実行される。

一方、前記ステップＳ１１で肯定的に判断された場合は、「ブレーキスイッチがオフされてからの経過時間を測定するタイマー」が既にスタートしているか否かが判断される（ステップＳ１４）。このステップＳ１４で否定的に判断された場合はこのタイマーをスタートさせ（ステップＳ１５）、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１４で肯定的に判断された場合は、ステップＳ１５を迂回してステップＳ１６に進む。このステップＳ１６においては、上記のタイマーがスタートしてから所定時間が経過したか否かが判断される。この所定時間は、ブレーキペダルが戻されてから、アクセルペダルが再度踏み込まれる可能性の有無を判断するための時間である。なお、このステップＳ１６では、車両Ｖｅの走行距離が所定距離以上になったか否かに基づいて、アクセルペダルが再度踏み込まれる可能性の有無を判断することも可能である。

このステップＳ１６で否定的に判断された場合、つまり、アクセルペダルが再度踏み込まれて加速する可能性がある場合は、現時点で選択されている変速機７の変速段が、通常用変速制御マップを参照して求められる変速段よりも低速側の変速段であるか否かが判断される（ステップＳ１７）。ここで、通常用変速制御マップとは、車速およびアクセル開度に基づいて変速段を制御するマップである。このステップＳ１７で肯定的に判断された場合は、ダウンシフト制御により選択されている現時点の変速段が維持され（ステップＳ１８）、ステップＳ１３に進む。これに対して、ステップＳ１７で否定的に判断された場合は、変速機７の変速段を、通常用変速制御マップに基づいて制御し（ステップＳ１９）、ステップＳ１３に進む。また、前記ステップＳ１６で肯定的に判断された場合は、アクセルペダルが踏み込まれずに、そのまま減速して停車する可能性があるため、ステップＳ１９に進む。

図９のフローチャートに対応するタイムチャートの一例を図１０に基づいて説明する。まず、時刻ｔ１以前においては、ブレーキスイッチがオンされ、かつ、アクセル開度が全閉となっている。このためモータ・ジェネレータ２の回生制動力および制動装置３９の制動力が発生、つまり、負の駆動力が発生して、車速が低下している。また、変速段は第２速に設定され、エンジン回転数はほぼ一定になっている。そして、時刻ｔ１でブレーキスイッチがオンからオフに切り替えられると、駆動力が負側で減少する。さらに、時刻ｔ２でアクセル開度が増加すると、駆動力が実線で示すように負側から正側に変化し、かつ、車速が上昇する。

このように、車速が上昇し、かつ、変速機の変速段が第２速に維持されていても、動力分配装置８の変速比の制御により、エンジン回転数の上昇が実線で示すように抑制される。このように、実施例の制御によれば、ダウンシフト後の変速段を維持している間にアクセルペダルが踏み込まれても、エンジン回転数が上昇することを抑制できるとともに、駆動力が高められて車両Ｖｅの加速性能が向上する。なお、時刻ｔ１から所定時間が経過していない間は、変速機の変速段は時刻ｔ１以前の変速段に維持されている。この所定時間とは、ステップＳ１６の判断に用いた所定時間である。そして、時刻ｔ１から所定時間が経過して時刻ｔ３になると、通常用変速制御マップに基づいて、変速機の変速段が制御される。

つぎに、比較例の構成に対応する制御について説明する。比較例の構成とは、図２の動力分配装置８が設けられていない構成を意味する。この比較例においては、時刻ｔ１でブレーキスイッチがオンからオフに切り替わると、変速機の変速段が第２速から第３速にアップシフトされ、ついで、第２速から第３速にアップシフトされる。そして、時刻ｔ２でアクセル開度が増加すると、破線で示すようにエンジン回転数が急激に上昇する。比較例におけるエンジン回転数の上昇勾配は、実施例におけるエンジン回転数の上昇勾配よりも急である。このため、時刻ｔ２以降に駆動力が破線で示すように上昇するが、その上昇勾配は実施例の上昇勾配よりも緩慢であり、駆動力不足が生じる可能性がある。

このように、アクセルペダルが戻され、かつ、ブレーキペダルが踏み込まれて、モータ・ジェネレータ２により回生制御が実行されている場合に、制御例３を実行すると、ブレーキペダルが戻されてから所定時間が経過するまでの間は、アクセルぺダルが再度踏み込まれることを予測して、ダウンシフト制御で選択された変速段が維持される。したがって、アクセルペダルが再度踏み込まれた場合における加速性の低下を抑制できる。また、動力分配装置８の変速比を無段階に制御することにより、エンジン１の運転状態を最適燃費状態に維持でき、かつ、エンジン１の吹き上がりが生じることを抑制でき、運転者が違和感を持つことを回避できる。ここで、図９のフローチャートに示された機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１１ないしステップＳ１８、およびステップＳ１９が、この発明の変速制御手段に相当し、ステップＳ１３が、この発明の無段変速手段に相当する。

この実施例においては、動力分配装置がシングルピニオン型の遊星歯車機構を主体として構成されているが、動力分配装置がダブルピニオン型の遊星歯車機構を主体として構成されている場合にも、この実施例を適用可能である。また、回転要素が４個以上設けられた動力分配装置を有する車両においても、この実施例を適用可能である。また、変速機の前進段で設定可能な変速段は、５速以上あってもよい。また、この実施例において、動力源としてのエンジンおよびモータ・ジェネレータは、変速機の入力回転部材に対して直列に接続されているドライブトレーン、または並列に接続されているドライブトレーンのいずれにも適用可能である。さらに、動力源としてのエンジンおよびモータ・ジェネレータの動力が、後輪（車輪）に伝達されるように構成された図２の車両、つまり、二輪駆動車の他に、動力源としてのエンジンおよびモータ・ジェネレータの動力が、前輪（車輪）に伝達されるように構成された二輪駆動車にも、この実施例を適用可能である。さらに、動力源としてのエンジンおよびモータ・ジェネレータの動力が、トランスファ（図示せず）を経由して前輪（車輪）および後輪（車輪）に分配されるように構成された四輪駆動車にも、この実施例を適用可能である。

さらに、この実施例においては、回生機構として、運動エネルギ（トルク×回転数）を電気エネルギ（電流×電圧）に変換する機構、具体的にはモータ・ジェネレータおよびインバータおよび蓄電装置が挙げられているが、他の回生機構を用いることも可能である。例えば、入力回転部材２９の動力で駆動される油圧ポンプ（図示せず）を設け、その油圧ポンプの駆動により輸送される圧油をアキュムレータ（図示せず）に供給して、蓄圧する構成の回生機構を用いることも可能である。この場合、油圧ポンプの圧油吐出負荷に応じた制動力を発生させることが可能である。すなわち、回生機構は、運動エネルギ（トルク×回転数）を、流体エネルギ（圧力×面積）に変換する装置でもよい。さらに、反力発生装置として、油圧モータを用いることも可能である。

この発明のハイブリッド車において実行可能な制御例１を示すフローチャートである。 図１に示す制御例を実行可能な車両のパワートレーンおよび制御系統を示す概念図である。 図２に示す変速機の構成の一部を示すスケルトン図である。 図２に示されたモータ・ジェネレータの回生特性を示す図である。 図２に示された動力分配装置および変速機を構成する回転要素の状態を示す共線図である。 図１の制御例に対応するタイムチャートの一例である。 この発明のハイブリッド車において実行可能な制御例２を示すフローチャートである。 図８のフローチャートで用いられるダウンシフトマップの一例である。 この発明のハイブリッド車において実行可能な制御例３を示すフローチャートである。 図９の制御例に対応するタイムチャートの一例である。

符号の説明

１…エンジン、 ２，１４…モータ・ジェネレータ、 ７…変速機、 ８…動力分配装置、 １０…サンギヤ、 １１…リングギヤ、 １３…キャリヤ、 ３３…蓄電装置、 ３４…インバータ、 Ｖｅ…車両。

Claims (5)

1. 差動回転可能な複数の回転要素を有する遊星歯車機構が設けられ、この遊星歯車機構の回転要素が入力要素および反力要素および出力要素を有しており、前記入力要素に原動機が連結され、前記出力要素に回生機構が連結されているとともに、前記出力要素から車輪に至る経路に変速比を変更可能な変速機が設けられており、車両における減速要求が発生した場合に、前記車両の運動エネルギを前記変速機を経由させて前記回生機構に伝達し、かつ、そのエネルギを蓄積させる回生制御を実行可能なハイブリッド車の制御装置において、
   前記回生制御を実行するにあたり、前記変速機でのダウンシフトの実行前後における前記原動機の回転数が同じとなるダウンシフトを実行することを想定し、前記遊星歯車機構を構成する複数の回転要素のうち前記反力要素のダウンシフト実行後の回転数が、その反力要素の回転数制限の範囲内にあると推定された場合に、前記変速機でダウンシフト制御を実行するダウンシフト手段を備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
2. 前記減速要求が発生してダウンシフト制御を実行した後、前記減速要求が解除された場合に、前記減速要求が解除されてから所定期間内は、前記ダウンシフト制御により選択された変速比を維持する一方、前記減速要求が解除されてから所定期間を過ぎた場合は、前記ダウンシフト制御から、このダウンシフト制御の実行時に選択される変速比よりも小さな変速比の選択を許容する通常制御に変更する変速制御手段を、更に有していることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。
3. 前記原動機の運転状態を最適状態に近づけるように、前記遊星歯車機構の入力要素と出力要素との間における変速比を制御する無段変速手段を、更に有していることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車の制御装置。
4. 前記反力要素に連結され、かつ、前記原動機のトルクに対する反力トルクを発生させる反力発生装置が設けられており、
   前記ダウンシフト手段は、前記変速機でのダウンシフト実行後における前記反力発生装置の回転数および前記回生機構の回転数が、各々の回転数制限の範囲内にあると推定された場合に、前記変速機でダウンシフト制御を実行する手段を、更に含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。
5. 前記複数の回転要素にはサンギヤと、このサンギヤと同軸上に配置されたリングギヤと、前記サンギヤおよびリングギヤに噛合するピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持したキャリヤとが含まれており、前記キャリヤが前記入力要素であり、前記リングギヤが前記出力要素であり、前記サンギヤが前記反力要素であり、
   前記ダウンシフト手段は、前記変速機でのダウンシフト実行後における前記ピニオンギヤの自転回転数が、回転数制限の範囲内にあると推定された場合に、前記変速機でダウンシフト制御を実行する手段を、更に含むことを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車の制御装置。

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