JP2003129878A - パラレル式ハイブリッド電気自動車におけるエンジン停止制御 - Google Patents

パラレル式ハイブリッド電気自動車におけるエンジン停止制御

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドライバーの要求に対する滑らかな車両の応
答を維持しながら、パラレル式HEVパワートレインのエ
ンジンを始動させる制御を提供する。 【解決手段】 制御は、（例えばドライバーの要求に基
き）エンジン20を停止させ、パワートレインへの分離ク
ラッチ24を解放し、エンジン20への燃料供給を中止し、
モーター／発電機22の所望速度を予測する。モーター／
発電機22の所望速度の予測は、現在と過去の車速及び加
速度、若しくは車両のアクセル・ペダル位置に基く、軌
跡比較、又は車両が速度制御モードにあるか否かの判断
と、することが出来る。このシステムはまた、車両のブ
レーキが作動中である場合に制御を加速させる様な、別
の制御を加えることも出来る。例えば、比例積分制御器
を用いて車速を維持しながら、エンジン・トルクがゼロ
になるまで、実際のエンジン・トルクを比例的に減少さ
せることにより、モーターによる滑らかな引継ぎが生じ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概略的にはハイブ
リッド電気自動車（hybrid electric vehicle略してHE
V）に関し、具体的には、パワートレインへのトルク変
動を最小にしてHEVにおけるエンジンを停止させる制御
に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関（Internal Combustion Engine
略してICE）により駆動される自動車などの車両におけ
る化石燃料消費量及び排出量を削減する必要性は、良く
知られている。電気モーターにより駆動される車両は、
この様な必要性に対処するものである。しかしながら、
電気自動車は走行距離及び出力が限られると共に、バッ
テリーの充電に相当な時間を必要とする。それに代わる
解決策として、小型のICEを電気推進モーターと共に一
つの車両に組合わせるというものがある。その様な車両
は、ICE車両と電気自動車の利点を組合わせるもので、
一般的にハイブリッド電気自動車（Hybrid Electric Ve
hicle略してHEV）と呼ばれており、その概略が、米国特
許5,343,970号に開示されている。
【０００３】HEVについては、種々の構成が公知となっ
ている。HEVの特許のうちであるものは、運転者が電気
作動と内燃機関の作動との間で選択することを求められ
るシステムを開示している。他の構成においては、電気
モーターが一組の車輪を駆動し、ICEが別の組を駆動し
ている。
【０００４】また、他のより有用な構成が開発されてき
ている。例えば、シリーズ・ハイブリッド電気自動車
（Series Hybrid Electric Vehicle略してSHEV）は、発
電機に動力を与えるエンジン（最も一般的にはICE）を
持つ車両である。そして発電機が、電力を、バッテリー
及び車両の駆動輪へ接続されたモーターへ供給する。エ
ンジンと駆動輪との間には機械的な結合はない。パラレ
ル・ハイブリッド電気自動車（Parallel Hybrid Electr
ical Vehicle略してPHEV）の構成は、車両の車輪を駆動
するトルクを与えるために組合わせられた、エンジン
（最も一般的にはICE）、バッテリー及び電気モーター
を持つ車両である。
【０００５】パラレル／シリーズ・ハイブリッド電気自
動車（Parallel/Series Hybrid Electric Vehicle略し
てPSHEV）は、PHEVとSHEVの両方の構成の特徴を持つ。P
SHEVはトルク（又は出力）分配構成若しくは「スプリッ
ト（split）」構成としても知られる。ここで、エンジ
ンのトルク出力は、一部が駆動輪へ、一部が発電機へ与
えられる。発電機は、バッテリーと、トルク出力も発生
するモーターへ電力を供給する。この構成において、ト
ルク出力は、その発生源の片方から若しくは両方から同
時に、来ることが出来る。車両のブレーキ・システム
は、バッテリーを充電するための電荷を発生する様に発
電機を駆動するトルクを供給することが出来る（回生制
動）。
【０００６】ICEを電気モーターと組合せることの望ま
しさは、明らかである。ICEの燃料消費量及び排出量
は、車両の性能又は走行性を犠牲にすることなしに、削
減される。ドライバーからの動力要求が小さい又は無い
間（例えば信号待ちの間）、エンジンをオフにすること
が出来る、というのが、パラレル式HEV構成の大きな利
点である。これは、アイドル状態中に使用される無駄な
燃料を無くすことにより、燃料経済性を向上する。モー
ターはそして、動力要求の低い状態で、車両を推進する
ことが出来る。ある種の構成においては、エンジンが動
作していないときに、分離クラッチを解放することによ
り、エンジンがモーターとパワートレインから分離され
得る。動力要求が増大するにつれ、エンジンは要求され
たトルクを与えるために、再始動され、再接続され得
る。
【０００７】HEVのエンジンを始動し、パワートレイン
の主トルク発生源を、トルク変動を最小にしたまま、モ
ーターからエンジンへ移行させる制御を開発すること
が、パラレル式HEVを成功裡に実現するために、必要と
される。エンジンがパワートレインへ接続されている場
合には、エンジンを停止することには、モーターを用い
て、ドライバーの要求に対する車両の応答を維持しなが
ら、且つエンジンをパワートレインに接続するクラッチ
（分離クラッチ）を同時に解放しながら、エンジンを停
止することが含まれることになる。パワートレインへの
トルクの供給は、ドライバーに伝わるいかなる変動も回
避するために、エンジンからモーターへ滑らかに移行さ
れるべきである。
【０００８】HEVのエンジンを停止させる制御は、従来
技術において知られている。例えば、米国特許5,789,88
1号、米国特許5,993,351号、米国特許6,067,801号、そ
して米国特許6,083,139号を、参照のこと。残念なこと
に、モーターを用いて、ドライバーの要求に対する車両
の滑らかな応答を維持しながら、且つエンジンをパワー
トレインに接続するクラッチ（分離クラッチ）を同時に
解放しながら、パラレル式HEVのエンジンを停止する単
純でコスト的に有利な制御は知られていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、モ
ーターを用いて、ドライバー要求に対する滑らかな車両
の応答を維持しながら、且つエンジンをパワートレイン
へ接続するクラッチを同時に解放しながら、パラレル式
HEVのエンジンを停止させる制御を提供することを目的
とする。好ましい実施形態においては、HEVのパワート
レインは、エンジン、モーター／発電機、動力伝達ユニ
ット（例えば、自動変速機、遊星歯車機構又は電子制御
コンバーター・レス〔トルクコンバーターの無い〕変速
機）及びエンジン分離クラッチを持つものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の制御は、所望の
モーター／発電機速度を予測そして命令し、上記エンジ
ンへの燃料供給を停止し、そして上記パワートレインへ
の上記分離クラッチを解放することにより、（例えばド
ライバーの要求に基き）上記エンジンを停止させる。次
に制御は、所望のモーター／発電機トルクを計算する。
【００１１】所望のモーター／発電機速度の予測は、例
えば、現時点と過去のある時点における車速と加速度に
基く、又は車両加速度制御器（例えばアクセル・ペダル
又はブレーキ）の位置に基く、軌跡の比較とすることが
出来る。所望のモーター／発電機速度の予測にはまた、
車両が速度追従制御モードにあるか否かの判断が含まれ
得る。
【００１２】本発明のシステムにはまた、加速制御が積
極的に行なわれている場合に制御を中止するといった、
更なる制御を加えることが出来る。
【００１３】本発明の属する分野の当業者には、添付の
図面に関する以下の説明から、本発明の他の目的等が、
明らかになると思われる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明は概略的には、ハイブリッ
ド電気自動車（hybrid electric vehicle略してHEV）に
関する。ここで述べられる好ましい実施形態は、パラレ
ル式HEVについてのものであるものの、本発明は、エン
ジン分離クラッチを持つ駆動源としてモーター及びエン
ジンを用いる、いかなる車両にも適用可能である。
【００１５】図１は、エンジン分離クラッチを持つパラ
レル式HEVのパワートレインの概略構成図である。エン
ジン20は、分離クラッチ24を介して、モーター／発電機
22へ接続される。パワートレインは、車両システム制御
器（vehicle system controller略してVSC）18を持ち、
そしてモーター／発電機22は、更にモーター制御ユニッ
ト及びインバーター（motor control unit略してMCU）1
6を持つ。バッテリー26は、モーター／発電機22へ接続
し、二つの部品間で電流が流れるのを可能とする。モー
ター／発電機22は、車両の車輪30に接続されたパワート
レイン動力伝達ユニット28（例えば、自動変速機、遊星
歯車機構〔スプリット式〕又は電子制御コンバーター・
レス変速機）に接続される。それで、エンジン20とモー
ター／発電機22からのトルクとエネルギーは、動力伝達
ユニット28を介して車輪30へ流れる。
【００１６】この構成において、エンジン20とモーター
／発電機22の両方が、両動力源が独立して車両のパワー
トレインへトルクを供給することが出来る様に、車輪30
へ直接結合され得る。図１に示される構成は、エンジン
20とモーター／発電機22との間に分離クラッチ24を用い
て、モーター／発電機22と車輪30からのエンジン20の一
時的な分離を可能とする。車両を推進することに加え
て、モーターはまた、エンジン20を用いて又は回生制動
によりバッテリー26の充電をする際に使用される発電機
として、作動され得る。回生制動は、車両の制動エネル
ギーをバッテリーの充電のために回収するため、モータ
ー／発電機22を用いる。
【００１７】本発明は、モーター／発電機22を用い、エ
ンジン20をパワートレインに接続するクラッチ24を同時
に解放して、ドライバーの要求又は他の車両状態に対す
る車両の滑らかな応答を維持しながら、パラレル式HEV
のエンジンを始動させる制御である。本発明の制御の好
ましい実施形態が、図２に示されている。車両のブレー
キが作動しているいずれかの時点（例えば、ブレーキが
踏み込まれている時）での終了の加速又は、車両の加速
制御が積極的に行なわれるのいずれかの時点（不図示）
での中止、をする様に制御を構成することが出来ること
を、最初に記すべきである。
【００１８】図２は、HEVのパラレル式パワートレイン
構成においてエンジン20を停止させる好ましい制御を示
している。最初に、モーター／発電機22が、速度追従制
御モードに入ることが命令される。同時に、所望の角速
度命令も、モーター／発電機22へ送られる。動力伝達ユ
ニット28が締結されている場合には、モーター／発電機
22の所望の角速度（ωmot＿des）が以下の式に従い計算
される。 ωmot＿des = [v(t0) + ((v(t0) - v(t0 - T))/T)*kT]
* C 上記式において、v(t0)はエンジン停止モード34に入る
とき（つまり時間t0）の車速であり、Tは車速計測のサ
ンプリング・タイムであり、kはt0からの計測サンプリ
ング・タイムの数であり、そしてCは、車速からモータ
ー／発電機の角速度への動的変換係数であり、車輪径、
最終減速比そして変速比が含まれ得るものである。係数
Cは、車輪における車両の速度をモーター／発電機の角
速度に変換する。この方法は、将来のある時点(t0)+ kT
での車両の速度を予想するために、エンジンの停止開始
時における車両の速度と加速度を用いる。
【００１９】ここには示されていないものの、所望速度
の軌跡を計算するための別のアルゴリズムは、次にモー
ター／発電機の所望の速度に変換され得る所望の車速へ
の、アクセル・ペダル又はブレーキの位置からの、マッ
プを用いることも出来ると考えられる。
【００２０】概略的には、モーター／発電機が車速制御
の下にあると、制御が実際の車速（モーター／発電機速
度に変換されたもの）を所望の値と比較する。速度偏差
が校正可能範囲（許容値1）を下回ると、制御は、車両
システム制御器（VSC）18へエンジン20への燃料供給を
中止する様に指示し、制御器は、分離クラッチ24に解放
する様に命令する。フローチャートには示されていない
ものの、速度制御がシステムを所望の速度に安定させて
いることを保証するために、速度偏差を校正可能範囲未
満に所定の期間留まることを要求することも出来る。
【００２１】エンジン20が減速している間、分離クラッ
チ24が部分的にでも締結されている場合には、エンジン
20がまだ、望ましくないトルクを車両のパワートレイン
へ発生している可能性がある。それで、分離クラッチ24
が完全に解放するまで、遮断制御は終わらない。モータ
ー／発電機22は、エンジン停止制御中に速度追従制御モ
ードにあるので、制御は、車両を所望の速度に維持する
ためにエンジン20のトルク出力を調整することにより、
エンジン20が起こすトルク変動を吸収する。図２におい
て、分離クラッチ位置のセンサー52は、クラッチがまだ
締結されているか否かを判断するために用いられる計測
信号として、示されている。他の信号（例えばクラッチ
作動圧）もまた、この目的のために用いられ得る。
【００２２】本発明のエンジン停止制御の全般にわた
り、車両のブレーキ・システムの状態（例えばブレーキ
位置）変化が、監視され得る。車両のブレーキが作動さ
れているいかなる時点においても、エンジン停止制御
は、ただちにエンジン20への燃料供給を停止し、そして
分離クラッチ24に完全解放を命令することにより、エン
ジン停止制御が加速され得る。エンジン停止制御からは
そしてすぐに、車両の動作状態に応じて、いくつかの別
の車両状態へと出られることになる。
【００２３】具体的には、図２が、本発明の好ましい実
施形態を示している。制御は、車両システム制御器（VS
C）18の様なエンジン制御器からの命令で、ステップ34
においてエンジン停止モードへ入る。最初に、モーター
／発電機22は、ステップ36において、速度追従制御モー
ド（トルク追従モードの反対のもの）で回転する様に命
令される。速度追従制御モードの間、所望の設定速度を
得るのに必要なトルクがいかなるものであれ、それに適
応する。反対に、トルク追従モードにおいては、モータ
ー／発電機は、速度が変化するのを許容しながら、所望
の設定トルクを得ようとする。モーター／発電機22は、
分離クラッチ24が完全に解放されるまで、速度追従制御
モードに留まる。モーター／発電機22の所望の各速度命
令は、ステップ38においてシステムへ入力される。次に
ステップ38において、上述のモーター／発電機の所望の
速度40に基き、所望の角速度命令がまたモーター／発電
機22へ送られる。
【００２４】モーター／発電機22の速度がステップ38に
送られると、実際のモーター／発電機の速度42が、車両
センサーにより受けられ、ステップ44において所望のモ
ーター／発電機速度40と比較され、モーター／発電機の
速度偏差を発生する。制御はそしてステップ46におい
て、実際のモーター／発電機の実際の速度42の偏差の絶
対値が、校正可能範囲（許容値1）を下回っているか否
かを判定する。速度偏差がステップ46において許容値1
を下回っていない場合には、制御はステップ38へ戻る。
速度偏差がステップ46において許容値を下回っている場
合には、制御はステップ48においてVSC 18へエンジン20
への燃料供給を中止する様に指示し、そしてステップ50
において分離クラッチ24に解放する様に指示する。
【００２５】制御が進行すると、分離クラッチ24は、校
正可能期間にわたり解放する。エンジン20の速度は低下
し始める。モーター／発電機22が速度追従制御モードに
あるので、所望の速度を維持する様に、いかなる大きさ
であっても、（その能力の範囲内で）必要とされるトル
クを付与し続ける。
【００２６】所望のモーター／発電機速度の予測は、例
えば、現在及び過去のある時点での車速と減速度に基く
か、又は車両加速度制御器（アクセル・ペダル又はブレ
ーキ）の位置に基く、軌跡の比較とすることが出来る。
モーター／発電機22の所望の速度の予測にはまた、車両
が速度追従制御モードにあるか否かの判断も含まれ得
る。
【００２７】モーター／発電機は、ステップ48とステッ
プ50において、例えば比例積分制御器をもちいて車速を
維持しながらエンジン20のトルクがゼロになるまで、実
際のエンジン・トルクを比例して低下させることによ
り、車両を推進させるのに必要なトルクを、徐々に引き
継ぐ。
【００２８】ステップ54において、制御は、分離クラッ
チ位置センサー52により、分離クラッチ24が車両のパワ
ートレインから解放されているか否かを判定する。分離
クラッチ24が解放されている場合には、制御は継続す
る。分離クラッチ位置センサー52が、クラッチがパワー
トレインから解放されていることを示す場合には、制御
は終了する。
【００２９】図３は、所望の車速64と実際の車速66につ
いての、時間62（X軸）に対する車速（速度）60（Y軸）
を示している。所望の車速64は、例示のためであるが、
将来のある時点の車両の速度を推定するために、エンジ
ン始動開始時点68における車速と加速度と、過去のある
時点70の車速と加速度を用いて、計算され得る。
【００３０】図３に示された所望の速度軌跡を計算する
ためのアルゴリズムの別のものは代わりに、アクセル・
ペダル又はブレーキ位置から所望の車速を示すマップを
用いることが出来、その所望の車速は、所望のモーター
／発電機速度に変換され得る。いかなる形態の実施にお
いても上述の様に、ブレーキが作動されているときに、
制御全体が加速され得る様に、いかなる変化に対しても
車両ブレーキ・システムの状態（例えばブレーキ位置）
が測定され得る。
【００３１】本発明の上述の実施形態は、純粋に例示目
的のものである。本発明については、他に多くの変更、
改良そして応用がなされ得る。
【００３２】
【発明の効果】以上述べた様に本発明によれば、ドライ
バーの要求に対する滑らかな車両の応答を維持しなが
ら、パラレル式HEVパワートレインのエンジンを停止さ
せる制御を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン分離クラッチを持つパラレル式ハイブ
リッド電気自動車の全体構成を示す図である。
【図２】エンジンを始動させ、エンジンを車両のパワー
トレインから滑らかに分離する、本発明の制御を示す図
である。
【図３】所望の車速と実際の車速についての、車速と時
間との関係を示す図である。
【符号の説明】
18 車両システム制御器 20 エンジン、 22 モーター／発電機 24 エンジン分離クラッチ 28 動力伝達ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６０Ｋ 6/04 ３６０ Ｂ６０Ｋ 6/04 ３６０ ５３０ ５３０ ７３０ ７３０ 17/02 17/02 Ｚ 17/04 17/04 Ｇ 41/00 ３０１ 41/00 ３０１Ａ ３０１Ｂ ３０１Ｃ ３０１Ｆ 41/02 ＺＨＶ 41/02 ＺＨＶ 41/28 41/28 Ｂ６０Ｌ 11/14 Ｂ６０Ｌ 11/14 Ｆ０２Ｄ 41/10 ３３０ Ｆ０２Ｄ 41/10 ３３０Ｂ 41/12 ３３０ 41/12 ３３０Ｊ ３３０Ｍ (72)発明者 アンソニー マーク フィリップス アメリカ合衆国 ミシガン州 48167，ノ ースヴィル イースト ストリート 625 (72)発明者 マイケル ダブリュー．デグナー アメリカ合衆国 ミシガン州 48375，ノ ヴィ ハイメドウ ドライブ 23465 (72)発明者 ミロスラヴァ ジャンコヴィック アメリカ合衆国 ミシガン州 48009，バ ーミンガム ドンマー カウンティ 968 Ｆターム(参考） 3D039 AA01 AA02 AB01 AB27 AC02 AD06 3D041 AA59 AB01 AC01 AC06 AC26 AD01 AD10 AD20 AD41 AE02 AE03 AE08 AE14 AE41 3G093 AA05 AA07 BA02 BA14 BA22 CB06 CB07 DA06 DB01 DB05 DB10 DB15 EA02 EA05 EB01 EB04 EB09 FA10 3G301 JA04 KA08 KA12 KA16 KA26 KA28 MA24 NA07 NA09 NC02 PA11Z PF01Z PF03Z PF05Z PF06Z 5H115 PA01 PA12 PC06 PG04 PI16 PI24 PO02 PO06 PO17 PU08 PU22 PU23 PU25 PV09 QE01 QE08 QE10 QI04 QN03 QN06 RB08 RE01 RE03 RE05 RE12 SE04 SE05 SE08 TO21 TO23 TO30

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両システム制御器（VSC）、エンジ
    ン、モーター、動力伝達ユニット、並びに、上記エンジ
    ン、上記モーター／発電機、上記動力伝達ユニット及
    び、エンジン分離クラッチを結ぶパワートレインを有す
    る、パラレル式ハイブリッド電気自動車におけるエンジ
    ンを停止させる方法であって、 上記分離クラッチを解放する工程及び、上記エンジンへ
    の燃料供給を停止する工程、を有する、エンジンを停止
    させる工程、 所望のモーター速度を予測する工程、及び所望のモータ
    ートルクを計算する工程、 を有する方法。
  2. 【請求項２】 上記所望のモーター速度を予測する工程
    が、現時点と過去のある時点における車速と加速度に基
    く軌跡の比較を有する、請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 上記所望のモーター速度を予測する工程
    が、車両のアクセル・ペダルの位置に基く予測を有す
    る、請求項1の方法。
  4. 【請求項４】 上記所望のモーター速度を予測する工程
    が、車両のブレーキ位置に基く予測を有する、請求項１
    の方法。
  5. 【請求項５】 上記所望のモーター速度を予測する工程
    が更に、上記車両が速度追従制御モードにあるか否かを
    判断する工程、を有する、請求項１の方法。
  6. 【請求項６】 車両のブレーキが作動中の場合に、上記
    エンジンを停止させる方法を加速させる工程を更に有す
    る、請求項１の方法。
  7. 【請求項７】 加速制御が積極的に行なわれる場合に上
    記エンジンを停止させる方法を中止する工程を、更に有
    する、請求項１の方法。
  8. 【請求項８】 上記動力伝達ユニットが自動変速機であ
    る、請求項１の方法。
  9. 【請求項９】 上記動力伝達ユニットが遊星歯車機構で
    ある、請求項１の方法。
  10. 【請求項１０】 上記動力伝達ユニットが電子制御コン
    バーター・レス変速機である、請求項１の方法。
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