JP2003348708A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
は停止する場合に、予期せぬトルク変動が生じて運転者
に違和感を与えてしまう、という不具合を解消する。 【解決手段】 エンジン1と駆動輪11との動力伝達経
路にクラッチ3を介装し、このクラッチ3と駆動輪11
との動力伝達経路に走行用モータジェネレータ4を介装
する。クラッチ3の開放状態で、エンジン1を起動又は
停止する場合には、クラッチ3を経由してエンジン1側
から駆動輪11側へ不可避的に伝達する伝達トルクを演
算し(伝達トルク演算手段)、この伝達トルクを打ち消
すように、走行用モータジェネレータ4をトルク制御す
る(トルク制御手段)。
Description
てエンジンとモータジェネレータとを併用するハイブリ
ッド車両の制御装置に関する。
に、車両の駆動源としてエンジンとモータジェネレータ
とを併用するハイブリッド車両が注目されている。特開
2000−264098号公報のハイブリッド車両で
は、エンジンと駆動輪との動力伝達経路にクラッチを介
装し、このクラッチと駆動輪との動力伝達経路にモータ
ジェネレータを介装している。クラッチには、パウダー
クラッチや油圧多板クラッチのように、摩擦力を利用し
て動力を伝達する摩擦クラッチが用いられている。
ジンを起動又は停止する場合には、大きく変動するエン
ジントルクが駆動輪側へ直接的に作用することのないよ
うに、クラッチを開放状態にすれば良い。しかしなが
ら、上記のような摩擦クラッチでは、その構造上、クラ
ッチが開放している状態であっても、このクラッチを経
由してエンジン側から駆動輪側へ不可避的に所定の伝達
トルクが伝達されてしまう。従って、たとえクラッチが
開放状態となっていても、エンジントルクが大きく変動
するエンジンの起動又は停止時には、上記の伝達トルク
に起因して予期せぬトルク変動が生じ、運転者に違和感
を与えるおそれがある。
めには、上述したような摩擦クラッチに代えて、例えば
ドグクラッチのように動力の伝達をほぼ完全に遮断し得
る形式のクラッチを用いれば良い。しかしながら、この
ように動力の伝達を完全に遮断し得るクラッチは、上記
の摩擦クラッチに比して、接続及び切断に要する時間が
長くなり、駆動輪に対するエンジントルクの伝達が遅
れ、そのレスポンスが低下してしまう。本発明は、この
ような事情に鑑みてなされたものである。
されるハイブリッド車両では、エンジンと駆動輪との動
力伝達経路にクラッチが設けられ、このクラッチと駆動
輪との動力伝達経路に、力行運転及び回生運転の双方が
可能なモータジェネレータが設けれる。クラッチの開放
状態で、エンジンを起動又は停止する場合には、クラッ
チを経由してエンジン側から駆動輪側へ不可避的に伝達
する伝達トルクを演算し(伝達トルク演算手段)、この
伝達トルクを打ち消すように、上記モータジェネレータ
をトルク制御する(トルク制御手段)。
ンジンを起動又は停止する場合に、エンジン側から駆動
輪側に作用する伝達トルクを演算・推定し、この伝達ト
ルクをモータジェネレータによりキャンセルすることが
できるため、運転車に違和感を与えることがなく、その
運転性が向上する。
いて詳細に説明する。図1は、本発明の第1及び第2実
施例が適用されるハイブリッド車両の概略構成を示して
いる。このハイブリッド車両は、駆動源としてエンジン
1とモータジェネレータ2,4とを併用している。エン
ジン1は、ガソリンや軽油のような燃料を燃焼すること
により駆動力を発生し、クランクシャフト(第1軸)1
aを回転駆動する。各モータジェネレータ2,4は、電
力を蓄わえるバッテリ5及び周知のインバータ(図示省
略)に接続された交流モータジェネレータであって、力
行運転及び回生運転の双方を行うことができる。発電用
モータジェネレータ2は、主としてクランクシャフト1
aにより回転駆動されて発電を行う発電機として機能
し、かつ、エンジン始動時にクランクシャフト1aをク
ランキングするエンジン始動用モータとしての機能を兼
用している。走行用モータジェネレータ4は、主として
第2軸7を回転駆動する走行用電動機として機能し、単
独又はエンジン1と協動して駆動輪11を回転駆動す
る。この走行用モータジェネレータ4は、後述するよう
に車両減速時には回生運転により発電を行う。
ァレンシャルギヤ9,及びドライブシャフト(第3軸)
10を経由して、一対の駆動輪11へ伝達される。自動
変速機6は、駆動源の駆動力を無段階・連続的に変速し
て駆動輪11へ伝達するトロイダル式又はベルト式の無
段変速機である。なお、自動変速機6として有段式の自
動変速機を用いることもできる。
には、動力の伝達を断続するクラッチ3が介装され、こ
のクラッチ3と駆動輪11との動力伝達経路に、上記の
走行用モータジェネレータ4が設けられている。エンジ
ン走行時にはクラッチ3が締結され、アイドリングスト
ップ中やモータ走行中にはクラッチ3が切られることと
なる。クラッチ3のドライブ側には、エンジン1のクラ
ンクシャフト1aと同期して回転する発電用モータジェ
ネレータ2の回転軸が連結されている。クラッチ3のド
リブン側には、クランクシャフト1aと同軸上に配置さ
れる自動変速機6の入力軸(第2軸)7が連結されてお
り、この入力軸の他端に走行用モータジェネレータ4が
連結されている。
及び入出力インターフェースを備えた周知のマイクロコ
ンピュータシステムであって、図示せぬ車速センサ,エ
ンジン回転数センサ,アクセル開度センサ等の各種セン
サ類の検出信号に基づいて、エンジン1、モータジェネ
レータ2,4、クラッチ3、及び自動変速機6へ制御信
号を出力し、その動作を制御する。
されているプログラムを実行することにより、それぞれ
の構成部品が得意とする機能,性能を活かして所定の機
能を実現する。例えば、主として燃費の向上及び排気の
浄化を図るために、交差点待ちのような車両の一時停止
時にエンジンの自動停止すなわちアイドリングストップ
を行い、エンジン効率の良くないエンジン低速走行をモ
ータジェネレータのみを駆動源とするモータ走行へ切り
換え、自動変速機6によるエンジン作動点の高効率化を
行い、更には車両減速時や制動時の車両運動エネルギー
をモータジェネレータ2,4により回生する。
とするモータ走行中には、エンジンフリクションを軽減
するために、クラッチ3を開放し、エンジン1を駆動輪
11から切り離す。これにより、走行用モータジェネレ
ータ4の駆動エネルギーを軽減し、燃費向上を図ること
ができる。また、車両減速時や制動時にモータジェネレ
ータ2,4を回生運転する場合にも、エンジンフリクシ
ョンを軽減するために、クラッチ3を開放し、エンジン
1を駆動輪11から切り離す。これにより、エンジンフ
リクションに費やされる分の回生エネルギーを増加で
き、燃費向上を図ることができる。
ッチやパウダークラッチのように、摩擦力を利用して伝
達トルクを滑らかに切換可能な汎用的な摩擦クラッチを
用いている。このような摩擦クラッチでは、クラッチ開
放状態としても、その構造上、オイルの剪断力や機械摩
擦等に起因して、クラッチ3を経由してエンジン1側か
ら駆動輪11側へ所定の伝達トルクが不可避的に伝達さ
れてしまう。このため、上述したモータ走行中,車両減
速時,あるいは制動時のように、クラッチ3を開放して
いる車両走行中に、エアコンのような補機類の起動・停
止、バッテリ5の蓄電量(SOC)の変動、更にはエン
ジン走行への切換要求等に応じて、エンジン1の起動・
停止を行う場合に、エンジンのトルク変動が大きいエン
ジン起動・停止の直後に、上記の伝達トルクに基づいて
予期せぬトルク変動が作用し、運転者に違和感を与える
おそれがある。
起動又は停止するときには、上記の伝達トルクを推定・
演算し、この伝達トルクをキャンセルするように、走行
用モータジェネレータ4をトルク制御する。これによ
り、伝達トルクが車両挙動に与える影響を排除し、運転
者に違和感を与えることがなく、車両運転性の向上を図
ることができる。
る理由について、油圧式の摩擦クラッチを例にとって考
察する。クラッチ締結時(b)には、入力側のクラッチ
盤Aと出力側のクラッチ盤Bとを軸方向に圧接し、クラ
ッチの非締結時すなわち開放時(a1)には、両クラッ
チ盤A,Bを軸方向に離間させる。このクラッチ開放時
には、クラッチ盤A,Bの間には粘性流体であるオイル
が充填されているため、図2(a2)に示すように、ク
ラッチ盤Aが回転すると、クラッチ盤A,Bの間に充填
されるオイルの粘性によって、矢印Yに示すような剪断
力すなわち伝達トルクがクラッチ盤Bに作用する。クラ
ッチ開放状態における両クラッチA,B間の軸方向距離
ΔDを長くすると、上記の伝達トルクは小さくなる反
面、クラッチの切換応答性が低下するため、実際には、
上記の距離ΔDを過度に大きくすることはできず、伝達
トルクをほぼ完全になくすことはできない。
流れを示すフローチャートである。このルーチンは、制
御装置13により所定期間(例えば10ms)毎に実行
される。S(ステップ)101ではクラッチ3が開放状
態であるかを判定し、S102ではエンジン1の起動フ
ラグがOFFからONへ切り換えられたかを判定する。
この起動フラグは、図示せぬ他のルーチンにより、エン
ジンの起動中はONに、エンジンの停止中はOFFに設
定される。クラッチ開放状態でエンジンを起動した場
合、S101及びS102の判定が肯定されてS103
〜S105へ進む。S103では、クラッチ3の油温を
読み込む。S104では、主としてS103で読み込ま
れたクラッチの油温に基づいて、上記のクラッチ3を経
由してエンジン1側から駆動輪11側へ不可避的に伝達
する伝達トルクすなわち補正トルクを演算する。S10
5では、補正トルクを相殺・キャンセルするように、走
行用モータジェネレータ4のモータ指令トルクを設定す
る。具体的には、アクセル開度等に基づいて設定される
駆動力要求トルクから上記の補正トルクを差し引いた値
をモータ指令トルクに設定する。このモータ指令トルク
を目標値として走行用モータジェネレータ4がトルク制
御される。
ある引きずりトルクが、主としてクラッチの油温に依存
する場合の特性を示している。個々のクラッチにより多
少の特性差はあるものの、基本的には、クラッチの油温
が低くなるほど、オイルの粘度が高くなるため、引きず
りトルクが大きくなる傾向にある。従って、クラッチの
油温が低くなるほど、引きずりトルクを打ち消すための
モータトルクの補正量も大きくなる。
である引きずりトルクが、主としてクラッチのドライブ
側とドリブン側の前後回転数差(回転速度差)に依存す
る場合の特性を示している。個々のクラッチにより多少
の特性差はあるものの、基本的には、クラッチ前後回転
数差が大きくなるほど、引きずりトルクが大きくなる傾
向にある。従って、クラッチ前後回転数差が大きくなる
ほど、引きずりトルクをキャンセルするモータトルクの
補正量も大きくなる。このように伝達トルクが主として
クラッチ前後回転数差に依存する場合、図3のS103
でクラッチ前後回転数差を読み込み、S104では、主
としてクラッチ前後回転数差に基づいて伝達トルクを演
算すれば良い。
動時のタイムチャートを示している。伝達トルクを何ら
考慮しない比較例では、エンジン起動直後に不可避的に
作用する伝達トルクの影響によって、最下段に示すよう
に車両前後方向加速度(G)が生じ、運転者に違和感を
与えてしまう。これに対して本実施例では、不可避的に
生じる伝達トルクを演算し、この伝達トルクをキャンセ
ルするように走行用モータジェネレータ4をトルク制御
しているため、エンジン起動に伴う車両前後方向加速度
(G)の変動が解消され、運転者に予期せぬ加速感を与
えることがなく、車両運転性が向上する。また、クラッ
チ油温が低いほど伝達トルクが増加するが、図4に示す
ような特性のマップやテーブルを参照して伝達トルクを
推定することにより、クラッチ油温に応じて適正に伝達
トルク及び補正トルクを求めることができる。
止時のタイムチャートを示している。車両走行中にエン
ジンを停止した場合、エンジン停止直後にエンジントル
クが急激に低下するために、クラッチ開放状態であって
も、クラッチ3を経由してエンジン1側から駆動輪11
側へ負の伝達トルクが不可避的に作用する。この伝達ト
ルクは、上述した起動時の伝達トルクと同様、クラッチ
の油温や回転数差に応じて増減する特性を有している。
そこで好ましくは、このようなクラッチ開放状態でのエ
ンジン停止時にも、上記の伝達トルクを算出し、この伝
達トルクをキャンセルするように、走行用モータジェネ
レータ4をトルク制御する。例えば図3のルーチンで
は、S102においてエンジン起動フラグがONからO
FFへ切り換えられたか、すなわちエンジン停止時であ
るかを判定し、肯定されれば、S103〜S105へ進
み、主としてクラッチの油温(又は前後回転数差)に基
づいて補正トルクを算出し、この補正トルクに基づいて
モータ指令トルクを算出する。これにより、エンジン始
動直後の車両前後方向加速度(G)をキャンセルするこ
とができ、運転者に予期せぬ減速感を与えることがな
く、運転性が向上する。
流れを示すフローチャートで、図9は、そのタイムチャ
ートである。この第2実施例では、駆動輪の実駆動力を
目標駆動力に維持するように、走行用モータジェネレー
タ4の出力トルクをフィードバック制御している。
ンの起動時(又は停止時)には、S301及びS302
が肯定されてS303へ進み、アクセル開度等に基づい
てモータトルク指令値を設定し、読み込む。S304で
は、このモータトルク指令値に基づいて、駆動輪の指令
値推定駆動力(目標駆動力)Forderを演算する。
S306では、S305で読み込まれる実車速、加速度
に基づいて、駆動輪の実駆動力Frealを推定する。
これら実駆動力Frealと目標駆動力Forderと
の差が、クラッチ開放状態でエンジン側から駆動輪側へ
不可避的に作用する伝達トルク及びこれをキャンセルす
る補正トルクに相当する(S307)。従って、S30
8では、この補正トルクに基づいてモータトルク指令値
を補正する。具体的には、駆動力要求トルク(モータト
ルク指令値)から補正トルクを差し引くことによりモー
タ指令トルクを演算する。このモータ指令トルクを目標
値として走行用モータジェネレータ4がトルク制御され
る。
ン起動時(又は停止時)には、駆動輪の実駆動力を目標
駆動力に維持するように、走行用モータジェネレータ4
の出力トルクをフィードバック制御することにより、上
記の伝達トルクがフィードバック補正量として逐次反映
され、この伝達トルクに起因して運転者に予期せぬ加速
感や減速感を与えることがなく、要求通りの駆動力を実
現できるため、車両運転性が向上する。
用されるハイブリッド車両の概略構成を示している。な
お、上述した実施例と実質的に同一部分には同一参照符
号を付し、重複する説明を適宜省略する。
えて、補助クラッチ12が走行用モータジェネレータ4
と駆動輪11との動力伝達経路に設けられている。この
補助クラッチ12は、上記クラッチ3のようにクラッチ
の開放時に油などを介して動力が不可避的に伝達される
(摩擦力により動力を伝達する)摩擦クラッチではな
く、好ましくは動力の伝達をほぼ完全に遮断できるもの
であり、典型的にはドグクラッチのような噛み合い式ク
ラッチである。
開放状態にあり、車両停止中で、かつ、エンジンが稼動
状態である所定の学習条件が成立するときに、走行用モ
ータジェネレータ4にトルクが伝達していれば、このト
ルクが、クラッチ3を経由してエンジン1側から駆動輪
11側へ伝達する伝達トルクであると考えられる。従っ
て、上記学習条件が成立するときには、走行用モータジ
ェネレータ4に伝達するトルクを伝達トルクの学習値と
して制御装置13のRAMに記憶あるいは更新する。ク
ラッチ3及び補助クラッチ12の双方が開放状態で、か
つ、エンジンを起動又は停止するときには、最新の伝達
トルクの学習値に基づいて走行用モータジェネレータ4
の指令トルクを補正すれば良い。上記伝達トルクの学習
値の記憶方法として、そのときのクラッチの油温や回転
数差なども同時に読み込み、これらをマップ形式で記憶
・更新することにより、その補正精度が更に向上する。
れを示すフローチャートである。クラッチ3が開放状態
で、エンジンが稼動中で、かつ、車両駆動要求がなけれ
ば、S400,S401,S402が肯定されてS40
3へ進み、補助クラッチ12を開放する。これにより上
記の学習条件が成立し、クラッチ開放時の伝達トルクを
測定し(S404)、この伝達トルクを学習値(補正ト
ルク)として記憶・更新する(S405)。
ラッチ3の引きずりトルク(伝達トルク)を、走行用モ
ータジェネレータ4により直接的に測定するため、この
引きずりトルクに起因するトルク変動を精度良く抑制す
ることができる。
輪11との動力伝達経路に、動力の伝達をほぼ完全に遮
断できる補助クラッチ12が設けられ、この補助クラッ
チ12の開放時に上記学習値の測定を行っているため
に、他のコンポーネントの影響を極力排除した状況で学
習値の測定が行われることとなり、その測定精度に優れ
ている。
づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の
変形・変更を含むものである。例えば、クラッチ油温、
クラッチ前後回転数差、アクセル開度(エンジン負
荷)、及び車速等から選ばれた複数のパラメータを用い
て伝達トルクを演算することもできる。また、クラッチ
油温、車速、アクセル開度の関数として伝達トルクを推
定してもよい。さらには、車速−油温、車速−アクセル
開度のような特性マップ定数を予め設定しておき、この
マップを参照して伝達トルクを設定することもできる。
このように、油温センサ、車速センサ、アクセル開度セ
ンサのような既存のセンサを用いて上記の伝達トルクを
演算することができるため、その適用が容易である。
車両を簡略的に示す構成図。
不可避的に作用する伝達トルクを示す説明図。
ート。
ルク補正量との関係を示す特性図。
モータトルク補正量との関係を示す特性図。
チャート。
チャート。
ート。
ート。
ブリッド車両の概略構成図。
ャート。
Claims (6)
- 【請求項1】 エンジンと駆動輪との動力伝達経路に設
けられるクラッチと、このクラッチと駆動輪との動力伝
達経路に設けられ、力行運転及び回生運転の双方が可能
なモータジェネレータと、を有するハイブリッド車両の
制御装置において、 クラッチの開放状態で、エンジンを起動又は停止する場
合に、クラッチを経由してエンジン側から駆動輪側へ不
可避的に伝達する伝達トルクを演算する伝達トルク演算
手段と、 この伝達トルクを打ち消すように、上記モータジェネレ
ータをトルク制御するトルク制御手段と、を有するハイ
ブリッド車両の制御装置。 - 【請求項2】 上記伝達トルク演算手段は、クラッチの
状態を表す代表値、クラッチの前後回転数、あるいはエ
ンジン負荷の少なくとも1つに基づいて、上記伝達トル
クを推定する請求項1に記載のハイブリッド車両の制御
装置。 - 【請求項3】 上記クラッチが油圧クラッチであり、 上記伝達トルク演算手段は、油圧クラッチの油温に基づ
いて、上記伝達トルクを算出する請求項1に記載のハイ
ブリッド車両の制御装置。 - 【請求項4】 上記トルク制御手段は、駆動輪の実駆動
力を目標駆動力に維持するように、モータジェネレータ
の出力トルクをフィードバック制御する請求項1に記載
のハイブリッド車両の制御装置。 - 【請求項5】 更に、上記モータジェネレータと駆動輪
との動力伝達経路に設けられる補助クラッチと、 上記クラッチ及び補助クラッチの双方が開放し、かつ、
エンジンが稼動しているときに、エンジン側からモータ
ジェネレータへ作用するトルクを伝達トルクの学習値と
して記憶する記憶手段と、を有し、 上記伝達トルク演算手段は、上記学習値に基づいて上記
伝達トルクを演算する請求項1に記載のハイブリッド車
両の制御装置。 - 【請求項6】 上記記憶手段は、上記クラッチの油温又
は前後回転数差と関連付けて上記伝達トルクの学習値を
記憶する請求項5に記載のハイブリッド車両の制御装
置。
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