JP3712652B2

JP3712652B2 - パラレルハイブリッド車両

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Publication number: JP3712652B2
Application number: JP2001303926A
Authority: JP
Inventors: 雅人藤川
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2021-09-28
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと、発電機を兼ねる電動機とを有し、これらの出力トルクを、トルク合成機構を介して変速装置に伝達することにより、エンジン及び電動機の何れか一方又は双方で走行駆動力を得るようにしたパラレルハイブリッド車両に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパラレルハイブリッド車両としては、例えば特開平１０−３０４５１３号公報に記載されるものがある。この従来例に記載されるものは、エンジンの出力トルクと、電動発電機の出力トルクとを、遊星歯車機構からなる差動装置によって合成し、それを変速装置を介して駆動輪に伝達する。このパラレルハイブリッド車両の発進方法は、エンジンの回転数の上昇を抑制しながら、電動発電機の回転数をエンジンの回転数に一致するように、当該電動発電機にトルクを発生させて、この電動発電機の回転数とエンジンの回転数とが一致又はほぼ一致したら、エンジンと電動発電機とをクラッチで直結し、それ以後は、車速が低下しない限り、エンジンのみ、又はエンジンと電動発電機とで駆動力を発生するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したようなパラレルハイブリッド車両では、電動発電機を回生作動させることにより回生電力を得ることができる。この回生電力を蓄電装置に蓄電して、電動発電機を電動機として用いる際のエネルギーなどとする。また、電動発電機を回生作動させるときには、車両の運動エネルギーが回生電力に変換されるので、当該電動発電機で駆動される電動駆動輪に回生制動力が作用する。このような電動発電機の回生作動として特開平８−１３５７６２号公報や特開平９−１０９７０５号公報に記載されるものがある。このうち、前者は、前記差動装置のうち、前述したように、変速装置に接続されているキャリヤの回転数が所定回転数以下となるまでは、前記クラッチを締結したままで回生制動を行うようにしている。そのため、通常走行領域では、電動発電機とエンジンとが同期して回転しており、減速時、エンジンで消費される車両の運動エネルギーが大きく、十分な回生電力が得られないという問題がある。これに対し、後者は、前記差動装置のうち、変速装置に接続されているキャリヤとエンジンとの間に個別のクラッチを設け、減速時には、このクラッチを解放してエンジンを切り離すことにより、エンジンで消費されるエネルギーをほぼ“０”として回生電力を向上すると共に、切り離されたエンジンを停止し、燃料の供給を停止することによって燃費の向上も可能としている。しかしながら、このハイブリッド車両では、クラッチを二個必要とすることから、部品点数の増加、車両搭載性及びコストの面で不利である。また、停止したエンジンの再始動の際、クラッチ締結など、複雑な制御が必要となる。
【０００４】
本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、二個のクラッチを必要とせず、十分な回生電力を得ることができるパラレルハイブリッド車両を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のパラレルハイブリッド車両は、エンジンと、発電機及び電動機の両機能を備え、蓄電装置との間で電流のやりとりを行う電動発電機と、変速装置と、第１軸に前記エンジンの出力軸が接続され且つ第２軸の前記電動発電機の出力軸が接続され且つ第３軸に前記変速装置の入力軸が接続された差動装置と、前記差動装置の第１軸乃至第３軸のうちの何れか二軸間に介装され且つ発進時、前記エンジンの回転速度及び電動発電機の回転速度の回転速度差が所定値以下になったときに締結されるクラッチと、前記クラッチの作動状態及び前記電動発電機及びエンジンの運転状態及び前記変速装置の変速段を制御可能な制御手段と、アクセルペダルの操作状態を検出するアクセル操作状態検出手段と、走行速度を検出する走行速度検出手段及びブレーキの踏込み状態を検出するブレーキ踏込み状態検出手段の少なくとも何れか一方とを備え、前記制御手段は、前記アクセル操作状態検出手段で検出されたアクセル操作状態及び前記走行速度検出手段及びブレーキ踏込み状態検出手段の少なくとも何れか一方で検出された走行速度及びブレーキ踏込み状態の少なくとも何れか一方に基づいて必要な減速状態を推定する必要減速状態推定手段と、前記必要減速状態推定手段で推定された必要減速状態に基づいて、前記変速装置で達成可能な変速段毎に、前記クラッチの解放状態と締結状態とで、前記エンジンの回転速度及び前記電動発電機の回転速度及び当該電動発電機で得られる回生電力を算出する回転速度及び回生電力算出手段と、前記蓄電装置の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段と、前記回転速度及び回生電力算出手段で算出されたエンジンの回転速度及び電動発電機の回転速度及び電動発電機で得られる回生電力に基づいて、前記蓄電状態検出手段で検出された蓄電装置の蓄電状態が小さいほど前記電動発電機による回生電力が大きくなるように変速装置の変速段及び前記クラッチの締結状態を選択する最適運転状態選択手段とを備え、前記最適運転状態選択手段で選択された変速装置の変速段及びクラッチの締結状態に基づいて、前記クラッチの作動状態及びエンジン及び電動発電機の運転状態及び変速装置の変速段を制御することを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のパラレルハイブリッド車両駆動装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であり、エンジン１及び発電機及び電動機として作用する３相同期モータ／発電機で構成される交流式のモータ／発電機（電動発電機）２の出力側が、夫々、トルク合成機構である差動装置（遊星歯車機構）３の入力側に連結され、この差動装置３の出力側がトルクコンバータ等の発進装置を搭載していない変速装置４の入力側に接続され、変速装置４の出力側が図示しない終減速装置等を介して駆動輪５に連結されている。ちなみに、この実施形態では、前記差動装置３と変速装置４との間に、オイルポンプ１３が配設されており、このオイルポンプ１３で創成される流体圧が変速装置４の制御並びに差動装置３のロックアップクラッチの締結解放に用いられる。
【０００７】
ここで、エンジン１はエンジン用コントローラＥＣによって制御され、モータ／発電機２は、例えば図２に示すステータ２Ｓとロータ２Ｒとを有し、充電可能なバッテリやコンデンサで構成される蓄電装置６に接続されたモータ／発電機駆動回路７によって駆動制御される。
モータ／発電機駆動回路７は、蓄電装置６に接続されたチョッパ７ａと、このチョッパ７ａとモータ／発電機２との間に接続された例えば６つのＩＧＢＴを有し直流を３相交流に変換するインバータ７ｂとで構成され、チョッパ７ａに後述するモータ／発電機用コントローラ１２からのデューティ制御信号ＤＳが入力されることにより、このデューティ制御信号ＤＳに応じたデューティ比のチョッパ信号をインバータ７ｂに出力する。このインバータ７ｂは、図示しないモータ／発電機２のロータの回転位置を検出する位置センサの回転位置検出信号に基づいて、モータ／発電機２の正回転時には電動機として作用させ、逆回転時には発電機として作用させるように、その回転に同期した周波数で駆動する３相交流を形成するように、例えば前記各ＩＧＢＴのゲート制御信号を形成する。ちなみに、モータ／発電機２はエンジン１同様、車両を駆動するためにも用いられるので、車両を駆動する側への回転方向を正回転とし、その逆方向への回転方向を逆回転と定義する。
【０００８】
また、差動装置３は、図２に示すように、トルク合成機構として遊星歯車機構２１を備えて構成されている。この遊星歯車機構２１は、エンジン１とモータ／発電機との間で差動機能を発現しながらトルク合成機構をなすものである。そして、サンギヤＳと、その外周側に等角間隔で噛合する複数のピニオンＰ（図示省略）と、各ピニオンＰを連結するピニオンキャリアＣと、ピニオンＰの外側に噛合するリングギヤＲとを備え、この遊星歯車機構２１のリングギヤＲ（第１軸）がエンジン１に連結され、同じく遊星歯車機構２１のサンギヤＳ（第２軸）がモータ／発電機２のロータ２Ｒに連結され、同じく遊星歯車機構２１のピニオンキャリヤＣ（第３軸）が変速装置４の入力側に連結されている。
【０００９】
また、前記遊星歯車機構２１のサンギヤＳ、即ちモータ／発電機２のロータ２Ｒとエンジン１の出力側との間には、両者の連結状態を制御するためのロックアップクラッチ３６が介装されている。また、前記遊星歯車機構２１のピニオンキャリヤＣ、即ち変速装置４の入力側とケース１４との間には、当該ピニオンキャリヤＣ、及び変速装置４の回転方向を正回転にのみ規制し、逆回転では締結して、当該逆回転を許容しないワンウエイクラッチＯＷＣが介装されている。なお、前記エンジン１と遊星歯車機構２１のリングギヤＲとの間にはダンパを介装してもよい。
【００１０】
前記ロックアップクラッチ３６は、例えば湿式多板クラッチで構成され、そのシリンダ部にライン圧の給排を行う電磁弁（図示せず）の電磁ソレノイド３６ａに供給される制御信号ＣＳが低レベルであるときに前記遊星歯車機構２１のリングギヤＲ₁、即ちエンジン１と変速装置４とを切り離した非締結状態に、制御信号ＣＳが高レベルであるときに両者間を連結した締結状態に夫々制御される。
【００１１】
さらに、変速装置４は、変速装置用コントローラＴＣによって車速とスロットル開度とをもとに予め設定された変速制御マップを参照して決定された例えば第１速〜第４速の変速比に制御される。ちなみに、この変速装置４は周知の自動変速装置であり、例えば二組の遊星歯車機構の各要素を複数の摩擦要素によって締結解放することで前進４速の変速比を達成可能としており、各摩擦要素の締結解放に前記オイルポンプ１３で創成された油圧が用いられる。また、この変速装置４には、締結することにより図示しない駆動輪側からの逆駆動力、所謂路面反力トルクをトルク合成機構側に伝達可能なエンジンブレーキ用クラッチを有している。なお、この変速装置用コントローラＴＣは、前記エンジン用コントローラＥＣと相互通信を行っており、必要な情報は随時、互いに授受している。
【００１２】
また、エンジン１及びモータ／発電機２には、その出力軸の回転数を検出するエンジン回転数センサ８及びモータ／発電機回転数センサ９が設けられていると共に、図示しないセレクトレバーで選択されたレンジに応じたレンジ信号を出力するインヒビタースイッチ１０及びアクセルペダルの踏込みに応じたスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１１及び自車両の走行速度を検出するための車速センサ１４及びブレーキペダルの踏込み状態に応じたブレーキ液圧を検出するブレーキ液圧センサ１５が設けられ、これら回転数センサ８及び９の回転数検出値Ｎ_E及びＮ_M/Gとインヒビタースイッチ１０のレンジ信号ＲＳ及びスロットル開度センサ１１のスロットル開度検出値ＴＨ及び車速センサ１４の走行速度Ｖ及びブレーキ液圧センサ１５のブレーキ液圧Ｐ等がモータ／発電機２及びロックアップクラッチ３６を制御するモータ／発電機用コントローラ１２に供給される。また、前記モータ／発電機用コントローラ１２は、少なくとも前記変速装置用コントローラＴＣと相互通信を行い、例えば変速装置４のギヤ比（変速段）やエンジンブレーキ用クラッチの締結解放状態といった情報を、変速装置信号ＴＳとして入力すると共に、後述する演算処理によって設定されたギヤ比（変速段）が達成されるように変速装置用コントローラＴＣに指令を出力するように構成されている。
【００１３】
前記モータ／発電機用コントローラ１２は、少なくとも入力側インタフェース回路１２ａ、演算処理装置１２ｂ、記憶装置１２ｃ及び出力側インタフェース回路１２ｄを有するマイクロコンピュータ１２ｅで構成されている。
入力側インタフェース回路１２ａには、エンジン回転数センサ８のエンジン回転数Ｎ_E、モータ／発電機回転数センサ９のモータ／発電機回転数Ｎ_M/G、インヒビタースイッチ１０のレンジ信号ＲＳ、スロットル開度センサ１１のスロットル開度検出値ＴＨ、車速センサ１４の走行速度Ｖ及びブレーキ液圧センサ１５のブレーキ液圧Ｐ及び前記変速装置用コントローラの変速装置信号ＴＳが入力されている。
【００１４】
演算処理装置１２ｂは、例えばキースイッチ（図示せず）がオン状態となって所定の電源が投入されることにより作動状態となり、先ず初期化を行って、モータ／発電機２への駆動デューティ制御信号ＭＳ及び発電デューティ制御信号ＧＳをオフ状態とすると共に、ロックアップクラッチ３６へのクラッチ制御信号ＣＳもオフ状態とし、その後少なくとも発進時にエンジン回転数検出値Ｎ_E、モータ／発電機回転数検出値Ｎ_M/G、レンジ信号ＲＳ及びスロットル開度検出値ＴＨ等に基づいてモータ／発電機２及びロックアップクラッチ３６を制御する。ちなみに、この実施形態では、車両の停車時にエンジン１の回転を停止する、所謂アイドリングストップを行うように構成されている。
【００１５】
記憶装置１２ｃは、演算処理装置１２ｂの演算処理に必要な処理プログラムを予め記憶していると共に、演算処理装置１２ｂの演算過程で必要な各種データを記憶する。
出力側インタフェース回路１２ｄは、演算処理装置１２ｂの演算結果である駆動デューティ制御信号ＭＳ及び発電デューティ制御信号ＧＳとクラッチ制御信号ＣＳとをモータ／発電機駆動回路７及び電磁ソレノイド３６ａに供給する。ちなみに、前記モータ／発電機２では、逆起電圧を利用することにより、車両に制動力を付与することも可能である。このモータ／発電機２の制動トルク増加制御は、モータ／発電機２が発電機として作用しているときにはモータ／発電機駆動回路７のチョッパ７ａに供給するデューティ制御信号ＤＳのデューティ比を大きくして発生する逆起電圧を増加させることにより制動トルクを増加させる。また、モータ／発電機２が電動機として作用しているときには、デューティ制御信号ＤＳのデューティ比を小さくして駆動トルクを減少させることにより制動トルクを増加させる。また、モータ／発電機２の制動トルク減少制御は、上記とは逆に、モータ／発電機２が発電機として作用しているときには、デューティ制御信号ＤＳのデューティ比を小さくして発生する逆起電力を減少させることにより制動トルクを減少させ、モータ／発電機２が電動機として作用しているときには、デューティ制御信号ＤＳのデューティ比を大きくして駆動トルクを増加させることにより制動トルクを減少させる。
【００１６】
次に、走行状態、蓄電装置の状態、車両の操作状態に応じて前記モータ／発電機用コントローラ１２で行われるエンジン１及びモータ／発電機２の各種の作動状態について説明する。
前述のように、本実施形態ではアイドリングストップによって、車両の停車中にエンジン１の回転が停止されている。そこで、セレクトレバーの操作によってドライブレンジＤを始めとする走行レンジが選択され、或いはパーキングレンジＰやニュートラルレンジＮが選択されている場合でも、スロットル開度ＴＨが“０”を越えている場合には、図３に示すように、前記モータ／発電機２を所定の回転数（必要なのは回転数とトルク）で逆回転させると、ピニオンキャリヤＣは前記ワンウエイクラッチＯＷＣによって逆回転できないため、エンジン１が正方向に回転される。この状態で、燃料を噴射することでエンジン１の回転が始動する。また、これに伴って前記オイルポンプも駆動が開始される。なお、パーキングレンジＰやニュートラルレンジＮが選択されているときには、変速装置４の入力側と出力側とが接続されていないので、前記ロックアップクラッチ３６を締結し、エンジン１とモータ／発電機２とを直結した状態で、モータ／発電機２を正回転し、正方向のトルクを発生させるようにしてもエンジン１を回転始動することも可能である。
【００１７】
このようにしてエンジン１の回転始動後に、車両を発進走行させる必要がない場合、つまりフットブレーキが踏み込まれているような場合には、そのエンジン１の回転駆動力を利用してバッテリなどの蓄電装置６に蓄電を行う。つまり、モータ／発電機２を発電機として使用し、発電を行う。このとき、セレクトレバーにより選択されている変速段がパーキングレンジＰか、或いはニュートラルレンジＮである場合には、変速装置４の入力側と出力側とが接続されていないので、図４ａに示すように、前記ロックアップクラッチ３６でエンジン１とモータ／発電機２とを直結し、エンジン１でモータ／発電機２を正回転させながら正方向のトルクを与え、発電を行う。一方、ドライブレンジＤレンジを始めとする走行レンジが選択されているときには、変速装置４の入力側と出力側とが接続されているので、図４ｂに示すように、ピニオンキャリヤＣがワンウエイクラッチＯＷＣで逆回転しないことを利用し、エンジン１でモータ／発電機２を逆回転させながら正方向のトルクを与え、発電を行う。
【００１８】
また、ドライブレンジＤを始めとする走行レンジが選択され、アクセルペダルが踏み込まれると、車両を発進させるために、図５に示すように、ロックアップクラッチ３６の解放状態で、スロットル開度が大きくなるほど、大きな値に予め設定されている目標エンジン回転数Ｎ_EPにエンジン１の回転数を維持しながら、モータ／発電機２を次第に正回転させるべく、正方向トルクを発生せしめ、これによりピニオンキャリヤＣに正方向のトルクを与えて車両を発進加速させる。このとき、モータ／発電機２が逆回転している状態では発電機として機能し、正回転している状態ではモータとして機能している。
【００１９】
やがて、モータ／発電機２の回転数が、所定の回転数、つまり目標エンジン回転数Ｎ_EPに維持されているエンジンの回転数に一致又はほぼ一致したら、前記ロックアップクラッチ３６を締結し、エンジン１とモータ／発電機２とを直結して車両を走行する。例えば、車両が或る程度以上の車速で高速走行しているとか、アクセルペダルの踏込み量が大きいとか、変速装置４内の減速比が大きいとか、蓄電装置６の蓄電量が少ないといった状況では、モータ／発電機２をモータとして使用するのは不利なので、図６ａに示すように、モータ／発電機２ではトルクを発生せず、所謂フリーな状態にしてエンジン１でのみトルクを発生し、走行する。一方、車速が低いとか、アクセルペダルの踏込み量が小さいとか、変速装置４内の減速比が小さいとか、蓄電装置６の蓄電量が多いといった状況では、モータ／発電機２をモータとして使用しても差し支えないので、図６ｂに示すように、モータ／発電機２を正回転し、正方向のトルクを発生させて、エンジン１のアシストを行う。
【００２０】
このような加速走行状態に対して、車両が減速状態にある、所謂エンジンブレーキの効きが期待される状況では、図７に示すように、前記ロックアップクラッチ３６を締結したままで、モータ／発電機２を発電機として用い、駆動輪５から入力される路面反力トルクに対し、負の方向のトルクを発生させて、本来のエンジンブレーキの代わりに或いはそれに加えて制動力を強める。
【００２１】
このような一般的な走行状況の他に、本実施形態では、ドライブレンジＤを始めとする走行レンジでのクリープ走行モードが設定されている。例えば、前述したエンジン回転始動直後のような状況では、図８ａに示すように、アイドル回転状態にあるエンジン１で正方向のトルクを発生させながら、モータ／発電機２で正方向のトルクを発生し、両者の合成トルクで車両をクリープ走行させる。また、エンジン１が回転始動されていないときには、図８ｂに示すように、モータ／発電機２を正回転させながら正方向のトルクを発生し、これにより車両をクリープ走行させることも可能である。
【００２２】
図９ａは、アクセルペダルが極僅かに踏み込まれている状態での車両発進時のタイミングチャートである。このような状態では、例えばモータ／発電機２を高速回転させて車速を著しく加速する必要はないので、エンジン回転始動後の逆回転状態のモータ／発電機２をゆっくりと正回転化しながら、正方向の一定のトルクを発生せしめ、エンジン１とモータ／発電機２との直結後は、更にエンジン１の出力トルクを低減させて、ほぼモータ／発電機２だけで車両を発進加速することができる。これに対して、図９ｂは、アクセルペダル全開状態での車両発進時のタイミングチャートであるが、モータ／発電機２を高速回転させることは、モータトルクを低減することになり、車両を加速するには十分でないことが多いことから、エンジン回転始動後の逆回転状態のモータ／発電機２を速やかに正回転させ、エンジン１とモータ／発電機２との直結を早め、その直結後は、エンジンの出力トルクを高め、エンジン１の出力トルクとモータ／発電機２の出力トルクで車両を発進加速し、速やかに高車速に到達させている。
【００２３】
このようなモータ／発電機２の制御を行うために前記モータ／発電機用コンとロータ１２内の演算処理装置１２ｂでは種々の演算処理が行われているが、その中で、減速時に行われる演算処理を図１０に示す。この演算処理は、例えば１０msec. 程度の所定サンプリング時間ΔＴ毎にタイマ割込処理として実行される。なお、このフローチャートでは、特に通信のためのステップを設けていないが、必要な情報は各コントローラや記憶装置から随時読込まれ、また演算処理で得られた情報は随時各コントローラや記憶装置に出力される。
【００２４】
この演算処理では、まずステップＳ１で、前記スロットル開度センサ１１で検出されたスロットル開度ＴＨ、車速センサ１４で検出された走行速度（図では車速）Ｖ、エンジン回転数センサ８で検出されたエンジン回転数（図ではエンジン回転速度）Ｎ_E、ブレーキ液圧センサ１５で検出されたブレーキ液圧Ｐ、変速装置用コントローラＴＣで制御されている変速段（ここでは変速比を示す）Ｒ、蓄電装置６の蓄電量（図ではバッテリ充電量であり、バッテリ容量に対する充電率を示す）ＳＯＣを読込む。
【００２５】
次にステップＳ２に移行して、例えば前記ステップＳ１で読込んだスロットル開度が“０”であることなどから減速要求中であるか否かを判定し、減速要求中である場合にはステップＳ３に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
前記ステップＳ３では、前記ロックアップクラッチ３６が締結状態であるか否かを判定し、ロックアップクラッチ３６が締結状態である場合にはステップＳ４に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
【００２６】
前記ステップＳ４では、図示されない個別の演算処理に従って、図１１に示す目標駆動力マップを参照して目標減速度を算出する。ここでは、目標減速度として、最終出力軸であるプロペラシャフトの目標トルクＴ_PS ^*を求める。まず、図１１に示す制御マップから、前記ステップＳ１で読込んだ走行速度Ｖの増大と共に負の方向に大きくなる（数値が負値であり、絶対値が大きくなるの意）目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*を算出する。この目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*の算出にあたっては、前記ステップＳ１で読込んだブレーキ液圧Ｐをパラメータとして用い、ブレーキ液圧Ｐが大きいほど、負の方向に大きくなるようにする。更に、この実施形態では、図１２に示す制御マップを用い、前記ステップＳ１で読込んだバッテリ充電量が著しく小さいときには“１”より大きく、且つ著しく大きいときには“１”より小さくなる補正係数αを算出し、この補正係数αを前記図１１の制御マップで求めた目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*に乗じて最終的な目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*を算出する。また、必要に応じて、道路環境（登坂、降坂）や車重に応じて目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*を補正するようにしてもよい。
【００２７】
つぎにステップＳ５に移行して、図１３に示すマイナプログラムに従って、回生電力、エンジントルク、モータ／発電機トルク、エンジン回転速度、モータ／発電機回転速度の算出を行う。この演算処理では、まずステップＳ５１でロックアップクラッチ締結状態における各変速段毎のエンジン回転速度、モータ／発電機回転速度、エンジントルク、モータ／発電機トルク、回生電力の算出を行う。ロックアップクラッチを締結した状態での最終出力軸であるプロペラシャフトトルクは、エンジントルクＴ_Eとモータ／発電機トルクＴ_M/Gとの加算値に変速比Ｒを乗じたものである。図１４はスロットル開度ＴＨが“０”のときのエンジントルクＴ_Eであり、エンジン回転速度Ｎ_Eから求めることができる。従って、前記ステップＳ４で算出された目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*が達成されるときのモータ／発電機トルクＴ_M/Gは、当該目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*を変速比Ｒで除し、更にエンジントルクＴ_Eを減じて求めることができる。また、ロックアップクラッチが締結状態であるから、モータ／発電機回転速度Ｎ_M/Gはエンジン回転速度Ｎ_Eに等しい。モータ／発電機回転速度Ｎ_M/Gとモータ／発電機トルクＴ_M/Gとが得られたら、図１５に示す制御マップから回生効率η_M/Gを算出し、これをモータ／発電機回転速度Ｎ_M/Gとモータ／発電機トルクＴ_M/Gとの積値に乗じて回生電力を得る。
【００２８】
次にステップＳ５２に移行して、ロックアップクラッチ解放状態における各変速段毎のエンジン回転速度、モータ／発電機回転速度、エンジントルク、モータ／発電機トルク、回生電力の算出を行ってから図１０の演算処理のステップＳ６に移行する。ロックアップクラッチが解放されたときのモータ／発電機トルクＴ_M/GはエンジントルクＴ_Eに差動装置の歯数比（サンギヤ歯数／リングギヤ歯数）を乗じた値となっているので、これを前記目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*とモータ／発電機トルクＴ_M/Gと変速比Ｒとの関係式に代入すると、目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*を変速比Ｒで除し、更に（１＋歯数比）で除した値がエンジントルクＴ_Eとなる。エンジン回転速度Ｎ_Eは、このエンジントルクＴ_Eを用い、前記図１４の制御マップを逆にたどって求める。モータ／発電機トルクＴ_M/Gは、前記エンジントルクＴ_Eとの関係式から得られる。一方、モータ／発電機回転速度Ｎ_M/Gは、まず走行速度Ｖと変速比Ｒと最終減速比、タイヤ転がり動半径から変速装置の入力軸回転速度或いは差動装置の出力軸回転速度、つまりキャリヤ回転速度Ｎ_Cを求め、このキャリヤ回転速度Ｎ_Cから前記エンジン回転速度Ｎ_Eを減じた値を前記歯数比で除した値と、当該キャリヤ回転速度Ｎ_Cとの加算値で得られる。回生電力の算出方法は、前記ステップＳ５１と同様である。
【００２９】
前記図１０の演算処理のステップＳ６では、図１６に示すマイナプログラムに従って最適運転状態の選択を行う。この演算処理では、まずステップＳ６１で、前記ステップＳ１で読込んだバッテリ充電量ＳＯＣが、比較的小さな第１所定値、具体的には優先的に充電すべき値以下であるか否かを判定し、当該バッテリ充電量ＳＯＣが第１所定値以下である場合にはステップＳ６２に移行し、そうでない場合にはステップＳ６３に移行する。
【００３０】
前記ステップＳ６２では、前記ステップＳ５で算出した回生電力のうち、最も大きな回生電力が得られる運転状態を選択してからステップＳ６４に移行する。前記ステップＳ６４では、前記ステップＳ６３で選択された運転状態が許可条件を満たすか否かを判定し、選択された運転状態が許可条件を満たす場合には図１０の演算処理のステップＳ７に移行し、そうでない場合にはステップＳ６５に移行する。許可条件には、例えばエンジン回転速度Ｎ_Eがアイドル回転速度以上最大回転速度（レブリミット）以下であること、モータ／発電機回転速度Ｎ_M/Gが“０”以上最大回転速度以下であること、モータ／発電機トルクＴ_M/Gが“０”以上最大トルク以下であることが挙げられる。
【００３１】
前記ステップＳ６５では、前記許可条件を満たす他の運転状態を選択してから前記図１０の演算処理のステップＳ７に移行する。ここでは、前記許可条件を満たすと共に、以下の優先条件を満足する運転状態を選択する。優先条件とは、まず回生電力が大きいことが最優先されるが、次に変速しないこと、エンジンへの燃料供給停止、ロックアップクラッチを解放しないこと等が挙げられる。なお、バッテリ充電量ＳＯＣが小さいほど、回生電力の優先度を大きくするようにしてもよい。
【００３２】
一方、前記ステップＳ６３では、前記バッテリ充電量ＳＯＣが前記第１所定値より大きく且つ比較的大きい第２所定値、具体的には充填を必要としない値以下であるか否かを判定し、当該バッテリ充電量ＳＯＣが第１所定値より大きく且つ第２所定値以下である場合にはステップＳ６６に移行し、そうでない場合にはステップＳ６７に移行する。
【００３３】
前記ステップＳ６６では、前記ステップＳ５で算出した回生電力のうち、変速段を維持したままで、回生電力が最も大きな運転状態を選択してからステップＳ６８に移行する。
前記ステップＳ６８では、前記ステップＳ６４と同様に、前記ステップＳ６６で選択された運転状態が前記許可条件を満たすか否かを判定し、選択された運転状態が許可条件を満たす場合には図１０の演算処理のステップＳ７に移行し、そうでない場合にはステップＳ６９に移行する。
【００３４】
前記ステップＳ６９では、前記ステップＳ６５と同様に、前記許可条件を満たすと共に、前記優先条件を満たす他の運転状態を選択してから前記図１０の演算処理のステップＳ７に移行する。
そして、前記ステップＳ６７では、変速段を維持すると共に、ロックアップクラッチ締結状態を維持することとしてから前記図１０の演算処理のステップＳ７に移行する。
【００３５】
前記図１０の演算処理のステップＳ７では、図示されない個別の演算処理に従って、前記ステップＳ６で設定されたロックアップクラッチの締結、解放状態に合わせてロックアップクラッチの制御を行う。
次にステップＳ８に移行して、図示されない個別の演算処理に従って、前記ステップＳ６で設定された変速段に合わせて、前記変速装置用コントロールユニットＴＣに向けて変速段指令値を出力することで変速装置の制御を行う。
【００３６】
次にステップＳ９に移行して、モータ／発電機トルク（図ではＭ／Ｇトルク）制御を行ってからメインプログラムに復帰する。モータ／発電機トルク制御は、前記目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*を達成すべく、モータ／発電機トルクの制御を行うものであるが、前記ステップＳ６で推定したモータ／発電機トルクＴ_M/Gは定常値であり、実質的にはイナーシャ変化及びこもり音を抑制するように制御しなければならない。まず、イナーシャ変化の抑制には、前記目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*を変速比Ｒで除して差動装置の出力軸トルクとしてキャリヤトルクＴ_Cを算出する。このキャリアトルクＴ_Cは、モータ／発電機トルクＴ_M/GとエンジントルクＴ_Eとの加算値である。このうち、モータ／発電機トルクＴ_M/Gは、モータ／発電機出力トルクＴ_M/GOと、モータ／発電機フリクショントルクＴ_M/GFと、モータ／発電機イナーシャトルクＴ_M/GIとの加算値であり、モータ／発電機イナーシャトルクＴ_M/GIは、モータ／発電機イナーシャＩ_M/Gとモータ／発電機角加速度ω' _M/Gとの積値である。一方、エンジントルクＴ_Eは、スロットルオフの状態であるから、エンジンフリクショントルクＴ_EFと、エンジンイナーシャトルクＴ_EIとの加算値であり、エンジンイナーシャトルクＴ_EIは、エンジンイナーシャＩ_Eとエンジン角加速度ω' _Eとの積値である。前記ステップＳ６で算出したモータ／発電機回転速度Ｎ_M/G及びエンジン回転速度Ｎ_Eからモータ／発電機角加速度ω' _M/G及びエンジン角加速度ω' _Eは算出可能であり、夫々のフリクショントルクＴ_M/GF、Ｔ_EFは、回転速度Ｎ_M/G、Ｎ_Eを用いて、マップ検索によって算出可能であることから、これらによりイナーシャ変化抑制のためのモータ／発電機トルク制御が可能となる。一方、こもり音抑制のためのモータ／発電機トルク制御は、エンジントルクＴ_Eの脈動の逆位相のトルク変化をモータ／発電機トルクＴ_M/Gに付加して行うことができる。
【００３７】
この演算処理によれば、変速装置で達成可能な変速段毎に、ロックアップクラッチの締結状態と解放状態との双方で、目標減速度の具体的な数値である目標プロペラシャフトトルクＴ_PS ^*を達成するための運転状態、例えばモータ／発電機回転速度Ｎ_M/G、エンジン回転速度Ｎ_E、モータ／発電機トルクＴ_M/G、エンジントルクＴ_E、回生電力を算出し、バッテリ充電量ＳＯＣが小さいほど、回生電力が大きい運転状態を選択し、その運転状態が許可条件を満足するときにはその運転状態を選択し、許可条件を満足しないときには、優先条件を満足する他の運転状態を選択し、その選択された運転状態に応じて、エンジン及びモータ／発電機の運転状態、ロックアップクラッチの作動状態、変速装置の変速段を制御するため、所望する回生電力を得ることが可能となる。
【００３８】
なお、前記第２実施形態では、ドライブシャフトの捩り振動を検出する手段として車体の加速度を検出したが、これに代えて、例えば駆動輪の回転速度センサを用いて、その回転速度の変動からドライブシャフトの捩り振動を検出したり、変速装置の出力軸回転速度と駆動輪の回転速度との差からドライブシャフトの捩り振動を検出したりするようにしてもよい。
【００３９】
また、前記各実施形態では、コントローラにマイクロコンピュータを用いた場合について説明したが、これに代えて各種の演算回路を使用することも可能である。
また、前記ロックアップクラッチ３６の位置は、前記実施形態に記載される位置に限ったものではなく、サンギヤーキャリア間、キャリアーリングギヤ間にあってもよい。
【００４０】
また、前記遊星歯車機構の３要素と、エンジン、モータ／発電機、出力の結合方法は、前記実施形態のものに限定されるものではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパラレルハイブリッド車両によれば、アクセル操作状態及び走行速度及びブレーキ踏込み状態に基づいて必要な減速状態を推定し、この必要減速状態に基づいて、変速装置で達成可能な変速段毎に、クラッチの解放状態と締結状態とで、エンジンの回転速度及び電動発電機の回転速度及び回生電力を算出し、この算出されたエンジンの回転速度及び電動発電機の回転速度及び回生電力に基づいて、検出された蓄電装置の蓄電状態が小さいほど前記電動発電機による回生電力が大きくなるように変速装置の変速段及び前記クラッチの締結状態を選択し、この選択された変速装置の変速段及びクラッチの締結状態に基づいて、クラッチの作動状態及びエンジン及び電動発電機の運転状態及び変速装置の変速段を制御する構成としたため、通常走行領域においてエンジンの回転速度や電動発電機の回転速度が小さすぎたり、大きすぎたりしない範囲で、クラッチを締結したり、解放したり、変速装置の変速段を変更したりすることにより、エンジンと差動装置との間にクラッチを設けることなく、十分な回生電力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパラレルハイブリッド車両の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１のパラレルハイブリッド車両に用いられる差動装置の一例を示す模式図である。
【図３】図１のパラレルハイブリッド車両でエンジンを回転始動するときの模式図と共線図である。
【図４】図１のパラレルハイブリッド車両で蓄電装置に蓄電するときの模式図と共線図である。
【図５】図１のパラレルハイブリッド車両で車両を発進加速するときの模式図と共線図である。
【図６】図１のパラレルハイブリッド車両で車両を走行するときの模式図と共線図である。
【図７】図１のパラレルハイブリッド車両で電動発電機を回生するときの模式図と共線図である。
【図８】図１のパラレルハイブリッド車両で車両をクリープ走行するときの模式図と共線図である。
【図９】図１のパラレルハイブリッド車両を発進加速するときのエンジン及び電動発電機の作動状態を示すタイミングチャートである。
【図１０】図１のコントローラ内で行われる減速時の演算処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１０の演算処理で用いられる制御マップである。
【図１２】図１０の演算処理で用いられる制御マップである。
【図１３】図１０の演算処理で行われるマイナプログラムを示すフローチャートである。
【図１４】図１３の演算処理で用いられる制御マップである。
【図１５】図１３の演算処理で用いられる制御マップである。
【図１６】図１０の演算処理で行われるマイナプログラムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１はエンジン
２はモータ／発電機（電動発電機）
３は差動装置
４は変速装置
５は駆動輪
６は蓄電装置
７はモータ／発電機駆動回路
８はエンジン回転数センサ
９はモータ／発電機回転数センサ
１０はインヒビタースイッチ
１１はスロットル開度センサ
１２はモータ／発電機用コントローラ
１３はオイルポンプ
１４は車速センサ
１５はブレーキ液圧センサ
２１は遊星歯車機構
３６はロックアップクラッチ
ＯＷＣはワンウエイクラッチ
Ｓはサンギヤ
Ｐはピニオン
Ｒはリングギヤ
Ｃはピニオンキャリヤ

Claims

エンジンと、発電機及び電動機の両機能を備え、蓄電装置との間で電流のやりとりを行う電動発電機と、変速装置と、第１軸に前記エンジンの出力軸が接続され且つ第２軸の前記電動発電機の出力軸が接続され且つ第３軸に前記変速装置の入力軸が接続された差動装置と、前記差動装置の第１軸乃至第３軸のうちの何れか二軸間に介装され且つ発進時、前記エンジンの回転速度及び電動発電機の回転速度の回転速度差が所定値以下になったときに締結されるクラッチと、前記クラッチの作動状態及び前記電動発電機及びエンジンの運転状態及び前記変速装置の変速段を制御可能な制御手段と、アクセルペダルの操作状態を検出するアクセル操作状態検出手段と、走行速度を検出する走行速度検出手段及びブレーキの踏込み状態を検出するブレーキ踏込み状態検出手段の少なくとも何れか一方とを備え、前記制御手段は、前記アクセル操作状態検出手段で検出されたアクセル操作状態及び前記走行速度検出手段及びブレーキ踏込み状態検出手段の少なくとも何れか一方で検出された走行速度及びブレーキ踏込み状態の少なくとも何れか一方に基づいて必要な減速状態を推定する必要減速状態推定手段と、前記必要減速状態推定手段で推定された必要減速状態に基づいて、前記変速装置で達成可能な変速段毎に、前記クラッチの解放状態と締結状態とで、前記エンジンの回転速度及び前記電動発電機の回転速度及び当該電動発電機で得られる回生電力を算出する回転速度及び回生電力算出手段と、前記蓄電装置の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段と、前記回転速度及び回生電力算出手段で算出されたエンジンの回転速度及び電動発電機の回転速度及び電動発電機で得られる回生電力に基づいて、前記蓄電状態検出手段で検出された蓄電装置の蓄電状態が小さいほど前記電動発電機による回生電力が大きくなるように変速装置の変速段及び前記クラッチの締結状態を選択する最適運転状態選択手段とを備え、前記最適運転状態選択手段で選択された変速装置の変速段及びクラッチの締結状態に基づいて、前記クラッチの作動状態及びエンジン及び電動発電機の運転状態及び変速装置の変速段を制御することを特徴とするパラレルハイブリッド車両。